KR101209643B1 - 크기가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크기가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터에 관한 것으로, 회전자의 회전방향으로 발생하는 인력으로 인한 공극자속밀도의 불균형을 해소하여 모터의 출력을 향상시키고 토크리플을 개선하고, 코깅 토오크를 줄여 진동과 소음 특성을 향상시키기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 회전자는 고정자의 회전자 삽입구멍에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 모터의 회전자로서, 회전자 철심과 복수의 영구자석을 포함한다. 회전자 철심은 중심 부분에 회전축이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍이 형성되어 있고, 회전축 삽입구멍의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍이 형성되어 있다. 그리고 복수의 영구자석은 복수의 영구자석 삽입구멍에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성한다. 이때 복수의 영구자석은 회전축의 회전 방향으로 앞선 영구자석의 크기가 뒤선 영구자석의 크기에 비해서 상대적으로 작다.

Description

크기가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터{Rotor having different sized permanent magnet and motor comprising the rotor}

본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정한 회전 방향을 갖는 모터의 회전자에서 크기가 다른 영구자석을 회전자 철심에 삽입 설치하여 공극자속밀도의 불균형을 해소할 수 있는 크기가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터에 관한 것이다.

통상적으로 모터(motor, 또는 전동기)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전력을 발생시키는 장치로서, 가정용 및 산업용으로 널리 사용되고 있다. 이러한 모터는 크게 교류 모터(AC motor)와 직류 모터(DC motor)로 구분할 수 있다.

직류 모터는 직류 전원으로 운전되며, 입력 전압에 변화를 주어 원하는 출력을 얻는 모터로서, 속도의 조절이 비교적 쉬워 전차, 엘리베이터 등의 구동에 사용되고 있다. 직류 모터는 브러시 직류 모터(brush DC motor)와 브러시리스 직류 모터(brushless DC motor)로 구분할 수 있다. 브러시리스 직류 모터는 브러시 직류 모터에 비해 브러시와 정류자라는 기계적 접촉부가 없다는 특징을 가지고 있으며, 이에 따라 기기의 고성능화, 경박단소화, 장수명화 등을 달성할 수 있다. 또한 브러시리스 직류 모터는 고정자에 코일이 감겨 있고, 회전자에 영구자석이 매입된 구조를 갖는다. 이러한 브러시리스 직류 모터는 반도체 기술 및 부품이나 재료의 발전에 따라 다양한 기기에 많이 사용되고 있다.

교류 모터는 교류 전원으로 운전되며, 생활 주변에서 가장 널리 사용되는 모터의 일종이다. 교류 모터는 기본적으로 외부의 고정자(stator)와, 내부의 회전자(rotor)로 구성되며, 교류 전류가 고정자 권선에 공급되면 전자기유도에 의해 전기장이 변환하고, 회전자에서 회전하는 전기장에 의해 유도 전류가 생기고 토크에 의해 회전자에 있는 회전축에서 회전력이 발생하는 모터이다.

이러한 교류 모터는 크게 단상식과 삼상식으로 구분하며, 다시 회전자의 유형에 따라 유도모터, 동기모터, 정류자모터로 구분할 수 있다.

LSPM(Liner Start Permanent Magnet) 모터(또는 '단상 유도동기모터'라고도 함)와 같은 동기형 모터(synchronous motor)는 단상 유도모터와 동기모터의 장점만을 적용한 교류 모터의 일종이다. 이와 같은 동기형 모터는 회전자의 도체바에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와, 고정자의 권선에 의하여 발생되는 자속의 상호작용에 의하여 발생되는 토오크에 의해 회전자가 회전을 시작하고, 기동되어 정격 운전시에는 회전자에 설치된 영구자석의 자속과 고정자에서 발생되는 자속의 상호 동기화되어 고정자의 회전자계의 속도로써 운전하는 모터이다. 즉 고정자의 코일에 전류가 인가되면, 고정자의 구조로 인해 발생되는 회전 자속과 회전자의 도체바에서 발생되는 유도 전류와의 상호 작용에 의해 회전자가 회전하게 된다. 그리고 회전가가 동기 속도에 이르게 되면 영구자석에 의한 토오크와 회전자의 구조에 기인한 릴럭턴스 토오크(reluctance torque)가 발생하여 회전자가 회전한다.

이러한 LSPM 모터의 회전자는 원통형의 회전자 철심과, 회전자 철심의 가장자리 둘레에 복수의 도체바가 삽입되어 있고, 도체바 안쪽에 복수의 영구자석이 삽입되어 설치된 구조를 갖는다.

이와 같은 구조의 LSPM 모터는 고성능의 영구자석이 적용됨에 따라 고출력화가 가능해진 반면, 코깅 토오크(cogging torque)로 인한 진동과 소음이 커지는 문제점을 안고 있다. 코깅 토오크는 회전자와 고정자 간의 공극자속밀도와 밀접한 관계를 갖고 있으며, 종래의 LSPM 모터는 공극자속밀도가 구형파 형상을 이루기 때문에, 진동과 소음이 심하게 발생한다.

즉 회전자 철심에 설치되는 복수의 영구자석으로 N극과 S극을 구성할 경우, 회전자의 회전축에 대해서 동일한 크기의 영구자석이 서로 대칭되는 위치에 삽입되어 설치된다. 이로 인해 복수의 영구자석과 고정자의 권선에 의한 기자력과 결합하면 N극 및 S극에서 각각 인력 및 척력이 발생하여 연속적으로 회전력을 발생한다.

그런데 회전자의 회전방향으로 부가적으로 인력이 발생하므로, N극에서는 부가적으로 발생된 인력이 더해져 공극자속밀도가 증가하고, 반대로 S극에서는 부가적으로 발생된 인력에 의해 자속의 세기가 상쇄되어 공극자속밀도가 감소하기 때문에, 회전자의 공극자속밀도가 불균형하게 되어 출력 저감, 토크리플 증가 등의 문제가 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은 코깅 토오크를 줄여 진동과 소음 특성이 우수한 크기가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 회전자의 회전방향으로 발생하는 인력으로 인한 공극자속밀도의 불균형을 해소하여 모터의 출력을 향상시키고 토크리플을 개선할 수 있는 크기가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고정자의 회전자 삽입구멍에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 모터의 회전자로서, 회전자 철심 및 복수의 영구자석을 포함하는 모터의 회전자를 제공한다. 상기 회전자 철심은 중심 부분에 회전축이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전축 삽입구멍의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍이 형성되어 있다. 그리고 상기 복수의 영구자석은 상기 복수의 영구자석 삽입구멍에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성한다. 이때 상기 복수의 영구자석은 회전축의 회전 방향으로 앞선 영구자석의 크기가 뒤선 영구자석의 크기에 비해서 상대적으로 작다.

본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 영구자석은 상기 회전축 삽입구멍을 중심으로 서로 대칭되게 설치되며, 서로 마주보게 배치된 영구자석은 크기가 실질적으로 서로 동일하고, 이웃하는 영구자석은 크기가 서로 상이할 수 있다.

본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 영구자석은 회전축의 회전 방향으로 앞선 영구자석의 길이가 뒤선 영구자석의 길이에 비해서 상대적으로 짧을 수 있다.

본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 영구자석은, 상기 N극을 형성하며 서로 이웃하는 복수의 제1 영구자석과, 상기 S극을 형성하며 서로 이웃하는 복수의 제2 영구자석을 포함할 수 있다. 이때 상기 복수의 제1 영구자석 및 제2 영구자석은 각각 회전축의 회전 방향으로 앞선 영구자석은 뒤선 영구자석 보다는 크기가 상대적으로 작다.

본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 제1 및 제2 영구자석은 각각 두 개이고, 상기 한 쌍의 제1 영구자석 사이의 각과, 상기 한 쌍의 제2 영구자석 사이의 각은 각각 90도 이상이고, 이웃하는 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석 사이의 각은 90도 이하일 수 있다.

본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 회전자 철심은 상기 복수의 영구자석 삽입구멍 외측의 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍이 형성되어 있다. 모터의 회전자는 상기 복수의 도체바 삽입구멍에 각각 삽입되어 설치되는 복수의 도체바를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 도체바 사이의 간격은 실질적으로 동일할 수 있다.

본 발명은 또한, 전술된 상기 회전자와, 중심 부분에서 상기 회전자가 삽입 설치되는 회전자 삽입구멍이 형성되어 있고 상기 회전자 삽입구멍의 내주면에 코일이 권선된 고정자를 포함하는 모터를 제공한다.

본 발명에 따르면, 일정한 회전 방향을 갖는 모터에서 회전 방향으로 앞선 영구자석의 크기를 뒤선 영구자석의 크기에 비해서 상대적으로 작은 영구자석을 배치함으로써, 회전자의 회전방향으로 발생하는 인력으로 인한 공극자속밀도의 불균형을 해소하여 모터의 출력을 향상시키고 토크리플을 개선할 수 있고, 코깅 토오크를 줄여 진동과 소음 특성을 개선할 수 있다.

즉 회전자의 회전 방향으로 인력이 발생하기 때문에, 앞선 영구자석에서는 회전자의 회전에 의해 부가적으로 발생되는 인력으로 인해 자속의 세기가 증가하므로 크기를 줄이고, 척력이 발생하는 뒤선 영구자석에서는 회전자의 회전에 의해 부가적으로 발생되는 인력으로 인해 자속의 세기가 감소하므로 크기를 크게 하여 자속 감소를 보상함으로써, 부하시의 공극자속밀도를 평형하게 하여 모터의 출력을 향상시키고 토크리플을 개선할 수 있고, 코깅 토오크를 줄여 진동과 소음 특성을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터의 회전자를 보여주는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 회전자를 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 회전자를 갖는 모터를 보여주는 평면도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터의 회전자(20)를 보여주는 평면도이다.

도 1을 참조하면, 회전자(20)는 고정자의 회전자 삽입구멍에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 모터의 회전자로서, 회전자 철심(21)과, 회전자 철심(21)에 매입된 복수의 영구자석(22)을 포함한다. 회전자 철심(21)은 중심 부분에 회전축(30)이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍(25)이 형성되어 있고, 회전축 삽입구멍(25)의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍(26)이 형성되어 있다. 그리고 복수의 영구자석(22)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성한다. 이때 복수의 영구자석(22)은 회전축(30)의 회전 방향으로 앞선 영구자석(22a, 22c)의 크기가 뒤선 영구자석(22b, 22d)의 크기에 비해서 상대적으로 작다. 회전축(30)의 회전 방향은 X축을 기준으로 시계 방향이며, X축은 자극의 변환이 발생되는 지점이다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 회전자(20)는 회전축(30)의 회전 방향으로 앞선 영구자석(22a,22c)의 크기가 뒤선 영구자석(22b,22d)의 크기에 비해서 상대적으로 작기 때문에, 회전축(30)의 회전방향으로 발생하는 인력으로 인한 공극자속밀도의 불균형을 해소하여 모터의 출력을 향상시키고 토크리플을 개선할 수 있고, 코깅 토오크를 줄여 진동과 소음 특성을 개선할 수 있다.

구체적으로 제1 실시예에 따른 회전자(20)에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

회전자 철심(21)은 동일한 형상의 회전자 철판(24) 복수 개를 축방향으로 적층하여 형성한다. 회전자 철심(21)은 중심 부분에 회전축(30)이 삽입되는 회전축 삽입구멍(25)이 형성되어 있다. 회전자 철심(21)은 회전축 삽입구멍(25)의 외곽에 복수의 영구자석 삽입구멍(26)이 형성되어 있다.

이때 회전자 철판(24)으로는 규소 강판이 사용될 수 있다. 회전축 삽입구멍(25) 및 영구자석 삽입구멍(26)은 회전자 철심(21)의 상부면에 대해서 수직 방향으로 형성될 수 있다.

제1 실시예에서는 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 외곽에 사각으로 영구자석(22)이 설치되는 네 개의 영구자석 삽입구멍(26)이 회전자 철심(21)에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다.

그리고 복수의 영구자석(22)은 각각 회전자 철심(21)의 복수의 영구자석 삽입구멍(26)에 삽입되어 설치된다. 이때 복수의 영구자석(22)은 코일에서 발생되는 자속과의 상호작용에 의해 토오크를 발생시킨다. 영구자석(22)으로는 희토류 자석이 사용될 수 있다.

특히 복수의 영구자석(22)은 공극자속밀도의 불균형을 해소하기 위해서, 회전축(30)의 회전 방향으로 앞선 영구자석(22a,22c)의 크기가 뒤선 영구자석(22b,22d)의 크기에 비해서 상대적으로 작게 형성된다. 즉 회전축(30)의 회전 방향으로 인력이 발생하기 때문에, 앞선 영구자석(22a,22c)에서는 회전자(20)의 회전에 의해 부가적으로 발생되는 인력으로 인해 자속의 세기가 증가하므로 크기를 줄이고, 척력이 발생하는 뒤선 영구자석(22b,22d)에서는 회전자(20)의 회전에 의해 부가적으로 발생되는 인력으로 인해 자속의 세기가 감소하므로 크기를 크게 하여 자속 감소를 보상함으로써, 부하시의 공극자속밀도를 평형하게 하여 모터의 출력을 향상시키고 토크리플을 개선할 수 있고, 코깅 토오크를 줄여 진동과 소음 특성을 개선할 수 있다.

이때 복수의 영구자석(22)은 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 서로 대칭되게 설치되며, 서로 이웃하는 영구자석(22)은 크기가 서로 상이하지만, 서로 마주보게 배치된 영구자석(22)은 크기가 서로 동일하다. 복수의 영구자석(22)은 회전축(30)의 회전 방향으로 앞선 영구자석(22a,22c)의 길이가 뒤선 영구자석(22b,22d)의 길이에 비해서 상대적으로 짧게 형성할 수 있다. 복수의 영구자석(22)의 폭은 동일할 수 있다.

예컨대 복수의 영구자석(22)은 N극을 형성하며 서로 이웃하는 복수의 제1 영구자석(28)과, 상기 S극을 형성하며 서로 이웃하는 복수의 제2 영구자석(29)을 포함할 수 있다. 회전축(20)을 중심으로 복수의 제1 영구자석(28) 및 복수의 제2 영구자석(29)은 서로 대칭되게 회전자 철심(21)에 설치된다. 물론 복수의 제1 영구자석(28) 및 제2 영구자석(29)은 각각 회전축(30)의 회전 방향으로 앞선 영구자석(22a,22c)은 뒤선 영구자석(22b,22d) 보다는 크기가 상대적으로 작다.

회전 방향으로 앞선 영구자석(22a,22c)은 뒤선 영구자석(22b,22d) 보다는 크기가 상대적으로 작게 제작하기 위해서, 회전 방향으로 앞선 영구자석(22a,22c)은 뒤선 영구자석(22b,22d)의 길이보다 짧게 제작할 수 있다. 복수의 영구자석(22)의 폭은 동일하다. 예컨대 복수의 제1 영구자석(28)에 있어서, 앞선 영구자석(22a)의 길이(a)를 뒤선 영구자석(22b)의 길이(b)보다 짧게 제작할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 및 제2 영구자석(28,29)은 각각 두 개일 수 있다. 한 쌍의 제1 영구자석(28) 사이의 각과, 한 쌍의 제2 영구자석(29) 사이의 각은 각각 90도 이상이고, 이웃하는 제1 영구자석(28)과 제2 영구자석(29) 사이의 각은 90도 이하가 되게 복수의 제1 및 제2 영구자석(28,29)은 회전자 철심(21)에 삽입 설치될 수 있다.

그리고 제1 실시예에서는 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 4개의 영구자석(22)이 배치되고, 한 쌍의 제1 영구자석(28)이 N극을 형성하고, 한 쌍의 제2 영구자석(29)이 S극을 형성하는 경우를 설명하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 4개 이상의 짝수의 영구자석(22)이 회전자 철심(21)에 삽입 설치되거나, 이웃하는 복수의 영구자석(22)은 서로 다른 극성을 갖도록 회전자 철심(21)에 삽입 설치될 수도 있다.

한편 제1 실시예에서는 회전축(30)의 회전 방향으로 앞선 영구자석(22a,22c)의 길이가 뒤선 영구자석(22b,22d)의 길이에 비해서 상대적으로 짧게 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 회전축(30)의 회전 방향으로 앞선 영구자석(22a,22c)의 폭이 뒤선 영구자석(22b,22d)의 폭에 비해서 상대적으로 짧게 형성할 수 있다. 이 경우 복수의 영구자석(22)의 길이는 동일할 수 있다. 또는 회전축(30)의 회전 방향으로 앞선 영구자석(22a,22c)의 길이와 폭이 뒤선 영구자석(22b,22d)의 길이와 폭에 비해서 상대적으로 짧게 형성할 수 있다.

제1 실시예에서는 앞선 영구자석(22a,22c)의 길이를 뒤선 영구자석(22b,22d)에 비해서 상대적으로 짧게 형성할 때, 앞선 영구자석(22a,22c)은 자극의 중심 부분을 짧게 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 앞선 영구자석(22a,22c)의 자극의 가장자리 부분을 짧게 형성할 수도 있다. 또는 앞선 영구자석(22a,22c)의 양단부를 짧게 형성할 수도 있다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 회전자(20)는 브러시리스 직류 모터의 회전자로 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 회전자(120)를 보여주는 평면도이다.

도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 회전자(120)는 회전자 철심(21), 복수의 영구자석(22), 및 복수의 도체바(23)를 포함한다. 여기서 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)이 삽입 설치된 구조는 제1 실시예에 따른 회전자(도 1의 20)와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략하고 복수의 도체바(23)를 중심으로 하면 다음과 같다.

회전자 철심(21)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)의 외측의 가장자리 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍(27)이 형성되어 있다. 여기서 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 영구자석 삽입구멍(26)이 형성된 방향 즉, 회전자 철심(21)을 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 길쭉한 형태를 가지며, 회전자 철심(21)의 외곽에 배치되어 있다. 도체바 삽입구멍(27)은 영구자석(22)을 향하여 슬롯(slot)으로 형성될 수 있다. 예컨대 도체바 삽입구멍(27)은 길쭉한 타원형, 길쭉한 직사각형 형태에서 장변의 양단이 외측으로 볼록한 형태 등으로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 동일한 형태로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27) 사이의 간격은 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다(d1=d2).

그리고 복수의 도체바(23)는 복수의 도체바 삽입구멍(27)에 각각 삽입되어 설치된다. 복수의 도체바(23) 사이의 간격은 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 복수의 도체바(23)는 도체바 삽입구멍(27)에 다이캐스팅 방법으로 설치될 수 있다. 이때 도체바(23)는 일반적으로 전기전도성이 우수하고 다이캐스팅이 가능한 알루미늄(Al) 소재를 사용할 수 있다. 다이캐스팅으로 형성되는 도체바(23)는 도체바 삽입구멍(27)의 형상에 대응되는 형태로 형성된다.

제2 실시예에 따른 회전자(120) 또한 제1 실시예에 따른 회전자(도 1의 20)와 동일한 영구자석(22)의 배치 구조를 갖기 때문에, 제1 실시예에 따른 회전자(도 1의 20)와 같이, 회전축(30)의 회전 방향으로 앞선 영구자석(22)의 크기가 뒤선 영구자석(22)의 크기에 비해서 상대적으로 작기 때문에, 회전축(30)의 회전방향으로 발생하는 인력으로 인한 공극자속밀도의 불균형을 해소하여 모터의 출력을 향상시키고 토크리플을 개선할 수 있고, 코깅 토오크를 줄여 진동과 소음 특성을 개선할 수 있다.

이와 같은 제2 실시예에 따른 회전자(120)를 갖는 모터(100)에 대해서 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 도 2의 회전자(120)를 갖는 모터(100)를 보여주는 평면도이다.

제2 실시예에 따른 회전자(120)를 갖는 모터(100)는 LSPM(Liner Start Permanent Magnet) 모터와 같은 동기형 모터로서, 회전자(120)와, 회전자(120)가 회전 가능하게 삽입 설치되는 고정자(10)를 포함한다. 고정자(10)는 중심 부분에 회전자 삽입구멍(18)이 형성되어 있으며, 회전자 삽입구멍(18)의 내주면에 코일(16)이 권선되어 있다. 그리고 회전자(120)는 고정자(10)의 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 회전 가능하게 설치된다.

여기서 고정자(10)는 회전자 삽입구멍(18)이 형성된 고정자 철심(11)과, 고정자 철심(11)의 회전자 삽입구멍(18)의 내주면을 따라서 권선된 코일(16)을 포함한다. 이때 회전자 삽입구멍(18)의 내경은 회전자(120)의 외경보다는 크게 형성되며, 회전자 삽입구멍(18)의 내경과 회전자(120)의 외경의 차이가 공극을 형성한다.

고정자 철심(11)은 동일한 형상의 고정자 철판(12) 복수 개를 축방향으로 적층하여 형성한다. 고정자 철심(11)은 내측에 회전자(120)가 삽입되어 위치할 수 있는 회전자 삽입구멍(18)이 형성되어 있다. 고정자 철심(11)은 내주면을 따라서 일정 간격으로 복수의 투스(14)가 형성되어 있다. 복수의 투스(14)는 고정자 철심(11)의 내주면에서 고정자 철심(11)의 중심축을 향하여 돌출되며, 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 설치되는 회전자(120)의 외주면에 근접하게 배치된다. 이때 고정자 철판(12)으로는 규소 철판이 사용될 수 있다. 고정자 철심(11)의 안쪽의 투스(14)의 끝단이 형성하는 가상면 안쪽이 회전자 삽입구멍(18)을 형성한다.

그리고 코일(16)은 복수의 투스(14)에 각각 권선됨으로써, 교류 전원이 인가되면 고정자(10)의 구조로 인해 회전 자속을 발생시킨다.

한편 도시하진 않았지만, 회전축(30)은 동기형 모터(100)의 케이스를 이루는 케이싱(casing)이나 쉘(shell)에 베어링을 매개로 회전 가능하게 설치된다.

이와 같은 모터(100)는 회전자(120)의 도체바(23)에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와, 고정자(10)의 권선(16)에 의하여 발생되는 자속의 상호작용에 의하여 발생되는 토오크에 의해 회전자(120)가 회전을 시작하고, 기동되어 정격 운전시에는 회전자(120)에 설치된 영구자석(22)의 자속과 고정자(10)에서 발생되는 자속의 상호 동기화되어 고정자(10)의 회전자계의 속도로써 운전한다. 이때 모터(100) 구동시 회전자(120)의 회전 방향으로 인력이 발생하기 때문에, 앞선 영구자석(22)에서는 회전자(120)의 회전에 의해 부가적으로 발생되는 인력으로 인해 자속의 세기가 증가하므로 크기를 줄이고, 척력이 발생하는 뒤선 영구자석(22)에서는 회전자(120)의 회전에 의해 부가적으로 발생되는 인력으로 인해 자속의 세기가 감소하므로 크기를 크게 하여 자속 감소를 보상함으로써, 공극자속밀도의 불균형을 해소할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 고정자
11 : 고정자 철심
12 : 고정자 철판
14 : 투스
16 : 코일
18 : 회전자 삽입구멍
20, 120 : 회전자
21 : 회전자 철심
22 : 영구자석
23 : 도체바
24 : 회전자 철판
25 : 회전축 삽입구멍
26 : 영구자석 삽입구멍
27 : 도체바 삽입구멍
100 : 모터

Claims (8)

1. 고정자의 회전자 삽입구멍에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 모터의 회전자로서,
   중심 부분에 회전축이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전축 삽입구멍의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍이 형성되어 있는 회전자 철심;
   상기 복수의 영구자석 삽입구멍에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성하는 복수의 영구자석;을 포함하며,
   상기 복수의 영구자석은,
   상기 N극을 형성하며 서로 이웃하는 두 개의 제1 영구자석;
   상기 S극을 형성하며 서로 이웃하는 두 개의 제2 영구자석;을 포함하며,
   상기 두 개의 제1 영구자석 및 상기 두 개의 제2 영구자석은 각각 회전축의 회전 방향으로 앞선 영구자석이 뒤선 영구자석 보다는 크기가 상대적으로 작고,
   상기 두 개의 제1 영구자석 및 상기 두 개의 제2 영구자석은 각각 회전축의 회전 방향으로 앞선 영구자석의 길이가 뒤선 영구자석의 길이에 비해서 상대적으로 짧게 형성되되 앞선 영구자석의 자극의 중심 부분을 향하는 쪽이 짧게 형성되어, 마주보는 상기 두 개의 제1 영구자석의 양단 사이의 간격 및 마주보는 상기 두 개의 제2 영구자석의 양단 사이의 간격이 각각 이웃하는 상기 제1 및 제2 영구자석의 양단 사이의 간격보다는 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 크기가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 영구자석은,
   상기 회전축 삽입구멍을 중심으로 서로 대칭되게 설치되며, 서로 마주보게 배치된 영구자석은 크기가 서로 동일하고, 이웃하는 영구자석은 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 크기가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 영구자석은,
   폭이 동일한 것을 특징으로 하는 크기가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
5. 제4항에 있어서,
   상기 두 개의 제1 영구자석 사이의 각과, 상기 두 개의 제2 영구자석 사이의 각은 각각 90도 이상이고, 이웃하는 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석 사이의 각은 90도 이하인 것을 특징으로 하는 크기가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
6. 제1항에 있어서,
   상기 회전자 철심은 상기 복수의 영구자석 삽입구멍 외측의 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍이 형성되어 있으며,
   상기 복수의 도체바 삽입구멍에 각각 삽입되어 설치되는 복수의 도체바;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 크기가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
7. 제6항에 있어서,
   상기 복수의 도체바 사이의 간격은 동일한 것을 특징으로 하는 크기가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
8. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 상기 회전자;
   중심 부분에서 상기 회전자가 삽입 설치되는 회전자 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전자 삽입구멍의 내주면에 코일이 권선된 고정자;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.

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