KR101686314B1 - 전기 모터용 회전자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 모터(1)용 회전자(10)에 관한 것으로, 다수의 매립형 영구자석(15)을 포함하고, 상기 영구자석들 중 적어도 2개의 영구자석은, 회전자(10)의 일단면에서 볼 때, 하나의 단부가 대향 배치된 단부보다 회전자(10)의 외주(17)에 방사방향으로 더 가깝도록 정렬된다. 본 발명에 따라, 회전자(10)의 일단면에서 볼 때, 회전자(10)의 외주(17)에 방사방향으로 더 가까운 단부는 대향 배치된 단부보다 더 넓다(Δb). 이러한 조치에 의해 회전자(10) 또는 회전자(10)를 수용하는 전기 모터(1)의 제조 비용이 감소할 수 있다.

Description

전기 모터용 회전자{ROTOR FOR AN ELECTRIC MOTOR}
본 발명은 청구범위 제 1항의 전제부에 따른 전기 모터용 회전자에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 회전자를 포함하는 전기 모터 및 상기 전기 모터를 포함하는 차량에 관한 것이다.
청구범위 제 1항의 전제부의 특징을 포함하는 상기 방식의 회전자들은 DE 11 2008 001 333 T5호 및 US 5,962,944호에 공개되어 있다.
이러한 회전자들은 소위 IPM-모터(IPM; Interior Permanent Magnet-Motors, 내부 영구자석 모터)의 구성요소이다. 이러한 전기 모터들은 비교적 높은 토크 또는 비교적 높은 효율을 제공할 수 있고, 따라서 예를 들어 높은 구동 출력이 제공되어야 하는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차용 구동 모터로서 이용될 수 있다.
특히 DE 11 2008 001 333 T5호에 IPM-모터의 고정자 코일 내로 흐르는 전류로 인해 모든 영구자석에(또한 단순히 자석) 역전 자기장(opposing field)이 작용한다.
이러한 역전 자기장이 일순간 커지면, 이는 영구자석의 비가역적 자성제거 현상과 IPM-모터의 손상을 일으킬 수 있다.
지금까지, 발생되는 역전 자기장에 대항하도록 자석의 높은 보자력장 강도 또는 높은 보자력을 설정하는 시도가 있었다.
예컨대 디스프로슘(Dy) 및/또는 네오디뮴(Nd)과 같은 희토류 금속을 포함하는 자석의 합금에 의해, 자석의 보자력 및 내열성을 높이는 시도도 있었다. 특히 전기 모터들(전기 기계)은 "열원"인 내연기관과 트랜스미션 사이에 샌드위치 형태로 배치되는 (병렬)하이브리드 자동차에서 사용시, 자석들은 높은 자기 및 열 부하를 받는다. 또한 최근 희토류 부문에서 상당한 가격 급상승이 이루어졌고, 이는 IPM-상용성 자석의 제조 비용을 급격하게 상승시켰다.
이러한 원가 인자를 낮추려는 노력이 이루어지고 있다. DE 11 2008 001 333 T5는 이를 위해 자석을 상이한 보자력을 갖는 다수의 자기 영역들로 세분하는데 적합한 방법을 제시한다.
최대 보자력을 갖는(즉, 최대량의 희토류를 포함하는) 영역은, 상기 영역이 최대 역전 자기장 부하에 노출되도록 위치 설정된다. 역전 자기장 부하가 약한 영역에서 희토류의 양은 상응하게 감소한다.
이로 인해 고가의 희토류 원소들은 상기 원소들이 실제로 이용되는 영역에서만 사용이 증가한다.
전술한 문제로부터 본 발명의 과제는, 추가 비용 감소가 가능하도록 청구범위 제 1항의 전제부의 특징을 포함하는 전기 모터용 회전자를 개선하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1항의 특징에 의해 해결된다.
본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예들은 관련 종속 청구항에 제시된다.
본 발명은, 상기 영구자석들 중 적어도 2개의 영구자석이, 회전자의 일단면에서 볼 때, 하나의 단부가 대향 배치된 단부보다 회전자의 외주에 방사방향으로 더 가깝도록 정렬되는 다수의 매립형 영구자석을 포함하는 전기 모터용 회전자에서 시작된다.
본 발명에 따라, 회전자의 일단면에서 볼 때, 회전자의 외주에 방사방향으로 더 가까운 단부는 대향 배치된 단부보다 더 넓다.
그러한 증폭부 또는 증대부는 자석 내 무거운 희토류의 증가 또는 추가와 같은 유사한 효과에 의해 달성된다. 이를 위해 경우에 따라서 추가로 실행되는 자석 세그먼트들의 희토류 합금시 더욱 고도로 합금된 자석면에 제조에 적합한 할당이 이루어지고 따라서 비틀린 조립이 방지된다.
회전자의 외주에 방사방향으로 더 가까운 증폭된 단부는 (다른 단부와 동일한 재료일 때) 훨씬 더 높은 "부하 수용 능력"을 갖는다. 부하 수용 능력은 한편으로는 역전 자기장과 관련해서, 다른 한편으로는 발생하는 온도와 관련해서도 증가하였다. 그러한 경우에 고가의 희토류 원소들의 사용/첨가가 감소할 수 있다.
본 발명의 바람직한 제1 개선예에 따라, 회전자의 일단면에서 볼 때, 영구자석의 증폭부는 회전자의 회전축을 향한 적어도 하나의 재료 증폭부에 의해 형성된다.
이러한 개선예는 특히 매우 좁은 공간비에서 바람직하다. 자석들은 이로 인해 회전자 외주에 매우 가깝게 위치 설정되므로, (회전축 관련) 회전자 외주와 회전자 내경 사이의 간격이 좁은 경우에도 자석의 매립은 더 간단하게 가능하다.
공간비가 다소 더 크게 설정되는 경우에, 대안으로서 회전자의 일단면에서 볼 때, 영구자석의 증폭부는 회전자의 회전축으로부터 멀어지게 지향하는 적어도 하나의 재료 증폭부에 의해 형성될 수 있다. 이는 재료 증폭부가 역전 자기장을 향해 더 양호하게 정렬될 수 있는 장점을 제공한다.
전술한 문제점들 사이의 절충안으로서, 회전자의 일단면에서 볼 때, 영구자석의 증폭부는 회전자의 회전축을 향한 그리고 회전자의 회전축으로부터 멀어지게 지향하는 적어도 하나의 재료 증폭부에 의해 형성된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 회전자의 일단면에서 볼 때, 영구자석의 증폭부는 다수의 재료 폭을 갖도록 형성될 수도 있고, 이 경우 재료 폭들은 회전자의 외주로부터 방사방향으로 멀리 떨어진 단부에서부터 점진적으로 증가한다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따라, 모든 영구자석은 상이한 보자력을 갖는 다수의 영역들을 포함할 수 있는 것이 고려될 수도 있고, 이 경우 회전자의 외주에 방사방향으로 더 가까운 단부는 다른 단부보다 높은 보자력을 갖는다. 이러한 조치는 전술한 조치에 대한 보완으로서 제공될 수 있고, 소정의 효과를 지원한다. 또한 본 발명은 본 발명에 따른 회전자를 포함하는 전기 모터, 특히 IPM-모터에 관한 것이다. 이러한 모터는 고출력과 동시에 매우 견고하고 안정적이며, 이 경우 제조 비용이 감소할 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 자동차, 특히 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차를 제안한다. 자동차는 이러한 모터에 의해 안정적으로 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되고, 아래의 상세한 설명에서 설명된다. 동일한, 유사한 또는 동일한 기능을 하는 부품들은 동일한 도면부호를 갖고, 이 경우 반복되는 설명이 생략되더라도 상응하거나 유사한 특성 및 장점들이 달성된다.
도 1은 전기 모터의 부분을 도시한 정면도(바람직한 실시예).
도 2는 도 1에 따른 영구자석을 확대 도시한 상세도.
도 3은 제2 실시예에 따른 전기 모터의 부분을 도시한 정면도.
도 4는 도 3에 따른 영구자석을 확대 도시한 상세도.
도 5는 제3 실시예에 따른 전기 모터의 부분을 도시한 정면도.
도 6은 도 5에 따른 영구자석을 확대 도시한 상세도.
도 7은 제4 실시예에 따른 전기 모터의 부분을 도시한 정면도.
도 8은 도 7에 따른 영구자석을 확대 도시한 상세도.
도 9는 본 발명에 따른 전기 모터를 포함하는 하이브리드 자동차를 도시한 도면.
먼저 도 1 및 도 2가 참조된다. 상기 도면에 전기 모터(1)가 부분적으로 도시된다. 전기 모터(1)는 고정자(11)를 포함하고, 상기 고정자는 내측으로 지향되는 고정자 톱니들(12)과 코일들(13)(파선으로 표시됨)을 포함한다. 고정자(11) 내에서, 회전자(10)는 회전축(D)을 중심으로 회전하도록 장착된다.
회전자(10) 내의 장착 개구(14)에, 다수 쌍의 영구자석(15)이 삽입된다. 영구자석들(15)은 V-자형으로 정렬되고, V-자 형상의 정점은 회전자-내경(18)을 향하고, V-자 형상의 단부는 회전자 외주(17)를 향한다(소위 V-자형 배치).
장착 개구(14)는 실시예에서 서로 연결된 것으로 도시된다. 그러나 모든 영구자석들(15)을 위해 별도의 조립 개구가 제공될 수도 있다.
각각의 영구자석(15)은 서로 고정된, 예를 들어 에폭시 수지층에 의해 서로 접착된 다수의 자석 세그먼트(16)로 이루어지고, 각각의 영구자석(15)은, 단부(19)가 대향 배치된 단부(20)보다 회전자 외주(17)에 방사방향으로 더 가깝도록 위치 설정된다. 각각의 자석 세그먼트(16)는 소결 재료로 이루어지고, 도시된 정면도에서 장방형 내지 정방형 횡단면을 가지며, 평면도에서 볼 때 긴, 대략 장방형 윤곽을 갖는다. 각각의 영구자석의 쌍은 경사진 단부의 내측 단부가 서로 접촉할 수 있다.
도면에서 영구자석(15)의 단부(20)는 폭(b1)을 갖고, 대향 배치된 단부(19)는 폭(b2)을 갖는 것을 알 수 있고, 이 경우 폭(b2)은 폭(b1)보다 크다. 이로써 증폭부(Δb)가 형성된다. 증폭부(Δb)는 회전축(D)을 향한다. 폭(b2)을 갖는 영구자석(15)의 단부(19) 또는 영역은 더 작은 폭(b1)을 갖는 대향 배치된 단부(20)보다 훨씬 높은 보자력을 갖는다.
보완적으로, 자석 세그먼트들(16)은 재료로 인해 상이한 보자력을 갖도록 형성될 수 있다. 따라서 예를 들어 4개의 자화 영역(M1, M2, M3, M4)이 제공될 수 있고, 이 경우 영역(M1) 내의 자석 세그먼트(16)에 정해진 비율의 희토류 원소(예를 들어 디스프로슘 및 네오디뮴)가 첨가되고, 상기 비율은 영역들(M2 내지 M4)에서 점진적으로 증가한다.
또한 각각의 영역(M1 내지 M4) 내부에서의 증가가 고려될 수 있다.
영역들(M1 내지 M4)을 갖는 영구자석들(15)의 부가적인 실시예에서, 증폭부(Δb)는 또한 설치 용이부(오류 방지부)로 이용될 수도 있다.
도 3 및 도 4에 전기 모터(1)의 제2 실시예가 도시된다. 제1 실시예와 달리 영구자석들(15)은 회전자(10)의 회전축(D)으로부터 멀어지게 지향하는 증폭부(Δb)를 포함한다.
도 5 및 도 6은 제 3 실시예를 도시한다. 전술한 실시예들과 달리, 이 경우 "중도"가 선택된다. 모든 영구자석(15)은 단부(19) 영역에 2개의 증폭부(Δb)를 갖고, 상기 증폭부들 중 하나는 회전자(10)의 회전축(D)을 향하고 다른 하나는 회전축으로부터 멀어지게 지향한다.
또한 도 7 및 도 8에, 영구자석들(15)이 증가하는 다수의 폭(b1 내지 b3)을 가짐으로써, 영구자석들(15)의 양측으로 계단 형태가 형성되는 실시예가 도시된다.
도 9에 하이브리드 자동차(H)가 도시되고, 상기 자동차에서 본 발명에 따른 전기 모터(1)는 내연기관(2)과 트랜스미션(3) 사이에 장착된다. 전기 모터(1) 및 상기 전기 모터에 장착된 영구자석들(15)은 높은 열작용에 노출되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예(들)에 제한되지 않는다. 상기 실시예들은 본 발명의 핵심 사상의 보편적인 설명을 위해서만 이용되었다. 본 발명은 보호 범위와 관련해서 오히려 전술한 실시예들 또는 특징들과 다른 실시예 또는 특징들을 취할 수 있다. 이 경우 특히 각각의 청구범위의 개별 특징들의 조합을 이루는 특징들을 포함할 수도 있다.
1: 전기 모터 2: 내연기관
3: 트랜스미션 10: 회전자
11: 고정자 12: 고정자 톱니
13: 코일 14: 장착 개구
15: 영구자석 16: 자석 세그먼트
17: 회전자 외주 18: 회전자-내경
19: 영구자석의 단부 20: 영구자석의 단부
b1-b3: 회전자의 일단면에서 볼 때 영구자석의 폭
Δb: 증폭부 D: 회전축
H: 하이브리드 자동차
M1-M4: 상이한 보자력을 갖는 자기 영역

Claims (7)

  1. 전기 모터(1)용 회전자(10)로서, 다수의 매립형 영구자석(15)을 포함하고, 상기 영구자석들 중 적어도 2개의 영구자석은, 상기 회전자(10)의 일단면에서 볼 때,하나의 단부(19)가 대향 배치된 단부(20)보다 상기 회전자(10)의 외주(17)에 방사방향으로 더 가깝도록 정렬되는 회전자(10)에 있어서,
    상기 회전자(10)의 일단면에서 볼 때, 대향 배치된 상기 단부(20)보다 상기 회전자(10)의 상기 외주(17)에 방사방향으로 더 가까운 상기 단부(19)는 대향 배치된 상기 단부(20)보다 더 넓고(Δb), 상기 단부(19)에만 상기 영구자석(15)의 계단 형태로 증가하는 폭을 구비하며,
    상기 영구자석(15)은 에폭시 수지층에 의해 서로 접착된 다수의 자석 세그먼트(16)로 이루어지고,
    상기 다수의 자석 세그먼트(16)는 상이한 보자력을 갖도록 형성되며,
    상기 영구자석의 쌍은 경사진 단부의 내측 단부가 서로 접촉하는 것을 특징으로 하는 회전자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자(10)의 일단면에서 볼 때, 상기 영구자석(15)의 증폭부는 상기 회전자(10)의 회전축(D)을 향한 적어도 하나의 재료 증폭부(Δb)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자(10)의 일단면에서 볼 때, 상기 영구자석(15)의 증폭부는 상기 회전자(10)의 회전축(D)으로부터 멀어지게 지향하는 적어도 하나의 재료 증폭부(Δb)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자(10)의 일단면에서 볼 때, 상기 영구자석(15)의 증폭부는 다수의 재료 폭(b2, b3)을 갖도록 형성되고, 상기 재료 폭(b2, b3)들은 상기 회전자(10)의 상기 외주(17)로부터 방사방향으로 멀리 떨어진 상기 단부(20)에서부터 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 회전자.
  5. 제 1항에 있어서,
    각각의 영구자석(15)은 상이한 보자력을 갖는 다수의 영역(M1-M4)을 포함하고, 대향 배치된 상기 단부(20)보다 상기 회전자(10)의 상기 외주(17)에 방사방향으로 더 가까운 상기 단부(19)는 상기 단부(20)보다 높은 보자력을 갖는 것을 특징으로 하는 회전자.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 회전자(10)를 포함하는 전기 모터(1).
  7. 제 6항에 따른 전기 모터(1)를 적어도 하나 포함하는 자동차(H).
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