KR20200103605A - 모터 - Google Patents

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KR20200103605A
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 샤프트; 상기 샤프트가 결합되는 로터 코어와 상기 로터 코어에 배치되는 마그넷을 포함하는 로터; 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 스테이터 코어는 요크, 상기 요크에서 반경 방향으로 돌출된 투스 및 상기 투스의 단부에 배치되는 슈를 포함하며, 상기 로터의 회전에 의해 상기 슈에 가진력 티에이치디(THD, Total Harmonic Distortion)가 형성되고, 상기 가진력 티에이치디에 대한 알에스엠(RSM) 기법을 통해, 슬롯 오픈의 거리(W2), 스테이터 옵셋(θ1), 슈 앵글(θ2) 및 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin) 중 적어도 어느 하나가 결정되는 모터에 관한 것이다.

Description

모터{MOTOR}
실시예는 모터에 관한 것이다.
모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 차량, 가정용 전자제품, 산업용 기기 등에 광범위하게 사용된다.
특히, 상기 모터가 사용되는 전자식 파워 스티어링 시스템(Electronic Power Steering System 이하, EPS라 한다.)은 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공한다. 그에 따라, 차량의 운전자는 안전한 주행을 할 수 있다.
모터는 스테이터와 로터를 포함한다. 스테이터는 복수 개의 슬롯을 형성하는 티스를 포함할 수 있으며, 로터는 티스와 마주보게 배치되는 복수 개의 마그넷을 포함할 수 있다. 상기 티스 중 인접하는 투스는 상호 떨어져 배치되어 슬롯 오픈(slot open)을 형성할 수 있다.
이러한 모터의 경우 상기 투스의 형상에 따라 소음진동(NVH, Noise, Vibration, Harshness)이 발생한다. 그에 따라, 모터의 성능 및 품질이 달라질 수 있다.
따라서, 상기 모터의 품질 중 가진력과 관련하여, 투스의 폭을 기반으로 투스의 형상을 좌우하는 세 개의 인자인 슬롯 오픈의 거리, 스테이터 옵셋 및 슈 앵글이 최적화된 모터가 요구되고 있는 실정이다.
나아가, 상기 모터의 품질 중 가진력과 관련하여, 투스의 폭을 기반으로 마그넷의 형상을 좌우하는 또 다른 하나의 인자인 마그넷 옵셋에 대한 최적화된 모터 또한 요구되고 있는 실정이다.
실시예는 반응표면분석법인 알에스엠(RSM, Response Surface Methodology) 기법에 의해 스테이터의 투스의 폭을 기반으로 투스의 슬롯 오픈의 거리, 스테이터 옵셋 및 슈 앵글과, 마그넷의 마그넷 옵셋을 최적화하여 제시할 수 있는 모터를 제공한다.
바람직하게, 가진력 티에이치디에 대한 상기 알에스엠 기법을 통해, 스테이터의 투스의 폭을 기준으로 투스의 슬롯 오픈의 거리, 스테이터 옵셋 및 슈 앵글과, 마그넷의 마그넷 옵셋을 최적화하여 제시할 수 있는 모터를 제공한다.
실시예가 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, 샤프트; 상기 샤프트가 결합되는 로터 코어와 상기 로터 코어에 배치되는 마그넷을 포함하는 로터; 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 스테이터 코어는 요크, 상기 요크에서 반경 방향으로 돌출된 투스 및 상기 투스의 단부에 배치되는 슈를 포함하며, 상기 로터의 회전에 의해 상기 슈에 가진력 티에이치디(THD, Total Harmonic Distortion)가 형성되고, 상기 가진력 티에이치디에 대한 알에스엠(RSM) 기법을 통해, 슬롯 오픈의 거리(W2), 스테이터 옵셋(θ1), 슈 앵글(θ2) 및 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin) 중 적어도 어느 하나가 결정되는 모터에 의해 달성된다.
여기서, 상기 가진력 티에이치디(THD)는 수평면상 반경 방향 티에이치디(THD)와 접선 방향 티에이치디(THD)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 슬롯 오픈의 거리(W2)는 하나의 슈의 일단과 인접하게 배치되는 다른 슈의 타단 사이의 거리로 정의되며, 상기 슬롯 오픈의 거리(W2)는 상기 투스의 폭(W1) 대비 0.12~0.58배일 수 있다.
또한, 상기 스테이터 옵셋(θ1)은 상기 슈의 내면의 중앙을 기준으로 상기 중앙을 접선 방향으로 지나는 가상의 선(L1)과 상기 슈의 내측 단부의 일점(P)이 이루는 각도로 정의되며, 상기 스테이터 옵셋(θ1)은 0~20도일 수 있다. 여기서, 상기 스테이터 옵셋(θ1)이 20도일 때, 상기 슈의 내면에는 두 개의 홈이 서로 이격되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 슈 앵글(θ2)은 상기 투스의 측면과 상기 슈가 이루는 각도로 정의되며, 상기 슈 앵글(θ2)은 120~160도일 수 있다.
또한, 상기 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin)은 반경 방향을 기준으로 상기 마그넷의 중심 부분의 두께(Tmax)와 끝단 부분의 두께(Tmin)의 차로 정의되며, 상기 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin)은 상기 투스의 폭(W1) 대비 0.35~1.28배일 수 있다.
한편, 상기 마그넷은 6개가 제공되고, 상기 스테이터의 상기 투스는 9개로 제공될 수 있다.
또한, 상기 코일의 선경은 1.5φ이고, 상기 투스에 상기 코일이 27턴이 감길 수 있다.
실시예에 따른 모터는 반응표면분석법인 알에스엠(RSM, Response Surface Methodology) 기법에 의해 스테이터의 투스의 접선 방향의 폭을 기준으로 투스의 슬롯 오픈의 거리, 스테이터 옵셋 및 슈 앵글과, 마그넷의 마그넷 옵셋을 최적화하여 소음진동을 감소시킬 수 있다.
실시예의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 실시예의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 나타내는 도면이고,
도 2는 실시예에 따른 모터를 나타내는 단면도이고,
도 3은 실시예에 따른 모터의 스테이터 코어를 나타내는 도면이고,
도 4는 실시예에 따른 모터에 배치되는 스테이터 코어의 다른 실시예를 나타내는 도면이고,
도 5는 실시예에 따른 모터의 로터를 나타내는 도면이고,
도 6은 실시예에 따른 모터에 있어서, 슬롯 오픈의 거리와 스테이터 옵셋에 대한 반경 방향 THD의 컨투어 플랏을 나타내는 도면이고,
도 7은 실시예에 따른 모터에 있어서, 슬롯 오픈의 거리와 스테이터 옵셋에 대한 접선 방향 THD의 컨투어 플랏을 나타내는 도면이고,
도 8은 실시예에 따른 모터에 있어서, 슈 앵글과 마그넷 옵셋에 대한 반경 방향 THD의 컨투어 플랏을 나타내는 도면이고,
도 9는 실시예에 따른 모터에 있어서, 슈 앵글과 마그넷 옵셋에 대한 접선 방향 THD의 컨투어 플랏을 나타내는 도면이고,
도 10은 실시예에 따른 모터의 슬롯 오픈의 거리, 스테이터 옵셋, 슈 앵글 및 마그넷 옵셋의 최적 모델을 나타내는 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
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 실시예에 따른 모터를 나타내는 도면이고, 도 2는 실시예에 따른 모터를 나타내는 단면도이고, 도 3은 실시예에 따른 모터의 스테이터 코어를 나타내는 도면이다. 여기서, 도 2는 도 1의 A-A선을 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 1에서 y 방향은 축 방향을 의미하며, x 방향은 반경 방향을 의미한다. 그리고, 축 방향과 반경 방향은 서로 수직한다. 그리고, 도 2에서 수평면상 상기 x 방향에 수직한 방향인 t 방향은 접선 방향을 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 모터(1)는 일측에 개구가 형성된 하우징(100), 하우징(100)의 상부에 배치되는 커버(200), 하우징(100)의 내부에 배치되는 스테이터(300), 스테이터(300)의 내측에 배치되는 로터(400) 및 로터(400)와 함께 회전하는 샤프트(500), 스테이터(300)의 상측에 배치되는 버스바(600) 및 샤프트(500)의 회전을 감지하는 센서부(700)를 포함할 수 있다. 여기서, 내측이라 함은 상기 반경 방향을 기준으로 중심(C)을 향하여 배치되는 방향을 의미하고, 외측이라 함은 내측과 반대되는 방향을 의미한다.
이때, 스테이터(300)의 투스(312)의 폭(W1)이 설계 제한 기준으로 제시될 수 있다.
로터(400)의 회전에 의해 스테이터(300)의 슈(313)에 가진력 티에이치디(THD, Total Harmonic Distortion)가 형성됨에 따라, 상기 모터(1)는 상기 가진력 티에이치디와 투스(312)의 폭(W1)을 기반으로 슬롯 오픈의 거리(W2), 스테이터 옵셋(θ1), 슈 앵글(θ2) 및 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin)을 최적화하여 소음진동을 감소시킬 수 있다.
하우징(100)과 커버(200)는 상기 모터(1)의 외형을 형성할 수 있다. 여기서, 하우징(100)은 상부에 개구가 형성된 통 형상으로 형성될 수 있다.
상기 커버(200)는 하우징(100)의 개방된 상부를 덮도록 배치될 수 있다.
따라서, 하우징(100)과 커버(200)의 결합에 의해 내부에 수용공간이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 수용공간에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스테이터(300), 로터(400), 샤프트(500), 버스바(600) 및 센서부(700) 등이 배치될 수 있다.
하우징(100)은 원통형으로 형성될 수 있다. 하우징(100)의 하부에는 샤프트(500)의 하부를 지지하는 베어링(10)을 수용하는 포켓부가 마련될 수 있다. 또한, 하우징(100)의 상부에 배치되는 커버(200)에도 샤프트(500)의 상부를 지지하는 베어링(10)을 수용하는 포켓부가 마련될 수 있다.
스테이터(300)는 하우징(100)의 내주면에 의해 지지될 수 있다. 그리고, 스테이터(300)는 로터(400)의 외측에 배치된다. 즉, 스테이터(300)의 내측에는 로터(400)가 배치될 수 있다.
도 1 내지 3을 참조하면, 스테이터(300)는 스테이터 코어(310), 스테이터 코어(310)에 권선되는 코일(320), 스테이터 코어(310)와 코일(320) 사이에 배치되는 인슐레이터(330)를 포함할 수 있다.
스테이터 코어(310)에는 회전 자계를 형성하는 코일(320)이 권선될 수 있다. 여기서, 스테이터 코어(310)는 하나의 코어로 이루어지거나 복수 개의 분할 코어가 결합되어 이루어질 수 있다.
또한, 스테이터 코어(310)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층된 형태로 이루어질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨데, 스테이터 코어(310)는 하나의 단일품으로 형성될 수도 있다.
스테이터 코어(310)는 요크(311), 복수 개의 투스(312) 및 상기 투스(312)의 내측 단부에 형성된 슈(313)를 포함할 수 있다. 여기서, 내면(313a)은 상기 접선 방향과 평행하게 형성될 수 있다. 예컨데, 내면(313a)은 평면상 반경 방향에 수직하게 배치되는 가상의 선과 평행할 수 있다.
요크(311)는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 그에 따라, 요크(311)는 평면상 링 형상의 단면을 포함할 수 있다.
투스(312)에는 코일(320)이 감긴다.
상기 투스(312)는 중심(C)을 기준으로 반경 방향(x 방향)을 향해 요크(311)에서 돌출되게 배치될 수 있다. 그리고, 복수 개의 상기 투스(312)는 원주 방향을 따라 요크(311)의 내주면에 서로 이격되게 배치될 수 있다. 그에 따라, 각각의 상기 투스(312) 사이에는 코일(320)이 권선될 수 있는 공간인 슬롯이 형성될 수 있다.
상기 투스(312)는 접선 방향으로 소정의 폭(W1)을 갖도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 투스(312)는 9개로 제공될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다.
슈(313)는 투스(312)의 내측 단부에서 내측으로 돌출되게 연장될 수 있다. 여기서, 슈(313)의 폭은 투스(312)의 폭(W1)보다 클 수 있다.
슈(313)는 로터(400)의 마그넷(420)을 대향하도록 배치될 수 있다. 이때, 반경 방향을 기준으로 슈(313)의 내면(313a)은 마그넷(420)의 외주면과 소정의 간격으로 이격되게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 간격은 에어 갭이라 불릴 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 슈(313)가 원주 방향으로 서로 이격되게 배치됨에 따라, 상기 슬롯의 내측에는 개구부가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 개구부는 슬롯 오픈 또는 슈(313) 사이의 거리라 불릴 수 있다. 그리고, 상기 슬롯 오픈의 거리(W2)는 슈(313)의 일단과 인접한 다른 하나의 슈(313)의 타단 사이의 거리로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 슬롯 오픈의 거리(W2)는 상기 투스(312)의 폭(W1) 대비 0.12~0.58배일 수 있다.
스테이터 옵셋(θ1)은 상기 슈(313)의 내면(313a)의 중앙(C1)을 기준으로 상기 중앙(C1)을 접선 방향으로 지나는 가상의 선(L1)과 상기 슈(313)의 내측 단부의 일점(P)이 이루는 각도로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 스테이터 코어(310)의 스테이터 옵셋(θ1)은 0~20도일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터 코어(310)의 내면(313a)은 상기 접선 방향과 평행하게 형성되기 때문에, 상기 스테이터 코어(310)의 스테이터 옵셋(θ1)은 0도가 된다.
도 3을 참조하면, 슈(313)는 투스(312)에서 연장되는 제1 면(313b)과 제1 면(313b)에서 내측으로 연장되는 제2 면(313c)을 포함할 수 있다.
제1 면(313b)은 투스(312)의 측면(312a)과 소정의 기울기를 갖도록 형성될 수 있다. 그에 따라, 스테이터 코어(310)의 슈 앵글(θ2)은 상기 투스(312)의 측면(312a)과 상기 슈(313)의 제1 면(313b)이 이루는 각도로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 슈 앵글(θ2)은 120~160도일 수 있다.
제2 면(313c)은 제1 면(313b)의 내측 단부에서 내측으로 연장될 수 있다. 이때, 제2 면(313c)은 제1 면(313b)과 소정의 기울기를 갖도록 경사지게 배치될 수 있다.
한편, 모터의 소음진동 특성과 관련하여, 로터(400)의 회전에 의해 형성되는 전자기적인 힘에 의해 가진력이 슈(313)에 형성될 수 있다. 그에 따라, 슈(313)에 떨림이 형성되어 상기 모터(1)에 소음진동이 발생할 수 있다. 이때, 상기 가진력은 사인파형으로 형성될 수 있으며, 상기 떨림은 가진력 티에이치디(THD, Total Harmonic Distortion)로 나타날 수 있다. 여기서, 가진력 티에이치디(THD)는 반경 방향 티에이치디(THD)와 접선 방향 티에이치디(THD)를 포함할 수 있다.
그에 따라, 상기 모터(1)는 상기 가진력 티에이치디에 대한 반응표면분석법인 알에스엠(RSM, Response Surface Methodology) 기법을 통해 상기 슬롯 오픈의 거리(W2), 스테이터 옵셋(θ1) 및 슈 앵글(θ2)을 최적화할 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 모터에 배치되는 스테이터 코어의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 스테이터 코어(310a)는 도 3에 도시된 스테이터 코어(310) 대신에 이용될 수 있다. 이때, 도 3에 도시된 스테이터 코어(310)는 제1 실시예에 따른 스테이터 코어(310)라 불릴 수 있고, 도 4에 도시된 스테이터 코어(310a)는 제2 실시예에 따른 스테이터 코어(310a)라 불릴 수 있다.
제2 실시예에 따른 스테이터 코어(310a)를 제1 실시예에 따른 스테이터 코어(310)와 비교해 볼 때, 제2 실시예에 따른 스테이터 코어(310a)는 스테이터 옵셋(θ1)이 0도가 아니라는 점과 슈(313)의 내면(313a)에 두 개의 홈(314)이 형성되어 있다는 점에 차이가 있다.
도 4를 참조하면, 상기 스테이터 코어(310a)는 요크(311), 복수 개의 투스(312), 상기 투스(312)의 내측 단부에 형성된 슈(313) 및 슈(313)의 내면(313a)의 중앙에 반경 방향으로 오목하게 형성된 홈(314)을 포함할 수 있다.
제2 실시예에 따른 스테이터 코어(310a)의 스테이터 옵셋(θ1)은 상기 슈(313)의 내면(313a)의 중앙(C1)을 기준으로 상기 중앙(C1)을 접선 방향으로 지나는 가상의 선(L1)과 상기 슈(313)의 내측 단부의 일점(P)이 이루는 각도로 정의될 수 있기 때문에, 도 4를 참조하면 스테이터 옵셋(θ1)은 20도가 될 수 있다. 이때, 슈(313)의 내면(313a)은 소정의 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.
따라서, 상기 모터(1)의 스테이터 옵셋(θ1)은 0~20도 범위 내에서 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 홈(314)은 슈(313)의 내면(313a)에 반경 방향으로 오목하게 두 개가 형성될 수 있다. 이때, 두 개의 상기 홈(314)은 스테이터 코어(310a)의 중심(C)과 내면(313a)의 중앙(C1)을 잇는 가상의 선을 기준으로 상호 대칭되게 배치될 수 있다.
여기서, 상기 홈(314)은 슈(313)에 사각형 형상의 단면을 갖도록 형성될 수 있다. 그에 따라, 상기 홈(314)은 소정의 폭과 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.
로터(400)는 스테이터(300)의 내측에 배치된다. 그리고, 로터(400)는 중심부에 샤프트(500)가 삽입되는 홀을 포함할 수 있다. 그에 따라, 로터(400)의 상기 홈에는 샤프트(500)가 결합될 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 모터의 로터를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 로터(400)는 로터 코어(410), 로터 코어(410)의 외주면에 배치되는 마그넷(420)을 포함할 수 있다. 이러한 타입의 로터(400)는 마그넷(420)의 이탈을 방지하고 결합력을 높이기 위하여 별도의 캔부재(미도시)가 로터 코어(410)와 마그넷(420)의 외측에 결합될 수 있다. 또는 마그넷(420)에 로터 코어(410)가 이중 사출되어 일체로 형성될 수도 있다.
로터 코어(410)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층되어 이루어질 수 있다. 물론, 로터 코어(410)는 하나의 통으로 구성되는 단일 코어 형태로 제작될 수도 있다.
로터 코어(410)는 샤프트(500)가 삽입되게 중앙에 형성된 홀을 포함할 수 있다.
마그넷(420)은, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 6개로 제공될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다.
마그넷(420)은 상기 반경 방향으로 소정의 두께로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 두께는 반경 방향을 기준으로 마그넷(420)의 내측면(421)에서 외측면(422)까지의 거리를 의미할 수 있다.
그리고, 상기 두께는 마그넷(420)의 중심 부분의 두께(Tmax)와 끝단 부분의 두께(Tmin)가 상이할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 마그넷(420)의 중심 부분의 두께(Tmax)는 끝단 부분의 두께(Tmin)보다 크다. 여기서, 마그넷(420)의 중심 부분이라 함은 내측면(421)에서 외측면(422) 각각의 중심을 잇는 가상의 선이 위치하는 부분을 의미할 수 있다. 그리고, 마그넷(420)의 끝단 부분이라 함은 내측면(421)에서의 법선과 외측면(422)의 일단이 만나는 가상의 선이 위치하는 부분을 의미할 수 있다. 그에 따라, 마그넷(420)의 중심 부분의 두께(Tmax)는 마그넷(420)의 최대 두께를 의미하고, 마그넷(420)의 끝단 부분의 두께(Tmin)는 마그넷(420)의 최소 두께를 의미할 수 있다.
한편, 상기 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin)은 반경 방향을 기준으로 상기 마그넷(420)의 중심 부분의 두께(Tmax)와 끝단 부분의 두께(Tmin)의 차로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin)은 상기 투스의 폭(W1) 대비 0.35~1.28배일 수 있다.
따라서, 상기 모터(1)는 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin)을 최적화하여 소음진동을 감소시킬 수 있다.
샤프트(500)는 로터(400)에 결합될 수 있다. 전류 공급을 통해 로터(400)와 스테이터(300)에 전자기적 상호 작용이 발생하면 로터(400)가 회전하고 이에 연동하여 샤프트(500)가 회전한다. 이때, 샤프트(500)는 베어링(10)에 의해 지지될 수 있다.
샤프트(500)는 차량의 조향축과 연결될 수 있다. 그에 따라, 샤프트(500)의 회전에 의해 상기 조향축은 동력을 전달받을 수 있다.
버스바(600)는 스테이터(300)의 상부에 배치될 수 있다.
그리고, 버스바(600)는 스테이터(300)의 코일(320)과 전기적으로 연결될 수 있다.
버스바(600)는 버스바 본체와 상기 버스바 본체의 내부에 배치되는 복수 개의 터미널을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 버스바 본체는 사출 성형을 통해 형성된 몰드물일 수 있다. 그리고, 상기 터미널 각각은 스테이터(300)의 코일(320)과 전기적으로 연결될 수 있다.
센서부(700)는 로터(400)와 회전 연동 가능하게 설치된 센싱 마그넷의 자기력을 감지하여 로터(400)의 현재 위치를 파악함으로써 샤프트(500)의 회전을 감지할 수 있게 한다.
센서부(700)는 센싱 마그넷 조립체(710)와 인쇄회로기판(PCB, 720)을 포함할 수 있다.
센싱 마그넷 조립체(710)는 로터(400)의 회전과 연동하도록 샤프트(500)에 결합되어 로터(400)의 위치를 검출되게 한다. 이때, 센싱 마그넷 조립체(710)는 센싱 마그넷과 센싱 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 센싱 마그넷과 상기 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.
상기 메인 마그넷은 모터의 로터(400)의 마그넷(420)과 동일하게 배열될 수 있다.
상기 서브 마그넷은 메인 마그넷보다 세분화되어 많은 극으로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 서브 마그넷을 통해 로터(400)의 회전 각도를 더욱 세밀하게 분할하여 측정하는 것이 가능하며, 그에 따라, 상기 모터(1)의 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 샤프트(500)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 센싱 플레이트에는 샤프트(500)가 관통하는 홀이 형성된다.
인쇄회로기판(720)에는 센싱 마그넷의 자기력을 감지하는 센서가 배치될 수 있다. 이때, 상기 센서는 홀 IC(Hall IC)로 제공될 수 있다. 그리고, 상기 센서는 센싱 마그넷의 N극과 S극의 변화를 감지하여 센싱 시그널을 생성할 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 모터에 있어서, 슬롯 오픈의 거리와 스테이터 옵셋에 대한 반경 방향 THD의 컨투어 플랏을 나타내는 도면이고, 도 7은 실시예에 따른 모터에 있어서, 슬롯 오픈의 거리와 스테이터 옵셋에 대한 접선 방향 THD의 컨투어 플랏을 나타내는 도면이고, 도 8은 실시예에 따른 모터에 있어서, 슈 앵글과 마그넷 옵셋에 대한 반경 방향 THD의 컨투어 플랏을 나타내는 도면이고, 도 9는 실시예에 따른 모터에 있어서, 슈 앵글과 마그넷 옵셋에 대한 접선 방향 THD의 컨투어 플랏을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 가진력 티에이치디 중 반경 방향 티에이치디(THD)는 슬롯 오픈의 거리와 스테이터 옵셋을 기준으로 알에스엠(RSM) 기법에 의해 컨투어 플랏(contour plot)을 형성할 수 있다. 이때, 도 6에 도시된 P1은 슬롯 오픈의 거리와 스테이터 옵셋에 대한 반경 방향 티에이치디에서 선택된 최적점을 나타낼 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 가진력 티에이치디 중 접선 방향 티에이치디(THD)는 슬롯 오픈의 거리와 스테이터 옵셋을 기준으로 알에스엠(RSM) 기법에 의해 컨투어 플랏(contour plot)을 형성할 수 있다. 이때, 도 7에 도시된 P2는 슬롯 오픈의 거리와 스테이터 옵셋에 대한 접선 방향 티에이치디에서 선택된 최적점을 나타낼 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 가진력 티에이치디 중 반경 방향 티에이치디(THD)는 슈 앵글과 마그넷 옵셋을 기준으로 알에스엠(RSM) 기법에 의해 컨투어 플랏(contour plot)을 형성할 수 있다. 이때, 도 8에 도시된 P3은 슈 앵글과 마그넷 옵셋에 대한 반경 방향 티에이치디에서 선택된 최적점을 나타낼 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 가진력 티에이치디 중 접선 방향 티에이치디(THD)는 슈 앵글과 마그넷 옵셋을 기준으로 알에스엠(RSM) 기법에 의해 컨투어 플랏(contour plot)을 형성할 수 있다. 이때, 도 9에 도시된 P4는 슈 앵글과 마그넷 옵셋에 대한 접선 방향 티에이치디에서 선택된 최적점을 나타낼 수 있다.
따라서, 상기 모터(1)는 반경 방향 티에이치디(THD)의 컨투어 플랏과 접선 방향 티에이치디(THD)의 컨투어 플랏의 조합에 의해 슬롯 오픈의 거리(W2), 스테이터 옵셋(θ1), 슈 앵글(θ2) 및 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin)을 최적화하여 스테이터 코어(310, 310a)와 마그넷(420)을 형성함으로써, 상기 모터(1)의 소음진동을 감소시킬 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 모터의 슬롯 오픈의 거리, 스테이터 옵셋, 슈 앵글 및 마그넷 옵셋의 최적 모델을 나타내는 표이다.
도 10을 참조하면, 투스(312)의 폭(W1)이 8.6mm일 때, 가진력 티에이치디(THD)를 고려하여 슬롯 오픈의 거리(W2)는 5mm, 스테이터 옵셋(θ1)은 0도, 슈 앵글(θ2)은 160도 및 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin)은 7mm로 상기 모터(1)의 최적 모델이 형성될 수 있다.
이때, 상기 코일(320)의 선경은 1.5φ이고, 상기 투스(312)에 상기 코일(320)이 27턴 감길 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 10: 베어링
100: 하우징
200: 커버
300: 스테이터
310: 스테이터 코어 311: 요크
312: 투스 313: 슈
314: 홈
320: 코일
400: 로터 410: 로터 코어
420: 마그넷
500: 샤프트
600: 버스바
700: 센서부

Claims (11)

  1. 샤프트;
    상기 샤프트가 결합되는 로터 코어와 상기 로터 코어에 배치되는 마그넷을 포함하는 로터; 및
    상기 로터에 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선되는 코일을 포함하며,
    상기 스테이터 코어는 요크, 상기 요크에서 반경 방향으로 돌출된 복수 개의 투스, 및 상기 투스의 단부에 배치되는 슈를 포함하며,
    하나의 슈의 일단과 인접하게 배치되는 다른 슈의 타단 사이의 거리로 정의되는 슬롯 오픈의 거리(W2)는 상기 투스의 폭(W1)보다 작고,
    상기 투스의 측면과 상기 슈가 이루는 각도로 정의되는 슈 앵글(θ2)은 120~160도인 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슈의 내면은 평면상 반경 방향에 수직한 가상의 선과 평행하게 형성되는 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 중심(C)에서 상기 슈의 내면 중앙(C1)까지의 반경 방향 거리는 상기 중앙(C1)에서 상기 요크의 내주면까지의 반경 방향 거리보다 큰 모터.
  4. 샤프트;
    상기 샤프트가 결합되는 로터 코어와 상기 로터 코어에 배치되는 마그넷을 포함하는 로터; 및
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 권선되는 코일을 포함하며,
    상기 스테이터 코어는 요크, 상기 요크에서 반경 방향으로 돌출된 복수 개의 투스, 및 상기 투스의 단부에 배치되는 슈를 포함하며,
    상기 슈의 내면은 평면상 반경 방향에 수직한 가상의 선과 평행하게 형성되고,
    상기 마그넷의 중심 부분의 두께(Tmax)는 끝단 부분의 두께(Tmin)보다 큰 모터.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    반경 방향을 기준으로 상기 마그넷의 중심 부분의 두께(Tmax)와 끝단 부분의 두께(Tmin)의 차로 정의되는 마그넷 옵셋(Tmax-Tmin)은 상기 투스의 폭(W1) 대비 0.35~1.28배인 모터.
  6. 제4항에 있어서,
    하나의 슈의 일단과 인접하게 배치되는 다른 슈의 타단 사이의 거리로 정의되는 슬롯 오픈의 거리(W2)는 상기 투스의 폭(W1)보다 작은 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 로터의 회전에 의해 상기 슈에 가진력 티에이치디(THD)가 형성되고,
    상기 가진력 티에이치디와 상기 투스의 폭(W1)을 기반으로 상기 슬롯 오픈의 거리(W2)와 슈 앵글(θ2)이 결정되는 모터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 슈 앵글(θ2)은 상기 투스의 측면과 상기 슈가 이루는 각도로 정의되며,
    상기 슈 앵글(θ2)은 150도인 모터.
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 슈는,
    상기 투스의 측면과 소정의 기울기를 갖도록 형성되는 제1 면, 및
    상기 제1 면의 내측 단부에서 연장되는 제2 면을 포함하고,
    상기 제2 면은 상기 제1 면과 소정의 기울기를 갖도록 경사지게 배치되는 모터.
  10. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 슈의 내면에 반경 방향으로 오목하게 홈이 형성되는 모터.
  11. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 코일의 선경은 1.5φ이고, 상기 투스에 상기 코일이 27턴 감기는 모터.
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