KR20160127944A - 차량용 모터 - Google Patents

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Abstract

모터를 소형화하되 모터의 성능은 향상시킬 수 있는 차량용 모터가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터는 차량에 적용되는 차량용 모터에 있어서, 샤프트와, 샤프트의 전방을 지지하는 프런트베어링과, 교류전류를 입력 받아 유도전류를 발생시키는 회전변압기와, 유도전류를 직류전류로 정류하는 정류기와, 직류전류를 전달받아 샤프트를 회전시키는 로터 및 스테이터를 포함하고, 회전변압기는 각각 코일이 권선되어 서로 이격되어 마주보는 변압스테이터 및 변압로터로 마련된다.

Description

차량용 모터{Motor for vehicle}
본 발명은 차량용 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터를 소형화하되 모터의 성능은 향상시킬 수 있는 차량용 모터에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 엔진을 통해 구동된다. 엔진 구동을 위해 휘발유나 경유 등 다양한 탄소 기반 원료들이 사용되고, 이로 인해 탄소 가스가 많이 배출될 수 있다. 따라서, 자동차에서 배출되는 탄소 가스를 줄이기 위해, 전기 배터리를 이용하여 자동차를 구동하는 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 대한 개발이 많이 이루어지고 있다.
전기자동차는 배터리에 충전된 전기를 통해 모터를 구동하여 자동차가 구동되는 자동차를 의미한다. 하이브리드 자동차는 조건에 따라, 엔진과 모터를 선택적 또는 병행적으로 구동하는 자동차를 의미한다. 따라서, 하이브리드 자동차 또한 전기자동차라 할 수 있다. 왜냐하면, 하이브리드 자동차 또한 배터리를 이용하는 구동모터를 포함하고 있기 때문이다.
모터를 이용한 전기자동차의 성능은 모터의 성능과 매우 밀접하다. 따라서, 모터의 성능이 전기자동차의 성능을 좌우할 수 있으므로, 모터의 성능은 매우 중요하다고 할 수 있다.
전기자동차 구동용 모터뿐만 아니라 일반적인 모터에 있어서도, 토크 리플은 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 토크 리플은 출력 토크가 균일하게 나타나지 않고 불균형하게 나타나는 현상을 의미한다. 이러한 토크 리플은 안정적인 출력을 방해하고, 모터의 진동과 소음을 유발한다.
또한, 토크 리플은 모터의 제어를 더욱 어렵게 한다. 왜냐하면, 피드백되는 출력 토크값이 현재의 평균 출력 토크값이 아닌 비정상적인 토크 리플값으로 피드백될 수 있기 때문이다. 따라서, 이러한 토크 리플값을 작게 하는 것이 매우 바람직하다. 따라서, 대형 모터 특히 전기자동차 구동용 모터에서 토크 리플을 저감시키는 것이 매우 중요하다.
토크 리플을 줄이기 위해서, 정현파 전류를 인가하는 방법이 제시되어 있다. 그러나, 이 경우 스테이터와 로터 사이의 갭에서 전류분포를 완전한 정현파로 만드는 것이 용이하지 않다. 따라서, 정현파 전류 인가를 통한 토크 리플의 저감에는 한계가 있다.
또한, 로터의 형상을 기울어지게(skew) 형성하여 토크 리플을 저감시키는 방법이 제시되어 있다. 즉, 상기 로터가 회전함에 따라 로터의 길이 방향 전방에서 후방으로 자극이 순차적으로 변화되도록 로터의 형상을 형성하는 방법이라 할 수 있다. 따라서, 자극이 급격히 변하는 것을 방지하여 토크 리플을 줄일 수 있다. 그러나 이러한 방법은 로터의 제작이 용이하지 않은 문제가 있다.
또한, 전술한 방법들은 출력 토크가 저감되는 문제가 있으며, 아울러 계자 권선 모터의 경우에는 로터의 형상을 변경하는 것이 용이하지 않다. 왜냐하면, 로터에 계자 코일을 권선해야 하기 때문이다. 특히, 계자 권선 모터의 경우에는, 로터의 형상을 기울어지게(skew) 형성하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 계자 코일을 권선하는 것은 더욱 어려운 문제가 될 수 있다.
아울러, 계자 권선 모터의 경우에는, 로터 코어뿐만 아니라 계자 코일이 함께 회전하기 때문에, 원심력이 매우 크게 된다. 특히, 전기자동차용 구동모터에서의 스테이터의 반경이 100 mm를 초과할 수 있다. 이는 스테이터의 크기에 비례하여 로터의 크기도 매우 커지고, 따라서 로터의 무게도 매우 크다는 것을 알 수 있다. 아울러, 계자 코일로 인하여 로터의 무게가 더욱 커질 수 있다.
그러므로, 로터의 회전에 의한 큰 원심력으로 인해 로터의 형상 설계에 제약이 따르게 된다. 그리고, 계자 권선 모터의 경우 로터의 형상 설계에는 더욱 큰 제약이 따르게 된다.
공개특허공보 제10-2014-0056848호(2014.05.12. 공개)
본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터는 모터의 소형화 또는 모터의 소형화에 따른 차량 내부의 공간활용도를 향상할 수 있는 차량용 모터를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량에 적용되는 차량용 모터에 있어서, 샤프트와, 상기 샤프트의 전방을 지지하는 프런트베어링과, 교류전류를 입력 받아 유도전류를 발생시키는 회전변압기와, 상기 유도전류를 직류전류로 정류하는 정류기와, 상기 직류전류를 전달받아 상기 샤프트를 회전시키는 로터 및 스테이터를 포함하고, 상기 회전변압기는 각각 코일이 권선되어 서로 이격되어 마주보는 변압스테이터 및 변압로터로 마련되는 차량용 모터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 프런트베어링은 일측은 프런트케이스에 고정되고 다른 일측은 프런트케이스에 결합되는 베어링스토퍼에 고정되고, 상기 베어링스토퍼는 상기 변압스테이터의 일측을 고정하고, 상기 변압로터는 상기 샤프트의 외측에 고정되는 차량용 모터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 변압스테이터의 다른 일측을 고정하는 보조스토퍼가 더 마련되는 상기 프런트차량용 모터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 변압스테이터는 상기 교류전류를 입력 받고, 상기 교류전류의 교류 신호에 따라 상기 변압로터가 상기 유도전류를 발생시키는 차량용 모터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 유도전류는 상기 정류기로 전달되고, 상기 유도전류는 상기 정류기에 의해 상기 직류전류로 변환되는 차량용 모터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 직류전류는 상기 샤프트에 고정된 상기 로터로 전달되며, 상기 직류전류가 흐르는 상기 로터는 상기 스테이터와 반응하여 상기 샤프트를 일 방향으로 지속적으로 회전시키는 차량용 모터가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터는 회전변압기를 마련하여 비접촉식으로 전류를 제공함으로써, 모터의 내구성 및 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터는 베어링스토퍼가 프런트베어링을 고정하는 동시에 변압스테이터를 고정함으로써, 부품수가 줄어 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터는 부품수가 감소하여 모터를 소형화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터의 결합 상태를 개략적으로 나타내는 분해단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터의 결합 상태를 개략적으로 나타내는 분해단면도이다.
도 1과 도 2에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터는 일단에 풀리(P)가 결합되는 샤프트(S)와, 샤프트(S)가 관통하도록 중공부가 마련되는 프런트케이스(10) 및 리어케이스(11)와, 프런트케이스(10)에 마련되어 샤프트(S)의 전방부를 고정 지지하는 프런트베어링(20)과, 리어케이스(11)에 마련되어 샤프트(S)의 후방부를 고정 지지하는 리어베어링(21)과, 교류전류를 입력 받아 유도전류를 발생시키는 회전변압기와, 교류전류에 의해 유도된 유도전류를 직류전류로 정류하는 정류기(70)와, 샤프트(S)에 결합 고정되어 샤프트(S)를 회전시키는 로터(80) 및 스테이터(90)를 포함한다.
샤프트(S)는 일반적인 모터에 사용되는 바와 같이, 전기 에너지에 의해 변화된 회전 에너지를 전달하는 역할을 한다. 도 1 및 도 2에서 도시된 샤프트(S)는 본 발명의 실시예에 따른 일례로서 그 구체적인 형상은 한정되지 않고 통상의 기술자에 의해 다양한 형상으로 마련될 수 있을 것이다.
프런트케이스(10)는 샤프트(S)가 관통할 수 있도록 중공부가 마련되어 있으며, 샤프트(S)의 전방에 고정되게 마련되어 후술할 각 부품을 고정 지지하는 역할을 할 수 있다. 프런트케이스(10) 또한, 일반적인 모터에서 적용되는 바와 동일한 기능을 수행할 수 있으며 구체적인 형상은 한정되지 않는다.
프런트베어링(20)은 샤프트(S)와 프런트케이스(10) 사이에 마련되어 샤프트(S)를 고정지지하되 회전이 가능하도록 한다. 프런트베어링(20)의 일측은 프런트케이스(10)에 의해 이동이 제한되게 고정되고, 다른 일측은 후술할 베어링스토퍼(30)에 의해서 고정될 수 있다.
베어링스토퍼(30)는 중공부가 마련되며 프런트베어링(20)의 다른 일측을 고정 지지하는 역할을 하게 된다. 또한, 베어링스토퍼(30)는 프런트베어링(20)을 고정하는 동시에 후술할 회전변압기의 변압스테이터(40) 또한 고정할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.
베어링스토퍼(30)가 프런트베어링(20)과 변압스테이터(40)를 동시에 고정할 수 있음으로써, 기존의 모터에서 프런트베어링(20)과 변압스테이터(40)를 개별적으로 고정지지하기 위해 사용되는 부품을 줄일 수 있다. 위와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 베어링스토퍼(30)는 기존보다 부품을 줄일 수 있어 원가를 절감하는 동시에 모터의 소형화가 가능할 수 있게 된다.
회전변압기는 전술한 바와 같이, 교류전류를 입력받아 유도전류를 발생시키는 기능을 수행한다. 회전변압기는 전술한 베어링스토퍼(30)에 고정되어 교류전류를 입력받는 변압스테이터(40)와, 샤프트(S)의 외측면에 고정되어 변압스테이터(40)에 흐르는 교류전류로부터 유도된 유도전류를 발생시키는 변압로터(50)를 포함한다.
변압스테이터(40)는 일측과 외측이 베어링스토퍼(30)에 의해 고정 지지되며, 변압스테이터(40)의 다른 일측은 베어링스토퍼(30)와 결합되는 보조스토퍼(60)가 더 마련되어 고정된다. 즉, 조스토퍼는 변압스테이터(40)의 다른 일측을 지지함으로써 변압스테이터(40)를 고정할 수 있다.
변압스테이터(40)는 내측면에 코일이 권선되어 이 코일을 따라 교류전류가 흐르게 된다. 도 1 및 도 2에서 도시된 변압스테이터(40)에 권선되는 코일의 구체적인 위치관계는 본 발명의 실시예에 따른 일례로서 한정되지 않고 통상의 기술자에 의해 다양하게 적용되어 마련될 수 있을 것이다.
변압로터(50)는 샤프트(S)의 외측면에 고정되며 변압스테이트와 일정한 간격을 유지하도록 이격되어 마련된다.
변압로터(50)는 외측면에 코일이 권선되며 변압스테이터(40)에 권선된 코일에 흐르는 교류전류로 인한 교류 신호에 의해 변압로터(50)의 코일에 유도전류가 발생되게 된다. 변압로터(50)에서 발생된 유도전류는 정류기(70)에 전달되게 된다.
위와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 회전변압기를 차량용 모터에 적용함으로써 비접촉식의 전류공급이 가능하여 모터의 내구성 및 품질성능이 향상될 수 있다.
정류기(70)는 샤프트(S)의 외측면에 고정 결합되게 마련된다. 정류기(70)는 유도전류를 입력 받고 정류기(70)의 제어부(71)에 의하여 교류 신호로 이루어진 유도전류를 직류전류로 정류하는 기능을 수행한다.
제어부(71)는 통상의 기술자가 미리 입력한 알고리즘 시스템에 의해 통상의 기술자가 원하는 상태의 직류전류를 얻을 수 있도록 정류기(70)를 제어할 수 있다.
로터(80)는 샤프트(S)의 외측면에 고정 결합되고, 정류기(70)로부터 발생된 직류전류를 입력 받게 된다. 직류전류가 흐르는 로터(80)는 영구자석이 마련되는 스테이터(90)와 반응하여 일 방향으로 지속적인 회전이 가능하게 된다. 로터(80)의 회전은 모터의 샤프트(S)를 회전시킴으로써 모터의 동작을 가능하게 한다.
로터(80)와 스테이터(90)는 일반적인 직류모터의 기능과 동일한 방법으로 작동하게 되는 것으로 도 1 및 도 2에서 도시된 로터(80) 및 스테이터(90)의 형상은 한정되지 않고 통상의 기술자에 의해 다양한 형상으로 구현될 수 있을 것이다.
리어케이스(11)는 샤프트(S)가 관통되도록 중공부가 마련되어 샤프트(S)의 후방에 마련된다. 리어케이스(11)는 샤프트(S)의 후방에 고정되게 마련되어 전술한 각 부품을 고정 지지하는 역할을 할 수 있다. 리어케이스(11) 또한, 일반적인 모터에서 적용되는 바와 동일한 기능을 수행할 수 있으며 구체적인 형상은 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2에서 도시된 본 발명의 실시예에 따른 프런트케이스(10) 및 리어케이스(11)와 스테이터(90)에 있어서 스테이터(90)의 양측에 프런트케이스(10)와 리어케이스(11)가 결합되도록 도시하였으나, 이는 일례로서 형상 및 위치결합관계에 한정되지 않고 통상의 기술자에 의해 다양한 형상 또는 다양한 위치결합관계에 의해 마련될 수 있을 것이다.
리어베어링(21)은 샤프트(S)와 리어케이스(11) 사이에 마련된다. 리어베어링(21)은 샤프트(S)를 고정지지하되 샤프트(S)의 회전이 가능하도록 한다.
다음으로는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터의 조립 과정에 대해서 설명하도록 하겠다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터의 조립과정은 우선적으로 프런트케이스(10)가 마련되고 프런트케이스(10)의 중앙부에 프런트베어링(20)이 고정된다.
프런트베어링(20)이 프런트케이스(10)에 고정되면 베어링스토퍼(30)가 그 외측면을 밀착하여 나사결합하여 고정할 수 있다.
베어링스토퍼(30)의 중앙부에 변압스테이터(40) 및 변압로터(50)가 위치되고 그 외측 면을 보조스토퍼(60)가 밀착하여 나사결합하여 고정할 수 있다.
이 다음으로는 위에서 결합된 프런트케이스(10), 프런트베어링(20), 베어링스토퍼(30), 변압스테이터(40), 변압로터(50), 및 보조스토퍼(60)의 중공부를 관통하여 고정 결합된다. 이 때, 샤프트(S)의 외측면에 마련되는 단차부에 따라 샤프트(S) 결합의 순서는 통상의 기술자에 의해 변경될 수 있다.
다음으로 정류기(70)가 샤프트(S)에 고정되게 설치되고, 그 후방으로 로터(80)가 샤프트(S)에 고정되게 설치될 수 있다.
스테이터(90)는 로터(80)의 외측면에 이격되게 설치되되, 양측면에 프런트케이스(10)와 리어케이스(11)가 결합되어 고정된다.
위와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터는 회전변압기를 적용함으로써 비접촉 전류 공급이 가능하게 되었으며 이로 인하여 모터의 내구성 및 작동 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 모터는 회전변압기의 적용함에 베어링스토퍼(30)의 형상을 변경하여 베어링스토퍼(30)가 프런트베어링(20)과 회전변압기의 변압스테이퍼를 동시에 고정 지지할 수 있으며, 이로 인한 부품수 감소로 모터의 소형화와 원가절감을 할 수 있다.
또한, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
P: 풀리 S: 샤프트
10: 프런트케이스 11: 리어케이스
20: 프런트베어링 21: 리어베어링
30: 베어링스토퍼 40: 변압스테이터
50: 변압로터 60: 보조스토퍼
70: 정류기 71: 제어부
80: 로터 90: 스테이터

Claims (6)

  1. 차량에 적용되는 차량용 모터에 있어서,
    샤프트와, 상기 샤프트의 전방을 지지하는 프런트베어링과, 교류전류를 입력 받아 유도전류를 발생시키는 회전변압기와, 상기 유도전류를 직류전류로 정류하는 정류기와, 상기 직류전류를 전달받아 상기 샤프트를 회전시키는 로터 및 스테이터를 포함하고,
    상기 회전변압기는 각각 코일이 권선되어 서로 이격되어 마주보는 변압스테이터 및 변압로터로 마련되는 차량용 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프런트베어링은 일측은 프런트케이스에 고정되고 다른 일측은 프런트케이스에 결합되는 베어링스토퍼에 고정되고, 상기 베어링스토퍼는 상기 변압스테이터의 일측을 고정하고, 상기 변압로터는 상기 샤프트의 외측에 고정되는 차량용 모터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변압스테이터의 다른 일측을 고정하는 보조스토퍼가 더 마련되는 상기 프런트차량용 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변압스테이터는 상기 교류전류를 입력 받고, 상기 교류전류의 교류 신호에 따라 상기 변압로터가 상기 유도전류를 발생시키는 차량용 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유도전류는 상기 정류기로 전달되고, 상기 유도전류는 상기 정류기에 의해 상기 직류전류로 변환되는 차량용 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직류전류는 상기 샤프트에 고정된 상기 로터로 전달되며, 상기 직류전류가 흐르는 상기 로터는 상기 스테이터와 반응하여 상기 샤프트를 일 방향으로 지속적으로 회전시키는 차량용 모터.
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