JP6918111B2 - モーター及び変速機 - Google Patents

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Description

本発明は、モーター及び変速機に関する。
モーターは、導体が磁場中で受ける力を利用して電気エネルギーを回転エネルギーに変える装置である。近年モーターの用途が拡大するにつれモーターの役割が重要視されている。特に、自動車の電装化が急速に進み、操向システム、制動(ブレーキ)システム、デザインシステム及びギアシステムなどに適用されるモーターの需要が大きく増加している。
一般にモーターは、ローターとステーターの電磁気的相互作用によってローターが回転するようになる。この際、ローターに挿入された回転軸も共に回転して回転駆動力を発生させる。
ローターは、ローターコアとマグネットで構成されて、ローターの種類は、回転子コアに設置されるマグネットの結合構造により表面貼り付け型(SPMタイプ)と埋め込み型(IPMタイプ)に区分される。この中で、IPMタイプのローターは、回転軸が挿入される円筒形状のハブと、ハブに放射状に結合するコア部材及びコア部材の間に挿入されるマグネットを含む。
一方、モーターには、ローターの位置情報を感知するための位置センサーが備えられる。制御部は、前記位置センサーで感知したローターの位置情報に基づいて、ステーターの該当コイルに整流を供給または遮断することによってモーターの駆動力を制御する。
図1は、従来技術に係るモーターの構成を示した断面図である。
図1を参照すると、従来技術に係るモーター1は、ハウジング11により外形が形成される。なお、前記ハウジング11の内部には、前記ハウジング2の内側に配置されるステーター2と、前記ステーター2の内側に配置されるローター4と、前記ローター4に貫通挿入されて前記ローター4と一体で回転する回転軸5が備えられる。
前記ステーター2にはコイル7が巻線されて、前記ローター4にはマグネット(図示せず)が装着される。従って、前記コイル7と前記マグネットの電気的相互作用により、前記ローター4の回転が誘導されたり回転する前記ローター4による発電が誘導されることができる。なお、前記回転軸5の両端は、ベアリング6、7によって回転可能に支持されることができる。
一方、前記ローター4は、磁気センサー10aにより位置が感知されることができる。前記磁気センサー10aは、前記回転軸5の一端と対向する印刷回路基板10bの一面上に配置されて、前記ローター4の回転角度を感知する。
なお、前記磁気センサー10aと対向する前記回転軸5の一端には、センサーマグネット9と、前記センサーマグネット9を支持するプレート8が備えられる。つまり、前記磁気センサー10aは、前記センサーマグネット9から放出される磁気力をセンシングして電気的な正弦波(サイン波またはコサイン波)信号を介して、前記磁気力の強さに比例した電圧または電力を出力することができる。なお、前記出力された電圧または電力値で前記ローターの回転角度変化量を検出することによって、ローターの回転位置を感知することができる。
前記のような構成のモーター1によると、磁気センサー10aがローター4及び回転軸5の回転半径から離隔して配置されなければならないため、磁気センサー10aに隣接した回転軸5にはセンサーマグネット9が別に備えなければならない短所がある。つまり、磁気力放出のためのセンサーマグネット9及びプレート8が別に存在することになり、部品数が増加して製造単価が上昇する問題点がある。
本発明は、前記のような問題点を改善するために提案されたもので、部品数を減少させて製造単価を節減できるモーターを提供することにある。
本発明の他の目的は、構造を改善してコギングトルクを低減できるモーターを提供することにある。
一実施形態として、モーターは、シャフト;前記シャフトと結合してマグネットを含むローター;前記ローターの外側に配置されてコイル及びステーターコアを含むステーター;前記ローターの上側に配置されるカバー;及び前記カバーと前記ローターとの間に配置される磁気センサーを含み、前記磁気センサーは、前記マグネットの上側に配置されて、前記磁気センサーが、前記ローターと対向する面が前記コイルの最上端よりも下側に配置されて、前記ローターのシャフト方向の長さは、前記ステーターコアのシャフト方向の長さよりも長い。
前記マグネットの長さは、前記ステーターコアの長さよりも長く形成されることができる。
前記シャフトの一端を支持するベアリングをさらに含み、前記シャフトは、前記ベアリングと接触する第1外周面と前記ローターと接触する第2外周面を含み、前記第1外周面の径は、前記第2外周面の径よりも小さいことがある。
前記磁気センサーと前記ローターとの最短距離は、前記ベアリングと前記ローターとの最短距離よりも短いことがある。
前記磁気センサーは、前記マグネットの半径方向に内径と外径との間に配置されて、前記マグネットと軸方向に離隔して一側に配置されることができる。
前記ステーターは、前記ステーターコアと前記コイルを絶縁するインシュレーターをさらに含み、前記磁気センサーは、前記インシュレーターと前記シャフトとの間に配置されることができる。
前記ローターのシャフト方向の長さは、前記ステーターコアのシャフト方向の長さよりも長いことがある。
前記磁気センサーが配置される回路基板をさらに含み、前記回路基板は、前記シャフトと垂直するようにカバーと結合することができる。
前記回路基板と前記ローターとの最短距離は、前記ベアリングと前記ローターとの最短距離よりも短いことがある。
前記磁気センサーは3つであり、3つの前記磁気センサーは、互に120度の角度を形成することができる。
他の実施形態として、モーターは、ハウジング;前記ハウジングの内側に配置されて、コイルが巻線されるステーター;前記ステーターの内側に回転可能に配置されて、前記コイルと電磁気的相互作用するマグネットを含むローター;前記ローターの中央部に結合されて、前記ローターと共に回転するシャフト;及び前記ハウジングの内部空間のうち前記ステーター及び前記ローターと軸方向を基準に所定距離離隔して配置されて、一面に前記ローターの位置を感知する磁気センサーを備える回路基板を含み、前記ローターの軸方向長さ(L1)は、前記ステーターの軸方向長さ(L2)よりも長く形成されることができる。
さらに他の実施形態として、モーターは、マグネット及びローターコアを含むローター及び前記ローターの外側に配置されたステーターを含み、前記ステーターは、ヨーク及び前記ヨークから前記ローターに向かって突出する複数のティースを含み、前記ローターコアは、前記ステーターと対向する第1側面を含み、前記ティースは、前記第1側面と対向する第2側面を含み、前記第1側面の曲率よりも前記第2側面の曲率が小さく形成されることができる。
前記複数のティースの間には、互に間隔を形成するように開口部が備えられて、前記開口部は、円周方向にKの幅を有し、半径方向に前記第1側面の中心から前記第2側面までの距離をD1とし、半径方向に前記第1側面の縁から前記第2側面までの距離をD2とした時、D2=(0.9〜1.1)×K×D1を満足することができる。
前記Kは、1.3mm≦≦K≦≦1.5mmを満足することができる。
前記第1側面を延長した仮想円の中心と、前記第2側面を延長した仮想円の中心は、異なってもよい。
前記第1側面は、前記第1側面の中心から円周方向に沿って縁に行くほど曲率が変化してもよい。
前記第1側面は、前記第1側面の中心から円周方向に沿って縁に行くほど曲率が変化してもよい。
前記複数のティースの各端部を連結する仮想の円(C1)の曲率は、前記ローター本体の外周面曲率と同一であり得る。
前記ティースは、円周方向に幅が1.3mm乃至1.5mmであり得る。
変速機は、駆動力を提供する複数のモーターを介して、ギアを変速させるギアアクチュエータ;前記複数のクラッチのいずれか一つのクラッチを択一的に動作させるクラッチアクチュエータ;及び前記パワーモジュールと前記クラッチアクチュエータを制御する制御ユニットを含み、前記モーターは、シャフト;前記シャフトと結合してマグネットを含むローター;前記ローターの外側に配置されてコイル及びステーターコアを含むステーター;前記ローターの上側に配置されるカバー;及び前記カバーと前記ローターとの間に配置される磁気センサーを含み、前記磁気センサーは、前記マグネットの上側に配置されて、前記磁気センサーが、前記ローターと対向する面が前記コイルの最上端よりも下側に配置されて、前記ローターのシャフト方向の長さは、前記ステーターコアのシャフト方向の長さよりも長くてよい。
本発明によると磁気センサーがローターのマグネットの磁気力を直接センシングするため、センサーマグネットを含む別途の部品が不要な長所がある。
これによって部品数が減少するため、製造単価が低くなる長所がある。
さらに、ローターコアの外周面を中心部が縁の領域に比べて外側に突出する形状の曲面を形成することによって、ローターの回転により前記ステーターと発生するコギングトルクを低減できる長所がある。
つまり、ローターコアの外周面の縁の領域からティースとの距離が近いほどコギングトルク発生が高まることになるので、本実施形態では縁の領域が他の領域よりもティースとの距離が遠くなるように外周面に曲面形状を形成してコギングトルクを低減させることができる長所がある。
従来技術に係るモーターの構成を示した断面図。 本発明の実施形態に係るモーターの構成を示した断面図。 本発明の実施形態に係るローターの斜視図。 図2のA部分を拡大した拡大図。 本発明の実施形態に係る変速機のシステムを図示したシステム図。 本発明の第2実施形態に係るモーターの概念図。 本発明の第2実施形態に係るステーターとローターの断面図。 図7のA部分を拡大した拡大図。 従来技術に係るステーターとローターの姿を示した断面図。 K値の変化に係るコギングトルク値を示した図表。
以下、説明される本発明は、様々な変換を加えることができて、様々な実施形態を有することができ、特定実施形態を図面に例示して詳細な説明で詳細に説明する。
しかし、これは本発明を特定の実施形態について限定するのではなく、本発明の思想及び技術的範囲に含まれるすべての変換、均等物乃至代替物を含むものと理解しなければならない。本発明を説明するに当たり、関連した公示技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
本出願で用いた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたもので、本発明を限定する意図はない。単数の表現は、文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、“含む”または“有する”等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、工程、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたのが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、工程、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。
また“第1、第2”等の用語は、様々な構成要素を区分して説明するために用いられることができるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されるべきではない。前記用語は、一つの構成要素を別の構成要素から区別する目的にだけ用いられる。
図2は、本発明の実施形態に係るモーターの構成を示した断面図であり、図3は、本発明の実施形態に係るローターの斜視図である。
図2及び3を参照すると、本発明の実施形態に係るモーター100は、ハウジング110と、前記ハウジング110の内側に配置されるステーター120と、前記ステーター120の内側に回転可能に配置されるローター130と、前記ローター130に貫通挿入されて前記ローター130と一体で回転するシャフト135を含む。
前記ハウジング110は、円筒形状で形成されて内部に前記ステーター120と前記ローター130が装着されることができる空間が設けられる。前記ハウジング110の形状や材質は、多様に変形されるが、高温でもよく耐えることができる金属材質が選択されることができる。前記ハウジング110には、様々な部品が結合する別途のカバー150が結合する。前記カバー150は、前記ローター130の上側に配置されることができる。なお、前記カバー150は、一側が前記ハウジング110の内側に収容されて、他側が前記ハウジング110の外部に延びることができる。これのために、前記ハウジング110には、前記カバー150が結合するための別途のホール(図示せず)が形成されることができる。
ここで、前記ハウジング110の内側に収容される領域は、前記ステーター120、前記ローター130、前記シャフト135及び別途の部品を支持する。なお、前記ハウジング110の外部に配置される領域には、コネクター200が結合されて、前記モーター100に制御命令を送信したり、電源を提供する。
詳細には、前記コネクター200には別途のプラグ(図示せず)が装着されることができる。なお、前記コネクター200は、前記ハウジング110に内部に配置される多数の部品と端子210、220を介して電気的に結合することができる。例えば、前記端子210、220は、電源端子210と入力端子220を含む。従って、前記プラグが前記コネクター200に装着されると、前記端子210、220を介して各部品に制御命令が伝達されたり電源が提供されることができる。
一方、前記ハウジング110は、前記カバー150との結合によって、前記ステーター120と前記ローター130を外部から遮蔽する。また、内部熱を容易に排出することができるように冷却構造(図示せず)がさらに含まれることができる。このような冷却構造は、空冷または水冷構造が選択され、冷却構造により前記ハウジング110の形状は適切に変形されることができる。
前記ステーター120は、前記ハウジング110の内部空間に挿入される。前記ステーター120は、ステーターコア121に巻き取られるコイル125を含む。前記ステーターコア121は、断面がリング形状で形成される一体型コアまたは複数の分割コアが結合されたコアであり得る。なお、前記ステーター120には、前記コイル125を絶縁するためのインシュレーター122が備えられることができる。
前記ステーター120は、モーターの種類によって適切に変形されることができる。例えば、DCモーターである場合には一体型ステーターコアに巻き取られもよく、3相制御モーターである場合には複数のコイルにU、V、W相が各々入力されるように製作されることができる。
前記ローター130は、前記ステーター120の内側に回転可能に配置される。前記ローター130は、マグネット132が装着されて、前記ステーター120のコイル125との電磁気的相互作用によって回転する。
図3を参照すると、本実施形態に係る前記ローター130は、前記マグネット132が磁束集中型スポークタイプ(spoke type)に配置されることができる。詳細には、前記ローター130は、中心を基準に放射状に配置されてポケットを形成する複数のローターコア131と、前記ポケットに挿入される複数のマグネット132を含む。つまり、前記マグネット132は、隣接したローターコア131の間に形成されるポケットに挟まれるものと理解されることができる。さらに、前記マグネット132は、円周方向に着磁され隣接するマグネットと同一極性が対向するように配置されることができる。
ただし、前記マグネット132の配置タイプは例示的なものであり、これに限定されず様々な形態に配置されることができる。例えば、ローターは、ローターコアが円形で形成されてマグネットが外周面に配置される形態でも実現されることができる。つまり、前記マグネット132は、マグネット埋め込み型(Interior Permannt Margnet,IPM)、表面貼り付け型(Surface Permant Magnet,SPM)形態で前記ローターコア131に結合することができる。
前記ローター130の中央部には、前記シャフト135が結合する。これにより、前記ローター130が回転する場合、前記シャフト135も共に回転する。この際、前記シャフト135はベアリング140により上、下端が支持される。詳細には、前記シャフト135の一側に配置された第1ベアリング142と他側に配置された第2ベアリング141が、前記シャフト135の上、下端を各々支持する。
これとは異なり、前記ローター130と前記シャフト135は一体で形成されることができる。つまり、前記ローター130の製造時、前記シャフト135を結合した状態で射出成形されることができる。
一方、前記カバー150には、前記シャフト135の一端及び前記第2ベアリング141を支持する支持溝152が形成されることができる。前記支持溝152は、前記カバー150の一面上で陥没形成されて、前記第2ベアリング141により支持される前記シャフト135の一端を収容することができる。なお、前記第2ベアリング141は、後述する磁気センサー161よりも上側に配置されることができる。
前記シャフト135には、複数の断面積を有する外周面が形成されることができる。図4を参照すると、前記シャフト135は、前記第2ベアリング141と接触する第1外周面137と、前記ローター130と接触する第2外周面138を含むことができる。この際、前記第1外周面137の径は、前記第2外周面138の径よりも小さくてよい。
前記カバー150と前記ローター130との間には、回路基板160が配置される。前記回路基板160には、複数の電子部品が内蔵される。例えば、前記回路基板160には、後述する前記ローター130の回転を感知する磁気センサー161またはインバータが装着されることができる。さらに、前記回路基板160は、前記電源端子210と前記入力端子220が電気的に連結されて、各電子部品に電源が提供されたり、制御命令が送信されることができる。
前記回路基板160には、前記シャフト135が貫く貫通ホールが形成されることができる。これにより、前記シャフト135が前記貫通ホールに挟まれると、前記回路基板160は、前記シャフト135に半径方向に外側に配置されることができる。
前記回路基板160は、前記マグネット132の半径方向に内径と外径との間に配置されて、前記マグネット132と軸方向に離隔して一側に配置されることができる。なお、前記回路基板160は、前記シャフト135と垂直方向に配置されることができる。この際、前記回路基板160と前記ローター130との最短距離は、前記第2ベアリング141と前記ローター130との最短距離よりも短くてよい。
以下では、前記ローター130の位置感知構造について説明する。
図4は、図2のA部分を拡大した拡大図である。
図2及び4を参照すると、前記回路基板160の外面のうち前記ステーター120及び前記ローター130と対向する面には、前記ローター130の位置を感知するための磁気センサー161が備えられる。前記磁気センサー161は、前記ハウジング110の内部空間のうち前記ステーター120と前記ローター130と軸方向を基準に所定距離離隔して配置されることができる。より具体的には、前記磁気センサー161は、前記マグネット132の磁束を感知するように前記マグネット132の上側に配置されることができる。これにより、前記磁気センサー161の位置は、前記ステーター120と前記シャフト135との間または前記インシュレーター122と前記シャフト135との間に配置されるものと理解されることができる。
例えば、前記磁気センサー161と前記ローター130との最短距離は、3mm乃至10mmの間隔を形成することができる。なお、前記磁気センサー161は、前記ローター130と対向する面が、前記コイル125の最上端よりも下側に配置されることができる。
前記磁気センサー161は、前記マグネット132から放出される磁気力をセンシングして電気的な正弦波(サイン波またはコサイン波)信号を介して、前記磁気力に強さに比例した電圧または電力値を出力することができる。なお、前記出力された電圧または電力値で前記ローター130の回転角度変化量を検出することによって、前記ローター130の位置を感知することができる。例えば、前記磁気センサー161はホールICであり得る。
前記磁気センサー161は複数で備えられることができる。複数の前記磁気センサー161は前記回路基板160の一面で前記シャフト135を基準に同じ半径内に3つが備えられることができる。なお、3つの前記磁気センサー161は、互に120度の角度を形成することができる。
前記磁気センサー161は、前記マグネット132の半径方向に内径と外径との間に配置されて、前記マグネット132の軸方向に離隔して一側に配置されることができる。より具体的には、前記磁気センサー161は、前記ローターコア131の断面幅の中心領域に対向するように位置することができる。
前記ローターコア131の外径をR1とし、内径をR2とした時、前記ローターコア131の半径方向中心R3は、以下のように定義することができる。
R3=(R1+R2)/2
つまり、前記磁気センサー161は、前記ローターコア131の外面のうち相対的に前記R3と対向する領域に近いようい配置されることができる。これにより、前記磁気センサー161は、相対的に前記マグネット132の磁気力の強さが高い領域に配置されるので、前記ローター130の位置感知のための信号がより正確に受信されることができる長所がある。
一方、前記シャフト135の配置方向を軸方向けとした時、前記ローター130の軸方向の長さは、前記ステーター120の軸方向よりも長く形成される。つまり、前記ローター130のシャフト方向の長さは、前記ステーターコア121のシャフト方向の長さよりも長くてよい。
前記ローター130の軸方向の長さをL1とし、前記ステーター120の軸方向の長さをL2とした時、前記L1は、前記L2よりも長く形成される。従って、前記マグネット132が配置される前記ローター130が相対的に前記磁気センサー161により近く位置することができるので、前記磁気センサー161はより正確に前記マグネット132の磁気力を感知できる長所がある。例えば、前記L1は、前記L2の1.1乃至1.3倍であり得る。前記L1と前記L2の長さの関係は、前記ローター130が、前記ステーター120との電磁気的相互作用を行うと同時に前記ローター130のマグネット132の磁力を前記磁気センサー161に容易に到達させることができる値と理解される。
これにより、前記磁気センサー161と前記ローター130との最短距離は、前記第2ベアリング141と前記ローター130との最短距離よりも短くてよい。さらに、前記磁気センサー161は、前記シャフト135の垂直方向に前記シャフト135にオーバーラップ(Overlab)できる。
変形例として、前記磁気センサー161が、前記ステーター120及び前記ローター130の上側に配置されるとした時、前記ローター130の上面から前記磁気センサー161までの距離は、前記ステーター120の上面から前記磁気センサー161までの距離よりも短く形成されることができる。
図5は、本発明の実施形態に係る変速機のシステムを図示したシステム図である。
本発明の実施形態に係るモーター100は、変速機300中ギアを変速させるギアアクチュエータ(Gear Actuator)に備えられることができる。説明の便宜のために、前記変速機300に配置される複数のモーターを各々第1モーター100a、第2モーター100bと命名して、異なる図面符号を付して説明する。
詳細には、本実施形態に係る変速機300は、複数のクラッチを介して駆動力を提供してギアを変速させるギアアクチュエータ310と、前記ギアアクチュエータ310を作動させて前記複数のクラッチのいずれか一つのクラッチを択一的に動作させるクラッチアクチュエータ(Clutch Actuator)320と、前記クラッチアクチュエータ320と前記ギアアクチュエータ310を制御する制御ユニット330を含む。
前記制御ユニット330は、前記変速機300の全般的な動作を制御する。例えば、車両の速度変化に応じて前記ギアアクチュエータ310が適切なギア比を有するように変更する役割をすることができる。
前記クラッチアクチュエータ320は、複数のクラッチモーター321、322を備える。二つであるモーター100a、100b及びソレノイド101a、101bの個数に対応して前記複数のクラッチモーター321、322は二つであり得る。前記複数のクラッチモーター321、322中第1クラッチモーター210は、奇数段ギアを変換するための第1モーター100aと第1ソレノイド101aの動作を制御するモーターとして理解される。なお、第2クラッチモーター322は、偶数段ギアを変換するための第2モーター100bと第2ソレノイド101bの動作を制御するモーターとして理解される。
言い換えると、前記第1モーター100aと前記第1ソレノイド101aは、第1クラッチ、前記第2モーター100bと前記第2ソレノイド101bは、第2クラッチとして理解される。従って、複数のクラッチモーター321、322によって前記各クラッチは動作が択一的に選択されることができる。
例えば、ギアが最初ニュートラルに位置した状態で運転者が運転を始めると仮定する時、前記第1クラッチモーター210はオン(ON)状態となり、前記第2クラッチモーター322はオフ(OFF)状態となる。前記第1クラッチモーター321のオン状態により、前記第1モーター100a及び第1ソレノイド101aの動作によって奇数段ギアユニットで1段のギアで動作することができる。この際、前記第2モーター100bと前記第2ソレノイド101bは、偶数段ギアユニットで入力軸を2段の状態で待機させる。次に速度が増加するにつれ前記第1クラッチモーター321は、オフ(OFF)状態になり、前記第2クラッチモーター322は、オン(ON)状態となる。この際には、前記第2クラッチモーター322のオン状態により、前記第2モーター100b及び第2ソレノイド101bの動作によって偶数段ギアユニットで2段のギアで動作することができる。ここで、オン(ON)とオフ(OFF)状態は、動力伝達及び遮断状態として理解される。
従って、前記クラッチアクチュエータ320及びギアアクチュエータ310は、前記制御ユニット330の制御命令により、車両速度を考慮した動作により適切なギア比でギアを変速させることができる。
前記構成に係るモーター100によると、前記磁気センサー161が前記ローター130のマグネット150の磁気力を直接センシングするため、センサーマグネットを含む別途の部品が不要な長所がある。これにより、部品数が減少するので製造単価が低くなる長所がある。
図6は、本発明の第2実施形態に係るモーターの概念図である。
図6を参照すると、本発明の第2実施形態に係るモーター1000は、ハウジング400と、前記ハウジング400の内側に配置されるステーター600と、前記ステーター600の内側に回転可能に配置されるローター500と、前記ローター500に貫通挿入されて前記ローター500と一体で回転するシャフト400を含む。
前記ハウジング400は、円筒形状で形成されて内部にステーター600とローター500と装着されることができる空間が設けられる。前記ハウジング400の形状や材質は多様に変形されるが、高温でもよく耐えることができる金属材質が選択されることができる。
前記ハウジング400は、カバー410と結合されて前記ステーター600と前記ローター500を外部から遮蔽する。また、内部熱を容易に排出することができるように冷却構造(図示せず)がさらに含まれることができる。このような冷却構造は空冷または水冷構造が選択されることができ、冷却構造により前記ハウジング400の形状は適切に変形されることができる。
前記ステーター600は、前記ハウジング400の内部空間に挿入される。前記ステーター600は、ティース620に巻き取られるコイル650を含む。ヨーク610は、断面がリング形状で形成される一体型コアまたは複数の分割コアが結合されたコアであり得る。同様に、前記ローター500も複数の分割コアが結合されたコアであり得る。
前記ステーター600はモーターの種類により適切に変形されることができる。例えば、DCモーターである場合には一体型ティースにコイルが巻き取られることができ、3相制御モーターである場合には複数のコイルにU、V、W相が各々入力されるように製作されることができる。
前記ローター500は、前記ステーター600と回転可能に配置される。前記ローター500は、マグネットが装着されて前記ステーター600との電磁気的相互作用によって回転する。
前記ローター500の中央部には、前記シャフト400が結合する。従って、前記ローター500が回転する場合、前記シャフト400も共に回転する。この際、前記シャフト400は、一側に配置された第1ベアリング800と他側に配置された第2ベアリング900により、各々上、下段が支持される。
前記回路基板950は、複数の電子部品が内蔵される。例えば、前記回路基板950には前記ローター500の回転を感知するホールIC(図示せず)が実装されたり、インバータが装着されることができる。
図7は、本発明の実施形態に係るステーターとローターの断面図であり、図8は、図2のA部分を拡大した拡大図である。
図7及び図8を参照すると、本発明の第2実施形態に係るモーター1000は、ステーター600と、前記ステーター600の内側に回転可能に配置されるローター500を含む。
詳細には、前記ステーター600は、円筒形のヨーク610と、前記ヨーク610の内周面から突出形成されるティース620を含む。
金属材質の前記ヨーク610は、前記ハウジング400の内側に配置される。なお、前記ヨーク610の内側には、前記ローター500が配置される空間が形成される。前記ヨーク610は、同じ方向に複数のティース620が一定の間隔で突出形成されるように金型と一体になって形成される。
前記ティース620は、複数で備えられて、互に一定間隔を形成して前記ヨーク610の内周面から突出する。つまり、前記ティース620は、前記ヨーク610の内周面に沿って放射状に形成される。これにより、複数の前記ティース620の各端部は、前記ローター500の中心に向かうことができる。
前記ティース620は、コイル650が巻線されるティース本体622と、前記ティース本体622の先端に形成された先端部624を含むことができる。前記先端部624は、前記ティース本体622の外面のうち一部が突出するリーム(Rim)形状を形成することができる。これにより、前記先端部624と前記ヨーク610で両端が区切られる前記ティース本体622には前記コイル650が巻線されることができる。
前記ティース620の外面のうち前記ローター500と対向する面、つまり前記ティース32の内周面には、中心が外側に向かって陥没する曲面が形成されることができる。図示したように、前記ティース620の曲面形状により、前記ティース620の内周面626と前記ヨーク610または前記ローター本体510の外周面は、曲率が互いに同一であり得る。これは、前記複数のティース620の各端部を延長する仮想の円(C1)の曲率が、後述するローター本体510の外周面511曲率と同一であると理解されることができる。
前記ローター500は、シャフト400が挿入される貫通ホール512が形成されるローター本体510と、前記貫通ホール512を基準に放射状に配置されてポケット570を形成する複数のローターコア520と、前記ポケット570に挿入される複数のマグネット540を含む。
前記ローター本体510は、前記ローターコア520と前記マグネット540を固定できる構成なら特別な制限はない。例えば、前記ローター本体510は、金型内部に前記ローターコア520が放射状に配置された状態で射出成形して製作されることができる。以後、前記マグネット540は、前記ポケット570に挿入される。また別の例として、前記ローター本体510は、前記ローターコア520及び前記マグネット540と共に一体で射出成形されて形成されることもできる。さらに別の例として、複数の挿入ホールが形成された円筒形状のローター本体510を予め製作された後、前記ローターコア520と前記マグネット540を各々挿入することも可能である。
前記ローター本体510の材質は、磁力を遮蔽できる材質なら制限なしに適用可能である。例えば、前記ローター本体510の材質はレジン(resin)であり得る。
前記ローターコア520は、前記ローター本体510の外側に配置されて、前記貫通ホール512を基準に放射状に配置される。前記ポケット570は、前記ローター本体510の外周面と、隣接する前記ローターコア520の各側面によって形成された空間と定義されることができる。
前記ローターコア520は、金属材質で形成されて、前記マグネット540の間の磁束経路を形成する。前記ローターコア520の内側終端は、前記ローター本体510の外周面に結合されて、前記ローターコア520の外周面522は、前記ティース620と対向するように前記ローター本体510の外側に露出する。一方、前記ローター500の円滑な回転のために、前記ローターコア520と前記ティース620との間には間隔が形成される。
前記ローターコア520の側面には、隣接するローターコア520間に互いに対向する方向に延びて、前記マグネット540が収容される外側係止段525が形成されることができる。前記外側係止段525は、モーター回転時前記マグネット540が離脱しないように拘束する。同様に、前記ローターコア520の側面のうち前記外側係止段525よりも内側に離隔するある一つの領域には、内側係止段514が形成されることができる。これにより前記外側係止段525と前記内側係止段514により前記マグネット540の外周面と内周面が支持されるので、前記マグネット540が前記ポケット570で堅固に固定されることができる。
前記マグネット540は、磁束集中型スポークタイプ(spoke type)で配置されることができる。具体的に前記マグネット540は、円周方向に着磁され隣接するマグネットと同一極性が対向するように配置されることができる。
以下では、本発明の要部であるコギングトルク低減構造について説明する。
図8を参照すると、前記ローターコア520の外周面522は、中心部が縁の領域に比べて外側に向かって突出するように曲面が形成される。詳細には、前記ローター500の回転によって前記ローターコア520の中心531が、前記ティース620の中心627と対向する位置に配置時に、前記ローターコア520の外周面から前記ティース620の内周面までの距離は各々異なる長さのD1、D2で定義されることができる。ここで、前記D1は、突出した前記ローターコア520の外周面のうちの中心領域から前記ティース620の内周面までの径方向の距離を意味して、前記D2は、前記ローターコア520の外周面のうち縁の領域から前記ティース620の内周面までの径方向の距離を意味する。つまり、前記D1は、前記ローターコア520の外周面と前記ティース620の内周面との間に形成される最も近い距離と理解されて、前記D2は、前記ローターコア520の外周面と前記ティース620の内周面との間に最も遠い距離と理解されることができる。
この際、前記D1と前記D2は、以下の式を満足することができる。
D2=K×D1(1.3≦≦K≦≦1.5)
従って、前記D1と前記D2は異なり、前記D1よりも前記D2が大きい値が形成される。
要約すると、前記ローターコア520の外周面522を第1側面とし、前記第1側面に対向する前記ティース620の内周面626を第2側面とする時、円周方向に前記1側面の曲率よりも前記第2側面の曲率が小さく形成される。
その結果、前記第1側面を延長した仮想円の中心と前記第2側面を延長した仮想円の中心は互いに異なるようになる。
なお、前記第1側面は、前記第1側面の中心から円周方向に沿って縁に行くほど曲率が変化する。これとは異なり、前記第1側面の曲率は円周方向に一定に形成される。前記D1よりも前記D2が大きい値を持つ範囲内で前記第1側面の曲率を多様に設定されることができる。
なお、隣接した前記ティース620間には、Kだけ開口部が形成されることができる。詳細には、前記ティース620の先端に配置される前記先端部624は、隣接した先端部と円周方向に間隔を形成することができる。この際、前記Kは隣接した前記ティース620の先端部間に形成される円周方向の幅を意味する。前記K値の範囲は1.3mm≦≦K≦≦1.5mmを満足する。
図9は、従来技術に係るステーターとローターの形態を示した断面図であり、図10は、K値の変化に応じたコギングトルク値を示した図表である。
図9を参照すると、従来技術に係るローターコア1002の外周面1003は、平面で形成される。従って、ステーター1004の端部の内周面1005の曲面形状により、前記ローターコア1002の外周面1003は、中心部よりも縁の領域が内周面1005と近くなり、ローターの回転によりコギングトルク(cogging torque)が増加する問題点がある。つまり、従来技術に係るモーターは、ローターコア1002の外周面1003とステーター1004の内周面1005との間に距離が不均一になるので、ローターの回転により騒音が増加してコギングトルクが増加してモーターの効率が良くない短所がある。
しかし、第2実施形態によると、前記ローターコア520の外周面522を中心部が縁の領域に比べて外側に突出する形状の曲面を形成することによって、前記ローター500の回転により前記ステーター600と発生するコギングトルクを低減できる長所がある。つまり、前記ローターコア520の外周面522の縁の領域から前記ティース620との距離が近いほどコギングトルク発生が高まるようになるので、本実施形態では縁の領域が他の領域よりも前記ティース620との距離が遠くなるように前記外周面522に曲面形状を形成してコギングトルクを低減させることができる長所がある。
さらに、図10に表示したように、K値が0.7mmである時コギングトルクが最小で発生するのを確認することができる。これは、隣接した前記ティース620間の円周方向の距離と、前記ローターコア520の外周面曲率を共に考慮した数値で、0.7でコギングトルクが最小化できる臨界的意義を持つと理解できるはずである。
一方、本図面に開示された実施形態は理解を助けるために特定例を提示したものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに開示された実施形態以外にも本発明の技術的思想に基づいた他の変形例が実施可能であることは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者には自明である。

Claims (14)

  1. マグネット及びローターコアを含むローター及び
    前記ローターの外側に配置されて、コイルを含むステーターを含み、
    前記ステーターは、ヨーク及び前記ヨークから前記ローターに向かって突出される複数のティースを含み、
    前記ローターコアは、前記ステーターと対向する第1側面を含み、
    前記ティースは、前記第1側面と対向する第2側面を含み、
    前記ローターに対して第1方向に配置されるカバーを含み、
    円周方向に前記第1側面の曲率より前記第2側面の曲率が小さく形成され、
    半径方向に前記第1側面の中心から前記第2側面までの距離をD1とし、半径方向に前記第1側面の縁から前記第2側面までの距離をD2とする時、
    前記D1より前記D2は大きく、
    前記カバーと前記ローターの間に配置される磁気センサーを含み、
    前記磁気センサーは前記ローターと対向する面が前記コイルの前記第1方向端部より第2方向に配置され、
    前記第1方向は前記ローターの軸方向のうち一側方向であり、
    前記第2方向は前記ローターの軸方向のうち他側方向であり、
    前記ローターの軸方向の長さは前記ステーターの軸方向の長さより長いことを特徴とする、モーター。
  2. 前記複数のティースの間には互に間隔を形成するように開口部が備えられて、
    前記開口部は円周方向にKの幅を有することを特徴とする、請求項1に記載のモーター。
  3. 前記Kは、1.3mm≦K≦1.5mmを満足することを特徴とする、請求項2に記載のモーター。
  4. 前記ローターは複数の分割コアが結合されたことを特徴とする、請求項1に記載のモーター。
  5. 前記ローターコアには前記マグネットが挿入されるポケットが形成されることを特徴とする、請求項1に記載のモーター。
  6. ケットは前記ローターコアの外面に形成され、
    前記ポケットは複数に備えられて、前記ローターコアの円周方向に沿って相互離隔して配置されることを特徴とする、請求項1に記載のモーター。
  7. 前記第1側面を延長した仮想の円の中心と、前記第2側面を延長した仮想の円の中心は相異なることを特徴とする、請求項1に記載のモーター。
  8. 前記第1側面の曲率は円周方向に一定であることを特徴とする、請求項1に記載のモーター。
  9. 前記第1側面は前記第1側面の中心から円周方向に沿って縁に行くほど曲率が変化することを特徴とする、請求項1に記載のモーター。
  10. 前記ティースの内周面には中心領域が外側に向かって陥没する曲面が形成されることを特徴とする、請求項1に記載のモーター。
  11. ハウジング;
    前記ハウジングの内側に配置され、ヨーク及び前記ヨークの内周面から内側に突出される複数のティース及びコイルを含むステーター;及び
    前記ステーターの内側に回転可能に配置され、ローター本体及び前記ローター本体の外周面上に放射状に形成された複数のローターコアを含むローターを含み、
    前記ローターに対し第1方向に配置されるカバーを含み、
    前記ローターコアの外周面中心から前記ティースの内周面までの直径方向距離をD1とし、前記ローターコアの外周面の縁から前記ティースの内周面までの直径方向距離をD2とし、
    前記D1よりD2が大きく、
    隣接する前記複数のティースの各端部の間には円周方向にKの間隔が形成され
    前記カバーと前記ローターの間に配置される磁気センサーを含み、
    前記磁気センサーは前記ローターと対向する面が前記コイルの前記第1方向端部より第2方向に配置され、
    前記第1方向は前記ローターの軸方向のうち一側方向であり、
    前記第2方向は前記ローターの軸方向のうち他側方向であり、
    前記ローターの軸方向の長さは前記ステーターの軸方向の長さより長いことを特徴とする、モーター。
  12. 前記Kは、1.3mm≦K≦1.5mmを満足することを特徴とする、請求項11に記載のモーター。
  13. 前記ローターコアにはマグネットが挿入されるポケットが形成されることを特徴とする、請求項11に記載のモーター。
  14. 駆動力を提供する複数のモーターを介して、ギアを変速させるギアアクチュエータ;
    前記複数のクラッチのいずれか一つのクラッチを択一的に動作させるクラッチアクチュエータ;及び
    前記ギアアクチュエータと前記クラッチアクチュエータを制御する制御ユニットを含み、
    前記モーターは、
    マグネット及びローターコアを含むローター及び
    前記ローターの外側に配置されてコイルを含むステーターを含み、
    前記ステーターは、ヨーク及び前記ヨークから前記ローターに向かって突出する複数のティースを含み、
    前記ローターコアは、前記ステーターと対向する第1側面を含み、
    前記ティースは、前記第1側面と対向する第2側面を含み、
    前記ローターに対して第1方向に配置されるカバーを含み、
    円周方向に前記第1側面の曲率よりも前記第2側面の曲率が小さく形成され、
    半径方向に前記第1側面の中心から前記第2側面までの距離をD1とし、半径方向に前記第1側面の縁から前記第2側面までの距離をD2とする時、
    前記D1より前記D2が大きく、
    前記カバーと前記ローターの間に配置される磁気センサーを含み、
    前記磁気センサーは前記ローターと対向する面が前記コイルの前記第1方向端部より第2方向に配置され、
    前記第1方向は前記ローターの軸方向のうち一側方向であり、
    前記第2方向は前記ローターの軸方向のうち他側方向であり、
    前記ローターの軸方向の長さは前記ステーターの軸方向の長さより長いことを特徴とする、変速機。
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