KR101873752B1 - 전기 바이크 모터 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 제조 원가를 절감시키고 제조 및 신뢰성과 아울러 효율이 증진된 모터에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기 바이크의 바퀴를 구동하는 전기 바이크 모터에 있어서, 상기 바퀴와 연결되는 휠; 상기 휠의 반경 방향 내측에 구비되는 백요크; 상기 백요크의 반경 방향 내측에 구비되는 영구자석; 상기 휠과 일체로 형성되고 상기 백요크의 두께보다 더욱 길게 반경 방향 내측으로 돌출되어 상기 영구자석이 구비되는 위치를 결정하는 영구자석 스토퍼; 그리고 상기 영구자석 내측에 구비되는 스테이터를 포함하여 이루어지는 전기 바이크 모터가 제공될 수 있다.

Description

전기 바이크 모터 및 이를 제조하는 방법{electric bike motor and manufacturing method of the same}

본 발명은 모터에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 제조 원가를 절감시키고 제조 및 신뢰성과 아울러 효율이 증진된 모터에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 전기 바이크 모터에 관한 것이며, 특히 전기 바이크의 바퀴를 구동하는 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 로터, 즉 회전자의 회전력을 회전축으로 전달하여, 상기 회전축이 부하를 구동하게 된다. 예를 들어, 상기 회전축이 세탁기의 드럼에 연결되어 드럼을 구동시킬 수 있으며, 냉장고의 팬과 연결되어 필요한 공간으로 냉기가 공급되도록 팬을 구동시킬 수 있다.

그리고, 전기 바이크의 경우에는 상기 회전자의 회전이 직접 휠 또는 바퀴의 회전으로 전환되어 전기 바이크가 구동되도록 할 수 있다. 전기 바이크의 경우에는 샤프트가 회전하는 구성이라기 보다는 스테이터, 즉 고정자를 상대적으로 고정시키는 역할을 수행한다고 할 수 있다. 따라서, 상기 휠 자체가 스테이터의 일부 구성일 수 있다.

여기서, 전기 바이크는 전동 자전거, 스쿠터나 오토 바이크를 포함하며 전동 자전거는 패달을 통한 수동 구동이나 모터의 구동을 통한 전동 구동도 가능할 수 있다.

한편, 이러한 모터에 있어서, 회전자는 스테이터 즉 고정자와의 전자기적인 상호 작용에 의해서 회전하게 된다. 이를 위해서 상기 고정자에는 코일이 권선 되며, 상기 코일에 전류가 인가됨에 따라 회전자가 고정자에 대해서 회전하게 된다.

전기 바이크의 경우에는 상대적으로 큰 동력이 필요하다. 따라서, 일반적으로는 삼상(3 phases)의 전원을 이용하게 되며, 회전자에 영구자석이 구비된 비엘디씨 모터를 많이 이용하고 있다. 그리고, 회전자가 고정자의 외부에서 회전하는 형태인 비엘디씨(BLDC, brushless DC) 아우터 타입 모터를 많이 사용하고 있다.

종래의 전기 바이크에 사용되는 비엘디씨 아우터 타입 모터로 고정자의 슬롯 수가 36, 즉 티스의 수가 36이며, 회전자에 구비되는 회전자의 극(pole) 수가 48인 형태를 사용하는 예가 많다. 그리고, 각 상을 구성하는 코일이 직렬로 연결되어 있다.

그러나, 전기 바이크의 경우에는 자동차 등에 비해 소형이기 때문에 배터리의 용량이 제한적일 수밖에 없다. 따라서, 배터리를 통해 공급되는 낮은 전압을 통해 큰 힘을 내기 어려운 문제가 있다.

도 1은 US 6,278,216 특허의 특허공보에 개시된 전기 바이크 모터의 일례를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 휠 허브(1)와 쉘(11)이 일체로 형성되어 케이싱(12)에 결합된다. 따라서, 케이싱(12)과 커버 쉘(11)이 결합되는 부분(13)이 취약한 문제가 있다. 왜냐하면 휠 허브(1)는 전기 바이크의 바퀴를 지지함과 동시에 상기 바퀴를 구동시키는 구성이기 때문이다.

물론, 상기 휠 허브(1)는 바퀴 살들을 통해 타이어와 연결되거나 또는 직접 타이어와 연결될 수도 있을 것이다.

한편, 케이싱(12)의 반경 방향 내측에 요크 링(31)이 구비되고 상기 요크 링(31)의 내측에는 영구자석(32)가 구비된다. 그리고, 상기 영구자석(32)의 반경 방향 내측에는 스테이터(4)가 구비된다.

도시된 바와 같이, 상기 요크 링(31)은 케이싱(12)과 별도의 구성으로 상기 케이싱(12) 내측에 부착되고, 아울러 영구자석(32)은 요크 링(31)의 내측에 부착된다.

미설명된 도면 부호는 상기 특허공보에 설명된 바와 같다.

문제는 상기 요크 링(31)에 영구자석(32)이 부착되는 위치를 결정하기 위하여 요크 링(31)을 가공하는 데 많은 시간과 비용이 발생 된다는 점이다.

일반적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 링 형상의 요크, 즉 백요크(31)는 내측면(31a)이 가공되지 않은 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 원주 방향을 따라 일정 간격 홈(32b)이 형성될 수 있다. 물론, 상기 홈(32b)에 영구자석이 결합 될 수 있다.

도 2에 도시된 백요크의 경우 백요크(31)의 내측면(31a)에만 영구자석이 결합될 수 있어 영구자석이 탈거되는 문제가 있을 수 있다. 도 3에 도시된 백요크의 경우 영구자석이 견고히 결합 될 수 있으나 백요크(31)를 가공하는 데 많은 시간과 비용이 발생 될 수 있다. 그리고 상기 홈(32b)을 통해서 영구자석을 부착하는 경우 원주 방향을 따라 영구자석 결합 위치는 정확하게 맞춰질 수 있으나 높이 방향으로의 영구자석 결합 위치가 정확하지 않을 우려가 있다.

도 1에 도시된 백요크(31)의 경우에도 마찬가지로 백요크(31)를 가공하여 영구자석이 결합 되기 위한 홈(32a)을 형성하는데 많은 시간과 비용이 발생 될 수 있다. 아울러, 이러한 홈(32a)에 영구자석이 적어도 일부 삽입되어야 하므로 영구자석의 폭에 비해 백요크(31)의 폭이 상대적으로 커지는 문제가 있다. 이는 반대로, 백요크(31)에 비해 영구자석의 폭이 상대적으로 작아지는 문제라 할 수 있다.

이러한 이유로, 도 2 기준에서 모터의 폭을 줄이기 위해 백요크(31)의 폭을 줄이면 영구자석의 폭은 그 이상 줄어들기 때문에 원하는 출력을 갖는 모터의 제작이 어렵게 된다. 반대로, 원하는 영구자석의 폭이 결정된다 하더라도 이에 비해서 백요크(31)의 폭이 더욱 증가하는 문제가 발생 될 수 있다.

또한, 백요크(31)의 폭이 영구자석의 폭 보다 상대적으로 크기 때문에 백요크(31)로 인한 자속 손실이 발생 될 수 있고, 이로 인해 모터의 효율이 저하되는 문제도 발생 될 수 있다.

따라서, 제조가 용이함과 동시에 영구자석이 견고히 결합 될 수 있는 전기 바이크 모터를 제공할 필요가 있다. 아울러, 백요크가 휠에 견고히 고정될 수 있는 전기 마이크 모터를 제공할 필요가 있다.

그리고, 백요크(31)의 폭과 영구자석의 폭의 길이를 대등하게 하여 백요크(31)로 인한 자속 손실을 방지할 수 있는 전기 마이크 모터를 제공할 필요가 있다.

본 발명은 기본적으로 전술한 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예를 통해, 제조가 용이하고 내구성이 증진된 전기 바이크 모터 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해, 휠에 백요크가 보다 견고히 고정될 수 있고 백요크에 영구자석이 보다 견고히 고정될 수 있는 전기 바이크 모터 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해, 백요크의 폭 길이와 영구자석의 폭 길이를 대등하게 하여 백요크를 통한 자속 손실을 최소화할 수 있는 전기 바이크 모터 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해, 영구자석이 결합되는 백요크의 반경 방향 내측면을 가공하지 않고도 영구자석이 보다 견고히 고정될 수 있어 제조가 용이한 전기 바이크 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해, 주어진 배터리 조건에서 더욱 큰 힘을 낼 수 있는 전기 바이크 모터를 제공하고자 한다.

전술한 목적을 구현하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 전기 바이크의 바퀴를 구동하는 전기 바이크 모터에 있어서, 상기 바퀴와 연결되는 휠; 상기 휠의 반경 방향 내측에 구비되는 백요크; 상기 백요크의 반경 방향 내측에 구비되는 영구자석; 상기 휠과 일체로 형성되고 상기 백요크의 두께보다 더욱 길게 반경 방향 내측으로 돌출되어 상기 영구자석이 구비되는 위치를 결정하는 영구자석 스토퍼; 그리고 상기 영구자석 내측에 구비되는 스테이터를 포함하여 이루어지는 전기 바이크 모터를 제공할 수 있다.

상기 영구자석 스토퍼는 상기 백요크의 좌우에 각각 구비될 수 있고, 상기 백요크의 좌측 또는 우측에 구비될 수 있다.

상기 휠은, 환형으로 형성되어 상기 휠의 중심을 이루는 휠 케이스; 그리고 상기 휠 케이스의 좌우에서 각각 반경 반향 외측으로 연장되어 상기 휠 케이스와 일체로 형성되는 휠 허브를 포함할 수 있다.

상기 휠 케이스의 양쪽에 각각 결합되어 상기 휠 케이스와 일체로 회전하는 모터 커버를 포함할 수 있다.

상기 휠은 링 형상의 상기 백요크의 반경 방향 내측면을 제외하고 모두 감싸도록 형성될 수 있다.

상기 영구자석은 상기 백요크의 반경 방향 내측면에 접착제를 통해 부착될 수 있다.

상기 영구자석은 상기 백요크의 반경 방향 내측면과 상기 영구자석 스토퍼의 내측면에 접착제를 통해 부착될 수 있다.

상기 백요크가 금형에 인서트된 상태에서 주조를 통해 상기 휠이 형성됨과 동시에 상기 백요크가 상기 휠에 결합됨이 바람직하다.

상기 스테이터의 복수 개의 티스에는 삼상(3 phase)을 갖는 코일이 권선되고, 각 상의 코일은 병렬로 연결될 수 있다.

상기 티스의 수는 원주 방향을 따라 36개이며, 이웃하는 3 개의 티스마다 동일 상의 코일이 권선될 수 있다.

상기 영구자석의 극 수는 원주 방향을 따라 40개일 수 있다. 상기 영구자석의 개수는 10개이며, 하나의 영구자석이 원주 방향을 따라 4 극을 가질 수 있다.

이웃하는 3 개의 티스와 6 개 건너서 다시 이웃하는 3개의 티스에 동일 상의 코일이 권선되어 제1 서브 코일이 형성되며, 상기 제1 서브 코일과 대칭으로 병렬 연결되는 제2 서브 코일이 형성될 수 있다.

상기 제1 그리고 제2 서브 코일의 일단은 u 상의 전원 터미널에 고정되며, 상기 제1 그리고 제2 서브 코일의 타단은 중성점 터미널에 고정될 수 있다.

상기 서브 코일의 일단들은 상기 스테이터의 일측의 원주 방향을 따라 이동된 후 상기 전원 터미널에 고정되며, 상기 서브 코일의 타단들은 상기 스테이터의 타측의 원주 방향을 따라 이동된 후 상기 중성점 터미널에 고정될 수 있다. 예를 들어, 전원 연결을 위한 인출선들은 상부 인슐레이터 상에 배치되고, 중성점 연결을 위한 인출선들은 하부 인슐레이터 상에 배치될 수 있다.

전술한 목적을 구현하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 금형에 강자성체의 재질의 링 형상을 갖는 백요크를 인서트하는 단계; 그리고 주조 또는 사출을 통해 상기 백요크의 반경 방향 외측에 전기 바이크의 바퀴와 연결되는 휠을 형성함과 동시에 상기 백요크를 상기 휠과 결합시키는 휠 제조 단계;를 포함하여 이루어지고,상기 휠 제조 단계에서는, 상기 휠과 일체로 형성되고 상기 백요크의 두께보다 더욱 길게 반경 방향 내측으로 돌출되어, 상기 백요크의 반경 방향 내측면에 결합되는 영구자석의 결합 위치를 결정하는 영구자석 스토퍼가 형성됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터의 제조 방법을 제공할 수 있다.

상기 휠은 상기 백요크의 반경 방향 내측면을 제외하고 모두 감싸도록 형성됨이 바람직하다.

상기 영구자석 스토퍼는 상기 백요크의 일측 또는 양측에 형성됨이 바람직하다.

상기 영구자석은 상기 백요크의 반경 방향 내측면과 상기 영구자석 스토퍼의 내측면에 접착제를 통해 부착될 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해, 제조가 용이하고 내구성이 증진된 전기 바이크 모터 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해, 휠에 백요크가 보다 견고히 고정될 수 있고 백요크에 영구자석이 보다 견고히 고정될 수 있는 전기 바이크 모터 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해, 백요크의 폭 길이와 영구자석의 폭 길이를 대등하게 하여 백요크를 통한 자속 손실을 최소화할 수 있는 전기 바이크 모터 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해, 영구자석이 결합되는 백요크의 반경 방향 내측면을 가공하지 않고도 영구자석이 보다 견고히 고정될 수 있어 제조가 용이한 전기 바이크 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해, 주어진 배터리 조건에서 더욱 큰 힘을 낼 수 있는 전기 바이크 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해, 결선 처리가 용이하고 절연 거리 확보가 용이한 전기 바이크 모터를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 전기 바이크 모터의 단면도;
도 2는 종래 전기 바이크 모터에 적용되는 백요크의 일례에 대한 부분 사시도;
도 3은 종래 전기 바이크 모터에 적용되는 백요크의 다른 예를 도시한 부분 사시도;
도 4는 본 발명의 실시예에 다른 전기 바이크 모터를 도시한 사시도;
도 5는 도 4에서 모터 커버를 제외한 사시도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 바이크 모터의 휠에 대한 일례를 도시한 부분 단면도;
도 7은 도 6의 휠 제조에 대한 실시예를 도시한 부분 단면도;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 바이크 모터의 휠에 대한 다른 예를 도시한 부분 단면도;
도 9는 도 8의 휠 제조에 대한 실시예를 도시한 부분 단면도;
도 10은 본 실시예에 적용될 수 있는 결선에 대한 일례를 도시한 결선도;
도 11은 본 실시예에 적용될 수 있는 인슐레이터의 일례를 도시한 사시도;
도 12는 도 11의 부분 확대도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 도 4와 도 5을 통해 본 실시예에 따른 전기 바이크 모터의 구성에 대해서 상세히 설명하다.

도 4는 모터 전체의 외관을 도시한 것이며, 도 5는 스테이터를 도시하기 위해 모터 커버가 결합 되기 전을 도시한 것이다.

모터(100)는 스테이터(140)와 로터(110)를 포함하여 이루어질 수 있다. 전기 바이크 모터의 특성상 상기 로터(110)는 휠(110)이라 할 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의상 휠(110)이라 한다.

상기 스테이터(140)는 휠(110)의 반경 방향 내측에 구비되고, 상기 스테이터(140)에 대해서 휠(110)이 회전하여 전기 바이크의 바퀴를 구동하게 된다. 상기 휠(110)은 자동차의 휠과 마찬가지로 외측으로 타이어와 결합되어 바퀴를 구성할 수 있으며, 바퀴 살 등을 통해 타이어와 연결되어 바퀴를 구성할 수도 있을 것이다.

후술하는 바와 같이, 휠(110)은 로터를 구성하여 전체적으로 BLDC 아우터 로터 타입 모터를 구성하기 위하여 영구자석과 백 요크를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 아우터 로터라 함은 스테이터의 외측에서 반경 방향 외측에서 로터가 구동되는 타입을 의미한다.

상기 휠(110)은 환형으로 형성되어 상기 휠의 중심을 이루는 휠 케이스(111)와 상기 휠 케이스(111)의 좌우에서 각각 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 휠 케이스(111)와 일체로 형성되는 휠 허브(112)를 포함하여 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 휠 케이스(111)와 휠 허브(112)를 통해 타이어 또는 바퀴 살이 결합되어 바퀴를 구성할 수 있다.

스테이터(140)는 환형의 스테이터 코어(141)와 상기 스테이터 코어(141)의 원주 방향을 따라 반경 방향 외측으로 돌출되도록 형성되는 티스(142)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 티스(142)는 복수 개 형성될 수 있으며, 상기 티스(142)에는 미도시된 코일이 권선된다. 구체적으로는 상기 티스(142)에 미도시된 인슐레이터가 구비되고, 상기 인슐레이터에 상기 코일이 권선된다. 즉, 상기 인슐레이터를 통해 티스(142)와 코일 사이 절연이 이루어진다. 코일과 인슐레이터에 대해서는 후술한다.

상기 코일에 전원이 인가되면 상기 스테이터와 로터 즉 휠(110) 사이의 회전 자계가 발생되어 휠(110)이 회전하게 된다.

상기 스테이터(140)는 정지되는 구성이다. 따라서 전기 바이크에서 상기 스테이터(140)를 고정하기 위한 구성이 필요하다. 이를 위해서 상기 스테이터(140)의 내측에는 브라켓(143)이 구비될 수 있다. 상기 브라켓(143)은 도 5를 기준으로 상하에 각각 구비될 수 있다.

상기 브라켓(143)의 중앙에는 샤프트(130)가 구비될 수 있다. 상기 샤프트는 브라켓(143)에 견고히 고정될 수 있다. 아울러, 상기 브라켓(143)은 상기 스테이터(140)의 일부 구성일 수 있다. 따라서, 상기 샤프트(130)는 스테이터(140)에 견고히 고정될 수 있다.

구체적으로 상기 샤프트(130)의 양단에는 전기 바이크의 하중을 상기 샤프트(130)로 전달하기 위한 스프로켓(미도시)이 연결될 수 있다. 따라서, 전기 바이크의 하중이 스프로켓과 샤프트(130)를 통해 스테이터(140)에 전달될 수 있다. 그러므로 샤프트와 스테이터는 회전하지 않게 된다. 물론, 스테이터와 샤프트에 대해서 상대적으로 휠(110)은 회전할 수 있게 된다.

한편, 상기 스테이터(140)에는 코일이 형성되고 전기 또는 전자적 구성들이 구비될 수 있다. 예를 들어 전원 접속 커넥터(144)나 중성점 터미널이 구비될 수 있다. 또한 모터 제어를 위한 홀 센서와 기판(145)이 구비될 수도 있다.

이러한 스테이터(140)를 외부로부터 보호할 필요가 있으며, 이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이 모터 커버(120)가 양측에 각각 구비될 수 있다.

여기서, 상기 모터 커버(120)는 상기 휠(110)과 일체로 회전되어야 한다. 이를 위해서 상기 휠 허브(112)나 휠 케이스(110)에 체결홀(미도시)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 체결홀과 대응되어 상기 모터 커버(120)에는 결합홀(121)이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 결합홀(121) 등을 통해 상기 모터 커버(120)는 상기 휠(110)에 견고히 고정될 수 있다. 이를 통해 상기 휠(110)과 모터 커버(120)는 일체로 회전할 수 있다.

물론, 상기 샤프트(130)는 상기 모터 커버(120)를 관통하여 구비될 수 있다. 이를 위해서 모터 커버(120) 중심에는 샤프트 관통홀(123)이 형성될 수 있다. 그리고, 샤프트에 대해서 상기 모터 커버(120)가 회전하여야 한다. 이를 위해서 샤프트와 모터 커버(120) 사이에는 베어링(160)이 구비됨이 바람직하다. 상기 모터 커버(120)에는 베어링(160)이 안착될 수 있는 베어링 안착부(122)가 형성될 수 있다.

상기 베어링(160)을 통해서 샤프트(130)는 고정되고 상대적으로 상기 모터 커버(120)는 휠(110)과 일체로 회전하여 전기 바이크를 구동하게 된다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 모터에 적용될 수 있는 구성에 대해서 상세히 설명하였다.

본 발명의 실시예는 구체적으로 휠(110) 구성과 휠(110)의 제조 방법을 더욱 제공할 수 있다.

이하에서는 도 6 내지 도 9를 참조하여 휠(110) 구성과 휠(110)의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 도 6 내지 도 9에는 휠(110)의 일단면도들이 도시되어 있다. 이러한 단면이 환형을 이루어 휠(110)을 구성한다고 할 수 있다. 즉 상기 단면들은 어느 하나의 반경 방향으로의 단면을 도시하고 있다. 상기 단면들이 휠 중심을 기준으로 360도 회전하여 환형의 휠을 구성한다고 할 수 있다.

먼저, 도 6 내지 도 7을 참조하여 휠(110)에 대한 일 실시예와 제조 방법에 대해서 상세히 설명한다.

휠(110)은 전술한 바와 같이 환형으로 형성되어 상기 휠의 중심을 이루는 휠 케이스(111)와 상기 휠 케이스(111)의 좌우 또는 양측에서 각각 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 휠 케이스와 일체로 형성되는 휠 허브(112)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 휠(110)의 반경 방향 내측에는 백요크(113)가 구비될 수 있다. 상기 백 요크(113)는 강자성체 재질로 형성됨이 바람직하다.

스테이터(140)의 코일에 전류가 흐르면 자속이 발생하게 되고 이 자속이 흐르는 통로, 즉 자로를 형성하기 위해 백요크(113)가 구비됨이 바람직하다. 그리고, 상기 백요크(113)의 반경 방향 내측에는 영구자석(115)이 구비될 수 있다.

한편, 상기 백요크(113)는 영구자석(115)의 반경 방향 외측에 구비되어 자로를 형성하기 때문에 상기 백요크(113)의 두께는 매우 중요하다. 상기 백요크(1130)의 두께가 얇으면 자속이 포화되는 점이 낮기 때문에 강한 출력을 내기 위해 전류를 증가시켜도 모터 출력 증가의 한계가 있다. 반면, 상기 백요크의 두께가 두꺼우면, 제품의 무게 및 재료비 증가가 발생하기 때문에 적정한 두께의 선정이 매우 중요하다.

여기서, 상기 백요크(113)의 높이 내지는 좌우 폭(도 7 기준)은 상기 영구자석(115)의 좌우 폭과 대등하게 형성됨이 바람직하다. 즉, 티스(142) 그리고 영구자석(115)과 마주보는 상기 백요크(113)의 좌우 폭이 상기 영구자석(115)이나 티스(142)의 좌우 폭보다 큰 경우에는 백요(113)의 좌우 양단을 통한 자속 손실이 커질 우려가 있기 때문이다. 이러한 자속 손실은 모터의 효율을 저해하게 된다.

그러나, 본 실시예를 통해서는 상기 백요크(113)의 폭과 영구자석(115)의 폭을 대등하게 할 수 있으며, 이를 매우 용이하게 구현하는 것이 가능하다. 이는 영구자석(115)의 위치를 결정하는 영구자석 스토퍼(114)를 통해서 용이하게 구현할 수 있다.

영구자석 스토퍼(114)는 상기 휠(110)과 일체로 형성되는 구성임이 바람직하다. 그리고, 상기 백요크(113)의 두께보다 더욱 길게 반경 방향 내측으로 돌출됨이 바람직하다. 따라서, 상기 백요크(113)는 상기 영구자석(115)이 결합 되는 내측면(113a)를 제외하고는 상기 휠(110)에 둘러싸이게 된다. 즉, 상기 휠(110)은 상기 백요크의 반경 방향 내측면을 제외하고 모두 감싸도록 형성될 수 있다. 이를 통해 먼저 백요크(113)가 상기 영구자석(115)에 더욱 견고히 결합될 수 있다. 왜냐하면, 도 6의 단면을 기준으로 적어도 3개 이상의 면이 휠(110)에 둘러싸이게 되어 결합 면적이 증가하기 때문이다.

한편, 상기 영구자석 스토퍼(114)는 양측에 각각 구비될 수 있다. 상기 영구자석 스토퍼(114)는 상기 백요크(113)의 두께보다 길게 반경 방향 내측으로 연장되어 형성될 수 있다. 따라서, 상기 영구자석 스토퍼는 상기 백요크(113)의 좌우 또는 양측에 각각 구비될 수 있다.

상기 백요크(113)의 양측에 각각 형성되는 영구자석 스토퍼(114)는 영구자석(115)이 결합 되는 단차(116)를 형성한다. 즉, 영구자석은 반경 방향 외면뿐만 아니라 양단면을 통해 휠(110)에 결합 될 수 있다.

구체적으로, 영구자석의 외면은 상기 백요크(113)에 결합 되고 상기 영구자석의 양단면은 상기 영구자석 스토퍼(114)의 내측면, 즉 단차(116)에 결합 될 수 있다. 마찬가지로, 영구자석의 내면을 제외하고 모든 면이 상기 휠(110)과 백요크(113)에 결 합될 수 있어 보다 견고히 영구자석이 고정될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 영구자석은 접착제를 통해 백요크(113)와 영구자석 스토퍼(114)에 결합될 수 있다. 상기 접착제는 본드일 수 있다. 따라서, 결합 면적의 증가와 결합면을 다각도로로 형성하는 것이 가능하여 영구자석 탈거가 미연에 방지될 수 있다.

한편, 상기 백요크(113)가 상기 휠(110)에 견고히 결합 되기 위해 상기 백요크(113)의 반경 방향 외면에는 홈(113c)이 형성될 수 있다. 이러한 홈(113c)을 통해 결합 면적의 증가와 결합 각도의 다양화가 가능하다.

전술한 바와 같이, 상기 영구자석 스토퍼(114)는 상기 휠(110)과 일체로 형성된다. 즉 양자가 하나의 몸체를 구성하게 된다. 이는 주조 또는 사출로 형성될 수 있다.

즉, 상기 백요크(113)가 금형에 인서트된 상태에서 주조나 사출을 통해 상기 휠이 형성됨과 동시에 상기 백요크가 상기 휠에 결합될 수 있다. 아울러, 상기 휠이 형성됨과 동시에 상기 영구자석 스토퍼(114)가 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 영구자석 스토퍼(114)는 상기 백요크(113)의 양단을 감싸도록 형성됨과 동시에 반경 방향 내측으로 더욱 연장되는 휠의 일부 구성으로 형성될 수 있다.

도 7을 통해 제조 방법의 일 실시예를 설명한다.

먼저, 금형(160 내지 163)에 백요크를 인서트 한다.

상기 백요크(113)은 강자성체 재질로 형성될 수 있으며, 환형으로 형성될 수 있다. 상기 백요크는 백요크(113)와 동일한 관경과 두께를 갖는 파이프를 제작하여 원하는 폭만큼 절단하여 사용할 수 있다. 또는 긴 철판을 환형으로 만들어 용접을 통해 백요크를 제작하는 것도 가능할 것이다.

상기 백요크(113)를 인서트 하기 전에 일정한 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 물론, 인서트 후 가열하는 것도 가능할 것이다. 이는 휠을 형성하기 위한 용융액과 백요크(113) 사이의 온도차를 줄여 냉각 후 더욱 견고히 백요크(113)가 휠(110)에 결합될 수 있도록 하기 위함이다.

이 후 상하 금형(160, 161)과 반경 방향 외측 금형(162) 그리고 반경 방향 내측 금형을 이동하여 금형 내에 용융액을 부어 휠(110)을 형성할 수 있다. 따라서, 휠 형성과 동시에 백요크를 상기 휠에 결합시킬 수 있다. 이를 휠 제조 단계라 할 수 있다.

물론, 상기 금형들의 형상은 제조하고자 하는 휠(110) 형상에 대응되도록 형성되어야 할 것이다.

상기 휠 제조 단계에서 영구자석 스토퍼(114)가 형성될 수 있다. 즉, 휠(110)의 일부 구성으로 영구자석 스토퍼(114)가 형성될 수 있다. 이러한 영구자석 스토퍼(114)를 형성하기 위하여 특히, 상기 상부와 하부 금형(160, 161)과 내측 금형(163)의 형상이 이와 대응되게 형성될 수 있다.

주조 또는 사출이 완성되면 상기 4 개의 금형을 이동시켜 휠(110)을 금형에서 제거하게 된다.

이러한 제조 방법을 통해 영구자석이 결합되는 백요크(113)의 가공을 생략할 수 있다. 아울러, 휠 형성, 백요크와 휠의 결합 그리고 휠 형성을 통한 영구자석 스토퍼의 형성이 모두 동시에 이루어질 수 있기 때문에 매우 경제적이고 용이하게 구현될 수 있다.

한편, 영구자석 스토퍼(114)를 백요크(113)의 양측에 형성하기 위해서는 4 개의 금형이 모두 이동 가능하게 구비될 필요가 있다. 즉 4단 금형이 사용될 필요가 있다. 이 경우 금형비가 증가하여 전체적으로 휠 제조 비용이 증가할 우려가 있다.

이러한 금형비 증가를 줄이기 위해서 다음과 같은 실시예가 제시될 수도 있을 것이다.

도 8 내지 도 9를 통하여 휠(110)에 대한 다른 실시예와 제조 방법에 대해서 상세히 설명한다.

본 실시예는 전술한 실시예와 매우 유사하다. 다만 영구자석 스토퍼(114)가 백요크(113)의 어느 일측에만 형성되는 것이 상이하다고 할 수 있다.

따라서, 상기 영구자석 스토퍼(114)를 통해 하나의 단차(116)만 형성될 수 있다. 그러나, 상기 영구자석 스토퍼(114)를 통해서도 용이하게 영구자석의 결합 위치를 결정할 수 있다. 왜냐하면 영구자석(115)를 상기 단차(116), 즉 스토퍼(114)의 내측면에 밀착시켜 영구자석을 결합시키는 것이 가능하기 때문이다.

이러한 하나의 영구자석 스토퍼(114)를 통해 도 9에 도시된 바와 같이 3단 금형을 통해 휠 제작이 가능하게 된다.

즉, 상하부 금형(160, 161)과 외측 금형(162)은 이동 가능하게 구비된다. 그러나, 내측 금형(160)은 고정될 수 있다. 도 10을 기준으로 내측 금형이 고정되더라도 상측으로 휠을 금형에서 제거하는 것이 가능하기 때문이다.

따라서, 4단 금형이 아닌 3단 금형을 통해 휠 형성, 백 요크 결합 그리고 영구자석 스토퍼의 형성이 동시에 구현될 수 있다. 이로 인해 금형비를 현저히 절감시키는 것이 가능하게 된다.

한편, 전술한 실시예들에서 상기 영구자석 스토퍼(114)의 돌출 높이, 다시 말하면 백요크의 반경 방향 내측면을 기준으로 반경 방향으로 돌출되는 높이는 다양하게 선정될 수 있다. 그러나, 상기 돌출 높이는 부착되는 영구자석의 두께와 대응되도록 형성됨이 바람직하다.

즉, 상기 영구자석 스토퍼(114)가 영구자석의 일단을 완전히 감싸도록 상기 영구자석 스토퍼(114)의 돌출 높이가 형성됨이 바람직하다. 다시 말하면, 상기 영구자석 스토퍼(114)는 상기 영구자석(115)의 두께만큼 돌출됨이 바람직하다. 이를 통해서 영구자석이 휠(110)과 백요크(113)에 결합되는 면적을 최대화할 수 있다.

모터의 성능을 높이기 위해서는 로터 또는 휠과 아울러 스테이터를 어떻게 구성하는지 매우 중요하다. 특히, 스테이터에 구성되는 코일을 어떻게 권선하는지 매우 중요할 수 있다.

일반적으로 티스의 수가 36 개인 경우 직렬 집중 권선이 많이 이루어진다. 집중 권선이라 함은 하나의 티스에 한 상의 코일이 권선되어 티스 하나 당 하나의 코일이 형성됨을 의미한다. 직렬 권선은 3 상의 경우 u 상의 코일 일단은 u상 전원과 연결되고 12 개의 코일을 형성한 후의 코일 말단이 중성점과 연결됨을 의미한다. 즉, 한 상을 이루는 모든 코일이 서로 직렬로 연결됨을 의미한다. 그리고, 일반적으로 하나의 티스에 u상이 권선되면 다음 티스에는 v상 그리고 그 다음 티스에는 w상이 권선되는 방법으로 코일들이 형성된다.

본 출원인은 대한민국 특허출원번호 10-2012-0000245(2012년 1월 11일자 출원, 이하 '제안 발명'이라 함)에 기재된 발명을 통해 모터의 효율을 증진시키기 위한 권선 방법을 제안한 바 있다. 따라서, 상기 제안 발명의 구체적인 실시예들은 본 명세서의 실시예들과 모순되거나 배타적이지 않는 한 본 명세서의 실시예들과 결합될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 실시예에서도 스테이터의 티스 수가 36이며, 영구자석을 통한 휠의 극 수가 40일 수 있다. 아울러, 이웃하는 3개의 티스마다 어느 하나의 동일한 상(예를 들어 u상)으로 권선될 수 있다. 즉, 종래의 권선 방법처럼 하나의 티스마다 순차적으로 u,v 그리고 w 상이 권선되지 않고, 3 개의 티스마다 u, v 그리고 w 상이 순차적으로 권선될 수 있다.

상기 제안 발명에 따르면, 3 개의 티스마다 u,v 그리고 w상을 권선함으로써 종래 보다 현저한 모터의 성능 향상과 코깅 토크의 절감 효과를 기대할 수 있었다. 따라서, 이러한 권선 방법 또는 이러한 권선 방법으로 권선된 코일들을 갖는 스테이터를 본 발명의 실시예들에 적용하면 현저한 성능향상과 코깅 토크의 절감 효과를 기대할 수 있다.

한편, 종래의 권선 방법과 상기 제안 발명에서는 전술한 바와 같이 직렬 집중권 방식으로 코일들이 형성된다. 즉, u 상을 기준으로 전원 터미널을 통해 인가된 u 상 전원은 u 상 코일들을 통해 중성점까지 직렬로 연결된다고 할 수 있다. 다시 말하면 u 상을 이루는 코일들은 모두 직렬로 연결되었다고 할 수 있다. 쉽게 설명하면 하나의 연속된 선으로 u 상이 형성된다고 할 수 있다. v와 w 상도 마찬가지이다.

따라서, 전술한 본 발명의 실시예에서 모터의 권선 방법은, 기본적으로 종래의 직렬 집중 권선으로 이루어질 수 있고, 제안 발명과 동일한 방법으로 권선이 이루어질 수 있다. 후자의 경우에는 u 상을 기준으로 이웃하는 3 개의 티스에 코일을 형성하고, 6 개의 티스를 건너 다시 이웃하는 3 개의 티스에 코일을 권선하는 것이다. 이렇게 하여 36 티스 수인 경우 총 12 개의 u상 코일이 형성될 수 있다. 이러한 방법을 통한 모터의 효율과 코깅 토크 절감 효과는 매우 현저함을 기대할 수 있다.

이러한 직렬 연결은 낮은 전압이 인가되는 경우 큰 힘을 사용할 수 없는 문제가 발생 될 수 있다.

전기 바이크 모터의 경우, 배터리 등을 통해 일정 전압이 인가될 수 있다. 그러나, 전기 바이크의 특성상 배터리 용량의 한계가 있기 때문에 배터리 전압을 높이는 데에는 한계가 있다. 아울러, 전원 터미널로부터 중성점에 이르기까지의 코일을 이루는 선의 길이가 매우 길기 때문에 선 자체의 저항도 무시할 수 없다. 즉, 선 자체의 저항으로 인해 일정 전압이 인가되어도 전류의 세기가 점점 작아질 수 밖에 없다. 따라서, 전기 바이크 모터의 경우 직렬 권선이 아닌 병렬 권선이 이루어질 필요가 있다.

본 실시예에서는 병렬 권선이 이루어진 전기 바이크 모터를 제공할 수 있다.

여기서, 병렬 권선이라 함은 36 티스 수와 u 상을 기준으로 설명하면, 6 개의 티스에 권선되는 u 상의 코일(제1 서브 코일)과 다른 6 개의 티스에 권선되는 u 상의 코일(제2 서브 코일)이 서로 병렬로 연결됨을 말한다. 따라서, 제1과 제2 서브 코일의 일단은 u상 전원 터미널과 연결되고 제1과 제2 서브 코일의 말단은 중성점을 이룬다. 따라서, 전원 터미널과 중성점 사이의 선 길이를 절반으로 줄일 수 있다. 따라서, 직렬 권선보다는 병렬 권선을 통해 일정 전압에서 큰 힘을 사용할 수 있게 된다.

여기서, 병렬 권선의 경우 각 상의 코일을 형성할 때 종래의 방법으로 권선될 수 있으며, 상기 제안 방법으로 권선될 수도 있다. 즉, 예를 들어, 제1 서브 코일은 종래의 방법 또는 제안 방법으로 이루어질 수 있다.

그러나, 어느 경우나 삼상의 코일을 형성하기 위해서는 6 개의 선이 필요하고, 6 개의 선 일단들은 전원 터미널과 연결되어야 하고 6 개의 선 타단들은 중성점 터미널과 연결되어야 하므로 결선 처리가 매우 복잡한 문제가 발생 될 수 있다. 즉, 하나의 스테이터에 코일을 형성하기 위해 총 12개소에서 결선 처리를 해야 하므로 매우 복잡하게 된다. 이로 인해 각 상을 이루는 선 사이의 절연 문제도 발생 될 수 있다.

이하에서는 상기 결선 처리 문제를 용이하게 해결할 수 있는 권선 방법, 즉 모터의 제작 방법에 대해서 상세히 설명한다. 아울러, 이러한 방법을 용이하게 구현할 수 있는 모터의 구조, 특히 인슐레이터 구조에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 권선 방법에 대해서 설명한다. 특히 병렬 권선에 대해서 상세히 설명한다.

도 10은 설명의 편의상 36 티스 수를 갖고 하나의 티스에 한 상의 코일이 형성되며, 한 상을 이루는 코일들은 병렬로 연결된 예를 도시하고 있다.

먼저, u 상을 이루는 코일들을 설명하며, 나머지 v 상과 w 상을 이루는 코일들은 이와 동일한 방법으로 형성되므로 구체적인 설명은 생략한다.

u 상은 제1 서브 코일(S1)과 제2 서브 코일(S2)을 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 서브 코일과 제2 서브 코일은 병렬로 연결되어 있다. 제1 서브 코일(S1)은 일단(u1a)에서 시작하여 타단(u1b)까지 이어진다. 마찬가지로 제2 서브 코일(S2)은 일단 (u2a)에서 시작하여 타단(u2b)까지 이어진다.

여기서, 제1 서브 코일(S1)의 일단(u1a)과 제2 서브 코일(S2)의 일단(u2a)은 u 전원 터미널에 고정되며, 제1 서브 코일(S1)의 타단(u1b)와 제2 서브 코일(S2)의 타단(u2b)는 중성점 터미널에 고정된다.

상기 제1 서브 코일(S1)과 제2 서브 코일(S2)를 이루는 각각의 티스 코일(S11 내지 S26)은 종래 권선 방법과 마찬가지로 순차적으로 2 개의 티스를 건너 형성될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 제안 발명과 마찬가지로 형성됨이 바람직하다.

구체적으로, S11 코일, S12 코일과 S13 코일은 연속하는 세 개의 티스에 형성되고 이 후 6 개의 티스를 건너 연속하는 세 개의 티스에 각각 S14 코일, S15 코일과 S16 코일이 형성될 수 있다. 즉, 이러한 방법으로 제1 서브 코일(S1)이 형성될 수 있다. 여기서, 연속하는 세 개의 티스에서 각 티스 코일의 권선 방향은 서로 반대임이 바람직하다. 그리고 이러한 패턴은 규칙적으로 반복됨이 바람직하다.

S16 코일에서 6 개의 티스를 건너서부터 제2 서브 코일(S2)가 형성될 수 있다. 마찬가지의 방법으로 S21 티스 코일부터 S26 티스 코일이 형성될 수 있다. 즉, S21, S22, S23는 연속하는 세 개의 티스에 형성되고, 이후 6 개의 티스를 건너 다시 세 개의 티스에 S24, S25, S26 티스 코일이 형성될 수 있다.

상기 방법으로 u 상의 코일들이 형성될 수 있다. 즉 , u 상을 갖는 제1 서브 코일을 형성하고, 상기 제1 서브 코일과 동일한 u 상을 갖고 병렬로 연결되는 제2 서브 코일을 형성한다. 따라서, 상기 제1 서브 코일과 제2 서브 코일은 스테이터의 중심을 기준으로 대칭으로 형성될 수 있다.

이와 동일한 방법으로 v 상의 코일들과 w 상의 코일들이 형성될 수 있다. 마찬가지로 v 상의 코일은 제3 서브 코일(S3)과 제4 서브 코일(S4)을 포함하여 이루어지고, w 상의 코일은 제5 서브 코일(S5)와 제6 서브 코일(S6)을 포함하여 이루어질 수 있다. 물론, 각각의 서브 코일은 각각 6 개의 티스 코일들을 포함하여 이루어질 수 있다.

전술한 방법으로 u, v 그리고 w 상의 코일들을 형성한 후 각 상을 이루는 선의 말단들을 결선하여야 한다. 즉, 전원 연결과 중성점 형성을 위해 말단들을 고정하여야 한다.

먼저, 각 서브 코일들(S1 내지 S6)의 일단들(u1a, u2a, v1a, v2a, w1a, w2a)은 전원 터미널에 연결된다. 즉, u 상의 일단인 u1a와 u2a는 u 상 전원 터미널, v 상의 일단인 v1a, v2a는 v 상 전원 터미널 그리고 w 상의 일단인 w1a, w2a는 w 상 전원 터미널에 고정된다.

그리고, 각 서브 코일들(S1 내지 S6)의 타단들(u1b, u2b, v1b, v2b, w1b, w2b)은 중성점 터미널에 고정된다.

상기 중성점 터미널은 하나의 터미널에 6 개의 말단들이 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 3 개의 터미널을 통해 6 개의 말단들이 서로 전기적으로 연결될 수도 있을 것이다. 예를 들어, u1b와 u2b, v1b와 v2b 그리고 w1b와 w2b가 각각 u 상 중성점, v 상 중성점 그리고 w 상 중성점 터미널에 각각 고정될 수 있다. 그리고, 각 중성점 터미널은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

따라서, 상술한 방법을 통해 스테이터의 코일 형성 및 전기 결선이 이루어진다.

이하에서는 도 11과 도 12를 참조하여 구체적인 결선 방법에 대해서 상세히 설명한다.

도 11에는 스테이터의 인슐레이터(170)가 도시되어 있다. 인슐레이터는 상하 또는 좌우 각각 구비되어 서로 결합될 수 있으며,인슐레이터는 인서트 사출을 통해 스테이터에 일체로 형성될 수 있다. 즉, 스테이터 코어가 금형에 인서트 된 후 사출을 통해 인슐레이터가 스테이터에 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 스테이터는 인슐레이터를 포함하여 이루어질 수 있다.

도 11에 도시된 인슐레이터를 설명의 편의상 상부 인슐레이터(170)라 할 수 있다. 즉, 스테이터의 상부에 구비되는 구성이다. 따라서, 도시되지는 않았지만 스테이터의 하부에 구비되는 하부 인슐레이터가 포함될 수 있다.

인슐레이터(170)는 스테이터 코어(141)와 티스(142)를 덮는 구성이며, 구체적으로는 인슐레이터(170) 상에 코일이 권선된다.

상기 인슐레이터(170)에는 코일이 권선되는 권선부(171)와 상기 권선부의 반경 방향 내측에 구비되고 코일 말단들이 이동하는 이동부(172)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, 스테이터의 내측과 코일이나 인출선들과의 사이를 구획하기 위한 원주 리브(173)가 형성될 수 있다.

상기 원주 리브(173)는 실질적으로 원주 방향을 따라 형성되며, 상부로 돌출될 수 있다. 후술하는 코일 걸이(175)도 상부로 돌출될 수 있다. 상기 원주 리브(173) 또는 코일 걸이(175)는 실질적으로 스테이터의 최상부를 이룬다. 물론, 하부 인슐레이터에 이러한 구성들이 형성되면 실질적으로 스테이터의 최하부를 이룬다고 할 수 있다.

따라서, 원주 리브(173)이나 코일 걸이(175)를 통해서 코일이나 인출선들이 손상되지 않을 수 있다. 왜냐하면 스테이터를 취급할 때 바닥면에 코일이나 인출선이 접촉되지 않고, 상기 원주 리브나 코일 걸이가 직접 바닥면에 접촉할 수 있기 때문이다.

상기 권선부(171)는 각각의 티스와 대응되며, 티스의 상하부에 위치하여 티스와 코일 사이에 절연 기능을 수행한다. 물론, 상기 권선부(171)에 코일이 형성된다.

도 11에는 36개의 티스 수에 맞춰 36개의 권선부가 형성된 인슐레이터(170)가 도시되어 있다. 특정 티스 또는 권선부를 도시된 바와 같이 t1이라 하면 반 시계 방향을 따라 각각의 티스 또는 권선부를 순차적으로 t2 내지 t36이라 할 수 있다.

설명의 편의상 전술한 제1 서브 코일은 t1에서 시작한다고 가정한다.

t1에서 시계 방향으로 S11 티스 코일, t2에서 반시계 방향으로 S12 티스 코일 그리고 t3에서 시계 방향으로 S13 코일이 형성될 수 있다. 그리고, S13 코일 형성 후 6 개의 티스 또는 권선부를 건너 t10에 시계 방향으로 S14, t11에 반시계 방향으로 S15 그리고 t12에서 S16을 형성할 수 있다. 상기 제1 서브 코일과 마찬가지로 t19, t20, t21, t28, t29 그리고 t30을 통해 제2 서브 코일이 형성된다. 이러한 방법을 통해 u 상 코일이 형성된다.

v 상 코일 형성을 위해, t4, t5, t6, t13, t14 그리고 t15에 제3 서브 코일이 형성되고 t22, t23, t24, t31, t32 그리고 t33에 제4 서브 코일이 형성된다. w 상 코일 형성을 위해, t7, t8, t9, t16, t17 그리고 t18에 제5서브 코일이 형성되고 t34, t35 그리고 t36에 제6 서브 코일이 형성된다.

여기서, 서로 동일한 상을 갖는 이웃 코일 간의 절연, 예를 들어 S11과 S12사이의 절연이 문제될 수 있다. 그리고 S13에서 S14로 길게 넘어가는 연결선과 다른 연결선과의 절연이 문제될 수 있다. 또한, u1a를 u 상 전원 터미널에 연결하기 위한 연결선과 다른 연결선과의 절연이 문제될 수 있다.

물론, 상기 문제들은 u 상뿐만 아니라 v 상과 w 상에서도 마찬가지이며, 각 상들 사이에서도 절연이 문제될 수 있다. 아울러, 중성점 연결을 위한 각 서브 코일들의 말단들의 연결선들의 절연도 문제될 수 있다.

여기서 인출선이라 함은 권선부(171)에 형성되는 코일을 제외하고 각 코일 사이의 연결이나 결선 등을 위해 인슐레이터 상에 노출되는 선들을 의미한다. 따라서, 인출선은 전원 연결선이나 코일 연결선을 포함한다.

본 실시예에서는 3 상 병렬 결선이 이루어지기 때문에 특히 전원 연결선 처리가 문제가 될 수 있다.

이하에서는 인출선의 절연 문제를 해결하기 위한 방법과 구조에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 각각의 티스 코일과 티스 코일 사이의 연결선 처리를 위해 코일 걸이(175)가 형성될 수 있다. 상기 코일 걸이(175)는 각각의 권선부(171)과 대응되며, 권선부의 반경 반향 내측에 상부로 돌출되도록 형성될 수 있다.

상기 코일 걸이(175) 사이에는 코일 리브(177)가 형성될 수 있다. 상기 코일 리브(177)는 생략될 수도 있다. 즉, 원주 방향을 따라 코일 리브의 형성과 생략이 반복될 수 있다. 또한, 코일 리브(177)는 코일 걸이(175)과 갭을 형성할 수 있으며, 상기 갭의 크기는 달라질 수 있다. 다시 말하면 상기 갭의 크기가 달라지는 패턴도 원주 방향을 따라 반복될 수 있다. 예를 들어, 코일 리브의 생략으로 상기 갭의 크기가 최대가 될 수도 있다. 그리고, 상기 코일 리브(177) 상에 인출선 내지 연결선이 위치됨으로써 이동부(172)와 높이차를 형성하는 것이 가능하다.

도 12에는 생략된 코일 리브(177b), 갭이 큰 코일 리브(177a) 그리고 갭이 작은 코일 리브(177)이 원주 방향을 따라 반복적으로 형성된 것이 도시되어 있다. 여기서의 갭은 코일 걸이와 코일 리브 사이의 원주 방향 거리를 의미한다.

t2에 대응되는 코일 걸이(175)를 기준으로 좌측에는 생략된 코일 리브(177b) 우측에는 갭이 큰 코일 리브(177a)가 형성되어 있다. 그리고, t3에 대응되는 코일 걸이(175)를 기준으로 우측에는 갭이 작은 코일 리브(177)이 도시되어 있다.

이러한 코일 리브들의 유무와 형태의 반복 패턴으로 인해 하나의 티스에서 이웃 티스로 연결하는 연결선의 절연 거리 확보 그리고 하나의 티스에서 6 개 건너서의 티스로 연결하는 연결선의 절연 거리 확보가 가능하게 된다.

예를 들어, t3에서 t10으로의 연결선은 t3에 대응되는 코일 거리(175)와 우측의 코일 리브(177) 사이의 갭으로부터 t10에 대응되는 코일 거리(175)와 좌측의 코일 리브(177) 상으로 이어진다. 따라서 좌우 높이차가 발생될 수 있다. 이러한 높이차를 이용하여 연결선들 사이의 절연 거리가 확보될 수 있다.

티스 코일(S11)은 t1에서 시계 방향으로 형성될 수 있다. 제1 코일의 일단(u1a)은 S11 형성 후 u 상 터미널(181)의 홈(181b)에 고정된다. 즉, t1에 대응되는 코일 걸이(175)의 우측을 따라 이동부(172) 상에서 접촉되도록 하여 u 상 터미널에 고정된다.

그리고, S11에서의 인출선은 코일 걸이(175)의 좌측 코일 리브(177) 상에 위치된 상태에서 t2로 이어져 티스 코일(S12)를 형성하게 된다. 상기 인출선은 코일 리브(177) 상에 위치되므로 이동부(172)에 위치되는 u1a 인출선과 절연 거리가 확보될 수 있다. 물론, 상기 전원 터미널과 중성점 터미널은 코일 걸이에 비해서 반경 방향 내측에 구비됨이 바람직할 것이다.

이후, t2에서 반시계 방향으로 S12 형성 그리고 t3에서 시계방향으로 S13이 형성될 수 있다. 물론 이 경우에도 각각의 코일 걸이(175)를 이용하여 인출선이 형성될 수 있다.

여기서, t3에서 t10으로 인출선이 길게 형성되는 데, 이러한 인출선이 다른 상의 인출선과 절연 거리가 확보되도록 할 필요가 있다. 이를 위해서, t3에 대응되는 코일 걸이(175)의 좌측 최하부에서 t10에 대응되는 코일 걸이(175)의 좌측 코일 리브(177)까지 인출선이 형성될 수 있다. 즉, 좌측에서 우측으로 갈수록 점점 높이가 높아지는 형태로 인출선이 형성될 수 있다. 다시 말하면 우상향으로 인출선이 형성될 수 있다.

이는, 코일 리브(177)로 인한 좌우 높이차를 이용한 것이라 할 수 있다. 좌측은 코일 리브를 이용하지 않고 우측은 코일 리브를 이용함으로써 이러한 높이차를 형성하는 것이 가능하다.

마찬가지로, v 상은 t6에서 t13까지 이러한 인출선이 형성되며 w 상은 t9에서 t16까지 이러한 인출선이 형성된다. 결국, 이러한 인출선들은 우상향 사선 형태로 형성되므로 서로 절연 거리가 유지될 수 있다.

한편, t4에서 v 상 일단(v1a)는 이동부(172)를 따라 시계 방향으로 이동된 후 v 상 전원 터미널(182)에 고정된다. 마찬가지로 t7에서 w상 일단(w1a)도 이동부(172)를 따라 시계 방향으로 이동된 후 w 상 전원 터미널(183)에 고정된다.

여기서, 전원 터미널(180)에 결선 되기 위한 u1a, v1a 그리고 w1a 사이의 절연이 문제될 수 있다.

이동부(172)는 반경 방향 폭이 3 개의 인출선이 서로 절연 거리를 갖도록 충분히 형성될 필요가 있다. 필요에 따라서는 서로 다른 반경을 갖는 원주 방향 홈(미도시)이 형성될 수도 있다. 그리고, 필요에 따라서는 단차부(174)가 형성되어 각 상의 인출선 사이의 절연 거리가 확보될 수도 있다.

예를 들어, 이동부의 반경 반향 내측은 w 상의 인출선, 반경 방향 중앙부에는 w상의 인출선 그리고 반경 방향 외측은 u 상의 인출선이 이동되도록 마련될 필요가 있다. 이러한 위치를 결정하기 위하여 전술한 원주 방향 홈이나 단차부(174)가 형성될 수 있을 것이다. 물론 그 반대도 가능할 것이다.

상기 이동부를 따라 이동하는 각 상의 인출선은 전원 터미널(180) 근방에서 서로 높이차가 형성될 필요가 있다. u1a가 이동부(172) 바닥을 통해 u 상 전원 터미널(180)에 고정되면, 다른 인출선의 말단들(v1a, w1a)는 점차 높은 위치에서 v상과 w 상의 전원 터미널에 고정될 필요가 있다.

이를 위해서는 작업자가 인출선들의 말단들에 인장력을 가할 필요가 있으며, 이를 위해 전원 터미널(180)의 반경 방향 외측에는 복수 개의 돌기(176)이 형성됨이 바람직하다.

작업자는 상기 돌기(176)를 통해서 인출선들에 인장력을 가함과 동시에 방향을 바꿀 수 있다. 그리고, 인출선들의 높이를 변경할 수 있다. 따라서, 전원 터미널(180)에서 각 상의 말단들(u1a, v1a, w1a) 사이의 높이차를 형성할 수 있어 절연 거리 확보가 가능하게 된다.

한편, 상기 전원 터미널(180)에는 인출선들이 걸려 고정되는 고정홈(181b, 182b, 183b)가 형성된다. 상기 고정홈에 인출선들이 걸려 고정된 후, 마그메이트(미도시)가 수용부(181a, 182a, 183a)에 삽입된다.

마그메이트는 커넥터의 일종으로 수용부에 삽입됨과 동시에 전선의 피복을 벗겨 전기적으로 연결되는 커넥터를 의미한다. 상기 마그메이트는 당업자에게 자명한 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.

여기서, 상기 고정홈의 위치가 각 상에 따라 다를 수 있다. 즉, 말단이 고정되는 위치가 각 상에 따라 달라지도록 고정홈의 위치가 달라질 수 있다. 예를 들어, w 상 전원 터미널에서의 고정홈(183b)의 위치가 가장 높고, u 상 전원 터미널에서의 고정홈(181b)의 위치가 가장 낮을 수 있다. 이러한 고정홈들의 위치 차이로 인해 절연 거리 확보가 용이할 수 있다. 물론, 이 경우에도 상기 돌기(176)가 형성될 수도 있을 것이다.

한편, 각 상의 코일들이 병렬 결선 되기 때문에 제2 코일의 일단(u2a), 제 4 코일의 일단(v2a) 그리고 제6 코일의 일단(w2a)도 각각 전원 터미널(180)에 고정된다.

구체적으로, t19에서의 코일 일단(u2a)은 이동부(172)를 통해 반시계 방향으로 이동하게 된다. 그리고 t22에서의 코일 일단(v2a)와 t25에서의 코일 일단(w2a)도 반시계 방향으로 이동하여 전원 터미널(180)에 고정된다.

이러한 이동으로 인한 인출선들은 전술한 바와 같이 이동부(172)의 충분한 반경 방향 폭으로 인해 서로 절연 거리가 유지될 수 있다. 아울러, 전원 터미널(180) 인근에서는 돌기(176)이나 고정홈들의 높이 차이를 통해 절연 거리가 유지될 수 있다.

이상에서는 티스 코일과 티스 코일 사이의 절연 거리 유지와 전원 연결을 위한 인출선들 사이의 절연 거리 유지 방법과 구조에 대해서 상세히 설명하였다.

이하에서는 중성점 연결을 위한 인출선들 사이의 절연 거리 유지 방법과 구조에 대해서 상세히 설명한다.

전술한 바에 따르면 전원 연결을 위한 인출선들은 이동부(176)을 통해 이동되었다. 따라서, 상기 인출선들은 상부 인슐레이터의 이동부(176)을 통해 절연 거리가 유지된다고 할 수 있다.

중성점 연결을 위해서도 마찬가지로 6 개의 결선이 필요하다. 중성점 연결을 위한 인출선들은 하부 인슐레이터의 이동부를 통해 절연 거리가 유지됨이 바람직하다.

즉, 도 11과 도 12에 도시된 상부 인슐레이터와 실질적으로 동일한 하부 인슐레이터가 구비됨이 바람직하다. 마찬가지로, 코일 걸이(175)가 하부 인슐레이터에 구비될 수 있다. 그리고, 이동부(172) 그리고 이동부의 원주 방향 홈이나 단차부도 하부 인슐레이터에 구비될 수 있다. 물론, 전원 터미널(180)은 상부 인슐레이터에 구비됨이 바람직할 것이다.

t12 코일(S16)의 말단, 즉 제1 서브 코일의 말단(u1b)는 하부 인슐레이터의 이동부를 따라 반시계 방향으로 이동하여 중성점 터미널(미도시)에 고정된다. 마찬가지로, t15 코일(S36)의 말단, 즉 제3 서브 코일의 말단(v1b)과 t18 코일(S56), 즉 제 5 서브 코일의 말단(w1b)도 반시계 방향으로 이동하여 중성점 터미널에 고정된다.

그리고, 제2 서브 코일, 제4 서브 코일 그리고 제6 서브 코일의 말단들은 시계 방향으로 이동하여 중성점 터미널에 고정된다.

따라서, 상기 중성점 터미널은 하부 인슐레이터에 구비될 수도 있다.

만약 상기 중성점 터미널이 상부 인슐레이터에 구비되는 경우에는, 말단들(u1b, v1b, w1b)는 슬롯, 즉 티스와 티스 사이의 공간을 통해 하부 인슐레이터에서 상부 인슐레이터로 이동된 후 중성점 터미널에 고정될 수 있다.

여기서, 상기 중성점 터미널에서 6 개의 결선이 이루어지기 때문에 구조가 복잡해 질 수 있고, 중성점 터미널의 높이가 현저히 높아질 우려가 있다. 이로 인해 전체적으로 스테이터의 높이가 증가될 우려가 있다.

따라서, 상기 중성점 터미널은 각 상의 중성점들이 연결되도록 u 상 중성점 터미널(미도시), v 상 중성점 터미널(미도시) 그리고 w상 중성점 터미널(미도시)을 포함하여 이루어질 수 있다.

u 상 중성점 터미널에는 제1 서브 코일의 타단(u1b)와 제2 서브 코일의 타단(u2b)가 고정될 수 있다. 즉, 하나의 터미널에는 두 개의 결선만 형성될 수 있다. 그리고, 하나의 마그메이트를 3 개의 터미널에 삽입함으로써 6 개의 결선이 한 번에 이루어질 수 있다. 따라서, 6 개의 선이 하나의 마그메이트를 통해 전기적으로 서로 연결되어 중성점이 형성된다. 그러므로, 매우 용이하고 간단하게 중성점 형성이 가능하다.

여기서, 상기 중성점 터미널의 구조와 그 인근의 구조는 전술한 전원 터미널(180)의 그것들과 유사하거나 동일할 수 있다. 즉, 홈의 높이차 또는 돌기 구성들도 마찬가지로 구현될 수 있다.

전술한 바와 같이, 전원 연결을 위한 인출선들은 상부 인슐레이터의 이동부를 통해 배치되고, 중성점 연결을 위한 인출선들은 하부 인슐레이터의 이동부를 통해 배치된다. 따라서, 인출선들의 절연 거리 확보가 용이하고 인출선 배치가 매우 용이하게 된다.

또한, 코일 걸이, 코일 리브, 돌기 등의 구성들을 통해 결선이 매우 용이하고, 결선들 사이의 절연 거리 확보가 용이하게 된다. 따라서, 신뢰성이 증진된 모터를 제공하는 것이 가능하게 된다.

한편, 전술한 코일 걸이(175)는 이중으로 형성될 수 있다. 즉 단차(175a)가 형성될 수 있다. 이러한 단차(175a)를 이용하여 결선 처리가 용이할 수 있다. 예를 들어, 전원 터미널 인근이나 중성점 터미널 인근에서 상기 단차(175a)를 이용하여 인출선들 사이에 높이차를 형성하는 것도 가능할 것이다.

100 : 모터 110 : 휠
113 : 백요크 114 : 영구자석 스토퍼
115 : 영구자석 120 : 모터 커버
130 : 샤프트 140 : 스테이터
170 : 인슐레이터 171 : 권선부
172 : 이동부 173 : 원주 리브
175 : 코일 걸이 176 : 돌기
177 : 코일 리브 180 : 전원 터미널

Claims (20)

1. 전기 바이크의 바퀴를 구동하는 전기 바이크 모터에 있어서,
   상기 바퀴와 연결되는 휠;
   상기 휠의 반경 방향 내측에 구비되고, 상기 휠과 접촉면에 형성된 홈을 통해 결합되는 백요크;
   상기 백요크의 반경 방향 내측에 구비되는 영구자석;
   상기 휠과 일체로 형성되고 상기 백요크와 동일한 폭을 가지면서 상기 백요크의 양측면과 접하는 면에서 연장 형성되어 상기 백요크의 두께보다 더욱 길게 반경 방향 내측으로 돌출되어 상기 영구자석이 구비되는 위치를 결정하고 상기 휠과의 결합 면적을 증가시키는 영구자석 스토퍼; 그리고
   상기 영구자석 내측에 구비되는 스테이터를 포함하여 이루어지는 전기 바이크 모터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 영구자석 스토퍼는 상기 백요크의 좌우에 각각 구비됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 영구자석 스토퍼는 상기 백요크의 좌측 또는 우측에 구비됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 휠은,
   환형으로 형성되어 상기 휠의 중심을 이루는 휠 케이스; 그리고
   상기 휠 케이스의 좌우에서 각각 반경 반향 외측으로 연장되어 상기 휠 케이스와 일체로 형성되는 휠 허브를 포함함을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 휠 케이스의 양쪽에 각각 결합되어 상기 휠 케이스와 일체로 회전하는 모터 커버를 포함함을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 휠은 링 형상의 상기 백요크의 반경 방향 내측면을 제외하고 모두 감싸도록 형성됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 백요크가 휠에 결합되는 상기 홈은 상기 영구자석 스토퍼로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 영구자석은 상기 백요크의 반경 방향 내측면과 상기 영구자석 스토퍼의 내측면에 접착제를 통해 부착됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 백요크가 금형에 인서트된 상태에서 주조를 통해 상기 휠이 형성됨과 동시에 상기 백요크가 상기 휠에 결합됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터의 복수 개의 티스에는 삼상(3 phase)을 갖는 코일이 권선되고, 각 상의 코일은 병렬로 연결됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 티스의 수는 원주 방향을 따라 36개이며, 이웃하는 3 개의 티스마다 동일 상의 코일이 권선됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 영구자석의 극 수는 원주 방향을 따라 40개임을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 영구자석의 개수는 10개이며, 하나의 영구자석이 원주 방향을 따라 4 극을 가짐을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
14. 제 10 항에 있어서,
    이웃하는 3 개의 티스와 6 개 건너서 다시 이웃하는 3개의 티스에 동일 상의 코일이 권선되어 제1 서브 코일이 형성되며, 상기 제1 서브 코일과 대칭으로 병렬 연결되는 제2 서브 코일이 형성됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 그리고 제2 서브 코일의 일단은 u 상의 전원 터미널에 고정되며, 상기 제1 그리고 제2 서브 코일의 타단은 중성점 터미널에 고정됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 서브 코일의 일단들은 상기 스테이터의 일측의 원주 방향을 따라 이동된 후 상기 전원 터미널에 고정되며, 상기 서브 코일의 타단들은 상기 스테이터의 타측의 원주 방향을 따라 이동된 후 상기 중성점 터미널에 고정됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터.
17. 금형에 강자성체의 재질의 링 형상을 갖는 백요크를 인서트하는 단계; 그리고
    주조 또는 사출을 통해 상기 백요크의 반경 방향 외측에 전기 바이크의 바퀴와 연결되는 휠을 형성함과 동시에 상기 백요크를 상기 휠과 결합시키는 휠 제조 단계;를 포함하여 이루어지고,
    상기 휠 제조 단계에서는,
    상기 백요크는 상기 휠과 접촉면에 형성된 홈을 통해 휠과 결합되고,
    상기 휠과 일체로 형성되고 상기 백요크와 동일한 폭을 가지면서 상기 백요크의 양측면과 접하는 면에서 연장 형성되어 상기 백요크의 두께보다 더욱 길게 반경 방향 내측으로 돌출되어, 상기 백요크의 반경 방향 내측면에 결합되는 영구자석의 결합 위치를 결정하고 상기 휠과의 결합 면적을 증가시키는 영구자석 스토퍼가 형성됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터의 제조 방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 백요크가 휠에 결합되는 상기 홈은 상기 영구자석 스토퍼로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 바이크 모터의 제조 방법.
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 영구자석 스토퍼는 상기 백요크의 일측 또는 양측에 형성됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터의 제조 방법.
20. 제 17 항에 있어서,
    상기 영구자석은 상기 백요크의 반경 방향 내측면과 상기 영구자석 스토퍼의 내측면에 접착제를 통해 부착됨을 특징으로 하는 전기 바이크 모터의 제조 방법.

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