KR20210100896A - 모터 - Google Patents

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KR20210100896A
KR20210100896A KR1020200014830A KR20200014830A KR20210100896A KR 20210100896 A KR20210100896 A KR 20210100896A KR 1020200014830 A KR1020200014830 A KR 1020200014830A KR 20200014830 A KR20200014830 A KR 20200014830A KR 20210100896 A KR20210100896 A KR 20210100896A
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이진섭
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명은, 샤프트; 상기 샤프트와 결합된 로터; 상기 로터 내에 배치되는 스테이터; 및 센서가 배치되는 기판을 포함하고, 상기 로터는 요크와 상기 요크에 결합된 마그넷을 포함하고, 상기 요크는 바디와, 상기 바디에서 연장되는 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 요크의 원주방향을 따라 교대로 배치되는 복수 개의 제1 에지와 복수 개의 제2 에지를 포함하고, 상기 요크의 반경방향으로, 상기 제2 에지는 상기 제1 에지보다 상기 바디에 가깝게 배치되는 모터를 제공할 수 있다.

Description

모터{Motor}
실시예는 모터에 관한 것이다.
모터는 로터와 스테이터와 샤프트를 포함할 수 있다. 샤프트는 로터에 결합한다. 로터는 스테이터의 외측에 배치될 수 있다. 로터와 스테이터의 전자기적 상호 작용에 의해, 로터가 회전하고, 로터가 회전하면 샤프트가 회전한다.
이러한 모터는 센서장치(예를 들어, 라이다(LiDAR: Light Detection and Ranging)를 회전시키는 구동원으로 이용될 수 있다. 모터의 샤프트가 센서장치와 연결된다. 이때, 모터의 정속 구동이 센서장치의 성능을 확보하는데 중요한 요소일 수 있다. 모터의 정속 구동은 회전하는 로터의 위치를 검출하여 판단할 수 있다. 로터의 위치를 검출하기 위해, 모터는 로터에 배치된 드라이브 마그넷의 자속변화를 감지하는 홀센서를 포함할 수 있다. 그러나, 센서장치의 용도상 매우 높은 모터의 정속 조건이 요구되는 경우, 일반적인 구동마그넷으로 인한 자속변화를 감지하는 것만으로, 모터의 정속 조건을 만족시키는데 한계가 있는 문제가 있다.
따라서, 분해능을 높이기 위하여 다극 착자된 별도의 센싱마그넷을 추가로 배치하여야 문제점이 있다.
센싱마그넷을 추가로 배치하더라도, 모터의 1회전을 인식하는 인덱스 신호의 검출을 위해 별도의 센서와 더불어 추가적인 센싱마그넷을 배치하여야 하는 문제점이 있다.
이에, 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 추가적인 센싱마그넷 없이, 간소한 구성으로 로터의 위치를 정밀하게 인식할 수 있는 모터를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 삼는다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예는, 샤프트와, 상기 샤프트와 결합된 로터와, 상기 로터 내에 배치되는 스테이터와, 및 센서가 배치되는 기판을 포함하고, 상기 로터는 요크와 상기 요크에 결합된 마그넷을 포함하고, 코일 상기 요크는 바디와, 상기 바디에서 연장되는 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 요크의 원주방향을 따라 교대로 배치되는 복수 개의 제1 에지와 복수 개의 제2 에지를 포함하고, 상기 요크의 반경방향으로, 상기 제2 에지는 상기 제1 에지보다 상기 바디에 가깝게 배치되는 모터를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기판은 상기 센서와 전기적으로 연결되는 코일을 포함하고, 상기 센서는 상기 마그넷과 대응되게 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 코일은 패턴 코일일 수 있다.
바람직하게는, 상기 스테이터는 상기 샤프트와 상기 로터 사이에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 요크는 상기 샤프트와 결합될 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 상기 바디의 내주면에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 에지는 상기 코일의 외측에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 코일의 적어도 일부는, 상기 요크의 반경방향으로 상기 제1 에지와 상기 제2 에지 사이에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 에지 및 상기 제2 에지는 곡면이고, 상기 제2 에지는 상기 바디의 외주면 상에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 플랜지는 상기 제1 에지와 상기 제2 에지를 연결하는 제3 에지를 포함하고, 상기 제3 에지는 상기 요크의 반경방향을 따라 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 바디의 두께와 상기 플랜지의 두께는 동일할 수 있다.
바람직하게는, 상기 요크의 반경방향으로, 상기 마그넷과 상기 플랜지는 오버랩되게 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 기판이 배치되는 베이스와, 상기 베이스와 연결되는 베어링 하우징 및 상기 베어링 하우징의 내부에 배치되는 베어링을 더 포함하고, 상기 스테이터는 상기 베어링 하우징의 외측에 결합하고, 상기 샤프트는 상기 베어링에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
바람직하게는, 상기 요크의 반경방향으로, 상기 플랜지는 상기 베어링 하우징과 오버랩되게 배치될 수 있다.
바람직하게는, 복수 개의 상기 제1 에지의 원주방향 길이는 각각 동일하고, 복수 개의 상기 제2 에지의 원주방향 길이는 각각 동일할 수 있다.
실시예에 따르면, 실시예에 따르면, 로터의 위치를 감지하기 위한 부품수가 크게 줄고 구성이 간소한 이점이 있다.
실시예에 따르면, 자기유도를 이용하여 로터의 위치를 감지하기 위해서, 마그넷을 고정하는 요크를 이용함으로써, 부품을 줄이는 이점이 있다.
실시예에 따르면, 높은 정속 구동 조건을 만족할 수 있는 유리한 효과를 제공한다.
실시예에 따르면, 로터의 위치를 감지하는데 있어서, 요크의 플랜지를 활용하기 때문에 설계 자유도 및 용이성이 높은 이점이 있다.
실시예에 따르면, 센싱마그넷을 사용하지 않기 때문에, 드라이브 마그넷과의 자계 간섭이 없는 이점이 있다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 사시도,
도 2는 도 1에서 도시한 모터의 분해사시도,
도 3은 도 1에서 도시한 모터의 측단면도,
도 4는 도 1에서 도시한 모터의 요크를 도시한 도면,
도 5는 도 4에서 도시한 요크의 평면도,
도 6은 기판을 도시한 도면,
도 7은 축방향으로 코일과 플랜지 바라본 도면이다.
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)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 도시한 모터의 분해사시도이고, 도 3은 도 1에서 도시한 모터의 측단면도이다. 이하, 내측은 모터의 반경방향을 기준으로, 샤프트(100)를 향하는 방향이고, 외측은 내측의 반대방향이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 모터는, 샤프트(100)와, 로터(200)와, 스테이터(300)와, 기판(400)과, 베이스(500)와, 베어링 하우징(600)과, 베어링(700)을 포함할 수 있다.
샤프트(100)는 로터(200)와 함께 회전한다. 샤프트(100)의 선단은 거리 정보를 획득하는 센서장치와 연결될 수 있다.
로터(200)는 요크(210)와 마그넷(220)을 포함할 수 있다.
요크(210)는 스테이터(300)의 외측에 배치된다. 그리고, 요크(210)는 샤프트(100)에 결합한다. 샤프트(100)는 요크(210)의 중심에 위치한다. 요크(210)의 회전과 함께 샤프트(100)도 회전한다.
마그넷(220)은 요크(210)에 배치될 수 있다. 마그넷(220)은 요크(210)의 구동을 위한 것이다. 마그넷(220)과 스테이터(300)에 감긴 코일의 전자기적 상호작용을 통해, 요크(210)가 회전한다. 마그넷(220)은 하나의 환형 부재일 수 있다. 또는, 마그넷(220)은 복수의 분할 마그넷이 조합된 것일 수 있다.
스테이터(300)는 샤프트(100)의 외측에 배치된다. 스테이터(300)는 스테이터 코어(310)를 포함한다. 스테이터 코어(310)는 복수 개의 티스를 포함한다. 티스에는 코일이 감긴다. 스테이터(300)는 인슐레이터(320)를 포함할 수 있다. 인슐레이터(320)는 스테이터 코어(310)에 결합된다.
기판(400)은 요크(210)의 일측에 배치된다. 기판(400)은 센서(도 6의 410)와 코일(도 6의 420)을 포함할 수 있다. 센서(410)는 자기유도 엔코더(Inductive enconder)일 수 있다. 축방향으로 기판(400)과 요크(310) 사이에는 에어갭(air gap)이 형성된다. 코일(420)은 패턴 코일일 수 있다.
베이스(500)는 기판(400)의 일측에 배치된다. 예를 들어, 베이스(500)의 상면에는 기판(400)이 배치될 수 있다. 베이스(500)와 기판(400) 사이에는, 베이스(500)와 기판(400)의 결합을 위한 접착필름 등이 위치할 수 있다.
베어링 하우징(600)은 내측에 베어링(700)을 포함한다. 베어링(700)은 샤프트(100)를 회전 가능하게 지지한다. 2개의 베어링(700)이 베어링 하우징(600)의 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다. 베어링 하우징(600)은 베이스(500)에 결합될 수 있다. 또는 베어링 하우징(600)과 베이스(500)가 일체일 수 있다.
베어링 하우징(600)은 내부에는 제1 수용부(610)와 제1 제2 수용부(620)를 포함할 수 있다. 제1 수용부(610)에는 베어링(700)이 배치된다. 제2 수용부(620)에도 베어링(700)이 배치된다. 제1 수용부(610)와 제1 제2 수용부(620) 사이에는 격벽(630)이 배치될 수 있다. 격벽(630)은 베어링 하우징(600) 내부에서 돌출되어, 제1 수용부(610)와 제1 제2 수용부(620)를 구분하고, 베어링(700)의 외륜을 축방향으로 지지한다.
한편, 베어링 하우징(600)은 베이스(500)에 고정된다, 그리고 베어링 하우징(600)은 스테이터(300)의 스테이터 코어(310)의 중심에 결합한다.
도 4는 도 1에서 도시한 모터의 요크(210)를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 요크(210)는 원통형 바디(211)와 플랜지(212)를 포함한다. 바디(211)의 일측은 상면으로 막힌 형태이며, 바디(211)의 타측은 개방된 형태이다. 플랜지(212)는 바디(211)의 일단에서 수평하게 외측으로 연장된 형상을 갖는다. 샤프트(100)가 바디(211)의 상면에 결합하여, 샤프트(100)와 요크(210)가 일체로 회전한다. 바디(211)의 상면 중심에는 홀(211)이 배치된다. 홀(211)에는 샤프트(100)의 단부가 압입되어 결합될 수 있다.
바디(211)의 내주면에 마그넷(220)이 결합된다. 한편, 바디(211)의 두께(t)와 플랜지(212)의 두께(t)는 동일할 수 있다.
플랜지(212)는 제1 에지(212a)와 제2 에지(212b)와 제3 에지(212c)를 포함한다. 제1 에지(212a)와 제2 에지(212b)는 요크(210)의 원주방향을 따라 교대로 배치된다. 요크(210)의 반경방향으로, 제2 에지(212b)는 제1 에지(212a)보다 바디(211)에 가깝게 배치된다. 제3 에지(212c)는 제1 에지(212a)와 제2 에지(212b)를 연결한다. 제1 에지(212a)와 제2 에지(212b)가 요크(210)의 원주방향으로 교대로 배치됨에 따라 플랜지(212)는 바디(211)에서 돌출된 복수 개의 날개가 배치된 형태를 가질 수 있다.
이러한 플랜지(212)는 기판(400)에 배치된 코일(420)과 상호작용하여 유도기전력을 생성한다. 플랜지(212)의 형상이 요크(210)의 원주방향을 따라 변하기 때문에 유도기전력의 편차가 단속적으로 나타나고, 이를 센서(410)가 감지하여 로터(200)의 1회전을 인식하는데 사용한다.
한편, 플랜지(212)는, 요크(210)의 반경방향으로, 마그넷(220)과 오버랩되게 배치될 수 있다. 또한 플랜지(212)는 요크(210)의 반경방향으로, 베어링 하우징(600)과 오버랩되게 배치될 수 있다.
도 5는 도 4에서 도시한 요크(210)의 평면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 제1 에지(212a)와 제2 에지(212b)는 각각 요크(210)의 중심(C)을 곡률중심으로 하는 곡면일 수 있다. 그리고 제2 에지(212b)는 바디(211)의 외주면 상에 배치될 수 있다. 제3 에지(212c)는 요크(210)의 반경방향을 따라 배치되는 평면일 수 있다.
상술한 바와 같이, 요크(210)의 플랜지(212)의 형상을 예시하였으나, 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제2 에지(212b)가 바디(211)의 외주면보다 돌출되게 배치될 수 도 있다. 또한, 제1 에지(212a)와 제2 에지(212b)가 교대로 반복됨에 따라 플랜지(212)의 형상이 사각형의 톱니가 반복된 형태이나, 본 발명은 이에 한정되며 않으며 다양한 형상의 돌출구조가 반복되는 플랜지(212)로 실시될 수 있다. 예를 들어, 제1 에지(212a)와 제2 에지(212b)가 각각 곡면이 아니고 평면일수도 있으며, 제3 에지(212c)는 요크(210)의 반경방향보다 경사지게 배치될 수도 있다.
한편, 복수 개의 제1 에지(212a)는 그 원주방향 길이(L1)가 모두 동일 할 수 있다. 복수 개의 제2 에지(212b) 또한 그 원주방향 길이(L2)가 모두 동일 할 수 있다. 또한, 복수 개의 제1 에지(212a)는 요크(210)의 중심(C)을 기준으로 하나의 원형 궤도상에 배치될 수 있다. 복수 개의 제2 에지(212b) 또한 요크(210)의 중심(C)을 기준으로 하나의 원형 궤도상에 배치될 수 있다.
제1 에지(212a)와 제2 에지(212b)의 개수는 센서(410)의 해상도에 대응하여 다양하게 조절될 수 있다.
도 6은 기판(400)을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 기판(400)에는 센서(410)와 코일(420)이 배치된다. 센서(410)는 코일(420)과 전기적으로 연결되어, 기판(400)의 회전에 따른 유도기전력의 변화를 측정한다. 코일(420)은 서로 모양 및 크기가 다른 제1 코일(421)과 제2 코일(422)이 조합된 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(421)은 방사형이고, 제2 코일(422)은 환형일 수 있다. 제1 코일(421)과 제2 코일(422)은 독립적으로 분리되어 있으며, 기판(400)의 사로 다른 층에 각각 배치될 수 있다.
기판(400)은 원형의 평판 형상을 가질 수 있으며, 코일(420)은 기판(400)의 중심을 기준으로 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 코일(420)은 기판(400)의 중심을 기준으로 회전대칭되게 배치될 수 있다.
도 7은 축방향으로 코일(420)과 플랜지(212)를 바라본 도면이다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 코일(420)는 플랜지(212)를 마주보고 배치된다. 코일(420)의 일부는 요크(210)의 반경방향을 기준으로 플랜지(212)의 제1 에지(212a)와 제2 에지(212b) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제1 에지(212a)는 코일(420)의 외측에 배치될 수 있다.
스테이어 코어(310)에 감긴 코일과 마그넷(320)의 전기적 상호작용에 의해, 로터(300)가 회전하면, 로터(300)의 플랜지(212)의 형상에 의해 코일(420)과 요크(210)의 플랜지(212) 사이에 유도자기가 발생하고, 유도자기의 변화를 센서(410)가 감지한다. 이렇게, 로터(300)의 위치를 감지하는데 있어서, 요크(210)의 일부인 플랜지(212)와 코일(420)을 활용함으로써, 모터의 구성을 매우 간소화할 수 있다.
특히, 센싱마그넷을 사용하지 않기 때문에, 드라이브 마그넷과의 자계 간섭이 없는 이점이 있다. 또한, 기판(400)의 코일(420)에 의해 발생되는 기전력으로 인해 외부자계의 간섭을 크게 줄일 수 있는 이점이 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 모터에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
전술된 본 발명의 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 샤프트
200: 로터
210: 요크
211: 바디
212: 플랜지
212a: 제1 에지
212b: 제2 에지
212c:제3 에지
220: 마그넷
300: 스테이터
400: 기판
410: 센서
420: 코일
500: 베이스
600: 베어링 하우징
700: 베어링

Claims (15)

  1. 샤프트;
    상기 샤프트와 결합된 로터;
    상기 로터 내에 배치되는 스테이터; 및
    센서가 배치되는 기판을 포함하고,
    상기 로터는 요크와 상기 요크에 결합된 마그넷을 포함하고,
    상기 요크는 바디와, 상기 바디에서 연장되는 플랜지를 포함하고,
    상기 플랜지는 상기 요크의 원주방향을 따라 교대로 배치되는 복수 개의 제1 에지와 복수 개의 제2 에지를 포함하고,
    상기 요크의 반경방향으로, 상기 제2 에지는 상기 제1 에지보다 상기 바디에 가깝게 배치되는 모터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 센서와 전기적으로 연결되는 코일을 포함하고,
    상기 센서는 상기 마그넷과 대응되게 배치되는 모터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 코일은 패턴 코일인 모터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 샤프트와 상기 로터 사이에 배치되는 모터.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 요크는 상기 샤프트와 결합되는 모터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 마그넷은 상기 바디의 내주면에 배치되는 모터.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 에지는 상기 코일의 외측에 배치되는 모터.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 코일의 적어도 일부는, 상기 요크의 반경방향으로 상기 제1 에지와 상기 제2 에지 사이에 배치되는 모터.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 에지 및 상기 제2 에지는 곡면이고,
    상기 제2 에지는 상기 바디의 외주면 상에 배치되는 모터.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 플랜지는 상기 제1 에지와 상기 제2 에지를 연결하는 제3 에지를 포함하고,
    상기 제3 에지는 상기 요크의 반경방향을 따라 배치되는 모터.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 바디의 두께와 상기 플랜지의 두께는 동일한 모터.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 요크의 반경방향으로, 상기 마그넷과 상기 플랜지는 오버랩되게 배치되는 모터.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 기판이 배치되는 베이스;
    상기 베이스와 연결되는 베어링 하우징;및
    상기 베어링 하우징의 내부에 배치되는 베어링을 더 포함하고,
    상기 스테이터는 상기 베어링 하우징의 외측에 결합하고,
    상기 샤프트는 상기 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되는 모터.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 요크의 반경방향으로, 상기 플랜지는 상기 베어링 하우징과 오버랩되게 배치되는 모터.
  15. 제1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 제1 에지의 원주방향 길이는 각각 동일하고, 복수 개의 상기 제2 에지의 원주방향 길이는 각각 동일한 모터.
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