KR101426169B1

KR101426169B1 - 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자

Info

Publication number: KR101426169B1
Application number: KR1020120157644A
Authority: KR
Inventors: 방량; 박용주
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-08-07
Also published as: KR20140088267A; WO2014104824A1

Abstract

본 발명은 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 회전자 코어와; 상기 회전자 코어의 중심에 축방향으로 관통되게 형성된 샤프트 삽입홀; 및 상기 샤프트 삽입홀과 회전자 코어의 외주연부 사이에 매립된 고토크 제공부로 구성됨을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 영구자석인 아우터 마그네틱부와 아우터 마그네틱부에서 발생되는 토크밀도가 증가될 수 있도록 하여 출력이 증가되도록 하고, 이를 통해 전동기의 크기를 소형화 내지는 경량화할 수 있도록 한 것이다.

Description

고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자{Permanent magnet synchronous motor rotor with a structure providing the high torque}

본 발명은 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자에 관한 것으로서, 특히 회전자 코어의 중심에 축방향으로 형성된 샤프트 삽입홀과 회전자 코어의 외주연부 사이에 아우터 마그네틱부와 아우터 마그네틱부의 내측 부분을 감싸는 인너 마그네틱부로 이루어진 고 토크 제공부가 매립되도록 한 것이다.

일반적으로 교류 전동기는 교류 유도 모터와 교류 동기 모터로 구분되어지고, 교류 동기 모터 중 고정자측에 전기자 권선이 회전자측에 계자 권선이 구비된 경우, 회전자에 배치한 계자 권선을 여자하여 회전자가 전자석으로 되고, 고정자에 3상 교류를 인가하여 회전자계에 동기하여 회전자가 회전하게 된다.

회전자의 전자석이 영구자석으로 치환된 형태의 교류 동기 모터를 영구자석 모터(전동기)라하고, 영구자석이 회전자의 내부에 묻혀 있는 형태를 매립형 영구 자석 모터(Interior Permanent Magnet Motor)라 한다.

매립형 영구자석 모터(전동기)(60)는 도1 및 도2에 도시되어진 것으로 약계자 제어 기술과의 조합으로 저속에서 고속 회전까지 광범위하게 출력을 얻는 것이 가능하고, 공극 방향에 대해 인덕턴스의 공간적인 비대칭성을 가지고 있어 토크 밀도를 높일 수 있도록 구성되어 있다.

이러한 전동기(60)는 냉각핀(611)이 형성된 전동기 하우징(61)의 하부에 볼트관통홀(621)이 형성된 브라켓(62)이 일체로 형성되고, 전동기 하우징(61)의 내부에 코일(631)이 권취된 중공형태의 고정자(63)가 결합되어 있다.

고정자(63)의 내부에는 샤프트(64)가 관통된 회전자(65)가 삽입되고, 회전자(65)의 양측으로 노출된 샤프트(64)는 전동기 하우징(61)의 양측으로 베어링(661)이 구비된 하우징캡(66)에 의하여 고정자(63)의 내부에서 회전 될 수 있도록 구성되어 있다.

회전자(65)는 내부에는 폭이 넓은 V형태를 갖는 영구자석(67)이 샤프트(64)를 중심으로 대칭되도록 구비되어 전동기(60)가 구동되는 과정에서 회전자(65)의 내부에 매립된 영구자석(67)에서 발생된 자속에 의해 고속으로 회전된다.

그러나 회전자(65)에 매립된 영구자석(67)에서 발생되는 토크밀도가 적어 구동력이 낮아지는 문제점이 있었다.

또한 구동력을 높이기 위해 회전자를 크게 할 경우에는 전체적으로 영구자석 동기 전동기가 커져 공간활용율이 낮아지는 또 다른 문제점이 있었다.

일본 등록특허 제0687528호

본 발명은 영구자석에서 발생되는 토크밀도가 증가되도록 하여 동일한 크기를 갖는 영구자석 동기 전동기에 있어 출력이 증가되도록 하는 가운데 전동기의 크기를 소형화 내지는 경량화하여 공간활용율을 높일 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 따른 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자는, 회전자 코어(10)와 상기 회전자 코어(10)의 중심에 축방향으로 관통되게 형성된 샤프트 삽입홀(11) 및 상기 샤프트 삽입홀(11)과 회전자 코어(10)의 외주연부 사이에 매립된 고토크 제공부(20)를 포함하여 구성되되, 상기 고토크 제공부(20)는 회전자 코어(10)의 외주연부 내측 부분에 형성된 아우터 마그네틱부(21)와 상기 아우터 마그네틱부(21)의 내측 부분을 감싸도록 회전자 코어(10)의 내측 부분에 형성된 인너 마그네틱부(22)로 구성되고, 상기 아우터 마그네틱부(21)는 회전자 코어(10)의 접선 방향과 평행하게 형성된 아우터 레프트 삽입홀(211)과 상기 아우터 레프트 삽입홀(211)에 대칭되게 형성된 아우터 라이트 삽입홀(212)과 상기 아우터 레프트 삽입홀(211)에 삽입된 아우터 레프트 마그네틱편(23)과 상기 아우터 라이트 삽입홀(212)에 삽입된 아우터 라이트 마그네틱편(24)으로 구성되며, 상기 아우터 레프트 마그네틱편(23)은 상기 아우터 라이트 마그네틱편(24) 과 대칭되게 형성되거나 혹은 상기 아우터 라이트 마그네틱편(24) 보다 길거나 짧게 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 인너마그네틱부(22)는 회전자 코어(10)의 내측에 형성된 "∨"형태를 갖는 인너 마그네틱 삽입홀(221)과 상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 양측에 각각 삽입된 인너마그네틱편(25)으로 구성되되, 상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 끝에 누설자속 규제공간부(222)가 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 인너마그네틱부(22)는 좌측과 우측이 대칭적인 형태를 갖도록 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 인너마그네틱부(22)는 비대칭적인 형태를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.

본 발명은 회전자 코어의 중심에 축방향으로 형성된 샤프트 삽입홀과 회전자 코어의 외주연부 사이에 아우터 마그네틱부와 아우터 마그네틱부의 내측 부분을 감싸는 인너 마그네틱부로 이루어진 고 토크 제공부가 매립되도록 함으로써, 영구자석인 아우터 마그네틱부와 아우터 마그네틱부에서 발생되는 토크밀도가 증가될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 동일한 크기를 갖는 영구자석 동기 전동기에 있어 출력이 증가될 수 있는 효과를 더 얻을 수 있다.

아울러 이를 통해 전동기의 크기를 소형화 내지는 경량화하여 공간활용율을 높일 수 있는 효과를 더 얻을 수 있다.

도1은 종래 기술에 따른 매립형 영구자석 전동기의 분해 사시도.
도2는 종래 기술에 따른 매립형 영구자석 전동기의 종단면도.
도3은 본 발명에 따른 매립형 영구자석 전동기의 사시도.
도4는 본 발명에 따른 매립형 영구자석 전동기의 분해 사시도.
도5는 본 발명에 따른 매립형 영구자석 전동기의 종단면도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자 도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 회전자 코어(10) 및 회전자 코어(10)의 외주연부 근처에 매립된 고 토크밀도 제공부(20)로 구성된 것으로 종래와 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 사용한다.

여기에서, 상기 회전자 코어(10)는 도3 내지 도5에 도시된 바와 같은 매립형 영구자석 전동기(60)의 내부에 회전 가능하게 결합된 것으로 냉각핀(611)이 형성된 전동기 하우징(61)의 하부에 볼트관통홀(621)이 형성된 브라켓(62)이 형성되고, 전동기 하우징(61)의 내부에 코일(631)이 권취된 고정자(63)가 결합된다.

상기 고정자(63)의 내부에는 샤프트(64)가 관통되게 결합된 본 발명의 요지인 회전자 코어(10)가 삽입되고, 상기 회전자 코어(10)의 양측으로 노출된 샤프트(64)는 전동기 하우징(61)의 양측으로 베어링(661)이 구비된 하우징캡(66)에 의하여 고정자(63)의 내부에서 회전 될 수 있게 된다.

상기 회전자 코어(10)는 고정자(63)의 내경 보다 적은 직경을 갖도록 형성되어 회전되는 과정에서 직접적인 상호 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있게 구성되어 있고, 중앙에는 소정 직경을 갖는 샤프트 삽입홀(11)이 형성되어 샤프트(64)가 억지끼워맞춤 형태로 결합된다.

상기 고 토크밀도 제공부(20)는 회전자 코어(10)에서 발생되는 토크밀도가 향상되도록 한 것으로 상기 샤프트 삽입홀(11)과 회전자 코어(10)의 외주연부 사이에 매립된다.

이러한 상기 고 토크 제공부(20)는 회전자 코어(10)의 외주연부 내측 부분으로 아우터 마그네틱부(21)가 형성되고, 상기 아우터 마그네틱부(21)의 내측 부분을 감싸도록 회전자 코어(10)의 내측 부분으로 형성된 인너 마그네틱부(22)로 구성된다.

여기에서, 상기 아우터 마그네틱부(21)는 회전자 코어(10)의 접선 방향과 평행하게 형성된 아우터 레프트 삽입홀(211)에 대칭되게 아우터 라이트 삽입홀(212)이 형성된다.

상기 아우터 레프트 삽입홀(211)에는 아우터 레프트 마그네틱편(23)이 삽입되고, 상기 아우터 라이트 삽입홀(212)에는 아우터 라이트 마그네틱편(24)이 삽입된다. 이때, 상기 아우터 레프트 마그네틱편(23)은 도5의 상부 좌측에 확대 도시된 바와 같이, 아우터 라이트 마그네틱편(24) 보다 길게 비대칭되게 형성되도록 하고, 짧게 형성된 부분이 동기회전 방향을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 아우터 레프트 마그네틱편(23)이 아우터 라이트 마그네틱편(24) 보다 길게 비대칭되게 형성되도록 하였으나, 이러한 형태 이외에 도5의 상부 우측에 도시된 바와 같이, 상기 아우터 레프트 마그네틱편(23)과 아우터 라이트 마그네틱편(24)이 동일한 길이를 갖도록 할 수 있다.

상기 인너마그네틱부(22)는 회전자 코어(10)에 형성된 아우터 마그네틱부(21)의 내측으로 형성된 것으로 ∨형태를 갖는 인너 마그네틱 삽입홀(221)과 상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 양측에 각각 삽입된 인너마그네틱편(25)으로 구성된다.

한편, 본 발명에서는 인너마그네틱부(22)가 대칭적인 ∨형태를 갖는 것으로 하였으나, 이러한 형태 이외에 좌측 또는 우측 중 일방의 길이가 더 긴 비대칭적인 형태를 갖도록 할 수 있다.

상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 끝에는 누설자속 규제공간부(222)가 형성되어 인너마그네틱편(25)에서 발생된 자속이 누설되는 것을 차단할 수 있도록 구성된다.

이와 같은 매립형 영구자석 동기 전동기는 고정자(63)의 코일(631)에 3상 교류가 인가됨과 동시에 회전자 코어(10)에 매립된 아우터 마그네틱부(21)와 인너마그네틱부(22)에 의한 자속에 의하여 회전자 코어(10)가 고속으로 회전되게 된다.

이러한 과정에서 아우터 레프트 마그네틱편(23)과 아우터 라이트 마그네틱편(24)의 길이가 비대칭되게 형성됨으로써, 동기회전방향으로 밀어주는 힘인 고밀도토크가 크게 되어 고출력을 얻을 수 있게 된다.

10:회전자 코어 11:샤프트 삽입홀
20:고토크 제공부 21:아우터 마그네틱부
22:인너 마그네틱부 23:아우터 레프트 마그네틱편
24:아우터 라이트 마그네틱편 25:인너마그네틱편
211:아우터 레프트 삽입홀 212:아우터 라이트 삽입홀
221:인너 마그네틱 삽입홀 222:누설자속 규제공간부

Claims

회전자 코어(10)와;
상기 회전자 코어(10)의 중심에 축방향으로 관통되게 형성된 샤프트 삽입홀(11); 및
상기 샤프트 삽입홀(11)과 회전자 코어(10)의 외주연부 사이에 매립된 고토크 제공부(20)를 포함하여 구성되되,
상기 고토크 제공부(20)는
회전자 코어(10)의 외주연부 내측 부분에 형성된 아우터 마그네틱부(21)와;
상기 아우터 마그네틱부(21)의 내측 부분을 감싸도록 회전자 코어(10)의 내측 부분에 형성된 인너 마그네틱부(22)로 구성되고,
상기 아우터 마그네틱부(21)는
회전자 코어(10)의 접선 방향과 평행하게 형성된 아우터 레프트 삽입홀(211)과;
상기 아우터 레프트 삽입홀(211)에 대칭되게 형성된 아우터 라이트 삽입홀(212)과;
상기 아우터 레프트 삽입홀(211)에 삽입된 아우터 레프트 마그네틱편(23)과;
상기 아우터 라이트 삽입홀(212)에 삽입된 아우터 라이트 마그네틱편(24)으로 구성되며,
상기 아우터 레프트 마그네틱편(23)은 상기 아우터 라이트 마그네틱편(24) 보다 길거나 짧게 비대칭으로 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 아우터 레프트 마그네틱편(23)은 상기 아우터 라이트 마그네틱편(24) 과 대칭되게 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
삭제
제1항에 있어서,
상기 인너마그네틱부(22)는 회전자 코어(10)의 내측에 형성된 "∨"형태를 갖는 인너 마그네틱 삽입홀(221)과 상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 양측에 각각 삽입된 인너마그네틱편(25)으로 구성되되, 상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 끝에 누설자속 규제공간부(222)가 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
제1항에 있어서,
상기 인너마그네틱부(22)는 좌측과 우측이 대칭적인 형태를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
제1항에 있어서,
상기 인너마그네틱부(22)는 비대칭적인 형태를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.