KR102449769B1

KR102449769B1 - 모터

Info

Publication number: KR102449769B1
Application number: KR1020170108674A
Authority: KR
Inventors: 유현수
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2022-09-30
Also published as: KR20190023244A

Abstract

본 발명은 축; 상기 축이 배치되는 홀을 포함하는 로터; 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터; 및 상기 로터 및 상기 스테이터 외측에 배치되는 하우징을 포함하며, 상기 로터는 로터 요크, 상기 로터의 중심을 기준으로 로터 요크의 외주면에서 반경 방향으로 돌출되어 형성되는 복수개의 로터 투스 및 상기 로터 투스 사이에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 로터 투스는 상기 로터의 중심을 기준으로 상기 로터 투스의 측면에서 상기 로터의 원주 방향으로 연장되어 형성되는 단턱부와 상기 로터의 중심을 기준으로 상기 단턱부의 외주면에서 반경 방향으로 연장되어 형성되는 돌출부를 더 포함하는 모터를 제공할 수 있다.

Description

모터{Motor}

실시예는 모터에 관한 것이다.

모터는 스테이터와 로터를 포함한다. 스테이터는 복수 개의 슬롯을 형성하는 티스를 포함할 수 있으며, 로터는 티스와 마주보는 복수 개의 마그넷을 포함할 수 있다. 스포크(spoke) 타입의 모터의 경우, 로터는 로터 요크와 로터 투스를 포함하고, 로터 투스 사이에 마그넷이 배치된다. 마그넷은 회전축을 중심으로 방사상으로 뻗어 배치된다. 이러한 스토크 타입의 모터의 경우 큰 출력을 갖는 것이 특징이다.

한편, 스테이터는 복수 개의 슬롯을 형성하는 티스를 포함할 수 있다. 인접하는 티스는 상호 떨어져 배치되어 슬롯 오픈(slot open)을 형성한다. 이때, 로터가 회전하는 과정에서 금속 재질인 스테이터와 빈 공간인 슬롯 오픈의 공기의 투자율 차이로 인하여 코깅 토크가 발생할 수 있다. 이러한 코깅 토크는 소음과 진동의 원인이 되기 때문에 코깅 토크를 줄이는 것이 모터의 품질을 높이는데 무엇보다 중요하다.

또한, 스테이터의 코일에서 발생하는 자기장에 의해, 마그넷의 양 측단부에 감자(Demagnetization)가 발생할 수 있다. 감자되어 복귀되지 않는 불가역 감자영역(irreversible demagnetization)이 마그넷에 발생하면, 모터의 성능이 크게 떨어지는 문제점이 발생한다.

대한민국 공개특허공보 10-2013-0027673(2013.03.18.)

이에, 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코깅 토크를 줄이고, 마그넷의 감자를 방지할 수 있는 모터를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 삼는다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시예는, 축과, 상기 축이 배치되는 홀을 포함하는 로터와, 상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터 및 상기 로터 및 상기 스테이터 외측에 배치되는 하우징을 포함하며, 상기 로터는 로터 요크, 상기 로터의 중심을 기준으로 로터 요크의 외주면에서 반경 방향으로 돌출되어 형성되는 복수개의 로터 투스 및 상기 로터 투스 사이에 배치되는 마그넷을 포함하며, 상기 로터 투스는 상기 로터의 중심을 기준으로 상기 로터 투스의 측면에서 상기 로터의 원주 방향으로 연장되어 형성되는 단턱부와 상기 로터의 중심을 기준으로 상기 단턱부의 외주면에서 반경 방향으로 연장되어 형성되는 돌출부를 더 포함하는 모터를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 단턱부는 제1 단턱과 제2 단턱을 포함하고, 상기 제1 단턱는 상기 마그넷의 외주면과 접촉하고, 상기 제2 단턱는 상기 제1 단턱에서 원주 방향으로 연장될 수 있다.

바람직하게는, 상기 돌출부는 상기 제2 단턱의 외주면에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 마주보는 상기 제2 단턱 사이의 거리는 상기 마그넷의 폭의 60% 내지 70%일 수 있다.

바람직하게는, 상기 로터의 중심에서 상기 돌출부의 끝단까지 최장길이는 상기 로터의 중심에서 상기 로터의 최장거리보다 작을 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 단턱은 상기 마그넷의 외주면과 떨어져 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 단턱과 마그넷 외주면까지의 이격 거리는 상기 제2 단턱의 두께의 110% 내지 160%일 수 있다.

바람직하게는, 상기 마그넷은 폭보다 길이가 클 수 있다.

실시예에 따르면, 코깅 토크를 줄이는 유리한 효과를 제공한다.

실시예에 따르면, 마그넷에서 감자가 발생하는 것을 방지하는 유리한 효과를 제공한다.

도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면,
도 2는 도 1에서 도시한 스테이터와 로터를 도시한 도면,
도 3은 로터 투스의 단턱부와 돌출부의 상세도,
도 4는 인접하는 로터 투스 사이의 이격 거리를 도시한 도면,
도 5는 로터 투스의 돌출부의 위치를 도시한 도면,
도 6은 로터 투스의 단턱부와 마그넷 사이의 빈 공간을 도시한 도면,
도 7은 로터에서 자속의 흐름을 도시한 도면,
도 8은 스테이터의 코일에서 발생하는 자속에 의해 감자영역이 발생한 마그넷을 도시한 도면,
도 9는 스테이터의 코일에서 발생하는 자속에 의해 소규모의 감자영역이 발생한 마그넷을 도시한 도면,
도 10은 실시예에 따른 모터의 마그넷을 도시한 도면,
도 11은 비교예에 따른 모터의 코깅 토크 및 감쇠율과 실시예에 따른 모터의 코깅 토크 및 감쇠율 비교한 표이다

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.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

도 1은 실시예에 따른 모터를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 도시한 스테이터와 로터를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 모터는 축(100)과, 로터(200)와, 스테이터(300)와 하우징(400)을 포함할 수 있다.

축(100)은 로터(200)에 결합될 수 있다. 축(100)과 로터(200) 사이에는 베어링과 베어링을 고정하는 홀더와 같은 고정부재가 배치될 수 있다. 전류 공급을 통해 로터(200)와 스테이터(300)에 전자기적 상호 작용이 발생하면 로터(200)가 회전한다. 이때, 축(100)은 하우징(400)에 고정된 상태로 회전하지 않는다. 축은 임페러와 연결될 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 요크(210)와, 로터 투스(220)와 마그넷(230)을 포함할 수 있다.

로터 요크(210)는 중심에 홀이 배치된 환형 부재일 수 있다. 로터 투스(220)는 로터 요크(210)의 외주면에서 반경 방향으로 돌출된다. 로터 투스(220)는 복수 개이며, 로터(200)의 원주 방향을 따라 일정 각격으로 배치된다. 마그넷(230)은 로터 투스(220)와 로터 투스(220) 사이에 배치된다. 마그넷(230)의 폭보다 길이가 긴 장방향인 육면체일 수 있다. 여기서, 마그넷(230)의 길이라함은 로터 투스(220)와 로터 투스(220) 사이에 배치되었을 때, 로터(200)의 중심을 기준으로 반경 방향으로 측정한 마그넷(230) 길이이다.

스테이터(300)는 로터(200)의 외측에 배치될 수 있다. 스테이터(300)는 복수 개의 스테이터 투스(310)를 포함할 수 있다. 코일(320)은 스테이터 투스(310)에 감긴다. 스테이터(300)는 로터(200)와의 전기적 상호 작용을 유발하여 로터(200)의 회전을 유도한다.

하우징(400)은 로터(200)와 스테이터(300)의 외측에 배치된다.

도 3은 로터 투스의 단턱부와 돌출부의 상세도이다.

도 3을 참조하면, 로터 투스(220)는 단턱부(221)와 돌출부(222)를 포함할 수 있다.

단턱부(221)는 제1 단턱(221a)과 제2 단턱(221b)을 포함할 수 있다.

제1 단턱(221a)은 로터 투스(220)의 측면에서 로터(200)의 원주 방향으로 연장된다. 제1 단턱(221a)은 마그넷(230)의 외주면과 접촉하여 마그넷(230)이 로터(200)의 반경방향으로 이탈하는 것을 방지한다.

제2 단턱(221b)은 제1 단턱(221a)에서 로터(200)의 원주 방향으로 연장된다. 제2 단턱(221b)은 제1 단턱(221a)과 달리 마그넷(230)의 외주면과 떨어져 배치된다.

돌출부(222)는 로터(200)의 중심(C)을 기준으로, 제2 단턱(221b)의 외주면에서 반경방향으로 연장된다. 이러한 돌출부(222)는 제2 단턱(221b)과 더불어, 스테이터(300)의 코일(320)에서 발생하는 자속을 로터 투스(220) 측으로 유도하여, 자속이 마그넷(230)으로 흐르는 것을 방지하는 역할을 한다.

도 4는 인접하는 로터 투스 사이의 이격 거리를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 로터 투스(220)와 로터 투스(220) 사이의 공간으로 인하여, 마그넷(230)의 외주면의 일부는 개방되어 스테이터(300)에 노출된다. 인접하는 로터 투스(220)에 배치된 제2 단턱(221b)은 사이에 공간을 두고 서로 마주보며 배치된다. 이때, 2개의 제2 단턱(221b) 사이의 거리(W1)는 마그넷(230)의 폭(W2)의 60% 내지 70%일 수 있다. 거리(W1)가 마그넷(230)의 폭(W2)의 60%보다 작은 경우, 한 측의 로터 투스(220)에서 다른 측의 로터 투스(220)로 자속 누설이 발생할 수 있다. 또한, 거리(W1)가 마그넷(230)의 폭(W2)의 70%보다 큰 경우, 스테이터(300)의 코일(320)에서 발생하는 자속을 로터 투스(220) 측으로 유도하지 못하여 마그넷(230)의 외주면의 양 측단부에 감자가 발생할 수 있다.

도 5는 로터 투스의 돌출부의 위치를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 로터(200)의 중심(C)에서 돌출부(222)의 끝단까지 최장길이(R2)는 로터(200)의 중심(C)에서 로터의 최장거리(R1)보다 작아야 한다. 즉, 돌출부(222)의 끝단은 로터 투스(220)와 스테이터(300)의 최단 간극인 에어갭의 외측에 위치하면 안된다. 돌출부(222)는 에어갭을 침범하지 않는 범위 내에서 적절한 크기로 제2 단턱(도 3의 221b)의 외주면에서 반경방향으로 연장될 수 있다.

도 6은 로터 투스의 단턱부와 마그넷 사이의 빈 공간을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 제2 단턱(221b)은 제1 단턱(221a)과 달리 마그넷(230)의 외주면과 떨어져 배치되어, 도 6의 A와 같은 빈 공간을 형성한다. 이 빈 공간(A)은 스테이터(300)의 코일(320)에서 발생하는 자속이 마그넷(230)의 양 측단으로 흐르는 것을 방지한다.

도 7은 로터에서 자속의 흐름을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 도 7의 B에서 도시한 바와 같이, 스테이터(300)의 코일(320)에서 발생하는 자속은, 첫째로, 도 6의 A와 같은 빈 공간으로 인하여, 마그넷(230)의 양 측단으로 흐르는 것이 차단된다. 둘째로, 스테이터(300)의 코일(320)에서 발생하는 자속은 돌출부(222)에 의해 한 측의 로터 투스(220)로 유도되어 마그넷(230)의 양 측단으로 흐르는 것이 차단된다. 결과적으로, 스테이터(300)의 자속으로 인해 마그넷(230)의 양 측단이 감자되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 7의 B에서 도시한 바와 같이, 한 측의 로터 투스(220)에서는 돌출부(222)를 통해 스테이터(300)를 향하는 자속의 흐름이 원활하게 유지되면서, 코깅 토크가 개선될 수 있다.

도 8은 스테이터의 코일에서 발생하는 자속에 의해 감자영역이 발생한 마그넷을 도시한 도면이다.

도 8은 단턱부(221)와 돌출부(222)가 없는 로터 투스(2)를 도시한 것으로, 스테이터(300)에서 발생하는 자속에 의해, 마그넷(1)에 도 8의 D와 같이, 감자영역(D)이 발생한다.

도 9는 스테이터의 코일에서 발생하는 자속에 의해 소규모의 감자영역이 발생한 마그넷을 도시한 도면이다.

도 9는 단턱부(2a)는 있으나, 돌출부(222)가 없는 로터 투스(2)를 도시한 것으로, 도 9의 A1과 같은 빈 공간을 통해, 스테이터(300)에서 발생하는 자속이 마그넷(1)으로 흐르는 것을 차단하는 구조이다. 그러나 단턱부(2a)에 의해 커버되지 않은 영역에서 도 9의 E와 같은 감자영역(E)이 소규모로 발생한다.

도 10은 실시예에 따른 모터의 마그넷을 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 도 9의 A와 같은 빈 공간과 돌출부(222)를 통해, 스테이터(300)의 코일(320)에서 발생하는 자속이 마그넷(230)의 양 측단으로 흐르는 것을 방지함으로써, 마그넷(230)에 감자영역이 전혀 발생하지 않음을 확인할 수 있다.

도 11은 비교예에 따른 모터의 코깅 토크 및 감쇠율과 실시예에 따른 모터의 코깅 토크 및 감쇠율 비교한 표이다.

도 11의 A는 도 8에서 도시한 바와 같이, 단턱부(221)와 돌출부(222)가 없는 로터 투스(2)를 포함하는 모터인 경우이다.

도 11의 B는 도 9에서 도시한 바와 같이, 단턱부(2a)는 있으나 돌출부(222)가 없는 로터 투스(2)를 포함하는 모터인 경우이다.

도 11의 C는 도 10에서 도시한 바와 같이, 단턱부(2a)와 돌출부(222)가 있는 실시예에 따른 모터인 경우이다.

도 11의 ke는 역기전력 상수이다.

코깅 토크 관점에서 살펴보면, 도 11의 C가 도 11의 A 및 도 11의 B보다 코깅 토크가 크게 줄어들었음을 확인할 수 있다. 고조파 관점에서 보면, 도 11의 C가 도 11의 A 및 도 11의 B 비해, 동등 이상의 기본파를 가지면서도 고조파 감쇠율이 감소함을 확인할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 모터에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

전술된 본 발명의 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 회전축
200: 로터
210: 로터 요크
220: 로터 투스
221: 단턱부
221a: 제1 단턱
221b: 제2 단턱
222: 돌출부
230: 마그넷
300: 스테이터

Claims

축;
상기 축이 배치되는 홀을 포함하는 로터;
상기 로터의 외측에 배치되는 스테이터; 및
상기 로터 및 상기 스테이터의 외측에 배치되는 하우징을 포함하며,
상기 로터는 로터 요크, 상기 로터의 중심을 기준으로 로터 요크의 외주면에서 반경 방향으로 돌출되어 형성되는 복수개의 로터 투스 및 상기 로터 투스 사이에 배치되는 마그넷을 포함하며,
상기 로터 투스는 상기 로터의 중심을 기준으로 상기 로터 투스의 측면에서 상기 로터의 원주 방향으로 연장되어 형성되는 단턱부와 상기 로터의 중심을 기준으로 상기 단턱부의 외주면에서 반경 방향으로 연장되어 형성되는 돌출부를 더 포함하고,
상기 단턱부는 제1 단턱과 제2 단턱을 포함하고,
상기 제1 단턱은 상기 마그넷의 외주면과 접촉하고,
상기 제2 단턱은 상기 제1 단턱의 측면에서 상기 로터의 원주 방향으로 연장되고,
상기 돌출부는 상기 제2 단턱의 외주면에 배치되고,
상기 제2 단턱과 마주보는 상기 제2 단턱 사이의 거리는 상기 마그넷의 폭의 60% 내지 70%인 모터.
삭제
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 로터의 중심에서 상기 돌출부의 끝단까지 거리는 상기 로터의 중심에서 상기 로터의 외측면의 최장거리보다 작은 모터.
제1 항에 있어서,
상기 제2 단턱은 상기 마그넷의 외주면과 떨어져 배치되는 모터.
제6 항에 있어서,
상기 제2 단턱과 마그넷 외주면까지의 이격 거리는 상기 제2 단턱의 두께의 110% 내지 160%인 모터.
제1 항에 있어서,
상기 마그넷은 폭보다 길이가 큰 모터.