KR100597678B1 - 영구자석형 전동기의 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석형 전동기의 회전자에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 적층된 코어 철심의 내부에 자화방향이 다른 영구자석을 삽입함으로써 자속밀도를 크기를 키움과 동시에 공극자속밀도분포가 정현적으로 나타나게 할 수 있는 영구자석형 전동기의 회전자를 제공함에 있다.

또한 자화방향이 다른 다수개의 영구자석을 특정한 방향으로 배치시킴으로써 극형성에 유리하고, 철손을 저감 시킬 수 있는 영구자석형 전동기의 회전자를 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명은 서로 대응하는 단부가 소정거리 이격되어 있고 반대극성을 가지고 있는 제1마그넷 및 제2마그넷과, 상기 제1마그넷과 제2마그넷 사이에 위치하며 제1마그넷 및 제2마그넷의 자속을 보조하기 위한 보조마그넷을 포함한다.

Description

영구자석형 전동기의 회전자{A rotor of permanent magnet type motor}

도 1은 종래의 영구자석형 동기모터를 도시한 횡단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 영구자석형 동기모터를 도시한 횡단면도이다

도 3은 도 2에 도시한 영구자석형 동기모터의 회전자를 도시한 횡단면도이다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 영구자석형 동기모터의 회전자를 도시한 횡단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 고정자

11 : 고정자 슬롯

20 : 회전자

21a, 21b, 21c : 영구자석

본 발명은 영구자석형 전동기의 회전자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영구 자석을 극 형성에 유리하도록 배치하여 철손을 감소시키고 진동 및 소음을 저감 시키는 영구자석형 전동기의 회전자에 관한 것이다.

일반적으로, 가전기기, 산업기기 등 전 산업분야 및 전기분야에 있어서 소정 원동력을 발생시키는 구동장치로는 전기에 의해 구동 되는 모터가 사용되고 있다. 이와 같이 구동장치로 많이 사용되는 모터는 그 구조 및 특성이 사용하고자 하는 목적에 따라 달라지게 되는데, 이 중 영구자석형 동기모터는 전기자 권선이 형성되어 있는 고정자(stator)와 고정자의 내부에서 회전하는 회전자(rotor)로 구성되어 있어 그 구조가 간단하고 고성능화가 가능하여 공기 조화기, 냉장고 등에 장착되는 압축기나 산업기기 등에 많이 사용되고 있다.

동기모터는 도 1에 도시한 바와 같이, 크게 회전자(4)와 고정자(1)로 구성되며, 고정자(1)에는 고정자철심(3)의 내주면에 고정자코일을 권선하기 위한 반폐형의 슬롯(2)이 형성되며, 회전자(4)에는 회전자철심(5)의 내부에 복수의 영구자석(6)이 내설되어 다수의 계자극을 형성한다.

이와 같이 고속으로 회전하는 회전자(4)는 적층 된 코어내부에 영구자석(6)이 삽입됨으로써 자계를 형성하며, 고정자(1)는 외부회로와 연결되어 전류 및 전압제어를 수행함으로써 고정자(1)의 회전자계 생성 및 속도가변이 가능하게 된다. 이처럼 동기모터는 고정자(1)측의 1차 도체(미도시)에 흐르는 전류로 인하여 발생된 회전자계와 회전자(4)에 삽입된 영구자석(6)에 의해 형성된 자계에 의해 회전함으로써 토크가 발생한다. 또한 구동회로 인 인버터(미도시)에 의하여 고정자 권선의 전류 크기 및 주파수가 가변 됨으로써 회전자계의 속도가 변하고 이에 따라 영구자 석(6)에 의해 형성된 자계를 갖는 회전자(4)의 회전속도도 제어가 가능하게 된다.

그러나 동기모터 회전자의 영구자석의 배치구조 및 형상의 변화에 따라 공극자속밀도의 파형이 달라질 수 있게 되고, 이에 따라 고정자 코일로 야기되는 역기전압 값이 작게 발생하게 되거나 누설이 크게 발생하게 되는데, 종래의 회전자의 영구자석 배치구조 및 형상의 경우 자속의 유도가 원활하지 않아 역기전압 값이 작아지는 문제점이 있었다.

또한 종래의 회전자 구조에 따른 공극자속밀도의 분포와 파형은 정현적이지 않아 동기모터의 소음 및 진동을 야기하게 되고, 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 적층된 코어 철심의 내부에 자화방향이 다른 영구자석을 삽입함으로써 자속밀도를 크기를 키움과 동시에 공극자속밀도분포가 정현적으로 나타나게 할 수 있는 영구자석형 전동기의 회전자를 제공함에 있다.

또한 자화방향이 다른 다수개의 영구자석을 특정한 방향으로 배치시킴으로써 극형성에 유리하고, 철손을 저감시킬 수 있는 영구자석형 전동기의 회전자를 제공함에 있다.

또한 전동기의 소음 및 진동을 저감시킬 수 있는 영구자석형 전동기의 회전자를 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서로 대응하는 단부가 소정거리 이격되어 있고 반대극성을 가지고 있는 제1마그넷 및 제2마그넷과, 상기 제1마그넷과 제2마그넷 사이에 위치하며 제1마그넷 및 제2마그넷의 자속을 보조하기 위한 보조마그넷을 포함한다.

또한 상기 제1마그넷 및 제2마그넷은, 원주방향으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1마그넷 및 제2마그넷은, 반경방향에 대해 직각방향으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 보조마그넷은, 반경방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1마그넷 및 제2마그넷 및 보조마그넷은 하나의 그룹을 이루며 회전자 내에 상기 그룹이 복수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 영구자석형 동기모터는 전원이 인가되는 코일이 형성되어 있는 고정자(10)와, 고정자(10)의 내측에 회전 가능하게 삽입된 회전자(20)로 구성되어 있다. 고정자(10)에는 고정자 철심(12)의 내주면에 고정자코일을 권선하기 위한 반폐형의 슬롯(11)이 형성되어 있다. 회전자(20)는 메인코어(23)를 원통형이 되게 적층하고, 메인코어(23)의 내부에 마련된 영구자석(permanent magnet) 삽입홈(미도시)에 자화방향이 다른 영구자석(21)을 안착 시키고, 코킹(22)으로 결합한 후 영구자석(21)을 삽입한 메인코어(23)의 적층방향의 위 와 아래를 커버 플레이트(미도시)를 씌움으로써 영구자석(21)의 이탈을 방지하도록 되어 있다.

회전자의 구조를 도 3을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 메인코어(23) 내부에 마련된 영구자석 삽입홈에 자화방향이 각기 다른 복수의 영구자석(21a, 21b, 21c)이 나란히 밀착되어 삽입된다. 삽입되는 영구자석(21)의 배치형상은 반경방향으로 착자 된 제1 및 제2 영구자석(21a, 21b)이 소정 거리만큼 이격 되어 배치되고, 제1 및 제2 영구자석(21a, 21b)의 사이에 원주방향으로 착자 된 보조 영구자석(21c)이 배치되어 제1 및 제2 영구자석(21a, 21b)에 의한 극형성을 돕는다.

제1 및 제2 영구자석(21a, 21b)은 서로 반대극성을 가지며, 보조 영구자석(21c)은 제1 및 제2영구자석(21a, 21b)에 의해 형성되는 자속(Φ)의 진행방향에 맞도록 극성이 결정된다. 이와 같이 제1 및 제2 영구자석(21a, 21b), 보조 영구자석(21c)으로 이루어진 영구자석(21)의 배치구조가 회전자 내에 다수 형성된다.

상기와 같이 구성된 동기모터는 회전자(20) 내에 영구자석(21)이 삽입되어 있으므로,영구자석(21)에 의한 일정한 자계가 형성된다. 고정자(10) 내부에 권선 된 코일에 연결된 인버터(미도시)에 전원이 인가되면, 인버터는 전류제어 혹은 전압제어를 수행하여 각 상을 순차적으로 여자 시키면, 이에 고정자(10) 전류에 의한 회전자계가 생성된다. 고정자(10) 권선에 흐르는 전류가 인버터에 의해 회전 주파수에 따라 변하게 되면 고정자(10) 내주 면에 소정간격의 공극을 두고 설치된 영구자석형 동기모터의 회전자(20)가 회전하게 된다. 이 때 회전자(20)의 회전속도는 인버터의 스위칭 주파수를 변화시켜서 가변 할 수 있다. 이 때 고정자(10) 코일에 인가되는 고정자 전류에 의한 회전자계와 회전자(20)에 삽입된 영구자석(21)에 의한 자계에 의해 토크가 발생된다.

이와 같은 원리에 따라 동기모터에 일정한 자계가 형성될 경우, 회전자(20)의 영구자석(21)에서 발생한 자속(Φ)은 고정자(10)의 고정자철심(12)으로 진행한 후 다시 회전자(20)로 궤환되어 회전자(20)와 고정자(10) 사이에 자속(Φ)에 의한 자기회로가 구성되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1영구자석(21a)에서 발생된 자속(Φ)이 고정자의 고정자철심(12)을 통과한 후, 다시 제 2영구자석(21b)으로 진행하며, 제 2영구자석(21b)으로 진행한 후에 보조 영구자석(21c)을 통해 다시 제 1영구자석(21a)으로 궤환되는 모습을 볼 수 있다.

이 때 자속(Φ)은 회전력을 발생시키는 중요한 인자로서, 자속(Φ)의 밀도가 크고, 그 흐름이 원활할수록 회전자(20)의 회전력이 강하게 발생하게 된다. 또한 자속(Φ)은 토크와도 밀접한 관계를 가지고 있어, 회전자(20)에 발생되는 토크는 한 자극피치의 평균자속밀도와 매극당 자속(Φ)에 비례하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이 영구자석(21)이 삽입될 경우 제 1영구자석(21a)에서 발생한 자속(Φ)이 발산되지 않고 제 1영구자석(21a)과 반대극성을 가지는 제 2영구자석(21b)으로 유입되게 되고, 제 2영구자석(21b)으로 유입된 자속(Φ)은 제 1영구자석(21a)과 제 2영구자석(21b) 사이에 배치된 보조 영구자석(21c)에 의해 바로 제 1영구자석(21a)으로 유입되게 되어 자속(Φ)의 경로가 단축되게 되고, 공극자속밀도의 크기가 향상되게 된다.

한편, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 영구자석(21)의 삽입형태를 도 시한 것으로, 제 1 및 제 2영구자석(21a’, 21b’)이 원주방향으로 착자 된 보조 영구자석(21c’)과 직각을 이루며 일직선의 좌우 대칭구조로 삽입되어 있다. 제1실시예와 마찬가지로 제 1 및 제 2영구자석(21a’, 21b’)은 반대극성을 가지고 있으며, 보조 영구자석(21c’)은 제1 및 제 2영구자석(21a’, 21b’)에 의해 형성되는 자속(Φ)의 진행방향에 맞추어 극성을 가지게 된다. 또한 제1실시예와 같은 원리로 제1 및 제 2 영구자석(21a’, 21b’)과 보조 영구자석(21c’) 사이에 자계가 형성되어 자속(Φ)의 경로가 단축되게 되고, 공극자속밀도의 크기가 향상되게 됨은 물론이다.

상기한 실시예 외에 제1 및 제 2영구자석과 보조 영구자석의 삽입형태의 기본적인 구조를 벋어나지 않는 범위 내에서 영구자석의 배치형상이 변형될 수 있음은 물론이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의할 경우 회전자 내부에 안착되는 영구자석의 삽입형태와 구조를 개선함으로써 공극자속밀도의 크기가 향상되어 전동기의 특성 및 효율을 개선할 수 있고, 공극자속밀도의 분포형태가 정현적으로 됨으로써 소음 및 진동을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 자화방향이 다른 다수의 영구자석을 극이 잘 형성되도록 배치함으로써 자속의 경로가 단축되어 누설자속이 감소되고 철손을 저감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 서로 대응하는 단부가 소정거리 이격되어 있고 반대극성을 가지고 있는 제1마그넷 및 제2마그넷과,

   상기 제1마그넷과 제2마그넷 사이에 위치하며 제1마그넷 및 제2마그넷의 자속을 보조하기 위한 보조마그넷을 포함하는 영구자석형 전동기의 회전자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1마그넷 및 제2마그넷은, 원주방향으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 회전자.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제1마그넷 및 제2마그넷은, 반경방향에 대해 직각방향으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 회전자.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 보조마그넷은, 반경방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 회전자.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1마그넷 및 제2마그넷 및 보조마그넷은 하나의 그룹을 이루며 회전자 내에 상기 그룹이 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석형 전동기의 회전자.

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