KR100263533B1 - A structure for skewing permanent magnet of servo motor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A permanent magnet skew structure of a servo motor is provided to reduce a torque ripple by varying a skew arrangement form of a permanent magnet which is installed at a rotor. CONSTITUTION: Rotor layers(24) are stacked with respect to an axis direction of a servo motor. A half of rotor layers(25) are symmetrically installed with respect to other half of rotor layers(26). Permanent magnets(20) of the rotor layers(25,26) are arranged by a predetermined skew angle. The permanent magnets(20) are formed by a segment magnet which has a piece member shape. The permanent magnets(20) are exterior or interior decorated to rotor cores(22) to form one rotor layer(24). A piercing hole is formed at the rotor core(22). A skew angle of the rotor core(22) is determined according to a deviating angle of the piercing hole with respect to a center line.

Description

서보모터의 영구자석 스큐 구조 (A structure for skewing permanent magnet of servo motor)A structure for skewing permanent magnet of servo motor

본 발명은 서보모터의 영구자석 스큐구조에 관한 것으로서, 특히, 서보모터의 회전자에 설치된 영구자석의 설치 배열을 달리하여 저속시 코깅토크에 의한 토크리플을 감소시킬 수 있도록 한 서보모터의 영구자석 스큐구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a permanent magnet skew structure of a servomotor, and in particular, a permanent magnet of a servomotor that can reduce torque ripple due to cogging torque at low speeds by varying the arrangement of permanent magnets installed in a rotor of the servomotor. It is about skew structure.

일반적으로, 동기형 서보모터는 정숙한 속도제어의 특성을 구현하기 위해, 속도리플을 악화시키는 주원인인 서보모터의 토크 맥동,즉, 토크리플을 감소시켜야 한다.In general, a synchronous servomotor needs to reduce torque pulsation, that is, torque ripple of a servomotor, which is a main cause of deterioration of speed ripple, in order to realize a quiet speed control characteristic.

이 토크리플은, 서모모터가 저속구동을 할 때, 전기자(고정자)와 계자(회전자) 사이의 공극에서 자기에너지의 불균일로 발생하는 코깅토크에 의해 발생되는 바, 이 코깅토크를 감소시키는 것이 곧, 서보모터의 저속 구동 특성을 향상시키는 것이다.This torque ripple is caused by cogging torque caused by non-uniformity of magnetic energy in the gap between the armature (stator) and the field (rotor) when the thermomotor is driving at low speed, which reduces the cogging torque. In other words, the low speed driving characteristics of the servomotor are improved.

즉, 최근에는 영구자석으로서 고급 희토류자석을 많이 채용하여, 고정자와 회전자 사이의 공극자속밀도를 높인 모터가 많이 개발되고 있다.That is, in recent years, many motors have been developed that employ many high quality rare earth magnets as permanent magnets and increase the pore flux density between the stator and the rotor.

이러한 형태의 모터는 소형, 경량 및, 고성능의 특성을 가지고 있어, 모터의 고속화 요구에는 최적이지만, 회전자의 관성모멘트가 작아지고, 코깅토크가 크게 됨에 따라 저속회전시 속도리플, 즉, 토크리플의 문제점을 발생한다.This type of motor has the characteristics of small size, light weight, and high performance, so it is most suitable for the high speed demand of the motor, but as the inertia moment of the rotor becomes smaller and the cogging torque is increased, the speed ripple, that is, torque ripple at low speed rotation, is achieved. Causes problems.

이 코깅토크를 감소시키기 위해, 각종 방안이 제시되어 있는 바, 이 방안 들 중, 기술적인 난이도 및 경제성을 고려하여 가장 널리 채택되고 있는 것이 회전자의 영구자석을 스큐(skew) 배열하여 설치하는 것이다.In order to reduce this cogging torque, various methods have been proposed. Among these methods, the most widely adopted in consideration of technical difficulty and economic efficiency is to skew the permanent magnets of the rotor and install them. .

즉, 회전자는 다수개의 로터코어코어와 영구자석이 교대로 배열되어 이루어져 있는 바, 이 로터코어코어에 영구자석을 배열하되, 각 로터코어코어마다 이 영구자석의 배열 각도를 조금씩 달리하면, 이 로터코어코어를 다층으로 적층하였을 때, 각 로터코어코어의 영구자석이 서로 경사지게 배열되는 것이다.That is, the rotor is composed of a plurality of rotor core cores and permanent magnets alternately arranged, the permanent magnets are arranged in the rotor core cores, and the rotor core cores have different rotor angles. When the core cores are stacked in multiple layers, the permanent magnets of the rotor core cores are arranged to be inclined with each other.

그런데, 종래의 영구자석 스큐 구조는 축방향에 대해 일정한 각도로만 배열되어 있어, 축방향으로 주기적인 흡인력을 유발하여 모터의 축방향으로 진동이 발생되는 요인이 된 한편, 코깅토크를 효율적으로 감소시키지 못하였다.However, the conventional permanent magnet skew structure is arranged only at a certain angle with respect to the axial direction, causing periodic suction in the axial direction, causing vibration in the axial direction of the motor, while not effectively reducing cogging torque. I couldn't.

예컨대, 도 4a 및 도 4b와, 도 5a 및 도 5b는 종래의 기술 구성에 의해 서로 다른 형태의 회전자(50,60)에 영구자석(51,61)이 스큐 배열된 상태를 도시한것으로서, 어느 쪽 모델이나 회전자(50,60)의 축방향에 대해 영구자석(51,61)이 일정하게 경사각도를 유지하며 배열되는 것으로 이루어져 있다.For example, FIGS. 4A and 4B, and FIGS. 5A and 5B illustrate a state in which permanent magnets 51 and 61 are skewed to different types of rotors 50 and 60 according to a conventional technology configuration. In either model, the permanent magnets 51 and 61 are arranged to maintain a constant inclination angle with respect to the axial direction of the rotors 50 and 60.

여기에서, 도 4a 및 도 4b는 회전자(50)의 구성요소인 로터코어(52)에 대해 영구자석(51)이 로터코어(52)의 외측면에 부착된 형태를 도시한 것이고, 도 5a 및 도 5b는 로터코어(62)에 대해 영구자석(61)이 내장설치된 상태를 도시한 것이다.4A and 4B illustrate a form in which the permanent magnet 51 is attached to the outer surface of the rotor core 52 with respect to the rotor core 52 that is a component of the rotor 50, and FIG. 5A. 5B illustrates a state in which the permanent magnets 61 are installed in the rotor core 62.

따라서, 이와같은 종래의 기술 구성에 의하면, 영구자석의 스큐각이 일방향으로만 부여되어 있어, 저속회전 중 모터의 축방향에 대해 주기적인 흡인력을 유발하여 축방향의 진동이 발생되는 문제점이 있었다.Therefore, according to such a prior art configuration, the skew angle of the permanent magnet is given only in one direction, causing a periodic suction force in the axial direction of the motor during low-speed rotation, thereby causing axial vibration.

이에 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 회전자에 설치된 영구자석의 스큐 배열 형태를 달리하여, 서보모터의 저속 구동시 코깅토크에 의한 토크리플을 감소할 수 있도록 한 서보모터의 영구자석 스큐 구조를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by varying the skew arrangement of the permanent magnet installed in the rotor, to reduce the torque ripple due to cogging torque during low-speed drive of the servo motor The purpose is to provide a permanent magnet skew structure.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 영구자석을 구비한 회전자층을 적층하여 이 영구자석을 스큐 배열시킨 서보모터의 영구자석 스큐 구조에 있어서, 서보모터의 축방향에 대해 상기 회전자층이 짝수개 적층되어, 절반의 회전자층이 다른 절반의 회전자층에 대해 대칭으로 설치되어 있되, 이 양 회전자층의 영구자석이 소정의 스큐각으로 배열 설치된 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above object, in the permanent magnet skew structure of a servomotor in which a rotor layer having permanent magnets is stacked and skewed thereon, the rotor layer with respect to the axial direction of the servomotor is provided. The even number is laminated, and the half rotor layer is provided symmetrically with respect to the other half rotor layer, and the permanent magnets of these rotor layers are arranged at a predetermined skew angle.

도 1a는 본 고안에 따른 외장형 영구자석의 스큐구조를 나타낸 외관도이고Figure 1a is an external view showing the skew structure of the external permanent magnet according to the present invention

도 1b는 도 1a의 C-C 선을 따라 절개한 단면도,1B is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 1A;

도 2a는 본 고안에 따른 내장형 영구자석의 스큐구조를 나타낸 외관도,Figure 2a is an external view showing a skew structure of the built-in permanent magnet according to the present invention,

도 2b는 도 2a의 D-D 선을 따라 절개한 단면도,Figure 2b is a cross-sectional view taken along the line D-D of Figure 2a,

도 3a 및 도 3b는 본 고안에 따른 영구자석의 스큐각을 설명하기 위한 도면,3a and 3b is a view for explaining the skew angle of the permanent magnet according to the present invention,

도 4a는 종래의 기술 구성에 따른 외장형 영구자석의 스큐구조를 나타낸 외관도,Figure 4a is an external view showing a skew structure of the external permanent magnet according to the prior art configuration,

도 4b는 도 4a의 A-A 선을 따라 절개한 단면도,4B is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 4A;

도 5a는 종래의 기술 구성에 따른 내장형 영구자석의 스큐구조를 나타낸 외관도,Figure 5a is an external view showing a skew structure of the built-in permanent magnet according to the prior art configuration,

도 5b는 도 5a의 B-B 선을 따라 절개한 단면도이다.5B is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG. 5A.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *

10,20-영구자석 12,22-로터코어10,20-permanent magnet 12,22-rotorcore

14,24-회전자층 27-관통구멍14,24- rotor layer 27- through hole

이하 첨부된 도면에 의해 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 고안에 따른 서보모터의 영구자석 스큐 구조를 도시한 것으로서, 도 1은 영구자석(10)을 로터코어(12) 외측면에 부착시킨 회전자층(14)의 적층 배열 상태를 도시한 것이고, 도 2는 영구자석(20)을 로터코어(22)에 내장 설치하여 링형태로 구성한 회전자층(24)의 배열 상태를 도시한 것이다.1 and 2 show a permanent magnet skew structure of a servomotor according to the present invention, and FIG. 1 shows a lamination arrangement of a rotor layer 14 having a permanent magnet 10 attached to an outer surface of a rotor core 12. 2 illustrates an arrangement state of the rotor layer 24 having a permanent magnet 20 installed in the rotor core 22 and configured in a ring shape.

즉, 도시된 바에 의하면, 본 고안에 따른 영구자석의 스큐 구조는, 서보모터의 축방향에 대해 상기 회전자층(14,24)이 짝수개 적층되어 있되, 절반의 회전자층(15,25)이 다른 절반의 회전자층(16,26)에 대해 대칭으로 설치되어 있고, 이 양 회전자층(15,25,16,26)의 영구자석(10,20)이 소정의 스큐각으로 배열 설치되는 것으로 이루어져 있다.That is, as shown, in the skew structure of the permanent magnet according to the present invention, the rotor layers 14 and 24 are evenly stacked in the axial direction of the servomotor, but the rotor layers 15 and 25 are half of the rotor layers. ) Is provided symmetrically with respect to the other half rotor layers 16 and 26, and the permanent magnets 10 and 20 of these rotor layers 15, 25, 16 and 26 are arranged at a predetermined skew angle. Consists of being installed.

여기에서, 상기 영구자석(10,20)은 조각편 형태인 세그먼트자석으로 이루어져, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 로터코어(12,22)에 외장되거나 내장되어져 하나의 회전자층(14,24)으로 구성되어진다.Here, the permanent magnets (10, 20) is made of a segment magnet in the form of pieces, as shown in Figs. 1 and 2, the rotor core (12, 22) or is embedded in one rotor layer 14, 24).

이하, 도 2에 의해, 영구자석(20)이 로터코어(22)에 내장설치된 형태의 회전자를 본 고안에 따라 배열한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 2, an embodiment in which the permanent magnet 20 is arranged in accordance with the present invention, the rotor of the form provided in the rotor core 22 will be described in detail.

우선 세그먼트 형태의 자석을 착자하여 착자자석, 즉, 영구자석(20)으로 한 후, 이 영구자석(20)을 로터코어(22)에 결합시키되, 이 영구자석(20)과 로터코어(22)를 교대로 배열하여 링형태로 꾸며 하나의 회전자층(24)을 만든다.First, the magnets in the form of segments are magnetized to form magnets, that is, permanent magnets 20, and then the permanent magnets 20 are coupled to the rotor cores 22, and the permanent magnets 20 and the rotor cores 22 are formed. Are arranged alternately to form a ring shape to form one rotor layer (24).

이때, 상기 로터코어(22)에는 그 중심선(C)에 대해 일측으로 편중한 위치에 관통구멍(27)이 각각 가공되어 있어, 상기 중심선(C)에 대한 관통구멍(27)의 편중각도(θ)에 따라 스큐각이 결정된다.At this time, through-holes 27 are machined in the rotor core 22 at positions biased to one side with respect to the center line C, and the deflection angle θ of the through-hole 27 with respect to the center line C. ), The skew angle is determined.

즉, 본 고안에 따른 실시예에서는 4개의 회전자층(24), 제 1, 2, 3, 4 회전자층(25a,25b,26a,26b)이 이용되어지는 바, 각 회전자층(25a,25b,26a,26b)의 로터코어(22)에 형성된 관통구멍(27)의 편심위치를 달리하여 회전자층(25a,25b,26a,26b)를 서로 결합하면 상기 영구자석(20)이 서로 어긋나면서 소정의 스큐각을 형성하게 되는 것이다.That is, in the embodiment according to the present invention, four rotor layers 24, first, second, third, and fourth rotor layers 25a, 25b, 26a, and 26b are used. Each rotor layer 25a is used. When the rotor layers 25a, 25b, 26a, and 26b are coupled to each other by changing the eccentric positions of the through holes 27 formed in the rotor cores 22 of 25b, 26a, and 26b, the permanent magnets 20 A predetermined skew angle is formed while shifting.

보다 상세하게 설명하면, 도 3a에는 제 1 회전자층(25a)과 제 2 회전자층(25b)이 서로 어긋나게 설치되는 상태가 도시되어 있는 바, 제 1 회전자층(25a)의 관통구멍(27a)은 중심선(C)에 대해 오른 쪽으로 α각 만큼 편중되어 있고, 제 2 회전자층(25b)의 관통구멍(27b)은 상기 중심선(C)에 대해 왼 쪽으로 β각 만큼 편중되어 있다.More specifically, in FIG. 3A, a state in which the first rotor layer 25a and the second rotor layer 25b are disposed to be shifted from each other is shown. As a result, the through hole of the first rotor layer 25a is shown. 27a) is biased by the α angle to the right with respect to the centerline C, and the through hole 27b of the second rotor layer 25b is biased by the β angle to the left with respect to the centerline C.

이와같은 구조로 이루어진 제 1 회전자층(25a)과 제 2 회전자층(25b)의 각 관통구멍(27a,27b)을 보울트 등으로 연통시키면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 1 회전자층(25a)의 영구자석(20a)에 대해 제 2 회전자층(25b)의 영구자석(20b)은 결국 상기 α각과 β각을 합한 각도(γ)만큼 이동하게 된다.When the through holes 27a and 27b of the first rotor layer 25a and the second rotor layer 25b having such a structure communicate with each other by bolts, as shown in FIG. 3B, the first rotor The permanent magnet 20b of the second rotor layer 25b with respect to the permanent magnet 20a of the layer 25a eventually moves by the angle γ of the sum of the α and β angles.

즉, 이 γ각이 영구자석(20a,20b)의 스큐각이 되고, 이 제 1, 2 회전자층(25a,25b)이 서로 결합된 상태에서 이 양 회전자층(25a,25b)의 영구자석(20a,20b)은 서로 어긋나게 스큐 배열될 수 있는 것이다.In other words, the gamma angle becomes the skew angle of the permanent magnets 20a and 20b, and the permanent portions of the rotor layers 25a and 25b are combined with the first and second rotor layers 25a and 25b coupled to each other. The magnets 20a and 20b may be skewed to be offset from each other.

한편, 이와같이 적층된 제 1 회전자층(25a)과 제 2 회전자층(25b)에 대해 제 3 회전자층(26a) 및 제 4 회전자층(26b)은 본 고안에 따라 다음과 같이 적층된다.Meanwhile, with respect to the first rotor layer 25a and the second rotor layer 25b stacked in this manner, the third rotor layer 26a and the fourth rotor layer 26b are laminated as follows according to the present invention. do.

여기에서, 상기 제 3 회전자층(26a)은 상기 제 2 회전자층(25b)과 그 관통구멍(27)의 배열 형태가 동일하고, 제 4 회전자층(26b)는 상기 제 1 회전자층(25a)와 그 관통구멍(27)의 배열 형태가 동일 하다.Here, the third rotor layer 26a has the same arrangement as that of the second rotor layer 25b and the through hole 27, and the fourth rotor layer 26b has the first rotor. The arrangement of the layer 25a and its through hole 27 is the same.

따라서, 상기 제 1, 2, 3, 4 회전자층(25a,25b,26a,26b)의 순서대로 적층한 후, 각 관통구멍(27)을 보울트(B) 등으로 서로 연통시키면, 도 2에 도시된 바와 같이, 모터의 축방향에 대해 상기 제 1, 2 회전자층(25a,25b)과 제 3, 4 회전자층(26a,26b)은 서로 대칭상태에 있게 되는 것이다.Therefore, after stacking the first, second, third, and fourth rotor layers 25a, 25b, 26a, and 26b in order, the respective through holes 27 communicate with each other by a bolt B or the like. As shown, the first and second rotor layers 25a and 25b and the third and fourth rotor layers 26a and 26b are symmetrical with respect to the axial direction of the motor.

이상 설명한 실시예는 회전자층(24)을 4개에 한정하여 배열 설치한 것을 설명한 것이나, 이 회전자층(24)을 짝수배로서 그 적층수를 늘릴 수 있는 것은 물론이다.The embodiment described above describes the arrangement of only four rotor layers 24 arranged thereon, but of course, the number of stacked layers can be increased by an even multiple of the rotor layers 24.

상기한 바와 같이 배열설치되는 회전자층(24)을 구비한 서보모터는 저속시 다음과 같이 구동되어진다.The servomotor having the rotor layer 24 arranged as described above is driven as follows at low speed.

즉, 모터의 축방향에 대해 상기 제 1, 2 회전자층(25a,25b)의 스큐각과 상기 제 3, 4 회전자층(26a,26b)의 스큐각이 서로 대칭되게 형성되어 있기 때문에, 고정자(미도시함)에 대해 상기 제 1, 2 회전자층(25a,25b)간의 공극에서 발생되는 흡인력 혹은 반발력은, 상기 고정자에 대해 상기 제 3, 4 회전자층(26a,26b)간의 공극에서 발생되는 흡인력 혹은 반발력과 서로 상쇄되는 방향으로 작용한다.That is, since the skew angles of the first and second rotor layers 25a and 25b and the skew angles of the third and fourth rotor layers 26a and 26b are formed symmetrically with respect to the axial direction of the motor, the stator The suction or repelling force generated in the gap between the first and second rotor layers 25a and 25b with respect to the stator is equal to the gap between the third and fourth rotor layers 26a and 26b with respect to the stator. It acts in a direction that is offset from the suction or repulsion force generated.

따라서, 고정자에 대해 회전자가 저속회전할 때, 양자간의 흡인력 또는 반발력에 의해 모터가 축방향으로 진동하는 것이 방지될 수 있는 것이다.Therefore, when the rotor rotates at a low speed with respect to the stator, the motor can be prevented from vibrating in the axial direction by the suction force or the repulsive force between them.

또한, 공극에서의 불균일한 자기에너지 때문에 발생되는 코깅토크는 대칭되는 각 층에서 경사조립되는 영구자석에 의해 상쇄되어 외부로 나타나지 않게 된다.In addition, the cogging torque generated due to uneven magnetic energy in the voids is offset by permanent magnets inclined in each symmetrical layer and does not appear to the outside.

이상 설명한 본 발명에 따른 서보모터의 영구자석 스큐 구조에 의하면, 영구자석의 스큐배열이 서로 대칭되게 이루어짐으로써, 모터가 저속 회전시 축방향으로 진동되는 것이 방지되고, 코깅토크의 발생이 현저하게 줄어들어, 저속회전시 서보모터의 정숙한 속도제어특성을 도모하는 데에 우수한 효과가 있는 것이다.According to the permanent magnet skew structure of the servomotor according to the present invention described above, since the skew arrangement of the permanent magnets is symmetrical with each other, the motor is prevented from vibrating in the axial direction at low speed, and the occurrence of cogging torque is significantly reduced. In addition, it has an excellent effect in achieving quiet speed control characteristics of the servo motor at low speed rotation.

Claims (1)

영구자석(20)을 구비한 회전자층(24)을 적층하여 이 영구자석(20)을 스큐 배열시킨 서보모터의 영구자석 스큐 구조에 있어서, 서보모터의 축방향에 대해 상기 회전자층(24)이 짝수개 적층되어 있고, 이 적층된 회전자층(24) 중, 절반의 회전자층(25)이 다른 절반의 회전자층(26)에 대해 대칭으로 설치되어 있되, 이 양 회전자층들(25,26)의 영구자석(20)이 소정의 스큐각으로 배열 설치된 것을 특징으로 하는 서보모터의 영구자석 스큐 구조.In the permanent magnet skew structure of a servomotor in which a rotor layer 24 including a permanent magnet 20 is stacked and skewed to arrange the permanent magnet 20, the rotor layer 24 with respect to the axial direction of the servomotor. ) And even number of rotor layers 24, half of the rotor layers 25 are provided symmetrically with respect to the other half of the rotor layers 26, and both rotor layers Permanent magnet skew structure of the servomotor, characterized in that the permanent magnet 20 of the field (25, 26) is arranged at a predetermined skew angle.
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