KR20240060219A

KR20240060219A - 축방향 다단 모터

Info

Publication number: KR20240060219A
Application number: KR1020220141568A
Authority: KR
Inventors: 오원섭
Original assignee: 오원섭
Priority date: 2022-10-28
Filing date: 2022-10-28
Publication date: 2024-05-08

Abstract

본 발명은 하나의 스테이터에 독립적으로 구동될 수 있는 하나 이상의 코일부를 가지는 스테이터가, 축과 축이 삽입되는 스테이터허브와 결합되고, 베어링을 매개로 상기 스테이터에 회전 가능하게 구비되는 엔드로터를 가지는 로터부와, 상기 로터부에 결합되어 일체로 회전하는 하우징을 포함하며 상기 엔드로터는 축 방향으로 스테이터의 양측 외측에 구비되어; 스테이터와 로터는 축방향으로 다단으로 적층되고, 스테이터의 코일부를 독립적으로 구동하여 모터나 발전기로 동시에 사용할 수 있으며, 코일부를 중간에 두고 양측에 설치되는 영구자석을 포함한 백아이언은 회전시 자기저항을 발생시키지 않아, EV(Electric Vehicle)에 적용시, 운전중 모터와 발전기로 동시 사용은 물론 자기저항이 없어 고효율의 상시 발전이 가능한 모터에 관한 것이다.

Description

축방향 다단 모터{Axial Flux Multi Stage Motor}

본 발명은 축 방향으로 다단으로 구성되는 모터에 관한 것으로, 모듈화 구성으로 생산 및 조립이 용이하고, 다단으로 스테이터와 로터를 설치하여, 각각 독립적으로 모터나 발전기로 구성하여 운전중 발전을 가능하게 하거나, 하나의 스테이터에 독립적으로 구동 가능한 하나 이상의 코일부를 배치하여 각각 모터와 발전기로 동시에 사용 가능한 모터에 관한 것이다.

기존 DC 모터가 정류자와 브러시의 접촉에 의한 스위칭 구동에 따라 제기되는 신뢰성의 저하, 수명 단축, 그에 따른 유지 보수의 필요성에 대해 개선이 요구됨에 따라, 최근에는 전자 소자를 이용한 전자 스위칭 방식의 브러시리스 DC 모터(BLDC모터)로 보편화 되었고, 최근 EV(Electric Vehicle)용 모터는 유도 전동기 기반의 싱크로너스 릴럭턴스모터가(Synchronous Reluctance Motor)가 Tesla사를 비롯한 자동차 각사에서 적용되고 있으나, 무거운 적층 코어와 미흡한 자기력으로 고급 모델에는 영구자석형 모터를 적용하거나 영구자석형 모터로 변경하고 있다.

현재 EV(Electric Vehicle)에 적용되고 있는 모터들은 대부분 원통형 회전자에 영구자석을 삽입하거나 부착한 Radial Type이다. 최근 여러 논문에 의하면 축방향 모터로 만들 경우 동일체적 대비 4배 이상의 출력밀도 향상이 가능한 것으로 알려져 있다.

이는 높은 자속밀도를 최단 경로로 손실 없이 최대한 이용할 수 있기 때문이다. 또한 현재 사용되고 있는 EV용 Motor들은 고속에서 감속하여 정차할 시 회생제동을 통하여, 일부 에너지를 회수하여 충전을 하고 있는데 이는 단순히 모터의 동력을 끊어 동력 없이 모터가 회전할 때 발생하는 역기전력을 모아 충전하는 방식인데, 모터의 약한 자력과 자기 저항으로 효율이 좋지 못한 단점이 있다.

또한 종래의 모터는 유도 전동기와 비슷하여 아주 큰 적층 코어가 스테이터와 회전자에 모두 사용되어 모터의 무게가 아주 무겁고, 체적대비 파워 밀도가 낮고 부피가 크며, 용량 조절이 용이하지 않으며, 생산 및 조립이 어렵고, 회생제동으로 일부 에너지를 회수하나, 모터 코어에 의한 코깅 및 자기 저항으로 인해 발전기로 사용시 효율이 떨어지며, 별도의 발전기를 부착하지 않는 한 운전 중 상시 발전을 하지 못 하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록번호 제10-0803570호 등록특허공보

본 발명은 상기와 같은 종래의 모터 기술이 가지는 여러 가지 문제점을 동시에 해결하여 출력밀도가 높으며, 자동차등 EV(Electric Vehicle)에 적용되어 운전 중 상시 발전이 가능하며, 모듈화 구성으로 생산 및 조립이 쉽고, 쉽게 다단 구성이 가능하여 출력 용량 조절이 용이하며, 영구자석으로부터 나오는 Flux를 직접 이용하므로 고 토오크이며, 코깅 및 코어의 히스테리시스로 인한 자기 저항이 없으며, 영구자석형 모터이므로 제어를 통하여 전자브레이크나 ABS의 기능까지도 겸할 수 있는 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 축과, 상기 축이 삽입 고정되는 스테이터허브를 가지는 스테이터와, 베어링을 매개로 상기 스테이터에 회전 가능하게 구비되는 엔드로터는 축방향으로 스테이터의 양단에 배치되고, 다수의 영구자석과 환형 판상의 백아이언을 포함하는 엔드로터부가 하우징과 결합되어 일체로 회전하고, 스테이터는 원주 방향에 환상으로 배치되는 단상 또는 다상으로 독립적으로 구동되는 1열 이상의 코일부를 가지며, 축방향으로 스테이터와 스테이터 사이에 위치하여, 베어링을 매개로 스테이터에 회전 가능하게 구비되는 미드로터가 스테이터 사이에 다단으로 구성되거나 미드로터 없이, 구성되는 것을 특징으로 하는 모터를 제공한다.

그리고 본 발명은 축에 삽입 고정되는 엔드로터허브와 백아이언을 포함하는 엔드로터는 하우징의 축방향 양단 중심에 설치되는 베어링을 매개로 회전 가능하게 구비되고, 하우징의 측벽에 일단 또는 다단으로 설치 고정되는 스테이터는 원주 방향에 환상으로 배치되는 단상 또는 다상으로 독립적으로 구동되는 1열 이상의 코일부를 가지며, 스테이터 사이에 미드로터 없이 일단으로 스테이터만 설치되거나, 스테이터 사이에 미드로터가 다단으로 배치되어 축과 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 모터를 제공한다.

상기에서, 일단 또는 다단으로 배치되는 스테이터는 원주 방향에 환상으로 배치되는 단상 또는 다상으로 독립적으로 구동되는 1열 이상의 코일부를 가지며, 스테이터의 최외각에 배치되는 코일부와 합치하는 복수의 영구자석이 일단 또는 다단으로 하우징 측벽에 설치되어 회전부를 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 스테이터베이스는 스테이터허브를 포함하는 스테이터가 환상으로 배치된 1개의 코일부로, 다단으로 구성되고, 다단으로 구성된 스테이터 중 일부 단의 스테이터를 독립된 전기 배선을 통하여 발전기로 사용하거나, 상기 스테이터가 2개 이상의 코일부를 갖는 경우 코일부를 각각 모터나 발전기로 독립 또는 조합 구동하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 스테이터는 스테이터베이스 뿐만 아니라 스테이터허브에도 코일부가 형성될 수 있으며, 스테이터허브는 복열의 코일부를 독립적으로 구동하기 위하여 다단 적층시 제1커넥터부와 제2커넥터부가 결합되어 전기적으로 연결되고 냉각 관로 또한 같이 방식으로 연결되는 냉각용 커넥터부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 스테이터베이스에는 전기적 배선에 편의를 위하여, 전자 회로가 구성된 PCB(Printed Circuit Borad)가 스테이트베이스에 부착될 수도 있다. 스테이터베이스는 코일부의 위 아래에 각각 설치되고 간격유지를 위하여 스페이서는 파이프 형태로 코일부 내측과 외측에 설치되어 밀폐 공간을 형성하고 냉각 유체를 순환시켜 코일부만 집중적으로 냉각하거나, 스페이서를 로드(Rod) 형태로 만들어 볼트 결합하여 밀폐 공간 형성 없이 모터 내부 전체를 냉각 유체로 냉각하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 스테이터에 구비되는 코일부는 스테이터베이스 또는 스테이터허브에 수평 또는 수직으로 배치되고, 코일부를 중간에 두고 마주하게 설치되는, 일측에 영구자석을 포함하는 백아이언은 회전 가능하게 축 방향으로 일측이 개구된 'ㄷ자 단면이거나 두 개로 분리된 일자(ㅣ)형 단면으로 미드로터나 엔드로터에 설치되어, 회전시 자기 히스테리시스가 발생하지 않아, 자기저항(Magnetic resistance)없이 회전하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 미드로터는 미드로터플레이트가 비철 금속으로 만들어지면 백아이언이 추가로 포함되어 영구자석이 부착되거나, 영구자석이 미드로터플레이트의 일면에만 부착 또는 몰딩 될 수 있고, 스테이터의 코일부가 코어리스로 파이프 형태로 축방향에 평행하게 설치되고, 미드로터허브는 스틸로 제작되어, 코일부의 내측과 외측을 마주하도록 축방향으로 일측이 개구된 ㄷ자 단면을 갖고, 코일과 마주하는 일면 또는 양면에 영구자석을 부착하여, 백아이언 없이 회전부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 스테이터는 하나 이상의 모터 코일부를 가지며, 로터가 일단 또는 다단으로 구성되고, 모터 하우징 내부 또는 외부에 상기 모터의 회전 가능한 축이나 엔드로터를 연장하여 발전기의 회전자를 구성하거나, 외부 발전기를 직결하여 각각 모터와 발전기로 동시에 구동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 모터에 의하면 레디알(Radial) 방식에 비해 출력밀도가 4배 이상 높으며, 자동차에 적용될 시 주행 중 상시 발전이 가능하고, 모듈화 구성으로 생산 및 조립이 쉽고, 쉽게 다단 구성이 가능하여 용량 조절이 용이하며, 고 토크이며, 코깅 및 히스테리시스에 의한 자기저항이 없어, 발전 효율이 높고, 영구자석형 모터여서, 별도의 브레이크 없이 전자브레이크로 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 모터의 제1 실시예의 개략적 단면도이며,
도 2는 본 발명 모터를 이루는 스테이터를 도시한 개략적인 단면도이며,
도 3은 본 발명 모터를 이루는 스테이터의 변형 예를 도시한 개략적인 단면도이며,
도 4는 본 발명에 따르는 모터의 제2 실시예의 개략적 단면도이며,
도 5는 본 발명에 따르는 모터의 제3 실시예의 개략적 단면도이며,
도 6은 본 발명에 따르는 모터의 제4 실시예의 개략적 일부 구성 단면도이며,
도 7은 본 발명에 따르는 모터의 제5 실시예의 개략적 단면도이다.

본 발명의 설명에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

본 발명의 설명에 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 발명의 설명에 사용되는 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

본 발명의 설명에 사용되는 "제1" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 설명에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 결합될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 결합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 모터에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 설명에 있어서, 종래 기술에서 설명된 내용과 모터 일반에 대한 내용에 대한 기재는 생략한다.

설명의 편의를 위하여, 이하의 설명에서 도 1의 가로 방향을 반경 방향으로 설명하며, 세로 방향을 축 방향으로 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 모터(100)는 하우징(120)과, 축(110)과, 스테이터(140)와, 로터부를 포함한다.

상기 하우징(120)은 축 방향 일측 또는 양측으로 개구된 중공체로 구비된다. 상기 하우징(120)의 단면은 원형으로 형성된다. 상기 하우징(120)의 단면은 오각형, 육각형 등의 다른 형상으로 형성될 수도 있다. 상기 하우징(120)의 축 방향 개구부에는 도 6과 같이 적어도 일측 단부에 결합되어 하우징(120) 내측에 내부 공간을 형성하는 원판상의 커버가 구비될 수 있다. 상기 하우징(120)의 단면이 오각형, 육각형 등의 다른 형상이면, 상기 커버는 하우징(120)의 단면과 동일한 형태로 형성된다. 상기 하우징(120)은 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 또는 플라스틱으로 제조된다.

상기 축(110)은 축 방향으로 연장된 원통형의 중공체 또는 막대 형상으로 구비된다. 상기 축(110)은 상기 하우징(120)을 축 방향으로 관통하여 축 방향 양측이 하우징(120)으로부터 돌출 구비된다.

상기 스테이터(140)는 상기 하우징(120)의 내부 공간에 구비된다. 상기 스테이터(140)는 링 형태로 구비된다. 상기 스테이터(140)에 축(110)이 삽입되며 스테이터(140)는 축(110)에 고정되어 구비된다. 상기 스테이터(140)는 복수로 구비되며 축 방향으로 적층되어 구비된다.

상기 스테이터(140)는 기존의 전기강판을 적층하거나 투자율이 좋은 철이나 페라이트 같은 통코어를 이용하여 코일을 권선하는 코어형과 보빈에 또는 보빈없이 코일만으로 구성된 코어리스 권선체로 스테이터를 구성할 수 있으며, 코어리스 스테이터의 제작방법은 방법은 기존의 장주형, 능형, 플하버법에 Self bonding coil을 적용하거나 일반코일에 바니쉬 및 내열 에폭시 함침 등을 하거나, 동박 Film을 말아 성형하는 Film법 등 다양한 방법이 공개되어 있으므로 코어리스 스테이터에 대한 더 이상의 설명은 생략하며, 코어리스 스테이터는 하우징(120)에 일체형 또는 분리형으로 결합될 수 있다.

상기 스테이터(140)는 스테이터허브(141)와, 스테이터베이스(143)와, 코일(145)을 포함하여 이루어진다.

상기 스테이터허브(141)는 축 방향으로 개구된 원통형의 중공체로 구비된다. 상기 스테이터허브(141)에는 상기 축(110)이 삽입되어 고정 구비된다. 상기 스테이터허브(141)의 측방에는 반경 방향으로 관통된 고정공(1417)이 형성되고 결합볼트(149)가 삽입되어 축(110)에 고정 결합된다. 상기 고정공(1417)은 복수로 형성되어 원주 방향을 따라 이격되어 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터허브(141)에는 축 방향 일측에 제1커넥터부(1411)가 구비되고, 타측에 제2커넥터부(1413)가 구비된다. 상기 제1커넥터부(1411)와 제2커넥터부(1413)는 서로 연결된 전선으로 구비된다. 상기 제1커넥터부(1411)는 축 방향으로 돌출된 돌기 형태로 형성되며, 제2커넥터부(1413)는 축 방향으로 오목한 홈으로 형성된다. 상기 제1커넥터부(1411)는 축 방향으로 오목한 홈으로 형성되고, 제2커넥터부(1413)는 축 방향으로 돌출된 돌기 형태로 형성될 수 있다. 상기 제1커넥터부(1411)는 이웃하는 스테이터(140)의 스테이터허브(141)의 제2커넥터부(1413)에 결합되고, 제2커넥터부(1413)는 이웃하는 스테이터(140)의 스테이터허브(141)의 제1커넥터부(1411)에 결합되어 전기적으로 연결된다.

또한, 스테이터 허브(141)는 유체 냉각을 위한 파이를 포함할 수 있으며, 전기 커넥터와 같이 파이프를 기계적 파이프 피팅(fitting)장치를 통하여 냉각 라인을 구성할 수도 있다.

도 1에서, 상기 스테이터베이스(143)는 상기 스테이터허브(141)의 반경 방향 외측으로 구비된다. 상기 스테이터베이스(143)는 원판 형태로 형성된다. 상기 스테이터허브(141)에는 상기 고정공(1417)으로부터 축 방향으로 이격되어 반경 방향 외향 돌출된 결합부가 형성되고, 스테이터허브(141)가 스테이터베이스(143)에 삽입되어 구비된다. 상기 스테이터베이스(143)는 내측이 상기 스테이터허브(141)의 결합부에 결합볼트(149)로 체결되어 고정 구비된다.

도 2에서 도면부호 148은 케이블을 도시한 것으로, 상기 케이블(148)의 일단은 스테이터베이스(143)에 연결되고, 타단은 스테이터허브(141)에 구비되는 전선에 연결된다.

상기 코일(145)은 상기 스테이터베이스(143)에 원주 방향을 따라 환형으로 필요에 따라 단상 또는 3상으로 배치된다. 상기 코일(145)은 상기 스테이터베이스(143)에 축 방향으로 관통된 보빈(147)에 감기어 구비된다. 상기 보빈(147)의 축 방향 양단에는 원판형인 보빈플랜지(1471)가 구비되며, 상기 코일(143)은 상기 보빈플랜지(1471) 사이에서 보빈(147)에 감기어 구비된다. 통상 보빈 관통부에는 자기력 향상을 위해 코어가 삽입 설치된다. 상기 보빈(147)은 도 6과 같이 스테이터베이스(143)의 축 방향 일측으로 돌출된 형태로 고정되고, 코일(145)이 감기어 구비될 수도 있다. 또한 스테이터(140)의 극수를 형성하는 코일(145)은 보빈이나 철심코어 없이 코일만으로 코어리스 형태로도 구성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터(140)는 상기 스테이터허브(141)에 축 방향으로 이격되어 복수의 스테이터베이스(143)가 구비될 수 있다. 상기 코일(145)은 축 방향으로 스테이터베이스(143) 사이에 위치한다. 상기 케이블(148)은 축 방향 일측의 스테이터베이스(143)에 연결되며, 축 방향 양측의 스테이터베이스(143)에 연결될 수도 있다.

상기 스테이터(140)에는 코일(145)의 반경 방향 외측에 스페이서(142)가 더 구비된다. 상기 스페이서(142)는 축 방향 양측이 스테이터베이스(143)에 결합된다. 상기 스페이서(142)는 결합볼트(149)로 스테이터베이스(143)에 결합된다.

상기 스페이서(142)는 막대 형태로 원주 방향을 따라 복수개 구비된다. 상기 스페이서(142)는 원통형으로 구비될 수 있으며, 결합볼트(149)는 축 방향 양측에서 원주 방향을 따라 이격되어 스페이서(142)와 스테이터베이스(143)를 결합시킨다. 상기 스페이서(142)에 의해 스테이터베이스(143)의 강성이 유지되며, 상기 스테이터베이스(143) 사이의 간격이 일정하게 유지된다. 또한, 스페이서(142)는 파이프 형태로 반경 방향으로 코일부 내측과 외측에 배치되어 코일부를 감싸는 밀폐 공간을 형성하고 여기에 냉각 유체를 순환시켜 코일부만 집중적으로 냉각시키는 냉각 챔버 기능도 할 수 있다.

상기 로터부는 베어링(101)을 매개로 상기 스테이터(140)에 회전 가능하게 구비된다. 상기 로터부는 하우징(120)의 내측에 결합되어 상기 하우징(120)과 일체로 회전한다. 상기 로터부는 엔드로터(130)와 미드로터(150)로 이루어진다.

상기 로터부는 축 방향으로 상기 스테이터(140)의 양측 외측에 구비되는 엔드로터(130)와 스테이터(140) 사이에 구비되는 미드로터(150)로 이루어진다. 상기 로터부는 스테이터(140) 사이에 미드로터(150)가 위치하고, 양 외측의 스테이터(140) 외측으로 엔드로터(130)가 위치하는 구조로 다단으로 형성된다.

상기 엔드로터(130)는 베어링(101)을 매개로 스테이터(140) 또는 축(110)에 회전 가능하게 구비된다. 상기 엔드로터(130)는 엔드로터허브(132)와, 엔드로터플레이트(131)와, 백아이언(133)과, 영구자석(135)을 포함하여 이루어진다.

상기 엔드로터허브(132)는 링 형상으로 구비된다. 상기 엔드로터허브(132)의 내측에는 엔드로터허브(132)와 스테이터허브(141) 사이에 베어링(101)이 삽입 설치되어 베어링(101)을 매개로 스테이터(140)에 회전 가능하게 구비된다.

상기 엔드로터플레이트(131)는 엔드로터허브(132)의 반경 방향 외측으로 구비된다. 상기 엔드로터플레이트(131)는 원판형으로 구비된다. 상기 엔드로터플레이트(131)는 플라스틱 등의 재질로 이루어진다.

상기 영구자석(135)은 상기 엔드로터플레이트(131)의 코일(145)을 향하는 쪽에 원주 방향을 따라 배치되고, 스테이터(140)를 구성하는 극수에 따라 단상 또는 삼상으로 구성 배치된다. 상기 영구자석(135)과 엔드로터플레이트(131) 사이에는 원판형인 백아이언(133)이 구비된다. 상기 백아이언(133)은 철판 또는 투자율이 좋은 페라이트 같은 재료로 형성된다. 상기 백아이언(133)은 환상으로 배치되는 이웃하는 영구자석(135)은 물론, 스테이터(140)를 건너 마주하여 다른 미드로터(150)의 영구자석(135)과도, 축 방향으로 자기회로를 구성하게 된다.

상기 미드로터(150)는 복수의 스테이터(140) 사이에 위치한다. 상기 미드로터(150)는 하나 이상 구비된다. 상기 미드로터(150)는 베어링(101)을 매개로 스테이터(140)에 회전 가능하게 구비된다. 상기 미드로터(150)는 미드로터허브(152)와, 미드로터플레이트(151)와, 영구자석(153)을 포함하여 이루어진다.

상기 미드로터허브(152)는 링 형상으로 구비된다. 상기 미드로터허브(152)의 내측에는 미드로터허브(152)와 스테이터허브(141) 사이에 베어링(101)이 삽입 설치되어 베어링(101)을 매개로 스테이터(140)에 회전 가능하게 구비된다.

상기 미드로터플레이트(151)는 미드로터허브(152)의 반경 방향 외측으로 구비된다. 상기 미드로터플레이트(151)는 원판형으로 구비된다.

상기 영구자석(153)은 상기 미드로터플레이트(151)의 축 방향 양측에 원주 방향을 따라 단상 또는 삼상으로 스테이터(140)의 극수에 따라 배치되고, 스테이터(140)를 사이에 두고 축 방향으로 마주하는 엔드로터(130)와 미드로터(150) 및 미드로터(150)와 미드로터(150)에 구비되는 영구자석(135, 153)은 서로 반대의 극성을 가지도록 배열된다.

본 발명에 따르는 모터(100)는 축(110)과 스테이터(140)에 베어링을 매개로 엔드로터(130)와 다단 적층된 미드로터(150)가 하우징과 함께 일체로 회전부를 구성하고 각각의 엔드로터(130)와 미드로터(150)에 수평 수직 방향으로 자기회로가 구성되어 회전하므로 코깅 및 자기손실이 거의 없어 부드러운 회전이 가능하고 발전기로 사용시 자기 저항 없이 회전 가능하여 모터의 토오크 손실을 최소화하면서 발전할 수 있는 장점이 있다. 또 스테이터(140)와 엔드로터(130) 및 미드로터(150)의 모듈화 구성으로 생산 및 조립이 쉽고, 쉽게 다단 구성이 가능하여 용량 조절이 용이하며, 영구자석형 모터이므로 스테이터(140) 코일(145)부를 전자적으로 제어하여 ABS 나 브레이크로도 작동시킬 수 있다.

이하에서는 상기 모터(100)의 변형 예에 대하여 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터(140)는 축(110)에 고정되어 구비된다. 상기 스테이터(140)는 축 방향으로 이격된 복수의 스테이터베이스(143)가 구비되고, 상기 스테이터베이스(143) 사이에 코일(145)이 구비된다.

상기 코일(145)은 반경 방향으로 이격되고 원주 방향을 따라 정렬되어 복열로 구비된다. 상기 코일(145)이 복열로 구비됨으로써 상기 엔드로터(130)에 구비되는 영구자석(135)과 미드로터(150)에 구비되는 영구자석(153)도 복열로 구비된다. 상기와 같이, 코일(145)과 영구자석(135, 153)이 복열로 구비되는 모터(100)는 1열로 구비되는 모터(100)에 비하여 출력이 향상된다.

상기 모터(100)는 코일(145)과 영구자석(135, 153)이 복열로 구비됨으로써 모터(100)가 차량에 설치되는 경우, 부하나 속도에 따라 내측 또는 외측의 입력 전력을 독립적으로 제어하여 주행할 수 있으며,예를 들어 차량의 속도가 고속이 되면

관성으로 주행이 되도록 복열중 한쪽만 작동시켜 최소 에너지로 주행이 가능하도록 하고, 출발이나 저속에서는 큰 힘이 필요하므로 복열 모두 모터를 작동시키면 된다, 복수의 코일(145)열중 어느 한쪽의 전원을 차단하면 바로 발전기로 동작하므로 발전된 전기는 구동 모터로 다시 인가되거나 배터리에 전기가 저장될 수도 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(120)은 상기 축(110)에 베어링(101)을 매개로 회전 가능하게 구비된다. 상기 스테이터(140)는 링 형상으로 형성되며, 반경 방향 외측이 하우징(120)에 고정되어 구비된다.

상기 스테이터(140)의 스테이터허브(141)는 반경 방향 외측이 하우징(120)에 결합볼트(149)로 고정 결합되며, 상기 스테이터베이스(143)는 스테이터허브(141)의 반경 방향 내측에 구비된다. 상기 스테이터베이스(143)의 반경 방향 내측 단부는 축(110)으로부터 반경 방향으로 이격되어 위치한다.

상기 엔드로터(130)는 엔드로터허브(132)에 축(110)이 삽입되어 축(110)과 일체로 회전하며, 상기 미드로터(150)는 미드로터허브(152)에 축(110)이 삽입되어 축(110)과 일체로 회전한다. 일반 모터와 같이 출력은 축(110)을 통하여 나오게 된다. 또한 하우징(120)을 관통하는 전선과 냉각 Line은 스테이터허브(141)의 커넥터를 통하여 연결되며, 냉각 유체를 순환시켜 스테이터(140)의 코일부(145)만 냉각시키거나 모터(100) 내부 전체를 냉각시킬 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 축(110)에 결합되는 스테이터(140)는 복수로 구비되고, 상기 로터부는 스테이터(140) 사이에 위치하며 베어링(101)을 매개로 스테이터(140)에 회전 가능하게 구비되는 하나 이상의 엔드로터(130)를 포함하며, 스테이터(140) 사이에도 엔드로터(130)가 구비되어 다단으로 형성된다.

상기 스테이터(140)를 구성하는 코일부는 반경 방향으로 이격되고 원주 방향을 따라 환상으로 배치되어 단상 또는 삼상으로 극수를 형성하며 복수열로 구비된다.

상기 복수열의 코일부중 반경 반향으로 가장 내측에 있는 코일(142)은 코어리스 형태로 파이프 형상으로 구성되는 코어리스 스테이터의 단면을 나타낸 것이며 반경 방향으로 코일(142)의 내측과 외측에 배치되어 영구자석(139)을 포함하는 백아이언(132)이 엔드로터(130)와 미드로터(150) 각각 구비된다.

또한, 스테이터(140)에 설치되는 코일부는 보빈이나 코어를 포함하거나 보빈이나 코어(147) 없이 코어리스 형태로 자속(Flux)이 축방향 이나 반지름 방향으로 나가도록 배치될 수 있다. 스테이터(140)의 반지름 방향으로 최외각에 수평으로 설치되어 스테이터의 극을 구성하는 코일(142)는 영구자석(139)을 포함하는 파이프 형태의 백아이언(1371)이 코일(142)의 내측과 외측에 마주하도록 로터부에 구비된다.

상기 백아이언은 일체형이나 분리형으로 구성할 수 있으며 일체형으로 구성하면 백아이언(137)과 같이 단면이 축 방향으로 스테이터(140)를 향하여 개구되어, ‘ㄷ’자 컵형태를 가지면, 분리형으로 만들면 파이프 형태로 백아이언(1371)과 같이 압입 고정된다. 스테이터(140)의 극수에 따라 환형으로 로터에 배치는 복수의 영구자석(139)은 큰 토오크 발생과 회전시 원심력으로 자석이 비산되지 않도록 반경 방향으로 외측 백아이언의 내측에 설치되는 것이 바람직하다.

스테이터(140)에 설치되는 코일(142)의 자속(Flux)이 수평(반지름)방향으로 나가도록 설치되는 경우, 코일(142)과 마주하도록 영구자석(139)이 포함된 백아이언(137)과 백아이언(1371)은, 회전부와 결합되어 동시에 회전하기 때문에 자기 히스테리시스의 발생 없이 자기회로를 형성하여, 자기저항 없이 부드러운 회전이 가능하고, 코일(146)은 자속(Flux)이 축 방향으로 로터간 순환하므로. 축 방향으로 자기회로가 형성되고, 다단 로터가 일체형이므로 원주 방향으로 자기 히스테리시스가 발생시키지 않아, 회전시 자기 저항이 없는 부드러운 회전이 가능해진다.

따라서 본 고안에 적용된 회전부는 모두 자기저항 없이 부드러운 회전이 가능하여, 다단으로 구성되는 스테이터(140)의 복열의 코일(142)부가 모터와 발전기로 각각 동시에 가동될 경우에도 모터의 토오크 손실을 최소화하면서 고효율의 발전기와 모터로 동시에 사용할 수 있게 된다.

100: 모터 110: 축
120: 하우징 130: 엔드로터
140: 스테이터 150: 미드로터

Claims

축(110)과, 상기 축(110)이 삽입 고정되는 스테이터허브(141)를 가지는 스테이터(140)와, 베어링(101)을 매개로 상기 스테이터(140)에 회전 가능하게 구비되는 엔드로터(130)는 축방향으로 스테이터(140)의 양단에 배치되고, 다수의 영구자석(135)과 환형 판상의 백아이언(133)을 포함하는 엔드로터(130)부가 하우징(120)과 결합되어 일체로 회전하고, 스테이터(140)는 원주 방향에 환상으로 배치되는 단상 또는 다상으로 독립적으로 구동되는 1열 이상의 코일부(145)를 가지며, 축방향으로 스테이터(140)와 스테이터(140) 사이에 위치하여, 베어링(101)을 매개로 스테이터(140)에 회전 가능하게 구비되는 미드로터(150)가 스테이터(140) 사이에 다단으로 구성되거나 미드로터(140) 없이, 구성되는 것을 특징으로 하는 모터(100).
축(110)에 삽입 고정되는 엔드로터허브(132)와 백아이언(133)을 포함하는 엔드로터(130)는 하우징(120)의 축방향 양단 중심에 설치되는 베어링(101)을 매개로 회전 가능하게 구비되고, 하우징(120)의 측벽에 일단 또는 다단으로 설치 고정되는 스테이터(140)는 원주 방향에 환상으로 배치되는 단상 또는 다상으로 독립적으로 구동되는 1열 이상의 코일부(145)를 가지며, 스테이터(140) 사이에 미드로터(150) 없이 일단으로 스테이터(140)만 설치되거나, 스테이터(140) 사이에 미드로터(150)가 다단으로 배치되어 축(110)과 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 모터(100).
제1 항에 있어서, 일단 또는 다단으로 배치되는 스테이터(140)는 원주 방향에 환상으로 배치되는 단상 또는 다상으로 독립적으로 구동되는 1열 이상의 코일부(145)를 가지며, 스테이터(140)의 최외각에 배치되는 코일부(145)와 합치하는 복수의 영구자석(135)이 일단 또는 다단으로 하우징(120) 측벽에 설치되어 회전부를 구성하는 것을 특징으로 하는 모터(100).
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이터베이스(143)는 스테이터허브(141)를 포함하는 스테이터(140)가 환상으로 배치된 1개의 코일(145)부로, 다단으로 구성되고, 다단으로 구성된 스테이터(140)중 일부 단의 스테이터(140)를 독립된 전기 배선을 통하여 발전기로 사용하거나, 상기 스테이터(140)가 2개 이상의 코일부(145)를 갖는 경우 코일부(145)를 각각 모터나 발전기로 독립 또는 조합 구동하는 것을 특징으로 하는 모터(100).
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이터(140)는 스테이터베이스(143) 뿐만 아니라 스테이터허브(141)에도 코일부(145)가 형성될 수 있으며, 스테이터허브(141)는 복열의 코일부를 독립적으로 구동하기 위하여 다단 적층시 제1커넥터부와 제2커넥터부가 결합되어 전기적으로 연결되고 냉각 관로 또한 같이 방식으로 연결되는 냉각용 커넥터부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 스테이터베이스(132)는 코일부(145)의 위 아래에 각각 설치되고 간격유지를 위하여 스페이서(142)는 파이프 형태로 코일부(145) 내측과 외측에 설치되어 밀폐 공간을 형성하고 냉각 유체를 순환시켜 코일부(145)만 집중적으로 냉각하거나, 스페이서(132)를 로드(Rod) 형태로 만들어 볼트 결합하여 밀폐 공간 형성 없이 모터(100) 내부 전체를 냉각 유체로 냉각하는 것을 특징으로 하는 모터(100).
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이터(140)에 구비되는 코일부(145)는 스테이터베이스(132) 또는 스테이터허브(141)에 수평 또는 수직으로 배치되고, 코일부(145)를 중간에 두고 마주하게 설치되는, 일측에 영구자석(135)을 포함하는 백아이언(137)은 회전 가능하게 축 방향으로 일측이 개구된 'ㄷ자 단면이거나 두 개로 분리된 일자(ㅣ)형 단면으로 미드로터(150)나 엔드로터(130)에 설치되어, 회전시 자기 히스테리시스가 발생하지 않아, 자기저항(Magnetic resistance) 없이 회전하는 것을 특징으로 하는 모터(100).
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 미드로터(150)는 미드로터플레이트(151)가 비철 금속으로 만들어지면 백아이언(137)이 추가로 포함되어 영구자석이 부착되거나, 영구자석이 미드로터플레이트(151)의 일면에만 부착 또는 몰딩 될 수 있고, 스테이터(140)의 코일부가 코어리스로 파이프 형태로 축방향에 평행하게 설치되고, 미드로터허브(141)는 스틸로 제작되어, 코일부의 내측과 외측을 마주하도록 축방향으로 일측이 개구된 ㄷ자 단면을 갖고, 코일과 마주하는 일면 또는 양면에 영구자석을 부착하여, 백아이언 없이 회전부를 형성하는 것을 특징으로 하는 모터(100).
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 스테이터(140)는 하나 이상의 모터 코일부(145)를 가지며, 로터가 일단 또는 다단으로 구성되고, 모터 하우징(120) 내부 또는 외부에 상기 모터(100)의 회전 가능한 축(110)이나 엔드로터(130)를 연장하여 발전기의 회전자를 구성하거나, 외부 발전기를 직결하여 각각 모터와 발전기로 동시에 구동하는 것을 특징으로 하는 모터(100).