KR20190023243A - 스테이터 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 티스를 갖는 스테이터 코어; 상기 티스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 티스는 상기 코일이 감기는 몸체와 상기 몸체에 연결되는 슈를 포함하고, 상기 슈는 복수의 홈을 포함하고, 상기 슈의 내주면의 곡률 중심은 상기 스테이터 코어의 중심과 동일한 스테이터를 제공한다.

Description

스테이터 및 이를 포함하는 모터{Stator and motor having the same}

실시예는 스테이터 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.

전동식 조향장치(EPS)는 차량의 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하게 하는 장치이다. 이러한 전동식 조향장치는 차속센서, 토크 앵글센서 및 토크센서 등에서 감지한 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit: ECU)를 통해 모터를 구동하여 차량의 조향축의 구동을 제어한다.

모터는 스테이터와 로터를 포함한다. 스테이터는 복수 개의 슬롯을 형성하는 티스를 포함할 수 있으며, 로터는 티스와 마주보는 복수 개의 마그넷을 포함할 수 있다. 인접하는 티스는 상호 떨어져 배치되어 슬롯 오픈(slot open)을 형성한다. 이때, 로터가 회전하는 과정에서 금속 재질인 스테이터와 빈 공간인 슬롯 오픈의 공기의 투자율 차이로 인하여 코깅 토크가 발생할 수 있다. 이러한 코깅 토크는 소음과 진동의 원인이 되기 때문에 코깅 토크를 줄이는 것이 모터의 품질을 높이는데 무엇보다 중요하다.

이에, 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코깅 토크를 줄일 수 있는 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

실시예가 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 실시예는, 복수의 티스를 갖는 스테이터 코어와, 상기 티스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 티스는 상기 코일이 감기는 몸체와 상기 몸체에 연결되는 슈를 포함하고, 상기 슈는 복수의 홈을 포함하고, 상기 슈의 내주면의 곡률 중심은 상기 스테이터 코어의 중심과 동일한 스테이터를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 홈은 2개일 수 있다.

바람직하게는, 상기 스테이터 코어의 원주 방향을 기준으로 하는 상기 홈의 폭은 상기 티스의 슬롯 오픈의 폭의 90% 내지 110% 이내일 수 있다.

실시예는, 회전축과, 상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는, 복수의 티스를 갖는 스테이터코어와, 상기 티스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 티스는 상기 코일이 감기는 몸체와 상기 몸체에 연결되는 슈를 포함하고, 상기 슈는 복수의 홈을 포함하고, 상기 슈의 내주면의 곡률 중심은 상기 스테이터 코어의 곡률 중심과 동일하고, 상기 로터는, 원통형상의 로터코어 및 상기 로터코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝 점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95인 모터를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 로터는, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서, 상기 마그넷의 외주면의 곡률반경을 제1 반지름이라 하고, 상기 마그넷의 상기 내주면의 곡률반경을 제2 반지름이라 할 때, 상기 제2 반지름 대비 상기 제1 반지름의 비율이 0.5 내지 0.7일 수 있다.

바람직하게는, 상기 홈은 2개일 수 있다.

바람직하게는, 2개의 상기 홈은 원주 방향을 기준으로 하는 상기 슈의 폭 중심과 상기 스테이터코어의 중심을 지나는 기준선을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.

바람직하게는, 단위 회전 동안 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 상기 마그넷의 개수와 상기 티스의 개수의 최소공배수의 3배일 수 있다.

바람직하게는, 상기 스테이터 코어의 원주 방향을 기준으로 하는 상기 홈의 폭은 상기 티스의 슬롯 오픈의 폭의 90% 내지 110% 이내일 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열될 수 있다.

실시예에 따르면, 스테이터의 티스에 홈을 형성시켜, 코깅 메인 차수를 증가시킴으로써, 코깅 토크를 크게 절감하는 유리한 효과를 제공한다.

실시예에 따르면, 6극 9슬롯의 모터에서, 스테이터의 티스에 홈이 배치된 경우, 코깅 메인 차수가 “9차”인 상태에서 코깅 토크가 크게 증가하는 것을 방지하는 유리한 효과를 제공한다.

도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면,
도 2는 제1 각도와 제2 각도를 도시한 도면,
도 3은 제1 각도를 도시한 도면,
도 4는 마그넷 폭의 감소율에 대응한 토크 및 토크 리플의 값을 비교하여 나타낸 도면,
도 5는 토크 리플을 저감하기 위한 마그넷의 외주면의 최적 형상을 도시한 도면,
도 6 및 도 7은 고속 회전 조건에서 발생하는 토크 리플을 나타낸 그래프,
도 8은 비교예의 코깅 토크 및 토크 리플과 실시예의 코깅 토크 및 토크 리플을 비교한 표,
도 9는 고속 회전 조건에서 실시예에 따른 모터의 토크 리플을 나타낸 그래프,
도 10 티스의 홈을 도시한 도면,
도 11은 실시예에 따른 모터에 의해 증가하는 코깅 메인 차수를 도시한 표,
도 12는 홈의 폭을 도시한 도면,
도 13은 홈의 폭에 따른 코깅 토크 파형의 변화를 나타낸 표,
도 14는 내주면이 곡면으로 이루어진 슈를 도시한 도면,
도 15는 슈의 내주면이 평면이 상태의 모터의 코깅 토크와, 슈의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어의 스테이터 코어의 중심과 일치하는 모터의 코깅 토크를 비교한 그림,
도 16은 슈의 내주면이 평면이 상태의 모터의 코깅 토크이 편차 및 출력과, 슈의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어의 중심과 일치하는 모터의 코깅 토크의 편차 및 출력을 비교한 그림,
도 17은 실시예에 따른 모터에서, 코깅 메인 차수에 대응한 코깅 토크 개선 상태를 도시한 그림이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면이고, 도 2는 제1 각도와 제2 각도를 도시한 도면이며, 도 3은 제1 각도를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 모터는 회전축(100)과, 로터(200)와, 스테이터(300)를 포함할 수 있다.

회전축(100)은 로터(200)에 결합될 수 있다. 전류 공급을 통해 로터(200)와 스테이터(300)에 전자기적 상호 작용이 발생하면 로터(200)가 회전하고 이에 연동하여 회전축(100)이 회전한다 회전축(100)은 차량의 조향축과 연결되어 조향축에 동력을 전달할 수 있다. 회전축(100)은 베어링에 의해 지지될 수 있다.

로터(200)는 스테이터(300)와 전기적 상호 작용을 통해 회전한다. 로터(200)는 스테이터(300)의 내측에 배치된다. 로터(200)는 로터코어(210)와 로터 코어(210)에 결합하는 마그넷(220)을 포함할 수 있다. 로터(200)는 마그넷(220)이 로터코어(210)의 외주면에 결합되는 타입으로 구현될 수 있다. 이러한 타입의 로터(200)는 마그넷(220)의 이탈을 방지하고 결합력을 높이기 위하여 별도의 캔부재(1)가 로터코어(210)에 결합될 수 있다. 또는 마그넷과 로터 코어가 이중 사출되어 일체로 형성될 수 있다.

로터(200)는 마그넷이 로터 코어의 내부에 결합되는 타입으로 구현될 수 있다. 이러한 타입의 로터는 로터 코어 내부에 마그넷이 삽입되는 포켓이 마련될 수 있다.

한편, 로터(200)는 원통형의 단일품인 로터 코어에 마그넷(220)이 1단으로 배치될 수 있다. 여기서, 1단이라 함은, 로터(200)의 외주면에 스큐(skew)가 없도록 마그넷(220)이 배치될 수 있는 구조를 의미한다. 따라서, 로터코어(210)의 종단면과 마그넷(220)의 종단면를 기준할 때, 로터코어(210)의 높이와 마그넷(220)의 높이가 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 높이 방향을 기준하여, 마그넷(220)이 로터코어 전체를 덮도록 실시될 수 있다.

스테이터(300)는 로터(200)의 외측에 배치될 수 있다. 스테이터(300)는 로터(200)와의 전기적 상호 작용을 유발하여 로터(200)의 회전을 유도한다.

센싱 마그넷(2)은 로터(200)와 연동하도록 회전축(100)에 결합되어 로터(200)의 위치를 검출하기 위한 장치이다. 이러한 센싱 마그넷은 마그넷과 센싱 플레이트를 포함할 수 있다. 마그넷과 센싱 플레이트는 동축을 갖도록 결합될 수 있다. 센싱 마그넷(2)은 내주면을 형성하는 홀에 인접하여 원주방향으로 배치되는 메인 마그넷과 가장자리에 형성되는 서브 마그넷을 포함할 수 있다. 메인 마그넷은 모터의 로터에 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.

센싱 플레이트는 원판 형태의 금속 재질로 형성될 수 있다. 센싱 플레이트의 상면에는 센싱 마그넷이 결합될 수 있다. 그리고 센싱 플레이트는 샤프트에 결합될 수 있다. 센싱 플레이트에는 샤프트가 관통하는 홀이 형성된다.

인쇄회로기판(3)에는 센싱 마그넷의 자기력을 감지하는 센서가 배치될 수 있다. 이때, 센서는 홀 IC(Hall IC)일 수 있다. 센서는 메인 마그넷 또는 서브 마그넷의 N극과 S극의 변화를 감지하여 센싱 시그널을 생성한다. 인쇄회로기판(3)은 하우징의 커버의 하면에 결합되어 센서가 센싱 마그넷을 마주 보도록 센싱 마그넷 위에 설치될 수 있다.

실시예에 따른 모터는 마그넷(220)의 폭을 줄여 단위 주기 당 코깅 토크 파형의 진동수를 늘림으로써, 코깅 토크 및 토크 리플을 줄이고자 한다. 이에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다. 실시예를 설명함에 있어 마그넷(220)의 폭이란, 로터코어(210)와 접촉하는 마그넷(220)의 내주면이 이루는 호의 길이로 정의될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 로터코어(210)의 외주면에 복수 개의 마그넷(220)이 부착된다. 그리고 스테이터(300)는 복수 개의 티스(320)를 포함할 수 있다. 마그넷(220)과 티스(320)는 상호 마주보도록 배치될 수 있다.

예를 들어, 마그넷(220)은 6개이며, 티스(320)가 9개가 마련되는 6극 9슬롯의 모터일 수 있다. 티스(320)의 개수는 슬롯의 개수와 대응된다. 그리고, 마그넷(220)은 로터코어(210)의 원주방향을 따라 N극과 S극이 번갈아 배치될 수 있다.

마그넷(220)의 내주면(211)은 로터코어(210)의 외주면과 접촉한다. 실시예에 따른 모터의 마그넷(220)의 폭은 제1 각도(R1)와 제2 각도(R2)를 통해 설명 가능하다.

먼저, 제1 각도(R1)란. 로터코어(210)의 외주면이 이루는 각도인 360도를 마그넷(220)의 개수로 나눈 각도를 나타낸다. 예를 들어, 마그넷(220)의 개수가 6개인 경우, 제1 각도 (R1)는 60도이다. 이러한 제1 각도(R1)에 대응하는 로터코어(210)의 호의 길이가 마그넷(220)의 폭을 설정하는 기준이 된다. 이때, 실제 마그넷(220)의 폭은 로터코어(210)의 외주면에 형성되어 마그넷(220)을 가이드 하는 돌기의 폭을 고려하여 가감이 있을 수 있다.

다음으로, 제2 각도(R2)란, 제1 연장선(L1)과 제2 연장선(L2)이 이루는 각을 의미한다. 여기서, 제1 연장선(L1)은 마그넷(220)의 횡단면 상에서 내주면(210)의 어느 한 측 끝점에서 로터코어(210)의 중심점(C)으로 연장된 가상의 선을 의미한다. 여기서 마그넷(220)의 횡단면이라 함은, 모터의 축방향에 수직한 방향으로 자른 마그넷(220)의 단면을 의미한다.

이러한 제1 연장선(L1)과 제2 연장선(L2)의 사잇각인 제2 각도(R2)에 대응하는 로터코어(210)의 호의 길이가 마그넷(220)의 폭을 설정하는 또 다른 기준이 된다.

제1 각도(R1)는 종래의 마그넷(220) 폭을 설정하는 기준이 되는 각도이며, 제2 각도(R2)는 제1 각도(R1)를 기준으로 하는 마그넷(220)의 폭보다 작은 폭을 갖도록 마그넷(220)의 폭을 설정하는 기준이 되는 각도이다.

도 4는 마그넷 폭의 감소율에 대응한 토크 및 토크 리플의 값을 비교하여 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 6극 9슬롯의 모터의 경우, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 0.92 내지 0.95인 지점에서 목표 기준이 되는 토크 리플을 나타내는 기준선(B)보다 낮은 토크 리플이 측정됨을 알 수 있다.

아울러, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 0.92 내지 0.95인 지점에서 토크는 목표 기준이 되는 토크를 나타내는 기준선(A)보다 높게 측정되어 요구되는 토크도 만족함을 알 수 있다.

도 5는 토크 리플을 저감하기 위한 마그넷의 외주면의 최적 형상을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 로터코어(210)의 중심(C)에서 마그넷(220)의 외주면까지 가장 멀리떨어진 마그넷(220)의 외주면 상 지점을 도 5의 P라 한다. 그리고 로터코어(210)의 중심(C)과 도 5의 P를 잇는 가상의 기준선을 도 5의 Z라 한다.

일반적으로 마그넷(220)의 외주면은 도 5의 S1을 따라 배치되도록 설계된다. 도 5의 S1은 도 5의 기준선(Z) 상에서 중심(C)과 떨어진 제1 원점(P1)에서 도 5의 P까지의 거리를 반지름(F1)으로 하는 원주를 나타내는 선이다.

반면에, 실시예에 따른 로터의 마그넷(220)의 외주면은 도 5의 S2를 따라 배치되도록 설계된다. 도 5의 S2는 도 5의 기준선(Z) 상에서 중심(C)과 떨어진 제2 원점(P2)에서 도 5의 P까지의 거리를 제1 반지름(F2)으로 하는 원주를 나타내는 선이다. 여기서, 제2 원점(P2)는 로터코어(210)의 반경방향으로 제1 원점(P1)의 외측에 배치된다.

이러한 마그넷(220)의 외주면의 형상은 고속 조건에서 토크 리플을 저감하기 위한 것이다.

도 6 및 도 7은 고속 회전 조건에서 발생하는 토크 리플을 나타낸 그래프이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 외주면이 도 5의 S1을 따라 형성된 마그넷이 포함된 모터의 경우, 도 6의 A와 도 7의 A에서 도시한 바와 같이, 800hz 영역에서 노이즈가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 800hz는 해당 모터가 2900rpm으로 회전하는 상태로, 고속 회전에서 토크 리플이 크게 증가함으로 알 수 있다.

도 5를 참조하면, 실시예에 따른 로터는 이러한 토크 리플을 줄이고자, 도 5의 S2와 같이, 일반적인 마그넷의 외주면보다 작은 곡률반경을 갖도록 마그넷(220)의 외주면의 형상을 변경한다.

구체적으로, 마그넷(220)은 제2 반지름(F3)이 1이라 할 때, 제1 반지름(F2)이 0.5 내지 0.7이 되도록 설계될 수 있다. 여기서, 제1 반지름(F2)이란, 마그넷(220)의 외주면의 곡률반경으로 제2 원점(P2)에서 도 5의 P까지의 거리이며, 제2 반지름(F3)이란, 마그넷(220)의 내주면의 곡률반경에 해당한다.

예를 들어, 로터코어(210)의 중심(C)에서 도 5의 P까지의 거리를 20mm라 하면, 제1 반지름(F2)은 11.2mm이며, 제2 반지름(F3)은 17.2mm일 수 있다. 따라서, 로터코어(210)의 중심(C)에서 제2 원점(P2)까지의 거리는 8.8mm에 해당한다.

위와 같은 조건에서 6극 9슬롯을 가진 모터의 코깅 토크 및 토크 리플을 측정한 결과는 다음과 같다.

도 8은 비교예의 코깅 토크 및 토크 리플과 실시예의 코깅 토크 및 토크 리플을 비교한 표이다.

도 8을 참조하면, 도 13의 MW는 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율을 나타내며, 도 8의 MOF는 로터코어(210)의 중심(C)에서 제2 원점(P2)까지의 거리를 의미한다.

비교예의 경우, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율은 0.885이며, 로터코어(210)의 중심(C)에서 제2 원점(P2)가 5.3mm인 조건이다.

실시예의 경우, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율은 0.93이며, 로터코어(210)의 중심(C)에서 제2 원점(P2)가 8.8mm인 조건이다.

이와 같은 조건에서 비교예와 실시예의 코깅 토크, 토크 리플, 토크를 측정한 결과는 다음과 같다.

먼저, 비교예의 최대토크와 실시예의 최대토크 큰 차이가 없는 것으로 나타난다. 그러나 코깅 토크와 토크 리플은 크게 감소한 것으로 나타난다. 특히, 고속 토크 리플은 0.1758Nm(비교예)에서 0.0054Nm(실시예)로 크게 감소한 것으로 나타난다. 이는 토크 리플의 저감 목표치보다 크게 낮게 나타난 것이다.

도 9는 고속 회전 조건에서 실시예에 따른 모터의 토크 리플을 나타낸 그래프이다.

도 9를 참조하면, 도 7의 A와 달리, 800hz 영역에서 노이즈가 크게 감소하여 토크 리플이 감소된 것으로 나타난다.

도 10 티스의 홈을 도시한 도면이다.

도 1 및 도 10을 스테이터(300)는 스테이터코어(300a)와 코일(330)을 포함할 수 있다.

스테이터코어(300a)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층되어 이루어질 수 있다. 또한, 스테이터코어(300a)는 복수 개의 분할 코어가 상호 결합되거나 연결되어 이루어질 수 있다.

스테이터코어(300a)는 코어는 환형의 요크(310) 부분이 마련되고, 요크(310)에서 중심을 향하여 돌출되는 티스(320)가 마련될 수 있다. 티스(320)에는 코일(330)이 감긴다. 티스(320)는 환형의 요크(310)의 내주면을 따라 일정 간격마다 복수 개가 배치될 수 있다. 도 3에서 총 12개의 티스(320)를 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 마그넷(220)의 극수에 따라 다양하게 변경 실시될 수 있다.

로터 코어(210)의 외주면에는 마그넷(220)이 부착될 수 있다. 티스(320)의 끝단은 마그넷(220)을 마주 보도록 배치된다.

도 10을 참조하면, 티스(320)는 몸체(321)와 슈(shoe)(322)를 포함할 수 있다. 몸체(321)는 코일(도 1의 330)이 감기는 곳이다. 슈(322)는 몸체(321)의 끝단에 배치된다. 슈(322)의 끝단면은 마그넷(220)을 마주보도록 배치된다. 인접하는 티스(320)와 티스(320)의 사이는 코일(도 1의 330)의 권선 공간(P)으로 형성된다. 인접하는 티스(320)의 슈(322)와 슈(322)는 서로 떨어져 배치되어 슬롯 오픈(S)을 형성한다. 슬롯 오픈(S)은 권선 공간(P)의 입구로서, 코일을 권선하는 노즐이 삽입되는 곳이다.

슈(322)의 내주면은 홈(323)을 포함할 수 있다. 홈(323)은 슈(322)의 내주면에서 오목하게 형성될 수 있다. 홈(323)의 형상을 각형으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 그리고, 홈(323)은 스테이터코어(310)의 축 방향을 따라 배치될 수 있다. 다시 말해서, 홈(323)은 스테이터코어(310)의 상단에서 하단까지 스테이터코어(310)의 높이 방향을 따라 길게 배치될 수 있다.

홈(323)은 2개가 배치될 수 있다. 도 10을 참조하면, 티스(320)의 몸체(321)의 폭 중심과 스테이터코어(310)의 중심(C)을 지나는 기준선(L)을 기준으로, 2개의 홈(323)은 대칭되게 배치될 수 있다. 이러한 홈(323)은 자속밀도의 변화를 야기하는 슬롯 오픈(S)과 대응되는 역할을 함으로써, 단위 주기당 코깅 토크의 파형의 진동수를 늘려 코깅 토크를 크게 줄이는 역할을 한다.

도 11은 실시예에 따른 모터에 의해 증가하는 코깅 메인 차수를 도시한 표이다.

도 11을 참조하면, 6극 9슬롯의 모터의 경우, 코깅 메인 차수는, 마그넷(220)의 개수인 6과 슬롯의 개수인 9의 최소공배수인 18에 해당한다. 여기서, 코깅 메인 차수란, 모터의 단위 회전(1회전) 당 코깅 토크 파형의 진동 횟수를 의미한다. 여기서 진동 횟수는 피크를 형성하는 코깅 토크 파형의 반복 횟수를 나타낸다. 그리고 슬롯의 개수는 티스(320)의 개수와 대응된다.

2개의 홈(323)이 있는 6극 9슬롯의 모터의 경우, 홈(323)에 의해 슬롯 수가 9에서 27로 증가하는 것으로 간주할 수 있기 때문에, 코깅 메인 차수가 18에서 54로 3배가 증가하게 된다. 이렇게 2개의 홈(323)을 통해 코깅 메인 차수를 3배로 늘어나는 것은 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 3배로 늘어나는 것을 의미하기 때문에 코깅 토크를 크게 줄일 수 있다.

도 12는 홈의 폭을 도시한 도면이고, 도 13은 홈의 폭에 따른 코깅 토크 파형의 변화를 나타낸 표이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 홈(323)의 폭(W1)은 슬롯 오픈(S)의 폭(W2)의 90% 내지 110% 이내로 설정된다. 여기서, 홈(323)의 폭(W1)은 스테이터코어(310)의 원주 방향을 기준으로, 홈(323)의 입구의 어느 한 측단에서 다른 한 측단까지의 거리를 의미한다. 그리고, 슬롯 오픈(S)의 폭(W2)은 스테이터코어(310)의 원주 방향을 기준으로, 슬롯 오픈(S)의 입구의 어느 한 측단에서 다른 한 측단까지의 거리를 의미한다.

도 13의 (a)에서 도시한 바와 같이, 홈(323)의 폭(W1)이 슬롯 오픈(S)의 폭(W2)의 90% 내지 110%를 벗어난 경우, 코깅 토크 파형에 스테이터의 성분 즉, 마그넷(220)의 극수와 동일한 코깅 메인 차수가 포함되는 문제점이 발생한다.

그러나, 도 13의 (b)에서 도시한 바와 같이, 홈(323)의 폭(W1)이 슬롯 오픈(S)의 폭(W2)의 90% 내지 110% 이내인 경우, 코깅 메인 차수 “54”에 해당하는 코깅 토크 파형만이 검출됨을 확인할 수 있다.

슈(322)에 홈(323)이 포함된 경우, 스큐가 없는 로터(200)를 포함하는 상태에서, 코깅 메인 차수가 “9”인 상태에서 코깅 토크의 크기 및 산포가 확대되는 문제가 있다.

도 14는 내주면이 곡면으로 이루어진 슈를 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 실시예에 따른 모터는, 슈(322)의 내주면이 곡률중심이 스테이터 코어(도 2의 310)의 중심(C)과 일치하도록 형성된다. 구체적으로, 복수 개의 슈(322)의 내주면들을 잇는 가상의 원(O) 중심이 스테이터 코어의 스테이터 코어(도 2의 310)의 중심(C)과 일치한다.

도 15는 슈의 내주면이 평면이 상태의 모터의 코깅 토크와, 슈(322)의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어의 스테이터 코어(310)의 중심(C)과 일치하는 모터의 코깅 토크를 비교한 그림이다.

도 15의 A는 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면이 평면인 경우이다. 그리고 도 15의 B는 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어의 스테이터 코어(310)의 중심(C)과 일치하는 경우이다.

도 15의 A를 살펴보면, 코깅 메인 차수 18차에서 코깅 토크를 크게 줄이는 효과가 있으나. 코깅 메인 차수 9차에서 기준값(Refeence)보다 코깅 토크가 크게 증가해버리는 문제가 발생한다.

도 15의 B를 살펴보면, 코깅 메인 차수 18차에서 기준값(Reference)보다 코깅 토크를 줄이면서도, 코깅 메인 차수 9차에서도, 기준값(Reference)보다 코깅 토크를 줄이는 효과가 있음을 확인할 수 있다.

도 16은 슈의 내주면이 평면이 상태의 모터의 코깅 토크이 편차 및 출력과, 슈(322)의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어(310)의 중심(C)과 일치하는 모터의 코깅 토크의 편차 및 출력을 비교한 그림이다.

도 16의 A는 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면이 평면인 경우이다. 그리고 도 16의 B는 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어의 스테이터 코어(310)의 중심(C)과 일치하는 경우이다.

도 16의 A를 살펴보면, 3개의 샘플 실험결과, 코깅 메인 차수 9차에서 코깅 토크의 최대값(0.0107N/m)과 최소값(0.0028N/m)의 편차가 매우 큼을 알 수 있다.

반면에, 도 16의 B를 살펴보면, 3개의 샘플 실험결과, 코깅 메인 차수 9차에서 코깅 토크의 최대값(0.0012N/m)과 최소값(0.0003N/m)의 편차가 상대적으로 크지 않음을 알 수 있다.

또한. 도 16의 B에서 출력이 도 16의 A보다 약 1% 증가함을 확인할 수 있다.

도 17은 실시예에 따른 모터에서, 코깅 메인 차수에 대응한 코깅 토크 개선 상태를 도시한 그림이다.

도 17의 빨간색 막대는, 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면이 평면인 경우의 토킹 토크이며, 도 17의 파란색 막대는, 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어(310)의 중심(C)과 일치하는 경우의 코깅 토크이다.

도 17을 참조하면, 코깅 메인 차수 6차와 18차에서는 빨간색 막대가 지시하는 코깅 토크와 파란색 막대가 지시하는 코팅 토크가 크게 차이가 나지 않는다. 반면에. 코깅 메인 차수 9차에서는 파란색 막대가 지시하는 코팅 토크가 빨간색 막대가 지시하는 코깅 토크에 비해 크게 절감되어, 코깅 토크 저감 성능이 크게 개선됨을 확인할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 스테이터 및 이를 포함하는 모터에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 회전축
200: 로터
210: 로터코어
220: 마그넷
300: 스테이터
310: 스테이터코어
320: 티스
321: 몸체
322: 슈
323: 홈
330: 코일

Claims (10)

1. 복수의 티스를 갖는 스테이터 코어;및
   상기 티스에 권선되는 코일을 포함하며,
   상기 티스는 상기 코일이 감기는 몸체와 상기 몸체에 연결되는 슈를 포함하고,
   상기 슈는 복수의 홈을 포함하고,
   상기 슈의 내주면의 곡률 중심은 상기 스테이터 코어의 중심과 동일한 스테이터.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 홈은 2개인 스테이터.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 스테이터 코어의 원주 방향을 기준으로 하는 상기 홈의 폭은 상기 티스의 슬롯 오픈의 폭의 90% 내지 110% 이내인 스테이터.
4. 회전축;
   상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터; 및
   상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
   상기 스테이터는,
   복수의 티스를 갖는 스테이터코어와, 상기 티스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 티스는 상기 코일이 감기는 몸체와 상기 몸체에 연결되는 슈를 포함하고, 상기 슈는 복수의 홈을 포함하고, 상기 슈의 내주면의 곡률 중심은 상기 스테이터 코어의 곡률 중심과 동일하고,
   상기 로터는,
   원통형상의 로터코어 및 상기 로터코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝 점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95인 모터.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 로터는,
   상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서,
   상기 마그넷의 외주면의 곡률반경을 제1 반지름이라 하고,
   상기 마그넷의 상기 내주면의 곡률반경을 제2 반지름이라 할 때,
   상기 제2 반지름 대비 상기 제1 반지름의 비율이 0.5 내지 0.7인 모터.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 홈은 2개인 모터.
7. 제6 항에 있어서,
   2개의 상기 홈은 원주 방향을 기준으로 하는 상기 슈의 폭 중심과 상기 스테이터코어의 중심을 지나는 기준선을 기준으로 대칭되게 배치되는 모터.
8. 제4 항에 있어서,
   단위 회전 동안 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 상기 마그넷의 개수와 상기 티스의 개수의 최소공배수의 3배인 모터.
9. 제4 항에 있어서,
   상기 스테이터 코어의 원주 방향을 기준으로 하는 상기 홈의 폭은 상기 티스의 슬롯 오픈의 폭의 90% 내지 110% 이내인 모터.
10. 제4 항에 있어서,
    상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열되는 로터.

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