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

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. ポ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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