KR20170142408A

KR20170142408A - 로터 및 이를 포함하는 모터

Info

Publication number: KR20170142408A
Application number: KR1020160075834A
Authority: KR
Inventors: 김규섭; 이봉현; 김규식; 박광민; 이병화; 추용주; 이재원; 양대근; 김수철; 정시욱; 김효성; 이다연
Original assignee: 자동차부품연구원
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2017-12-28

Abstract

본 발명은 구조적 안정성이 개선되는 로터 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로, 본 발명에 따른 로터는 회전 축에 결합되어 회전하며, 외주면에는 결합 홈이 형성되되, 상기 결합 홈은 그 깊이가 깊어지면 그 폭이 상기 외주면 상에서의 폭보다 넓어지는 허브, 상기 허브의 상기 결합 홈에 상응하는 형상으로서 상기 허브에 결합되기 위한 결합 돌기를 구비하여, 상기 결합 돌기가 상기 허브의 결합 홈에 삽입됨으로써 상기 허브에 방사상으로 결합되는 코어, 이웃하는 상기 코어 사이에 설치되되, 상기 허브로부터 이격되도록 배치되는 자석, 상기 허브의 원주 방향을 기준으로 할 때 상기 코어의 양측에서, 상기 허브의 길이 방향으로 각각 배치되어, 상기 허브와 상기 영구 자석 사이에 설치되는 핀 및 상기 핀을 서로 연결하여, 상기 핀을 상기 허브의 외주면 상으로 압박하는 클램프를 포함할 수 있다.

Description

로터 및 이를 포함하는 모터 {ROTOR AND MOTOR INCLUDING THE SAME}

본 발명은 로터 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조적 안정성이 개선되는 로터 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.

모터는 스테이터와 로터의 전자기적 상호 작용에 의해 로터가 회전함으로써 구동력이 발생하는 장치이다. 이때 로터는 허브, 코어 및 자석으로 구성되는데, 코어와 자석의 결합 방식에 따라 이른바 표면 부착형, 매립형, 스포크형 등으로 구분할 수 있다. 이 중 스포크형은 자속 집중도가 높아 토크 및 출력이 높고, 동일한 출력에 대해 모터를 소형화할 수 있어 전기 자동차 등에 적용될 수 있다.

이러한 스포크형은 일반적으로 회전 축에 결합되는 허브 및 허브에 방사상으로 결합되는 코어를 포함하는데, 코어는 고속으로 회전할 때 그 원심력에 의해 허브로부터 이탈하거나 또는 그 힘에 의해 허브가 변형될 수 있는 문제가 있다.

상기한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 코어가 허브로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있는 로터 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 로터는 회전 축에 결합되어 회전하며, 외주면에는 결합 홈이 형성되되, 상기 결합 홈은 그 깊이가 깊어지면 그 폭이 상기 외주면 상에서의 폭보다 넓어지는 허브, 상기 허브의 상기 결합 홈에 상응하는 형상으로서 상기 허브에 결합되기 위한 결합 돌기를 구비하여, 상기 결합 돌기가 상기 허브의 결합 홈에 삽입됨으로써 상기 허브에 방사상으로 결합되는 코어, 이웃하는 상기 코어 사이에 설치되되, 상기 허브로부터 이격되도록 배치되는 자석, 상기 허브의 원주 방향을 기준으로 할 때 상기 코어의 양측에서, 상기 허브의 길이 방향으로 각각 배치되어, 상기 허브와 상기 영구 자석 사이에 설치되는 핀 및 상기 핀을 서로 연결하여, 상기 핀을 상기 허브의 외주면 상으로 압박하는 클램프를 포함할 수 있다.

이때 상기 허브의 결합 홈 및 상기 코어의 결합 돌기는 서로 상응하는 도브테일형으로 이루어질 수 있다.

또한 상기 핀은 그 끝단이 외부로 노출되도록 설치되며, 상기 클램프는 상기 핀의 노출된 끝단에 체결될 수 있다.

나아가 상기 허브와 상기 자석 사이에 더 설치되어 상기 핀의 외주면을 지지하는 블록을 더 포함할 수 있다.

한편 본 발명에 따른 모터는 하우징, 상기 하우징의 내부에서 그 둘레에 배치되는 스테이터, 상기 하우징의 내부에서 그 중심에 배치되는 회전 축 및 로터를 포함하되, 상기 로터는 회전 축에 결합되어 회전하며, 외주면에는 결합 홈이 형성되되, 상기 결합 홈은 그 깊이가 깊어지면 그 폭이 상기 외주면 상에서의 폭보다 넓어지는 허브, 상기 허브의 상기 결합 홈에 상응하는 형상으로서 상기 허브에 결합되기 위한 결합 돌기를 구비하여, 상기 결합 돌기가 상기 허브의 결합 홈에 삽입됨으로써 상기 허브에 방사상으로 결합되는 코어, 이웃하는 상기 코어 사이에 설치되되, 상기 허브로부터 이격되도록 배치되는 자석, 상기 허브의 원주 방향을 기준으로 할 때 상기 코어의 양측에서, 상기 허브의 길이 방향으로 각각 배치되어, 상기 허브와 상기 영구 자석 사이에 설치되는 핀 및 상기 핀을 서로 연결하여, 상기 핀을 상기 허브의 외주면 상으로 압박하는 클램프를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 코어의 양측에서 허브와 자석 사이의 이격된 공간에 각각 삽입된 핀이 클램프에 의해 허브의 외주면 상에 힘을 가함으로써, 원심력에 의해 코어가 허브에 가하는 힘을 상쇄하여 허브의 결합 홈 중 외주면 상에서의 폭이 더 넓어지지 않도록 할 수 있다. 따라서 코어가 허브로부터 이탈하지 않도록 하여 로터의 구조적 안정성이 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로터의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A 부분에 대한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로터의 평면도이다.
도 5는 도 4의 B 부분에 대한 확대도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 로터 및 이를 포함하는 모터에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 개략도이다.

도 1을 참조하면 모터는 하우징(100), 스테이터(200), 로터(300) 및 회전 축(400)을 포함한다.

하우징(100)은 스테이터(200) 및 로터(300)를 수용하기 위한 것으로, 원통형으로 이루어질 수 있으나 스테이터(200) 및 로터(300)의 개별적인 형태에 따라 그 형상은 달라질 수 있다.

스테이터(200)는 원형으로 배치되는 복수 개의 티스(210) 및 각각의 티스(210)에 감기는 코일(220)을 포함한다. 또한 스테이터(200)는 하우징(100)의 내부에서 그 둘레에 배치된다.

이러한 하우징(100) 및 스테이터(200)의 구체적인 구성은 공지된 바와 같으므로 이에 대한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.

한편 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로터(300)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 A 부분에 대한 확대도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로터(300)의 평면도이고, 도 5는 도 4의 B 부분에 대한 확대도이다. 다만 이해의 편의상 도 5에는 도 4의 B 부분에서 클램프(350)를 도시하지 않았다.

도 1을 참조하면 로터(300)는 하우징(100)의 내부에서 그 중심에 배치된다.

또한 도 2 내지 5를 참조하면 로터(300)는 허브(310), 코어(320), 자석(330), 핀(340), 클램프(350) 및 블록(360)을 포함한다.

허브(310)는 중심 축(400)에 결합되어 중심 축(400)과 함께 회전한다. 또한 허브(310)의 외주면에는 코어(320)가 결합되기 위한 결합 홈(311)이 형성된다.

결합 홈(311)은 허브(310)의 일단에서부터 타단까지 그 길이 방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다. 따라서 후술하는 바와 같이 코어(320)는 코어(320)의 결합 돌기(321)가 허브(310)의 길이 방향을 따라 허브(310)의 결합 홈(311)에 삽입됨으로써 허브(310)에 결합될 수 있다.

또한 결합 홈(311)은 허브(310)의 원주 방향을 따라 복수 개로 형성될 수 있다. 따라서 복수 개의 코어(320)가 허브(310)에 방사상으로 결합될 수 있다. 다만 결합 홈(311)의 개수 및 간격은 개별적인 설계 조건에 따라 달라질 수 있으므로 여기에서 구체적으로 특정하지는 않기로 한다.

또한 결합 홈(311)의 단면은 결합 홈(311)의 깊이가 깊어지면, 즉 허브(310)의 반경 방향을 따라 허브(310)의 중심으로 가게 되면 그 부분에서의 폭이 허브(310)의 외주면 상에서의 폭보다 넓어지도록 형성될 수 있다. 예컨대 결합 홈(311)의 단면은 도 5에 도시된 바와 같이 도브테일형으로 이루어질 수 있다. 다만 이는 단지 후술하는 바와 같이 코어(320)가 허브(310)에 결합된 상태에서 회전하더라도 그 원심력에 의해 허브(310)로부터 허브(310)의 반경 방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위한 것이므로, 코어(320)가 허브(310)로부터 허브(310)의 반경 방향으로 이탈하는 것을 방지할 수만 있다면 결합 홈(311)의 단면은 도 5에 도시된 바와 달리 T자형 등과 같은 다른 형상으로 이루어질 수도 있다. 만약 결합 홈(311)의 단면이 T자형으로 이루어진다면 그 T자형의 하단이 허브(310)의 외주면을 향하도록 형성될 것이다. 다만 이하에서는 설명의 편의상 결합 홈(311)의 단면이 도 5에 도시된 바와 같이 도브테일형으로 이루어지는 것으로 예를 들어 설명하기로 한다.

이러한 허브(310)는 자속이 허브(310)를 통해 회전 축(400)으로 누설되는 것을 방지하기 위해 비자성체로 이루어질 수 있다.

코어(320)는 허브(310)에 결합된다. 보다 구체적으로는 허브(310)의 결합 홈(311)에 상응하는 형상의 결합 돌기(321)를 구비하여, 앞서 설명한 바와 같이 코어(320)의 결합 돌기(321)가 허브(310)의 길이 방향을 따라 허브(310)의 결합 홈(311)에 삽입됨으로써 허브(310)에 결합될 수 있다. 즉 결합 돌기(321)의 단면은 도 5에 도시된 바와 같이 도브테일형으로 이루어질 수 있으며, 만약 허브(310)의 결합 홈(311)의 단면이 앞서 언급한 바와 같이 T자형으로 이루어진다면 결합 돌기(321)의 단면도 도 5에 도시된 바와 달리 T자형으로 이루어질 것이다.

또한 코어(320)는 복수 개로 설치될 수 있으며 허브(310)에 방사상으로 결합될 수 있다. 이 경우 각각의 코어(320)의 결합 돌기(321)는 허브(310)의 각각의 결합 홈(311)에 삽입될 것이다.

또한 코어(320)의 전체적인 단면은 도 4에 도시된 바와 같이 부채꼴로 이루어질 수 있다. 이는 로터(300)가 회전하면서 스테이터(200)와 상호 작용을 하기 위해서는 로터(300)의 전체적인 단면이 원형으로 이루어지는 것이 바람직한 한편, 자석(330)의 제작 시간 및 비용을 절감하기 위해서는 자석(330)의 단면이 비교적 단순한 형상인 사각형으로 이루어지는 것이 바람직한데, 그 단면이 사각형으로 이루어진 복수 개의 자석(330)이 후술하는 바와 같이 허브(310)를 중심으로 방사상으로 설치되었을 때 코어(320)가 이웃하는 자석(330)을 서로 연결하는 역할을 하면서도 로터(300)의 전체적인 단면이 원형으로 이루어지도록 하기 위해서는 코어(320)의 전체적인 단면이 부채꼴로 이루어지는 것이 바람직하기 때문이다. 다만 로터(300)의 전체적인 단면이 반드시 원형으로 이루어지는 것으로 제한되는 것은 아니며 자석(330)의 단면이 반드시 사각형으로 이루어지는 것으로 제한되는 것도 아니다. 따라서 코어(320)의 단면 역시 반드시 부채꼴로 이루어지는 것으로 제한되는 것은 아니다. 다만 이하에서는 설명의 편의상 코어(320)의 전체적인 단면이 도 4에 도시된 바와 같이 부채꼴로 이루어지는 것으로 예를 들어 설명하기로 한다.

이때 코어(320) 중 상기 부채꼴의 호의 양단에 대응되는 부분에는 후술하는 바와 같이 자석(330)이 이웃하는 코어(320) 사이에 삽입된 상태에서 회전하더라도 그 원심력에 의해 코어(320)로부터 허브(310)의 반경 방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위한 고정 돌기(322)가 형성된다. 따라서 고정 돌기(322)는 이웃하는 코어(320)를 향해 돌출되도록 형성될 수 있다.

이러한 코어(320)는 자속의 통로의 역할을 하기 위해 전기 강판으로 이루어질 수 있다.

자석(330)은 영구 자석으로, 이웃하는 코어(320) 사이에 삽입된다. 보다 구체적으로는 허브(310)의 외주면, 이웃하는 코어(320)의 서로 마주보는 각각의 측면 및 이웃하는 코어(320)의 각각의 고정 돌기(322)에 의해 정의되는 공간에 삽입될 수 있다.

또한 자석(330)은 복수 개로 설치될 수 있으며 허브(310)를 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다. 이때 자석(330)은 자속 집중형 스포크 타입의 형태로 배치될 수 있다. 즉 이웃하는 자석(330)이 서로 동일한 극성으로 마주보도록 배치될 수 있다.

또한 자석(330)의 단면은 그 세로의 길이가 허브(310)의 외주면에서부터 코어(320)의 고정 돌기(322)까지에 상응하는 길이보다 짧게 형성되며 자석(330)은 도 5에 도시된 바와 같이 허브(310)로부터 이격되도록 배치될 수 있다. 이때 허브(310)와 자석(330) 사이의 이격된 공간에는 핀(340) 및 블록(360)이 삽입된다.

핀(340)은 허브(310)의 길이 방향으로 배치되어, 앞서 설명한 바와 같이 허브(310)와 자석(330) 사이의 이격된 공간에 삽입된다. 보다 구체적으로는 도 3에 도시된 바와 같이 허브(310)의 원주 방향을 기준으로 할 때 코어(320)의 양측에서 상기 이격된 공간에 각각 삽입된다. 즉 상기 이격된 공간을 기준으로 본다면 두 개의 핀(340)이 상기 이격된 공간의 양측에 각각 배치된다.

또한 핀(340)은 그 끝단이 외부로 노출되도록 설치될 수 있다. 이때 핀(340)의 끝단에는 클램프(350)가 체결된다.

클램프(350)는 코어(320)의 양측에 배치되는 핀(340)의 끝단을 서로 연결하여, 그 핀(350)을 허브(310)의 외주면 상으로 압박하는 역할을 한다. 즉 클램프(350)는 장력이 가해짐으로써 핀(350)이 도 5에 도시된 바와 같이 허브(310)의 외주면 상에 실선으로 표시된 화살표의 방향으로 힘을 가하도록 한다.

앞서 설명한 바와 같이 코어(320)가 허브(310)에 결합된 상태에서 회전하면 그 원심력에 의해 코어(320)의 결합 돌기(321)는 도 5에 도시된 바와 같이 허브(310)에 점선으로 표시된 화살표의 방향으로 힘을 가한다. 이는 허브(310)의 결합 홈(311) 중 외주면 상에서의 폭이 더 넓어지도록 하여 결국 코어(320)가 허브(310)로부터 허브(310)의 반경 방향으로 이탈할 수 있도록 한다.

다만 이때 핀(340)이 허브(310)의 외주면 상에 가하는 힘이 코어(320)의 결합 돌기(321)가 허브(310)에 가하는 힘을 상쇄하여 허브(310)의 결합 홈(311) 중 외주면 상에서의 폭이 더 넓어지지 않도록 한다. 따라서 코어(320)가 허브(310)로부터 허브(310)의 반경 방향으로 이탈하지 않도록 하여 로터(300)의 구조적 안정성이 개선될 수 있다.

한편 클램프(350)에 지나친 장력이 가해지면, 즉 핀(340)의 끝단에만 지나친 힘이 가해지면 경우에 따라 핀(340)이 휘어지도록 변형될 수도 있다. 따라서 상기 이격된 공간에는 블록(360)이 더 삽입될 수 있다. 이때 블록(360)의 단면은 그 가로의 길이가 상기 이격된 공간의 양측에 배치된 핀(340) 사이에 상응하는 길이로 형성될 수 있다. 따라서 블록(360)이 핀(340)의 외주면을 지지하여 핀(340)이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

위에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예가 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의한다. 한편 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자라면 본 발명의 기술적 사상을 다양하게 개량하거나 변경할 수 있다. 따라서 이러한 개량이나 변경은 통상의 기술자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속할 것이다.

Claims

회전 축에 결합되어 회전하며, 외주면에는 결합 홈이 형성되되, 상기 결합 홈은 그 깊이가 깊어지면 그 폭이 상기 외주면 상에서의 폭보다 넓어지는 허브,
상기 허브의 상기 결합 홈에 상응하는 형상으로서 상기 허브에 결합되기 위한 결합 돌기를 구비하여, 상기 결합 돌기가 상기 허브의 결합 홈에 삽입됨으로써 상기 허브에 방사상으로 결합되는 코어,
이웃하는 상기 코어 사이에 설치되되, 상기 허브로부터 이격되도록 배치되는 자석,
상기 허브의 원주 방향을 기준으로 할 때 상기 코어의 양측에서, 상기 허브의 길이 방향으로 각각 배치되어, 상기 허브와 상기 영구 자석 사이에 설치되는 핀 및
상기 핀을 서로 연결하여, 상기 핀을 상기 허브의 외주면 상으로 압박하는 클램프를 포함하는 로터.
제1항에 있어서,
상기 허브의 결합 홈 및 상기 코어의 결합 돌기는 서로 상응하는 도브테일형으로 이루어지는 로터.
제1항에 있어서,
상기 핀은 그 끝단이 외부로 노출되도록 설치되며, 상기 클램프는 상기 핀의 노출된 끝단에 체결되는 로터.
제1항에 있어서,
상기 허브와 상기 자석 사이에 더 설치되어 상기 핀의 외주면을 지지하는 블록을 더 포함하는 로터.
하우징,
상기 하우징의 내부에서 그 둘레에 배치되는 스테이터,
상기 하우징의 내부에서 그 중심에 배치되는 회전 축 및
로터를 포함하되,
상기 로터는
회전 축에 결합되어 회전하며, 외주면에는 결합 홈이 형성되되, 상기 결합 홈은 그 깊이가 깊어지면 그 폭이 상기 외주면 상에서의 폭보다 넓어지는 허브,
상기 허브의 상기 결합 홈에 상응하는 형상으로서 상기 허브에 결합되기 위한 결합 돌기를 구비하여, 상기 결합 돌기가 상기 허브의 결합 홈에 삽입됨으로써 상기 허브에 방사상으로 결합되는 코어,
이웃하는 상기 코어 사이에 설치되되, 상기 허브로부터 이격되도록 배치되는 자석,
상기 허브의 원주 방향을 기준으로 할 때 상기 코어의 양측에서, 상기 허브의 길이 방향으로 각각 배치되어, 상기 허브와 상기 영구 자석 사이에 설치되는 핀 및
상기 핀을 서로 연결하여, 상기 핀을 상기 허브의 외주면 상으로 압박하는 클램프를 포함하는 모터.
제5항에 있어서,
상기 허브의 결합 홈 및 상기 코어의 결합 돌기는 서로 상응하는 도브테일형으로 이루어지는 모터.
제5항에 있어서,
상기 핀은 그 끝단이 외부로 노출되도록 설치되며, 상기 클램프는 상기 핀의 노출된 끝단에 체결되는 모터.
제5항에 있어서,
상기 허브와 상기 자석 사이에 더 설치되어 상기 핀의 외주면을 지지하는 블록을 더 포함하는 모터.