KR20040018347A - 자기 슬롯-폐쇄 웨지 및 자기 장착 브래킷을 구비한 선형브러쉬레스 직류 모터용 스테이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 브러쉬레스 직류 모터에 사용되는 형태의 스택 조립체(100)를 제공하며, 상기 스택 조립체는, 기초부(106)와, 상기 기초부로부터 연장되고 그 주위에 권선체들이 배치될 수 있으며, 인접한 티쓰의 사이와 단부들에 슬롯 개구들을 형성하기 위해 상호 이격되어 있는 다수의 티쓰(102), 및 인접한 티쓰 사이의 하나 이상의 상기 슬롯 개구들을 둘러싸도록 형상을 갖고 배치될 수 있는 자기 재료(112)를 포함한다. 또한, 스택 조립체의 지지 철편을 따라서 배치될 수 있으며, 장착 브래킷(124)의 단부들이 스택 조립체의 단부들과 결합하도록 형상을 갖는 장착 브래킷(120)도 개시되어 있다.

Description

자기 슬롯-폐쇄 웨지 및 자기 장착 브래킷을 구비한 선형 브러쉬레스 직류 모터용 스테이터{Stator for linear brushless DC motor with magnetic slot-closing wedges and magnetic mounting bracket}

직사각 형상의 통상의 선형 브러쉬레스 모터는 본질적으로 두 부분, 즉 작은 에어 갭에 의해 상호 분리되어 있는 전기자 조립체와 필드 조립체로 구성된다.

전기자 조립체는 다시 그 슬롯(12)들 내에 3상 권선체가 배치되어 있는 적층체들의 스택(10)으로 구성된다. 이러한 스택(10)이 도 1에 도시되어 있다. 필드 조립체는 사각형의 약자성 플레이트로서, 극성이 변화되고 에어갭을 향하는 사각 자석을 구비한다.

상기 전기자 조립체의 슬롯 개구(14)들은 통상 코깅(cogging)력(구속력)을 최소화하기 위해 가능한 한 작게 선택된다. 도 2는 통상적인 슬롯 개구(14)들을 도시한다. 그러나, 작은 슬롯 개구는 권선을 위해 사용되는 와이어의 크기를 제한한다. 또한, 어떤 기계 권선 공정은 슬롯 개구(14)가 작아질 수록 더 어려워진다.

또한, 기계 구조물에 전기자 조립체를 부착하기 위해, 스택(10)의 상면(16)은 드릴링 및 태핑 가공된 구멍들을 구비해야 한다. 적층체들은 이러한 구멍들에 적합하지 않으므로, 장착 구멍들을 갖는 로킹 웨지들(locking wedge)(18)이 도 1에 도시된 바와 같이 제공된다. 일단 적층체들에 상기 로킹 웨지(18)용 슬롯(20)이 제공되면, 로킹 웨지들 사이의 거리는 고정되며 적층체용 펀치를 재정비하지 않고서는 변화될 수 없다.

따라서 코깅력을 최소화하면서 코일의 권선을 용이하게 할 수 있는 전기자 조립체 설계를 갖는 것이 바람직하다. 또한 기계 구조물에 대한 부착이 간단하지만 융통성있는 전기자 조립체 설계를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명은 선형 브러쉬레스 직류 모터에 관한 것으로, 특히 선형 브러쉬레스 직류 모터용 복합 전기자(composite armature) 조립체에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에서의 통상적인 스택 조립체의 도시도.

도 2는 종래 기술에서의 통상적인 스택 조립체의 일 부분의 도시도.

도 3은 본 발명에 따른 스택 조립체의 일 부분의 도시도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3의 슬롯 개구들이 플러그 연결된 스택 조립체의 일 부분의 도시도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장착 브래킷을 구비하는 스택 조립체, 및 도 4의 실시예의 웨지들의 도시도.

도 6은 본 발명의 일 실시예의 스택에서의 투쓰와 웨지의 일부분의 확대 도시도.

기초부와, 상기 기초부로부터 연장되고 그 주위에 권선체가 배치될 수 있으며 인접한 티쓰의 사이와 단부들에 슬롯 개구들을 형성하기 위해 상호 이격되어 있는 다수의 티쓰(teeth), 및 인접한 티쓰 사이의 하나 이상의 슬롯 개구들을 둘러싸도록 형상화되고 위치될 수 있는 자성 재료를 포함하는 본 발명의 전기자 조립체 설계에 의하면, 상기 및 기타 바람직한 특징들이 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 전기자 조립체는, 기초부와, 상기 기초부로부터 연장되고 그 주위에 권선체가 배치될 수 있는 다수의 티쓰, 및 상기 기초부상에 배치되어 외측 에지를 넘어서 연장되도록 형상화된 자성 재료를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 전기자 조립체는, 기초부와, 상기 기초부로부터 연장되고 그 주위에 권선체가 배치될 수 있으며 인접한 티쓰의 사이와 단부들에 슬롯 개구들을 형성하기 위해 상호 이격되어 있는 다수의 티쓰, 및 인접한 티쓰 사이의 슬롯 개구들을 둘러싸도록 인접 티쓰에 형성된 노치에 끼워지는 웨지(wedge: 쐐기) 형상의 자성 재료를 포함한다.

본 발명의 설계 목표들 및 특징들은 하기의 것을 포함한다:

(1) 기계 권선 공정을 실행가능하게 하기 위해 완전 개방 슬롯들을 생성하는 것,

(2) 보빈상에 각각 감겨있는 코일들을 (각 투쓰 주위의) 슬롯내로 삽입할 수 있는 것,

(3) 전기자 권선체가 삽입된 후에 중실 약자성 재료로 제조되거나 소형 사다리꼴 적층체들의 스택으로 제조되는 자성 웨지로 슬롯 개구들을 막거나 폐쇄함으로써 코깅력을 최소화하는 것,

(4) 적층 펀치의 대폭적인 재정비 없이 장착 구멍들 사이 거리의 변경에 대한 융통성을 갖고 구조물에 전기자 조립체를 부착하는 기계적 수단을 제공하는 것.

본 발명의 상기 및 기타 특징들은 상세한 설명 및 첨부 도면을 고려하면 보다 쉽게 이해될 것이다.

도 3에는, 본 발명의 일 실시예의 스택 조립체(100)의 일 부분이 도시되어 있다. 도면에서 볼 수 있듯이, 스택의 티쓰(102)는 기초부(106)로부터 외측으로 연장된다. 티쓰(102)를 분리하는 슬롯(104)들의 폭은 (기초부(106)에 있는) 기저부에서 (티쓰의 자유 단부인) 상부(108)까지 실질적으로 동일하다. 이는 티쓰의 상단부가 외측으로 벌어져 티쓰 사이의 슬롯 개구(14)를 좁히고 있는 예를 들어 도 2에 도시된 종전의 스택 조립체들의 투쓰 설계와 대조적이다.

본 발명에 따르면, 각 투쓰(102)의 상부(108)는 도 4에 도시되는 자기 웨지(112)를 수용하기 위해, 도 3에서 볼 수 있듯이 두개의 추가 노치(110)를 갖는다. 이들 자기 웨지(112)의 목적은 투쓰(102)의 중심선과 슬롯(104)의 중심선을 따르는 에어갭 자기저항(reluctance)의 차이를 최소화하는 것이다. 이 차이가 작을수록, 코깅력이 낮아질 것이다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복합 전기자 조립체는 권선체(비도시)를 갖는 스택 조립체(100)와, 슬롯(104)내의 자기 웨지(112), 및 약자성 재료로 제조되는 장착 브래킷(120)을 구비한다. 통상적으로, 장착 브래킷(120)은 스택 조립체(100)의 종축을 따라서 스택 조립체(100)보다 큰 치수를 가지며, 스택 조립체(100)의 기초부(106)의 두께와 조합되었을 때 전체 지지 철편(back iron) 두께가 자속(magnetic flux)을 전도시키는데 충분하도록 선택되는 두께를 갖는다. 도 5a에서 볼 수 있듯이, (스택 조립체(100)의 종축에 대해 횡방향인) 폭 치수 또한 스택의 폭 치수보다 통상 크다. 통상적으로 스택 조립체(100)와 장착 브래킷(120) 사이의 정확한 조립을 가능하게 하는 도브테일(dovetail) 배열이 사용된다.

이러한 양호한 도브테일 배열은 도 5b에도 도시되어 있다. 스택(100)의 단부들에서 기초부(106)는 기초부(106)의 외표면을 향하여 외측으로 구부러진 표면을 갖는 것을 볼 수 있다. 또한, 장착 브래킷(120)의 단부들은 티쓰(102) 방향으로 하향 연장되는 부분(122, 124)을 가지며, 이들 부분은 기초부(106)의 단부들의 상보체가 되도록 형상을 갖는 내표면을 갖는다. 특히, 상기 부분(122, 124)들의 내표면은 기초부(106)의 외측으로 벌어진 단부들을 포착하도록 내측으로 벌어져 있다. 도브테일 배열이 양호한 배열로서 기술되었지만, 본 발명의 정신 안에서, 스택 조립체(100)의 기초부(106)상에 장착 브래킷(120)을 배치시키기 위한 다른 배열이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.

지지 철편(기초부(106) 및 장착 브래킷(120)) 전부가 도 5a 및 도 5b에 도시된 본 발명의 실시예에서 적층되지 않으므로, 지지 철편(장착 브래킷(120))의 중실부에서 추가적인 와류 손실이 있을 것이다. 그러나, 지지 철편의 중실부에서의 자속 밀도는 그 단면이 적층된 부분의 단면보다 크기 때문에(도 5b 참조) 상대적으로 낮다. 따라서, (자속 밀도)²에 비례하는 추가 와류 손실 또한 작을 것이다.

본 발명의 장착 브래킷의 형상에 의하면, 장착 구멍들 간의 거리 변화를 수용하기 위해 적층 펀치를 재정비할 필요가 없으며, 장착 구멍 형상들은 종래 기술의 복수의 웨지들 대신에 단일의 브래킷을 교체함으로써 변경될 수 있다.

도 6은 본 발명의 전기자 스택 조립체(100)의 티쓰(102)의 상부에 형성되는 중실형 또는 적층형 자기 웨지(112)들과 노치(110)들 간의 관계에 대한 확대 도시도이다. 통상적으로 티쓰(102)와 웨지(112) 사이에 정확한 조립을 제공하기 위해 도브테일 배열이 사용된다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 웨지(112)는 사다리꼴 단면을 갖도록 형성되고, 권선체(비도시)를 향한 내향 웨지면(126)의 길이 치수는 권선체에서 멀어지는 외향 웨지면의 길이 치수보다 크다. 각 투쓰(102)의 상부(108)에서 절단되는 노치(110)는 웨지(112)의 치수와 상호보충되도록 형상을 가지며, 따라서 노치(110)와 웨지(112) 사이에 도브테일 조립이 이루어진다. 도 6의 실시예에 있어서, 웨지(112)는 권선체로부터 멀어지는 외향면이 웨지(112)가 노치(110)에 배치되었을 때 투쓰(102)의 외향면과 실질적으로 동일 평면이도록 크기를 갖는 것에 유의해야 한다.

도브테일 배열이 양호한 배열로서 기술되었지만, 본 발명의 정신 안에서, 인접하는 티쓰(102) 사이에 웨지(112)를 배치하기 위해 다른 배열이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.

본원에 사용된 용어들 및 표현들은 기술하기 위한 용어로서 비제한적인 것이며, 그러한 용어 및 표현들의 사용에 있어서는 개시 및 기술된 특징들의 균등물 또는 그 부분들을 배제하려는 의도가 전혀 없으며, 청구되는 본 발명의 범위안에서 다양한 수정이 가능한 것으로 인정된다.

Claims (25)

1. 다수의 권선체와,

   기초부와,

   상기 기초부로부터 연장되고 그 주위에 상기 권선체들이 배치될 수 있으며, 인접한 티쓰의 사이와 단부들에 슬롯 개구들을 형성하기 위해 상호 이격되어 있는 다수의 티쓰, 및

   상기 인접한 티쓰 사이의 하나 이상의 상기 슬롯 개구들을 둘러싸기 위한 형상의 자기 삽입체들을 포함하는 전기자 조립체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기초부와 상기 다수의 티쓰는 적층체로 형성되는 전기자 조립체.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 티쓰는 제 1 치수만큼 이격되어 있으며, 인접한 티쓰의 사이와 단부들에서의 상기 슬롯 개구들은 상기 제 1 치수와 거의 동일한 치수를 갖는 전기자 조립체.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 자기 삽입체들은 적층체들로 형성되는 전기자 조립체.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 자기 삽입체들은 웨지(wedge:쐐기) 형상이며, 상기 다수의 티쓰의 단부들은 상기 자기 삽입체들의 웨지 형상과 결합하도록 형상을 갖는 전기자 조립체.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 다수의 티쓰의 단부들과 상기 웨지 형상 자기 삽입체들 사이에는 도브테일(dovetail) 배열이 제공되는 전기자 조립체.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 자기 삽입체들은 사다리꼴 단면을 갖는 전기자 조립체.
8. 제 3 항에 있어서, 상기 다수의 티쓰의 단부들은 노치 가공되고, 상기 자기 삽입체들은 상기 다수의 티쓰의 노치형 단부들과 결합하도록 형상을 갖는 전기자 조립체.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 기초부의 외측 에지들을 넘어서 연장되는 장착 브래킷을 부가로 포함하며, 상기 장착 브래킷은 상기 전기자 조립체의 상기 기초부에 도브테일 배열로 결합되는 전기자 조립체.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 기초부는 일정 두께를 가지며, 상기 장착 브래킷은 적절한 조합 단면을 생성하도록 두께를 갖는 전기자 조립체.
11. 다수의 권선체와,

    기초부와,

    상기 기초부로부터 연장되고 그 주위에 상기 권선체들이 배치될 수 있는 다수의 티쓰, 및

    자기 재료로 형성되고 상기 기초부와 결합되어 상기 기초부의 외측 에지들을 넘어서 연장되도록 형상을 갖는 장착 브래킷을 포함하는 전기자 조립체.
12. 다수의 권선체와,

    기초부와,

    상기 기초부로부터 연장되고 그 주위에 상기 권선체들이 배치될 수 있으며, 인접한 티쓰의 사이와 단부들에 슬롯 개구들을 형성하기 위해 상호 이격되어 있는 다수의 티쓰, 및

    상기 인접한 티쓰 사이의 상기 슬롯 개구들을 둘러싸도록 상기 인접한 티쓰에 형성된 노치들에 끼워지는 웨지 형상의 자기 삽입체들을 포함하는 전기자 조립체.
13. 다수의 권선체를 구비하는 형태의 전기자 조립체에 사용하기 위한 스택 조립체로서,

    기초부와,

    상기 기초부로부터 연장되고 그 주위에 권선체들이 배치될 수 있으며, 인접한 티쓰의 사이와 단부들에 슬롯 개구들을 형성하기 위해 상호 이격되어 있는 다수의 티쓰, 및

    상기 인접한 티쓰 사이의 하나 이상의 슬롯 개구들을 둘러싸도록 형상을 갖는 자기 삽입체들을 포함하는 스택 조립체.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 기초부와 상기 다수의 티쓰는 적층체로 형성되는 스택 조립체.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 다수의 티쓰는 제 1 치수만큼 이격되어 있으며, 상기 인접한 티쓰의 사이와 단부들에서의 상기 슬롯 개구들은 상기 제 1 치수와 거의 동일한 치수를 갖는 스택 조립체.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 자기 삽입체들은 적층체들로 형성되는 스택 조립체.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 자기 삽입체들은 웨지 형상이며, 상기 다수의 티쓰의 단부들은 상기 자기 삽입체들의 웨지 형상과 결합하도록 형상을 갖는 스택 조립체.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 다수의 티쓰의 단부들과 상기 웨지 형상 자기 삽입체들 사이에는 도브테일 배열이 제공되는 스택 조립체.
19. 제 17 항에 있어서, 상기 자기 삽입체들은 사다리꼴 단면을 갖는 스택 조립체.
20. 제 15 항에 있어서, 상기 다수의 티쓰의 단부들은 노치 가공되고, 상기 자기 삽입체들은 상기 다수의 티쓰의 노치형 단부들과 결합하도록 형상을 갖는 스택 조립체.
21. 제 19 항에 있어서, 상기 기초부의 외측 에지들을 넘어서 연장되는 장착 브래킷을 부가로 포함하며, 상기 장착 브래킷은 상기 전기자 조립체의 상기 기초부에 도브테일 배열로 결합되는 스택 조립체.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 기초부는 일정 두께를 가지며, 상기 장착 브래킷은 조합된 두께가 자속(magnetic flux)의 전도에 충분하도록 선택된 두께를 갖는 스택 조립체.
23. 다수의 권선체를 구비하는 전기자 조립체에 사용하기 위한 스택 조립체로서,

    기초부와,

    상기 기초부로부터 연장되고 그 주위에 상기 권선체들이 배치될 수 있는 다수의 티쓰, 및

    자기 재료로 형성되고 상기 기초부와 결합되어 상기 기초부의 외측 에지들을 넘어서 연장되도록 형상을 갖는 장착 브래킷을 포함하는 스택 조립체.
24. 다수의 권선체를 구비하는 전기자 조립체에 사용되는 형태의 스택 조립체로서,

    기초부와,

    상기 기초부로부터 연장되고 그 주위에 상기 권선체들이 배치될 수 있으며, 인접한 티쓰의 사이와 단부들에 슬롯 개구들을 형성하기 위해 상호 이격되어 있는 다수의 티쓰, 및

    상기 인접한 티쓰 사이의 상기 슬롯 개구들을 둘러싸도록 상기 인접한 티쓰에 형성된 노치들에 끼워지는 웨지 형상의 자기 삽입체들을 포함하는 스택 조립체.
25. 필드 조립체, 및

    상기 필드 조립체로부터 갭을 두고 분리되도록 배치되는 전기자 조립체를 포함하고,

    상기 전기자 조립체는, 자기 장착 브래킷과, 스택 조립체, 및 다수의 권선체를 구비하며,

    상기 스택 조립체는, 기초부와, 상기 기초부로부터 연장되고 인접한 티쓰의사이와 단부들에 슬롯 개구들을 형성하기 위해 상호 이격되어 있는 다수의 티쓰, 및 상기 인접한 티쓰 사이의 상기 슬롯 개구들을 둘러싸도록 인접한 티쓰에 형성된 노치들에 끼워지는 웨지 형상의 자기 삽입체들을 포함하고, 상기 다수의 권선체는 상기 스택 조립체의 상기 다수의 티쓰의 주위에 배치되는, 선형 브러쉬레스 직류 모터.