KR101367222B1 - Permanent magnet syschronous motor - Google Patents
Permanent magnet syschronous motor Download PDFInfo
- Publication number
- KR101367222B1 KR101367222B1 KR1020120143735A KR20120143735A KR101367222B1 KR 101367222 B1 KR101367222 B1 KR 101367222B1 KR 1020120143735 A KR1020120143735 A KR 1020120143735A KR 20120143735 A KR20120143735 A KR 20120143735A KR 101367222 B1 KR101367222 B1 KR 101367222B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- rotor
- magnet
- ferrite
- axis
- rare earth
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 전기자동차의 구동 시스템에 사용되는 영구자석 동기 모터에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 페라이트 자석과 희토류 자석을 병용한 영구자석 동기 모터에 관한 것이다.The present invention relates to a permanent magnet synchronous motor used in a drive system of an electric vehicle, and more particularly, to a permanent magnet synchronous motor using a ferrite magnet and a rare earth magnet in combination.
일반적으로 전기 자동차의 구동 모터는 높은 전력 밀도(power density), 넓은 속도 운전 영역 및 고효율이라는 특성을 요구한다. 이러한 특성은 희토류 자석(rare earth magnet)을 사용한 동기 모터가 잘 만족시킨다. In general, driving motors of electric vehicles require high power density, wide speed driving range, and high efficiency. This property is well satisfied by synchronous motors using rare earth magnets.
그러나, 네오디움(Neodymium, Nd) 및 디스프로슘(Dysprosium, Dy)을 사용한 희토류 자석은 가격이 매우 높아, 희토류 자석을 사용하지 않거나 그 사용량을 줄여 모터 설계를 하는 경향이 있다. However, rare earth magnets using neodymium (Nd) and dysprosium (Dy) are very expensive, and tend to design motors by not using rare earth magnets or reducing their usage.
희토류 자석의 사용량을 줄이는 하나의 방법은 이종 영구 자석인 페라이트 자석(ferrite magnet)을 병행하여 사용하는 것이다. 그러나 페라이트 자석은 희토류 자석에 비해 보자력 및 잔류 자속 밀도가 1/3 정도로 낮아, 희토류 자석과 동시에 모터 회전자에 사용할 경우 자력선의 분포 및 감자(demagnetization)에 대하여 고려하여야 한다.
또한 후술하는 본 발명과 관련된 선행기술문헌으로, 대한민국 공개특허공보 2009-0079777호(2009. 07. 22. 공개)의 '영구 자석형 동기 모터'가 있다.One way to reduce the use of rare earth magnets is to use a ferrite magnet, which is a heterogeneous permanent magnet. However, ferrite magnets have about one third lower coercive force and residual magnetic flux density than rare earth magnets. Therefore, consideration should be given to the distribution of magnetic lines and demagnetization when used in a motor rotor simultaneously with rare earth magnets.
In addition, there is a 'permanent magnet-type synchronous motor' of the Republic of Korea Patent Publication No. 2009-0079777 (2009. 07. 22. published) as a prior art document related to the present invention to be described later.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 페라이트 자석과 희토류 자석을 병용하여 영구자석 동기 모터에서 보자력이 약한 페라이트 자석이 감자되지 않고, D상 인덕턴스와 Q상 인덕턴스 비인 돌극비를 크게할 수 있는 회전자 구조를 가진 영구자석 동기 모터를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to use a ferrite magnet and a rare earth magnet in combination with a rotor structure that can increase the pole pore ratio of the ferromagnetic with weak coercivity in the permanent magnet synchronous motor is not demagnetized, D phase inductance and Q phase inductance ratio To provide a permanent magnet synchronous motor.
또한, 본 발명의 다른 목적은 페라이트 자석과 희토류 자석의 길이에 따라 공극에서의 자속 밀도 분포가 싸인파가 되도록 형성할 수 있는 영구자석 동기 모터를 제공하고자 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a permanent magnet synchronous motor that can be formed so that the magnetic flux density distribution in the gap becomes a sine wave according to the length of the ferrite magnet and the rare earth magnet.
본 발명의 일 양태에 따른 영구자석 동기 모터는 고정자 그리고, 상기 고정자 내에 배치되고, 복수의 페라이트 자석과 복수의 희토류 자석을 병용해 복수의 모터 극들을 형성하는 회전자를 포함하며, 상기 회전자는 상기 회전자의 축으로부터 나가는 제1 방향으로 배열된 제1 페라이트 자석, 상기 회전자의 축으로부터 나가는 제2 방향으로 배열된 제2 페라이트 자석 및, 상기 회전자의 축으로부터 소정 거리에 제3 방향으로 배열된 희토류 자석을 포함하여, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 상기 회전자의 축을 중심으로 소정 각을 형성하고, 상기 제3 방향과 상기 제1 방향이 형성하는 각과 상기 제3 방향과 상기 제2 방향이 형성하는 각이 동일하여 상기 회전자의 축에 직교하며, 상기 제1 페라이트 자석 및 상기 제2 페라이트 자석은 소정 각을 형성하여 상기 제1 및 제2 페라이트 자석 사이에 상기 희토류 자석이 배치되고, 상기 페라이트 자석이 상기 회전자의 축에 인접하고, 상기 희토류 자석이 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 형성된 공극에 인접하도록 배치되어 하나의 모터 극을 형성하며, 상기 회전자는, 상기 페라이트 자석이 상기 회전자의 축을 중심으로 V자형으로 배치되고, 상기 페라이트 자석들로부터 나온 자력선이 상기 V자형의 개구부로 향하여 상기 희토류 자석으로 전달되되, 일부의 자력선이 상기 페라이트 자석과 상기 희토류 자석 사이를 거쳐 상기 공극으로 빠져나간다.A permanent magnet synchronous motor according to an aspect of the present invention includes a stator and a rotor disposed in the stator, the rotor including a plurality of ferrite magnets and a plurality of rare earth magnets together to form a plurality of motor poles, wherein the rotor includes: A first ferrite magnet arranged in a first direction exiting the axis of the rotor, a second ferrite magnet arranged in a second direction exiting the axis of the rotor, and arranged in a third direction at a distance from the axis of the rotor Including a rare earth magnet, the first direction and the second direction forms a predetermined angle about the axis of the rotor, the third direction and the first direction to form the angle and the third direction and the third The angles formed by the two directions are equal to each other to be orthogonal to the axis of the rotor, and the first ferrite magnet and the second ferrite magnet form a predetermined angle. The rare earth magnet is disposed between the first and second ferrite magnets, the ferrite magnet is disposed adjacent to the axis of the rotor, and the rare earth magnet is disposed adjacent to the air gap formed between the stator and the rotor. A motor pole, wherein the rotor has the ferrite magnet disposed in a V shape about the axis of the rotor, and magnetic lines of force from the ferrite magnets are transferred to the rare earth magnet toward the V-shaped opening, The magnetic field lines of the wire exit through the gap between the ferrite magnet and the rare earth magnet.
또한, 상기 회전자는 상기 페라이트 자석이 상기 회전자의 축을 중심으로 V자형으로 배치되되, 상기 V자형의 개구부가 상기 공극을 향하도록 배치되며, 상기 희토류 자석이 상기 개구부에 배치된다.In addition, the rotor is arranged in a V shape with the ferrite magnet around the axis of the rotor, the V-shaped opening is disposed toward the voids, the rare earth magnet is disposed in the opening.
또한, 상기 회전자는 두 개의 상기 페라이트 자석이 V자형으로 형성된 자석 삽입 구멍에 각각 매입되되, 상기 공극과 상기 페라이트 자석 사이에 브릿지를 형성하여, 상기 브릿지로의 누설 자속을 감소시킨다.In addition, the rotor is embedded in the magnet insertion hole of the two ferrite magnets are formed in a V-shape, respectively, to form a bridge between the gap and the ferrite magnet, reducing the magnetic flux leakage to the bridge.
삭제delete
또한, 상기 회전자는 서로 다른 모터 극을 형성한 페라이트 자석들 사이에 Q축 자속 통로를 형성하여 D상 인덕턴스 보다 Q상 인덕턴스를 크게 형성한다.In addition, the rotor forms a Q-axis magnetic flux path between the ferrite magnets that form different motor poles to form a larger Q-phase inductance than the D-phase inductance.
또한, 상기 페라이트 자석의 길이는 상기 희토류 자석의 길이 보다 1.5배 이상 길게 형성된다.In addition, the length of the ferrite magnet is formed 1.5 times longer than the length of the rare earth magnet.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 영구자석 동기 모터는 보자력이 약한 페라이트 자석이 감자되지 않고, D상 인덕턴스와 Q상 인덕턴스 비인 돌극비를 크게 하여 약계자 운전시 릴럭턴스 토크를 발생시키고, 고속에서의 역률을 개선할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the permanent magnet synchronous motor of the present invention does not demagnetize ferrite magnets with weak coercive force, and generates a reluctance torque during operation of the field weakening by increasing the pole-pole ratio, which is a ratio of D-phase inductance and Q-phase inductance. Power factor at high speed can be improved.
또한, 본 발명은 페라이트 자석과 희토류 자석의 길이 비를 적절히 하여 공극에서의 자속 밀도 분포가 가급적 싸인파가 되도록 형성해 공극 자속 파형에 고조파(harmonic) 성분을 최소화할 수 있는 영구자석 동기 모터를 제공한다.In addition, the present invention provides a permanent magnet synchronous motor capable of minimizing harmonic components in the air gap magnetic flux waveform by properly forming the ratio of the ferrite magnet and the rare earth magnet so that the magnetic flux density distribution in the air gap is a sine wave. .
도 1은 본 발명에 따른 페라이트 자석과 희토류 자석을 병용한 영구자석 동기 모터의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 영구자석 동기 모터의 자속 흐름을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 영구자석 동기 모터의 D상 및 Q상 자속의 자속 경로를 도시한 도면이다.
도 4는 페라이트 자석과 희토류 자석의 자기 이력 곡선 및 퍼미언스 곡선(permeance curve)를 도시한 도면이다.
도 5는 페라이트 자석과 희토류 자석의 길이비에 따른 자석 사이의 자력선 및 자석 밀도를 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view of a permanent magnet synchronous motor using a ferrite magnet and a rare earth magnet in accordance with the present invention.
2 is a view showing the magnetic flux flow of the permanent magnet synchronous motor according to the present invention.
3 is a diagram showing the magnetic flux paths of the D-phase and Q-phase magnetic fluxes of the permanent magnet synchronous motor according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating magnet hysteresis and permeance curves of ferrite magnets and rare earth magnets.
FIG. 5 is a diagram showing magnetic force lines and magnet densities between magnets according to the length ratios of ferrite magnets and rare earth magnets.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
이하 첨부된 도 1 내지 도 5을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 페라이트 자석과 희토류 자석을 병용한 영구자석 동기 모터의 단면을 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view of a permanent magnet synchronous motor using a ferrite magnet and a rare earth magnet in accordance with the present invention.
도 1에 따른 본 발명의 영구자석 동기 모터는 고정자(10)와, 고정자(10) 내에 배치된 회전자(20)를 포함한다.The permanent magnet synchronous motor of the present invention according to FIG. 1 includes a
회전자(20)는 페라이트 자석(30,32)과 희토류 자석(40)을 병용해 하나 이상의 모터 극들을 형성하며, 본 발명의 일시예에서 두 개의 페라이트 자석(30,32) 사이에 하나 이상의 희토류 자석(40)이 배치해 하나의 모터 극을 형성한다. 여기서, 희토류 자석(40)은 본 발명의 일실시예에 따라 네오디움(Neodymium, Nd) 및 디스프로슘(Dysprosium, Dy)으로 이루어진다. The
그리고, 페라이트 자석(30,32)은 회전자의 축(22)에 인접하고, 희토류 자석(40)이 고정자(10)와 회전자(20) 사이에 형성된 공극(50)에 인접하도록 배치되어 하나의 모터 극을 형성하게 된다.The
즉, 회전자(20)는 회전자의 축(22)으로부터 나가는 제1 방향으로 배열된 제1 페라이트 자석(30), 회전자의 축(22)으로부터 나가는 제2 방향으로 배열된 제2 페라이트 자석(32) 및, 회전자의 축(22)으로부터 소정 거리에 제3 방향으로 배열된 희토류 자석(40)을 포함한다.That is, the
그리고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 회전자의 축(22)을 중심으로 소정 각을 형성하고, 상기 제3 방향과 상기 제1 방향이 형성하는 각과 상기 제3 방향과 상기 제2 방향이 형성하는 각이 동일하여 회전자의 축(22)에 직교하게 형성될 수 있다.The first direction and the second direction form a predetermined angle about the
또한, 제1 페라이트 자석(30) 및 제2 페라이트 자석(32)은 소정 각을 형성하여 제1 페라이트 자석(30)과 제2 페라이트 자석(32) 사이에 희토류 자석(40)이 배치되고, 페라이트 자석(40)이 회전자의 축(22)에 인접하고, 희토류 자석(40)이 고정자(10)와 회전자(20) 사이에 형성된 공극(50)에 인접하도록 배치되어 하나의 모터 극을 형성하게 된다.In addition, the
따라서, 도 1에서는 8개의 모터 극을 가진 영구자석 동기 모터의 일부분을 도시한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 회전자(20)에는 두 개의 페라이트 자석(30,32)과 한 개의 희토류 자석(40)으로 이루어진 8개의 블록을 형성해 8개의 모터 극을 형성할 수 있다.Accordingly, FIG. 1 shows a part of a permanent magnet synchronous motor having eight motor poles. In the
두 개의 페리이트 자석(30,32)은 V자 형태로 배치되고, 한 개의 희토류 자석(40)이 V자 형태의 개구부 중앙에 배치될 수 있다. 이와 같은 V자 형태의 배치는 페라이트 자석(30,32)의 자속을 한쪽 방향으로 집속(concentrate)시켜 공극(50)에서의 자속 밀도가 페라이트 자석(30,32)의 잔류 자속 밀도보다 크게 한다.The two
일반적으로 희토류 자석(40)은 보자력이 크기 때문에 적정 두께를 유지하면 적정 전류 및 온도 영역에서 감자되지 않는다. 그러나, 페라이트 자석(30,32)의 경우에는 보자력이 희토류 자석(40)에 비하여 1/3 정도밖에 되지 않으므로 쉽게 감자될 수 있다. In general, the
따라서, 본 발명에서는 보자력이 큰 희토류 자석(40)을 회전자(20) 표면에 배치하고, 페라이트 자석(30,32)을 공극(50) 후방에 배치하여, 그 두께를 가능한 범위에서 두껍게 함으로써 페라이트 자석(30,32)이 감자가 될 가능성을 줄였다.Therefore, in the present invention, the
이와 같이, 페라이트 자석(30,32)은 V자형으로 공극(50)에서 떨어지게 배치하여 고정자(10) 권선의 전류에 의해 감자될 수 있는 가능성을 줄이며, 보자력이 센 희토류 자석(40)을 V자형 개구부에 배치한다. As such, the
그리고, 회전자(20)는 두 개의 페라이트 자석(30,32)이 V자형으로 형성된 자석 삽입 구멍(30a,32a)에 각각 매입되며, 공극(50)과 페라이트 자석(30,32) 사이에 공기층으로 이루이진 브릿지(62,64)를 형성한다.In addition, the
브릿지(62,64)는 공극(50)과 페라이트 자석(30,32) 사이로 빠져나가는 누설 자속을 감소시키게 된다.Bridges 62 and 64 reduce the leakage magnetic flux exiting between
따라서, 본 발명은 두 개의 페라이드 자석 사이의 브릿지(60) 및 페라이트 자석과 공극 사이인 브릿지(62,64)를 가늘고 길게 설계하여 페라이트 자석(30,32)으로부터 나온 자속이 V자형 개구부의 공극(50) 이외로 빠져나가기 어렵게 만든다.Therefore, in the present invention, the
이와 같이, 본 발명은 페라이트 자석들(30,32)로부터 나온 자력선이 상기 V자형의 개구부로 향하여 희토류 자석(40)으로 전달되고, 일부의 자력선이 상기 페라이트 자석(30,32)과 상기 희토류 자석(40) 사이를 거쳐 공극(50)으로 빠져나가게 되며, 브릿지(62,64)로 누설되는 자속을 최소화로 하게 된다.As such, in the present invention, the magnetic force lines from the
또한, 본 발명은 자속이 발생하는 페라이트 자석(30,32)의 길이(L1)가 희토류 자석(40)의 길이(L2)의 1.5배 이상이 되게 한다. 이는 페라이트 자석(30,32)과 희토류 자석(40)에 의한 자속의 양을 적절하게 하여 공극의 자속 밀도가 싸인파 형태로 분포하여 공극의 자속 파형에 고조파(harmonic) 성분을 최소화할 수 있다.In addition, the present invention allows the length L1 of the
도 2는 본 발명에 따른 영구자석 동기 모터의 자속 흐름을 도시한 도면이다.2 is a view showing the magnetic flux flow of the permanent magnet synchronous motor according to the present invention.
본 발명은 페라이트 자석(30,32)을 평행하게 착자하되, V자 양쪽의 페라이트 자석(30,32)에서 자기의 극성(N극 혹은 S극)을 같게 하여 자속이 서로 마주 보고 나오거나, 동시에 빨려 들어가는 형태로 배치한다. According to the present invention, the
도 2를 참조하면, 페라이트 자석(30,32)의 표면에서 자력선(70,72)들이 나오고 희토류 자석(40)으로 자력선(74)이 들어가는 것을 표시하였다. Referring to FIG. 2,
이와 같이, 페라이트 자석들(30,32)로부터 나온 자력선(70,72)은 V자형의 개구부로 향하여 희토류 자석(40)으로 전달되고, 일부의 자력선(70a,72a)이 페라이트 자석(30,32)과 희토류 자석(40) 사이의 공간(a,b)를 거쳐 공극(50)으로 빠져나가게 됨을 보여둔다. As such, the lines of
따라서, 본 발명은 브릿지(60,62,64)로 페라이트 자석(30,32)의 자력선이 빠져나가는 것을 방지해 누설 자속을 최소화할 수 있다. Therefore, the present invention can prevent the magnetic force lines of the
또한, 상기에서 기술한 바와 같이, 희토류 자석(40)의 자속 밀도가 페라이트 자석(30,32)의 자속 밀도보다 3배가 높다. 두 개의 페라이트 자석의 길이의 합(2*L1)이 희토류 자석의 길이(L2)의 3배인 와 같거나 작을 때, 페라이트 자석으로부터 나온 자속의 모두가 희토류 자석으로 빨려들어 간다. In addition, as described above, the magnetic flux density of the
이와 같은 경우, 도 2에 도시된 페라이트 자석과 희토류 자석 사이의 구간(a,b)으로 나오는 자력선이 부족하여, 상기 구간(a,b)의 공극 자속 밀도가 떨어지게 된다. 이 경우에는 공극 자속 밀도의 rms 값이 작아지고, 그 분포가 싸인파로부터 멀어진 구형파(square wave)에 가까워져서 공극 자속 파형에 고조파(harmonic) 성분이 많아지는 바람직하지 않은 현상이 발생되기 때문이다.In this case, the magnetic field lines coming out of the sections a and b between the ferrite magnet and the rare earth magnet shown in FIG. 2 are insufficient, resulting in a decrease in the pore magnetic flux density in the sections a and b. This is because an undesired phenomenon occurs in which the rms value of the pore magnetic flux density decreases, the distribution becomes closer to a square wave away from the sine wave, and the harmonic component increases in the pore flux waveform.
따라서, 본 발명은 자속이 발생하는 페라이트 자석(30,32)의 길이(L1)가 자속을 흡수하는 희토류 자석(40)의 길이(L2) 보다 1.5배 이상이 되게 한다. 이는 희토류 자석과 페라이트 자석에 의한 자속의 양이 적절하게 하여 공극의 자속 밀도가 싸인파 형태로 분포하여 공극의 자속 파형에 고조파 성분을 최소화할 수 있기 때문이다.Therefore, in the present invention, the length L1 of the
도 3은 본 발명에 따른 영구자석 동기 모터의 D상 및 Q상 자속의 자속 경로를 도시한 도면이다.3 is a diagram showing the magnetic flux paths of the D-phase and Q-phase magnetic fluxes of the permanent magnet synchronous motor according to the present invention.
도 3(a)는 D상 코일에 의한 자속 경로(80)이며, 도 3(b)는 Q상 코일에 의한 자속 경로(84)를 표시한 것이다.Fig. 3 (a) shows the
구조적으로 페라이트 자석을 두껍게 하고, 페라이트 자석의 브릿지(60,62,64)를 좁게 하면 D상 인덕턴스가 매우 작아 진다. 도 3(a)의 D상 코일에 의한 자속 경로(80)는 자속 경로(80) 중에 두꺼운 페라이트 자석이 위치하여 자기저항(reluctance)이 커져서, D상 인덕턴스가 작아진다. Structurally thickening the ferrite magnets and narrowing the
그리고, Q축 자속 통로(82)는 Q상 코일에 의한 자속 경로(84)의 통로로써의 역할을 한다. 이와 같이, Q축 자속 통로(82)를 통해 Q상 자로를 마련함으로써 Q상 인덕턴스가 D상에 비해 매우 커질 수 있다. The Q-axis
따라서, 본 발명은 두 개의 페라이트 자석 사이에 Q축 자속 통로(82)를 만들어 주면, Q상 인덕턴스는 상대적으로 커져서 돌극비(saliency ratio)가 증가한다. 여기서, 돌극비는 D상 인턱턴스와 Q상 인덕턴스의 비를 의미한다.Therefore, in the present invention, when the Q-axis
그리고, 돌극비의 증가는 약계자 운전시 릴럭턴스 토크를 발생시키고, 고속운전에서 역률을 개선하는 장점을 가진다.In addition, the increase in the pole-pole ratio generates reluctance torque in the field weakening operation, and has the advantage of improving the power factor in the high speed operation.
따라서, 본 발명의 회전자(20)는 서로 다른 모터 극을 형성한 페라이트 자석들 사이에 Q축 자속 통로(82)를 형성하여 D상 인덕턴스 보다 Q상 인덕턴스를 크게 형성해 돌극비를 크게 한다.Accordingly, the
도 4는 페라이트 자석과 희토류 자석의 자기 이력 곡선 및 퍼미언스 곡선(permeance curve)를 도시한 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating magnet hysteresis and permeance curves of ferrite magnets and rare earth magnets.
도 4에서 가로축의 Hc는 보자력(coercive force)을 표시한 것이고, 세로축의 Br은 잔류 자속 밀도(remanent flux density)를 나타낸다. In FIG. 4, Hc on the horizontal axis represents coercive force, and Br on the vertical axis represents residual flux density.
Nd-Fe 자석의 자기 이력 곡선(1)이 페라이트의 자기 이력 곡선(2) 보다 큰 보자력과 잔류자기 밀도를 갖고 있으며, 그 크기의 비율이 약 3 배임을 알 수 있다. 보자력이 작으면 고정자 권선(stator winding)에 높은 전류를 흘려 줄 때 영구 자석이 감자되기가 쉽다. 따라서, 페라이트 자석의 낮은 보자력과 잔류 자속 밀도를 고려하여, 페라이트 자석이 감자되지 않도록 하여야 한다. It can be seen that the
또한, 페라이트 자석의 누설 자속(leakage flux)을 최소화하도록 자석 삽입 구명과 브릿지를 설계하고, D축, Q축 인덕턴스의 차이가 많게 자로(magnetic flux path)를 설계하여 돌극비를 높여야 약계자(field weakening) 운전 시 릴럭턴스 토크(reluctance torque)를 이용할 수 있다.In addition, the magnetic insertion hole and the bridge should be designed to minimize the leakage flux of the ferrite magnet, and the magnetic flux path should be designed so that the difference between the D-axis and Q-axis inductance is large to increase the breakthrough ratio. In case of weakening, reluctance torque can be used.
예를 들어, 상술한 바와 같이 희토류 자석의 잔류 자속 밀도가 페라이트 자석의 잔류 자속 밀도 보다 3배 높다. 이 때 퍼미언스 곡선과 자기이력 곡선의 교점(A,B)이 각각의 자석에 의한 공극 자속 밀도를 나타내는데, 희토류 자석에 의한 자속 밀도(4)를 Bnd로, 페라이트 자석에 의한 자속 밀도(5) 를 Bfe로 표시하면, 아래의 수학식 1과 같은 관계가 성립한다.For example, as described above, the residual magnetic flux density of the rare earth magnet is three times higher than the residual magnetic flux density of the ferrite magnet. At this point, the intersections (A, B) of the permeability curve and the hysteresis curve represent the pore magnetic flux density by each magnet. The magnetic flux density (4) by the rare earth magnet is B nd and the magnetic flux density by the ferrite magnet ( When 5) is expressed as B fe , the relationship as in
따라서, 회전자의 축 방향 적층 길이를 L이라 할 때, 페라이트 자석 표면에서 나오는 자속의 총량은 아래의 수학식 2와 같고, 희토류 자석에 의해 흡수되는 자속의 총량은 수학식 3과 같다.Therefore, when the axial lamination length of the rotor is L, the total amount of magnetic flux emitted from the surface of the ferrite magnet is expressed by Equation 2 below, and the total amount of magnetic flux absorbed by the rare earth magnet is expressed by
여기서, 상술한 바와 같이 페라이트 자속의 총량이 희토류 자석의 총량보다 많아야, 즉, 수학식 4와 같은 부동호가 만족되어야 공극에서의 자속 밀도를 싸인파에 가깝게 할 수 있다.Here, as described above, the total amount of the ferrite magnetic flux must be larger than the total amount of the rare earth magnet, that is, the floating arc as shown in
따라서, 수학식 4에 수학식 1 내지 수학식 3을 적용하면, 아래의 수학식 5가 되어야 하며, 이는 페트라이트 자석의 한변 길이(L1)이 희토류 자석의 한변 길이(L2)보다 1.5배 이상이 되게 하여야 한다.Therefore, when
따라서, 본 발명은 희토류 자석과 페라이트 자속의 양을 균형을 잡기 위해서, 페라이트 자석의 길이가 희토류 자석의 길이 보다 1,5배 이상 길게 형성한다. Therefore, in the present invention, in order to balance the amounts of the rare earth magnet and the ferrite magnetic flux, the length of the ferrite magnet is formed to be 1,5 times or more longer than the length of the rare earth magnet.
도 5는 페라이트 자석과 희토류 자석의 길이비에 따른 자석 사이의 자력선 및 자석 밀도를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram showing magnetic force lines and magnet densities between magnets according to the length ratios of ferrite magnets and rare earth magnets.
도 5(a)와 도 5(b)는 페라이트 자석과 희토류 자석의 길이 비를 다르게 했을 때 FEM 해석에 의해 얻은 자로(flux line) 및 공극에 있어서의 자속 밀도(flux density)를 나타낸 것이다. 도 5(a)는 자석 길이 비가 수학식 5를 만족할 때이고, 도 5(b)는 수학식 5를 만족하지 않을 때이다. 5 (a) and 5 (b) show flux densities in flux lines and pores obtained by FEM analysis when the length ratios of ferrite magnets and rare earth magnets are different. FIG. 5 (a) is when the magnet length ratio satisfies
수학식 5를 만족할 때는 페라이트 자석에서 나오는 자속의 양(90a)이 충분하여 도 5(a)와 같이 자석 사이의 공간(a,b)을 통하여 일부의 자속이 빠져나온다. 하지만, 수학식 5를 만족하지 못할 때는 페라이트 자석에서 나오는 자속의 양(92a)이 충분치 못하여 도 5(b)와 같이 자석 사이의 공간(a,b)을 통하여 나오는 자속이 극히 제한적이다.When satisfying
자속의 양(90a, 92a)에 상응하는 자속 밀도가 각각 도 5(a)와 도 5(b)에 나타나 있는데, 도 5(a)의 자속 밀도(90b)가 도 5(b)의 자속 밀도(92b)에 비해 공극 자속 밀도 분포를 싸인파에 가깝게 만드는 데 기여하는 것을 알 수 있다.The magnetic flux densities corresponding to the amounts of
따라서, 본 발명은 페라이트 자석과 희토류 자석의 길이 비를 적절히 하여 공극에서의 자속 밀도 분포가 가급적 싸인파가 되도록 형성해 공극 자속 파형에 고조파(harmonic) 성분을 최소화할 수 있는 영구자석 동기 모터를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a permanent magnet synchronous motor capable of minimizing harmonic components in the air gap magnetic flux waveform by appropriately adjusting the length ratio of the ferrite magnet and the rare earth magnet so that the magnetic flux density distribution in the air gap becomes a sine wave. .
또한, 본 발명의 영구자석 동기 모터는 희토류 자석의 사용량을 줄일 수 있고, 보자율이 높은 희토류 자석을 공극에 가까이 배치하고 축 쪽에 페라이트 자석을 V자 형태로 배치하여 보자력이 약한 페라이트 자석의 감자 가능성을 줄일 수 있다. In addition, the permanent magnet synchronous motor of the present invention can reduce the usage of rare earth magnets, and the rare earth magnets having high coercivity are arranged close to the voids, and the ferrite magnets are arranged in the V-shape on the shaft side, so that the ferrite magnets have weak coercivity. Can be reduced.
그리고, 본 발명은 브릿지를 만들어 누설 자속이 작게하여 D상 인덕턴스와 Q상 인덕턴스 비인 돌극비를 최대화 함으로써, 약계자 운전시 릴럭턴스 토크를 발생시키고, 고속에서의 역률을 개선할 수 있다.In addition, the present invention maximizes the breakthrough ratio, which is the ratio of the D-phase inductance to the Q-phase inductance by making the bridge to have a small leakage flux, thereby generating reluctance torque during weak field operation, and improving power factor at high speed.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the apparatus and method, but may be implemented through a program for realizing the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
10: 고정자 20: 회전자
22: 회전자 축 30,32: 페라이트 자석
40: 희토류 자석 50: 공극
60,62,64: 브릿지 82: Q축 자속 통로10: stator 20: rotor
22:
40: rare earth magnet 50: void
60, 62, 64: Bridge 82: Q-axis flux path
Claims (6)
고정자; 그리고
상기 고정자 내에 배치되고, 복수의 페라이트 자석과 복수의 희토류 자석을 병용해 복수의 모터 극들을 형성하는 회전자를 포함하며,
상기 회전자는 상기 회전자의 축으로부터 나가는 제1 방향으로 배열된 제1 페라이트 자석, 상기 회전자의 축으로부터 나가는 제2 방향으로 배열된 제2 페라이트 자석 및, 상기 회전자의 축으로부터 소정 거리에 제3 방향으로 배열된 희토류 자석을 포함하여, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 상기 회전자의 축을 중심으로 소정 각을 형성하고, 상기 제3 방향과 상기 제1 방향이 형성하는 각과 상기 제3 방향과 상기 제2 방향이 형성하는 각이 동일하여 상기 회전자의 축에 직교하며,
상기 제1 페라이트 자석 및 상기 제2 페라이트 자석은 소정 각을 형성하여 상기 제1 및 제2 페라이트 자석 사이에 상기 희토류 자석이 배치되고, 상기 페라이트 자석이 상기 회전자의 축에 인접하고, 상기 희토류 자석이 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 형성된 공극에 인접하도록 배치되어 하나의 모터 극을 형성하며,
상기 회전자는,
상기 페라이트 자석이 상기 회전자의 축을 중심으로 V자형으로 배치되고, 상기 페라이트 자석들로부터 나온 자력선이 상기 V자형의 개구부로 향하여 상기 희토류 자석으로 전달되되, 일부의 자력선이 상기 페라이트 자석과 상기 희토류 자석 사이를 거쳐 상기 공극으로 빠져나가는 영구자석 동기 모터.In the permanent magnet synchronous motor,
Stator; And
A rotor disposed in the stator, the rotor including a plurality of ferrite magnets and a plurality of rare earth magnets to form a plurality of motor poles,
The rotor is a first ferrite magnet arranged in a first direction outgoing from the axis of the rotor, a second ferrite magnet arranged in a second direction outgoing from the axis of the rotor, and a predetermined distance from the axis of the rotor Including the rare earth magnets arranged in three directions, the first direction and the second direction forms a predetermined angle about the axis of the rotor, the angle formed by the third direction and the first direction and the third The angle formed by the direction and the second direction is the same and orthogonal to the axis of the rotor,
The first ferrite magnet and the second ferrite magnet form a predetermined angle such that the rare earth magnet is disposed between the first and second ferrite magnets, the ferrite magnet is adjacent to the axis of the rotor, and the rare earth magnet Disposed adjacent to the gap formed between the stator and the rotor to form one motor pole,
The rotor
The ferrite magnet is arranged in a V-shape around the axis of the rotor, the magnetic force lines from the ferrite magnets are transferred to the rare earth magnet toward the opening of the V-shape, a portion of the magnetic force line is the ferrite magnet and the rare earth magnet Permanent magnet synchronous motor that passes through the gap through the gap.
상기 회전자는
상기 페라이트 자석이 상기 회전자의 축을 중심으로 V자형으로 배치되되, 상기 V자형의 개구부가 상기 공극을 향하도록 배치되며, 상기 희토류 자석이 상기 개구부에 배치되는 영구자석 동기 모터.The method of claim 1,
The rotor
The ferrite magnet is disposed in a V-shape around the axis of the rotor, the V-shaped opening is disposed to face the voids, the permanent magnet synchronous motor is disposed in the opening.
상기 회전자는
두 개의 상기 페라이트 자석이 V자형으로 형성된 자석 삽입 구멍에 각각 매입되되, 상기 공극과 상기 페라이트 자석 사이에 브릿지를 형성하여, 상기 브릿지로의 누설 자속을 감소시키는 영구자석 동기 모터.3. The method of claim 2,
The rotor
And two ferrite magnets each embedded in a V-shaped magnet insertion hole, wherein a bridge is formed between the void and the ferrite magnet to reduce the leakage magnetic flux to the bridge.
상기 회전자는
서로 다른 모터 극을 형성한 페라이트 자석들 사이에 Q축 자속 통로를 형성하여 D상 인덕턴스 보다 Q상 인덕턴스를 크게 형성하는 영구자석 동기 모터.The method of claim 3, wherein
The rotor
Permanent magnet synchronous motor that forms a Q-axis inductance larger than D-phase inductance by forming a Q-axis flux path between ferrite magnets that form different motor poles.
상기 페라이트 자석의 길이는
상기 희토류 자석의 길이 보다 1.5배 이상 길게 형성되는 영구자석 동기 모터.6. The method of claim 5,
The length of the ferrite magnet
Permanent magnet synchronous motor is formed more than 1.5 times longer than the length of the rare earth magnet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120143735A KR101367222B1 (en) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | Permanent magnet syschronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120143735A KR101367222B1 (en) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | Permanent magnet syschronous motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101367222B1 true KR101367222B1 (en) | 2014-03-03 |
Family
ID=50647101
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020120143735A KR101367222B1 (en) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | Permanent magnet syschronous motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101367222B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104377857A (en) * | 2014-11-18 | 2015-02-25 | 王乃兵 | Arrow-anchor-shaped permanent magnet synchronous motor rotor punching sheet and stamping die for arrow-anchor-shaped permanent magnet synchronous motor rotor sheet |
KR20160001597A (en) * | 2014-06-27 | 2016-01-06 | 삼성전자주식회사 | Motor, rotor of motor |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11113198A (en) * | 1997-10-06 | 1999-04-23 | Fujitsu General Ltd | Permanent magnet motor |
JP2002084722A (en) | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Fujitsu General Ltd | Permanent magnet motor |
JP3290392B2 (en) | 1997-10-31 | 2002-06-10 | 株式会社東芝 | Permanent magnet type reluctance type rotating electric machine |
JP2006314152A (en) * | 2005-05-06 | 2006-11-16 | Nissan Motor Co Ltd | Permanent-magnet motor |
-
2012
- 2012-12-11 KR KR1020120143735A patent/KR101367222B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11113198A (en) * | 1997-10-06 | 1999-04-23 | Fujitsu General Ltd | Permanent magnet motor |
JP3290392B2 (en) | 1997-10-31 | 2002-06-10 | 株式会社東芝 | Permanent magnet type reluctance type rotating electric machine |
JP2002084722A (en) | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Fujitsu General Ltd | Permanent magnet motor |
JP2006314152A (en) * | 2005-05-06 | 2006-11-16 | Nissan Motor Co Ltd | Permanent-magnet motor |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160001597A (en) * | 2014-06-27 | 2016-01-06 | 삼성전자주식회사 | Motor, rotor of motor |
KR102483226B1 (en) * | 2014-06-27 | 2023-01-03 | 삼성전자주식회사 | Motor, rotor of motor |
CN104377857A (en) * | 2014-11-18 | 2015-02-25 | 王乃兵 | Arrow-anchor-shaped permanent magnet synchronous motor rotor punching sheet and stamping die for arrow-anchor-shaped permanent magnet synchronous motor rotor sheet |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5382222B2 (en) | Rotor and IPM motor | |
JP6992368B2 (en) | Variable magnetic flux type permanent magnet type rotary electric machine | |
TWI477036B (en) | Compound Torque Rotary Motor | |
JP5398103B2 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
JP5361260B2 (en) | Permanent magnet rotary electric machine | |
US9083219B2 (en) | Rotor and motor | |
WO2010058576A1 (en) | Permanent magnet type rotating electric machine | |
JP2011083066A (en) | Permanent magnet assisted synchronous reluctance motor | |
JP5891089B2 (en) | Permanent magnet synchronous machine | |
KR102069537B1 (en) | Magnetizing method, rotor, electric motor and scroll compressor | |
CN108475972B (en) | Rotor, magnetizing method, motor, and scroll compressor | |
JP5787673B2 (en) | Permanent magnet type rotating electric machine | |
JP2010004673A (en) | Permanent magnet type rotating electrical machine | |
JP5355055B2 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
TW201349712A (en) | Composite torque rotating electric machine | |
JP2011217601A (en) | Flux concentration type synchronous rotating electric machine with permanent magnet | |
KR20100100552A (en) | Rotor having embedded permanent magnet | |
JP7076188B2 (en) | Variable magnetic force motor | |
JP2019030207A (en) | Magnetism generator of electric motor | |
JP4574297B2 (en) | Rotating electrical machine rotor | |
JP2010148180A (en) | Permanent magnet type rotating electric machine | |
JP2013132124A (en) | Core for field element | |
KR101367222B1 (en) | Permanent magnet syschronous motor | |
JP2011229329A (en) | Permanent magnet motor | |
JP2016201960A (en) | Embedded magnet type motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180125 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190123 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200206 Year of fee payment: 7 |