WO2020060190A1 - 스테이터 및 이를 포함하는 모터 어셈블리 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a stator and a motor assembly comprising the same.
- a motor is a machine that obtains a rotational force from electric energy, and includes a stator and a rotor.
- the rotor is configured to interact electromagnetically with the stator and rotates by a force acting between the magnetic field and the current flowing through the coil.
- Permanent magnet motors that use permanent magnets to generate a magnetic field are surface mounted permanent magnet motors, interior type permanent magnet motors, and spoke type permanent magnet motors. magnet motor).
- a PM-type vernier motor has been studied as a direct drive motor without a reduction gear.
- the permanent magnet required for such a motor can improve the performance of the motor, but requires a specific metal called rare earth, but due to the nature of rare earth, there is a risk of depletion of fossil fuels and environmental pollution, which has difficulties in terms of supply.
- the rotor half PM type vernier motor has a structure in which any one of the permanent magnets in the rotor of the existing PM type vernier motor is removed, and the removed portion is protruded. If a stone pole is made to be replaced with a permanent magnet, the stimulus becomes magnetized by the stimulation of the remaining permanent magnet having the other polarity, and thus the stimulus is formed with an opposite stimulus to the adjacent permanent magnet. It has the same structure and performance as, and can reduce the number of permanent magnets in half.
- the performance of the motor can be further improved while using a similar amount of permanent magnet as the existing PM type vernier motor. That is, the double-half PM-type vernier motor can arrange permanent magnets spaced apart from the rotor surface to halve the amount of permanent magnets, and permanent magnets are placed on the stator teeth to improve performance.
- this double half type PM motor is higher than that of the existing PM type vernier motor, but its efficiency is not high.
- the magnetic poles formed by the electromagnets mounted on the stator of the PM type vernier motor alternate with the AC power, but since the magnetic poles of the permanent magnets always have a certain polarity, the short circuit of the magnetic flux generated between the permanent magnets and the electromagnets is the efficiency of the motor. Drop it.
- An object of the present invention is to provide a stator generating high torque and a motor assembly including the same.
- the space utilization can be increased by minimizing the volume of the motor assembly.
- One side of the present invention is disposed on the outer side of the rotor core, the stator core having an inner surface inclined with respect to the rotation axis of the rotor, and extending toward the rotation axis from the inner surface of the stator core, the coil being wound
- a stator including a plurality of winding teeth and a winding opening formed of sidewalls of the adjacent winding teeth and an inner surface of the stator core, wherein a cross-sectional area of the opening changes along the rotation axis direction.
- the stator and the motor assembly including the same have a cross-sectional area of a winding opening formed in the stator along a rotation axis, thereby improving current density and increasing energy efficiency.
- the stator according to the present invention and the motor assembly including the same have protruding teeth, thereby forming a passage through which the generated magnetic flux can sufficiently flow, thereby generating high torque.
- stator and the motor assembly including the stator according to the present invention have an inclination angle of the inner surface of the stator larger than 0 degrees and smaller than 20 degrees, thereby generating sufficient magnetic flux and maximizing energy density and current density.
- the scope of the present invention is not limited by these effects.
- FIG. 1 is a perspective view showing a motor assembly according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2A is a plan view showing one surface of the motor assembly of FIG. 1, and FIG. 2B is an enlarged view showing an area A of FIG. 2A enlarged.
- FIG. 3A is a plan view showing the other surface of the motor assembly of FIG. 1, and FIG. 3B is an enlarged view showing an enlarged area B of FIG. 3A.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross section of the motor assembly of FIG. 1.
- FIG. 5A is a view showing the magnetic flux flow of the motor assembly of FIG. 1, and FIGS. 5B and 5C are diagrams showing a magnetic flux flow of a conventional motor as a comparative example of FIG. 5A.
- One side of the present invention is disposed on the outer side of the rotor core, the stator core having an inner surface inclined with respect to the rotation axis of the rotor, and extending toward the rotation axis from the inner surface of the stator core, the coil being wound
- a stator including a plurality of winding teeth and a winding opening formed of sidewalls of the adjacent winding teeth and an inner surface of the stator core, wherein a cross-sectional area of the opening changes along the rotation axis direction.
- the thickness of the stator core in the radial direction may increase linearly along one direction of the rotation axis.
- the winding opening may have an opening area disposed on one surface and an opening area arranged on the other surface.
- it may further include a plurality of protruding teeth extending from the inner surface of the stator core toward the rotation axis across the winding opening, and the coil is not wound.
- the radial length of the protruding teeth may be the same as the radial length of the winding teeth.
- the thickness in the circumferential direction of the protruding teeth may be the same as the thickness in the circumferential direction of the winding teeth.
- an end of the protruding tooth and an end of the winding tooth may have a predetermined interval in a circumferential direction.
- the inner surface of the stator core may have an inclination angle greater than 0 degrees and less than 20 degrees with respect to the rotation axis.
- a rotor core rotating about a rotation axis, a plurality of permanent magnets disposed on the surface of the rotor core, or at least partially embedded in the rotor core, and disposed outside the rotor core,
- a stator core having an inner surface inclined with respect to the rotating shaft, a plurality of winding teeth extending from the inner surface of the stator core toward the rotating shaft, a coil wound on the winding tooth, and sidewalls of the adjacent winding teeth And it is formed on the inner surface of the stator core, and provides a motor assembly including a winding opening in which the cross-sectional area of the opening changes along the rotation axis direction.
- the inner surface of the stator core may have an inclination angle greater than 0 degrees and less than 20 degrees with respect to the rotation axis.
- it may further include a plurality of protruding teeth extending from the inner surface of the stator core toward the rotation axis across the winding opening, and the coil is not wound.
- expressions such as “or” include any and all combinations of words listed together.
- “A or B” may include A, may include B, or may include both A and B.
- Expressions such as “first”, “second”, “first”, or “second” used in various embodiments of the present disclosure may modify various elements of various embodiments, but do not limit the elements. Does not.
- the above expressions do not limit the order and / or importance of the components.
- the above expressions can be used to distinguish one component from another component.
- the first user device and the second user device are both user devices and represent different user devices.
- a first component may be referred to as a second component without departing from the scope of rights of various embodiments of the present disclosure, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
- FIG. 1 is a perspective view showing a motor assembly 100 according to an embodiment of the present invention
- FIG. 2A is a plan view showing one surface of the motor assembly 100 of FIG. 1
- FIG. 2B is a region A of FIG. 2A. It is an enlarged view showing an enlarged view
- FIG. 3A is a plan view showing the other surface of the motor assembly 100 of FIG. 1, and FIG. 3B is an enlarged view showing an enlarged area B of FIG. 3A.
- the motor assembly 100 may include a rotating shaft 101, a rotor 110 and a stator 120.
- the motor assembly 100 may rotate the rotor 110 with respect to the stator 120 by the magnet flux generated between the rotor 110 and the stator 120.
- the motor assembly 100 of the present invention can be implemented in various ways depending on the arrangement of the permanent magnet mounted on the rotor 110.
- it may be a surface permanent magnet (SPM) motor in which a permanent magnet is disposed on the surface of a rotor, or an interior permanent magnet (IPM) motor in which a permanent magnet is disposed inside the rotor.
- SPM surface permanent magnet
- IPM interior permanent magnet
- rotor half PM type motor in which a permanent magnet having the same polarity is disposed only on a part of the surface of the rotor.
- a description will be given mainly of a rotor half PM type vernier motor in which a permanent magnet is disposed only on a part of the rotor 110.
- the rotating shaft 101 is disposed at the center of the rotor 110 to form a rotating shaft of the motor assembly 100.
- the rotating shaft 101 is connected to an external device (not shown), and transmits power generated by rotation of the rotor 110 to the external device.
- the rotor 110 is disposed to surround the rotating shaft 101 and may include a rotor core 111 and a permanent magnet 112.
- the rotor core 111 may have an approximately cylindrical shape having a predetermined length in the direction of the rotation axis.
- a plurality of permanent magnets 112 is disposed on the surface of the rotor core 111, and at least a portion of the permanent magnets 112 may be embedded in the rotor core 111.
- the number of permanent magnets may be less than the number of winding teeth, the number of protruding teeth, or the number of winding openings.
- the number of permanent magnets is twice the permanent magnet of the rotor half PM type motor.
- the number of permanent magnets is greater than the number of winding teeth or the number of protruding teeth, and less than the sum of the number of winding teeth and protruding teeth.
- the number of permanent magnets is greater than the number of winding openings and less than the sum of the first opening and the second opening.
- Conventional rotor half PM type motors or SPM type motors do not have protruding teeth, but the motor assembly 100 of the present invention is provided with protruding teeth 123 to extend a path through which the magnet flux formed by the permanent magnet moves. have.
- the stator 120 is disposed outside the rotating shaft 101, and the rotor 110 rotates relative to the stator 120.
- the stator 120 may include a stator core 121, a winding tooth 122, a protruding tooth 123 and a winding opening 124.
- the stator core 121 forms the main body of the stator 120 and is disposed outside the rotor core 111. Since the stator core 121 has a circular opening inside, it may have an annular shape. have.
- the stator core 121 may have an inner surface 121a having a binding with respect to the rotation axis of the rotor 110. That is, the inner surface 121a forming the opening of the stator core 121 may be extended to have a predetermined angle ⁇ with respect to the longitudinal direction.
- the first thickness T1 of the stator core 121 formed on one surface of the stator 120 and the stator core 121 formed on the other surface of the stator 120 are different from each other.
- the first radial length L1 of the winding opening 124 formed on one surface of the stator 120 and the second radial length L2 of the winding opening 124 formed on the other surface of the stator 120 are Are different. This is shown in Figures 2a and 3a.
- the angle ⁇ between the inner surface 121a of the stator core 121 and the rotation axis may have a predetermined angle. Referring to FIG. 4, the angle is formed constant in the direction of the rotation axis, so that the thickness of the stator core 121 in the radial direction may increase linearly along one direction of the rotation axis.
- the inner surface 121a of the stator core 121 may have an inclination angle greater than 0 degrees and less than 20 degrees with respect to the rotation axis.
- the angle ⁇ is 0 degrees, the magnet flux cannot have an amplifying effect, and when the angle ⁇ is 20 degrees or more, the magnitude of the torque generated by the motor assembly 100 is reduced. This will be described in detail below.
- the winding teeth 122 extend from the inner surface 121a of the stator core 121 toward the axis of rotation.
- the winding teeth 122 are wound with a coil C and may be arranged in a plurality in the circumferential direction along the stator core 121.
- the winding tooth 122 may include a winding rib 122a on which the coil C is wound, and a protrusion 122b protruding in a circumferential direction from an end of the winding rib 122a.
- the protrusion 122b induces the inflow of the magnet flux, and allows the coil C to be wound in a certain position.
- the winding form of the coil C may be variously arranged.
- the coil C may be wound from the upper surface to the lower surface along the winding teeth 122, or may be wound from the lower surface to the upper surface.
- the coil C may be wound from inside to outside along the radial direction of the stator core 121, or may be wound from outside to inside along the radial direction.
- the winding teeth 122 extend along the inner surface 121a of the stator core 121 having an inclination, the length in the radial direction changes according to the height.
- the thickness d1 of the winding teeth 122 in the circumferential direction may be uniformly formed.
- the protruding teeth 123 are disposed between neighboring winding teeth 122. Since the protruding teeth 123 are disposed across the winding opening 124, the space between the winding teeth 122 can be divided.
- the protruding teeth 123 extend from the inner surface of the stator core 121 toward the axis of rotation, but the coil C is not wound.
- the thickness d2 in the circumferential direction of the protruding teeth 123 may be formed constant.
- the winding teeth 122 When comparing the protruding teeth 123 and the winding teeth 122, the winding teeth 122 have a function in which the coil C is wound to generate a magnet flux, but the protruding teeth 123 do not have the coil C wound. Therefore, it has a function of a passage through which the generated magnet flux moves.
- the end of the winding tooth 122 is formed with a projection 122b protruding in the circumferential direction, but the protruding teeth 123 does not have a corresponding configuration.
- the radial length of the protruding teeth 123 may be the same as the radial length of the winding teeth 122. That is, since the protruding teeth 123 and the winding teeth 122 have the same radial length, when the ends of the protruding teeth 123 and the winding teeth 122 are connected, an imaginary circle having a constant radius can be formed. . In addition, the ends of the winding teeth 122 and the ends of the protruding teeth 123 may form air gaps with the rotor 110 and the first gap g, respectively.
- the thickness d1 in the circumferential direction of the winding teeth 122 and the thickness d2 in the circumferential direction of the protruding teeth 123 may be the same. If, if the thickness (d1) in the circumferential direction of the winding teeth 122 and the thickness (d2) in the circumferential direction of the protruding teeth 123 are different from each other, the magnet flux formed in the winding teeth 122 is smoothly protruding. 123). If the thickness of the protruding teeth 123 is small (d2 is less than d1), the magnet flux generated in the winding teeth 122 and the rotor 110 may have a narrow width and may not flow smoothly into the stator 120. .
- the stator 120 of the present invention is equal to the thickness d1 in the circumferential direction of the winding teeth 122 and the thickness d2 in the circumferential direction of the protruding teeth 123, so that sufficient magnets are generated in the winding teeth 122.
- the flux is sufficiently introduced into the protruding teeth 123, and the magnet flux can be concentrated to generate high torque.
- a predetermined gap may be provided between the end of the winding teeth 122 and the end of the protruding teeth 123. Since the ends of the winding teeth 122 and the ends of the protruding teeth 123 are separated by a distance of d3, the winding teeth 122 and the protruding teeth 123 are not structurally connected. The magnet flux generated by this structure may be separated into the winding teeth 122 and the protruding teeth 123, respectively, and introduced.
- the winding opening 124 is a space formed by the side walls of the winding teeth 122 and the inner surface 121a of the stator core 121. Since the inner surface 121a of the stator core 121 has an inclination with respect to the rotation axis, the winding opening 124 may have a cross-sectional area along the rotation axis direction. 2A and 3A, the area of the winding opening on one side of the stator 120 and the area of the winding opening on the other surface may be different.
- the winding opening 124 on one surface of the stator 120 has a first length L1 in the radial direction, but the winding opening 124 on the other surface of the stator 120 is radially smaller than the first length L1. It may have a long second length (L2). That is, the distance between the outside and the inside of the stator 120 is constant, but since the thickness of the stator core 121 changes, the opening area of the winding opening 124 also changes.
- the opening area of the winding opening 124 may change linearly along one direction of the rotation axis. That is, since the volume of the winding opening 124 also changes according to the volume change of the stator core 121, the cross-sectional area of the winding opening 124 may change along the rotation axis direction.
- the winding opening 124 may have a first opening 124a and a second opening 124b divided by the protruding teeth 123.
- the first opening 124a and the second opening 124b are symmetrical with respect to the protruding teeth 123, and perform substantially the same function.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross section of the motor assembly 100 of FIG. 1.
- the inner surface 121a of the stator core 121 is arranged to be inclined at a predetermined angle ⁇ with respect to the rotation axis. Due to this arrangement, the volume of the inner space where the winding opening 124 is formed also changes. Eventually, the volume of the winding opening 124 increases by the reduced volume of the stator core 121.
- the inner surface of the stator core 121 has an inclination angle ⁇ , thereby reducing the volume of the winding opening 124.
- a portion forming the magnet flux and a space through which the magnet flux flows can be effectively formed to form a high energy density per volume.
- the motor assembly 100 can generate high torque.
- it since it is formed to minimize the volume of the winding opening 124, it is possible to improve the space use efficiency of the motor assembly 100 and reduce the size.
- FIG. 5A is a diagram showing the magnetic flux flow of the motor assembly 100 of FIG. 1
- FIGS. 5B and 5C are diagrams showing a magnetic flux flow of a conventional motor as a comparative example of FIG. 5A.
- Figure 5a is provided with a protruding tooth 123, the cross-sectional area of the winding opening 124 has a stator 120 that changes in the direction of the rotation axis, the permanent magnet 112 is disposed at regular intervals on the surface of the rotor 110 It is a rotor half PM type motor assembly. As shown in the figure, it has a strong magnetic flux flow along the winding teeth. At the same time, the generated magnetic flux flows along the protruding teeth, creating a strong magnetic field. That is, since the current density and energy density are improved, the motor assembly can generate high torque.
- 5B is a conventional SPM type motor.
- the magnetic flux flows along the coiled tooth, but it is only concentrated between the rotor and the tooth, and the generated magnetic flux does not sufficiently flow to the stator or rotor. As a result, the current density generated by the motor is low, and thus there is a limit in generating high torque.
- 5c is a conventional double half PM type motor, in which permanent magnets are spaced apart from the rotor, and permanent magnets are spaced apart from the stator.
- a permanent magnet is placed at the end of the stator.
- a permanent magnet is also disposed on the stator to improve performance than the rotor half PM type motor, but the permanent magnet can generate a short circuit of the magnetic flux.
- the electromagnet to the stator continuously changes the magnetic pole, but since the permanent magnet always has a constant magnetic pole, a short circuit of magnetic flux occurs by the permanent magnet of the stator when the rotor rotates. Therefore, even if a permanent magnet is disposed in the stator, there is a limit in generating high torque.
- the following table compares a motor assembly having a different inclination angle of the present invention and a motor having a high inclination angle as a comparative example.
- the outer diameter of the stator is 82 mm
- the length of the motor assembly is 35 mm
- the air gap between the rotor and the stator is 0.5 mm
- the diameter of the coil is 0.8 mm
- the outer diameter of the motor is 42 mm
- the permanent magnet The thickness is set to 2 mm and the magnet has a rating of 50JN400.
- Comparative Example 1 shows the flux flow of FIG. 5B as an SPM type motor
- Comparative Example 2 shows the flux flow of FIG. 5C as a double half PM type motor.
- the motor assembly of the present invention has 5 degrees, 7.5 degrees, 10 degrees, and 15 degrees of inclination angles formed by the inner circumferential surface of the stator core with the rotation axis, and has a protruding tooth.
- Comparative Example 3 is a case where the angle between the inner surface of the stator core and the rotating shaft is 20 degrees, while the protruding tooth is a branch.
- Comparative Example 1 (SPM) generates 2.24 N / m and Comparative Example 2 (Double Half PM) generates 3.85 N / m torque.
- the motor assembly of the present invention generates 4.81 N / m if the inclination angle is 5 degrees, 4.92 N / m if it is 7.5 degrees, 4.97 N / m if it is 10 degrees, and 5.05 N / m if it is 15 degrees, Comparative Example 1 And a torque higher than 2. That is, the motor assembly of the present invention has a high current density and a high energy density, and thus can generate high torque.
- Comparative Example 3 when the inclination angle is 20 degrees, the torque rapidly decreases to 2.75 N / m. When the inclination angle is increased to 20 degrees or more, the volume formed by the winding opening is greatly reduced, and there is insufficient space to sufficiently generate magnetic flux. For this reason, Comparative Example 3 is limited in generating high torque.
- the cross-sectional area of the winding opening changes along the axis of rotation, thereby improving the current density and improving energy efficiency. This makes it possible to generate higher torque than conventional motors.
- the motor assembly of the present invention since the motor assembly of the present invention has a protruding tooth, it forms a passage through which the generated magnetic flux can sufficiently flow, thereby generating high torque.
- the motor assembly of the present invention has an inclination angle of greater than 0 degrees and less than 20 degrees, thereby maximizing energy density and current density to form high torque.
- a stator used in a general industrial field and a motor assembly including the same are provided.
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Abstract
본 발명은 스테이터 및 이를 포함하는 모터 어셈블리를 제공하며, 로터 코어의 외측에 배치되며, 상기 로터의 회전축에 대해서 경사를 가지는 내측면을 가지는 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 내측면에서 상기 회전축을 향하여 연장되며, 코일이 권선되는 복수개의 권선 티스, 및 이웃하는 상기 권선 티스의 측벽과 상기 스테이터 코어의 내측면으로 형성되되, 상기 회전축 방향을 따라 개구의 단면적이 변화하는 권선 개구를 포함한다.
Description
본 발명은 스테이터 및 이를 포함하는 모터 어셈블리에 관한 것이다.
모터는 전기에너지로부터 회전력을 얻는 기계로서, 스테이터와 로터를 구비한다. 로터는 스테이터와 전자기적으로 상호 작용하도록 구성되고, 자기장과 코일에 흐르는 전류 사이에서 작용하는 힘에 의해 회전한다.
자계를 발생시키기 위해 영구자석을 사용하는 영구자석 모터는 표면 부착형 영구자석 모터(surface mounted permanent magnet motor), 매입형 영구자석 모터(interior type permanent magnet motor), 스포크형 영구자석 모터(spoke type permanent magnet motor)로 구분될 수 있다.
최근 로봇 또는 전기자동차 등에 적용되는 모터로, 감속기를 사용하지 않는 다이렉트 드라이브 모터로 PM형 버니어 모터가 많이 연구되고 있다. 이러한 모터에 필요한 영구자석은 모터의 성능을 향상시킬 수 있으나, 희토류라는 특정한 금속이 필요하지만, 희토류의 특성상 화석연료의 고갈과 환경 오염의 위험이 있어 공급적인 측면에서 어려움을 가지고 있다.
그리하여, 영구자석의 사용을 최소화하면서 모터의 토크를 극대화하는 연구가 필요하다. 연구 중 하나로 더블 하프형 PM형 버니어 모터를 들 수 있는데, 로터의 표면에 영구자석이 이격되게 배치되고, 스테이터의 티스에 영구자석이 배치되어 전체 영구자석의 개수를 줄일 수 있다. 그러나, 이러한 더블 하프 형 PM형 모터는 스테이터의 전자석이 형성하는 자극이 교번하나, 영구자석의 자극이 항상 일정한 극성을 가지므로, 영구자석이 전자석의 효율을 하락시키는 문제점을 발생한다.
로터 하프 PM형 버니어 모터는 기존의 PM형 버니어 모터의 로터에 있는 영구자석 중에서 어느 하나의 극성을 제거하고, 제거된 부분을 돌출시킨 구조를 가진다. 영구자석과 치환될 수 있도록 돌극을 만들어주면, 다른 하나의 극성을 갖는 남은 영구자석의 자극에 의해서 돌극이 자화가 되고, 이로써 돌극은 인접한 영구자석과 반대의 자극이 형성되어져 기존의 PM형 버니어 모터와 동일한 구조와 유사한 성능을 가지게 되고, 영구자석의 개수를 반으로 절감시킬수 있다.
또한, 로터 하프 PM형 버니어 모터에서 돌극으로 치환시킨 영구자석을 스테이트에 설치하여 주면 모터의 성능을 기존 PM형 버니어 모터와 영구자석량을 유사하게 사용하면서도 더욱 성능을 낼수 있다. 즉, 더블 하프형 PM형 버니어 모터는 로터의 표면에 영구자석이 이격되게 배치시켜 영구자석량을 반감시키고, 스테이터의 티스에 영구자석이 배치되어 성능을 개선시킬 수 있다.
이러한 더블 하프 형 PM형 모터는 기존 PM형 버니어모터보다는 성능이 증가하나, 그 효율은 높지 않다. 상세히, PM형 버니어 모터의 스테이터에 장착된 전자석이 형성하는 자극이 교류전원에 의해 교번하나, 영구자석의 자극이 항상 일정한 극성을 가지므로, 영구자석과 전자석 사이에 발생되는 자속 단락이 모터의 효율을 하락시킨다.
본 발명은 고토크를 생성하는 스테이터 및 이를 포함하는 모터 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 모터 어셈블리의 부피를 최소화하여 공간 활용성을 증대할 수 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일측면은, 로터 코어의 외측에 배치되며, 상기 로터의 회전축에 대해서 경사를 가지는 내측면을 가지는 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 내측면에서 상기 회전축을 향하여 연장되며, 코일이 권선되는 복수개의 권선 티스, 및 이웃하는 상기 권선 티스의 측벽과 상기 스테이터 코어의 내측면으로 형성되되, 상기 회전축 방향을 따라 개구의 단면적이 변화하는 권선 개구를 포함하는 스테이터를 제공한다.
본 발명에 따른 스테이터와 이를 포함하는 모터 어셈블리는 스테이터에 형성된 권선 개구의 단면적이 회전축을 따라 변화하여, 전류 밀도가 향상되고 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 스테이터와 이를 포함하는 모터 어셈블리는 돌극 티스를 가지므로, 발생된 자속이 충분하게 유동할 수 있는 통로를 형성하므로 고토크를 생성할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 스테이터와 이를 포함하는 모터 어셈블리는 스테이터의 내측면의 경사 각도가 0도 보다 크고 20도 보다 작게 형성되어, 충분하게 자속을 발생하고, 에너지 밀도 및 전류 밀도를 극대화 할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 2a는 도 1의 모터 어셈블리의 일면을 도시하는 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 A영역을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 3a는 도 1의 모터 어셈블리의 타면을 도시하는 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 B영역을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 4는 도 1의 모터 어셈블리의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 5a는 도 1의 모터 어셈블리의 자속 흐름을 도시하는 도면이고, 도 5b와 도 5c는 도 5a의 비교예로 종래의 모터의 자속 흐름을 도시하는 도면이다.
본 발명의 일측면은, 로터 코어의 외측에 배치되며, 상기 로터의 회전축에 대해서 경사를 가지는 내측면을 가지는 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 내측면에서 상기 회전축을 향하여 연장되며, 코일이 권선되는 복수개의 권선 티스, 및 이웃하는 상기 권선 티스의 측벽과 상기 스테이터 코어의 내측면으로 형성되되, 상기 회전축 방향을 따라 개구의 단면적이 변화하는 권선 개구를 포함하는 스테이터를 제공한다.
또한, 상기 스테이터 코어의 반경방향의 두께는 상기 회전축의 일 방향을 따라 선형적으로 증가할 수 있다.
또한, 상기 권선 개구는 일면에 배치된 개구 면적과 타면에 배치된 개구 면적이 다를 수 있다.
또한, 상기 권선 개구를 가로질러 상기 스테이터 코어의 내측면에서 상기 회전축을 향하여 연장되며, 상기 코일이 권선되지 않는 복수개의 돌극 티스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌극 티스의 반경방향의 길이는 상기 권선 티스의 반경방향의 길이와 같을 수 있다.
또한, 상기 돌극 티스의 원주방향의 두께는 상기 권선 티스의 원주방향의 두께와 같을 수 있다.
또한, 상기 돌극 티스의 단부와 상기 권선 티스의 단부는 원주 방향으로 기 설정된 간격을 가질 수 있다.
또한, 상기 스테이터 코어의 내측면은 상기 회전축에 대해서 0도 보다 크고 20도 보다 작은 경사각을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 회전축을 중심으로 회전하는 로터 코어와, 상기 로터 코어의 표면에 배치되거나, 적어도 일부가 상기 로터 코어에 매립되는 복수개의 영구 자석과, 상기 로터 코어의 외측에 배치되며, 상기 회전축에 대해서 경사를 가지는 내측면을 가지는 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 내측면에서 상기 회전축을 향하여 연장되는 복수개의 권선 티스와, 상기 권선 티스에 권선되는 코일, 및 이웃하는 상기 권선 티스의 측벽과 상기 스테이터 코어의 내측면으로 형성되되, 상기 회전축 방향을 따라 개구의 단면적이 변화하는 권선 개구를 포함하는 모터 어셈블리를 제공한다.
또한, 상기 스테이터 코어의 내측면은 상기 회전축에 대해서 0도 보다 크고 20도 보다 작은 경사각을 가질 수 있다.
또한, 상기 권선 개구를 가로질러 상기 스테이터 코어의 내측면에서 상기 회전축을 향하여 연장되며, 상기 코일이 권선되지 않는 복수개의 돌극 티스를 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)를 도시한 사시도이며, 도 2a는 도 1의 모터 어셈블리(100)의 일면을 도시하는 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 A영역을 확대하여 도시한 확대도이다. 또한, 도 3a는 도 1의 모터 어셈블리(100)의 타면을 도시하는 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 B영역을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 1 내지 도 3a를 참조하면, 모터 어셈블리(100)는 회전 샤프트(101), 로터(110) 및 스테이터(120)를 구비할 수 있다. 모터 어셈블리(100)는 로터(110)와 스테이터(120) 사이에서 발생하는 마그넷 플럭스에 의해서, 로터(110)가 스테이터(120)에 대해서 회전할 수 있다.
본 발명의 모터 어셈블리(100)는 로터(110)에 장착되는 영구자석의 배치에 따라서 다양하게 구현될 수 있다. 예컨대, 로터의 표면에 영구자석이 배치되는 SPM(Surface permanent magnet) 모터이거나, 로터의 내부에 영구자석이 배치되는 IPM(Interior permanent magnet) 모터일 수 있다. 또한, 로터의 표면 일부에만 동일한 극성을 가지는 영구자석을 배치하는 로터 하프 PM형 모터 일 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서, 로터(110)의 일부에만 영구 자석이 배치된 로터 하프 PM 형 버니어 모터인 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
회전 샤프트(101)는 로터(110)의 중앙에 배치되어, 모터 어셈블리(100)의 회전축을 형성한다. 회전 샤프트(101)는 외부 장치(미도시)와 연결되어, 로터(110)의 회전으로 생성된 동력을 상기 외부 장치에 전달할 수 있다.
로터(110)는 회전 샤프트(101)를 감싸도록 배치되며, 로터 코어(111)와 영구 자석(112)을 구비할 수 있다. 로터 코어(111)는 회전축 방향으로 소정의 길이를 가지는 대략 원통 형상을 가질 수 있다. 영구 자석(112)은 복수개로 로터 코어(111)의 표면에 배치되고, 적어도 일부가 로터 코어(111)에 매립될 수 있다.
도면에서와 같이 로터 하프 PM형 모터의 경우에는 영구 자석의 개수는 권선 티스의 개수나 돌극 티스의 개수 또는 권선 개구의 개수보다 적을 수 있다. 다른 실시예로, SPM형 모터의 경우에는 영구 자석의 개수는 로터 하프 PM형 모터의 영구자석의 2배이다. 이때, SPM형 모터의 경우 영구자석의 개수는 권선 티스의 개수나 돌극 티스의 개수 보다 많고, 권선 티스와 돌극 티스의 개수의 합 보다는 적다. 또한, SPM형 모터의 경우 영구자석의 개수는 권선 개구의 개수보다 많고, 제1 개구 및 제2 개구의 합 보다는 적다. 종래의 로터 하프 PM형 모터나 SPM형 모터는 돌극 티스가 없으나, 본 발명의 모터 어셈블리(100)는 돌극 티스(123)를 구비하여 영구자석에 의해서 형성되는 마그넷 플럭스가 이동하는 경로를 확장할 수 있다.
스테이터(120)는 회전 샤프트(101)의 외측에 배치되며, 로터(110)가 스테이터(120)에 대해서 상대적으로 회전한다. 스테이터(120)는 스테이터 코어(121), 권선 티스(122), 돌극 티스(123) 및 권선 개구(124)를 구비할 수 있다.
스테이터 코어(121)는 스테이터(120)의 본체를 형성하고, 로터 코어(111)의 외측에 배치된다. 스테이터 코어(121)는 내부에 원형의 개구를 가지므로, 환형의 형상을 가질 수 있다. 있다. 스테이터 코어(121)는 로터(110)의 회전축에 대해서 결사를 가지는 내측면(121a)을 가질 수 있다. 즉, 스테이터 코어(121)의 개구를 형성하는 내측면(121a)은 길이 방향에 대해서 소정의 각도(θ)를 가지도록 연장될 수 있다.
스테이터 코어(121)의 내측면(121a)에 형성된 경사로 인해서, 스테이터(120)의 일면에 형성된 스테이터 코어(121)의 제1 두께(T1)와 스테이터(120)의 타면에 형성된 스테이터 코어(121)의 제2 두께(T2)의 길이는 서로 다르다. 또한, 스테이터(120)의 일면에 형성된 권선 개구(124)의 반경방향의 제1 길이(L1)와 스테이터(120)의 타면에 형성된 권선 개구(124)의 반경방향의 제2 길이(L2)는 서로 다르다. 이는 도2a와 도3a에 도시된다.
스테이터 코어(121)의 내측면(121a)과 회전축 사이의 각도(θ)는 기 설정된 각도를 가질 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 각도는 회전축의 방향으로 일정하게 형성되어, 스테이터 코어(121)의 반경방향의 두께는 회전축의 일 방향을 따라서 선형적으로 증가할 수 있다.
스테이터 코어(121)의 내측면(121a)은 회전축에 대해서 0도 보다 크고 20도 보다 작은 경사각을 가질 수 있다. 상기 각도(θ)가 0도이면 마그넷 플럭스가 증폭되는 효과를 가질 수 없으며, 각도(θ)가 20도 이상인 경우에는 모터 어셈블리(100)가 생성하는 토크의 크기가 줄어든다. 이에 대해서는 아래에서 상세하게 설명하기로 한다.
권선 티스(122)는 스테이터 코어(121)의 내측면(121a)에서 회전축을 향하여 연장된다. 권선 티스(122)는 코일(C)이 권선되며 스테이터 코어(121)를 따라 원주 방향으로 복수개로 배치될 수 있다. 권선 티스(122)는 코일(C)이 권선되는 권선 리브(122a)와, 권선 리브(122a)의 단부에서 원주 방향으로 돌출되는 돌기(122b)를 구비할 수 있다. 돌기(122b)는 마그넷 플럭스의 유입을 유도하고, 권선된 코일(C)이 일정한 위치에 권선되게 할 수 있다.
코일(C)의 권선 형태는 다양하게 배치될 수 있다. 예컨대, 코일(C)은 권선 티스(122)를 따라 상면에서 하면으로 권선되거나, 하면에서 상면으로 권선될 수 있다. 또한, 코일(C)은 스테이터 코어(121)의 반경방향을 따라 내측에서 외측으로 권선되거나, 반경방향을 따라 외측에서 내측으로 권선될 수 있다.
권선 티스(122)는 경사를 가지는 스테이터 코어(121)의 내측면(121a)을 따라 연장되므로, 반경 방향으로의 길이는 높이에 따라 변화한다. 권선 티스(122)의 원주 방향으로의 두께(d1)은 일정하게 형성될 수 있다.
돌극 티스(123)는 이웃 하는 권선 티스(122) 사이에 배치된다. 돌극 티스(123)는 권선 개구(124)를 가로 질러 배치되므로, 권선 티스(122) 사이의 공간을 분할 할 수 있다. 돌극 티스(123)는 스테이터 코어(121)의 내측면에서 회전축을 향하여 연장되나, 코일(C)이 권선되지 않는다. 돌극 티스(123)의 원주 방향으로의 두께(d2)는 일정하게 형성될 수 있다.
돌극 티스(123)와 권선 티스(122)를 비교하면, 권선 티스(122)는 코일(C)이 권선되어 마그넷 플럭스를 생성하는 기능을 가지나, 돌극 티스(123)는 코일(C)이 권선되지 않으므로, 생성된 마그넷 플럭스가 이동하는 통로의 기능을 가진다. 또한, 권선 티스(122)의 단부는 원주방향으로 돌출된 돌기(122b)가 형성되나, 돌극 티스(123)는 이에 대응하는 구성을 가지지 않는다.
돌극 티스(123)의 반경방향의 길이는 권선 티스(122)의 반경방향의 길이와 같을 수 있다. 즉, 돌극 티스(123)와 권선 티스(122)는 동일한 반경방향의 길이를 가지므로, 돌극 티스(123)와 권선 티스(122)의 단부를 연결하면 반지름이 일정한 가상의 원이 형성될 수 있다. 또한, 권선 티스(122)의 단부와 돌극 티스(123)의 단부는 각각 로터(110)와 제1 간격(g)로 에어갭을 형성할 수 있다.
또한, 권선 티스(122)의 원주 방향으로의 두께(d1)와 돌극 티스(123)의 원주 방향으로의 두께(d2)와 같을 수 있다. 만약, 권선 티스(122)의 원주 방향으로의 두께(d1)와 돌극 티스(123)의 원주 방향으로의 두께(d2)가 서로 다르면, 권선 티스(122)에서 형성된 마그넷 플럭스가 원활하게 돌극 티스(123)로 유입될 수 없다. 돌극 티스(123)의 두께가 작으면(d2가 d1보다 작으면), 권선 티스(122)와 로터(110)에서 생성된 마그넷 플럭스는 폭이 좁아서 스테이터(120)로 원활하게 유입되지 않을 수 있다. 또한, 돌극 티스(123)의 두꼐가 크면(d2가 d1보다 크면), 권선 개구(124)의 단면적이 작아져서 충분한 마그넷 플럭스가 발생되지 않으며, 마그넷 플럭스가 집중되지 않아 고토크를 생성하는데 한계가 있다. 본 발명의 스테이터(120)는 권선 티스(122)의 원주 방향으로의 두께(d1)와 돌극 티스(123)의 원주 방향으로의 두께(d2)와 같아서, 권선 티스(122)에서 생성된 충분한 마그넷 플럭스가 돌극 티스(123)로 충분하게 유입되고, 마그넷 플럭스가 집중되어 고토크를 생성할 수 있다.
권선 티스(122)의 단부와 돌극 티스(123)의 단부 사이에는 기 설정된 간격을 가질 수 있다. 권선 티스(122)의 단부와 돌극 티스(123)의 단부는 d3의 거리로 이격되므로, 권선 티스(122)와 돌극 티스(123)가 구조적으로 연결되지 않는다. 이러한 구조에 의해서 생성된 마그넷 플럭스는 권선 티스(122)와 돌극 티스(123) 각각으로 분리되어 유입될 수 있다.
권선 개구(124)는 권선 티스(122)의 측벽과 스테이터 코어(121)의 내측면(121a)에 의해서 형성된 공간이다. 스테이터 코어(121)의 내측면(121a)이 회전축에 대해서 경사를 가지므로, 권선 개구(124)는 회전축 방향을 따라 단면적이 변화할 수 있다. 도 2a와 도 3a를 비교하면, 스테이터(120)의 일면에서의 권선 개구의 면적과 타면에서의 권선 개구의 면적은 서로 다를 수 있다. 스테이터(120)의 일면에서의 권선 개구(124)는 반경방향으로 제1 길이(L1)를 가지나, 스테이터(120)의 타면에서의 권선 개구(124)는 반경방향으로 제1 길이(L1)보다 긴 제2 길이(L2)를 가질 수 있다. 즉, 스테이터(120)의 외측에서 내측 사이의 거리는 일정하나, 스테이터 코어(121)의 두께가 변화하므로, 권선 개구(124)의 개구 면적도 변화한다.
스테이터 코어(121)의 내측면(121a)이 회전축에 대해서 일정한 각도(θ)로 경사를 가지면, 권선 개구(124)의 개구 면적은 회전축의 일방향을 따라 선형적으로 변화할 수 있다. 즉, 스테이터 코어(121)의 부피 변화에 따라 권선 개구(124)의 부피도 변화하므로, 권선 개구(124)의 단면적은 회전축 방향을 따라 변화 할 수 있다.
권선 개구(124)는 돌극 티스(123)로 구획된 제1 개구(124a)와 제2 개구(124b)를 가질 수 있다. 제1 개구(124a)와 제2 개구(124b)는 돌극 티스(123)에 대해서 대칭되며, 실질적으로 동일한 기능을 수행한다.
도 4는 도 1의 모터 어셈블리(100)의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 스테이터 코어(121)의 내측면(121a)이 회전축에 대해서 기설정된 각도(θ)로 경사지도록 배치된다. 이러한 배치로 인해서, 권선 개구(124)가 형성된 내부공간의 부피도 변화한다. 결국, 스테이터 코어(121)의 감소된 부피만큼 권선 개구(124)의 부피가 증가한다.
본 발명에 따른 스테이터(120)는 스테이터 코어(121)의 내측면이 경사 각도(θ)를 가져서, 권선 개구(124)의 부피를 줄일 수 있다. 권선 개구(124)의 개구 면적이 회전축을 따라 변화하면, 마그넷 플럭스를 형성하는 부분과 마그넷 플럭스가 유동하는 공간을 효과적으로 형성하여 부피당 높은 에너지 밀도를 형성할 수 있다. 결국 전류 밀도를 향상시켜서 모터 어셈블리(100)는 고토크를 생성할 수 있다. 또한, 권선 개구(124)의 부피를 최소화 하도록 형성되므로, 모터 어셈블리(100)의 공간 사용 효율을 향상시키고, 크기를 줄일 수 있다.
도 5a는 도 1의 모터 어셈블리(100)의 자속 흐름을 도시하는 도면이고, 도 5b와 도 5c는 도 5a의 비교예로 종래의 모터의 자속 흐름을 도시하는 도면이다.
도 5a는 돌극 티스(123)를 구비하고, 권선 개구(124)의 단면적이 회전축 방향으로 변화하는 스테이터(120)를 가지고, 로터(110)의 표면에 일정한 간격으로 영구 자석(112)이 배치된 로터 하프 PM형 모터 어셈블리이다. 도면에서와 같이 권선 티스를 따라 강한 자속 흐름을 가진다. 동시에 돌극 티스를 따라서 생성된 자속이 유동하므로 강한 자기장이 형성된다. 즉, 전류 밀도와 에너지 밀도가 향상되므로, 모터 어셈블리가 고토크를 생성할 수 있다.
도 5b는 종래의 SPM형 모터이다. 코일이 권선된 티스를 따라서 자속흐름이 발생하나, 로터와 티스 사이에 집중될 뿐이며, 생성된 자속이 스테이터나 로터로 충분하게 유동하지 않는다. 결국 모터가 생성하는 전류 밀도가 낮아서 고토크를 생성하는데 한계가 있다.
도 5c는 종래의 더블 하프 PM형 모터로, 로터의 표면에 영구자석이 이격되어 배치되고, 스테이터에도 영구자석이 이격되어 배치된다. 상세히 스테이터의 티스 단부에 영구자석이 배치된다. 종래의 더블 하프 PM형 모터는 스테이터에도 영구 자석을 배치하여, 로터 하프 PM형 모터보다 성능을 향상시킬 수 있으나, 영구자석이 자속의 단락을 생성할 수 있다. 상세하게, 스테이터에의 전자석은 자극이 연속적으로 변화하나, 영구 자석은 항상 일정한 자극을 가지므로, 로터의 회전시에 스테이터의 영구 자석에 의해 자속의 단락이 발생한다. 따라서, 스테이터에 영구자석을 배치하더라도 고토크를 생성하는데 한계가 있다.
도 5c를 참조하면, SPM 모터보다 강한 자속 흐름이 발생하나, 티스와 로터 사이에만 국한되며, 발생한 자속 흐름이 충분하게 이동하지 않아 국부적으로 형성된다.
아래의 표는 본 발명의 경사각도를 다르게 설정한 모터 어셈블리와 비교예로 종래의 모터와 경사각도를 높게 설정한 모터를 비교한다.
아래의 실시예와 비교예에서, 스테이터의 외경은 82mm, 모터 어셈블리의 길이는 35mm, 로터와 스테이터 사이의 에어갭은 0.5 mm, 코일의 직경은 0.8mm, 모터의 외경은 42 mm, 영구자석의 두께는 2 mm, 마그넷은 50JN400 등급을 가지는 것으로 설정된다.
비교예1은 SPM형 모터로 상기 도 5b의 자속 흐름을 나타내며, 비교예2는 Double Half PM형 모터로 상기 도 5c의 자속 흐름을 나타낸다.
본 발명의 모터 어셈블리는 스테이터 코어의 내주면이 회전축과 이루는 경사각도가 각각 5도, 7.5도, 10도 및 15도이고, 돌극 티스를 구비한다. 비교예 3은 돌극 티스는 가지나 스테이터 코어의 내측면과 회전축이 이루는 각도가 20도인 경우이다.
SPM:비교예1 | Double Half PM: 비교예2 | 본 발명의 모터 어셈블리 | 비교예3 | ||||
경사각도 | 0도 | 0도 | 5도 | 7.5도 | 10도 | 15도 | 20도 |
코일 권선 횟수 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 |
토크(N/m) | 2.24 | 3.85 | 4.81 | 4.92 | 4.97 | 5.05 | 2.75 |
상기 표 1을 참조하면, 비교예1(SPM)는 2.24N/m, 비교예2(Double Half PM)는 3.85N/m의 토크를 발생시킨다. 이에 반하여, 본 발명의 모터 어셈블리는 경사각도가 5도이면 4.81N/m, 7.5도이면 4.92N/m, 10도이면 4.97N/m, 15도이면 5.05N/m을 생성하여, 비교예1 및 2보다 높은 토크를 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 모터 어셈블리는 전류 밀도가 높고, 에너지 밀도가 높아서 고토크를 생성할 수 있다.
그러나, 비교예3과 같이 경사각도가 20도가 되면 2.75N/m로 급격하게 토크가 줄어든다. 경사각도가 20도 이상으로 증가하면, 권선 개구가 형성하는 부피가 크게 감소하여 자속을 충분하게 생성할 수 있는 공간이 부족하다. 이로 인해서 비교예3은 고토크를 생성하는데 한계가 있다.
상기 표에서와 같이 본 발명의 모터 어셈블리는 권선 개구의 단면적이 회전축을 따라 변화하여, 전류 밀도가 향상되고 에너지 효율을 높일 수 있다. 이로써 종래의 모터보다 고토크를 생성할 수 있다. 또한, 본 발명의 모터 어셈블리는 돌극 티스를 가지므로, 발생된 자속이 충분하게 유동할 수 있는 통로를 형성하므로 고토크를 생성할 수 있다.
특히, 본 발명의 모터 어셈블리는 경사 각도가 0도보다 크고 20도 보다 작게 형성되어, 에너지 밀도 및 전류 밀도를 극대화하여 고토크를 형성할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 일반 산업 분야에서 사용되는 스테이터 및 이를 포함하는 모터 어셈블리를 제공한다.
Claims (11)
- 로터 코어의 외측에 배치되며, 상기 로터의 회전축에 대해서 경사를 가지는 내측면을 가지는 스테이터 코어;상기 스테이터 코어의 내측면에서 상기 회전축을 향하여 연장되며, 코일이 권선되는 복수개의 권선 티스; 및이웃하는 상기 권선 티스의 측벽과 상기 스테이터 코어의 내측면으로 형성되되, 상기 회전축 방향을 따라 개구의 단면적이 변화하는 권선 개구;를 포함하는, 스테이터.
- 제1 항에 있어서,상기 스테이터 코어의 반경방향의 두께는 상기 회전축의 일 방향을 따라 선형적으로 증가하는, 스테이터.
- 제1 항에 있어서,상기 권선 개구는일면에 배치된 개구 면적과 타면에 배치된 개구 면적이 다른, 스테이터.
- 제1 항에 있어서,상기 권선 개구를 가로질러 상기 스테이터 코어의 내측면에서 상기 회전축을 향하여 연장되며, 상기 코일이 권선되지 않는 복수개의 돌극 티스;를 더 포함하는, 스테이터.
- 제4 항에 있어서,상기 돌극 티스의 반경방향의 길이는 상기 권선 티스의 반경방향의 길이와 같은, 스테이터.
- 제4 항에 있어서,상기 돌극 티스의 원주방향의 두께는 상기 권선 티스의 원주방향의 두께와 같은, 스테이터.
- 제4 항에 있어서,상기 돌극 티스의 단부와 상기 권선 티스의 단부는 원주 방향으로 기 설정된 간격을 가지는, 스테이터.
- 제1 항에 있어서,상기 스테이터 코어의 내측면은 상기 회전축에 대해서 0도 보다 크고 20도 보다 작은 경사각을 가지는, 스테이터.
- 회전축을 중심으로 회전하는 로터 코어;상기 로터 코어의 표면에 배치되거나, 적어도 일부가 상기 로터 코어에 매립되는 복수개의 영구 자석;상기 로터 코어의 외측에 배치되며, 상기 회전축에 대해서 경사를 가지는 내측면을 가지는 스테이터 코어;상기 스테이터 코어의 내측면에서 상기 회전축을 향하여 연장되는 복수개의 권선 티스;상기 권선 티스에 권선되는 코일; 및이웃하는 상기 권선 티스의 측벽과 상기 스테이터 코어의 내측면으로 형성되되, 상기 회전축 방향을 따라 개구의 단면적이 변화하는 권선 개구;를 포함하는, 모터 어셈블리.
- 제9 항에 있어서,상기 스테이터 코어의 내측면은 상기 회전축에 대해서 0도 보다 크고 20도 보다 작은 경사각을 가지는, 모터 어셈블리.
- 제9 항에 있어서,상기 권선 개구를 가로질러 상기 스테이터 코어의 내측면에서 상기 회전축을 향하여 연장되며, 상기 코일이 권선되지 않는 복수개의 돌극 티스;를 더 포함하는, 모터 어셈블리.
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