WO2020251244A1 - 모터 - Google Patents

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WO2020251244A1
WO2020251244A1 PCT/KR2020/007474 KR2020007474W WO2020251244A1 WO 2020251244 A1 WO2020251244 A1 WO 2020251244A1 KR 2020007474 W KR2020007474 W KR 2020007474W WO 2020251244 A1 WO2020251244 A1 WO 2020251244A1
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WO
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shaft
disposed
protrusion
rotor
shortest distance
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PCT/KR2020/007474
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French (fr)
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우승훈
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • the embodiment relates to a motor.
  • the Electric Steering System is a device that enables the driver to drive safely by ensuring the vehicle's turning stability and providing rapid resilience.
  • Such an electric steering device controls the driving of a steering shaft of a vehicle by driving a motor through an electronic control unit (ECU) according to a driving condition sensed by a vehicle speed sensor, a torque angle sensor, and a torque sensor.
  • ECU electronice control unit
  • the motor includes a stator and a rotor.
  • the stator may include a tooth forming a plurality of slots
  • the rotor may include a plurality of magnets facing the tooth. Adjacent teeth are placed apart from each other to form a slot open.
  • cogging torque may be generated due to a difference in permeability between the stator made of metal and the air of the slot open which is an empty space while the rotor rotates. This cogging torque causes noise and vibration, so reducing the cogging torque is of paramount importance to improving the quality of the motor.
  • the embodiment is to solve the above problems, and an object thereof is to provide a motor capable of reducing cogging torque.
  • An embodiment for achieving the above object includes a shaft, a rotor coupled with the shaft, and a stator disposed to correspond to the rotor, the stator comprising a yoke and a tooth protruding from the yoke, and the tooth It includes a first surface facing the rotor, a plurality of second surfaces, and a plurality of third surfaces, and the second surface is formed between the first surface and the third surface based on a radial direction of the shaft.
  • the motor may be disposed to have a gap, and a shortest distance from the shaft to the first surface may be smaller than a shortest distance from the shaft to the third surface.
  • the first surface may not be disposed on the same circumference as the second surface and the third surface.
  • the lengths in the circumferential direction of each of the plurality of second surfaces may be the same.
  • the circumferential length of the first surface may be smaller than the circumferential length of the second surface.
  • the circumferential length of the first surface may be the same as the circumferential length of the third surface.
  • each of the plurality of third surfaces may be disposed at both ends of the tooth.
  • the first surface is disposed on a first circumference
  • each of the plurality of second surfaces is disposed on a second circumference
  • each of the plurality of third surfaces is disposed on a third circumference
  • the A radius of the first circumference, a radius of the second circumference, and a radius of the third circumference may be different from each other.
  • the shortest distance from the shaft to the third surface may be smaller than the shortest distance from the shaft to the second surface.
  • the length of the second surface in the circumferential direction may be 7.5% to 12.5% of the shortest distance from the shaft to the third surface.
  • the shortest distance from the third surface to the second surface may be 2% to 4% of the shortest distance from the shaft to the third surface.
  • the shortest distance from the second surface to the first surface may be 2% to 6% of the shortest distance from the shaft to the third surface.
  • the distance from the third surface to the second surface may be within 2% of the shortest distance from the shaft to the third surface.
  • the embodiment includes a shaft, a rotor coupled with the shaft, and a stator disposed to correspond to the rotor, the stator comprising a yoke and a tooth protruding from the yoke, and the tooth is disposed adjacent to the rotor
  • a first protrusion, a second protrusion, and a third protrusion, wherein the first protrusion is disposed between the second protrusion and the third protrusion, and the first protrusion, the second protrusion, and the third protrusion are the It includes one surface facing the rotor, and one surface of the first protrusion may be closer to the shaft than one surface of the second protrusion and one surface of the third protrusion.
  • it may be disposed to have a predetermined spaced area between the first protrusion, the second protrusion, and the third protrusion.
  • the embodiment includes a shaft, a rotor coupled to the shaft, and a stator disposed to correspond to the rotor, wherein the stator includes a yoke and a tooth protruding from the yoke, and the tooth is embossed facing the rotor It may include a first notch of and a second notch of intaglio.
  • the second notch includes two concave notches, and the first notch may be disposed between the two concave notches of the second notch.
  • the first notch may be arranged to overlap with a straight line passing through the center of both ends of the tooth in the shaft.
  • a cogging torque waveform due to a protrusion disposed on a tooth and a cogging torque waveform due to a groove disposed on a tooth are canceled, thereby providing an advantageous effect of reducing the cogging torque.
  • FIG. 1 is a view showing a motor according to an embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged view of a stator core including a first surface, a second surface, and a third surface;
  • FIG. 3 is an enlarged view of a stator core including a first projection, a second projection, and a third projection;
  • FIG. 4 is an enlarged view of a stator core including a first notch and a second notch;
  • FIG 5 and 6 are an enlarged view of a stator core including a first surface, a second surface, a third surface and a fourth surface as a modification example of the stator core.
  • FIG. 9 is a diagram showing a cogging torque corresponding to a third ratio.
  • FIG. 1 is a view showing a motor according to an embodiment.
  • the motor 1 includes a shaft 100, a rotor 200, a stator 300, a housing 400, a bus bar 500, a sensing unit 600, and a substrate 700.
  • the inner side indicates a direction from the housing 400 toward the shaft 100, which is the center of the motor
  • the outer side indicates the opposite direction from the inner side, which is the direction from the shaft 100 toward the housing 400.
  • the shaft 100 may be coupled to the rotor 200.
  • the rotor 200 rotates and the shaft 100 rotates in connection therewith.
  • the shaft 100 is rotatably supported by a bearing 10.
  • the shaft 100 may be connected to a steering device of a vehicle to transmit power.
  • the rotor 200 rotates through electrical interaction with the stator 300.
  • the rotor 200 may be disposed inside the stator 300.
  • the rotor 200 may include a rotor core (210 in FIG. 2) and a magnet (220 in FIG. 2) disposed on the rotor core 210.
  • the rotor 200 may be an SPM type in which the magnet 220 is disposed on the outer circumferential surface of the rotor core 210 or may be an IPM type in which the magnet 220 is buried inside the rotor core 210.
  • the stator 300 is disposed outside the rotor 200.
  • the stator 300 may include a stator core 300A, a coil 300B, and an insulator 300C mounted on the stator core 300A.
  • the coil 300B may be wound around the insulator 300C.
  • the insulator 300C is disposed between the coil 300B and the stator core 300A, and serves to electrically insulate the stator core 300A and the coil 300B from each other.
  • the coil 300B causes an electrical interaction with the magnet (220 of FIG. 2) of the rotor 200.
  • the bus bar 500 is disposed above the stator 300.
  • the bus bar 400 includes a bus bar holder (not shown) made of an insulating material and a plurality of terminals (not shown) coupled to the bus bar holder.
  • the busbar holder is formed of an insulating material to prevent the plurality of terminals from being connected and connected to each other.
  • the plurality of terminals connect the coils 300B wound around the stator core 300A to each other to apply a current to each coil.
  • the sensing unit 600 may be coupled to the shaft 100.
  • the sensing unit 600 includes a sensing plate (not shown) and a sensing magnet (not shown) disposed on the sensing plate.
  • the substrate 700 may include a sensor that senses a magnetic force of a sensing magnet (not shown).
  • the sensor may be a Hall IC, and serves to sense the magnetic flux of the sensing magnet of the sensing unit 600 coupled to the shaft 100. By detecting the magnetic flux that changes according to rotation, the sensing unit 600 and the substrate 700 perform a function of detecting the position of the rotor 200.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a stator core including a first surface, a second surface, and a third surface.
  • the stator core 300A may include a yoke 310 and a tooth 320.
  • the tooth 320 may protrude toward the center C of the stator 300 from the inner circumferential surface of the yoke 310.
  • There may be a plurality of teeth 320.
  • the number of teeth 320 may be variously changed according to the number of magnets 220.
  • the stator core 300A may be formed by combining a plurality of split cores including the yoke 310 and the tooth 320.
  • Cogging torque appears in the form of a wave having amplitude and frequency
  • the cogging main order means the number of vibrations of the cogging torque waveform per unit rotation (one rotation) of the motor. As the cogging main order increases, it means that the number of vibrations of the cogging torque waveform increases, so that the cogging torque can be greatly reduced.
  • the cogging main order may be determined by the number of magnets 220 and the number of teeth 320. Increasing the cogging main order can reduce the cogging torque, but since the number of magnets 220 and the number of teeth 320 are fixed, the cogging main order is also fixed.
  • the motor 1 attempts to reduce the cogging torque by using two methods.
  • One is to increase the cogging main order by changing the shape of the tooth 320 (engraved notch), thereby increasing the frequency to reduce the size of the cogging torque.
  • Another attempt is to reduce the magnitude of the cogging torque by inversely changing the phase of the cogging torque waveform by changing the shape of the tooth 320 (embossed notch) to cause interference with the cogging torque waveform in the positive phase.
  • the tooth 320 may include a first surface 321, a second surface 322, and a third surface 323.
  • the first surface 321, the second surface 322, and the third surface 323 may be an inner peripheral surface of the tooth 320 disposed to face the magnet 220.
  • the first surface 321 may be disposed between the two second surfaces 322.
  • the two second surfaces 322 may be disposed between the two third surfaces 323.
  • the third surface 323 may be disposed at both ends of the tooth 320 based on the circumferential direction of the stator 300.
  • the stator 300 may be disposed to form a gap between the first surface 321 and the second surface 322 based on the radial direction.
  • the stator 300 may be disposed to form a gap between the third surface 323 and the second surface 322 based on the radial direction of the stator 300. That is, the first surface 321, the second surface 322, and the third surface 323 may be disposed to be spaced apart a predetermined distance based on the radial direction of the stator 300.
  • a step is formed between the first surface 321 and the second surface 322, and the second surface 322 and the third surface 323, and a connection part connecting each surface may be formed.
  • the shortest distance R1 from the center of the shaft 100 to the first surface 321 may be smaller than the shortest distance R3 to the third surface 323.
  • the shortest distance R3 from the center of the shaft 100 to the third surface 323 may be smaller than the shortest distance R2 to the second surface 322.
  • first surface 321, the second surface 322, and the third surface 323 may be disposed on a virtual circumference based on the center of the shaft 100, respectively, at this time, the first surface 321 ) Is disposed on a first circumference (O1), a plurality of second surfaces 322 are disposed on a second circumference (O2) having a larger radius than the first circumference (O1), and a plurality of third surfaces 323 may be disposed on the third circumference O3 which is smaller than the second circumference O2 and has a larger radius than the first circumference O1.
  • the first surface 321 may be disposed to protrude inward than the third surface 323 based on the radial direction of the stator 300.
  • the second surface 322 may be disposed to be concave outward than the third surface 323. This shape of the tooth 320 is to reduce the cogging torque by increasing the number of vibrations of the cogging torque waveform and implementing a reverse phase.
  • the lengths L1 in the circumferential direction of each of the plurality of first surfaces 321 disposed on the stator core 300A may be the same.
  • the circumferential length L1 of the first surface 321 may be smaller than the circumferential length L2 of the second surface 322.
  • the circumferential length L1 of the first surface 321 may be the same as the circumferential length L3 of the third surface 323.
  • FIG 3 is an enlarged view of a stator core including a first projection, a second projection, and a third projection.
  • the tooth 320 may include a first protrusion 324, a second protrusion 325, and a third protrusion 326 that face the magnet 220 of the rotor 200, respectively.
  • the first protrusion 324, the second protrusion 325, and the third protrusion 326 may be disposed to be spaced apart.
  • the first protrusion 324 may be disposed between the second protrusion 325 and the third protrusion 326.
  • the first protrusion 324, the second protrusion 325, and the third protrusion 326 protrude toward the shaft 100 based on the second surface 322.
  • the first protrusion 324, the second protrusion 325, and the third protrusion 326 each protrude inward from the second circumference O2.
  • the first protrusion 324 protrudes inward from the virtual third circumference O3 on which the inner circumferential surfaces of the second protrusion 325 and the third protrusion 326 are disposed.
  • the first protrusion 324 may be disposed closer to the shaft 100 than the second protrusion 325 and the third protrusion 326.
  • the first protrusion 324 may include a first surface 321.
  • the second protrusion 325 and the third protrusion 326 may include a third surface 323.
  • a second surface 322 may be disposed between the first protrusion 324 and the second protrusion 325, and the first protrusion 324 and the third protrusion ( The second surface 322 may also be disposed between 326.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a stator core 300A including a first notch and a second notch.
  • the tooth 320 may include a first notch 327 and a plurality of second notches 328 facing the magnet 220 of the rotor, respectively.
  • the first notch 327 has a convex relief shape based on the third surface 323.
  • the plurality of second notches 328 have a concave intaglio shape based on the third surface 323.
  • the first notch 327 and the plurality of second notches 328 may be disposed at opposite positions with respect to the third circumference O3.
  • the first notch 327 may be disposed between the two second notches 328.
  • the first notch 327 may be disposed to overlap on a straight line passing through the center of both ends of the tooth 320 in the shaft 100.
  • the shortest distance R6 from the outer peripheral surface of the rotor core 210 to the first notch 327 may be within 23% to 24% of the radius of the rotor core 210.
  • the shortest distance R7 from the outer peripheral surface of the rotor core 210 to the second notch 328 may be within 27% to 28% of the radius of the rotor core.
  • FIG 5 and 6 are an enlarged view of a stator core including a first surface, a second surface, a third surface and a fourth surface as a modification example of the stator core.
  • the stator core 300A further includes a fourth surface 329. Based on the circumferential direction of the stator 300, the fourth surface 329 may be disposed between the first surface 321 and the second surface 322. The fourth surface 329 is disposed between the first surface 321 and the second surface 322 with respect to the circumferential direction from the center of the shaft 100, and is formed from the center of the shaft 100 with respect to the radial direction. It may be disposed to have a predetermined gap between the first surface 321 and the second surface 322.
  • a step is formed between the fourth surface 329 and the first surface 321, and between the fourth surface 329 and the second surface 322, and a connection part connecting each surface may be formed.
  • the shortest distance R1 from the center of the shaft 100 to the first surface 321 may be smaller than the shortest distance R9 to the fourth surface 329.
  • the third surface 323 and the fourth surface 329 may be disposed on the same third circumference O3. Accordingly, the shortest distance R3 from the center of the shaft 100 to the third surface 323 may be the same as the shortest distance R9 from the center of the shaft 100 to the fourth surface 329.
  • stator core 300A of FIG. 5 when compared with the stator core 300A of FIG. 2, the circumferential length L1 of the first surface and the circumferential length L2 of the second surface are the same, and the circumferential length of the third surface In the case of (L3), the stator core 300A of FIG. 5 may be shorter than the stator core 300A of FIG. 2.
  • the stator core 300A of FIG. 6 when compared with the stator core 300A of FIG. 2, the circumferential length L2 of the second surface and the circumferential length L3 of the third surface are the same, and the circumferential length of the first surface In the case of (L1), the stator core 300A of FIG. 6 may be shorter than the stator core 300A of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a cogging torque corresponding to a first ratio.
  • a of FIG. 7 corresponds to a reference value of a required cogging torque.
  • the first ratio is the ratio of the circumferential length of the second surface 322 (L2 in FIG. 2) to the shortest distance (R3 in FIG. 2) from the center (C) of the shaft 100 to the third surface 323 .
  • the shortest distance R3 may correspond to the inner diameter of the stator 300. If the first ratio is 7.5% or less or 12.5% or more, it can be confirmed that it is greater than 0.03 Nm, which is the reference value of the cogging torque.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a cogging torque corresponding to a second ratio.
  • a in FIG. 8 corresponds to a reference value of a required cogging torque.
  • the second ratio is the ratio of the shortest distance (R3) from the center (C) of the shaft 100 to the third surface 323 to the shortest distance (R4) from the third surface 323 to the second surface 322 to be. More precisely, the second ratio is the second in the third circumference O3 on which the third side 323 is disposed compared to the shortest distance R3 from the center C of the shaft 100 to the third side 323 It is the ratio of the shortest distance R4 to the surface 322. When the second ratio is less than 2.0% or more than 4.0%, it can be confirmed that it is greater than 0.03Nm, which is the reference value of the cogging torque.
  • FIG. 9 is a diagram showing a cogging torque corresponding to a third ratio.
  • a in FIG. 9 corresponds to a reference value of a required cogging torque.
  • the third ratio may be within 2.0%.
  • the third ratio is the ratio of the shortest distance (R3) from the center (C) of the shaft 100 to the third surface (323) compared to the shortest distance (R5) from the third surface 323 to the first surface 321 to be. More precisely, the third ratio is the first in the third circumference O3 on which the third side 323 is disposed compared to the shortest distance R3 from the center C of the shaft 100 to the third side 323 It is the ratio of the shortest distance R5 to the surface 321. When the third ratio is 2.0 or more, it can be confirmed that it is greater than 0.03 Nm, which is the reference value of the cogging torque.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

본 발명은 샤프트; 상기 샤프트와 결합된 로터; 및 상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고, 상기 투스는 상기 로터와 대향하는 제1 면, 복수개의 제2 면 및 복수개의 제3 면을 포함하고, 상기 샤프트에서 반경 방향을 기준으로 상기 제2 면은 상기 제1 면 및 상기 제3 면 사이에 소정의 갭을 갖도록 배치되고, 상기 샤프트에서 상기 제1 면까지의 최단거리는 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리보다 작은 모터를 제공할 수 있다.

Description

모터
실시예는 모터에 관한 것이다.
전동식 조향장치(EPS)는 차량의 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하게 하는 장치이다. 이러한 전동식 조향장치는 차속센서, 토크 앵글센서 및 토크센서 등에서 감지한 운행조건에 따라 전자제어장치(Electronic Control Unit: ECU)를 통해 모터를 구동하여 차량의 조향축의 구동을 제어한다.
모터는 스테이터와 로터를 포함한다. 스테이터는 복수 개의 슬롯을 형성하는 투스를 포함할 수 있으며, 로터는 투스와 마주보는 복수 개의 마그넷을 포함할 수 있다. 인접하는 투스는 상호 떨어져 배치되어 슬롯 오픈(slot open)을 형성한다. 이때, 로터가 회전하는 과정에서 금속 재질인 스테이터와 빈 공간인 슬롯 오픈의 공기의 투자율 차이로 인하여 코깅 토크가 발생할 수 있다. 이러한 코깅 토크는 소음과 진동의 원인이 되기 때문에 코깅 토크를 줄이는 것이 모터의 품질을 높이는데 무엇보다 중요하다.
이에, 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코깅 토크를 줄일 수 있는 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
실시예가 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 실시예는, 샤프트와, 상기 샤프트와 결합된 로터 및 상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고, 상기 투스는 상기 로터와 대향하는 제1 면, 복수개의 제2 면 및 복수개의 제3 면을 포함하고, 상기 샤프트에서 반경 방향을 기준으로 상기 제2 면은 상기 제1 면 및 상기 제3 면 사이에 소정의 갭을 갖도록 배치되고, 상기 샤프트에서 상기 제1 면까지의 최단거리는 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리보다 작은 모터을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 면은 상기 제2 면 및 상기 제3 면과 동일 원주상에 배치되지 않을 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 제2 면 각각의 원주 방향 길이는 서로 동일할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 면의 원주 방향 길이는 상기 제2 면의 원주 방향 길이보다 작을 수 있다.
바람지하게는, 상기 제1 면의 원주 방향 길이는 상기 제3 면의 원주 방향 길이와 동일할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 제3 면 각각은 상기 투스의 양끝단에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 면은 제1 원주 상에 배치되고, 상기 복수개의 제2 면 각각은 제2 원주 상에 배치되고, 상기 복수개의 제3 면 각각은 제3 원주 상에 배치되고, 상기 제1 원주의 반지름, 상기 제2 원주의 반지름 및 상기 제3 원주의 반지름른 서로 상이할 수 있다.
바람직하게는, 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리는 상기 샤프트에서 상기 제2 면까지의 최단거리보다 작을 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 면의 원주 방향 길이는 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리의 7.5% 내지 12.5%일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 면에서 상기 제2 면까지의 최단거리는, 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리의 2% 내지 4%일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 면에서 상기 제1 면까지의 최단거리는, 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리의 2% 내지 6%일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 면에서 상기 제2 면까지의 거리는, 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리의 2% 이내일 수 있다.
실시예는, 샤프트와, 상기 샤프트와 결합된 로터 및 상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고, 상기 투스는 상기 로터와 인접하게 배치된 제1 돌기, 제2 돌기 및 제3 돌기를 포함하고, 상기 제1 돌기는 상기 제2 돌기와 상기 제3 돌기 사이에 배치되고, 상기 제1 돌기, 상기 제2 돌기 및 상기 제3 돌기는 상기 로터와 대향하는 일면을 포함하고, 상기 제1 돌기의 일면은 상기 제2 돌기의 일면 및 상기 제3 돌기의 일면보다 상기 샤프트에 더 가까울 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 돌기, 상기 제2 돌기 및 상기 제3 돌기 사이에는 소정의 이격 영역을 갖도록 배치될 수 있다.
실시예는, 샤프트와, 상기 샤프트와 결합된 로터 및 상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고, 상기 스테이터는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고, 상기 투스는 상기 로터와 대향되는 양각의 제1 노치와 음각의 제2 노치를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 노치는 두 개의 음각 노치를 포함하고, 상기 제1 노치는 상기 제2 노치의 두 개의 음각 노치 사이에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 노치는 상기 샤프트에서 상기 투스의 양 끝단의 중심을 지나는 직선과 오버랩되도록 배치될 수 있다.
실시예에 따르면, 코깅 메인 차수를 증가시킴으로써, 코깅 토크를 크게 절감하는 유리한 효과를 제공한다.
실시예에 따르면, 투스에 배치된 돌기에 의한 코깅 토크 파형과 투스에 배치된 홈에 의한 코깅 토크 파형이 상쇄되어, 코깅 토크가 절감되는 유리한 효과를 제공한다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면,
도 2는 제1 면과 제2 면과 제3 면을 포함하는 스테이터 코어의 확대도,
도 3은 제1 돌기와 제2 돌기와 제3 돌기를 포함하는 스테이터 코어의 확대도,
도 4는 제1 노치와 제2 노치를 포함하는 스테이터 코어의 확대도,
도 5 및 도 6은 스테이터 코어의 변형례로서, 제1 면과 제2 면과 제3 면과 제4 면을 포함하는 스테이터 코어의 확대도이다.
도 7은 제1 비에 대응한 코깅 토크를 도시한 도면,
도 8은 제2 비에 대응한 코깅 토크를 도시한 도면,
도 9는 제3 비에 대응한 코깅 토크를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 모터(1)는 샤프트(100), 로터(200), 스테이터(300), 하우징(400), 버스바(500), 센싱부(600) 및 기판(700)을 포함할 수 있다. 이하, 내측이라 함은 하우징(400)에서 모터의 중심인 샤프트(100)을 향하는 방향을 나타내며, 외측이라 함은 샤프트(100)에서 하우징(400)의 방향을 향하는 방향인 내측의 반대 방향을 나타낸다.
샤프트(100)은 로터(200)에 결합될 수 있다. 전류 공급을 통해 로터(200)와 스테이터(300)에 전자기적 상호 작용이 발생하면, 로터(200)가 회전하고 이에 연동하여 샤프트(100)이 회전한다. 샤프트(100)은 베어링(10)에 의해 회전 가능하게 지지되다. 샤프트(100)은 차량의 조향장치와 연결되어 동력을 전달할 수 있다.
로터(200)는 스테이터(300)와 전기적 상호 작용을 통해 회전한다. 로터(200)는 스테이터(300)의 내측에 배치될 수 있다. 로터(200)는 로터코어(도 2의 210)와 로터코어(210)에 배치되는 마그넷(도 2의 220)을 포함할 수 있다. 이때 로터(200)는 마그넷(220)이 로터코어(210)의 외주면에 배치되는 SPM Type 일 수 있거나, 마그넷(220)이 로터코어(210)의 내측에 매립되는 IPM Type 일 수 있다.
스테이터(300)는 로터(200)의 외측에 배치된다. 스테이터(300)는 스테이터 코어(300A), 코일(300B) 및 스테이터 코어(300A)에 장착되는 인슐레이터(300C)를 포함할 수 있다. 코일(300B)은 인슐레이터(300C)에 감길 수 있다. 인슐레이터(300C)는 코일(300B)과 스테이터 코어(300A) 사이에 배치되어, 스테이터 코어(300A)와 코일(300B) 간을 서로 전기적으로 절연시켜주는 역할을 한다. 코일(300B)은 로터(200)의 마그넷(도 2의 220)과 전기적 상호 작용을 유발한다.
버스바(500)는 스테이터(300)의 상측에 배치된다. 버스바(400)는 절연 재질의 버스바 홀더(미도시)와 버스바 홀더와 결합하는 복수개의 터미널(미도시)을 포함한다. 이때, 버스바 홀더는 절연 재질로 형성되어 복수개의 터미널 간 서로 연결되어 접속되는 것을 방지한다. 또한, 복수개의 터미널은 스테이터 코어(300A)에 감긴 코일(300B)들을 서로 연결하여 각각의 코일에 전류를 인가하는 기능을 수행한다.
센싱부(600)는 샤프트(100)에 결합될 수 있다. 센싱부(600)는 센싱 플레이트(미도시)와 센싱 플레이트 상부에 배치되는 센싱 마그넷(미도시)을 포함한다. 기판(700)은 센싱 마그넷(미도시)의 자기력을 감지하는 센서가 배치될 수 있다. 이때, 센서는 홀 IC(Hall IC)일 수 있으며, 샤프트(100)과 결합된 센싱부(600)의 센싱 마그넷의 자속을 감지하는 역할을 수행한다. 회전에 따라 변화하는 자속을 감지하여 센싱부(600)와 기판(700)은 로터(200)의 위치를 검출하기 위한 기능을 수행한다.
도 2는 제1 면과 제2 면과 제3 면을 포함하는 스테이터 코어의 확대도이다.
도 2를 참조하면, 스테이터 코어(300A)는 요크(310)와 투스(320)를 포함할 수 있다. 투스(320)는 요크(310)의 내주면에서 스테이터(300)의 중심(C)을 향하여 돌출될 수 있다. 투스(320)는 복수 개일 수 있다. 투스(320)의 개수는 마그넷(220)의 개수에 대응하여 다양하게 변경 실시될 수 있다. 스테이터 코어(300A)는 이러한 요크(310)와 투스(320)를 포함하는 복수의 분할코어가 조합되어 이루어질 수 있다.
코깅 토크는 진폭과 주파수를 갖는 파동의 형태로 나타나고, 코깅 메인 차수란, 모터의 단위 회전(1회전) 당 코깅 토크 파형의 진동 횟수를 의미한다. 코깅 메인 차수가 커지면, 코깅 토크 파형의 진동 횟수가 늘어나는 것을 의미하기 때문에 코깅 토크를 크게 줄일 수 있다. 코깅 메인 차수는 마그넷(220)의 개수와 투스(320)의 개수에 의해 결정될 수 있다. 이러한 코깅 메인 차수를 늘리면 코깅 토크를 줄일 수 있지만, 마그넷(220)의 개수와 투스(320)의 개수는 고정되기 때문에, 코깅 메인 차수도 고정된다.
그러나 실시예에 따른 모터(1)는, 두 가지 방법을 이용하여 코깅 토크를 줄이고자 한다. 하나는 투스(320)의 형상 변경(음각의 노치)을 통해 코깅 메인 차수을 늘림으로써, 주파수를 크게하여 코깅 토크 크기를 줄이고자 한다. 또 하나는 투스(320)의 형상 변경(양각의 노치)을 통해 코깅 토크 파형의 위상을 역으로 변경함으로써 정 위상의 코깅 토크 파형과 간섭을 일으켜 코깅 토크 크기를 줄이고자 한다.
투스(320)는 제1 면(321)과 제2 면(322)과 제3 면(323)을 포함할 수 있다. 제1 면(321)과 제2 면(322)과 제3 면(323)은 마그넷(220)을 대향하여 배치되는 투스(320)의 내주면 일 수 있다. 스테이터(300)의 원주방향을 기준으로, 제1 면(321)은 2개의 제2 면(322) 사이에 배치될 수 있다. 2개의 제2 면(322)은 2개의 제3 면(323) 사이에 배치될 수 있다. 제3 면(323)은 스테이터(300)의 원주방향을 기준으로, 투스(320)의 양 끝단에 배치될 수 있다.
스테이터(300) 반경방향을 기준으로, 제1 면(321)과 제2 면(322) 사이에 갭을 형성하도록 배치될 수 있다. 그리고, 스테이터(300) 반경방향을 기준으로, 제3 면(323)과 제2 면(322) 사이에 갭을 형성하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 면(321), 제2 면(322) 및 제3 면(323)은 스테이터(300)의 반경 방향을 기준으로 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 다르게 표현하면, 제1 면(321)과 제2 면(322), 제2 면(322)과 제3 면(323) 사이는 단차가 형성되며 각 면을 연결하는 연결부가 형성 될 수 있다. 또한, 샤프트(100)의 중심에서 제1 면(321)까지의 최단거리(R1)는 제3 면(323)까지의 최단거리(R3)보다 작을 수 있다. 그리고, 샤프트(100)의 중심에서 제3 면(323)까지의 최단거리(R3)는 제2 면(322)까지의 최단거리(R2)보다 작을 수 있다.
또한, 제1 면(321), 제2 면(322) 및 제3 면(323)은 각각 샤프트(100)의 중심을 기준으로 하는 가상의 원주상에 배치될 수 있으며, 이때 제1 면(321)은 제1 원주(O1)상에 배치되고, 복수 개의 제2 면(322)은 상기 제1 원주(O1) 보다 큰 반지름을 갖는 제2 원주(O2)상에 배치되고, 복수 개의 제3 면(323)은 상기 제2 원주(O2) 보다는 작고, 상기 제1 원주(O1) 보다는 큰 반지름을 갖는 제3 원주(O3)상에 배치 될 수 있다.
결과적으로, 스테이터(300)의 반경 방향을 기준으로 제1 면(321)은 제3 면(323)보다 내측으로 돌출되게 배치될 수 있다. 제2 면(322)은 제3 면(323)보다 외측으로 오목하게 배치될 수 있다. 이와 같은 투스(320)의 형상은, 코깅 토크 파형의 진동 횟수를 늘리고 역 위상을 구현하여 코깅 토크를 줄이기 위한 것이다.
한편, 스테이터 코어(300A)에 배치된 복수 개의 제1 면(321)의 각각의 원주 방향 길이(L1)는 서로 동일할 수 있다. 또한, 제1 면(321)의 원주 방향 길이(L1)는 제2 면(322)의 원주 방향 길이(L2)보다 작을 수 있다. 그리고 제1 면(321)의 원주 방향 길이(L1)는 제3 면(323)의 원주 방향 길이(L3)와 동일할 수 있다.
도 3은 제1 돌기와 제2 돌기와 제3 돌기를 포함하는 스테이터 코어의 확대도이다.
도 3을 참조하면, 투스(320)는 각각 로터(200)의 마그넷(220)과 대향하는 제1 돌기(324)와 제2 돌기(325)와 제3 돌기(326)를 포함할 수 있다. 스테이터 코어(300A)의 원주 방향을 기준으로, 제1 돌기(324)와 제2 돌기(325)와 제3 돌기(326)는 이격되어 배치될 수 있다. 스테이터 코어(300A)의 원주 방향을 기준으로, 제1 돌기(324)는 제2 돌기(325)와 제3 돌기(326) 사이에 배치될 수 있다. 스테이터 코어(300A)의 반경 방향을 기준으로, 제1 돌기(324)와 제2 돌기(325)와 제3 돌기(326)는 제2 면(322)을 기준으로 샤프트(100)을 향하여 돌출된 형상을 각각 가진다. 제1 돌기(324), 제2 돌기(325) 및 제3 돌기(326)는 각각 제2 원주(O2)보다 내측으로 돌출된다. 그리고 제1 돌기(324)는 제2 돌기(325)와 제3 돌기(326)의 내주면이 배치되는 가상의 제3 원주(O3)보다 내측으로 돌출된다.
제1 돌기(324)는 제2 돌기(325) 및 제3 돌기(326)보다 샤프트(100)에 가깝게 배치될 수 있다.
제1 돌기(324)는 제1 면(321)을 포함할 수 있다. 그리고 제2 돌기(325)와 제3 돌기(326)는 제3 면(323)을 포함할 수 있다. 스테이터 코어(300A)의 원주 방향을 기준으로, 제1 돌기(324)와 제2 돌기(325) 사이에는 제2 면(322)이 배치될 수 있고, 제1 돌기(324)와 제3 돌기(326) 사이에도 제2 면(322)이 배치될 수 있다.
도 4는 제1 노치와 제2 노치를 포함하는 스테이터 코어(300A)의 확대도이다.
도 4를 참조하면, 투스(320)는 각각 로터의 마그넷(220)과 대향하는 제1 노치(327)와 복수개의 제2 노치(328)를 포함할 수 있다. 제1 노치(327)는 제3 면(323)을 기준으로 볼록한 양각 형상을 가진다. 복수개의 제2 노치(328)는 제3 면(323)을 기준으로 오목한 음각 형상을 가진다. 이때, 제1 노치(327)와 복수개의 제2 노치(328)은 제3 원주(O3)를 기준으로 서로 반대 위치에 배치 될 수 있다.
스테이터 코어(300A)의 원주 방향을 기준으로, 제1 노치(327)는 2개의 제2 노치(328) 사이에 배치될 수 있다. 제1 노치(327)는 샤프트(100)에서 투스(320)의 양 끝단의 중심을 지나는 직선 상에 오버랩되도록 배치될 수 있다. 로터 코어(210)의 외주면에서 제1 노치(327)까지의 최단거리(R6)는 로터 코어(210)의 반경의 23% 내지 24% 이내일 수 있다. 로터 코어(210)의 외주면에서 제2 노치(328)까지의 최단거리(R7)는 로터 코어의 반경의 27% 내지 28% 이내일 수 있다.
도 5 및 도 6은 스테이터 코어의 변형례로서, 제1 면과 제2 면과 제3 면과 제4 면을 포함하는 스테이터 코어의 확대도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 면(321)과 제2 면(322)과 제3 면(323)은 반경방향 위치는 도 2에서 도시한 스테이터 코어(300A)와 동일하다. 변형례에 따른 스테이터 코어(300A)는 제4 면(329)을 더 포함한다. 스테이터(300)의 원주방향을 기준으로, 제4 면(329)은 제1 면(321)과 제2 면(322) 사이에 배치될 수 있다. 제4 면(329)은 샤프트(100)의 중심에서 원주 방향을 기준으로 제1 면(321) 및 제2 면(322) 사이에 배치되고, 샤프트(100)의 중심에서 반경 방향을 기준으로 제1 면(321) 및 제2 면(322) 사이에 소정의 갭을 갖도록 배치될 수 있다.
다르게 표현하면, 제4 면(329) 과 제1 면(321), 제4 면(329)과 제2 면(322) 사이는 단차가 형성되며 각 면을 연결하는 연결부가 형성 될 수 있다. 또한, 샤프트(100)의 중심에서 제1 면(321)까지의 최단거리(R1)는 제4 면(329)까지의 최단거리(R9)보다 작을 수 있다. 또한, 제3 면(323), 제4 면(329)는 동일한 제3 원주(O3)상에 배치될 수 있다. 따라서, 샤프트(100)의 중심에서 제3 면(323)까지의 최단거리(R3)는 샤프트(100)의 중심에서 제4 면(329)까지의 최단거리(R9)와 동일할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 2의 스테이터 코어(300A)와 비교할 때, 제1 면의 원주방향 길이(L1)와 제2 면의 원주방향 길이(L2)는 동일하고, 제3 면의 원주방향 길이(L3)의 경우, 도 5의 스테이터 코어(300A)가 도 2의 스테이터 코어(300A)보다 짧을 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 2의 스테이터 코어(300A)와 비교할 때, 제2 면의 원주방향 길이(L2)와 제3 면의 원주방향 길이(L3)는 동일하고, 제1 면의 원주방향 길이(L1)의 경우, 도 6의 스테이터 코어(300A)가 도 2의 스테이터 코어(300A)보다 짧을 수 있다.
도 7은 제1 비에 대응한 코깅 토크를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 도 7의 A는 요구되는 코깅 토크의 기준값에 해당한다. 제1 비가 7.5% 내지 12.5% 범위 이내에서 코깅 토크가 기준값 이하이다. 제1 비는 샤프트(100)의 중심(C)에서 제3 면(323)까지의 최단거리(도 2의 R3) 대비 제2 면(322)의 원주 방향 길이(도 2의 L2)의 비율이다.
여기서, 최단거리(R3)는 스테이터(300)의 내경에 해당할 수 있다. 제1 비가 7.5%이하이거나 12.5%이상이면, 코깅 토크의 기준값인 0.03Nm보다 큰 것을 확인할 수 있다.
도 8은 제2 비에 대응한 코깅 토크를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 도 8의 A는 요구되는 코깅 토크의 기준값에 해당한다. 제2 비가 2.0% 내지 4.0% 범위 이내에서 코깅 토크가 기준값 이하이다. 제2 비는 샤프트(100)의 중심(C)에서 제3 면(323)까지의 최단거리(R3) 대비 제3 면(323)에서 제2 면(322)까지의 최단거리(R4)의 비율이다. 좀 더 정확하게, 제2 비는 샤프트(100)의 중심(C)에서 제3 면(323)까지의 최단거리(R3) 대비 제3 면(323)이 배치되는 제3 원주(O3)에서 제2 면(322)까지의 최단거리(R4)의 비율이다. 제2 비가 2.0%이하이거나 4.0%이상이면, 코깅 토크의 기준값인 0.03Nm보다 큰 것을 확인할 수 있다.
도 9는 제3 비에 대응한 코깅 토크를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 도 9의 A는 요구되는 코깅 토크의 기준값에 해당한다. 제3 비가 2.0% 이내일 수 있다. 제3 비는 샤프트(100)의 중심(C)에서 제3 면(323)까지의 최단거리(R3)대비 제3 면(323)에서 제1 면(321)까지의 최단거리(R5)의 비율이다. 좀 더 정확하게, 제3 비는 샤프트(100)의 중심(C)에서 제3 면(323)까지의 최단거리(R3) 대비 제3 면(323)이 배치되는 제3 원주(O3)에서 제1 면(321)까지의 최단거리(R5)의 비율이다. 제3 비가 2.0이상이면, 코깅 토크의 기준값인 0.03Nm보다 큰 것을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 모터에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 샤프트;
    상기 샤프트와 결합된 로터; 및
    상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고,
    상기 투스는 상기 로터와 대향하는 제1 면, 복수개의 제2 면 및 복수개의 제3 면을 포함하고,
    상기 샤프트에서 반경 방향을 기준으로 상기 제2 면은 상기 제1 면 및 상기 제3 면 사이에 소정의 갭을 갖도록 배치되고,
    상기 샤프트에서 상기 제1 면까지의 최단거리는 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리보다 작은 모터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 면은 상기 제2 면 및 상기 제3 면과 동일 원주상에 배치되지 않는 모터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수개의 제2 면 각각의 원주 방향 길이는 서로 동일한 모터.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 면의 원주 방향 길이는 상기 제2 면의 원주 방향 길이보다 작은 모터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 면의 원주 방향 길이는 상기 제3 면의 원주 방향 길이와 동일한 모터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수개의 제3 면 각각은 상기 투스의 양끝단에 배치되는 모터.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 면은 제1 원주 상에 배치되고,
    상기 복수개의 제2 면 각각은 제2 원주 상에 배치되고,
    상기 복수개의 제3 면 각각은 제3 원주 상에 배치되고,
    상기 제1 원주의 반지름, 상기 제2 원주의 반지름 및 상기 제3 원주의 반지름은 서로 상이한 모터.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리는 상기 샤프트에서 상기 제2 면까지의 최단거리보다 작은 모터.
  9. 제1 항에 있에서,
    상기 제2 면의 원주 방향 길이는 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리의 7.5% 내지 12.5%인 모터.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 면에서 상기 제2 면까지의 최단거리는, 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리의 2% 내지 4%인 모터.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 면에서 상기 제1 면까지의 최단거리는, 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리의 2% 내지 6%인 모터.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제3 면에서 상기 제2 면까지의 거리는, 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리의 2% 이내인 모터.
  13. 샤프트;
    상기 샤프트와 결합된 로터; 및
    상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고,
    상기 투스는 상기 로터와 인접하게 배치된 제1 돌기, 제2 돌기 및 제3 돌기를 포함하고,
    상기 제1 돌기는 상기 제2 돌기와 상기 제3 돌기 사이에 배치되고,
    상기 제1 돌기, 상기 제2 돌기 및 상기 제3 돌기는 상기 로터와 대향하는 일면을 포함하고,
    상기 제1 돌기의 일면은 상기 제2 돌기의 일면 및 상기 제3 돌기의 일면보다 상기 샤프트에 더 가까운 모터.
  14. 샤프트;
    상기 샤프트와 결합된 로터; 및
    상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고,
    상기 투스는 상기 로터와 대향되는 양각의 제1 노치와 음각의 제2 노치를 포함하는 모터.
  15. 샤프트;
    상기 샤프트와 결합된 로터; 및
    상기 로터와 대응되게 배치되는 스테이터를 포함하고,
    상기 스테이터는 요크 및 상기 요크에서 돌출된 투스를 포함하고,
    상기 투스는 상기 로터와 대향하는 제1 면, 복수개의 제2 면, 복수개의 제3 면 및 복수 개의 제4 면을 포함하고,
    상기 샤프트에서 반경 방향을 기준으로 상기 제2 면은 상기 제1 면 및 상기 제3 면 사이에 소정의 갭을 갖도록 배치되고,
    상기 샤프트에서 원주 방향을 기준으로 상기 제4 면은 상기 제1 면 및 상기 제2 면 사이에 배치되고, 상기 샤프트에서 반경 방향을 기준으로 상기 제1 면 및 상기 제3 면 사이에 소정의 갭을 갖도록 배치되고,
    상기 샤프트에서 상기 제1 면까지의 최단거리는 상기 샤프트에서 상기 제3 면까지의 최단거리보다 작은 모터.
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