JP6219040B2 - 埋込型永久磁石同期電動機 - Google Patents

Description

本発明は永久磁石が回転子に埋め込まれた電動モーターにおいて、“Ｖ”字形溝の寸法を改善することで、低速でのトルクリップル及び騷音を画期的に減少させることができる埋込型永久磁石同期電動機に関する。

近年、エネルギー資源の枯渇危機によって、高効率、高性能の電気器機などが関心を引いている。そのうち、電気自動車、及びハイブリッド自動車などの環境に優しい車両はガス排出量を減らすように製造された。このような環境に優しい車両に込みこまれる埋込型永久磁石同期電動機の開発が進んでいる。埋込型永久磁石同期電動機は、永久磁石が回転子の内部に埋め込まれる構造である。このような電動機は高トルクと低トルクリップルを要求する。よって、体系的で最適化した設計方式を適用して理想的な電動機を製作することを目的としている。

しかし、従来に提示された埋込型モーターの場合、低速でのトルクリップルによって高周波騷音が発生して室内での商品性を落とす主要因であった。よって、このような低速での回生制動の際、トルクリップルを減少させて騷音を減らすことができる構造が必要であった。

従来の特許文献１の“ハイブリッド駆動モーターの回転子”は、電力を受けるコイルが巻き付けられたコアを備えた固定子の内側に配置された環状ボディーと；一対の左右永久磁石でなって、前記環状ボディーに埋め込まれ、前記左右の永久磁石を隔たって前記環状ボディーに配列された永久磁石ユニットと；前記一対の左右永久磁石が埋め込まれていない前記環状ボディーの区間に形成された断面“Ｕ”字形の間隔溝と；を含んでなることを特徴とするハイブリッド駆動モーターの回転子”を提示した。しかし、このような技術によっても、“Ｖ”字形溝を持つモーターにおいて、低速でのトルクリップルによる高周波騷音を改善することができる方法がなかったのである。

前記背景技術として説明した事項は本発明の背景に対する理解に役立てるためのものであるだけ、この技術分野で通常の知識を持った者にもう知られた従来技術に相当するものに認めてはいけない。

韓国特許公開第１０−２０１１−００２６１６２Ａ号

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、“Ｖ”字形溝の寸法を改善することで、低速でのトルクリップル及び騷音を画期的に減少させることができる埋込型永久磁石同期電動機を提供することにその目的がある。

前記の目的を達成するための本発明による埋込型永久磁石同期電動機は、回転子の外周面において隣り合う永久磁石の間の部位に湾入した“Ｖ”字形の湾入溝が形成され、湾入溝の拡開角が１０３〜１０７°であることを特徴とする。

前記湾入溝は回転子の外周面から回転子の内側に向かって形成され、その深さ（Ｈ）は回転子の外径の４．５〜４．７％であってもよい。

前記永久磁石は回転子の内部に一列に連続して配置されることができる。

前記永久磁石は極対の数が８であり、Ｎ極とＳ極が総１６個でなることができる。

前記湾入溝は、湾入した最内側の端部が円弧状に形成されることができる。

前記湾入溝の最内側端部は０．３３〜１ｍｍの半径を持つ円弧状に形成されることができる。

上述したような構造の埋込型永久磁石同期電動機によれば、“Ｖ”字形溝の寸法を改善することで、低速でのトルクリップル及び騷音を画期的に減少させることができる。

特に、モーターのトルクリップルの主成分である４８次高調波成分において騷音が画期的に減少することができる。

本発明の一実施例による埋込型永久磁石同期電動機の回転子を示す図である。 本発明の一実施例による埋込型永久磁石同期電動機と従来技術のトルクリップルの差を示すグラフである。 本発明の一実施例による埋込型永久磁石同期電動機と従来技術のトルクリップルの差を示すグラフである。 本発明の一実施例による埋込型永久磁石同期電動機と従来技術の騷音の差を示すグラフである。 本発明の一実施例による埋込型永久磁石同期電動機と従来技術の騷音の差を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例による埋込型永久磁石同期電動機について詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例による埋込型永久磁石同期電動機の回転子を示す図である。

本発明の埋込型永久磁石同期電動機は、回転子１００の外周面において隣り合う永久磁石３００、３００’の間の地点に湾入した“Ｖ”字形の湾入溝２００が形成され、湾入溝２００の拡開角が１０３〜１０７°である。

また、前記湾入溝２００は回転子１００の外周面から回転子１００の内側に向かって形成され、その深さ（Ｈ）は回転子１００の外径の４．５〜４．７％である。

本発明の埋込型永久磁石同期電動機は回転子１００の内部に永久磁石３００、３００’が極を交互にして一列に埋め込まれたタイプのもので、このような回転子１００の内部に埋め込まれる形態は多様に実施可能であろう。

本発明の場合、その中でも、回転子１００の外側面、つまり外周面に形成された溝の形状に関するもので、その溝の形状によってトルクリップルや騷音の特性が多変化するからである。一方、回転子の場合は多数の鋼板が積層されて図示の断面を成すものであり、これに関する詳細な説明は省略する。

図示のように、本発明の埋込型永久磁石同期電動機は、回転子１００の内部にＮ極とＳ極が交互に一字形に配置され、隣り合う永久磁石３００、３００’の間が一定の距離だけ離隔し、その離隔した空間には回転子の外周面から内側に湾入した“Ｖ”字形の湾入溝２００が永久磁石極の間ごとに形成される。

また、その“Ｖ”字形の湾入溝２００の形状に対しては、湾入溝２００の拡開角と深さによって定義することができるはずである。その拡開角（Ｇ）は１０３〜１０７°となることが好適である。この範囲を外れれば、トルクリップルがひどく、それによって騷音が一層増加するからである。特に、低速領域において人が聞ける高周波の発生が問題となっているが、湾入溝の角度を前記のように限定する場合、その騷音の程度が格段に緩和することが分かる。

一方、湾入溝の深さ（Ｈ）は回転子の外径の４．５〜４．７％が好ましい。この深さも該当範囲を外れると、トルクリップルが増大して低速での騷音が増加するからである。特に、湾入溝の湾入した最内側の端部、つまり頂点の付近には、回転子を成す鋼板の正確な積層のためにエンボス１２０の形状が付け加わるため、そのエンボス１２０の形状を避けて湾入溝を形成するためでもある。

一方、前記永久磁石３００は回転子１００の内部に一列に連続して配置され、実施例の回転子には永久磁石３００の極が８対でなり、Ｎ極とＳ極の総数が１６個となるように構成されるようにする。

また、前記湾入溝２００は湾入した最内側の端部２２０が円弧状に形成される。その好適な実施例において、湾入溝２００の最内側端部２２０は０．３３〜１ｍｍの半径を持つように円弧状に形成されることが好ましい。これは、前述したように回転子を成す鋼板の正確な積層のためにエンボス形状が付け加わるから、そのエンボスの形状を避けて湾入溝を形成するためのものである。

図２及び図３は本発明の一実施例による埋込型永久磁石同期電動機と従来技術のトルクリップルの差を示すグラフである。まず、図２の場合は、従来技術、つまり湾入溝が本発明の場合より角度は１０８°以上に大きくて深さは回転子の外径の４．４％以下に小さい場合である。また、図３の場合は、本発明の実施例による同期電動機の場合であり、実施例の角度は１０５°であり、深さは回転子の外径（直径）の４．６％までに形成したものである。そして、その最内側端部には半径０．３８ｍｍの円弧状の処理を施したものである。

図２の場合と図３の場合を比較すれば分かるように、従来の場合に比べ、最大トルクの場合に２１１Ｎｍから２１７Ｎｍに出力が増加し、トルクリップルの場合、２６．６Ｎｍ、１２．６％から１６．５Ｎｍ、７．６％に減少したことが分かる。

一方、図４及び図５は本発明の一実施例による埋込型永久磁石同期電動機と従来技術の騷音差を示すグラフである。図４の場合、横軸は速度ｋｍ／ｈ、縦軸は高調波の周波数であり、色相で示した部分が騒音程度Ｌ／ｄＢである。該当の試験は、ハイブリッド車両にそれぞれのモーターを装着し、６０ｋｍ／ｈから回生制動を行いながら試験したものである。

該当のグラフから分かるように、４８次の高調波で騷音が大きく減少したことが分かる。一般に、騷音に関連しては、３相モーターの場合、基本成分が極対の数の６倍であり、８対の極を有する本実施例の場合、８の６倍である４８次数が基本成分として採択可能なものである。このような４８次数の高調波成分において、本発明の実施例の場合が従来技術に比べて騷音が格段に減少したことが分かる。

図５は図４のグラフにおいて４８次数の成分のみを分離して詳細に示したもので、横軸は車速であり、縦軸は騷音程度である。グラフから分かるように、従来の場合（Ａ）に比べて本発明の場合（Ｂ）に騷音程度が格段に減少したことが分かる。

このような実験は、ハイブリッド車両にそれぞれのモーターを装着し、６０ｋｍ／ｈから回生制動を行いながら試験したもので、低速領域での騷音減少が著しいことが分かるものである。一般に、車両の場合、高速ではタイヤの路面騷音、風切音またはエンジン音によって高周波の騷音が相殺されて聞こえないが、低速、特に回生制動の場合には非常に静かな状況であるので、このような騷音がよく聞こえるようになる。よって、本発明によれば、このような状況での車両商品性が非常に改善することが分かる。

上述したような構造の埋込型永久磁石同期電動機によれば、“Ｖ”字形溝の寸法を改善することで、低速でのトルクリップル及び騷音を画期的に減少させることができる。

特に、モータートルクリップルの主成分である４８次高調波成分で騷音が画期的に減少することができるようになる。

本発明は特定の実施例について図示して説明したが、以下の特許請求範囲によって決められる本発明の技術的思想を逸脱しない範疇内で本発明が多様に改良及び変形されることができるのは当該分野で通常の知識を持った者に明らかであろう。

本発明は、“Ｖ”字形溝の寸法を改善することで、低速でのトルクリップル及び騷音を画期的に減少させることができる埋込型永久磁石同期電動機に適用可能である。

１００ 回転子
２００ 湾入溝
３００ 永久磁石

Claims (5)

1. 回転子（１００）の外周面において隣り合う永久磁石（３００、３００’）の間の部位に湾入した“Ｖ”字形の湾入溝（２００）が形成され、
   前記湾入溝（２００）は、湾入した最内側の円弧状の端部（２２０）と、前記端部（２２０）に接続された一対の直線部と、を含み、
   前記一対の直線部の延長線が交わる頂点と、前記一対の直線部とによって画定される前記湾入溝（２００）の電気角が１０３〜１０７°であり、
   前記湾入溝（２００）は回転子（１００）の外周面から回転子（１００）の内側に向かって形成され、その深さ（Ｈ）は回転子（１００）の外径の４．５〜４．７％であることを特徴とする、埋込型永久磁石同期電動機。
2. 前記永久磁石（３００）は回転子（１００）の内部に一列に連続して配置されることを特徴とする、請求項１に記載の埋込型永久磁石同期電動機。
3. 前記永久磁石（３００）は極対の数が８であり、Ｎ極とＳ極が総１６個でなることを特徴とする、請求項２に記載の埋込型永久磁石同期電動機。
4. 前記湾入溝（２００）は、湾入した最内側の端部（２２０）が円弧状に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の埋込型永久磁石同期電動機。
5. 前記湾入溝（２００）の最内側端部（２２０）は０．３３〜１ｍｍの半径を持つ円弧状に形成されることを特徴とする、請求項４に記載の埋込型永久磁石同期電動機。