KR20220076154A - 전동기 장치 - Google Patents

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KR20220076154A
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Abstract

전동기 장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 전동기 장치는 마그넷 부재를 포함하는 로터, 상기 로터의 일측에 배치되며, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 1 및 제 2 메인 요크부와 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 1 백 요크부를 포함하는 제 1 스테이터를 적어도 하나 포함하는 제 1 측 스테이터부, 상기 로터를 사이에 두고 상기 제 1 측 스테이터부와 마주하도록 상기 로터의 타측에 배치되며 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 3 및 제 4 메인 요크부와 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 2 백 요크부를 포함하는 제 2 스테이터를 적어도 하나 포함하는 제 2 측 스테이터부, 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나 및 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부 중 적어도 하나의 메인 요크부 각각을 감싸도록 제공된 코일부, 상기 로터, 상기 제 1 측 스테이터부, 상기 제 2 측 스테이터부 및 상기 코일부를 감싸도록 구성된 하우징 구조체 및 상기 제 1 측 스테이터부, 상기 제 2 측 스테이터부 및 상기 코일부를 냉매 유체로 직접 냉각하기 위한 직접 냉각 시스템을 포함할 수 있다.

Description

전동기 장치{Motor apparatus}
본 발명은 전력 변환 기기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 전동기 장치에 관한 것이다.
일반적인 전동기 구조에서는, 로터(rotor; 회전자)의 둘레를 원형으로 완전히 둘러싸도록 스테이터(stator; 고정자)가 제공되고, 스테이터의 내면측에 형성된 복수의 홈 부분에 코일 또는 권선이 배치된다. 냉각 방식에 있어서는, 하우징에 부설된 냉각 채널이나 하우징 외부의 냉각팬을 이용한 간접 냉각 방식과 냉각수의 분사를 이용한 분사식 냉각 방식이 적용될 수 있다.
종래의 전동기는 일반적으로 등방적 원통형 구조를 갖기 때문에, 다른 부품들과 더불어 공간 내에 효율적인 배치를 하기가 어려울 수 있다. 예를 들어, 엔진룸 내에 기존의 전동기를 다른 부품들과 함께 배치할 때, 전동기의 구조적인 특징으로 인해 공간 활용도가 떨어질 수 있고, 안정적인 부품 배치가 용이하지 않을 수 있다.
또한, 종래의 전동기를 제조함에 있어서, 원형의 스테이터의 내측면에 복수의 코일을 배치하는 것은 설계 및 조립에서 상당히 어려운 작업에 해당한다. 특히, 헤어핀 방식의 권선 설계를 적용할 경우, 스테이터에 들어가는 위치를 고려해 가면서 권선 가닥을 하나씩 스테이터에 결합시키는 것이 요구된다. 아울러, 스테이터의 모든 슬롯(홈) 마다 절연지를 삽입하는 것이 필요하고, 조립 후에도 권선 가닥인 헤어핀의 상하부에서 결합된 부분을 용접하는 것이 요구된다. 이는 제조 비용 측면에서 상당한 단점을 야기한다. 부가해서, 헤어핀 권선이 비틀어지는 각도를 3차원적으로 배치해야 하기 때문에 설계의 어려움도 존재한다.
또한, 냉각 방식과 관련하여, 기존의 전동기에 적용되는 분사식 냉각 방식의 경우, 냉각 성능의 한계로 효율이 떨어지는 문제가 있다. 분사식 냉각 방식에서는 냉각수가 코일 또는 스테이터에 닿아 냉각시키는 부위가 적고, 코일 또는 스테이터에 닿는 냉각수의 양이 소량이기 때문에 냉각 성능에 한계가 있다. 그 결과, 종래의 냉각 방식으로는 냉각 효율이 떨어지고, 그에 따라 전동기의 출력 밀도를 높이기 어려운 문제가 있다.
따라서, 상기한 바와 같은 기존 전동기의 문제점들을 극복할 수 있는 새로운 전동기 장치의 개발이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전동기 배치의 안정성 및 공간 활용성을 높일 수 있는 구조를 갖는 전동기를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 코일부의 설계 및 조립이 용이한 전동기를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 냉각 성능 및 냉각 효율을 갖는 전동기를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마그넷 부재를 포함하는 로터(rotor); 상기 로터의 일측에 배치되며 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 1 및 제 2 메인 요크부와 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 1 백 요크부(back yoke portion)를 포함하는 제 1 스테이터(stator)를 적어도 하나 포함하는 제 1 측 스테이터부; 상기 로터를 사이에 두고 상기 제 1 측 스테이터부와 마주하도록 상기 로터의 타측에 배치된 것으로, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 3 및 제 4 메인 요크부와 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 2 백 요크부를 포함하는 제 2 스테이터를 적어도 하나 포함하는 제 2 측 스테이터부; 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나 및 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부 중 적어도 하나의 메인 요크부 각각을 감싸도록 제공된 코일부; 상기 로터, 상기 제 1 측 스테이터부, 상기 제 2 측 스테이터부 및 상기 코일부를 감싸도록 구성된 하우징 구조체; 및 상기 제 1 측 스테이터부, 상기 제 2 측 스테이터부 및 상기 코일부를 냉매 유체를 이용해서 직접 냉각하기 위한 직접 냉각 시스템을 포함하는 전동기가 제공된다.
상기 제 1 및 제 2 스테이터 각각은 상기 로터를 향하여 열린 개구를 갖는 U자형 단면 구조를 가질 수 있다.
상기 하우징 구조체는 상기 로터를 중심으로 비등방형 구조를 가질 수 있다. 상기 하우징 구조체는 상기 로터의 양측으로 연장된 상기 제 1 측 스테이터부와 상기 제 2 측 스테이터부의 연장 방향을 따라 제 1 길이를 가질 수 있고, 상기 제 1 측 스테이터부와 상기 제 2 측 스테이터부가 배치되지 않은 상기 로터의 다른 양측 방향으로는 상기 제 1 길이 보다 작은 제 2 길이를 가질 수 있다.
상기 제 1 스테이터와 상기 제 2 스테이터는 상기 로터를 중심으로 180° 보다 작은 내각(θ)을 이루도록 배치될 수 있다.
상기 내각(θ)은, 예컨대, 130°< θ < 180°를 만족할 수 있다.
상기 제 1 스테이터는 상기 로터의 중심에 대하여 상하 방향으로 주어진 거리만큼 쉬프트(shift)되도록 배치될 수 있다.
상기 제 2 스테이터는 상기 로터의 중심에 대하여 상하 방향으로 주어진 거리만큼 쉬프트되도록 배치될 수 있다.
상기 로터의 중심에 대하여 상기 제 1 스테이터 및 상기 제 2 스테이터는 상하 방향으로 서로 다른 높이를 가질 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 메인 요크부는 서로 다른 길이를 가질 수 있다.
상기 제 3 및 제 4 메인 요크부는 서로 다른 길이를 가질 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나는 상기 로터에 인접한 단부에 슈 부재(shoe member)를 포함할 수 있고, 상기 슈 부재는 그에 대응하는 메인 요크부에 대하여 소정 각도만큼 절곡하여 구비될 수 있다.
상기 제 1 메인 요크부는 상기 로터에 인접한 단부에 제 1 슈 부재를 구비할 수 있고, 상기 제 2 메인 요크부는 상기 로터에 인접한 단부에 제 2 슈 부재를 구비할 수 있으며, 상기 제 1 슈 부재와 상기 제 2 슈 부재는 서로 다른 구조/형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 측 스테이터부는 상하 방향으로 이격하여 배치된 복수의 상기 제 1 스테이터를 포함할 수 있고, 상기 제 2 측 스테이터부는 상하 방향으로 이격하여 배치된 복수의 상기 제 2 스테이터를 포함할 수 있다.
상기 하우징 구조체 내에 상기 냉각 용액을 상기 로터와 분리하기 위한 제 1 및 제 2 냉각 용액 분리판이 배치될 있다. 상기 제 1 냉각 용액 분리판은 상기 제 1 측 스테이터부가 배치된 쪽에 배치될 수 있고, 상기 제 2 냉각 용액 분리판은 상기 제 2 측 스테이터부가 배치된 쪽에 배치될 수 있다.
상기 하우징 구조체의 일단부에 제 1 및 제 2 냉각 용액 주입구가 배치될 수 있고, 상기 하우징 구조체의 타단부에 제 1 및 제 2 냉각 용액 배출구가 배치될 수 있으며, 상기 냉각 용액은 상기 제 1 및 제 2 냉각 용액 주입구를 통해 상기 하우징 구조체 내에 주입될 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 냉각 용액 배출구를 통해 상기 하우징 구조체 밖으로 배출될 수 있다.
상기 하우징 구조체의 외주면에 냉각유체가 통과할 수 있는 간접 냉각 채널이 배치될 수 있다.
상기 전동기는 2상 전동기일 수 있고, 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버에 의해 구동되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 마그넷 부재를 포함하는 로터(rotor); 상기 로터의 일측에 배치되며, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 1 및 제 2 메인 요크부와 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 1 백 요크부(back yoke portion)를 포함하는 제 1 스테이터(stator)를 적어도 하나 포함하는 제 1 측 스테이터부; 상기 로터를 사이에 두고 상기 제 1 측 스테이터부와 마주하도록 상기 로터의 타측에 배치된 것으로, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 3 및 제 4 메인 요크부와 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 2 백 요크부를 구비하는 제 2 스테이터를 적어도 하나 포함하는 제 2 측 스테이터부; 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나 및 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부 중 적어도 하나의 메인 요크부 각각을 감싸도록 제공된 코일부; 및 상기 로터, 상기 제 1 측 스테이터부, 상기 제 2 측 스테이터부 및 상기 코일부를 감싸도록 구성된 하우징 구조체를 포함하고, 상기 제 1 스테이터와 상기 제 2 스테이터는 상기 로터를 중심으로 180° 보다 작은 내각(θ)을 이루도록 배치된 전동기가 제공된다.
상기 제 1 스테이터는 상기 로터의 중심에 대하여 상하 방향으로 주어진 거리만큼 쉬프트(shift)되도록 배치될 수 있다.
상기 제 2 스테이터는 상기 로터의 중심에 대하여 상하 방향으로 주어진 거리만큼 쉬프트되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나는 상기 로터에 인접한 단부에 슈 부재(shoe member)를 포함할 수 있고, 상기 슈 부재는 그에 대응하는 메인 요크부에 대하여 소정 각도만큼 절곡하여 배제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 마그넷 부재를 포함하는 로터(rotor); 상기 로터의 일측에 배치되며, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 1 및 제 2 메인 요크부와 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 1 백 요크부(back yoke portion)를 포함하는 제 1 스테이터(stator)를 적어도 하나 포함하는 제 1 측 스테이터부; 상기 로터를 사이에 두고 상기 제 1 측 스테이터부와 마주하도록 상기 로터의 타측에 배치되며, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 3 및 제 4 메인 요크부와 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 2 백 요크부를 포함하는 제 2 스테이터를 적어도 하나 포함하는 제 2 측 스테이터부; 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나 및 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부 중 적어도 하나의 메인 요크부 각각을 감싸도록 제공된 코일부; 및 상기 로터, 상기 제 1 측 스테이터부, 상기 제 2 측 스테이터부 및 상기 코일부를 감싸도록 구성된 하우징 구조체를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 스테이터 중 적어도 하나는 상기 로터의 중심에 대하여 상하 방향으로 주어진 거리만큼 쉬프트되도록 배치된 전동기가 제공된다.
상기 제 1 스테이터와 상기 제 2 스테이터는 상기 로터를 중심으로 180° 보다 작은 내각(θ)을 이루도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나는 상기 로터에 인접한 단부에 슈 부재(shoe member)를 포함할 수 있고, 상기 슈 부재는 그에 대응하는 메인 요크부에 대하여 소정 각도만큼 절곡하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 등방형 구조인 기존 전동기의 원통형 구조에 의한 공간적 그리고 냉각의 비효율의 문제를 극복하고, 공간 활용성 및 배치의 안정성을 높일 수 있는 구조를 갖는 전동기를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존 전동기 대비 코일부의 설계 및 조립의 용의성 및 편의성을 크게 향상시킬 수 있는 전동기를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존 전동기 대비 우수한 냉각 성능 및 냉각 효율을 가져 출력 밀도를 높일 수 있고, 궁극적으로 시스템 효율을 높일 수 있는 전동기를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 로터와 스테이터 사이의 자속 정렬 등을 통해 토크 제어 성능을 높일 수 있는 전동기를 구현할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예들에 따른 전동기는 전기차의 구동 모터나 가전산업 등 다양한 분야에 유용하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다.
도 8은 도 1의 전동기 구조에서 마그넷 부재를 구비한 로터, 제 1 스테이터 및 제 2 스테이터만 선택적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 도 2의 전동기 구조에서 마그넷 부재를 구비한 로터, 제 1 스테이터 및 제 2 스테이터만 선택적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전동기에서 냉각부의 구조의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기에 적용될 수 있는 것으로, 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버의 회로 구성을 예시적으로 나타내는 회로도이다
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기에 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버가 회로적으로 어떻게 연결될 수 있는지를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기에 적용될 수 있는 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버(도면 A) 및 이를 통해 합성 가능한 전압의 크기(도면 B)를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기에 적용될 수 있는 로터, 제 1 스테이터 및 제 2 스테이터를 나타내는 단면도이다.
도 17은 도 16의 로터, 제 1 스테이터 및 제 2 스테이터의 전체적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 18 및 도 19는 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한 로터, 제 1 스테이터 및 제 2 스테이터에 대하여 적용될 수 있는 전동기의 전체적인 구성을 예시적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 20은 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 전동기의 구성 부품들이 조립된 상태를 정면 쪽에서 나타내는 사시도이다.
도 21은 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 전동기의 구성 부품들이 조립된 상태를 배면 쪽에서 나타내는 사시도이다.
도 22는 도 18 및 도 19에서 설명한 제 1 하우징 본체부의 구조를 보다 상세히 설명하기 위한 사시도이다.
도 23은 제 1 및 제 2 하우징 본체부가 상호 결합된(조립된) 상태를 나타내는 사시도이다.
도 24는 제 1 스테이터에 코일부를 조립하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 전동기에 적용될 수 있는 코일부를 나타내는 사진 이미지이다.
도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기에 적용될 수 있는 코일부를 나타내는 사진 이미지이다.
도 27은 코일부가 조립된 제 1 스테이터를 제 1 하우징 본체부 내에 조립하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 28은 코일부가 조립된 제 1 스테이터를 제 1 하우징 본체부 내에 조립한 상태에서 제 1 하우징 본체부 내에 제 1 냉각 용액 분리판을 조립하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 29는 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 정면 커버부를 보다 구체적으로 나타내는 사시도이다.
도 30은 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 배면 커버부를 보다 구체적으로 나타내는 사시도이다.
도 31은 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 하우징 구조체에 적용된 냉각 유로의 설계를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 32는 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 하우징 구조체에 적용된 냉각 용액의 유출입 설계를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 33은 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 모든 메인 요크부 각각에 코일부가 감기는 구조를 갖는 전동기 구성을 나타내는 도면이다.
도 34 및 도 35는 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 복수의 메인 요크부 중에서 일부의 메인 요크부에만 코일부가 감기는 구조를 갖는 전동기 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 설명할 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 명확하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태의 용어는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "연결"이라는 용어는 어떤 부재들이 직접적으로 연결된 것을 의미할 뿐만 아니라, 부재들 사이에 다른 부재가 더 개재되어 간접적으로 연결된 것까지 포함하는 개념이다.
아울러, 본원 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본원 명세서에서 사용되는 "약", "실질적으로" 등의 정도의 용어는 고유한 제조 및 물질 허용 오차를 감안하여, 그 수치나 정도의 범주 또는 이에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 제공된 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 영역이나 파트들의 사이즈나 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동기는 로터(rotor)(10), 로터(10)의 일측에 배치되는 제 1 스테이터(stator)(21a) 및 로터(10)를 사이에 두고 제 1 스테이터(21a)와 마주하도록 로터(10)의 타측에 배치되는 제 2 스테이터(22a)를 포함할 수 있다. 로터(10)는 마그넷 부재(5)를 포함할 수 있다. 마그넷 부재(5)는 전자석 또는 영구 자석을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 영구 자석이다. 마그넷 부재(5)는 복수의 N극과 복수의 S극을 포함할 수 있고, 상기 복수의 N극과 복수의 S극은 교대로 배치되면서 로터(10)의 중심부를 기준으로 방사형으로 배열될 수 있다. 그러나, 마그넷 부재(5)의 구성은 예시적이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1 스테이터(21a)는 로터(10)의 일측에 배치될 수 있고, 상호 이격하여 로터(10)의 측방으로 연장된 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1a, P2a)와 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1a, P2a)의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 1 백 요크부(back yoke portion)(C1a)를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1a, P2a) 각각은 적어도 일부분이 평탄하게 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1a, P2a) 각각은 후술하는 것과 같이 코일부(30)의 슬라이딩 삽입을 위해 실질적으로 평탄한 플레이트 형상을 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1a, P2a)는 상호 평행할 수 있지만, 경우에 따라서는, 상호 평행하지 않고 비평행하게 정렬될 수도 있다. 본 실시예에서 제 1 스테이터(21a)는 로터(10)에 대하여 '제 1 측 스테이터부'를 구성한다고 할 수 있다.
제 2 스테이터(22a)는 로터(10)의 타측에 배치될 수 있고, 상호 이격하여 로터(10)의 측방으로 연장된 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3a, P4a)와 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3a, P4a)의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 2 백 요크부(C2a)를 가질 수 있다. 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3a, P4a) 각각은 적어도 일부분이 평탄하게 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3a, P4a) 각각은 코일부(30)의 슬라이딩 삽입을 위해 실질적으로 평탄한 플레이트 형상을 가질 수 있다. 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3a, P4a)는 상호 평행할 수 있지만, 경우에 따라서는, 상호 평행하지 않고 비평행하게 정렬될 수도 있다. 본 실시예에서 제 2 스테이터(22a)는 로터(10)에 대하여 '제 2 측 스테이터부'를 구성한다고 할 수 있다.
도 1에서는, 제 1 및 제 2 스테이터(21a, 22a) 각각이 로터(10)를 향하여 열린 개구를 갖는 U자형 단면 구조를 가질 수 있다. 그러나, U자형 단면 구조는 예시적인 것이고, 전술한 것과 같이, 제 1 메인 요크부(P1a)와 제 2 메인 요크부(P2a)은 서로 평행하지 않을 수 있으며, 유사하게, 제 1 메인 요크부(P1a)와 제 2 메인 요크부(P2a)도 서로 평행하지 않아, 이들 사이의 간격이 점차 증가되거나 감소될 수도 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 제 1 및 제 2 스테이터(21a, 22a)는 로터(10)에 대하여 수평 방향(즉, 직교 좌표계에서 X 축, -X축 방향임)으로의 좌우측(대략적인 좌우측)에 구비된다고 할 수 있다. 제 1 및 제 2 스테이터(21a, 22a)의 신장 중심축(CL1, CL2)의 각도는 90 °보다 크고 180 °이하일 수 있다. 로터(10)의 상하 방향(즉, Z축 방향 및 Z축의 역방향)으로는 별도의 스테이터 부재가 구비되지 않을 수 있다. 따라서, 로터(10)에 대하여 회전축 Y에 대하여 주로 좌우 방향으로 스테이터들(21a, 22a)이 제공된다고 할 수 있다. 그러므로 본 발명의 실시예에 따른 전동기는 로터(10)에 대하여 등방형 구조가 아닌 비등방형 구조, 예를 들면, 회전축 Y축에 수직한 Z 방향보다는 X 축 방향으로 확장된 납작한 형상을 가질 수 있다. 기존의 전동기는 원통형 구조, 즉, 등방형 구조를 갖기 때문에, 데드 볼륨이 발생하고 다른 부품들과 더불어 효율적인 배치를 하기가 어려울 수 있다. 예를 들어, 엔진룸 내에 기존의 전동기를 다른 부품들과 함께 배치할 때, 전동기의 구조적인 특징으로 인해 공간 활용도가 떨어질 수 있고, 안정적인 부품 배치가 용이하지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 로터(10)의 중심축 (Y)에 대하여 수직한 평면(XY 평면)에서 X 축으로만 주로 스테이터(21a, 22a)를 배치시키기 때문에, 비등방형 구조를 갖는 전동기를 제조할 수 있고, 전동기의 배치에 있어서 공간 활용성 및 배치의 안정성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기는 제 1 내지 제 4 메인 요크부(P1a, P2a, P3a, P4a) 각각을 감싸는 코일부(30)를 포함할 수 있다. 복수의 코일부(30)가 제 1 내지 제 4 메인 요크부(P1a, P2a, P3a, P4a)를 각각 감싸도록 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 복수의 코일부(30)를 조립하는 방식은 매우 용이할 수 있다. 코일부(30)를 제 1 내지 제 4 메인 요크부(P1a, P2a, P3a, P4a), 즉, 스테이터 코어부를 감쌀 수 있는 형태로 미리 제작한 후, 제작된 코일부(30)를 각각의 메인 요크부(P1a, P2a, P3a, P4a)에 단순 슬라이딩 삽입 방식으로 조립할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 코일부(30)의 메인 요크부에 대한 조립 또는 결합이 매우 용이할 수 있다.
기존의 전동기를 제조함에 있어서, 원형의 스테이터의 내측면에 복수의 코일을 결합시키는 것은 설계 및 조립에서 상당히 어려운 작업이 될 수 있다. 특히, 헤어핀 방식의 권선 설계를 적용할 경우, 스테이터에 들어가는 위치를 고려해 가면서 권선 가닥을 하나씩 스테이터에 조립해 주어야 한다. 아울러, 스테이터의 모든 슬롯(홈) 마다 절연지를 끼워주어야 하고, 조립 후 헤어핀(권선 가닥)의 상하로 조립된 부분을 용접해 주어야 한다. 이는 높은 제조 비용과 고도의 숙련을 요구하여 상당한 단점을 야기한다. 부가해서, 기존의 전동기에서는 헤어핀 권선이 비틀어지는 각도를 3차원적으로 맞춰줘야 하기 때문에 설계의 어려움도 존재한다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 직선 연장된 메인 요크부들(P1a, P2a, P3a, P4a)에 의해 매우 간단한 방식으로 코일부(30)를 스테이터에 용이하게 조립 또는 결합시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기는 로터(10), 제 1 스테이터(21a), 제 2 스테이터(22a) 및 코일부(30)를 하우징하도록 구성된 하우징 구조체(100a)를 포함할 수 있다. 하우징 구조체(100a)는 로터(10)를 중심으로 주로 X축을 따라 확장된 비등방형 구조를 가질 수 있다. 그 결과, 하우징 구조체(100a)는 로터(10)의 양측으로 연장된 제 1 스테이터(21a)와 제 2 스테이터(22a)의 연장 방향을 따라 상대적으로 큰 '제 1 길이(L1)'를 가질 수 있고, 제 1 스테이터(21a)와 제 2 스테이터(22a)가 구비되지 않은 로터(10)의 다른 양측 방향(여기서는, 상하 방향)으로는 상대적으로 작은 '제 2 길이(H1)'를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제 1 길이는 상기 제 2 길이의 약 1.7배 이상일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 제 1 길이는 상기 제 2 길이의 약 1.7배 내지 약 5배 정도일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 길이의 비율은 달라질 수 있다. 실시예에 따른 전동기는 하우징 구조체(100a)의 외관에 대응하는 비등방형 구조를 갖는다고 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기는 제 1 스테이터(21a), 제 2 스테이터(22a) 및 코일부(30)를 냉각 용액을 이용해서 직접 냉각하기 위한 직접 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 직접 냉각 시스템은 하우징 구조체(100a) 내부에 구비된 직접 냉각 채널(CH1)을 포함할 수 있다. 직접 냉각 채널(CH1)은 제 1 스테이터(21a) 측 및 제 2 스테이터(22a) 측에 각각 제공될 수 있다. 직접 냉각 채널(CH1)을 통해서 냉매 유체, 예를 들면, 냉각 용액 또는 냉각수가 하우징 구조체(100a) 내로 인입되어 제 1 스테이터(21a) 및 그와 인접한 코일부(30), 그리고, 제 2 스테이터(22a) 및 그와 인접한 코일부(30)에 직접 콘택하여 흐르면서 냉각시킬 수 있으며, 냉각 효율이 우수한 수냉식 냉각을 구현할 수 있다.
제 1 스테이터(21a) 측에 구비된 직접 냉각 채널(CH1)을 통해 흐르는 냉매 유체는 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1a, P2a)와 이들에 각각 구비된 코일부(30) 및 제 1 백 요크부(C1a)까지 직접 접촉하면서 흐를 수 있다. 도 1에서는, 편의상, 제 1 스테이터(21a) 측에 구비된 직접 냉각 채널(CH1)이 제 1 백 요크부(C1a) 영역을 둘러싸지 않는 것으로 도시하였지만, 본 발명이 이에 한정되어서는 아니된다. 유사하게, 제 2 스테이터(22a) 측에 제공된 직접 냉각 채널(CH1)을 통해 흐르는 냉각 용액은 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3a, P4a)와 이들에 각각 구비된 코일부(30) 및 제 2 백 요크부(C2a)까지 직접 접촉하면서 흐를 수 있다. 도 1에서는, 편의상, 제 2 스테이터(22a) 측에 구비된 직접 냉각 채널(CH1)이 제 2 백 요크부(C2a) 영역을 포괄하지 않는 것으로 도시하였다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전동기는 하우징 구조체(100a)의 외주면에 구비된 것으로 냉매 유체가 통과할 수 있는 간접 냉각 채널(CH2)을 더 포함할 수 있다. 간접 냉각 채널(CH2)은 하우징 구조체(100a)의 외벽의 내부를 통과하도록 형성될 수 있다. 간접 냉각 채널(CH2)을 통해서 냉매 유체를 흘려줌으로써, 간접적인 방식으로 제 1 및 제 2 스테이터(21a, 22a)와 코일부(30)와 같은 내부 부재들을 냉각할 수 있다. 간접 냉각 채널(CH2)을 통해 흐르는 냉매 유체는 제 1 및 제 2 스테이터(21a, 22a) 및 코일부(30)와 직접 접촉하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 직접 냉각 채널(CH1)을 통해서 냉각 용액을 흘려줌으로써 제 1 및 제 2 스테이터(21a, 22a)와 코일부(30)를 직접 냉각할 수 있기 때문에, 냉각 성능 및 냉각 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 전동기의 출력 밀도를 용이하게 향상시킬 수 있고, 궁극적으로 시스템 효율을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 실시예들에서는, 직접 냉각에 의해 냉각 효율이 향상되기 때문에, 전류 밀도 및 자속 밀도를 용이하게 높일 수 있고, 전동기의 파워를 증가시킬 수 있다. 또한, 직접 냉각 방식에 의해 회수된 폐열은 공조, 난방 또는 발전을 위한 열원으로 사용되거나 다른 방식으로 활용할 수 있으므로, 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 직접 냉각 채널(CH1)과 더불어 간접 냉각 채널(CH2)을 이용해서 냉각을 수행할 수 있으므로, 냉각 성능 및 효율을 개선하는데 더욱 유리할 수 있다. 그러나, 경우에 따라서는, 간접 냉각 채널(CH2)은 적용하지 않을 수 있다. 간접 냉각 채널(CH2)을 적용하지 않을 경우, 하우징 구조체(100a)의 경제성과 무게가 감소될 수 있는 이점이 있다.
전술한 것과 같이 본 발명의 실시예에 따른 전동기에서 제 1 스테이터(21a)와 제 2 스테이터(22a)는 로터(10)를 중심으로 180°보다 작고 90 °보다는 큰 내각(θ)을 이루도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 내각(θ)은, 130°< θ < 180°의 범위 내일 수 있다. 이때, 제 1 스테이터(21a)와 제 2 스테이터(22a)는 V자형으로 배열된다. 또한, 하우징 구조체(100a)도 제 1 스테이터(21a)와 제 2 스테이터(22a)의 윤곽에 순응하여 V자형 구조를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 하우징 구조체(100a)는 그 상부와 하부가 XY 평면에 평행한 평평한 납작한 형상을 가질 수도 있다. 이와 같이, 로터(10)를 중심으로 제 1 스테이터(21a)와 제 2 스테이터(22a) 사이의 내각(θ)을 180° 보다 작게 형성함으로써, 로터(10)와 스테이터(21a, 22a) 사이의 자속 정렬 특성을 개선할 수 있다. 이를 통해, 전동기의 토크 제어 성능을 향상시킬 수 있고, 결과적으로, 로터(10)의 회전(회동) 특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 로터(10)와 스테이터(21a, 22a) 사이의 자속 배열(정렬)을 정렬하기 위한 방법은 다양할 수 있다. 도 1에서는 제 1 스테이터(21a)와 제 2 스테이터(22a) 사이의 내각(θ)을 180°보다 작게 정렬하는 방법을 적용한 경우를 도시하였지만, 다른 실시예들에 따르면, 로터(10)에 대한 제 1 스테이터(21a)와 제 2 스테이터(22a)의 상대적 높이를 변화시키거나, 제 1 스테이터(21a)와 제 2 스테이터(22a) 사이의 상대적인 높이를 변화시키거나, 제 1 스테이터(21a) 또는 제 2 스테이터(22a)의 단부에 해당하는 슈(shoe) 부분의 연장 방향(즉, 각도)을 변경함으로써(즉, 비틀어줌으로써), 로터(10)와 스테이터(21a, 22a) 사이의 자속 정렬 특성을 개선할 수 있다. 이러한 다른 실시예들에 대해서는, 도 2 내지 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전동기는 마그넷 부재(5)를 구비한 로터(10), 로터(10)의 일측에 배치된 제 1 스테이터(21b), 로터(10)의 타측에 배치된 제 2 스테이터(22b), 코일부(30) 및 하우징 구조체(100b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 스테이터(21b)는 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1b, P2b)와 제 1 백 요크부(C1b)를 포함할 수 있고, 제 2 스테이터(22b)는 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3b, P4b)와 제 2 백 요크부(C2b)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 제 1 스테이터(21b) 및 제 2 스테이터(22b)는 180°의 내각을 이루도록 평행하게(수평으로) 배열될 수 있다. 제 1 스테이터(21b)는 로터(10)의 중심에 대하여 상하 방향(즉, Z축과 평행한 방향)으로 소정 거리만큼 쉬프트(shift) 또는 오프셋(offset)되도록 배치될 수 있다. 선택적으로는, 제 2 스테이터(22b)도 로터(10)의 중심에 대하여 상하 방향(즉, Z축과 평행한 방향)으로 소정 거리만큼 쉬프트 또는 오프셋되도록 배치될 수 있다. 도 2에서는 제 1 스테이터(21b)와 제 2 스테이터(22b)의 신장 중심축(CL1, CL2)이 모두 로터(10)의 중심에 대하여 도면상 아래쪽 방향으로 소정 거리만큼 쉬프트되어 배치된 경우를 보여준다. 이때, 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1b, P2b)는 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 또한, 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3b, P4b)도 서로 다른 길이를 가질 수 있다.
이와 같이, 제 1 스테이터(21b) 및 제 2 스테이터(22b) 중 적어도 하나를 로터(10)의 중심에 대하여 상하 방향으로 주어진 거리만큼 쉬프트되도록 배치함으로써, 로터(10)와 스테이터(21b, 22b) 사이의 자속 정렬 특성을 개선할 수 있다. 이를 통해, 전동기의 토크 제어 성능을 높일 수 있고, 결과적으로, 로터(10)의 회전(회동) 성능을 개선할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 하우징 구조체(100b)가 실질적으로 평평한(flat) 형상을 가질 수 있다. 따라서, 전동기의 배치에 있어서, 공간 활용성 및 배치의 안정성을 더욱 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동기는 마그넷 부재(5)를 구비한 로터(10), 로터(10)의 일측에 구비된 제 1 스테이터(21c), 로터(10)의 타측에 구비된 제 2 스테이터(22c), 코일부(30) 및 하우징 구조체(100c)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 스테이터(21c)는 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1c, P2c)와 제 1 백 요크부(C1c)를 포함할 수 있고, 제 2 스테이터(22c)는 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3c, P4c)와 제 2 백 요크부(C2c)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 제 1 스테이터(21c) 및 제 2 스테이터(22c)는 서로에 대하여 상하 방향(즉, Z축에 평행한 방향)으로 서로 다른 높이를 갖도록 쉬프트 또는 오프셋될 수 있다. 로터(10)의 중심에 대하여 제 1 스테이터(21c) 및 제 2 스테이터(22c)의 신장 중심축(CL1, CL2)은 상하 방향으로 서로 위치에 있을 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1c, P2c)는 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 또한, 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3c, P4c)는 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 여기서는, 제 1 스테이터(21c)의 높이가 제 2 스테이터(22c)의 높이 보다 낮은 경우를 도시하였지만, 그 반대일 수도 있다.
이와 같이, 제 1 스테이터(21c)와 제 2 스테이터(22c)의 높이를 서로 다르게 배치함으로써, 로터(10)와 스테이터(21c, 22c) 사이의 자속 정렬 특성을 변조할 수 있는 또 하나의 자유도를 얻을 수 있다. 이를 통해, 전동기의 토크 제어 성능을 높일 수 있고, 결과적으로, 로터(10)의 회전(회동) 특성을 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다. 도 4는 도 1의 구조에 도 2의 특징을 적용한 경우를 예시적으로 보여준다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전동기는 마그넷 부재(5)를 구비한 로터(10), 로터(10)의 일측에 배치된 제 1 스테이터(21d), 로터(10)의 타측에 배치된 제 2 스테이터(22d), 코일부(30) 및 하우징 구조체(100d)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 스테이터(21d)는 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1d, P2d)와 제 1 백 요크부(C1d)를 포함할 수 있고, 제 2 스테이터(22d)는 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3d, P4d)와 제 2 백 요크부(C2d)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 제 1 스테이터(21d)와 제 2 스테이터(22d)의 신장 중심축(CL1,CL2)의 내각이 180°보다 작은 V자형 구조를 이룰 수 있다. 또한, 제 1 스테이터(21d)는 로터(10)의 중심에 대하여 상하 방향으로 주어진 거리만큼 쉬프트되도록 배치될 수 있다. 또한, 제 2 스테이터(22d)는 로터(10)의 중심에 대하여 상하 방향으로 주어진 거리만큼 쉬프트되도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 제 1 스테이터(21d)와 제 2 스테이터(22d) 사이의 내각을 180°보다 작게 하면서, 제 1 스테이터(21d)와 제 2 스테이터(22d)를 로터(10)의 중심에 대해서 쉬프트 배치함으로써, 로터(10)와 스테이터(21d, 22d) 사이의 자속 정렬 특성을 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다. 도 5는 도 1의 구조에 도 3의 특징과 유사한 특징을 적용한 경우를 예시적으로 보여준다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전동기는 마그넷 부재(5)를 갖는 로터(10), 로터(10)의 일측에 배치된 제 1 스테이터(21e), 로터(10)의 타측에 배치된 제 2 스테이터(22e), 코일부(30) 및 하우징 구조체(100e)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 스테이터(21e)는 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1e, P2e)와 제 1 백 요크부(C1e)를 포함할 수 있고, 제 2 스테이터(22e)는 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3e, P4e)와 제 2 백 요크부(C2e)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 제 1 스테이터(21e)와 제 2 스테이터(22e)는 V자형 구조를 이룰 수 있다. 또한, 제 1 스테이터(21e) 및 제 2 스테이터(22e)는 서로에 대하여 상하 방향(즉, Z축에 평행한 방향)으로 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 여기서는, 제 1 스테이터(21e)의 신장 중심축(CL1)의 높이가 제 2 스테이터(22e)의 신장 중심축(CL2)의 높이보다 큰 경우를 도시하였지만, 그 반대일 수도 있다. 이와 같이, 제 1 스테이터(21e)와 제 2 스테이터(22e)를 V자형 구조로 배치하면서, 제 1 스테이터(21e)와 제 2 스테이터(22e)의 높이를 서로 다르게 함으로써, 로터(10)와 스테이터(21e, 22e) 사이의 자속 정렬 특성을 개선할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동기는 마그넷 부재(5)를 갖는 로터(10), 로터(10)의 일측에 배치된 제 1 스테이터(21f), 로터(10)의 타측에 배치된 제 2 스테이터(22f), 코일부(30) 및 하우징 구조체(100f)를 포함할 수 있다.
제 1 스테이터(21f)는 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1f, P2f)와 제 1 백 요크부(C1f)를 포함할 수 있다. 제 1 메인 요크부(P1f)는 로터(10)에 인접한 단부에 제 1 슈 부재(shoe member)(S1f)를 가질 수 있고, 제 2 메인 요크부(P2f)는 로터(10)에 인접한 단부에 제 2 슈 부재(S2f)를 가질 수 있다. 제 1 슈 부재(S1f)는 제 1 메인 요크부(P1f)에 대하여 소정 각도만큼 절곡하여 배치될 수 있고, 제 2 슈 부재(S2f)는 제 2 메인 요크부(P2f)에 대하여 소정 각도만큼 절곡하여 배치될 수 있다. 제 1 슈 부재(S1f)와 제 2 슈 부재(S2f)는 서로 다른 구조 및/또는 형태를 가질 수 있다.
제 2 스테이터(22f)는 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3f, P4f)와 제 2 백 요크부(C2f)를 포함할 수 있다. 제 3 메인 요크부(P3f)는 로터(10)에 인접한 단부에 제 3 슈 부재(S3f)를 포함할 수 있고, 제 4 메인 요크부(P4f)는 로터(10)에 인접한 단부에 제 4 슈 부재(S4f)를 포함할 수 있다. 제 3 슈 부재(S3f)는 제 3 메인 요크부(P3f)에 대하여 소정 각도만큼 절곡하여 배치될 수 있고, 제 4 슈 부재(S4f)는 제 4 메인 요크부(P4f)에 대하여 소정 각도만큼 절곡하여 배치될 수 있다. 제 3 슈 부재(S3f)와 제 4 슈 부재(S4f)는 서로 다른 구조 및/또는 형태를 가질 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 제 1 스테이터(21f) 및/또는 제 2 스테이터(22f)의 로터(10)에 인접한 단부에 해당하는 슈 부분들의 연장 방향(즉, 각도)을 변화시킴으로써, 예를 들면, +z축 또는 -축 방향을 따라 비틀어줌으로써, 로터(10)와 스테이터(21f, 22f) 사이의 자속 정렬을 확보하고, 회동 성능을 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 전동기의 토크 제어 성능을 높일 수 있고, 결과적으로, 로터(10)의 회전(회동) 특성, 예를 들면, 진동을 개선할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 개략적 단면도이다. 도 7은 도 6의 구조에 도 1의 특징을 적용한 경우를 예시적으로 보여준다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동기는 마그넷 부재(5)를 갖는 로터(10), 로터(10)의 일측에 배치된 제 1 스테이터(21g), 로터(10)의 타측에 배치된 제 2 스테이터(22g), 코일부(30) 및 하우징 구조체(100g)를 포함할 수 있다.
제 1 스테이터(21g)는 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1g, P2g)와 제 1 백 요크부(C1g)를 포함할 수 있다. 제 1 메인 요크부(P1g)는 로터(10)에 인접한 단부에 제 1 슈 부재(S1g)를 포함할 수 있고, 제 2 메인 요크부(P2g)는 로터(10)에 인접한 단부에 제 2 슈 부재(S2g)를 포함할 수 있다. 제 2 스테이터(22g)는 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3g, P4g)와 제 2 백 요크부(C2g)를 포함할 수 있다. 제 3 메인 요크부(P3g)는 로터(10)에 인접한 단부에 제 3 슈 부재(S3g)를 포함할 수 있고, 제 4 메인 요크부(P4g)는 로터(10)에 인접한 단부에 제 4 슈 부재(S4g)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 제 1 스테이터(21g)의 신장 중심축(CL1)과 제 2 스테이터(22g)의 신장 중심축(CL2)의 내각은 180°보다 작은 V자형 구조를 이룰 수 있다. 이러한 도 7의 구조는 도 6의 구조에 도 1의 V자형 구조의 특징을 적용한 것이라 할 수 있다.
이상에서 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 복수의 실시예 중 적어도 두 가지 실시예의 특징을 선택 또는 조합하여 변형 실시할 수 있으며, 이들 변형된 실시예는 본 발명에 포함된다.
도 8은 도 1의 전동기 구조에서 마그넷 부재(5)를 깆는 로터(10), 제 1 스테이터(21a) 및 제 2 스테이터(22a)만 선택적으로 도시한 단면도이다. 도 8의 참조번호와 동일한 참조 번호를 갖는 부재들에 대한 설명은 모순되지 않는 한 도 1의 개시 사항을 참조할 수 있다.
도 9는 도 2의 전동기 구조에서 마그넷 부재(5)를 갖는 로터(10), 제 1 스테이터(21b) 및 제 2 스테이터(22b)만 선택적으로 도시한 단면도이다. 도 9의 참조번호와 동일한 참조 번호를 갖는 부재들에 대한 설명은 모순되지 않는 한 도 2의 개시 사항을 참조할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동기는 마그넷 부재(5)를 구비한 로터(10), 로터(10)의 일측에 배치된 제 1 측 스테이터부(SP1a) 및 로터(10)의 타측에 배치된 제 2 측 스테이터부(SP2a)를 포함할 수 있다. 제 1 측 스테이터부(SP1a) 및 제 2 측 스테이터부(SP2a)는 로터(10)를 사이에 두고 상호 마주하도록 배치될 수 있다.
제 1 측 스테이터부(SP1a)는 상하 방향으로 이격하여 배치된 복수의 제 1 스테이터(21a-1, 21a-2)를 포함할 수 있다. 2 개 이상의 제 1 스테이터(21a-1, 21a-2)가 Z축을 따라 상하 방향으로 이격하여 배치될 수 있다. 이와 유사하게, 제 2 측 스테이터부(SP2a)도 Z축을 따라 상하 방향으로 이격하여 배치된 복수의 제 2 스테이터(22a-1, 22a-2)를 포함할 수 있다. 복수의 제 2 스테이터(22a-1, 22a-2)는 복수의 제 1 스테이터(21a-1, 21a-2)에 각각 대응되도록 배치될 수 있다. 복수의 제 1 스테이터(21a-1, 21a-2) 각각은 도 1 및 도 8에서 설명한 제 1 스테이터(21a)와 유사한 구조를 가질 수 있고, 복수의 제 2 스테이터(22a-1, 22a-2) 각각은 도 1 및 도 8에서 설명한 제 2 스테이터(22a)와 유사한 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에서 제 1 측 스테이터부(SP1a)와 제 2 측 스테이터부(SP2a)는 로터(10)를 중심으로 이들의 신장 중심축(CL1, CL2)이 V자형 구조를 이루도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 측 스테이터부(SP1a)와 제 2 측 스테이터부(SP2a)는 이들의 신장 중심축(CL1, cL2)이 180° 보다 작은 내각(θ)을 이루도록 배치될 수 있다. 도 10에 도시하지는 않았지만, 코일부와 하우징 구조체 및 냉각 시스템은 도 1 등을 참조하여 설명한 바와 동일하거나 유사하게 배치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동기는 마그넷 부재(5)를 갖는 로터(10), 로터(10)의 일측에 배치된 제 1 측 스테이터부(SP1b) 및 로터(10)의 타측에 배치된 제 2 측 스테이터부(SP2b)를 포함할 수 있다. 제 1 측 스테이터부(SP1b) 및 제 2 측 스테이터부(SP2b)는 로터(10)를 사이에 두고 상호 마주하도록 배치될 수 있다.
제 1 측 스테이터부(SP1b)는 Z축을 따라 상하 방향으로 이격하여 배치된 복수의 제 1 스테이터(21b-1, 21b-2)를 포함할 수 있다. 2 개 이상의 제 1 스테이터(21b-1, 21b-2)는 Z축을 따라 상하 방향으로 이격하여 배치될 수 있다. 이와 유사하게, 제 2 측 스테이터부(SP2b)는 상하 방향으로 이격하여 배치된 복수의 제 2 스테이터(22b-1, 22b-2)를 포함할 수 있다. 2 개 이상의 제 2 스테이터(22b-1, 22b-2)가 Z축을 따라 상하 방향으로 이격하여 배치될 수 있다. 복수의 제 2 스테이터(22b-1, 22b-2)는 복수의 제 1 스테이터(21b-1, 21b-2)에 각각 대응되도록 배치될 수 있다. 복수의 제 1 스테이터(21b-1, 21b-2) 각각은 도 2 및 도 9에서 설명한 제 1 스테이터(21b)와 유사한 구조를 가질 수 있고, 복수의 제 2 스테이터(22b-1, 22b-2) 각각은 도 2 및 도 9에서 설명한 제 2 스테이터(22b)와 유사한 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에서 제 1 측 스테이터부(SP1b) 및 제 2 측 스테이터부(SP2b)의 신장 중심축(CL1, CL2)이 180°의 내각을 이루도록 수평으로 배열될 수 있다. 필요에 따라, 제 1 측 스테이터부(SP1b)는 로터(10)의 중심에 대하여 Z축을 따라 상하 방향으로 소정 거리만큼 쉬프트되도록 배치될 수 있다. 또한, 제 2 측 스테이터부(SP2b)는 로터(10)의 중심에 대하여 Z축을 따라 상하 방향으로 소정 거리만큼 쉬프트되도록 배치될 수 있다. 도 11에 도시하지는 않았지만, 코일부와 하우징 구조체 및 냉각 시스템에 관하여는, 전술한 설명이 참조될 수 있다.
도 10 및 도 11에서와 같이, 제 1 측 스테이터부(SP1a, SP1b)에 복수의 제 1 스테이터(21a-1, 21a-2 / 21b-1, 21b-2)를 배치시키고, 제 2 측 스테이터부(SP2a, SP2b)에 복수의 제 2 스테이터(22a-1, 22a-2 / 22b-1, 22b-2)를 배치시킴으로써, 로터(10)의 회전(회동) 성능을 더욱 개선할 수 있다. 예를 들어, 제 1 측 스테이터부(SP1a, SP1b)에 복수의 제 1 스테이터(21a-1, 21a-2 / 21b-1, 21b-2)를 배치시키고, 제 2 측 스테이터부(SP2a, SP2b)에 복수의 제 2 스테이터(22a-1, 22a-2 / 22b-1, 22b-2)를 배치시킴으로써, 로터(10)의 회전시 회전축의 편심 방향으로 불균등한 힘이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 따라서, 복수의 제 1 스테이터(21a-1, 21a-2 / 21b-1, 21b-2) 및 복수의 제 2 스테이터(22a-1, 22a-2 / 22b-1, 22b-2)를 이용함으로써, 전동기의 동작 특성을 더욱 개선할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전동기에서 냉각부의 구조의 단면도이다. 도 12의 전동기 구조는 도 2에서 설명한 전동기에 대응될 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 전동기는 제 1 스테이터(21b), 제 2 스테이터(22b) 및 코일부(30)를 냉각 용액을 이용해서 직접 냉각하기 위한 직접 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 상기 직접 냉각 시스템은 하우징 구조체(100b) 내부에 제공된 직접 냉각 채널(CH1)을 포함할 수 있다. 직접 냉각 채널(CH1)은 제 1 스테이터(21b) 측 및 제 2 스테이터(22b) 측에 각각 제공될 수 있다. 직접 냉각 채널(CH1)을 통해서 냉매 유체, 예를 들면, 냉각 용액 또는 냉각수가 하우징 구조체(100b) 내로 인입되어 제 1 스테이터(21b) 및 그와 인접한 코일부(30), 그리고, 제 2 스테이터(22b) 및 그와 인접한 코일부(30)에 직접 콘택하여 흐르면서 냉각을 수행할 수 있다. 제 1 스테이터(21b) 측에 구비된 직접 냉각 채널(CH1)을 통해 흐르는 냉매 유체는 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1b, P2b)와 이들에 각각 구비된 코일부(30) 및 제 1 백 요크부(C1b)까지 직접 접촉하면서 흐를 수 있다. 도 12에서는, 편의상, 제 1 스테이터(21b) 측에 배치된 직접 냉각 채널(CH1)이 제 1 백 요크부(C1b) 영역을 포괄하지 않는 것으로 도시하였다. 또는, 제 2 스테이터(22b) 측에 구비된 직접 냉각 채널(CH1)을 통해 흐르는 냉매 유체는 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3b, P4b)와 이들에 각각 배치된 코일부(30) 및 제 2 백 요크부(C2b)까지 직접 접촉하면서 흐를 수 있다. 도 12에서는, 편의상, 제 2 스테이터(22b) 측에 구비된 직접 냉각 채널(CH1)이 제 2 백 요크부(C2b) 영역을 포괄하지 않는 것으로 도시하였다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기는 하우징 구조체(100b)의 외주면에 배치된 것으로 냉매 유체가 통과할 수 있는 간접 냉각 채널(CH2)을 더 포함할 수 있다. 간접 냉각 채널(CH2)은 하우징 구조체(100b)의 외벽의 내부를 통과하도록 형성될 수 있다. 간접 냉각 채널(CH2)을 통해서 냉매 유체를 흘려줌으로써, 간접적인 방식으로 제 1 및 제 2 스테이터(21b, 22b)와 코일부(30)을 냉각할 수 있다. 간접 냉각 채널(CH2)을 통해 흐르는 냉매 유체는 제 1 및 제 2 스테이터(21b, 22b) 및 코일부(30)와는 직접 콘택하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 직접 냉각 채널(CH1)을 통해서 냉각 용액을 흘려줌으로써 제 1 및 제 2 스테이터(21b, 22b)와 코일부(30)를 직접 냉각할 수 있기 때문에, 냉각 성능 및 냉각 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 전동기의 출력 밀도를 용이하게 향상시킬 수 있고, 궁극적으로 시스템 효율을 향상시킬 수 있다. 직접 냉각 방식에 의해 회수된 폐열은 공조, 난방 또는 발전과 같은 다른 에너지 원으로 활용할 수 있으므로, 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 직접 냉각 채널(CH1)과 더불어 간접 냉각 채널(CH2)을 이용해서 냉각을 수행할 수 있으므로, 냉각 성능 및 효율을 개선하는데 더욱 유리할 수 있다. 그러나, 경우에 따라서는, 간접 냉각 채널(CH2)은 적용하지 않을 수 있다. 간접 냉각 채널(CH2)을 적용하지 않을 경우, 하우징 구조체(100b)의 제작이 보다 용이해질 수 있으므로, 제조비용을 낮출 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 전동기는 2상 전동기일 수 있다. 또한, 상기 실시예들에 따른 전동기는 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버에 의해 구동되도록 구성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기에 적용될 수 있는 것으로, 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버의 회로 구성을 예시적으로 나타내는 회로도이다.
도 13을 참조하면, 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버의 회로 구성이 예시적으로 도시되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전동기를 구동하기 위한 파워회로 토폴로지(topology)는 도 13에 도시된 바와 같이 4-leg 형태의 회로를 가질 수 있다. 여기서는, 스위치의 예시로 SiC-MOSFET(metal oxide semiconductor field-effect transistor)을 적용했지만, 다른 종류의 전력반도체, 예를 들어, Si-IGBT(insulated gate bipolar transistor)가 적용될 수 있으며, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기에 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버가 전기적으로 연결된 구성을 도시한다. 도 14에서는 예시적으로 도 2의 구조를 갖는 전동기가 적용되었다.
도 14를 참조하면, 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버로부터 A-phase 신호는 제 1 스테이터(21b)에 인접한 2 개의 코일부(30)에 인가될 수 있고, B-phase 신호는 제 2 스테이터(22b)에 인접한 2 개의 코일부(30)에 인가될 수 있다. 그러나 이러한 회로적 연결 관계는 예시적인 것이고, 전동기의 구성에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기에 적용될 수 있는 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버(도면 A) 및 이를 통해 합성 가능한 전압의 크기(도면 B)를 예시적으로 나타내는 도면이다. 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버를 사용함으로써, 전동기 구동을 위한 회전 자계를 크게 증가시킬 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기에 적용될 수 있는 로터(10n), 제 1 스테이터(21n) 및 제 2 스테이터(22n)를 나타내는 단면도이다.
도 17은 도 16의 로터(10n), 제 1 스테이터(21n) 및 제 2 스테이터(22n)의 전체적인 구조를 나타내는 사시도이다. 도 17에는 로터(10n)의 내측 중공부에 구비된 샤프트(1n)가 더 도시되어 있다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 중공부를 갖는 원형 실린더 구조의 로터(10n)가 구비될 수 있고, 로터(10n)의 중공부 내에 샤프트(1n)가 삽입되어 구비될 수 있다. 로터(10n)의 일측에 제 1 스테이터(21n)가 구비될 수 있고, 로터(10n)의 타측에 제 2 스테이터(22n)가 구비될 수 있다. 로터(10n), 제 1 스테이터(21n) 및 제 2 스테이터(22n)는 도 2를 참조하여 설명한 바와 유사한 구조를 가질 수 있다.
제 1 스테이터(21n)는 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1n, P2n)와 제 1 백 요크부(C1n)를 포함할 수 있고, 제 2 스테이터(22n)는 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3n, P4n)와 제 2 백 요크부(C2n)를 포함할 수 있다. 제 1 스테이터(21n)는 로터(10n)의 중심에 대하여 상하 방향(즉, Z축과 평행한 방향)으로 주어진 거리만큼 쉬프트되도록 배치될 수 있다. 또한, 제 2 스테이터(22n)는 로터(10n)의 중심에 대하여 상하 방향(즉, Z축과 평행한 방향)으로 소정 거리만큼 쉬프트되도록 배치될 수 있다. 여기서는, 제 1 스테이터(21n)와 제 2 스테이터(22n) 모두 로터(10n)의 중심에 대하여 도면상 아래쪽 방향으로 소정 거리만큼 쉬프트되어 배치된 경우를 보여준다. 이때, 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1n, P2n)는 서로 다른 길이를 가질 수 있고, 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3n, P4n)는 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1n, P2n)의 로터(10n)에 인접한 단부들은 서로 다른 구조/형상을 가질 수 있고, 제 3 및 제 4 메인 요크부(P3n, P4n)의 로터(10n)에 인접한 단부들은 서로 다른 구조/형상을 가질 수 있다.
부가해서, 제 1 스테이터(21n)의 외측면에 하우징 부재와의 조립시 체결 가이드(즉, 고정 가이드)를 위한 적어도 하나의 돌기부(N1)를 가질 수 있다. 이와 유사하게, 제 2 스테이터(22n)의 외측면에 하우징 부재와의 조립시 체결 가이드(즉, 고정 가이드)를 위한 적어도 하나의 돌기부(N2)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 돌기부(N1, N2)는 스테이터(21n, 22n)의 길이 방향으로 직선적으로 연장되도록 형성될 수 있다.
이하에서, 도 18 내지 도 32를 참조하여 설명할 전동기의 구체적인 구성은 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한 로터(10n), 제 1 스테이터(21n) 및 제 2 스테이터(22n)에 대하여 적용될 수 있는 구성의 예시이다.
도 18 및 도 19는 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한 로터(10n), 제 1 스테이터(21n) 및 제 2 스테이터(22n)에 대하여 적용될 수 있는 전동기의 전체적인 구성을 예시적으로 나타내는 분해 사시도이다. 도 18은 정면 쪽에서 바라본 분해 사시도이고, 도 19는 배면(뒷면) 쪽에서 바라본 분해 사시도이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 로터(10n)의 중공부 내에 샤프트(1n)가 삽입되어 배치될 수 있다. 로터(10n)의 일측에 제 1 스테이터(21n)가 구비될 수 있고, 로터(10n)의 타측에 제 2 스테이터(22n)가 배치될 수 있다. 제 1 스테이터(21n)의 제 1 및 제 2 메인 요크부(도 16의 P1n, P2n)와 제 2 스테이터(22n)의 제 3 및 제 4 메인 요크부(도 16의 P3n, P4n) 각각을 감싸는 코일부(30n)가 제공될 수 있다.
로터(10n)와 제 1 스테이터(21n) 사이에 냉각 용액을 로터(10n)로부터 분리하기 위한 제 1 냉각 용액 분리판(41n)이 제공될 수 있다. 제 1 냉각 용액 분리판(41n)에 예시적으로 2 개의 사각형 개구부가 마련될 수 있고, 상기 두 개의 사각형 개구부 내에 제 1 및 제 2 메인 요크부(도 16의 P1n, P2n)의 단부들이 삽입될 수 있다. 로터(10n)와 제 2 스테이터(22n) 사이에 냉각 용액을 로터(10n)로부터 분리하기 위한 제 2 냉각 용액 분리판(42n)이 제공될 수 있다. 제 2 냉각 용액 분리판(42n)에 두 개의 사각형 개구부가 마련될 수 있고, 상기 두 개의 사각형 개구부 내에 제 3 및 제 4 메인 요크부(도 16의 P3n, P4n)의 단부들이 삽입될 수 있다.
제 1 하우징 본체부(51n)가 제 1 스테이터(21n) 및 이와 조립된 코일부(30n) 및 제 1 냉각 용액 분리판(41n)을 감싸도록 배치될 수 있고, 제 2 하우징 본체부(52n)가 제 2 스테이터(22n) 및 이와 조립된 코일부(30n) 및 제 2 냉각 용액 분리판(42n)을 감싸도록 배치될 수 있다.
제 1 및 제 2 하우징 본체부(51n, 52n)가 그 내부에 로터(10n), 제 1 및 제 2 스테이터(21n, 22n), 코일부(30n), 제 1 및 제 2 냉각 용액 분리판(41n, 42n) 등을 하우징하도록 조립된 상태에서, 제 1 및 제 2 하우징 본체부(51n, 52n)의 정면부에 정면 커버부(60n)가 조립될 수 있고, 제 1 및 제 2 하우징 본체부(51n, 52n)의 배면부(후면부)에 제 1 및 제 2 배면 커버부(71n, 72n)가 조립될 수 있다.
도 20은 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 전동기의 구성 부품들이 조립된 상태를 정면 쪽에서 나타내는 사시도이다. 도 21은 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 전동기의 구성 부품들이 조립된 상태를 배면 쪽에서 나타내는 사시도이다. 도 20 및 도 21에서 참조번호 100n은 조립된 상태의 하우징 구조체를 나타낸다.
도 22는 도 18 및 도 19에서 설명한 제 1 하우징 본체부(51n)의 구조를 보다 상세히 설명하기 위한 사시도이다.
도 22를 참조하면, 참조번호 53은 제 1 스테이터(도 16 및 도 17의 21n)의 돌기부(도 16 및 도 17의 N1)가 삽입되어 안착될 수 있는 '체결 가이드 홈'(즉, 고정 가이드)을 나타낸다. 참조번호 54는 제 1 스테이터(도 18의 21n)와 결합된 코일부(도 18의 30n)를 제 1 하우징 본체부(51n) 내에 삽입하여 고정할 때, 코일부(도 18의 30n)를 고정할 수 있는 고정용 가이드부를 나타낸다. 고정용 가이드부(54)의 안쪽 측면에는 코일부(도 18의 30n)가 접합될 수 있고, 고정용 가이드부(54)의 바깥족 측면에는 제 1 냉각 용액 분리판(도 18의 41n)이 접합(안착)될 수 있다. 참조번호 55는 제 2 하우징 본체부(도 18의 52n)와 매칭되는 면을 나타낸다. 참조번호 56은 배면쪽 베어링 안착면을 나타낸다. 참조번호 57은 직접 냉각 채널의 냉각 용액(냉각수) 출구를 나타낸다. 참조번호 CH20은 제 1 하우징 본체부(51n)의 외벽부 내에 구비된 간접 냉각 채널을 나타낸다.
일 실시예에서, 도 18 및 도 19에서 설명한 제 2 하우징 본체부(52n)는 도 22의 제 1 하우징 본체부(51n)와 대칭적인 구조를 가질 수 있다.
도 23은 제 1 및 제 2 하우징 본체부(51n, 52n)가 상호 결합된(조립된) 상태를 나타내는 사시도이다.
도 23을 참조하면, 제 1 및 제 2 하우징 본체부(51n, 52n)가 상호 결합될 수 있고, 이들 내부에 제 1 및 제 2 냉각 용액 분리판(41n, 42n)이 상호 이격하여 배치될 수 있다. 참조번호 58은 스테이터(도 16 및 도 17의 21n)(즉, 스테이터 코어)가 안착될 수 있는 안착부를 나타낸다. 참조번호 59는 정면 커버부(도 18의 60n)와 매칭되는 면을 나타낸다. 참조번호 65는 코일부(도 18의 30n)의 버스바를 조립하기 위한 조립부를 나타낸다.
도 24는 제 1 스테이터(21n)에 코일부(30n)를 조립하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 24를 참조하면, 제 1 스테이터(21n)의 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1n, P2n) 각각에 코일부(30n)를 삽입 방식으로 간단하게 조립할 수 있다. 이는 기존 전동기의 코일부 조립 방식(예를 들어, 헤어핀 방식의 권선 조립)과 비교하면 월등히 간단한 것일 수 있다.
이때, 코일부(30n)(즉, 권선)로는 도 25에 도시된 바와 같은 권선 구성을 사용할 수 있다. 도 25에서는 보빈을 사용하지 않고 각선 형태의 코일(즉, 사각 단면을 갖는 코일)을 감아 삽입 가능한 영역을 갖는 형태로 제작된 권선 구성을 보여준다. 각선 형태의 코일을 사용할 경우, 점적률을 용이하게 높일 수 있고, 보빈 없이도 삽입 가능한 형태로 용이하게 제작될 수 있다.
경우에 따라서는, 보빈에 코일을 감아서 보빈에 권취된 형태의 코일부를 적용할 수도 있다. 보빈을 사용한 경우는 도 26의 (A) 및 (B) 도면에 도시되어 있다. 이와 같이 보빈에 권취된 형태의 코일부를 본 발명의 실시예에 적용할 수 있다.
도 27은 코일부(30n)가 조립된 제 1 스테이터(21n)를 제 1 하우징 본체부(51n) 내에 조립하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 27을 참조하면, 코일부(30n)가 조립된 제 1 스테이터(21n)를 제 1 하우징 본체부(51n) 내부에 삽입하여 조립할 수 있다. 이때, 고정용 가이드부(54)의 안쪽 측면에는 코일부(30n)가 접합될 수 있다.
도 28은 코일부(30n)가 조립된 제 1 스테이터(21n)를 제 1 하우징 본체부(51n) 내에 조립한 상태에서 제 1 하우징 본체부(51n) 내에 제 1 냉각 용액 분리판(41n)을 조립하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 28을 참조하면, 코일부(30n)가 조립된 제 1 스테이터(21n)를 제 1 하우징 본체부(51n) 내에 조립한 상태에서 제 1 하우징 본체부(51n) 내에 제 1 냉각 용액 분리판(41n)을 삽입하여 조립할 수 있다. 이때, 고정용 가이드부(54)의 바깥족 측면에 제 1 냉각 용액 분리판(41n)이 접합(안착)될 수 있다. 또한, 제 1 냉각 용액 분리판(41n)의 두 개의 사각형 개구부를 통해서 제 1 및 제 2 메인 요크부(P1n, P2n)의 단부들이 돌출될 수 있다. 이와 같이 제 1 냉각 용액 분리판(41n)을 조립할 경우, 코일부(30n)의 자유도가 0 이거나 거의 0 인 상태로 완벽하게(거의 완벽하게) 조립될 수 있다.
도 24 내지 도 28을 참조하여 설명한 실시예에 따른 전동기의 조립은 매우 간단한 방식으로 용이하게 이루어질 수 있다.
도 29는 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 정면 커버부(60n)를 보다 구체적으로 나타내는 사시도이다. 도 29의 (A)도면은 정면 커버부(60n)의 앞면을, (B)도면은 정면 커버부(60n)의 뒷면을 보여준다.
도 29를 참조하면, 정면 커버부(60n)는 냉각 용액 주입구(63)를 구비할 수 있다. 정면 커버부(60n)에는 두 개의 냉각 용액 주입구(63)가 구비될 수 있다. 두 개의 냉각 용액 주입구(63)는 제 1 및 제 2 스테이터(도 18의 21n, 22n)가 구비된 영역에 각각 대응하도록 구비될 수 있다. 두 개의 냉각 용액 주입구(63)는 '제 1 및 제 2 냉각 용액 주입구'라 할 수 있다.
도 29에서 참조번호 64는 샤프트(도 18의 1n)의 단부가 노출되는 개구부를 나타낸다. 개구부(64) 주위에 베어링이 안착될 수 있다. 참조번호 65는, 예컨대, 전동기가 전기차에 적용되는 경우, 감속기가 매칭되는 면일 수 있다. 참조번호 67은 냉각 용액(ex, 냉각수)과 샤프트(도 18의 1n)를 분리하기 위한 구조일 수 있다. 참조번호 68은 하우징 본체부(도 18의 51n, 52n)와 매칭되는 면일 수 있다.
도 30은 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 배면 커버부(71n, 72n)를 보다 구체적으로 나타내는 사시도이다. 도 30의 (A)도면은 배면 커버부(71n, 72n)의 바깥쪽 면을, (B)도면은 배면 커버부(71n, 72n)의 안쪽 면을 보여준다.
도 30을 참조하면, 배면 커버부(71n, 72n)에 냉각 용액 배출구(73)가 구비될 수 있다. 제 1 배면 커버부(71n)와 제 2 배면 커버부(72n) 각각에 냉각 용액 배출구(73)가 구비될 수 있다. 제 1 배면 커버부(71n)에 구비된 냉각 용액 배출구(73)는 제 1 냉각 용액 배출구라 할 수 있고, 제 2 배면 커버부(72n)에 구비된 냉각 용액 배출구(73)는 제 2 냉각 용액 배출구라 할 수 있다. 참조번호 75는 하우징 본체부(도 18의 51n, 52n)와 매칭되는 면일 수 있다.
도 31은 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 하우징 구조체에 적용된 냉각 유로의 설계를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 31을 참조하면, 제 1 및 제 2 하우징 본체부(51n, 52n)가 조립된 상태에서 그 내부에 제 1 및 제 2 냉각 용액 분리판(41n, 42n)이 구비될 수 있다. 제 1 냉각 용액 분리판(42n)의 일측(도면상 왼쪽) 및 제 2 냉각 용액 분리판(42n)의 일측(도면상 오른쪽)에 직접 냉각 채널(CH10)이 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 냉각 용액 분리판(41n, 42n) 사이에는 냉각 용액이 유입되지 않을 수 있다. 제 1 및 제 2 하우징 본체부(51n, 52n)의 외벽부 내에 간접 냉각 채널(CH20)이 형성될 수 있다. 직접 냉각 채널(CH10)을 이용한 직접 냉각 방식 및 간접 냉각 채널(CH20)을 이용한 간접 냉각 방식을 모두 이용해서 전동기에 대한 냉각을 수행할 수 있다. 그러나, 경우에 따라서는, 간접 냉각 방식은 적용하지 않을 수도 있다.
도 32는 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 하우징 구조체에 적용된 냉각 용액의 유출입 설계를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 32를 참조하면, 하우징 구조체(100n)의 정면 커버부(60n) 측에 1개 이상의 냉각 용액 주입구(63)가 구비될 수 있고, 배면 커버부(71n, 72n) 측에 1개 이상의 냉각 용액 배출구(73)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 정면 커버부(60n)에 좌/우 2개의 냉각 용액 주입구(63)가 구비될 수 있고, 배면 커버부(71n, 72n)에 좌/우 2개의 냉각 용액 배출구(73)가 구비될 수 있다. 냉각 용액 주입구(63)를 통해 냉각 용액(ex, 냉각수)이 하우징 구조체(100n) 내로 주입되고, 하우징 구조체(100n)를 통과한 후, 냉각 용액 배출구(73)를 통해 배출될 수 있다. 이때, 상기 냉각 용액은 직접 냉각 채널(도 31의 CH10) 및 간접 냉각 채널(도 31dml CH20)로 분리되어 흐를 수 있다.
도 16 내지 도 32를 참조하여 설명한 전동기에서 각 구성 부품의 제작 및 조립에서 수밀 성능을 위한 수밀 구조(수밀 부재)가 추가될 수 있다. 수밀 구조(수밀 부재)가 추가되어야 할 부분은 냉각 용액 분리판(41n, 42n)과 하우징 본체부(51n, 52n) 사이의 접촉면, 냉각 용액 분리판(41n, 42n)과 스테이터(21n, 22n) 삽입부(조립부) 사이의 영역, 냉각 용액 분리판(41n, 42n)과 정면 커버부(60n) 사이의 접촉면 등일 수 있다. 또한, 수밀 구조를 위해, 설계시 가스켓(gasket)이 고려될 수 있다.
도 16 내지 도 32를 참조하여 전동기가 가질 수 있는 구성에 대해서 구체적으로 설명하였지만, 이는 예시적인 것에 불과하고, 전동기의 구체적 구성은 다양하게 변화될 수 있다. 도 1 내지 도 11 등을 참조하여 설명한 본 발명의 다양한 실시예에 따라서, 전동기의 외관 및 내부의 구체적인 구성은 다양하게 변화될 수 있다.
부가해서, 전술한 실시예에서는 모든 메인 요크부 각각에 코일부가 감기는 구조를 주로 도시하고 설명하였지만, 다른 실시예에 따르면, 모든 메인 요크부가 아닌 일부의 메인 요크부에만 코일부가 감기는 구조도 가능하다.
도 33은 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 모든 메인 요크부 각각에 코일부가 감기는 구조를 갖는 전동기 구성을 보여준다. 도 33에서 참조번호 30은 코일부를 나타낸다. 도 33에서 코일부(30)를 제외한 나머지 구성 요소는 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한 바와 동일할 수 있으므로, 나머지 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.
도 34 및 도 35는 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 복수의 메인 요크부 중에서 일부의 메인 요크부에만 코일부가 감기는 구조를 갖는 전동기 구성을 보여준다. 도 34 및 도 35에서 참조번호 30은 코일부를 나타낸다. 도 34 및 도 35에서 코일부(30)를 제외한 나머지 구성 요소는 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한 바와 동일할 수 있으므로, 나머지 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.
도 34 및 도 35에 도시된 바와 같이, 각각의 스테이터의 하부 메인 요크부 및 상부 메인 요크부 중 어느 하나에만 코일부(30)가 배치될 수 있다. 이와 같이, 복수의 메인 요크부 중에서 일부의 메인 요크부에만 코일부(30)가 감기는 구조를 갖도록 전동기를 구성하면, 냉각에 유리한 시스템 설계가 보다 용이해질 수 있다. 또한, 자속 정렬과 관련된 다양한 설계적 변형이 가능할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존 전동기의 원통형 구조(즉, 등방형 구조)에 의한 비효율의 문제를 극복하고, 공간 활용성 및 배치의 안정성을 높일 수 있는 구조를 갖는 전동기를 구현할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 전동기는 전기차의 패키지 설계에 있어서 난이도를 줄여줄 수 있고(인버터/전동기 일체형을 구현하기가 용이함), 엔진룸 설계시 배치 자유도를 높여줄 수 있다. V자형 전동기의 경우, 각도 조절을 통해 주변 상황에 맞는 설계도 가능할 수 있다. 플랫(flat) 타입의 전동기를 차량의 후륜 모터로 배치하면, 차의 수납 공간 및 탑승자 공간을 추가로 확보할 수도 있다. 이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 설계 난이도가 낮아져 제작 단가를 낮출 수 있고, 시스템 효율 향상 및 단가 저감 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존 전동기 대비 코일부의 설계 및 조립의 용의성 및 편의성을 크게 향상시킬 수 있는 전동기를 구현할 수 있다. 이와 관련해서, 전동기 제조시 인건비 및 제조 비용을 크게 낮추는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존 전동기 대비 우수한 냉각 성능 및 냉각 효율을 가져 출력 밀도를 높일 수 있고, 궁극적으로 시스템 효율을 높일 수 있는 전동기를 구현할 수 있다. 기존 전동기의 경우, 로터를 원형으로 감싸는 스테이터 구조상 냉각 방식에 한계를 갖는다. 스테이터 코어와 권선(코일)이 높은 온도까지 가열되는데, 이를 효과적으로 냉각하기가 어려울 수 있다. 고온 발열은 급격한 모터 시스템 효율 저하뿐 아니라, 권선의 절연 파괴를 야기하여 시스템 고장 상황을 야기할 수 있다. 본 발명의 실시예에서와 같이 코일부가 냉각수에 잠기는 방법을 기존 2상 또는 3상 시스템에 적용하려면, 로터가 냉각수에 잠기는 문제가 발생한다. 이는 로터의 드래그 현상을 야기하여 추가적인 시스템 악화를 야기하므로 바람직하지 못하다. 더구나, 회전 부위를 포함한 곳에서 물의 흐름이 있어야 하므로 수밀 방식의 까다로움도 존재하게 된다. 이에 반해, 본 발명의 실시예에 따른 구조에서는 코일 및 스테이터 코어만이 냉각수에 잠기는 설계가 용이하기 때문에, 상기한 문제들을 용이하게 해결할 수 있다. 궁극적으로 이러한 효과적인 냉각 방식을 적용함으로써, 전동기 출력의 고밀도화를 이룰 수 있어 전동기의 고출력/고밀도화 설계가 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 로터와 스테이터 사이의 자속 정렬을 통해 토크 제어 성능을 높일 수 있고, 연속적으로 토크를 발생시킬 수 있다. 또한, 로터의 회전시 회전축의 편심 방향으로 불균등한 힘이 발생하는 문제를 해소하고, 로터의 회동 특성을 향상시킬 수 있다. 부가해서, 본 발명의 실시예에 따른 전동기를 사용하면, 스테이터의 슬롯 개수가 적기 때문에, 가청 주파수 대역의 소음 발생도 억제할 수 있다. 상기한 본 발명의 실시예들에 따른 전동기는 전기차의 구동 모터나 가전산업 등 다양한 분야에 유용하게 적용될 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 35를 참조하여 설명한 실시예들에 따른 전동기 장치가, 본 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위 내에서, 다양하게 치환, 변경 및 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
1n : 샤프트 5 : 마그넷 부재
10, 10n : 로터 21a∼21g, 21n : 제 1 스테이터
22a∼22g, 22n : 제 2 스테이터 30, 30n : 코일부
41n, 42n : 냉각 용액 분리판 51n, 52n : 하우징 본체부
60n : 정면 커버부 71n, 72n : 배면 커버부
100a∼100g, 100n : 하우징 구조체 C1a∼C1g, C1n : 제 1 백 요크부
C2a∼C2g, C2n : 제 2 백 요크부 CH1, CH10 : 직접 냉각 채널
CH2, CH20 : 간접 냉각 채널 P1a∼P1g, P1n : 제 1 메인 요크부
P2a∼P2g, P2n : 제 2 메인 요크부 P3a∼P3g, P3n : 제 3 메인 요크부
P4a∼P4g, P4n : 제 4 메인 요크부 S1f, S1g : 제 1 슈 부재
S2f, S2g : 제 2 슈 부재 S3f, S3g : 제 3 슈 부재
S4f, S4g : 제 4 슈 부재 SP1a, SP1b : 제 1 측 스테이터부
SP2a, SP2b : 제 2 측 스테이터부 N1, N2 : 돌기부

Claims (21)

  1. 마그넷 부재를 포함하는 로터(rotor);
    상기 로터의 일측에 배치되며, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 1 및 제 2 메인 요크부와 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 1 백 요크부(back yoke portion)를 구비하는 제 1 스테이터(stator)를 적어도 하나 포함하는 제 1 측 스테이터부;
    상기 로터를 사이에 두고 상기 제 1 측 스테이터부와 마주하도록 상기 로터의 타측에 배치되며, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 3 및 제 4 메인 요크부와 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 2 백 요크부를 구비하는 제 2 스테이터를 적어도 하나 포함하는 제 2 측 스테이터부;
    상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나 및 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부 중 적어도 하나의 메인 요크부 각각을 감싸도록 제공된 코일부;
    상기 로터, 상기 제 1 측 스테이터부, 상기 제 2 측 스테이터부 및 상기 코일부를 수용하는 하우징 구조체; 및
    상기 제 1 측 스테이터부, 상기 제 2 측 스테이터부 및 상기 코일부를 냉각 용액을 이용해서 직접 냉각하기 위한 직접 냉각 시스템을 포함하는 전동기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스테이터 각각은 상기 로터를 향하여 열린 개구를 가지며, 상기 제 1 내지 제 4 메인 요크부는 상기 코일부가 상기 개구를 통하여 슬라이딩 삽입되어 결합될 수 있도록 직선으로 연장된 전동기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 구조체는 상기 로터를 중심으로 상기 제 1 내지 제 4 메인 요크부를 수용하는 비등방형 구조를 갖는 전동기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이터와 상기 제 2 스테이터는 상기 로터를 중심으로 90°보다 더 크고 180°보다는 작은 내각(θ)을 이루도록 배치된 전동기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 내각(θ)은 130°< θ < 180°를 만족하는 전동기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이터 및/또는 상기 제 2 스테이터는 상기 로터의 중심에 대하여 상하 방향으로 소정 거리만큼 쉬프트(shift)되도록 배치된 전동기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터의 중심에 대하여 상기 제 1 스테이터 및 상기 제 2 스테이터는 상하 방향으로 서로 다른 높이를 갖는 전동기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 메인 요크부는 서로 다른 길이를 갖고, 및/또는,
    상기 제 3 및 제 4 메인 요크부는 서로 다른 길이를 갖는 전동기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나는 상기 로터에 인접한 단부에 슈 부재(shoe member)를 포함하고, 상기 슈 부재는 그에 대응하는 메인 요크부에 대하여 소정 각도만큼 절곡된 전동기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 메인 요크부는 상기 로터에 인접한 단부에 제 1 슈 부재를 포함하고, 상기 제 2 메인 요크부는 상기 로터에 인접한 단부에 제 2 슈 부재를 포함하며, 상기 제 1 슈 부재와 상기 제 2 슈 부재는 서로 다른 형상을 갖는 전동기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 측 스테이터부는 상하 방향으로 이격하여 배치된 복수의 상기 제 1 스테이터를 포함하고,
    상기 제 2 측 스테이터부는 상하 방향으로 이격하여 배치된 복수의 상기 제 2 스테이터를 포함하는 전동기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 구조체 내에 상기 냉각 용액을 상기 로터와 분리하기 위한 제 1 및 제 2 냉각 용액 분리판이 배치되고,
    상기 제 1 냉각 용액 분리판은 상기 제 1 측 스테이터부가 배치된 쪽에 배치되고, 상기 제 2 냉각 용액 분리판은 상기 제 2 측 스테이터부가 배치된 쪽에 배치되는 전동기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 구조체의 일단부에 제 1 및 제 2 냉각 용액 주입구가 배치되고,
    상기 하우징 구조체의 타단부에 제 1 및 제 2 냉각 용액 배출구가 배치되며,
    상기 냉각 용액은 상기 제 1 및 제 2 냉각 용액 주입구를 통해 상기 하우징 구조체 내에 주입되고, 상기 제 1 및 제 2 냉각 용액 배출구를 통해 상기 하우징 구조체 밖으로 배출되는 전동기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 구조체의 외주면에 냉각유체가 통과할 수 있는 간접 냉각 채널이 배치된 전동기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 전동기는 2상 전동기이고, 4-leg 인버터를 갖는 구동 드라이버에 의해 구동되도록 구성된 전동기.
  16. 마그넷 부재를 포함하는 로터(rotor);
    상기 로터의 일측에 배치되고, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 1 및 제 2 메인 요크부와 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 1 백 요크부(back yoke portion)를 포함하는 제 1 스테이터(stator)를 적어도 하나 포함하는 제 1 측 스테이터부;
    상기 로터를 사이에 두고 상기 제 1 측 스테이터부와 마주하도록 상기 로터의 타측에 배치되고, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 3 및 제 4 메인 요크부와 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 2 백 요크부를 포함하는 제 2 스테이터를 적어도 하나 포함하는 제 2 측 스테이터부;
    상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나 및 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부 중 적어도 하나의 메인 요크부 각각을 감싸도록 제공된 코일부; 및
    상기 로터, 상기 제 1 측 스테이터부, 상기 제 2 측 스테이터부 및 상기 코일부를 하우징하도록 구성된 하우징 구조체를 포함하고,
    상기 제 1 스테이터와 상기 제 2 스테이터는 상기 로터를 중심으로 180° 보다 작은 내각(θ)을 이루도록 배치된 전동기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이터는 상기 로터의 중심에 대하여 상하 방향으로 주어진 거리만큼 쉬프트(shift)되도록 배치되고, 및/또는,
    상기 제 2 스테이터는 상기 로터의 중심에 대하여 상하 방향으로 주어진 거리만큼 쉬프트되도록 배치된 전동기.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나는 상기 로터에 인접한 단부에 슈 부재(shoe member)를 포함하고, 상기 슈 부재는 그에 대응하는 메인 요크부에 대하여 소정 각도만큼 절곡하여 배치된 전동기.
  19. 마그넷 부재를 포함하는 로터(rotor);
    상기 로터의 일측에 배치되며, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 1 및 제 2 메인 요크부와 상기 제 1 및 제 2 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 1 백 요크부(back yoke portion)를 포함하는 제 1 스테이터(stator)를 적어도 하나 포함하는 제 1 측 스테이터부;
    상기 로터를 사이에 두고 상기 제 1 측 스테이터부와 마주하도록 상기 로터의 타측에 배치되고, 상호 이격하여 상기 로터의 측방으로 연장된 제 3 및 제 4 메인 요크부와 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부의 바깥쪽 단부들을 상호 연결하는 제 2 백 요크부를 포함하는 제 2 스테이터를 적어도 하나 포함하는 제 2 측 스테이터부;
    상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나 및 상기 제 3 및 제 4 메인 요크부 중 적어도 하나의 메인 요크부 각각을 감싸도록 제공된 코일부; 및
    상기 로터, 상기 제 1 측 스테이터부, 상기 제 2 측 스테이터부 및 상기 코일부를 감싸는 하우징 구조체를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 스테이터 중 적어도 하나는 상기 로터의 중심에 대하여 상하 방향으로 소정 거리만큼 쉬프트되도록 배치된 전동기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이터와 상기 제 2 스테이터는 상기 로터를 중심으로 180° 보다 작은 내각(θ)을 이루도록 배치된 전동기.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 메인 요크부 중 적어도 하나는 상기 로터에 인접한 단부에 슈 부재(shoe member)를 포함하고, 상기 슈 부재는 그에 대응하는 메인 요크부에 대하여 소정 각도만큼 절곡하여 배치되는 전동기.
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