WO2019045305A1 - 스테이터 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

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WO2019045305A1
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rotor
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tooth
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편진수
우승훈
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • Embodiments relate to a stator and a motor including the stator.
  • a motor is a device that obtains rotational force by converting electrical energy into mechanical energy. It is widely used in automobiles, home electronics, and industrial devices.
  • an electronic power steering system (hereinafter referred to as EPS) in which the above-described motor is used is driven by an electronic control unit according to operating conditions to ensure turning stability and provide quick restoring force do. Accordingly, the driver of the vehicle can make safe driving.
  • EPS electronic power steering system
  • the motor includes a stator and a rotor.
  • the stator may include teeth forming a plurality of slots
  • the rotor may include a plurality of magnets disposed opposite the teeth. Adjacent teeth of the teeth are disposed apart from each other to form a slot opening.
  • a cogging torque may be generated due to a difference in magnetic permeability of air between the stator, which is a metallic material, and the slot open space, which is an empty space. Since this cogging torque causes noise and vibration, it is important to reduce the cogging torque to improve the quality of the motor.
  • the embodiment provides a motor capable of reducing cogging torque.
  • the present invention also provides a motor capable of improving the quality by reducing the cogging torque by designing the width and the depth of the groove formed in each tooth on the basis of the slot opening.
  • An embodiment includes a stator core having a plurality of teeth and a coil wound around the tooth, wherein the tooth includes a body to which the coil is wound and a shoe connected to the body, and the shoe includes a plurality of grooves And the center of curvature of the inner peripheral surface of the shoe can provide the same stator as the center of the stator core.
  • the grooves may be two.
  • the width of the groove with respect to the circumferential direction of the stator core may be within 90% to 110% of the width of the slot opening of the tooth.
  • An embodiment includes a rotor including a shaft, a hole into which the shaft is inserted, and a stator disposed outside the rotor, the stator including a stator core having a plurality of teeth, and a coil wound around the tooth
  • a center of curvature of an inner circumferential surface of the shoe is the same as a center of curvature of the stator core, and a center of curvature of an inner circumferential surface of the shoe is equal to a center of curvature of the stator core
  • the rotor has a cylindrical rotor core and a plurality of magnets disposed around the outer circumferential surface of the rotor core, the magnet having an inner circumferential surface contacting the outer circumferential surface of the rotor core, the angle formed by the outer circumferential surface of the rotor core
  • the first angle is defined as an angle obtained by dividing the rotor core by the number of the magnets, And a second angle formed by first and second extension lines extending from both end points
  • the rotor has a curvature radius of the outer circumferential surface of the magnet on the cross section of the rotor core and the magnet is referred to as a first radius, and a curvature radius of the inner circumferential surface of the magnet is referred to as a second radius,
  • the ratio of the first radius to the second radius may be 0.5 to 0.7.
  • the grooves may be two.
  • the two grooves may be arranged symmetrically with respect to a width center of the shoe with respect to the circumferential direction and a reference line passing through the center of the stator core.
  • the number of vibrations of the cogging torque waveform during unit rotation may be three times the least common multiple of the number of magnets and the number of teeth.
  • the width of the groove with respect to the circumferential direction of the stator core may be within 90% to 110% of the width of the slot opening of the tooth.
  • the plurality of magnets are arranged in a single stage on an outer circumferential surface of the rotor core, and the plurality of magnets may be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • a width W2 of the groove is equal to a distance W21 between one end of one of the plurality of teeth and the other end of the other one of the projections of the other tooth adjacent to the tooth, ), which is 0.85 to 1.1 times larger than that of the motor.
  • the width W2 of the groove may be 1.05 to 1.1 times the distance W21 between one end of one of the plurality of teeth and the other end of the adjacent one of the projections of the tooth.
  • the side surface of the protrusion includes a first surface extending from the body portion and a second surface extending from the first surface, and the depth D of the groove is equal to a radial length L of the second surface, And the length L may be 1/4 of the distance W21.
  • the depth D of the groove may be 0.175 to 0.325 times the distance W21.
  • the depth D of the groove may be 1.1 to 1.3 times the length L of the second surface.
  • the first surface may be formed with a first inclination with the side surface of the body portion, and the second surface may be formed with a second inclination with the first surface. At this time, the first slope and the second slope may be different.
  • a side surface of the protrusion includes a first surface extending from the body portion and a second surface extending from the first surface
  • the width of the groove (W2) is 0.85 to 1.1 times the distance (W21) between one end of one of the plurality of teeth and the other end of the other one of the projections of the tooth, and the depth D of the groove Is 0.7 to 1.3 times the length (L) of the second surface.
  • the ratio of the width W2 of the groove to the depth D of the groove may be 3.23 to 3.38.
  • the cross-section of the groove perpendicular to the axial direction of the shaft of the motor may be rectangular, and the groove may be two.
  • the first distance L1 between the groove and the groove may be the same as the second distance L2 from one end of the protrusion to the groove.
  • the two grooves may be symmetrically arranged with respect to a reference line CL passing through the center of the width of the protrusion and the center of the body with reference to the circumferential direction.
  • the inner surface may be formed with a predetermined curvature (1 / R20) with respect to the center C of the motor.
  • the motor eight magnets of the rotor are provided, and the tooth of the stator is provided in twelve.
  • the embodiment provides a beneficial effect of significantly reducing the cogging torque by forming a groove in the tooth of the stator and increasing the cogging main order.
  • the quality of the motor can be improved by reducing the cogging torque through designing of the width and depth of the groove formed in each tooth on the basis of the slot opening.
  • the motor can reduce the cogging torque by defining the groove width and depth in relation to the slot opening.
  • the motor can reduce the cogging torque by defining the depth of the groove in relation to the length of the protrusion.
  • FIG. 1 is a view showing a motor according to a first embodiment
  • Figure 2 shows a first angle and a second angle
  • FIG. 4 is a view showing a comparison of values of torque and torque ripple corresponding to a decrease rate of the magnet width
  • FIG. 5 is a view showing an optimum shape of an outer circumferential surface of a magnet for reducing torque ripple
  • Figs. 6 and 7 are graphs showing torque ripples generated in a high-speed rotation condition
  • FIG. 10 is a view showing grooves of a tooth
  • Fig. 11 is a table showing the cogging main degree increased by the motor according to the first embodiment
  • FIG. 14 is a view showing a shoe whose inner peripheral surface is formed of a curved surface
  • Fig. 15 is a diagram showing a comparison between the cogging torque of the motor in which the inner peripheral surface of the shoe is flat and the cogging torque of the motor in which the center of curvature of the inner peripheral surface of the shoe coincides with the center of the stator core of the stator core,
  • Fig. 16 is a graph showing the deviation and output of the cogging torque of the motor in which the inner circumferential surface of the shoe is flat, and the deviation and the output of the cogging torque of the motor whose center of curvature of the inner circumferential surface of the shoe coincides with the center of the stator core,
  • 17 is a view showing a cogging torque improving state corresponding to the cogging main degree in the motor according to the first embodiment
  • FIG. 19 is a sectional view showing a motor according to the second embodiment
  • Fig. 21 is an enlarged view showing area A1 in Fig. 3,
  • FIG. 22 is a graph showing changes in cogging torque according to angles of a body portion and a protrusion portion of a stator core disposed in a motor according to the second embodiment
  • 25 is a graph showing the cogging torque when the width of the groove is 0.85 to 0.95 times the width of the slot opening in the motor according to the second embodiment
  • 26 is a view showing a waveform of cogging torque of a motor which is a comparative example
  • FIG. 27 is a view showing the waveform of the cogging torque of the motor according to the second embodiment when the groove width is 0.9 times the width of the slot opening, and FIG.
  • 29 is a graph showing a change in the cogging torque when the width of the groove is 1.05 to 1.1 times the width of the slot opening in the motor according to the second embodiment
  • FIG. 30 is a view showing the waveform of the cogging torque of the motor according to the second embodiment when the groove width is 1.1 times the width of the slot opening,
  • 31 is a table showing changes in cogging torque and torque when the depth of grooves in the radial direction of the second surface in the motor according to the second embodiment is 0.7 to 0.9 times,
  • 35 is a graph showing the cogging torque when the depth of the groove in the radial direction of the second surface in the motor according to the second embodiment is 1.1 to 1.3 times
  • 36 is a view showing the waveform of the cogging torque when the depth of the groove is 1.3 times as long as the radial length of the second surface of the motor according to the second embodiment
  • 39 is a view showing the waveform of the cogging torque when the groove depth of the motor according to the second embodiment is 0.65 mm and the groove width is 1.1 times the width of the slot opening,
  • FIG. 42 is a view showing the waveform of the cogging torque when the width of the groove of the motor according to the second embodiment is 2.2 mm and the depth of the groove is 1.3 times as long as the radial length of the second surface.
  • 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 upper or lower when described as being formed or disposed on “upper or lower “ of each component, the upper or lower (lower) But also includes the case where another component is formed or disposed between two components. Also, 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 a first embodiment
  • Fig. 2 is a view showing a first angle and a second angle
  • Fig. 3 is a view showing a first angle.
  • the motor 1 may include a shaft 100, a rotor 200, and a stator 300.
  • the shaft 100 may be coupled to the rotor 200.
  • the rotor 200 rotates and the shaft 100 rotates in conjunction therewith.
  • the shaft 100 is connected to the steering shaft of the vehicle Power can be transmitted to the steering shaft.
  • the shaft 100 may be supported by bearings.
  • the rotor (200) rotates through electrical interaction with the stator (300).
  • the rotor 200 is disposed inside the stator 300.
  • the rotor 200 may include a magnet 220 coupled to the rotor core 210 and the rotor core 210.
  • the rotor 200 may be implemented as a type in which the magnet 220 is coupled to the outer circumferential surface of the rotor core 210.
  • a separate can member 230 may be coupled to the rotor core 210 to prevent detachment of the magnet 220 and increase the coupling force.
  • the rotor 200 may be formed integrally with the magnet 220 and the rotor core 210 by double injection molding.
  • the rotor 200 may be embodied such that the magnet is coupled to the interior of the rotor core.
  • the rotor 200 of this type may be provided with a pocket in which the magnet 220 is inserted in the rotor core 210.
  • the rotor 200 may be disposed in the rotor core 210, which is a cylindrical single piece, with a magnet 220 in one stage.
  • the first stage means a structure in which the magnet 220 can be disposed such that there is no skew on the outer circumferential surface of the rotor 200.
  • the height of the rotor core 210 and the height of the magnet 220 may be the same as each other when the longitudinal section of the rotor core 210 and the longitudinal section of the magnet 220 are referred to. That is, the magnets 220 may be arranged to cover the entire rotor core with respect to the height direction (axial direction).
  • the axial direction may be the longitudinal direction of the shaft 100.
  • the stator 300 may be disposed outside the rotor 200.
  • the stator 300 induces electrical interaction with the rotor 200 to induce rotation of the rotor 200.
  • the sensing magnet 400 is coupled to the shaft 100 to interlock with the rotor 200 to detect the position of the rotor 200.
  • a sensing magnet may include a magnet and a sensing plate.
  • the magnet and the sensing plate may be coupled so as to have a coaxiality.
  • the sensing magnet 400 may include a main magnet disposed in the circumferential direction adjacent to the hole forming the inner peripheral surface and a sub magnet formed at the peripheral edge.
  • the main magnet may be arranged in the same manner as the drive magnet inserted in the rotor of the motor.
  • the submagnet is divided into more poles than the main magnet. Accordingly, it is possible to measure the rotational angle more finely and measure it, and the driving of the motor can be made more smooth.
  • the sensing plate may be formed of a disc-shaped metal material.
  • a sensing magnet may be coupled to the upper surface of the sensing plate.
  • the sensing plate may be coupled to the shaft 100.
  • a hole through which the shaft 100 passes is formed in the sensing plate.
  • a sensor for sensing the magnetic force of the sensing magnet may be disposed on the printed circuit board 500.
  • the sensor may be a Hall IC.
  • the sensor senses changes in the N and S poles of the main magnet or sub-magnet to generate a sensing signal.
  • the printed circuit board 500 may be mounted on the sensing magnet such that the printed circuit board 500 is coupled to the lower surface of the cover of the housing and the sensor faces the sensing magnet.
  • the motor 1 reduces the width of the magnet 220 to increase the number of vibrations of the cogging torque waveform per unit cycle to reduce cogging torque and torque ripple.
  • the width of the magnet 220 may be defined as the length of the arc formed by the inner circumferential surface of the magnet 220 contacting the rotor core 210.
  • a plurality of magnets 220 are attached to the outer circumferential surface of the rotor core 210.
  • the stator 300 may include a plurality of teeth 320.
  • the magnet 220 and the tooth 320 may be arranged to face each other.
  • the number of the magnets 220 is six, and the number of the teeth 320 is nine.
  • the number of teeth 320 corresponds to the number of slots.
  • the magnets 220 may be alternately arranged in the N and S poles along the circumferential direction of the rotor core 210.
  • the inner circumferential surface 211 of the magnet 220 is in contact with the outer circumferential surface of the rotor core 210.
  • the width of the magnet 220 of the motor 1 according to the first embodiment can be explained through the first angle R11 and the second angle R12.
  • the first angle R11 represents an angle obtained by dividing 360 degrees, which is the angle formed by the outer circumferential surface of the rotor core 210, by the number of the magnets 220. For example, when the number of the magnets 220 is six, the first angle R11 is 60 degrees.
  • the length of the arc of the rotor core 210 corresponding to the first angle R11 serves as a reference for setting the width of the magnet 220.
  • the width of the actual magnet 220 is formed on the outer circumferential surface of the rotor core 210, so that the width of the protrusion for guiding the magnet 220 may be increased or decreased.
  • the second angle R12 refers to an angle formed by the first extension line L11 and the second extension line L12.
  • the first extension line L11 represents an imaginary line extending from the one end of the inner circumferential surface 210 to the center point C of the rotor core 210 on the cross section of the magnet 220.
  • the cross section of the magnet 220 means the cross section of the magnet 220 cut in a direction perpendicular to the axial direction of the motor.
  • the length of the arc of the rotor core 210 corresponding to the second angle R12 which is an angle of the first extension line L11 and the second extension line L12 is another standard for setting the width of the magnet 220.
  • the first angle R11 is a reference angle for setting the width of the conventional magnet 220 and the second angle R12 is a width smaller than the width of the magnet 220 about the first angle R11 Is a reference angle for setting the width of the magnet 220.
  • Fig. 4 is a diagram showing a comparison between values of torque and torque ripple corresponding to the decrease rate of the magnet width.
  • the ratio of the first angle R11 to the second angle R12 is 0.92 to 0.95, which is greater than the reference line B indicating the target reference torque ripple It can be seen that low torque ripple is measured.
  • the torque is measured to be higher than the reference line A indicating the target reference torque, and it is found that the required torque is also satisfied .
  • FIG. 5 is a view showing an optimum shape of the outer circumferential surface of the magnet for reducing torque ripple.
  • a point on the outer circumferential surface of the magnet 220 farthest from the center C of the rotor core 210 to the outer circumferential surface of the magnet 220 is referred to as P10 in FIG.
  • An imaginary reference line connecting the center C of the rotor core 210 and P10 in Fig. 5 is referred to as Z in Fig.
  • the outer circumferential surface of the magnet 220 is designed to be disposed along S11 of Fig. 5 is a line indicating a circumference having a radius F11 from the first origin P11 away from the center C on the reference line Z in Fig. 5 to P10 in Fig. 5.
  • the outer circumferential surface of the magnet 220 of the rotor according to the embodiment is designed to be disposed along S12 of Fig. 5 is a line showing a circumference with the first radius F12 as the distance from the second origin P12 away from the center C on the reference line Z in Fig. 5 to P10 in Fig.
  • the second origin P 12 is disposed outside the first origin P 11 in the radial direction of the rotor core 210.
  • the shape of the outer circumferential surface of the magnet 220 is intended to reduce torque ripple under high-speed conditions.
  • FIGS. 6 and 7 are graphs showing torque ripples occurring under high-speed rotation conditions.
  • the rotor in order to reduce such torque ripple, changes the shape of the outer circumferential surface of the magnet 220 so as to have a smaller radius of curvature than the outer circumferential surface of a general magnet, as shown in S12 of FIG.
  • the magnet 220 can be designed such that the first radius F12 is 0.5 to 0.7.
  • the first radius F12 is a radius of curvature of the outer circumferential surface of the magnet 220 and is a distance from the second origin P12 to the point P in Fig. 5, and the second radius F13 is a radius of curvature of the inner circumferential surface of the magnet 220 Of the curvature radius.
  • the first radius F12 may be 11.2 mm and the second radius F13 may be 17.2 mm . Therefore, the distance from the center C of the rotor core 210 to the second origin P12 corresponds to 8.8 mm.
  • FIG. 13 shows the ratio of the second angle R12 to the first angle R11 and the MOF of FIG. 8 indicates the ratio of the second origin P12 to the center C of the rotor core 210 ). ≪ / RTI >
  • the ratio of the second angle R12 to the first angle R11 is 0.885, and the second origin P12 is 5.3 mm from the center C of the rotor core 210.
  • the ratio of the second angle R12 to the first angle R11 is 0.93 and the second origin P12 at the center C of the rotor core 210 is 8.8 mm.
  • FIG. 9 is a graph showing the torque ripple of the motor according to the first embodiment under high-speed rotation conditions.
  • the noise is greatly reduced in the 800 Hz region, and the torque ripple is reduced.
  • FIG. 10 is a view showing grooves of a tooth.
  • the stator 300 may include a stator core 300a and a coil 330.
  • the stator core 300a may be formed by laminating a plurality of plates in the form of a thin steel plate. Further, the stator core 300a may be formed by connecting or connecting a plurality of divided cores.
  • the core of the stator core 300a is provided with an annular yoke portion 310 and a tooth 320 protruding from the yoke 310 toward the center may be provided.
  • the coil 330 is wound on the tooth 320.
  • a plurality of teeth 320 may be disposed at regular intervals along the inner circumferential surface of the annular yoke 310. 3, a total of twelve teeth 320 are shown.
  • the present invention is not limited thereto, and various modifications may be made according to the number of poles of the magnet 220.
  • a magnet 220 may be attached to the outer circumferential surface of the rotor core 210.
  • the tip of the tooth 320 is disposed to face the magnet 220.
  • the tooth 320 may include a body 321 and a shoe 322.
  • the body 321 is where the coil (330 in FIG. 1) is wound.
  • the shoe 322 is disposed at the end of the body 321.
  • the end face of the shoe 322 is arranged to face the magnet 220.
  • the space between the adjacent tooth 320 and the tooth 320 is formed as a winding space P of the coil (330 in FIG. 1).
  • the shoe 322 and the shoe 322 of the adjacent tooth 320 are disposed apart from each other to form a slot opening SO.
  • the slot opening SO is an inlet of the winding space P where the nozzle for winding the coil is inserted.
  • the body 321 of the tooth 320 may be referred to as a first body.
  • the inner circumferential surface of the shoe 322 may include a groove 323.
  • the groove 323 may be recessed in the inner peripheral surface of the shoe 322. Although the shape of the groove 323 is shown as a square, the present invention is not limited thereto.
  • the grooves 323 may be disposed along the axial direction of the stator core 310. In other words, the grooves 323 may be long along the height direction of the stator core 310 from the upper end to the lower end of the stator core 310.
  • Two grooves 323 may be disposed. 10, two grooves 323 are symmetrically arranged with respect to a reference line L passing the center of width of the body 321 of the tooth 320 and the center C of the stator core 310 .
  • the grooves 323 serve to correspond to the slot openings SO which cause a change in the magnetic flux density, thereby increasing the frequency of the waveform of the cogging torque per unit period and greatly reducing the cogging torque.
  • FIG. 11 is a table showing the cogging main order which is increased by the motor according to the first embodiment.
  • the cogging main degree corresponds to the minimum common multiple of eight, that is, the number of the magnets 220 and the number of slots.
  • the cogging main degree means the number of vibrations of the cogging torque waveform per unit rotation (one revolution) of the motor.
  • the number of oscillations represents the number of repetitions of the cogging torque waveform forming the peak.
  • the number of slots corresponds to the number of teeth 320.
  • the cogging main order is tripled from 18 to 54 do.
  • the triple cogging main degree through the two grooves 323 means that the number of vibrations of the cogging torque waveform is tripled, so that the cogging torque can be greatly reduced.
  • Fig. 12 is a view showing the width of the groove
  • Fig. 13 is a table showing the change of the cogging torque waveform according to the groove width.
  • the width W11 of the groove 323 is set within 90% to 110% of the width W12 of the slot opening SO.
  • the width W11 of the groove 323 refers to the distance from one side of the inlet of the groove 323 to the other side with respect to the circumferential direction of the stator core 310.
  • the width W12 of the slot opening SO refers to the distance from one side of the inlet of the slot opening SO to the other side with reference to the circumferential direction of the stator core 310.
  • FIG. 14 is a view showing a shoe whose inner peripheral surface has a curved surface.
  • the inner peripheral surface of the shoe 322 is formed such that the center of curvature coincides with the center C of the stator core (310 in Fig. 2).
  • the imaginary circle center O connecting the inner circumferential surfaces of the shoe 322 coincides with the center C of the stator core (310 in Fig. 2) of the stator core.
  • Fig. 15A shows a case where the inner circumferential surface of the shoe is flat in a motor including a rotor having 6 poles and 9 slots and no skew.
  • 15B shows a case in which the center of curvature of the inner circumferential surface of the shoe of the motor including the rotor with six poles and nine slots and without skew coincides with the center C of the stator core 310 of the stator core.
  • 16A shows a case where the inner circumferential surface of the shoe is flat in a motor including a rotor having 6 poles and 9 slots and no skew.
  • 16B shows a case in which the center of curvature of the inner circumferential surface of the shoe of the motor including the rotor having 6 poles and 9 slots and without skew coincides with the center C of the stator core 310 of the stator core.
  • 17 is a view showing a cogging torque improved state corresponding to the cogging main degree in the motor according to the first embodiment.
  • the red bar in Fig. 17 is a torque torque when the inner circumferential surface of the shoe is flat in a motor including a rotor with 6 poles 9 slots and no skew, and the blue bar in Fig. 17 is a 6 pole 9 slot, Is the cogging torque when the center of curvature of the inner peripheral surface of the shoe coincides with the center C of the stator core 310 in the motor including the motor.
  • the cogging torque indicated by the red bar and the coating torque indicated by the blue bar do not differ greatly in the sixth and eighth cogging orders.
  • Cogging main order 9 the coating torque indicated by the blue bar is significantly reduced compared to the cogging torque indicated by the red bar, and the cogging torque reduction performance is greatly improved.
  • FIG. 18 is a view showing a motor according to a second embodiment
  • FIG. 19 is a sectional view showing a motor according to the second embodiment.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing the line A-A in FIG. 18, the y direction indicates the axial direction, and the x direction indicates the radial direction. The axial direction and the radial direction are perpendicular to each other.
  • the motor 1a includes a housing 1100, a cover 1200, a stator 1300 disposed inside the housing 1100, an inner side of the stator 1300 A shaft 1500 coupled to the rotor 1400, and a sensor portion 1600.
  • the sensor 1400 includes a rotor 1400,
  • the inside means a direction disposed toward the center C with respect to the radial direction
  • the outside means a direction opposite to the inside.
  • the housing 1100 and the cover 1200 can form the outer shape of the motor 1a.
  • the housing 1100 may be formed in a cylindrical shape having an opening at an upper portion thereof.
  • the cover 1200 may be disposed to cover the open top of the housing 1100.
  • the housing 1100 and the cover 1200 can be coupled to each other to form a receiving space therein. 19, a stator 1300, a rotor 1400, a shaft 1500, and a sensor unit 1600 may be disposed in the accommodation space.
  • the housing 1100 may be formed in a cylindrical shape.
  • a pocket portion for receiving a bearing 10 supporting a lower portion of the shaft 1500 may be provided at a lower portion of the housing 1100.
  • the cover 1200 disposed on the upper portion of the housing 1100 may also be provided with a pocket for receiving the bearing 10 supporting the upper portion of the shaft 1500.
  • the stator 1300 may be supported by the inner circumferential surface of the housing 200.
  • the stator 1300 is disposed outside the rotor 1400. That is, the rotor 1400 may be disposed inside the stator 1300.
  • Fig. 20 is a cross-sectional view showing a stator of a motor according to a second embodiment
  • Fig. 21 is an enlarged view showing an area A1 in Fig.
  • the stator 1300 includes a stator core 1310, a coil 1320 wound around the stator core 1310, an insulator 1330 disposed between the stator core 1310 and the coil 1320, . ≪ / RTI >
  • the stator core 1310 may be wound with a coil 1320 forming a rotating magnetic field.
  • the stator core 1310 may be formed of one core or a plurality of divided cores may be combined.
  • stator core 1310 may be formed by stacking a plurality of plates in the form of thin steel plates, but the present invention is not limited thereto.
  • the stator core 1310 may be formed as a single unit.
  • the stator core 1310 may include a yoke 1311 and a plurality of teeth 1312.
  • the yoke 1311 may be formed in a cylindrical shape. Accordingly, the yoke 1311 may include a planar ring-shaped cross section.
  • the tooth 1312 may protrude from the yoke 1311 in the radial direction (x direction) with respect to the center C of the tooth 1312.
  • the plurality of teeth 1312 may be spaced apart from each other on the inner circumferential surface of the yoke 1311 along the circumferential direction. Accordingly, a slot that is a space through which the coil 1320 can be wound can be formed between each of the teeth 1312.
  • the tooth 1312 may be provided in 12 but is not limited thereto.
  • the tooth 1312 may be disposed so as to face the magnet 1420 of the rotor 1400.
  • the inner surface 1314a of the tooth 1312 is spaced apart from the outer circumferential surface of the magnet 1420 by a predetermined distance with respect to the radial direction.
  • the inner surface 1314a may be formed with a predetermined curvature (1 / R20) with respect to the center C of the motor 1a. Accordingly, the length of the inner surface 1314a can be obtained by a formula for obtaining the length of the arc.
  • a coil 1320 is wound on each of the teeth 1312.
  • the protrusion 1314 may include a first area 1314c having a first surface 1314b formed in the radial direction and a second area 1314d protruding inward from the first area 1314c.
  • the body portion 1313 may be called a body
  • the protrusion 1314 may be called a shoe.
  • the body portion 1313 may be disposed so as to protrude from the yoke 1311 toward the radial direction (x direction) with respect to the center C. [ The body portion 1313 may be spaced apart from the inner circumferential surface of the yoke 1311 along the circumferential direction.
  • the coil 1320 may be wound around the body portion 1313.
  • the protrusion 1314 may extend to protrude inward from the end of the body portion 1313.
  • the opening means a slot opening (SO).
  • the slot opening SO may indicate between one end of the protrusion 1314 of one tooth 1312 of the plurality of teeth 1312 and the other end of the protrusion 1314 of the other tooth 1312 adjacent thereto .
  • the slot opening SO is a space between the end point P20 of one protrusion 1314 and the end point P20 of another protrusion 1314 disposed adjacent to the end point P20 of one protrusion 1314, May be arranged to have a predetermined distance W21.
  • the distance W21 of the slot opening SO may be referred to as a distance between the protrusions 1314 or may be referred to as the width of the slot opening SO.
  • the protrusion 1314 may include a first region 1314c and a second region 1314d having a first surface 1314b formed in the radial direction.
  • a groove 1315 may be formed in the second region 1314d including the inner surface 1314a and the second surface 1314e.
  • the inner surface 1314a of the protrusion 1314 may be formed with a predetermined curvature (1 / R20) with respect to the center C of the motor 1a.
  • the side surface of the protrusion 1314 may include a first surface 1314b extending from the body portion 1313 and a second surface 1314e extending from the first surface 1314b.
  • the first surface 1314b of the first region 1314c may be formed to have a first inclination? 1 with the side surface 1313a of the body portion 1313.
  • the second surface 1314e of the second region 1314d may be formed to have a second inclination? 2 with the first surface 1314b.
  • the first inclination [theta] 1 may be an outer obtuse angle formed by the side surface 1313a of the body portion 1313 and the first surface 1314b.
  • the second inclination [theta] 2 may be an inner obtuse angle formed by the first surface 1314b and the second surface 1314e.
  • first slope? 1 and the second slope? 2 may be different, but are not necessarily limited thereto.
  • first slope? 1 and the second slope? 2 may be the same in consideration of the performance of the motor 1a by the tooth 1312 and the cogging torque.
  • the first region 1314c is connected to the end portion of the body portion 1313 and may include a first surface 1314b formed on both sides with respect to the circumferential direction. As shown in Fig. 20, the first region 1314c is disposed between the body portion 1313 and the second region 1314d.
  • the first inclination [theta] 1 formed by the body portion 1313 and the protruding portion 1314 may be 145 [deg.] To 155 [deg.].
  • the first inclination? 1 formed by the side surface 1313a of the body portion 1313 and the first surface 1314b of the protruding portion 1314 may be between 145 ° and 155 °.
  • FIG. 22 is a graph showing changes in cogging torque according to angles of a body portion and a protrusion portion of a stator core disposed in a motor according to the second embodiment.
  • the amplitude of the cogging torque waveform gradually decreases as the first inclination? 1 formed by the side surface 1313a of the body portion 1313 and the first surface 1314b of the protruding portion 1314 decreases from 145 ° to 155 ° have.
  • the second area 1314d is a part of the protrusion 1314 extending inward from the first area 1314c and the second area 1314d is a part of the inner surface 1314a and a second side 1314e.
  • the second region 1314d may be formed to have a predetermined length L20.
  • the length L20 may be the length of the second surface 1314e.
  • the length L20 may be provided in a length from the inner edge of the first surface 1314b to one side edge of the inner surface 1314a.
  • the length L20 of the second surface 1314e with respect to the radial direction may be 1/4 of the distance W21 of the slot opening SO. At this time, the length L20 may be referred to as the depth of the protrusion 1314.
  • the groove 1315 may be formed outwardly concave on the inner surface 1314a with respect to the radial direction.
  • two grooves 1315 are formed in a rectangular shape in a direction perpendicular to the axial direction of the shaft 1500.
  • the groove 1315 may be formed of one or more than two.
  • the groove 1315 may be formed in a semicircular shape or a parabolic shape formed with a predetermined radius.
  • the groove 1315 may have a predetermined width W22 in the circumferential direction and a predetermined depth D in the radial direction.
  • the two grooves 1315 may be arranged symmetrically with respect to the center of the width of the protrusion 1314 and the reference line CL passing through the center of the body 1313 with respect to the circumferential direction.
  • the first distance L21 between the groove 1315 formed in the inner surface 1314a and the groove 1315 with respect to the circumferential direction is equal to a second distance L21 from one end of the protrusion 1314 to the groove 1315 L22).
  • the first distance L21 and the second distance L22 may be distances in the circumferential direction on the inner surface 1314a.
  • the cogging torque of the motor (1a) can be reduced by the width (W22) of the groove (1315).
  • the width W22 of the groove 1315 may be 0.85 to 1.1 times the distance between one end of one protrusion 1314 of the plurality of teeth 1312 and the other end of the protrusion 1314 of another adjacent tooth 1312 have.
  • FIG. 24 is a table showing changes in cogging torque and torque when the width of the slot is equal to 0.85 to 0.95 times the width of the slot opening in the motor according to the second embodiment.
  • FIG. FIG. 26 is a graph showing the cogging torque of the motor as a comparative example
  • FIG. 27 is a graph showing the cogging torque when the width of the groove is 0.9 times
  • Fig. 8 is a diagram showing the waveform of the cogging torque of the motor according to the second embodiment.
  • the motor provided as the comparative example has the same slot opening and groove width, and the slot opening and groove width can be provided to be 2 mm. The depth of the groove is 0.5 mm.
  • 43.8 mN in Fig. 25 represents the cogging torque of the motor of the comparative example.
  • the change amount of the torque of the motor 1a according to the second embodiment is small compared to the torque result of 5.94 Nm of the motor of the comparative example.
  • Fig. 26 is a view showing the pulsation (repetitive torque waveform) of the cogging torque of the motor as a comparative example
  • Fig. 27 is a diagram showing pulsation (repetitive torque waveform) of the cogging torque of the motor according to the second embodiment, 27, it can be seen that the amplitudes of the maximum value and the minimum value of the cogging torque of the motor 1a are smaller than the maximum and minimum values of the cogging torque of the motor, which is a comparative example.
  • FIG. 28 is a table showing changes in cogging torque and torque when the width of the slot is equal to 1.05 to 1.1 times the width of the slot opening in the motor according to the second embodiment.
  • FIG. FIG. 30 is a graph showing a change in the cogging torque when the groove width is 1.05 to 1.1 times the width of the opening.
  • FIG. 30 shows a waveform of the cogging torque of the motor according to the second embodiment when the groove width is 1.1 times the width of the slot opening.
  • W2 2.2 mm
  • the cogging torque of the motor 1a is decreased to the width W22 of the groove 1315 of the motor 1a to 2.2 mm.
  • the change amount of the torque of the motor 1a according to the second embodiment is small compared to the torque result of 5.94 Nm of the motor of the comparative example.
  • the amplitudes of the maximum value and the minimum value of the cogging torque of the motor 1a are compared with each other. It can be confirmed that the width of the cogging torque of the traction motor is smaller than the width of the maximum value and the minimum value.
  • the width W22 of the groove 1315 is in the range of 1.05-1.1 of the distance between one end of one protrusion 1314 of the plurality of teeth 1312 and the other end of the protrusion 1314 of another tooth 1312 adjacent thereto. At the time of doubling, the cogging torque is effectively reduced to improve the quality of the motor 1a.
  • the cogging torque of the motor 1a is decelerated to the maximum when the width W22 of the groove 1315 is 2.2 mm. That is, when the width W22 of the groove 1315 is 1.1 times the distance W21 of the slot opening SO, the cogging torque of the motor 1a is decelerated to the maximum.
  • the cogging torque of the motor (1a) can be reduced by the depth (D) of the groove (1315).
  • the depth D of the groove 1315 with respect to the radial direction may be 0.7 to 1.3 times the length L20 of the second surface 1314e.
  • the length L20 of the second surface 1314e with respect to the radial direction can be provided as 1/4 of the distance W21 of the slot opening SO, May be formed within a range of 0.175 to 0.325 times the distance W21 of the slot openings SO formed between the protrusions 1314.
  • FIG. 31 is a table showing changes in cogging torque and torque when the depth of grooves in the radial direction of the second surface in the motor according to the second embodiment is 0.7 to 0.9 times
  • FIG. 32 is a table showing changes in cogging torque and torque in the motor according to the second embodiment.
  • FIG. 33 is a graph showing the cogging torque when the depth of the groove in the radial direction of the second surface of the motor according to the second embodiment is 0.9 And the waveform of the cogging torque.
  • the motor provided as the comparative example has a case where the depth of the protrusion is equal to the depth of the groove, and the length of the second surface and the depth of the groove are 0.5 mm.
  • 43.8 mN in FIG. 32 represents the cogging torque of the motor as the comparative example.
  • the depth D of the groove 1315 is smaller than the distance of the slot opening SO (W21) of 0.175 to 0.225 times.
  • D 0.45 mm
  • the cogging torque of the motor 1a decreases to the depth D of the groove 1315 of the motor 1a to 0.45 mm.
  • the change amount of the torque of the motor 1a according to the second embodiment is small compared to the torque result of 5.94 Nm of the motor of the comparative example.
  • the amplitudes of the maximum value and the minimum value of the cogging torque of the motor 1a are expressed by the following equations It can be confirmed that the cogging torque of the motor of the comparative example is smaller than the width of the maximum value and the minimum value.
  • Fig. 34 is a table showing changes in cogging torque and torque when the depth of grooves in the radial direction of the second surface in the motor according to the second embodiment is 1.1 to 1.3 times
  • Fig. 35 is a table showing changes in cogging torque and torque in the motor according to the second embodiment.
  • FIG. 36 is a graph showing the cogging torque when the depth of the groove in the radial direction of the second surface according to the second embodiment is 1.3 to 1.3 times the depth of the groove in the radial direction of the second surface. And the waveform of the cogging torque.
  • the depth D of the groove 1315 is smaller than the distance of the slot opening SO May be formed within a range of 0.275 to 0.325 times as large as the width W21.
  • D 0.65 mm
  • the cogging torque of the motor 1a decreases to the depth D of the groove 1315 of the motor 1a to 0.65 mm and increases again.
  • the change amount of the torque of the motor 1a according to the second embodiment is small compared to the torque result of 5.94 Nm of the motor of the comparative example.
  • FIG. 37 is a table showing changes in cogging torque and torque when the groove depth of the motor according to the second embodiment is 0.65 mm and the groove width is 0.85 to 1.1 times the width of the slot opening
  • FIG. 39 is a graph showing the cogging torque when the groove depth of the motor according to the second embodiment is 0.65 mm and the width of the groove with respect to the width of the slot opening is 0.85 to 1.1, mm and the groove width is 1.1 times the width of the slot opening.
  • the cogging torque is reduced as much as possible.
  • 37 to 39 show the variation amount of the cogging torque of the motor 1a according to the width W22 of the groove 1315 based on the depth D of the groove 1315 being 0.65 mm have. That is, by fixing the depth D of the groove 1315 of the motor 1a, it is possible to confirm the change in the cogging torque and the torque and the critical value due to the width W22 of the groove 1315.
  • the distance W21 of the slot opening SO is 2 mm
  • the length L20 of the second astigmatism 314e which is the depth of the protrusion 1314, may be 0.5 mm.
  • the change amount of the torque of the motor 1a according to the second embodiment is small compared to the torque result of 5.94 Nm of the motor of the comparative example.
  • the width of the maximum value and the minimum value of the cogging torque of the motor 1a are set so as to satisfy the following expression It can be confirmed that the cogging torque of the motor of the comparative example is smaller than the width of the maximum value and the minimum value.
  • 40 is a table showing changes in cogging torque and torque when the groove width of the motor according to the second embodiment is 2.2 mm and the groove depth is 0.7 to 1.3 times the radial length of the second surface
  • 42 is a graph showing the cogging torque when the groove width of the motor according to the second embodiment is 2.2 mm and the groove depth is 0.7 to 1.3 times the radial length of the second surface. Is 2.2 mm and the groove depth is 1.3 times the radial length of the second surface.
  • FIGS. 40 to 42 illustrate the variation of the cogging torque of the motor 1a according to the depth D of the groove 1315 based on the width W22 of the groove 1315 of 2.2 mm have. That is, by fixing the width W22 of the groove 1315 of the motor 1a, it is possible to confirm the change of the cogging torque and the torque and the critical value by the depth D of the groove 1315.
  • the distance W21 of the slot opening SO is 2 mm
  • the length L20 of the second astigmatism 314e which is the depth of the protrusion 1314, may be 0.5 mm.
  • D 0.65 mm
  • the cogging torque of the motor 1a decreases to the depth D of the groove 1315 of the motor 1a to 0.65 mm and increases again.
  • the change amount of the torque of the motor 1a according to the second embodiment is small compared to the torque result of 5.94 Nm of the motor of the comparative example.
  • the motor (1a) can reduce the cogging torque preferentially by adjusting the width (W22) of the groove (13) to a depth (D).
  • the cogging torque of the motor 1a is reduced to 53.4% as much as possible. That is, in the motor 1a, the width W22 of the groove 1315 is 1.1 times the distance W21 of the slot opening SO and the depth D of the groove 1315 is 1.3 times the depth of the protrusion 1314 , The cogging torque is reduced as much as possible.
  • the length L20 of the second surface 1314e may be provided to a length from the inner edge of the first surface 1314b to one side edge of the inner surface 1314a. Since the length L20 may be 1/4 of the distance W21 of the slot opening SO, the depth D of the groove 1315 may be 0.325 times the distance W21 of the slot opening SO. At doubling, the cogging torque is reduced as much as possible.
  • the width W22 of the groove 1315 is 0.85 to 1.1 times the distance W21 of the slot opening SO formed between the protrusions 1314 and the depth D of the groove 1315 is the distance And may be 0.7 to 1.3 times the length L20.
  • the cogging torque of the motor 1a is greatly reduced when the depth D of the groove 1315 is 0.65 mm and the width W22 of the groove 1315 is 2.1 to 2.2 mm.
  • the insulator 1330 insulates the stator core 1310 and the coil 1320. Accordingly, the insulator 1330 can be disposed between the stator core 1310 and the coil 1320.
  • the coil 1320 can be wound on the tooth 1312 of the stator core 1310 in which the insulator 1330 is disposed.
  • the rotor 1400 is disposed inside the stator 1300.
  • the rotor 1400 may include a hole into which the shaft 1500 is inserted. Accordingly, the shaft 1500 can be coupled to the groove of the rotor 1400.
  • the rotor 1400 may include a rotor core 1410 and a magnet 1420 disposed on the outer circumferential surface of the rotor core 1410.
  • the rotor 1400 may be divided into the following types according to the coupling method of the rotor core 1410 and the magnet 1420.
  • the rotor 1400 may be realized as a type in which the magnet 1420 is coupled to the outer circumferential surface of the rotor core 1410.
  • This type of rotor 1400 can be coupled to the rotor core 1410 by a separate can member (not shown) to prevent disengagement of the magnet 1420 and increase coupling force.
  • the magnet 1420 and the rotor core 1410 may be integrally formed by double injection molding.
  • the rotor 1400 may be realized as a type in which the magnet 1420 is coupled to the inside of the rotor core 1410.
  • This type of rotor 1400 may be provided with a pocket in which the magnet 1420 is inserted in the rotor core 1410.
  • the rotor core 1410 may be formed by stacking a plurality of plates in the form of a thin steel plate. Of course, the rotor core 1410 may be made in the form of a single core consisting of a single cylinder.
  • the rotor core 1410 may be formed by stacking a plurality of pucks (unit cores) forming a skew angle.
  • the rotor core 1410 may include a hole into which the shaft 1500 is inserted.
  • the magnet 1420 may be provided in eight, but is not necessarily limited thereto.
  • the shaft 1500 may be coupled to the rotor 1400.
  • the rotor 1400 rotates and the shaft 1500 rotates in conjunction therewith.
  • the shaft 1500 can be supported by the bearing 10.
  • the shaft 1500 may be connected to the steering shaft of the vehicle. Accordingly, the steering shaft can receive the power by the rotation of the shaft 1500.
  • the sensor unit 1600 senses the magnetic force of the sensing magnet installed in a rotatable manner with respect to the rotor 1400 and detects the current position of the rotor 1400, thereby sensing the rotated position of the shaft 1500.
  • the sensor unit 1600 may include a sensing magnet assembly 1610 and a printed circuit board (PCB) 1620.
  • PCB printed circuit board
  • the sensing magnet assembly 1610 is coupled to the shaft 1500 for interlocking with the rotor 1400 so that the position of the rotor 1400 is detected.
  • the sensing magnet assembly 1610 may include a sensing magnet and a sensing plate.
  • the sensing magnet and the sensing plate may be coupled to each other with a coaxial axis.
  • the sensing magnet may include a main magnet disposed in the circumferential direction adjacent to the hole forming the inner circumferential surface and a sub magnet formed at the edge.
  • the main magnet may be arranged in the same manner as the drive magnet inserted into the rotor 1400 of the motor.
  • the submagnet is divided into more poles than the main magnet.
  • the sensing plate may be formed of a disc-shaped metal material.
  • a sensing magnet may be coupled to the upper surface of the sensing plate.
  • the sensing plate may be coupled to the shaft 1500.
  • a hole through which the shaft 1500 penetrates is formed in the sensing plate.
  • a sensor for sensing the magnetic force of the sensing magnet may be disposed on the printed circuit board 1620. At this time, the sensor may be provided as a Hall IC. The sensor may generate a sensing signal by detecting a change in the N and S poles of the sensing magnet.
  • the stator includes a stator core and a stator core.
  • the stator core includes a stator core and a stator core.
  • the stator core includes a stator core, 1314: shoe, 323, 1315: groove, 330, 1330: coil

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Abstract

실시예는 복수의 투스를 갖는 스테이터 코어; 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 투스는 상기 코일이 감기는 몸체와 상기 몸체에 연결되는 슈를 포함하고, 상기 슈는 복수의 홈을 포함하고, 상기 슈의 내주면의 곡률 중심은 상기 스테이터 코어의 중심과 동일한 스테이터를 제공한다.

Description

스테이터 및 이를 포함하는 모터
실시예는 스테이터 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.
모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 차량, 가정용 전자제품, 산업용 기기 등에 광범위하게 사용된다.
특히, 상기 모터가 사용되는 전자식 파워 스티어링 시스템(Electronic Power Steering System 이하, EPS라 한다.)은 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공한다. 그에 따라, 차량의 운전자는 안전한 주행을 할 수 있다.
모터는 스테이터와 로터를 포함한다. 스테이터는 복수 개의 슬롯을 형성하는 티스를 포함할 수 있으며, 로터는 티스와 마주보게 배치되는 복수 개의 마그넷을 포함할 수 있다. 상기 티스 중 인접하는 투스는 상호 떨어져 배치되어 슬롯 오픈(slot open)을 형성한다.
이때, 상기 로터가 회전하는 과정에서 금속 재질인 스테이터와 빈 공간인 슬롯 오픈의 공기의 투자율 차이로 인하여 코깅 토크(Cogging Torque)가 발생할 수 있다. 이러한 코깅 토크는 소음과 진동의 원인이 되기 때문에 코깅 토크를 줄이는 것이 모터의 품질을 높이는데 무엇보다 중요하다.
다만, 상기 투스에 형성된 홈의 형상에 따라 모터의 성능 및 품질이 달라질 수 있기 때문에, 상기 홈의 설계를 통해 코깅 토크를 감소시키면서도 성능을 유지할 수 모터가 요구되고 있는 실정이다.
실시예는 코깅 토크를 줄일 수 있는 모터를 제공한다.
또한, 슬롯 오픈을 기준으로 투스 각각에 형성된 홈의 폭과 깊이에 대한 설계를 통해 코깅 토크를 감소시킴으로써, 품질을 향상시킬 수 있는 모터를 제공한다.
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 복수의 투스를 갖는 스테이터 코어와, 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 투스는 상기 코일이 감기는 몸체와 상기 몸체에 연결되는 슈를 포함하고, 상기 슈는 복수의 홈을 포함하고, 상기 슈의 내주면의 곡률 중심은 상기 스테이터 코어의 중심과 동일한 스테이터를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 홈은 2개일 수 있다.
바람직하게는, 상기 스테이터 코어의 원주 방향을 기준으로 하는 상기 홈의 폭은 상기 투스의 슬롯 오픈의 폭의 90% 내지 110% 이내일 수 있다.
실시예는, 샤프트과, 상기 샤프트가 삽입되는 홀을 포함하는 로터 및 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는, 복수의 투스를 갖는 스테이터코어와, 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 투스는 상기 코일이 감기는 몸체와 상기 몸체에 연결되는 슈를 포함하고, 상기 슈는 복수의 홈을 포함하고, 상기 슈의 내주면의 곡률 중심은 상기 스테이터 코어의 곡률 중심과 동일하고, 상기 로터는, 원통형상의 로터 코어 및 상기 로터 코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 로터 코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터 코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터 코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝 점에서 상기 로터 코어의 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 로터는, 상기 로터 코어와 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 홈은 2개일 수 있다.
바람직하게는, 2개의 상기 홈은 원주 방향을 기준으로 하는 상기 슈의 폭 중심과 상기 스테이터코어의 중심을 지나는 기준선을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.
바람직하게는, 단위 회전 동안 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 상기 마그넷의 개수와 상기 투스의 개수의 최소공배수의 3배일 수 있다.
바람직하게는, 상기 스테이터 코어의 원주 방향을 기준으로 하는 상기 홈의 폭은 상기 투스의 슬롯 오픈의 폭의 90% 내지 110% 이내일 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터 코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열될 수 있다.
상기 과제는 실시예에 따라, 샤프트; 상기 샤프트가 결합되는 로터; 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 복수 개의 투스를 포함하는 스테이터 코어 및 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 투스는 상기 코일이 권선되는 몸체부, 상기 몸체부의 단부에 배치되는 돌기부 및 상기 돌기부의 내면에 오목하게 형성된 홈을 포함하며, 상기 홈의 폭(W2)은 복수 개의 상기 투스 중 어느 하나의 돌기부의 일단과 인접한 다른 하나의 투스의 돌기부의 타단 사이 거리(W21)의 0.85~1.1배인 모터에 의해 달성된다.
여기서, 상기 홈의 폭(W2)은 복수 개의 상기 투스 중 어느 하나의 돌기부의 일단과 인접한 다른 하나의 투스의 돌기부의 타단 사이 거리(W21)의 1.05~1.1배일 수 있다.
또한, 상기 돌기부의 측면은 상기 몸체부에서 연장되는 제1 면 및 상기 제1 면에서 연장되는 제2 면을 포함하며, 상기 홈의 깊이(D)는 상기 제2 면의 반경 방향 길이(L)의 0.7~1.3배이고, 상기 길이(L)는 상기 거리(W21)의 1/4일 수 있다.
그리고, 상기 홈의 깊이(D)는 상기 거리(W21)의 0.175~0.325배일 수 있다.
상기 과제는 실시예에 따라, 샤프트; 상기 샤프트가 결합되는 로터; 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 복수 개의 투스를 포함하는 스테이터 코어 및 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 투스는 상기 코일이 권선되는 몸체부, 상기 몸체부의 단부에 배치되는 돌기부 및 상기 돌기부의 내면에 오목하게 형성된 홈을 포함하고, 상기 돌기부의 측면은 상기 몸체부에서 연장되는 제1 면 및 상기 제1 면에서 연장되는 제2 면을 포함하며, 반경 방향을 기준으로 상기 홈의 깊이(D)는 상기 제2 면의 길이(L)의 0.7~1.3배인 모터에 의해 달성된다.
여기서, 상기 홈의 깊이(D)는 상기 제2 면의 길이(L)의 1.1~1.3배일 수 있다.
그리고, 상기 제1 면은 상기 몸체부의 측면과 제1 기울기로 형성되고, 상기 제2 면은 상기 제1 면과 제2 기울기로 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 기울기와 상기 제2 기울기는 상이할 수 있다.
상기 과제는 실시예에 따라, 샤프트; 상기 샤프트가 결합되는 로터; 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 복수 개의 투스를 포함하는 스테이터 코어 및 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 투스는 상기 코일이 권선되는 몸체부, 상기 몸체부의 단부에 배치되는 돌기부 및 상기 돌기부의 내면에 오목하게 형성된 홈을 포함하고, 상기 돌기부의 측면은 상기 몸체부에서 연장되는 제1 면 및 상기 제1 면에서 연장되는 제2 면을 포함하며, 상기 홈의 폭(W2)은 복수 개의 상기 투스 중 어느 하나의 돌기부의 일단과 인접한 다른 하나의 투스의 돌기부의 타단 사이 거리(W21)의 0.85~1.1배이고, 반경 방향을 기준으로 상기 홈의 깊이(D)는 상기 제2 면의 길이(L)의 0.7~1.3배인 모터에 의해 달성된다.
여기서, 상기 홈의 깊이(D) 대비 상기 홈의 폭(W2)의 비율은 3.23~ 3.38일 수 있다.
상기 과제는 실시예에 따라, 샤프트; 상기 샤프트가 결합되는 로터; 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 복수 개의 투스를 포함하는 스테이터 코어 및 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 투스는 상기 코일이 권선되는 몸체부, 상기 몸체부의 단부에 배치되는 돌기부 및 상기 돌기부의 내면에 오목하게 형성된 홈을 포함하고, 상기 홈의 깊이(D)는 복수 개의 상기 투스 중 어느 하나의 돌기부의 일단과 인접한 다른 하나의 투스의 돌기부의 타단 사이 거리(W21)의 0.175~0.325배인 모터에 의해 달성된다.
한편, 상기 모터의 상기 샤프트의 축 방향과 수직한 상기 홈의 단면은 사각형이고, 상기 홈은 2개일 수 있다.
그리고, 상기 홈과 홈 사이의 제1 거리(L1)는 상기 돌기부의 일단에서 상기 홈까지의 제2 거리(L2)와 동일할 수 있다.
또한, 2개의 상기 홈은 원주 방향을 기준으로 하는 상기 돌기부의 폭 중심과 상기 몸체부의 중심을 지나는 기준선(CL)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 모터의 중심(C)을 기준으로 상기 내면은 소정의 곡률(1/R20)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 모터에 있어서, 상기 로터의 마그넷은 8개가 제공되고, 상기 스테이터의 상기 투스는 12개로 제공될 수 있다.
실시예는 스테이터의 투스에 홈을 형성시켜, 코깅 메인 차수를 증가시킴으로써, 코깅 토크를 크게 절감하는 유리한 효과를 제공한다.
실시예에 따르면, 6극 9슬롯의 모터에서, 스테이터의 투스에 홈이 배치된 경우, 코깅 메인 차수가 “9차”인 상태에서 코깅 토크가 크게 증가하는 것을 방지하는 유리한 효과를 제공한다.
또한, 슬롯 오픈을 기준으로 투스 각각에 형성된 홈의 폭 및 깊이에 대한 설계를 통해 코깅 토크를 감소시킴으로써 모터의 품질을 향상시킬 수 있다. 예컨데, 상기 모터는 홈의 폭과 깊이를 슬롯 오픈과의 관계에서 정의하여 코깅 토크를 저감할 수 있다.
또한, 상기 모터는 홈의 깊이를 돌기부의 길이와의 관계에서 정의하여 코깅 토크를 저감할 수 있다.
실시예의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 실시예의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 모터를 도시한 도면,
도 2는 제1 각도와 제2 각도를 도시한 도면,
도 3은 제1 각도를 도시한 도면,
도 4는 마그넷 폭의 감소율에 대응한 토크 및 토크 리플의 값을 비교하여 나타낸 도면,
도 5는 토크 리플을 저감하기 위한 마그넷의 외주면의 최적 형상을 도시한 도면,
도 6 및 도 7은 고속 회전 조건에서 발생하는 토크 리플을 나타낸 그래프,
도 8은 비교예의 코깅 토크 및 토크 리플과 실시예의 코깅 토크 및 토크 리플을 비교한 표,
도 9는 고속 회전 조건에서 제1 실시예에 따른 모터의 토크 리플을 나타낸 그래프,
도 10 투스의 홈을 도시한 도면,
도 11은 제1 실시예에 따른 모터에 의해 증가하는 코깅 메인 차수를 도시한 표,
도 12는 홈의 폭을 도시한 도면,
도 13은 홈의 폭에 따른 코깅 토크 파형의 변화를 나타낸 표,
도 14는 내주면이 곡면으로 이루어진 슈를 도시한 도면,
도 15는 슈의 내주면이 평면이 상태의 모터의 코깅 토크와, 슈의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어의 스테이터 코어의 중심과 일치하는 모터의 코깅 토크를 비교한 그림,
도 16은 슈의 내주면이 평면이 상태의 모터의 코깅 토크이 편차 및 출력과, 슈의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어의 중심과 일치하는 모터의 코깅 토크의 편차 및 출력을 비교한 그림,
도 17은 제1 실시예에 따른 모터에서, 코깅 메인 차수에 대응한 코깅 토크 개선 상태를 도시한 그림,
도 18은 제2 실시예에 따른 모터를 나타내는 도면이고,
도 19는 제2 실시예에 따른 모터를 나타내는 단면도이고,
도 20은 제2 실시예에 따른 모터의 스테이터를 나타내는 단면도이고,
도 21은 도 3의 A1영역을 나타내는 확대도이고,
도 22는 제2 실시예에 따른 모터에 배치되는 스테이터 코어의 몸체부와 돌기부의 각도에 따른 코깅 토크의 변화를 나타내는 그래프이고,
도 23은 제2 실시예에 따른 모터에 배치되는 스테이터 코어의 몸체부와 돌기부의 제1 기울기에 따른 코깅 토크 파형의 변화를 나타내는 그래프이고,
도 24는 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 0.85~0.95배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고,
도 25는 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 0.85~0.95배인 경우 코깅 토크를 나타내는 그래프이고,
도 26은 비교예인 모터의 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이고,
도 27은 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 0.9배인 경우 제2 실시예에 따른 모터의 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이고,
도 28은 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 1.05~1.1배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고,
도 29는 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 1.05~1.1배인 경우 코깅 토크의 변화를 나타내는 그래프이고,
도 30은 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 1.1배인 경우 제2 실시예에 따른 모터의 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이고,
도 31은 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 0.7~0.9배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고,
도 32는 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 0.7~0.9배인 경우 코깅 토크를 나타내는 그래프이고,
도 33은 제2 실시예에 따른 모터의 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 0.9배인 경우 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이고,
도 34은 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 1.1~1.3배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고,
도 35은 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 1.1~1.3배인 경우 코깅 토크를 나타내는 그래프이고,
도 36은 제2 실시예에 따른 모터의 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 1.3배인 경우 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이고,
도 37은 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 깊이가 0.65mm이고, 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 0.85~1.1배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고,
도 38은 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 깊이가 0.65mm이고, 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 0.85~1.1배인 경우 코깅 토크를 나타내는 그래프이고,
도 39는 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 깊이가 0.65mm이고, 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 1.1배인 경우 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이고,
도 40은 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 폭이 2.2mm이고 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 0.7~1.3배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고,
도 41은 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 폭이 2.2mm이고 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 0.7~1.3배인 경우 코깅 토크를 나타내는 그래프이고,
도 42는 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 폭이 2.2mm이고 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 1.3배인 경우 코깅 토크의 파형을 나타내는 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)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 모터를 도시한 도면이고, 도 2는 제1 각도와 제2 각도를 도시한 도면이며, 도 3은 제1 각도를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 모터(1)는 샤프트(100)와, 로터(200)와, 스테이터(300)를 포함할 수 있다.
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)이 회전한다 샤프트(100)는 차량의 조향축과 연결되어 조향축에 동력을 전달할 수 있다. 샤프트(100)는 베어링에 의해 지지될 수 있다.
로터(200)는 스테이터(300)와 전기적 상호 작용을 통해 회전한다. 로터(200)는 스테이터(300)의 내측에 배치된다. 로터(200)는 로터 코어(210)와 로터 코어(210)에 결합하는 마그넷(220)을 포함할 수 있다. 로터(200)는 마그넷(220)이 로터 코어(210)의 외주면에 결합되는 타입으로 구현될 수 있다. 이러한 타입의 로터(200)는 마그넷(220)의 이탈을 방지하고 결합력을 높이기 위하여 별도의 캔부재(230)가 로터 코어(210)에 결합될 수 있다. 또는 상기 로터(200)는 마그넷(220)과 로터 코어(210)가 이중 사출되어 일체로 형성될 수 있다.
로터(200)는 마그넷이 로터 코어의 내부에 결합되는 타입으로 구현될 수도 있다. 이러한 타입의 로터(200)는 로터 코어(210) 내부에 마그넷(220)이 삽입되는 포켓이 마련될 수 있다.
한편, 로터(200)는 원통형의 단일품인 로터 코어(210)에 마그넷(220)이 1단으로 배치될 수 있다. 여기서, 1단이라 함은, 로터(200)의 외주면에 스큐(skew)가 없도록 마그넷(220)이 배치될 수 있는 구조를 의미한다. 따라서, 로터 코어(210)의 종단면과 마그넷(220)의 종단면를 기준할 때, 로터 코어(210)의 높이와 마그넷(220)의 높이가 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 높이 방향(축 방향)을 기준하여, 마그넷(220)이 로터 코어 전체를 덮도록 실시될 수 있다. 여기서, 상기 축 방향은 샤프트(100)의 길이 방향일 수 있다.
스테이터(300)는 로터(200)의 외측에 배치될 수 있다. 스테이터(300)는 로터(200)와의 전기적 상호 작용을 유발하여 로터(200)의 회전을 유도한다.
센싱 마그넷(400)은 로터(200)와 연동하도록 샤프트(100)에 결합되어 로터(200)의 위치를 검출하게 하기 위한 장치이다. 이러한 센싱 마그넷은 마그넷과 센싱 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 마그넷과 상기 센싱 플레이트는 동축을 갖도록 결합될 수 있다. 센싱 마그넷(400)은 내주면을 형성하는 홀에 인접하여 원주방향으로 배치되는 메인 마그넷과 가장자리에 형성되는 서브 마그넷을 포함할 수 있다. 메인 마그넷은 모터의 로터에 삽입된 드라이브 마그넷과 동일하게 배열될 수 있다. 서브 마그넷은 메인 마그넷 보다 세분화되어 많은 극으로 이루어진다. 이에 따라, 회전 각도를 더욱 세밀하게 분할하여 측정하는 것이 가능하며, 모터의 구동을 더 부드럽게 할 수 있다.
센싱 플레이트는 원판 형태의 금속 재질로 형성될 수 있다. 센싱 플레이트의 상면에는 센싱 마그넷이 결합될 수 있다. 그리고 센싱 플레이트는 샤프트(100)에 결합될 수 있다. 센싱 플레이트에는 샤프트(100)가 관통하는 홀이 형성된다.
인쇄회로기판(500)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(500)은 하우징의 커버의 하면에 결합되어 센서가 센싱 마그넷을 마주 보도록 센싱 마그넷 위에 설치될 수 있다.
제1 실시예에 따른 모터(1)는 마그넷(220)의 폭을 줄여 단위 주기당 코깅 토크 파형의 진동수를 늘림으로써, 코깅 토크 및 토크 리플을 줄이고자 한다. 이에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다. 실시예를 설명함에 있어 마그넷(220)의 폭이란, 로터 코어(210)와 접촉하는 마그넷(220)의 내주면이 이루는 호의 길이로 정의될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 로터 코어(210)의 외주면에 복수 개의 마그넷(220)이 부착된다. 그리고 스테이터(300)는 복수 개의 투스(320)를 포함할 수 있다. 마그넷(220)과 투스(320)는 상호 마주보도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 마그넷(220)은 6개이며, 투스(320)가 9개가 마련되는 6극 9슬롯의 모터일 수 있다. 투스(320)의 개수는 슬롯의 개수와 대응된다. 그리고, 마그넷(220)은 로터 코어(210)의 원주방향을 따라 N극과 S극이 번갈아 배치될 수 있다.
마그넷(220)의 내주면(211)은 로터 코어(210)의 외주면과 접촉한다. 제1 실시예에 따른 모터(1)의 마그넷(220)의 폭은 제1 각도(R11)와 제2 각도(R12)를 통해 설명이 가능하다.
먼저, 제1 각도(R11)란 로터 코어(210)의 외주면이 이루는 각도인 360도를 마그넷(220)의 개수로 나눈 각도를 나타낸다. 예를 들어, 마그넷(220)의 개수가 6개인 경우, 제1 각도(R11)는 60도이다. 이러한 제1 각도(R11)에 대응하는 로터 코어(210)의 호의 길이가 마그넷(220)의 폭을 설정하는 기준이 된다. 이때, 실제 마그넷(220)의 폭은 로터 코어(210)의 외주면에 형성되어 마그넷(220)을 가이드 하는 돌기의 폭을 고려하여 가감이 있을 수 있다.
다음으로, 제2 각도(R12)란 제1 연장선(L11)과 제2 연장선(L12)이 이루는 각을 의미한다. 여기서, 제1 연장선(L11)은 마그넷(220)의 횡단면 상에서 내주면(210)의 어느 한 측 끝점에서 로터 코어(210)의 중심점(C)으로 연장된 가상의 선을 의미한다. 여기서 마그넷(220)의 횡단면이라 함은, 모터의 축방향에 수직한 방향으로 자른 마그넷(220)의 단면을 의미한다.
이러한 제1 연장선(L11)과 제2 연장선(L12)의 사잇각인 제2 각도(R12)에 대응하는 로터 코어(210)의 호의 길이가 마그넷(220)의 폭을 설정하는 또 다른 기준이 된다.
제1 각도(R11)는 종래의 마그넷(220) 폭을 설정하는 기준이 되는 각도이며, 제2 각도(R12)는 제1 각도(R11)를 기준으로 하는 마그넷(220)의 폭보다 작은 폭을 갖도록 마그넷(220)의 폭을 설정하는 기준이 되는 각도이다.
도 4는 마그넷 폭의 감소율에 대응한 토크 및 토크 리플의 값을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 6극 9슬롯의 모터의 경우, 제1 각도(R11) 대비 제2 각도(R12)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(R11) 대비 제2 각도(R12)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 5는 토크 리플을 저감하기 위한 마그넷의 외주면의 최적 형상을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 로터 코어(210)의 중심(C)에서 마그넷(220)의 외주면까지 가장 멀리떨어진 마그넷(220)의 외주면 상 지점을 도 5의 P10이라 한다. 그리고 로터 코어(210)의 중심(C)과 도 5의 P10을 잇는 가상의 기준선을 도 5의 Z라 한다.
일반적으로 마그넷(220)의 외주면은 도 5의 S11을 따라 배치되도록 설계된다. 도 5의 S11은 도 5의 기준선(Z) 상에서 중심(C)과 떨어진 제1 원점(P11)에서 도 5의 P10까지의 거리를 반지름(F11)으로 하는 원주를 나타내는 선이다.
반면에, 실시예에 따른 로터의 마그넷(220)의 외주면은 도 5의 S12를 따라 배치되도록 설계된다. 도 5의 S12는 도 5의 기준선(Z) 상에서 중심(C)과 떨어진 제2 원점(P12)에서 도 5의 P10까지의 거리를 제1 반지름(F12)으로 하는 원주를 나타내는 선이다. 여기서, 제2 원점(P12)는 로터 코어(210)의 반경 방향으로 제1 원점(P11)의 외측에 배치된다.
이러한 마그넷(220)의 외주면의 형상은 고속 조건에서 토크 리플을 저감하기 위한 것이다.
도 6 및 도 7은 고속 회전 조건에서 발생하는 토크 리플을 나타낸 그래프이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 외주면이 도 5의 S11을 따라 형성된 마그넷이 포함된 모터의 경우, 도 6의 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 5를 참조하면, 실시예에 따른 로터는 이러한 토크 리플을 줄이고자, 도 5의 S12와 같이, 일반적인 마그넷의 외주면보다 작은 곡률반경을 갖도록 마그넷(220)의 외주면의 형상을 변경한다.
구체적으로, 마그넷(220)은 제2 반지름(F13)이 1이라 할 때, 제1 반지름(F12)이 0.5 내지 0.7이 되도록 설계될 수 있다. 여기서, 제1 반지름(F12)이란, 마그넷(220)의 외주면의 곡률반경으로 제2 원점(P12)에서 도 5의 P까지의 거리이며, 제2 반지름(F13)이란, 마그넷(220)의 내주면의 곡률반경에 해당한다.
예를 들어, 로터 코어(210)의 중심(C)에서 도 5의 P10까지의 거리를 20mm라 하면, 제1 반지름(F12)은 11.2mm이며, 제2 반지름(F13)은 17.2mm일 수 있다. 따라서, 로터 코어(210)의 중심(C)에서 제2 원점(P12)까지의 거리는 8.8mm에 해당한다.
위와 같은 조건에서 6극 9슬롯을 가진 모터의 코깅 토크 및 토크 리플을 측정한 결과는 다음과 같다.
도 8은 비교예의 코깅 토크 및 토크 리플과 실시예의 코깅 토크 및 토크 리플을 비교한 표이다.
도 8을 참조하면, 도 13의 MW는 제1 각도(R11) 대비 제2 각도(R12)의 비율을 나타내며, 도 8의 MOF는 로터 코어(210)의 중심(C)에서 제2 원점(P12)까지의 거리를 의미한다.
비교예의 경우, 제1 각도(R11) 대비 제2 각도(R12)의 비율은 0.885이며, 로터 코어(210)의 중심(C)에서 제2 원점(P12)가 5.3mm인 조건이다.
실시예의 경우, 제1 각도(R11) 대비 제2 각도(R12)의 비율은 0.93이며, 로터 코어(210)의 중심(C)에서 제2 원점(P12)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 9는 고속 회전 조건에서 제1 실시예에 따른 모터의 토크 리플을 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 도 7의 A와 달리, 800Hz 영역에서 노이즈가 크게 감소하여 토크 리플이 감소된 것으로 나타난다.
도 10 투스의 홈을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 10을 스테이터(300)는 스테이터코어(300a)와 코일(330)을 포함할 수 있다.
스테이터코어(300a)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층되어 이루어질 수 있다. 또한, 스테이터코어(300a)는 복수 개의 분할 코어가 상호 결합되거나 연결되어 이루어질 수 있다.
스테이터코어(300a)는 코어는 환형의 요크(310) 부분이 마련되고, 요크(310)에서 중심을 향하여 돌출되는 투스(320)가 마련될 수 있다. 투스(320)에는 코일(330)이 감긴다. 투스(320)는 환형의 요크(310)의 내주면을 따라 일정 간격마다 복수 개가 배치될 수 있다. 도 3에서 총 12개의 투스(320)를 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 마그넷(220)의 극수에 따라 다양하게 변경 실시될 수 있다.
로터 코어(210)의 외주면에는 마그넷(220)이 부착될 수 있다. 투스(320)의 끝단은 마그넷(220)을 마주 보도록 배치된다.
도 10을 참조하면, 투스(320)는 몸체(321)와 슈(shoe)(322)를 포함할 수 있다. 몸체(321)는 코일(도 1의 330)이 감기는 곳이다. 슈(322)는 몸체(321)의 끝단에 배치된다. 슈(322)의 끝단면은 마그넷(220)을 마주보도록 배치된다. 인접하는 투스(320)와 투스(320)의 사이는 코일(도 1의 330)의 권선 공간(P)으로 형성된다. 인접하는 투스(320)의 슈(322)와 슈(322)는 서로 떨어져 배치되어 슬롯 오픈(SO)을 형성한다. 슬롯 오픈(SO)은 권선 공간(P)의 입구로서, 코일을 권선하는 노즐이 삽입되는 곳이다. 여기서, 투스(320)의 몸체(321)는 제1 바디라 불릴 수 있다.
슈(322)의 내주면은 홈(323)을 포함할 수 있다. 홈(323)은 슈(322)의 내주면에서 오목하게 형성될 수 있다. 홈(323)의 형상을 각형으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 그리고, 홈(323)은 스테이터코어(310)의 축 방향을 따라 배치될 수 있다. 다시 말해서, 홈(323)은 스테이터코어(310)의 상단에서 하단까지 스테이터코어(310)의 높이 방향을 따라 길게 배치될 수 있다.
홈(323)은 2개가 배치될 수 있다. 도 10을 참조하면, 투스(320)의 몸체(321)의 폭 중심과 스테이터코어(310)의 중심(C)을 지나는 기준선(L)을 기준으로, 2개의 홈(323)은 대칭되게 배치될 수 있다. 이러한 홈(323)은 자속밀도의 변화를 야기하는 슬롯 오픈(SO)과 대응되는 역할을 함으로써, 단위 주기당 코깅 토크의 파형의 진동수를 늘려 코깅 토크를 크게 줄이는 역할을 한다.
도 11은 제1 실시예에 따른 모터에 의해 증가하는 코깅 메인 차수를 도시한 표이다.
도 11을 참조하면, 6극 9슬롯의 모터의 경우, 코깅 메인 차수는, 마그넷(220)의 개수인 6과 슬롯의 개수인 9의 최소공배수인 18에 해당한다. 여기서, 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. 그리고 슬롯의 개수는 투스(320)의 개수와 대응된다.
2개의 홈(323)이 있는 6극 9슬롯의 모터의 경우, 홈(323)에 의해 슬롯 수가 9에서 27로 증가하는 것으로 간주할 수 있기 때문에, 코깅 메인 차수가 18에서 54로 3배가 증가하게 된다. 이렇게 2개의 홈(323)을 통해 코깅 메인 차수를 3배로 늘어나는 것은 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 3배로 늘어나는 것을 의미하기 때문에 코깅 토크를 크게 줄일 수 있다.
도 12는 홈의 폭을 도시한 도면이고, 도 13은 홈의 폭에 따른 코깅 토크 파형의 변화를 나타낸 표이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 홈(323)의 폭(W11)은 슬롯 오픈(SO)의 폭(W12)의 90% 내지 110% 이내로 설정된다. 여기서, 홈(323)의 폭(W11)은 스테이터코어(310)의 원주 방향을 기준으로, 홈(323)의 입구의 어느 한 측단에서 다른 한 측단까지의 거리를 의미한다. 그리고, 슬롯 오픈(SO)의 폭(W12)은 스테이터코어(310)의 원주 방향을 기준으로, 슬롯 오픈(SO)의 입구의 어느 한 측단에서 다른 한 측단까지의 거리를 의미한다.
도 13a에서 도시한 바와 같이, 홈(323)의 폭(W11)이 슬롯 오픈(SO)의 폭(W12)의 90% 내지 110%를 벗어난 경우, 코깅 토크 파형에 스테이터의 성분 즉, 마그넷(220)의 극수와 동일한 코깅 메인 차수가 포함되는 문제점이 발생한다.
그러나, 도 13b에서 도시한 바와 같이, 홈(323)의 폭(W11)이 슬롯 오픈(SO)의 폭(W12)의 90% 내지 110% 이내인 경우, 코깅 메인 차수 “54”에 해당하는 코깅 토크 파형만이 검출됨을 확인할 수 있다.
슈(322)에 홈(323)이 포함된 경우, 스큐가 없는 로터(200)를 포함하는 상태에서, 코깅 메인 차수가 “9”인 상태에서 코깅 토크의 크기 및 산포가 확대되는 문제가 있다.
도 14는 내주면이 곡면으로 이루어진 슈를 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 제1 실시예에 따른 모터(1)는, 슈(322)의 내주면이 곡률중심이 스테이터 코어(도 2의 310)의 중심(C)과 일치하도록 형성된다. 구체적으로, 복수 개의 슈(322)의 내주면들을 잇는 가상의 원(O) 중심이 스테이터 코어의 스테이터 코어(도 2의 310)의 중심(C)과 일치한다.
도 15는 슈의 내주면이 평면이 상태의 모터의 코깅 토크와, 슈(322)의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어의 스테이터 코어(310)의 중심(C)과 일치하는 모터의 코깅 토크를 비교한 그림이다.
도 15의 A는 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면이 평면인 경우이다. 그리고 도 15의 B는 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면의 곡률 중심이 스테이터 코어의 스테이터 코어(310)의 중심(C)과 일치하는 경우이다.
도 15의 A를 살펴보면, 코깅 메인 차수 18차에서 코깅 토크를 크게 줄이는 효과가 있으나. 코깅 메인 차수 9차에서 기준값(Reference)보다 코깅 토크가 크게 증가해 버리는 문제가 발생한다.
도 15의 B를 살펴보면, 코깅 메인 차수 18차에서 기준값(Reference)보다 코깅 토크를 줄이면서도, 코깅 메인 차수 9차에서도, 기준값(Reference)보다 코깅 토크를 줄이는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
도 16은 슈의 내주면이 평면이 상태의 모터의 코깅 토크이 편차 및 출력과, 슈(322)의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어(310)의 중심(C)과 일치하는 모터의 코깅 토크의 편차 및 출력을 비교한 그림이다.
도 16의 A는 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면이 평면인 경우이다. 그리고 도 16의 B는 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어의 스테이터 코어(310)의 중심(C)과 일치하는 경우이다.
도 16의 A를 살펴보면, 3개의 샘플 실험결과, 코깅 메인 차수 9차에서 코깅 토크의 최대값(0.0107N/m)과 최소값(0.0028N/m)의 편차가 매우 큼을 알 수 있다.
반면에, 도 16의 B를 살펴보면, 3개의 샘플 실험결과, 코깅 메인 차수 9차에서 코깅 토크의 최대값(0.0012N/m)과 최소값(0.0003N/m)의 편차가 상대적으로 크지 않음을 알 수 있다.
또한. 도 16의 B에서 출력이 도 16의 A보다 약 1% 증가함을 확인할 수 있다.
도 17은 제1 실시예에 따른 모터에서, 코깅 메인 차수에 대응한 코깅 토크 개선 상태를 도시한 그림이다.
도 17의 빨간색 막대는, 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면이 평면인 경우의 토킹 토크이며, 도 17의 파란색 막대는, 6극 9슬롯이며 스큐가 없는 로터를 포함하는 모터에서 슈의 내주면의 곡률중심이 스테이터 코어(310)의 중심(C)과 일치하는 경우의 코깅 토크이다.
도 17을 참조하면, 코깅 메인 차수 6차와 18차에서는 빨간색 막대가 지시하는 코깅 토크와 파란색 막대가 지시하는 코팅 토크가 크게 차이가 나지 않는다. 반면에. 코깅 메인 차수 9차에서는 파란색 막대가 지시하는 코팅 토크가 빨간색 막대가 지시하는 코깅 토크에 비해 크게 절감되어, 코깅 토크 저감 성능이 크게 개선됨을 확인할 수 있다.
도 18은 제2 실시예에 따른 모터를 나타내는 도면이고, 도 19는 제2 실시예에 따른 모터를 나타내는 단면도이다. 여기서, 도 19는 도 18의 A-A선을 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 18에서 y 방향은 축 방향을 의미하며, x 방향은 반경 방향을 의미한다. 그리고, 축 방향과 반경 방향은 서로 수직한다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 제2 실시예에 따른 모터(1a)는 하우징(1100), 커버(1200), 하우징(1100)의 내측에 배치되는 스테이터(1300), 스테이터(1300)의 내측에 배치되는 로터(1400), 로터(1400)와 결합하는 샤프트(1500) 및 센서부(1600)를 포함할 수 있다. 여기서, 내측이라 함은 상기 반경 방향을 기준으로 중심(C)을 향하여 배치되는 방향을 의미하고, 외측이라 함은 내측과 반대되는 방향을 의미한다.
하우징(1100)과 커버(1200)는 상기 모터(1a)의 외형을 형성할 수 있다. 여기서, 하우징(1100)은 상부에 개구가 형성된 통 형상으로 형성될 수 있다.
상기 커버(1200)는 하우징(1100)의 개방된 상부를 덮도록 배치될 수 있다.
따라서, 하우징(1100)과 커버(1200)의 결합에 의해 내부에 수용공간이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 수용공간에는, 도 19에 도시된 바와 같이, 스테이터(1300), 로터(1400), 샤프트(1500) 및 센서부(1600) 등이 배치될 수 있다.
하우징(1100)은 원통형으로 형성될 수 있다. 하우징(1100)의 하부에는 샤프트(1500)의 하부를 지지하는 베어링(10)을 수용하는 포켓부가 마련될 수 있다. 또한, 하우징(1100)의 상부에 배치되는 커버(1200)에도 샤프트(1500)의 상부를 지지하는 베어링(10)을 수용하는 포켓부가 마련될 수 있다.
스테이터(1300)는 하우징(200)의 내주면에 의해 지지될 수 있다. 그리고, 스테이터(1300)는 로터(1400)의 외측에 배치된다. 즉, 스테이터(1300)의 내측에는 로터(1400)가 배치될 수 있다.
도 20은 제2 실시예에 따른 모터의 스테이터를 나타내는 단면도이고, 도 21은 도 20의 A1영역을 나타내는 확대도이다.
도 18 내지 21을 참조하면, 스테이터(1300)는 스테이터 코어(1310), 스테이터 코어(1310)에 권선되는 코일(1320), 스테이터 코어(1310)와 코일(1320) 사이에 배치되는 인슐레이터(1330)를 포함할 수 있다.
스테이터 코어(1310)에는 회전 자계를 형성하는 코일(1320)이 권선될 수 있다. 여기서, 스테이터 코어(1310)는 하나의 코어로 이루어지거나 복수 개의 분할 코어가 결합되어 이루어질 수 있다.
또한, 스테이터 코어(1310)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층된 형태로 이루어질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨데, 스테이터 코어(1310)는 하나의 단일품으로 형성될 수도 있다.
스테이터 코어(1310)는 요크(1311)와 복수 개의 투스(1312)를 포함할 수 있다.
요크(1311)는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 그에 따라, 요크(1311)는 평면상 링 형상의 단면을 포함할 수 있다.
상기 투스(1312)는 중심(C)을 기준으로 반경 방향(x 방향)을 향해 요크(1311)에서 돌출되게 배치될 수 있다. 그리고, 복수 개의 상기 투스(1312)는 원주 방향을 따라 요크(1311)의 내주면에 서로 이격되게 배치될 수 있다. 그에 따라, 각각의 상기 투스(1312) 사이에는 코일(1320)이 권선될 수 있는 공간인 슬롯이 형성될 수 있다. 이때, 상기 투스(1312)는 12개로 제공될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다.
한편, 상기 투스(1312)는 로터(1400)의 마그넷(1420)을 대향하도록 배치될 수 있다. 이때, 반경 방향을 기준으로 투스(1312)의 내면(1314a)은 마그넷(1420)의 외주면과 소정의 간격으로 이격되게 배치된다. 여기서, 상기 내면(1314a)은 상기 모터(1a)의 중심(C)을 기준으로 소정의 곡률(1/R20)로 형성될 수 있다. 그에 따라, 상기 내면(1314a)의 길이는 호의 길이를 구하는 공식에 의해 구해질 수 있다.
각각의 상기 투스(1312)에는 코일(1320)이 감긴다.
도 20을 참조하면, 투스(1312)는 코일(1320)이 권선되는 몸체부(1313), 몸체부(1313)의 단부에 배치되는 돌기부(1314) 및 돌기부(1314)의 내면(1314a)에 오목하게 형성된 홈(1315)을 포함할 수 있다. 이때, 돌기부(1314)는 반경 방향을 기준으로 제1 면(1314b)이 형성된 제1 영역(1314c) 및 제1 영역(1314c)에서 내측으로 돌출된 제2 영역(1314d)을 포함할 수 있다. 여기서, 몸체부(1313)는 바디라 불릴 수 있고, 돌기부(1314)는 슈라 불릴 수 있다.
몸체부(1313)는 중심(C)을 기준으로 반경 방향(x 방향)을 향해 요크(1311)에서 돌출되게 배치될 수 있다. 그리고, 몸체부(1313)는 원주 방향을 따라 요크(1311)의 내주면에 서로 이격되게 배치될 수 있다.
그리고, 몸체부(1313)에는 코일(1320)이 권선될 수 있다.
돌기부(1314)는 몸체부(1313)의 단부에서 내측으로 돌출되게 연장될 수 있다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 돌기부(1314)가 서로 이격되게 배치됨에 따라, 상기 슬롯의 내측에는 개구부가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 개구부는 슬롯 오픈(SO)을 의미한다. 예컨데, 상기 슬롯 오픈(SO)은 복수 개의 투스(1312) 중 하나의 투스(1312)의 돌기부(1314)의 일단과 인접한 다른 하나의 투스(1312)의 돌기부(1314)의 타단 사이를 나타낼 수 있다.
따라서, 상기 슬롯 오픈(SO)은 어느 하나의 돌기부(1314)의 끝점(P20)과 인접하게 배치되는 다른 하나의 돌기부(1314)의 끝점(P20) 사이의 공간을 의미하며, 상기 슬롯 오픈(SO)은 소정의 거리(W21)를 갖도록 배치될 수 있다. 여기서, 상기 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21)는 돌기부(1314) 사이의 거리라 불리거나 또는 슬롯 오픈(SO)의 폭이라 불릴 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 돌기부(1314)는 반경 방향을 기준으로 제1 면(1314b)이 형성된 제1 영역(1314c)과 제2 영역(1314d)을 포함할 수 있다. 그리고, 내면(1314a) 및 제2 면(1314e)을 포함하는 제2 영역(1314d)에는 홈(1315)이 형성될 수 있다. 여기서, 돌기부(1314)의 내면(1314a)은 상기 모터(1a)의 중심(C)을 기준으로 소정의 곡률(1/R20)로 형성될 수 있다.
그리고, 돌기부(1314)의 측면은 몸체부(1313)에서 연장되는 제1 면(1314b)과 제1 면(1314b)에서 연장되는 제2 면(1314e)을 포함할 수 있다.
제1 영역(1314c)의 제1 면(1314b)은 몸체부(1313)의 측면(1313a)과 제1 기울기(θ1)를 갖도록 형성될 수 있다. 그리고, 제2 영역(1314d)의 제2 면(1314e)은 제1 면(1314b)과 제2 기울기(θ2)를 갖도록 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 기울기(θ1)는 몸체부(1313)의 측면(1313a)과 제1 면(1314b)이 이루는 외측의 둔각일 수 있다. 그리고, 제2 기울기(θ2)는 제1 면(1314b)과 제2 면(1314e)이 이루는 내측의 둔각일 수 있다.
이때, 제1 기울기(θ1)와 제2 기울기(θ2)는 상이할 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다. 예컨데, 투스(1312)에 의한 상기 모터(1a)의 성능 및 코깅 토크를 고려하여 제1 기울기(θ1)와 제2 기울기(θ2)는 동일할 수도 있다.
제1 영역(1314c)은 몸체부(1313)의 단부와 연결되는 영역으로서, 원주방향을 기준으로 양측에 형성된 제1 면(1314b)을 포함할 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 영역(1314c)은 몸체부(1313)와 제2 영역(1314d) 사이에 배치된다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 몸체부(1313)와 돌기부(1314)가 이루는 제1 기울기(θ1)는 145° 내지 155°일 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 몸체부(1313)의 측면(1313a)과 돌기부(1314)의 제1 면(1314b)이 이루는 제1 기울기(θ1)는 145° 내지 155°일 수 있다.
도 22는 제2 실시예에 따른 모터에 배치되는 스테이터 코어의 몸체부와 돌기부의 각도에 따른 코깅 토크의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 22를 참조하면, 몸체부(1313)의 측면(1313a)과 돌기부(1314)의 제1 면(1314b)이 이루는 제1 기울기(θ1)가 145° 내지 155°인 범위 내에서 코깅 토크가 크게 감소됨을 알 수 있다.
도 23은 제2 실시예에 따른 모터에 배치되는 스테이터 코어의 몸체부와 돌기부의 제1 기울기에 따른 코깅 토크 파형의 변화를 나타내는 그래프이다.
몸체부(1313)의 측면(1313a)과 돌기부(1314)의 제1 면(1314b)이 이루는 제1 기울기(θ1)가 145°에서 155°로 갈수록 코깅 토크 파형의 진폭이 점점 감소함을 확인할 수 있다.
제2 영역(1314d)은 제1 영역(1314c)에서 내측으로 연장된 돌기부(1314)의 일부로서, 제2 영역(1314d)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 홈(1315)이 형성된 내면(1314a) 및 제2 면(1314e)을 포함할 수 있다.
이때, 제2 영역(1314d)은 소정의 길이(L20)로 형성될 수 있다.
상기 길이(L20)는 제2 면(1314e)의 길이일 수 있다. 상세하게, 상기 길이(L20)는 제1 면(1314b)의 내측 모서리에서 내면(1314a)의 일측 모서리까지의 길이로 제공될 수 있다.
그리고, 반경 방향을 기준으로 제2 면(1314e)의 길이(L20)는 상기 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 1/4일 수 있다. 이때, 상기 길이(L20)는 돌기부(1314)의 깊이라 불릴 수 있다.
홈(1315)은 반경 방향을 기준으로 내면(1314a)에 외측으로 오목하게 형성될 수 있다.
도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 샤프트(1500)의 축 방향과 수직한 방향에 대한 홈(1315)의 단면은 사각형 형상으로 두 개가 형성된 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다. 예컨데, 상기 코깅 토크를 고려하여 홈(1315)은 하나 또는 두 개 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 홈(1315)은 소정의 반지름으로 형성되는 반원형 형상 또는 포물선 형상으로 형성될 수도 있다.
도 21을 참조하면, 홈(1315)은 원주 방향을 기준으로 소정의 폭(W22)과 반경 방향을 기준으로 소정의 깊이(D)를 갖도록 사각형 형상으로 형성될 수 있다.
두 개의 상기 홈(1315)은 원주 방향을 기준으로 하는 상기 돌기부(1314)의 폭 중심과 상기 몸체부(1313)의 중심을 지나는 기준선(CL)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.
그리고, 원주 방향을 기준으로 내면(1314a)에 형성된 홈(1315)과 홈(1315) 사이의 제1 거리(L21)는 상기 돌기부(1314)의 일단에서 상기 홈(1315)까지의 제2 거리(L22)와 동일할 수 있다. 이때, 상기 제1 거리(L21)와 제2 거리(L22)는 내면(1314a) 상에서 원주 방향의 거리일 수 있다.
홈(1315)의 폭(W22)에 의해 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 감소될 수 있다.
홈(1315)의 폭(W22)은 복수 개의 투스(1312) 중 어느 하나의 돌기부(1314)의 일단과 인접한 다른 하나의 투스(1312)의 돌기부(1314)의 타단 사이 거리의 0.85~1.1배일 수 있다. 예컨데, 홈(1315)의 폭(W22)은 돌기부(1314) 사이에 형성된 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21)의 0.85~1.1배일 수 있다. 즉, 거리(W21):폭(W22)=1:0.85~1.1로 나타낼 수 있다.
도 24는 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 0.85~0.95배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고, 도 25는 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 0.85~0.95배인 경우 코깅 토크를 나타내는 그래프이고, 도 26은 비교예인 모터의 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이고, 도 27은 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 0.9배인 경우 제2 실시예에 따른 모터의 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이다. 여기서, 상기 비교예로 제공되는 모터는 슬롯 오픈과 홈의 폭이 동일한 경우이며, 상기 슬롯 오픈과 홈의 폭은 2mm로 제공될 수 있다. 그리고, 홈의 깊이는 0.5mm이다. 이때, 도 25의 43.8mN는 상기 비교예인 모터의 코깅 토크를 나타낸다.
홈(1315)의 폭(W22)은 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21)의 0.85~0.95배의 범위 내에서 형성될 수 있다. 즉, 거리(W21):폭(W22)=1:0.85~0.95로 나타낼 수 있다.
도 24 및 도 25를 참조하면, 제2 실시예에 따른 모터(1a)는 비교예인 모터 대비 최대 14.6%(W22=1.8mm)까지 코깅 토크가 저감될 수 있다. 예컨데, 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 상기 모터(1a)의 홈(1315)의 폭(W22)이 1.8mm까지 하락하다 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 비교예인 모터의 토크 결과치인 5.94Nm 대비 제2 실시예에 따른 모터(1a)의 토크의 변화량이 미미함을 확인할 수 있다.
도 26은 비교예인 모터의 코깅 토크의 맥동(반복 토크 파형)을 나타내는 도면이고, 도 27은 제2 실시예에 따른 모터의 코깅 토크의 맥동(반복 토크 파형)을 나타내는 도면으로서, 도 26 및 도 27을 참조하면, 상기 모터(1a)의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 진폭은 비교예인 모터의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 폭보다 작음을 확인할 수 있다.
도 28은 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 1.05~1.1배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고, 도 29는 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 1.05~1.1배인 경우 코깅 토크의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 30은 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 1.1배인 경우 제2 실시예에 따른 모터의 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이다.
홈(1315)의 폭(W22)은 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21)의 1.05~1.1배의 범위 내에서 형성될 수 있다. 즉, 거리(W21):폭(W22)=1:1.05~1.1로 나타낼 수 있다.
도 28 및 도 29를 참조하면, 제2 실시예에 따른 모터(1a)는 비교예인 모터 대비 최대 66.7%(W2=2.2mm)까지 코깅 토크가 저감될 수 있다. 예컨데, 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 상기 모터(1a)의 홈(1315)의 폭(W22)이 2.2mm까지 하락하다 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 비교예인 모터의 토크 결과치인 5.94Nm 대비 제2 실시예에 따른 모터(1a)의 토크의 변화량이 미미함을 확인할 수 있다.
도 30은 제2 실시예에 따른 모터의 코깅 토크의 맥동(반복 토크 파형)을 나타내는 도면으로서, 도 26 및 30을 참조하면, 상기 모터(1a)의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 진폭은 비교예인 모터의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 폭보다 작음을 확인할 수 있다.
따라서, 홈(1315)의 폭(W22)이 복수 개의 투스(1312) 중 어느 하나의 돌기부(1314)의 일단과 인접한 다른 하나의 투스(1312)의 돌기부(1314)의 타단 사이 거리의 1.05~1.1배일 때, 코깅 토크가 효과적으로 감소되어 상기 모터(1a)의 품질을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 홈(1315)의 폭(W22)이 2.2mm일 때, 최대로 감속된다. 즉, 홈(1315)의 폭(W22)이 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 1.1배일 때, 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 최대로 감속된다.
홈(1315)의 깊이(D)에 의해 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 감소될 수 있다.
반경 방향을 기준으로 상기 홈(1315)의 깊이(D)는 상기 제2 면(1314e)의 길이(L20)의 0.7~1.3배일 수 있다. 예컨데, 상기 홈(1315)의 깊이(D)는 상기 돌기부(1314)의 제1 면(1314b)의 일측 모서리에서 상기 내면(1314a)까지의 길이(L20)의 0.7~1.3배의 범위 내에서 형성될 수 있다. 즉, 길이(L20):깊이(D)=1:0.7~1.3로 나타낼 수 있다.
또한, 반경 방향을 기준으로 제2 면(1314e)의 길이(L20)는 상기 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 1/4로 제공될 수 있기 때문에, 반경 방향을 기준으로 상기 홈(1315)의 깊이(D)는 상기 돌기부(1314) 사이에 형성된 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 0.175~0.325배의 범위 내에서 형성될 수 있다.
도 31은 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 0.7~0.9배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고, 도 32는 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 0.7~0.9배인 경우 코깅 토크를 나타내는 그래프이고, 도 33은 제2 실시예에 따른 모터의 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 0.9배인 경우 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이다. 여기서, 상기 비교예로 제공되는 모터는 돌기부의 깊이와 홈의 깊이가 동일한 경우이며, 상기 제2 면의 길이와 홈의 깊이는 0.5mm로 제공될 수 있다. 이때, 도 32의 43.8mN는 상기 비교예인 모터의 코깅 토크를 나타낸다.
홈(1315)의 깊이(D)는 제2 면(1314e)의 길이(L20)의 0.7~0.9배의 범위 내에서 형성될 수 있다. 즉, 길이(L20):깊이(D)=1:0.7~0.9로 나타낼 수 있다.
또한, 제2 면(1314e)의 길이(L20)가 상기 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 1/4인 경우, 홈(1315)의 깊이(D)는 상기 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 0.175~0.225배의 범위 내에서 형성될 수 있다.
도 31 및 도 32를 참조하면, 제2 실시예에 따른 모터(1a)는 비교예인 모터 대비 최대 37.9%(D=0.45mm)까지 코깅 토크가 저감될 수 있다. 예컨데, 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 상기 모터(1a)의 홈(1315)의 깊이(D)가 0.45mm까지 하락하다 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 비교예인 모터의 토크 결과치인 5.94Nm 대비 제2 실시예에 따른 모터(1a)의 토크의 변화량이 미미함을 확인할 수 있다.
도 33은 제2 실시예에 따른 모터의 코깅 토크의 맥동(반복 토크 파형)을 나타내는 도면으로서, 도 26 및 도 33을 참조하면, 상기 모터(1a)의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 진폭은 비교예인 모터의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 폭보다 작음을 확인할 수 있다.
도 34은 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 1.1~1.3배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고, 도 35은 제2 실시예에 따른 모터에 있어서 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 1.1~1.3배인 경우 코깅 토크를 나타내는 그래프이고, 도 36은 제2 실시예에 따른 모터의 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 1.3배인 경우 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이다.
홈(1315)의 깊이(D)는 제2 면(1314e)의 길이(L20)의 1.1~1.3배의 범위 내에서 형성될 수 있다. 즉, 길이(L20):깊이(D)=1:1.1~1.3로 나타낼 수 있다.
또한, 제2 면(1314e)의 길이(L20)가 상기 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 1/4인 경우, 홈(1315)의 깊이(D)는 상기 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 0.275~0.325배의 범위 내에서 형성될 수 있다.
도 34 및 도 35를 참조하면, 제2 실시예에 따른 모터(1a)는 비교예인 모터 대비 최대 42.0%(D=0.65mm)까지 코깅 토크가 저감될 수 있다. 예컨데, 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 상기 모터(1a)의 홈(1315)의 깊이(D)가 0.65mm까지 하락하다 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 비교예인 모터의 토크 결과치인 5.94Nm 대비 제2 실시예에 따른 모터(1a)의 토크의 변화량이 미미함을 확인할 수 있다.
도 36은 제2 실시예에 따른 모터의 코깅 토크의 맥동(반복 토크 파형)을 나타내는 도면으로서, 도 26 및 도 36을 참조하면, 상기 모터(1a)의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 폭은 비교예인 모터의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 폭보다 작음을 확인할 수 있다.
도 37은 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 깊이가 0.65mm이고, 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 0.85~1.1배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고, 도 38은 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 깊이가 0.65mm이고, 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 0.85~1.1배인 경우 코깅 토크를 나타내는 그래프이고, 도 39는 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 깊이가 0.65mm이고, 슬롯 오픈의 폭 대비 홈의 폭이 1.1배인 경우 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이다.
도 34 및 도 35에 도시된 바와 같이, 홈(1315)의 깊이(D)가 0.65mm일 때 상기 코깅 토크가 최대한 저감된다. 그에 따라, 도 37 내지 도 39는 홈(1315)의 깊이(D)가 0.65mm일 때를 기반으로 홈(1315)의 폭(W22)에 따라 상기 모터(1a)의 코깅 토크의 변화량을 확인할 수 있다. 즉, 상기 모터(1a)의 홈(1315)의 깊이(D)를 고정함으로써, 홈(1315)의 폭(W22)에 의한 코깅 토크 및 토크의 변화 및 임계적 수치를 확인할 수 있다. 이때, 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21)는 2mm이고, 돌기부(1314)의 깊이인 제2 영면(314e)의 길이(L20)는 0.5mm일 수 있다.
도 37 및 도 38을 참조하면, 제2 실시예에 따른 모터(1a)는 비교예인 모터 대비 최대 53.0%(W2=2.2mm)까지 코깅 토크가 저감될 수 있다. 예컨데, 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 상기 모터(1a)의 홈(1315)의 폭(W22)이 2.2mm까지 하락하다 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 비교예인 모터의 토크 결과치인 5.94Nm 대비 제2 실시예에 따른 모터(1a)의 토크의 변화량이 미미함을 확인할 수 있다.
도 39는 제2 실시예에 따른 모터의 코깅 토크의 맥동(반복 토크 파형)을 나타내는 도면으로서, 도 26 및 도 39를 참조하면, 상기 모터(1a)의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 폭은 비교예인 모터의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 폭보다 작음을 확인할 수 있다.
도 40은 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 폭이 2.2mm이고 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 0.7~1.3배인 경우 코깅 토크 및 토크의 변화를 나타내는 표이고, 도 41은 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 폭이 2.2mm이고 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 0.7~1.3배인 경우 코깅 토크를 나타내는 그래프이고, 도 42는 제2 실시예에 따른 모터의 홈의 폭이 2.2mm이고 제2 면의 반경 방향 길이 대비 홈의 깊이가 1.3배인 경우 코깅 토크의 파형을 나타내는 도면이다.
도 28 및 도 29에 도시된 바와 같이, 홈(1315)의 폭(W22)이 2.2mm일 때 상기 코깅 토크가 최대한 저감된다. 그에 따라, 도 40 내지 도 42는 홈(1315)의 폭(W22)이 2.2mm일 때를 기반으로 홈(1315)의 깊이(D)에 따라 상기 모터(1a)의 코깅 토크의 변화량을 확인할 수 있다. 즉, 상기 모터(1a)의 홈(1315)의 폭(W22)을 고정함으로써, 홈(1315)의 깊이(D)에 의한 코깅 토크 및 토크의 변화 및 임계적 수치를 확인할 수 있다. 이때, 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21)는 2mm이고, 돌기부(1314)의 깊이인 제2 영면(314e)의 길이(L20)는 0.5mm일 수 있다.
도 40 및 도 41를 참조하면, 제2 실시예에 따른 모터(1a)는 비교예인 모터 대비 최대 53.4%(D=0.65mm)까지 코깅 토크가 저감될 수 있다. 예컨데, 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 상기 모터(1a)의 홈(1315)의 깊이(D)가 0.65mm까지 하락하다 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 비교예인 모터의 토크 결과치인 5.94Nm 대비 제2 실시예에 따른 모터(1a)의 토크의 변화량이 미미함을 확인할 수 있다.
도 42는 제2 실시예에 따른 모터의 코깅 토크의 맥동(반복 토크 파형)을 나타내는 도면으로서, 도 26 및 도 42를 참조하면, 상기 모터(1a)의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 폭은 비교예인 모터의 코깅 토크의 최대값과 최소값의 폭보다 작음을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 모터(1a)는 홈(1315)의 깊이(D)보다 폭(W22)에 의해 코깅 토크의 변화량이 큼을 확인할 수 있다. 그에 따라, 상기 모터(1a)는 홈(1315)의 깊이(D)보다 폭(W22)의 크기를 조절하여 우선적으로 상기 코깅 토크를 감소시킬 수 있다.
그리고, 상기 모터(1a)는 홈(1315)의 폭(W22)이 2.2mm이고, 홈(1315)의 깊이(D)가 0.65mm일 때, 상기 코깅 토크가 53.4%로 최대한 감소된다. 즉, 상기 모터(1a)는 홈(1315)의 폭(W22)이 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 1.1배이고 홈(1315)의 깊이(D)가 돌기부(1314)의 깊이 대비 1.3배일 때, 상기 코깅 토크는 최대한 감소된다.
여기서, 제2 면(1314e)의 길이(L20)는 제1 면(1314b)의 내측 모서리에서 내면(1314a)의 일측 모서리까지의 길이로 제공될 수 있다. 그리고, 상기 길이(L20)는 상기 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 1/4일 수 있기 때문에, 홈(1315)의 깊이(D)는 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21) 대비 0.325배일 때, 상기 코깅 토크는 최대한 감소된다.
한편, 홈(1315)의 폭(W22)은 돌기부(1314) 사이에 형성된 슬롯 오픈(SO)의 거리(W21)의 0.85~1.1배이고, 홈(1315)의 깊이(D)는 상기 제2 면의 길이(L20)의 0.7~1.3배일 수 있다.
그리고, 홈(1315)의 깊이(D)가 0.65mm이고, 홈(1315)의 폭(W22)이 2.1~2.2mm일 때, 상기 모터(1a)의 코깅 토크가 크게 감소된다.
상기 홈(1315)의 깊이(D) 대비 상기 홈(1315)의 폭(W22)의 비율은 3.23~ 3.38일 수 있다. 그에 따라, 홈(1315)의 깊이(D) 대비 홈(1315)의 폭(W22)이 3.23~ 3.38배일 때, 상기 모터(1a)의 코깅 토크는 최적으로 저감된다. 즉, 홈(1315)의 깊이(D):폭(W22)=1:3.23~3.38로 나타낼 수 있다.
인슐레이터(1330)는 스테이터 코어(1310)와 코일(1320)을 절연시킨다. 그에 따라, 인슐레이터(1330)는 스테이터 코어(1310)와 코일(1320) 사이에 배치될 수 있다.
따라서, 코일(1320)은 인슐레이터(1330)가 배치된 스테이터 코어(1310)의 투스(1312)에 권선될 수 있다.
로터(1400)는 스테이터(1300)의 내측에 배치된다. 그리고, 로터(1400)는 중심부에 샤프트(1500)가 삽입되는 홀을 포함할 수 있다. 그에 따라, 로터(1400)의 상기 홈에는 샤프트(1500)가 결합될 수 있다.
도 19를 참조하면, 로터(1400)는 로터 코어(1410), 로터 코어(1410)의 외주면에 배치되는 마그넷(1420)을 포함할 수 있다.
로터(1400)는 로터 코어(1410)와 마그넷(1420)의 결합 방식에 따라 다음과 같이 형태로 구분될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 로터(1400)는 마그넷(1420)이 로터 코어(1410)의 외주면에 결합되는 타입으로 구현될 수 있다. 이러한 타입의 로터(1400)는 마그넷(1420)의 이탈을 방지하고 결합력을 높이기 위하여 별도의 캔부재(미도시)가 로터 코어(1410)에 결합될 수 있다. 또는 마그넷(1420)과 로터 코어(1410)가 이중 사출되어 일체로 형성될 수 있다.
한편, 로터(1400)는 마그넷(1420)이 로터 코어(1410)의 내부에 결합되는 타입으로 구현될 수도 있다. 이러한 타입의 로터(1400)는 로터 코어(1410) 내부에 마그넷(1420)이 삽입되는 포켓이 마련될 수 있다.
로터 코어(1410)는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층되어 이루어질 수 있다. 물론, 로터 코어(1410)는 하나의 통으로 구성되는 단일 코어 형태로 제작될 수도 있다.
또한, 로터 코어(1410)는 스큐(skew)각을 형성하는 복수 개의 퍽(Puck)(단위 코어)이 적층되는 형태로 이루어질 수도 있다.
또한, 로터 코어(1410)는 샤프트(1500)가 삽입되게 형성된 홀을 포함할 수 있다.
마그넷(1420)은 8개로 제공될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다.
샤프트(1500)는 로터(1400)에 결합될 수 있다. 전류 공급을 통해 로터(1400)와 스테이터(1300)에 전자기적 상호 작용이 발생하면 로터(1400)가 회전하고 이에 연동하여 샤프트(1500)가 회전한다. 이때, 샤프트(1500)는 베어링(10)에 의해 지지될 수 있다.
샤프트(1500)는 차량의 조향축과 연결될 수 있다. 그에 따라, 샤프트(1500)의 회전에 의해 조향축은 동력을 전달받을 수 있다.
센서부(1600)는 로터(1400)와 회전 연동 가능하게 설치된 센싱 마그넷의 자기력을 감지하여 로터(1400)의 현재 위치를 파악함으로써 샤프트(1500)의 회전된 위치를 감지할 수 있게 한다.
센서부(1600)는 센싱 마그넷 조립체(1610)와 인쇄회로기판(PCB, 1620)을 포함할 수 있다.
센싱 마그넷 조립체(1610)는 로터(1400)와 연동하도록 샤프트(1500)에 결합되어 로터(1400)의 위치를 검출되게 한다. 이때, 센싱 마그넷 조립체(1610)는 센싱 마그넷과 센싱 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 센싱 마그넷과 상기 센싱 플레이트는 동축을 갖도록 결합될 수 있다.
상기 센싱 마그넷은 내주면을 형성하는 홀에 인접하여 원주방향으로 배치되는 메인 마그넷과 가장자리에 형성되는 서브 마그넷을 포함할 수 있다. 메인 마그넷은 모터의 로터(1400)에 삽입된 드라이브 마그넷과 동일하게 배열될 수 있다. 서브 마그넷은 메인 마그넷보다 세분화되어 많은 극으로 이루어진다. 이에 따라, 회전 각도를 더욱 세밀하게 분할하여 측정하는 것이 가능하며, 모터의 구동을 더 부드럽게 할 수 있다
상기 센싱 플레이트는 원판 형태의 금속 재질로 형성될 수 있다. 센싱 플레이트의 상면에는 센싱 마그넷이 결합될 수 있다. 그리고 센싱 플레이트는 샤프트(1500)에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 센싱 플레이트에는 샤프트(1500)가 관통하는 홀이 형성된다.
인쇄회로기판(1620)에는 센싱 마그넷의 자기력을 감지하는 센서가 배치될 수 있다. 이때, 상기 센서는 홀 IC(Hall IC)로 제공될 수 있다. 그리고, 상기 센서는 센싱 마그넷의 N극과 S극의 변화를 감지하여 센싱 시그널을 생성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 수정과 변경에 관계된 차이점들을 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
<부호의 설명>
100, 1500: 샤프트, 200, 1400: 로터, 210, 1410: 로터 코어, 220, 1420: 마그넷, 300, 1300: 스테이터, 310, 1310: 스테이터 코어, 320, 1320: 투스, 321: 몸체, 322, 1314: 슈, 323, 1315: 홈, 330, 1330: 코일

Claims (23)

  1. 복수의 투스를 갖는 스테이터 코어;및
    상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며,
    상기 투스는 상기 코일이 감기는 몸체와 상기 몸체에 연결되는 슈를 포함하고,
    상기 슈는 복수의 홈을 포함하고,
    상기 슈의 내주면의 곡률 중심은 상기 스테이터 코어의 중심과 동일한 스테이터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 홈은 2개인 스테이터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 원주 방향을 기준으로 하는 상기 홈의 폭은 상기 투스의 슬롯 오픈의 폭의 90% 내지 110% 이내인 스테이터.
  4. 샤프트;
    상기 샤프트가 삽입되는 홀을 포함하는 로터; 및
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는,
    복수의 투스를 갖는 스테이터코어와, 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 투스는 상기 코일이 감기는 몸체와 상기 몸체에 연결되는 슈를 포함하고, 상기 슈는 복수의 홈을 포함하고, 상기 슈의 내주면의 곡률 중심은 상기 스테이터 코어의 곡률 중심과 동일하고,
    상기 로터는,
    원통형상의 로터 코어 및 상기 로터 코어의 외주면을 둘러싸며 배치되는 복수개의 마그넷을 포함하며, 상기 마그넷은, 상기 로터 코어의 외주면과 접촉하는 내주면을 가지며, 상기 로터 코어의 외주면이 이루는 각도를 상기 마그넷의 개수로 나눈 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 로터 코어와 상기 마그넷의 횡단면 상에서 상기 마그넷 내주면의 양 끝 점에서 상기 로터 코어의 중심점으로 연장된 제1 및 제2 연장선이 이루는 제2 각도를 가지며, 상기 제1 각도 대비 상기 제2 각도의 비율이 0.92 내지 0.95인 모터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 로터는,
    상기 로터 코어와 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.
  6. 제4 항에 있어서,
    2개의 상기 홈은 원주 방향을 기준으로 하는 상기 슈의 폭 중심과 상기 스테이터코어의 중심을 지나는 기준선을 기준으로 대칭되게 배치되는 모터.
  7. 제4 항에 있어서,
    단위 회전 동안 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 상기 마그넷의 개수와 상기 투스의 개수의 최소공배수의 3배인 모터.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 복수 개의 마그넷은 상기 로터 코어의 외주면에 1단으로 배치되며, 상기 복수 개의 마그넷은 서로 소정간격으로 이격되어 배열되는 모터.
  9. 샤프트;
    상기 샤프트가 결합되는 로터;
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 복수 개의 투스를 포함하는 스테이터 코어 및 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며,
    상기 투스는 상기 코일이 권선되는 몸체부, 상기 몸체부의 단부에 배치되는 돌기부 및 상기 돌기부의 내면에 형성된 홈을 포함하며,
    상기 홈의 폭(W22)은 복수 개의 상기 투스 중 어느 하나의 돌기부의 일단과 인접한 다른 하나의 투스의 돌기부의 타단 사이 거리(W21)의 0.85~1.1배인 모터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 홈의 폭(W22)은 복수 개의 상기 투스 중 어느 하나의 돌기부의 일단과 인접한 다른 하나의 투스의 돌기부의 타단 사이 거리(W21)의 1.05~1.1배인 모터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 돌기부의 측면은 상기 몸체부에서 연장되는 제1 면 및 상기 제1 면에서 연장되는 제2 면을 포함하며,
    상기 홈의 깊이(D)는 상기 제2 면의 반경 방향 길이(L20)의 0.7~1.3배인 모터.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 홈의 깊이(D)는 상기 거리(W21)의 0.175~0.325배인 모터.
  13. 샤프트;
    상기 샤프트가 결합되는 로터;
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 복수 개의 투스를 포함하는 스테이터 코어 및 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며,
    상기 투스는 상기 코일이 권선되는 몸체부, 상기 몸체부의 단부에 배치되는 돌기부 및 상기 돌기부의 내면에 형성된 홈을 포함하고,
    상기 돌기부의 측면은 상기 몸체부에서 연장되는 제1 면 및 상기 제1 면에서 연장되는 제2 면을 포함하며,
    반경 방향을 기준으로 상기 홈의 깊이(D)는 상기 제2 면의 길이(L)의 0.7~1.3배인 모터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 홈의 깊이(D)는 상기 제2 면의 길이(L)의 1.1~1.3배인 모터.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 면은 상기 몸체부의 측면과 제1 기울기를 갖고,
    상기 제2 면은 상기 제1 면과 제2 기울기를 갖는 모터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 기울기와 상기 제2 기울기는 상이한 모터.
  17. 샤프트;
    상기 샤프트가 결합되는 로터;
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 복수 개의 투스를 포함하는 스테이터 코어 및 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며,
    상기 투스는 상기 코일이 권선되는 몸체부, 상기 몸체부의 단부에 배치되는 돌기부 및 상기 돌기부의 내면에 형성된 홈을 포함하고,
    상기 돌기부의 측면은 상기 몸체부에서 연장되는 제1 면 및 상기 제1 면에서 연장되는 제2 면을 포함하며,
    상기 홈의 폭(W22)은 복수 개의 상기 투스 중 어느 하나의 돌기부의 일단과 인접한 다른 하나의 투스의 돌기부의 타단 사이 거리(W21)의 0.85~1.1배이고,
    반경 방향을 기준으로 상기 홈의 깊이(D)는 상기 제2 면의 길이(L)의 0.7~1.3배인 모터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 홈의 깊이(D) 대비 상기 홈의 폭(W22)의 비율은 3.23~ 3.38인 모터.
  19. 샤프트;
    상기 샤프트가 결합되는 로터;
    상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 복수 개의 투스를 포함하는 스테이터 코어 및 상기 투스에 권선되는 코일을 포함하며,
    상기 투스는 상기 코일이 권선되는 몸체부, 상기 몸체부의 단부에 배치되는 돌기부 및 상기 돌기부의 내면에 오목하게 형성된 홈을 포함하고,
    상기 홈의 깊이(D)는 복수 개의 상기 투스 중 어느 하나의 돌기부의 일단과 인접한 다른 하나의 투스의 돌기부의 타단 사이 거리(W21)의 0.175~0.325배인 모터.
  20. 제9항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 샤프트의 축 방향과 수직한 상기 홈의 단면은 사각형이고,
    상기 홈은 2개인 모터.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 홈과 홈 사이의 제1 거리(L21)는 상기 돌기부의 일단에서 상기 홈까지의 제2 거리(L22)와 동일한 모터.
  22. 제20항에 있어서,
    2개의 상기 홈은 원주 방향을 기준으로 하는 상기 돌기부의 폭 중심과 상기 몸체부의 중심을 지나는 기준선(CL)을 기준으로 대칭되게 배치되는 모터.
  23. 제9항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 로터의 마그넷은 8개가 제공되고, 상기 스테이터의 상기 투스는 12개로 제공되는 모터.
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