KR101915546B1 - 영구자석 매입형 모터 - Google Patents

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임우경
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 영구자석 매입식 모터는 복수의 슬롯 및 티스를 구비한 스테이터코어와, 상기 티스에 권선되는 스테이터코일을 구비한 스테이터; 및 상기 스테이터코어의 내측에 소정의 공극을 두고 구비되는 로터코어, 상기 로터코어의 중심에 결합되는 샤프트, 상기 로터코어에 축방향으로 삽입되는 복수의 영구자석을 구비한 로터;를 포함하고, 상기 로터코어는, 상기 샤프트의 중심에서 동일한 반경을 가지며 d축에 대해 대칭으로 형성되는 복수 개의 정원부; 상기 복수 개의 정원부 중에서 서로 이웃하는 정원부 사이에 비정원형상으로 절취되는 비정원부; 및 상기 비정원부의 양쪽에서 상기 정원부 사이를 연결하는 풍손방지부;를 포함할 수 있다.

Description

영구자석 매입형 모터{INTERIOR PERMANENT MAGNET TYPE MOTOR}
본 발명은 영구자석 매입형 모터에 관한 것이다.
모터는 그 사용 전원에 따라 직류모터와 교류 모터로 구별될 수 있다. 전통적인 직류 모터는 정류자와 브러시를 구비하여 구성되며, 정류자와 브러시의 기계적 접촉에 기인하여 신뢰성이 저하되고 수명이 단축되는 단점이 있다.
이러한 기계적 접촉식의 문제점을 고려하여 반도체 소자를 이용한 전자 스위칭 방식의 소위 브러시리스 모터(Brushless DC Motor: BLDC 모터)가 널리 이용되고 있다.
브러시리스 모터는 스테이터와 로터의 배치 구조에 따라 내전형(interior rotor type)과 외전형(exterior rotor type)으로 구별될 수 있다.
내전형 모터에는 원통형의 영구자석의 중심에 샤프트를 삽입한 로터가 이용되거나, 전기강판을 적층한 로터 코어의 중심에 샤프트를 삽입하고 로터 코어에 복수의 영구자석을 삽입한 소위 영구자석 매입형 로터(interior permanent magnet type rotor)가 이용되고 있다.
영구자석 매입형 로터는 중앙에 샤프트가 삽입될 수 있게 샤프트홀이 형성되고, 샤프트홀의 둘레에 복수의 영구자석이 축방향을 따라 삽입될 수 있게 영구자석삽입홀이 관통 형성된 복수의 원형의 전기강판을 절연 적층한 코어를 구비한다.
한편, 영구자석 매입형 로터에는 각 영구자석의 자속이 누설되는 것을 방지할 수 있게 각 영구자석의 양쪽 단부영역에 플럭스 배리어(flux barrier)가 형성될 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 영구자석 매입형 로터를 가지는 비엘디시 모터는, 토크 리플이 상대적으로 크고, 이로 인해 상대적으로 큰 진동 및 소음이 발생될 수 있다.
이를 감안하여, 종래의 영구자석 매입형 비엘디시 모터 중 일부는 토크 리플을 저감하기 위해 플럭스 배리어 및/또는 q축 근방 원주 형상을 굴곡면 또는 직선면과 같은 비정원형으로 조정(튜닝)하는 방법을 채택하고 있다.
하지만, 이러한 플럭스 배리어 및/또는 q축 근방 원주 형상을 비정원형으로 조정(튜닝)하는 방법들 중 일부는, 플럭스 배리어 및/또는 q축 근방 원주 형상의 과도한 조정으로 로터의 강도가 취약하게 되어 로터의 속도 증가시 변형 및 손상을 초래할 수 있을 뿐만 아니라 비정원형으로 형성된 부분에서 유체저항에 의한 풍손(windage loss)이 발생하게 되는 문제가 있다. 특히 영구자석 매입형 비엘디시 모터가 10,000RPM 이상의 고속 압축기 등에 적용하는 경우에는 로터의 고속 회전시 풍손이 가중되고, 이 풍손에 의해 모터 효율이 저하되어 압축기 성능을 높이는데 장애가 될 수 있다.
본 발명의 목적은, 모터의 효율을 제고시킬 수 있고, 토크리플을 저감하여 진동 및 소음을 억제할 수 있는 영구자석 매입형 모터를 제공하려는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 비정원형의 특성인 토크리플 저감을 구현할 수 있으면서도 고속회전시 정원형의 특성인 로터의 변형 및 손상방지 그리고 풍손저감을 구현할 수 있는 영구자석 매입형 모터를 제공하려는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 복수의 슬롯 및 티스를 구비한 스테이터코어와, 상기 티스에 권선되는 스테이터코일을 구비한 스테이터; 및 상기 스테이터코어의 내측에 소정의 공극을 두고 구비되는 로터코어, 상기 로터코어의 중심에 결합되는 샤프트, 상기 로터코어에 축방향으로 삽입되는 복수의 영구자석을 구비한 로터;를 포함하고, 상기 로터코어는, 상기 샤프트의 중심에서 동일한 반경을 가지며 d축에 대해 대칭으로 형성되는 복수 개의 정원부; 상기 복수 개의 정원부 중에서 서로 이웃하는 정원부 사이에 비정원형상으로 절취되어 상기 q축에서 최대절취깊이를 가지는 비정원부; 및 상기 비정원부의 양쪽에서 상기 정원부 사이를 연결하는 풍손방지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 풍손방지부는 그 외주면 곡률이 상기 정원부의 곡률과 동일하게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 풍손방지부는 그 풍손방지부의 내주면과 상기 비정원부의 외면 사이의 간격이 상기 q축에서 최대가 되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 풍손방지부의 반경방향 최대폭은 그 풍손방지부의 내주면과 상기 비정원부의 외면 사이의 최대간격 대비 절반 이하가 되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 풍손방지부는 상기 정원부에서 일체로 연장 형성될 수 있다.
그리고, 상기 풍손방지부는 상기 정원부와 비정원부가 만나는 지점에서 연장 형성될 수 있다.
그리고, 상기 풍손방지부의 내주면과 상기 비정원부의 외면 사이에는 지지부가 연장 형성될 수 있다.
그리고, 상기 정원부에서 연장되는 상기 풍손방지부의 뿌리부분는 상기 풍손방지부의 원주방향 중간부분에 비해 두껍게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 풍손방지부의 내주면 단부와 상기 비정원부의 단부 사이에는 곡면부가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 풍손방지부의 내주면 단부와 상기 비정원부의 단부 사이에는 원형홈이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 풍손방지부는 상기 로터코어의 외주면에 원통 형상으로 된 슬리브를 삽입하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 로터코어의 상하 양쪽에는 원판모양으로 된 플레이트가 더 구비되고, 상기 플레이트에 상기 슬리브를 삽입하여 고정할 수도 있다.
그리고, 상기 플레이트에는 상기 슬리브가 삽입되어 결합되도록 단차면 또는 원형홈이 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 영구자석 매입형 모터는, 로터코어의 외주면이 정원부와 비정원부로 이루어짐에 따라 공극의 자속밀도를 정현적으로 하여 토크리플을 저감할 수 있다. 이에 따라 토크리플에 기인한 진동 및 소음 발생을 억제할 수 있다.
또, 로터코어의 정원부 사이를 연결하는 풍손방지부가 형성됨에 따라, 고속 및 초고속 모터에 적용하는 경우에도 풍손에 의한 모터효율의 저하를 미연에 방지할 수 있다. 이에 따라 고효율 모터를 제공할 수 있어 초고속 모터를 필요로 하는 장비에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 영구자석 매입형 모터에서 스테이터코어 및 로터코어의 결합상태를 보인 평면도,
도 2는 도 1의 로터코어를 보인 평면도,
도 3은 도 2의 부분확대도,
도 4는 도 3의 요부확대도,
도 5 내지 도 8은 도 4에 따른 풍송방지부에 대한 다른 실시예를 보인 부분확대도,
도 9는 도 2에 따른 로터코어에서 풍손방지부에 대한 다른 실시예가 적용된 로터코어를 보인 평면도,
도 10은 도 9에서 풍손방지부를 이루는 슬리브의 결합구조에 대한 일실시예를 보인 파단면도,
도 11은 도 9에서 슬리브의 결합구조에 대한 다른 실시예를 보인 파단면도,
도 12는 비정원형 로터코어에서 풍손방지부가 없는 종래의 로터와 풍손방지부가 있는 본 발명의 로터를 시뮬레이션하여 비교한 경우(①)와 실제 압축기에 적용한 경우(②)에 대한 풍손 특성을 각각 비교하여 보인 그래프.
이하, 본 발명에 의한 영구자석 매입형 모터를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 영구자석 매입형 모터에서 스테이터코어 및 로터코어의 결합상태를 보인 평면도이고, 도 2는 도 1의 로터코어를 보인 평면도이며, 도 3은 도 2의 부분확대도이고, 도 4는 도 3의 요부확대도이다.
이에 도시된 바와 같이 본 실시예에 의한 영구자석 매입형 비엘디시 모터(이하, 비엘디시 모터로 약칭함)(100)는, 스테이터(110)와, 샤프트(122)를 구비하여 상기 스테이터(110)에 대해 회전가능하게 배치되는 로터(120)를 포함할 수 있다.
스테이터(110)는 복수 개의 슬롯(111a) 및 티스(111b)를 구비한 스테이터코어(111)와, 티스(111b)에 권선되는 스테이터코일(112)로 이루어질 수 있다.
스테이터코어(111)는 중앙에 로터(120)가 수용되는 로터수용홀(111c)이 형성되고, 로터수용홀(111c)의 둘레에는 복수 개의 슬롯(111a) 및 티스(111b)가 형성될 수 있다.
슬롯(111a) 및 티스(111b)는 로터수용홀(111c)의 원주방향을 따라 서로 교번적으로 배치되게 형성될 수 있다. 여기서, 슬롯(111a)과 티스(111b)는 각각 9개씩 형성될 수 있다.
스테이터코어(111)는 슬롯(111a), 티스(111b) 및 로터수용홀(111c)이 각각 형성된 복수 개의 전기강판을 절연 적층하여 이루어질 수 있다. 여기서, 전기강판은 로터의 회전속도에 따라 두께가 상이할 수 있으나, 통상 0.5mm 이하의 얇은 강판으로 형성될 수 있다. 따라서, 얇은 강판이 적층상태를 유지할 수 있도록 강판들 사이에 접착제가 도포되어 강판 사이의 접착력을 높일 수도 있고, 강판을 가압하여 결합하는 맥(mac) 작업을 통해 결합력을 높일 수도 있다.
스테이터코일(112)은 각 티스(111b)의 둘레에 집중적으로 권선되는 집중권으로 이루어질 수 있다.
한편, 로터(120)는 로터코어(121)와, 로터코어(121)의 중앙에 축방향으로 삽입되는 샤프트(122)와, 상기 샤프트(122)를 중심(로터의 중심과 동일)(O)으로 원주방향을 따라 로터코어(121)에 축방향으로 삽입되어 결합되는 복수 개의 영구자석(123)을 포함할 수 있다.
로터코어(121)는 로터수용홀(111c)의 내부에 소정의 공극(air gap)을 두고 배치될 수 있게 소정의 외경(D)을 가지도록 이루어질 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 로터코어(121)는 중앙에는 샤프트(122)가 압입되어 결합될 수 있도록 관통된 샤프트홀(121a)이 형성되고, 샤프트홀(121a)의 둘레에는 영구자석(123)이 축방향으로 삽입될 수 있도록 영구자석삽입부(121b)가 관통 형성되며, 샤프트홀(121a)의 외측에는 체결부재(미도시)가 삽입될 수 있게 체결부재삽입홀(121c)이 관통 형성되고, 샤프트홀(121a)의 외측에는 유체가 통과할 수 있게 관통된 관통홀(121d)이 형성될 수 있다.
여기서, 로터코어(121)는 샤프트홀(121a) 및 영구자석삽입부(121b)가 형성된 복수의 전기강판을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
영구자석(123)은 로터의 극수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 로터(120)가 6극으로 구성되는 경우 1극당 2개의 영구자석이 소요되므로 로터에는 총 12개의 영구자석(123)이 포함될 수 있다.
한편, 로터코어(121)는 외주면이 진원형을 이루는 정원형상으로 형성될 수도 있다. 정원형상의 로터코어(121)는 풍손을 최소화할 수 있으나 토크리플이 증가하므로 경우에 따라서는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 로터코어(121)의 외주면이 비진원형으로 된 비정원형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 로터(120)가 비정원형으로 형성되는 경우에는 스테이터(110)와 로터(120) 사이의 공극내 자계가 정현파 모양을 띄면서 토크리플이 감소되어 고주파 소음을 저감시킬 수 있는 장점이 있다. 이하에서는 본 실시예에 따른 비정원형상의 로터로 이루어진 예를 중심으로 살펴본다.
로터코어(121)는 샤프트(122)의 중심에서 동일한 반경(D/2)을 가지며 d축에 대해 대칭으로 형성되는 복수 개의 정원부(125)와, q축에 대해 대칭이고 이웃하는 양쪽 정원부(125)의 일단부로부터 비정원형(예를 들어, 굴곡진 형상 또는 직선)으로 연결되도록 형성되는 비정원부(126)로 이루어질 수 있다. 정원부(125)와 비정원부(126)는 상호 교번적으로 배치되게 형성될 수 있다.
예를 들어, 비정원부(126)는 도 3과 같이 서로 이웃하는 정원부(125)의 양단부 중에서 서로 마주보는 양쪽 단부 사이를 곡면으로 절취하여 굴곡면으로 연결되도록 형성될 수 있다. 이 경우 비정원부(126)를 이루는 외면은 원주방향을 따라 q축까지는 절취깊이가 점진적으로 증가하다가 q축을 지나 다른 쪽 정원부의 단부까지는 점진적으로 감소하도록 형성될 수 있다. 이에 따라 q축에서 최대절취깊이(h)를 가지는 비정원부(126)가 형성될 수 있다.
여기서, 절취깊이는 정원부(125)와 동일한 반경을 가지는 가상의 원주로부터 절취 형성된 비정원부(126)의 외면까지의 반경방향의 거리를 의미한다.
정원부(125)는 로터(120)의 극수가 P일 때, d축과 일 단부의 내각(θ1)이 (30˚~ 90˚)/P 범위를 가지게 구성될 수 있다. 이에 의해, 토크리플(torque ripple)이 현저하게 감소될 수 있다.
본 실시예에 따른 로터(120)가 6극으로 구성되므로, 정원부(125)는 d축과 일 단부의 내각(θ1)은 (30˚~ 90˚)/6, 즉 5˚ 내지 15˚범위 이내에서 형성될 수 있다. 따라서, 정원부(125)는 d축을 중심으로 d축의 양측으로 10˚ 내지 30˚범위에서 대칭으로 형성될 수 있다.
한편, 비정원부(126)는 그 최대절취깊이(h)가 로터(120)의 외경(D)에 대해 0.01~0.04배를 가지게 구성될 수 있다. 이에 의해, 본 실시예에 따른 비엘디시 모터의 토크리플이 현저하게 저감될 수 있다.
여기서, 비정원부(126)는 절취깊이(h)가 직선면과 같이 선형적으로 가변되도록 형성될 수도 있다. 하지만, 도 4와 같이 절취깊이(h)가 비정원부(126)의 양단에서 q축으로 갈수록 비선형적으로 깊어지도록 형성되는 것이 토크리플을 더욱 효과적으로 감소시킬 수도 있다.
비정원부(126)가 비선형적으로 형성되는 경우에는 절취깊이(h)가 선형적으로 변화하는 직선구간부(126a)의 중간에 곡선구간부(126b)가 구비되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 직선구간부(126a)와 곡선구간부(126b)는 q축을 사이에 두고 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 곡선구간부(126b)의 중간, 즉 q축이 통과하는 지점에는 경계영역에는 라운드부(126c)가 형성되어, 금형에 의한 제작시 응력집중을 방지하여 금형 손상을 억제할 수 있다.
직선구간부(126a)는 q축과 내각(θ2)이 60˚ 내지 80˚를 이루게 구성될 수 있다. 두 직선구간부(126a)의 내각은 q축을 중심으로 양측으로 120˚ 내지 160˚범위 이내에서 형성될 수 있다. 이에 따라, 모터의 토크리플이 현저하게 감소될 수 있다.
하지만, 앞서 설명한 바와 같이 로터코어가 정원부와 비정원부로만 구비하여 비정원 형상으로 형성되는 경우에는 저속회전시 토크리플 측면에서 장점이 있지만, 고속회전시에는 풍손이 크게 증가하여 모터 효율이 저하될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 로터코어(121)는 이웃하는 정원부(125) 사이를 연결하여 비정원부(126)를 감싸는 풍손방지부(127)가 더 구비될 수 있다.
풍손방지부(127)는 로터코어(121)에 일체로 형성될 수도 있고, 별도의 부재를 결합하여 형성될 수도 있다.
예를 들어, 도 4 내지 도 8과 같이 풍손방지부(127)는 한 쪽 정원부(125)의 단부, 즉 정원부(125)와 비정원부(126)가 만나는 지점(P)에서 이웃하는 다른 쪽 정원부(125)의 단부가 비정원부와 만나는 지점(P)까지를 원주방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.
풍손방지부(127)는 그 외경(D1) 및 곡률(R1)이 정원부(125)의 외경(D) 및 곡률(R)과 동일하게 형성되는 것이 풍손을 가장 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다. 하지만, 경우에 따라서는 풍손방지부(127)의 외경(D1) 및 곡률(R1)이 정원부(125)의 외경(D) 및 곡률(R)과 동일하지 않고 일정 범위내에서 크거나 작게 형성될 수 있다. 특히, 후술할 슬리브 삽입방식에서는 풍손방지부를 이루는 슬리브가 로터코어의 외주면에 삽입되므로 풍손방지부의 외경이 정원부의 외경보다 크게 형성될 수 있다.
또, 풍손방지부(127)는 강성을 고려하여 그 폭길이(반경방향 폭)(t)가 가급적 얇게 형성되는 것이 토크리플을 최소화하는데 바람직하다. 예를 들어, 모터가 대략 10만RPM 이하인 경우에는 풍송방지부(127)의 폭길이가 대략 0.1mm~0.2mm 내외가 되도록 형성하더라도 강성을 유지할 수 있으나, 10만 RPM 이상의 초고속 모터에서는 풍손방지부(127)의 폭길이가 0.1mm로는 감당하기 어려울 수 있다. 물론, 재질에 따라 다를 수 있으나, 대략 10만 RPM 이하(통상, 1~2만 RPM)의 고속 모터에서는 풍손방지부의 폭길이를 0.1mm~0.2mm 로 형성할 수 있고, 10만 RPM 이상의 초고속 모터에서는 0.1mm~0.2mm 이상으로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
이에 따라, 풍손방지부(127)의 내주면과 비정원부(126)의 외면 사이의 공간(S)이 일종의 자로장벽이 형성되는 것으로, 이 자로장벽의 최대간격, 즉 최대절취깊이(h)는 풍손방지부(127)의 폭길이(t)보다는 대략 2배 이상 크게 형성될 수 있다.
한편, 풍손방지부의 폭길이가 매우 얇게 형성됨에 따라, 초고속 모터에 적용시 그 풍손방지부가 휘어지거나 손상될 수도 있다. 이를 감안하여 다양한 보강구조를 고려할 수 있다. 도 5 내지 도 8은 도 4에 따른 풍송방지부에 대한 다른 실시예를 보인 요부확대도이다.
예를 들어, 도 5와 같이 풍손방지부(127)의 내주면과 비정원부(126)의 외면 사이에 반경방향 또는 반경방향과 비슷한 방향으로 연장되는 적어도 한 개 이상의 지지부(128)가 형성될 수 있다. 이로써, 초고속 모터에서도 풍손방지부(127)가 유체저항에 의해 과도하게 응력을 받아 휘어지거나 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
다만, 이 경우 지지부(128)의 폭길이(t1)가 너무 두꺼우면 일종의 자로를 형성하여 토크리플이 증가할 수 있으므로 지지부(128)의 폭길이(t1)는 유체저항에 견딜 수 있는 정도의 강도를 유지하는 한 가급적 얇게 형성하는 것이 신속하게 자계를 포화시켜 토프리플을 줄일 수 있다.
또, 도 6과 같이 풍손방지부(127)는 뿌리부분(127a), 즉 정원부(125)와 연결되는 부분의 폭길이(t2)가 q축이 통과하는 중앙부분(127b)의 폭길이(t3)보다 두껍게 형성될 수도 있다. 이 경우, 뿌리부근(127a)에서 중앙부분(127b)까지 일정한 비율로 감소되도록 형성될 수 있다. 이를 통해 상대적으로 높은 응력을 받는 뿌리부분(127a)에서의 응력집중을 분산시켜 손상을 미연에 방지할 수도 있다.
또, 도 7 및 도 8과 같이 풍손방지부(127)의 내주면 단부와 비정원부(126)의 단부 사이의 접점은 소정의 곡률(R2)을 가지는 곡면부(121e)로 연결되거나 또는 원형홈(121f)이 형성되어 연결되도록 할 수 있다. 이를 통해 풍손방지부와 비정원부의 접점에서의 응력을 최소화할 수 있어 초고속 운전시 신뢰성 측면에서 바람직할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 풍손방지부에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
즉, 전술한 실시예는 풍손방지부가 로터코어에서 일체로 연장 형성되는 것이나, 본 실시예는 풍손방지부가 별도의 부재로 구비되어 로터코어에 후조립되는 것이다. 도 9는 도 2에 따른 로터코어에서 풍손방지부에 대한 다른 실시예가 적용된 로터코어를 보인 평면도이고, 도 10은 도 9에서 풍손방지부를 이루는 슬리브의 결합구조에 대한 일실시예를 보인 파단면도이며, 도 11은 도 9에서 슬리브의 결합구조에 대한 다른 실시예를 보인 파단면도이다.
예를 들어, 도 9 내지 도 11과 같이 본 실시예에 따른 풍손방지부는 원통 형상으로 된 슬리브(129)를 로터코어(121)의 외주면에 삽입하여 형성될 수 있다.
이로써, 슬리브(129)가 로터코어(121)를 완전히 감싸게 되어 풍손방지부를 형성함에 따라 로터(120)가 고속으로 회전을 하더라도 풍손이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 뿐만 아니라, 슬리브(129)의 안쪽에서는 로터코어(121)의 외주면이 비정원형으로 형성됨에 따라 전술한 실시예와 동일하게 토크리플을 낮춰 소음 진동을 줄일 수 있다.
슬리브(129)는 스테인레스 스틸(Stainless steel)이나, 인코넬(Inconel), 카본파이버(Carbon Fiver)과 같이 가벼우면서도 회전강성을 가질 수 있는 재질로 형성될 수 있다.
이 경우, 슬리브(129)는 전술한 실시예와 같이 그 두께를 가능하면 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 10만 RPM 이하(통상, 1~2만 RPM)의 고속모터에서는 슬리브의 두께가 대략 0.1mm~0.3mm 정도로 하고, 10만 RPM 이상의 초고속 모터에서는 슬리브의 두게가 대략 0.1mm~0.3mm 이상이 되도록 형성될 수 있다. 물론, 슬리브의 두께는 강성이 유지될 수 있는 한 가능하면 얇게 형성할 수 있다.
또, 슬리브(129)는 로터코어(121)에 본딩하여 결합할 수도 있지만, 본 실시예와 같은 영구자석 매입형 모터의 경우는 로터코어(121)의 외주면이 비정원형으로 형성됨에 따라 부착면적이 좁아져 슬리브(129)를 기구적으로 지지하는 것이 신뢰성을 높일 수 있어 바람직할 수 있다.
예를 들어, 로터코어(121)의 상하 양쪽에 결합되어 영구자석(123)을 지지하는 원판모양의 엔드 플레이트(124)를 이용하여 슬리브(129)를 고정할 수 있다.
이를 위해, 도 10과 같이 엔드 플레이트(124)의 외주면에 단차면(124a)을 형성하여, 그 단차면(124a)에 슬리브(129)의 단부측 내주면을 삽입하여 고정할 수 있다. 하지만, 이 경우 슬리브(129)가 로터코어(121)와 함께 초고속으로 회전하는 경우 얇은 슬리브(129)가 원심력에 의해 변형될 수 있다. 따라서, 도 11과 같이 엔드 플레이트(124)의 가장자리에 슬리브(129)의 단부가 삽입될 수 있도록 환형으로 된 지지홈(124b)을 형성하고, 그 지지홈(124b)에 슬리브(129)의 단부를 삽입하여 고정할 수도 있다. 이 경우, 단차면에 슬리브가 삽입되는 것에 비해 지지력을 높일 수도 있다.
도 12는 비정원형 로터코어에서 풍손방지부가 없는 종래의 로터와 풍손방지부가 있는 본 발명의 로터를 시뮬레이션하여 비교한 경우(①)와 실제 압축기에 적용한 경우(②)에 대한 풍손 특성을 각각 비교하여 보인 그래프이다.
이에 도시된 바와 같이, 종래의 로터와 본 발명의 로터가 30Hz의 운전속도로 회전하는 경우에는 종래와 본 발명에서는 입력차가 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
하지만, 운전속도가 증가할수록 종래와 본 발명의 로터 사이에는 입력차 증가하기 시작하여, 120Hz의 고속운전시 시뮬레이션에서는 대략 90(W), 실제 압축기에서는 대략 280(W) 정도가 된다. 이는 7,200 RPM에 대한 것이므로 회전속도가 10,000 RPM 이상, 100,000 RPM 이상의 초고속으로 회전하는 모터가 적용되는 경우에는 도 12에 도시된 그래프의 기울기를 감안할 때 입력차가 더욱 크게 발생할 수 있을 것임을 유추할 수 있다.
이는, 모터가 고속으로 회전할수록 냉매 중 오일입자가 로터의 비정원부에 충돌하면서 로터의 회전운동에 대한 유동저항으로 작용하면서 모터의 효율을 크게 저하시키기 때문일 것으로 분석되며, 이에 따라 모터의 소음 역시 크게 증가하게 될 것임을 충분히 유추할 수 있다.
따라서, 본 실시예와 같이 로터코어의 외주면에 비정원부를 감싸는 풍손방지부가 형성되는 경우에는 앞서 실험 결과와 같이 모터의 효율이 향상되고 모터의 소음은 감소될 수 있슴을 알 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 스테이터 120 : 로터
121 : 로터코어 121a : 샤프트홀
121b : 영구자석 삽입부 121e : 곡면부
121f : 원형홈 122 : 샤프트
123 : 영구자석 124 : 엔드 플레이트
124a : 단차면 124b : 지지홈
125 : 정원부 126 : 비정원부
127 : 풍손방지부 128 : 지지부
129 : 슬리브(풍손방지부)

Claims (12)

  1. 복수의 슬롯 및 티스를 구비한 스테이터코어와, 상기 티스에 권선되는 스테이터코일을 구비한 스테이터; 및
    상기 스테이터코어의 내측에 소정의 공극을 두고 구비되는 로터코어, 상기 로터코어의 중심에 결합되는 샤프트, 상기 로터코어에 축방향으로 삽입되는 복수의 영구자석을 구비한 로터;를 포함하고,
    상기 로터코어는,
    상기 샤프트의 중심에서 동일한 반경을 가지며 d축에 대해 대칭으로 형성되는 복수 개의 정원부;
    상기 복수 개의 정원부 중에서 서로 이웃하는 정원부 사이에 비정원형상으로 절취되는 비정원부; 및
    상기 비정원부의 양쪽에서 단일체로 연장 형성되어 상기 양쪽 정원부 사이를 연결하는 풍손방지부;를 포함하며,
    상기 풍손방지부의 내주면에서 상기 비정원부의 외면 사이는 이격되어 공간으로 된 자로장벽이 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풍손방지부는 그 외주면 곡률이 상기 정원부의 곡률과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 풍손방지부의 반경방향 최대폭은 그 풍손방지부의 내주면과 상기 비정원부의 외면 사이의 최대간격 대비 절반 이하가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 풍손방지부는 상기 정원부와 비정원부가 만나는 지점에서 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 풍손방지부의 내주면과 상기 비정원부의 외면 사이에는 지지부가 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 정원부에서 연장되는 상기 풍손방지부의 뿌리부분는 상기 풍손방지부의 원주방향 중간부분에 비해 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 풍손방지부의 내주면 단부와 상기 비정원부의 단부 사이에는 곡면부가 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 풍손방지부의 내주면 단부와 상기 비정원부의 단부 사이에는 원형홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
  10. 복수의 슬롯 및 티스를 구비한 스테이터코어와, 상기 티스에 권선되는 스테이터코일을 구비한 스테이터; 및
    상기 스테이터코어의 내측에 소정의 공극을 두고 구비되는 로터코어, 상기 로터코어의 중심에 결합되는 샤프트, 상기 로터코어에 축방향으로 삽입되는 복수의 영구자석을 구비한 로터;를 포함하고,
    상기 로터코어는,
    상기 샤프트의 중심에서 동일한 반경을 가지며 d축에 대해 대칭으로 형성되는 복수 개의 정원부;
    상기 복수 개의 정원부 중에서 서로 이웃하는 정원부 사이에 비정원형상으로 절취되는 비정원부; 및
    상기 비정원부의 양쪽에서 상기 양쪽 정원부 사이를 연결하는 풍손방지부;를 포함하며,
    상기 풍손방지부는 상기 정원부의 외주면에 원통 형상으로 된 슬리브를 삽입하여 형성되고,
    상기 풍손방지부의 내주면에서 상기 비정원부의 외면 사이는 이격되어 공간으로 된 자로장벽이 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 로터코어의 상하 양쪽에는 원판모양으로 된 플레이트가 더 구비되고,
    상기 플레이트에 상기 슬리브를 삽입하여 고정하는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 플레이트에는 상기 슬리브가 삽입되어 결합되도록 단차면 또는 환형으로된 지지홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 매입식 모터.
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