JP6982612B2 - ステーターおよびこれを含むモーター - Google Patents

Description

実施例は、ステーターおよびこれを含むモーターに関する。

モーターは、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換させて回転力を得る装置として、車両、家庭用電子製品、産業用器機などに広く使用される。

モーターは、ハウジング、回転軸、ハウジングの内周面に配置されるステーター、回転軸の外周面に設置されるローターなどを含み得る。ここで、前記モーターのステーターは、ローターとの電気的相互作用を誘発してローターの回転を誘導する。

特に、前記モーターは、自動車の操向の安全性を確保するための装置に用いられ得る。例えば、前記モーターのような別の動力で補助する操向装置に使用され得る。

従来は、これらの補助操向装置を油圧を用いた装置として使用したが、最近は、動力の損失が少なく、正確性に優れた電動式操向装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ、ＥＰＳ）が使用される。

前記電動式操向装置（ＥＰＳ）は、車両の旋回安全性を確保し、迅速な復元力を提供することにより、運転手にとって安全な走行が可能にする装置である。これらの電動式操向装置は、車速センサー、トルクアングルセンサーおよびトルクセンサーなどで感知した運行条件に応じて、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）を通じて前記モーターを駆動して車両の操向軸の駆動を制御する。

前記モーターは、ステーターとローターを含む。

ステーターは、複数のスロットを形成する複数の歯（Ｔｏｏｔｈ）を含み得、ローターは、歯と対向するように配置される複数のマグネットを含み得る。ここで、隣接する歯は、相互に離れて配置されてスロットオープン（Ｓｌｏｔ Ｏｐｅｎ）を形成する。すなわち、前記スロットオープンは，隣接した歯間フラックス（Ｆｌｕｘ）の漏洩防止のために形成され得る。

これにより、ローターの回転時、フラックスは、透磁率が大きい歯側を介して移動するが、スロットオープン領域で、透磁率の差によってトルク脈動が発生し得る。

したがって、ローターが回転する過程で、金属材質のステーターコアと空の空間であるスロットオープンの空気透磁率の差によってコギングトルク（Ｃｏｇｇｉｎｇ Ｔｏｒｑｕｅ）が発生し得る。これらのコギングトルクは、騷音と震動の原因となるため、コギングトルクを減らすことがモーターの品質を高めるのにあたって何より重要である。

コギングトルク（Ｃｏｇｇｉｎｇ Ｔｏｒｑｕｅ）とトルクリップル（Ｔｏｒｑｕｅ Ｒｉｐｐｌｅ）を減少させて品質を向上させることができるモーターを提供する。

実施例が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されず、ここで言及されていないまた他の課題は、下の記載から当業者に明確に理解されるべきである。

前記課題は、複数の歯を有するステーターコアと、前記歯に捲線されるコイルを含み、前記歯は、前記コイルが巻かれるボディーと前記ボディーに繋がるシューを含み、前記シューは、複数の溝を含み、円周方向を基準とする前記溝の幅は、前記歯との間に形成されたスロットオープンの幅の９０％ないし１１０％以内であるステーターによって達成される。

ここで、前記ボディーの側面と、前記ボディーの側面から繋がる前記シューの側面が成す角度は、１４５゜ないし１５５゜であり得る。

前記課題は、複数の歯を有するステーターコアと、前記歯に捲線されるコイルを含み、前記歯は、前記コイルが巻かれるボディーと前記ボディーに繋がるシューを含み、前記ボディーの側面と、前記ボディーの側面から繋がる前記シューの側面が成す角度は、１４５゜ないし１５５゜であるステーターによって達成される。

前記課題は、複数の歯を有するステーターコアと、前記歯に捲線されるコイルを含み、前記歯は、前記コイルが巻かれるボディーと前記ボディーに繋がるシューを含み、前記シューは、複数の半円形の溝を含み、前記溝の横断面の中心Ｃ１は、前記シューの一側端点Ｐから円周方向に一定の角度θ２離隔して配置され、前記角度θ２は、前記シューの端点と隣接した前記シューの端点が前記回転軸の中心と成す角度θ１の０．４５ないし０．５５であるステーターによって達成される。

ここで、前記角度θ２は、前記角度θ１の０．５であり得る。

一方、前記溝は、２つであり、２つの前記溝は、円周方向を基準とする前記シューの幅中心と前記ステーターコアの中心を経る基準線を基準に対称となるように配置され得る。

また、前記溝は、前記ステーターコアの軸方向に沿って配置され得る。

前記課題は、回転軸と、前記回転軸が挿入されるホールを含むローターと、前記ローターの外側に配置されるステーターを含み、前記ステーターは、複数の歯を有するステーターコアと、前記歯に捲線されるコイルを含み、前記歯は、前記コイルが巻かれるボディーと前記ボディーに繋がるシューを含み、前記シューは、複数の溝を含み、円周方向を基準とする前記溝の幅は、前記歯との間に形成されたスロットオープンの幅の９０％ないし１１０％以内であるモーターによって達成される。

ここで、前記ボディーの側面と、前記ボディーの側面から繋がる前記シューの側面が成す角度は、１４５゜ないし１５５゜であり得る。

前記課題は、回転軸と、前記回転軸が挿入されるホールを含むローターと、前記ローターの外側に配置されるステーターを含み、前記ステーターは、複数の歯を有するステーターコアと、前記歯に捲線されるコイルを含み、前記歯は、前記コイルが巻かれるボディーと前記ボディーに繋がるシューを含み、前記ボディーの側面と、前記ボディーの側面から繋がる前記シューの側面が成す角度は、１４５゜ないし１５５゜であるモーターによって達成される。

一方、単位回転中にコギングトルク波形の震動回数が前記ローターのマグネットの数と前記歯の数の最小公倍数の３倍であり得る。

前記課題は回転軸と、前記回転軸が挿入されるホールを含むローターと、前記ローターの外側に配置されるステーターと、前記ステーターは、複数の歯を有するステーターコアと、前記歯に捲線されるコイルを含み、前記歯は、前記コイルが巻かれるボディーと前記ボディーに繋がるシューを含み、前記シューは、複数の半円形の溝を含み、前記溝の横断面の中心Ｃ１は、前記シューの一側端点Ｐから円周方向に一定の角度θ２離隔して配置され、前記角度θ２は、前記シューの端点と隣接した前記シューの端点が前記回転軸の中心と成す角度θ１の０．４５ないし０．５５であるモーターによって達成される。

ここで、前記溝の半径Ｒは、前記ステーターのシューと前記ローターとの間の間隔Ｄの０．９ないし１．１であり得る。

前記課題は、回転軸と、前記回転軸が挿入されるホールを含むローターと、前記ローターの外側に配置されるステーターと、前記ステーターは、複数の歯を有するステーターコアと、前記歯に捲線されるコイルを含み、前記歯は、前記コイルが巻かれるボディーと前記ボディーに繋がるシューを含み、前記シューは、複数の半円形の溝を含み、前記溝の半径Ｒは、前記ステーターのシューと前記ローターとの間の間隔Ｄの０．９ないし１．１であるモーターによって達成される。

一方、前記溝の半径Ｒは、前記ステーターのシューと前記ローターとの間の間隔Ｄと同一であり得る。

具体的には、前記ローターは、ローターコアおよび前記ローターコアの外周面に配置されるマグネットを含み、前記溝の半径Ｒは、前記ステーターのシューと前記ローターのマグネットとの間の間隔Ｄと同一であり得る。

実施例によるモーターは、ステーターの歯に溝を形成させてコギングメイン次数を増加させることにより、コギングトルクを大きく削減する有利な効果を提供する。

また、前記モーターは、前記溝を半円形に形成してコギングトルクおよびトルクリップルを減少させることにより、モーターの品質を向上させることができる。

このとき、スロットオープンを基準に前記溝の位置を限定し、エアギャップを基準に前記溝の半径を限定してモーターの性能を維持しつつ品質をさらに向上させることができる。

本発明の多様かつ有益な長所と効果は、前述した内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程で、より易しく理解できるであろう。

実施例によるモーターを示す図面である。 ステーターとローターを示す図面である。 歯の溝を示す図面である。 実施例によるモーターによって増加するコギングメイン次数を示す表である。 溝の幅を示す図面である。 溝の幅に応じるコギングトルク波形の変化を示す表である。 歯のボディーとシューとの角度を示す図面である。 歯のボディーとシューとの角度に応じるコギングトルクの変化を示すグラフである。 歯のボディーとシューとの角度に応じるトルクリップルの変化を示すグラフである。 歯のボディーとシューとの角度に応じるコギングトルク波形の変化を示すグラフである。 図１のＡ−Ａを示す前記モーターの横断面図である。 実施例によるモーターのステーターコアとローターの配置関係を示す図面である。 図１２のＢ１領域でステーターとローターを示す図面である。 実施例によるモーターの歯および溝を示す図面である。 実施例によるモーターと溝が形成されないモーターのトルクを比較する図面である。 実施例によるモーターに形成された溝の半径とエアギャップの間隔によるコギングトルクとトルクリップルを示す図面である。 実施例によるモーターに形成された溝の半径とエアギャップの間隔によるトルクを比較する図面である。 実施例によるモーターに形成された溝の中心Ｃ１の位置によるコギングトルクとトルクリップルを示す図面である。 溝がないモーターと実施例によるモーターの性能を示す表である。 常温で溝がないモーターと実施例によるモーターの性能を示す図面である。 四角形の溝が形成されたモーターと実施例によるモーターの性能を示す表である。 四角形の溝が形成されたモーターと実施例によるモーターの性能を示す図面である。

本発明は、様々な変更を加えることができ、様々な実施例を有することができるところ、特定の実施例を図面に例示して説明する。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ものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。

第２、第１などのように序数を含む用語は、様々な構成要素を説明するために使用できるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用する。例えば、本発明の技術的範囲を逸脱せず、第２構成要素は、第１構成要素と命名し得、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名し得る。および／またはという用語は、複数の列挙された項目の組合または複数の列挙された項目のうちいずれかの項目を含む。

ある構成要素が他の構成要素に「繋がれて」いるとか「接続されて」いると言及したときには、その他の構成要素に直接的に繋がれているとかまたは接続されていることもできるが、中間に他の構成要素が存在することもできると理解されるべきである。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接繋がれて」いるとか「直接接続されて」いると言及したときには、中間に他の構成要素が存在しないものと理解されるべきである。

実施例の説明において、ある１つの構成要素が他の構成要素の「上（うえ）または下（した）（Ｏｎ ｏｒ Ｕｎｄｅｒ）」に形成されるものと記載される場合において、上（うえ）または下（した）（Ｏｎ ｏｒ Ｕｎｄｅｒ）は、２つの構成要素が互いに直接（Ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触するか、または１つ以上の他の構成要素が前記２つの構成要素との間に配置されて（Ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されることをすべて含む。また「上（うえ）または下（した）（Ｏｎ ｏｒ Ｕｎｄｅｒ）」と表現される場合、１つの構成要素を基準に上側方向だけでなく、下側方向の意味も含み得る。

本出願で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに別の方法で意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするのであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、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あらかじめ排除しないものと理解されるべきである。

別の方法で定義されない限り、技術的または科学的な用語を含んでここで使用されるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されることと同じ意味を有することになる。一般的に使用する辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味として解釈されない。

以下、添付された図面を参照して実施例を具体的に説明するが、図面符号にかかわらず同一または対応する構成要素は、同じ参照番号を付与し、これに対する重複される説明は省略する。

図１は、実施例によるモーターを示す縦断面図である。

図１を参照すると、実施例によるモーター１は、ハウジング１００、ブラケット２００、ステーター３００、ローター４００および回転軸５００を含み得る。ここで、前記ブラケット２００は、ハウジング１００の開放された上部を覆うように配置され得る。

ハウジング１００とブラケット２００は、前記モーター１の外形を形成し得る。ここで、ハウジング１００は、上部に開口が形成された筒状に形成され得る。

したがって、ハウジング１００とブラケット２００の結合によって内部に収容空間が形成され得る。そして、前記収容空間には、図１に示すように、ステーター３００、ローター４００および回転軸５００などが配置され得る。

ハウジング１００は、円筒状に形成されて内周面にステーター３００が支持されるように配置され得る。ハウジング１００の下部には、回転軸の下部を支持するベアリング１０を収容するポケット部が設けられ得る。

また、ハウジング１００の上部に配置されるブラケット２００にも、回転軸５００の上部を支持するポケット部が設けられ得る。そして、ブラケット２００は、外部ケーブルが接続されたコネクターが挿入されるホールまたは溝を含み得る。

ステーター３００は、ハウジング２００の内周面によって支持されることができる。そして、ステーター３００は、ローター４００の外側に配置される。

ステーター３００は、ローター４００との電気的相互作用を引き起こしてローター４００の回転を誘導する。

ローター４００は、ステーター３００の内側に配置される。ローター４００は、ローターコアとローターコアに結合するマグネットを含み得る。ローター４００は、ローターコアとマグネットの結合方式に応じて次のような形に区分できる。

ローター４００は、マグネットがローターコアの外周面に結合されるタイプで実装できる。このようなタイプのローターは、マグネットの離脱を防止し、結合力を高めるために別の缶部材２０がローターコアに結合され得る。または、マグネットとローターコアが二重射出されて一体に形成され得る。

ローター４００は、マグネットがローターコアの内部に結合されるタイプで実装できる。このようなタイプのローターは、ローターコアの内部にマグネットが挿入されるポケットが設けられ得る。

一方、ローターコアは、薄い鋼板状の複数のプレートが相互積層されて成り立つことができる。または、ローターコアは、スキュー（Ｓｋｅｗ）角を形成しないように一つの筒状で実施されることができ、マグネットもスキュー（Ｓｋｅｗ）角を形成しないようにローターコアに付着することができる。一方、ローターコアは、スキュー（Ｓｋｅｗ）角を形成する複数のパック（Ｐｕｃｋ）（単位コア）が積層される形態で成り立つこともできる。

回転軸５００は、ローター４００に結合され得る。電流供給を通じてステーター３００とローター４００に電磁気的相互作用が発生すると、ローター４００が回転し、これに連動して回転軸５００が回転する。回転軸５００は、車両の操向軸と接続されて操向軸に動力を伝達できる。回転軸５００は、図１に示すように、ベアリング１０によって支持されることができる。

センシングマグネット組立体６００は、ローター４００と連動するように回転軸５００に結合されてローター４００の位置を検出するための装置である。

センシングマグネット組立体６００は、センシングマグネットとセンシングプレートを含み得る。センシングマグネットとセンシングプレートは、同軸を有するように結合され得る。

前記センシングマグネットは、内周面を形成するホールに隣接して円周方向に配置されるメインマグネットと端に形成されるサブマグネットを含み得る。メインマグネットは、モーターのローター４００に挿入されたドライブマグネットと同じように配列され得る。サブマグネットは、メインマグネットより細分化されて多くの極からなる。これによって、回転角度をより細密に分割して測定することが可能であり、モーターの駆動をよりスムーズにできる。

前記センシングプレートは、円板状の金属材質で形成され得る。センシングプレートの上面には、センシングマグネットが結合され得る。そして、センシングプレートは、回転軸５００に結合され得る。ここで、前記センシングプレートには、回転軸５００が貫通するホールが形成される。

印刷回路基板７００には、センシングマグネットの磁気力を感知するセンサーが配置され得る。

このとき、前記センサーは、ホールＩＣ（Ｈａｌｌ ＩＣ）であり得る。前記センサーは、メインマグネットまたはサブマグネットのＮ極とＳ極の変化を感知してセンシングシグナルを生成する。３相ブラシレス（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ）モーターの場合、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の情報を得る少なくとも３つのセンシングシグナルが必要であるため、少なくとも３つのセンサーが配置され得る。

印刷回路基板７００は、ブラケット２００の下面に結合されて前記センサーが前記センシングマグネットを対向するようにセンシングマグネット組立体６００の上に配置され得る。

図２は、ステーターとローターを示す図面であり、図３は、歯の溝を示す図面であり、図４は、実施例によるモーターによって増加するコギングメイン次数を示す表であり、図５は、溝の幅を示す図面であり、図６は、溝の幅に応じるコギングトルク波形の変化を示す表であり、図７は、歯のボディーとシューとの角度を示す図面であり、図８は、歯のボディーとシューとの角度に応じるコギングトルクの変化を示すグラフであり、図９は、歯のボディーとシューとの角度に応じるトルクリップルの変化を示すグラフであり、図１０は、歯のボディーとシューとの角度に応じるコギングトルク波形の変化を示すグラフである。

図２ないし図１０を参照して、ステーターの歯に配置される溝およびシューによるコギングトルクおよびトルクリップルの変化について説明する。

図１および図２を参照すると、ステーター３００は、ステーターコア３１０とコイル３２０を含み得る。そして、前記ステーター３００のステーターコア３１０とコイル３２０との間にインシュレーター３３０が配置され得る。

ステーターコア３１０は、薄い鋼板状の複数のプレートが相互積層されて成り立つことができる。また、ステーターコア３１０は、複数の分割コアが相互結合されるか、または接続されて成り立つことができる。

ステーターコア３１０は、ヨーク３１１、複数の歯３１２および歯３１２に形成された溝３１５を含み得る。ここで、前記溝３１５は、ノッチ（Ｎｏｔｃｈ）と命名し得る。

ヨーク３１１には，中心Ｃに向かって突出する歯３１２が配置され得る。ここで、軸Ｃの方向から見るとき、ヨーク３１１は、環状の形状に形成され得る。歯３１２には、コイル３２０が巻かれる。歯３１２は、環状のヨークの内周面に沿って一定の間隔ごとに複数個が配置され得る。図２で計１２個の歯３１２を図示しているが、本発明は、ここに限定されず、マグネット４２０の極数に応じて様々に変更実施できる。

ローターコア４１０の外周面には、マグネット４２０が付着され得る。歯３１２の端は、マグネット４２０と対向するように配置される。ここで、ローター４００は、ローターコア４１０およびローターコア４１０に配置される複数のマグネット４２０を含み得る。

図２のＢ領域を示す図３を参照すると、歯３１２は、ボディー３１３とシュー（Ｓｈｏｅ）３１４を含み得る。ここで、前記ボディー３１３は、コイル捲線部と命名し得る。また、シュー３１４は、突起部と命名し得る。

ボディー３１３は、コイル３２０が巻かれる所である。シュー３１４は、ボディー３１３の端に配置される。シュー３１４の端面はマグネット４２０を対向するように配置される。隣接する歯３１２と歯３１２との間は、コイル３２０の捲線空間に形成される。ここで、前記捲線空間Ｓは、スロットＳを意味する。

隣接する歯３１２のシュー３１４とシュー３１４は、互いに離れて配置されてスロットオープンＯを形成する。スロットオープンＯは、捲線空間Ｓの入口として、コイル３２０を捲線するノズルが挿入される所である。

シュー３１４の端面は、溝３１５を含み得る。溝３１５は、シュー３１４の端面で凹に形成され得る。溝３１５の形状を角形に図示したが、本発明は、これに限定されない。そして、溝３１５は、ステーターコア３１０の軸方向に沿って配置され得る。言い替えれば、溝３１５は、ステーターコア３１０の上端から下端までステーターコア３１０の高さ方向（軸方向）に沿って長く配置され得る。

溝３１５は、２つが配置され得る。図２および図３を参照すると、歯３１２のボディー３１３の幅中心とステーターコア３１０の中心Ｃを経る基準線Ｌを基準に、２つの溝３１５は、対称になるように配置され得る。このような溝３１５は、磁束密度の変化を引き起こすスロットオープンＯと対応する役割をすることにより、単位周期当たりコギングトルクの波形の振動数を増やしてコギングトルクを大きく減らす役割をする。

図４を参照すると、溝３１５がない８極１２スロットのモーターの場合、コギングメイン次数は、マグネット４２０の数である８とスロットの数である１２の最小公倍数である２４にあたる。例えば、６極９スロットのモーターの場合、コギングメイン次数は、マグネットの数である６とスロットの数である９の最小公倍数である１８にあたる。ここで、コギングメイン次数とは、モーターの単位回転（１回転）当たりコギングトルク波形の震動回数を意味する。ここで、震動回数は、ピークを形成するコギングトルク波形の反復回数を示す。そして、スロットの数は、ツース３１２の数に対応する。

２つの溝３１５がある８極１２スロットのモーターの場合、溝３１５によってスロット数が１２から３６に増加するとみなせるため、コギングメイン次数が２４から７２に３倍が増加することになる。このように２つの溝３１５を通じてコギングメイン次数が３倍に増えることは、コギングトルク波形の震動回数が３倍に増えることを意味するため、コギングトルクを大きく減らすことができる。

図５および図６を参照すると、溝３１５の幅Ｗ１は、スロットオープンＯの幅Ｗ２の９０％ないし１１０％以内に設定される。ここで、溝３１５の幅Ｗ１は、ステーターコア３１０の円周方向を基準に、溝３１５の入口のいずれかの一側端から他の一側端までの距離を意味する。そして、スロットオープンＯの幅Ｗ２は、ステーターコア３１０の円周方向を基準に、スロットオープンＯの入口のいずれか一側端から他の一側端までの距離を意味する。

図６の（ａ）で示すように、溝３１５の幅Ｗ１がスロットオープンＯの幅Ｗ２の９０％ないし１１０％を外れた場合、コギングトルク波形にステーターの成分すなわち、マグネット４２０の極数と同一なコギングメイン次数が含まれる問題点が発生する。

しかし、図６の（ｂ）で示すように、溝３１５の幅Ｗ１がスロットオープンＯの幅Ｗ２の９０％ないし１１０％以内である場合、コギングメイン次数「７２」にあたるコギングトルク波形のみが検出されることを確認できる。

図７を参照すると、歯３１２のボディー３１３とシュー３１４が成す角度θは、１４５゜ないし１５５゜であり得る。具体的に、ボディー３１３の側面３１３ａと、ボディー３１３の側面３１３ａと繋がるシュー３１４の側面３１４ａが成す角度θが１４５゜ないし１５５゜であり得る。

図８を参照すると、ボディー３１３とシュー３１４が成す角度θが１４５°ないし１５５°である範囲内でコギングトルクが大きく減少することが分かる。同時に、図９を参照すると、ボディー３１３とシュー３１４が成す角度θが１４５゜ないし１５５゜である範囲内でトルクリップルが低く示され、角度θが１４５゜ないし１５５゜を外れる場合、トルクリップルが大きく増加することを確認できる。特に、角度θが１５５゜よりも大きくなる場合、トルクリップルが急激に増加することを分かる。

図１０を参照すると、シュー３１４の側面３１４ａが成す角度θが１４５゜から１５５゜に向かうにつれて、コギングトルク波形の振幅がますます減少することを確認できる。

図１１は、図１のＡ−Ａを示す前記モーターの横断面図であり、図１２は、実施例によるモーターのステーターコアとローターの配置関係を示す図面であり、図１３は、図１２のＢ１領域でステーターとローターを示す図面であり、図１４は、実施例によるモーターの歯および溝を示す図面であり、図１５は、実施例によるモーターと溝が形成されないモーターのトルクを比較する図面であり、図１６は、実施例によるモーターに形成された溝の半径とエアギャップの間隔によるコギングトルクとトルクリップルを示す図面であり、図１７は、実施例によるモーターに形成された溝の半径とエアギャップの間隔によるトルクを比較する図面であり、図１８は、実施例によるモーターに形成された溝の中心Ｃ１の位置によるコギングトルクとトルクリップルを示す図面であり、図１９は、溝がないモーターと実施例によるモーターの性能を示す表であり、図２０は、常温で溝がないモーターと実施例によるモーターの性能を示す図面であり、図２１は、四角形の溝が形成されたモーターと実施例によるモーターの性能を示す表であり、図２２は、四角形の溝が形成されたモーターと実施例によるモーターの性能を示す図面である。

図１１ないし図２２を参照して、ステーターの歯に配置される溝およびエアギャップによるトルク、コギングトルクおよびトルクリップルの変化について説明する。

図１１を参照してよく見ると、前記モーター１のステーター３００は、ステーターコア３１０、コイル３２０およびインシュレーター３３０を含み得る。そして、ステーターコア３１０は、ヨーク３１１、複数の歯３１２および歯３１２に形成された複数の溝３１５を含み得る。このとき、歯３１２は、９つがヨーク３１１に形成され得る。そして、歯３１２に対応して６つのマグネット４２０がローターコア４１０に配置され得る。

そして、それぞれの歯３１２は、コイル３２０が捲線されるボディー３１３およびボディー３１３から延長されるように形成されるシュー３１４を含み得る。

ヨーク３１１は円筒形状に形成され得る。

複数の歯３１２は、ヨーク３１１から中心Ｃに向かって突出するように配置され得る。

図１２に示すように、歯３１２は、ヨーク３１１の内周面に沿って一定の間隔ごとに中心Ｃに向かって突出するように配置され得る。このとき、複数の歯３１２は、所定の間隔で相互離隔してヨーク３１１の内周面に配置され得る。

したがって、いずれか一つの歯３１２と隣接するように配置される他の一つの歯３１２との間には、コイル３２０が捲線される空間が形成され得る。ここで、前記空間は、スロットＳを意味する。

そして、前記シュー３１４が互いに離隔して配置されることによって、前記スロットＳの開口部が形成され得る。ここで、前記開口部は、スロットオープンＯを意味する。

したがって、スロットオープンＯは、いずれか一つのシュー３１４の端点Ｐと隣接するように配置される他の一つのシュー３１４の端点Ｐとの間の空間を意味し、前記スロットオープンＯは、回転軸５００の中心Ｃを基準に所定の角度θ１を形成する。ここで、前記角度θ１は、回転軸５００の中心Ｃを基準に４ｄｅｇ．（度）であり得る。

図１３に示すように、前記角度θ１は、スロットオープンＯの幅Ｗ２を示し、前記幅Ｗ２は、スロットオープンＯの一側から他側までの距離を意味する。

ボディー３１３には、コイル３２０が捲線されることができる。このとき、前記ボディー３１３には、インシュレーター３３０が配置され得る。前記インシュレーター３３０は、ボディー３１３とコイル３２０を絶縁させる。

そして、ボディー３１３は、ヨーク３１１から中心Ｃに向かって突出するように配置され得る。

シュー３１４は、ボディー３１３の端部から延長されるように形成され得る。そして、シュー３１４は、マグネット４２０と対向するように配置され得る。

そして、シュー３１４には、複数の溝３１５が配置され得る。軸方向から見るとき、溝３１５は、半円形に形成され得る。図１２に示すように、シュー３１４は、マグネット４２０と対向するように配置されるが、所定の間隔でマグネット４２０と離隔して配置され得る。これに応じて、シュー３１４の内側面とマグネット４２０の外側面との間には、エアギャップＧが形成され得る。

このとき、エアギャップＧは、シュー３１４とローター４００との間の間隔を意味し得る。好ましくは、エアギャップＧは、シュー３１４とマグネット４２０との間の間隔を意味し得る。ここで、内側とは、中心Ｃを基準に中心Ｃに向かって配置される方向を意味し、外側とは、内側とは反対の方向を意味し得る。

溝３１５は、シュー３１４に２つが形成され得る。このとき、２つの溝３１５は、円周方向を基準にシュー３１４の幅中心とステーターコア３１０の中心Ｃを経る基準線Ｌを基準に対称になるように配置され得る。

溝３１５は、磁束密度の変化を引き起こすスロットオープンＯと対応する役割をすることにより、静磁気エネルギー変化（変動量）を減らす役割を行う。これに応じて、溝３１５は、単位周期当たりコギングトルクの波形の振動数を増やしてコギングトルクを大きく減らす役割をする。

図１５は、実施例によるモーターと溝が形成されないモーターのトルクを比較する図面であって、図１５の（ａ）は、溝が形成されないモーターの脈動を示す図面であり、図１５の（ｂ）は、実施例によるモーターの脈動を示す図面である。

図１５を参照してよく見るとき、コギングトルクおよびトルクリップルについてのトルクの脈動（繰り返しトルク波形）は、極（マグネット数）とスロットの数の最小公倍数値として計算できるが、図１５の（ａ）に示すように、溝３１５が形成されない６極９スロットのモーターの場合、最小公倍数である１８が脈動にあたる。ここで、前記脈動は、ピークを形成する波形の反復回数を意味し得る。

そして、図１５の（ｂ）に示すように、実施例によるモーター１の場合、シュー３１４ごとに２つの溝３１５が形成されているため、６極２７スロットの最小公倍数である５４が脈動にあたる。

したがって、前記モーター１は、脈動の震動回数が３倍に増えるためコギングトルクを大きく減らすことができる。

一方、溝３１５は、回転軸５００の方向に形成され得る。図１４に示すように、溝３１５は、ステーターコア３１０の上端から下端まで高さ方向（軸方向）に沿って長く配置され得る。このとき、溝３１５は、半円柱形状に形成され得る。

したがって、図１２および図１３に示すように、溝３１５の横断面は、半円形の形状に形成され得る。これに応じて、溝３１５は、溝３１５の中心Ｃ１を基準に所定の半径Ｒを有するように形成され得る。

これにより、半円形の溝３１５は、横の長さが横方向（半径方向）で同一であるため、コギングトルクを減少させるのに有利である。ここで、前記横方向は、前記軸方向に対して垂直の方向であり得る。

図１６は、実施例によるモーターに形成された溝の半径とエアギャップの間隔によるコギングトルクとトルクリップルを示す図面であって、図１６の（ａ）は、溝の半径とエアギャップの間隔によるコギングトルクを示す図面であり、図１６の（ｂ）は、溝の半径とエアギャップの間隔によるトルクリップルを示す図面である。

図１７は、実施例によるモーターに形成された溝の半径とエアギャップの間隔によるトルクを比較する図面であって、図１７の（ａ）は、溝の半径とエアギャップの間隔が異なる場合によるモーターのトルクを示す図面であり、図１７の（ｂ）は、溝の半径とエアギャップの間隔が同じである場合によるモーターのトルクを示す図面である。

一方、溝３１５の半径Ｒは、エアギャップＧの間隔Ｄに対応して形成され得る。ここで、エアギャップＧの間隔Ｄは、マグネット４２０の幅中心とシュー３１４との間隔であり得る。

溝３１５の半径Ｒは、エアギャップＧの間隔Ｄ対比０．９ないし１．１で形成され得る。すなわち、溝３１５の半径Ｒは、エアギャップＧの間隔Ｄ±１０％の範囲内で決められる。好ましくは、溝３１５の半径Ｒは、エアギャップＧの間隔Ｄと同一に形成され得る。

図１６の（ａ）に示すように、コギングトルクの場合、溝３１５の半径Ｒが０．４５ｍｍで急激に下落してから、エアギャップＧの間隔Ｄと同一である０．５ｍｍであるとき、最低の位置に位置することになる。それから、溝３１５の半径Ｒが０．５５ｍｍまで増加することを確認できる。

すなわち、コギングトルクの場合、溝３１５の半径ＲがエアギャップＧの間隔Ｄ対比０．９で急激に下落してから、エアギャップＧの間隔Ｄと同一であるとき、最低の位置に位置することになる。それから、溝３１５の半径ＲがエアギャップＧの間隔Ｄ対比１．１まで増加することを確認できる。

これにより、前記コギングトルクは、溝３１５の半径ＲとエアギャップＧの間隔Ｄが同一であるとき、最低値を有することになる。

図１６の（ｂ）に示すように、トルクリップルの場合、溝３１５の半径Ｒが０．４５ｍｍ〜０．５５ｍｍで低い値を維持することを確認できる。すなわち、前記トルクリップルの場合、溝３１５の半径Ｒが０．４ｍｍで急激に下落してから、溝３１５の半径Ｒが０．４５ｍｍ〜０．５５ｍｍで緩やかに維持されることを確認できる。

このとき、溝３１５の半径ＲがエアギャップＧの間隔Ｄと同一であるとき、トルクリップルは、最低の位置に位置することになる。すなわち、前記トルクリップルは、溝３１５の半径ＲとエアギャップＧの間隔Ｄが０．５ｍｍで同一であるとき、最低値を有することになる。

したがって、トルクリップルの場合、溝３１５の半径ＲがエアギャップＧの間隔Ｄ対比０．９〜１．１で低い値を維持することを確認できる。すなわち、前記トルクリップルの場合，溝３１５の半径ＲがエアギャップＧの間隔Ｄ対比０．８で急激に下落してから、溝３１５の半径ＲがエアギャップＧの間隔Ｄ対比０．９〜１．１で緩やかに維持されることを確認できる。

そして、前記トルクリップルは、溝３１５の半径ＲとエアギャップＧの間隔Ｄが同一であるとき、最低値を有することになる。

図１７を参照してよく見ると、溝３１５の半径ＲがエアギャップＧの間隔Ｄと異なる場合に比べて、溝３１５の半径ＲがエアギャップＧの間隔Ｄと同一である場合、前記モーター１のトルクは、２２％改善されたことを確認できる。

すなわち、溝３１５の半径ＲをエアギャップＧの間隔Ｄと同一に設計することにより、コギングトルクを低減することができる。

一方、図１２および図１３を参照してよく見ると、溝３１５の中心Ｃ１は、シュー３１４の一側端点Ｐから円周方向に一定の角度θ２ほど離隔して配置され得る。ここで、前記角度θ２は、シュー３１４の一側端点Ｐから溝３１５の中心Ｃ１までの距離を意味する。さらに、前記角度θ２は、スロットオープンＯの前記角度θ１についての関係において溝３１５の中心Ｃ１の位置を示す。ここで、前記角度θ２は、第２角度θ２と命名し、前記角度θ１は、第１角度θ１と命名して明確にできる。

前記第２角度θ２は、前記第１角度θ１対比０．４５ないし０．５５で形成され得る。例えば、前記第１角度θ１が４ｄｅｇ．の場合、前記第２角度θ２は、１．８ｄｅｇ．ないし２．２ｄｅｇ．の範囲で形成され得る。好ましくは、前記第２角度θ２は、２．０ｄｅｇ．で形成され得る。

したがって、溝３１５の中心Ｃ１は、シュー３１４の一側端点Ｐから前記第１角度θ１対比０．４５ないし０．５５で形成され得る。好ましくは、溝３１５の中心Ｃ１は、シュー３１４の一側端点Ｐから前記第１角度θ１対比０．５で形成され得る。

図１８は、実施例によるモーターに形成された溝の中心Ｃ１の位置によるコギングトルクとトルクリップルを示す図面である。このとき、溝３１５の数は、２つであり、溝３１５の半径ＲとエアギャップＧの間隔Ｄは、０．５ｍｍで同一であり、スロットオープンＯの第１角度θ１は、４ｄｅｇ．である。

図１８の（ａ）に示すように、溝３１５の中心Ｃ１の位置がシュー３１４の一側端点Ｐから２．０ｄｅｇ．に位置するときを変曲点として、コギングトルクは増加する。

したがって、溝３１５の中心Ｃ１の位置がシュー３１４の一側端点Ｐから１．８ｄｅｇ．ないし２．２ｄｅｇ．の範囲に存在するとき、前記モーター１は、効果的な性能を発揮することができる。好ましくは、溝の中心Ｃ１の位置がシュー３１４の一側端点Ｐから２．０ｄｅｇ．に位置するとき、コギングトルクは、最低値を有することになり、前記モーター１は、最適の性能を発揮することができる。

図１８の（ｂ）に示すように、溝３１５の中心Ｃ１の位置がシュー３１４の一側端点Ｐから１．８ｄｅｇ．ないし２．５ｄｅｇ．の範囲で約１００ｍＮｍのトルクリップル値を維持する。

したがって、前記モーター１のコギングトルクとトルクリップルを考慮するとき、シュー３１４の一側端点Ｐから１．８ｄｅｇ．ないし ２．２ｄｅｇ．に位置する溝３１５の中心Ｃ１の範囲は、最適範囲で確認できる。特に、溝３１５の中心Ｃ１の位置がシュー３１４の一側端点Ｐから２．０ｄｅｇ．に位置するとき、コギングトルクは、最低値を有することになり、前記モーター１は、最適の性能を発揮することができる。

以下、図１９ないし図２２を参照して、前記モーター１の性能について説明する。

図１９および図２０を参照してよく見ると、溝がないモーターと比較するとき、前記モーター１のように溝３１５が備えられた場合、コギングトルクは、７９％減少し、トルクリップルは、３９．７％減少したことを確認できる。また、前記コギングトルクおよびトルクリップル以外の値の変化量は、わずかであることを確認できる。

したがって、前記モーター１は、溝がないモーターに比べて性能上には差がないながらも、コギングトルク（Ｃｏｇｇｉｎｇ Ｔｏｒｑｕｅ）とトルクリップル（Ｔｏｒｑｕｅ Ｒｉｐｐｌｅ）を減少させ、品質を向上させることができる。

図２１および図２２を参照してよく見ると、四角形の溝（Ｓｑｕａｒｅ Ｎｏｔｃｈ）が形成されたモーターと比較するとき、前記モーター１のように前述した半円形の溝３１５が備えられた場合、コギングトルクは、６７．４％減少し、トルクリップルは、２．５％増加したことを確認できる。また、前記コギングトルクおよびトルクリップル以外の値の変化量は、わずかであることを確認できる。

ここで、四角形の溝は、一辺の長さと対角線の長さで差がある。特に、四角形の溝の中心を基準に半径方向の辺の長さと対角線の長さで差がある。

すなわち、四角形の溝は、横の長さが方向別に差があるため、前記モーター１の半円形の溝３１５がコギングトルクの側面でさらに効果がある。

したがって、前記モーター１は、四角形の溝が形成されたモーターに比べて性能上には差がないながらも、コギングトルク（Ｃｏｇｇｉｎｇ Ｔｏｒｑｕｅ）を減少させ、品質を向上させることができる。

前記では、本発明の実施例を参照して説明したが、当該の技術分野の通常の知識を有する者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正および変更させる可能性があることを理解するべきである。そして、このような修正と変更に係る相違点を添付された請求範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１： モーター
１０： ベアリング
１００： ハウジング
２００： ブラケット
３００： ステーター
３１０： ステーターコア
３１１： ヨーク
３１２： 歯
３１３： ボディー
３１４： シュー
３１５： 溝
３２０： コイル
４００： ローター
４１０： ローターコア
４２０： マグネット
５００： 回転軸
６００： センシングマグネット組立体
７００： 印刷回路基板

Claims (8)

1. 回転軸と、
   前記回転軸が挿入されるホールを含むローターと、
   前記ローターの外側に配置されるステーターと、
   を含むモーターであって、
   前記ステーターは、
   複数の歯を有するステーターコアと、
   前記歯に捲線されるコイルを含み、
   前記歯は、前記コイルが巻かれるボディーと前記ボディーに繋がるシューを含み、
   前記シューは、複数の半円形の溝を含み、
   前記シューは、前記ローターのマグネットと対向するように配置され、前記シューの内側面と前記マグネットの外側面との間には、エアギャップ（Ｇ）が形成され、
   前記溝の横断面の中心Ｃ１は、前記シューの一側端点Ｐから円周方向に一定の角度θ２離隔して配置され、
   前記角度θ２は、前記シューの端点と隣接した前記シューの端点が前記回転軸の中心と成す角度θ１の０．４５ないし０．５５であり、
   前記溝の半径（Ｒ）は、前記シューの内側面と前記マグネットの外側面との間の前記エアギャップ（Ｇ）の間隔Ｄの０．９から１．１である、
   モーター。
2. 前記角度θ２は、前記角度θ１の０．５である請求項１に記載のモーター。
3. 前記溝は、２つであり、
   ２つの前記溝は、円周方向を基準とする前記シューの幅中心と前記ステーターコアの中心を経る基準線を基準に対称になるように配置される請求項１または請求項２に記載のモーター。
4. 前記溝は、前記ステーターコアの軸方向に沿って配置される請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモーター。
5. 前記溝の半径Ｒは、前記ステーターのシューと前記ローターとの間の間隔Ｄと同一である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモーター。
6. 単位回転中にコギングトルク波形の振動回数が前記ローターの前記マグネットの数と前記歯の数の最小公倍数の３倍である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモーター。
7. 前記ボディーの側面と、前記ボディーの側面から繋がる前記シューの側面が成す角度は、１４５゜ないし１５５゜である請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモーター。
8. ９つの歯が前記ステーターコアのヨークに形成され、６つのマグネットが前記ローターのローターコアに配置される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモーター。

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