KR20180091278A - 로터 및 이를 구비하는 모터 - Google Patents

로터 및 이를 구비하는 모터 Download PDF

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KR20180091278A KR1020170016229A KR20170016229A KR20180091278A KR 20180091278 A KR20180091278 A KR 20180091278A KR 1020170016229 A KR1020170016229 A KR 1020170016229A KR 20170016229 A KR20170016229 A KR 20170016229A KR 20180091278 A KR20180091278 A KR 20180091278A
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Abstract

본 발명은 삽입홀이 형성된 로터 코어; 및 상기 삽입홀에 배치되는 마그넷;을 포함하며, 상기 로터 코어는, 상기 마그넷의 내측에 배치되는 코어 본체; 마그넷의 외측에 배치되는 돌극부; 브릿지부; 및 상기 브릿지부와 상기 마그넷 사이에 형성되는 공극부를 포함하고; 상기 브릿지부는, 상기 돌극부 사이를 연결하는 브릿지; 및 상기 코어 본체와 상기 브릿지를 연결하는 격벽부를 포함하며, 상기 공극부의 일 영역은 상기 마그넷과 상기 브릿지 사이에 배치되는 로터 및 이를 구비하는 모터에 관한 것이다. 이에 따라, 브릿지 영역에서 자속 누설을 감소시킴으로써 자기 특성을 개선할 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 타입)과 매립형(IPM(Interior Permanent Magnet) 타입으로 구분될 수 있다.
특히, IPM 타입의 로터의 경우 브릿지(Bridge)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 브릿지는 로터 코어에 의해 누설되는 자속의 수를 최소화하기 위해 인접한 다른 극의 마그넷으로 연결되는 자로의 역할을 수행한다.
이에, 상기 브릿지의 폭을 얇게 만드는 설계가 지속적으로 진행되고 있다.
다만, 상기 브릿지의 형상이 IPM 타입의 모터의 성능에 큰 영향을 미치기 때문에 폭이 얇을수록 유리하지만, 로터 코어의 제조상 이유 및 물리적 이유(마그넷 지지)로 상기 브릿지에 대한 폭의 한계가 존재한다.
따라서, 누설되는 자속의 감소 및 역기전력의 파형을 더욱 안정적인 사인 파형(Sign wave)로 변형시킬 수 있는 브릿지 형상이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 브릿지 부분의 자속 누설을 감소시켜 자기 특성을 개선한 모터를 제공한다.
즉, 마그넷을 지지하는 물리적 특성을 유지하도록 브릿지의 구조적 한계에 의한 모터의 성능을 유지하면서도, 브릿지를 통한 자속 누설을 감소시켜 품질을 향상시킬 수 있는 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, 삽입홀이 형성된 로터 코어; 및 상기 삽입홀에 배치되는 마그넷;을 포함하며, 상기 로터 코어는, 상기 마그넷의 내측에 배치되는 코어 본체; 마그넷의 외측에 배치되는 돌극부; 브릿지부; 및 상기 브릿지부와 상기 마그넷 사이에 형성되는 공극부를 포함하고; 상기 브릿지부는, 상기 돌극부 사이를 연결하는 브릿지; 및 상기 코어 본체와 상기 브릿지를 연결하는 격벽부를 포함하며, 상기 공극부의 일 영역은 상기 마그넷과 상기 브릿지 사이에 배치되는 로터에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 마그넷의 측면과 상기 로터 코어의 중심(C1)을 잇는 가상의 선(L1)을 기준으로 상기 공극부는, 상기 마그넷의 측면과 상기 브릿지부 사이에 배치되는 제1 공극; 및 상기 마그넷과 상기 브릿지 사이에 배치되는 제2 공극을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2 공극의 반지름 방향 폭(W1)은 상기 제1 공극측으로 갈수록 증가할 수 있다.
그리고, 원주 방향으로 형성되는 상기 제1 공극의 폭(W2)이 증가함에 따라 상기 브릿지의 길이가 연장될 수 있다.
한편, 상기 로터 코어는 판상으로 형성된 복수 개의 로터 코어부재가 적층되어 형성되며, 상기 브릿지의 반지름 방향 폭(W3)은 상기 로터 코어부재의 두께와 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 마그넷은 8개로 제공될 수 있다.
또한, 상기 공극부는 원주 방향을 기준으로 상기 마그넷의 중심(C2)과 상기 로터 코어의 중심(C1)을 지나는 기준선(L2)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 공극부는 로터 코어의 상단에서 하단까지 길게 형성될 수 있다.
상기 과제는 실시예에 따라, 회전축; 상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터; 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 로터는 삽입홀이 형성된 로터 코어; 및 상기 삽입홀에 배치되는 마그넷;을 포함하며, 상기 로터 코어는, 상기 마그넷의 내측에 배치되는 코어 본체; 마그넷의 외측에 배치되는 돌극부; 브릿지부; 및 상기 브릿지부와 상기 마그넷 사이에 형성되는 공극부를 포함하고; 상기 브릿지부는, 상기 돌극부 사이를 연결하는 브릿지; 및 상기 코어 본체와 상기 브릿지를 연결하는 격벽부를 포함하며, 상기 공극부의 일 영역은 상기 마그넷과 상기 브릿지 사이에 배치되는 모터에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 마그넷의 측면과 상기 로터 코어의 중심(C1)을 잇는 가상의 선(L1)을 기준으로 상기 공극부는, 상기 마그넷의 측면과 상기 브릿지부 사이에 배치되는 제1 공극; 및 상기 마그넷과 상기 브릿지 사이에 배치되는 제2 공극을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2 공극의 반지름 방향 폭(W1)은 상기 제1 공극측으로 갈수록 증가할 수 있다.
그리고, 원주 방향으로 형성되는 상기 제1 공극의 폭(W2)이 증가함에 따라 상기 브릿지의 길이(D1)가 연장될 수 있다.
그리고, 상기 스테이터는, 복수 개의 투스를 갖는 스테이터 코어; 및 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 투스는, 상기 코일이 권선되는 코일 권선부; 및 상기 코일 권선부에서 원주 방향으로 연장되게 형성되는 돌기부를 포함하고, 상기 브릿지의 길이(D1) 대비 상기 돌기부의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)는 1: 0.9~1.2로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 돌기부의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)는 상기 브릿지의 길이(D1)와 동일일 수 있다.
또한, 상기 마그넷은 8개로 제공되고, 상기 투스는 12개로 제공될 수 있다.
한편, 상기 로터 코어는 판상으로 형성된 복수 개의 로터 코어부재가 적층되어 형성되며, 상기 브릿지의 반지름 방향 폭(W3)은 상기 로터 코어부재의 두께와 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 공극부는 원주 방향을 기준으로 상기 마그넷의 중심(C2)과 상기 로터 코어의 중심(C1)을 지나는 기준선(L2)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 실시예에 따른 로터 및 이를 구비하는 모터는 브릿지의 길이를 연장시켜 브릿지 영역에서 자속 누설을 감소시킴으로써 자기 특성을 개선할 수 있다.
또한, 상기 브리지의 길이 대비 돌기부의 길이를 한정하여 모터의 성능과 품질을 향상할 수 있다.
도 1은 로터의 구조 및 자속 누설의 개념을 설명하기 위한 개념도이고,
도 2는 실시예에 따른 모터를 나타내는 종단면도이고,
도 3은 도 2의 A-A을 나타내는 상기 모터의 횡단면도이고,
도 4는 실시예에 따른 모터의 스테이터 코어와 로터의 배치관계를 나타내는 도면이고,
도 5는 도 3의 B영역에서 스테이터와 로터를 나타내는 도면이고,
도 6은 모터(2)의 브릿지에서의 자속 밀도와 실시예에 따른 브릿지에서의 자속 밀도를 나타내는 도면이고,
도 7 내지 9는 실시예에 따른 모터에 배치되는 브릿지의 길이 대비 돌기부의 길이와의 관계를 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 로터의 구조 및 자속 누설의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하여 IPM 타입의 모터(2)를 살펴보면, 상기 모터(2)는 하우징(10), 로터(20), 로터(20)에 삽입되는 복수 개의 마그넷(30), 스테이터(40) 및 스테이터(40)에 권선되는 코일(50)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 모터(2)는 스테이터(40)와 코일(50)을 절연시키기 위해 배치되는 인슐레이터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 하우징(10)의 내부 공간에는 로터(20), 마그넷(30), 스테이터(40) 및 코일(50)이 배치될 수 있다. 그리고, 스테이터(40)는 요크(41)와 복수 개의 투스(42)를 포함할 수 있다.
이에, 상기 모터(2)는 로터(20) 내부에 배치되는 마그넷(30)의 자속과 스테이터(40)에 감겨있는 코일(50)에 흐르는 전류로 인한 자속에 의해 구동된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마그넷(30) 중 어느 하나의 마그넷(30)의 N극이 투스(42)를 향하여 배치될 때, 인접하게 배치되는 다른 마그넷(30)의 S극은 투스(42)를 향해 배치될 수 있다. 그에 따라, N극이 투스(42)를 향하여 배치된 마그넷(30)의 자속은 브릿지(21)를 통해 인접한 S극 방향(화살표 a)으로 누설될 수 있다.
이에, 상기 모터(2)는 누설 자속에 의해 효율이 저감되는 현상이 발생한다.
그러나, 상기 모터(2)는 마그넷(30)이 삽입될 수 있게 형성된 로터(20)의 포켓의 측면측으로 공극(22)을 늘려 자속의 최소화를 구현하지만 금형으로 인한 문제로 인해 브릿지(21)의 두께 및 길이가 한정될 수밖에 없다. 그에 따라, 브릿지(21)에 의한 자기 저항을 상승시키는데 제한이 생긴다.
예컨데, 포켓의 공극(22)이 커지면 마그넷(30)을 지지하는 로터(20)의 지지력이 약해진다.
또한, 상기 로터(20)가 판상으로 형성된 복수 개의 로터 코어부재를 적층하여 형성되는 경우, 상기 로터 코어부재의 두께보다 작은 수준으로 브릿지(21)를 설계하게 되면 브릿지(21)가 형상을 유지하지 못하고 변형이 일어난다.
따라서, 실시예에 따른 모터(1)는 브릿지의 구조적 한계를 극복할 수 있도록 상기 브릿지를 원주 방향을 따라 마그넷의 중심(C2)측으로 연장하여 자속 누설을 감소시킴으로써 상기 모터(1)의 품질을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 원주 방향은 상기 모터(1)의 중심(C1)을 기준으로 한다.
도 2는 실시예에 따른 모터를 나타내는 도면이다.
도 2을 참조하여 살펴보면, 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, 내측이라 함은 중심(C1)을 기준으로 중심(C1)을 향하여 배치되는 방향을 의미하고, 외측이라 함은 내측과 반대되는 방향을 의미한다.
로터(300)는 로터 코어(310)와 마그넷(320)을 포함할 수 있다. 그리고, 로터(300)의 중심부에 회전축(500)이 결합될 수 있는 홀(330)이 형성될 수 있다.
여기서, 로터(300)는 마그넷(320)이 로터 코어(310)의 내부에 결합되는 IPM 타입으로 형성될 수도 있다. 그에 따라, 로터(300)는 마그넷(320)이 삽입되게 배치되도록 형성된 삽입홀을 포함할 수 있다. 이때, 삽입홀이 로터 코어(310)의 중심(C1)을 기준으로 원주 방향을 따라 서로 이격되게 형성될 수 있기 때문에, 마그넷(320)은 로터 코어(310)의 중심(C1)을 기준으로 원주 방향을 따라 배치될 수 있다.
그리고, 로터 코어(310)에는 회전축이 결합될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 살펴보면, 로터 코어(310)는 마그넷(320)의 내측에 배치되는 코어 본체(311), 마그넷의 외측에 배치되는 복수 개의 돌극부(312), 브릿지부(313) 및 브릿지부(313)와 마그넷 사이에 형성된 공극부(314)를 포함할 수 있다.
코어 본체(311)는 마그넷(320)의 내측에 배치될 수 있다. 예컨데, 코어 본체(311)는 삽입홀을 기준으로 중심(C1) 방향측에 배치될 수 있다.
그리고, 코어 본체(311)의 중심부에는 회전축(500)이 결합될 수 있는 홀(330)이 배치될 수 있다.
돌극부(312)는 마그넷(320) 각각의 외측에 배치될 수 있다. 예컨데, 돌극부(312)는 삽입홀을 기준으로 중심(C1) 방향측에 대한 반대 방향측에 배치될 수 있다.
그리고, 코어 본체(311)와 돌극부(312)는 마그넷(320)의 일측을 지지하여 마그넷(320)이 로터 코어(310)에서 이탈되는 것을 방지한다.
브릿지부(313)는 코어 본체(311)와 돌극부(312)를 연결한다.
그리고, 상기 브릿지부(313)는 돌극부(312) 사이를 연결하는 브릿지(313a) 및 코어 본체(311)와 브릿지(313a)를 연결하는 격벽부(313b)를 포함할 수 있다.
브릿지(313a)는 돌극부(312) 사이에 배치되며, 소정의 폭(W3)으로 형성될 수 있다. 그리고, 브릿지(313a)는 중심(C1)을 기준으로 소정의 곡률을 갖는 호 형상으로 형성될 수 있다.
격벽부(313b)는 코어 본체(311)와 브릿지(313a)를 연결하도록 배치될 수 있다. 그리고, 격벽부(313b)의 일측은 브릿지(313a)의 중심에 연결되게 배치될 수 있다.
마그넷(320)이 삽입된 삽입홀과 브릿지부(313) 사이에는 공극부(314)가 형성될 수 있다. 여기서, 공극부(314)는 자속의 단락 및 누설을 방지하는 플럭스 배리어의 역할을 수행한다. 그리고, 공극부(314)에는 공기층이 형성될 수 있다.
이때, 공극부(314)의 일 영역은 마그넷(320)과 브릿지(313a) 사이에 배치되어 브릿지(313a)의 자기저항을 상승시킬 수 있다.
또한, 공극부(314)는 로터 코어(310)의 상단에서 하단까지 길게 형성될 수 있다. 이에, 마그넷(320) 또한 로터 코어(310)의 상단에서 하단까지 길게 형성될 수 있다.
도 5를 참조하여 살펴보면, 공극부(314)는 제1 공극(314a)과 제2 공극(314b)을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 마그넷(320)의 원주 방향측에 배치되는 일측면을 따라 연장된 가상의 선(L1)을 기준으로 공극부(314)는 제1 공극(314a)과 제2 공극(314b)으로 구분될 수 있다.
제1 공극(314a)은 마그넷(320)의 원주 방향측 측면(321)과 브릿지부(313) 사이에 배치될 수 있다. 예컨데, 제1 공극(314a)은 브릿지(313a)의 일 영역 및 격벽부(313b)와 접할 수 있다.
제2 공극(314b)은 마그넷(320)의 외측면(322)과 브릿지(313a) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제2 공극(314b)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 공극(314a)과 연통되게 배치될 수 있다.
제2 공극(314b)의 반지름 방향 폭(W1)은 상기 제1 공극(314a)측으로 갈수록 증가되게 형성될 수 있다. 예컨데, 제2 공극(314b)은 마그넷(320)의 중앙(C2)측으로 꼭지점이 형성된 삼각형 형태로 형성될 수 있다.
원주 방향으로 형성되는 제2 공극(314b)의 폭(W2)이 증가함에 따라 브릿지(313a)의 길이(D1)가 연장될 수 있다. 그에 따라, 브릿지(313a)에 의한 자기 저항이 상승할 수 있다.
도 6의 참조하여 살펴보면, 도 6의 (a)에 도시된 모터(2)의 브릿지(21)에서의 자속 밀도보다 도 6의 (b)에 도시된 상기 모터(1)의 브릿지(313a)에서의 자속 밀도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
즉, 상기 모터(1)는 제2 공극(314b)의 길이(D1)가 연장됨에 따라, 모터(2)의 브릿지(21)를 통한 자로에 비해 상기 모터(1)의 브릿지(313a)를 통한 자속의 누설이 어렵다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 로터 코어(310)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층되어 이루어질 수 있다.
브릿지(313a)의 구조적 한계를 고려해 볼 때, 브릿지의 반지름 방향 폭(W3)은 상기 로터 코어부재의 두께와 동일하게 형성될 수 있다.
한편, 공극부(314)는 원주 방향을 기준으로 마그넷(320)의 중심C2)과 로터 코어(310)의 중심(C1)을 지나는 기준선(L2)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.
마그넷(320)은 로터 코어(310)의 상단에서 하단까지 배치되도록 사각 기둥 형태로 제공될 수 있다.
그리고, 상기 모터(1)에는 8개의 마그넷(320)이 배치될 수 있다. 즉, 로터(300)에 제공되는 마그넷(320)은 8개가 제공될 수 있다.
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 2 및 도 3을 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. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 투스(412) 각각은 코일(420)이 권선되는 코일 권선부(412a) 및 코일 권선부(412a)에서 연장되게 형성되는 돌기부(412b)를 포함할 수 있다.
요크(411)는 원통 형상으로 형성될 수 있다.
복수 개의 투스(412)는 요크(411)에서 중심(C1)을 향하여 돌출되게 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 투스(412)는 요크(411)의 내주면을 따라 일정 간격마다 중심(C1)을 향하여 돌출되게 배치될 수 있다. 즉, 복수 개의 투스(412)는 소정의 간격으로 상호 이격되게 요크(411)의 내주면에 배치될 수 있다. 이때, 투스(412)는 12개가 형성되어 상기 모터(1)에 제공될 수 있다.
코일 권선부(412a)에는 코일(420)이 권선될 수 있다. 이때, 상기 코일 권선부(412a)에는 인슐레이터(430)가 배치될 수 있다. 상기 인슐레이터(430)는 코일 권선부(412a)와 코일(420)을 절연시킨다.
그리고, 코일 권선부(412a)는 요크(411)에서 중심(C1)을 향하여 돌출되게 배치될 수 있다.
돌기부(412b)는 코일 권선부(412a)의 단부에서 원주 방향으로 연장되게 형성될 수 있다. 그리고, 돌기부(412b)는 마그넷(320)을 마주보도록 배치될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 돌기부(412b)는 마그넷(320)과 마주보게 배치되되 소정의 간격으로 마그넷(320)과 이격되게 배치될 수 있다.
돌기부(412b)는 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)로 형성될 수 있다.
그리고, 돌기부(412b)의 길이(D2)는 브릿지(313a)의 길이(D1) 대비 소정의 비율로 형성될 수 있다.
예를 들어, 브릿지(313a)의 길이(D1) 대비 돌기부(412b)의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)는 1: 0.9~1.2로 형성될 수 있다. 바람직하게, 돌기부의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)는 상기 브릿지의 길이(D1)와 동일하게 형성될 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 모터에 배치되는 브릿지의 길이 대비 돌기부의 길이와의 관계 중 어느 하나의 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 7의 (a)는 D1:D2=1:0.9일 때 실시예에 다른 모터의 형상 일부를 나타내는 도면이고, 도 7의 (b)는 D1:D2=1:0.9일 때 실시예에 다른 모터의 토크를 나타내는 도면이다.
이하, 도 7을 참조하여 브릿지(313a)의 길이(D1) 대비 돌기부(412b)의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)가 1:0.9인 경우에 대해 살펴보기로 한다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 모터(1)는 브릿지(313a)의 길이(D1) 대비 돌기부(412b)의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)가 1:0.9가 되게 형성될 수 있다.
그에 따라, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 모터(1)의 토크에 대한 평균값은 1.291Nm로 확인할 수 있다. 이때, 토크 리플은 267mNm로 확인된다. 여기서, 상기 토크 리플은 토크의 상부 피크와 하부 피크 간의 거리를 나타낼 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 모터에 배치되는 브릿지의 길이 대비 돌기부의 길이와의 관계 중 어느 하나의 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 8의 (a)는 D1:D2=1:1.2일 때 실시예에 다른 모터의 형상 일부를 나타내는 도면이고, 도 8의 (b)는 D1:D2=1:1.2일 때 실시예에 다른 모터의 토크를 나타내는 도면이다.
이하, 도 8을 참조하여 브릿지(313a)의 길이(D1) 대비 돌기부(412b)의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)가 1:1.2인 경우에 대해 살펴보기로 한다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 모터(1)는 브릿지(313a)의 길이(D1) 대비 돌기부(412b)의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)가 1:1.2가 되게 형성될 수 있다.
그에 따라, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 모터(1)의 토크에 대한 평균값은 1.3Nm로 확인할 수 있다. 이때, 토크 리플은 517mNm로 확인된다.
도 9는 실시예에 따른 모터에 배치되는 브릿지의 길이 대비 돌기부의 길이와의 관계 중 어느 하나의 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 9의 (a)는 D1:D2=1:1일 때 실시예에 다른 모터의 형상 일부를 나타내는 도면이고, 도 9의 (b)는 D1:D2=1:1일 때 실시예에 다른 모터의 토크를 나타내는 도면이다.
이하, 도 9를 참조하여 브릿지(313a)의 길이(D1) 대비 돌기부(412b)의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)가 1:1인 경우에 대해 살펴보기로 한다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 모터(1)는 브릿지(313a)의 길이(D1) 대비 돌기부(412b)의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)가 동일하게 형성될 수 있다.
그에 따라, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 모터(1)의 토크에 대한 평균값은 1.324Nm로 확인할 수 있다. 이때, 토크 리플은 388mNm로 확인된다.
따라서, 상기 모터(1)의 성능은 토크값을 고려해 볼 때, 돌기부(412b)의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)가 브릿지(313a)의 길이(D1)와 동일한 것이 바람직하다.
또한, 상기 모터(1)의 품질은 토크 리플을 고려해 볼 때, 돌기부(412b)의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)가 브릿지(313a)의 길이(D1)가 1:0.9로 형성되는 것이 바람직하다.
다만, 상기 모터(1)는 브릿지(313a)의 길이에 대한 연장을 통해 품질이 일차적으로 만족될 것이다. 그에 따라, 상기 모터(1)의 성능을 고려하여 돌기부(412b)의 길이(D2)가 브릿지(313a)의 길이(D1)와 동일하게 형성함으로써, 상기 모터(1)를 최적화할 수 있다.
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 조향장치(EPS)용 모터로 이용될 수 있다. 그에 따라, 회전축(500)은 차량의 조향축(미도시)과 연결되어 조향축에 동력을 전달할 수 있다.
나아가, 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 마그넷 보다 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: 샤프트 고정부
200: 브라켓
300: 로터 310: 로터 코어
311: 코어 본체 312: 돌극부
313: 브릿지부 313a: 브릿지
313b: 격벽부
314: 공극부 314a: 제1 공극
314b: 제2 공극
320: 마그넷 330: 홀
400: 스테이터
410: 스테이터 코어 411: 요크
412: 투스 412a: 코일 권선부
412b: 돌기부
420: 코일
500: 회전축
600: 센싱 마그넷 조립체
700: 인쇄회로기판

Claims (11)

  1. 삽입홀이 형성된 로터 코어; 및
    상기 삽입홀에 배치되는 마그넷;을 포함하며,
    상기 로터 코어는,
    상기 마그넷의 내측에 배치되는 코어 본체;
    마그넷의 외측에 배치되는 돌극부;
    브릿지부; 및
    상기 브릿지부와 상기 마그넷 사이에 형성되는 공극부를 포함하고;
    상기 브릿지부는,
    상기 돌극부 사이를 연결하는 브릿지; 및
    상기 코어 본체와 상기 브릿지를 연결하는 격벽부를 포함하며,
    상기 공극부의 일 영역은 상기 마그넷과 상기 브릿지 사이에 배치되는 로터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그넷의 측면과 상기 로터 코어의 중심(C1)을 잇는 가상의 선(L1)을 기준으로 상기 공극부는,
    상기 마그넷의 측면과 상기 브릿지부 사이에 배치되는 제1 공극; 및
    상기 마그넷과 상기 브릿지 사이에 배치되는 제2 공극을 포함하는 로터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 공극의 반지름 방향 폭(W1)은 상기 제1 공극측으로 갈수록 증가하는 로터.
  4. 제3항에 있어서,
    원주 방향으로 형성되는 상기 제1 공극의 폭(W2)이 증가함에 따라 상기 브릿지의 길이가 연장되는 로터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로터 코어는 판상으로 형성된 복수 개의 로터 코어부재가 적층되어 형성되며, 상기 브릿지의 반지름 방향 폭(W3)은 상기 로터 코어부재의 두께와 동일한 로터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마그넷은 8개로 제공되는 로터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공극부는 원주 방향을 기준으로 상기 마그넷의 중심(C2)과 상기 로터 코어의 중심(C1)을 지나는 기준선(L2)을 기준으로 대칭되게 배치되는 로터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공극부는 로터 코어의 상단에서 하단까지 길게 형성되는 로터.
  9. 회전축;
    상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터; 및
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 로터는
    삽입홀이 형성된 로터 코어; 및
    상기 삽입홀에 배치되는 마그넷;을 포함하며,
    상기 로터 코어는,
    상기 마그넷의 내측에 배치되는 코어 본체;
    마그넷의 외측에 배치되는 돌극부;
    브릿지부; 및
    상기 브릿지부와 상기 마그넷 사이에 형성되는 공극부를 포함하고;
    상기 브릿지부는,
    상기 돌극부 사이를 연결하는 브릿지; 및
    상기 코어 본체와 상기 브릿지를 연결하는 격벽부를 포함하며,
    상기 공극부의 일 영역은 상기 마그넷과 상기 브릿지 사이에 배치되는 모터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스테이터는,
    복수 개의 투스를 갖는 스테이터 코어; 및
    상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며,
    상기 투스는,
    상기 코일이 권선되는 코일 권선부; 및
    상기 코일 권선부에서 원주 방향으로 연장되게 형성되는 돌기부를 포함하고,
    상기 브릿지의 길이(D1) 대비 상기 돌기부의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)는 1: 0.9~1.2로 형성되는 모터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 돌기부의 일측 끝점(P1)에서 타측 끝점(P2)까지의 길이(D2)는 상기 브릿지의 길이(D1)와 동일한 모터.
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