KR101307047B1 - Permanent magnet motor - Google Patents

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KR101307047B1
KR101307047B1 KR1020120022814A KR20120022814A KR101307047B1 KR 101307047 B1 KR101307047 B1 KR 101307047B1 KR 1020120022814 A KR1020120022814 A KR 1020120022814A KR 20120022814 A KR20120022814 A KR 20120022814A KR 101307047 B1 KR101307047 B1 KR 101307047B1
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permanent magnet
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sine wave
rotor core
motor
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KR1020120022814A
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권병일
사이드쿼반알리
토마스.에이.리포
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A motor of a permanent magnet is provided to reduce cogging torque and torque ripple causing noise and vibration by implementing the shape of the permanent magnet attached to the surface of a rotator in a sine wave and by having a magnetic flux and a counter electro-motive force generated from the permanent magnet as the shape of the sine wave. CONSTITUTION: A motor (100) of a permanent magnet (30) is a permanent magnet surface attaching type brushless direct current motor. The motor includes a rotator (110) having a structure in which the permanent magnet is attached to the surface and a stator (150) including a coil (160) mutually and electrically operated with the permanent magnet. The rotator includes a shaft (120) comprising the center of rotation; a rotator core (111) forming a cylinder shape by being connected to the shaft; and a plurality of the permanent magnets attached and connected to the surface of the rotator core. The permanent magnet comprises an N pole (131) and an S pole (135) and reduces cogging torque and torque ripple causing noise and vibration of the motor by having a magnetic flux and a counter electro-motive force of a sine wave form.

Description

영구자석 전동기{Permanent magnet motor}Permanent magnet motor

영구자석 전동기가 개시된다. 보다 상세하게는, 회전자의 표면에 부착되는 영구자석의 형상을 정현파 형태로 구현함으로써 영구자석으로부터 발생되는 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며 이를 통해 소음과 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있는 영구자석 전동기가 개시된다.
A permanent magnet motor is disclosed. More specifically, by implementing the shape of the permanent magnet attached to the surface of the rotor in the form of a sine wave, the magnetic flux and back electromotive force generated from the permanent magnet may also have a sine wave form through which the cogging torque and torque that causes noise and vibration A permanent magnet motor is disclosed that can reduce ripple.

영구자석 동기전동기(Permanent Magnet synchronous Motor)는, 계자에 영구자석을 사용한 동기전동기로서, 다른 전동기들에 비해 상대적으로 고효율이고, 보수가 용이하며, 또한 계자 손실에 따른 온도 상승이 없기 때문에 계자 온도 상승에 대한 보호가 불필요하다는 장점이 있다. Permanent magnet synchronous motor is a synchronous motor using permanent magnets in the field, which is relatively more efficient than other motors, easy to repair, and has no temperature rise due to field loss. There is an advantage that protection against is unnecessary.

영구자석 전동기 중 영구자석 표면부착형 브러쉬리스 직류전동기는 영구자석과 고정자 전류의 상호 작용으로 인해 발생하는 마그네틱 토크를 이용하는 전동기로서, 속도 가변과 고성능을 필요로 하는 가정용 및 산업용 전동기로 적용이 가능하다. Permanent magnet surface-mounted brushless DC motors among permanent magnet motors are motors that use magnetic torque generated by the interaction of permanent magnets and stator currents, and can be applied to household and industrial motors that require variable speed and high performance. .

그런데, 이러한 종래의 영구자석 표면부착형 전동기는, 도 1에 도시된 것처럼, 영구자석으로부터 발생되는 역기전력이 구형파를 갖기 때문에 높은 코깅 토크 및 토크 리플이 발생하는 한계가 있다. 전동기의 코깅 토크와 토크 리플은 소음과 진동의 주요인이 되는데 제어가 쉽지 않다. However, such a conventional permanent magnet surface-mounted motor has a limitation in that high cogging torque and torque ripple are generated because the counter electromotive force generated from the permanent magnet has a square wave as shown in FIG. 1. The cogging torque and torque ripple of the motor are the main causes of noise and vibration, which is not easy to control.

이에 코깅 토크 및 토크 리플을 최소화하기 위해, 드라이브를 통한 전류 파형 조절, 분포권 권선 방식 적용 등이 고려되었으나 전동기 크기가 커지는 문제, 그리고 권선 방식이 복잡해지는 단점이 있다.In order to minimize cogging torque and torque ripple, the current waveform control through the drive and the distribution winding method have been considered. However, the size of the motor is increased and the winding method is complicated.

이에, 간단한 구성으로 정현파의 역기전력을 발생시킬 수 있는 영구자석 전동기의 개발이 요구된다.
Accordingly, the development of a permanent magnet motor capable of generating a sinusoidal counter electromotive force with a simple configuration is required.

본 발명의 실시예에 따른 목적은, 회전자의 표면에 부착되는 영구자석의 형상을 정현파 형태로 구현함으로써 영구자석으로부터 발생되는 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며 이를 통해 소음과 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있는 영구자석 전동기를 제공하는 것이다.The object according to the embodiment of the present invention, by implementing the shape of the permanent magnet attached to the surface of the rotor in the form of a sine wave, the magnetic flux and back electromotive force generated from the permanent magnet may also have a sine wave form, thereby causing noise and vibration It is to provide a permanent magnet motor that can reduce the cogging torque and torque ripple.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 영구자석이 정현파 형태로 마련됨으로써 종래에 비해 영구자석의 체적을 줄일 수 있으며 따라서 제조 비용을 절감할 수 있는 영구자석 전동기를 제공하는 것이다.
In addition, an object according to an embodiment of the present invention, the permanent magnet is provided in the form of a sine wave can provide a permanent magnet electric motor that can reduce the volume of the permanent magnet compared to the prior art and thus can reduce the manufacturing cost.

본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기는, 샤프트를 중심으로 축 회전 가능한 회전자 코어와, 상기 회전자 코어의 표면에 결합되는 영구자석을 구비하는 회전자; 및 상기 회전자를 감싸도록 마련되며 권선을 구비하는 고정자;를 포함하며, 상기 영구자석은 상기 회전자 코어의 표면에서 정현파 형상을 갖도록 결합될 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 회전자의 표면에 부착되는 영구자석의 형상을 정현파 형태로 구현함으로써 영구자석으로부터 발생되는 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며 이를 통해 소음과 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있다.Permanent magnet electric motor according to an embodiment of the present invention, a rotor having a rotor core axially rotatable about the shaft, and a permanent magnet coupled to the surface of the rotor core; And a stator provided to surround the rotor and having a winding, wherein the permanent magnet may be coupled to have a sine wave shape at the surface of the rotor core. By implementing the shape of the permanent magnet in the form of a sine wave, the magnetic flux and back electromotive force generated from the permanent magnet may also have a sine wave form, thereby reducing the cogging torque and torque ripple that causes noise and vibration.

여기서, 상기 회전자 코어의 외면에서 상기 영구자석의 N극 및 S극이 교번적으로 배치되며, 상기 영구자석은 복수 개의 단위 영구자석이 상기 회전자 코어의 높이에 대응되도록 적층되는 적층 구조를 갖되, 상기 복수 개의 단위 영구자석의 적층 시 정현파 형상을 가질 수 있다.Here, the N pole and the S pole of the permanent magnet are alternately disposed on the outer surface of the rotor core, the permanent magnet has a laminated structure in which a plurality of unit permanent magnets are stacked so as to correspond to the height of the rotor core. When the plurality of unit permanent magnets are stacked, they may have a sine wave shape.

상기 영구자석의 N극 및 S극 중 어느 하나는 상기 복수 개의 단위 영구자석의 폭이 상기 회전자 코어의 하단에서 상단으로 갈수록 작아짐으로써 정현파 형상을 이루며, 상기 영구자석의 N극 및 S극 중 다른 하나는 상기 복수 개의 단위 영구자석의 폭이 상기 회전자 코어의 하단에서 상단으로 갈수록 커짐으로써 정현파 형상을 이룰 수 있다.Any one of the N pole and the S pole of the permanent magnet forms a sinusoidal shape by decreasing the width of the plurality of unit permanent magnets from the lower end of the rotor core toward the upper end, and the other of the N and S poles of the permanent magnet. One can achieve a sinusoidal shape by increasing the width of the plurality of unit permanent magnets from the lower end of the rotor core toward the upper end.

또는, 상기 영구자석의 N극 및 S극은 모두 상기 복수 개의 단위 영구자석의 폭이 상기 회전자 코어의 하단에서 상단으로 갈수록 작아짐으로써 정현파 형상을 이루거나 상기 복수 개의 단위 영구자석의 폭이 상기 회전자 코어의 하단에서 상단으로 갈수록 커짐으로써 정현파 형상을 이룰 수도 있다.Alternatively, both the north pole and the south pole of the permanent magnet form a sine wave shape by decreasing the width of the plurality of unit permanent magnets from the lower end of the rotor core to the upper end, or the width of the plurality of unit permanent magnets is A sine wave shape may be achieved by increasing from the lower end to the upper end of the electron core.

상기 영구자석은 개별적으로 제조된 복수 개의 단위 영구자석이 높이 방향으로 적층되어 마련되거나 정현파 형상을 갖도록 일체로 제작될 수 있다.
The permanent magnets may be provided by stacking a plurality of individually manufactured unit permanent magnets in a height direction or integrally having a sine wave shape.

본 발명의 실시예에 따르면, 회전자의 표면에 부착되는 영구자석의 형상을 정현파 형태로 구현함으로써 영구자석으로부터 발생되는 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며 이를 통해 소음과 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by implementing the shape of the permanent magnet attached to the surface of the rotor in the form of a sine wave, the magnetic flux and back electromotive force generated from the permanent magnet may also have a sine wave form through which cogging that causes noise and vibration Torque and torque ripple can be reduced.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 영구자석이 정현파 형태로 마련됨으로써 종래에 비해 영구자석의 체적을 줄일 수 있으며 따라서 제조 비용을 절감할 수 있다.
In addition, according to the embodiment of the present invention, the permanent magnet is provided in the form of a sine wave, it is possible to reduce the volume of the permanent magnet compared to the prior art and thus can reduce the manufacturing cost.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 역기전력을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 사시도이다.
도 3은 도 2의 회전자를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 영구자석 전동기의 역기전력을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 전동기의 회전자를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 영구자석 전동기의 역기전력을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기와 종래의 영구자석 전동기의 회전각에 따른 역기전력의 변화를 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기와 종래의 영구자석 전동기의 회전각에 따른 코깅 토크의 변화를 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기와 종래의 영구자석 전동기의 회전각에 따른 전자기 토크의 변화를 비교한 그래프이다.1 is a view schematically showing a counter electromotive force of a permanent magnet motor according to an embodiment of the prior art.
2 is a perspective view of a permanent magnet electric motor according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating the rotor of FIG. 2.
4 is a view schematically showing the counter electromotive force of the permanent magnet motor of FIG.
5 is a view showing a rotor of a permanent magnet motor according to another embodiment of the present invention.
6 is a view schematically showing the counter electromotive force of the permanent magnet motor of FIG.
7 is a graph comparing changes in counter electromotive force according to rotation angles of a permanent magnet motor according to embodiments of the present invention and a conventional permanent magnet motor.
8 is a graph comparing changes in cogging torque according to rotation angles of a permanent magnet motor according to embodiments of the present invention and a conventional permanent magnet motor.
9 is a graph comparing changes in electromagnetic torque according to rotation angles of a permanent magnet motor according to embodiments of the present invention and a conventional permanent magnet motor.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. Hereinafter, configurations and applications according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following description is one of many aspects of the claimed invention and the following description forms part of a detailed description of the present invention.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail for the sake of clarity and conciseness.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 사시도이고, 도 3은 도 2의 회전자를 도시한 사시도이며, 도 4는 도 2의 영구자석 전동기의 역기전력을 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a perspective view of a permanent magnet motor according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view of the rotor of FIG. 2, and FIG. 4 is a view schematically showing the counter electromotive force of the permanent magnet motor of FIG. 2.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기(100)는, 영구자석 표면부착형 브러쉬리스 직류전동기로서, 영구자석(130)이 표면에 부착되는 구조를 갖는 회전자(110, rotor)와, 영구자석(130)과 전자기적으로 상호 작용하는 권선(160, coil)을 구비하는 고정자(150, stator)를 포함할 수 있다.As shown in Figure 2, the permanent magnet motor 100 according to an embodiment of the present invention, a permanent magnet surface-attached brushless DC motor, a rotor having a structure in which the permanent magnet 130 is attached to the surface A stator 150 may include a rotor 110 and a coil 160 that electromagnetically interacts with the permanent magnet 130.

각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 본 실시예의 회전자는, 회전 중심을 이루는 샤프트(120)와, 샤프트(120)에 결합되며 원통형을 이루는 회전자 코어(111)와, 회전자 코어(111)의 표면에 부착되어 결합되는 복수 개의 영구자석(130)을 구비할 수 있다.Referring to each configuration, first, the rotor of the present embodiment, the shaft 120 forming the center of rotation, the rotor core 111 coupled to the shaft 120 to form a cylindrical, and the rotor core 111 It may be provided with a plurality of permanent magnets 130 attached to the surface is coupled.

여기서, 회전자 코어(111)에 결합되는 영구자석(130)은 N극(131) 및 S극(135)으로 이루어지는데 이들은 정현파 형상으로 형성됨으로써 영구자석(130)으로부터 발생되는 자속 및 역기전력을 정현파 형태를 갖도록 할 수 있으며, 따라서 전동기(100)의 소음과 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 저감시킬 수 있다. 이러한 영구자석(130)의 구체적인 구성에 대해서는 자세하게 후술하기로 한다.Here, the permanent magnets 130 coupled to the rotor core 111 are composed of the N pole 131 and the S pole 135, which are formed in the shape of a sine wave, thereby sine wave magnetic flux and back electromotive force generated from the permanent magnet 130. It is possible to have a form, thereby reducing the cogging torque and torque ripple that causes noise and vibration of the motor 100 can be reduced. Detailed configuration of the permanent magnet 130 will be described later in detail.

그리고 본 실시예의 고정자(150)는, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 회전자(110)를 감싸는 고정자 코어(151)와, 고정자 코어(151)의 내측에 마련되어 영구자석(130)과 전자기적으로 상호 작용하는 권선(160, coil)들을 구비할 수 있다.As shown in FIG. 2, the stator 150 of the present embodiment includes a stator core 151 surrounding the rotor 110, and a permanent magnet 130 and an electron provided inside the stator core 151. It may be provided with coils 160 that miraculously interact.

이러한 구성의 고정자(150)의 권선(160)에 전류가 인가되면 영구자석(130)과의 상호 전자기적인 작용이 발생되어 회전자(110)는 고정자(150)에 대해 상대 회전할 수 있다.When a current is applied to the windings 160 of the stator 150 having the above-described configuration, mutual electromagnetic effects with the permanent magnets 130 are generated, so that the rotor 110 may rotate relative to the stator 150.

다만, 이 때 원하는 토크를 발생시키기 위해서는, 공극자속밀도가 좋아야 하며, 이를 위해 영구자석(130)으로부터 발생되는 자속이 구형파가 아닌 정현파 형태를 가져야 하며, 또한 소음과 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 줄이기 위해 역기전력 역시 구형파가 아닌 정현파 형태를 가져야 한다.However, in order to generate the desired torque at this time, the pore magnetic flux density should be good, and for this purpose, the magnetic flux generated from the permanent magnet 130 should have a sine wave shape instead of a square wave, and also cogging torque and noise causing vibration and To reduce torque ripple, back EMF should also have a sinusoidal shape rather than a square wave.

그런데, 전술한 것처럼 종래의 경우, 구형파의 역기전력을 갖기 때문에 높은 코깅 토크 및 토크 리플이 발생하였으며 이로 인해 소음 및 진동이 발생되는 한계가 있었다.However, as described above, in the conventional case, since the counter-electromotive force of the square wave has a high cogging torque and torque ripple occurred, there was a limit to generate noise and vibration.

이에, 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 본 실시예의 영구자석 전동기(100)는 정현파의 자속 및 역기전력을 발생시키는 정현파 타입의 영구자석(130)을 구비한다.Thus, to solve these problems, the permanent magnet motor 100 of the present embodiment is provided with a sine wave type permanent magnet 130 for generating the sine wave magnetic flux and back electromotive force.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 영구자석(130)은, 정현파의 자속 및 역기전력 발생을 위해 정현파 형상, 즉 회전자 코어(111)의 하단에서 상단으로 갈수록 계단식으로 폭이 좁아지거나 넓어지는 형상을 갖는다. 따라서 고정자(150)의 권선(160)에 전류가 흐를 때 발생되는 영구자석(130)으로부터의 자속이 정현파 형태를 가질 수 있고 아울러 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있다.Referring to FIG. 3, the permanent magnets 130 of the present embodiment have a sine wave shape, that is, a step that narrows or widens stepwise from the bottom of the rotor core 111 to the top for generating the sine wave magnetic flux and the counter electromotive force. Have Therefore, the magnetic flux from the permanent magnet 130 generated when the current flows in the winding 160 of the stator 150 may have a sine wave form, and the counter electromotive force may also have a sine wave form.

본 실시예의 영구자석(130)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 N극(131) 및 2개의 S극(135)을 포함하며, N극(131) 및 S극(135)이 상호 교번적으로 회전자 코어(111)의 표면에 부착될 수 있다.As shown in FIG. 3, the permanent magnet 130 of the present embodiment includes two N poles 131 and two S poles 135, and the N pole 131 and the S pole 135 are mutually connected. Alternately, it may be attached to the surface of the rotor core (111).

먼저 N극을 갖는 영구자석(131)은, 회전자 코어(111)의 높이에 대응되는 높이를 가지며, 적층 구조를 갖는다. 즉, N극의 영구자석(131)은 복수 개의 단위 영구자석(131a~131f)을 포함하며, 이들 단위 영구자석(131a~131f)이 높이 방향으로 적층되어 반주기의 정현파 형태를 가질 수 있다.First, the permanent magnet 131 having the N pole has a height corresponding to the height of the rotor core 111 and has a laminated structure. That is, the permanent magnet 131 of the N pole includes a plurality of unit permanent magnets 131a to 131f, and the unit permanent magnets 131a to 131f may be stacked in a height direction to have a semi-periodic sine wave shape.

도 3을 참조하며, N극의 영구자석(131)을 형성하는 단위 영구자석(131a~131f)들 중 하단의 단위 영구자석(131a)이 가장 큰 폭을 가지고 상방으로 갈수록 폭이 줄어든다. 이 때 단위 영구자석(131a~131f)의 폭 감소 정도는 일정하여 N극의 영구자석(131)은 전체적으로 반주기의 정현파 형상을 가질 수 있다.Referring to FIG. 3, the unit permanent magnets 131a at the bottom of the unit permanent magnets 131a to 131f forming the N-pole permanent magnets 131 have the largest width and decrease in width upward. In this case, the width reduction degree of the unit permanent magnets 131a to 131f is constant so that the permanent magnet 131 of the N pole may have a half-cycle sinusoidal shape as a whole.

여기서, N극의 영구자석(131)을 형성하는 복수 개의 단위 영구자석(131a~131f)은 개별적으로 제조되어 적층에 의해 영구자석(131)을 형성할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며 계단 형상을 갖는 N극의 영구자석(131)은 일체로 형성될 수도 있다. 후술할 S극의 영구자석(135)도 마찬가지이다.Here, the plurality of unit permanent magnets 131a to 131f forming the N-pole permanent magnets 131 may be separately manufactured to form the permanent magnets 131 by lamination. However, the present invention is not limited thereto, and the permanent magnet 131 of the N pole having a step shape may be integrally formed. The same applies to the permanent magnet 135 of the S pole which will be described later.

한편, S극을 갖는 영구자석(135)은 N극의 영구자석(131)과 실질적으로 동일한 형상을 갖도록 복수 개의 단위 영구자석(135a~135f)을 포함하되, 가장 큰 폭의 단위 영구자석(135f)이 회전자 코어(111)의 상단부에 위치하고 가장 짧은 폭은 단위 영구자석(135a)이 회전자 코어(111)의 하단부에 위치한다.Meanwhile, the permanent magnet 135 having the S pole includes a plurality of unit permanent magnets 135a to 135f to have substantially the same shape as the permanent magnet 131 of the N pole, and has the largest unit permanent magnet 135f. ) Is located at the upper end of the rotor core 111 and the shortest width is the unit permanent magnet 135a is located at the lower end of the rotor core 111.

이러한 구성의 영구자석(130; 131, 135) 전체적으로 정현파 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, N극의 영구자석(131)이 반주기의 정현파를 갖는다면 S극의 영구자석(135)은 N극의 영구자석(131)의 반주기 정현파에 대칭되는 반주기의 정현파를 가질 수 있으며, 따라서 정현파 형태의 역기전력을 구현할 수 있는 것이다.The permanent magnets 130 (131, 135) of this configuration may have a sinusoidal shape as a whole. In other words, as shown in FIGS. 3 and 4, if the permanent magnet 131 of the N pole has a half-period sinusoidal wave, the permanent magnet 135 of the S pole is applied to the half-period sine wave of the permanent magnet 131 of the N pole. It can have a symmetric half-cycle sinusoidal wave, and thus can implement a sinusoidal counter electromotive force.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 영구자석(130)이 정현파 타입으로 마련됨으로써 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며, 따라서 소음 및 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
As such, according to an embodiment of the present invention, since the permanent magnet 130 is provided as a sinusoidal wave type, the magnetic flux and the counter electromotive force may also have a sinusoidal wave shape, thus reducing the cogging torque and torque ripple causing noise and vibration. There are advantages to it.

한편, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 전동기에 대해 상술하되 전술한 일 실시예의 영구자석 전동기와 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.Meanwhile, hereinafter, a permanent magnet electric motor according to another embodiment of the present invention will be described in detail, but description thereof will be omitted for parts substantially the same as the permanent magnet electric motor of the above-described embodiment.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 전동기의 회전자를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 영구자석 전동기의 역기전력을 개략적으로 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a rotor of a permanent magnet motor according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view schematically showing a counter electromotive force of the permanent magnet motor of FIG. 5.

도 5에 도시된 것처럼, 본 실시예의 영구자석(230)은 회전자 코어(251)의 표면에 부착되되 N극의 영구자석(231) 및 S극의 영구자석(235) 모두 회전자 코어(251)의 하단에 가장 큰 폭을 갖는 단위 영구자석(231a, 235a)이 배치되고 회전자 코어(251)의 상단에 가장 작은 폭을 갖는 단위 영구자석(231b, 235b)이 배치된다.As shown in Figure 5, the permanent magnet 230 of the present embodiment is attached to the surface of the rotor core 251, the permanent magnet 231 of the N pole and the permanent magnet 235 of the S pole both rotor core 251 The unit permanent magnets 231a and 235a having the largest width are disposed at the lower end, and the unit permanent magnets 231b and 235b having the smallest width are disposed at the upper end of the rotor core 251.

즉, 동일한 반주기의 정현파 형태를 갖는 N극 및 S극의 영구자석(231, 235)이 회전자 코어(251)의 표면에 부착되는 것이며, 이로 인해 도 6에 도시된 정현파 형태를 가짐으로써 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있다.That is, the permanent magnets 231 and 235 of the north pole and the south pole having the same half-period sinusoidal wave form are attached to the surface of the rotor core 251. Thus, the counter electromotive force also has the sinusoidal wave form shown in FIG. It can have a sinusoidal shape.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 영구자석(230)이 정현파 타입으로 마련됨으로써 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며, 따라서 소음 및 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
As such, according to another embodiment of the present invention, since the permanent magnet 230 is provided as a sinusoidal wave type, the magnetic flux and the counter electromotive force may also have a sinusoidal wave form, thereby reducing the cogging torque and torque ripple causing noise and vibration. There are advantages to it.

한편, 이하에서는, 표1 및 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기와 종래의 일반적인 영구자석 전동기의 성능 비교를 한 실험에 대해 설명하기로 한다.On the other hand, with reference to Table 1 and Figures 7 to 9 will be described for the experiment comparing the performance of the permanent magnet motor according to the embodiments of the present invention and the conventional permanent magnet motor.

표 1은 종래의 영구자석 전동기 및 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예의 영구자석 전동기의 설계변수를 비교한 표이다.Table 1 is a table comparing the design parameters of the conventional permanent magnet motor and the permanent magnet motor of one embodiment and another embodiment of the present invention.

Figure 112012018170149-pat00001
Figure 112012018170149-pat00001

이에 기재된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기는 종래의 영구자석 전동기와 비교할 때 고정자 및 회전자의 크기 등과 같은 설계변수에 있어서는 동일하지만 체적이 대략 37퍼센트 감소하였음을 알 수 있으며, 아울러 영구자석의 형상에 있어서 차이가 있음을 알 수 있다. 이를 통해 영구자석 제조를 위해 소요되는 비용을 줄일 수 있고, 소음 및 진동 발생을 억제할 수 있다.
As described herein, the permanent magnet motor according to the embodiments of the present invention is the same in terms of design variables such as the size of the stator and the rotor, compared to the conventional permanent magnet motor, but the volume is reduced by approximately 37%. In addition, it can be seen that there is a difference in the shape of the permanent magnet. This can reduce the cost of manufacturing the permanent magnet, it is possible to suppress the generation of noise and vibration.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기와 종래의 영구자석 전동기의 회전각에 따른 역기전력의 변화를 비교한 그래프이다.7 is a graph comparing changes in counter electromotive force according to rotation angles of a permanent magnet motor according to embodiments of the present invention and a conventional permanent magnet motor.

이에 도시된 바와 같이, 종래의 영구자석 전동기는 구형파에 가까운 역기전력 그래프를 갖는 데 반해, 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기는 정현파에 가까운 역기전력 그래프를 갖는다. 따라서 토크 리플 및 코깅 토크를 최소화할 수 있으며 이에 전동기로부터 발생 가능한 소음 및 진동을 줄일 수 있다.As shown in the drawing, the conventional permanent magnet motor has a counter electromotive force graph close to a square wave, whereas the permanent magnet motor according to embodiments of the present invention has a counter electromotive force graph close to a sine wave. Therefore, torque ripple and cogging torque can be minimized, thereby reducing noise and vibration that can be generated from the motor.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기와 종래의 영구자석 전동기의 회전각에 따른 코깅 토크의 변화를 비교한 그래프이다.8 is a graph comparing changes in cogging torque according to rotation angles of a permanent magnet motor according to embodiments of the present invention and a conventional permanent magnet motor.

이에 도시된 것처럼, 종래의 영구자석 전동기는 대략 0.832Nm의 코깅 토크를 갖는 반면에 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기는 대략 0.083Nm, 그리고 다른 실시예에 따른 영구자석 전동기는 대략 0.109Nm의 코깅 토크를 갖는다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기는 종래의 영구자석 전동기에 비해 현저히 작은 코깅 토크를 가짐을 알 수 있다.As shown here, the conventional permanent magnet motor has a cogging torque of approximately 0.832 Nm, while the permanent magnet motor according to one embodiment of the present invention is approximately 0.083 Nm, and the permanent magnet motor according to another embodiment is approximately 0.109 Nm. Has a cogging torque of. That is, the permanent magnet motor according to the embodiments of the present invention can be seen that has a significantly smaller cogging torque than the conventional permanent magnet motor.

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기와 종래의 영구자석 전동기의 회전각에 따른 전자기 토크의 변화를 비교한 그래프이다.9 is a graph comparing changes in electromagnetic torque according to rotation angles of a permanent magnet motor according to embodiments of the present invention and a conventional permanent magnet motor.

이를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기가 종래의 영구자석 전동기에 비해 (전자기) 토크 리플이 저감되었음을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기는 종래의 영구자석 전동기에 비해 상대적으로 토크 리플이 작은 값을 나타냄으로써 더 큰 토크를 발생시킬 수 있음을 유추할 수 있다.
Referring to this, it can be seen that the permanent magnet motor according to the embodiments of the present invention has a (electromagnetic) torque ripple reduced compared to the conventional permanent magnet motor. Through this, it can be inferred that the permanent magnet motor according to the embodiments of the present invention can generate a larger torque by showing a smaller torque ripple value than the conventional permanent magnet motor.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the claims of the present invention.

100 : 영구자석 전동기
110 : 회전자 111 : 회전자 코어
120 : 샤프트 130 : 영구자석
131 : N극 135 : S극
150 : 고정자 160 : 권선100: permanent magnet motor
110: rotor 111: rotor core
120: shaft 130: permanent magnet
131: N pole 135: S pole
150: stator 160: winding

Claims (5)

샤프트를 중심으로 축 회전 가능한 회전자 코어와, 상기 회전자 코어의 표면에 결합되는 영구자석을 구비하는 회전자; 및
상기 회전자를 감싸도록 마련되며 권선을 구비하는 고정자;
를 포함하며,
상기 회전자 코어의 외면에서 상기 영구자석의 N극 및 S극이 교번적으로 배치되며, 상기 영구자석은 복수 개의 단위 영구자석이 상기 회전자 코어의 높이에 대응되도록 적층되는 적층 구조를 갖되, 상기 복수 개의 단위 영구자석의 적층 시 정현파 형상을 가지며,
상기 N극 및 상기 S극은 상기 회전자 코어의 외면에서 이격 배치되는 영구자석 전동기.
A rotor having a rotor core axially rotatable about a shaft and a permanent magnet coupled to a surface of the rotor core; And
A stator provided to surround the rotor and having a winding;
Including;
N and S poles of the permanent magnet are alternately disposed on the outer surface of the rotor core, and the permanent magnet has a laminated structure in which a plurality of unit permanent magnets are stacked to correspond to the height of the rotor core. When stacking a plurality of unit permanent magnets have a sinusoidal shape,
The N pole and the S pole are permanent magnet motor that is spaced apart from the outer surface of the rotor core.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 영구자석의 N극 및 S극 중 어느 하나는 상기 복수 개의 단위 영구자석의 폭이 상기 회전자 코어의 하단에서 상단으로 갈수록 작아짐으로써 정현파 형상을 이루며,
상기 영구자석의 N극 및 S극 중 다른 하나는 상기 복수 개의 단위 영구자석의 폭이 상기 회전자 코어의 하단에서 상단으로 갈수록 커짐으로써 정현파 형상을 이루는 영구자석 전동기.
The method of claim 1,
One of the N pole and the S pole of the permanent magnet forms a sinusoidal shape by decreasing the width of the plurality of unit permanent magnets from the lower end of the rotor core toward the upper end,
The other one of the N pole and the S pole of the permanent magnet is a permanent magnet motor of the sine wave shape by increasing the width of the plurality of unit permanent magnets from the lower end of the rotor core to the upper end.
제1항에 있어서,
상기 영구자석의 N극 및 S극은 모두 상기 복수 개의 단위 영구자석의 폭이 상기 회전자 코어의 하단에서 상단으로 갈수록 작아짐으로써 정현파 형상을 이루거나 상기 복수 개의 단위 영구자석의 폭이 상기 회전자 코어의 하단에서 상단으로 갈수록 커짐으로써 정현파 형상을 이루는 영구자석 전동기.
The method of claim 1,
N and S poles of the permanent magnet both have a sine wave shape as the width of the plurality of unit permanent magnets decreases from the lower end of the rotor core to the upper end thereof, or the width of the plurality of unit permanent magnets has the width of the rotor core. Permanent magnet motor that forms a sine wave by increasing from bottom to top.
제1항에 있어서,
상기 영구자석은 개별적으로 제조된 복수 개의 단위 영구자석이 높이 방향으로 적층되어 마련되거나 정현파 형상을 갖도록 일체로 제작되는 영구자석 전동기.The method of claim 1,
The permanent magnet is a permanent magnet electric motor that is provided integrally manufactured to have a plurality of unit permanent magnets manufactured separately are stacked in the height direction or have a sine wave shape.
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