KR20220104452A - 모터 - Google Patents

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KR20220104452A KR1020210006766A KR20210006766A KR20220104452A KR 20220104452 A KR20220104452 A KR 20220104452A KR 1020210006766 A KR1020210006766 A KR 1020210006766A KR 20210006766 A KR20210006766 A KR 20210006766A KR 20220104452 A KR20220104452 A KR 20220104452A
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 샤프트; 상기 샤프트에 결합된 로터; 및 상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터;를 포함하고, 상기 스테이터는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 결합된 인슐레이터 및 상기 인슐레이터 상에 배치되는 코일을 포함하고, 상기 스테이터 코어는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 복수 개의 투스를 포함하고, 상기 투스는 상기 로터와 대향하는 제1 면과 제2 면을 포함하고, 상기 샤프트의 중심에서 상기 제1 면까지의 최단거리인 제1 거리는 상기 샤프트의 중심에서 상기 제2 면까지의 최단거리인 제2 거리보다 크고, 복수 개의 상기 투스는 제1 투스와 제2 투스를 포함하고, 상기 제1 투스의 상기 제1 거리는 상기 제2 투스의 상기 제1 거리와 상이한 모터를 제공할 수 있다.

Description

모터{Motor}
실시예는 모터에 관한 것이다.
모터는 스테이터와 로터를 포함한다. 스테이터는 복수 개의 슬롯을 형성하는 투스를 포함할 수 있으며, 로터는 투스와 마주보는 복수 개의 마그넷을 포함할 수 있다. 인접하는 투스는 상호 떨어져 배치되어 슬롯 오픈(slot open)을 형성한다. 이때, 로터가 회전하는 과정에서 금속 재질인 스테이터와 빈 공간인 슬롯 오픈의 공기의 투자율 차이로 인하여 코깅 토크가 발생할 수 있다. 이러한 코깅 토크는 소음과 진동의 원인이 되기 때문에 코깅 토크를 줄이는 것이 모터의 품질을 높이는데 무엇보다 중요하다.
이에, 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코깅 토크를 줄일 수 있는 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
실시예가 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 실시예는, 샤프트와, 상기 샤프트에 결합된 로터 및 상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 결합된 인슐레이터 및 상기 인슐레이터 상에 배치되는 코일을 포함하고, 상기 스테이터 코어는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 복수 개의 투스를 포함하고, 상기 투스는 상기 로터와 대향하는 제1 면과 제2 면을 포함하고, 상기 샤프트의 중심에서 상기 제1 면까지의 최단거리인 제1 거리는 상기 샤프트의 중심에서 상기 제2 면까지의 최단거리인 제2 거리보다 크고, 복수 개의 상기 투스는 제1 투스와 제2 투스를 포함하고, 상기 제1 투스의 상기 제1 거리는 상기 제2 투스의 상기 제1 거리와 상이한 모터를 제공할 수 있다.
실시예에 따르면, 코깅 메인 차수를 증가시킴으로써, 코깅 토크를 크게 절감하는 유리한 효과를 제공한다.
실시예에 따르면, 제1 투스에 배치된 홈의 깊이(제1 거리)와 제2 투스에 배치된 홈의 깊이를 달리하여, 코깅 토크를 크게 절감하는 이점이 있다.
도 1은 실시예에 따른 모터의 측단면도,
도 2는 도 1에서 도시한 스테이터와 로터를 평면도,
도 3은 제1 투스의 제1 면과 제2 면을 도시한 도면,
도 4는 제2 투스의 제1 면과 제2 면을 도시한 도면,
도 5는 실시예에 따른 모터에서, 제2 노치의 길이 변화에 대응한 코깅토크와 최대토크를 도시한 도면,
도 6은 비교예와 대비하여 제2 노치의 길이 변화에 대응한 실시예에 따른 모터의 코깅토크를 도시한 그래프,
도 7은 모든 투스의 노치의 깊이가 0.5mm로 일정한 비교예에 따른 모터에서, 회전각에 따른 코깅토크의 파형을 도시한 그래프,
도 8은 제2 노치의 깊이가 제1 노치의 깊이의 102%일 때, 회전각에 따른 코깅토크의 파형을 도시한 그래프이다.
샤프트의 길이 방향(상하 방향)과 평행한 방향을 축방향이라 하고, 샤프트를 중심으로 축방향과 수직한 방향을 반경방향이라 하고, 샤프트를 중심으로 반경 방향의 반지름을 갖는 원을 따라가는 방향을 원주방향이라 부른다.
도 1은 실시예에 따른 모터의 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 모터는 샤프트(100), 로터(200), 스테이터(300), 버스바(400)와, 버스바 홀더(500)와, 하우징(600)을 포함할 수 있다.
이하, 내측이라 함은 하우징(600)에서 모터의 중심인 샤프트(100)를 향하는 방향을 나타내며, 외측이라 함은 샤프트(100)에서 하우징(600)을 향하는 방향인 내측의 반대 방향을 나타낸다.
샤프트(100)는 로터(200)와 결합될 수 있다. 전류 공급을 통해, 로터(200)와 스테이터(300)에 전자기적 상호 작용이 발생하면, 로터(200)가 회전하고 이에 연동하여 샤프트(100)가 회전한다.
로터(200)는 스테이터(300)와 전기적 상호 작용으로 회전한다. 로터(200)는 스테이터(300)와 대응되어 배치될 수 있고, 내측에 배치될 수 있다. 로터(200)는 로터 코어(210)와 로터 코어(210)에 배치되는 마그넷(220)을 포함할 수 있다.
스테이터(300)는 로터(200)의 외측에 배치된다. 스테이터(300)는 스테이터 코어(310)와, 인슐레이터(320)와, 코일(330)을 포함할 수 있다. 인슐레이터(320)는 스테이터 코어(310)에 안착된다. 코일(330)은 인슐레이터(320)에 장착된다. 코일(330)은 로터(200)의 마그넷(220)과 전기적 상호 작용을 유발한다.
버스바(400)는 스테이터(300) 상에 배치될 수 있다. 버스바(400)는 코일(330)과 전기적으로 연결된다. 그리고 버스바(400)는 외부 전원과 연결될 수 있다.
버스바 홀더(500)는 버스바(400)를 지지한다. 버스바 홀더(500)는 내부에 버스바(400)를 포함하는 환형의 부재일 수 있다.
하우징(600)은 스테이터(300)의 외측에 배치될 수 있다. 하우징(600)은 일측이 개방된 원통형 부재일 수 있다.
도 2는 도 1에서 도시한 스테이터(300)와 로터(200)를 평면도이다.
도 2를 참조하면, 스테이터 코어(310)는 요크(311)와 투스(312)를 포함할 수 있다. 투스(312)는 요크(311)의 내주면에서 스테이터(300)의 중심(C)을 향하여 돌출될 수 있다. 투스(312)는 복수 개일 수 있다. 투스(312)의 개수는 마그넷(220)의 개수에 대응하여 다양하게 변경 실시될 수 있다. 스테이터 코어(310)는 이러한 요크(311)와 투스(312)를 포함하는 복수의 분할코어가 조합되어 이루어질 수 있다.
코깅 토크는 진폭과 주파수를 갖는 파동의 형태로 나타나고, 코깅 메인 차수란, 모터의 단위 회전(1회전) 당 코깅 토크 파형의 진동 횟수를 의미한다. 코깅 메인 차수가 커지면, 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 늘어나는 것을 의미하기 때문에 코깅 토크를 크게 줄일 수 있다. 코깅 메인 차수는 마그넷(220)의 개수와 투스(312)의 개수에 의해 결정될 수 있다. 이러한 코깅 메인 차수를 늘리면 코깅 토크를 줄일 수 있지만, 마그넷(220)의 개수와 투스(312)의 개수는 고정되기 때문에, 코깅 메인 차수도 고정된다.
도 3은 제1 투스(312)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 도시한 도면이고, 도 4는 제2 투스(312)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이하, 복수 개의 투스(312) 중 원주방향으로 서로 이웃하는 투스(312)를 제1 투스(312A)와 제2 투스(312B)로 정의한다. 그리고 제1 투스(312A)와 제2 투스(312B)는 각각 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 포함하고, 이하, 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 마그넷(220)을 대향하여 배치되는 투스(312)의 내면으로 정의된다. 그리고 샤프트(100)의 중심에서 제1 면(S1)까지의 최단거리인 제1 거리(R1)는 샤프트(100)의 중심에서 제2 면(S2)까지의 최단거리인 제2 거리(R3)보다 크다.
실시예에 따른 모터는, 제1 투스(312A) 및 제2 투스(312B)에 형상 변경(음각의 노치)를 통해 코깅 메인 차수을 늘림으로써, 주파수를 크게 하여 코깅 토크 크기를 줄이고자 한다.
제1 투스(312A)의 제1 면(S11)은 2개의 제1 노치(H1)를 형성할 수 있다. 제1 노치(H1)는 제2 면(S21)에서 오목하게 형성된다. 제1 투스(312A)의 제1 면(S11)은 제1 원주(O1) 상에 배치될 수 있다. 그리고 제1 투스(312A)의 제2 면(S21)은 제3 원주(O3) 상에 배치될 수 있다. 제1 원주(O1)의 반지름은 제3 원주(O3)의 반지름보다 크다. 2개의 제1 면(S11)은 원주방향으로 일정한 간격을 두고 모두 제1 원주(O1) 상에 배치될 수 있다. 그리고 3개의 제2 면(S21)은 원주방향으로 일정한 간격을 두고 모두 제3 원주(O3) 상에 배치될 수 있다.
제2 투스(312B)의 제1 면(S12)은 2개의 제2 노치(H2)를 형성할 수 있다. 제2 노치(H2)는 제2 투스(312B)의 제2 면(S22)에서 오목하게 형성된다. 제2 투스(312B)의 제1 면(S12)은 제2 원주(O2) 상에 배치될 수 있다. 그리고 제2 투스(312B)의 제2 면(S22)은 제3 원주(O3) 상에 배치될 수 있다. 제2 원주(O2)의 반지름은 제3 원주(O3)의 반지름보다 크다. 2개의 제1 면(S12)은 원주방향으로 일정한 간격을 두고 모두 제2 원주(O2) 상에 배치될 수 있다. 그리고 3개의 제2 면(S22)은 원주방향으로 일정한 간격을 두고 모두 제3 원주(O3) 상에 배치될 수 있다.
실시예에 따른 모터에서, 제1 투스(312A)의 제1 거리(R1)와 제2 투스(312B)의 제1 거리(R2)가 상이하다. 그리고 제1 원주(O1)의 반지름과 제2 원주(O2)의 반지름은 상이하다. 결과적으로, 제1 원주(O1)의 반지름과 제2 원주(O2)의 반지름과 제3 원주(O3)의 반지름은 모두 상이하다.
제1 노치(H1)의 깊이는 제1 투스(312A)의 제1 거리(R1)와 제2 투스(312B)의 제2 거리(R3)의 차이로 정의된다. 그리고 제2 노치(H2)의 깊이는 제2 투스(312B)의 제1 거리(R2)와 제2 투스(312B)의 제2 거리(R3)로 정의된다.
한편, 제1 투스(312A)에 배치된 복수 개의 제1 면(S11)은 각각의 원주방향 길이(L1)가 서로 동일할 수 있다. 또한, 제2 투스(312B)에 배치된 복수 개의 제1 면(S12)은 각각의 원주방향 길이(L2)가 서로 동일할 수 있다. 그리고, 제1 투스(312A)의 제1 면(S11)의 원주방향 길이(L1)와 제2 투스(312B)의 제1 면(S11)의 원주방향 길이(L2)는 동일할 수 있다.
제1 투스(312A)의 제1 면(S11)의 원주방향 길이(L1)와 제2 투스(312B)의 제1 면(S12)의 원주방향 길이(L2)는 제2 면(S2)의 원주 방향 길이(L3)보다 클 수 있다.
제1 투스(312A)의 제2 면(S12)의 원주방향 길이(L3)와 제2 투스(312B)의 제2 면(S22)의 원주방향 길이(L3)는 동일할 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 모터는, 제1 투스(312A)의 제1 노치(H1)의 깊이와 제2 투스(312B)의 제2 노치(H2)의 깊이가 다르기 때문에 제1 투스(312A)에 의한 코깅토크 파형과 제2 투스(312B)에 의한 코깅토크 파형이 상이하며, 2개의 서로 다른 코깅토크 파형이 서로 영향을 미쳐 코깅 토크에 변화를 유발한다.
도 5는 실시예에 따른 모터에서, 제2 노치(H2)의 길이 변화에 대응한 코깅토크와 최대토크를 도시한 도면이고, 도 6은 비교예와 대비하여 제2 노치(H2)의 길이 변화에 대응한 실시예에 따른 모터의 코깅토크를 도시한 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 비교예에 따른 모터는 8극 12슬롯의 모터에서, 모든 투스에 배치되는 노치의 길이가 0.5mm로서 일정하여 전체 투스가 대칭되게 배치되는 모터에 해당한다. 실시예에 따른 모터는 8극 12슬롯의 모터에서, 제1 투스(312A)의 제1 노치(H1)의 깊이는 0.5mm로 일정하고, 제2 투스(312B)의 제2 노치(H2)의 깊이는 제1 노치(H1)의 깊이와 상이하여 전체 투스(312)가 비대칭되게 배치되는 모터에 해당한다.
제2 노치(H2)의 깊이는 제1 노치(H1)의 깊이의 50%이상 100%미만 범위내이거나 100%초과 134% 이하 범위내일 때, 코깅토크가 감소하는 것을 확인 할 수 있다. 예를 들어, 제1 노치(H1)의 깊이가 0.5mm 일 때, 제2 노치(H2)의 깊이가 0.26mm 내지 0.65mm 이내인 범위에서, 비교예의 코깅토크(T1:81.54mNm)보다 작은 코깅토크(T2)가 검출됨을 확인할 수 있다. 제1 노치(H1)의 깊이가 0.5mm 일 때, 제2 노치(H2)의 깊이가 0.26mm보다 작거나 0.65mm보다 큰 경우, 비교예의 코깅토크(T1:81.54mNm)보다 큰 코깅토크가 검출된다.
제2 노치(H2)의 깊이가 제1 노치(H1)의 깊이의 50% 내지 134%이내에서 비교예 대비 코깅토크가 감소하지만, 최대토크는 비교예와 큰 차이가 없어 모터의 성능에는 큰 영향이 없음을 확인할 수 있다.
제2 노치(H2)의 깊이가 제1 노치(H1)의 깊이의 102%일 때, 예를 들어, 제1 노치(H1)의 깊이가 0.5mm 일 때, 제2 노치(H2)의 깊이가 0.51mm에서, 코깅토크(G)가 비교예보다 16.16% 감소하여, 가장 크게 감소한 것으로 나타난다.
도 7은 모든 투스(312)의 노치의 깊이가 0.5mm로 일정한 비교예에 따른 모터에서, 회전각에 따른 코깅토크의 파형을 도시한 그래프이고, 도 8은 제2 노치(H2)의 깊이가 제1 노치(H1)의 깊이의 102%일 때, 회전각에 따른 코깅토크의 파형을 도시한 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제2 노치(H2)의 깊이가 제1 노치(H1)의 깊이의 102%일 때, 예를 들어, 제1 노치(H1)의 깊이가 0.5mm 일 때, 제2 노치(H2)의 깊이가 0.51mm에서, 비교예보다 회전각에 대응한 코깅토크 파형의 진폭이 작고 균일한 것을 확인할 수 있다.
이렇게, 제2 노치(H2)의 깊이를 제1 노치(H1)의 깊이의 50%이상 100%미만 범위내이거나 100%초과 134% 이하 범위내로 설정한 경우, 모터의 최대토크를 확보하면서도, 코깅토크를 줄이는 이점이 있다.
전술된 실시예에는 차량용 또는 가전용 등 다양한 기기에 이용할 수 있다.
100: 샤프트
200: 로터
300: 스테이터
310: 스테이터 코어
320: 인슐레이터
311: 요크
312: 투스
312A: 제1 투스
312B: 제2 투스
330: 코일
S1: 제1 면
S2: 제2 면
H1: 제1 노치
H2: 제2 노치

Claims (10)

  1. 샤프트;
    상기 샤프트에 결합된 로터; 및
    상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터;를 포함하고,
    상기 스테이터는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 결합된 인슐레이터 및 상기 인슐레이터 상에 배치되는 코일을 포함하고,
    상기 스테이터 코어는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 복수 개의 투스를 포함하고,
    상기 투스는 상기 로터와 대향하는 제1 면과 제2 면을 포함하고,
    상기 샤프트의 중심에서 상기 제1 면까지의 최단거리인 제1 거리는 상기 샤프트의 중심에서 상기 제2 면까지의 최단거리인 제2 거리보다 크고,
    복수 개의 상기 투스는 제1 투스와 제2 투스를 포함하고,
    상기 제1 투스의 상기 제1 거리는 상기 제2 투스의 상기 제1 거리와 상이한 모터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 투스와 상기 제2 투스는 원주방향으로 교대로 배치되는 모터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 투스의 제1 거리와 상기 제1 투스의 제2 거리의 차이는, 상기 제2 투스의 제1 거리와 상기 제2 투스의 제2 거리의 차이의 50%이상 100%미만 범위내이거나 100%초과 134% 이하 범위내인 모터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 투스의 제1 면은 제1 원주 상에 배치되고.
    상기 제2 투스의 제1 면은 제2 원주 상에 배치되고,
    상기 제1 원주의 반지름과 상기 제2 원주의 반지름은 서로 상이한 모터.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 투스의 제2 면 및 상기 제2 투스의 제2 면은 제3 원주 상에 배치되고,
    상기 제1 원주의 반지름, 상기 제2 원주의 반지름, 상기 제3 원주의 반지름은 서로 상이한 모터.
  6. 제1 항에 있어서.
    상기 제1 면과 상기 제2 면은 원주방향을 따라 교대로 배치되는 모터.
  7. 제1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 제1 면은 원주 방향을 따라 이격되어 배치되고, 복수 개의 상기 제2 면은 원주 방향을 따라 이격되어 배치되는 모터.
  8. 제1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 제1 면은 동일 원주 상에 배치되는 모터.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 투스의 제1 면의 원주방향 길이와 상기 제2 투스의 제1 면의 원주방향 길이는 동일하고,
    상기 제1 투스의 제2 면의 원주방향 길이와 상기 제2 투스의 제2 면의 원주방향 길이는 동일한 모터.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 면의 원주방향 길이는 상기 제2 면의 원주방향 길이보다 큰 모터.
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