KR102476480B1 - 로터 및 이를 구비하는 모터 - Google Patents

Abstract

실시예는 회전축; 상기 회전축이 배치되는 홀을 포함하는 로터; 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;를 포함하고, 상기 로터는 로터 코어; 및 마그넷;을 포함하며, 상기 로터 코어는 본체; 상기 본체에 형성되어 상기 마그넷이 배치되는 포켓; 상기 포켓의 양측에 연장 형성된 제1 배리어; 및 상기 본체의 내주면과 상기 본체의 외주면 사이에 형성된 제2 배리어를 포함하고, 상기 제2 배리어의 중심(C1)은 상기 본체의 중심(C)과 상기 마그넷의 폭(W)의 중심을 지나는 제1 선(L1)에서 원주 방향으로 소정의 배치각(θ)을 갖는 모터에 관한 것이다. 이에 따라, 마그넷의 착자시 로터 코어의 자속 포화를 조절할 수 있다.

Description

로터 및 이를 구비하는 모터{Rotor and Motor having the same}

실시예는 로터 및 이를 구비하는 모터에 관한 것이다.

모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 차량, 가정용 전자제품, 산업용 기기 등에 광범위하게 사용된다.

모터는 하우징(housing), 회전축(shaft), 하우징의 내주면에 배치되는 스테이터(stator), 회전축의 외주면에 설치되는 로터(rotor) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 모터의 스테이터는 로터와의 전기적 상호 작용을 유발하여 로터의 회전을 유도한다.

여기서, 로터는 로터 코어에 설치되는 마그넷의 결합구조에 따라 표면 부착형(SPM) 타입과 매립형(IPM: Interior Permanent Magnet) 타입으로 구분될 수 있다.

상기 IPM 타입은 마그넷가 로터 코어 내부에 삽입되므로, 표면에 마그넷가 노출되는 SPM 로터에 비해 자속 밀도가 떨어져 모터의 동특성이 SPM 로터를 가지는 모터에 비해 떨어질 수 있다.

특히, 상기 IPM 타입에서 마그넷의 양측에 배리어가 형성되는 경우, 자속의 세기를 나타내는 에이치 필드(H-Field)가 마그넷의 내측 모서리에서 낮게 나타나게 된다. 그에 따라, 마그넷의 조립 후 착자 공정을 수행하게 되면 자기력의 세기를 나타내는 에이치에스(Hs) 특성을 만족하지 못하게 되어 풀착자가 되지 못하는 문제가 있다. 그리고, 상기 모터가 고온 상태로 동작하게 되면 불가역 감자의 위험성을 갖는 문제가 추가적으로 발생할 수 있다.

이를 해결하기 위해, 에이치 필드(H-Field)를 올려 마그넷의 에이치에스(Hs) 특성을 만족하게 된다면 과도한 전류의 인가에 의해 착자기 및 착자 요크의 열화를 유발하게 된다.

따라서, 과도한 전류의 인가없이 소정의 전류만으로 마그넷의 풀포화 착자를 가능하게 하는 로터가 요구되고 있는 실정이다. 이와 관련된 발명으로는 공개특허공보 제10-2016-0114879호(2016.10.06.)와 일본 특허공보 특허 제 6172381호(2017.08.02.)가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 로터 코어에 배리어를 형성하여 마그넷의 풀착자를 가능하게 하는 모터를 제공한다.

상기 배리어의 배치위치는 중심을 기준으로 배치각과 배치거리에 의해 정해지는 모터를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제는 실시예에 따라, 회전축; 상기 회전축이 배치되는 홀을 포함하는 로터; 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;를 포함하고, 상기 로터는 로터 코어; 및 마그넷;을 포함하며, 상기 로터 코어는 본체; 상기 본체에 형성되어 상기 마그넷이 배치되는 포켓; 상기 포켓의 양측에 연장 형성된 제1 배리어; 및 상기 본체의 내주면과 상기 본체의 외주면 사이에 형성된 제2 배리어를 포함하고, 상기 제2 배리어의 중심(C1)은 상기 본체의 중심(C)과 상기 마그넷의 폭(W)의 중심을 지나는 제1 선(L1)에서 원주 방향으로 소정의 배치각(θ)을 갖는 모터에 의해 달성된다.

여기서, 상기 배치각(θ)은 하기의 수식에 의해 구해질 수 있다.

W: 마그넷의 폭, D1: 본체의 중심에서 마그넷의 내측면까지의 거리, D2: 본체의 중심에서 마그넷의 외측면까지의 거리.

그리고, 상기 제2 배리어는 소정의 반지름(R)로 형성될 수 있다. 이때, 상기 배리어의 횡단면은 원형일 수 있다.

그리고, 상기 본체의 중심(C)과 상기 제2 배리어의 중심(C1)을 지나는 제2 선(L2)의 선상에는 상기 마그넷의 내측면이 배치될 수 있다.

여기서, 상기 본체의 중심(C)에서 상기 제2 배리어의 중심(C1)까지의 배치거리(D3)는 하기의 수식에 의해 구해질 수 있다.

O: 제2 선의 선상에 배치되는 제2 배리어의 외주면의 일점(P1)과 마그넷의 내측면의 일점(P2) 사이의 거리.

한편, 상기 제2 배리어는 상기 본체의 상단에서 하단까지 길게 형성될 수 있다. 이때, 복수 개의 제2 배리어는 원주 방향을 따라 배치될 수 있다.

또한, 하나의 상기 마그넷에 대응되게 배치되는 두 개의 상기 제2 배리어는 상기 제1 선(L1)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 실시예에 따른 모터는 로터에 제2 배리어를 형성하여, 마그넷의 착자시 로터 코어의 자속 포화를 조절할 수 있다. 그에 따라, 착자를 위한 동일 전류를 인가할 때, 최대의 에이치 필드가 마그넷의 영역 내에 존재하게 함으로써 마그넷의 풀착자를 가능하게 한다.

이때, 로터 코어 상에서 상기 제2 배리어의 배치위치는 배치각과 배치거리에 의해 조절될 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 모터를 나타내는 종단면도이고,
도 2는 도 1의 A-A를 나타내는 횡단면도이고,
도 3은 실시예에 따른 모터의 로터 코어를 나타내는 도면이고,
도 4는 도 2의 일 영역을 나타내는 도면이고,
도 5는 실시예에 따른 모터에 배치되는 로터의 제2 배리어의 다양한 실시예를 나타내는 도면이고,
도 6은 실시예에 따른 모터의 로터와 비교례에 따른 모터의 로터에 대한 에이치 필드의 비교를 나타내는 도면이고,
도 7은 실시예에 따른 모터의 로터와 비교례에 따른 모터의 로터에 대한 등자속 선도의 비교를 나타내는 도면이고,
도 8은 실시예에 따른 모터의 로터와 비교례에 따른 모터의 로터에 대한 자속 밀도의 비교를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

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.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 구성요소가 다른 구성요소의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소가 상기 두 구성요소 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 '상(위) 또는 하(아래)(on or under)'로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지게 된다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 실시예에 따른 모터를 나타내는 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A를 나타내는 횡단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 모터(1)는 하우징(100), 브라켓(200), 로터(300), 스테이터(400) 및 회전축(500)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 브라켓(200)는 하우징(100)의 개방된 상부를 덮도록 배치될 수 있다.

하우징(100)과 브라켓(200)은 상기 모터(1)의 외형을 형성할 수 있다. 여기서, 하우징(100)은 상부에 개구가 형성된 통 형상으로 형성될 수 있다.

따라서, 하우징(100)과 브라켓(200)의 결합에 의해 내부에 수용공간이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 수용공간에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 로터(300), 스테이터(400) 및 회전축(500) 등이 배치될 수 있다.

하우징(100)은 원통형으로 형성되어 내주면에 스테이터(400)가 지지되게 배치될 수 있다. 하우징(100)의 하부에는 회전축의 하부를 지지하는 베어링(60)을 수용하는 포켓부가 마련될 수 있다.

또한, 하우징(100)의 상부에 배치되는 브라켓(200)에도 회전축(500)의 상부를 지지하는 포켓부가 마련될 수 있다. 그리고 브라켓(200)은 외부 케이블이 연결된 커넥터가 삽입되는 홀 또는 홈을 포함할 수 있다.

로터(300)는 스테이터(400)의 내측에 배치된다. 여기서, 반경 방향(y 방향)을 기준으로 내측이라 함은 중심(C)을 기준으로 중심(C)을 향하여 배치되는 방향을 의미하고, 외측이라 함은 내측과 반대되는 방향을 의미한다. 그리고, 상기 중심(C)은 회전축(500)의 회전 중심으로서, 로터(300)의 중심(C)일 수 있다.

로터(300)는 로터 코어(310)와 마그넷(320)을 포함할 수 있다.

여기서, 로터(300)는 마그넷(320)이 로터 코어(310)의 내부에 결합되는 IPM 타입으로 형성될 수 있다. 그에 따라, 로터(300)는 마그넷(320)이 삽입되도록 형성된 포켓을 포함할 수 있다.

도 3은 실시예에 따른 모터의 로터 코어를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 로터 코어(310)는 본체(311), 포켓(312), 제1 배리어(313), 제2 배리어(314) 및 홀(315)을 포함할 수 있다.

본체(311)는 로터 코어(310)의 외형을 형성한다.

여기서, 본체(311)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트를 상호 적층하여 형성할 수 있다.

포켓(312)에는 마그넷(320)이 배치된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 포켓(312)은 로터 코어(310)의 중심(C)을 기준으로 원주 방향을 따라 서로 이격되게 복수 개가 형성될 수 있다. 그에 따라, 마그넷(320)은 로터 코어(310)의 중심(C)을 기준으로 원주 방향을 따라 배치될 수 있다. 이때, 마그넷(320)은 포켓(312)에 삽입될 수 있다.

제1 배리어(313)는 포켓(312)의 양측에서 연장되게 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 포켓(312)에 마그넷(320)이 배치되는 경우, 마그넷(320)의 양측에는 제1 배리어(313)가 배치될 수 있다.

제1 배리어(313)에는 공기층이 형성될 수 있다. 이에, 제1 배리어(313)는 자속의 단락 및 누설을 방지하는 플럭스 배리어의 역할을 수행한다.

다만, 본체(311)에 제2 배리어(314) 없이 제1 배리어(313)만 배치되는 경우, 소정의 전류만을 이용하여 마그넷(320)을 착자할 때, 마그넷(320)이 풀착되지 않는 문제가 발생한다. 여기서, 착자라 함은 마그넷이 갖는 보자력의 3~4배 정도의 외부자계를 마그넷에 인가하는 것을 말한다. 이때, 상기 외부자계를 발생시키기 위해서는 높은 전류가 이용된다. 특히, 상기 마그넷이 NdFeB 계열의 희토류 자석이라면 착자계의 피크값은 포화 자속밀도에 의해 결정된다.

소정의 전류 인가시, 제2 배리어(314)는 본체(311)의 자속포화를 조절하여 최대의 에이치필드가 마그넷(320)에 존재하게 한다. 그에 따라, 마그넷(320)은 풀착자될 수 있다.

도 4는 도 2의 일 영역을 나타내는 도면으로서, 상기 영역은 로터의 일부분을 나타낸다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 제2 배리어(314)는 원주 방향을 따라 복수 개가 배치될 수 있다. 예컨데, 하나의 마그넷(320)에 대해 두 개의 제2 배리어(314)가 인접하게 배치될 수 있다. 여기서, 인접이라 함은 마그넷(320)에서 소정의 간격으로 제2 배리어(314)의 외주면이 이격되게 배치되는 것을 의미할 수 있다.

그리고, 제2 배리어(314)는 본체(311)의 내주면(311a)과 본체(311)의 외주면(311b) 사이에 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 배리어(314)는 본체(311)의 내주면(311a)과 마그넷(320)의 내측면(321) 사이에 형성될 수 있다.

제2 배리어(314)는 소정의 반지름(R)을 갖는 원형의 횡단면을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 반지름(R)에 의해 제2 배리어(314)의 사이즈는 정의될 수 있다. 여기서, 제2 배리어(314)는 원형의 단면을 갖는 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 배리어(314)의 배치위치를 고려하여 제2 배리어(314)는 반구형, 타원형, 사각형 및 육각형과 같은 다각형 또는 절곡된 사각형 형상으로 제공될 수도 있다.

제2 배리어(314)는 제1 선(L1)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 마그넷(320)에 대응되게 배치되는 두 개의 제2 배리어(314)는 제1 선(L1)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다. 여기서, 제1 선(L1)은 본체(311)의 중심(C)과 상기 마그넷의 폭(W)의 중심을 지나는 선이다.

한편, 제2 배리어(314)의 배치위치는 배치각(θ)과 로터 코어(310)의 중심(C)에서의 배치거리(D3)로 정의될 수 있다.

제2 배리어(314)의 중심(C1)은 상기 제1 선(L1)에서 원주 방향으로 소정의 배치각(θ)을 갖을 수 있다. 예컨데, 상기 배치각(θ)은 본체(311)의 중심(C)과 제2 배리어(314)의 중심(C1)을 지나는 제2 선(L2)과 제1 선(L1)이 이루는 각일 수 있다. 이때, 제1 선(L1)과 제2 선(L2)이 이루는 사잇각은 중심(C)을 기준으로 한다.

이때, 본체(311)의 중심(C)과 제2 배리어(314)의 중심(C1)을 지나는 제2 선(L2)의 선상에는 마그넷(320)의 내측면(321)이 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 선(L2)의 선상에는 제2 배리어(314)의 외주면의 일점(P1)과 마그넷(320)의 내측면(321)의 일점(P2)이 배치될 수 있다.

한편, 상기 배치각(θ)은 하기의 수학식 1에 의해 구해질 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, W는 마그넷의 폭, D1은 본체의 중심에서 마그넷의 내측면까지의 거리 및 D2는 본체의 중심에서 마그넷의 외측면까지의 거리이다.

예를 들어, IPM 타입의 로터(300)를 설계할 때, W가 9.8mm, D1이 10.375mm, D2가 12.95mm인 경우, 상기 배치각(θ)은 25.3도보다 작고 20.7도보다 크다. 따라서, 제2 배리어(314)의 배치각(θ)은 20.7도~25.3도 사이의 어느 각으로 설계될 수 있다.

상기 배치거리(D3)는 하기의 수학식 2에 의해 구해질 수 있다. 여기서, 배치거리(D3)는 본체(311)의 중심(C)에서 제2 배리어(314)의 중심까지의 거리이다.

도 4에 도시된 바와 같이, O는 제2 선(L2)의 선상에 배치되는 제2 배리어(314)의 외주면의 일점(P1)과 마그넷(320)의 내측면(321)의 일점(P2) 사이의 거리이다.

상술 된 바와 같이, 상기 배치각(θ)의 범위에서 22도를 배치각(θ)으로 설정하고, R은 0.5mm, O는 0.2mm로 설계 파라미터가 제공되면, 배치거리(D3)는 상기 수학식 2에 의해 10.5mm로 정해지게 된다.

따라서, 제2 배리어(314)의 배치위치는 배치각(θ)으로 설정된 22도와 배치거리(D3)로 설정된 10.5mm에 의해 정해지게 된다.

또한, 상기 배치각(θ)의 범위에서 21.5도를 배치각(θ)으로 설정하고, R은 1.0mm, O는 0.4mm로 설계 파라미터가 제공되면, 배치거리(D3)는 상기 수학식 2에 의해 9.75mm로 정해지게 된다.

따라서, 제2 배리어(314)의 배치위치는 배치각(θ)으로 설정된 21.5도와 배치거리(D3)로 설정된 9.75mm에 의해 정해지게 된다.

한편, 제2 배리어(314)는 본체(311)의 상단에서 하단까지 길게 형성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 마그넷(320)의 축 방향(x 방향) 길이에 대응하여 제2 배리어(314)의 축 방향(x 방향) 길이는 동일하게 형성될 수 있다. 여기서, 제2 배리어(314)에는 공기층이 형성될 수 있다.

홀(315)은 본체(311)의 중심부에 형성될 수 있다. 그에 따라, 홀(315)에는 회전축(500)이 결합될 수 있다.

마그넷(320)은 로터 코어(310)의 상단에서 하단까지 배치되도록 사각 기둥 형태로 제공될 수 있다. 그리고, 상기 모터(1)는 6개의 마그넷(320)이 배치되는 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다.

이때, 마그넷(320)을 착자시키기 위해 필요한 외부 자계의 크기는 마그넷(320)의 재질이 갖는 에너지 밀도, 보자력, 포화 자속밀도 등에 따라 달라진다.

도 6은 실시예에 따른 모터의 로터와 비교례에 따른 모터의 로터에 대한 에이치 필드의 비교를 나타내는 도면으로서, 도 6의 (a)는 실시예에 따른 모터의 에이치 필드를 나타내는 도면이고, 도 6의 (b)는 비교예에 따른 모터의 에이치 필드를 나타내는 도면이다. 여기서, 비교례로 제공되는 모터(2)의 경우 상기 모터(1)와 비교해 볼 때, 제2 배리어(314)의 존재 여부 및 배치위치에 차이가 있다.

도 6을 참조하면, 착자 피크 전류인 10.26kA를 상기 모터(1) 및 비교예에 따른 모터에 각각 인가할 때, 상기 모터(1)의 마그넷(320)의 에이치 필드는 1.8734*10^6A/m이고, 비교예에 따른 모터(2)의 에이치 필드는 1.6465*10^6A/m이다. 이때, 제2 배리어(314)의 반지름(R)이 1.0mm이다.

즉, 상기 모터(1)의 경우 제2 배리어(314)에 의해 에이치 필드의 크기가 약 13.8% 정도 향상됨을 확인할 수 있다. 그에 따라, 상기 모터(1)의 착자 전류는 10.26kA에서 8.84kA로 감소시킬 수도 있다. 즉, 10.26kA가 인가된 비교예에 따른 모터(2)와 8.84kA가 인가된 상기 모터(1)는 동일한 착자 성능을 갖게 된다.

따라서, 제2 배리어(314)가 형성된 상기 모터(1)의 최저 에이치 필드가 증가하여 비교예에 따른 모터(2) 대비 상기 모터(1)의 착차력이 향상된다. 그리고, 마그넷(320)의 국소적인 미착자 영역이 감소된다.

한편, 제2 배리어(314)의 반지름(R)의 사이즈에 의해 상기 에이치 필드는 조절될 수 있다. 즉, 제2 배리어(314)의 반지름(R)이 조절됨에 따라, 상기 배치거리(D3)가 조절되기 때문에, 자화 성능 차이가 발생한다.

제2 배리어(314)의 반지름(R)을 0.5mm로 조절하고, 착자 피크 전류인 10.26kA를 상기 모터(1) 및 비교예에 따른 모터에 각각 인가할 때, 상기 모터(1)의 마그넷(320)의 에이치 필드는 1.8288*10^6A/m이고, 비교예에 따른 모터(2)의 에이치 필드는 1.6465*10^6A/m이다.

즉, 상기 모터(1)의 경우 제2 배리어(314)에 의해 에이치 필드의 크기가 약 11.1% 정도 향상됨을 확인할 수 있다.

따라서, 상기 모터(1)의 제2 배리어(314)는 마그넷(320) 내에 자화 필드의 크기를 증가시켜 마그넷(320)의 착자 특성을 높일 수 있다. 그리고, 제2 배리어(314)의 반지름(R)은 상기 배치거리(D3)를 조절시킨다.

도 7은 실시예에 따른 모터의 로터와 비교례에 따른 모터의 로터에 대한 등자속 선도의 비교를 나타내는 도면이고, 도 7의 (a)는 실시예에 따른 모터의 등자속 선도를 나타내는 도면이고, 도 7의 (b)는 비교예에 따른 모터의 등자속 선도를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하며, 상기 모터(1)의 제2 배리어(314)는 자기저항의 변화를 유발하여 자속의 경로를 변화시킨다. 특히, 상기 에어층을 갖는 제2 배리어(314)는 낮은 투자율로 인해 로터 코어(310)의 내부자속 경로를 더욱 변경되게 한다. 그에 따라, 마그넷(320)의 내측 모서리에 자속이 집중되게 하여 비교예에 따른 모터(2) 대비 높은 자속밀도의 분포를 갖게 한다.

도 8은 실시예에 따른 모터의 로터와 비교례에 따른 모터의 로터에 대한 자속 밀도의 비교를 나타내는 도면이다. 도 8의 (a)는 실시예에 따른 모터의 에이치 필드를 나타내는 도면이고, 도 8의 (b)는 비교예에 따른 모터의 에이치 필드를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 비교예에 따른 모터(2) 대비 상기 모터(1)의 최저 자속 밀도는 증가한다. 그에 따라, 마그넷(320)의 내측 모서리에 가해지는 외부 자계의 크기는 증가한다.

스테이터(400)는 하우징(100)의 내주면에 의해 지지될 수 있다. 그리고, 스테이터(400)는 로터(300)의 외측에 배치된다. 즉, 스테이터(400)의 내측에는 로터(300)가 배치될 수 있다.

도 1 및 도 2을 참조하여 살펴보면, 스테이터(400)는 스테이터 코어(410) 및 코일(420)을 포함할 수 있다. 여기서, 스테이터 코어(410)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층되어 이루어질 수 있다. 또한, 스테이터 코어(410)는 복수 개의 분할 코어가 상호 결합되거나 연결되어 이루어질 수 있다.

스테이터 코어(410)는 요크(411) 및 복수 개의 투스(412)를 포함할 수 있다.

요크(411)는 원통 형상으로 형성될 수 있다.

복수 개의 투스(412)는 요크(411)에서 중심(C)을 향하여 돌출되게 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 투스(412)는 요크(411)의 내주면을 따라 일정 간격마다 중심(C)을 향하여 돌출되게 배치될 수 있다. 즉, 복수 개의 투스(412)는 소정의 간격으로 상호 이격되게 요크(411)의 내주면에 배치될 수 있다.

투스(412)에는 코일(420)이 권선될 수 있다. 이때, 투스(412)에는 인슐레이터(430)가 배치될 수 있다. 상기 인슐레이터(430)는 투스(412)와 코일(420)을 절연시킨다.

코일(420)에는 전류가 인가될 수 있다. 그에 따라, 로터(300)의 마그넷(320)과 전기적 상호작용이 유발되어 로터(300)가 회전할 수 있다. 로터(300)가 회전하는 경우 회전축(500)도 같이 회전한다. 이때, 회전축(500)은 베어링(60)에 의해 지지될 수 있다.

회전축(500)은 로터(300)에 결합될 수 있다. 전류 공급을 통해 로터(300)와 스테이터(400)에 전자기적 상호 작용이 발생하면 로터(300)가 회전하고 이에 연동하여 회전축(500)이 회전한다.

한편, 상기 모터(1)는 로터(300)의 위치를 검출하기 위해 센싱 마그넷 조립체(600)를 더 포함할 수 있다.

센싱 마그넷 조립체(600)는 센싱 마그넷과 센싱 플레이트를 포함할 수 있다. 센싱 마그넷과 센싱 플레이트는 동축을 갖도록 결합될 수 있다.

상기 센싱 마그넷은 내주면을 형성하는 홀에 인접하여 원주방향으로 배치되는 메인 마그넷과 가장자리에 형성되는 서브 마그넷을 포함할 수 있다. 메인 마그넷은 모터의 로터(300)에 삽입된 드라이브 마그넷과 동일하게 배열될 수 있다. 서브 마그넷은 메인 마그넷보다 세분화되어 많은 극으로 이루어진다. 이에 따라, 회전 각도를 더욱 세밀하게 분할하여 측정하는 것이 가능하며, 모터의 구동을 더 부드럽게 할 수 있다.

상기 센싱 플레이트는 원판 형태의 금속 재질로 형성될 수 있다. 센싱 플레이트의 상면에는 센싱 마그넷이 결합될 수 있다. 그리고 센싱 플레이트는 회전축(500)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 센싱 플레이트에는 회전축(500)이 관통하는 홀이 형성된다.

또한, 상기 모터(1)는 상기 센싱 마그넷의 자기력을 감지하는 센서가 배치되는 인쇄회로기판(700)을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 센서는 홀 IC(Hall IC)일 수 있다. 상기 센서는 메인 마그넷 또는 서브 마그넷의 N극과 S극의 변화를 감지하여 센싱 시그널을 생성한다. 3상 브러시리스(brushless) 모터의 경우, U, V, W 상의 정보를 얻는 적어도 3개의 센싱 시그널이 필요하기 때문에 적어도 3개의 센서가 배치될 수 있다.

인쇄회로기판(700)은 브라켓(200)의 하면에 결합되어 상기 센서가 상기 센싱 마그넷을 마주 보도록 센싱 마그넷 조립체(600) 위에 설치될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 수정과 변경에 관계된 차이점들을 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 모터
60: 베어링
100: 하우징 200: 브라켓
300: 로터 310: 로터 코어
311: 본체 312: 포켓
313: 제1 배리어 314: 제2 배리어
315: 홀
320: 마그넷
400: 스테이터
410: 스테이터 코어 411: 요크
412: 투스 420: 코일
500: 회전축
600: 센싱 마그넷 조립체
700: 인쇄회로기판

Claims (7)

1. 회전축;
   상기 회전축에 결합되는 로터; 및
   상기 로터에 대응하여 배치되는 스테이터;를 포함하고,
   상기 로터는 로터 코어, 및 마그넷을 포함하며,
   상기 로터 코어는
   본체,
   상기 본체에 형성되어 상기 마그넷이 배치되는 포켓,
   상기 포켓의 양측에 연장 형성된 제1 배리어, 및
   상기 본체의 내주면과 상기 본체의 외주면 사이에 형성된 제2 배리어를 포함하고,
   상기 제2 배리어는 마그넷의 내측에 배치되며,
   상기 제2 배리어의 중심(C1)은
   상기 본체의 중심(C)과 상기 마그넷의 폭(W)의 중심을 지나는 제1 선(L1)에서 원주 방향으로 소정의 배치각(θ)을 갖고,
   상기 배치각(θ)은 하기의 수식에 의해 구해지는 모터.
   

   

   
   W: 마그넷의 폭, D1: 본체의 중심에서 마그넷의 내측면까지의 거리, D2: 본체의 중심에서 마그넷의 외측면까지의 거리.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 배리어의 중심(C1)은 반경 방향으로 마그넷과 오버랩되는 모터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 배리어는 소정의 반지름(R)을 갖는 모터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 본체의 중심(C)과 상기 제2 배리어의 중심(C1)을 지나는 제2 선(L2)의 선상에는 상기 마그넷의 내측면이 배치되는 모터.
5. 제4항에 있어서,
   상기 본체의 중심(C)에서 상기 제2 배리어의 중심(C1)까지의 배치거리(D3)는 하기의 수식에 의해 구해지는 모터.
   

   

   
   O: 제2 선의 선상에 배치되는 제2 배리어의 외주면의 일점(P1)과 마그넷의 내측면의 일점(P2) 사이의 거리.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 배리어는 상기 본체의 상단에서 하단까지 형성되는 모터.
7. 제1항에 있어서,
   하나의 상기 마그넷에 대응되게 배치되는 두 개의 상기 제2 배리어는 상기 제1 선(L1)을 기준으로 대칭되게 배치되는 모터.

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