WO2019017699A1 - 모터 - Google Patents

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WO2019017699A1
WO2019017699A1 PCT/KR2018/008142 KR2018008142W WO2019017699A1 WO 2019017699 A1 WO2019017699 A1 WO 2019017699A1 KR 2018008142 W KR2018008142 W KR 2018008142W WO 2019017699 A1 WO2019017699 A1 WO 2019017699A1
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coil
teeth
turns
layers
winding
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우승훈
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • An embodiment relates to a motor.
  • An electric steering system is a device that enables the driver to drive safely by ensuring the turning stability of the vehicle and providing quick restoring force.
  • Such an electric steering apparatus drives a motor via an electronic control unit (ECU) according to driving conditions sensed by a vehicle speed sensor, a torque angle sensor, a torque sensor, and the like to control the driving of the steering shaft of the vehicle.
  • ECU electronice control unit
  • the motor includes a stator and a rotor.
  • the stator may include a tooth forming a plurality of slots, and the coil is wound on the teeth.
  • the coils are stacked in multiple layers and wound on the teeth.
  • an embodiment of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and also to provide a motor capable of reducing the blocking torque even in the parallel winding system.
  • the stator includes a stator core having a plurality of teeth and a coil wound around the teeth.
  • the stator includes a coil wound around the rotor, Is wound on the tooth in a plurality of turns, and only the coil of the a * n + 1 < th > turn of the plurality of turns constitutes one layer closest to the tooth.
  • a is the total number of stacks of the coils, and n is 0 or a positive integer.
  • the coil is stacked on the teeth by the plurality of layers, and the layers from the one layer to the a layer are sequentially stacked on the basis of the one of the plurality of layers.
  • the x layers of the plurality of layers may be arranged such that a * n + xth coils are wound.
  • a is the total number of stacks of the coils
  • n is 0 or a positive integer
  • x is a positive integer equal to or smaller than the a.
  • the stator includes an insulator disposed on the tooth, the insulator includes a body portion surrounding the teeth, the body portion includes a first side portion and a second side portion that are in contact with both sides of the tooth, And a connecting portion connecting the first side portion and the second side portion, and the connecting portion may include a winding guide protruding from a surface of the connecting portion.
  • the first side surface portion, the second side surface portion, and the connection portion include a winding guide groove recessed from the surface, and the plurality of the guides may be disposed between the adjacent winding guide grooves.
  • the body portion includes an inner guide and an outer guide, and the height from the surface of the connecting portion to the upper end of the winding guide is a height of the inner guide at the surface of the connecting portion, and a height of the outer guide at the surface of the connecting portion. .
  • the height of the coil guide is less than a * D and may be greater than (a-1) * D.
  • a is the total number of layers of the coil
  • D is the cross-sectional diameter of the coil.
  • the width of the winding guide may be smaller than the width of the connection portion.
  • the number of turns of the closed circuit may be smaller than or equal to the value a plus one.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a tooth of a stator showing a state of winding of a coil
  • 3 to 6 are sectional views of teeth of a stator showing the winding process of the coils
  • Fig. 7 is a view showing the insulator shown in Fig. 1,
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the insulator shown in FIG. 7,
  • FIG. 9 is a front view of the insulator shown in Fig. 7,
  • FIG. 10 is a view showing a winding guide for guiding a coil during a winding process
  • 11 is a graph showing the blocking torque value according to the number of turns of the closed circuit
  • FIG. 13 is a view showing a coil in a short-circuited state.
  • the singular form may include plural forms unless otherwise specified in the text, and may be a combination of A, B, and C when described as " A and / or at least one (or more than one) Or < / RTI > all possible combinations.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used.
  • the expression “upward” or “downward” may include not only an upward direction but also a downward direction on the basis of one component.
  • FIG. 1 is a view showing a motor according to an embodiment.
  • the motor may include a rotating shaft 100, a rotor 200, a stator 300, and a housing 400.
  • the rotary shaft 100 may be coupled to the rotor 200.
  • the rotary shaft 100 may be connected to the steering shaft of the vehicle to transmit power to the steering shaft.
  • the rotor (200) rotates through electrical interaction with the stator (300).
  • the rotor 200 may include a rotor core and a magnet.
  • the rotor core may be embodied in a laminated shape of a plurality of plates in the form of a circular thin steel plate or in the form of a single barrel.
  • a hole through which the rotary shaft 100 is coupled may be formed at the center of the rotor core.
  • a protrusion for guiding the magnet may protrude from the outer circumferential surface of the rotor core.
  • the magnet may be attached to the outer circumferential surface of the rotor core.
  • the plurality of magnets may be disposed along the circumference of the rotor core at regular intervals.
  • the rotor 200 may include a can member that surrounds the magnet to fix the magnet so that it is not detached from the rotor core and prevents the magnet from being exposed.
  • the stator 300 may be coiled to cause electrical interaction with the rotor 200.
  • the specific configuration of the stator 300 for winding the coil is as follows.
  • the stator 300 may include a stator core including a plurality of teeth.
  • the stator core is provided with an annular yoke portion, and a tooth wound around the yoke in the center direction may be provided.
  • the teeth may be provided at regular intervals along the outer circumferential surface of the yoke portion.
  • the stator core may be formed by laminating a plurality of plates in the form of a thin steel plate. Further, the stator core may be formed by connecting or connecting a plurality of divided cores.
  • the housing 400 can house the rotor 200 and the stator 300 therein.
  • the housing 400 has a cylindrical shape.
  • the upper portion of the housing 400 is opened.
  • the upper portion of the opened housing 400 is covered with a bracket.
  • a stator 300 is disposed inside the body 100 and a rotor 200 is disposed inside the stator 300.
  • a sensor for sensing the magnetic force of the sensing magnet 600 may be disposed on the printed circuit board 500. At this time, the sensor may be a Hall IC. The sensor senses a change in the N and S poles of the sensing magnet 600 and generates a sensing signal.
  • the sensing magnet 600 is coupled to the rotary shaft 100 to interlock with the rotor 200 to detect the position of the rotor 200.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a tooth of a stator showing a state of winding of a coil.
  • a tooth 311 is disposed in the stator core 310.
  • the coil 320 is wound on the teeth 311 by a plurality of turns.
  • the number shown in the circular pattern representing the cross section of the coil 320 represents the number of turns of the coil 320.
  • the coil 320 is stacked on the teeth 311 to form a plurality of layers.
  • the coil 320 may be laminated so as to form three layers by 24 turns and wound around the teeth 311.
  • one layer in contact with the teeth 311 is one layer, two layers laminated on one layer, and three layers laminated on the two layers.
  • the coil 320 may be wound on the teeth 311 so that only the coil 320 of the (a * n + 1) th turn among the plurality of turns constitutes one layer closest to the teeth 311. Then, the coil 320 may be wound on the teeth 311 so that the x layers of the plurality of layers are arranged so that the a * n + xth coil is wound.
  • the coil 320 by the second turn is wound so as to form one layer in contact with the teeth 311. [ And, 2,5,8 ... The coil 320 by the second turn is wound to form a two-layer laminated layer. And, 3, 6, 9 ... The coil 320 by the second turn is wound to form three layers stacked on two layers.
  • 3 to 6 are sectional views of the teeth of the stator showing the winding process of the coils.
  • the first turn of the coil 320 is wound in contact with the teeth 311 to form a single layer. Then, the second turn of the coil 320 is wound to be stacked on the coil 320 arranged in the first turn to form two layers.
  • the third turn of the coil 320 is wound to be stacked on the coil 320 arranged in the second turn to form three layers.
  • the fourth turn is wound in contact with the teeth 311 to form one layer again.
  • the coil 320 by the fourth turn is disposed adjacent to the coil 320 by the first turn in the same layer.
  • the fifth turn of the coil 320 is wound to be stacked on the coil 320 arranged in the fourth turn, and again forms a two-layered structure.
  • the coil 320 by the fifth turn is disposed adjacent to the coil 320 by the second turn on the same layer.
  • the winding method of the coil 320 may be realized through the following insulator.
  • FIG. 7 is a view showing the insulator 330 shown in FIG. 1
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the insulator 330 seen from the side
  • FIG. 9 is a cross- Fig.
  • the insulator 330 includes a body portion 331, an inner guide 332, an outer guide 333, a winding guide groove 334, and a winding guide 335 .
  • the body 331, the inner guide 332, the outer guide 333 and the winding guide 335 can be separately described according to their shapes and functional characteristics, It is a dish.
  • the body portion 331 surrounds the teeth 311.
  • the coil 320 is wound on the body portion 331.
  • the body portion 331 may include a first side surface portion 331a, a second side surface portion 331b, and a connection portion 331c.
  • the outer side surface of the first side surface portion 331a and the outer side surface of the second side surface portion 331b are regions where the coil 320 is wound.
  • the inner side surface of the first side surface portion 331a and the inner side surface of the second side surface portion 331b are areas in contact with the teeth 311, respectively.
  • the connection portion 331c connects the upper end of the first side portion 331a and the upper end of the second side portion 331b.
  • the lower end of the first side portion 331a and the lower end of the second side portion 331b may be opened.
  • Two insulators 330 may be mounted on one tooth 311.
  • the inner guide 332 may extend upward from the inner end of the body portion 331.
  • the outer guide 333 may extend upward from the outer end of the body portion 331.
  • the winding guide 335 is disposed so as to protrude from the surface of the connecting portion 331c.
  • the winding guide 335 may be a plate-shaped member.
  • the winding guide 335 can be disposed along the winding guide groove 334 disposed in the connection portion 331c. And the winding guide 335 may be disposed between the adjacent winding guide grooves 334.
  • a plurality of winding guides 335 may be disposed.
  • the width w2 of the winding guide 335 is smaller than the width w1 of the connecting portion 331c.
  • the width w1 of the connection portion 331c is a horizontal distance of the connection portion 331c which is a boundary between the first side surface portion 331a and the second side surface portion 331b.
  • the height h3 of the winding guide 335 is smaller than the height h1 of the inner guide 332 and the height h2 of the outer guide 333.
  • the height h3 of the winding guide 335 means a vertical distance from the surface of the connecting portion 331c to the upper end of the winding guide 335.
  • the height h1 of the inner guide 332 means a vertical distance from the surface of the connecting portion 331c to the upper end of the inner guide 332.
  • the height h2 of the outer guide 332 is the height h2 of the outer guide 332. Means the vertical distance from the surface of the connecting portion 331c to the upper end of the outer guide 332.
  • FIG. 10 is a view showing a winding guide for guiding a coil during a winding process.
  • the winding guide 335 guides the coil 320 to be wound up to the total number of layers.
  • the second turn is directly stacked on the coil 320 disposed on the first layer.
  • the winding guide 335 guides the coil 320 so that the coil 320 of the second turn can be stably stacked on the coil 320 of the first turn.
  • the height h3 of the coil guide 335 is smaller than a * D and larger than (a-1) * D.
  • D denotes the cross-sectional diameter of the coil 320.
  • the height h3 of the winding guide 335 corresponds to the height h3 of the winding guide 335 capable of stably stacking and winding the coil 320 without obstructing the winding operation.
  • the winding method of the coil 320 is to reduce the blocking torque. What is blocking torque? Means a maximum torque generated when a short circuit occurs between the coils 320, and a closed circuit is formed.
  • FIG. 11 is a graph showing the blocking torque value according to the number of turns of the closed circuit
  • FIG. 12 is a graph showing the waveform of the blocking torque according to the number of turns of the closed circuit.
  • the blocking torque increases. For example, if the number of turns of the closed circuit is 7 turns, the blocking torque is 0.460 Nm at a speed of 800 rpm, whereas if the number of turns of the closed circuit is 8 turns, the blocking torque increases from a speed of 800 rpm to 0.517 Nm.
  • the number of turns of the closed circuit means a difference in the number of turns of each coil short-circuited in the state of being adjacent to each other. For example, when the coil of the first winding of the first layer coil and the eighth coil of the second layer coil are short-circuited in the state of being adjacent to each other, the number of closed-loop turns corresponds to 7 minus 8 to 1.
  • FIG. 13 is a view showing a coil in a short-circuited state.
  • the number of turns of the closed circuit is smaller than when a short circuit occurs in a general parallel winding method.
  • the number of turns of the closed circuit is smaller than or equal to a plus one.
  • the difference in the number of turns of adjacent coils between the layers is large.
  • the coil of the first winding of the first layer coil and the eighth coil of the second layer coil are short-circuited, and the number of turns of the coil, that is, the number of turns of the closed circuit, corresponds to seven.
  • the difference in the number of turns of the coils adjacent to each other is relatively small.
  • the number of turns of the coil that is, the number of turns of the closed circuit
  • the number of turns of the closed circuit corresponds to four, The number is small.
  • the number of turns of the closed circuit does not exceed 4 even if a short circuit occurs in any coil 32 between the layers.
  • this winding method has an advantage that the blocking torque can be greatly reduced even in the parallel winding method.

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Abstract

본 발명은 회전축; 상기 회전축과 결합하는 로터; 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는, 복수의 티스를 갖는 스테이터 코어; 및 상기 티스에 권선되는 코일을 포함하고, 상기 코일은 상기 티스에 복수의 턴으로 권선되고, 상기 복수의 턴 중 a*n+1번째 턴의 상기 코일만이 상기 티스와 가장 인접한 1층을 이루는 모터를 제공할 수 있다. 여기서, a는 상기 코일의 전체 적층수이며, n은 0 또는 양의 정수이다.

Description

모터
실시예는 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, 티스에는 코일이 감긴다. 코일은 복 수의 층으로 적층되어 티스에 감긴다. 층간 인접한 코일 사이에 단락이 발생한 경우, 폐회로가 형성되어 블록킹 토크(Blocking torque)가 발생한다. 블록킹 토크는 모터의 회전을 방해하여 모터의 성능을 떨어뜨린다. 이때, 층간 인접한 코일의 턴수의 차이가 크면 클수록 블록킹 토크가 증가하는 문제점이 발생한다.
이에, 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 병렬 권선 방식에서도, 블록킹 토크를 줄일 수 있는 모터를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 삼는다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예는, 회전축과, 상기 회전축과 결합하는 로터 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는, 복수의 티스를 갖는 스테이터 코어 및 상기 티스에 권선되는 코일을 포함하고, 상기 코일은 상기 티스에 복수의 턴으로 권선되고, 상기 복수의 턴 중 a*n+1번째 턴의 상기 코일만이 상기 티스와 가장 인접한 1층을 이루는 모터를 제공할 수 있다.
여기서, a는 상기 코일의 전체 적층수이며, n은 0 또는 양의 정수이다.
바람직하게는, 상기 코일은 상기 복수 개의 층으로 상기 티스에 적층되며, 상기 복수 개의 층 중 상기 1층을 기준으로 상기 1층에서 상기 a층까지 순차적으로 적층될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 층 중 x층은 a*n+x번째의 코일이 권선되어 배치될 수 있다. 여기서, a는 상기 코일의 전체 적층수이며, n은 0 또는 양의 정수이며, x는 상기 a보다 같거나 작은 양의 정수이다.
바람직하게는, 상기 스테이터는 상기 티스에 배치되는 인슐레이터를 포함하고, 상기 인슐레이터는 상기 티스를 둘러싸는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부는 상기 티스의 양 측면과 각각 접촉하는 제1 측면부와 제2 측면부와, 상기 제1 측면부와 상기 제2 측면부를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는 상기 연결부의 표면에서 돌출되는 권선 가이드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 측면부, 상기 제2 측면부 및 상기 연결부는 표면에서 오목하게 배치되는 권선 가이드홈을 포함하고, 복수 개의 상기 가이드는 인접하는 상기 권선 가이드홈 사이에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 몸체부는 내측 가이드와 외측 가이드를 포함하고, 상기 연결부의 표면에서 상기 권선 가이드의 상단까지 높이는, 상기 연결부의 표면에서 상기 내측 가이드의 높이 및 상기 연결부의 표면에서 상기 외측 가이드의 높이보다 작을 수 있다.
바람직하게는, 상기 코일 가이드의 높이는 a*D보다 작고, (a-1)*D보다 클 수 있다. 여기서. a는 상기 코일의 전체 적층수이고, D는 상기 코일의 단면 직경이다.
바람직하게는, 상기 권선 가이드의 폭은 상기 연결부의 폭 보다 작을 수 있다.
바람직하게는, 층간 인접한 상기 코일끼리 단락되어 폐회로를 형성하는 경우, 상기 폐회로의 턴수는 상기 a에 1을 더한 값보다 작거나 같을 수 있다.
실시예에 따르면, 병렬 권선 방식에서도, 단락 시, 층간 인접한 코일의 턴수 차이를 줄여, 블록킹 토크를 줄이는 유리한 효과를 제공한다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면,
도 2는 코일의 권선 상태를 도시한 스테이터의 티스의 단면도,
도 3 내지 도 6은 코일의 권선과정을 도시한 스테이터의 티스의 단면도,
도 7은 도 1에서 도시한 인슐레이터를 도시한 도면,
도 8은 도 7에서 도시한 인슐레이터를 측면에서 바라본 부분 단면도,
도 9는 도 7에서 도시한 인슐레이터를 정면에서 바라본 도면,
도 10은 권선 과정 중에 코일을 가이드하는 권선 가이드를 도시한 도면,
도 11은 폐회로의 턴수에 따른 블록킹 토크값을 도시한 그래프,
도 12는 폐회로의 턴수에 따른 블록킹 토크의 파형을 도시한 그래프,
도 13은 단락된 상태의 코일을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 모터는, 회전축(100)과, 로터(200)와, 스테이터(300)와, 하우징(400)을 포함할 수 있다.
회전축(100)은 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 회전축(100)이 회전한다. 회전축(100)은 차량의 조향축과 연결되어 조향축에 동력을 전달할 수 있다.
로터(200)는 스테이터(300)와 전기적 상호 작용을 통해 회전한다.
로터(200)는 로터 코어와, 마그넷을 포함할 수 있다. 로터 코어는 원형의 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 적층된 형상으로 실시되거나 또는 하나의 통 형태로 실시될 수 있다. 로터 코어의 중심에는 회전축(100)이 결합하는 홀이 형성될 수 있다. 로터 코어의 외주면에는 마그넷을 가이드 하는 돌기가 돌출될 수 있다. 마그넷은 로터 코어의 외주면에 부착될 수 있다. 복수 개의 마그넷은 일정 간격으로 로터 코어의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 로터(200)는 마그넷을 둘러싸서 마그넷이 로터 코어에서 이탈되지 않도록 고정시키며 마그넷이 노출되는 것을 막는 캔부재를 포함할 수 있다.
스테이터(300)는 로터(200)와 전기적 상호 작용을 유발하기 위해 코일이 감길 수 있다. 코일을 감기 위한 스테이터(300)의 구체적인 구성은 다음과 같다 스테이터(300)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.
하우징(400)은 내부에 로터(200)와 스테이터(300)를 수용할 수 있다. 하우징(400)은 원통 형상을 갖는다. 그리고, 하우징(400)은 상부가 개방된다. 개방된 하우징(400)의 상부는 브라켓이 덮는다. 몸체(100)의 내측에는 스테이터(300)가 위치하며, 스테이터(300)의 내측에 로터(200)가 배치될 수 있다.
인쇄회로기판(500)에는 센싱 마그넷(600)의 자기력을 감지하는 센서가 배치될 수 있다. 이때, 센서는 홀 IC(Hall IC)일 수 있다. 센서는 센싱 마그넷(600)의 N극과 S극의 변화를 감지하여 센싱 시그널을 생성한다.
센싱 마그넷(600)은 로터(200)와 연동하도록 회전축(100)에 결합되어 로터(200)의 위치를 검출한다.
도 2는 코일의 권선 상태를 도시한 스테이터의 티스의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 스테이터 코어(310)에 티스(311)가 배치된다. 코일(320)은 복수의 턴으로 티스(311)에 감긴다. 도 2에서, 코일(320)의 단면을 나타내는 원형의 도안안에 기재된 숫자는 코일(320)의 턴수를 나타낸다. 코일(320)은 티스(311)에 적층되어 복수의 층을 이룬다. 예를 들어, 도 2에서 도시한 바와 같이, 코일(320)은 24턴으로 3층을 이루도록 적층되어 티스(311)에 감길 수 있다. 코일(320)의 복수의 층에서, 티스(311)에 접한 층이 1층이며, 1층 위에 적층된 층이 2층이며, 2층 위에 적층된 층이 3층이다.
이때, 복수의 턴 중 a*n+1번째 턴의 코일(320)만이 티스(311)와 가장 인접한 1층을 이루도록, 코일(320)이 티스(311)에 권선될 수 있다. 그리고, 복수의 층 중 x층은 a*n+x번째의 코일이 권선되어 배치되도록 코일(320)이 티스(311)에 권선될 수 있다.
여기서, a는 코일(320)의 전체 적층수(예를 들어, 도 2의 경우 a=3)이며, n은 0 또는 양의 정수이며, x는 a와 같거나 a보다 작은 양의 정수이다.
예를 들어, 도 2에서 도시한 바와 같이, 복수의 턴 중에서, 1,4,7….번째 턴에 의한 코일(320)은 티스(311)에 접하는 1층을 이루도록 권선된다. 그리고, 2,5,8…번째 턴에 의한 코일(320)은 1층 위에 적층되는 2층을 이루도록 권선된다. 그리고, 3,6,9…번째 턴에 의한 코일(320)은 2층 위에 적층되는 3층을 이루도록 권선된다.
도 3 내지 도 6은 코일의 권선과정을 도시한 스테이터의 티스의 단면도이다.
코일(320)의 권선 과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 먼저, 코일(320)의 1번째 턴은 티스(311)에 접하도록 권선되어 1층을 이룬다. 이후, 코일(320)의 2번째 턴은 1번째 턴으로 배치된 코일(320) 위에 적층되도록 권선되어 2층을 이룬다.
도 4를 참조하면, 다음으로, 코일(320)의 3번째 턴은 2번째 턴으로 배치된 코일(320) 위에 적층되도록 권선되어 3층을 이룬다.
도 5를 참조하면, 다음으로, 4번째 턴은 티스(311)에 접하도록 권선되어 다시 1층을 이룬다. 4번째 턴에 의한 코일(320)은 1번째 턴에 의한 코일(320)에 동일층에서 인접하여 배치된다.
도 6을 참조하면, 다음으로, 코일(320)의 5번째 턴은 4번째 턴으로 배치된 코일(320) 위에 적층되도록 권선되어 다시 2층을 이룬다. 5번째 턴에 의한 코일(320)은 2번째 턴에 의한 코일(320)에 동일층에서 인접하여 배치된다.
이와 같이, 권선이 진행되면, 도 2에서 도시한 바와 같이, 24턴 중에서, 1,4,7….22번째 턴에 의한 코일(320)은 티스(311)에 접하는 1층을 이루도록 권선되고, 2,5,8…23번째 턴에 의한 코일(320)은 2층을 이루도록 권선된다. 그리고, 24턴 중에서, 3,6,9…24번째 턴에 의한 코일(320)은 3층 이루도록 권선된다.
이와 같은 코일(320)의 권선 방식은 다음과 같은 인슐레이터를 통해 구현될 수 있다.
도 7은 도 1에서 도시한 인슐레이터(330)를 도시한 도면이고, 도 8은 도 7에서 도시한 인슐레이터(330)를 측면에서 바라본 부분 단면도이고, 도 9는 도 7에서 도시한 인슐레이터(330)를 정면에서 바라본 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 인슐레이터(330)는, 몸체부(331)와, 내측가이드(332)와, 외측가이드(333)와, 권선 가이드홈(334)과, 권선 가이드(335)를 포함할 수 있다. 몸체부(331)와, 내측가이드(332)와, 외측가이드(333) 및 권선 가이드(335)는 그 형상 및 기능적 특성에 따라 구분되어 설명될 수 있을 뿐, 일체로 형성되어 서로 연결된 하나의 단일품이다.
몸체부(331)는 티스(311)를 둘러싼다. 몸체부(331)에는 코일(320)이 감긴다.
몸체부(331)는 제1 측면부(331a)와, 제2 측면부(331b)와, 연결부(331c)를 포함할 수 있다. 제1 측면부(331a)의 외측면 및 제2 측면부(331b)의 외측면은 각각 코일(320)이 감기는 영역이다. 그리고 제1 측면부(331a)의 내측면 및 제2 측면부(331b)의 내측면은 각각 티스(311)에 접하는 영역이다. 연결부(331c)는 제1 측면부(331a)의 상단부와 제2 측면부(331b)의 상단부를 연결한다. 제1 측면부(331a)의 하단부와 제2 측면부(331b)의 하단부는 개방될 수 있다. 하나의 티스(311)에는 2개의 이러한 인슐레이터(330)가 장착될 수 있다.
내측가이드(332)는 몸체부(331)의 내측단에서 상측으로 연장되어 배치될 수 있다.
외측가이드(333)는 몸체부(331)의 외측단에서 상측으로 연장되어 배치될 수 있다.
권선 가이드(335)는 연결부(331c)의 표면에서 돌출되도록 배치된다. 권선 가이드(335)는 판상부재일 수 있다. 권선 가이드(335)는 연결부(331c)에 배치된 권선 가이드홈(334)을 따라 배치될 수 있다. 그리고 권선 가이드(335)는 인접하는 권선 가이드홈(334) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 권선 가이드(335)는 복수 개가 배치될 수 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 권선 가이드(335)의 폭(w2)은 연결부(331c)의 폭(w1)보다 작다. 여기서, 연결부(331c)의 폭(w1)이란, 제1 측면부(331a)와 제2 측면부(331b)를 경계로 하는 연결부(331c)의 수평 거리를 의미한다. 그리고 도 9를 참조하면, 권선 가이드(335)의 높이(h3)는 내측가이드(332)의 높이(h1) 및 외측가이드(333)의 높이(h2) 보다 작다. 여기서, 권선 가이드(335)의 높이(h3)란, 연결부(331c)의 표면에서 권선 가이드(335)의 상단까지 수직 거리를 의미한다. 그리고 내측가이드(332)의 높이(h1)란, 연결부(331c)의 표면에서 내측가이드(332)의 상단까지 수직 거리를 의미한다. 그리고 외측가이드(332)의 높이(h2)란. 연결부(331c)의 표면에서 외측가이드(332)의 상단까지 수직 거리를 의미한다.
도 10은 권선 과정 중에 코일을 가이드하는 권선 가이드를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 권선 가이드(335)는 권선되는 코일(320)이 전체 층수까지 적층되도록 가이드한다. 실시예에 따른 모터에서 권선 방식은, 1번째 턴이 티스(311)에 접하도록 권선되어 1층을 구성한 이후, 2번째 턴이 1층에 배치된 코일(320) 위에 바로 적층된다. 이때, 권선 가이드(335)가 2번째 턴의 코일(320)이 1번째 턴의 코일(320) 위에 안정적으로 적층될 수 있도록 코일(320)을 가이드 한다.
한편, 코일 가이드(335)의 높이(h3)는 a*D보다 작고, (a-1)*D보다 클 수 있다. 여기서. a는 코일(320)의 전체 적층수(예를 들어, a=3)를 의미하며, D는 코일(320)의 단면 직경을 의미한다. 이러한 권선 가이드(335)의 높이(h3)는 권선 작업에 장애가 되지 않으면서, 코일(320)을 안정적으로 적층하여 권선할 수 있는 권선 가이드(335)의 높이(h3)에 해당한다.
이러한 코일(320)의 권선 방식은 블록킹 토크(Blocking torque)를 줄이기 위한 것이다. 블록킹 토크란. 코일(320)간 단락이 발생한 경우, 폐회로가 형성되어 발생되는 최대 토크를 의미한다.
도 11은 폐회로의 턴수에 따른 블록킹 토크값을 도시한 그래프이고, 도 12는 폐회로의 턴수에 따른 블록킹 토크의 파형을 도시한 그래프이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 폐회로의 턴수가 증가하면, 블록킹 토크가 증가함을 알수 있다. 예를 들어, 폐회로의 턴수가 7턴인 경우, 블록킹 토크는 속도 800rpm 에서 0.460Nm인데 반하여, 폐회로의 턴수가 8턴인 경우, 블록킹 토크는 속도 800rpm에서 0.517Nm으로 증가함을 알 수 있다. 여기서, 폐회로의 턴수란, 층간 인접한 상태에서 단락되는 각 코일의 턴수의 차이를 의미한다. 예를 들어, 1층의 코일의 1번째 권선의 코일과 2층의 코일의 8번째 코일이 층간 인접한 상태에서 단락된 경우, 폐회로 턴수는 8에서 1을 뺀 7에 해당한다.
따라서 폐회로의 턴수가 증가하면 할수록 블록킹 토크가 증가하여 모터의 회전을 방해하기 때문에, 폐회로의 턴수를 줄이는 것이 중요하다.
도 13은 단락된 상태의 코일을 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 실시예에 따른 모터에서, 층간 인접한 코일(320)에 단락이 발생한 경우, 일반적인 병렬 권선 방식에서 단락이 발생한 경우보다, 폐회로의 턴수가 작다. 구체적으로, 실시예에 따른 모터의 경우, 층간 인접한 코일(320)끼리 단락되어 폐회로를 형성하는 경우, 폐회로의 턴수는 a에 1을 더한 값보다 작거나 같다. 여기서, a는 코일(320)의 전체 적층수(예를 들어, a=3)이다.
예를 들어, 1층이 모두 권선된 이후 2층이 적층되고, 이후 3층이 적층되는 병렬 권선 방식의 경우, 층간 인접하는 코일의 턴수 차이가 크다. 예를 들어, 1층의 코일의 1번째 권선의 코일과 2층의 코일의 8번째 코일이 단락되어, 코일의 턴수 차이 즉, 폐회로의 턴수가 7에 해당한다.
반면에, 실시예에 따른 모터의 경우, 층간 인접하는 코일의 턴수 차이가 상대적으로 작다. 예를 들어, 2층의 코일의 20번째 권선의 코일과 3층의 코일의 24째 코일이 단락되면, 코일의 턴수 차이 즉, 폐회로의 턴수가 4에 해당하여, 일반적인 병렬 권선 방식보다 폐회로의 턴수가 작다. 도 13의 경우, 층간 어느 코일(32)에서 단락이 발생하더라도, 폐회로의 턴수가 4를 넘지 않는다.
따라서, 이러한 권선 방식은, 병렬 권선 방식에도 블록킹 토크를 크게 줄일 수 있는 이점이 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 모터에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
전술된 본 발명의 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 회전축;
    상기 회전축과 결합하는 로터; 및
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 ,
    복수의 티스를 갖는 스테이터 코어; 및
    상기 티스에 권선되는 코일을 포함하고,
    상기 코일은 상기 티스에 복수의 턴으로 권선되고,
    상기 복수의 턴 중 a*n+1번째 턴의 상기 코일만이 상기 티스와 가장 인접한 1층을 이루는 모터.
    여기서, a는 상기 코일의 전체 적층수이며, n은 0 또는 양의 정수이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 코일은 복수 개의 층으로 상기 티스에 적층되며, 상기 복수 개의 층 중 상기 1층을 기준으로 상기 1층에서 상기 a층까지 순차적으로 적층되는 모터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 층 중 x층은 a*n+x번째의 코일이 권선되어 배치되는 모터.
    여기서, a는 상기 코일의 전체 적층수이며, n은 0 또는 양의 정수이며, x는 상기 a와 같거나 상기 a보다 작은 양의 정수이다.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 티스에 배치되는 인슐레이터를 포함하고,
    상기 인슐레이터는 상기 티스를 둘러싸는 몸체부를 포함하고,
    상기 몸체부는 상기 티스의 양 측면과 각각 접촉하는 제1 측면부와 제2 측면부와, 상기 제1 측면부와 상기 제2 측면부를 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 연결부는 상기 연결부의 표면에서 돌출되는 권선 가이드를 포함하는 모터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 측면부, 상기 제2 측면부 및 상기 연결부는 표면에서 오목하게 배치되는 권선 가이드홈을 포함하고,
    복수 개의 상기 권선 가이드는 인접하는 상기 권선 가이드홈 사이에 배치되는 모터.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 몸체부는 내측 가이드와 외측 가이드를 포함하고,
    상기 연결부의 표면에서 상기 권선 가이드의 상단까지 높이는,
    상기 연결부의 표면에서 상기 내측 가이드의 높이 및 상기 연결부의 표면에서 상기 외측 가이드의 높이보다 작은 모터.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 연결부의 표면에서 상기 권선 가이드의 상단까지 높이는 a*D보다 작고, (a-1)*D보다 큰 모터.
    여기서. a는 상기 코일의 전체 적층수이고, D는 상기 코일의 단면 직경이다.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 권선 가이드의 폭은 상기 연결부의 폭 보다 작은 모터.
  9. 제1 항에 있어서,
    층간 인접한 상기 코일끼리 단락되어 폐회로를 형성하는 경우, 상기 폐회로의 턴수는 상기 a에 1을 더한 값보다 작거나 같은 모터.
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