KR102228411B1 - 모터용 스테이터 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR102228411B1
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김도선
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신영철
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Abstract

모터용 스테이터 및 조립방법에 있어서, 누적공차를 줄이고 동심 정확도를 향상시킬 수 있는 모터용 스테이터 및 조립방법으로서, 분할코어가 축방향으로 결합된 제1 코어 모듈 및 상기 제1 코어 모듈이 반경방향으로 결합된 제2 코어 모듈을 포함하되, 상기 분할코어는, 중심축을 향해 돌출된 중심부, 상기 중심부에서 반경방향을 따라 돌출되어 상기 분할코어의 일면을 형성하는 제1 접촉면 및 상기 제1 접촉면의 반대편에 위치하고, 상기 중심부에서 반경방향을 따라 상기 제1 접촉면보다 더 돌출되어 상기 분할코어의 타면을 형성하는 제2 접촉면을 포함하되, 상기 분할코어가 제1 코어 모듈로 결합할 때, 제1 접촉면은 인접한 분할코어의 제2 접촉면과 어긋나게 배치되고, 상기 제1 코어 모듈이 제2 코어 모듈로 결합할 때, 제1 접촉면은 인접한 제1 코어 모듈의 제2 접촉면과 맞대어지도록 배치되는 모터용 스테이터 및 조립방법을 제공한다.

Description

모터용 스테이터 및 그 제조방법{STATOR FOR MOTOR AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 모터를 구성하는 스테이터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
모터(motor)란, 전류를 인입시켜 로터(rotor)의 회전력을 발생시키는 동력 장치로서, 선풍기 팬, 세탁기 드럼, 드론 블레이드 등의 기계적 부하를 구동시키기 위해 다양한 분야에서 사용된다.
구체적으로 모터는, 로터 및 스테이터(stator)의 전자기적 상호작용을 통해 회전한다. 이를 위해 스테이터에는 코일이 감겨지고, 로터에는 영구자석(magnet)이 포함된다. 전류가 인입됨에 따라 발생한 전자기력은 영구자석의 자기력과 상호작용하여 기계적 부하를 구동시키기 위한 회전력이 로터에 부여된다.
이와 같이, 스테이터는 코일이 감겨지는 구조체로서 기능한다. 스테이터는 일체형으로 제조되거나 다수의 분할코어가 결합되어 제조되는데, 코일 권선 공정 등의 자동화가 가능하여 제조비용이 절감되는 분할코어 결합형 스테이터가 주로 이용되었다.
다만, 종래의 분할코어 결합구조는, 반경방향을 따라 분할코어를 결합한 다음, 이들을 축방향을 따라 적층하였다. 또한 반경방향을 따라 결합하는 분할코어의 결합 품질을 향상시키기 위해 인접한 분할코어가 맞대어지는 접합면을 C형 접합구조로 하는 등 다양한 시도가 있었다.
그러나, 이러한 분할코어 결합구조는 누적공차가 상당하여 모터의 구동 효율이 떨어지고, 동심을 정밀하게 관리하기 어려워 결과적으로 모터 성능과 품질이 저하되는 문제가 있다.
또한, 반경방향을 따라 분할코어를 결합함에 있어 용접 공정이 요구되어 비용이 상승하고 공정이 길어지는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 분할코어 결합구조에 따른 문제를 해결하여, 누적공차를 줄이고 동심 정확도를 향상시킨 모터용 스테이터 및 그 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 분할코어가 축방향으로 결합된 제1 코어 모듈 및 상기 제1 코어 모듈이 반경방향으로 결합된 제2 코어 모듈을 포함하되, 상기 분할코어는, 중심축을 향해 돌출된 중심부, 상기 중심부에서 반경방향을 따라 돌출되어 상기 분할코어의 일면을 형성하는 제1 접촉면 및 상기 제1 접촉면의 반대편에 위치하고, 상기 중심부에서 반경방향을 따라 상기 제1 접촉면보다 더 돌출되어 상기 분할코어의 타면을 형성하는 제2 접촉면을 포함하되, 상기 분할코어가 제1 코어 모듈로 결합할 때, 제1 접촉면은 인접한 분할코어의 제2 접촉면과 어긋나게 배치되고, 상기 제1 코어 모듈이 제2 코어 모듈로 결합할 때, 제1 접촉면은 인접한 제1 코어 모듈의 제2 접촉면과 맞대어지도록 배치된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제1 코어 모듈은, 분할코어의 용접면이 축방향을 기준으로 일치되도록 결합된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제1 코어 모듈은, 분할코어의 중심부를 감싸도록 코일부가 구비된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제1 코어 모듈은, 상기 코일부와 상기 분할코어 사이에 인슐레이터가 구비된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 분할코어는 결합홀을 구비하되, 상기 제1 코어 모듈에 있어, 상기 결합홀은 상기 제2 접촉면에 근접하여 형성되고, 인접한 분할코어의 제1 접촉면보다는 외측에 형성된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제2 코어 모듈은, 제1 코어 모듈의 결합홀과, 인접한 상기 제1 코어 모듈의 결합홀이 결합수단에 의해 관통되도록 축방향으로 일치된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 결합수단은 볼트로 구성된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 분할코어는 전기강판으로 구성된다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 분할코어를 제공하는 단계로서, 상기 분할코어는, 중심축을 향해 돌출된 중심부, 상기 중심부에서 반경방향을 따라 돌출되어 상기 분할코어의 일면을 형성하는 제1 접촉면 및 상기 제1 접촉면의 반대편에 위치하고, 상기 중심부에서 반경방향을 따라 상기 제1 접촉면보다 더 돌출되어 상기 분할코어의 타면을 형성하는 제2 접촉면을 포함하는 분할코어 제공단계, 제1 코어 모듈을 조립하는 단계로서, 상기 분할코어를 축방향으로 결합하되, 제1 접촉면은 인접한 분할코어의 제2 접촉면과 어긋나게 배치하는 제1 코어 모듈 조립단계 및 제2 코어 모듈을 조립하는 단계로서, 상기 제1 코어 모듈을 반경방향으로 결합하되, 제1 접촉면은 인접한 제1 코어 모듈의 제2 접촉면과 맞대어지도록 배치하는 제2 코어 모듈 조립단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제1 코어 모듈 조립단계 및 제2 코어 모듈 조립단계 사이에, 분할코어의 중심부를 감싸도록 코일부를 구비한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 코일부와 상기 분할코어 사이에 인슐레이터를 구비한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제1 코어 모듈 조립단계에서, 분할코어의 용접면이 축방향을 기준으로 일치되도록 분할코어를 용접 결합한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제2 코어 모듈 조립단계에서, 상기 분할코어에 마련된 결합홀을 결합수단에 의해 축방향으로 관통시켜 결합시킨다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제1 코어 모듈에 있어, 상기 결합홀은 분할코어의 제2 접촉면에 근접하여 형성되고, 인접한 분할코어의 제1 접촉면보다는 외측에 형성된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 결합수단은 볼트로 구성된다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 비대칭적 형상의 분할코어를 어긋나게 적층하여 제1 코어 모듈을 구성하고, 제1 코어 모듈을 맞물리도록 결합함으로써, 누적공차가 줄어들고, 동심을 쉽고 정확하게 잡을 수 있어 모터 성능과 효율이 개선된다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 동일한 형상의 분할코어가 어긋나게 적층됨으로써, 다양한 요구 전력에 부응하면서도 부품 공용화 및 생산비용 절감이 실현된다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 용접공정 수요를 감소시킴으로써 비용 및 제조시간이 절감된다.
나아가, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 로봇 관절용 서보 액추에이터와 같이 경량화 내지 소형화된 모터를 요구하는 산업분야에 고성능, 고신뢰성을 가진 모터를 제공할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 사시도이다.
도 2는 도 1의 스테이터 결합구조를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할코어를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 분할코어에 대한 정면도이다.
도 5는 도 3의 분할코어의 축방향 결합을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 코어 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 3의 분할코어의 추가적인 축방향 결합을 나타낸 것이다.
도 8은 도 7의 제1 코어 모듈의 반경방향 결합을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 코어 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 코어 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 10의 제1 코어 모듈이 결합된 제2 코어 모듈을 정면에서 바라본 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 정면도이다.
도 13은 본 발명의 분할코어 결합구조에 따른 유효공극 및 역기전력의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터 제조방법을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 사시도이고, 도 2는 도 1의 스테이터 결합구조를 확대하여 나타낸 사시도이다.
이를 참조하면, 본 발명인 모터용 스테이터(100)는, 분할코어(110)가 축방향으로 결합된 제1 코어 모듈(도 8의 110-1 참조) 및 상기 제1 코어 모듈이 반경방향으로 결합된 제2 코어 모듈(도 8 참조)을 포함한다.
스테이터(100)는 모터(motor, 미도시)에 고정된 부재로서, 그 내경부(도 12의 S4 참조)에는 회전하는 로터(rotor, 미도시)가 배치된다. 로터에 포함된 마그넷(magnet)과 전자기적 상호작용이 일어나도록 스테이터(100)는 반경방향을 따라 코일부(120)가 배치된다. 코일부(120)에 인입되는 전류가 교란되지 않도록 스테이터(100)는 코일부(120)와 분할코어(110) 사이에 절연 수단인 인슐레이터(insulator)(130)를 구비한다.
이러한 스테이터(100)의 구조체(structure)는 분할코어(110)의 결합에 의해 이루어진다. 분할코어(110)의 결합구조를 살펴보면, 적어도 2개 이상의 분할코어(110)가 축방향으로 적층되어 결합한 제1 코어 모듈이 구비되고, 이러한 제1 코어 모듈이 적어도 2개 이상 반경방향으로 맞물려 결합한 제2 코어 모듈이 구비된다.
여기서, 축방향이란, 모터의 회전축 길이방향을 의미하고(도 9의 140 참조), 반경방향이란, 모터의 회전방향을 의미한다(도 12의 원주방향 참조).
일 실시예로, 제1 코어 모듈은 3개의 분할코어가 축방향으로 적층되어 하나의 독립 부재를 구성하고, 제2 코어 모듈은 12개의 제1 코어 모듈이 반경방향으로 맞물려 스테이터(100)의 구조체를 구성한다. 제2 코어 모듈을 조립할 때, 결합수단(140)에 의해 제1 코어 모듈이 견고히 결합할 수 있는데, 이는 뒤에서 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할코어를 나타낸 사시도이고, 도 4는 분할코어에 대한 정면도이다.
이를 참조하면, 분할코어(110)는, 중심부(111), 제1 접촉면(113) 및 제2 접촉면(112)을 포함한다.
상기 중심부(111)는, 스테이터(100)의 중심축(도 12의 M 참조)을 향해 돌출된다. 돌출된 중심부(111)에는 후술할 코일부(120)가 감겨지는 구조체 역할을 한다.
상기 제1 접촉면(113)은, 상기 중심부(111)에서 반경방향을 따라 돌출되어 상기 분할코어(110)의 일면을 형성한다. 도 4를 참조하면, 제1 접촉면(113)은 우측을 향해 중심부(111)로부터 수평으로 돌출될 수 있다.
상기 제2 접촉면(112)은, 상기 제1 접촉면(113)의 반대편에 위치하고, 상기 중심부(111)에서 반경방향을 따라 상기 제1 접촉면(113)보다 더 돌출되어 상기 분할코어의 타면을 형성한다. 도 4를 참조하면, 제2 접촉면(112)은 좌측을 향해 중심부(111)로부터 수평으로 돌출될 수 있다. 또한 제2 접촉면(112)은 중심부(111)를 기준으로 상기 제1 접촉면(111)보다 더 돌출되어 분할코어(110)는 중심부(111)를 기준으로 비대칭적 형상을 이룬다.
또한, 도 4를 참조하면, 분할코어(110)는, 내경면(114), 외경면(115) 및 용접면(116)을 포함할 수 있다.
상기 내경면(114)은, 앞서 설명한 로터(미도시)의 외경면과 일정한 간격을 두고 마주하도록 형성된다. 이처럼 로터(미도시)의 외경면 형상에 대응하여 상기 내경면(114)은 일정한 곡률을 포함할 수 있다.
상기 외경면(115)은 모터의 하우징(미도시)에 결합되도록 마찬가지로 일정한 곡률을 포함할 수 있다. 앞서 설명한 것처럼 스테이터(100)는 모터에 고정되어야 하는데 이를 위해 모터 하우징(미도시)에 압입될 수 있도록 상기 외경면(115)은 하우징 내경면에 대응하는 곡률을 형성한다.
상기 용접면(116)은 상기 외경면(115)에 오목한 형상으로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 상기 용접면(116)은 중심부(111)에 대응하는 위치의 외경면(115)에 형성됨으로써(도 4 참조), 제1 코어 모듈의 조립 과정에서 정확하고 용이한 용접을 구현한다. 상기 용접면(116)에 따른 제1 코어 모듈의 용접 공정은 뒤에서 더 설명한다.
구체적으로, 분할코어(110)는, 중심부(111)를 기준으로 일측으로 돌출된 제1 접촉면(113)으로 인해 제1 상부 모서리(1133)이 형성될 수 있다. 또한 상기 내경면(114)은 후술할 코일부(120)의 안정적인 고정을 위하여 중심부(111) 두께보다 반경방향을 따라 돌출되게 구비될 수 있는데, 이로 인해 제1 하부 모서리(1131)가 형성될 수 있다.
또한, 분할코어(110)는, 중심부(111)를 기준으로 타측으로 돌출된 제2 접촉면(112)으로 인해 제1 상부 모서리(1123)이 형성될 수 있다. 또한 상기 내경면(114)은 후술할 코일부(120)의 안정적인 고정을 위하여 중심부(111) 두께보다 반경방향을 따라 돌출되게 구비될 수 있는데, 이로 인해 제2 하부 모서리(1121)가 형성될 수 있다. 또한 제2 접촉면(112)은, 앞서 설명한 것처럼, 제1 접촉면(113)보다 더 돌출될 수 있는데, 이로 인해 분할코어(110)의 정단면은 비대칭적 형상을 이루면서, 상기 제2 접촉면(112)과 인접한 위치에 중심부 모서리(1125)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 분할 코어(110)는, 후술할 코일부(120)가 중심부(111)에 감겨질 수 있도록 제1 슬롯부(S1) 및 제2 슬롯부(S2)를 형성한다.
상기 제1 슬롯부(S1)는, 상기 제1 상부 모서리(1133), 제1 하부 모서리(1131)로 이루어진 오목한 내부 공간을 구성한다. 상기 제2 슬롯부(S2)는, 상기 제2 상부 모서리(1123), 제2 하부 모서리(1121) 및 중심부 모서리(1125)로 이루어진 오목한 내부 공간을 구성한다. 제1 코어 모듈이 반경방향을 따라 조립될 때, 인접한 분할코어(110)의 제2 슬롯부(S2)는 제1 슬롯부(S1)와 합쳐져 결합 슬롯부(S3)(도 9 참조)를 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할코어의 축방향 결합을 나타낸 것이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 코어 모듈을 나타낸 사시도이며, 도 7은 분할코어의 추가적인 축방향 결합을 나타낸 것이고, 도 8은 제1 코어 모듈의 반경방향 결합을 나타낸 것이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 코어 모듈을 나타낸 사시도이다.
이를 참조하면, 분할코어(110a)가 제1 코어 모듈(110-1)로 결합할 때, 제1 접촉면(113a)은 인접한 분할코어(110b)의 제2 접촉면(112b)과 어긋나게 배치된다.
여기서, 분할코어를 어긋나게 배치한다는 것은, 비대칭적 형상의 두 분할코어(110a, 110b)를 축방향으로 적층시킬 때, 어느 한 분할코어(110a)를 기준으로 인접한 다른 분할코어(110b)를 뒤집어, 접촉면(113a, 112b)의 돌출길이 차이에 따라 이격부(D1, D2)가 형성되도록 적층시키는 것을 의미한다. 즉, 어느 한 분할코어(110a)의 제1 접촉면(113a)은 타측의 제2 접촉면(112a)보다 더 돌출되게 형성되고, 인접한 분할코어(110b)는 상기 분할코어(110a)를 뒤집은 것이므로, 제1 접촉면(113b) 및 제2 접촉면(112b)이 각각 상기 분할코어(110a)의 제2 접촉면(112a) 및 제1 접촉면(113a)과 인접하게 배치됨으로써, 제1 코어 모듈(110-1)로 결합할 경우 제1 접촉면(113a)과 인접한 분할코어의 제2 접촉면(112b)은 어긋나게 된다.
도 7의 실시예에 따르면, 제1 코어 모듈(110-1)로 결합할 때, 분할코어 3개가 축방향으로 적층되도록 배치될 수 있다. 3개의 분할코어에 대해 편의상 정면에서 순서대로 제1 분할 코어(110a), 제2 분할 코어(110b) 및 제3 분할 코어(110c)로 칭한다.
이 실시예에 따르면, 제1 분할 코어(110a)의 제1 접촉면(113a)은 인접한 제2 분할코어(110b)의 제2 접촉면(112b)과 어긋나게 배치되고, 제2 분할 코어(110b)의 제1 접촉면(113b)은 인접한 제3 분할코어(110c)의 제2 접촉면(112c)과 어긋나게 배치될 수 있다. 즉, 이 실시예에 따른 제1 코어 모듈(110-1)은 동일한 형상의 3개의 분할코어(110a, 110b, 110c)를 번갈아 뒤집어가며 적층시킴으로써 이루어진다. 구체적으로 제3 분할코어(110c)는 제2 분할코어(110b)를 뒤집은 것이므로, 제1 접촉면(113b) 및 제2 접촉면(112c)이 각각 제3 분할코어(110c)의 제2 접촉면(112c) 및 제1 접촉면(113c)과 인접하게 배치됨으로써, 제1 코어 모듈(110-1)로 결합할 경우 제1 접촉면(113b)과 인접한 제3 분할코어(110c)의 제2 접촉면(112c)은 어긋나게 된다. 그런데 앞서 설명한 것처럼 제2 분할코어(110b)는 제1 분할코어(110a)를 뒤집은 것이므로, 결국 제1 분할코어(110a)의 제1 접촉면(113b)은 제3 분할코어(110c)의 제1 접촉면(113c)과 나란히 배치된다.
이처럼, 제1 코어 모듈(110-1)을 구성함에 있어, 인접한 분할코어를 어긋나게 배치함으로써, 제1 코어 모듈 사이의 결합이 상호 맞물리는 구조로 구현될 수 있다.
또한, 제1 코어 모듈(110-1)을 구성함에 있어, 분할코어(110)를 축방향으로 적층시킴으로써, 다양한 요구 전력(50W, 100W, 150W 등)에 부응할 수 있다.
아울러, 제1 코어 모듈(110-1)을 구성함에 있어, 동일한 형상의 분할코어(110)를 번갈아 뒤집어가며 적층시킴으로써, 분할코어(110)의 대량 생산이 가능하고, 이에 따른 부품 공용화 및 생산비용 절감이 실현된다.
한편, 상기 제1 코어 모듈(110-1)은, 분할코어(110)의 용접면(116)이 축방향을 기준으로 일치되도록 결합될 수 있다. 이로써 요구되는 전력에 맞게 제1 코어 모듈(110-1)을 구성하기 위해 분할코어(110)를 축방향으로 적층함에 있어, 결합이 용이해지고 결합력도 우수해진다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 제1 코어 모듈(110-1)이 제2 코어 모듈로 결합할 때, 제1 접촉면은 인접한 제1 코어 모듈(110-2)의 제2 접촉면과 맞대어지도록 배치된다.
이처럼, 제1 코어 모듈을 구성함에 있어, 인접한 분할코어가 축방향을 따라 어긋나도록 배치됨과 동시에, 제1 코어 모듈이 인접한 다른 제1 코어 모듈과 맞대어지도록 결합함으로써, 유효공극이 감소하여 누적공차가 줄어들고, 역기전력을 상승시켜 모터 효율이 개선된다. 특히, 종래의 C형 접합구조에 비해 누적공차가 줄어들고, 용접공정 수요를 감소시킴으로써 비용 및 제조시간이 절감된다.
특히, 제1 코어 모듈(110-1)이 인접한 다른 제1 코어 모듈(110-2)과 반경방향으로 결합할 때, 어긋나게 배치된 접합면들이 서로 맞물리도록 함으로써, 스테이터(100)의 동심 잡기가 용이해지고, 축방향 내지 반경방향의 결합력 상승에 기여한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 코어 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 11은 제1 코어 모듈이 결합된 제2 코어 모듈을 정면에서 바라본 사시도이다.
이를 참조하면, 상기 제1 코어 모듈은, 분할코어의 중심부를 감싸도록 코일부(120)가 구비될 수 있다.
도 10의 실시예에 따르면, 제1 코어 모듈(110-1)을 구성함에 있어, 3개의 분할코어(110-1a, 110-1b, 110-1c)가 축방향으로 어긋나게 배치될 수 있으나, 중심부(111a, 111b, 111c)는 나란히 배치될 수 있다. 이에 따라 코일부(120)는 3개의 중심부(111a, 111b, 111c)에 동시에 감겨질 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 코어 모듈은, 상기 코일부(120)와 상기 분할코어(110) 사이에 인슐레이터(130)가 더 구비될 수 있다.
도 10의 실시예에 따르면, 제1 코어 모듈(110-1)을 구성함에 있어, 어긋나게 배치된 3개의 분할코어(110-1a, 110-1b, 110-1c)와 코일부(120) 사이에는 인슐레이터(130)가 구비될 수 있다.
구체적으로 상기 인슐레이터(130)는, 제1 앤드 인슐레이터(131), 제2 앤드 인슐레이터(133) 및 코어 인슐레이터(135)를 포함할 수 있다.
상기 제1 앤드 인슐레이터(131)는, 제1 코어 모듈(110-1)의 전면에 위치하고, 제1 분할코어(110-1a)와 코일부(120) 사이에 구비될 수 있다. 분할코어의 정면부를 감싸도록 형성됨으로써, 코일부(120)의 전자기력 집속이 최적화될 수 있다.
상기 제2 앤드 인슐레이터(133)는, 상기 제1 앤드 인슐레이터(131)와 동일한 형상으로 제1 코어 모듈(110-1)의 반대측에 구비될 수 있다. 즉 상기 제2 앤드 인슐레이터(133)는, 제1 코어 모듈(110-1)의 배면에 위치하고, 제3 분할코어(110-1c)와 코일부(120) 사이에 구비될 수 있다. 상기 제1 앤드 인슐레이터(131)와 마찬가지로, 분할코어의 배면부를 감싸도록 형성됨으로써, 코일부(120)의 전자기력 집속이 최적화될 수 있다.
상기 코어 인슐레이터(135)는, 상기 제1 앤드 인슐레이터(131) 및 제2 앤드 인슐레이터(133) 사이에 위치하고, 분할코어(110-1a, 110-1b, 110-1c)와 코일부(120) 사이에 구비됨으로써, 코일부(120)의 전자기력 집속이 최적화될 수 있다.
한편, 도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 분할코어(110a)는 결합홀(117a)을 구비하되, 상기 제1 코어 모듈에 있어, 상기 결합홀(117a)은 상기 제2 접촉면(112a)에 근접하여 형성되고, 인접한 분할코어(110b)의 제1 접촉면(113b)보다는 외측에 형성될 수 있다. 즉, 인접한 분할코어가 축방향으로 어긋나게 배치될 때, 결합홀(117a, 117b)은 이격부(D1, D2)의 범위 안에 위치될 수 있도록 제2 접합면(112a, 112b)에 근접하여 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 코어 모듈을 구성함에 있어, 제1 코어 모듈(110-1)의 결합홀과, 인접한 상기 제1 코어 모듈(110-2)의 결합홀이 결합수단(140)에 의해 축방향으로 관통될 수 있게 된다(도 9 참조). 즉, 상기 결합홀은 제2 접합면에 근접하여 형성되되, 제1 코어 모듈(110-1)이 인접한 다른 제1 코어 모듈(110-2)이 반경방향으로 맞물리도록 결합할 때, 결합수단(140)이 축방향으로 관통되는 위치에 일치되도록 형성될 수 있다.
이로써, 제1 코어 모듈이 인접한 다른 제1 코어 모듈과 맞대어지도록 결합함에 있어 유효공극을 감소시키고 결합 안정성을 강화시킨다.
특히, 상기 결합수단(140)은 볼트로 구성될 수 있고, 상기 결합홀(117)은 볼트와 기계적으로 긴밀히 결합되도록 형성됨으로써, 맞대어지는 제1 코어 모듈 사이의 유효공극을 더욱 감소시키고 결합 안정성을 강화시킨다.
한편, 상기 분할코어(110)는 전기강판으로 구성될 수 있다. 분할코어를 일 세그먼트인 전기강판을 적층시켜 형성함으로써, 종래의 압분식 분할코어에 비해 전기적 특성(B-H 성능)과 함께 강도가 상승한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 정면도이고, 도 13은 본 발명의 분할코어 결합구조에 따른 유효공극 및 역기전력의 변화를 나타낸 그래프이다.
이를 참조하면, 종래의 C형 분할코어 결합구조는 결합공차(유효공극)가 0.02m를 초과함으로써 쇄교자속이 줄어들어 모터 효율이 떨어지는 문제가 발생한다(도 13의 P1 참조).
그러나, 본 발명의 분할코어 결합구조에 따르면, 결합공차(유효공극)이 0.02mm 이하이고(도 13의 P2 참조), 이에 따라 역기전력이 상승하게 된다. 아울러, 스테이터(100)의 구조적 신뢰성 및 전자기적 성능과 직결되는 분할코어의 동심(M)을 정확하고 쉽게 일치시킬 수 있게 된다(도 14 참조).
구체적으로, 도 8의 실시예와 같이, 분할코어가 제1 코어 모듈(110-1)를 구성함에 있어 제1 접촉면은 인접한 분할코어의 제2 접촉면과 어긋나게 배치되고, 상기 제1 코어 모듈(110-1)이 인접한 다른 제1 코어 모듈(110-2)과 맞대어지도록 결합함으로써, 이러한 결합공차가 0.02mm 이하로 줄어들고, 이에 따른 역기전력 상승으로 모터 효율이 전체적으로 우수해지며, 스테이터 동심을 쉽고 정밀하게 일치시킬 수 있다. 즉, 제1 코어 모듈(110-1)를 구성하는 분할코어의 결합구조 및 제2 코어 모듈을 구성하는 제1 코어 모듈(110-1)의 결합구조에 의해, 누적공차는 최소화되고, 동심 관리가 용이해진다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터 제조방법을 나타낸 것이다.
이를 참조하면, 본 발명인 모터용 스테이터 제조방법은 분할코어 제공단계, 제1 코어 모듈 조립단계 및 제2 코어 모듈 조립단계를 포함한다.
구체적으로, 상기 분할코어(110)를 제공하는 단계는, 앞서 도 4의 실시예를 참조하여 설명한 것처럼, 중심축을 향해 돌출된 중심부(111), 상기 중심부(111)에서 반경방향을 따라 돌출되어 상기 분할코어의 일면을 형성하는 제1 접촉면(113) 및 상기 제1 접촉면(113)의 반대편에 위치하고, 상기 중심부(111)에서 반경방향을 따라 상기 제1 접촉면(113)보다 더 돌출되어 상기 분할코어의 타면을 형성하는 제2 접촉면(112)을 포함하는 분할코어를 제공한다(도 14의 (a) 참조).
상기 제1 코어 모듈을 조립하는 단계는, 상기 분할코어(110)를 축방향으로 결합하되, 앞서 도 6의 실시예를 참조하여 설명한 것처럼, 제1 접촉면(113a)은 인접한 분할코어(110b)의 제2 접촉면(112b)과 어긋나게 배치한다(도 14의 (a) 참조).
이 때, 앞서 도 6 및 도 7의 실시예를 참조하여 설명한 것처럼, 분할코어의 용접면이 축방향을 기준으로 일치되도록 분할코어를 용접 결합할 수 있다.
그 다음, 앞서 도 10의 실시예를 참조하여 설명한 것처럼, 분할코어(110)의 중심부(111)를 감싸도록 코일부(120)를 구비하되, 상기 코일부(120)와 상기 분할코어(110) 사이에 인슐레이터를 구비한다. 다시 말해, 인슐레이터(113)를 분할코어(110)에 감싼 다음(도 14의 (b) 참조), 코일부(120)가 상기 인슐레이터(113)를 감싸도록 조립할 수 있다(도 14의 (c) 참조).
상기 제2 코어 모듈을 조립하는 단계는, 상기 제1 코어 모듈을 반경방향으로 결합하되, 앞서 도 8 및 도 9의 실시예를 참조하여 설명한 것처럼, 제1 접촉면은 인접한 제1 코어 모듈의 제2 접촉면과 맞대어지도록 배치한다(도 14의 (d) 참조).
이 때, 앞서 도 9의 실시예를 참조하여 설명한 것처럼, 상기 분할코어(110)에 마련된 결합홀(117)을 결합수단(140)에 의해 축방향으로 관통시켜 결합시킨다(도 14의 (d) 참조). 앞서 도 6의 실시예를 참조하여 설명한 것처럼, 결합홀(117a)은 분할코어의 제2 접촉면(112a)에 근접하여 형성되고, 인접한 분할코어(110b)의 제1 접촉면(113a)보다는 외측에 형성될 수 있다. 결합수단(140)은, 앞서 도 9의 실시예를 참조하여 설명한 것처럼, 볼트일 수 있다. 상기 볼트로 결합하기 전에, 지그(jig)를 이용하여 제2 코어 모듈을 가조립할 수 있다.
이와 같이, 코일부(120) 및 인슐레이터(130)가 구비된 제1 코어 모듈을 반경방향으로 결합함으로써, 스테이터(100)가 조립된다(도 14의 (e) 참조).
이처럼, 비대칭적 형상의 분할코어를 축방향으로 어긋나게 적층하여 제1 코어 모듈을 구성하고, 제1 코어 모듈을 반경방향으로 맞물리도록 결합하는 조립공정으로 인해, 모터용 스테이터 제조공정의 단계가 줄어들면서 공정 난이도도 낮아져 비용 절감과 함께 모터 품질이 우수해지는 이점이 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명하다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 스테이터
110: 분할코어
111: 중심부
112: 제2 접촉면
113: 제1 접촉면
116: 용접면
117: 결합홀
110-1: 제1 코어 모듈
120: 코일부
130: 인슐레이터
140: 결합수단

Claims (15)

  1. 분할코어가 축방향으로 결합된 제1 코어 모듈; 및
    상기 제1 코어 모듈이 반경방향으로 결합된 제2 코어 모듈을 포함하되,
    상기 분할코어는,
    중심축을 향해 돌출된 중심부;
    상기 중심부에서 반경방향을 따라 돌출되어 상기 분할코어의 일면을 형성하는 제1 접촉면; 및
    상기 제1 접촉면의 반대편에 위치하고, 상기 중심부에서 반경방향을 따라 상기 제1 접촉면보다 더 돌출되어 상기 분할코어의 타면을 형성하는 제2 접촉면을 포함하되,
    상기 분할코어가 제1 코어 모듈로 결합할 때, 제1 접촉면은 인접한 분할코어의 제2 접촉면과 어긋나게 배치되고,
    상기 제1 코어 모듈이 제2 코어 모듈로 결합할 때, 제1 접촉면은 인접한 제1 코어 모듈의 제2 접촉면과 맞대어지도록 배치되되,
    상기 제1 코어 모듈 및 제2 코어 모듈에 포함된 분할코어는,
    동일한 형상이고,
    각 분할코어는 전기강판을 적층시켜 형성하며,
    적어도 3개 이상의 분할코어가 제1 코어 모듈을 형성할 때, 각 분할코어의 중심부는 축방향으로 나란히 배치되어 코일부가 적어도 3개 이상의 중심부를 동시에 감도록 구비되고, 각 분할코어의 용접면이 축방향을 기준으로 일치되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 모터용 스테이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코어 모듈은,
    상기 코일부와 상기 분할코어 사이에 인슐레이터가 구비되는 것을 특징으로 하는 모터용 스테이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분할코어는 결합홀을 구비하되,
    상기 제1 코어 모듈에 있어, 상기 결합홀은 상기 제2 접촉면에 근접하여 형성되고, 인접한 분할코어의 제1 접촉면보다는 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 스테이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 코어 모듈은,
    제1 코어 모듈의 결합홀과, 인접한 상기 제1 코어 모듈의 결합홀이 결합수단에 의해 관통되도록 축방향으로 일치되는 것을 특징으로 하는 모터용 스테이터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 결합수단은 볼트인 것을 특징으로 하는 모터용 스테이터.
  8. 삭제
  9. 분할코어를 제공하는 단계로서, 상기 분할코어는, 중심축을 향해 돌출된 중심부, 상기 중심부에서 반경방향을 따라 돌출되어 상기 분할코어의 일면을 형성하는 제1 접촉면 및 상기 제1 접촉면의 반대편에 위치하고, 상기 중심부에서 반경방향을 따라 상기 제1 접촉면보다 더 돌출되어 상기 분할코어의 타면을 형성하는 제2 접촉면을 포함하는 분할코어 제공단계;
    제1 코어 모듈을 조립하는 단계로서, 상기 분할코어를 축방향으로 결합하되, 제1 접촉면은 인접한 분할코어의 제2 접촉면과 어긋나게 배치하는 제1 코어 모듈 조립단계; 및
    제2 코어 모듈을 조립하는 단계로서, 상기 제1 코어 모듈을 반경방향으로 결합하되, 제1 접촉면은 인접한 제1 코어 모듈의 제2 접촉면과 맞대어지도록 배치하는 제2 코어 모듈 조립단계를 포함하되,
    상기 제1 코어 모듈 및 제2 코어 모듈에 포함된 분할코어는,
    동일한 형상이고,
    각 분할코어는 전기강판을 적층시켜 형성하며,
    적어도 3개 이상의 분할코어가 제1 코어 모듈을 형성할 때, 각 분할코어의 중심부는 축방향으로 나란히 배치되어 코일부가 적어도 3개 이상의 중심부를 동시에 감도록 구비되고, 각 분할코어의 용접면이 축방향을 기준으로 일치되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 모터용 스테이터 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 코일부와 상기 분할코어 사이에 인슐레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터용 스테이터 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제2 코어 모듈 조립단계에서,
    상기 분할코어에 마련된 결합홀을 결합수단에 의해 축방향으로 관통시켜 결합시키는 것을 특징으로 하는 모터용 스테이터 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 코어 모듈에 있어,
    상기 결합홀은 분할코어의 제2 접촉면에 근접하여 형성되고, 인접한 분할코어의 제1 접촉면보다는 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 스테이터 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 결합수단은 볼트인 것을 특징으로 하는 모터용 스테이터 제조방법.
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