KR20220001717U - 구동 장치 - Google Patents

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김성진
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Abstract

본 고안은 구동 장치에 관한 것으로서, 복수의 고정 몸체로 구성된 고정자를 구비한 구동 장치에 관한 것이다.
본 고안의 실시예에 따른 구동 장치는 구동력을 발생시키는 구동부를 포함하되, 상기 구동부는, 자속을 발생시키는 고정자와, 상기 고정자에 결합된 외측 영구자석, 및 상기 외측 영구자석의 자력에 의해 회전하는 출력 회전자를 포함하고, 상기 고정자는, 링의 형상을 갖는 제1 고정 몸체, 및 상기 제1 고정 몸체에 결합 가능하고, 코일의 권취를 위한 복수의 레그를 구비하는 제2 고정 몸체를 포함한다.

Description

구동 장치{Driving apparatus}
본 고안은 구동 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 고정 몸체로 구성된 고정자를 구비한 구동 장치에 관한 것이다.
변속 장치는 차량의 속도에 따라 엔진의 회전을 일정하게 유지하기 위해 기어비를 달리하도록 할 수 있으며, 운전자는 변속 레버를 조작하여 변속기(Transmission)의 기어비를 바꾸게 된다.
이러한 변속 장치의 변속 모드로는 운전자가 변속단을 바꿀 수 있는 수동 변속 모드와 운전자가 주행단(D) 선택 시 차량 속도에 따라 자동으로 변속단이 바뀌는 자동 변속 모드가 있다.
이와 함께, 하나의 변속 장치에서 수동 변속과 자동 변속을 수행할 수 있는 스포츠 모드형 변속 장치가 사용되고 있다. 스포츠 모드형 변속 장치는 기본적으로 자동 변속을 수행하면서, 운전자가 기어의 단수를 높이거나 낮추어서 수동 변속을 수행할 수 있도록 자동 변속을 하는 변속 장치 옆에 수동 변속을 할 수 있는 변속 장치가 구비될 수 있다.
변속 레버는 운전자가 조작 가능하도록 차량 내부로 노출되어 있으며, 대부분의 변속 레버는 차량의 센터페시아와 콘솔 박스 사이에 노출되어 있다.
일반적으로 운전자는 변속 레버를 이동시켜 변속단을 선택하기 때문에 변속 레버의 이동 궤적에 따른 공간이 필요하므로 주변과의 간섭이 발생하는 것이 방지되도록 설계하는 것이 요구된다.
따라서, 최근에는 다이얼 방식 또는 버튼형 방식의 변속 조작이 가능하여 변속 조작에 필요로 하는 공간을 감소시켜 차량의 공간 활용성을 높이고 변속 조작성을 향상시키고 있다.
미국 공개특허 US 2013-0220055 (2013.08.29)
본 고안이 해결하고자 하는 과제는 복수의 고정 몸체로 구성된 고정자를 구비한 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 고안의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 고안의 실시예에 따른 구동 장치는 구동력을 발생시키는 구동부를 포함하되, 상기 구동부는, 자속을 발생시키는 고정자와, 상기 고정자에 결합된 외측 영구자석, 및 상기 외측 영구자석의 자력에 의해 회전하는 출력 회전자를 포함하고, 상기 고정자는, 링의 형상을 갖는 제1 고정 몸체, 및 상기 제1 고정 몸체에 결합 가능하고, 코일의 권취를 위한 복수의 레그를 구비하는 제2 고정 몸체를 포함한다.
상기 제2 고정 몸체는 상기 제1 고정 몸체에 비하여 작은 직경의 링의 형상을 갖는 림을 포함하고, 상기 복수의 레그는 상기 림의 서로 다른 위치에서 방사상으로 돌출 형성된다.
상기 복수의 레그 중 인접한 2개의 레그의 돌출 방향 간의 각도는 다른 모든 인접한 2개의 레그의 돌출 방향 간 각도와 동일하게 형성된다.
상기 제2 고정 몸체는 상기 복수의 레그에 코일이 권취된 이후에 상기 제1 고정 몸체에 결합된다.
상기 제1 고정 몸체는 복수의 결합 홈을 포함하고, 상기 복수의 레그가 상기 복수의 결합 홈에 삽입됨으로써 상기 제2 고정 몸체가 상기 제1 고정 몸체에 결합된다.
상기 복수의 레그 각각의 말단에는 권취된 코일의 이탈을 방지하는 이탈 방지부가 구비된다.
상기 출력 회전자는, 베이스, 및 상기 베이스의 가장자리에서 일측 방향으로 연장 형성된 복수의 폴 피스(pole piece)를 포함한다.
상기 구동부는, 내측 영구자석을 구비하고, 상기 고정자의 자속에 의해 회전하는 입력 회전자를 더 포함한다.
상기 출력 회전자는 상기 내측 영구자석 및 상기 외측 영구자석 사이의 자력 경로를 따라 회전한다.
상기 복수의 폴 피스는 상기 내측 영구자석 및 상기 외측 영구자석의 사이에 배치되고, 상기 내측 영구자석과 상기 외측 영구자석 간의 자력 경로를 형성한다.
상기 입력 회전자의 단위 시간당 회전수에 대한 상기 출력 회전자의 단위 시간당 회전수는 상기 내측 영구자석의 개수, 상기 외측 영구자석의 개수 및 상기 폴 피스의 개수에 의해 결정된다.
차량의 운행에 이용되는 사용자 명령을 입력 받는 인터페이스부를 더 포함하고, 상기 구동부는 상기 인터페이스부에 구동력을 전달하여 상기 인터페이스부를 회전시킨다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 고안의 실시예에 따른 구동 장치에 따르면 고정자가 복수의 고정 몸체로 구성되어 있기 때문에 고정자의 제조 시에 고정자에 코일을 권취하는 작업이 보다 용이하게 수행될 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 구동 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 구동부를 나타낸 도면이다.
도 4는 고정자를 나타낸 도면이다.
도 5는 고정 몸체를 나타낸 도면이다.
도 6은 제2 고정 몸체를 나타낸 도면이다.
도 7은 제2 고정 몸체에 대한 권취 노즐의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 제2 고정 몸체가 제1 고정 몸체에 결합되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 이탈 방지부가 구비된 제2 고정 몸체를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 고정자의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 입력 회전자의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 출력 회전자를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12에 도시된 출력 회전자에 회전력 전달부가 결합된 것을 나타낸 도면이다.
도 14는 고정자에 대한 입력 회전자의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 고정자에 외측 영구자석이 결합된 것을 나타낸 도면이다.
도 16 내지 도 18은 출력 회전자의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 고안의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 고안은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 고안의 게시가 완전하도록 하고, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 고안은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 구동 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 구동 장치(10)는 인터페이스부(100), 지지부(200), 하우징(300), 구동부(400), 메인 기판(500), 제어 장치(600) 및 스위칭부(700)를 포함하여 구성된다.
인터페이스부(100)는 차량의 운행에 이용되는 사용자 명령을 입력 받을 수 있다. 인터페이스부(100)는 변속부(110) 및 편의 기능 제공부(120)를 포함할 수 있다. 변속부(110)는 차량의 변속 명령을 입력 받을 수 있다. 도 1은 노브 형태의 변속부(110)를 도시하고 있으나 본 고안의 몇몇 실시예에 따르면 변속부(110)는 레버, 다이얼 또는 버튼의 형태로 제공될 수도 있다. 레버 형태의 변속부(110)는 일정 길이를 갖고 일단에 대하여 타단이 회전하여 자세가 전환됨으로써 변속 명령을 입력 받을 수 있다. 다이얼 형태의 변속부(110)는 회전에 의하여 변속 명령을 입력 받을 수 있다. 버튼 형태의 변속부(110)는 외부 압력 또는 터치에 의해 변속 명령을 입력 받을 수 있다.
편의 기능 제공부(120)는 조명 제공부(미도시), 무선 충전부(미도시) 및 살균부(미도시)를 포함할 수 있다. 조명 제공부는 차량의 실내 조명 기능을 제공하고, 무선 충전부는 전자기기에 대한 무선 충전 기능을 제공하며, 살균부는 차량의 실내 또는 전자기기에 대한 살균 기능을 제공할 수 있다.
도 1은 반구 형태의 편의 기능 제공부(120)를 도시하고 있으나, 편의 기능 제공부(120)의 형태는 다양하게 결정될 수 있다.
도 1은 인터페이스부(100)가 변속부(110) 및 편의 기능 제공부(120)를 모두 포함하고 있는 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서 인터페이스부(100)는 변속부(110) 및 편의 기능 제공부(120) 중 하나만을 포함할 수도 있다. 이하, 변속부(110) 및 편의 기능 제공부(120)를 모두 포함하는 인터페이스부(100)를 위주로 설명하기로 한다.
지지부(200)는 인터페이스부(100)를 지지할 수 있다. 지지부(200)는 제1 지지부(210) 및 제2 지지부(220)를 포함할 수 있다. 제1 지지부(210)는 변속부(110)를 지지하고, 제2 지지부(220)는 편의 기능 제공부(120)를 지지할 수 있다. 제1 지지부(210) 및 제2 지지부(220)는 서로 결합될 수 있다. 제1 지지부(210)의 일측면은 제2 지지부(220)에 결합되고, 타측면은 변속부(110)를 지지할 수 있다. 제2 지지부(220)의 일측면은 제1 지지부(210)에 결합되고, 타측면은 편의 기능 제공부(120)를 지지할 수 있다. 이에, 변속부(110) 및 편의 기능 제공부(120)는 서로 반대 방향을 바라보는 지지부(200)의 양쪽 측면에 각각 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2는 지지부(200)가 제1 지지부(210) 및 제2 지지부(220)로 분할되어 구비된 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서 본 고안의 몇몇 실시예에 따르면 제1 지지부(210) 및 제2 지지부(220)의 구분 없이 지지부(200)의 양측면에 변속부(110) 및 편의 기능 제공부(120)가 구비될 수도 있다. 이하, 제1 지지부(210) 및 제2 지지부(220)를 포함하여 지지부(200)가 구성된 것을 위주로 설명하기로 한다.
지지부(200)는 하우징(300)에 대하여 자세가 변경될 수 있다. 지지부(200)의 자세가 변경되면서 변속부(110) 및 편의 기능 제공부(120)의 자세도 동시에 변경될 수 있다.
지지부(200)의 내부에는 명령 중계 기판(800)이 구비될 수 있다. 명령 중계 기판(800)은 제1 명령 중계 기판(810) 및 제2 명령 중계 기판(820)을 포함할 수 있다. 제1 명령 중계 기판(810)은 제1 지지부(210)에 구비될 수 있다. 제1 명령 중계 기판(810)은 변속부(110)를 통하여 입력된 사용자 명령에 대응하여 변속단의 전환을 위한 변속 신호를 생성하고, 생성된 변속 신호를 메인 기판(500)으로 송신할 수 있다. 제2 명령 중계 기판(820)은 제2 지지부(220)에 구비될 수 있다. 제2 명령 중계 기판(820)은 편의 기능 제공부(120)를 통하여 입력된 사용자 명령에 대응하여 편의 명령 신호를 생성하고, 생성된 편의 명령 신호를 메인 기판(500)으로 송신할 수 있다.
하우징(300)은 변속부(110) 및 편의 기능 제공부(120)를 수용할 수 있다. 구체적으로, 하우징(300)은 인터페이스부(100)의 자세에 따라 변속부(110) 및 편의 기능 제공부(120) 중 하나를 수용할 수 있다. 하우징(300)에 수용되지 않은 변속부(110) 또는 편의 기능 제공부(120)는 외부에 노출되어 사용자로부터 사용자 명령을 입력 받을 수 있다.
구동부(400)는 구동력을 발생시킬 수 있다. 구동부(400)는 인터페이스부(100)에 구동력을 전달할 수 있다. 구체적으로, 구동부(400)는 인터페이스부(100)를 지지하는 지지부(200)에 회전력을 전달하여 인터페이스부(100)를 회전시킬 수 있다. 지지부(200)의 양측면에 변속부(110) 및 편의 기능 제공부(120)가 구비됨에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 변속부(110)가 하우징(300)에 삽입되면서 편의 기능 제공부(120)가 하우징(300)에서 배출되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 편의 기능 제공부(120)가 하우징(300)에 수용되면서 변속부(110)가 하우징(300)에서 배출될 수 있다.
메인 기판(500)은 인터페이스부(100)를 통하여 입력된 사용자 명령을 차량의 대응하는 장치로 송신할 수 있다. 이를 위하여, 메인 기판(500)에는 사용자 명령을 수신하고, 이에 대응하는 신호를 생성하여 송신하는 적어도 하나의 부품(510)이 구비될 수 있다.
지지부(200)에 구비된 명령 중계 기판(800)은 사용자 명령에 대응하는 변속 신호 또는 편의 명령 신호를 생성하고, 생성된 신호를 메인 기판(500)으로 송신할 수 있다. 메인 기판(500)은 명령 중계 기판(800)으로부터 수신된 신호를 차량의 대응하는 장치로 송신할 수 있다. 예를 들어, 메인 기판(500)은 제1 명령 중계 기판(810)으로부터 수신된 신호를 변속기로 송신하고, 제2 명령 중계 기판(820)으로부터 수신된 신호를 에어컨, 히터, 오디오 시스템 또는 조명 제어 시스템 등으로 송신할 수 있다.
제어 장치(600)는 구동부(400)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(600)는 스위칭부(700)를 제어함으로써 구동부(400)의 동작을 제어할 수 있다. 스위칭부(700)는 구동부(400)로 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 스위칭부(700)에 의한 전력 공급 제어에 의해 구동부(400)의 회전 방향 및 회전 속도가 제어될 수 있다.
제어 장치(600)는 사전에 설정된 조건에 따라 구동부(400)의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 조건은 탑승자 유무, 차량의 도어 상태 및 시동 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차량에서 모든 탑승자가 하차하고, 차량의 도어가 잠긴 경우 제어 장치(600)는 변속부(110)가 하우징(300)에 수용되고, 편의 기능 제공부(120)가 외부로 노출되도록 구동부(400)의 동작을 제어할 수 있다. 또는, 차량에 운전자가 탑승하거나 시동이 켜진 경우 제어 장치(600)는 편의 기능 제공부(120)가 하우징(300)에 수용되고, 변속부(110)가 외부로 노출되도록 구동부(400)의 동작을 제어할 수 있다.
제어 장치(600) 및 스위칭부(700)는 메인 기판(500)에 구비될 수 있고, 메인 기판(500)과는 분리된 별도의 장치로 제공될 수도 있다. 메인 기판(500)과는 분리된 별도의 장치로 제공되는 경우 제어 장치(600) 및 스위칭부(700)는 하우징(300)의 내부에 구비될 수 있고, 하우징(300)의 외부에 구비될 수도 있다. 이하, 제어 장치(600) 및 스위칭부(700)가 메인 기판(500)에 구비된 것을 위주로 설명하기로 한다.
도 3은 구동부를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 구동부(400)는 고정자(410), 입력 회전자(420), 외측 영구자석(430), 출력 회전자(440) 및 회전력 전달부(450)를 포함하여 구성된다.
고정자(410)는 자속을 발생시킬 수 있다. 고정자(410)는 서로 분리되어 구비된 복수의 코일을 구비할 수 있다. 구체적으로, 고정자(410)는 서로 다른 시간 차로 전력을 공급받아 자속을 발생시키도록 3상으로 연결된 복수의 코일을 포함할 수 있다. 3상으로 연결된 복수의 코일에 순차적으로 전력이 공급되고, 전력을 공급받은 코일이 자속을 발생시킬 수 있다. 고정자(410)에 대한 자세한 설명은 도 4 내지 도 9를 통하여 후술하기로 한다.
입력 회전자(420)는 회전 몸체(421) 및 내측 영구자석(422)을 포함하여 구성된다. 회전 몸체(421)는 실린더의 형태로 제공될 수 있다. 내측 영구자석(422)은 복수 개가 구비되어 회전 몸체(421)의 외측 표면에 결합될 수 있다. 구체적으로, 복수의 내측 영구자석(422)은 서로 다른 극성의 내측 영구자석(422)이 서로 인접하도록 회전 몸체(421)의 외측 표면에 링의 형태로 배치될 수 있다. 입력 회전자(420)는 고정자(410)에서 발생된 자속에 의해 회전할 수 있다. 고정자(410)의 자속은 내측 영구자석(422)을 이동시키기 위한 힘을 발생시키고, 입력 회전자(420)는 해당 힘에 의해 회전할 수 있다.
외측 영구자석(430)은 입력 회전자(420)의 바깥쪽에 복수 개가 링의 형태로 배치될 수 있다. 외측 영구자석(430)의 개수는 내측 영구자석(422)의 개수와 상이할 수 있다. 구체적으로, 외측 영구자석(430)의 개수는 내측 영구자석(422)의 개수보다 많을 수 있다.
출력 회전자(440)는 외측 영구자석(430)의 자력에 의해 회전할 수 있다. 구체적으로, 출력 회전자(440)는 내측 영구자석(422)과 외측 영구자석(430) 사이의 자력 경로를 따라 회전할 수 있다. 이 때, 출력 회전자(440)는 입력 회전자(420)의 단위 시간당 회전수와는 상이한 단위 시간당 회전수로 회전할 수 있다. 출력 회전자(440)는 복수의 폴 피스(442)(도 12 참조)를 포함할 수 있다. 폴 피스(442)가 내측 영구자석(422)과 외측 영구자석(430) 간의 자력 경로를 형성함에 따라 출력 회전자(440)가 회전할 수 있게 된다. 이 때, 입력 회전자(420)의 단위 시간당 회전수에 대한 출력 회전자(440)의 단위 시간당 회전수는 내측 영구자석(422)의 개수, 외측 영구자석(430)의 개수 및 폴 피스(442)의 개수에 의해 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 외측 영구자석(430)의 개수는 내측 영구자석(422)의 개수보다 많을 수 있는데, 이러한 경우 출력 회전자(440)의 단위 시간당 회전수는 입력 회전자(420)의 단위 시간당 회전수보다 작을 수 있다.
회전력 전달부(450)는 출력 회전자(440)의 베이스(441)(도 12 참조)에 결합되어 출력 회전자(440)의 회전력을 인터페이스부(100)로 전달할 수 있다. 또한, 회전력 전달부(450)는 입력 회전자(420)의 중심을 관통하여 입력 회전자(420)의 회전축을 제공할 수도 있다. 입력 회전자(420)는 회전력 전달부(450)를 기준으로 회전할 수 있는 것이다. 한편, 본 고안의 몇몇 실시예에 따르면 회전력 전달부(450) 및 베이스(441)는 일체형으로 제공될 수도 있다.
이하, 도 4 내지 도 18을 통하여 구동부(400)의 각 요소에 대한 세부 구성 및 동작을 설명하기로 한다.
도 4는 고정자를 나타낸 도면이고, 도 5는 고정 몸체를 나타낸 도면이고, 도 6은 제2 고정 몸체를 나타낸 도면이고, 도 7은 제2 고정 몸체에 대한 권취 노즐의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 제2 고정 몸체가 제1 고정 몸체에 결합되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 고정자(410)는 고정 몸체(411) 및 코일(412u, 412v, 412w)을 포함하여 구성된다.
고정 몸체(411)는 제1 고정 몸체(411a) 및 제2 고정 몸체(411b)를 포함하여 구성된다. 제1 고정 몸체(411a)는 링의 형상을 가질 수 있다.
제2 고정 몸체(411b)는 제1 고정 몸체(411a)에 결합될 수 있다. 제1 고정 몸체(411a) 및 제2 고정 몸체(411b)가 결합됨으로써 고정 몸체가 구성될 수 있는 것이다. 제2 고정 몸체(411b)는 림(411c) 및 레그(411d)를 포함하여 구성된다. 림(411c)은 제1 고정 몸체(411a)에 비하여 작은 직경의 링의 형상을 가질 수 있다.
레그(411d)는 복수 개가 구비될 수 있다. 복수의 레그(411d)에는 코일(412u, 412v, 412w)이 권취될 수 있다. 이를 위하여, 복수의 레그(411d) 각각의 길이는 일정 크기 이상으로 제공될 수 있다. 복수의 레그(411d)는 림(411c)에 결합될 수 있다. 도 6을 참조하여 설명하면, 복수의 레그(411d)는 림(411c)의 서로 다른 위치에서 방사상으로 돌출 형성될 수 있다. 구체적으로, 복수의 레그(411d) 중 인접한 2개의 레그(411d)의 돌출 방향 간의 각도는 다른 모든 인접한 2개의 레그(411d)의 돌출 방향 간 각도와 동일하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 레그(411d)의 개수가 6개인 경우 모든 인접한 레그(411d)의 돌출 방향 간의 각도는 60도일 수 있다.
레그(411d)에는 코일(412u, 412v, 412w)이 권취될 수 있다. 도 7을 참조하여 설명하면, 코일(412u, 412v, 412w)을 권취하는 권취 노즐(20)은 제2 고정 몸체(411b)의 외측에서 접근하여 레그(411d)에 코일(412u, 412v, 412w)을 권취할 수 있다. 제2 고정 몸체(411b)가 제1 고정 몸체(411a)와는 개별적으로 구비되고, 림(411c)의 외측 방향으로 레그(411d)가 돌출 형성됨에 따라 권취 작업을 수행하는 권취 노즐(20)의 자세가 상대적으로 자유롭게 결정될 수 있다. 또한, 권취 노즐(20)은 회전축(Bx)을 기준으로 회전하면서 코일(412u, 412v, 412w)을 권취할 수 있는데, 회전축에 대한 권취 노즐(20)의 회전 반경(R)은 작업 환경에 따라 자유롭게 결정될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2 고정 몸체(411b)는 제1 고정 몸체(411a)에 결합될 수 있다. 이 때, 제2 고정 몸체(411b)는 복수의 레그(411d)에 코일(412u, 412v, 412w)이 권취된 이후에 제1 고정 몸체(411a)에 결합될 수 있다.
제1 고정 몸체(411a)는 복수의 결합 홈(GR)을 포함할 수 있다. 복수의 결합 홈(GR)은 제1 고정 몸체(411a)의 내측 표면이 함몰되어 형성될 수 있다. 복수의 결합 홈(GR)의 위치는 제2 고정 몸체(411b)에 구비된 복수의 레그(411d)의 위치에 대응하여 결정될 수 있다.
복수의 레그(411d)가 복수의 결합 홈(GR)에 삽입됨으로써 제2 고정 몸체(411b)가 제1 고정 몸체(411a)에 결합될 수 있다. 복수의 레그(411d)가 복수의 결합 홈(GR)에 삽입된 이후에 제1 고정 몸체(411a)와 제2 고정 몸체(411b) 간의 보강 결합이 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 고정 몸체(411a)와 제2 고정 몸체(411b)는 용접에 의하거나 볼트와 같은 결합 수단에 의해 보강 결합될 수 있다.
다시 도 4 및 도 5를 설명하면, 본 고안의 실시예에 따른 고정자(410)에는 6개의 레그(411d)가 구비될 수 있다. 6개의 레그(411d)는 인접한 레그(411d) 간의 간격이 동일하게 형성되도록 림(411c)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 6개의 레그(411d) 각각은 고정 몸체(411)의 중심을 기준으로 대향하는 레그(411d)를 갖게 될 수 있다. 상호 대향하는 2개의 레그(411d)에 권취된 코일(412u, 412v, 412w)은 서로 연결된 것일 수 있다. 도 4는 U상 코일(412u), V상 코일(412v) 및 W상 코일(412w)이 고정 몸체(411)에 설치된 것을 도시하고 있다. 서로 대향하는 2개의 U상 코일(412u)이 서로 연결되고, 서로 대향하는 2개의 V상 코일(412v)이 서로 연결되며, 서로 대향하는 2개의 W상 코일(412w)이 서로 연결되어 있는 것이다. 따라서, 2개의 U상 코일(412u) 중 하나의 코일에 전력이 공급된 경우 다른 하나의 U상 코일(412u)에도 전력이 공급되고, 이러한 전력 공급 방식은 V상 코일(412v) 및 W상 코일(412w)에도 적용될 수 있다.
전술한 3상으로 연결된 복수의 코일 중 제1 상의 코일은 U상 코일(412u)에 대응하고, 제2 상의 코일은 V상 코일(412v)에 대응하며, 제3 상의 코일은 W상 코일(412w)에 대응하는 것으로 이해될 수 있다.
도 9는 이탈 방지부가 구비된 제2 고정 몸체를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 고안의 몇몇 실시예에 따르면 제2 고정 몸체(411e)는 림(411f), 레그(411g) 및 이탈 방지부(411h)를 구비할 수 있다.
림(411f)은 제1 고정 몸체(411a)에 비하여 작은 직경의 링의 형상을 가질 수 있다. 레그(411g)는 복수 개가 구비될 수 있다. 복수의 레그(411g)에는 코일(412u, 412v, 412w)이 권취될 수 있다. 이를 위하여, 복수의 레그(411g) 각각의 길이는 일정 크기 이상으로 제공될 수 있다. 복수의 레그(411g)는 림(411f)에 결합될 수 있다. 림(411f) 및 레그(411g)의 형태 및 기능은 전술한 림(411c) 및 레그(411d)의 형태 및 기능과 동일하거나 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이탈 방지부(411h)는 복수의 레그(411g) 각각의 말단에 구비되어 권취된 코일(412u, 412v, 412w)의 이탈의 방지할 수 있다. 이탈 방지부(411h)는 레그(411g)의 말단에서 돌출 형성될 수 있다. 이탈 방지부(411h)가 레그(411g)에 권취된 코일(412u, 412v, 412w)의 이탈을 방지하기 때문에 고정자(410)의 제조 불량률이 감소될 수 있다.
이상은 레그(411d, 411g)의 개수가 6개인 것을 설명하였으나, 본 고안의 몇몇 실시예에 따르면 레그(411d, 411g)의 개수는 6개의 미만이거나 6개를 초과할 수도 있다. 이하, 레그(411d, 411g)의 개수가 6개인 것을 위주로 설명하기로 한다.
도 10은 고정자의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 고정자(410)는 스위칭부(700)를 통하여 차량 전력원(20)에 연결될 수 있다. 차량 전력원(20)은 차량에 구비된 배터리일 수 있으나, 본 고안의 차량 전력원(20)이 배터리에 한정되는 것은 아니다.
스위칭부(700)는 복수의 스위치(710~760)를 포함할 수 있다. 복수의 스위치(710~760)는 6개의 스위치(710~760)를 포함할 수 있다.
복수의 스위치(710~760)는 병렬로 연결된 제1 내지 제3 스위치 그룹을 포함할 수 있다. 제1 스위치 그룹은 직렬로 연결된 제1 스위치(710) 및 제4 스위치(740)를 포함하고, 제2 스위치 그룹은 직렬로 연결된 제2 스위치(720) 및 제5 스위치(750)를 포함하며, 제3 스위치 그룹은 직렬로 연결된 제3 스위치(730) 및 제6 스위치(760)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(710) 및 제4 스위치(740)의 연결 부분은 3상으로 연결된 복수의 코일 중 제1 상의 코일 즉, U상 코일(412u)에 연결되고, 제2 스위치(720) 및 제5 스위치(750)의 연결 부분은 3상으로 연결된 복수의 코일 중 제2 상의 코일 즉, V상 코일(412v)에 연결되며, 제3 스위치(730) 및 제6 스위치(760)의 연결 부분은 3상으로 연결된 복수의 코일 중 제3 상의 코일 즉, W상 코일(412w)에 연결될 수 있다.
6개의 스위치(710~760) 각각의 동작은 제어 장치(600)에 의해 제어될 수 있다. 제어 장치(600)는 6개의 스위치(710~760)의 개방 및 폐쇄를 개별적으로 제어할 수 있다. 스위치(710~760)의 개별적인 동작에 의해 고정자(410)에 구비된 각 코일(412u, 412v, 412w)로 차량 전력원(20)의 전력 공급 여부가 결정될 수 있다. 예를 들어, 스위치(710~760)의 동작에 의해 U상 코일(412u), V상 코일(412v) 및 W상 코일(412w) 중 선택된 코일로 전력이 공급될 수 있다.
전력의 순차적인 공급은 한 쌍의 코일 단위로 수행될 수 있다. 즉, 스위치(710~760)의 동작에 의해 순차적으로 한 쌍의 코일이 포함된 전력 공급 회로가 구성되고, 해당 회로상에 존재하는 한 쌍의 코일로 전력이 공급될 수 있는 것이다. 한 쌍의 코일 각각은 서로 다른 극성의 자속을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 코일 중 하나는 N극의 자속을 발생시키고, 다른 하나는 S극의 자속을 발생시킬 수 있다. 한 쌍의 코일 중 하나는 입력 회전자(420)에 미는 힘을 작용하고, 다른 하나는 입력 회전자(420)에 당기는 힘을 작용할 수 있다.
코일 쌍은 순차적으로 변화할 수 있다. 예를 들어, U상 코일(412u) 및 V상 코일(412v)에 전력이 공급된 이후에 V상 코일(412v) 및 W상 코일(412w)에 전력이 공급되고, 이어서 W상 코일(412w) 및 U상 코일(4128)에 공급되며, 이러한 과정은 반복될 수 있다. 변화하는 코일 쌍에 의한 힘에 의해 입력 회전자(420)는 회전할 수 있다.
도 11은 입력 회전자의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 입력 회전자(420)는 회전 몸체(421) 및 내측 영구자석(422)을 포함하여 구성된다.
실린더의 형태로 제공된 회전 몸체(421)의 외측 표면에 복수의 내측 영구자석(422)이 링의 형태로 결합될 수 있다. 복수의 내측 영구자석(422)은 서로 다른 극성이 서로 인접하도록 배치될 수 있다. 즉, N극의 영구자석에 인접하여 S극의 영구자석이 배치될 수 있는 것이다. 도 11은 4개의 내측 영구자석(422)을 포함하여 입력 회전자(420)가 구성된 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서 본 고안의 몇몇 실시예에 따르면 내측 영구자석(422)의 개수는 다양하게 결정될 수 있다. 다만, 내측 영구자석(422)의 개수는 고정자(410)에 설치된 코일(412u, 412v, 412w)의 개수와는 상이할 수 있다. 구체적으로, 내측 영구자석(422)의 개수는 고정자(410)에 설치된 코일(412u, 412v, 412w)의 개수보다 작게 결정될 수 있다.
회전 몸체(421)의 중심에는 회전력 전달부(450)가 구비될 수 있다. 회전 몸체(421)는 회전력 전달부(450)를 기준으로 회전할 수 있다. 회전력 전달부(450)와 회전 몸체(421)의 사이에는 베어링(451)이 구비될 수 있다. 이에, 베어링(451)에 의해 회전 몸체(421)와 회전력 전달부(450) 간의 마찰이 감소될 수 있다.
도 12는 출력 회전자를 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12에 도시된 출력 회전자에 회전력 전달부가 결합된 것을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 출력 회전자(440)는 베이스(441) 및 폴 피스(442)를 포함하여 구성된다.
베이스(441)의 넓은 평면은 출력 회전자(440)의 회전축(Ax)에 수직하도록 형성될 수 있다. 도 12는 베이스(441)가 원반의 형태로 제공된 것을 도시하고 있으나, 본 고안의 베이스(441)의 형태가 원반에 한정되는 것은 아니다.
폴 피스(442)는 복수 개가 구비되어 베이스(441)의 가장자리에서 일측 방향으로 연장 형성될 수 있다. 복수의 폴 피스(442)는 출력 회전자(440)의 회전축(Ax)에 평행한 방향으로 긴 형상을 가질 수 있다. 복수의 폴 피스(442)는 출력 회전자(440)의 회전축(Ax)을 기준으로 링의 형상으로 배치될 수 있다. 이 때, 복수의 폴 피스(442) 중 각각의 인접한 폴 피스(442)는 일정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 인접한 폴 피스(442) 간의 이격 거리는 모든 인접한 폴 피스(442)에 대하여 동일하게 적용될 수 있다.
도 13을 참조하면, 베이스(441)에는 회전력 전달부(450)가 결합될 수 있다. 이에, 출력 회전자(440)가 회전하는 경우 베이스(441)에 결합된 회전력 전달부(450)도 출력 회전자(440)와 함께 회전할 수 있게 된다.
도 14는 고정자에 대한 입력 회전자의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 고정자(410)와 입력 회전자(420)는 동일한 회전축(Ax)을 기준으로 배치될 수 있다. 고정자(410)의 고정 몸체(411)의 중심축과 입력 회전자(420)의 중심축이 일치할 수 있는 것이다.
고정자(410)에 구비된 복수의 코일(412u, 412v, 412w)은 상별로 자속을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, U상 코일(412u)이 자속을 발생시킨 이후에 V상 코일(412v)이 자속을 발생시키고, 이어서 W상 코일(412w)이 자속을 발생시킬 수 있다. 하나의 상의 코일이 자속을 발생시킬 때 나머지 코일에 의한 자속의 발생은 중단될 수 있다. 각 상의 코일에서 발생된 자속은 입력 회전자(420)의 내측 영구자석(422)으로 전달되고, 내측 영구자석(422)에는 힘이 작용하게 될 수 있다. 입력 회전자(420)는 내측 영구자석(422)에 작용한 힘에 의해 회전축(Ax)을 기준으로 회전할 수 있다. 고정자(410)의 각 상의 코일(412u, 412v, 412w)에 의한 자속의 발생이 순환됨으로써 입력 회전자(420)의 회전은 지속될 수 있다.
도 15는 고정자에 외측 영구자석이 결합된 것을 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 외측 영구자석(430)은 고정자(410)에 결합되어 고정자(410)에 고정될 수 있다.
고정자(410)는 림(411c)을 포함할 수 있다. 외측 영구자석(430)은 림(411c)의 내측 표면에 링의 형상으로 배치되어 결합될 수 있다.
복수의 외측 영구자석(430)은 서로 다른 극성이 서로 인접하도록 배치될 수 있다. 즉, N극의 영구자석에 인접하여 S극의 영구자석이 배치될 수 있는 것이다. 도 15는 16개의 외측 영구자석(430)이 고정자(410)에 결합된 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서 본 고안의 몇몇 실시예에 따르면 외측 영구자석(430)의 개수는 다양하게 결정될 수 있다. 다만, 외측 영구자석(430)의 개수는 고정자(410)에 설치된 코일(412u, 412v, 412w)의 개수와는 상이할 수 있다. 구체적으로, 외측 영구자석(430)의 개수는 고정자(410)에 설치된 코일(412u, 412v, 412w)의 개수보다 많게 결정될 수 있다.
도 16 내지 도 18은 출력 회전자의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 복수의 폴 피스(442)는 내측 영구자석(422) 및 외측 영구자석(430)의 사이에 배치될 수 있다.
복수의 폴 피스(442)는 내측 영구자석(422)과 외측 영구자석(430) 간의 자력 경로를 형성할 수 있다. 본 고안에서 폴 피스(442)는 자성체일 수 있다. 예를 들어, 본 고안의 폴 피스(442)는 강자성체 또는 반자성체일 수 있다. 이에, 내측 영구자석(422) 및 외측 영구자석(430)의 사이에 배치된 폴 피스(442)는 내측 영구자석(422) 및 외측 영구자석(430)에 의해 동시에 자화되어 내측 영구자석(422) 및 외측 영구자석(430) 간의 자력 경로를 형성할 수 있다.
출력 회전자(440)에 구비된 복수의 폴 피스(442)의 개수는 내측 영구자석(422)의 개수 및 외측 영구자석(430)의 개수와 상이할 수 있다. 예를 들어, 복수의 폴 피스(442)의 개수는 내측 영구자석(422)의 개수에 비하여 많고, 외측 영구자석(430)의 개수에 비하여도 많을 수 있다.
주변에 존재하는 내측 영구자석(422) 및 외측 영구자석(430)의 위치에 따라 각 폴 피스(442)에 작용하는 힘의 방향이 달라질 수 있다. 특히, 복수의 폴 피스(442) 중 일부 폴 피스(442)에는 출력 회전자(440)의 원주 방향으로의 힘이 작용할 수 있다. 입력 회전자(420)가 회전하지 않는 경우 출력 회전자(440)에 구비된 복수의 폴 피스(442)에 작용하는 원주 방향으로의 힘의 합력은 0일 수 있다. 이러한 경우 출력 회전자(440)는 회전하지 않을 수 있다. 한편, 입력 회전자(420)가 회전하는 경우 출력 회전자(440)에 구비된 복수의 폴 피스(442)에 작용하는 원주 방향으로의 힘의 합력은 일정 크기를 가질 수 있다. 출력 회전자(440)는 해당 힘에 의해 회전축(Ax)을 기준으로 회전하게 된다.
입력 회전자(420)의 단위 시간당 회전수에 비하여 출력 회전자(440)의 단위 시간당 회전수는 작게 형성될 수 있다. 한편, 단위 시간 동안에 회전하는 입력 회전자(420)에 의하여 출력 회전자(440)에 작용하는 힘은 해당 시간 동안 누적될 수 있으며, 이에 출력 회전자(440)는 입력 회전자(420)에 비하여 높은 토크를 갖고 회전할 수 있다. 출력 회전자(440)의 토크는 내측 영구자석(422)의 개수, 외측 영구자석(430)의 개수 및 폴 피스(442)의 개수에 따라 결정될 수 있다.
폴 피스(442), 내측 영구자석(422) 및 외측 영구자석(430)의 개수에 따른 감속비는 도 17에 도시된 감속비 테이블과 같이 제공될 수 있다. 여기서, 감속비는 입력 회전자(420)의 단위 시간당 회전수에 대한 출력 회전자(440)의 단위 시간당 회전수를 나타낸다. 감속비 테이블에서 ns는 폴 피스(442)의 개수를 나타내고, p1은 외측 영구자석(430)의 쌍극자수를 나타내며, p2는 내측 영구자석(422)의 쌍극자수를 나타낸다. 여기서, 쌍극자는 복수의 자석 중 N극 및 S극의 쌍을 나타낸다.
고정되어 회전하지 않는 고정체(Fixed) , 코일(412u, 412v, 412w)로부터 자속을 입력받는 입력체(Input) 및 회전하여 최종적인 회전력을 발생시키는 출력체(Output)가 어느 것인지에 따라 감속비(Ratio)는 달라질 수 있다. 외측 영구자석(430), 내측 영구자석(422) 및 폴 피스(442)가 각각 고정체, 입력체 및 출력체인 경우 감속비는 p1/p2 + 1로 결정될 수 있다. 폴 피스(442), 내측 영구자석(422) 및 외측 영구자석(430)이 각각 고정체, 입력체 및 출력체인 경우 감속비는 p1/p2로 결정될 수 있다. 내측 영구자석(422), 외측 영구자석(430) 및 폴 피스(442)가 각각 고정체, 입력체 및 출력체인 경우 감속비는 p2/p1 + 1로 결정될 수 있다.
이상은 외측 영구자석(430), 내측 영구자석(422) 및 폴 피스(442)가 각각 고정체, 입력체 및 출력체인 것을 설명하였으나, 폴 피스(442), 내측 영구자석(422) 및 외측 영구자석(430)이 각각 고정체, 입력체 및 출력체이거나 내측 영구자석(422), 외측 영구자석(430) 및 폴 피스(442)가 각각 고정체, 입력체 및 출력체일 수도 있다.
도 18을 참조하면, 출력 회전자(440)가 회전함에 따라 이에 결합된 회전력 전달부(450)가 회전할 수 있다.
복수의 폴 피스(442)의 회전력은 베이스(441)로 집중되고, 회전력 전달부(450)는 회전축(Ax)을 기준으로 베이스(441)와 함께 회전할 수 있다. 회전력 전달부(450)는 인터페이스부(100)에 결합될 수 있으며, 회전력 전달부(450)가 회전함에 따라 인터페이스부(100)가 회전할 수 있다.
출력 회전자(440)의 베이스(441)는 입력 회전자(420)의 회전축(Ax)에 수직인 일면을 덮을 수 있다. 본 고안에서 베이스(441)는 약자성체이거나 비금속일 수 있다. 이러한 경우 입력 회전자(420)에 구비된 내측 영구자석(422)에 의한 자력이 인터페이스부(100)에 작용하는 것이 감소될 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 설명하였지만, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 고안이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 구동 장치 20: 차량 전력원
100: 인터페이스부 110: 변속부
120: 편의 기능 제공부 200: 지지부
300: 하우징 400: 구동부
410: 고정자 411: 고정 몸체
411a: 제1 고정 몸체 411b, 411e: 제2 고정 몸체
411c, 411f: 림 411d, 411g: 레그
411h: 이탈 방지부 412u, 412v, 412w: 코일
420: 입력 회전자 421: 회전 몸체
422: 내측 영구자석 430: 외측 영구자석
440: 출력 회전자 441: 베이스
442: 폴 피스 450: 회전력 전달부
451: 베어링 500: 메인 기판
600: 제어 장치 700: 스위칭부
710~760: 스위치 800: 명령 중계 기판

Claims (12)

  1. 구동력을 발생시키는 구동부를 포함하되,
    상기 구동부는,
    자속을 발생시키는 고정자;
    상기 고정자에 결합된 외측 영구자석; 및
    상기 외측 영구자석의 자력에 의해 회전하는 출력 회전자를 포함하고,
    상기 고정자는,
    링의 형상을 갖는 제1 고정 몸체; 및
    상기 제1 고정 몸체에 결합 가능하고, 코일의 권취를 위한 복수의 레그를 구비하는 제2 고정 몸체를 포함하는 구동 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 고정 몸체는 상기 제1 고정 몸체에 비하여 작은 직경의 링의 형상을 갖는 림을 포함하고,
    상기 복수의 레그는 상기 림의 서로 다른 위치에서 방사상으로 돌출 형성되는 구동 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 레그 중 인접한 2개의 레그의 돌출 방향 간의 각도는 다른 모든 인접한 2개의 레그의 돌출 방향 간 각도와 동일하게 형성되는 구동 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 고정 몸체는 상기 복수의 레그에 코일이 권취된 이후에 상기 제1 고정 몸체에 결합되는 구동 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 고정 몸체는 복수의 결합 홈을 포함하고,
    상기 복수의 레그가 상기 복수의 결합 홈에 삽입됨으로써 상기 제2 고정 몸체가 상기 제1 고정 몸체에 결합되는 구동 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 레그 각각의 말단에는 권취된 코일의 이탈을 방지하는 이탈 방지부가 구비된 구동 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 출력 회전자는,
    베이스; 및
    상기 베이스의 가장자리에서 일측 방향으로 연장 형성된 복수의 폴 피스(pole piece)를 포함하는 구동 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    내측 영구자석을 구비하고, 상기 고정자의 자속에 의해 회전하는 입력 회전자를 더 포함하는 구동 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 출력 회전자는 상기 내측 영구자석 및 상기 외측 영구자석 사이의 자력 경로를 따라 회전하는 구동 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 폴 피스는 상기 내측 영구자석 및 상기 외측 영구자석의 사이에 배치되고, 상기 내측 영구자석과 상기 외측 영구자석 간의 자력 경로를 형성하는 구동 장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 입력 회전자의 단위 시간당 회전수에 대한 상기 출력 회전자의 단위 시간당 회전수는 상기 내측 영구자석의 개수, 상기 외측 영구자석의 개수 및 상기 폴 피스의 개수에 의해 결정되는 구동 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    차량의 운행에 이용되는 사용자 명령을 입력 받는 인터페이스부를 더 포함하고,
    상기 구동부는 상기 인터페이스부에 구동력을 전달하여 상기 인터페이스부를 회전시키는 구동 장치.
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