KR20200113972A - 모터고정자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 모터고정자가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수 개의 권선슬롯이 방사상으로 마련되고, 원주방향을 따라서 분할된 복수 개의 분할코어를 결합하여 형성되는 고정자코어; 고정자코어의 내측에서 고정자코어의 내주면을 지지하고, 중심에 축방향으로 관통 형성되는 홀이 마련되는 허브; 및 허브의 외주면과 고정자코어의 내주면 사이에 개재되어 허브와 고정자코어를 결속시키는 복수 개의 체결부재;를 포함하는 모터고정자가 제공될 수 있다.

Description

모터고정자{MOTOR STATOR}

본 발명은 모터고정자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 권선슬롯이 외측에 형성되는 고정자코어가 분할코어에 의해 구성되되, 형상이 안정적이고 조립이 간편한 모터고정자에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 고정자와 회전자의 상호 작용에 의해 구동력을 구현하는 장치로써 다양한 장비 및 기계에 사용된다. 예를 들어, 차량의 전동식 조향 장치(Electronic Power Steering System), 전동식 브레이크(Electronic Mechanical Brake), 전기자전거의 구동모터에 사용될 수 있다.

종래의 브러시리스 모터(이하 모터)는 환형의 고정자의 내측으로 복수 개의 권선슬롯 및 티스부를 구비하고, 각 티스부에 권선을 감아 전자기력을 발생시켜 회전자를 회전시키며 로터의 구동력을 발생시킨다.

이 때, 모터의 고정자 중에는 권선 점적율을 증가시켜 모터의 성능을 향상시키는 분할코어식 고정자가 있다. 분할코어식 고정자는 고정자코어를 원주 방향으로 분할시킨 분할코어의 티스부에 권선을 감은 후 분할코어를 조립하여 권선 점적율을 높이는 방식으로 제작된다.

상술한 바와 같이, 티스부가 고정자의 내측으로 형성되는 이너 타입 분할코어식 고정자는 하우징이 고정자의 외곽 형태를 잡아주기 때문에 환형으로 결합하기 수월하고 형상이 안정적인 반면, 티스부가 외측으로 형성되는 아우터 타입의 분할코어식 고정자는 환형으로 조립되는 요크부가 내측에 위치하여 환형으로 조립하기가 어렵고, 모터의 토크 또는 부하로드에 대해 형상이 안정적이지 못하다는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1782718호 (2017. 09. 21.)

본 실시 예는 권선 점적율을 높여서 모터의 성능을 향상시키거나 모터의 크기를 작게 제작할 수 있는 모터고정자를 제공하고자 한다.

본 실시 예는 허브로 아우터타입 고정자코어의 내주면을 지지하여 모터의 토크 및 부하로드로부터 강인하고 안정성을 향상시킬 수 있는 모터고정자를 제공하고자 한다.

본 실시 예는 분할코어의 움직임을 제한하여 소음과 진동을 저감할 수 있는 모터고정자를 제공하고자 한다.

본 실시 예는 복수 개의 분할코어의 결합 시 간편하게 조립 가능하여 제품의 조립성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 모터고정자를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 복수 개의 권선슬롯이 방사상으로 마련되고, 원주방향을 따라서 분할된 복수 개의 분할코어를 결합하여 형성되는 고정자코어; 상기 고정자코어의 내측에서 상기 고정자코어의 내주면을 지지하고, 중심에 축방향으로 관통 형성되는 홀이 마련되는 허브; 및 상기 허브의 외주면과 상기 고정자코어의 내주면 사이에 개재되어 상기 허브와 상기 고정자코어를 결속시키는 복수 개의 체결부재;를 포함하는 모터고정자가 제공될 수 있다.

상기 허브는 외주면에 축방향과 나란한 방향으로 함몰 형성되는 복수 개의 제1홈을 구비하고, 상기 고정자코어는 내주면의 상기 제1홈과 대응되는 위치에 축방향과 나란한 방향으로 함몰 형성되는 복수 개의 제2홈을 구비하며, 상기 체결부재는 상기 제1홈과 상기 제2홈 사이에 삽입되는 모터고정자가 제공될 수 있다.

각각의 상기 분할코어는 서로 다른 반경을 갖는 원호 형상의 제1요크부 및 제2요크부와, 상기 제1요크부와 상기 제2요크부를 연결하며 상기 권선이 권취되는 티스부를 포함하는 모터고정자가 제공될 수 있다.

상기 제1요크부는 원주방향 일측에 함몰 형성되는 결합홈이 마련되고, 타측에 상기 결합홈과 암수 결합 가능하게 마련되는 결합돌기를 포함하는 모터고정자가 제공될 수 있다.

상기 허브는 일측에 원통형의 공간이 형성되는 중공부가 마련되고, 타측에 단면이 C형으로 돌출 형성되는 돌출부를 포함하는 모터고정자가 제공될 수 있다.

상기 모터고정자는 상기 중공부의 내측에 마련되는 베어링을 더 포함하는 모터고정자가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의한 모터고정자는 권선 점적율을 높여서 모터의 성능을 향상시키거나 모터의 크기를 작게 제작할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 의한 모터고정자는 허브로 아우터타입 고정자코어의 내주면을 지지하여 모터의 토크 및 부하로드로부터 강인하고 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 의한 모터고정자는 분할코어의 움직임을 제한하여 소음과 진동을 저감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 의한 모터고정자는 복수 개의 분할코어의 결합 시 간편하게 조립 가능하여 제품의 조립성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 모터고정자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 모터고정자를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 고정자코어를 나타내는 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 분할코어를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1의 A-A'부분을 나타내는 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

일반적으로 모터는 코일에서 전자기력을 발생시키는 고정자(10)와, 고정자(10)의 전자기력과 연동하여 회전하는 회전자(미도시)를 이용하여 구동력을 발생시킨다. 보다 자세하게는, 고정자(10)는 방사상으로 티스부(112)를 구비하고 티스부(112)에 권선을 감아서 3상 2극의 원주방향을 따라서 마련되는 권선에 전류를 흘려보내되, 일반적으로 3상 교류 전류를 공급하여 영구자석을 포함하는 회전자(미도시)를 회전시키고 로터(미도시)에 구동력을 제공한다.

고정자(10)는 권선슬롯(114)의 방향에 따라서 이너타입과 아우터타입으로 구분된다. 고정자는 방사상으로 복수 개의 권선슬롯(114) 및 티스부(112)를 구비하되, 이너타입 고정자는 환형 요크부를 기준으로 내측으로 티스부가 형성되어 회전자가 내측에 형성되고, 아우터타입 고정자는 외측으로 티스부가 형성되어 회전자가 외측에 형성된다. 또한, 이너타입 고정자의 외측에는 하우징이 고정자의 외곽을 잡아주고 보호하고, 아우터타입 고정자는 회전자가 고정자의 외측에 위치하고 고정자의 움직임을 고정하는 고정샤프트가 내측에 위치한다. 따라서, 아우터타입 고정자는 이너타입 고정자에 비해 회전자의 관성모멘트가 크므로 등속 운동에 유리하고 효율을 증가시킬 수 있지만, 형상이 상대적으로 불안정하다.

모터의 성능을 향상시키기 위한 방법으로써, 고정자코어(100)를 원주방향을 따라서 분할하고 각각의 분할코어의 티스부(112)에 권선을 감은 후 분할코어(110)를 결합하여 권선 점적율을 높이는 분할코어식 고정자(10)가 제작된다.

이너타입 고정자를 분할코어식으로 제작하는 경우에는 권선슬롯(114) 및 티스부(112)가 내측으로 형성되므로 하우징이 외곽에서 형태를 잡아주기 때문에 환형으로 결합하기가 수월한 반면, 권선슬롯(114) 및 티스부(112)가 외측으로 형성되는 아우터타입 고정자(10)는 분할코어(110)식으로 제작할 경우 형상을 지지하는 요크부(111)가 내측에 형성되므로 환형으로 결합하기가 어렵고, 공극이 균일하지 못하여 형태가 안정적이지 못한 단점이 있다.

이에 본 발명의 일 실시 예에 의한 모터고정자(10)는 형태가 안정적인 아우터타입 분할코어(110)식 모터고정자(10)를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 모터고정자(10)를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 모터고정자(10)를 나타내는 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 고정자코어(100)를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 분할코어(110)를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 1의 A-A'부분을 나타내는 단면도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 모터고정자(10)는 복수 개의 권선슬롯(114)이 방사상으로 마련되고 원주방향을 따라서 분할된 복수 개의 분할코어(110)를 결합하여 형성되는 고정자코어(100)와, 고정자코어(100)의 내측에서 고정자코어(100)의 내주면을 지지하고 중심에 축방향으로 관통 형성되는 홀(223)이 마련되는 허브(200) 및 허브(200)의 외주면과 고정자코어(100)의 내주면 사이에 개재되어 허브(200)와 고정자코어(100)를 결속시키는 복수 개의 체결부재(300)를 포함할 수 있다.

고정자코어(100)는 복수 개의 권선슬롯(114)을 방사상으로 마련할 수 있다. 보다 자세하게는, 고정자코어(100)는 환형으로 마련되어 외측 방사상으로 복수 개의 티스부(112)와 각 티스부(112) 사이에 권선을 권취할 수 있는 권선슬롯(114)을 구비할 수 있다.

고정자코어(100)는 각 티스부(112)에 권선이 권취되어 전자기력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, U상, V상, W상의 권선이 권취되어 3상 교류 전류가 인가되어 전자기력을 발생시킬 수 있다.

고정자코어(100)는 복수 개의 분할코어(110)를 결합하여 형성될 수 있다. 보다 자세하게는, 고정자코어(100)는 각 티스부(112) 사이가 분할되어 분할코어(110)가 형성되고, 각각의 분할코어(110)의 결합홈(111a)을 이웃한 분할코어(110)의 결합돌기(111b)와 암수 결합하여 환형의 고정자코어(100)가 형성될 수 있다.

분할코어(110)의 개수 및 크기는 모터의 크기, 필요한 구동력 등을 고려하여 다양하게 변형될 수 있고, 본 발명의 일 실시 예에 의한 분할코어(110)와 동일하게 이해되어야 할 것이다.

분할코어(110)는 서로 다른 반경을 갖는 원호 형상의 제1요크부(111) 및 제2요크부(113)와, 제1요크부(111)와 제2요크부(113)를 연결하며 권선이 권취되는 티스부(112)를 포함할 수 있다.

제1요크부(111)는 원호 형상으로 마련되어 원주방향 일측에 함몰 형성되는 결합홈(111a)과, 타측에 결합홈(111a)과 암수 결합 가능하게 마련되는 결합돌기(111b)를 포함할 수 있다. 따라서, 각각의 분할코어(110)의 결합홈(111a)은 이웃한 분할코어(110)의 결합돌기(111b)와 암수 결합하여 도 3에 도시된 고정자코어(100)를 형성할 수 있다.

결합홈(111a) 및 결합돌기(111b)의 형상은 본 발명의 실시 예에 의한 사각형 형상에 한정되지 않고, 암수 결합 가능하다면 원형, 삼각형 등 다양한 변형이 가능하며 동일하게 이해되어야 할 것이다.

복수 개의 분할코어(110) 중 일부는 제1요크부(111)의 내주면에 축방향과 나란한 방향으로 함몰 형성되는 제2홈(210a)을 구비할 수 있다.

제2홈(210a)은 복수 개로 마련되어 고정자코어(100)의 중심축을 기준으로 방사상으로 배치될 수 있다. 또한, 제2홈(210a)은 반원형태로 마련되어 나머지 반원을 이루는 제1홈(110a)과 합쳐서 하나의 원통형 홈을 형성하고, 후술할 체결부재(300)를 삽입할 수 있다.

티스부(112)는 제1요크부(111)에서 반경방향으로 연장 형성되어 제2요크부(113)와 제1요크부(111)를 연결시키고, 이웃한 분할코어(110) 사이에 권선이 권취 가능하게 마련되는 권선슬롯(114)을 마련한다.

제2요크부(113)는 티스부(112)에 권취된 권선이 이탈하는 것을 방지하기 위해 티스부(112) 보다 폭이 크게 형성되고, 제1요크부(111)와 동심으로 더 큰 반경의 원호 형태로 마련된다.

상술한 바와 같이 각각의 분할코어(110)의 티스부(112)에 권선을 권취한 후에 분할코어(110)를 결합하면 일체형 고정자코어(100)에 권취하는 것보다 권선 점적율을 높일 수 있고, 그에 따라 모터의 성능을 향상시키거나 동일한 성능에 모터의 크기를 작게 제작할 수 있다.

허브(200)는 고정자코어(100)의 내측에서 고정자코어(100)의 내주면을 지지하고 중심에 축방향으로 관통 형성되는 홀(223)이 마련될 수 있다. 보다 자세하게는, 허브(200)는 고정자코어(100)의 내주면을 지지 가능하도록 외측에 원형으로 형성되는 사이드프레임(210)과, 사이드프레임(210)의 내측에 형성되어 중심에 축방향으로 관통 형성되는 홀(223)이 마련되는 센터프레임(220)을 포함할 수 있다. 또한, 허브(200)는 고정자코어(100)의 내측에 삽입되어 사이드프레임(210)의 외주면이 고정자코어(100)의 내주면과 접하여 고정자코어(100)의 형상이 틀어지지 않도록 지지한다.

허브(200)는 아우터타입의 분할코어(110)식 고정자코어(100)의 내주면을 지지하여 고정자코어(100)의 결합 시 형상이 틀어지지 않도록 1차적으로 형상을 잡아주고, 후술할 체결부재(300)로 허브(200)와 고정자코어(100)를 결속하여 2차적으로 형상을 잡아준다.

도 1 및 도 5를 참조하면 센터프레임(220)은 일측에 베어링(400)이 수용 가능한 원통형의 중공부(222)가 마련되고, 타측에 축방향으로 단면이 C형으로 돌출 형성되어 샤프트고정홈(221a)을 구비하는 돌출부(221)가 마련될 수 있다.

허브(200)는 외주면에 축방향과 나란한 방향으로 함몰 형성되는 복수 개의 제1홈(110a)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 사이드프레임(210)의 외주면에 축방향과 나란한 방향으로 제1홈(110a)을 구비할 수 있고, 제1홈(110a)은 복수 개로 마련되어 허브(200)의 중심축을 기준으로 방사상으로 배치될 수 있다.

또한, 제1홈(110a)은 반원형태로 형성될 수 있고, 제1홈(110a)과 대응되는 위치에 형성되는 제2홈(210a)과 합쳐서 원통형 홈이 형성될 수 있다.

제1홈(110a) 및 제2홈(210a) 사이에 체결부재(300)가 삽입되어 허브(200)와 고정자코어(100)가 독립적으로 움직이지 않도록 결속할 수 있다. 또한, 체결부재(300)는 볼트로 마련될 수 있고, 제1홈(110a) 및 제2홈(210a)에는 내측으로 나사산이 형성되어 체결부재(300)와 나사 결합할 수 있다.

제1홈(110a) 및 제2홈(210a)은 원통형에 한정되지 않고, 삼각형 또는 사각형 등 다양한 변형이 가능하며, 고정자코어(100)와 허브(200)를 결속시킬 수 있다면 이와 동일하게 이해되어야 할 것이다. 체결부재(300) 또한 제1홈(110a) 및 제2홈(210a)에 삽입 가능하고, 고정자코어(100)와 허브(200)를 결속시킬 수 있다면 다양한 형태로 변형되더라도 동일하게 이해되어야 할 것이다.

센터프레임(220)의 홀(223)에는 돌기를 구비하는 고정샤프트(미도시)가 삽입될 수 있고, 돌기는 샤프트고정홈(221a)에 삽입되어 허브(200) 및 고정자코어(100)를 고정시킬 수 있다.

베어링(400)은 중공부(222)의 내측에 마련될 수 있다. 도 5를 참조하면, 베어링(400)은 중공부(222)의 내측에 삽입되어 베어링외주면(400a)과 중공부(222)의 내주면이 접하고, 베어링내주면(400b)은 회전자(미도시)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 홀(223)에 고정샤프트(미도시)가 삽입되어 고정샤프트(미도시)에 마련된 돌기가 샤프트고정홈(221a)에 끼워져 모터고정자(10)의 회전은 구속된다. 이와 동시에, 회전자(미도시)는 베어링내주면(400b)과 연결되어 모터고정자(10)와 별개로 독립적으로 회전 가능하게 한다. 즉, 회전자(미도시)는 일측이 베어링내주면(400b)과 접하고 타측이 고정자코어(100)의 외측에 대향하도록 영구자석을 구비하여, 고정자코어(100)에서 발생하는 전자기력에 의해 회전자(미도시)가 회전 가능하게 마련될 수 있다.

나아가, 베어링은 허브(200) 내측에 삽입되므로 모터의 토크 및 부하로드에 의하여 허브(200)의 형상이 변형되는 것을 방지하는 효과가 존재한다.

지금까지 본 발명의 모터고정자(10)에 관한 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시 예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허등록 청구범위뿐만 아니라 이 특허등록 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허등록 청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허등록 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 모터고정자 100: 고정자코어
110: 분할코어 110a: 제1홈
111: 제1요크부 111a: 결합홈
111b: 결합돌기 112: 티스부
113: 제2요크부 114: 권선슬롯
200: 허브 210: 사이드프레임
210a: 제2홈 220: 센터프레임
221: 돌출부 221a: 샤프트고정홈
222: 중공부 223: 홀
300: 체결부재 400: 베어링
400a: 베어링외주면 400b: 베어링내주면

Claims (6)

1. 복수 개의 권선슬롯이 방사상으로 마련되고, 원주방향을 따라서 분할된 복수 개의 분할코어를 결합하여 형성되는 고정자코어;
   상기 고정자코어의 내측에서 상기 고정자코어의 내주면을 지지하고, 중심에 축방향으로 관통 형성되는 홀이 마련되는 허브; 및
   상기 허브의 외주면과 상기 고정자코어의 내주면 사이에 개재되어 상기 허브와 상기 고정자코어를 결속시키는 복수 개의 체결부재;를 포함하는 모터고정자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 허브는
   외주면에 축방향과 나란한 방향으로 함몰 형성되는 복수 개의 제1홈을 구비하고,
   상기 고정자코어는
   내주면의 상기 제1홈과 대응되는 위치에 축방향과 나란한 방향으로 함몰 형성되는 복수 개의 제2홈을 구비하며,
   상기 체결부재는
   상기 제1홈과 상기 제2홈 사이에 삽입되는 모터고정자.
3. 제2항에 있어서,
   각각의 상기 분할코어는
   서로 다른 반경을 갖는 원호 형상의 제1요크부 및 제2요크부와, 상기 제1요크부와 상기 제2요크부를 연결하며 상기 권선이 권취되는 티스부를 포함하는 모터고정자.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1요크부는
   원주방향 일측에 함몰 형성되는 결합홈이 마련되고, 타측에 상기 결합홈과 암수 결합 가능하게 마련되는 결합돌기를 포함하는 모터고정자.
5. 제4항에 있어서,
   상기 허브는
   일측에 원통형의 공간이 형성되는 중공부가 마련되고, 타측에 단면이 C형으로 돌출 형성되는 돌출부를 포함하는 모터고정자.
6. 제5항에 있어서,
   상기 모터고정자는
   상기 중공부의 내측에 마련되는 베어링을 더 포함하는 모터고정자.

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