KR102705430B1 - 스테이터 유닛 및 이를 구비하는 모터 - Google Patents

스테이터 유닛 및 이를 구비하는 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테이터 코어; 상기 스테이터 코어에 권선되는 코일; 및 상기 스테이터 코어와 상기 코일 사이에 배치되는 인슐레이터를 포함하고, 상기 스테이트 코어는, 지지부; 및 상기 지지부의 양측면에서 각각 돌출되게 배치되는 코일 권선부를 포함하고, 상기 지지부와 상기 코일 권선부는 십자 형상으로 배치되는 스테이터 유닛 및 이를 구비하는 모터에 관한 것이다. 이에 따라, 십자형 스테이터 코어를 이용하여 코일 점적률을 향상시킬 수 있다.

Description

스테이터 유닛 및 이를 구비하는 모터{Stator Unit and Motor having the same}
실시예는 스테이터 유닛 및 이를 구비하는 모터에 관한 것이다.
모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 차량, 가정용 전자제품, 산업용 기기 등에 광범위하게 사용된다.
도 1은 종래의 모터(2)를 나타내는 횡단면도이다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 상기 모터(2)는 하우징(10), 회전축(20), 하우징(10)의 내주면에 배치되는 스테이터(30), 회전축(20)의 외주면에 설치되는 로터(40) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 모터(2)의 스테이터(30)는 로터(40)와의 전기적 상호 작용을 유발하여 로터(40)의 회전을 유도함으로써 회전축(20)을 회전시킨다. 그에 따라, 상기 모터(2)에는 구동력이 생성된다.
특히, 상기 모터(2)가 3상(Phase) 다극 모터인 경우 Phase 1, Phase 2 그리고 Phase 3상을 갖는 각각의 코일이 스테이터(30)의 티스(Teeth)에 권선되며, 이러한 각각의 코일에 전류가 흐름으로써 스테이터(30)와 로터(40) 사이에 회전 자계가 발생되어 회전하게 된다.
여기서, 3상 다극 모터는 공급되는 전원이 3상일 수 있으며, 단상 전원에 연결되어 자체적으로 단상 교류 전원을 직류로 정류하는 인버터 회로를 갖춰 Phase 1, Phase 2 그리고 Phase 3인 3상으로 제어되는 모터일 수도 있다. 그리고, 이러한 3상 다극 모터는 특정 모터에 한정되지 않고 예를 들어 유도 모터 또는 동기 모터 등일 수도 있다.
스테이터(30)는 요크(31)와 복수 개의 투스(32)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 티스는 복수 개의 투스(32)를 의미한다.
따라서, 어느 하나의 투스(32)와 인접하게 배치되는 다른 하나의 투스(32) 사이에는 코일이 권선되는 공간이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 공간은 슬롯(S)을 의미한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(S)은 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 그에 따라, 슬롯(S)의 외측 영역(Outside)은 공간적으로 여유가 많아 코일을 감는데 문제가 없으나, 반대로 슬롯(S)의 내측 영역(Inside)은 공간이 좁아 코일을 감는데 제약을 받게 된다.
특히, 코일의 직경이 큰 경우 슬롯(S)의 내측 영역(In side)에는 코일이 많이 감기지 못하고 공간적으로 허비되는 경우가 발생한다.
도 2는 슬롯에 권선된 코일을 나타내는 도면이다. 이에, 도 2는 코일의 배치 및 점적률의 상태를 보여준다.
도 2에 도시된 바와 같이, 직경이 1.2mm인 코일(33)을 투스(32)에 권선하게 되면 상기 슬롯(S) 내에 배치되는 최대 가능한 턴수는 31턴이 된다. 여기서, 화살표는 코일(33)의 권선 방향을 나타낸다.
이때, 투스(32)에는 인슐레이터(34)가 배치될 수 있다. 상기 인슐레이터(34)는 투스(32)와 코일(33)을 절연시킨다.
따라서, 상술 된 구조에서는 종래의 모터(2)에 권선되는 상기 코일의 점적률을 향상시키는데 어려움이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 코일의 점적률을 향상시킨 스테이터 유닛 및 이를 구비하는 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, 스테이터 코어; 상기 스테이터 코어에 권선되는 코일; 및 상기 스테이터 코어와 상기 코일 사이에 배치되는 인슐레이터를 포함하고, 상기 스테이트 코어는, 지지부; 및 상기 지지부의 양측면에서 각각 돌출되게 배치되는 코일 권선부를 포함하고, 상기 지지부와 상기 코일 권선부는 십자 형상으로 배치되는 스테이터 유닛에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 코일 권선부를 기준으로 상기 코일은 상기 코일 권선부에 권선될 수 있다.
그리고, 상기 코일의 단면은 사각형일 수 있다.
또한, 가상의 점(C)을 기준으로 상기 코일 권선부의 중심까지의 반지름(STCR)은 하기의 식에 의해 구해질 수 있다.
Figure 112017014757815-pat00001
(STOR: 가상의 점(C)을 기준으로 상기 지지부의 외측까지의 반지름, STIR: 가상의 점(C)을 기준으로 상기 지지부의 내측까지의 반지름)
또한, 상기 코일 권선부의 폭(W1)은 상기 지지부의 폭(W2)의 0.55~0.65인일 수 있다.
상기 과제는 실시예에 따라, 회전축; 상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터; 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 복수 개의 스테이터 유닛이 원주 방향을 따라 배치되어 형성되며, 상기 스테이터 유닛은, 스테이터 코어; 상기 스테이터 코어에 권선되는 코일; 및 상기 스테이터 코어와 상기 코일 사이에 배치되는 인슐레이터를 포함하고, 상기 스테이트 코어는, 중심(C)을 기준으로 반지름 방향으로 배치되는 지지부; 및 상기 지지부의 양측면에서 원주 방향으로 각각 돌출되게 배치되는 코일 권선부를 포함하며, 상기 지지부와 상기 코일 권선부는 십자 형상으로 배치되는 모터에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 코일 권선부를 기준으로 상기 코일은 상기 코일 권선부에 권선될 수 있다.
그리고, 상기 코일의 단면은 사각형일 수 있다.
또한, 가상의 점(C)을 기준으로 상기 코일 권선부의 중심까지의 반지름(STCR)은 하기의 식에 의해 구해질 수 있다.
Figure 112017014757815-pat00002
(STOR: 가상의 점(C)을 기준으로 상기 지지부의 외측까지의 반지름, STIR: 가상의 점(C)을 기준으로 상기 지지부의 내측까지의 반지름)
또한, 상기 코일 권선부의 폭(W1)은 상기 지지부의 폭(W2)의 0.55~0.65인일 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 스테이터 유닛이 원주 방향으로 배치됨에 따라, 상기 코일 권선부를 기준으로 외측에 제1 슬롯이 형성되고, 내측에 제2 슬롯이 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 실시예에 따른 스테이터 유닛 및 이를 구비하는 모터는 십자형 스테이터 코어를 이용하여 코일 점적률을 향상시킬 수 있다.
그에 따라, 상기 모터가 종래의 모터와 동일한 성능을 구현할 때, 상기 모터의 사이즈를 축소시킬 수 있다.
또한, 종래에 사용되던 원형 코일을 대신하여 단면이 사각형으로 형성될 수 있는 편각 코일을 사용함으로써 슬롯 내의 여유공간을 최대한 활용할 수 있다.
도 1은 종래의 모터를 나타내는 횡단면도이고,
도 2는 종래의 모터의 슬롯에 권선된 코일을 나타내는 도면이고,
도 3은 실시예에 따른 모터를 나타내는 횡단면도이고,
도 4는 실시예에 따른 스테이터 유닛을 나타내는 도면이고,
도 5는 실시예에 따른 스테이터 유닛의 코일 권선부의 위치를 나타내는 도면이고,
도 6은 종래의 모터와 실시예에 따른 모터의 자로를 나타내는 도면이고,
도 7은 종래의 모터와 실시예에 따른 모터의 성능을 비교하는 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 3은 실시예에 따른 모터를 나타내는 횡단면도이고, 도 4는 실시예에 따른 스테이터 유닛을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 실시예에 따른 모터(1)는 하우징(100), 스테이터(200), 로터(300) 및 회전축(400)을 포함할 수 있다. 여기서, 로터(300)는 로터 코어(310) 및 로터 코어(310)에 배치되는 복수 개의 마그넷(320)을 포함할 수 있다.
상부에 개구가 형성된 통 형상의 하우징(100)과 상기 개구를 덮는 브라켓(미도시)은 상기 모터(1)의 외형을 형성할 수 있다.
따라서, 하우징(100)과 상기 브라켓의 결합에 의해 내부에 수용공간이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 수용공간에는 스테이터(200), 로터(300) 및 회전축(400) 등이 배치될 수 있다.
하우징(100)은 원통형으로 형성되어 내주면에 스테이터(200)가 지지되게 배치될 수 있다.
스테이터(200)는 하우징(100)의 내주면에 의해 지지될 수 있다. 그리고, 스테이터(200)는 로터(300)의 외측에 배치된다. 즉, 스테이터(200)의 내측에는 로터(300)가 배치될 수 있다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 스테이터(200)는 복수 개의 스테이터 유닛(210)에 의해 형성될 수 있다.
복수 개의 스테이터 유닛(210)은 중심(C)을 기준으로 원주 방향을 따라 하우징(100)의 내측에 배치될 수 있다.
도 4를 참조하여 살펴보면, 스테이터 유닛(210) 각각은 스테이터 코어(211), 코일(212) 및 인슐레이터(213)를 포함할 수 있다. 코일(212)은 스테이터 코어(211)에 권선되며, 도 4에 도시된 바와 같이, 절연을 위해 스테이터 코어(211)와 코일(212) 사이에는 인슐레이터(213)가 배치될 수 있다.
여기서, 스테이터 코어(211)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층되어 이루어질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스테이터 코어(211)는 지지부(211a)와 코일 권선부(211b)를 포함할 수 있다. 여기서, 지지부(211a)와 코일 권선부(211b)는 일체로 형성될 수 있다.
지지부(211a)는 중심(C)을 기준으로 반지름 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 소정의 단면적을 갖는 지지부(211a)는 중심(C)을 향해 배치될 수 있다. 그리고, 지지부(211a)의 횡단면은 사각형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 코일(212)의 사각형 형상인 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 점적률을 향상시키기 위해 단면이 삼각, 오각, 육각 등 다양한 형상의 편각 코일이 이용될 수 있음은 물론이다.
이때, 지지부(211a)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 원주 방향측을 기준으로 소정의 폭(W2)을 갖도록 형성될 수 있다. 그리고, 어느 하나의 스테이터 유닛(210)의 지지부(211a)는 다른 하나의 스테이터 유닛(210)의 지지부(211a)와 상호 이격되게 배치될 수 있다.
코일 권선부(211b)는 지지부(211a)의 양측면에서 각각 돌출되게 배치될 수 있다. 바람직하게, 코일 권선부(211b)는 지지부(211a)의 반지름 방향 중심에서 원주 방향으로 돌출되게 형성될 수 있다.
이때, 코일 권선부(211b)는 반지름 방향을 기준으로 소정의 폭(W1)을 갖도록 형성될 수 있다.
그에 따라, 지지부(211a)와 코일 권선부(211b)는 십자 형상으로 형성될 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 스테이터 유닛(210)이 원주 방향을 따라 배치되기 때문에, 스테이터(200)는 코일(212)이 권선되어 배치되는 공간인 제1 슬롯(S1)과 제2 슬롯(S2)을 포함할 수 있다.
코일 권선부(211b)를 기준으로 제1 슬롯(S1)은 외측에 배치될 수 있다.
코일 권선부(211b)를 기준으로 제2 슬롯(S2)은 내측에 배치될 수 있다.
여기서, 내측이라 함은 중심(C)을 기준으로 중심(C)을 향하여 배치되는 방향을 의미하고, 외측이라 함은 내측과 반대되는 방향을 의미한다.
한편, 코일 권선부(211b)에는 코일(212)이 권선될 수 있다. 이때, 상기 스테이터 코어(211)에는 인슐레이터(213)가 배치될 수 있다. 상기 인슐레이터(213)는 코일 권선부(211b)와 코일(212)을 절연시킨다.
코일(212)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(400)도 같이 회전한다.
코일(212)은 코일 권선부(211b)에 권선될 수 있다. 이때, 코일(212)은 코일 권선부(211b)를 기준으로 반지름 방향으로 권선될 수 있다. 예컨데, 도 4에 도시된 바와 같이, 코일(212)은 코일 권선부(211b)에 권선되되, 일 영역은 제1 슬롯(S1)에 배치되고 타 영역은 제2 슬롯(S2)에 배치되게 된다.
코일(212)의 단면은 사각형 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 코일(212)로 편각 코일을 이용할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 4를 참조하여 상기 모터(2)에 권선되는 코일(33)의 점적률과 상기 모터(1)의 코일(212)의 점적률에 대해 살펴보기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 직경이 1.2mm인 코일(33)은 슬롯(S) 내에 투스(32)를 기준으로 31턴이 권선된다.
상기 모터(1)의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 코일(212)은 코일 권선부(211b)를 기준으로 38턴(왼쪽 19턴+오른쪽 19턴)이 권선된다. 이때, 상기 모터(1)의 코일(212)은 직경이 1.2mm인 코일(33)과 동일한 단면적을 갖는 사각형 코일 형태로 권선된다.
그에 따라, 상기 모터(1)의 코일(212)은 상기 모터(2)의 코일(33) 보다 7턴(약 20%)이 증가되어 권선될 수 있다.
즉, 상기 모터(1)의 스테이터 유닛(210)에 권선되는 코일 점적률은 상기 모터(2)의 코일 점적률 보다 약 20% 증가된다. 다만, 상기 모터(1)는 왼쪽에서 19턴이 권선되고, 오른쪽에서 19턴이 권선되는 2번의 와이딩 공정이 수행된다.
따라서, 상기 모터(1)는 상기 모터(2)에 비해 모터 토크를 20% 증가시킬 수 있는 장점을 갖게 된다. 그에 따라, 상기 모터(1)는 상기 모터(2) 대비 사이즈 측면에서 20% 축소시키면서도 동일한 출력을 얻어낼 수 있다.
한편, 스테이터 코어(211)의 지지부(211a)와 코일 권선부(211b)의 각각의 폭(W1, W2)은 자기 회로(Magnetic circuit)를 구성하는데 있어서, 주요한 기능을 한다.
예컨데, 폭(W1, W2)의 치수가 작을수록 코일 점적률이 증가되어 모터 사이즈에 유리하다. 그러나, 스테이터 코어(211)에 자기적 포화(Magnetic saturation) 현상이 발생되어 손실이 커질 수 있다.
또한, 폭(W1, W2)의 치수가 커질수록 코일 점적률이 감소되어 모터 사이즈가 증가하지만 상기 자기적 포화 현상이 줄어들어 손실이 작아질 수 있다.
따라서, 상기 모터(1)의 설계 측면에서 두 설계 파라미터인 폭(W1, W2)의 치수를 적절한 선에서 결정해야 한다.
이에, 코일 점적률 대비 최대의 효과를 얻을 수 있도록 코일 권선부(211b)의 폭(W1)은 지지부(211a)의 폭(W2)의 0.55~0.65일 수 있다.
다만, 이러한 조건은 집중권 모터에만 유효하다.
그에 따라, 상기 모터(1)에는 12개의 스테이터 유닛(210)과 8개의 마그넷(320)이 제공될 수 있다. 또는, 상기 모터(1)에는 9개의 스테이터 유닛(210)과 6개의 마그넷(320)이 제공될 수 있다. 또는 상기 모터(1)에는 12개의 스테이터 유닛(210)과 10개의 마그넷(320)이 제공될 수 있다.
로터(300)는 스테이터(200)의 내측에 배치된다. 중심부에 회전축(400)이 결합될 수 있다.
로터(300)는 로터 코어(310)와 로터 코어(310)에 결합하는 마그넷(320)을 포함할 수 있다. 로터(300)는 로터 코어(310)와 마그넷(320)의 결합 방식에 따라 다음과 같이 형태로 구분될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 로터(300)는 마그넷(320)이 로터 코어(310)의 외주면에 결합되는 타입으로 구현될 수 있다. 이러한 SPM 타입의 로터(300)는 마그넷(320)의 이탈을 방지하고 결합력을 높이기 위하여 별도의 캔부재(미도시)가 로터 코어(310)에 결합될 수 있다. 또는 마그넷(320)과 로터 코어(310)가 이중 사출되어 일체로 형성될 수 있다.
한편, 로터(300)는 마그넷(320)이 로터 코어(310)의 내부에 결합되는 타입으로 구현될 수도 있다. 이러한 IPM 타입의 로터(300)는 로터 코어(310) 내부에 마그넷(320)이 삽입되는 포켓이 마련될 수 있다.
로터 코어(310)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층되어 이루어질 수 있다. 물론, 로터 코어(310)는 하나의 통으로 구성되는 단일 코어 형태로 제작될 수도 있다.
또한, 로터 코어(310)는 스큐(skew)각을 형성하는 복수 개의 퍽(Puck)(단위 코어)이 적층되는 형태로 이루어질 수도 있다.
회전축(400)은 로터(300)에 결합될 수 있다. 전류 공급을 통해 로터(300)와 스테이터(200)에 전자기적 상호 작용이 발생하면 로터(300)가 회전하고 이에 연동하여 회전축(400)이 회전한다. 이때, 회전축(400)은 외주면에 배치되는 베어링(미도시)에 의해 지지될 수 있다.
한편, 코일 점적률을 최대로 하기 위해서는 코일 권선부(211b)의 위치가 중요하다.
도 5를 참조하여 지지부(211a)의 측면에 배치되는 코일 권선부(211b)에 배치 위치를 살펴보기로 한다.
여기서, 도 5는 실시예에 따른 스테이터 유닛의 코일 권선부의 위치를 나타내는 도면으로서, 코일 점적률의 최대화 조건을 구하기 위해 스테이터 유닛(210)을 간략화한 도면이다.
이때, 스테이터 유닛(210)은 3개의 파라미터를 갖게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스테이터 유닛(210)은 STCR(stator center radius), STOR(stator outer radius) 및 STIR(stator inner radius)라는 파라미터를 갖게 된다. 즉, STCR은 가상의 점(C)을 기준으로 상기 코일 권선부의 중심까지의 반지름을 나타내고, STOR은 가상의 점(C)을 기준으로 상기 지지부의 외측까지의 반지름을 나타내며, STIR은 가상의 점(C)을 기준으로 지지부의 내측까지의 반지름을 나타낸다. 여기서, 가상의 점(C)은 중심(C)일 수 있다.
그에 따라, STCR을 기준으로 외측과 내측의 원으로 표현되는 각각의 면적(S3, S4)은 하기와 같이 계산될 수 있다.
S3(STCR의 외측에 배치되는 원의 면적)=STOR2xπ - STCR2xπ
S4(STIR의 외측에 배치되는 원의 면적)=STCR2xπ - STIR2xπ
따라서, 코일 점적률이 최대가 되기 위해서는 S3=S4를 만족하여야 하며, 식을 간략화(π을 생략)하면 하기와 같이 표현될 수 있다.
STOR2 + STIR2 = 2STCR2
그에 따라, 가상의 점(C)을 기준으로 상기 코일 권선부의 중심까지의 반지름(STCR)은 하기의 식에 의해 구해질 수 있다.
Figure 112017014757815-pat00003
그리고, 상기 식에 의해 구해진 STCR은 코일 점적률이 최대가 되기 위한 코일 권선부(211b)의 위치를 나타낸다. 이때, STCR은 중심(C)을 기준으로 하는 반지름을 의미할 수 있다.
도 6은 종래의 모터와 실시예에 따른 모터의 자로를 나타내는 도면으로서, 도 6의 (a)는 상기 모터(2)의 자로를 나타내는 도면이고, 도 6의 (b)는 실시예에 따른 모터(1)의 자로를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 모터(1)는 형성된 자로를 고려해 볼 때, 종래의 모터(2)에 비해 성능에 이상이 없다.
도 7은 종래의 모터와 실시예에 따른 모터의 성능을 비교하는 도면이다. 이때, 동일한 턴수(24턴), 동일 전류(115A), 동일 스택(30mm)의 조건하에서 6극 9슬롯의 모터로 비교한다. 이때, 상기 모터(1)의 경우 9개의 스테이터 유닛(210)을 배치한다.
여기서, 스택이라 함은 상기 모터(1)의 회전축(400)의 축방향인 길이방향의 두께를 나타낸다. 예컨데, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모터(1)의 횡단면을 x-y축으로 나타낼 때, 상기 스택은 횡단면에 대해 수직하는 방향에 대한 스테이터(200)의 두께를 나타낸다.
도 7을 참조하여 살펴보면, 상기 모터(1)의 토크 값은 종래의 모터(2)의 3.41Nm에서 약 2.3% 증가된 3.49Nm로 상승하게 된다.
여기서, 상기 모터(1)의 경우 상술 된 바와 같이 코일(212)의 턴수를 증가시켜 코일 점적률을 더 증가시킬 수 있다.
이에, 상기 모터(1)는 증가된 턴수에 반비례하여 상기 스택의 길이를 감소시킬 수 있다.
즉, 상기 모터(1)의 스택(Stack)은 종래 모터(2)의 스택(30mm)x24턴(모터(2)의 코일의 턴수)/N턴(상기 모터(1)의 턴수)에 의해 결정될 수 있다.
예컨데, 상기 모터(1)의 코일(212)의 권선 턴수가 1턴만 증가되더라도 상기 모터(1)는 약 1.2mm가 감소된 스택 길이를 갖게 된다. 그에 따라, 상기 모터(1)의 스택은 28.8mm가 될 수 있다.
따라서, 상기 모터(1)는 종래의 모터(2)와 동일한 성능을 갖더라도 코일(212)의 권선수를 증가시켜 상기 모터(1)의 사이즈를 더욱 축소시킬 수 있다.
한편, 종래의 상기 모터(2)는 스테이터(30)에 인슐레이터(34)를 삽입하고 코일(33)을 권선하는 이단계 작업 공정을 수행하지만, 상기 모터(1)는 코일(212)이 권선된 스테이터 유닛(210)을 상기 모터(1)에 삽입하는 공정만을 수행하기 때문에 작업 공정이 간략화되는 장점을 갖는다. 그에 따라, 상기 모터(1)의 생산성은 향상될 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
100: 하우징
200: 스테이터 210: 스테이터 유닛
211: 스테이터 코어 211a: 지지부
211b: 코일 권선부 212: 코일
213: 인슐레이터
300: 로터
310: 로터 코어 320: 마그넷
400: 회전축

Claims (8)

  1. 스테이터 코어;
    상기 스테이터 코어에 권선되는 코일; 및
    상기 스테이터 코어와 상기 코일 사이에 배치되는 인슐레이터를 포함하고,
    상기 스테이터 코어는,
    지지부; 및
    상기 지지부의 양측면에서 각각 돌출되게 배치되는 코일 권선부를 포함하고,
    상기 지지부와 상기 코일 권선부는 십자 형상으로 배치되고,
    가상의 점(C)을 기준으로 상기 코일 권선부의 중심까지의 반지름(STCR)은 하기의 식에 의해 구해지며,
    상기 코일 권선부보다 내측에 배치되는 상기 지지부의 일 영역의 폭(W2)은 상기 코일 권선부의 폭(W1)보다 크고,
    상기 코일 권선부보다 내측에 배치되는 상기 지지부의 일 영역의 폭(W2)과 상기 코일 권선부보다 외측에 배치되는 상기 지지부의 일 영역의 폭(W2)은 동일하고,
    상기 스테이터 코어는 상기 코일 권선부를 기준으로 외측에 배치되는 제1 슬롯과 내측에 배치되는 제2 슬롯을 포함하고,
    상기 제1 슬롯의 원주 방향 폭은 상기 제2 슬롯의 원주 방향 폭보다 크고, 상기 제1 슬롯의 반지름 방향 폭은 상기 제2 슬롯의 반지름 방향 폭보다 작은 스테이터 유닛.

    (STOR: 가상의 점(C)을 기준으로 상기 지지부의 외측까지의 반지름, STIR: 가상의 점(C)을 기준으로 상기 지지부의 내측까지의 반지름)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일 권선부를 기준으로 상기 코일은 상기 코일 권선부에 권선되는 스테이터 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코일의 단면은 사각형인 스테이터 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일 권선부의 폭(W1)은 상기 지지부의 폭(W2)의 0.55~0.65인 스테이터 유닛.
  5. 회전축;
    상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터; 및
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 복수 개의 스테이터 유닛이 원주 방향을 따라 배치되어 형성되며,
    상기 스테이터 유닛은,
    스테이터 코어;
    상기 스테이터 코어에 권선되는 코일; 및
    상기 스테이터 코어와 상기 코일 사이에 배치되는 인슐레이터를 포함하고,
    상기 스테이터 코어는,
    중심(C)을 기준으로 반지름 방향으로 배치되는 지지부; 및
    상기 지지부의 양측면에서 원주 방향으로 각각 돌출되게 배치되는 코일 권선부를 포함하며,
    상기 지지부와 상기 코일 권선부는 십자 형상으로 배치되고,
    가상의 점(C)을 기준으로 상기 코일 권선부의 중심까지의 반지름(STCR)은 하기의 식에 의해 구해지며,
    상기 코일 권선부보다 내측에 배치되는 상기 지지부의 일 영역의 폭(W2)은 상기 코일 권선부의 폭(W1)보다 크고,
    상기 코일 권선부보다 내측에 배치되는 상기 지지부의 일 영역의 폭(W2)과 상기 코일 권선부보다 외측에 배치되는 상기 지지부의 일 영역의 폭(W2)은 동일하고,
    상기 스테이터 코어는 상기 코일 권선부를 기준으로 외측에 배치되는 제1 슬롯과 내측에 배치되는 제2 슬롯을 포함하고,
    상기 제1 슬롯의 원주 방향 폭은 상기 제2 슬롯의 원주 방향 폭보다 크고, 상기 제1 슬롯의 반지름 방향 폭은 상기 제2 슬롯의 반지름 방향 폭보다 작은 모터.

    (STOR: 가상의 점(C)을 기준으로 상기 지지부의 외측까지의 반지름, STIR: 가상의 점(C)을 기준으로 상기 지지부의 내측까지의 반지름)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코일 권선부를 기준으로 상기 코일은 상기 코일 권선부에 권선되는 모터.
  7. 제5항에 있어서,
    복수 개의 상기 스테이터 유닛이 원주 방향으로 배치됨에 따라, 상기 코일 권선부를 기준으로 외측에 제1 슬롯이 형성되고, 내측에 제2 슬롯이 형성되는 모터.
  8. 삭제
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