KR20120052322A - 전기 모터의 스테이터의 음향 디커플링을 위한 장치 - Google Patents

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KR20120052322A
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베른하르트 케슬러
크리슈티안 핑거
크리슈티안 슘파
치구오 왕
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브로제 파르초이크타일레 게엠베하 운트 코. 카게, 뷔르츠부르크
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Abstract

본 발명은, 스테이터의 양측에 배치되고 모터 샤프트와 동축이며 실질적으로 원통형인 2개의 디커플링 링을 갖춘 전기 모터의 스테이터의 음향 디커플링을 위한 장치로서, 각각의 디커플링 링은 일측에서 스테이터의 전방측에 고정되고 타측에서 스테이터를 둘러싸는 하우징에 고정되며, 그 둘레 표면 상의 리세스를 포함하는 것인 장치에 관한 것이다. 디커플링 링은 하우징으로부터 거리를 두고 센터링된 위치에 스테이터를 유지한다. 리세스는 목표하는 음향 디커플링을 가능하게 한다. 본 발명은 특히 자동차용 조향 시스템에서 전기 모터에 응용 가능하다.

Description

전기 모터의 스테이터의 음향 디커플링을 위한 장치{ARRANGEMENT FOR ACOUSTIC DECOUPLING OF A STATOR OF AN ELECTRIC MOTOR}
본 발명은 전기 모터의 스테이터의 음향 디커플링을 위한 장치에 관한 것이다.
자동차의 조향 시스템에서의 동력 보조 조향을 위한 전기 모터의 사용과 같은 다수의 용례에 있어서, 전기 모터에 의해 발생되는 음향 소음 또는 구조물 소음(structure-borne noise)은 현저한 제품 특성으로 간주된다. 전자기 회로의 구성에 따라 다양한 유형(축 방향, 반경 방향, 접선 방향 및/또는 회전형) 및 강도의 진동이 전기 모터에서 유발된다. 전기 모터의 전자기 회로의 구성은, 스테이터를 이루는 슬롯이 얼마나 많은가, 로터를 이루는 극 쌍이 얼마나 많은가, 어떠한 자석 기술 - 예컨대, 표면 자석 또는 포켓 자석 - 이 사용되는가 그리고 와인딩 기법(scheme)에 의해 주로 결정되며, 전술한 진동 유형 중 하나를 촉진시키는 음향 절충(acoustic compromise)을 항상 수반한다. 따라서, 전자기적 구성에 의해 해당 진동 유형 모두를 최적화하는 것은 단지 특정 수준까지만 가능하다. 통상적인 모터 구성은 일반적으로 스테이터와 이 스테이터를 수용하는 하우징 사이에 강성 연결부를 갖는다. 이는, 전기 모터의 전자기적 구성에 의해 억제될 수 없는 모든 진동이 하우징 및 하우징 상에 위치설정되는 기계 부품에 직접 전달되어, 큰 소음 발생을 초래한다는 것을 의미한다. 그러나, 이러한 높은 수준의 소음은 다수의 용례에서 허용 불가능하다.
전기 모터의 전자기적 구성에 의해 억제되지 않거나 또는 단지 부분적으로만 억제되는 진동 유형 또는 진동 성분을 최적화하기 위해 디커플링 또는 댐핑과 같은 구조 기계적 조치를 이용하는 것이 알려져 있다.
DE 10 2004 050 743 A1은, 엘라스토머 링과 같은 탄성 구성요소에 의해 진공 펌프의 하우징에 모터 스테이터가 현수되어, 모터 스테이터의 진동 디커플링을 유발시키는 것인 저진동 진공 펌프를 개시하고 있다.
그러나, 탄성 부품에 의한 디커플링의 경우, 모터 하우징에 스테이터를 충분히 고정 및 센터링(centering)하면서 동시에 충분한 음향 디커플링을 제공하기가 곤란하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 스테이터를 둘러싸는 하우징에서의 스테이터의 충분한 고정 및 센터링뿐만 아니라 충분한 음향 디커플링을 제공하는 것인 전기 모터의 스테이터의 음향 디커플링을 위한 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 전기 모터의 스테이터의 음향 디커플링을 위한 장치로서, 회전 가능한 모터 샤프트와 동심이 되도록 하우징에 배치되고 하우징의 내벽으로부터 거리를 두고 있는 스테이터와; 하우징에서 스테이터 내부에 배치되며 모터 샤프트와 회전식으로 결합되는 로터와; 모터 샤프트와 동심이 되도록 스테이터의 양측에 배치되고 하우징 그리고 스테이터의 단부면 양자 모두에 대해 각각 고정되며 그 둘레 표면에 리세스를 포함하는 것인 2개의 실질적으로 원통형인 디커플링 링을 포함하는 장치에 의해 달성된다.
디커플링 링의 둘레 표면에 마련되는 리세스는, 상기 진동이 하우징에 거의 전달되지 않도록 하는 방식으로, 예컨대 스테이터의 국지적인 변형에 의해 발생되는 진동의 양호한 보정을 유발한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 리세스는 디커플링 링의 둘레 표면에 걸쳐 균일하게 분포되고 및/또는 복수 개의 트랙에서 상호 오프셋되어 배치된다. 이러한 유형의 리세스의 배치는, 스테이터의 충분한 음향 디커플링을 달성할 수 있도록 해준다. 그러나, 리세스의 형상, 개수 및 배치는 원칙적으로 자유롭게 선택될 수 있으며, 바람직하게는 예컨대 특정 유형의 진동을 디커플링하는 특정 작업 및 특정 설치 조건에 적합하도록 되어 있다. 따라서 리세스는 목표하는 음향 디커플링을 가능하게 한다.
본 발명의 추가적인 실시예에 있어서, 스테이터를 향하는 디커플링 링의 단부면들 각각에 적어도 하나의 핀 또는 채널이 마련되며, 이 핀 또는 채널은 적용 가능하다면 스테이터의 대응하는 채널에서 결합되거나 또는 스테이터의 대응하는 핀을 수용한다. 따라서, 디커플링 링은 간단한 방식으로 스테이터에 대해 센터링된다.
스테이터로부터 멀리 떨어져 있는 디커플링 링의 단부면에는 또한 적어도 하나의 채널 또는 핀이 마련될 수 있으며, 이 채널 또는 핀은 적용 가능하다면 하우징의 대응하는 핀을 수용하거나, 또는 하우징의 대응하는 채널에서 결합된다. 따라서, 디커플링 링은 간단한 방식으로 하우징에서 회전식으로 고정된다.
본 발명의 추가적인 실시예는, 모터 샤프트의 축 방향으로, 디커플링 링이 각각, 스테이터를 향하며 스테이터의 외경 이하의 외경을 갖는 제1 서브 영역 및 스테이터로부터 멀리 떨어져 있고 스테이터의 외경보다 큰 외경을 갖는 제2 서브 영역을 포함하는 것을 제공한다. 디커플링 링의 이러한 구성은, 스테이터가 신뢰성 있게 간단한 방식으로 하우징의 내벽으로부터 거리를 두고 위치하게 될 수 있고 적어도 실질적으로 센터링된다는 것을 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 디커플링 링 중 적어도 하나는 단부 차폐부에 견고하게 연결되는데, 이 단부 차폐부는 모터 샤프트의 베어링을 수용한다. 추가적인 실시예에 있어서, 디커플링 링 중 적어도 하나는 또한 단부 차폐부와 일체로 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 모터 구성요소의 개수는 감소될 수 있고 이에 따라 제작 비용이 절감될 수 있다.
디커플링 링은 시트 금속 부품, 특히 스탬핑되고 압연된 시트 금속 부품인 것이 유리하다. 이러한 실시예는, 다량의 파편 없이 경제적인 제작 과정을 가능하게 한다. 이러한 제작 과정은 또한, 요구될 수 있는 임의의 직경 단차, 즉 디커플링 링의 제1 서브 영역과 디커플링 링의 제2 서브 영역 사이의 외경의 변화를 제공하기에 용이하도록 한다.
그러나, 디커플링 링은 또한 예컨대 딥 드로잉된 부품일 수 있고, 이는, 디커플링 링이 단부 차폐부와 일체로 형성되고 이에 따라 전체적으로 컵 형상의 구성요소가 형성되어야 할 때 특히 유리하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예에 의해 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
본 발명에 따르면, 스테이터를 둘러싸는 하우징에서의 스테이터의 충분한 고정 및 센터링뿐만 아니라 충분한 음향 디커플링을 제공하는 것인 전기 모터의 스테이터의 음향 디커플링을 위한 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 2는 스테이터 및 이 스테이터에 고정된 디커플링 링의 개략도이다.
도 3은 디커플링 링의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예의 개략도이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 개략적인 단면도이다. 전기 모터(11)의 스테이터(10)가 하우징(12) 내에 배치된다. 도시된 실시예에 있어서, 스테이터(10)는 내측 부분(10a) 및 외측 부분(10b)을 포함한다. 스테이터(10)는 하우징(12)에 닿지 않으며, 대신 하우징(12)의 내벽(13)으로부터 거리를 두고 배치된다. 로터(도시되어 있지 않음)는 스테이터(10)의 내부에 배치되며, 회전 가능한 모터 샤프트(역시 도시되어 있지 않음)와 회전식으로 결합된다. 모터 샤프트와 동심인 스테이터(10)가 배치된다. 디커플링 링(15)은 스테이터(10)의 양측에 마련되며, 예컨대 용접 조인트에 의해 스테이터(10)에 고착 또는 고정된다. 디커플링 링은 실질적으로 구조면에서 원통형이며, 모터 샤프트의 축 방향으로 스테이터(10)의 형성 표면을 실질적으로 지속시킨다. 그 둘레 표면의 서브 영역에서(도 2 참고), 디커플링 링(15)은 실질적으로 컵 형상의 하우징(12)에 고정된다. 디커플링 링은, 예컨대 압인 또는 수축 또는 대안으로 접착 결합에 의해 고정될 수 있다. 이러한 장치에 기초하여, 디커플링 링(15)은, 하우징(12)의 내벽(13)에 대해 이웃하고, 하우징(12)의 내벽(13)에 대해 적어도 실질적으로 센터링되도록 스테이터(10)를 위치시킨다.
리세스(16)가 디커플링 링(15)의 둘레 표면에 마련되고, 이 리세스는, 진동이 하우징(12)에 전달되지 않거나 또는 단지 약화된 형태로 하우징에 전달되도록 하고 이에 따라 스테이터(10)가 음향적으로 디커플링되도록 하는 방식으로 스테이터(10)의 진동을 보정하도록 구성된다. 도시된 실시예에서는, 슬롯 형태인 리세스(16)가 마련되며, 2개의 평행한 트랙 또는 열로 상호 오프셋되어 배치되고, 디커플링 링(15)의 둘레 표면에 걸쳐 균일하게 분포된다. 그러나, 리세스(16)의 형상, 개수 및 배치는 원칙적으로 자유롭게 선택될 수 있다. 스테이터(10)의 진동에 대한 디커플링 링(15)의 보정 효과는 기본적으로 리세스(16)의 형상, 개수 및 배치에 좌우되기 때문에, 리세스(16)의 구성 및 분포는 각각의 과제 및 각각의 주위 조건에 적합하게 되는 것이 유리하다. 단지 일부 형태의 진동만이 디커플링되도록 한다는 취지의 상기 과제는 변할 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예에 있어서, 디커플링 링(15)은 시트 금속 부품인데, 왜냐하면 이는 비용 효과적으로 생산될 수 있고 하우징(12)에서 스테이터(10)의 양호한 고정 및 센터링을 제공하기 때문이다. 디커플링 링(15)은, 스탬핑되고 압연된 시트 금속 부품일 수 있으며, 이는 다량의 파편 없이 경제적인 제작 과정을 가능하게 한다. 그러나, 대안으로, 디커플링 링(15)은, 예컨대 딥 드로잉된 부품일 수 있다. 물론, 탄소와 같이 시트 금속 이외의 다른 재료가 디커플링 링(15)에 사용될 수 있다. 중요한 것은 오직, 사용되는 재료가 스테이터(10)의 충분한 고정 및 센터링을 가능하게 하는 것, 그리고 스테이터(10)의 요구되는 디커플링을 제공하도록 하는 것 양자 모두에 적합하여야만 한다는 것이다.
도 1은 또한 2개의 단부 차폐부(17a 및 17b)를 도시한 것인데, 이들 단부 차폐부는 각각 모터 샤프트의 베어링(도시되어 있지 않음)을 수용한다. 도시된 실시예에 있어서, 제1 단부 차폐부(17a)는 하우징(12)과 일체로 형성되며, 제2 단부 차폐부(17b)는 디커플링 링(15)들 중 하나에 견고하게 연결되는 별도의 구성요소로서 형성된다. 디커플링 링(15)이 단부 차폐부(17a, 17b)와 일체로 형성되는 것도 또한 가능하다.
스테이터(10) 및 이 스테이터의 단부면(20)에 고정되는 디커플링 링(15)은 도 2에 어느 정도 더 상세하게 다시 도시되어 있다. 구체적으로, 핀(21)은 스테이터(10)를 향하는 디커플링 링의 단부면 상에서 볼 수 있는데, 이 핀은 스테이터(10)에 대해 디커플링 링(15)을 센터링하도록 스테이터(10)의 대응하는 채널에서 결합된다. 대안으로, 또한 채널이 디커플링 링(15) 상에 마련될 수 있으며, 이 경우에는 스테이터(10)의 대응하는 핀이 상기 채널에서 결합된다.
더욱이, 디커플링 링 중 적어도 하나, 즉 예에서 도시된 우측 디커플링 링은, 스테이터(10)로부터 멀리 떨어져 있는 단부면 상에 채널(22)을 포함하며, 상기 채널은 하우징(12) 상의 대응하는 핀(도시되어 있지 않음)을 수용하고 이에 따라 하우징(12)에서의 회전식 고정을 가능하게 한다. 대안으로, 핀이 이러한 동일한 목적을 위해 디커플링 링(15) 상에 마련될 수 있으며, 이러한 경우에는 하우징(12) 상의 대응하는 채널에서 결합된다.
도시된 실시예에 있어서, 디커플링 링(15)은 균일한 외경을 갖지 않는다. 제1 서브 영역(23)에 있어서, 스테이터(10)를 향할 때 외경은 실질적으로 스테이터(10)의 외경에 대응한다. 그러나, 스테이터(10)의 외경보다 작은 디커플링 링(15)의 외경도 또한 구상 가능하다. 반대로, 제2 서브 영역에 있어서, 스테이터(10)로부터 멀어질 때, 디커플링 링(15)은 스테이터(10)의 외경보다 큰 외경을 갖는다. 디커플링 링(15)은 오로지 디커플링 링(15)의 제2 서브 영역(24)에서만 하우징(12)에 고정된다. 디커플링 링(15)의 이러한 구성은, 하우징(12)에서 스테이터(10)의 신뢰성 있는 고정 및 센터링뿐만 아니라, 간단한 수단에 의한 스테이터(10)의 충분한 디커플링을 가능하게 한다.
도 3은 분리된 디커플링 링(15)의 사시도이다. 이러한 경우에 있어서, 앞서 개시된 특징 이외에도, 디커플링 링(15)이 스테이터(10)에 용접되도록 하는 융기부의 형태인 접촉 표면(31)은, 스테이터(10)를 향하는 디커플링 링(15)의 단부면 상에서 볼 수 있다. 그러나, 이러한 상황에서 용접은 디커플링 링(15)을 스테이터(10)에 고착시키거나 또는 고정하기 위한 다수의 가능한 방법 중 하나일 뿐이다. 도 3은, 또한 시임(32)을 도시한 것으로서, 상기 시임은 디커플링 링(15)이 스탬핑되고 압연된 시트 금속 부품일 때, 예컨대 이러한 형태 또는 유사한 형태로 나타나는 용접 시임일 수 있다.
도 4는, 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예를 도시한 것으로서, 전기 모터는 빌트인 모터로서 공지되어 있는 모터로서 구성되며, 작동을 위해 모터에 대해 마련된 설치 구멍에 설치되는 것인 제2 실시예를 도시한 것이다. 이러한 경우에 있어서, 도 1에 도시된 제1 실시예에서와는 달리, 컵 하우징의 형태인 하우징이 마련되는 대신 하우징은 사실상 설치 구멍에 의해 마련된다. 설치 구멍에 의해 형성되는 이러한 하우징(40)은, 도 4에 단지 개략적으로 도시되어 있는데, 디커플링 링(42)이 하우징(40)에 고정되는 디커플링 링(42)의 제2 서브 영역(41)에 4개의 입방형 표면으로서 도시되어 있다. 제1 실시예에서와 같이, 디커플링 링은 스테이터(10)의 단부면(20)에 고정될 뿐만 아니라 하우징(40)에 고정된다. 디커플링 링들은 또한 제1 실시예에서와 같이 그 둘레 표면 상에 리세스를 갖지만, 단순화를 위해 도 4에는 이들 리세스가 도시되어 있지 않다.
도 4의 실시예에 있어서, 본 발명의 관점에서 중요한, 도 1의 실시예와의 차이점은, 디커플링 링(42)이 단부 차폐부(43)와 일체로 형성되고, 이 단부 차폐부는 각각 모터 샤프트(도시되어 있지 않음)의 베어링(도시되어 있지 않음)을 수용한다는 것이다.
이러한 실시예에 있어서 구체적으로, 디커플링 링(42)은 딥 드로잉된 부품인 것이 유리한데, 왜냐하면 이러한 방식으로 디커플링 링(42)의 전체 컵 형상 구조가 비교적 적은 비용으로 고품질로 생산될 수 있기 때문이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 디커플링 링(15)의 작동, 배치, 구성 및 재료에 대해 행해진 진술은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 디커플링 링(42)에도 동등하게 적용된다.
10 : 스테이터 10a : 스테이터의 내측 부분
10b : 스테이터의 외측 부분 11 : 전기 모터
12 : 하우징 13 : 하우징의 내벽
15 : 디커플링 링 16 : 리세스
17a, 17b : 단부 차폐부 20 : 스테이터의 단부면
21 : 핀 22 : 채널
23 : 디커플링 링의 제1 서브 영역 24 : 디커플링 링의 제2 서브 영역
31 : 접촉 표면 32 : 시임
40 : 하우징 41 : 디커플링 링의 서브 영역
42 : 디커플링 링 43 : 단부 차폐부

Claims (14)

  1. 전기 모터(11)의 스테이터(10)의 음향 디커플링을 위한 장치로서,
    - 하우징(12; 40),
    - 스테이터(10)로서, 회전 가능한 모터 샤프트와 동심이 되도록 그리고 하우징(12; 40)의 내벽(13)으로부터 거리를 두도록 하우징(12; 40) 내에 배치되는 스테이터,
    - 로터로서, 하우징(12; 40) 내의 스테이터(10) 내부에 배치되며 모터 샤프트와 회전식으로 결합되는 로터, 및
    - 2개의 실질적으로 원통형인 디커플링 링(15; 42)으로서, 모터 샤프트와 동심이 되도록 스테이터(10)의 양측에 배치되며, 각각 스테이터(10)의 단부면(20) 및 하우징(12; 40) 양자 모두에 고정되고, 그 둘레 표면 상의 리세스(16)를 포함하는 디커플링 링
    을 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터(11)는, 특히 자동차용 조향 시스템에서 사용되는, 브리시리스 영구 여자형 전기 모터(brushless permanently excited electric motor)인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 디커플링 링(15; 42)은 하우징(12; 40)의 내벽(13)에 대해 이웃하고, 하우징(12; 40)의 내벽(13)에 대해 적어도 실질적으로 센터링(centering)되도록 스테이터(10)를 위치시키는 것인 장치.
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 리세스(16)는 디커플링 링(15; 42)의 둘레 표면에 걸쳐 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 리세스(16)는 복수 개의 트랙에서 상호 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 디커플링 링(15; 42)은 단지 상기 디커플링 링의 둘레 표면의 서브 영역(24; 41)에서만 하우징(12; 40)에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 스테이터(10)를 향하는 디커플링 링(15; 42)의 단부면들 각각에 적어도 하나의 핀(21) 또는 채널이 마련되며, 이 핀 또는 채널은 적용 가능하다면 스테이터의 대응하는 채널에서 결합되거나 또는 스테이터의 대응하는 핀을 수용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 스테이터(10)로부터 멀리 떨어져 있는 적어도 하나의 디커플링 링(15; 42)의 단부면에 적어도 하나의 채널(22) 또는 핀이 마련되며, 이 채널 또는 핀은 적용 가능하다면 하우징의 대응하는 핀을 수용하거나 또는 하우징의 대응하는 채널에서 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 모터 샤프트의 축 방향으로 상기 디커플링 링(15)은 각각, 스테이터(10)를 향하며 스테이터(10)의 외경 이하의 외경을 갖는 제1 서브 영역(23) 및 스테이터(10)로부터 멀리 떨어져 있고 스테이터(10)의 외경보다 큰 외경을 갖는 제2 서브 영역(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 디커플링 링(15; 42) 중 적어도 하나는 단부 차폐부(17a; 17b; 43)에 견고하게 연결되며, 이 단부 차폐부는 모터 샤프트의 베어링을 수용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 디커플링 링(15; 42) 중 적어도 하나는 단부 차폐부(17a; 17b; 43)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 디커플링 링(15; 42) 중 적어도 하나는 시트 금속 부품인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 디커플링 링(15; 42) 중 적어도 하나는 스탬핑되고 압연된 시트 금속 부품인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 디커플링 링(15; 42) 중 적어도 하나는 딥 드로잉된 부품인 것을 특징으로 하는 장치.
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