KR102459958B1 - 오프로드용 아이피엠 허브 모터 - Google Patents

오프로드용 아이피엠 허브 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오프로드용 아이피엠 허브 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아우터로터 방식 및 권선 병렬접속 구조를 적용하여 기동 토크를 개선하고, 이를 통해 오프로드에서 주행 능력을 향상시킬 수 있는 오프로드용 아이피엠 허브 모터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터는 IPM 방식의 영구자석 배치 구조를 적용하여 토크 및 출력을 향상 및 고속 회전이 가능하고, 권선 병렬 접속 구조를 적용하여 권선 저항을 저감시키며, 자속의 외부 누설을 자속의 누설을 감소시켜 출력 밀도를 상승시킬 수 있다.

Description

오프로드용 아이피엠 허브 모터{IPM hub motor for off-road}
본 발명은 오프로드용 아이피엠 허브 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아우터로터 방식 및 권선 병렬접속 구조를 적용하여 기동 토크를 개선하고, 이를 통해 오프로드에서 주행 능력을 향상시킬 수 있는 오프로드용 아이피엠 허브 모터에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 전기에너지를 이용하여 회전력을 발생시키는 장치로서, 모터는 산업 전반에 걸쳐 다양한 장치에 사용되고 있다.
모터는 코일이 권선된 스테이터 및 스테이터의 중공에 배치되며 영구자석을 포함하는 로터를 포함한다.
모터의 로터는 영구자석의 배치에 따라 SPM(Surface Permanent Magnet) 방식 로터, IPM(Interior Permanent Magnet) 방식 로터, 및 스포크(spoke) 방식 로터로 구분할 수 있다.
SPM 방식 로터는 로터코어의 표면에 영구자석이 부착된 형태로서, 상대적으로 소음과 진동이 작으면서 회전력은 좋으나 고속회전 시 영구자석의 이탈과 기계적 강성의 저하, 및 운전영역의 다양화를 위한 제어가 까다로은 단점이 있다.
IPM 방식 로터의 경우, 로터코어의 상하를 관통하는 홀 내에 영구자석이 삽입되어 고정된 형태로서 SPM 방식 회전자보다 토크 및 출력이 증가되는 장점을 갖는다.
한편, 스포크 타입 모터의 로터는 IPM 타입의 로터보다 큰 토크를 갖고, 모터 효율이 향상되며, 고출력 특성을 갖는다.
스포크 타입 모터의 로터는 영구자석의 자력을 밀집시켜 효율을 높이는 장점이 있으나, 필연적으로 다른 타입의 모터보다 큰 코깅 토크를 수반하여 진동 및 소음이 과도하게 발생하는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1736808 대한민국 등록특허 10-1505969 대한민국 등록특허 10-2175934 대한민국 공개특허 10-2021-0132976
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, IPM 방식의 영구자석 배치 구조를 적용하여 토크 및 출력을 향상 및 고속 회전이 가능하고, 권선 병렬 접속 구조를 적용하여 권선 저항을 저감시키며, 자속의 외부 누설을 자속의 누설을 감소시켜 출력 밀도를 상승시킬 수 있는 오프로드용 아이피엠 허브 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터는 샤프트와, 중앙부가 상기 샤프트에 고정되고 외측 외주면에는 원주방향을 따라 일정 간격 이격된 복수의 티스부가 마련된 스테이터코어와, 상기 티스부에 각각 권취되는 복수의 스테이터권선을 포함하는 스테이터유닛과; 상기 스테이터유닛을 내부에 수용할 수 있는 수용공간이 마련되고 중앙부가 상기 샤프트에 회전 가능하게 설치되는 로터하우징과, 상기 로터하우징에 설치되고 내측 중앙부에는 상기 스테이터코어를 삽입 배치할 수 있도록 삽입홀이 마련되며 외측 가장자리에는 원주방향을 따라 이격되는 복수의 삽입슬롯이 형성된 로터코어와, 상기 삽입슬롯에 각각 삽입 설치되는 복수의 영구자석을 포함하는 로터유닛;을 구비하고, 상기 스테이터권선은 a상과 /a상의 전류가 입력되는 제1상별권선부와, b상과 /b상의 전류가 입력되는 제2상별권선부와, c상과 /c상의 전류가 입력되는 제3상별권선부를 포함하고, 상기 제1상별권선부 내지 제3상별권선부 각각은 복수의 개별권선을 포함하고, 상기 제1상별권선부 내지 제3상별권선부 각각의 개별권선들은 상호 병렬 접속되며, 상기 티스부에는 상기 티스부의 배열 방향을 따라 상기 제1상별권선부 내지 제3상별권선부 각각의 개별권선들이 순차적으로 교번하여 배치되고, 상기 삽입슬롯은 상기 영구자석들이 스포크 방식으로 배치될 수 있도록 상기 로터하우징의 중앙부에 대해 방사상으로 장공형상을 이루도록 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 로터유닛은 상기 로터코어의 가장자리를 감싸도록 형성되고, 비자성체로 형성된 누설방지부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 스테이터권선에 선택적으로 전류를 인가하는 스위칭부;를 구비하고, 상기 제1상별권선부 내지 제3상별권선부 각각은 3개의 개별권선을 포함하며, 상기 스위칭부는 설정된 패턴에 따라 서로 인접하는 3개의 서로 다른 개별권선들에 순차적으로 전류를 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터는 IPM 방식의 영구자석 배치 구조를 적용하여 토크 및 출력을 향상 및 고속 회전이 가능하고, 권선 병렬 접속 구조를 적용하여 권선 저항을 저감시키며, 자속의 외부 누설을 자속의 누설을 감소시켜 출력 밀도를 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터의 분리사시도.
도 2는 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터의 스테이터권선부를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터의 제1상별권선부를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터의 제2상별권선부를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터의 제3상별권선부를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터의 누설방지부를 나타낸 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 5에는 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터(1)가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터(1)는 스테이터유닛(100)과, 로터유닛(200)을 구비한다. 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터(1)는 아우터로터 방식 및 영구자석(230)이 로터코어(220) 내부에 매몰된 IPM 타입을 적용하였다.
스테이터유닛(100)은 샤프트(110)와, 스테이터코어(120)와, 스테이터권선(130)을 포함하여 구성된다.
샤프트(110)는 길이 중심 측에 스테이터코어(120) 중앙부분을 끼워 결합시키기 위한 끼움고정부(111)가 외측으로 돌출 형성된다. 샤프트(110)는 로터유닛(200)의 중앙부를 관통하도록 설치되며, 로터유닛(200)의 로터하우징(210)을 회전 가능하게 지지할 수 있게 로터하우징(210)에 결합된다.
스테이터코어(120)는 중앙부가 상기 샤프트(110)에 고정된다. 스테이터코어(120)는 외측 외주면에 원주방향을 따라 일정 간격 이격되며, 스테이터권선(130)이 권취되는 복수의 티스부(121)가 마련된다.
스테이터권선(130)은 티스부(121)에 각각 권취되는 것으로서, 제1상별권선부(131) 내지 제3상별권선부(133)를 포함하여 구성된다.
그리고, 제1상별권선부(131) 내지 제3상별권선부(133) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 개별권선(131A, 132A, 133A)을 포함하여 구성된다. 또한, 제1상별권선부(131) 내지 제3상별권선부(133) 각각의 개별권선(131A, 132A, 133A)들은 상호 병렬 접속된다.
제1상별권선부(131)에는 a상과 /a상의 전류가 입력되고, 제2상별권선부에는 b상과 /b상의 전류가 입력되며, 제3상별권선부(133)에는 c상과 /c상의 전류가 입력된다.
본 실시 예에서는 도 3 내지 도 5에 각각 도시된 바와 같이 스테이터코어(120)의 티스부(121)의 내측을 향하는 개별권선(131A, 132A, 133A)부들의 일 측 단부에 a, b, c상의 전류를 인가하고, 티스부(121) 외측에 향하는 개별권선(131A, 132A, 133A)부의 타 측 단부에 /a, /b, /c상의 전류를 인가하는 구조를 적용하였다.
그리고, 제1상별권선부(131) 내지 제3상별권선부(133) 각각의 개별권선(131A, 132A, 133A)들은 스테이터코어(120)의 티스부(121)의 배열 방향을 따라 순차적으로 교번하여 배치된다. 일 예로, 어느 한 티스부에 제1상별권선부의 개별권선을 감고, 시계방향을 따라 그 다음의 티스부에 제2상별권선부의 개별권선을 감고, 시계방향을 따라 그 다음의 티스부에 제3상별권선부의 개별권선을 감고, 시계방향을 따라 그 다음의 티스부에 제1상별권선부의 개별권선을 감는 방식을 적용하였다.
로터유닛(200)은 로터하우징(210)과, 로터코어(220)와, 영구자석(230)을 포함하여 구성된다.
로터하우징(210)은 스테이터유닛(100)을 내부에 수용할 수 있는 수용공간이 마련되고 중앙부가 샤프트(110)에 회전 가능하게 설치되는 것으로서, 제1하우징(211), 허브본체(213), 제2하우징(212)을 포함하여 구성된다.
제1하우징(211)은 허브본체(213)의 일 측면에 고정되며 내측에는 허브본체(213)와의 사이로 스테이터유닛(100)을 수용할 수 있는 수용공간이 마련된다. 제1하우징(211)은 허브본체(213)를 향하는 일 면은 개방되고, 타 면은 폐쇄되게 형성된다. 제1하우징(211)의 타 면에 샤프트(110)가 관통 및 회전 가능하게 설치된다.
허브본체(213)는 내부에 공간부를 갖고 원통형 구조를 가지며, 원주면에 바퀴가 설치된다. 허브본체(213)는 일 면에 제1하우징(211)이 결합되고 타 면에 제2하우징(212)이 결합되어 공간부가 폐쇄된다.
제2하우징(212)은 허브본체(213)의 타 면에 고정되어 허브본체(213)의 개방된 일 측을 폐쇄시킨다. 그리고, 제2하우징(212)에는 샤프트(110)의 일 측이 회전 가능하게 설치된다.
로터하우징(210)은 샤프트(110)의 일 측이 제1하우징(211)에 회전 가능하게 결합되고, 샤프트(110)의 타 측이 제2하우징(212)에 회전 가능하게 결합되어 샤프트(110)에 대해 회전 및 구름 가능하다.
로터코어(220)는 제1하우징(211)과 함께 로터하우징(210)에 설치되고 내측 중앙부에는 스테이터코어(120)를 삽입 배치할 수 있도록 삽입홀이 마련된다. 그리고, 로터코어(220)의 외측 가장자리에는 원주방향을 따라 이격되는 복수의 삽입슬롯(221)이 형성된다. 삽입슬롯(221)은 복수의 영구자석(230)들이 스포크 방식으로 배치 또는 로터코어(220)의 중앙부에 대해 방사방향으로 나란하게 배치될 수 있도록 로터하우징(210)의 중앙부에 대해 방사상으로 장공형상을 이루도록 연장된다.
영구자석(230)은 삽입슬롯(221)에 각각 삽입 설치된다. 영구자석(230)은 일정 길이를 가지며, 길이방향 양측에 서로 다른 극이 형성된 것을 적용하였다. 영구자석(230)은 삽입슬롯(221)에 각각 삽입되어 스포크 구조를 이룬다.
도면에서 미설명 부호 '140', '150'은 각각 스테이터코어(120)에 설치되어 로터유닛의 회전수를 검출하기 위한 엔코더와, 로터의 회전위치를 검출하기 위한 위한 센서이다.
한편, 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터는 누설방지부(170)를 더 구비할 수 있다.
도 6을 참조하면, 누설방지부(170)는 로터유닛(200)에 구비된다.
누설방지부(170)는 로터코어(220)의 외경에 대응되는 내경을 갖는 링이나 원통 구조를 가진다. 누설방지부(170)는 로터코어(220)의 가장자리 원주면에 밀착 및 감싸도록 형성되고, 일정 두께를 가지도록 형성된다. 그리고, 누설방지부(170)는 자속의 누설을 방지할 수 있게 비자성체로 형성된다.
한편, 도면에 도시되어 있지 않지만, 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터는 스테이터권선에 선택적으로 전류를 인가하는 스위칭부;를 구비할 수 있다.
스위칭부는 설정된 패턴에 따라 서로 인접하는 3개의 서로 다른 개별권선들에 순차적으로 전류를 공급할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 오프로드용 아이피엠 허브 모터는 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1 : 아이피엠 허브 모터
100 : 스테이터유닛
110 : 샤프트
120 : 스테이터코어
130 : 스테이터권선
131 : 제1상별권선부
132 : 제2상별권선부
133 : 제3상별권선부
200 : 로터유닛
210 : 로터하우징
220 : 로터코어
230 : 영구자석

Claims (3)

  1. 샤프트와, 중앙부가 상기 샤프트에 고정되고 외측 외주면에는 원주방향을 따라 일정 간격 이격된 복수의 티스부가 마련된 스테이터코어와, 상기 티스부에 각각 권취되는 복수의 스테이터권선을 포함하는 스테이터유닛과;
    상기 스테이터유닛을 내부에 수용할 수 있는 수용공간이 마련되고 중앙부가 상기 샤프트에 회전 가능하게 설치되는 로터하우징과, 상기 로터하우징에 설치되고 내측 중앙부에는 상기 스테이터코어를 삽입 배치할 수 있도록 삽입홀이 마련되며 외측 가장자리에는 원주방향을 따라 이격되는 복수의 삽입슬롯이 형성된 로터코어와, 상기 삽입슬롯에 각각 삽입 설치되는 복수의 영구자석을 포함하는 로터유닛;을 구비하고,
    상기 스테이터권선은 a상과 /a상의 전류가 입력되는 제1상별권선부와, b상과 /b상의 전류가 입력되는 제2상별권선부와, c상과 /c상의 전류가 입력되는 제3상별권선부를 포함하고,
    상기 제1상별권선부 내지 제3상별권선부 각각은 복수의 개별권선을 포함하고,
    상기 제1상별권선부 내지 제3상별권선부 각각의 개별권선들은 상호 병렬 접속되며,
    상기 티스부에는 상기 티스부의 배열 방향을 따라 상기 제1상별권선부 내지 제3상별권선부 각각의 개별권선들이 순차적으로 교번하여 배치되고,
    상기 삽입슬롯은 상기 영구자석들이 스포크 방식으로 배치될 수 있도록 상기 로터코어의 중앙부에 대해 방사상으로 장공형상을 이루도록 연장되고,
    상기 로터유닛은 상기 로터코어의 외경에 대응되는 내경을 갖는 링이나 원통 구조를 갖고, 상기 로터코어의 가장자리 원주면에 밀착 및 감싸도록 형성되며, 비자성체로 형성된 누설방지부가 더 구비되며,
    상기 로터하우징은 내부에 공간부를 갖고 원통형 구조를 가지며 원주면에 바퀴가 설치되는 허브본체와, 상기 허브본체의 일 측면에 고정되고 내측에는 상기 허브본체와의 사이로 상기 스테이터유닛을 수용할 수 있는 수용공간이 마련되며 상기 허브본체를 향하는 일 면은 개방되고 타 면은 폐쇄되는 제1하우징과, 상기 허브본체의 타 면에 고정되어 상기 허브본체의 개방된 일 측을 폐쇄시키는 제2하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 오프로드용 아이피엠 허브 모터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터권선에 선택적으로 전류를 인가하는 스위칭부;를 구비하고,
    상기 제1상별권선부 내지 제3상별권선부 각각은 3개의 개별권선을 포함하며,
    상기 스위칭부는 설정된 패턴에 따라 서로 인접하는 3개의 서로 다른 개별권선들에 순차적으로 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 오프로드용 아이피엠 허브 모터.
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