KR101939395B1 - 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 모터 하우징; 상기 모터 하우징에 고정 결합되는 스테이터; 상기 스테이터 중앙에 회전 가능하게 설치되며, 원주면을 따라 복수 개의 분할 마그네트가 적층된 마그네트 유닛이 삽입되는 복수 개의 마그네트 삽입홈을 가지는 로터; 및 상기 분할 마그네트들 각각을 절연하는 절연유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터{Motor}

본 발명은 자동차용 모터에 관한 것이다.

일반적으로 BLDC 모터는 DC 모터에서 브러시와 정류자가 필요 없으며, 전자적인 정류기구를 설치한 모터로서, 기계적인 노이즈 뿐만 아니라 전기적인 노이즈도 발생하지 않는 장점을 가지는 모터이다.

종래의 BLDC 모터는 모터 하우징이나 프레임 등에 장착되는 스테이터(stator)와, 상기 스테이터의 내부에 회전 가능하도록 삽입되는 마그네트 로터(magnet rotor)와, 상기 로터의 중심부에 삽입되어 고정되는 축을 포함하고 있다.

상기 스테이터는 스테이터 코어에 코일이 권취되어 있다. 상기 스테이터 코어는 1mm 이내의 규소강판을 프레스로 펀칭한 후 적층하여 제작되는 것으로, 각각의 규소강판은 원통형상으로 형성된 요크부와, 그 요크부의 내주면에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 중심을 향해 돌출되는 복수 개의 티스부와, 그 티스부의 끝단에 양쪽으로 돌출되어 극성을 띠는 폴부들로 이루어져 있다.

상기 로터에는 복수 개의 마그네트가 설치되는데, 마그네트 설치 방법에 따라 IPM 로터와 SPM 로터로 나누어질 수 있다. IPM 로터는 로터 코어의 내부에 마그네트가 삽입 결합되는 방식의 로터이고, SPM 로터는 로터 코어의 표면에 접착제 등으로 마그네트가 부착되는 방식의 로터이다.

일반적으로 고속 환경에서 사용되는 모터는, 마그네트가 로터 회전에 따른 원심력에 의해 이탈하는 것을 방지하기 위해 IPM 로터를 사용한다. 이와 같이 로터 코어의 내부에 마그네트를 삽입하면, 고속으로 로터가 회전하더라도 마그네트가 로터 코어의 내부에 삽입되므로, 원심력에 의해 마그네트가 로터 코어에서 이탈되지 않는다. 하지만, 마그네트가 로터 코어 내부에 삽입되므로, 표면에 마그네트가 노출되는 SPM 로터에 비해 자속 밀도가 떨어져 모터의 동특성이 SPM 로터를 가지는 모터에 비해 떨어질 수 있다.

최근에는 이러한 모터 특성 하락의 문제점을 개선하기 위하여, 로터 코어에 삽입되는 마그네트의 자기력을 향상시키기 위한 다양한 방법이 시도되고 있다. 그 일 예로 하나의 마그네트를 복수 개의 마그네트로 분할하여 절연체의 개재 하에 로터 코어에 삽입한다.

그러나 이와 같은 구성에 따르면 로터 코어에 마그네트 삽입 공정의 작업 공수가 증가하여, 각각의 분할 마그네트 사이에 개재되는 절연체의 개수만큼 작업 공수가 늘어날 수 있다.

또한, 작업자의 실수로 분할 마그네트 사이에 개재되는 절연체의 개재가 누락될 수 있으며, 이는 와류손(渦流損, Eddy Current Loss)의 증가로 연결되어 모터 효율 저하 및 모터 구동 발열의 원인이 되어, 모터 성능 저하가 발생될 수 있다.

또한, 분할 마그네트의 적용으로 로터 마그네트의 누적 공차의 증가하여, 이는 마그네트가 로터 코어로부터 돌출되는 문제점을 야기하거나, 마그네트 효율 저하의 원인이 될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 로터 조립성을 향상시킬 수 있도록 구조가 개선된 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 모터 하우징; 상기 모터 하우징에 고정 결합되는 스테이터; 상기 스테이터 중앙에 회전 가능하게 설치되며, 원주면을 따라 복수 개의 분할 마그네트가 적층된 마그네트 유닛이 삽입되는 복수 개의 마그네트 삽입홈을 가지는 로터; 및 상기 분할 마그네트들 각각을 절연하는 절연유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 절연유닛은 프레임; 및 상기 프레임과 일체로 형성되어, 상기 분할 마그네트를 고정 위치에서 서로 이격된 상태로 지지하는 지지부;를 포함할 수 있다.

상기 절연유닛은 수지, 우레탄 및 실리콘 재질 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 프레임은 상기 마그네트 삽입홈과 대응되는 크기로 형성될 수 있다.

또한, 상기 프레임은 상기 분할 마그네트의 둘레를 감싸는 윈도우 형상으로 마련되며, 상기 로터 코어의 외주면과 내주면과 마주하는 상기 분할 마그네트의 가장 넓은 2개의 면을 노출할 수 있다.

상기 지지부는 상기 프레임의 내주면에 돌출 형성되거나, 상기 프레임의 내주면 양단에 연결될 수 있다.

상기 마그네트 유닛은 서로 대응되는 크기의 적어도 3개의 분할 마그네트가 상기 절연유닛에 의해 절연된 상태로 적층 형성될 수 있다.

상기 마그네트 유닛은 상기 로터의 중심에 대해 상호 대칭이 되도록 설치될 수 있다.

상기 마그네트 유닛은 상기 마그네트 삽입홈에 접착제로 고정될 수 있다.

로터 코어에 삽입되는 분할 마그네트가 모듈화 되어 로터 코어에 각각 삽입될 수 있어, 로터 조립성이 형상될 수 있다.

분할 마그네트의 조립 시 별도의 절연체를 개재할 필요가 없으므로, 로터 조립성이 향상될 수 있다.

또한, 일체화된 구조물로 복수 개의 분할 마그네트를 절연 프레임의 개재 하에 구성할 수 있어, 작업자 실수에 따른 절연체 누락의 우려가 없다.

또한, 절연 프레임의 공차만을 관리하면 되므로, 분할 마그네트 조립에 따른 누적 공차 발생의 우려가 없다.

또한, 분할 마그네트가 절연 프레임에 조립된 상태로 한번에 로터 코어에 삽입될 수 있어, 분할 마그네트를 로터 코어에 본딩하는 작업이 용이하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 단면도,
도 2는 도 1의 로터의 사시도,
도 3은 도 2의 분해 사시도, 그리고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 분할 마그네트의 분해 사시도 이다.

이하, 본 적용례에 의한 모터를 도면과 함께 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 단면도, 도 2는 도 1의 로터의 사시도, 도 3은 도 2의 분해 사시도, 그리고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 분할 마그네트의 분해 사시도 이다.

본 발명에 의한 모터는 도 1에 도시된 바와 같이, 모터 하우징(1), 스테이터(2), 로터(3) 및 회전축(4)을 포함한다.

모터 하우징(1)은 상측이 개구된 상태로 마련되며, 내부에 스테이터(2)가 고정 배치될 수 있다. 모터 하우징(1)의 형상은 사용되는 모터의 종류에 따라 다양하게 형성될 수 있으며, 듀얼 클러치 트랜스미션(DCT, Dual-clutch Transmission) 등에 사용되는 모터에 사용될 경우, 도 1에 도시된 형태의 모터 하우징(1)이 한 쌍으로 마련될 수도 있다. 이때, 오픈된 모터 하우징(1)의 상측 면으로는 후술할 로터의 회전축(4)과 연결 및 연결해제되는 동력 출력축이 배치되어, 상기 로터(3)에서 출력되는 동력을 선택적으로 전달 받을 수 있다.

듀얼 클러치 트랜스미션은, 종래의 수동트랜스미션 차량에 탑재되는 단판클러치 트랜스미션과는 달리 2조의 클러치를 탑재하고 있어서, 하나의 클러치를 통하여 전달되는 동력으로 1, 3, 5단을 구현하고, 나머지 하나의 클러치를 통하여 전달되는 동력으로 2, 4, 6단을 구현할 수 있도록 하는 시스템이다. 듀얼 클러치 트랜스미션은, 종래의 자동트랜스미션 차량과 같은 편리한 운전성 및 부드러운 변속감을 제공함과 아울러, 종래의 수동트랜스미션 차량보다 높은 연비를 발휘할 수 있는 특징이 있다.

일반적으로 듀얼 클러치 트랜스미션은 2조의 클러치로 이루어진 듀얼 클러치와, 상기 듀얼 클러치로부터 동력을 전달받아 각 변속단을 설정하는 트랜스미션 제어유닛과, 상기 듀얼 클러치의 클러치들을 각각 제어하는 클러치 액츄에이터와, 상기 트랜스미션 제어유닛에 셀렉팅(selecting) 및 쉬프팅(shifting) 조작을 가해 변속을 실시하는 변속 액츄에이터 및 차속 등 차량의 각종정보와 변속명령을 전달받아 상기 클러치 액츄에이터 및 변속 액츄에이터를 전자적으로 제어하는 전자제어유닛으로 이루어진다.

따라서, 상기 클러치 액츄에이터의 셀렉팅 동작에 의해 상기 모터 하우징(1)에 설치되어 있는 스테이터(2)와 로터(3)의 출력축이 연결되면서, 각각의 트랜스미션에 동력을 전달할 수 있다.

스테이터(2)는 상기 모터 하우징(1)의 내측에 마련되는 것으로, 바람직하게는, 도시된 바와 같이 상기 모터 하우징(1)의 내부 공간부를 형성하는 원통형상의 스테이터 안착부에 결합될 수 있다. 상기 스테이터(2)는 자속 형성을 위한 금속 재질의 스테이터 코어(30)에 복수 개의 치를 형성하고, 상기 치에 코일을 권선하여, 상기 코일에 전원을 인가하여 자기장을 형성할 수 있다. 이때, 상기 치를 가지는 스테이터 코어에는 인슐레이터를 설치한 상태로 그 위에 코일을 권선하여, 상기 스테이터 코어에는 전기가 흐르지 않도록 구성할 수 있다. 한편, 상기 치의 개수는 모터의 크기와 출력에 따라 증감될 수 있다.

로터(3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 회전축(4)이 중앙에 결합되는 로터 코어(3a)와, 상기 로터 코어(3a)에 삽입 결합되는 복수 개의 분할 마그네트(3b)로 구성될 수 있다.

상기 로터 코어(3a)는 복수 매의 원판 플레이트가 적층 되어 형성될 수 있으며, 중앙에는 회전축(4)이 삽입되는 통공(S)이 형성되고, 외주면과 근접한 위치에는 상기 분할 마그네트(3b)가 삽입될 수 있는 마그네트 삽입홈(M)이 형성될 수 있다.

상기 분할 마그네트(3b)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개가 상기 회전축(4)의 축 방향으로 적층 형성될 수 있는데, 이때 각각의 분할 마그네트(3b)는 절연유닛(100)에 삽입되어 마그네트 유닛(10)(도 1 참조)을 형성하여, 이 마그네트 유닛(10)이 상기 마그네트 삽입홈(M)에 삽입될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터(3)는 IPM(Interior Permanent Magnet) 로터로 마련될 수 있는데, 모터의 효율을 높이기 위해 분할 마그네트(3b)로 마그네트 유닛(10)을 형성한 것이다. 따라서 상기 분할 마그네트(3b)는 마그네트 유닛(10)에서 발생하는 와류손(Eddy Current Loss)을 줄여주는 역할을 하여, 모터 효율 향상과 발열을 감소시킬 수 있다.

상기 분할 마그네트(3b)는 복수 개가 상기 회전축(4)의 축 방향으로 적층 되어 마그네트 유닛(10)을 형성하는데, 이는 기존의 하나의 마그네트를 상기 회전축(4)의 축 방향에 수직한 방향으로 나누어 구성한 것과 같다. 이때, 적층되는 상기 분할 마그네트(3b)의 개수는 모터의 출력에 따라 가감할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 상기 분할 마그네트(3b)는 하나의 마그네트 삽입홈(M)에 동일 크기로 3개가 적층 되어 조립될 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이 분할 마그네트(3b)로 마그네트 유닛(10)을 구성할 경우, 각각의 분할 마그네트(3b)들 사이 공간은 절연물질로 채워져야 와류손을 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 분할 마그네트(3b)들 사이 사이에는 절연물질이 채워지거나 일정 거리 이격 되도록 절연유닛(100)을 개재할 수 있다.

상기 절연유닛(100)은 플라스틱과 같은 절연재질로 형성될 수 있으며, 플라스틱 이외에도 실리콘, 우레탄 등과 같은 재질로 형성될 수도 있다. 상기 절연유닛(100)은 프레임(110) 및 지지부(120)를 포함할 수 있다.

상기 프레임(110)은 상기 로터 코어(3a)에 형성된 마그네트 삽입홈(M)의 깊이와 대응되는 길이 및 두께를 가지도록 형성될 수 있으며, 대략 사각 프레임 형상을 가질 수 있다.

지지부(120)는 상기 프레임(110)과 일체로 형성될 수 있으며, 상기 프레임(110) 내부에 설치되는 분할 마그네트(3b)의 설치 위치를 지지하면서, 각각의 분할 마그네트(3b)들이 서로 접촉하지 않도록 이격 할 수 있다. 이때, 상기 지지부(120)의 두께는 1mm 이내로 형성될 수 있다. 물론, 두께를 1mm 이상 두껍게 형성할 수도 있으나, 상기 지지부(120)는 상기 분할 마그네트(3b)들이 서로 접촉하지 않도록 지지하면 되므로, 두껍게 형성할 필요가 없어 최대한 얇게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 지지부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 프레임(110)의 내주면을 향해 일정 길이만큼 돌출될 수 있다. 또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지지부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 양 끝단이 상기 프레임(110)의 내주면에 각각 연결되어 상기 지지부(120)가 하나의 층을 형성할 수도 있다.

이와 같이, 분할 마그네트(3b)를 모듈화 하여 조립하면, 분할 마그네트(3b)의 사용을 통해 얻을 수 있는 장점인, 와류손의 감소를 통한 모터 효율 증대와 함께, 모터 작동시 발생되는 발열 문제를 저감하면서도, 각각의 분할 마그네트(3b)를 로터 코어(3a)에 형성된 마그네트 삽입홈(M)에 모듈 별로 삽입 및 접착할 수 있어, 작업 공수를 줄일 수 있다.

또한, 분할 마그네트(3b) 각각을 우선 프레임(110)과 지지부(120) 사이에 형성되는 분할 마그네트 안착부에 접착제 등으로 먼저 고정하여 마그네트 유닛(10)을 형성하여, 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 마그네트 유닛(10)을 한번에 로터 코어(3a)에 마련된 마그네트 삽입홈(M)에 삽입하여 접착 고정하므로, 작업자의 실수에 의해, 각각의 분할 마그네트(3b)들 사이에 절연체가 누락되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 프레임(100)에 의해 분할 마그네트(3b)의 외곽 사이즈가 일정하게 유지될 수 있기 때문에, 작업자에 따라 절연체를 개재하는 공정 중에 도포되는 접착제의 양의 증감으로 인해, 분할 마그네트(3b)의 전체 높이가 서로 다르게 구성되어, 로터 코어(3a)의 상측으로 분할 마그네트(3b)가 돌출되는 등의 누적 공차 문제가 발생되지 않는다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

1; 모터 하우징 2; 스테이터
3; 로터 3a; 로터 코어
3b; 분할 마그네트 4; 회전축
100; 절연유닛 110; 프레임
120; 지지부 M; 마그네트 삽입홈

Claims (10)

1. 모터 하우징;
   상기 모터 하우징 내측에 배치되는 스테이터;
   상기 스테이터의 내측에 회전 가능하게 배치되며, 원주면을 따라 복수 개의 분할 마그네트가 적층된 마그네트 유닛이 삽입되는 복수 개의 마그네트 삽입홈을 가지는 로터; 및
   상기 분할 마그네트들 각각을 절연하도록, 상기 분할 마그네트의 둘레를 감싸는 절연유닛;을 포함하며,
   상기 절연유닛은,
   프레임; 및
   상기 프레임과 일체로 형성되어, 상기 분할 마그네트를 상호 이격시키는 지지부를 포함하고,
   상기 프레임에는 상기 스테이터의 외주면과 마주하는 일면과, 상기 일면의 반경 방향인 상기 스테이터의 중심과 마주하는 타면이 상호 연통하도록 홀이 형성되고,
   상기 지지부는 상기 홀의 내주면으로부터 내측으로 돌출되어 상기 복수 개의 분할 마그네트를 상호 이격시키는 모터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 절연유닛은,
   수지, 우레탄 및 실리콘 재질 중 어느 하나로 형성되는 모터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임은,
   상기 마그네트 삽입홈과 대응되는 크기로 형성되는 모터.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 프레임의 내측에는 상기 복수 개의 분할 마그네트를 개별적으로 구획하는 공간부가 복수로 형성되고,
   상기 공간부의 내주면과 상기 분할 마그네트의 외주면 사이에는 접착제가 도포되는 모터.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 지지부는,
   상기 프레임의 내주면 양단을 연결하도록 형성되는 모터.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네트 유닛은,
   서로 대응되는 크기의 적어도 3개의 분할 마그네트가 상기 절연유닛에 의해 절연된 상태로 적층 형성되는 모터.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 마그네트 유닛은,
   상기 로터의 중심에 대해 상호 대칭이 되도록 설치되는 모터.
10. 삭제

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