(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2008년01월02일
(11) 등록번호 10-0790542
(24) 등록일자 2007년12월24일
(51) Int. Cl.
H02K 1/16 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2005-0133881
(22) 출원일자 2005년12월29일
심사청구일자 2005년12월29일
(65) 공개번호 10-2007-0070886
(43) 공개일자 2007년07월04일
(56) 선행기술조사문헌
KR 10-1999-0083351 A
KR 10-2005-0072320 A
KR 10-2005-0072318 A
(73) 특허권자
엘지전자 주식회사
서울특별시 영등포구 여의도동 20번지
(72) 발명자
서무홍
경남 창원시 상남동 토월성원아파트 314-502
박진수
인천 남동구 만수6동 한국아파트 103-807
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
특허법인우린
전체 청구항 수 : 총 5 항 심사관 : 김봉섭
(54) 자기자화모터 및 고정자 구조
(57) 요 약
본 발명은 자기자화모터 및 그 고정자 구조에 관한 것이다. 본 발명의 자기자화모터는 내부에 관통공(22)이 형성
되고 관통공(22)의 내면 둘레에 관통공(22)의 중심을 향하도록 형성된 슬롯치(24)에 권선(28)이 감아지는 고정자
(20)와, 상기 고정자(20)의 관통공(22) 내에 설치되고 상기 고정자(20)와의 전자기적 상호작용에 의해 회전되는
회전자(30)와, 상기 고정자(20)의 슬롯치(24)중 하나의 위치에 구비되는 여자폴(32)에 여자폴권선(34)이 감아져
구성되는 여자부(30)와, 상기 회전자(34)의 표면에 구비되고 상기 여자부(30)에 의해 선택적으로 착자되는 마그
네트층(38)을 포함하여 구성되고, 상기 여자폴(32)에 인접하는 슬롯치(24)의 여자폴(32)과 대응되는 선단에 라운
드부(25)가 형성된다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 자기자화모터 및 그 고정자 구조에 의하면 여자
부에서 발생된 자속이 회전자의 마그네트층으로 대부분 전달되어 마그네트층의 자화가 보다 확실하게 되어 간단
한 구성으로 모터의 회전토크가 상대적으로 커지게 되는 이점이 있다.
대표도 - 도3
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등록특허 10-0790542
(72) 발명자
이성호
경기 안양시 동안구 관양동 1587-5 공작(성일)아파
트 201-308
심장호
서울 양천구 신정동 목동신시가지아파트 1326-807
김재민
서울 동작구 흑석1동 86-52호 1층(좌)
최재학
서울 서대문구 북아현1동 북아현맨션 라-403호
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특허청구의 범위
청구항 1
내부에 관통공이 형성되고 관통공의 내면 둘레에 관통공의 중심을 향하도록 형성된 슬롯치에 권선이 감아지는
고정자와,
상기 고정자의 관통공 내에 설치되고 상기 고정자와의 전자기적 상호작용에 의해 회전되는 회전자와,
상기 고정자의 슬롯치중 하나의 위치에 구비되는 여자폴에 여자폴권선이 감아져 구성되는 여자부와,
상기 회전자의 표면에 구비되고 상기 회전자의 속도가 특정 값 이상일 때 상기 여자부에 의해 착자되는 마그네
트층을 포함하여 구성되고,
상기 여자폴에 인접하는 슬롯치의 여자폴과 대응되는 선단에 라운드부가 형성됨을 특징으로 하는 자기자화모터.
청구항 2
제 1 항에 있어서, 상기 라운드부는 상기 여자폴의 양단에 구비되는 각각의슬롯치의 서로 마주보는 단부쪽에 구
비됨을 특징으로 하는 자기자화모터.
청구항 3
회전자와의 전자기적 상호작용에 의해 회전자를 회전시키는 고정자에 있어서,
상기 회전자가 안착되는 관통공의 내면을 둘러 선단이 관통공의 중심을 향하도록 배열되어 슬롯을 형성하는 슬
롯치와,
상기 슬롯치중 하나의 위치에 구비되어 여자부를 구성하는 여자폴을 포함하여 구성되고,
상기 여자폴과 인접하는 슬롯치의 선단 일단에는 라운드부가 형성됨을 특징으로 하는 자기자화모터의 고정자 구
조.
청구항 4
제 3 항에 있어서, 상기 라운드부는 상기 여자폴의 양단에 구비되는 각각의슬롯치의 서로 마주보는 단부쪽에 구
비됨을 특징으로 하는 자기자화모터의 고정자 구조.
청구항 5
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 여자폴은 선단에서 점차 폭이 좁아지도록 구성되고, 여자폴의 선단은 상
기 슬롯치의 선단이 형성하는 가상의 원과 일치함을 특징으로 하는 자기자화모터의 고정자 구조.
명 세 서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여자부를 구비하여 회전자 측의 마그네트층을 착자시켜 상대<13>
적으로 큰 구동력을 발생시키는 자기자화모터 및 그 고정자 구조에 관한 것이다.
도 1에는 종래 기술에 의한 자기자화모터의 내부 구성이 횡단면도로 도시되어 있다. 이에 따르면, 고정자(1)의<14>
중앙을 관통하여서는 관통공(3)이 형성된다. 상기 고정자(1)의 관통공(3) 내면을 둘러서는 다수개의 슬롯치
(5)가 돌출되어 형성되고, 상기 슬롯치(5)들 사이에는 슬롯(7)이 형성된다. 상기 슬롯(7)의 내부에는 고정자권
선(도시되지 않음)이 감겨진다. 즉, 고정자권선이 상기 슬롯치(5)에 감겨져 상기 슬롯(7)의 내부에 위치된다.
상기 고정자권선에는 전원이 공급되어 자장을 형성하게 된다.
상기 슬롯치(5)는 그 선단이 다른 부분에 비해 상대적으로 폭이 넓게 된다. 다시 말해, 상기 슬롯(7)의 입구는<15>
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내측에 비해 상대적으로 좁게 형성된다. 상기 슬롯(7)은 상기 고정자(1)의 상단에서 하단까지 관통하게 형성된
다.
상기 고정자(1)의 슬롯치(5)가 배열된 부분에는 여자부(9)가 구비된다. 실제로 상기 여자부(9)는 상기<16>
슬롯치(5)중 하나를 대체하여 설치되는 것이다. 상기 여자부(9)는 상기 슬롯치(5)의 위치에 슬롯치(5) 대신에
여자폴(10)을 구비한다. 상기 여자폴(10)에는 여자폴권선(11)이 감겨진다. 상기 여자부(9)는 아래에서 설명될
마그네트층(15)에 자속을 공급하여, 마그네트층(15)을 일정하게 자화시키는 역할을 한다.
회전자(13)는 상기 고정자(1)의 관통공(3) 내에서 설치되는 것으로, 대략 원기둥 형상이고, 고정자(1)와의 전<17>
자기적 상호작용을 하여 회전된다. 상기 회전자(13)의 외주면과 상기 고정자(1)의 내주면 사이의 간격은 전체
적으로 일정하게 유지된다. 상기 고정자(1)의 내주면이라 함은 상기 슬롯치(5)의 선단을 연결하는 가상의 선이
형성하는 부분이다.
상기 회전자(13)에는 축(도시되지 않음)이 압입되는 축공(14)이 형성되어 있다. 상기 회전자(13) 자체도 일종<18>
의 자석이다. 상기 회전자(13)의 외주면에는 마그네트층(15)이 구비된다. 상기 마그네트층(15)은 일종의 영구
자석으로, 상기 여자부(9)에 의해 여자됨에 의해 일정하게 자력을 형성할 수 있다. 도면부호 17은 바아이다.
이와 같은 구성을 가지는 종래의 모터는 초기 운전시에는 인덕션 모터와 히스테리시스(Hysteresis)모터의 복합<19>
적인 특성으로 동작된다. 하지만, 일정 이상의 속도가 되면, 상기 여자부(9)가 상기 마그네트층(15)을 착자시
켜 최종적으로는 영구자석 모터로 운전된다. 즉, 회전자(13)가 회전할 때, 여자폴권선(10)에 비교적 큰 교류전
류를 인가하게 되면, 회전자(13)의 표면에 구비되는 마그네트층(15)이 시간적으로 변하는 자계의 영향을 받아
착자되어 자극을 형성하게 되고, 이와 같은 상태는 운전중에 지속되면서 모터가 보다 강력하게 회전하도록 한
다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 자기자화모터에서는 다음과 같은 문제점이 있다.<20>
자기자화모터의 구동토크를 높이기 위해서는 상기 마그네트층(15)의 착자정도를 높여야 한다. 이를 위해서는<21>
다음과 같은 방법들을 채용할 수 있다.
먼저, 여자폴권선(11)의 감김수를 늘려 착자세기를 증대시키는 방법이 있으나, 이와 같이 하면 일정 전압하에<22>
서 전류의 크기가 줄어들 수 있고, 상기 여자폴권선(11)의 선경을 증대시켜 착자전류를 증대시킬 수 있으나 이
는 여자폴(10)과 슬롯치(5)사이의 슬롯간격의 제약때문에 한계가 있다. 그리고, 상기 마그네트층(15)의 재질을
특성이 좋은 것으로 함에 의해 착자세기를 증대시킬 수 있으나, 제조원가가 높아진다.
한편, 상기 여자부(9)에서 제공되는 자속이 상기 마그네트층(15)으로 전달되는 효율을 높여줌에 의해 마그네트<23>
층(15)의 착자정도를 높일 수 있다. 하지만, 종래 기술에서는, 도 2에 잘 도시된 바와 같이, 여자부(9)에서 제
공되는 자속중 일부만이 상기 마그네트층(15)으로 전달되어 마그네트층(15)의 착자정도가 상대적으로 떨어지는
문제점이 있다. 이는 상기 여자부(9)에 인접한 슬롯치(5)의 선단을 통해 많은 양의 자속이 고정자 측으로 전달
되기 때문이다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것으로, 자기자화모터의 여자부에<24>
서 나온 자속이 회전자의 마그네트층으로 보다 많이 전달되도록 하는 것이다.
발명의 구성 및 작용
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 관통공이 형성되고 관통공<25>
의 내면 둘레에 관통공의 중심을 향하도록 형성된 슬롯치에 권선이 감아지는 고정자와, 상기 고정자의 관통공
내에 설치되고 상기 고정자와의 전자기적 상호작용에 의해 회전되는 회전자와, 상기 고정자의 슬롯치중 하나의
위치에 구비되는 여자폴에 여자폴권선이 감아져 구성되는 여자부와, 상기 회전자의 표면에 구비되고 상기 회전
자의 속도가 특정 값 이상일 때 상기 여자부에 의해 착자되는 마그네트층을 포함하여 구성되고, 상기 여자폴에
인접하는 슬롯치의 여자폴과 대응되는 선단에 라운드부가 형성된다.
상기 라운드부는 상기 여자폴의 양단에 구비되는 각각의슬롯치의 서로 마주보는 단부쪽에 구비된다.<26>
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 회전자와의 전자기적 상호작용에 의해 회전자를 회전시키는 고정자에<27>
있어서, 상기 회전자가 안착되는 관통공의 내면을 둘러 선단이 관통공의 중심을 향하도록 배열되어 슬롯을 형성
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하는 슬롯치와, 상기 슬롯치중 하나의 위치에 구비되어 여자부를 구성하는 여자폴을 포함하여 구성되고, 상기
여자폴과 인접하는 슬롯치의 선단 일단에는 라운드부가 형성된다.
상기 라운드부는 상기 여자폴의 양단에 구비되는 각각의슬롯치의 서로 마주보는 단부쪽에 구비된다.<28>
상기 여자폴은 선단에서 점차 폭이 좁아지도록 구성되고, 여자폴의 선단은 상기 슬롯치의 선단이 형성하는 가상<29>
의 원과 일치한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 자기자화모터 및 그 고정자 구조에 의하면 여자부에서 발생된 자속이<30>
회전자의 마그네트층으로 대부분 전달되어 마그네트층의 자화가 보다 확실하게 되어 간단한 구성으로 모터의 회
전토크가 상대적으로 커지게 되는 이점이 있다.
이하 본 발명에 의한 자기자화모터 및 그 고정자구조의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참고하여 상세<31>
하게 설명한다.
도 3에는 본 발명에 의한 자기자화모터의 바람직한 실시예가 횡단면도로 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르<32>
면, 고정자(20)는 그 중앙을 관통하여 관통공(22)이 형성되어 있다. 상기 관통공(22)은 단면이 원형으로 되고,
상기 고정자(20)의 일단에서 타단으로 관통되게 형성된다.
상기 관통공(22)의 내면을 둘러서는 선단이 상기 관통공(22)의 중심을 향하도록 되는 슬롯치(24)가 소정의 간격<33>
을 두고 형성되어 있다. 상기 슬롯치(24)는 모두가 일정한 크기를 가져야 하는 것은 아니고, 설계조건에 따라
그 길이나 폭 등이 달라질 수 있다. 상기 슬롯치(24)의 선단에는 슬롯치(24)의 연장방향에 수직한 방향으로 돌
출되게 돌출부(24')가 형성된다.
상기 슬롯치(24)에 의해 슬롯치(24)의 사이에는 슬롯(26)이 형성된다. 상기 슬롯(26)은 상기 관통공(22)의 형성<34>
방향과 나란히 형성된다. 상기 슬롯(26)은 상기 슬롯치(24)의 돌출부(24')에 의해 상기 관통공(22)과 연통되는
부분이 내측 부분에 비해 상대적으로 좁게 형성된다.
한편, 아래에서 설명될 여자부(30)를 구성하는 여자폴(32)에 인접한 슬롯치(24)의 선단에는 라운드부(25)가 형<35>
성된다. 상기 라운드부(25)는 상기 슬롯치(24) 선단 일측의 돌출부(24') 부분을 제거한 것으로, 여자부(30)의
여자폴(32)과의 사이에 형성되는 슬롯(26)의 상기 관통공(22)과 연통되는 부분의 폭이 상대적으로 넓어지게 한
다.
상기 슬롯(26)의 내부를 통해서는 권선(28)이 감아진다. 상기 권선(28)은 상기 슬롯치(24)에 감아져 슬롯(26)의<36>
내부에 위치된다. 상기 권선(28)은 인가되는 전원에 의해 고정자(20)에 자기장을 형성한다.
여자부(30)는 상기 관통공(22)의 내면 둘레 일측에 구비된다. 상기 여자부(30)는 상기 슬롯치(24)중 하나를 대<37>
신하는 위치에 구비된다. 따라서, 상기 여자부(30)의 양단에는 슬롯치(24)가 각각 구비된다. 즉, 상기 관통공
(22)의 내면 둘레에 배치되어 있는 슬롯치(24)중 하나를 대신하여 여자부(30)를 구성하는 여자폴(32)이 구비된
다. 상기 여자폴(32)은 그 폭이 거의 일정하나 선단에서 점차 폭이 좁아지도록 구성된다. 상기 여자폴(32)의 선
단은 상기 슬롯치(24)의 선단이 형성하는 가상의 원과 일치하도록 된다.
상기 여자폴(32)에는 여자폴권선(34)이 감아진다. 상기 여자폴권선(34)은 상기 여자폴(32)에 감아져 상기 여자<38>
폴(32)과 그의 양단에 인접하는 슬롯치(24)에 의해 형성되는 슬롯(26)에 위치된다. 상기 여자폴권선(34)에 전원
이 인가되면 이에서 발생되는 자속이 상기 슬롯(26)에서 관통공(22)으로 전달된다. 보다 정확하게는 아래에서
설명될 회전자(36)의 마그네트층(38)으로 전달된다.
회전자(36)는 상기 고정자(20)의 관통공(22) 내부에 위치되어 고정자(20)와의 전자기적 상호작용에 의해 회전하<39>
는 것이다. 상기 회전자(36)는 원판상의 철판을 적층하고, 적층된 원판들의 가장자리를 관통하는 관통공에 알루
미늄바아(37)가 위치되게 하여 구성된다. 상기 알루미늄바아(37)는 회전자(36)에 기자력을 발생시키는 역할을
한다. 상기 회전자(36)의 중앙을 관통하여서는 일반적으로 축이 압입되어 설치된다. 상기 회전자(36)는 상기 관
통공(22)의 내면, 보다 정확하게는 슬롯치(24)의 선단이 형성하는 원과의 사이에 일정한 간격을 가지도록 설치
된다. 따라서, 상기 회전자(36)는 원기둥형상으로 형성된다.
상기 회전자(36)의 외면에는 마그네트층(38)이 구비된다. 상기 마그네트층(38)은 상기 회전자(36)의 표면을 둘<40>
러서 소정의 두께로 형성된다. 상기 마그네트층(38)은 영구자석으로서 상기 여자부(30)에서 전달된 자속에 의해
착자된다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 자기자화모터 및 그 고정자구조의 작용을 상세하게 설명<41>
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한다.
본 발명의 자기자화모터에서 상기 회전자(36)는 상기 고정자(20)와의 전자기적 상호작용에 의해 회전된다. 최초<42>
기동시에는 인덕션 모터와 히스테리시스(Hysteresis)모터의 복합적인 특성으로 동작된다. 하지만, 일정 이상의
속도가 되면, 상기 여자부(30)가 상기 마그네트층(38)을 착자시켜 최종적으로는 영구자석 모터로 운전된다.
이와 같이 동작되는 것을 도 5의 그래프를 통해 설명하기로 한다. 도 5에서 가로축은 회전속도를 나타내고, 세<43>
로축은 토오크를 나타낸다. 그래프에서 일점쇄선의 직선으로 표시된 것은 히스테리시스 모터의 토크 특성을 나
타내고, 곡선의 실선으로 표시된 것은 인덕션 모터의 토크 특성을 나타낸다. 이와 같은 히스테리시스 모터와 인
덕션 모터의 복합적인 특성을 가지는 자기자화모터의 회전속도에 따른 토오크는 굵은 실선으로 표시된다.
한편, 자기자화모터의 동작중 회전속도가 점선으로 표시된 V로 되면, 상기 여자부(30)에 의해 상기 회전자(36)<44>
의 마그네트층(38)이 자화되면서 토오크가 크게 높아지게 된다. 즉, 상기 여자부(30)의 여자폴권선(34)에 전원
이 인가됨에 의해 발생된 자속이 상기 마그네트층(38)으로 전달되어 마그네트층(38)이 착자되면서 영구자석모터
와 같이 구동이 이루어진다. 이때, 토오크는 도 5의 회전속도 V의 위치에서 알 수 있는 바와 같이, 급작스럽게
높아진다.
그리고, 상기 여자부(30)에서 나온 자속에 의해 상기 마그네트층(38)이 착자되는 것이 도 4에 표시되어 있다.<45>
즉, 상기 여자부(30)의 여자폴권선(34)에 전원이 인가됨에 의해 발생된 자속은 상기 여자폴(32)에서 나와서 상
기 마그네트층(38)으로 대부분이 전달된다. 본 발명에서는 상기 여자폴(32)에서 나온 자속이 인접한 슬롯치(2
4)로는 거의 전달되지 않는다. 이는 상기 여자폴(32)에 인접한 슬롯치(24)의 선단중 상기 여자폴(32)쪽 부분에
는 라운드부(25)가 형성되어 상기 여자폴(32)과 슬롯치(24) 선단 사이의 간격이 상대적으로 크기 때문이다.
따라서, 상기 여자부(30)에서 나온 자속은 거의 대부분이 상기 마그네트층(38)으로 전달되면서 마그네트층(38)<46>
의 착자 정도를 높여준다. 이와 같이 마그네트층(38)의 착자정도가 높아짐에 의해 모터가 발휘할 수 있는 토오
크가 커지게 된다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기<47>
술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는
것은 자명하다.
예를 들면, 상기 여자부(30)의 위치나 갯수는 설계조건에 따라, 도시된 실시예와는 달라질 수 있다.<48>
발명의 효과
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 자기자화모터의 고정자 구조에서는 다음과 같은 효과를 기대할<49>
수 있다.
본 발명에서는 고정자의 슬롯치중 여자부의 여자폴에 인접한 슬롯치의 선단에 라운드부를 형성하여 여자폴에서<50>
나온 자속이 인접하는 슬롯치에 전달되지 않고 회전자의 마그네트층으로 대부분 전달되도록 한다. 따라서 본 발
명에서는 일정 회전속도 이상에서 자기자화모터의 구동토오크를 크게 높일 수 있게 되는 효과가 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 종래 기술에 의한 자기자화모터의 구성을 보인 횡단면도.<1>
도 2는 종래 기술에 의한 자기자화모터의 여자부에서 자속이 누설되는 것을 보인 상태도.<2>
도 3은 본 발명에 의한 자기자화모터의 고정자구조의 바람직한 실시예를 보인 부분횡단면도.<3>
도 4는 본 발명 실시예에서 여자부에서 나온 자속이 회전자의 마그네트층으로 전달되는 것을 보인 동작상태도.<4>
도 5는 일반적인 자기자화모터가 동작되는 것을 설명하는 그래프.<5>
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *<6>
20: 고정자 22: 관통공<7>
24: 슬롯치 24': 돌출부<8>
25: 라운드부 26: 슬롯<9>
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28: 권선 30: 여자부<10>
32: 여자폴 34: 여자폴권선<11>
36: 회전자 38: 마그네트층<12>
도면
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도면2
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도면3
도면4
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도면5
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