WO2018012885A1 - 로터 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

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WO2018012885A1
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magnet
rotor core
angle
circumferential surface
rotor
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PCT/KR2017/007479
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우승훈
이중규
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • Embodiments relate to a rotor and a motor comprising the same.
  • the electric steering system is a device that enables the driver to drive safely by ensuring the vehicle's turning stability and providing fast resilience.
  • the electric steering device controls the driving of the steering shaft of the vehicle by driving a motor through an electronic control unit (ECU) according to the driving conditions detected by the vehicle speed sensor, the torque angle sensor, and the torque sensor.
  • ECU electronice control unit
  • the motor includes a stator and a rotor.
  • the stator may include teeth forming a plurality of slots, and the rotor may include a plurality of magnets facing the teeth. Adjacent tees are spaced apart from each other to form a slot open.
  • cogging torque may occur due to a difference in permeability between air of the stator, which is a metal material, and air of a slot open, which is an empty space, while the rotor rotates. Since this cogging torque causes noise and vibration, reducing cogging torque is most important for improving the quality of the motor.
  • torque ripple may occur at high speeds, which causes vibration problems in the steering apparatus.
  • an embodiment is to solve the above problems, and an object thereof is to provide a motor that can reduce cogging torque and torque ripple.
  • Embodiments to be solved by the embodiments are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned herein will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
  • Embodiment for achieving the above object a cylindrical rotor core and a plurality of magnets disposed surrounding the outer peripheral surface of the rotor core, the magnet,
  • a rotor having a second angle formed by first and second extension lines extending from an end point to a center point of the rotor core, and having a ratio of the second angle to the first angle of 0.87 to 0.93.
  • the magnet may be six.
  • the magnet may be eight.
  • it may further include a can member for receiving the rotor core and the magnet.
  • the plurality of magnets are disposed in one stage on the outer circumferential surface of the rotor core, and the plurality of magnets may be arranged spaced apart from each other at a predetermined interval.
  • the height of the rotor core and the height of the magnet on the longitudinal cross section of the rotor core and the magnet may be the same.
  • a rotor including a rotation shaft, a hole into which the rotation shaft is inserted, a stator disposed on the outside of the rotor, the rotor is a rotor core surrounding the rotation shaft, and the rotor core And a magnet disposed on an outer circumferential surface of the stator, wherein the stator includes a stator core having a plurality of teeth, wherein the number of vibrations of the cogging torque waveform during a unit rotation is twice the minimum common multiple of the number of magnets and the number of teeth. have.
  • the magnet has an inner circumferential surface in contact with an outer circumferential surface of the rotor core, and when the angle obtained by dividing an angle formed by the outer circumferential surface of the rotor core by the number of magnets is a first angle, the rotor core and the magnet A motor having a second angle formed by first and second extension lines extending from both end points of the inner circumferential surface of the magnet to a center point of the rotor core on a cross section of the second cross section, wherein a ratio of the second angle to the first angle is 0.87 to 0.93; Can be.
  • the magnet is six, the teeth may be nine.
  • the magnet is eight, the teeth may be twelve.
  • it may further include a can member for receiving the rotor core and the magnet.
  • the plurality of magnets are disposed in one stage on the outer circumferential surface of the rotor core, and the plurality of magnets may be arranged spaced apart from each other at a predetermined interval.
  • the height of the rotor core and the height of the magnet on the rotor core longitudinal section and the longitudinal section of the magnet may be the same.
  • a rotor including a rotation shaft, a hole into which the rotation shaft is inserted, a stator disposed on the outside of the rotor, the rotor is a rotor core surrounding the rotation shaft, and the rotor core And a magnet disposed on an outer circumferential surface of the magnet, wherein the magnet has an inner circumferential surface in contact with an outer circumferential surface of the rotor core, and an angle obtained by dividing an angle formed by the outer circumferential surface of the rotor core by the number of magnets is a first angle.
  • a second angle formed by first and second extension lines extending from both ends of the inner circumferential surface of the magnet to a center point of the rotor core on a cross section of the rotor core and the magnet, and the ratio of the second angle to the first angle May be 0.87 to 0.93.
  • the number of vibrations of the cogging torque waveform during unit rotation may be twice the minimum common multiple of the number of magnets and the number of teeth of the stator.
  • the magnet is six, the teeth may be nine.
  • the magnet is eight, the teeth may be twelve.
  • it may further include a can member for receiving the rotor core and the magnet.
  • the plurality of magnets are disposed in one stage on the outer circumferential surface of the rotor core, and the plurality of magnets may be arranged spaced apart from each other at a predetermined interval.
  • the height of the rotor core and the height of the magnet on the longitudinal cross section of the rotor core and the magnet may be the same.
  • An embodiment for achieving the above object comprises a cylindrical rotor core and a plurality of magnets disposed surrounding the outer circumferential surface of the rotor core, the magnet has an inner circumferential surface in contact with the outer circumferential surface of the rotor core, A first angle obtained by dividing an angle formed by an outer circumferential surface of a core by the number of magnets, and extending from the two end points of the inner circumferential surface of the magnet to a center point of the rotor core on a cross section of the rotor core and the magnet;
  • the rotor may have a second angle formed by a second extension line, and the ratio of the second angle to the first angle is 0.92 to 0.95.
  • the radius of curvature of the outer peripheral surface of the magnet is called a first radius
  • the radius of curvature of the inner peripheral surface of the magnet is called a second radius
  • the ratio of the first radius may be 0.5 to 0.7.
  • the center of curvature of the outer peripheral surface of the magnet with respect to the radial direction of the rotor core may be disposed outside the center of curvature of the inner peripheral surface of the magnet.
  • the center of curvature of the outer peripheral surface of the magnet and the center of curvature of the inner peripheral surface of the magnet with respect to the radial direction of the rotor core may be arranged on the same line.
  • the magnet may be six.
  • the magnet may be eight.
  • it may further include a can member for receiving the rotor core and the magnet.
  • the plurality of magnets are disposed in one stage on the outer circumferential surface of the rotor core, and the plurality of magnets may be arranged spaced apart from each other at a predetermined interval.
  • the height of the rotor core and the height of the magnet on the longitudinal cross section of the rotor core and the magnet may be the same.
  • An embodiment includes a cylindrical rotor core and a plurality of magnets disposed surrounding the outer circumferential surface of the rotor core, wherein the magnet has an inner circumferential surface in contact with an outer circumferential surface of the rotor core, and a cross section of the rotor core and the magnet.
  • the ratio of the first radius to the second radius may be 0.5 to 0.7. .
  • the center point of the rotor core at both end points of the inner circumferential surface of the magnet on the cross section of the rotor core and the magnet It has a second angle formed by the first and second extension lines extending to the ratio of the second angle to the first angle may be 0.92 to 0.95.
  • the center of curvature of the outer peripheral surface of the magnet with respect to the radial direction of the rotor core may be disposed outside the center of curvature of the inner peripheral surface of the magnet.
  • the center of curvature of the outer peripheral surface of the magnet and the center of curvature of the inner peripheral surface of the magnet with respect to the radial direction of the rotor core may be arranged on the same line.
  • the magnet may be six.
  • the magnet may be eight.
  • it may further include a can member for receiving the rotor core and the magnet.
  • the plurality of magnets are disposed in one stage on the outer circumferential surface of the rotor core, and the plurality of magnets may be arranged spaced apart from each other at a predetermined interval.
  • Embodiments include a rotor including a rotation shaft, a hole into which the rotation shaft is inserted, a stator disposed outside the rotor, the rotor surrounding a rotor shaft, and a magnet disposed on an outer circumferential surface of the rotor core.
  • the stator includes a stator core having a plurality of teeth, and the magnet has an inner circumferential surface in contact with an outer circumferential surface of the rotor core, and an angle obtained by dividing an angle formed by the outer circumferential surface of the rotor core by the number of magnets.
  • a first angle has a second angle formed by first and second extension lines extending from both ends of the inner circumferential surface of the magnet to a center point of the rotor core on a cross section of the rotor core and the magnet. It is possible to provide a motor having a ratio of the second angle to 0.92 to 0.95.
  • the radius of curvature of the outer peripheral surface of the magnet is called a first radius
  • the radius of curvature of the inner peripheral surface of the magnet is called a second radius
  • the ratio of the first radius may be 0.5 to 0.7.
  • Embodiments include a rotor including a rotation shaft, a hole into which the rotation shaft is inserted, a stator disposed outside the rotor, the rotor surrounding a rotor shaft, and a magnet disposed on an outer circumferential surface of the rotor core.
  • the magnet has an inner circumferential surface in contact with an outer circumferential surface of the rotor core, and on the cross section of the rotor core and the magnet, the radius of curvature of the outer circumferential surface of the magnet is referred to as a first radius, and the inner circumferential surface of the magnet When the radius of curvature is called a second radius, the ratio of the first radius to the second radius may be 0.5 to 0.7.
  • both ends of the inner circumferential surface of the magnet on the cross section of the rotor core and the magnet from the end points to the center point of the rotor core are a first angle
  • both ends of the inner circumferential surface of the magnet on the cross section of the rotor core and the magnet from the end points to the center point of the rotor core may be formed, and the ratio of the second angle to the first angle may be 0.92 to 0.95.
  • reducing the width of the magnet and doubling the coating main order provides an advantageous effect of significantly reducing cogging torque.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a period of a cogging torque waveform of a motor
  • FIG. 6 is a view showing a cogging torque waveform of a motor having a magnet width corresponding to a first angle
  • FIG. 8 is a view illustrating a change in a cogging torque waveform according to a decrease rate of a magnet width
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a ratio of a second angle to a second angle and a cogging torque waveform in a significant section in which cogging torque decreases.
  • FIG. 10 is a view showing comparisons of torque and torque ripple values corresponding to a decrease ratio of magnet width
  • FIG. 11 is a view showing an optimum shape of an outer circumferential surface of a magnet for reducing torque ripple
  • 15 is a graph showing torque ripple of a motor according to an embodiment in a high speed rotation condition.
  • FIG. 1 is a view showing a motor according to an embodiment.
  • 2 is a diagram illustrating a first angle and a second angle
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a first angle.
  • the motor may include a rotor 10, a stator 20, a rotation shaft 30, and a sensing magnet 40.
  • the rotor 10 rotates through electrical interaction with the stator 20.
  • the stator 20 may be coiled to cause electrical interaction with the rotor 10.
  • Specific configuration of the stator 20 for winding the coil is as follows.
  • the stator 20 may include a stator core including a plurality of teeth.
  • the stator core may be provided with an annular yoke portion, and a tooth for winding a coil in the center direction from the yoke may be provided. Teeth may be provided at regular intervals along the outer circumferential surface of the yoke portion.
  • the stator core may be formed by stacking a plurality of plates in the form of a thin steel sheet.
  • the stator core may be formed by coupling or connecting a plurality of split cores.
  • the insulator is coupled to the teeth of the stator to insulate the coil and the stator core from energizing each other.
  • the rotating shaft 30 may be coupled to the rotor 10. When electromagnetic interaction occurs between the rotor 10 and the stator 20 through the supply of current, the rotor 10 rotates and the rotation shaft 30 rotates in association with the rotation shaft 30.
  • the rotation shaft 30 is connected to the steering shaft of the vehicle. Power can be transmitted to the steering shaft.
  • the rotating shaft 30 may be supported by the bearing.
  • the sensing magnet 40 is coupled to the rotary shaft 30 to interlock with the rotor 10 to detect the position of the rotor 10.
  • the sensing magnet may include a magnet and a sensing plate. The magnet and the sensing plate can be combined to have a coaxial.
  • a sensor for detecting a magnetic force of the sensing magnet may be disposed on the printed circuit board 50.
  • the sensor may be a Hall IC.
  • the sensor detects the change of the north pole and the south pole of the main magnet or the sub magnet to generate a sensing signal.
  • the printed circuit board 50 may be coupled to the lower surface of the cover of the housing and installed on the sensing magnet so that the sensor faces the sensing magnet.
  • the rotor 10 may include a rotor core 100 and a magnet 200 coupled to the rotor core 100.
  • the rotor 10 may be classified into various types according to the coupling method of the rotor core and the magnet.
  • the motor may include a rotor of a type in which a magnet is coupled to the outer circumferential surface of the rotor core.
  • a separate can member 60 of FIG. 1 may be coupled to the rotor core to prevent separation of the magnet and increase coupling force.
  • the rotor 10 may be composed of a rotor core 100 that is a single cylindrical unit, and a magnet 200 disposed in one stage on the rotor core 100.
  • the first stage refers to a structure in which the magnet 200 may be disposed such that there is no skew on the outer circumferential surface of the rotor 10. Therefore, when referring to the longitudinal section of the rotor core 100 and the longitudinal section of the magnet 200, the height of the rotor core 100 and the height of the magnet 200 may be formed to be the same. That is, the magnet 200 may be implemented to cover the entire rotor core 100 based on the height direction.
  • the motor according to the embodiment is to reduce the width of the magnet 200 to increase the frequency of the cogging torque waveform per unit cycle, to significantly reduce the cogging torque and torque ripple.
  • the width of the magnet 200 may be defined as the length of an arc formed by the inner circumferential surface of the magnet 200 in contact with the rotor core 100.
  • a plurality of magnets 200 are attached to the outer circumferential surface of the rotor core 100.
  • the stator 20 may include a plurality of teeth 21.
  • the magnet 200 and the tooth 21 may be disposed to face each other.
  • six magnets 200 may be six-pole nine-slot motors having nine teeth 21.
  • the number of teeth 21 corresponds to the number of slots.
  • the magnet 200 may be alternately arranged N pole and S pole.
  • the number of the magnets 200 is illustrated as 6 and the number of the teeth 21 is 9, but the embodiment is not limited thereto, the number of the magnets 200 and the number of the teeth 21.
  • the number of magnets 200 may be 8 and the number of teeth 21 may be 12.
  • the inner circumferential surface 210 of the magnet 200 is in contact with the outer circumferential surface of the rotor core 100. Width of the magnet 200 of the motor according to the embodiment can be described through the first angle (R1) and the second angle (R2).
  • the first angle R1 An angle obtained by dividing 360 degrees which is an angle formed by the outer circumferential surface of the rotor core 100 by the number of magnets 200 is shown. For example, when the number of magnets 200 is six, the first angle R1 is 60 degrees.
  • the arc length of the rotor core 100 corresponding to the first angle R1 serves as a reference for setting the width of the magnet 200.
  • the actual width of the magnet 200 may be formed on the outer circumferential surface of the rotor core 100 in consideration of the width of the projection for guiding the magnet 200.
  • the second angle R2 means an angle formed by the first extension line L1 and the second extension line L2.
  • the first extension line L1 refers to an imaginary line extending from one end point of the inner circumferential surface 210 to the center point C of the rotor core 100 on the cross section of the magnet 200.
  • the cross section of the magnet 200 means a cross section of the magnet 200 cut in a direction perpendicular to the axial direction of the motor.
  • the first angle R1 is an angle used as a reference for setting the width of the conventional magnet 200
  • the second angle R2 has a width smaller than the width of the magnet 200 based on the first angle R1. It is an angle used as a reference for setting the width of the magnet 200 to have.
  • FIG. 4 is a table illustrating an increasing cogging main order according to an embodiment
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a period of a cogging torque waveform of a motor
  • FIG. 6 is a cogging of a motor having a magnet width corresponding to a first angle. It is a figure which shows a torque waveform.
  • the cogging main order corresponds to 18, which is the least common multiple of 6, the number of magnets 200, and 9, the number of slots.
  • the cogging main order means the number of vibrations of the cogging torque waveform per unit rotation (one revolution) of the motor.
  • the number of vibrations represents the number of repetitions of the cogging torque waveform forming a peak.
  • the waveform of cogging torque of a motor having 6 poles and 9 slots has a mechanical period of 20 degrees.
  • the waveform of the cogging torque has a vibration number of 1 at a mechanical period of 20 °. Therefore, when the motor rotates once, the frequency of the cogging torque waveform is 18 when the 20 ° period is referred to, and 18 is the cogging main order.
  • This cogging main order can be obtained simply, arithmetically through the least common multiple of the number of magnets 200 and the number of slots. For example, for a motor with 6 poles and 9 slots, the cogging main order is 18, the least common multiple of 6 and 9. For motors with 8 poles and 12 slots, the cogging main order is 24, the least common multiple of 8 and 12.
  • the motor according to the embodiment attempts to reduce the cogging torque by reducing the width of the magnet 200 to double the cogging main order.
  • Double the cogging main order means that the number of vibrations of the cogging torque waveform per unit cycle doubles, which means that the absolute value of the cogging torque decreases.
  • the first angle R1 is an angle used as a reference for setting the width of the conventional magnet 200
  • the second angle R2 has a width smaller than the width of the magnet 200 based on the first angle R1. It is an angle used as a reference for setting the width of the magnet 200 to have.
  • the cogging main order may be doubled.
  • FIG. 7 is a diagram showing comparisons of torque, torque ripple, and cogging torque values corresponding to a decrease ratio of magnet width.
  • the cogging torque lower than the reference line C representing the cogging torque as a target reference is measured at a point where the ratio of the second angle R2 to the first angle R1 is 0.87 to 0.93. .
  • the torque ripple is also measured at a point where the ratio of the second angle R2 to the first angle R1 is 0.87 to 0.93 and lower than the reference line B indicating the torque ripple as a target reference. .
  • the torque is measured higher than the reference line A representing the target reference torque, so that the required torque is also satisfied.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a change in a cogging torque waveform according to a decrease rate of a magnet width.
  • the cogging torque waveform is deformed as the width of the magnet 200 is reduced. That is, the cogging torque waveform is deformed as the ratio of the second angle R2 to the first angle R1 decreases from 95% to 86%.
  • the ratio of the second angle R2 to the first angle R1 is 95%
  • the number of vibrations of the cogging torque waveform does not change in one cycle in a 20 ° period, but the second angle R2 is compared to the first angle R1.
  • the ratio of) decreases to 93%
  • the deformation of the cogging torque waveform proceeds so that the number of vibrations of the cogging torque waveform is twice in a 20 ° period, and the cogging torque starts to decrease significantly.
  • the cogging torque waveform is changed so that the number of vibrations of the cogging torque waveform is repeated once in a 20 ° period.
  • the cogging torque starts to increase again.
  • the cogging torque may be most effectively lowered.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a ratio of a second angle to a second angle and a cogging torque waveform in a significant section in which cogging torque decreases.
  • the number of vibrations of the cogging torque waveform is increased by two times, thereby increasing the cogging main order by two times. Can be.
  • the number of vibrations of the cogging torque waveform is maintained at one time so that the cogging main order is not changed. It can be seen that the cogging torque cannot be reduced.
  • FIG. 10 is a diagram showing comparisons of torque and torque ripple values corresponding to a reduction ratio of magnet width.
  • the reference line B representing the torque ripple serving as a target reference point at a point where the ratio of the second angle R2 to the first angle R1 is 0.92 to 0.95 It can be seen that low torque ripple is measured.
  • the torque is measured higher than the reference line A representing the target reference torque, thereby satisfying the required torque.
  • FIG. 11 is a diagram showing an optimum shape of an outer circumferential surface of a magnet for reducing torque ripple.
  • a point on the outer circumferential surface of the magnet 200 farthest from the center C of the rotor core 100 to the outer circumferential surface of the magnet 200 is referred to as P of FIG. 11.
  • An imaginary reference line connecting the center C of the rotor core 100 and P of FIG. 11 is referred to as Z of FIG. 11.
  • the outer circumferential surface of the magnet 200 is designed to be disposed along S1 of FIG. 11.
  • S1 of FIG. 11 is a line showing the circumference which makes radius F1 the distance from the 1st origin point P1 which is separated from the center C on the reference line Z of FIG. 11 to P of FIG.
  • the outer circumferential surface of the magnet 200 of the rotor according to the embodiment is designed to be arranged along S2 of FIG. S2 of FIG. 11 is a line showing the circumference which makes the distance from the 2nd origin point P2 which is separated from the center C on the reference line Z of FIG. 11 to P of FIG. 11 the 1st radius F2.
  • the second origin P2 is disposed outside the first origin P1 in the radial direction of the rotor core 100.
  • the shape of the outer circumferential surface of the magnet 200 is to reduce the torque ripple in a high speed condition.
  • 800Hz is a state in which the motor rotates at 2900rpm, it can be seen that the torque ripple increases significantly at high speed.
  • the rotor according to the embodiment changes the shape of the outer circumferential surface of the magnet 200 to have a radius of curvature smaller than the outer circumferential surface of the general magnet, as in S2 of FIG. 11.
  • the magnet 200 may be designed such that when the second radius F3 is 1, the first radius F2 is 0.5 to 0.7.
  • the first radius F2 is the distance from the second origin P2 to P in FIG. 11 by the radius of curvature of the outer circumferential surface of the magnet 200
  • the second radius F3 is the inner circumferential surface of the magnet 200. It corresponds to the radius of curvature of.
  • the first radius F2 may be 11.2 mm
  • the second radius F3 may be 17.2 mm. . Therefore, the distance from the center C of the rotor core 100 to the second origin P2 corresponds to 8.8 mm.
  • MW of FIG. 13 represents a ratio of the second angle R2 to the first angle R1, and the MOF of FIG. 14 has a second origin P2 at the center C of the rotor core 100. Means the distance to).
  • the ratio of the second angle R2 to the first angle R1 is 0.885, and the second origin P2 is 5.3 mm at the center C of the rotor core 100.
  • the ratio of the second angle R2 to the first angle R1 is 0.93, and the second origin P2 is 8.8 mm at the center C of the rotor core 100.
  • 15 is a graph showing torque ripple of a motor according to an embodiment in a high speed rotation condition.

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Abstract

본 발명은 원통형상의 로터코어; 상기 로터코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.87 내지 0.93인 로터를 제공하여, 마그넷의 폭을 줄여, 코팅 메인 차수를 2배로 늘림으로써, 코깅 토크를 크게 절감하는 유리한 효과를 제공한다.

Description

로터 및 이를 포함하는 모터
실시예는 로터 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.
전동식 조향장치(EPS)는 차량의 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하게 하는 장치이다. 이러한 전동식 조향장치는 차속센서, 토크 앵글센서 및 토크센서 등에서 감지한 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit: ECU)를 통해 모터를 구동하여 차량의 조향축의 구동을 제어한다.
모터는 스테이터와 로터를 포함한다. 스테이터는 복수 개의 슬롯을 형성하는 티스를 포함할 수 있으며, 로터는 티스와 마주보는 복수 개의 마그넷을 포함할 수 있다. 인접하는 티스는 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.
특히, 고속 조건에서 토크 리플이 발생할 수 있는데, 이러한 토크 리플은 조향 장치의 진동문제를 야기한다.
이에, 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코깅 토크 및 토크 리플을 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, 원통형상의 로터코어와, 상기 로터코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은,
상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.87 내지 0.93인 로터를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 6개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 8개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터 코어와 상기 마그넷을 수용하는 캔부재를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어의 종단면과 상기 마그넷의 종단면 상에서 상기 로터 코어의 높이와 상기 마그넷의 높이가 동일할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 실시예는, 회전축과, 상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터와, 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터와, 상기 로터는 상기 회전축을 둘러싸는 로터코어 및, 상기 로터코어의 외주면에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 스테이터는 복수의 티스를 갖는 스테이터코어를 포함하며, 단위 회전 동안 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 상기 마그넷의 개수와 상기 티스의 개수의 최소공배수의 2배일 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은, 상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.87 내지 0.93인 모터일 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 6개이고, 상기 티스는 9개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 8개이며, 상기 티스는 12개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터 코어와 상기 마그넷을 수용하는 캔부재를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어 종단면과 상기 마그넷의 종단면 상에서 상기 로터 코어의 높이와 상기 마그넷의 높이가 동일할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 실시예는, 회전축과, 상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터와, 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터와, 상기 로터는 상기 회전축을 둘러싸는 로터코어 및, 상기 로터코어의 외주면에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.87 내지 0.93일 수 있다.
바람직하게는, 단위 회전 동안 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 상기 마그넷의 개수와 상기 스테이터의 티스의 개수의 최소공배수의 2배일 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 6개이고, 상기 티스는 9개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 8개이며, 상기 티스는 12개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터 코어와 상기 마그넷을 수용하는 캔부재를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어의 종단면과 상기 마그넷의 종단면 상에서 상기 로터 코어의 높이와 상기 마그넷의 높이가 동일할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 실시예는, 원통형상의 로터코어 및 상기 로터코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝 점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95인 로터를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서, 상기 마그넷의 외주면의 곡률반경을 제1 반지름이라 하고, 상기 마그넷의 상기 내주면의 곡률반경을 제2 반지름이라 할 때, 상기 제2 반지름 대비 상기 제1 반지름의 비율이 0.5 내지 0.7일 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어의 반경 방향을 기준으로 상기 마그넷의 외주면의 곡률중심은 상기 마그넷의 내주면의 곡률중심보다 외측에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어의 반경 방향을 기준으로 상기 마그넷의 외주면의 곡률중심과 상기 마그넷의 내주면의 곡률중심은 동일 선상에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 6개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 8개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터 코어와 상기 마그넷을 수용하는 캔부재를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어의 종단면과 상기 마그넷의 종단면 상에서 상기 로터 코어의 높이와 상기 마그넷의 높이가 동일할 수 있다.
실시예는, 원통형상의 로터코어 및 상기 로터코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서, 상기 마그넷의 외주면의 곡률반경을 제1 반지름이라 하고, 상기 마그넷의 상기 내주면의 곡률반경을 제2 반지름이라 할 때, 상기 제2 반지름 대비 상기 제1 반지름의 비율이 0.5 내지 0.7일 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝 점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95일 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어의 반경 방향을 기준으로 상기 마그넷의 외주면의 곡률중심은 상기 마그넷의 내주면의 곡률중심보다 외측에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어의 반경 방향을 기준으로 상기 마그넷의 외주면의 곡률중심과 상기 마그넷의 내주면의 곡률중심은 동일 선상에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 6개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 마그넷은 8개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터 코어와 상기 마그넷을 수용하는 캔부재를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열될 수 있다.
실시예는, 회전축과, 상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터와, 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터와, 상기 로터는 상기 회전축을 둘러싸는 로터코어 및, 상기 로터코어의 외주면에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 스테이터는 복수의 티스를 갖는 스테이터코어를 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95인 모터를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서, 상기 마그넷의 외주면의 곡률반경을 제1 반지름이라 하고, 상기 마그넷의 상기 내주면의 곡률반경을 제2 반지름이라 할 때, 상기 제2 반지름 대비 상기 제1 반지름의 비율이 0.5 내지 0.7일 수 있다.
실시예는, 회전축과, 상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터와, 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터와, 상기 로터는 상기 회전축을 둘러싸는 로터코어 및, 상기 로터코어의 외주면에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서, 상기 마그넷의 외주면의 곡률반경을 제1 반지름이라 하고, 상기 마그넷의 상기 내주면의 곡률반경을 제2 반지름이라 할 때, 상기 제2 반지름 대비 상기 제1 반지름의 비율이 0.5 내지 0.7일 수 있다.
바람직하게는, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95일 수 있다.
실시예에 따르면, 마그넷의 폭을 줄여, 코팅 메인 차수를 2배로 늘림으로써, 코깅 토크를 크게 절감하는 유리한 효과를 제공한다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면,
도 2는 제1 각도와 제2 각도를 도시한 도면,
도 3은 제1 각도를 도시한 도면,
도 4는 실시예에 의해 증가하는 코깅 메인 차수를 도시한 표이고,
도 5는 모터의 코깅 토크 파형의 주기를 도시한 도면,
도 6은 제1 각도에 대응한 마그넷 폭을 가지는 모터의 코깅 토크 파형을 도시한 도면,
도 7은 마그넷 폭의 감소율에 대응한 토크, 토크 리플 및 코깅 토크의 값을 비교하여 나타낸 도면,
도 8은 마그넷 폭의 감소율에 따른 코깅 토크 파형의 변화를 도시한 도면,
도 9는 코깅토크가 감소하는 유의미한 구간에서 제1 각도 대비 제2 각도의 비율과 코깅 토크 파형의 형태를 도시한 도면이다.
도 10은 마그넷 폭의 감소율에 대응한 토크, 토크 리플의 값을 비교하여 나타낸 도면,
도 11은 토크 리플을 저감하기 위한 마그넷의 외주면의 최적 형상을 도시한 도면,
도 12 및 도 13은 고속 회전 조건에서 발생하는 토크 리플을 나타낸 그래프,
도 14는 비교예의 코깅 토크 및 토크 리플과 실시예의 코깅 토크 및 토크 리플을 비교한 표,
도 15는 고속 회전 조건에서 실시예에 따른 모터의 토크 리플을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면이다. 도 2는 제1 각도와 제2 각도를 도시한 도면이고, 도 3은 제1 각도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 모터는 로터(10)와, 스테이터(20)와, 회전축(30)과, 센싱 마그넷(40)을 포함할 수 있다.
로터(10)는 스테이터(20)와 전기적 상호 작용을 통해 회전한다.
스테이터(20)는 로터(10)와 전기적 상호 작용을 유발하기 위해 코일이 감길 수 있다. 코일을 감긴 위한 스테이터(20)의 구체적인 구성은 다음과 같다 스테이터(20)는 복수 개의 티스를 포함하는 스테이터 코어를 포함할 수 있다. 스테이터 코어는 환형의 요크 부분이 마련되고, 요크에서 중심방향으로 코일이 감기는 티스가 마련될 수 있다. 티스는 요크 부분의 외주면을 따라 일정한 간격으로 마련될 수 있다. 한편, 스테이터 코어는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층되어 이루어질 수 있다. 또한, 스테이터 코어는 복수 개의 분할 코어가 상호 결합되거나 연결되어 이루어질 수 있다.
인슐레이터는 스테이터의 티스에 결합되어 코일과 스테이터 코어가 상호 통전되지 않도록 절연하는 역할을 한다.
회전축(30)은 로터(10)에 결합될 수 있다. 전류 공급을 통해 로터(10)와 스테이터(20)에 전자기적 상호 작용이 발생하면 로터(10)가 회전하고 이에 연동하여 회전축(30)이 회전한다 회전축(30)은 차량의 조향축과 연결되어 조향축에 동력을 전달할 수 있다. 회전축(30)은 베어링에 의해 지지될 수 있다.
센싱 마그넷(40)은 로터(10)와 연동하도록 회전축(30)에 결합되어 로터(10)의 위치를 검출하기 위한 장치이다. 이러한 센싱 마그넷은 마그넷과 센싱 플레이트를 포함할 수 있다. 마그넷과 센싱 플레이트는 동축을 갖도록 결합될 수 있다.
인쇄회로기판(50)에는 센싱 마그넷의 자기력을 감지하는 센서가 배치될 수 있다. 이때, 센서는 홀 IC(Hall IC)일 수 있다. 센서는 메인 마그넷 또는 서브 마그넷의 N극과 S극의 변화를 감지하여 센싱 시그널을 생성한다. 인쇄회로기판(50)은 하우징의 커버의 하면에 결합 되어 센서가 센싱 마그넷을 마주보도록 센싱 마그넷 위에 설치될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 로터(10)는 로터코어(100)와 로터코어(100)에 결합하는 마그넷(200)을 포함할 수 있다. 로터(10)는 로터코어와 마그넷의 결합 방식에 따라 여러 가지 형태로 구분될 수 있다. 여러 가지 형태의 로터 중 모터는 마그넷이 로터코어의 외주면에 결합 되는 타입의 로터를 포함할 수 있다. 이러한 타입의 로터(10)는 마그넷의 이탈을 방지하고 결합력을 높이기 위하여 별도의 캔부재(도 1의 60)가 로터코어에 결합될 수 있다.
한편, 로터(10)는 원통형의 단일품인 로터코어(100)와, 로터코어(100)에 1단으로 배치되는 마그넷(200)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 1단이라 함은, 로터(10)의 외주면에 스큐(skew)가 없도록 마그넷(200)이 배치될 수 있는 구조를 의미한다. 따라서, 로터코어(100)의 종단면과 마그넷(200)의 종단면를 기준할 때, 로터코어(100)의 높이와 마그넷(200)의 높이가 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 높이 방향을 기준하여, 마그넷(200)이 로터코어(100) 전체를 덮도록 실시될 수 있다.
실시예에 따른 모터는 마그넷(200)의 폭을 줄여 단위 주기 당 코깅 토크 파형의 진동수를 늘림으로써, 코깅 토크 및 토크 리플을 크게 줄이고자 한다. 이에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다. 실시예를 설명함에 있어 마그넷(200)의 폭이란, 로터코어(100)와 접촉하는 마그넷(200)의 내주면이 이루는 호의 길이로 정의될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 로터코어(100)의 외주면에 복수 개의 마그넷(200)이 부착된다. 그리고 스테이터(20)는 복수 개의 티스(21)를 포함할 수 있다. 마그넷(200)과 티스(21)는 상호 마주보도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 마그넷(200)은 6개이며, 티스(21)가 9개가 마련되는 6극 9슬롯의 모터일 수 있다. 티스(21)의 개수는 슬롯의 개수와 대응된다. 그리고, 마그넷(200)은 N극과 S극이 번갈아 배치될 수 있다.
실시예를 설명함에 있어서, 마그넷(200)의 개수를 6개, 티스(21)의 개수를 9개로 예시하였으나, 실시예는 이에 한정되지 않으며, 마그넷(200)의 개수 및 티스(21)의 개수(예를 들어, 마그넷(200)의 개수를 8개, 티스(21)의 개수를 12개)를 달리하여 실시될 수도 있다.
마그넷(200)의 내주면(210)은 로터코어(100)의 외주면과 접촉한다. 실시예에 따른 모터의 마그넷(200)의 폭은 제1 각도(R1)와 제2 각도(R2)를 통해 설명 가능하다.
먼저, 제1 각도(R1)란. 로터코어(100)의 외주면이 이루는 각도인 360도를 마그넷(200)의 개수로 나눈 각도를 나타낸다. 예를 들어, 마그넷(200)의 개수가 6개인 경우, 제1 각도 (R1)는 60도이다. 이러한 제1 각도(R1)에 대응하는 로터코어(100)의 호의 길이가 마그넷(200)의 폭을 설정하는 기준이 된다. 이때, 실제 마그넷(200)의 폭은 로터코어(100)의 외주면에 형성되어 마그넷(200)을 가이드 하는 돌기의 폭을 고려하여 가감이 있을 수 있다.
다음으로, 제2 각도(R2)란, 제1 연장선(L1)과 제2 연장선(L2)이 이루는 각을 의미한다. 여기서, 제1 연장선(L1)은 마그넷(200)의 횡단면 상에서 내주면(210)의 어느 한 측 끝점에서 로터코어(100)의 중심점(C)으로 연장된 가상의 선을 의미한다. 여기서 마그넷(200)의 횡단면이라 함은, 모터의 축방향에 수직한 방향으로 자른 마그넷(200)의 단면을 의미한다.
이러한 제1 연장선(L1)과 제2 연장선(L2)의 사잇각인 제2 각도(R2)에 대응하는 로터코어(100)의 호의 길이가 마그넷(200)의 폭을 설정하는 또 다른 기준이 된다.
제1 각도(R1)는 종래의 마그넷(200) 폭을 설정하는 기준이 되는 각도이며, 제2 각도(R2)는 제1 각도(R1)를 기준으로 하는 마그넷(200)의 폭보다 작은 폭을 갖도록 마그넷(200)의 폭을 설정하는 기준이 되는 각도이다.
도 4는 실시예에 의해 증가하는 코깅 메인 차수를 도시한 표이고, 도 5는 모터의 코깅 토크 파형의 주기를 도시한 도면이고, 도 6은 제1 각도에 대응한 마그넷 폭을 가지는 모터의 코깅 토크 파형을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 6극 9슬롯의 모터의 경우, 코깅 메인 차수는, 마그넷(200)의 개수인 6과 슬롯의 개수인 9의 최소공배수인 18에 해당한다. 코깅 메인 차수란, 모터의 단위 회전(1회전) 당 코깅 토크 파형의 진동 횟수를 의미한다. 여기서 진동 횟수는 피크를 형성하는 코깅 토크 파형의 반복 횟수를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 6극 9슬롯을 가진 모터의 코깅 토크의 파형은 20°의 기계적인 주기를 갖는다. 코깅 토크의 파형은 20°의 기계적인 주기에서 진동 횟수가 1이다. 따라서, 모터가 1회전 하는 경우, 20° 주기를 기준 하면, 코깅 토크 파형의 진동 횟수는 18에 해당하며, 18이 코깅 메인 차수이다.
이러한 코깅 메인 차수는 마그넷(200)의 개수와 슬롯의 개수의 최소 공배수를 통해 간단히, 산술적으로 구할 수 있다. 예를 들어, 6극 9슬롯을 가진 모터의 경우, 코깅 메인 차수는 6과 9의 최소 공배수인 18이다. 8극 12슬롯을 가진 모터의 경우, 코깅 메인 차수는 8과 12의 최소 공배수인 24이다.
실시예에 따른 모터는 도 4에서 도시한 바와 같이, 마그넷(200)의 폭을 줄여 코깅 메인 차수를 2배로 늘림으로써, 코깅 토크를 줄이고자 한다. 코깅 메인 차수가 2배로 증가한다는 것은 단위 주기 당 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 2배로 증가하는 것을 의미하며, 이는 코깅 토크의 절대값이 감소한다는 것을 의미한다.
도 6에서 도시한 바와 같이, 20° 주기를 기준으로 기존의 코깅 메인 차수를 18에서 36으로 증가시키는 경우, 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 2회로 증가하면서 코깅 토크가 감소함을 알 수 있다.
제1 각도(R1)는 종래의 마그넷(200) 폭을 설정하는 기준이 되는 각도이며, 제2 각도(R2)는 제1 각도(R1)를 기준으로 하는 마그넷(200)의 폭보다 작은 폭을 갖도록 마그넷(200)의 폭을 설정하는 기준이 되는 각도이다.
여기서, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 0.87 내지 0.93일 때, 코깅 메인 차수가 2배가 될 수 있다.
도 7은 마그넷 폭의 감소율에 대응한 토크, 토크 리플 및 코깅 토크의 값을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 0.87 내지 0.93인 지점에서 목표 기준이 되는 코깅 토크를 나타내는 기준선(C)보다 낮은 코깅 토크가 측정됨을 알 수 있다.
또한, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 0.87 내지 0.93인 지점에서 토크 리플 또한, 목표 기준이 되는 토크 리플을 나타내는 기준선(B)보다 낮은 토크 리플이 측정됨을 알 수 있다.
아울러, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 0.87 내지 0.93인 지점에서 토크는 목표 기준이 되는 토크를 나타내는 기준선(A)보다 높게 측정되어 요구되는 토크도 만족함을 알 수 있다.
도 8은 마그넷 폭의 감소율에 따른 코깅 토크 파형의 변화를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 각도(R1)를 기준하여 설정된 마그넷(200) 폭을 100%라 할 때, 마그넷(200) 폭을 줄임에 따라 코깅 토크 파형이 변형된다. 즉, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 95%에서 86%까지 감소함에 따라 코깅 토크 파형이 변형된다.
제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 95%인 경우, 20° 주기에서 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 1회로 변하지 않다가, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 93%로 감소하는 경우, 20° 주기에서 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 2회가 되도록 코깅 토크 파형의 변형이 진행되면서, 코깅 토크가 크게 감소하기 시작한다.
이후, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 88%로 감소하는 경우, 20° 주기에서 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 2회가 되어 코깅 토크가 가장 낮아진다.
이후, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 86%로 감소하는 경우, 20° 주기에서 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 다시 1회가 되도록 코깅 토크 파형의 변경이 진행되면서, 코깅 토크가 다시 증가하기 시작한다.
따라서, 제11 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 88%가 되도록 마그넷(200)의 폭을 감소시키면 코깅 토크를 가장 효과적으로 낮출 수 있다.
도 9는 코깅토크가 감소하는 유의미한 구간에서 제1 각도 대비 제2 각도의 비율과 코깅 토크 파형의 형태를 도시한 도면이다,
도 9를 참조하면, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 0.87 내지 0.93인 구간에서, 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 2회로 증가하여 코깅 메인 차수가 2배로 증가함을 알 수 있다.
그리고, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 0.87 내지 0.93인 구간에서 벗어난 구간에서는 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 1회로 유지되어 코깅 메인 차수가 변경되지 않기 때문에 목표하는 기준값 아래로 코깅 토크를 줄일 수 없음을 알 수 있다.
도 10는 마그넷 폭의 감소율에 대응한 토크 및 토크 리플의 값을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 6극 9슬롯의 모터의 경우, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 0.92 내지 0.95인 지점에서 목표 기준이 되는 토크 리플을 나타내는 기준선(B)보다 낮은 토크 리플이 측정됨을 알 수 있다.
아울러, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율이 0.92 내지 0.95인 지점에서 토크는 목표 기준이 되는 토크를 나타내는 기준선(A)보다 높게 측정되어 요구되는 토크도 만족함을 알 수 있다.
도 11은 토크 리플을 저감하기 위한 마그넷의 외주면의 최적 형상을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 로터코어(100)의 중심(C)에서 마그넷(200)의 외주면까지 가장 멀리 떨어진 마그넷(200)의 외주면 상 지점을 도 11의 P라 한다. 그리고 로터코어(100)의 중심(C)과 도 11의 P를 잇는 가상의 기준선을 도 11의 Z라 한다.
일반적으로 마그넷(200)의 외주면은 도 11의 S1을 따라 배치되도록 설계된다. 도 11의 S1은 도 11의 기준선(Z) 상에서 중심(C)과 떨어진 제1 원점(P1)에서 도 11의 P까지의 거리를 반지름(F1)으로 하는 원주를 나타내는 선이다.
반면에, 실시예에 따른 로터의 마그넷(200)의 외주면은 도 11의 S2를 따라 배치되도록 설계된다. 도 11의 S2는 도 11의 기준선(Z) 상에서 중심(C)과 떨어진 제2 원점(P2)에서 도 11의 P까지의 거리를 제1 반지름(F2)으로 하는 원주를 나타내는 선이다. 여기서, 제2 원점(P2)는 로터코어(100)의 반경방향으로 제1 원점(P1)의 외측에 배치된다.
이러한 마그넷(200)의 외주면의 형상은 고속 조건에서 토크 리플을 저감하기 위한 것이다.
도 12 및 도 13은 고속 회전 조건에서 발생하는 토크 리플을 나타낸 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 외주면이 도 11의 S1을 따라 형성된 마그넷이 포함된 모터의 경우, 도 12의 A와 도 7의 A에서 도시한 바와 같이, 800hz 영역에서 노이즈가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 800hz는 해당 모터가 2900rpm으로 회전하는 상태로, 고속 회전에서 토크 리플이 크게 증가함으로 알 수 있다.
도 11을 참조하면, 실시예에 따른 로터는 이러한 토크 리플을 줄이고자, 도 11의 S2와 같이, 일반적인 마그넷의 외주면보다 작은 곡률반경을 갖도록 마그넷(200)의 외주면의 형상을 변경한다.
구체적으로, 마그넷(200)은 제2 반지름(F3)이 1이라 할 때, 제1 반지름(F2)이 0.5 내지 0.7이 되도록 설계될 수 있다. 여기서, 제1 반지름(F2)이란, 마그넷(200)의 외주면의 곡률반경으로 제2 원점(P2)에서 도 11의 P까지의 거리이며, 제2 반지름(F3)이란, 마그넷(200)의 내주면의 곡률반경에 해당한다.
예를 들어, 로터코어(100)의 중심(C)에서 도 11의 P까지의 거리를 20mm라 하면, 제1 반지름(F2)은 11.2mm이며, 제2 반지름(F3)은 17.2mm일 수 있다. 따라서, 로터코어(100)의 중심(C)에서 제2 원점(P2)까지의 거리는 8.8mm에 해당한다.
위와 같은 조건에서 6극 9슬롯을 가진 모터의 코깅 토크 및 토크 리플을 측정한 결과는 다음과 같다.
도 14는 비교예의 코깅 토크 및 토크 리플과 실시예의 코깅 토크 및 토크 리플을 비교한 표이다.
도 14를 참조하면, 도 13의 MW는 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율을 나타내며, 도 14의 MOF는 로터코어(100)의 중심(C)에서 제2 원점(P2)까지의 거리를 의미한다.
비교예의 경우, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율은 0.885이며, 로터코어(100)의 중심(C)에서 제2 원점(P2)가 5.3mm인 조건이다.
실시예의 경우, 제1 각도(R1) 대비 제2 각도(R2)의 비율은 0.93이며, 로터코어(100)의 중심(C)에서 제2 원점(P2)가 8.8mm인 조건이다.
이와 같은 조건에서 비교예와 실시예의 코깅 토크, 토크 리플, 토크를 측정한 결과는 다음과 같다.
먼저, 비교예의 최대토크와 실시예의 최대토크 큰 차이가 없는 것으로 나타난다. 그러나 코깅 토크와 토크 리플은 크게 감소한 것으로 나타난다. 특히, 고속 토크 리플은 0.1758Nm(비교예)에서 0.0054Nm(실시예)로 크게 감소한 것으로 나타난다. 이는 토크 리플의 저감 목표치보다 크게 낮게 나타난 것이다.
도 15는 고속 회전 조건에서 실시예에 따른 모터의 토크 리플을 나타낸 그래프이다.
도 15를 참조하면, 도 13의 A와 달리, 800hz 영역에서 노이즈가 크게 감소하여 토크 리플이 감소된 것으로 나타난다.
이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 로터 및 이를 포함하는 모터에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
<부호의 설명>
10: 로터, 20: 스테이터, 21: 티스, 30: 회전축, 40: 센싱 마그넷, 50: 인쇄회로기판, 60: 캔부재, 100: 로터코어, 200: 마그넷, 210: 내주면

Claims (19)

  1. 원통형상의 로터코어;
    상기 로터코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며,
    상기 마그넷은,
    상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때,
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며,
    상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.87 내지 0.93인 로터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열되는 로터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 로터코어의 종단면과 상기 마그넷의 종단면 상에서 상기 로터 코어의 높이와 상기 마그넷의 높이가 동일한 로터.
  4. 회전축;
    상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터;
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;
    상기 로터는 상기 회전축을 둘러싸는 로터코어 및,
    상기 로터코어의 외주면에 배치되는 마그넷을 포함하며,
    상기 스테이터는 복수의 티스를 갖는 스테이터코어를 포함하며,
    단위 회전 동안 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 상기 마그넷의 개수와 상기 티스의 개수의 최소공배수의 2배인 모터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 마그넷은,
    상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때,
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며,
    상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.87 내지 0.93인 모터.
  6. 회전축;
    상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터;
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;
    상기 로터는 상기 회전축을 둘러싸는 로터코어 및,
    상기 로터코어의 외주면에 배치되는 마그넷을 포함하며,
    상기 마그넷은,
    상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때,
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며,
    상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.87 내지 0.93인 모터.
  7. 제6 항에 있어서,
    단위 회전 동안 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 상기 마그넷의 개수와 상기 스테이터의 티스의 개수의 최소공배수의 2배인 모터.
  8. 원통형상의 로터코어; 및
    상기 로터코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며,
    상기 마그넷은,
    상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며,
    상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때,
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝 점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며,
    상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95인 로터.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서,
    상기 마그넷의 외주면의 곡률반경을 제1 반지름이라 하고,
    상기 마그넷의 상기 내주면의 곡률반경을 제2 반지름이라 할 때,
    상기 제2 반지름 대비 상기 제1 반지름의 비율이 0.5 내지 0.7인 로터.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 로터코어의 반경 방향을 기준으로
    상기 마그넷의 외주면의 곡률중심은 상기 마그넷의 내주면의 곡률중심보다 외측에 배치되는 로터.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 로터코어의 반경 방향을 기준으로
    상기 마그넷의 외주면의 곡률중심과 상기 마그넷의 내주면의 곡률중심은 동일 선상에 배치되는 로터.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열되는 로터.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 로터코어의 종단면과 상기 마그넷의 종단면 상에서 상기 로터 코어의 높이와 상기 마그넷의 높이가 동일한 로터.
  14. 원통형상의 로터코어; 및
    상기 로터코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며,
    상기 마그넷은,
    상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며,
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서,
    상기 마그넷의 외주면의 곡률반경을 제1 반지름이라 하고,
    상기 마그넷의 상기 내주면의 곡률반경을 제2 반지름이라 할 때,
    상기 제2 반지름 대비 상기 제1 반지름의 비율이 0.5 내지 0.7인 로터.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때,
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝 점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며,
    상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95인 로터.
  16. 회전축;
    상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터;
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;
    상기 로터는 상기 회전축을 둘러싸는 로터코어 및,
    상기 로터코어의 외주면에 배치되는 마그넷을 포함하며,
    상기 스테이터는 복수의 티스를 갖는 스테이터코어를 포함하며,
    상기 마그넷은,
    상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때,
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며,
    상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95인 모터.
  17. 제16 항에 있어서.
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서,
    상기 마그넷의 외주면의 곡률반경을 제1 반지름이라 하고,
    상기 마그넷의 상기 내주면의 곡률반경을 제2 반지름이라 할 때,
    상기 제2 반지름 대비 상기 제1 반지름의 비율이 0.5 내지 0.7인 모터.
  18. 회전축;
    상기 회전축이 삽입되는 홀을 포함하는 로터;
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터;
    상기 로터는 상기 회전축을 둘러싸는 로터코어 및,
    상기 로터코어의 외주면에 배치되는 마그넷을 포함하며,
    상기 마그넷은,
    상기 로터코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며,
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서,
    상기 마그넷의 외주면의 곡률반경을 제1 반지름이라 하고,
    상기 마그넷의 상기 내주면의 곡률반경을 제2 반지름이라 할 때,
    상기 제2 반지름 대비 상기 제1 반지름의 비율이 0.5 내지 0.7인 모터.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 로터코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때,
    상기 로터코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝점에서 상기 로터코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며,
    상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95인 모터.
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