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KR102791573B1 - 차량용 구동모터 - Google Patents

차량용 구동모터 Download PDF

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KR102791573B1
KR102791573B1 KR1020200075499A KR20200075499A KR102791573B1 KR 102791573 B1 KR102791573 B1 KR 102791573B1 KR 1020200075499 A KR1020200075499 A KR 1020200075499A KR 20200075499 A KR20200075499 A KR 20200075499A KR 102791573 B1 KR102791573 B1 KR 102791573B1
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shaft
motor
resolver
rotor
stator
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유재민
하재원
한동연
나덕환
이가은
심요섭
서영진
정명규
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 구동모터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 개선된 구동모터용 위치센서의 장착 구조를 구비하는 차량용 구동모터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 차량용 구동모터는, 둘레방향을 따라 권취되는 코일(14)을 포함하는 모터 고정자(10); 모터 고정자(10)의 반경방향 내측에 회전가능하게 배치되고 영구자석(22)을 포함하는 모터 회전자(20); 모터 회전자(20)와 함께 회전가능하도록 모터 회전자(20)의 반경방향 내측에 배치되는 샤프트(30); 샤프트(30)의 축방향(A)을 따라 연장하는 축부(42)를 포함하고 축부(42)가 샤프트(30)와 결합되는 모터 커버(40); 및 축방향(A)과 나란하게 일부가 축부(42)에 장착되는 리졸버(50);를 포함한다.

Description

차량용 구동모터{DRIVING MOTOR FOR AUTOMOBILE}
본 발명은 차량용 구동모터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 개선된 구동모터용 위치센서의 장착 구조를 구비하는 차량용 구동모터에 관한 것이다.
하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)은 엔진 동력과 전기 모터의 동력을 함께 사용하여 연비를 향상시킬 수 있는 친환경 차량으로서, 구동모터를 필수적으로 포함한다.
구동모터로서는 영구자석 동기모터 등이 사용되고 있으며, 이와 같은 구동모터(500)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 고정자 코어(512)에 코일(514)이 권취된 고정자(510); 및 고정자(510)의 내측에서 회전하고 영구자석(522)이 형성되는 회전자 코어(524)를 포함하는 회전자(520);를 포함한다.
하이브리드 차량의 구동모터는 차량 구동의 핵심으로 기능하며, 차량의 속도, 요구 토크, 출력 및 전압 등 다양한 조건에서 최적의 출력 및 토크를 발휘할 수 있어야 한다. 이를 위한 일환으로 구동모터 회전자(20)의 위치를 정밀하게 제어하기 위하여 위치센서가 적용되고 있다.
자동차에는 성능, 내구성 면에서 우수하고 변압기의 원리로 동작하는 리졸버(resolver)가 사용되고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 리졸버(530)는 리졸버 고정자(532) 및 리졸버 회전자(534)를 포함한다. 리졸버 고정자(532)는 모터 하우징(540)에 장착되고, 리졸버 회전자(534)는 모터 샤프트(550)에 장착된다.
구동모터의 전장, 고정자(510) 및 회전자(520)의 크기, 코일(514) 및 영구자석(522)의 위치, 베어링(560)의 크기 및 위치 등의 조건에 의해 리졸버를 구성할 공간은 매우 제한적이다. 게다가 구동모터의 구동 시에는 전자기 노이즈가 발생하는데, 노이즈가 리졸버에 유기되면 위치 센싱 기능 및 성능을 저하시키므로 리졸버는 구동모터의 전자기 영역 밖에 형성되어야 한다.
이와 같은 요구조건을 만족시키기 위하여 리졸버는 구동모터의 전장을 증가시킴으로써 공간을 확보하여 형성되고 있다. 종래 기술은 모터 하우징(540) 내 형성되는 돌출부(542)에 리졸버 고정자(532)를 장착하고, 모터 하우징(540)의 반경방향 내측의 모터 샤프트(550)에 리졸버 회전자(534)를 장착하고 있다.
공개특허공보 제10-2017-0070584호 (공개일자: 2017.06.22)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
구동모터 전장의 증대 없이 배치되는 리졸버를 포함하는 차량용 구동모터를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 구동모터 전장을 작게 유지하면서도 전자기 노이즈에 영향을 받지 않도록 배치되는 리졸버를 포함하는 차량용 구동모터를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명에 따른 차량용 구동모터는, 둘레방향을 따라 권취되는 코일을 포함하는 모터 고정자; 상기 모터 고정자의 반경방향 내측에 회전가능하게 배치되고 영구자석을 포함하는 모터 회전자; 상기 모터 회전자와 함께 회전가능하도록 모터 회전자의 반경방향 내측에 배치되는 샤프트; 상기 샤프트의 축방향을 따라 연장하는 축부를 포함하고 상기 축부가 샤프트와 결합되는 모터 커버; 및 상기 축방향과 나란하게 일부가 상기 축부에 장착되는 리졸버;를 포함한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 리졸버는, 상기 축부에 장착되는 리졸버 고정자; 및 상기 리졸버 고정자와 마주보도록 상기 샤프트에 장착되는 리졸버 회전자;를 포함한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 리졸버 회전자 및 리졸버 고정자 사이에는 간극이 형성된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 축부 및 샤프트 사이에는 복수의 베어링이 압입결합된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 리졸버 고정자는 상기 축부에 볼트 결합 또는 압입결합된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 리졸버 회전자는 상기 샤프트에 압입 결합된다.
본 발명에 따른 차량용 구동모터는, 둘레방향을 따라 권취되는 코일을 포함하는 모터 고정자; 상기 모터 고정자의 반경방향 내측에 회전가능하게 배치되고 영구자석을 포함하는 모터 회전자; 상기 모터 회전자와 함께 회전가능하도록 모터 회전자의 반경방향 내측에 배치되는 샤프트; 상기 샤프트의 축방향을 따라 연장하는 축부를 포함하고 상기 축부가 샤프트와 결합되는 모터 커버; 상기 축부에 장착되고, 복수의 컷아웃부를 포함하는 티스부 및 상기 티스부로부터 축방향으로 연장하는 링부를 포함하는 리졸버 고정자; 및 상기 리졸버 고정자와 마주보도록 샤프트에 장착되는 리졸버 회전자;를 포함한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 축부의 외주면에는 외경이 서로 상이하도록 복수의 계단이 형성되고, 상기 계단 중 어느 하나에는 상기 링부가 둘레방향을 따라 결합된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 축부는, 상기 샤프트와 결합되는 결합부; 및 상기 결합부로부터 반경방향 외측으로 확장 형성되고 상기 링부가 결합되는 접촉부;를 포함한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 리졸버 고정자 및 리졸버 회전자 사이에는 일정 간격의 간극이 형성된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 샤프트는 내측으로 함몰 형성되고 상기 리졸버 회전자가 장착되는 안착부를 포함한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 리졸버 회전자는 상기 안착부에 열간 압입 결합된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 링부에는 둘레방향을 따라 복수의 관통공이 형성되고, 상기 관통공을 관통하여 링부와 모터 커버를 결합하는 체결부재를 더 포함한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 링부는 상기 접촉부에 압입 결합된다.
본 발명에 따르면, 구동모터 전장의 증대 없이 배치되는 리졸버를 포함하는 차량용 구동모터가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 구동모터 전장을 작게 유지하면서도 전자기 노이즈에 영향을 받지 않도록 배치되는 리졸버를 포함하는 차량용 구동모터가 제공된다.
본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 영구자석 동기모터를 도시하고,
도 2는 구동모터의 단면도를 도시하고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동모터의 단면도를 도시하고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동모터의 단면도를 도시하고,
도 5a는 도 3에 S1으로 표시된 부분의 확대도이고,
도 5b는 도 4에 S2로 표시된 부분의 확대도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 리졸버를 도시하고,
도 7은 도 6의 분해사시도를 도시하고,
도 8은 본 발명의 실시예에 있어서 리졸버 고정자와 모터 하우징이 결합된 모습을 도시하고,
도 9는 도 8의 부분 단면도이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 있어서 리졸버 회전자와 샤프트가 결합된 모습을 도시하고,
도 11은 도 10의 부분 단면도이고,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 구동모터의 단면도를 도시한다.
발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 3 및 4에는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 구동모터가 도시되어 있다.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 구동모터는 모터 고정자(10), 모터 회전자(20), 샤프트(30), 모터 커버(40) 및 리졸버(50)를 포함한다.
모터 고정자(10)는 고정자 코어(12) 및 고정자 코어(12)에 권취되는 코일(14)을 포함한다. 코일(14)은 고정자 코어(12)의 둘레방향을 따라 권취되어 있다.
모터 회전자(20)는 모터 고정자(10)의 반경방향 내측에 장착된다. 모터 회전자(20)는 모터 고정자(10)의 내측에서 회전가능하게 장착되며, 회전자 코어(24)에 형성되는 영구자석(22)을 포함한다.
영구자석 동기모터의 고정자와 회전자에 대하여는 잘 알려져 있으므로 본 명세서에서 모터 고정자(10) 및 모터 회전자(20)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
샤프트(30)는 모터 회전자(20)와 함께 회전가능하도록 장착된다. 샤프트(30)는 모터 회전자(20)의 반경방향 내측에 회전가능하게 형성된다.
샤프트(30)에는 내측으로 함몰하여 형성되는 안착부(32)가 형성된다. 안착부(32)는 구동모터 내지는 샤프트(30)의 축방향(A) 선과 근접한 지점의 샤프트(30) 위치에 형성된다.
모터 커버(40)는 구동모터의 부품을 수용하도록 설치된다. 모터 커버(40)는 축방향(A)으로 연장하는 축부(42) 및 반경방향(R)으로 외측으로 연장하는 반경부(44)를 포함한다.
축부(42)는 축방향(A)을 따라 연장하고, 축부(42)에는 샤프트(30)가 결합된다. 축부(42)와 샤프트(30)는, 바람직하게, 복수의 베어링(60)의 압입에 의해 결합된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 축부(42)의 외주면에는 외경이 서로 상이하도록 복수의 계단이 형성될 수 있다. 복수의 계단 중 어느 하나에 리졸버 고정자(52)의 링부(152)가 결합될 수 있다.
도 5a 및 5b를 참조하여, 즉, 본 발명의 구현예에 따르면, 축부(42)는 결합부(142), 제1 융기부(242), 접촉부(342) 및 제2 융기부(442)를 포함할 수 있다.
결합부(142)는 샤프트(30)와 결합되는 부분으로서, 결합부(142)와 샤프트(30) 사이에는 베어링(60)이 압입될 수 있다.
제1 융기부(242)는 결합부(142)로부터 반경방향(R) 외측으로 확장하여 결합부(142)보다 더 큰 직경을 갖도록 접촉부(342)를 구성하는 기능을 한다.
접촉부(342)는 결합부(142)보다 더 큰 외경을 갖은 상태로 축방향(A)을 따라 연장한다.
접촉부(442)로부터 반경방향(R) 외측으로 확장하여 제2 융기부(442)가 형성된다. 제2 융기부(442)는 반경방향(R)으로 방향을 바꾸면서 반경부(44)와 연결된다.
모터 고정자(10)의 반경방향(R) 외측에 마련되는 서포트링(80)은 모터 커버(40)와 결합되고, 보다 구체적으로는, 모터 커버(40)의 반경부(44)와 결합된다.
도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 리졸버(50)는 구동모터 내부에 축방향(A)과 나란한 방향으로 형성된다. 리졸버(50)는 리졸버 고정자(52) 및 리졸버 회전자(54)를 포함한다.
리졸버 고정자(52)는 링부(152) 및 티스부(252)를 포함한다. 링부(152)는 링 형상으로 형성되고, 둘레방향을 따라 이격하여 복수의 관통공(1152)이 형성된다. 티스부(252)는 링에 복수의 컷아웃부(352)를 형성하여 구성된다.
리졸버 고정자(52)의 티스부(252)에는 절연캡(56)이 장착되고, 절연캡(56) 상에 리졸버 코일(58)이 형성된다.
도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 리졸버 고정자(52)는 모터 커버(40)에 결합되고, 보다 구체적으로는, 모터 커버(40)의 축부(42)에 결합된다.
본 발명의 구현예에 따르면, 리졸버 고정자(52)는 축부(42)에 볼트 결합될 수 있다. 체결부재(70)가 관통공(1152)을 관통하여 링부(152)와 모터 커버(40)를 결합할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 링부(152)는 축부(42) 내지는 접촉부(342)에 압입 결합될 수도 있다.
도 10 및 11을 참조하면, 리졸버 회전자(54)는 리졸버 고정자(52)와 마주보도록 샤프트(30)에 장착된다. 리졸버 회전자(54)는 샤프트(30)의 안착부(32)에 안착될 수 있고, 압입 내지는 열간 압입 방식에 의해 안착부(32)에 결합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 리졸버 회전자(54) 및 리졸버 고정자(52) 사이에는 일정 간격의 간극(G)이 형성된다. 보다 구체적으로는, 리졸버 고정자(52) 및 리졸버 회전자(54) 사이에는 축방향(A)으로 일정 간격의 간극(G)이 형성된다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량의 구동모터의 작동효과에 관하여 설명하기로 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 모터 회전자(20)의 코일(14)에 전류가 인가되는 경우에 발생하는 자속(flux) 영역(R1)은 코일(14)의 끝단 기준으로 대략 직경 20mm이며, 영구자석(22)에서 발생하는 자속 영역(R2) 영구자석(22)의 끝단을 기준으로 대략 직경 15mm이다. 본 발명에 따르면, 이 두 자속 영역(R1, R2)를 연결하여 형성되는 영역(R1+R2)을 회피하여 리졸버(50)가 구성되므로 구동모터의 전장의 증대 없이도 전자기 노이즈를 회피할 수 있다. 또한, 별도의 차폐 구조 없이도 본 발명에 따른 구동모터는 전자기 노이즈를 회피할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10: 모터 고정자 12: 고정자 코어
14: 코일 20: 모터 회전자
22: 영구자석 24: 회전자 코어
30: 샤프트 32: 안착부
40: 모터 커버 42: 축부
44: 반경부 50: 리졸버
52: 리졸버 고정자 54: 리졸버 회전자
56: 절연캡 58: 리졸버 코일
60: 베어링 70: 체결부재
80: 서포트링 142: 결합부
152: 링부 242: 제1 융기부
252: 티스부 342: 접촉부
352: 컷아웃부 442: 제2 융기부
1152: 관통공

Claims (14)

  1. 둘레방향을 따라 권취되는 코일을 포함하는 모터 고정자;
    상기 모터 고정자의 반경방향 내측에 회전가능하게 배치되고 영구자석을 포함하는 모터 회전자;
    상기 모터 회전자와 함께 회전가능하도록 모터 회전자의 반경방향 내측에 배치되는 샤프트;
    상기 샤프트의 축방향을 따라 연장하는 축부를 포함하고 상기 축부가 샤프트와 결합되는 모터 커버; 및
    상기 축방향과 나란하게 일부가 상기 축부에 장착되는 리졸버;
    를 포함하고,
    상기 축부는 상기 모터 회전자의 반경방향 내측에서 상기 축방향을 따라 연장하여 베어링에 의하여 상기 샤프트에 결합되고, 상기 리졸버를 장착하기 위한 복수의 계단을 포함하는 것인 차량용 구동모터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 리졸버는,
    상기 축부에 장착되는 리졸버 고정자; 및
    상기 리졸버 고정자와 마주보도록 상기 샤프트에 장착되는 리졸버 회전자;
    를 포함하는 것인 차량용 구동모터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 리졸버 회전자 및 리졸버 고정자 사이에는 간극이 형성되는 것인 차량용 구동모터.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 축부 및 샤프트 사이에는 복수의 베어링이 압입결합되는 것인 차량용 구동모터.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 리졸버 고정자는 상기 축부에 볼트 결합 또는 압입결합되는 것인 차량용 구동모터.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 리졸버 회전자는 상기 샤프트에 압입 결합되는 것인 차량용 구동모터.
  7. 둘레방향을 따라 권취되는 코일을 포함하는 모터 고정자;
    상기 모터 고정자의 반경방향 내측에 회전가능하게 배치되고 영구자석을 포함하는 모터 회전자;
    상기 모터 회전자와 함께 회전가능하도록 모터 회전자의 반경방향 내측에 배치되는 샤프트;
    상기 샤프트의 축방향을 따라 연장하는 축부를 포함하고 상기 축부가 샤프트와 결합되는 모터 커버;
    상기 축부에 장착되고, 복수의 컷아웃부를 포함하는 티스부 및 상기 티스부로부터 축방향으로 연장하는 링부를 포함하는 리졸버 고정자; 및
    상기 리졸버 고정자와 마주보도록 샤프트에 장착되는 리졸버 회전자;
    를 포함하고,
    상기 축부의 외주면에는 외경이 서로 상이하도록 복수의 계단이 형성되고, 상기 계단 중 어느 하나에는 상기 링부가 둘레방향을 따라 결합되는 것인 차량용 구동모터.
  8. 삭제
  9. 둘레방향을 따라 권취되는 코일을 포함하는 모터 고정자;
    상기 모터 고정자의 반경방향 내측에 회전가능하게 배치되고 영구자석을 포함하는 모터 회전자;
    상기 모터 회전자와 함께 회전가능하도록 모터 회전자의 반경방향 내측에 배치되는 샤프트;
    상기 샤프트의 축방향을 따라 연장하는 축부를 포함하고 상기 축부가 샤프트와 결합되는 모터 커버;
    상기 축부에 장착되고, 복수의 컷아웃부를 포함하는 티스부 및 상기 티스부로부터 축방향으로 연장하는 링부를 포함하는 리졸버 고정자; 및
    상기 리졸버 고정자와 마주보도록 샤프트에 장착되는 리졸버 회전자;
    를 포함하고,
    상기 축부는,
    상기 샤프트와 결합되는 결합부; 및
    상기 결합부로부터 반경방향 외측으로 확장 형성되고 상기 링부가 결합되는 접촉부;
    를 포함하는 것인 차량용 구동모터.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 리졸버 고정자 및 리졸버 회전자 사이에는 일정 간격의 간극이 형성되는 것인 차량용 구동모터.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 샤프트는 내측으로 함몰 형성되고 상기 리졸버 회전자가 장착되는 안착부를 포함하는 것인 차량용 구동모터.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 리졸버 회전자는 상기 안착부에 열간 압입 결합되는 것인 차량용 구동모터.
  13. 청구항 7에 있어서, 상기 링부에는 둘레방향을 따라 복수의 관통공이 형성되고, 상기 관통공을 관통하여 링부와 모터 커버를 결합하는 체결부재를 더 포함하는 것인 차량용 구동모터.
  14. 청구항 9에 있어서, 상기 링부는 상기 접촉부에 압입 결합되는 것인 차량용 구동모터.
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