KR20190055530A - 로터 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

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KR20190055530A
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Abstract

실시예는 로터 요크; 상기 로터 요크의 외부면에서 반경 방향으로 돌출되는 복수 개의 로터 투스; 및 상기 로터 투스 사이에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 로터 투스의 외주면은 제1 면과 제2 면을 포함하고, 상기 로터의 중심으로부터 상기 제1 면까지의 거리는 상기 로터의 중심으로부터 상기 제2 면까지의 거리보다 작은 로터 및 이를 구비하는 모터에 관한 것이다. 이에 따라, 상기 모터는 코깅 토크를 저감할 수 있다.

Description

로터 및 이를 포함하는 모터{Motor}
실시예는 로터 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.
모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 차량, 가정용 전자제품, 산업용 기기 등에 광범위하게 사용된다.
모터는 하우징(housing), 샤프트(shaft), 하우징의 내주면에 배치되는 스테이터(stator), 샤프트의 외주면에 설치되는 로터(rotor) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 모터의 스테이터는 로터와의 전기적 상호 작용을 유발하여 로터의 회전을 유도한다.
도 1은 종래의 스포크 타입의 모터의 로터와 스테이터를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 A영역을 나타내는 확대도이다.
상기 스포크 타입의 모터(2)는 로터(10)와 스테이터(20)를 포함할 수 있다.
상기 로터(2)는 스포크(spoke) 타입으로 형성될 수 있다. 그에 따라, 상기 로터(10)는 로터 요크(11)와 로터 투스(12)를 포함하고, 로터 투스(12) 사이에 마그넷(13)이 배치된다. 이때, 마그넷(13)은 회전축을 중심으로 방사상으로 뻗어 배치된다. 이러한 스토크 타입의 모터(2)의 경우 큰 출력을 갖는 것이 특징이다.
스테이터(20)는 복수 개의 슬롯을 형성하는 투스(21)를 포함할 수 있다. 그리고, 투스(21)에는 코일(22)이 권선된다. 이때, 인접하는 투스(21)는 상호 떨어져 배치되어 슬롯 오픈(slot open)을 형성한다. 이때, 로터(10)가 회전하는 과정에서 금속 재질인 스테이터(20)와 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.
한편, 도 2를 참조하면, 로터 투스(12)의 외측 단부에는 원주 방향으로 돌출된 돌기(12a)가 형성될 수 있다. 상기 돌기(12a)는 마그넷(13)에 작용하는 원심력에 대응하여 마그넷(13)이 이탈되는 것을 방지한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 원주 방향을 기준으로 상기 돌기(12a) 사이에는 a마그넷(13)이 노출되는 오픈영역(O)이 형성된다. 상기 오픈영역(O)의 사이즈는 상기 코깅 토크에 영향을 미치게 된다.
그러나, 상기 돌기(12a)에 의해 상기 오픈영역에 대한 로터(10)의 설계상 한계가 발생한다.
또한, 상기 돌기(12a)에 의해 반경 방향에 대한 마그넷(13)의 사이즈가 한정되는 문제가 있다.
예컨데, 중심(C)을 기준으로 상기 중심(C)에서 상기 로터 투스(12)의 외주면까지의 거리는 상기 중심에서 상기 마그넷(13)의 외측면까지의 거리보다 크게 형성되기 때문에, 로터 투스(12)의 사이즈에 따라 마그넷(13)의 사이즈가 한정되는 문제가 있다. 그에 따라, 로터 투스(12)와 마그넷(13) 사이에 본드와 같은 접착부재(미도시)가 배치되는 경우, 상기 접착부재의 도포 면적은 상기 마그넷(13)의 측면 사이즈에 좌우된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스포크 타입의 로터에서 마그넷의 이탈을 방지하면서도 코깅 토크를 저감할 수 있는 로터 및 이를 포함하는 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, 로터 요크; 상기 로터 요크의 외부면에서 반경 방향으로 돌출되는 복수 개의 로터 투스; 및 상기 로터 투스 사이에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 로터 투스의 외주면은 제1 면과 제2 면을 포함하고, 상기 로터의 중심으로부터 상기 제1 면까지의 거리는 상기 로터의 중심으로부터 상기 제2 면까지의 거리보다 작은 로터에 의해 달성된다.
그리고, 상기 마그넷은 홈이 형성된 측면을 포함하고, 상기 로터 투스는 상기 홈에 결합되는 돌기를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 로터 투스는 상기 로터 요크의 외주면에서 반경 방향으로 돌출된 본체; 및 상기 본체의 외주면에서 반경 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 제1 면은 소정의 곡률(1/R1)을 갖는 상기 본체의 외주면이고, 상기 제2 면은 소정의 곡률(1/R2)을 갖는 상기 돌출부의 외주면일 수 있다.
그리고, 상기 돌출부 사이의 거리(D)는 상기 마그넷의 폭(W)보다 크다.
그리고, 상기 마그넷의 폭(W) 대비 상기 거리(D)는 1.12~1.165일 수 있다.
그리고, 상기 로터의 중심으로부터 상기 제1 면까지의 거리(R1)는 상기 로터의 중심으로부터 상기 마그넷의 외측면까지의 거리보다 작거나 동일할 수 있다.
또한, 상기 마그넷의 측면과 상기 로터 투스의 측면 사이에는 접착부재가 배치될 수 있다.
또한, 상기 로터 투스의 측면은 상기 돌기를 기준으로 제1 측면과 제2 측면을 포함하고, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 길이는 동일할 수 있다.
한편, 상기 모터의 상기 마그넷은 폭보다 반경 방향의 길이가 길다.
또한, 상기 모터의 상기 마그넷의 모서리는 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 과제는 실시예에 따라, 로터 요크; 상기 로터 요크의 외부면에서 반경 방향으로 돌출되는 복수 개의 로터 투스; 및 상기 로터 투스 사이에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은 홈이 형성된 측면을 포함하고, 상기 로터 투스는 상기 홈에 결합되는 돌기를 포함하는 로터에 의해 달성된다.
상기 과제는 실시예에 따라, 샤프트; 상기 샤프트가 관통되는 로터; 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 로터는 로터 요크; 상기 로터 요크의 외부면에서 반경 방향으로 돌출되는 복수 개의 로터 투스; 및 상기 로터 투스 사이에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 로터 투스는 상기 스테이터와 마주보는 제1 면과 제2 면을 포함하고, 상기 로터의 중심으로부터 상기 제1 면까지의 거리는 상기 로터의 중심으로부터 상기 제2 면까지의 거리보다 작은 모터에 의해 달성된다.
그리고, 상기 모터의 상기 마그넷은 홈이 형성된 측면을 포함하고, 상기 로터 투스는 상기 홈에 결합되는 돌기를 포함할 수 있다.
상기 과제는 실시예에 따라, 샤프트; 상기 샤프트가 관통되는 로터; 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 로터는 로터 요크; 상기 로터 요크의 외부면에서 반경 방향으로 돌출되는 복수 개의 로터 투스; 및 상기 로터 투스 사이에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은 홈이 형성된 측면을 포함하고, 상기 로터 투스는 상기 홈에 결합되는 돌기를 포함하는 모터에 의해 달성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 실시예에 따른 로터 및 이를 포함하는 모터는 마그넷의 홈과 로터 투스의 돌기의 결합 구조를 이용하여 원심력에 의한 마그넷의 이탈을 방지할 수 있다. 그에 따라, 로터 투스의 외주면에 대한 설계 자유도가 증가한다.
따라서, 로터 투스에 형성된 돌출부에 의해 오픈영역을 확장하고, 확장된 상기 오픈영역에 의해 코깅 토크를 저감할 수 있다.
도 1은 종래의 스포크 타입의 모터의 로터와 스테이터를 나타내는 도면이고,
도 2는 도 1의 A영역을 나타내는 확대도이고,
도 3은 실시예에 따른 모터를 나타내는 도면이고,
도 4는 실시예에 따른 모터의 스테이터와 로터를 나타내는 도면이고,
도 5은 실시예에 따른 모터의 로터를 나타내는 도면이고,
도 6은 도 5의 B영역을 나타내는 확대도이고,
도 7은 도 6의 B1영역을 나타내는 확대도이고,
도 8은 실시예에 따른 모터의 코깅 토크와 역기전력을 나타내는 그래프이고,
도 9는 실시예에 따른 모터와 종래의 스포크 타입의 모터에 대한 역기전력과 코킹토크를 나타내는 표이고,
도 10은 로터 투스에 대한 마그넷의 배치 관계에 따른 모터의 다양한 실시예를 나타내는 도면이고,
도 11은 다양한 실시예에 따른 모터의 코깅 토크와 역기전력을 나타내는 그래프이고,
도 12는 도 4의 A1 영역을 나타내는 확대도이다.
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 3은 실시예에 따른 모터를 나타내는 도면이고, 도 4는 실시예에 따른 모터의 스테이터와 로터를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 모터(1)는 하우징(100), 브라켓(200), 로터(300), 스테이터(400) 및 샤프트(500)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 브라켓(200)는 하우징(100)의 개방된 상부를 덮도록 배치될 수 있다. 이때, 하우징(100)은 스테이터(400)의 외측에 배치된다.
따라서, 하우징(100)과 브라켓(200)의 결합에 의해 내부에 수용공간이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 수용공간에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 로터(300), 스테이터(400) 및 샤프트(500) 등이 배치될 수 있다.
로터(300)는 스테이터(400)와 전기적 상호 작용을 통해 회전한다. 이때, 로터(300)는 스테이터(400)의 내측에 배치된다. 그리고, 로터(400)의 중앙에는 샤프트(500)가 관통하여 배치될 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 모터의 로터를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 B영역을 나타내는 확대도이고, 도 7은 도 6의 B1영역을 나타내는 확대도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 로터(300)는 로터 요크(310), 로터 투스(320) 및 마그넷(330)을 포함할 수 있다. 이때, 마그넷(330)은 홈(332)이 형성된 측면(331)을 포함하고, 로터 투스(320)는 상기 홈(332)에 결합되는 돌기(328)를 포함할 수 있다. 여기서, 로터 요크(310)와 로터 투스(320)는 로터 코어라 불리 울 수 있다.
상기 홈(332)에 상기 돌기(328)가 결합됨에 따라, 원심력에 의해 상기 마그넷(330)이 이탈되는 것이 방지된다. 그에 따라, 로터 투스(320)의 외주면측에 대한 설계 자유도가 향상된다.
로터 요크(310)는 중심에 홀이 배치된 환형 부재일 수 있다.
로터 투스(320)는 로터 요크(310)의 외주면에서 반경 방향으로 돌출된다. 로터 투스(320)는 복수 개이며, 도 5에 도시된 바와 같이, 로터(300)의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치된다.
로터 투스(320)는 스테이터(400)에 배치되는 스테이터 코어(410)의 슈(413)와 마주보게 배치될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 로터 투스(320)는 로터 요크(310)의 외주면에서 반경 방향으로 돌출된 본체(321), 본체(321)의 외주면(322)에서 반경 방향으로 돌출된 돌출부(325) 및 본체(321)의 측면(323)에서 돌출된 돌기(328)를 포함할 수 있다. 그에 따라, 돌출부(325)는 외주면(326)을 포함할 수 있다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 돌출부(325)가 본체(321)의 외주면(322)의 일 영역에서 반경 방향으로 돌출되게 형성됨에 따라, 로터 투스(320)는 제1 면(322)과 제2 면(326)을 포함할 수 있다. 이때, 로터 투스(320)의 제1 면(322)과 제2 면(326)은 스테이터(400)에 배치되는 스테이터 코어(410)의 슈(413)와 마주보게 배치될 수 있다.
상기 제1 면(322)은 소정의 곡률(1/R1)을 갖는 본체(321)의 외주면(322)이고, 상기 제2 면(326)은 소정의 곡률(1/R2)을 갖는 돌출부(325)의 외주면(326)일 수 있다. 이때, 각각의 반지름인 R1은 R2 보다 작다.
이에, 반경 방향을 기준으로 제1 면(322)과 제2 면(326)은 소정의 간격(D1)으로 이격되게 배치될 수 있다. 그리고, 원주 방향을 기준으로 돌출부(325)의 측면(327)은 본체(312)의 측면(323)에서 소정의 간격(D2)으로 이격되게 배치될 수 있다.
그에 따라, 상기 모터(1)의 오픈영역은 확장될 수 있다.
상기 모터(1)를 상기 모터(2)와 비교해 볼 때, 상기 모터(1)는 상기 모터(2)의 돌기(12a)가 삭제되기 때문에, 상기 모터(1)의 오픈영역(OA)은 상기 모터(2)의 오픈영역(O)보다 크다. 즉, 상기 모터(1)의 오픈영역(OA)은 확장될 수 있다.
그리고, 돌출부(325)가 본체(312)의 측면(323)에서 소정의 간격(D2)으로 이격되게 배치되기 때문에, 상기 모터(1)의 오픈영역(OA)은 더욱 확장될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 모터(1)의 오픈영역(OA)의 양측에 확장 오픈영역(OB)이 배치되기 때문에, 상기 모터(1)의 오픈영역(OA)은 원주 방향으로 확장 오픈영역(OB)x2만큼 더욱 확장될 수 있다.
한편, 돌출부(325)는 본체(321)의 외주면(322)의 일 영역에서 반경 방향으로 돌출되게 형성되기 때문에, 돌출부(325)는 인접한 돌출부(325)와 소정의 거리(D)를 갖게 이격된다. 여기서, 상기 거리(D)는 돌출부(325)의 일 측면(327)과 원주 방향으로 마주보게 배치되는 인접한 돌출부(325)의 일 측면(327) 사이의 이격거리이다.
이때, 상기 거리(D)는 상기 모터(1)의 확장 오픈영역(OB)의 크기를 좌우한다. 따라서, 돌출부(325) 사이의 거리(D)는 마그넷(330)의 폭(W)보다 크다.
도 8은 실시예에 따른 모터의 코깅 토크와 역기전력을 나타내는 그래프이고, 실시예에 따른 모터와 종래의 스포크 타입의 모터에 대한 역기전력과 코킹토크를 나타내는 표이다.
돌출부(325) 사이의 거리(D)는 마그넷(330)의 폭(W) 대비 소정의 비율로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하여 살펴보면, 돌출부(325) 사이의 거리(D)는 마그넷(330)의 폭(W) 대비 1.12~1.165일 수 있다. 바람직하게, 마그넷(330)의 폭(W)을 1이라 할 때, 돌출부(325) 사이의 거리(D)는 1.155이다. 이때, 극호비는 0.56일 수 있다. 여기서, 상기 극호비라 함은 하나의 마그넷이 원주 방향을 기준으로 차지할 수 있는 최대 범위에 대한 마그넷의 원주 방향 범위를 의미한다. 예컨데, 8개의 마그넷이 사용되는 8극의 경우 하나의 마그넷이 원주 방향을 기준으로 차지할 수 있는 최대 범위는 중심(C)을 기준으로 45도이다.
따라서, 마그넷(330)의 폭(W)이 10.3mm이고, 거리 D가 11.9mm일 때, 역기전력(Back EMP)의 파형 비교시 전고조파 왜곡률(THD, Total Harmonic Distortion)가 개선되면서 정현파가 형성된다. 이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 모터(1)의 큰 성능 감소없이 코깅 토크(Cogging Torque)가 개선됨을 확인할 수 있다.
마그넷(330)이 로터 투스(320)에 배치될 때, 돌기(328)는 마그넷(330)의 배치를 안내한다. 그리고, 돌기(328)는 마그넷(330)의 홈(332)과 결합되어 마그넷(330)이 이탈되는 것을 방지한다. 이때, 돌기(323)는 본체(321)의 상단 모서리에서 하단 모서리까지 길게 형성될 수 있다. 이에, 마그넷(330)의 홈(332) 또한 마그넷(330)의 상단에서 하단까지 길게 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 돌기(328)는 본체(321)의 측면(323)의 중앙에서 돌출될 수 있다. 예컨데, 돌기(328)를 기준으로 상기 측면(323)은 제1 측면(323a)과 제2 측면(323b)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 측면(323a)과 제2 측면(323b)의 반경 방향 길이는 동일할 수 있다.
돌기(328)는 평면상 사각형 형상으로 형성된 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 홈(332)과의 슬라이딩 결합 및 원심력에 대한 결합력 등을 고려하여 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예컨데, 돌기(328)는 직각 삼각형 형상으로 형성될 수 있다.
마그넷(330)은 로터 투스(320)와 로터 투스(320) 사이에 배치된다. 마그넷(330)의 폭(W)보다 길이(L)가 긴 장방향인 육면체일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 마그넷(330)은 폭(W)보다 반경 방향의 길이(L)가 크다. 여기서, 마그넷(330)의 길이(L)라 함은 로터 투스(320)와 로터 투스(320) 사이에 배치되었을 때, 로터(300)의 중심을 기준으로 반경 방향으로 측정한 마그넷(330) 길이이다.
그리고, 마그넷(330)은 로터 투스(320)의 상단에서 하단까지 배치될 수 있다. 그리고, 상기 모터(1)에는 8개의 마그넷(330)이 배치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 마그넷(330)은 원주 방향을 기준으로 배치되는 측면(331), 측면(331)에 형성된 홈(332) 및 반경 방향을 기준으로 외측에 배치되는 외측면(333)을 포함할 수 있다. 여기서,
홈(332)은 측면(331)에서 오목하게 형성된다. 그리고, 상기 홈(332)은 로터 투스(320)의 돌기(328)의 위치에 대응되게 형성될 수 있다.
그리고, 측면(331)과 외측면(333)이 만나는 모서리는 모따기가 수행될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 7에 도시된 바와 같이 소정의 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수도 있다.
외측면(333)은 로터 투스(320)의 제1 면(332)과 인접하게 배치될 수 있다.
한편, 마그넷(330)의 측면(331)과 로터 투스(320)의 측면(323) 사이에는 본드와 같은 접착부재(미도시)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 접착부재는 로터 투스(320)의 홈(328)에도 배치될 있다. 여기서, 홈(328)은 상기 접착부재의 도포 면적을 확장시킨다.
그에 따라, 상기 접착부재는 마그넷(330)을 로터 투스(320)에 고정시킨다. 이때, 상기 홈(328)에 도포된 상기 접착부재에 의해 고정력은 더욱 향상된다.
도 10은 로터 투스에 대한 마그넷의 배치 관계에 따른 모터의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다. 도 10은 로터 투스(320)의 제1 면(332)과 마그넷(330)의 외측면(333)의 배치관계에 따른 모터의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a)는 반경 방향을 기준으로 로터 투스의 제1 면보다 낮게 배치되는 마그넷의 외측면이 구현된 모터(1a)를 나타내는 도면이고, 도 10의 (b)는 반경 방향을 기준으로 로터 투스의 제1 면과 동일하게 배치되는 마그넷의 외측면이 구현된 모터(1b)를 나타내는 도면이고, 도 10의 (c)는 반경 방향을 기준으로 로터 투스의 제1 면보다 높게 배치되는 마그넷의 외측면이 구현된 모터(1c)를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 상기 모터(1a)는 로터(300)의 중심(C)으로부터 제1 면(332))까지의 거리(R2)가 로터(300)의 중심(C)으로부터 마그넷(330)의 외측면(333)까지의 거리보다 작다. 이 경우, 상기 접착부재의 도포 면적이 다른 모터(1b, 1c)보다 적다.
도 10의 (b)를 참조하면, 상기 모터(1b)는 로터(300)의 중심(C)으로부터 제1 면(332)까지의 거리(R2)가 로터(300)의 중심(C)으로부터 마그넷(330)의 외측면(333)까지의 거리와 동일하다.
도 10의 (c)를 참조하면, 상기 모터(1c)는 로터(300)의 중심(C)으로부터 제1 면(332))까지의 거리(R2)가 로터(300)의 중심(C)으로부터 마그넷(330)의 외측면(333)까지의 거리보다 크다. 이 경우, 상기 접착부재의 도포 면적은 상기 모터(1b)와 동일하나 마그넷(330)의 사이즈는 크다.
도 11은 로터 투스의 제1 면과 마그넷의 외측면의 배치관계에 따른 모터의 코깅 토크와 역기전력을 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 마그넷의 폭(W) 대비 상기 거리(D)가 1.12~1.165의 범위에서는 코깅 토크와 역기전력의 변화가 크게 차이가 없음을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 접착부재의 접착 면적과 마그넷(330)의 비용을 고려하여, 로터(300)의 중심(C)으로부터 제1 면(332)까지의 거리(R2)는 로터(300)의 중심(C)으로부터 마그넷(330)의 외측면(333)까지의 거리보다 작거나 동일하게 형성될 수 있다.
스테이터(400)는 로터(300)의 외측에 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 스테이터(400)는 스테이터 코어(410)와 코일(420)을 포함할 수 있다. 코일(420)은 스테이터 코어(410)에 감긴다. 스테이터(400)는 로터(300)와의 전기적 상호 작용을 유발하여 로터(300)의 회전을 유도한다.
스테이터 코어(410)는 평면상 링 형상의 요크(411), 투스(412) 및 슈(413)를 포함할 수 있다. 그리고, 투스(412)는 코일(330)의 권선을 위해 요크(411)에서 돌출되게 형성될 수 있다. 그리고, 슈(413)는 투스(412)의 내측 단부에 형성될 수 있다. 여기서, 요크(411), 투스(412) 및 슈(413)는 일체로 형성된 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 슈(413)는 돌기부라 불리울 수 있다.
요크(411)는 원통 형상으로 형성될 수 있다.
투스(312)는 요크(411)에서 중심(C)을 향하여 돌출되게 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 투스(312)는 요크(411)의 내주면을 따라 일정 간격마다 중심(C)을 향하여 돌출되게 배치될 수 있다. 즉, 복수 개의 투스(312)는 소정의 간격으로 상호 이격되게 요크(411)의 내주면에 배치될 수 있다.
따라서, 어느 하나의 투스(312)와 인접하게 배치되는 다른 하나의 투스(312) 사이에는 코일(420)이 권선되는 공간이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 공간은 슬롯(S)이라 불리울 수 있다.
그리고, 상기 슈(413)가 서로 이격되게 배치됨에 따라, 상기 슬롯(S)의 개구부가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 개구부는 슬롯 오픈(SO)을 의미한다. 이에, 슬롯 오픈(SO)은 어느 하나의 슈(413)의 측면과 인접하게 배치되는 다른 하나의 슈(413)의 측면 사이의 공간을 의미한다.
투스(412)에는 코일(420)이 권선될 수 있다. 이때, 상기 투스(412)에는 인슐레이터(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 인슐레이터는 투스(412)와 코일(420)을 절연시킨다.
투스(412)는 요크(411)에서 중심(C)을 향하여 돌출되게 배치될 수 있다.
슈(413)는 투스(412)의 단부에서 연장되게 형성될 수 있다. 그리고, 슈(413)는 로터(300)에 배치되는 돌출부(325)의 외주면(326)과 마주보도록 배치될 수 있다.
이때, 슈(413)는 외주면(326)과 마주보게 배치되되 소정의 간격으로 외주면(326)과 이격되게 배치될 수 있다. 그에 따라, 슈(413)의 내측면(413a)과 로터(300)에 배치되는 돌출부(325)의 외주면(326) 사이에는 에어갭(G)이 형성될 수 있다. 여기서, 에어갭(G)은 슈(413)와 로터(300) 사이의 간격을 의미할 수 있다. 바람직하게, 에어갭(G)은 슈(413)와 로터(300)에 배치되는 돌출부(325)의 외주면(326) 사이의 간격을 의미할 수 있다.
도 12는 도 4의 A1 영역을 나타내는 확대도이다.
도 12를 참조하면, 상기 로터(300)에 배치되는 돌출부(325)의 외주면(326)은 중심부가 가장자리 영역에 비해 외측을 향하여 돌출되도록 곡면이 형성된다. 상세히, 상기 로터(300)의 회전에 의해 상기 돌출부(325)의 중심이 상기 슈(413)의 중심과 마주보는 위치에 배치 시, 상기 돌출부(325)의 외주면(326)으로부터 상기 슈(413)의 내주면(413a)까지의 거리는 서로 다른 길이의 G1, G2로 정의될 수 있다.
여기서, 상기 G1은 돌출된 상기 돌출부(325)의 외주면(326) 중 중심 영역으로부터 상기 슈(413)의 내주면(413a)까지의 직경 방향 거리를 의미하고, 상기 G2는 상기 돌출부(325)의 외주면(326) 중 가장자리 영역으로부터 상기 슈(413)의 내주면(413a)까지의 직경 방향 거리를 의미한다. 즉, 상기 G1은 상기 돌출부(325)의 외주면(326)과 상기 슈(413)의 내주면(413a) 사이에 형성되는 가장 가까운 거리로 이해되고, 상기 G2는 상기 돌출부(325)의 외주면(326)과 상기 슈(413)의 내주면(413a) 사이에 가장 먼 거리로 이해될 수 있다.
이때, 상기 G1과 상기 G2는 다음의 식을 만족할 수 있다.
G2=K*G1 (1.3 ≤ K ≤ 1.5)
따라서, 상기 G1과 상기 G2는 상이하고, 상기 G1 보다 상기 G2가 더 큰 값이 형성된다. 상기 G1 보다 상기 G2가 더 큰 값을 갖는 로터(300)를 구비하는 모터(1)는 오프셋(Offset)이 적용된 모터라 불리울 수 있다.
요약하면, 상기 돌출부(325)의 외주면(326)을 제 1 측면이라 하고, 상기 제 1 측면에 대향하는 상기 슈(413)의 내주면(413a)을 제 2 측면이라 할 때, 원주 방향으로 상기 1 측면의 곡률보다 상기 제 2 측면의 곡률이 더 작게 형성될 수 있다.
그 결과, 상기 제 1 측면을 연장한 가상원의 중심과 상기 제 2 측면을 연장한 가상원의 중심은 서로 상이하게 된다.
그리고, 상기 제 1 측면은 상기 제 1 측면의 중심에서 원주 방향을 따라 가장자리로 갈수록 곡률이 변화될 수 있다. 이와 달리, 상기 제 1 측면의 곡률은 원주방향으로 일정하게 형성될 수도 있다. 상기 G1 보다 상기 G2가 큰 값을 갖는 범위 내에서 상기 제 1 측면의 곡률을 다양하게 설정될 수 있다.
그리고, 인접한 상기 슈(413) 간에는 K만큼 이격된 개구부(SO, 슬롯 오픈)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 K는 인접한 상기 슈(413) 간에 형성되는 원주 방향 폭을 의미한다. 상기 K 값의 범위는 1.3mm ≤ K ≤ 1.5mm를 만족할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 돌출부(325)의 외주면(326)을 중심부가 가장자리 영역에 비해 외측으로 돌출되는 형상의 곡면을 형성함으로써, 상기 로터(300)의 회전에 따라 상기 스테이터(400)와 발생되는 코깅 토크를 저감할 수 있다.
즉, 상기 스테이터(300) 가장자리 영역으로부터 상기 슈(413)와의 거리가 가까울수록 코깅 토크 발생이 높아지게 되기 때문에, 실시예에서는 상기 돌출부(325)의 외주면(326)의 가장자리 영역이 중심 영역보다 상기 슈(413)와의 거리가 멀어지도록 상기 외주면(326)에 곡면 형상을 형성하여 코깅 토크를 저감시킬 수 있다.
샤프트(500)는 로터(300)에 결합될 수 있다. 샤프트(500)와 로터(300) 사이에는 베어링과 베어링을 고정하는 홀더와 같은 고정부재가 배치될 수 있다. 전류 공급을 통해 로터(300)와 스테이터(400)에 전자기적 상호 작용이 발생하면 로터(300)가 회전한다. 다만, 샤프트(500)가 임펠러(미도시)와 연결될 때, 샤프트(500)는 하우징(400)에 고정될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다.
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
100: 하우징 200: 브라켓
300: 로터 310: 로터 요크
320: 로터 투스 328: 돌기
330: 마그넷 332: 홈
400: 스테이터
410: 스테이터 코어 420: 코일
500: 샤프트

Claims (12)

  1. 로터 요크;
    상기 로터 요크의 외부면에서 반경 방향으로 돌출되는 복수 개의 로터 투스; 및
    상기 로터 투스 사이에 배치되는 마그넷을 포함하며,
    상기 로터 투스의 외주면은 제1 면과 제2 면을 포함하고,
    상기 로터의 중심으로부터 상기 제1 면까지의 거리는 상기 로터의 중심으로부터 상기 제2 면까지의 거리보다 작은 로터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그넷은 홈이 형성된 측면을 포함하고,
    상기 로터 투스는 상기 홈에 결합되는 돌기를 포함하는 로터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로터 투스는
    상기 로터 요크의 외주면에서 반경 방향으로 돌출된 본체; 및
    상기 본체의 외주면에서 반경 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하고,
    상기 제1 면은 소정의 곡률(1/R1)을 갖는 상기 본체의 외주면이고, 상기 제2 면은 소정의 곡률(1/R2)을 갖는 상기 돌출부의 외주면인 로터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출부 사이의 거리(D)는 상기 마그넷의 폭(W)보다 큰 로터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마그넷의 폭(W) 대비 상기 거리(D)는 1.12~1.165인 로터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 로터의 중심으로부터 상기 제1 면까지의 거리(R1)는 상기 로터의 중심으로부터 상기 마그넷의 외측면까지의 거리보다 작거나 동일한 로터.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 마그넷의 측면과 상기 로터 투스의 측면 사이에는 접착부재가 배치되는 로터.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 로터 투스의 측면은 상기 돌기를 기준으로 제1 측면과 제2 측면을 포함하고,
    상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 길이는 동일한 로터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 마그넷은 폭보다 반경 방향의 길이가 큰 로터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마그넷의 모서리는 곡면으로 형성되는 로터.
  11. 샤프트;
    상기 샤프트가 관통되는 로터; 및
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 로터는
    로터 요크;
    상기 로터 요크의 외부면에서 반경 방향으로 돌출되는 복수 개의 로터 투스; 및
    상기 로터 투스 사이에 배치되는 마그넷을 포함하며,
    상기 로터 투스는 상기 스테이터와 마주보는 제1 면과 제2 면을 포함하고,
    상기 로터의 중심으로부터 상기 제1 면까지의 거리는 상기 로터의 중심으로부터 상기 제2 면까지의 거리보다 작은 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 마그넷은 홈이 형성된 측면을 포함하고,
    상기 로터 투스는 상기 홈에 결합되는 돌기를 포함하는 모터.
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