KR20160120068A - 스테이터 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 프릭션 토크를 저감할 수 있는 구조의 스테이터 및 모터에 관한 것으로, 헤드부에서 돌출되는 투스(tooth)가 마련되는 다수의 단위 스테이터 코어를 구비하며, 상기 다수의 단위스테이터 코어는 상호 인접하여 헤드부의 외주면이 원형상을 이루는 구조로 결합되며, 특히 상기 헤드부는,상기 투스의 일단에서 상기 헤드부의 외주면까지의 직선 거리가 상이한 단차영역이 적어도 2 이상 마련되는 구조의 스테이터를 제공할 수 있도록 한다.

Description

스테이터 및 이를 포함하는 모터{STATOR AND MOTOR USING THE SAME}

본 발명의 실시예는 프릭션 토크를 저감할 수 있는 구조의 스테이터 및 모터에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향의 안정성을 보장하기 위해 전동식조향장치(Electronic Power Streeing System}가 사용된다. 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 토크 앵글센서 및 토크센서 등에서 감지한 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다. 이러한 EPS시스템은 운전자가 조향을 하기 위해 핸들을 조작하는 토크를 모터가 보조하여 줌으로써, 보다 적은 힘으로 조향작업을 할 수 있도록 하는데, 상기 모터로는 BLDC모터가 사용된다. BLDC모터(Brushless DC 모터)의 주요부위는 스테이터와 로터로 구성되는데, 고정자에는 코일이 권취되고 회전자는 마그네트가 결합되어 상호 전자기적 상호작용에 의해 로터가 회전한다.

특히, EPS 모터의 중요한 특성은 모터가 회전하면서 발생하는 기계적 또는 마찰적 마찰성분인 프릭션토크(Friction Tourque)를 어떻게 저감할 수 있는지에 따라 모터의 성능이 달라지게 된다는 점이다.

본 발명의 실시에는 상술한 모터의 프릭션 토크를 저감하기 위해, 스테이터 코어의 헤드부에 상호 높이가 다른 단차영역을 2 이상 구현함으로써, 모터의 하우징 내부에 스테이터가 배치되는 경우, 마찰지수를 낮춰 프릭션 토크를 절감시킬 수 있도록 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는, 헤드부에서 돌출되는 투스(tooth)가 마련되는 다수의 단위 스테이터 코어를 구비하며, 상기 다수의 단위스테이터 코어는 상호 인접하여 헤드부의 외주면이 원형상을 이루는 구조로 결합되며, 특히 상기 헤드부는,상기 투스의 일단에서 상기 헤드부의 외주면까지의 직선 거리가 상이한 단차영역이 적어도 2 이상 마련되는 구조의 스테이터를 제공할 수 있도록 한다.

나아가, 본 발명의 실시예에 따르면, 모터하우징과 상기 모터하우징 내부에 배치되며, 헤드부에서 돌출되는 투스(tooth)가 마련되는 다수의 단위 스테이터 코어를 포함하는 상술한 구조의 스테이터, 그리고 상기 스테이터 중앙에 회전 가능하게 설치되며, 중앙에 형성된 통공과 마그네트 모듈을 포함하는 로터를 포함하며, 상기 스테이터는, 상기 헤드부는, 상기 투스의 일단에서 상기 헤드부의 외주면까지의 직선 거리가 상이한 단차영역이 적어도 2 이상 마련되며, 상기 적어도 2 이상 마련되는 단차영역중 어느 하나가 상기 모터하우징의 내주면과 접촉하는 모터를 구현할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 스테이터 코어의 헤드부에 상호 높이가 다른 단차영역을 2 이상 구현함으로써, 모터의 하우징 내부에 스테이터가 배치되는 경우, 마찰지수를 낮춰 프릭션 토크를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스테이터를 구성하는 단위 스테이터코어의 구조를 도시한 평면 개념도이며, 도 2는 도 1의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.도 3은 도 1 및 도 2의 단위스테이터 코어를 확장한 스테이터의 구조를 도시한 개념도이다.
도 4 및 도 5는 상술한 본 발명의 실시예에 따른 단차영역을 구비하는 스테이터(100)를 모터의 하우징(H)에 삽입하고, 로터(R)와 결합하여 모터를 구현하는 경우의 실제 이미지를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프릭션 저감 실험예의 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 다른 스테이터를 적용한 모터의 구조의 일예를 도시한 개념도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스테이터를 구성하는 단위 스테이터코어의 구조를 도시한 평면 개념도이며, 도 2는 도 1의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.도 3은 도 1 및 도 2의 단위스테이터 코어를 확장한 스테이터의 구조를 도시한 개념도이다.

본 발명의 실시예에 의한 스테이터 코어(100)는 복수 개의 분할 코어(110; 이하 '단위 스테이터 코어'라 한다.)의 연속적인 결합에 의해 구성된다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스테이터는, 헤드부(111)에서 돌출되는 투스(tooth;112)가 마련되는 다수의 단위 스테이터 코어(110)를 포함하며, 상기 다수의 단위스테이터 코어(100)는 상호 인접하여 헤드부의 외주면이 원형상을 이루는 구조로 결합된다. 특히, 이 경우, 상기 단위 스테이터코오(110)의 상기 헤드부(111)는, 상기 투스의 일단(A)에서 상기 헤드부의 외주면까지의 직선 거리가 상이한 단차영역(a2, a3)이 적어도 2 이상 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기 단차영역(a2, a3)은 도 1에 도시된 것과 같이, 일정한 곡률을 가지는 곡률면을 구현하는 상기 헤드부(111)의 외주면에 상기 투스의 일단 (A)에서 부터 측정할 경우의 직선거리가 서로 다른 구조의 영역으로 정의한다. 특히, 상기 단차영역은 일정한 곡률면을 가지는 구조의 영역을 구현하며, 이는 이후 모터 하우징 면에서 접촉하는 영역이 2 이상의 단차영역 중 더 높은 위치의 단차영역이 되도록 하며, 더 낮은 위치의 단차영역은 모터 하우징과 이격되는 이격부를 구현하여, 마찰면적을 줄일 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에서는 상기 단차영역을 단위 스테이터 코어의 헤드부에 2개를 구현하는 것을 일예로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이보다 더 많은 수의 단차영역을 구현하는 것도 가능하다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 상기 단차영역은, 상기 투스(112)의 중심축을 지나는 가상의 중심선(X)를 기준으로, 상기 중심선(X)에서 양방향으로 제1곡률면을 가지는 제1단차영역(a2)과, 상기 제1단차영역의 말단에서 연장되어, 상기 제1단차영역보다 상기 직선거리가 더 긴 제2곡률면을 가지는 제2단차영역(a2)을 포함하는 구조로 구현될 수 있다.(본 실시예에서는, 상기 제2단차영역(a2)가 상기 제1단차영역(a1) 보다 높은 높이를 가지는 구조를 예시하였으나, 이와 반대로, 제1단차영역이 더 높은 높이(직선거리)를 구비하는 구조로 구현하는 것도 가능하다.)

나아가, 상기 중신선(X)과 상기 헤드부의 외주면이 마주하는 지점에 상기 투스가 마련된 방향으로 형성되는 단차홈부(a1)가 더 마련될 수 있다. 상기 단차홈부(a1)은 상기 제1단차영역(a2)보다 깊은 깊이를 가지는 구조로 구현될 수 있다.

나아가 도시되지는 않았으나, 일정한 곡률표면이 구현되는 제1단차영역이나 상기 제2단차영역의 표면에는 상기 단차홈부와 같은 구조의 오목한 구조로 요입되는 다수의 미세한 홈패턴인 프릭션 저감패턴이 구현되어 마찰지수를 더욱 낮게 구현할 수도 있다.

도 1에서 도시된 구조의 단위 스테이터 코어는, 도 2에 도시된 것과 같이, 제1단차영역의 곡률면이 가지는 곡률을 연장하는 경우 발생하는 가상의 원의 반경(R2)과, 상기 제2단차영역의 곡률면이 가지는 곡률을 연장하는 경우, 발생하는 가상의 원의 반경(R1) 서로 다른 구조를 구현할 수 있게 된다.

특히, 이 경우 다수의 단위 스테이터 코어를 결합하여 스테이터를 도 3과 같이 구현하는 경우, 스테이터의 외주면은 도 2에서 반경(R1)을 가지는 가상의 원과 일치하도록 할 수 있다. 즉, 상호 인접하여 배치되는 단위 스테이터 코어에서 가장 높은 높이를 가지는 제2단차영역(a3)는 모두 균일한 높이와 곡률을 가지도록 해, 다수가 결합하는 경우에도 높이 편차를 제거하여 외부 하우징과의 마찰을 저감할 수 있도록 한다.

도 4 및 도 5는 상술한 본 발명의 실시예에 따른 단차영역을 구비하는 스테이터(100)를 모터의 하우징(H)에 삽입하고, 로터(R)와 결합하여 모터를 구현하는 경우의 실제 이미지를 도시한 것이다.

도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 단차영역을 구현하는 부분과 모터의 하우징의 내부면의 접촉영역(Y)을 확대하여 보면, 단위 스테이터 코어의 헤드부에 제1단차영역과 모터의 하우징 내표면과의 이격부가 구현되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 이격부의 존재는 모터의 하우징(H)과 스테이터의 접촉면적을 줄여 전체적으로 프릭션 저감을 구현할 수 있게 된다.

아래의 표 1은 동일한 규격의 단위 스테이터 코어를 구현하고, 여기에 본 발명의 단차영역을 구현한 실시예와 프릭션 토크를 비교한 결과를 나타낸다. 이 경우, 도 1의 구조에서 중심선(X)을 기준으로, 제1단차영역은 중심선의 좌우 방향으로 5mm 구간을 형성하였다. 실험시 구동 출력은 30rpm으로 균일하게 적용하였다.

{표 1}

표 1의 결과에서 확인할 수 있듯이, 동일한 규격의 단위스테이터 코어에 본 발명의 실시예에 따른 단차영역이 구현된 경우의 실시예에서 프릭션 토크가 최대 25% 가지 감소됨을 확인할 수 있다.

이 결과는 도 6에 도시된 표와 같이, 기존 제품의 프릭션 토크의 지수보다 본 발명의 단차영역(Gap) 구현 예에서 현저하게 감소하는 그래프로도 명확하게 차이가 드러남을 알 수 있다.

이하에서는, 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 모터용 스테이터 코어가 적용된 전동 파워 스티어링용(EPS) 모터의 구현예에 대해 설명하도록 한다. 다만, 실시예에 따른 스테이터 코어는 다양한 모터에 적용될 수 있음은 물론이다. 본 실시예에서는 전동 파워 스티어링용 모터를 예시하여 설명한다.

도 7을 참조하면, 모터 하우징(H) 및 상기 하우징(H)과 결합된 브라켓(30)이 마련된다. 상기 하우징(H)은 상면은 개방되고, 하면은 중앙부에 지지관(11)이 돌출된다. 그리고, 상기 브라켓(30)은 상기 하우징(H)의 상부에 결합되어 내부 공간을 형성한다. 상기 지지관(11)에는 제1 베어링(31)이 설치되고, 상기 브라켓(30)에는 제2 베어링(32)이 설치된다. 상기 제1 베어링(31) 및 제2 베어링(32)에는 회전축(400;샤프트)이 접촉 지지되는데, 상기 회전축(400)의 상부는 상기 제2 베어링(32)에 의해 지지되고 상기 회전축(400)의 하부는 상기 제1 베어링(31)에 의해 지지된다.

상기 회전축(400)의 상단부는 상기 브라켓(30)을 관통하여 상측으로 돌출되고, 조향축(미도시)과 연결되는 기구물(60)과 결합된다. 상기 하우징(H) 내부에는 스테이터와 로터가 설치된다. 상기 로터는 상기 회전축(400)과 결합되는 로터 코어(320)와, 상기 로터 코어(320)의 외주면에 결합되는 마그네트(310)를 포함한다. 본 실시예에서는 마그네트가 로터코어의 외주면에 결합하는 구조를 예로 들었으나, 이와는 달리 로터코어 내부에 마그네트가 삽입되는 구조로 구현된 구조를 적용할 수도 있다. 그리고, 상기 스테이터는 상기 마그네트(310)와 하우징(110) 사이에 배치된 스테이터 코어(200)와, 상기 스테이터 코어(200)에 권선된 코일(230)을 포함한다.

이 경우, 상기 스테이터를 구성하는 단위 스테이터 코어의 구조는, 도 1 내지 도 5에서 상술한 구조로, 단차영역이 구현된 구조를 적용할 수 있다. 상술한 구조에서 상기 스테이터에서 발생되는 자기장과, 상기 로터에서 발생되는 전기장이 서로 작용하여 상기 회전축(400)이 회전된다.

한편, 상기 회전축(400)에는 센싱 플레이트(190)가 결합되어 상기 회전축(400)과 함께 회전하고, 상기 센싱 플레이트(190)에는 센싱 마그네트(50)가 설치된다. 그리고, 상기 브라켓(30)에는 회로기판(10)이 설치되고, 상기 회로기판(10)에는 상기 센싱 마그네트(50)를 대향하는 센싱 소자(20)가 설치될 수 있다. 상기 센싱 소자(20)는 상기 센싱 마그네트(50)가 회전된 정도를 감지하여 상기 센싱 마그네트(50)가 결합된상기 센싱 플레이트(190) 및 상기 회전축(400)의 회전된 정도를 감지한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 스테이터
110: 단위 스테이터 코어
111: 헤드부
112: 투스(tooth)
a1: 단차홈부
a2, a3: 단차영역

Claims (9)

1. 헤드부에서 돌출되는 투스(tooth)가 마련되는 다수의 단위 스테이터 코어;
   상기 다수의 단위스테이터 코어는 상호 인접하여 헤드부의 외주면이 원형상을 이루는 구조로 결합되며,
   상기 헤드부는,
   상기 투스의 일단에서 상기 헤드부의 외주면까지의 직선 거리가 상이한 단차영역이 적어도 2 이상 마련되는 스테이터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단차영역은,
   상기 투스의 중심축을 지나는 가상의 중심선(X)를 기준으로, 상기 중심선에서 양방향으로 제1곡률면을 가지는 제1단차영역;
   상기 제1단차영역의 말단에서 연장되어, 상기 제1단차영역보다 상기 직선거리가 더 긴 제2곡률면을 가지는 제2단차영역;
   을 포함하는 스테이터.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 단위 스테이터 코어는,
   상기 제1단차영역 또는 상기 제2단차영역의 표면에서 깊이방향으로 요입되는 프릭션 저감패턴;을 더 포함하는 스테이터.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 중신선(X)과 상기 헤드부의 외주면이 마주하는 지점에 상기 투스가 마련된 방향으로 형성되는 단차홈부;
   를 더 포함하는 스테이터.
   
5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 다수의 단위 스테이터 코어는,
   상호 인접하는 단위 스테이터 코어의 헤드부의 제2단차영역의 측면이 밀착하되,
   상호 밀착하는 상기 제2단차영역은 동일한 곡률을 가지는 스테이터.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 다수의 단위스테이터코어는 일체형 구조로 상호 연결되는 스테이터.
   
7. 모터하우징;
   상기 모터하우징 내부에 배치되며, 헤드부에서 돌출되는 투스(tooth)가 마련되는 다수의 단위 스테이터 코어를 포함하는 스테이터;
   상기 스테이터 중앙에 회전 가능하게 설치되며, 중앙에 형성된 통공과 마그네트 모듈을 포함하는 로터;를 포함하며,
   상기 스테이터는,
   상기 헤드부는, 상기 투스의 일단에서 상기 헤드부의 외주면까지의 직선 거리가 상이한 단차영역이 적어도 2 이상 마련되며,
   상기 적어도 2 이상 마련되는 단차영역중 어느 하나가 상기 모터하우징의 내주면과 접촉하는 모터.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 스테이터는,
   상기 다수의 단위스테이터 코어가 상호 인접하여 헤드부의 외주면이 원형상을 이루는 구조로 결합되며,
   상기 헤드부의 외주면이 구현하는 원의 중심을 중심으로 하여 상기 단차영역이 구현하는 곡률에 따른 가상의 원을 구현하는 경우,
   반경이 서로 다른 적어도 2 이상의 원이 형성되는 구조의 모터.
   
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
   상기 단차영역은,
   상기 투스의 중심축을 지나는 가상의 중심선(X)를 기준으로, 상기 중심선에서 양방향으로 제1곡률면을 가지는 제1단차영역;
   상기 제1단차영역의 말단에서 연장되어, 상기 제1단차영역보다 상기 직선거리가 더 긴 제2곡률면을 가지는 제2단차영역;을 포함하며,
   상기 제2단차영역의 제2곡률면이 상기 모터하우징의 내부면과 접촉하는 구조의 모터.

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