KR20230022603A - 모터 - Google Patents

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편진수
신권철
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 샤프트; 상기 샤프트에 결합된 로터; 및 상기 로터는 로터 코어 및 상기 로터 코어에 결합된 복수 개의 마그넷을 포함하고, 상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 결합된 인슐레이터 및 상기 인슐레이터 상에 배치되는 코일을 포함하고, 축방향을 기준으로, 상기 복수 개의 마그넷은 원주방향으로 동일한 위치에 배치되고, 상기 스테이터 코어는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고, 상기 투스는 상기 로터와 대향하는 내면에서, 축방향으로 구분되는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 원주방향으로 서로 이격되는 제1 노치 및 제2 노치가 배치되는 상기 내면의 일부 영역에 해당하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 노치 및 상기 제2 노치가 없는 상기 내면의 일부 영역에 해당하고, 상기 제2 영역의 축방향 길이는 상기 스테이터 코어의 축방향 길이의 17% 내지 35%이내인 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 로터는 로터 코어 및 상기 로터 코어에 결합된 복수 개의 마그넷을 포함하고, 상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 결합된 인슐레이터 및 상기 인슐레이터 상에 배치되는 코일을 포함하고, 축방향을 기준으로, 상기 복수 개의 마그넷이 원주방향으로 동일한 위치에 배치되고, 상기 스테이터 코어는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고, 상기 투스는 상기 로터와 대향하는 내면에서, 축방향으로 구분되는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 원주방향으로 서로 이격되는 제1 노치 및 제2 노치가 배치되는 상기 내면의 일부 영역에 해당하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 노치 및 상기 제2 노치가 없는 상기 내면의 일부 영역에 해당하고, 상기 제2 영역의 축방향 길이는 상기 스테이터 코어의 축방향 길이의 17% 내지 35%이내일 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 노치와 제2 노치가 배치된 투스의 내면에서, 제1 노치 및 제2 노치가 없는 제2 영역의 축방향 길이를 조절하여, 코깅토크를 크게 줄이는 이점이 있다.
실시예에 따르면, 로터의 스큐가 없는 상태에서, 코깅토크를 크게 줄이는 이점이 있다.
실시예에 따르면, 코깅토크가 크게 감소한 상태에서도, 토크는 감소하지 않고 증가하여, 모터의 출력을 충분히 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면,
도 2는 스테이터와 로터의 평면도,
도 3은 스테이터 코어의 사시도,
도 4는 스테이터 코어의 투스에 배치된 제1 노치와 제2 노치를 도시한 도면,
도 5는 반경방향에서 바라본 스테이터 코어의 투스의 내면 정면,
도 6은 제1 노치의 변형례 및 제2 노치의 변형례를 도시한 도면,
도 7은 제1 노치의 다른 변형례 및 제2 노치의 다른 변형례를 도시한 도면,
도 8은 제2 축방향 길이에 대응한 코깅 토크의 변화를 나타낸 그래프,
도 9는 비교예에 따른 모터에서, 회전각에 대응한 코깅 토크를 도시한 그래프.
도 10은 실시예에 따른 모터에서, 회전각에 대응한 코깅 토크를 도시한 그래프,
도 11은 제2 축방향 길이에 대응한 코깅 토크의 변화를 나타낸 그래프,
도 12는 제2 축방향 길이에 대응한 토크의 변화를 나타낸 그래프이다.
샤프트의 길이 방향(상하 방향)과 평행한 방향을 축방향이라 하고, 샤프트를 중심으로 축방향과 수직한 방향을 반경 방향이라 하고, 샤프트를 중심으로 반경 방향의 반지름을 갖는 원을 따라가는 방향을 원주 방향이라 부른다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 모터는 샤프트(100), 로터(200), 스테이터(300)를 포함할 수 있다. 이하, 내측이라 함은 하우징(600)에서 모터의 중심인 샤프트(100)를 향하는 방향을 나타내며, 외측이라 함은 샤프트(100)에서 하우징(600)의 방향을 향하는 방향인 내측의 반대 방향을 나타낸다. 또한, 이하 반경방향은 샤프트(100)의 축중심을 기준으로 한다.
샤프트(100)는 로터(200)에 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. 샤프트(100)는 중공형 부재일 수 있다. 샤프트(100)의 내측으로 외부 장치의 축이 진입할 수 있다.
로터(200)는 스테이터(300)와 전기적 상호 작용을 통해 회전한다. 로터(200)는 스테이터(300)의 내측에 배치될 수 있다.
스테이터(300)는 로터(200)의 외측에 배치된다. 스테이터(300)는 스테이터 코어(310), 스테이터 코어(310)에 장착되는 인슐레이터(320) 및 코일(330)을 포함할 수 있다. 코일(330)은 인슐레이터(320)에 감길 수 있다. 인슐레이터(320)는 코일(330)과 스테이터 코어(310) 사이에 배치되어, 스테이터 코어(310)과 코일(330) 간을 서로 전기적으로 절연시켜주는 역할을 한다. 코일(330)은 로터(200)의 마그넷과 전기적 상호 작용을 유발한다.
도 2는 스테이터와 로터의 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.
도 3은 스테이터 코어(310)의 사시도이고, 도 4는 스테이터 코어(310)의 투스(312)에 배치된 제1 노치(N1)와 제2 노치(N2)를 도시한 도면이고, 도 5는 반경방향에서 바라본 스테이터 코어(310)의 투스(312)의 내면(312a)의 정면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 스테이터 코어(310)의 투스(312)는 로터(200)와 대향하는 내면(312a)에서, 축방향으로 구분되는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)을 포함할 수 있다. 제1 영역(A1)은 제1 노치(N1)와 제2 노치(N2)가 배치되는 투스(312)의 내면(312a)의 일부 영역으로 정의된다. 제2 영역(A2)은 제1 노치(N1)와 제2 노치(N2)가 배치되지 않는 투스(312)의 내면(312a)의 일부 영역으로 정의된다.
제1 노치(N1)와 제2 노치(N2)는 내면(312a)에서 오목하게 형성될 수 있다. 그리고 제1 노치(N1)와 제2 노치(N2)는 원주방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
스테이터(300)를 반경방향으로 바라보았을 때, 투스(312)의 원주방향 중심을 따라 형성되는 기준선(C1)을 기준으로, 제1 노치(N1)와 제2 노치(N2)는 대칭되게 배치될 수 있다. 제1 노치(N1)와 제2 노치(N2)는 축방향 길이(L1 또는 L2)가 동일할 수 있다.
제1 영역(A1)은 축방향으로 서로 이격되는 제1-1 영역(A11)과 제1-2 영역(A12)을 포함할 수 있다. 제2 영역(A2)은 축방향으로 제1-1 영역(A11)과 제1-2 영역(A12) 사이에 배치된다.
제1-1 영역(A11)에 배치된 제1 노치(N1)는 축방향을 기준으로, 제1-1 영역(A11)의 일단에서 시작되어 제2 영역(A2)을 향하여 축방향을 따라 형성될 수 있다. 제1-2 영역(A12)에 배치된 제1 노치(N1)는 축방향을 기준으로, 제1-2 영역(A12)의 일단에서 시작되어 제2 영역(A2)을 향하여 축방향을 따라 형성될 수 있다.
제1-2 영역(A12)에 배치된 제2 노치(N2)는 축방향을 기준으로, 제1-2 영역(A12)의 일단에서 시작되어 제2 영역(A2)을 향하여 축방향을 따라 형성될 수 있다. 제1-2 영역(A12)에 배치된 제2 노치(N2)는 축방향을 기준으로, 제1-2 영역(A12)의 일단에서 시작되어 제2 영역(A2)을 향하여 축방향을 따라 형성될 수 있다.
스테이터(300)를 반경방향으로 바라보았을 때, 투스(312)의 축방향 중심을 따라 형성되는 기준선(C2)을 기준으로, 제1-1 영역(A11)은 기준선(C2)의 일측에 배치되고, 제1-2 영역(A12)은 기준선(C2)의 타측에 배치될 수 있다. 기준선(C2)을 기준으로, 제1-1 영역(A11) 및 제1-2 영역(A12)은 대칭되게 배치될 수 있다.
제1-1 영역(A11)의 축방향 길이(L1)와 제1-2 영역(A12)의 축방향 길이(L2)는 동일할 수 있다.
제1-1 영역(A11)의 축방향 길이(L1)와 제1-2 영역(A12)의 축방향 길이(L2)와 제2 영역(A2)의 축방향 길이(L3)의 합은 스테이터 코터(310)의 축방향 길이(LO)에 해당할 수 있다.
제1 노치(N1)는 축방향을 따라 원주방향 길이(W1)가 일정하게 배치될 수 있다. 그리고 제2 노치(N2)는 축방향을 따라 원주방향 길이(W2)가 일정하게 배치될 수 있다. 제1 노치(N1)의 원주방향 길이(W1)와 제2 노치(N2)의 원주방향 길이(W2)는 동일할 수 있다.
제1 노치(N1)의 원주방향 길이(W1)와 제2 노치(N2)의 원주방향 길이(W2)는 각각 투스(312)의 원주방향 길이의 11% 내지 12%이내일 수 있다. 예를 들어, 투스(312)의 원주방향 폭이 8.7mm인 경우, 제1 노치(N1)의 원주방향 길이(W1)와 제2 노치(N2)의 원주방향 길이(W2)는 각각 1.0mm일 수 있다.
이와 같이, 제1 노치(N1)의 형상과 제2 노치(N2)의 형상이 동일한 예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 노치(N1)의 형상과 제2 노치(N2)의 형상이 서로 상이하게 실시될 수 있다.
도 6은 제1 노치(N1)의 변형례 및 제2 노치(N2)의 변형례를 도시한 도면이다.
이하, 깊이(t)는 투스(312)의 내면을 따라 형성되는 기준면(O)에서 반경방향으로 오목한 정도를 나타내는 수치이다.
도 6을 참조하면, 제1 노치(N1)의 형상과 제2 노치(N2)의 형상이 서로 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 노치(N1)는 원주방향을 기준으로 기준선(T)에서 일측으로 갈수록 깊이(t)가 깊어지고, 제2 노치(N2)는 원주방향을 기준으로 타측으로 갈수록 깊이(t)가 깊어지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 원주방향을 기준으로 투스(312)와 스테이터(300)의 중심을 지나는 가상의 기준선(T)을 기준으로, 제1 노치(N1)는 기준선(T)의 일측에 배치되며, 제2 노치(N1)는 기준선(T)의 타측에 배치될 때, 제1 노치(N1) 및 제2 노치(N2)는 각각 원주방향을 기준으로 기준선(T)에서 멀어질수록 깊이(t)가 깊어지도록 형성될 수 있다. 한편, 제1 노치(N1)의 깊이(t)의 최대값과 제2 노치(N2)의 깊이(t)의 최대값은 동일할 수 있다.
도 7은 제1 노치(N1)의 다른 변형례 및 제2 노치(N2)의 다른 변형례를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 원주방향을 기준으로 투스(312)와 스테이터(300)의 중심을 지나는 기준선(T)을 기준으로, 제1 노치(N1) 및 제2 노치(N2)는 각각 원주방향을 기준으로 기준선(T)에서 가까워질수록 깊이(T)가 깊어지도록 형성될 수 있다. . 한편, 제1 노치(N1)의 깊이(t)의 최대값과 제2 노치(N2)의 깊이(t)의 최대값은 동일할 수 있다.
노치가 없는 구간인 제2 영역(A2)의 축방향 길이(L3)에 따라 코깅토크가 변화될 수 있다. 제2 영역(A2)의 축방향 길이(L3)는 스테이터 코어(310)의 축방향 길이의 17% 내지 35% 이내일 수 있다.
도 8은 제2 축방향 길이(L3)에 대응한 코깅토크의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 9는 비교예에 따른 모터에서, 회전각에 대응한 코깅토크를 도시한 그래프이고. 도 10은 실시예에 따른 모터에서, 회전각에 대응한 코깅토크를 도시한 그래프이고, 도 11은 제2 축방향 길이에 대응한 코깅토크의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5, 도 8 및 도 11을 참조하면, 비교예에 따른 모터에서, 스테이터 코어(310)의 축방향 길이(L0)가 73.5mm 일 때, 측정된 코깅토크(K0)는 예를 들어, 81.54mNm일 수 있다. 여기서, 비교예는 투스(312)의 내면(312a)에 노치가 전혀 없고, 로터(200)의 마그넷(220)의 스큐(skew)가 없는 상태의 모터에 해당한다.
실시예에 따른 모터에서, 마그넷(220)들이 원주방향으로 동일한 위치에 배치되어 스큐(skew)가 없는 조건에서, 스테이터 코어(310)의 축방향 길이(L0)가 73.5mm일 때, 제2 영역(A2)의 축방향 길이(L3)가 스테이터 코어(310)의 축방향 길이(L0)의 17% 내지 35% 이내인 경우, 실시예에 따른 모터에서 측정된 코깅토크(K1)가, 비교예에 따른 모터에서 측정된 코깅토크(K0) 보다 낮게 측정됨을 확인할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 실시예에 따른 모터의 경우, 비교예에 따른 모터의 경우보다, 회전각에 대응한 코깅토크의 최대값(Max)이 작게 나타남을 확인할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 모터의 경우는 비교예에 따른 모터의 경우보다, 회전각에 대응한 코깅토크의 최소값(Min)이 작게 나타남을 확인할 수 있다. 결과적으로, 실시예에 따른 모터의 경우, 비교예에 따른 모터의 경우보다, 회전각에 대응하여, 코깅토크의 진폭의 변화가 작은 것을 확인할 수 있다.
도 8 및 도 11을 참조하면, 실시예에 따른 모터의 경우, 스테이터 코어(310)의 축방향 길이(L0)가 73.5mm 일 때, 제1 영역(A1)의 축방향 길이(L1+L2)가 56mm 이고, 제2 영역(A2)의 축방향 길이(L3)가 17.5mm일 때, 즉, 노치가 없는 제2 영역(A2)의 축방향 길이(L3)가 스테이터 코어(310)의 축방향 길이(L0)의 24% 일 때. 도 9의 P가 나타낸 바와 같이, 코깅토크가 59.3mNm으로 가장 낮은 것으로 확인된다.
제2 영역(A2)의 축방향 길이(L3)가 스테이터 코어(310)의 축방향 길이(L0)의 17% 내지 35% 구간에서, 비교예에 따른 모터의 코깅토크보다 전체적으로 낮다.
제2 영역(A2)의 축방향 길이(L3)가 스테이터 코어(310)의 축방향 길이(L0)의 35%에서 24%를 향할수록 코깅토크가 감소하고, 제2 영역(A2)의 축방향 길이(L3)가 스테이터 코어(310)의 축방향 길이(L0)의 24%에서 17%를 향할수록 코깅토크가 다시 증가함을 확인할 수 있다.
도 12는 제2 축방향 길이(L3)에 대응한 토크의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11 및 도 12를 참조하면. 토크의 경우, 제2 영역(A2)의 축방향 길이(L3)가 스테이터 코어(310)의 축방향 길이(L0)의 17% 내지 35% 구간에서, 비교예 (8.67Nm)보다 전체적으로 높게 나타나, 코깅토크를 줄이면서도 모터의 출력을 충분이 확보할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 차량용 또는 가전용 등 다양한 기기에 이용할 수 있다.
100: 샤프트
200: 로터
210: 로터 코어
220: 마그넷
300: 스테이터
310: 스테이터 코어
311: 요크
312: 투스
320: 인슐레이터
330: 코일

Claims (10)

  1. 샤프트;
    상기 샤프트에 결합된 로터; 및
    상기 로터는 로터 코어 및 상기 로터 코어에 결합된 복수 개의 마그넷을 포함하고,
    상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 결합된 인슐레이터 및 상기 인슐레이터 상에 배치되는 코일을 포함하고,
    축방향을 기준으로, 상기 복수 개의 마그넷은 원주방향으로 동일한 위치에 배치되고,
    상기 스테이터 코어는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고,
    상기 투스는 상기 로터와 대향하는 내면에서, 축방향으로 구분되는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역은 원주방향으로 서로 이격되는 제1 노치 및 제2 노치가 배치되는 상기 내면의 일부 영역에 해당하고,
    상기 제2 영역은 상기 제1 노치 및 상기 제2 노치가 없는 상기 내면의 일부 영역에 해당하고,
    상기 제2 영역의 축방향 길이는 상기 스테이터 코어의 축방향 길이의 17% 내지 35%이내인 모터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역은 축방향으로 서로 이격되는 제1-1 영역과 제1-2 영역을 포함하고,
    상기 제2 영역은 축방향으로 상기 제1-1 영역과 상기 제1-2 영역 사이에 배치되는 모터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1-1 영역의 축방향 길이와 상기 제1-2 영역의 축방향 길이는 동일한 모터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 노치와 상기 제2 노치는 형상이 상이한 모터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 노치는 원주방향을 기준으로 일측으로 갈수록 깊이가 깊어지고, 상기 제2 노치는 원주방향을 기준으로 타측으로 갈수록 깊이가 깊어지는 모터.
  6. 제5 항에 있어서,
    원주방향을 기준으로 상기 투스와 상기 스테이터의 중심을 지나는 기준선을 기준으로,
    상기 제1 노치 및 상기 제2 노치는 각각 원주방향을 기준으로 상기 기준선에서 멀어질수록 깊이가 깊어지는 모터.
  7. 제5 항에 있어서,
    원주방향을 기준으로 상기 투스와 상기 스테이터의 중심을 지나는 기준선을 기준으로,
    상기 제1 노치 및 상기 제2 노치는 각각 원주방향을 기준으로 상기 기준선에서 가까워질수록 깊이가 깊어지는 모터.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 축방향 길이는 상기 제1 영역의 축방향 길이와 상기 제2 영역의 축방향 길이의 합과 동일한 모터.
  9. 제1 항에 있어서,
    원주방향을 기준으로 상기 투스와 상기 스테이터의 중심을 지나는 기준선을 기준으로,
    상기 제1 노치는 원주방향을 기준으로, 상기 기준선의 일측에 배치되고, 상기 제2 노치는 원주방향을 기준으로, 상기 기준선의 타측에 배치되고,
    상기 제1 노치의 원주방향 길이와 상기 제2 노치의 원주방향 길이는 동일하고,
    상기 제1 노치의 축방향 길이와 상기 제2 노치의 축방향 길이는 동일한 모터.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 노치의 원주방향 길이는 상기 투스의 내면의 원주방향 길이의 11% 내지 12% 이내인 모터.
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