KR100956767B1 - Motor and generator have complexed afpm and rfpm - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에이에프피엠(AFPM; Axial Flux Permanent Magnet)과 알에프피엠(RFPM;Radial Flux Permanent Magnet) 복합 모터 및 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 AFPM 구성의 자석과 자석 사이를 넓혀 그 사이에 코어에 코일을 권회한 고정자를 설치하고, 회전자 사이에 자로 형성을 위한 요크를 구성함으로써 AFPM의 누설자속 최소화와 RFPM의 역기전력 구동 효과를 복합적으로 얻을 수 있도록 한 에이에프피엠과 알에프피엠 복합 모터 및 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to an Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) and a Radial Flux Permanent Magnet (RFPM) composite motor and a generator. In the case of the AFPM and RF combined motor and generator, which can install the stator around the coil and construct the yoke for forming the magnetic path between the rotors, it is possible to minimize the leakage flux of AFPM and the counter electromotive force driving effect of RFPM. will be.
지구 온난화 억제정책에 의하여 신 재생에너지의 활용은 필수적인 입장이다. 지구온난화의 대표적인 주범인 CO2의 발생억제를 위하여 전기자동차(EV ;Electric Vehicle)의 개발 및 실용화가 이루어지고 있다.Under the global warming policy, the use of renewable energy is an essential position. Electric vehicles (EV) have been developed and put into practical use to suppress the generation of CO2, a major culprit of global warming.
현재의 하이브리드 자동차는 차량의 중심부에 엔진과 모터가 함께 장착되어 엔진과 모터의 동력을 겸용으로 사용하고 있다. 향후 직접 구동형 전기자동차(EV)는 휠의 내부에 모터를 장착하는 형태가 가장 효율적이라고 예측하고 있으며, 이를 위해서는 소형이면서 경량이고 고출력을 가지는 모터가 필수적으로 필요하게 된다.Today's hybrid cars are equipped with engines and motors in the center of the vehicle, and use both engine and motor power. In the future, the direct-drive type electric vehicle (EV) is predicted to have the most efficient form of mounting a motor inside the wheel, and for this purpose, a motor having a small size, light weight, and high power is essential.
그러나 아직 소형, 경량 고출력의 모터/발전기의 개발이 진행되고 있는 중이며, 향후 미래에 완성될 것으로 예측된다.However, development of small size, light weight, high output motor / generator is still underway, and it is expected to be completed in the future.
현재 개발된 하이브리드 차량에 적용되는 모터의 경우 기존의 RFPM 방식이 주종이었으며, 고속 주행시 95%의 효율특성을 가진 제품이 개발되고 있다. RFPM방식은 모터의 경우 효율이 좋으나 제동때 발전을 일으켜 '회생전력'을 활용할 경우 모터의 효율에 비하면 낮은 효율 특성을 가지고 있다.In the case of the motor applied to the developed hybrid vehicle, the conventional RFPM method is mainly used, and a product having an efficiency characteristic of 95% at high speed is being developed. The RFPM method has good efficiency in the case of a motor, but it generates power during braking and has a lower efficiency characteristic compared to the efficiency of a motor when utilizing 'regenerative power'.
본 발명은 AFPM 방식에 RFPM 방식을 결합함으로써 누설자속을 최소화함으로써 보다 효율이 높은 모터/발전기를 제공하기 위한 것으로서, 하이브리드 차량에 적용하는 경우 '회생전력' 회수비율을 높일 수 있고, 최종적으로 하이브리드 차량 전체의 주행능력을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.The present invention provides a more efficient motor / generator by minimizing leakage flux by combining the RFPM method with the AFPM method. When applied to a hybrid vehicle, the recovery rate of 'regeneration power' can be increased, and finally, the hybrid vehicle. This is to improve the overall driving ability.
본 발명은 RFPM의 장점인 역기전력에 의한 구동과, AFPM의 장점인 누설자속을 최소화에 의거하여 저속 에너지의 효율 극대화를 꾀하고 고효율 모터 겸 발전기를 제공하기 위한 것이다.The present invention seeks to maximize the efficiency of low-speed energy and to provide a high-efficiency motor and generator based on driving by back electromotive force, which is an advantage of RFPM, and minimizing leakage flux, which is an advantage of AFPM.
본 발명은 AFPM방식과 RFPM방식을 결합시킨 복합 모터 및 발전기를 제공하기 위한 것으로서, The present invention is to provide a composite motor and a generator combining the AFPM method and RFPM method,
서로 마주보는 방향으로 자극을 이루는 영구자석이 설치되는 제1,제2 회전자와;First and second rotors having permanent magnets installed in directions facing each other;
코어 양단부에 대응되는 코일이 설치되고 코어의 중간부에 고정장치가 결합 되어 외부의 고정브라켓에 고정되어 상기 제1,제2회전자 사이에 설치되는 는 제1,제2고정자와;Coils corresponding to both ends of the core are installed, the fixing device is coupled to the middle portion of the core is fixed to the external fixing bracket is installed between the first, the second rotor and the first, the second stator;
상기 제1,제2회전자에 설치된 자석과 이격되어 내측에서 제1,제2회전자를 연결하여 자로를 형성하는 요크를 포함하여 구성된 것을 특징으로한다.And a yoke spaced apart from the magnets installed in the first and second rotors to form a magnetic path by connecting the first and second rotors from the inside.
상기 제1,제2회전자에 설치되는 자석은 서로 대응되는 자석의 극성이 서로 반대 자극으로 대향하게 배열 설치된 것을 특징으로 한다. The magnets installed in the first and second rotors are arranged so that the polarities of the magnets corresponding to each other are arranged opposite to each other with opposite magnetic poles.
상기 제1,제2고정자는, 이웃하는 3쌍이 U,V,W 3상 전원단자와 연결되게 배열설치된다.The first and second stators are arranged such that three neighboring pairs are connected to the U, V, and W three-phase power terminals.
상기 제1,제2고정자는 하나의 고정자부로 모듈화하여 구성하고, 이웃하는 고정자부와 0.5mm ~ 1mm의 간극으로 간격을 최소화하여 배열설치된 것을 특징으로 한다.The first and second stators are configured by modularizing one stator part, and are arranged in such a manner that the gap between the adjacent stator parts is minimized with a gap of 0.5 mm to 1 mm.
상기 제1,제2고정자는,The first and second stators,
하나의 코어와, 상기 코어의 양단부에 설치되는 제1,제2고정자 코일과, 상기 제1,제2고정자 코일의 상하면에서 지지하는 고정자 커버로 이루어지고, 상기 고정장치의 일측부에 결합부가 형성되어 결합부에 상기 코어를 삽입 결합하고, 고정장치의 타단부가 고정브라켓에 고정설치되어 구성된다.One core, the first and second stator coils are provided on both ends of the core, and the stator cover supported on the upper and lower surfaces of the first and second stator coils, the coupling portion is formed on one side of the fixing device The insert is coupled to the core portion, and the other end of the fixing device is fixedly installed on the fixing bracket.
또한, 본 발명은 회전자를 다단으로 구성하고 각각 고정자부를 삽입 설치하여 멀티 구조로 구성할 있으며, 하이브리드 차량, 엘리베이터, 풍력발전기등에 적용가능하다.In addition, the present invention can be configured in a multi-stage structure by configuring the rotor in multiple stages and inserting the stator part, respectively, it is applicable to a hybrid vehicle, an elevator, a wind turbine and the like.
또한 본 발명은 코킹현상을 최소화하기 위하여 고정자부와 고정자부 사이의 간격을 0.5 ~ 1mm 정도로 최소화하고, 고정자부를 자석에 대해 2 ~ 5°경사지게 설치함으로써 코킹현상을 줄일 수 있다. In addition, the present invention can minimize the caulking phenomenon by minimizing the distance between the stator and the stator to about 0.5 ~ 1mm in order to minimize the caulking phenomenon, by installing the stator to be inclined 2 to 5 ° to the magnet.
여기서 상기 제1,제2회전자의 중심부에는 회전축이 연결설치되고, 상기 제1,제2고정자에는 전원단자가 연결되어 설치되며, 전원을 공급하여 회전자를 회전시키 는 경우는 모터로서 이용되며, 회전자를 회전시켜 전력을 생산하는 경우는 발전기로서 이용된다. 즉 모터와 발전기를 겸용으로 사용할 수 있다.Here, the rotating shaft is connected to the center of the first and second rotors, and the power terminals are connected to the first and second stators, and the motor is used as a motor to rotate the rotor by supplying power. In the case of generating electric power by rotating a rotor, it is used as a generator. In other words, the motor and the generator can be used in combination.
본 발명은 AFPM과 RFPM복합 방식의 모터 겸용 발전기를 제공함으로서, AFPM의 장점인 누설자속 최소화와, RFPM의 장점인 역기전력 구동의 효과를 함께 얻을 수 있다. 또한, 하나의 자극 사이에 2개의 고정자를 설치함으로써, 같은 크기의 모터나 발전기에 비해 2배의 효율을 낼 수 있고, 결국 소형, 경량 및 고효율의 모터/발전기를 제공할 수 있는 효과가 있다. 이로 인하여 운전 비용절감과, 저속 고효율 모터/발전기 구현과, 국가경쟁력 강화 및 하이브리드 차량, 엘리베이터, 풍력발전기 등에 적용시 기술파급 효과의 증대가 기대된다.The present invention provides a combined motor generator of the combined AFPM and RFPM, it is possible to obtain the effects of minimizing the leakage flux, which is the advantage of AFPM, and the back electromotive force driving, which is the advantage of RFPM. In addition, by installing two stators between one magnetic pole, it can be twice as efficient as a motor or generator of the same size, and there is an effect that can provide a small size, light weight and high efficiency motor / generator. As a result, it is expected to reduce operating costs, implement high-speed, high-efficiency motors / generators, enhance national competitiveness, and increase technological ripple effects when applied to hybrid vehicles, elevators, and wind turbines.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 AFPM 및 RFPM 복합 모터 겸용 발전기의 요부구성을 보인 단면도이고, 도 2는 고정자의 배열 설명도이며, 도 3은 고정자의 분해 설명도이다.1 is a cross-sectional view showing the main configuration of the AFPM and RFPM combined motor generator according to the present invention, Figure 2 is an explanatory diagram of the stator arrangement, Figure 3 is an exploded explanatory diagram of the stator.
이에 도시된 바와 같이,As shown therein,
본 발명은 AFPM방식과 RFPM방식을 결합시킨 복합 모터/발전기를 제공하기 위 한 것으로서, The present invention is to provide a combined motor / generator that combines the AFPM method and RFPM method,
서로 마주보는 방향으로 자극을 이루는 자석(21)(22)이 설치되는 제1,제2 회전자(11)(12)와;First and
코어(43) 양단부에 대응되는 고정자코일(41a)(42a)이 설치되고 코어(43)의 중간부에 고정장치(50)가 결합되어 외부의 고정브라켓(51)에 고정되고, 상기 제1,제2회전자(11)(12) 사이에 설치되는 는 제1,제2고정자(41)(42)와;
상기 제1,제2회전자(11)(12)에 설치된 자석(21)(22)과 이격되어 내측에서 제1,제2회전자(11)(12)를 연결하여 자로를 형성하는 요크(30)와;를 포함하여 구성된다.Yoke to form a magnetic path by connecting the first and
상기 제1,제2회전자(11)(12)에 설치되는 자석(21)(22)은 서로 대응되는 자석끼리 극성이 서로 반대 자극으로 대향하게 배열 설치된다. The
상기 제1,제2고정자(41)(42)는 하나의 고정자부를 이루어 모듈화되어 구성되고, 이웃하는 3쌍의 고정자부가 U,V,W 3상 전원단자와 연결되게 배열설치되며, 이웃하는 고정자부 사이의 간격은 0.5mm ~ 1mm의 간극으로 간격을 최소화하여 배열설치된다.The first and
상기 제1,제2고정자(41)(42)는,The first and
하나의 코어(43)와, 상기 코어(43)의 양단부에 설치되는 제1,제2고정자 코일(41a)(42a)과, 상기 제1,제2고정자 코일(41a)(42a)의 상하면에서 지지하는 고정자 커버(41b)(42b)로 이루어지고, 상기 고정장치(50)의 일측부에 결합부(50a)가 형성되고, 결합부(50a)에 상기 코어(43)의 중간부를 삽입 결합하여 하나의 고정자부를 모듈화하여 구성한다. 그리고 상기 고정장치(50)의 타단부가 고정브라켓(51)에 고정설치되어 구성된다. 여기서, 상기 고정자 커버는, 각 고정자 코일의 상하면에 각각 고정자 커버가 설치될 수도 있고, 도 1에서와 같이 외측부에만 고정자커버가 설치되어 구성될 수도 있다.On the upper and lower surfaces of one
도면에서 도시되지는 않았지만, 상기 제1,제2회전자의 중심부에는 회전축이 연결설치되고, 상기 제1,제2고정자에는 전원단자가 연결되어 설치되며, 전원을 공급하여 회전자를 회전시키는 경우는 모터로서 이용되며, 회전자를 회전시켜 전력을 생산하는 경우는 발전기로서 이용된다. 즉 모터와 발전기를 겸용으로 사용할 수 있다.Although not shown in the drawings, a rotating shaft is connected to and installed at the center of the first and second rotors, and a power terminal is connected to and installed to the first and second stators. Is used as a motor, and in the case of generating electric power by rotating the rotor, it is used as a generator. In other words, the motor and the generator can be used in combination.
이와 같이 본 발명은, AFPM의 회전자 구성에서, 서로 대응하는 자석(21)(22)의 간격을 넓히고, 서로 대응하는 자석(21)(22)의 중간에 RFPM과 같이 코어(43)를 설치하고, 코어(43)에 2개의 고정자코일(41a)(42a)를 설치한 것으로써, 제1회전자(11)의 자석(21)에서 제1고정자(41), 제2고정자(42), 제2회전자(12)의 자석(22), 요크(30)를 통해서 상기 제1회전자(11)의 자석(21)으로 자로가 형성된다. 따라서 누설자속에 의한 손실이 줄어드는 AFPM의 효과를 얻을 수 있으며, 코어(43)에 제1,제2고정자코일(41a)(42a)을 설치하고, 이웃하게 고정자를 연속배열 설치한 RFPM 구조에 의해 역기전력 구동에 가능해지므로, AFPM과 RFPM 복합 방식의 모터 및 발전기를 제공할 수 있는 것이다.As described above, in the rotor configuration of the AFPM, the distance between the
한편, 모터/발전기의 구성에서 코킹(Cogging) 현상이 발생될 수 있는데, 코킹현상을 최소화하기 위해서는 코어(43)에 제1,제2고정자코일(41a)(42a)이 설치되 고 중간부에 고정장치(50)를 설치한 고정자부를 모듈화하여 구성하고, 하나의 고정자부와 이웃하는 고정자부 사이의 간격을 최소화하여 구성한다. 본 발명에서는 고정자부와 고정자부의 간격을 0.5 ~ 1mm로 최소화하며, 이에 대응해서 회전자에 설치되는 자석도 이웃하는 자석과의 가격을 최소화하여 설치함으로써 코킹현상을 최소화할 수 있게 된다.On the other hand, cogging may occur in the configuration of the motor / generator. In order to minimize the coking phenomenon, the first and
도 4는 본 발명에 의한 코킹현상을 줄이기 위한 고정자부 설치 예시도이다.Figure 4 is an exemplary installation of the stator part for reducing the caulking phenomenon according to the present invention.
또한, 코킹현상을 줄이기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이, 고정자부를 2 ~ 5°경사지게 설치함으로써 코킹현상을 줄일수 있도록 구성한다.In addition, to reduce the caulking phenomenon, as shown in Figure 4, it is configured to reduce the caulking phenomenon by installing the
도 5는 본 발명에 의한 에이에프피엠과 알에프피엠 복합 멀티 모터 및 발전기의 구조를 예시한 도면으로서, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이 멀티 구성으로 설치할 수 있으며, 상기 제1,제2회전자 사이에 중간 회전자를 설치함과 아울러 요크로 서로 연결하고, 중간회전자의 양면에 각각 자석을 설치하며, 상기 제1,제2고정자(41)(42)를 하나의 모듈로 구성한 고정자부를 제1회전자와 중간회전자의 자석 사이 및 중간회전자와 제2회전자의 자석 사이에 각각 삽입 설치하여 멀티 구조로 구성한다. 도 5에서는 2쌍을 설치한 구성을 예시하였으나 이에 한정되지 아니하고 복수의 구조로 설치할 수 있다.5 is a diagram illustrating the structure of the APM and RF composite multi-motor and the generator according to the present invention, the present invention can be installed in a multi configuration as shown in Figure 5, the first, second rotor A stator part comprising an intermediate rotor and a yoke connected to each other, a magnet installed on both sides of the intermediate rotor, and the first and
본 발명은, AFPM의 장점인 누설자속을 최소화로 효율증대와, RFPM의 장점인 역기전력을 이용하고 상하부에 제1,제2고정자 즉, 2개의 고정자를 설치할 수 있어서 동일 크기의 모터에서 약 2배의 힘을 낼 수 있으며, 발전기로 이용하는 경우에도 역시 2배의 출력을 얻을 수 있게 된다.The present invention can increase efficiency by minimizing leakage flux, which is the advantage of AFPM, and use the back electromotive force, which is the advantage of RFPM, and install the first and second stators, that is, two stators on the upper and lower sides, so that about twice the size of a motor of the same size is achieved. You can get the power of, even when used as a generator can get twice the power.
결국 본 발명에서는 소형, 경량 및 고효율의 모터/발전기를 제공할 수 있게 되며, 전력손실을 최소화하여 효율증대와 높은 발전 효율을 얻을 수 있게 된다.As a result, in the present invention, it is possible to provide a small / light weight and high efficiency motor / generator, thereby minimizing power loss, thereby increasing efficiency and obtaining high power generation efficiency.
이와 같은 본 발명에 의한 AFPM과 RFPM 복합 모터 및 발전기는, 멀티 구성이 가능하고, 하이브리드 자동차, 엘리베이터, 풍력발전기 등에 모터나 발전기로써 적용 가능하다.The AFPM and RFPM composite motor and generator according to the present invention can be multi-configured, and can be applied as a motor or a generator to a hybrid car, an elevator, a wind turbine, and the like.
도 1은 본 발명에 의한 AFPM 및 RFPM 복합 모터 겸용 발전기의 요부구성을 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing the main portion of the AFPM and RFPM combined motor generator according to the present invention.
도 2는 고정자의 배열 설명도.2 is an explanatory diagram of an arrangement of stators;
도 3은 고정자의 분해 구성도.3 is an exploded configuration diagram of the stator.
도 4는 본 발명에 의한 코킹현상을 줄이기 위한 고정자부 설치 예시도Figure 4 is an exemplary installation of stator parts for reducing the caulking phenomenon according to the present invention
도 5는 본 발명에 의한 에이에프피엠과 알에프피엠 복합 멀티 모터 및 발전기의 구조를 예시한 도면5 is a diagram illustrating the structure of the APM and RF composite multi-motor and the generator according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
11, 12 : 제1,제2회전자 21,22 : 자석11, 12: 1st,
30 : 요크 41,42 : 제1,제2고정자30:
41a, 42a : 고정자코일 41b, 42b : 고정자 커버41a, 42a:
43 : 코어 50 : 고정장치43: core 50: fixing device
50a : 결합부 51 : 고정브라켓50a: coupling part 51: fixing bracket
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