KR20210085589A

KR20210085589A - 모터 및 이를 포함하는 전기 자동차

Info

Publication number: KR20210085589A
Application number: KR1020190178791A
Authority: KR
Inventors: 강주항; 김윤욱; 이정구
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-07-08
Also published as: US20210203211A1; EP3846325B1; CN113067435A; EP3846325A1; CN113067435B; US11606007B2

Abstract

다양한 실시예에 따른 모터는, 스테이터와 로터 사이에서 자기장을 차단하는 차폐 부재와, 상기 자기장의 차단이 선택적으로 수행되도록, 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 기반하여 차폐 부재의 위치를 제어하는 이동 부재를 포함할 수 있다. 상기 모터는 기구적인 방식으로 모터의 타력 구동에 따른 회생 제동 또는 역기전력의 발생을 차단할 수 있다.

Description

모터 및 이를 포함하는 전기 자동차{MOTOR AND ELECTRIC VEHICLE INCLUDING THE SAME}

본 개시의 다양한 실시예는, 모터 및 이를 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다.

모터는 전력을 이용하여 회전력을 발생시키는 동력 장치로서, 선풍기 팬, 세탁기 드럼, 드론 블레이드 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 모터는, 스테이터와 스테이터에 대해 상대 회전하는 로터를 포함할 수 있다. 스테이터는 권선된 코일을 포함할 수 있으며, 상기 권선 코일에 전류를 인가함에 따라 스테이터 주변에는 자기장이 발생할 수 있다. 이때 발생된 자기장에 의해 로터가 스테이터에 대해 상대 회전하게 되고 동력을 발생시킬 수 있다.

한편, 모터를 동력원으로 이용하는 다양한 종류의 전기 자동차들(예: 전동 킥보드, 전동 자전거, 전기 스쿠터, 하이브리드 전기 자동차(HEV), 배터리 전기 자동차(BEV) 등)은, 관성에 의해 탄력 주행을 하거나, 내리막길을 주행하는 경우와 같이 타력에 의해 모터가 구동될 경우, 회생 토크를 통해 에너지를 회수하여 배터리를 충전하는 회생 제동 충전 기능이 고려되고 있다.

그러나, 회생 토크와 주행 거리는 서로 상반되는 관계를 가지므로, 회생 토크가 발생하면 타력 주행에 따른 주행 거리가 짧아질 수 밖에 없는 문제가 있을 수 있다. 예를 들어, 사용자가 일정한 속도로 타력 주행을 의도한 경우에도 회생 제동이 일어나게 되어, 사용자의 운전 의도와 관계없이 주행 속도가 감속될 수 있다. 결국 빈번한 구동 토크와 회생 토크의 발생에 따른 불필요한 에너지 재순환은 오히려 연비 저하를 초래하고 전기 자동차의 최대 이동 가능 거리를 단축시키는 문제가 발생할 수 있다.

뿐만 아니라, 이와 같은 회생 제동이 발생할 경우, 운전자의 신체가 주행 방향의 반대쪽으로 끌리는 드래그 현상에 의해, 운전자로 하여금 불쾌감(예: jerk)을 유발하게 되며 운전 시 주행감(drivability)을 저하시킬 수 있다.

상술한 경우 이외에도, 모터를 포함하는 전자 제품(예: 세탁기 등)에서, 타력에 의해 모터의 로터가 회전할 경우 의도되지 않은 역기전력이 발생하여 에너지 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

한편, 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여. 전기 자동차에 댐퍼(damper) 또는 클러치를 장착할 경우, 상기 댐퍼 또는 클러치에 의한 공간적 낭비 및 제작 비용이 증가하는 문제가 있을 수 있다.

또한, 회생 제동 시 발생하는 진동의 역방향으로 감쇠력을 발생시키거나, 구동 토크 변화율을 제한하는 등의 제어 기술은 상당히 정교한 설계가 요구될 뿐 아니라 특정 조건에서 토크 응답성이 저하될 수 있다.

본 명세서의 다양한 실시예에 따르면, 타력 구동에 의한 역기전력 또는 회생 제동에 따른 문제를 기구적 방식으로 해결할 수 있는 모터 및 이를 포함하는 장치를 제공하고자 한다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 다양한 실시예에 따른 모터는, 스테이터와 로터 사이에서 자기장을 차단하는 차폐 부재와, 상기 자기장의 차단이 선택적으로 수행되도록, 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 기반하여 차폐 부재의 위치를 제어하는 이동 부재를 포함할 수 있다.

예를 들어, 모터는, 스테이터; 상기 스테이터 내측에서, 상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 기반하여 회전하는, 로터; 상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 자기장을 차단하는(screening) 복수의 차폐 요소들을 포함하는, 차폐 부재; 및 상기 자기장의 차단이 선택적으로 수행되도록, 상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 기반하여 상기 차폐 부재의 위치를 제어하는, 이동 부재를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 스테이터는, 상기 복수의 차폐 요소들이 삽입될 수 있는 복수의 수용 홈들을 포함하고, 상기 이동 부재는, 상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 기반하여, 상기 차폐 요소들을 상기 수용 홈들의 내측에 위치시키거나 또는 상기 수용 홈들의 외측에 위치시킬 수 있다.

예를 들면, 상기 차폐 부재는, 상기 차폐 요소들이 상기 수용 홈들의 내측에 위치될 경우, 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 자기장 흐름을 차단하고, 상기 차폐 요소들이 상기 수용 홈들의 외측에 위치될 경우, 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 자기장 흐름을 미차단할 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 차폐 요소들은 상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 원주 방향을 따라 등간격으로 이격 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 이동 부재는, 상기 차폐 요소들의 끝단부에 배치되어 상기 차폐 부재와 일체로 회전하는 지지 요소; 상기 지지 요소의 일측에 구비되고, 상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 따라 상기 지지 요소를 제1방향으로 회전시키는 자성 요소; 및 상기 지지 요소의 타측에 구비되며, 상기 자성 요소에 의한 상기 회전에 의해 압축되는 탄성 요소를 포함할 수 있다.

상기 탄성 요소는, 상기 스테이터에 구비된 제1돌출부와 상기 지지 요소에 구비된 제2돌출부 사이에 개재되고, 상기 지지 요소가 상기 제1방향으로 회전할 경우, 상기 스테이터의 제1돌출부와 상기 지지 요소의 제2돌출부에 의해 압축될 수 있다.

예컨대, 상기 지지 요소는, 상기 스테이터와 상기 자성 요소 간의 전자기적 상호 작용이 발생하지 않을 경우, 상기 탄성 요소에 의한 압축 복원력에 따라 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 회전할 수 있다.

예를 들어, 상기 차폐 부재는, 상기 자성 요소에 의한 상기 압축 복원력에 따라 상기 지지 요소가 상기 제2방향으로 회전할 경우, 상기 차폐 요소들이 상기 수용 홈들의 내측에 위치됨에 따라, 상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 자기장을 차단할 수 있다.

예를 들어, 상기 차폐 부재는, 상기 스테이터와 상기 자성 요소 간의 전자기적 상호 작용에 따라 상기 지지 요소가 상기 제1방향으로 회전할 경우, 상기 차폐 요소들이 상기 수용 홈들의 외측에 위치됨에 따라, 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 자기장 흐름을 미차단할 수 있다.

예를 들어, 상기 지지 요소는, 상기 차폐 부재의 전단부 및 후단부에 각각 배치될 수 있다.

상기 이동 부재는, 상호 이격된 복수의 상기 탄성 요소들을 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 전기 자동차는, 배터리; 및 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 회전 토크를 발생시키는 모터를 포함하고, 상기 모터는, 스테이터; 상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 따라 회전하는 로터; 상기 스테이터와 상기 로터 간의 전자기적 상호 작용에 따른 자기장을 차단하는 차폐 부재; 및 상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 따라 상기 차폐 부재의 위치를 제어하는 이동 부재를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 이동 부재는, 상기 차폐 부재와 일체로 회전하는 지지 요소; 상기 스테이터와 전자기적 상호 작용을 발생시키는 자성 요소; 및 상기 지지 요소의 위치를 가이드하기 위한 탄성 요소를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 자성 요소는, 상기 스테이터와 상기 로터 간의 전자기적 상호 작용에 따라 상기 로터가 회전할 경우, 상기 스테이터와 전자기적 상호 작용을 발생시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 차폐 부재는, 상기 스테이터와 상기 자성 요소 간에 전자기적 상호 작용이 발생할 경우, 상기 스테이터에 구비된 수용 홈들의 외측에 위치됨에 따라, 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 자기장 흐름을 미차단할 수 있다. 또한, 상기 스테이터와 상기 자성 요소 간의 전자기적 상호 작용이 제거될 경우, 상기 스테이터에 구비된 수용 홈들의 내측에 위치됨에 따라, 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 자기장의 흐름을 차단할 수 있다.

예를 들어, 상기 배터리는, 상기 차폐 부재가 상기 스테이터의 상기 수용 홈들의 내측에 위치될 경우, 상기 로터의 회전에 따른 충전이 제한될 수 있다.

예를 들어, 상기 차폐 부재는, 상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 원주 방향을 따라 등간격으로 이격 배치된 복수의 차폐 요소들을 포함하고, 상기 지지 요소는, 상기 복수의 차폐 요소들의 양끝단부에 배치되어 상기 차폐 요소들과 일체로 회전할 수 있다.

예를 들어, 상기 지지 요소는, 상기 자성 요소 또는 상기 탄성 요소에 의해, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 소정 거리만큼 회전할 수 있다.

예를 들어, 상기 지지 요소는, 상기 자성 요소 또는 상기 탄성 요소에 의해, 상기 복수의 차폐 요소들이 배치된 간격에 대응하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 자력 구동 시에는 의도한 대로 로터와 스테이터 간의 전자기적 상호 작용이 발생되도록 하되, 타력 구동 시에는 상기 전자기적 상호 작용이 제한될 수 있는 구조를 통해, 에너지 효율이 개선된 모터를 제공할 수 있다.

또한, 상기 모터를 장착함으로써, 최대 주행 가능 거리를 극대화하고 운전 시 주행감을 개선한 전기 자동차를 제공할 수 있다.

도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터의 분해 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터에서 스테이터와 로터 사이의 자기장이 미차단된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터에서 스테이터와 로터 사이의 자기장이 차단된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터의 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 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.

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.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터의 분해 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터의 개략적인 사시도이다.

다양한 실시예에 따르면, 모터(10)는 배터리로부터 전원을 공급받아 회전 토크를 발생시킴으로써, 전기 에너지를 동력 에너지로 변환할 수 있다. 예컨대, 상기 모터(10)는 전기 자동차(예: 전동 킥보드, 전동 자전거, 전기 스쿠터, 하이브리드 전기 자동차(HEV), 배터리 전기 자동차(BEV) 등)에 장착될 수 있으며, 상기 모터(10)의 구동에 따라 전기 자동차에 구비된 차륜을 회전시킬 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 모터(10)는, 스테이터(300)와 로터(400)를 포함할 수 있다.

로터(400)(예: 회전자)는, 스테이터(300)(예: 고정자)와의 전자기적 상호 작용에 따라 상기 스테이터(300)에 대해 상대적으로 회전 가능하도록 배치될 수 있다.

예를 들어, 스테이터(300)는 권선 코일을 포함할 수 있으며, 상기 권선된 코일에 전류가 인가됨에 따라 스테이터(300) 주변에 자기장을 형성할 수 있다. 로터(400)는 상기 스테이터(300) 주변의 자기장에 의해 일 방향(예: 시계 방향 또는 반시계 방향)으로 구동될 수 있다.

예컨대, 로터(400)는 스테이터(300)의 내측에 배치되어, 스테이터(300)에 대해 상대 회전할 수 있다. 그러나 다양한 실시예에 따른 모터(10)는, 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 로터(400)의 내측에 스테이터(300)가 배치되는 구조, 또는 로터(400)와 스테이터(300)가 대향하도록 배치된 구조 등 다양한 구조의 모터에 적용될 수 있음은 물론이다.

다양한 실시예에 따른 모터(10)는 차폐 부재(140)를 더 포함할 수 있다.

차폐 부재(140)는, 스테이터(300)와 로터(400) 사이에서 자기장을 차단(screening)할 수 있다. 상기 차폐 부재(140)는, 외부 자계의 영향을 감소시킬 수 있는 자기 차폐 물질(magnetic shielding material)로 형성될 수 있다. 예컨대, 차폐 부재(140)는, 자성 재료, 퍼멀로이, 규소강 등의 고투자율 합금으로 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 다양한 실시예에 따른 차폐 부재(140)는 모터(10)의 축 방향(예: +z 방향)을 따라 연장된 복수의 차폐 요소들을 포함할 수 있다.

상기 차폐 부재(140)를 구성하는 복수의 차폐 요소들은, 스테이터(300)와 로터(400) 사이에서 상호 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 차폐 요소들은, 모터의 축 방향을 따라 연장된 막대 형상을 가지며, 상기 모터(10)의 원주 방향을 따라 등간격으로 이격되어 케이지 형상을 가지도록 배치될 수 있다.

상기 차폐 요소들은 축 방향(길이 방향)으로 스테이터(300) 및 로터(400)보다 긴 길이를 가질 수 있으며, 상기 차폐 요소들의 양 끝단은, 상기 스테이터(300) 및 로터(400)의 외측에서, 후술할 이동 부재(200)의 지지 요소(120)에 연결되어 지지될 수 있다.

예를 들어, 상기 차폐 요소들은, 스테이터(300)의 각 슬롯(310, 도 4a 참조)에 대응하여, 상기 스테이터(300)에 구비된 슬롯(310)의 개수와 동일한 개수로 마련될 수 있다. 상기 차폐 요소들 각각은 스테이터(300)의 코일이 권선된 각 슬롯(310, 도 4a)들의 끝단부 내측에 배치될 수 있다. 즉 상기 차폐 요소들은 상기 스테이터(300)의 권선 코일과 로터(400) 사이에 배치되어, 상기 스테이터(300)의 코일과 상기 로터(400) 간의 전자기적 상호작용을 제한할 수 있다. 상기 차폐 요소들의 원주 방향으로의 폭은 스테이터(300)에 구비된 각각의 슬롯(310, 도 4a 참조)의 끝단부의 폭보다 작을 수 있다. 예컨대, 상기 차폐 부재(140)는 슬롯(310)의 끝단부에 마련된 수용 홈(315, 도 4a 참조)에 삽입 또는 삽입 해제될 수 있도록 배치될 수 있다.

한편, 다양한 실시예에 따른 모터(10)는, 상기 차폐 부재(140)의 위치를 제어하기 위한 이동 부재(200)를 더 포함할 수 있다. 이하 도 3을 함께 참조하여 이동 부재(200)의 동작 방식을 설명하도록 한다.

도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

다양한 실시예에 따르면, 이동 부재(200)는, 지지 요소(120), 자성 요소(240), 및 탄성 요소(220)를 포함할 수 있다.

지지 요소(120)는 이동 부재(200)의 동력을 통해 차폐 부재(140)의 위치를 이동시킬 수 있도록, 상기 차폐 부재(140)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 지지 요소(120)는 상기 차폐 부재(140)의 각 차폐 요소들과 연결될 수 있도록 링 형상을 가질 수 있으며, 스테이터(300) 및 로터(400)의 축 방향 양 끝단부에서 상기 스테이터(300)와 로터(400)사이의 위치에 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 지지 요소(120)의 외경의 길이는 로터(400)의 외경보다 크고 스테이터(300)의 외경보다는 작을 수 있다.

차폐 부재(140)의 각 차폐 요소들은 끝단부(예: 전단부 및 후단부)가 상기 지지 요소(120)에 고정되며, 지지 요소(120)의 원주 방향을 따라 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

지지 요소(120)는, 차폐 부재(140)(복수의 차폐 요소들)의 전단부 및 후단부에 배치될 수 있다. 상기 지지 요소(120)는 차폐 부재(140)의 위치 및 배치 형태가 유지되도록 양 끝단부에서 상기 차폐 부재(140)를 지지할 수 있으며, 모터(10)(예: 로터(400))의 회전 축을 중심으로 회전 가능하도록 배치되어 상기 차폐 부재(140)와 일체로 회전 운동할 수 있다.

상기 지지 요소(120)의 일측에는 자성 요소(240) 및 탄성 요소(220)가 위치할 수 있다. 예컨대, 상기 자성 요소(240)는 링 형상의 지지 요소(120)의 외면 일측에 고정되어 상기 지지 요소(120)에 회전력을 제공할 수 있다.

예를 들어, 자성 요소(240)는, 스테이터(300)와의 전자기적 상호 작용에 따라 지지 요소(120) 및 차폐 부재(140)를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 자성 요소(240)는, 스테이터(300)에 권선된 코일에 전류가 인가됨에 따라 발생하는 자기장에 기반하여, 일 방향(예: 시계 방향 또는 반시계 방향)으로 회전력(F2)을 발생시킬 수 있다.

상기 자성 요소(240)의 형상, 크기, 및 개수는 도 1및 도 2에 도시된 바에 한정되지 않으며, 다양한 실시예에 따른 자성 요소(240)는 스테이터(300)(예: 스테이터(300)의 권선 코일)과 전자기적 상호 작용을 발생시킴에 따라 지지 요소(120) 및 차폐 부재(140)를 회전시킬 수 있는 다양한 형상, 크기, 및 개수로서 적용될 수 있다.

예컨대, 자성 요소(240)는 스테이터(300)의 각 슬롯(310, 도 4a 참조)들에 권선된 코일을 통해 인가되는 3상 교류 전원에 의해, 원주 방향을 따라 순차적으로 스테이터(300)의 슬롯들과의 인력을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 자성 요소(240)는 도면번호 ①, ②, ③, ①', ②'로 기재된 각 슬롯(310)들과 순차적으로 인력을 발생시킬 수 있고, 이에 따라 지지 요소(120)에 대해 원주 방향으로 회전력(F2)을 발생시킬 수 있다. 상기 회전력(F2)에 의해 지지 요소(120) 및 차폐 부재(140)는 회전력(F2)이 작용하는 제1방향으로 회전할 수 있다.

한편, 탄성 요소(220)는, 상기 자성 요소(240)에 의해 지지 요소(120)가 회전될 때 압축되며, 이에 따라 지지 요소(120)의 회전 방향과 반대 방향으로 압축 복원력(F1)을 발생시킬 수 있다. 상기 압축 복원력(F1)에 의해 지지 요소(120) 및 차폐 부재(140)는 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 회전할 수 있다.

예를 들어, 탄성 요소(220)는, 스테이터(300)에 형성된 제1돌출부(325)와 지지 요소(120)에 형성된 제2돌출부(125) 사이에 개재될 수 있다. 상기 탄성 요소(220)는 스프링 등을 포함할 수 있으며, 일단이 상기 제1돌출부(325)에 고정되고 타단은 상기 제2돌출부(125)에 고정될 수 있다.

상기 탄성 요소(220)는, 지지 요소(120)가 스테이터(300)에 대해 제1방향으로 상대적으로 회전함에 따라 상기 제2돌출부(125)에 의해 상기 제1방향으로 가압되어, 압축될 수 있다. 또한, 상기 탄성 요소(220)가 압축됨에 따라 상기 압축되는 방향과 반대 방향인 제2방향으로의 압축 복원력(F1)을 가질 수 있다.

다양한 실시예에 따른 모터(10)에서 상기 자성 요소(240)와 스테이터(300) 간의 인력에 기반한 회전력(F2)은, 상기 탄성 요소(220)의 압축 복원력(F1)보다 큰 크기를 가질 수 있다.

이에 따라, 지지 요소(120)는, 스테이터(300)에 자기장이 형성되어 로터(400)가 구동되는 상태에서는, 자성 요소(240)에 의한 상기 회전력(F2)에 의해 제1방향으로 일부 회전할 수 있다.

또한, 상기 스테이터(300)에 자기장이 형성되지 않아 로터(400)가 구동되지 않는 상태에서는, 탄성 요소(220)에 의한 압축 복원력(F1)에 의해 제2방향으로 일부 회전할 수 있다.

지지 요소(120)는 상기 회전에 따라 차폐 부재(140)를 소정 거리만큼 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 지지 요소(120)는, 인접하는 차폐 요소들 사이의 간격의 절반에 해당하는 거리만큼 회전할 수 있다. 예컨대 상기 차폐 요소들은 원주 방향을 따라 등간격으로 이격 배치될 수 있으며, 상기 지지 요소(120)가 회전하는 정도는 상기 차폐 부재(140)를 구성하는 차폐 요소들의 개수에 따라 결정될 수 있다.

예를 들어, 상기 지지 요소(120)는 180°/(스테이터(300)의 슬롯(310)들의 개수) 또는 180°/(차폐 요소들의 개수)에 해당하는 각도만큼 제1방향 또는 제2방향으로 회전할 수 있다.

한편, 다양한 실시예에 따른 모터(10)는, 상기 모터(10)의 축 방향 양측 단부에 위치하는 엔드링(500)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 엔드링(500)은 로터(400) 및 이동 부재(200)의 이탈을 방지할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터에서 스테이터와 로터 사이의 자기장이 미차단된 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 5a 및 도 5b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터에서 스테이터와 로터 사이의 자기장이 차단된 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 4a 내지 도 5b를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 모터(10)는 차폐 부재(140)를 이용하여 선택적으로 스테이터(300)와 로터(400) 사이에서 자기장의 흐름을 차단할 수 있다.

차폐 부재(140)는, 지지 요소(120)에 고정되어 지지 요소(120)의 이동에 따라 일체로 이동할 수 있다. 차폐 부재(140)는 상기 지지 요소(120)의 이동에 따라, 스테이터(300)에서 코일(미도시)이 권선되는 슬롯(310)과 로터(400) 사이의 자기장 흐름을 차단하거나(도 4a 참조) 또는 차단하지 않을 수 있다(도 5a 참조).

스테이터(300)는, 상기 지지 요소(120)의 이동에 따라 차폐 부재(140)를 구성하는 복수의 차폐 요소들 각각이 삽입될 수 있는 수용 홈(315)들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 수용 홈(315)은 로터(400)와 인접하는 슬롯(310)의 끝단부 일측에 형성될 수 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 모터(10)의 구동에 따라 스테이터(300)의 코일에 전류가 인가되는 상태에서는, 자성 요소(240)와 상기 스테이터(300) 간의 전자기적 상호 작용에 의해, 지지 요소(120) 및 차폐 부재(140)가 제1방향으로 회전력(F2)을 받을 수 있다. 이에 따라, 상기 차폐 부재(140)는 스테이터(300)에 대해 제1방향으로 상대 이동하게 되고, 차폐 요소들 각각이 수용 홈(315)의 외측에 위치될 수 있다.

이와 같이, 차폐 부재(140)가 수용 홈(315)의 외측에 위치할 경우, 각 슬롯(310)에 권선된 코일들로부터 자기장의 흐름이 로터(400)로 막힘 또는 간섭 없이 전달될 수 있으며, 로터(400)는 상기 스테이터(300)와의 전자기적 상호 작용에 따라 회전할 수 있다.

한편, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 모터(10)의 구동이 중단되고 스테이터(300)의 코일에 전류가 인가되지 않는 상태에서, 지지 요소(120) 및 차폐 부재(140)는, 탄성 요소(220)의 압축 복원력(F1)에 의해 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 차폐 부재(140)의 각 차폐 요소들은 각각 스테이터(300)의 수용 홈(315) 내측으로 삽입될 수 있다.

이와 같이 차폐 부재(140)가 수용 홈(315)의 내측에 위치될 경우, 스테이터(300)와 로터(400) 사이의 자기장의 흐름은 차단되거나 간섭될 수 있다. 예를 들어, 로터(400)가 타력(예: 관성력 등)에 의해 회전할 경우에도, 상기 스테이터(300)와 로터(400) 간에는 전자기적 상호 작용이 발생하지 않거나 최소한으로 발생할 수 있다.

상기 탄성 요소(220)는 스테이터(300)의 제1돌출부(325)와 지지 요소(120)의 제2돌출부(125)와 각각 연결되어, 지지 요소(120)가 스테이터(300)에 대해 상대 이동함에 따라 압축되거나 이완될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 차폐 부재(140)는 지지 요소(120)의 회전에 따라, 소정 거리 또는 소정 각도에 해당하는 각도)만큼 제1방향 또는 제2방향으로 회전할 수 있다. 예컨대, 차폐 부재(140)는 180°/(스테이터(300)의 슬롯(310)들의 개수) 또는 180°/(차폐 요소들의 개수)에 대응하는 각도만큼 제1방향 또는 제2방향으로 일부 회전할 수 있다.

차폐 부재(140)는, 도 4a에 도시된 것과 같이 제1방향으로 회전하여 수용 홈(315)의 외측에 위치하게 되는 경우, 이웃하는 슬롯의 외면에 의해 상기 소정 거리 또는 소정 각도 이상의 추가 이동이 제한될 수 있다.

또한, 도 5a에 도시된 것과 같이 제2방향으로 회전하여 수용 홈(315)의 내측에 위치하게 되는 경우, 상기 수용 홈(315)의 길이 이상으로 이동하지 못하게 되므로, 상기 소정 거리 또는 소정 각도 이상의 추가 이동이 제한될 수 있다.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터의 개략적인 단면도이다.

도 6을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 모터(10)는 이동 부재(200)로서, 복수의 탄성 요소(220)들을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 탄성 요소(220)들은, 지지 요소(120)의 원주 방향을 따라 등간격으로 상호 이격되어 배치될 수 있다. 이에 대응하여 스테이터(300)에는 복수의 제1돌출부(325)들이 구비되고, 지지 요소(120)에는 복수의 제2돌출부(125)들이 구비될 수 있다.

도 6에 도시된 것과 같이 복수의 탄성 요소(220)를 구비함으로써, 이동 부재(200)는 차폐 부재(140)의 위치를 보다 안정적으로 가이드할 수 있다.

한편, 도시되지 않았지만, 자성 요소(240)와 탄성 요소(220)는, 차폐 부재(140)의 전단부 및 후단부 각각에 배치된 지지 요소(120)에 복수의 개수로 구비될 수도 있다.

전술한 다양한 실시예에 따른 모터(10)는, 예를 들면, 전기 자동차에 구비될 수 있다. 예컨대, 전기 자동차는, 모터(10)에 전원을 공급하는 배터리를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 전기 자동차는, 상기 차폐 부재(140)를 포함하는 모터(10)를 통해, 전기 자동차가 타력 주행할 경우에만 선택적으로 스테이터(300)와 로터(400) 사이에서 자기장을 차단하여, 의도되지 않은 회생 제동이 발생함에 따라 주행 중 불쾌감을 느끼거나 배터리가 과충전되는 현상을 방지할 수 있으며, 역기전력의 발생을 최소화할 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명하다.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

10: 모터
200: 이동 부재
300: 스테이터
400: 로터
140: 차폐 부재
120: 지지 요소
220: 탄성 요소
240: 자성 요소

Claims

스테이터;
상기 스테이터 내측에서, 상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 기반하여 회전하는, 로터;
상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 자기장을 차단하는(screening) 복수의 차폐 요소들을 포함하는, 차폐 부재; 및
상기 자기장의 차단이 선택적으로 수행되도록, 상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 기반하여 상기 차폐 부재의 위치를 제어하는, 이동 부재를 포함하는, 모터.
제 1 항에 있어서,
상기 스테이터는, 상기 복수의 차폐 요소들이 삽입될 수 있는 복수의 수용 홈들을 포함하고,
상기 이동 부재는, 상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 기반하여, 상기 차폐 요소들을 상기 수용 홈들의 내측에 위치시키거나 또는 상기 수용 홈들의 외측에 위치시키는, 모터.
제 2 항에 있어서,
상기 차폐 부재는,
상기 차폐 요소들이 상기 수용 홈들의 내측에 위치될 경우, 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 자기장 흐름을 차단하고,
상기 차폐 요소들이 상기 수용 홈들의 외측에 위치될 경우, 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 자기장 흐름을 미차단하는, 모터.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 차폐 요소들은 상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 원주 방향을 따라 등간격으로 이격 배치된, 모터.
제 2 항에 있어서,
상기 이동 부재는,
상기 차폐 요소들의 끝단부에 배치되어 상기 차폐 부재와 일체로 회전하는 지지 요소;
상기 지지 요소의 일측에 구비되고, 상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 따라 상기 지지 요소를 제1방향으로 회전시키는 자성 요소; 및
상기 지지 요소의 타측에 구비되며, 상기 자성 요소에 의한 상기 회전에 의해 압축되는 탄성 요소를 포함하는, 모터.
제 5 항에 있어서,
상기 탄성 요소는,
상기 스테이터에 구비된 제1돌출부와 상기 지지 요소에 구비된 제2돌출부 사이에 개재되고,
상기 지지 요소가 상기 제1방향으로 회전할 경우, 상기 스테이터의 제1돌출부와 상기 지지 요소의 제2돌출부에 의해 압축되는, 모터.
제 5 항에 있어서,
상기 지지 요소는, 상기 스테이터와 상기 자성 요소 간의 전자기적 상호 작용이 발생하지 않을 경우, 상기 탄성 요소에 의한 압축 복원력에 따라 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 회전하는, 모터.
제 7 항에 있어서,
상기 차폐 부재는,
상기 자성 요소에 의한 상기 압축 복원력에 따라 상기 지지 요소가 상기 제2방향으로 회전할 경우, 상기 차폐 요소들이 상기 수용 홈들의 내측에 위치됨에 따라, 상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 자기장을 차단하는, 모터.
제 5 항에 있어서,
상기 차폐 부재는,
상기 스테이터와 상기 자성 요소 간의 전자기적 상호 작용에 따라 상기 지지 요소가 상기 제1방향으로 회전할 경우, 상기 차폐 요소들이 상기 수용 홈들의 외측에 위치됨에 따라, 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 자기장 흐름을 미차단하는, 모터.
제 5 항에 있어서,
상기 지지 요소는, 상기 차폐 부재의 전단부 및 후단부에 각각 배치되는, 모터.
제 5 항에 있어서,
상기 이동 부재는, 상호 이격된 복수의 상기 탄성 요소들을 포함하는, 모터.
전기 자동차에 있어서,
배터리; 및
상기 배터리로부터 전원을 공급받아 회전 토크를 발생시키는 모터를 포함하고, 상기 모터는,
스테이터;
상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 따라 회전하는 로터;
상기 스테이터와 상기 로터 간의 전자기적 상호 작용에 따른 자기장을 차단하는 차폐 부재; 및
상기 스테이터와의 전자기적 상호 작용에 따라 상기 차폐 부재의 위치를 제어하는 이동 부재를 포함하는, 전기 자동차.
제 12 항에 있어서,
상기 이동 부재는,
상기 차폐 부재와 일체로 회전하는 지지 요소;
상기 스테이터와 전자기적 상호 작용을 발생시키는 자성 요소; 및
상기 지지 요소의 위치를 가이드하기 위한 탄성 요소를 포함하는, 전기 자동차.
제 13 항에 있어서,
상기 자성 요소는, 상기 스테이터와 상기 로터 간의 전자기적 상호 작용에 따라 상기 로터가 회전할 경우, 상기 스테이터와 전자기적 상호 작용을 발생시키는, 전기 자동차.
제 14 항에 있어서,
상기 차폐 부재는,
상기 스테이터와 상기 자성 요소 간에 전자기적 상호 작용이 발생할 경우, 상기 스테이터에 구비된 수용 홈들의 외측에 위치됨에 따라, 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 자기장 흐름을 미차단하는, 전기 자동차.
제 15 항에 있어서,
상기 차폐 부재는,
상기 스테이터와 상기 자성 요소 간의 전자기적 상호 작용이 제거될 경우, 상기 스테이터에 구비된 수용 홈들의 내측에 위치됨에 따라, 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 자기장의 흐름을 차단하는, 전기 자동차.
제 16 항에 있어서,
상기 배터리는,
상기 차폐 부재가 상기 스테이터의 상기 수용 홈들의 내측에 위치될 경우, 상기 로터의 회전에 따른 충전이 제한되는, 전기 자동차.
제 13 항에 있어서,
상기 차폐 부재는, 상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 원주 방향을 따라 등간격으로 이격 배치된 복수의 차폐 요소들을 포함하고,
상기 지지 요소는, 상기 복수의 차폐 요소들의 양끝단부에 배치되어 상기 차폐 요소들과 일체로 회전하는, 전기 자동차.
제 18 항에 있어서,
상기 지지 요소는, 상기 자성 요소 또는 상기 탄성 요소에 의해, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 소정 거리만큼 회전하는, 전기 자동차.
제 19 항에 있어서,
상기 지지 요소는, 상기 자성 요소 또는 상기 탄성 요소에 의해, 상기 복수의 차폐 요소들이 배치된 간격에 대응하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하는, 전기 자동차.