(57)【要約】【課題】コギングトルクを低めるためのモータを提供する。【解決手段】本発明には、モータが開示される。ステータコア及び前記ステータコアに巻取されるコイルを含むステータと、前記ステータの内部に回転可能に配置されるロータと、を含み、前記ステータコアは、前記ステータコアの内周面に沿って放射状で形成される複数の歯と、各歯の先端部の両側に円周方向に延長形成される複数のシューと、隣接する歯のチップ部と接するように各シューの先端部から円周方向に延長形成されるチップ部と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコア及び前記ステータコアに巻取されるコイルを含むステータと、
前記ステータの内部に回転可能に配置されるロータと、を含み、
前記ステータコアは、
前記ステータコアの内周面に沿って放射状で形成される複数の歯と、
前記各歯の先端部の両側に円周方向に延長形成される複数のシューと、
前記各シューの先端部から円周方向に延長形成されるチップ部と、を含み、
前記チップ部は、隣接する歯のチップ部と接することを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記歯、前記シュー及び前記チップ部は、一体型で形成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記チップ部の半径方向の厚さは、前記シューの半径方向の厚さより薄いことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
前記チップ部は、一側が前記シューの端部と直角を形成することを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項５】
前記チップ部は、一側が前記シューの端部と鈍角を形成することを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項６】
前記チップ部は、前記シューの端部から遠くなるほど厚さが漸次的に減少する形状であることを特徴とする請求項５に記載のモータ。
【請求項７】
隣接する歯の間に前記コイルの挿入のためのスロットを含み、前記スロットは、前記ロータに隣接する部分が前記チップ部により閉まった形状であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに関し、より詳細には、ＥＰＳ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ)モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングシステム(Ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ)は、自動車の操向安全性を保障するための装置として、別途の動力で操向を補助する機能を実行する。
【０００３】
最近には、油圧を利用した補助ステアリングシステムの代わりに動力の損失が少なくて正確性が優れた電動式ステアリングシステム(ＥＰＳ Ｓｙｓｔｅｍ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ)が主に使用されている。ＥＰＳは、速度センサ(ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ)、トルクアングルセンサ(Ｔｏｒｑｕｅ Ａｎｇｌｅ Ｓｅｎｓｏｒ)及びトルクセンサ(ｔｏｒｑｕｅ ｓｅｎｓｏｒ)などを含む。
【０００４】
電子制御装置(ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ)は、電動式ステアリングシステム(ＥＰＳ)に含まれたセンサを通じて運行条件を感知し、感知した運行条件に応じてモータを駆動する。これによって、旋回安全性が保障されて且つ迅速な復元力が提供されて運転者は安全に走行することが可能となる。
【０００５】
ＥＰＳシステムでは、運転者がより少ない力で操向作業ができるようにモータ(以下、「ＥＰＳモータ」という)がハンドルを操作するトルクを補助する。ＥＰＳモータでは、ＢＬＤＣ(ＢｒｕｓｈＬｅｓｓ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ)モータなどを使用することができる。ＢＬＤＣモータは、ブラッシュ(ｂｒｕｓｈ)、整流子(ｃｏｍｍｕｔａｔｏｒ)などの機械的な接触部を除いて電子的な整流機構を設置した直流モータ(ＤＣ ｍｏｔｏｒ)を意味する。
【０００６】
ＥＰＳモータは、上部が開放された形状のハウジング(ｈｏｕｓｉｎｇ)とハウジングの上部に結合するブラケット(ｂｒａｃｋｅｔ)がその外形を形成する。ハウジングの内部には、ロータ(ｒｏｔｏｒ)及びステータ(ｓｔａｔｏｒ)が収容される。
【０００７】
ロータは、ロータコア及びマグネットを含み、回転軸(ｓｈａｆｔ)を取り囲むように組み立てられる。ステータは、ステータコア及びコイルを含み、ロータの外周面を取り囲むようにハウジングの内周面に固定される。回転軸は、ロータとステータの電磁気的相互作用によりロータと共に回転する。
【０００８】
ステータコアには、複数の歯(ｔｅｅｔｈ)が内周面に沿って放射状で形成される。隣接する歯の間にはコイルの挿入のためのスロット(ｓｌｏｔ)が形成され、各歯の先端部の両側が隣接する歯に向けて突出されてスロット開口部(ｓｌｏｔ ｏｐｅｎ)を形成する。
【０００９】
一般的に、モータの設計時にスロット開口部の寸法によって磁気損失(ｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｏｓｓ)成分が決定される。スロット開口部の幅が狭くなれば、磁気損失が増加してモータの出力が低くなるが、コギングトルク(ｃｏｇｇｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ)は小くなる。一方、スロット開口部の幅が増加すれば、磁気損失が減少してモータの出力は増加するが、コギングトルクが増加する。
【００１０】
したがって、最適のモータ出力とコギングトルクのためにはスロット開口部の寸法の決定が重要であり、これはモータモデルにしたがって相異なっている。
【００１１】
コギングトルクは、マグネットと、歯−スロット構造を有するモータにおいて、電源が供給されない状態で不可欠で発生するトルクの脈動成分で定義される。コギングトルクは、モータの騷音と振動を誘発する一つの因子として作用し、ステアリングモータのように感性品質が要求されるモータでは重要に管理される特性である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、前記のような従来の諸問題点を解消するために提案されたものであって、本発明の様々な実施形態により、コギングトルクを低めるためのモータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施形態よるモータは、ステータコア及び前記ステータコアに巻取されるコイルを含むステータと、前記ステータの内部に回転可能に配置されるロータと、を含み、前記ステータコアは、前記ステータコアの内周面に沿って放射状で形成される複数の歯と、 各歯の先端部の両側に円周方向に延長形成される複数のシューと、隣接する歯のチップ部と接するように各シューの先端部から円周方向に延長形成されるチップ部と、を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、既存モータに比べて定格トルクはほとんど一定に維持しながらコギングトルクを顕著に減少させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ＥＰＳモータの一例を示した縦断面図である。
【図２】図２は、ＥＰＳモータの一例を示した横断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態によるＥＰＳモータを示した横断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態によるＥＰＳモータのステータコアの拡大図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態によるＥＰＳモータを示した横断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態によるＥＰＳモータのステータコアの拡大図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態によるモータの効果を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施形態によるモータの効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、多様に変更可能であり、さまざまな実施形態を有することができる。ここでは、特定の実施形態を図面に例示して詳細に説明する。しかし、これは本発明の好ましい実施態様に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面内容に基づいてなされた均等な変更および付加は、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【００１７】
第１、第２などの用語は、多様な構成要素を説明するために使用することができるが、前記構成要素は前記用語により限定されものではない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するための目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲を脱しない範囲で、第１の構成要素は第２の構成要素と命名することができ、同様に第２の構成要素も第１の構成要素と命名することができる。及び/またはとの用語は、複数の関連された記載された項目の組み合わせまたは複数の関連された記載された項目の中のいずれか一項目を含む。
【００１８】
いかなる構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるかあるいは「接続されて」いるとの用語は、ある構成要素が他の構成要素に直接的に連結されるかあるいは接続されることもできるが、中間に他の構成要素が介在することもできることを意味する。一方に、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるかあるいは「直接接続されて」いるとの用語は、中間に他の構成要素が存在しないことを意味する。
【００１９】
本明細書で使用した用語は、但し、特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明はこれに限定されるものではない。単数の表現は、文脈上明白に相違に記載しない限り複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するのであって、一つまたはその以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除することではない。
【００２０】
特定しない限り、技術的や科学的な用語を含んでここで使用されるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により一般的に理解される意味と同一な意味を有する。一般的に使用される辞典に定義された用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致することと解でき、本出願において明白に定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味を有することで解釈できない。
【００２１】
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明するが、図面符号に関係なく同一であるか対応する構成要素には同一な参照番号を付与し、その重複説明は省略する。
【００２２】
図１及び図２は、各々ＥＰＳモータの一例を示した縦断面図及び横断面図である。
【００２３】
図１及び図２を参照すれば、ＥＰＳモータは、ハウジング１０と、ブラケット２０と、回転軸３０と、ステータ４０と、ロータ５０と、を含む。
【００２４】
ハウジング１０は、上部が開放された円筒状を有し、内部空間部にステータ４０及びロータ５０が結合される。また、ハウジング１０の上側には、ブラケット２０が結合されてＥＰＳモータの外観を形成する。 
【００２５】
ハウジング１０とブラケット２０には、回転軸３０が回転可能に支持される。
【００２６】
回転軸３０の上部には、車両のステアリングコラム(ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｃｏｌｕｍｎ)が連結されて上述したように操向を補助する動力を提供する。
【００２７】
回転軸３０の外周面には、複数のマグネットが挿入されたロータ(ｒｏｔｏｒ)５０が結合される。また、ハウジング１０の内周面には、コア(ｃｏｒｅ)とコイル(ｃｏｉｌ)からなったステータ(ｓｔａｔｏｒ)４０が結合されてロータ５０の外周面で電磁気力を提供する。
【００２８】
ステータ４０は、ハウジング１０の内周面に配置され、ステータコアとステータコアに巻取されるコイル及び絶縁体(ｉｎｓｕｌａｔｏｒ)で構成される。
【００２９】
図２を参照すれば、ステータコア４１は、大略リング状として、複数の珪素鋼板を積層して形成することができる。
【００３０】
ステータコア４１には、内周面に沿って複数の歯(ｔｅｅｔｈ)１４１が放射状で形成される。隣接する歯１４１の間には、コイル挿入のためのスロット(ｓｌｏｔ)１４２が形成される。複数の歯１４１は、スロット１４２により所定間隔が離隔されて形成される。各歯１４１の先端部には、円周方向にシュー(ｓｈｏｅ)１４４が突出形成される。お互いに隣接するシュー１４４は、所定間隔が離隔されてスロット開口部(ｓｌｏｔ ｏｐｅｎ)１４３を形成する。
【００３１】
ロータ５０は、回転軸３０の外周面を取り囲むように回転軸３０に結合され、ステータ４０の内部に配置される。ロータ５０は、ロータコア５１及びマグネット５２を含む。
【００３２】
ロータコア５１は、大略円筒状で複数の珪素鋼板を積層して形成することができる。ロータコア５１の中心部には、軸方向に貫通ホールが形成され、貫通ホールには回転軸３０が貫通して固定される。ロータコア５１の外周面に沿って複数個のマグネット５２がお互いに離隔されて埋め立てられる。
【００３３】
ステータ４０に電流が印加されると、ステータ４０とロータ５０の電磁気的相互作用によりロータ５０が回転し、これによって、回転軸３０がロータ５０の回転に連動して回転する。
【００３４】
回転軸３０が減速ギア(図示せず)を通じて自動車の操向軸(図示せず)と連結される場合、回転軸３０の回転によって操向軸も共に回転できる。したがって、ＥＰＳモータは、運転者のステアリングホイールの回転に連動して回転する操向軸の回転を補助するようになる。
【００３５】
ブラケット２０の上面には、印刷回路基板８０が結合される。
【００３６】
印刷回路基板８０の上面には、センサ９１、９２が配置される。センサ９１、９２は、センシングマグネット７０の極性または磁速変化を感知してロータ５０の回転角度を算出するために使われるセンシング信号を出力する。各センサ９１、９２は、ホールＩＣ(ｈａｌｌ ＩＣ)、エンコーダＩＣ(Ｅｎｃｏｄｅｒ ＩＣ)などで具現することができる。
【００３７】
印刷回路基板８０の上側には、プレート(ｐｌａｔｅ)６０が印刷回路基板８０に対向して所定間隔が離隔されて配置される。プレート６０は、回転軸３０と共に回転するように結合される。
【００３８】
プレート６０の下側には、印刷回路基板８０の上面に配置されたセンサ９１、９２に対向してセンシングマグネット７０が配置される。センシングマグネット７０は、回転軸３０に結合されて回転軸３０に沿って回転する。
【００３９】
モータの設計において、最適のモータ出力とコギングトルクのためにスロット開口部の寸法を決定することは重要な作業である。スロット開口部の寸法は、モータモデルによって相異なっている。
【００４０】
特に、ＥＰＳモータのように感性品質が要求されるモータではコギングトルクは重要に管理される特性である。
【００４１】
本発明の実施形態によれば、各スロットのスロット開口部を削除してコギングトルクを改善したＥＰＳモータを提案する。
【００４２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００４３】
以下の説明において、モータは、ＥＰＳモータを示し、ＥＰＳモータは、ハウジングと、ハウジングの上部に結合されるブラケットと、ハウジング及びブラケットにより支持される回転軸と、ハウジングの内周面に結合されるステータと、回転軸の外周面に結合されるロータなどを含む。ＥＰＳモータの各構成要素に対する説明は、上述の図１を参照して詳しく説明したので、以下では重複される構成要素に対して詳細な説明は省略する。
【００４４】
以下、図３及び図４を参照して本発明の第１の実施形態によるモータに対して詳細に説明する。
【００４５】
図３は、本発明の第１の実施形態によるＥＰＳモータの横断面図である。また、図４は、本発明の第１の実施形態によるＥＰＳモータのステータコアを拡大して示した図である。
【００４６】
図３及び図４を参照すれば、ステータコア４１は、大略リング状として、複数の珪素鋼板を積層して形成する。
【００４７】
ステータコア４１には、内周面に沿って複数の歯１５１が放射状で形成される。隣接する歯１５１の間には、コイル挿入のためのスロット(ｓｌｏｔ)１５２が形成される。複数の歯１５１は、スロット１５２により所定間隔が離隔されて形成される。
【００４８】
各歯１５１には、シュー１６１及びチップ(ｔｉｐ)部１６２が一体で形成される。
【００４９】
ロータ５０の外周面に対面する各歯１５１の先端部の両側には、シュー１６１が円周方向に延長形成される。また、各シュー１６１の先端部には、チップ部１６２が隣接する歯のチップ部と接するように円周方向に延長形成される。チップ部１６２は、一側がシュー１６１の端部と直角を成すように形成され、円周方向に所定厚さを維持する。
【００５０】
これによって、隣接する歯１５１の間に形成されるスロット１５２は、チップ部１６２が開口部を閉めて開口部がない形状で形成される。したがって、コギングトルクの発生因子である磁気抵抗(ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ)の差を除去することができる。
【００５１】
一方、チップ部１６２の半径方向の厚さｈ１は、シュー１６１の半径方向の厚さより薄くて、ステータコア４１をプレス工法で製作する時、プレス工法で製作可能な最小限の厚さを有するように形成することができる。例えば、０.５mmで形成することができる。
【００５２】
したがって、隣接した歯に流れる損失磁速により発生する磁気損失を最小限に減らすことが可能なので、定格トルクの減少を防止することができる。
【００５３】
すなわち、チップ部１６２の厚さｈ１が薄いほど磁気飽和(ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ)時点がはやくなる。これによって、チップ部１６２は、元々の性質である磁性体として作用しなくて空気のような透磁率を示して漏洩磁速の流れを抑制させる役目をする。
【００５４】
磁気損失の減少効果は、チップ部１６２の円周方向の長さｗ１が長くなるほど大きく現われる。
【００５５】
以下、図５及び図６を参照して本発明の第２の実施形態によるモータに対して詳細に説明する。
【００５６】
図５は、本発明の第２の実施形態によるＥＰＳモータの横断面図である。また、図６は、本発明の第２の実施形態によるＥＰＳモータのステータコアを拡大して示した図である。
【００５７】
図５及び図６を参照すれば、ステータコア４１は、大略リン状として、複数の珪素鋼板を積層して形成する。
【００５８】
ステータコア４１には、内周面に沿って複数の歯１７１が放射状で形成される。隣接する歯１７１の間には、コイル挿入のためのスロット１７２が形成される。複数の歯１７１は、スロット１７２により所定間隔が離隔されて形成される。
【００５９】
各歯１７１には、シュー１８１及びチップ部１８２が一体で形成される。
【００６０】
ロータ５０の外周面に対面する各歯１７１の先端部には、シュー１８１が円周方向に延長形成される。また、各シュー１８１の先端部には、チップ部１８２が隣接する歯のチップ部と接するように延長形成される。チップ部１８２は、シュー１８１の端部から遠くなるほど厚さが漸次的に減少して先端が尖った形状で形成される。
【００６１】
本発明の第２の実施形態によれば、隣接する１７１の間に形成されるスロット１７２は、チップ部１８２により開口部が閉まった形状で形成される。したがって、コギングトルクの発生因子である磁気抵抗差を除去することができる。
【００６２】
一方、チップ部１８２の半径方向の最大厚さｈ２は、ステータコア４１をプレス工法で製作する時、プレス工法で製作可能な最小限の厚さを有するように形成することができる。例えば、０.５mmで形成することができる。
【００６３】
これによって、チップ部１８２は、元々の性質である磁性体として役目しなくて空気のような透磁率を示して漏洩磁速の流れを抑制させる役目をする。
【００６４】
磁気損失の減少効果は、チップ部１８２の円周方向の長さｗ２が長くなるほど大きく現われる。
【００６５】
図７及び図８は、本発明の実施形態による効果を説明するための図である。
【００６６】
図７は、図２に示された一般的なモータと図３及び図５に各々示された本発明の実施形態によるモータのコギングトルクを比較した結果を示したグラフである。また、図８は、図２に示された一般的なモータと図３及び図５に各々示された本発明の実施形態によるモータの定格トルクを比較した結果を示したグラフである。
【００６７】
図７を参照すれば、本発明の第１の実施形態によるモータ及び第２の実施形態によるモータのコギングトルクは、全て比較対象になるモータの１５％水準で改善されたことが分かる。
【００６８】
また、図８を参照すれば、本発明の第１の実施形態によるモータ及び第２の実施形態によるモータの定格トルクは、全て比較対象になるモータに比べて減少したが、減少水準がとてもかすかだった。
【００６９】
したがって、本発明の実施形態は、既存モータに比べて定格トルクはほとんど類似に維持しながらコギングトルクを顕著に減少させる効果があることが分かる。
【００７０】
以上、添付した図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施形態及び添付された図面に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７１】
４０：ステータ
４１：ステータコア
１５１、１７１：歯
１５２、１７２：スロット
１６１、１８１：シュー
１６２、１８２：チップ部
【図１】
2014121263.tif 000003
【図２】
2014121263.tif 000004
【図３】
2014121263.tif 000005
【図４】
2014121263.tif 000006
【図５】
2014121263.tif 000007
【図６】
2014121263.tif 000008
【図７】
2014121263.tif 000009
【図８】
2014121263.tif 000010