KR100808287B1

KR100808287B1 - 감소된 고정자 극수를 가지는 개량된 다상 브러시리스 모터

Info

Publication number: KR100808287B1
Application number: KR1020060049326A
Authority: KR
Inventors: 도모카즈 이시카와; 마사유키 나시키
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2008-02-29
Also published as: US7569962B2; CN1881758B; JP4626405B2; JP2006340487A; KR20060125581A; DE102006025396B4; CN1881758A; DE102006025396A1; US20060273684A1

Abstract

본 발명에 따른 브러시리스 모터는, A개의 상들 중 어느 하나의 상에 각각 대응하는 각각의 A개의 고정자 극으로 이루어진 S개의 고정자 극 세트를 형성하는 q개의 고정자 극을 가지는 고정자; 및 상기 고정자 극을 향하도록 배치되는 p개의 회전자 극을 가지는 회전자를 포함하되, 상기 A는 2 이상의 정수이고, 상기 q는 A 이상의 정수이며, 상기 S는 q/A의 정수이고, 상기 p는 2 이상의 정수이며, 상기 p는 상기 q 이상이고, S개의 고정자 극 세트 각각에서 A개의 고정자 극 중 인접한 어느 두 개 사이의 전기각 위치의 차가 (360°/A)가 되도록 상기 고정자 극은 모터의 원주방향으로 배치되는 A개의 상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

고정자 극, 고정자, 회전자 극, 회전자, 전기각 위치, 브러시리스 모터

Description

감소된 고정자 극수를 가지는 개량된 다상 브러시리스 모터{IMPROVED MULTI-PHASE BRUSHLESS MOTOR WITH REDUCED NUMBER OF STATOR POLES}

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러시리스 모터의 전체 구성을 나타내는 단면도.

도2는 도1의 브러시리스 모터의 제1변형예를 나타내는 단면도.

도3은 도1의 브러시리스 모터의 제2변형예를 나타내는 단면도.

도4는 도1의 브러시리스 모터의 제3변형예를 나타내는 단면도.

도5는 도1의 브러시리스 모터의 제4변형예를 나타내는 단면도.

도6은 도1의 브러시리스 모터의 제5변형예를 나타내는 단면도.

도7은 도1의 브러시리스 모터의 제6변형예를 나타내는 단면도.

도8은 도1의 브러시리스 모터의 제7변형예를 나타내는 단면도.

도9는 도1의 브러시리스 모터의 제8변형예를 나타내는 단면도.

도10은 도1의 브러시리스 모터의 제9변형예를 나타내는 단면도.

도11은 도1의 브러시리스 모터의 제10변형예를 나타내는 단면도.

도12는 도1의 브러시리스 모터의 제11변형예를 나타내는 단면도.

도13은 도1의 브러시리스 모터의 제12변형예를 나타내는 단면도.

도14는 도1의 브러시리스 모터의 제13변형예를 나타내는 단면도.

도15는 도1의 브러시리스 모터의 제14변형예를 나타내는 단면도.

도16은 종래 브러시리스 모터의 전체 구성을 나타내는 단면도.

도17은 도16의 종래 브러시리스 모터에서 회전자 극 피치와 고정자 극 각폭 사이의 관계를 나타내는 개략도.

도18은 브러시리스 모터에 사용된 분포권선법을 나타내는 개략도.

도19는 도16의 종래 브러시리스 모터에 사용된 고정자 코어의 분할구조를 나타낸 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 회전자 11 : 회전자 코어

13 : 영구자석 20 : 고정자

22 : 고정자 권선 23 : 고정자 코어

본 발명은 자동차, 가전제품, 및 산업제품용의 브러시리스 영구자석 모터에 관한 것으로, 특히 고정자 극수가 회전자 극수 보다 적은 개량된 구성을 가지는 다상 브러시리스 영구자석 모터에 관한 것이다.

3상 AC 모터에는 회전자 극수와 고정자 치형돌기(teeth) 수 사이에 많은 조 합이 있다. 이러한 조합 중에서, 일반적으로 2-3시스템으로 불리우는 8개의 회전자 극과 12개의 고정자 치형돌기의 조합이 널리 사용되고 있다(예를 들면, 일본공개특허공보 평06-261513호를 참조하여 실시할 수 있다).

도16은 2-3시스템이 사용된 종래의 3상 AC 모터를 나타낸 것이다.

도16에 나타낸 바와 같이, 모터는 회전자(1) 및 고정자(2)를 포함한다. 상기 회전자(1)는 회전자 코어(6)와 상기 회전자 코어(6)의 표면 상에 배치되는 8개의 영구자석(3)으로 구성된다. 상기 고정자(2)는 12개의 치형돌기(4)를 가지는 고정자 코어(7)와 집중권선법에 의해 상기 고정자 코어(7) 둘레에 감겨지는 고정자 권선(5)으로 구성된다.

상기 집중권선법에 따르면, 고정자 코어(7)는 고정자 권선(5)의 점적률(space factor)을 향상시키기 위해 분할된 형태로 된다. 특히, 도19에 나타낸 바와 같이 각각의 치형돌기(4)는 보빈 둘레에 감겨진 고정자 권선(5)이 그 사이에 삽입되는 두 부분(4a)(4b)으로 분할된다.

또한, 도17에 나타낸 바와 같이 180°의 전기각 폭에 대응하는 피치를 가지는 회전자 극과 관련하여, 상기 치형돌기(4)의 내부단에서 상기 고정자 극은 120°의 전기각 폭α에 대응하는 각폭을 가진다. 권선계수 k는 cos((180°- α)/2)로 정의되고, 이러한 경우 상기 k는 0.866이다. 실제로, 상기 치형돌기(4) 사이에는 슬롯 개구부가 형성되기 때문에, 상기 전기각 폭α는 100° 내지 110°의 범위내에 있다. 따라서, 상기 권선계수 k는 0.766 내지 0.82의 더 작은 값을 가질 것이다.

게다가, 도18에 나타낸 바와 같이 상기 집중권선법 대신 분포권선법이 사용 되면, 상기 고정자 극의 각폭에 대응하는 전기각 폭 α는 180°가 된다. 이에 따라 상기 권선계수 k는 1이 된다.

상술한 바와 같은 종래의 모터는 다음과 같은 문제점이 있다.

전기각 폭의 관점에서 회전자 극의 피치와 관련된 상기 고정자 극의 각폭은 작기 때문에, 상기 고정자 권선(5)을 통해 흐르는 전류에 의해 유도된 토크는 작다. 게다가, 권선계수 k가 작기 때문에 전력 출력 및 모터의 효율성은 모두 낮다.

또한, 비록 상기 고정자 권선(5)의 점적률이 고정자 코어(7)를 분할함으로써 향상되지만, 자기저항은 고정자 코어(7)의 분할된 부분들 사이의 연결부에서 증가하고 이에 따라 전력 출력 및 모터의 효율성 모두 감소한다.

아울러, 고정자 코어(7)의 분할된 구성은 모터의 진동과 소음이 증가하도록 하는 자기저항 불균형을 모터 내에서 초래한다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 목적은, 모터의 고효율성을 보장하는 개량된 구성을 가지는 다상 브러시리스 모터를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고정자와 회전자를 포함하는 A개의 상(A-phase)으로 이루어진 브러시리스 모터를 제공한다. 여기서, A는 2 이상 의 정수이다.

상기 고정자는 A개의 상들 중 어느 하나의 상에 각각 대응하는 각각의 A개의 고정자 극으로 이루어진 S개의 고정자 극 세트를 형성하는 A 이상의 정수인 q개의 고정자 극을 가진다. 여기서, 상기 S는 q/A의 정수이다.

상기 회전자는 상기 고정자 극을 향하도록 배치되는 2이상의 정수인 p개의 회전자 극을 가진다.

또한, 브러시리스 모터에서 상기 p는 상기 q 이상이고, 상기 고정자 극은 S개의 고정자 극 세트 각각에서 A개의 고정자 극 중 인접한 어느 두 개 사이의 전기각 위치의 차가 (360°/A)가 되도록 상기 모터의 원주방향으로 배치된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 브러시리스 모터에서 고정자 극수는 도16에 나타낸 종래의 모터와 비교하여 감소되고, 이에 따라 고정자 권선을 위한 유효 공간이 증가된다.

따라서, 더 큰 단면적을 가지고 고정자 권선을 위한 선회부의 동일한 수를 가지는 와이어를 사용하는 것이 가능해짐에 따라 모터의 동손(copper loss) 및 철손(iron loss)을 감소시킨다. 또한, 다른 방법으로 선회부의 더 많은 수를 가지고 고정자 권선을 위한 동일한 단면적을 가지는 와이어를 사용하는 것이 가능해짐에 따라 동일한 토크를 발생시키는데 필요한 전류를 감소시키고 이에 따라 모터의 동손을 감소시킨다. 따라서, 모터의 고효율성은 보장된다.

바람직하게, 브러시리스 모터에서 상기 S개의 고정자 극 세트 중 서로 다른 세트에서 인접한 어느 한 쌍의 고정자 극들 사이의 전기각 위치의 차가 (360° ×(A-1)/A) 및 (360°×(A-1)/A - 180°)이다.

상기 브러시리스 모터는 하나 이상의 다른 모터와 결합하여 사용할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 브러시리스 모터에서, 상기 p = 4×N 이고, q = 3×N 이며, 상기 N은 양의 정수이다.

상기 브러시리스 모터에서, 상기 p = 6×N 이고, q = 3×N 이며, 상기 N은 양의 정수이다.

상기 브러시리스 모터에서, 상기 p = 8×N 이고, q = 3×N 이며, 상기 N은 양의 정수이다.

상기 브러시리스 모터에서, 상기 p = 10×N 이고, q = 6×N 이며, 상기 N은 양의 정수이다.

상기 브러시리스 모터에서, 상기 p = 4×N 이고, q = 2×N 이며, 상기 N은 양의 정수이다.

상기 브러시리스 모터에서, 상기 p = 6×N 이고, q = 4×N 이며, 상기 N은 양의 정수이다.

상기 브러시리스 모터에서, 상기 p = 6×N 이고, q = 2×N 이며, 상기 N은 양의 정수이다.

바람직하게, 상기 브러시리스 모터에서 상기 각각의 고정자 극은 120°내지 180°의 범위 내에 전기각 폭에 대응하는 각 폭을 가진다. 또한, 상기 고정자 극은 제1극군을 형성하고, 상기 회전자 극은 제2극군을 형성하며, 상기 제1 및 제2극군 중 적어도 하나의 극은 경사진다.

바람직하게, 상기 브러시리스 모터에서 상기 고정자 극은 제1극군을 형성하고 상기 회전자 극은 제2극군을 형성하며, 상기 제1 및 제2극군 중 적어도 하나의 각각의 극은, 상기 각각의 극과 상기 각각의 극을 향하는 극 사이의 공극이 상기 각각의 극의 원주 중심으로부터 상기 각각의 극의 원주 양단까지 점진적으로 증가하도록 형성된다.

바람직하게, 상기 브러시리스 모터에서 상기 회전자는 연자성 재료로 이루어진 회전자 기저부재와 다수개의 영구자석을 포함하고, 상기 각각의 회전자 극에서 자속밀도의 분포를 조절하기 위해 상기 회전자 기저부재에 다수개의 슬릿 또는 비자성부재가 배치된다. 또한, 상기 각각의 회전자 극에서 슬릿 또는 비자성부재는 전기각 간격 D로 모터의 원주방향을 따라 이격되고, E개의 회전자 극에서 상기 E개의 회전자 극 각각의 슬릿 또는 비자성부재와 상기 E개의 회전자 극 중 다른 하나의 슬릿 또는 비자성부재 사이의 전기각 위치의 차가 (D/E)이며, 상기 E는 2이상의 정수이다.

상기 브러시리스 모터에서, 상기 회전자는 회전자 기저부재와 상기 회전자 기저부재의 표면에 배치되는 다수개의 영구자석으로 구성된다.

상기 브러시리스 모터에서, 상기 회전자는 회전자 기저부재와 상기 회전자 기저부재에 결합되는 다수개의 영구자석으로 구성된다.

바람직하게, 상기 브러시리스 모터에서 상기 고정자 극 중 적어도 하나는 180°의 정배수인 전기각 위치에 대응하는 기준각 위치로부터 변위각 만큼 편차지 는 각 위치를 가지도록 배치된다.

바람직하게, 상기 브러시리스 모터에서 상기 회전자 극 중 적어도 하나는 180°의 정배수인 전기각 위치에 대응하는 기준각 위치로부터 변위각 만큼 편차지는 각 위치를 가지도록 배치된다.

바람직하게, 상기 브러시리스 모터에서 상기 고정자는 q개의 치형돌기를 가지는 고정자 코어 및 상기 고정자 코어 둘레에 감기는 고정자 권선을 포함하고, 상기 고정자 코어는 고정자 적층체(lamination stack)와 일체로 형성된다.

본 발명은 후술할 바람직한 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 있어 명백할 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예들을 도1 내지 도15에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 다른 실시예들에서 동일한 기능을 가지는 동일한 구성요소들은 각각의 도면에서 동일한 도면부호로 나타낸다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 브러시리스 영구자석 모터(M1)의 전체 구성을 나타낸 것이다.

도1에 나타낸 바와 같이, 모터(M1)는 대부분 회전자(10) 및 고정자(20)를 포함한다.

상기 회전자(10)는 8개의 회전자 극을 가진다. 특히, 상기 회전자(10)는 회 전자 코어(11) 및 다수개의 영구자석(13)을 포함한다. 상기 회전자 코어(11)는 연자성재료로 이루어진다. 상기 영구자석(13)은 회전자 코어(11)에 결합되고 희토류 금속으로 이루어진다. 상기 회전자 코어(11)는 상기 회전자 코어(11)의 외면이 상기 회전자 극 사이의 경계부(또는 전이부)에서 반경방향 내측으로 오목해지도록 형성된다. 상기 각각의 회전자 극에 대해서, 외면은 상기 회전자(10)의 반경보다 작은 반경을 가지는 원호로 형성된다.

또한, 상기 각각의 회전자 극에서, 자속밀도의 분포를 조절하기 위해서 영구자석(13) 사이에 다수개의 슬릿(12)이 배치된다. 특히, 상기 영구자석(13)에 의해 발생된 자속은 상기 슬릿(12)을 가로질러 상기 모터(M1)의 원주방향으로 연장되지 않는다. 게다가, 상기 슬릿(12)은 상기 회전자 극의 원주 중심에 자속을 집중시키도록 지향된다. 따라서, 자속밀도는 회전자 극의 원주 중심에서 가장 높고 원주 양단(즉, 경계부)에서 가장 낮아 거의 싸인파(sine wave)의 형태로 자속분포를 발생시킨다.

따라서, 결합된 영구자석(13)을 가지는 상기의 회전자 구성으로 인해, 설정 자속분포를 획득하는 것이 가능해지고 이에 따라 모터(M1)의 출력토크가 증가하게 된다.

또한, 일반적으로 회전자 극 사이의 경계부를 통과하는 자속은 모터 토크의 발생에 작은 영향을 미친다. 반대로, 경계부에서의 고자속밀도는 토크리플을 일으키는 경향이 있다. 따라서, 본 실시예에서 경계부는 상술한 바와 같이 자속밀도가 낮아지도록 오목하게 된다.

상기 슬릿(12) 대신에, 비자성부재가 동일한 효과를 얻을 수 있도록 상기 회전자 코어(11)에 결합될 수도 있다.

상기 고정자(20)는 6개의 고정자 극을 가진다. 특히, 상기 고정자(20)는 고정자 코어(23) 및 고정자 권선(22)을 포함한다. 상기 고정자 코어(23)는 상기 고정자(20)의 돌출된 극으로서 형성된 6개의 치형돌기(21) 및 상기 치형돌기(21) 사이에 형성된 6개의 슬롯을 가진다. 상기 고정자 권선(22)은 상기 고정자 코어(23)의 치형돌기(21) 둘레에 감겨진다. 또한, 본 실시예에서, 상기 고정자 코어(23)는 다수개의 얇은 고정자 적층체가 상기 고정자 코어(23)를 형성하기 위해 서로 적층되는 일체화된 구성을 가진다.

도16에 나타낸 종래의 모터와 비교하여, 본 실시예에 따른 모터(M1)는 동일한 수의 회전자 극을 가지고 더 적은 수의 고정자 극을 가진다. 특히, 종래의 모터에서 회전자 극의 수 대 고정자 극의 수의 비율은 8 대 12이다. 그러나, 본 실시예에 따른 모터(M1)에서의 비율은 8 대 6이다.

또한, 상기 모터(M1)에서 고정자(20)의 고정자 극은 두 개의 다른 고정자 극 세트를 형성한다. 제1세트는 U, V, 및 W 상에 각각 대응하고 0°, 120°, 및 240°의 전기각 위치를 각각 가지는 3개의 고정자 극을 포함한다. 따라서, 제1세트에서 고정자 극 중 인접한 어느 두개 사이의 전기각 위치의 차는 (360°/3), 즉 120°이다.

또한, 제2세트는 U, V, 및 W 상에 각각 대응하는 3개의 고정자 극을 포함한다.

상기 고정자 권선(22)이 제1세트에서의 방향과 동일한 방향으로 제2세트에서 고정자 극 둘레에 감겨지는 경우, 제2세트에서 고정자 극은 0°, 120°, 및 240°의 전기각 위치를 각각 가진다. 따라서, 제2세트에서 고정자 극 중 인접한 어느 두개 사이의 전기각 위치의 차는 (360°/3), 즉 120°이다. 게다가, 제1세트에서 W상 고정자 극과 제2세트에서 U상 고정자 극의 한 쌍과 같이 서로 다른 세트에서 인접한 어느 한 쌍의 고정자 극들 사이의 전기각 위치의 차는 (360°×(3-1)/3), 즉 240°이다.

다른 방법으로, 상기 고정자 권선(22)이 제1세트에서의 방향과 반대방향으로 제2세트에서 고정자 극 둘레에 감겨지는 경우, 제2세트에서 고정자 극은 180°, 300°, 및 420°의 전기각 위치를 각각 가진다. 따라서, 제2세트에서 고정자 극 중 인접한 어느 두 개 사이의 전기각 위치의 차는 (360°/3), 즉 120°이다. 그러나, 이러한 경우 제1세트에서 W상 고정자 극과 제2세트에서 U상 고정자 극의 한 쌍과 같이 서로 다른 세트에서 인접한 어느 한 쌍의 고정자 극들 사이의 전기각 위치의 차는 (360°×(3-1)/3 - 180°), 즉 60°이다.

상기한 본 실시예에 따른 모터(M1)은 다음의 장점을 가진다.

상기 모터(M1)에서, 고정자 극수 q(q=6)는 회전자 극수 p(p=8) 보다 적다. 즉, p＞q 이다. 따라서, 상기 모터(M1)의 구성과 도16에 나타낸 바와 같이 p=2×4, q=3×4이므로 p＜q 인 종래 모터의 구성 간에는 분명한 차이가 있다.

고정자 극수가 상기 모터(M1)에서 감소되기 때문에, 이에 따라 고정자 권선(22)을 위한 유효 공간은 증가된다. 따라서, 더 큰 단면적을 가지고 고정자 권 선(22)을 위한 선회부의 동일한 수를 가지는 구리 와이어를 사용하는 것이 가능해짐에 따라 모터(M1)의 동손 및 철손을 감소시킨다. 또한, 다른 방법으로 선회부의 더 많은 수를 가지고 고정자 권선(22)을 위한 동일한 단면적을 가지는 구리 와이어를 사용하는 것이 가능해짐에 따라 동일한 토크를 발생시키는데 필요한 전류를 감소시키고 이에 따라 모터의 동손을 감소시킨다. 따라서, 모터(M1)의 고효율성은 보장된다.

또한, 상기 모터(M1)의 전력 출력(P)와 토크(T) 사이의 관계식은 다음과 같다.

P = V × I = dφ/dt × I = N × T

여기서, V는 전압, I는 전류, φ는 자속, t는 시간, 및 N은 선회수이다.

상기 모터(M1)에서, 고정자 코어(23)는 고정자 적층체와 일체로 형성된다.

상기 고정자 코어(23)의 일체화된 구성으로 인해, 도19에 나타낸 바와 같이 분할된 구성에 의해 발생되는 자기회로 내의 자기저항 불균형을 해소할 수 있다. 또한, 상기 일체화된 구성으로 인해 상기 고정자 코어(23)의 강도를 강화할 수 있다. 따라서, 상기 고정자 코어(23)의 균형잡힌 자기저항 및 강화된 강도로 인해, 상기 모터(M1)의 효율성을 증가시킬 수 있게 됨과 동시에 상기 모터(M1)의 진동 및 소음을 감소시킬 수 있게 된다.

상기 모터(M1)에서, 상기 고정자 코어(23)의 일체화된 구성 및 고정자 극의 감소된 수로 인해 상기 고정자 코어(23) 내의 고정자 극 사이에 형성된 슬롯의 넓은 개구부를 확보하는 것이 가능하다.

따라서, 상기 고정자 치형돌기(21) 둘레에 고정자 권선(22)을 직접적으로 감는 것이 가능하다. 또한, 다른 방법으로 상기 고정자 코어(23) 내의 슬롯으로 미리 감겨진 고정자 권선(22)을 삽입하는 것도 가능하다. 상기한 방법 중 어느 하나의 방법을 사용함으로써 상기 모터(M1)의 생산성을 향상시킬 수 있다.

상기 모터(M1)에서, 각각의 고정자 극은 120° 내지 180°의 범위에서 전기각 폭에 대응하는 각폭을 가진다. 이에 따라, 권선계수 k는 0.866 내지 1.0의 범위내에 있다.

큰 권선계수 k로 인해, 상기 모터(M1)의 전력 출력 및 효율성 모두 증가될 수 있게 된다.

상기 모터(M1)에서, 각각의 회전자 극은 상기 회전자 극과 상기 회전자 극을 향하는 고정자 극 중 어느 하나 사이의 공극이 상기 회전자 극의 원주 중심으로부터 상기 회전자 극의 원주 양단까지 점진적으로 증가하도록 형성된다.

이러한 회전자 극의 형상으로 인해, 상기 모터(M1)의 원주방향으로 자속의 급격한 변화를 억제할 수 있다. 이에 따라, 토크리플(torque ripple) 및 코깅토크(cogging torque)를 감소시킬 수 있다.

상기 모터(M1)에서, 각각의 회전자 극 내의 자속밀도의 분포를 조절하기 위한 영구자석(13) 사이에 슬릿(12)이 배치된다.

따라서, 상기 슬릿(12)을 배치함으로써 설정 자속분포를 얻을 수 있게 되어 상기 모터(M1)의 출력토크를 증가시킬 수 있다.

또한, 각각의 회전자 극에서, 상기 슬릿(12)은 전기각 간격 D로 상기 회전 자(10)의 원주방향을 따라 이격된다. 게다가, E개의 회전자 극에서 상기 E개의 회전자 극 각각의 슬릿(12)과 E개의 회전자 극 중 다른 하나의 슬릿(12) 사이의 전기각 위치의 차가 (D/E)이고, 상기 E는 2 이상의 정수이다.

특히, 도1에서 4개의 우측 회전자 극 각각에는 3개의 슬릿(12)이 있고, 4개의 좌측 회전자 극 각각에는 4개의 슬릿(12)이 있다. 동일한 회전자 극에서 인접한 어느 두 개의 슬릿(12) 사이의 전기각 위치의 차는 45°이다(즉, D=45°). 또한, 4개의 우측 회전자 극 각각의 슬릿(12)과 4개의 좌측 회전자 극 중 하나의 슬릿(12) 사이의 전기각 위치의 차는 22.5°이다. 즉, 이러한 경우 E는 2이고, 상기한 관계를 만족시키는 회전자 극은 4쌍이다.

이러한 슬릿(12)의 배치로 인해, 동일한 쌍의 다른 회전자 극에 발생된 토크리플에 의해 상기 회전자 극 중 하나에 발생된 토크리플을 오프셋 할 수 있게 된다.

본 발명의 상기와 같은 특별한 실시예가 개시되었지만 상기 개시된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

예를 들면, 상기한 모터(M1)는 냉장고 및 에어콘과 같은 가전제품용, 자동차, 산업제품용으로 사용될 수 있다.

또한, 비록 전술한 실시예에서 상기 회전자(10)는 상기 회전자 코어(11)에 영구자석(13)을 결합함으로써 얻어지지만, 상기 회전자 코어(11)의 표면에 영구자석(13)을 배치하는 것과 같은 다른 방법에 의해 얻어질 수도 있다.

바람직하게, 상기 모터(M1)는 증가된 토크 및 전력출력을 제공하기 위해 하나 이상의 다른 모터와 결합하여 사용할 수 있도록 구성된다.

비록 전술한 실시예에서 상기 모터(M1)는 3상 모터(즉, A=3)로 구성되지만, 2 이상의 상을 가지도록 구성될 수도 있다(A≥2).

도2는 4p3s 3상 AC 모터인 상기 모터(M1)의 제1변형예를 나타낸 것이다. 여기서, 회전자(10)는 상기 회전자 코어(11)의 표면에 영구자석(13)을 배치함으로써 형성되고 4개의 회전자 극을 가지며, 고정자(20)는 3개의 고정자 극을 가지는 3개의 치형돌기(21)를 가진다. 여기서, 4p3s는 회전자 극수가 4이고 고정자 극수가 3인 것을 나타낸다.

상기 모터(M1)의 제1변형예는 회전자 극수가 4 × N 이고 고정자 극수가 3 × N이며 상기 N은 양의 정수인 본 발명에 따른 브러시리스 모터의 제1군이 된다. 실제로 사용될 수 있는 상기 제1군의 다른 모터들은 예를 들면, 8p6s 및 12p9s 모터이다.

도3은 6p3s 3상 AC 모터인 상기 모터(M1)의 제2변형예를 나타낸 것이다. 여기서, 회전자(10)는 상기 회전자 코어(11)의 표면에 영구자석(13)을 배치함으로써 형성되고 6개의 회전자 극을 가지며, 고정자(20)는 3개의 고정자 극을 가지는 3개의 치형돌기(21)를 가진다.

상기 모터(M1)의 제2변형예는 회전자 극수가 6 × N 이고 고정자 극수가 3 × N이며 상기 N은 양의 정수인 본 발명에 따른 브러시리스 모터의 제2군이 된다. 실제로 사용될 수 있는 상기 제2군의 다른 모터들은 예를 들면, 12p6s 및 18p9s 모 터이다.

도4는 8p3s 3상 AC 모터인 상기 모터(M1)의 제3변형예를 나타낸 것이다. 여기서, 회전자(10)는 상기 회전자 코어(11)의 표면에 영구자석(13)을 배치함으로써 형성되고 8개의 회전자 극을 가지며, 고정자(20)는 3개의 고정자 극을 가지는 3개의 치형돌기(21)를 가진다.

상기 모터(M1)의 제3변형예는 회전자 극수가 8 × N 이고 고정자 극수가 3 × N이며 상기 N은 양의 정수인 본 발명에 따른 브러시리스 모터의 제3군이 된다. 실제로 사용될 수 있는 상기 제3군의 다른 모터들은 예를 들면, 16p6s 및 24p9s 모터이다.

도5는 10p6s 3상 AC 모터인 상기 모터(M1)의 제4변형예를 나타낸 것이다. 여기서, 회전자(10)는 상기 회전자 코어(11)의 표면에 영구자석(13)을 배치함으로써 형성되고 10개의 회전자 극을 가지며, 고정자(20)는 6개의 고정자 극을 가지는 6개의 치형돌기(21)를 가진다.

상기 모터(M1)의 제4변형예는 회전자 극수가 10 × N 이고 고정자 극수가 6 × N이며 상기 N은 양의 정수인 본 발명에 따른 브러시리스 모터의 제4군이 된다. 실제로 사용될 수 있는 상기 제4군의 다른 모터들은 예를 들면, 20p12s 및 30p24s 모터이다.

도6은 4p2s 2상 AC 모터인 상기 모터(M1)의 제5변형예를 나타낸 것이다. 여기서, 회전자(10)는 상기 회전자 코어(11)의 표면에 영구자석(13)을 배치함으로써 형성되고 4개의 회전자 극을 가지며, 고정자(20)는 2개의 고정자 극을 가지는 2개 의 치형돌기(21)를 가진다.

상기 모터(M1)의 제5변형예는 회전자 극수가 4 × N 이고 고정자 극수가 2 × N이며 상기 N은 양의 정수인 본 발명에 따른 브러시리스 모터의 제5군이 된다. 실제로 사용될 수 있는 상기 제5군의 다른 모터들은 예를 들면, 8p4s 및 12p6s 모터이다.

도7은 6p4s 2상 AC 모터인 상기 모터(M1)의 제6변형예를 나타낸 것이다. 여기서, 회전자(10)는 상기 회전자 코어(11)의 표면에 영구자석(13)을 배치함으로써 형성되고 6개의 회전자 극을 가지며, 고정자(20)는 4개의 고정자 극을 가지는 4개의 치형돌기(21)를 가진다.

상기 모터(M1)의 제6변형예는 회전자 극수가 6 × N 이고 고정자 극수가 4 × N이며 상기 N은 양의 정수인 본 발명에 따른 브러시리스 모터의 제6군이 된다. 실제로 사용될 수 있는 상기 제6군의 다른 모터들은 예를 들면, 12p8s 및 18p12s 모터이다.

도8은 6p2s 2상 AC 모터인 상기 모터(M1)의 제7변형예를 나타낸 것이다. 여기서, 회전자(10)는 상기 회전자 코어(11)의 표면에 영구자석(13)을 배치함으로써 형성되고 6개의 회전자 극을 가지며, 고정자(20)는 2개의 고정자 극을 가지는 2개의 치형돌기(21)를 가진다.

상기 모터(M1)의 제7변형예는 회전자 극수가 6 × N 이고 고정자 극수가 2 × N이며 상기 N은 양의 정수인 본 발명에 따른 브러시리스 모터의 제7군이 된다. 실제로 사용될 수 있는 상기 제7군의 다른 모터들은 예를 들면, 12p4s 및 18p6s 모 터이다.

도1 내지 도8에 나타낸 브러시리스 모터는 각각의 특징을 가진다. 예를 들면, 회전자 극수 p는 모터의 허용가능한 선회수와 관련된다. 또한, 회전자 극수 p와 선회수의 곱은 모터의 구동주파수에 비례하기 때문에, 회전자 극수 p와 선회수 모두는 모터의 철손과 밀접한 상관관계를 가지고 모터의 허용가능한 구동주파수와 관련된다. 따라서, 고속 브러시리스 모터에 대해서는 더 적은 회전자 극수 p를 설정할 필요가 있다.

또한, 고정자 극수 q가 감소함에 따라 토크는 증가하지만, 이와 동시에 토크를 발생시키는 부분의 수가 감소함에 따라 모터의 진동과 소음이 증가하게 된다.

아울러, 상의 개수 A는 중요한 인자이다. 예를 들면, 2상 브러시리스 모터는 간단한 구성을 가지지만, 상기 모터를 구동하는 인버터의 구성은 다소 복잡하다. 3상 브러시리스 모터는 가장 널리 사용되고 모터를 구동하는 인버터의 구성은 간단하다. 상의 개수 A가 적어도 4인 경우에는, 브러시리스 모터가 우수한 성능으로 작동하는 것을 달성할 수 있으나, 모터를 구동하는 인버터의 구성은 복잡하다.

따라서, 브러시리스 모터의 상기한 특징들을 고려하여 특수한 사용을 하기 위해서는 본 발명에 따른 브러시리스 모터를 선택하는 것이 바람직하다.

도9는 8p6s 3상 AC 모터인 상기 모터(M1)의 제8변형예를 나타낸 것이다. 여기서, 회전자(10)는 상기 회전자 코어(11)의 표면에 영구자석(13)을 배치함으로써 형성되고 8개의 회전자 극을 가지며, 고정자(20)는 6개의 고정자 극을 가지는 6개의 치형돌기(21)를 가지고 각각의 고정자 극은 180°의 전기각 폭에 대응하는 각폭 을 가진다. 즉, 각각의 고정자 극은 회전자 극의 피치와 동일한 각폭을 가진다.

도10은 각각의 고정자 극이 180°의 전기각 폭에 대응하는 각폭을 가지도록 모터(M1)의 원주방향을 따라 고정자(20)가 경사진 모터(M1)의 제9변형예를 나타낸 것이다.

비록 고정자가 상기와 같이 경사졌지만, 권선계수 k는 향상될 수 있다. 또한, 동일한 효과를 얻기 위해서 고정자(20) 대신 또는 고정자(20)와 함께 회전자(10)를 경사지게 할 수 있다.

도11은 고정자 코어(23)의 치형돌기(21)가 수정된 형상을 가지는 모터(M1)의 제10변형예를 나타낸 것이다. 특히, 각각의 치형돌기(21)의 내부면은 원주 중심부(25)에 원호 형상을 가지고 상기 원호로부터 원주 양단에서 반경방향 외측으로 점진적으로 연장된다. 따라서, 상기 고정자 코어(23)의 내경은 원주단부(24)에서 점진적으로 증가하고, 또한 상기 고정자(20)와 회전자(10) 사이의 공극은 상기 원주단부(24)에서 점진적으로 증가한다.

상기 고정자 치형돌기(21)의 수정된 형상으로 인해, 상기 모터의 원주방향으로 급격한 자속의 변화를 억제할 수 있으므로 토크리플 및 코깅토크가 감소된다.

도12는 자속밀도의 싸인파형 분포를 얻기 위해 각각의 고정자 극에 증가된 슬릿(12)의 개수가 사용된 모터(M1)의 제11변형예를 나타낸 것이다.

따라서, 자속밀도의 향상된 분포로 인해, 토크리플이 감소될 수 있고 모터의 출력토크가 증가될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 비자성부재는 동일한 효과를 얻기 위해서 슬릿(12) 대신에 각각의 고정자 극에 배치될 수도 있다.

도13은 회전자 코어(11)의 표면에 다수개의 영구자석(13)을 배치함으로써 회전자(10)가 형성되고 각각의 영구자석은 모터(M1)에서와 동일한 외면 형상을 가지는 모터(M1)의 제12변형예를 나타낸 것이다.

도14는 180°의 정배수가 되는 전기각 위치에 대응하는 기준각 위치로부터 변위각(SSA)에 의해 편차지는 각 위치를 가지도록 적어도 하나의 고정자 극이 배치되는 모터(M1)의 제13변형예를 나타낸 것이다.

상기와 같은 고정자 극의 배치로 인해, 변위각(SSA)의 정배수가 되는 주파수를 가지는 토크리플을 감소시킬 수 있다.

도15는 회전자 코어(11)의 표면에 다수개의 영구자석(13)을 배치함으로써 회전자(10)가 형성되고 180°의 정배수가 되는 전기각 위치에 대응하는 기준각 위치로부터 변위각(RSA)에 의해 편차지는 각 위치를 가지도록 적어도 하나의 회전자 극이 배치되는 모터(M1)의 제14변형예를 나타낸 것이다.

상기와 같은 회전자 극의 배치로 인해, 변위각(RSA)의 정배수가 되는 주파수를 가지는 토크리플을 감소시킬 수 있다.

본 기술의 범위내에서 상술한 변형예들과 더불어 다른 수정, 변경, 및 개량들도 첨부된 청구범위의 사상내에 포함될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 브러시리스 모터는, 고정자 극수가 종래의 모터와 비교하여 감소됨에 따라 고정자 권선을 위한 유효 공간이 증가되는 효과가 있 다.

또한, 더 큰 단면적을 가지고 고정자 권선을 위한 선회부의 동일한 수를 가지는 와이어를 사용하는 것이 가능해짐에 따라 모터의 구리 및 철의 손실을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 선회부의 더 많은 수를 가지고 고정자 권선을 위한 동일한 단면적을 가지는 와이어를 사용하는 것이 가능해짐에 따라 동일한 토크를 발생시키는데 필요한 전류를 감소시키고 이에 따라 모터의 구리 손실을 감소시켜, 모터의 고효율성을 보장하게 되는 효과가 있다.

Claims

A개의 상들 중 어느 하나의 상에 각각 대응하는 각각의 A개의 고정자 극으로 이루어진 S개의 고정자 극 세트를 형성하는 q개의 고정자 극을 가지는 고정자; 및

상기 고정자 극을 향하도록 배치되는 p개의 회전자 극을 가지는 회전자를 포함하되,

상기 A는 2 이상의 정수이고, 상기 q는 A 이상의 정수이며, 상기 S는 q/A의 정수이고, 상기 p는 2 이상의 정수이며, 상기 p는 상기 q 이상이고,

S개의 고정자 극 세트 각각에서 A개의 고정자 극 중 인접한 어느 두 개 사이의 전기각 위치의 차가 (360°/A)가 되도록 상기 고정자 극은 모터의 원주방향으로 배치되는 A개의 상으로 이루어진

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 S개의 고정자 극 세트 중 서로 다른 세트에서 인접한 어느 한 쌍의 고정자 극들 사이의 전기각 위치의 차가 (360°×(A-1)/A)인

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 S개의 고정자 극 세트 중 서로 다른 세트에서 인접한 어느 한 쌍의 고정자 극들 사이의 전기각 위치의 차가 (360°×(A-1)/A - 180°)인

브러시리스 모터.
삭제
제1항에 있어서,

상기 p = 4×N 이고, q = 3×N 이며, 상기 N은 양의 정수인

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 p = 6×N 이고, q = 3×N 이며, 상기 N은 양의 정수인

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 p = 8×N 이고, q = 3×N 이며, 상기 N은 양의 정수인

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 p = 10×N 이고, q = 6×N 이며, 상기 N은 양의 정수인

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 p = 4×N 이고, q = 2×N 이며, 상기 N은 양의 정수인

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 p = 6×N 이고, q = 4×N 이며, 상기 N은 양의 정수인

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 p = 6×N 이고, q = 2×N 이며, 상기 N은 양의 정수인

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 각각의 고정자 극은

120°내지 180°의 범위 내에 전기각 폭에 대응하는 각 폭을 가지는

브러시리스 모터.
제12항에 있어서,

상기 고정자 극은 제1극군을 형성하고,

상기 회전자 극은 제2극군을 형성하며,

상기 제1 및 제2극군 중 적어도 하나의 극은 경사지는

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 고정자 극은 제1극군을 형성하고

상기 회전자 극은 제2극군을 형성하며,

상기 제1 및 제2극군 중 적어도 하나의 각각의 극은,

상기 각각의 극과 상기 각각의 극을 향하는 극 사이의 공극이 상기 각각의 극의 원주 중심으로부터 상기 각각의 극의 원주 양단까지 점진적으로 증가하도록 형성되는

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 회전자는 연자성 재료로 이루어진 회전자 기저부재와 다수개의 영구자석을 포함하고,

상기 각각의 회전자 극에서 자속밀도의 분포를 조절하기 위해 상기 회전자 기저부재에 다수개의 슬릿 또는 비자성부재가 배치되는

브러시리스 모터.
제15항에 있어서,

상기 각각의 회전자 극에서 슬릿 또는 비자성부재는

전기각 간격 D로 모터의 원주방향을 따라 이격되고,

E개의 회전자 극에서 상기 E개의 회전자 극 각각의 슬릿 또는 비자성부재와 상기 E개의 회전자 극 중 다른 하나의 슬릿 또는 비자성부재 사이의 전기각 위치의 차가 (D/E)이며,

상기 E는 2이상의 정수인

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 회전자는

회전자 기저부재와 상기 회전자 기저부재의 표면에 배치되는 다수개의 영구자석으로 구성되는

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 회전자는

회전자 기저부재와 상기 회전자 기저부재에 결합되는 다수개의 영구자석으로 구성되는

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 고정자 극 중 적어도 하나는

180°의 정배수인 전기각 위치에 대응하는 기준각 위치로부터 변위각 만큼 편차지는 각 위치를 가지도록 배치되는

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 회전자 극 중 적어도 하나는

180°의 정배수인 전기각 위치에 대응하는 기준각 위치로부터 변위각 만큼 편차지는 각 위치를 가지도록 배치되는

브러시리스 모터.
제1항에 있어서,

상기 고정자는

q개의 치형돌기를 가지는 고정자 코어 및 상기 고정자 코어 둘레에 감기는 고정자 권선을 포함하고,

상기 고정자 코어는 고정자 적층체와 일체로 형성되는

브러시리스 모터.