KR102067345B1 - Motor, generator and structure of segment magnet setting method thereof - Google Patents

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KR102067345B1
KR102067345B1 KR1020180117628A KR20180117628A KR102067345B1 KR 102067345 B1 KR102067345 B1 KR 102067345B1 KR 1020180117628 A KR1020180117628 A KR 1020180117628A KR 20180117628 A KR20180117628 A KR 20180117628A KR 102067345 B1 KR102067345 B1 KR 102067345B1
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장건희
송정용
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a motor, a generator and a method for setting a structure of a segment magnet thereof. According to an embodiment of the present invention, in the motor or the generator having a stator having Q slots, and N segment magnets, the method for setting a structure of a segment magnet allows at least one of frequencies of multiples of the number of the slots defined by a mathematical equation to set a central angle θ_j in order to allow cogging torque which is generated by each void to have different phases when the central angle, in which a boundary (void) formed between the segment magnets is spaced in a circumferential direction, is θ_j.

Description

전동기, 발전기 및 이들의 세그먼트 자석의 구조 설정 방법{Motor, generator and structure of segment magnet setting method thereof}Motor, generator and structure of segment magnet setting method

본 발명은 전동기, 발전기 및 이들의 세그먼트 자석의 구조 설정 방법에 관한 것으로, 보다 상세히 동작 과정에서 진동이 저감되는 전동기, 발전기 및 이들의 세그먼트 자석의 구조 설정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electric motor, a generator, and a method for setting the structure of segment magnets thereof, and more particularly, to an electric motor, a generator, and a method for setting the structure of segment magnets thereof in which vibration is reduced in an operation process.

전동기와 발전기에 발생하는 진동 소음은 전자기 가진원에 의하여 발생하게 된다. 코깅토크(cogging torque)는 전동기, 발전기의 진동, 소음을 유발하는 주요 전자기 가진원이다. 직경이 큰 전동기, 발전기의 경우 영구자석의 강성 및 수율 문제로 제작 시 다수의 극을 갖는 세그먼트 자석을(segmented permanent magnet) 사용한다. 다수의 극을 갖는 세그먼트 자석을 적용한 상용 전동기, 발전기의 경우, 단일 극을 갖는 세그먼트 자석을 적용한 전동기나, 환형 자석을 적용한 전동기, 발전기의 경우에서 발생하지 않는 슬롯 수 고조파의 코깅토크를 가지며, 이에 따라 코깅 토크의 크기가 타 전동기, 발전기보다 크다.Vibration noise generated by motors and generators is generated by electromagnetic excitation sources. Cogging torque is the main source of electromagnetic excitation that causes vibration and noise in motors and generators. For large diameter motors and generators, segmented permanent magnets with multiple poles are used in manufacturing due to the stiffness and yield of permanent magnets. Commercial motors with segment magnets with multiple poles, generators, motors with segment magnets with single poles, motors with annular magnets, and generators with slot number harmonics cogging torques do not occur. Therefore, the cogging torque is larger than other motors and generators.

본 발명은 동작 특성이 향상되는 전동기, 발전기 및 이들의 세그먼트 자석의 구조 설정 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide an electric motor, a generator, and a method for setting the structure of segment magnets thereof.

또한, 본 발명은 동작 과정에서 진동이 저감되는 전동기, 발전기 및 이들의 세그먼트 자석의 구조 설정 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a method of setting the structure of the electric motor, the generator and their segment magnets in which vibration is reduced during the operation.

본 발명의 일 측면에 따르면, Q개의 슬롯을 갖는 고정자 및 N개의 세그먼트 자석을 갖는 전동기 또는 발전기에 있어서, 상기 세그먼트 자석 사이에 형성되는 경계(공극)가 원주 방향으로 이격된 중심각을 θj라 할 때, 수학식에 의해 정의되는 슬롯 수의 배수의 주파수 중 적어도 하나 이상은 각각의 공극에 의해 발생되는 코깅 토크가 서로 상이한 위상을 갖도록 상기 중심각 θj를 설정하는 세그먼트 자석의 구조 설정 방법이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, in a motor or generator having a stator having Q slots and an N segment magnet, a center angle in which the boundary (void) formed between the segment magnets is spaced in the circumferential direction is θ j . When at least one or more frequencies of multiples of the number of slots defined by the equation are provided, the method of setting the structure of the segment magnet to set the center angle θ j such that the cogging torques generated by the respective voids have different phases from each other can be provided. Can be.

수학식

Figure 112018097427068-pat00001
Equation
Figure 112018097427068-pat00001

또한, 슬롯 수의 배수의 주파수 중 적어도 하나 이상은 각각의 공극에 의해 발생되는 코깅 토크가 동일한 위상차를 갖도록 상기 중심각θj를 설정할 수 있다.In addition, at least one or more of the frequencies of multiples of the slot number may set the center angle θ j such that the cogging torque generated by each gap has the same phase difference.

또한, 상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수 2p의 비가 2/3이면, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 6개의 극을 갖도록 설정될 수 있다.In addition, when the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the total number of the N segment magnets is 2/3, each of the N segment magnets may be set to have six poles.

또한, 상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비가 3/5이면, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2의 배수의 극을 갖도록 설정될 수 있다.In addition, when the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the whole N segment magnets is 3/5, each of the N segment magnets may be set to have poles of multiples of two.

또한, 상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비가 6/5이면, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2 또는 6개의 극을 갖도록 설정될 수 있다.Further, if the ratio Q of the slots to the number 2p of the poles of the entire N segment magnets is 6/5, each of the N segment magnets may be set to have 2 or 6 poles.

또한, 상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수 2p의 비가 6/7이면, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2 또는 6개의 극을 갖도록 설정될 수 있다.In addition, when the ratio Q of the slots to the number of poles 2p of the N segment magnets as a whole is 6/7, each of the N segment magnets may be set to have 2 or 6 poles.

본 발명의 다른 측면에 따르면, Q개의 슬롯을 갖는 고정자 및 N개의 세그먼트 자석을 갖는 전동기에 있어서, 상기 세그먼트 자석 사이에 형성되는 경계(공극)가 원주 방향으로 이격된 중심각을 θj라 할 때, 상기 중심각 θj은 수학식에 의해 정의되는 슬롯 수의 배수의 주파수 중 적어도 하나 이상에서 각각의 공극에 의해 발생되는 코깅 토크가 서로 상이한 위상을 갖도록 하는 값을 갖는 전동기가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, in a motor having a stator having Q slots and an N segment magnet, when a boundary (void) formed between the segment magnets is spaced in the circumferential direction as θ j , The center angle θ j may be provided with an electric motor having a value such that the cogging torques generated by the respective voids are at different phases at least one or more of frequencies of multiples of the slot number defined by the equation.

수학식

Figure 112018097427068-pat00002
Equation
Figure 112018097427068-pat00002

또한, 상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비는 2/3이고, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 6개의 극을 가질 수 있다.In addition, the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the whole N segment magnets is 2/3, and each of the N segment magnets may have six poles.

또한, 상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비는 3/5이고, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2의 배수의 극을 가질 수 있다.In addition, the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the whole N segment magnets is 3/5, and each of the N segment magnets may have a multiple of two.

또한, 상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비는 6/5이고, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2개 또는 6개의 극을 가질 수 있다.In addition, the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the whole N segment magnets is 6/5, and each of the N segment magnets may have two or six poles.

또한, 상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비는 6/7이고, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2개 또는 6개의 극을 가질 수 있다.In addition, the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the whole N segment magnets is 6/7, and each of the N segment magnets may have two or six poles.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, Q개의 슬롯을 갖는 고정자 및 N개의 세그먼트 자석을 갖는 발전기에 있어서, 상기 세그먼트 자석 사이에 형성되는 경계(공극)가 원주 방향으로 이격된 중심각을 θj라 할 때, 상기 중심각 θj은 수학식에 의해 정의되는 슬롯 수의 배수의 주파수 중 적어도 하나 이상에서 각각의 공극에 의해 발생되는 코깅 토크가 서로 상이한 위상을 갖도록 하는 값을 갖는 발전기가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, in a stator having Q slots and a generator having N segment magnets, when the boundary (void) formed between the segment magnets is spaced in the circumferential direction θ j , The center angle θ j may be provided with a generator having a value such that the cogging torques generated by the respective voids are at different phases at least one or more of frequencies of multiples of the slot number defined by the equation.

수학식

Figure 112018097427068-pat00003
Equation
Figure 112018097427068-pat00003

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 동작 특성이 향상되는 전동기, 발전기 및 이들의 세그먼트 자석의 구조 설정 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of setting a structure of an electric motor, a generator, and a segment magnet thereof having improved operating characteristics may be provided.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 동작 과정에서 진동이 저감되는 전동기, 발전기 및 이들의 세그먼트 자석의 구조 설정 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, there can be provided a structure setting method of the electric motor, the generator and their segment magnets in which vibration is reduced in the operation process.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기와 대비되는 전동기에서의 권선축 및 세그먼트 자석을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 예시된 전동기에서 발생되는 전체 코깅 토크를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 예시된 전동기에서 발생되는 세그먼트 코깅 토크의 주파수 성분을 나태는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기에서의 권선축 및 세그먼트 자석을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 전동기에서 발생되는 전체 코깅 토크를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 전동기에서 발생되는 세그먼트 코깅 토크의 주파수 성분을 나태는 도면이다.
도 8은 도 2의 전동기와 도 5의 전동기의 역기전력을 나타낸 도면이다.1 is a view showing an electric motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a winding shaft and a segment magnet in an electric motor compared with the electric motor according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the total cogging torque generated in the motor illustrated in FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating frequency components of segment cogging torque generated in the motor illustrated in FIG. 2.
5 is a view showing a winding shaft and a segment magnet in the motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating total cogging torque generated in the motor of FIG. 5.
FIG. 7 is a diagram illustrating frequency components of segment cogging torque generated in the motor of FIG. 5.
FIG. 8 is a diagram illustrating counter electromotive force of the electric motor of FIG. 2 and the electric motor of FIG. 5.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description.

본 발명의 일 실시 예에 따른 세그먼트 자석(115)에서의 극 수 설정 방법은 전동기(100) 또는 발전기에 적용될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 세그먼트 자석(115)에서의 극 수 설정 방법이 적용되는 장치는 전동기(100)로 제공되어, 고정자(120) 측으로 전기 에너지가 공급되면, 회전자(110)가 이를 운동 에너지로 변환하여 출력하는 경우를 예로 들어 설명한다. 그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세그먼트 자석(115)에서의 극 수 설정 방법이 적용되는 장치가 발전기인 경우, 회전자(110) 측으로 운동 에너지가 공급되면, 고정차 측에서 이를 전기 에너지로 변환하여 출력하는 점을 제외하고는 발전기와 구성 및 기능은 유사하므로 반복된 설명은 생략한다.The pole number setting method in the segment magnet 115 according to an embodiment of the present invention may be applied to the electric motor 100 or the generator. Hereinafter, for convenience of description, the apparatus to which the pole number setting method in the segment magnet 115 according to an embodiment of the present invention is applied is provided to the electric motor 100, and when electrical energy is supplied to the stator 120, An example in which the rotor 110 converts this into kinetic energy and outputs the same is described. In addition, when the apparatus to which the pole number setting method in the segment magnet 115 is applied is a generator, when kinetic energy is supplied to the rotor 110, the stationary vehicle converts it into electrical energy. Except for converting and outputting, the generator is similar in configuration and function, and thus repeated descriptions are omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기를 나타내는 도면이다.1 is a view showing an electric motor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전동기(100)는 회전자(110) 및 고정자(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the electric motor 100 includes a rotor 110 and a stator 120.

회전자(110)는 회전자 요크(111) 및 세그먼트 자석(115)들을 포함한다.Rotor 110 includes rotor yoke 111 and segment magnets 115.

회전자 요크(111)는 내측에 설정 체적의 공간이 형성되고, 설정 길이를 갖는 통 형상으로 제공될 수 있다. 회전자 요크(111)의 내측에 형성되는 공간은 원기둥 형상으로 제공될 수 있다. 회전자 요크(111)는 일측은 개방되고, 일측은 닫힌 형태로 제공될 수 있다.The rotor yoke 111 may be provided in a tubular shape having a space having a set volume formed therein and having a set length. The space formed inside the rotor yoke 111 may be provided in a cylindrical shape. The rotor yoke 111 may have one side open and one side closed.

세그먼트 자석(115)은 복수가 회전자 요크(111)의 내측에 위치될 수 있다. 세그먼트 자석(115)은 영구 자석으로 제공될 수 있다. 세그먼트 자석(115)은 설정 중심각을 갖는 아크 형상을 가지고, 회전자 요크(111)의 내측면 둘레를 따라 배열될 수 있다. 세그먼트 자석(115)들은 동일한 중심각을 가지고, 원주 방향을 따라 동일한 길이를 갖도록 제공될 수 있다. 각각의 세그먼트 자석(115)은 원주 방향을 따라 복수의 극을 갖도록 제공될 수 있다.The plurality of segment magnets 115 may be located inside the rotor yoke 111. Segment magnet 115 may be provided as a permanent magnet. The segment magnet 115 has an arc shape with a set center angle and may be arranged along the inner circumference of the rotor yoke 111. The segment magnets 115 may have the same center angle and may be provided to have the same length along the circumferential direction. Each segment magnet 115 may be provided to have a plurality of poles along the circumferential direction.

회전자(110)의 내측 중앙 영역에는 샤프트(130)가 제공될 수 있다. 샤프트(130)의 길이 방향은 회전자 요크(111)의 길이 방향과 나란하게 제공되고, 샤프트(130)의 일측 단부는 회전자 요크(111)에 고정될 수 있다.The shaft 130 may be provided in the inner central region of the rotor 110. The longitudinal direction of the shaft 130 may be provided in parallel with the longitudinal direction of the rotor yoke 111, and one end of the shaft 130 may be fixed to the rotor yoke 111.

고정자(120)는 회전자(110)의 내측에 형성된 공간에 대응되는 형상을 가지고, 회전자(110)의 내측에 삽입되게 위치된다. 고정자(120)는 고정자 코어(121) 및 권선축(122)들을 포함한다.The stator 120 has a shape corresponding to a space formed inside the rotor 110 and is positioned to be inserted into the rotor 110. Stator 120 includes stator core 121 and winding shafts 122.

고정자 코어(121)는 설정 길이를 갖는 기둥 형상으로 제공된다. 고정자 코어(121)의 길이는 회전자 요크(111)의 길이에 대응되게 제공될 수 있다. 고정자 코어(121)는 외측 둘레가 원형으로 제공될 수 있다.The stator core 121 is provided in the shape of a column having a set length. The length of the stator core 121 may be provided to correspond to the length of the rotor yoke 111. The stator core 121 may have a circular outer circumference.

권선축(122)들은 고정자 코어(121)의 외측면에서 외측을 향해 돌출되게 제공될 수 있다. 권선축(122)은 원주 방향으로 설정 거리 이격되어, 고정자 코어(121)의 둘레를 따라 복수 제공될 수 있다. 인접한 권선축(122) 사이에는 슬롯이 형성된다. 인접한 권선축(122)이 원주 방향으로 서로 이격된 거리는 동일하게 제공될 수 있다. 권선축(122)에는 금속 재질로 제공되는 계자 코일(123)일 권선된다.The winding shafts 122 may be provided to protrude outward from the outer surface of the stator core 121. The winding shaft 122 may be spaced apart by a predetermined distance in the circumferential direction and provided in plurality along the circumference of the stator core 121. Slots are formed between adjacent winding shafts 122. The distances that the adjacent winding shafts 122 are spaced apart from each other in the circumferential direction may be provided in the same manner. The winding shaft 122 is wound around the field coil 123 provided with a metal material.

전동기에는 회전자의 자석과 고정자의 계자 코일, 슬롯에 의해 구성되는 자기 회로에서 릴럭턴스가 최소인 방향으로 유지하려는 경향에 의해 맥동 토크인 코깅 토크(cogging torque)가 발생된다. 전동기에 환형 자석이 사용되는 경우, 코깅 토크는 수학식 1과 같은 형태로 나타낼 수 있다.In a motor, a cogging torque, which is a pulsating torque, is generated by a tendency to keep the reluctance in a minimum direction in a magnetic circuit composed of a magnet of a rotor, a field coil of a stator, and a slot. When an annular magnet is used for the electric motor, the cogging torque may be represented by Equation 1 below.

Figure 112018097427068-pat00004
Figure 112018097427068-pat00004

수학식 1에서, Tcog LCM은 코깅 토크(이하, 환형 코깅 토크), NLCM은 회전자에 제공되는 영구자석의 극의 수(이하, 극 수)와 고정자에 제공되는 슬롯 수(이하, 슬롯 수)의 최소 공배수, Ti LCM은 환형 코깅 토크의 고조파 성분의 크기, φi는 코깅 토크 고조파 성분의 위상각, ω은 전동기의 회전속도이다.In Equation 1, T cog LCM is the cogging torque (hereinafter referred to as annular cogging torque), N LCM is the number of poles of the permanent magnet provided to the rotor (hereinafter the number of poles) and the number of slots provided to the stator (hereinafter, slots) be) the least common multiple, LCM is large T i, φ i of the harmonic component of the cogging torque of the annular rotational speed of the phase angle, ω is the motor of the harmonic content of the cogging torque.

또한, 전동기에 본 발명의 전동기(100)와 같이 복수의 극을 갖는 세그먼트 자석(115)이 사용된 경우, 코깅 토크는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In addition, when the segment magnet 115 having a plurality of poles is used as the electric motor 100 of the present invention, the cogging torque may be expressed by Equation 2.

Figure 112018097427068-pat00005
Figure 112018097427068-pat00005

수학식 2에서, Tcog는 전체 코깅 토크, Tcog LCM 은 환형 코깅 토크, N은 세그먼트 자석의 수, Q는 슬롯 수, θj은 세그먼트 자석 사이에 형성되는 경계(공극)가 원주 방향으로 이격된 중심각(이하, 공극 이격거리), Ti seg는 코깅 토크의 슬롯 수 고조파 성분의 크기 그리고 ψi는 그 위상각, ω은 전동기의 회전속도이다.In Equation 2, T cog is the total cogging torque, T cog LCM is the annular cogging torque, N is the number of segment magnets, Q is the number of slots, θ j is the boundary (void) formed between the segment magnets spaced in the circumferential direction The center angle (hereinafter, referred to as the gap separation distance), T i seg is the number of slots of the cogging torque, the magnitude of the harmonic components, ψ i is the phase angle, and ω is the rotational speed of the motor.

수학식 2와 같이, 복수의 극을 갖는 세그먼트 자석이 사용된 전동기의 경우, 전체 코깅 토크는 환형 코깅 토크에 공극에 의해 발생되는 슬롯 수 고조파 성분 코깅 토크(이하, 세그먼트 코깅 토크)를 추가로 갖는다.As in Equation 2, in the case of an electric motor in which a segment magnet having a plurality of poles is used, the total cogging torque further has the annular cogging torque and the slot number harmonic component cogging torque (hereinafter, referred to as segment cogging torque) generated by the air gap. .

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기와 대비되는 전동기에서의 권선축 및 세그먼트 자석을 나타내는 도면이다.2 is a view illustrating a winding shaft and a segment magnet in an electric motor compared with the electric motor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 대비되는 전동기는 원주 방향을 따라 36개의 권선축(5)을 가지고, 이에 따라 인접한 권선축(5) 사이에 형성되는 슬롯이 36개 제공되는 경우가 설정되었다. 또한, 세그먼트 자석(1)들은 6개 제공되고, 각각의 세그먼트 자석(1)은 5개의 극(2)을 갖는 경우 도시되었다. 이에 따라, 공극 이격거리는 60°, 120°, 180°, 240°, 300°, 360°로 제공된다.Referring to FIG. 2, a case in which the motor according to the present invention has 36 winding shafts 5 along the circumferential direction is provided, and thus, 36 slots formed between adjacent winding shafts 5 are provided. In addition, six segment magnets 1 are provided, and each segment magnet 1 is shown when it has five poles 2. Accordingly, the gap separation distances are provided at 60 °, 120 °, 180 °, 240 °, 300 °, 360 °.

도 3은 도 2에 예시된 전동기에서 발생되는 전체 코깅 토크를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 2에 예시된 전동기에서 발생되는 세그먼트 코깅 토크의 주파수 성분을 나태는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating the total cogging torque generated in the motor illustrated in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram illustrating the frequency component of the segment cogging torque generated in the motor illustrated in FIG. 2.

도 2에 예시된 전동기는 Q: 36; θj: 60°, 120°, 180°, 240°, 300°, 360°으로 제공된다.The motor illustrated in FIG. 2 has a Q: 36; θ j : provided at 60 °, 120 °, 180 °, 240 °, 300 °, 360 °.

이에 따라, 상술한 수학식 2를 통해 세그먼트 코깅 토크의 주파수를 계산하면 다음과 같다.Accordingly, the frequency of the segment cogging torque is calculated through Equation 2 as described above.

i=1일 때when i = 1

36(ωt+60°)= 36ωt+6*360°36 (ωt + 60 °) = 36ωt + 6 * 360 °

36(ωt+120°)= 36ωt+12*360°36 (ωt + 120 °) = 36ωt + 12 * 360 °

36(ωt+180°)= 36ωt+18*360°36 (ωt + 180 °) = 36ωt + 18 * 360 °

36(ωt+240°)= 36ωt+24*360°36 (ωt + 240 °) = 36ωt + 24 * 360 °

36(ωt+300°)= 36ωt+30*360°36 (ωt + 300 °) = 36ωt + 30 * 360 °

36(ωt+360°)= 36ωt+36*360°36 (ωt + 360 °) = 36ωt + 36 * 360 °

즉, i=1일 때 각각의 공극에 의해 발생되는 세그먼트 코깅 토크는 동일한 위상을 가지고 더해지게 된다.That is, when i = 1, the segment cogging torque generated by each gap is added with the same phase.

i=2일 때when i = 2

72(ωt+60°)= 72ωt+12*360°72 (ωt + 60 °) = 72ωt + 12 * 360 °

72(ωt+120°)= 72ωt+24*360°72 (ωt + 120 °) = 72ωt + 24 * 360 °

72(ωt+180°)= 72ωt+36*360°72 (ωt + 180 °) = 72ωt + 36 * 360 °

72(ωt+240°)= 72ωt+48*360°72 (ωt + 240 °) = 72ωt + 48 * 360 °

72(ωt+300°)= 72ωt+60*360°72 (ωt + 300 °) = 72ωt + 60 * 360 °

72(ωt+360°)= 72ωt+72*360°72 (ωt + 360 °) = 72ωt + 72 * 360 °

즉, i=2일 때 각각의 공극에 의해 발생되는 세그먼트 코깅 토크는 동일한 위상을 가지고 더해지게 된다.That is, when i = 2, the segment cogging torque generated by each void is added with the same phase.

이와 유사하게, i가 3, 4, 5, …일 때, 각각의 공극에 의해 발생되는 세그먼트 코깅 토크는 동일한 위상을 가지고 더해지게 된다.Similarly, i is 3, 4, 5,... When, the segment cogging torque generated by each void is added with the same phase.

이에 따라, 36th(36ωt), 72th(72ωt), 108th(108ωt), 144th(144ωt), 180th(180ωt), … 주파수 성분을 갖는 세그먼트 코깅 토크가 발생하게 된다.Accordingly, 36th (36ωt), 72th (72ωt), 108th (108ωt), 144th (144ωt), 180th (180ωt),... Segment cogging torque with frequency components is generated.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기에서의 권선축 및 세그먼트 자석을 나타내는 도면이다.5 is a view showing a winding shaft and a segment magnet in the motor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기(100)는 원주 방향을 따라 36개의 권선축(122)을 가지고, 이에 따라 인접한 권선축(122) 사이에 형성되는 슬롯이 36개 제공되는 경우가 설정되었다. 또한, 세그먼트 자석(115)들은 5개 제공되고, 각각의 세그먼트 자석(115)은 6개의 극(116)을 갖는 경우가 도시되었다. 이에 따라, 공극 이격거리는 72°, 144°, 216°, 288°, 360°로 제공된다.Referring to FIG. 5, the electric motor 100 according to an embodiment of the present invention has 36 winding shafts 122 along the circumferential direction, and thus 36 slots are formed between adjacent winding shafts 122. Is set. In addition, five segment magnets 115 are provided, and each segment magnet 115 has six poles 116. Accordingly, the void separation distances are provided at 72 °, 144 °, 216 °, 288 °, 360 °.

도 6은 도 5의 전동기에서 발생되는 전체 코깅 토크를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 5의 전동기에서 발생되는 세그먼트 코깅 토크의 주파수 성분을 나태는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating total cogging torque generated in the motor of FIG. 5, and FIG. 7 is a diagram illustrating frequency components of segment cogging torque generated in the motor of FIG. 5.

도 5의 전동기(100)는 Q: 36; θj: 72°, 144°, 216°, 288°, 360°으로 제공된다.The electric motor 100 of FIG. 5 has a Q: 36; θ j : provided at 72 °, 144 °, 216 °, 288 °, 360 °.

이에 따라, 상술한 수학식 2를 통해 세그먼트 코깅 토크의 주파수를 계산하면 다음과 같다.Accordingly, the frequency of the segment cogging torque is calculated through Equation 2 as described above.

i=1일 때when i = 1

36(ωt+72°)= 36ωt+7*360°+72°36 (ωt + 72 °) = 36ωt + 7 * 360 ° + 72 °

36(ωt+144°)= 36ωt+14*360°+144°36 (ωt + 144 °) = 36ωt + 14 * 360 ° + 144 °

36(ωt+216°)= 36ωt+21*360°+216°36 (ωt + 216 °) = 36ωt + 21 * 360 ° + 216 °

36(ωt+288°)= 36ωt+28*360°+288°36 (ωt + 288 °) = 36ωt + 28 * 360 ° + 288 °

36(ωt+360°)= 36ωt+35*360°+360°36 (ωt + 360 °) = 36ωt + 35 * 360 ° + 360 °

즉, i=1일 때 각각의 공극에 의해 발생되는 세그먼트 코깅 토크는 서로 상이한 위상을 가진다. 그리고 각각의 공극에 의해 발생되는 세그먼트 코깅 토크는 동일한 위상차(72°의 위상차)를 가짐에 따라, 이들의 합은 0이 된다.In other words, when i = 1, the segment cogging torques generated by the respective voids have different phases from each other. The segment cogging torques generated by the respective voids have the same phase difference (phase difference of 72 °), so that their sum is zero.

i=2일 때when i = 2

72(ωt+72°)= 72ωt+14*360°+144°72 (ωt + 72 °) = 72ωt + 14 * 360 ° + 144 °

72(ωt+144°)= 72ωt+28*360°+288°72 (ωt + 144 °) = 72ωt + 28 * 360 ° + 288 °

72(ωt+216°)= 72ωt+43*360°+72°72 (ωt + 216 °) = 72ωt + 43 * 360 ° + 72 °

72(ωt+288°)= 72ωt+57*360°+216°72 (ωt + 288 °) = 72ωt + 57 * 360 ° + 216 °

72(ωt+360°)= 72ωt+71*360°+360°72 (ωt + 360 °) = 72ωt + 71 * 360 ° + 360 °

즉, i=2일 때 각각의 공극에 의해 발생되는 세그먼트 코깅 토크는 서로 상이한 위상을 가진다. 그리고 각각의 공극에 의해 발생되는 세그먼트 코깅 토크는 동일한 위상차(72°의 위상차)를 가짐에 따라, 이들의 합은 0이 된다.In other words, when i = 2, the segment cogging torques generated by the respective voids have different phases. The segment cogging torques generated by the respective voids have the same phase difference (phase difference of 72 °), so that their sum is zero.

이와 유사하게, i가 3, 4, 6, …일 때, 각각의 공극에 의해 발생되는 세그먼트 코깅 토크는 상이한 위상을 가지되, 각각 동일한 위상차를 갖도록 제공되어, 이들의 합은 0이 된다.Similarly, i is 3, 4, 6,... When, the segment cogging torques generated by each void are provided with different phases, but each with the same phase difference, so that their sum is zero.

이에 따라, 36th(36ωt), 72th(72ωt), 108th(108ωt), 144th(144ωt) 주파수 성분을 갖는 세그먼트 코깅 토크는 발생하지 않는다.Accordingly, segment cogging torques having 36th (36ωt), 72th (72ωt), 108th (108ωt) and 144th (144ωt) frequency components do not occur.

즉, 슬롯 수의 배수의 주파수를 갖는 세그먼트 코깅 토크 중 적어도 하나 이상이 제거될 수 있다. 바람직하게는 슬롯 수의 배수의 주파수를 갖는 세그먼트 코깅 토크 중 i≤4에 해당되는 성분이 제거될 수 있다.That is, at least one or more of the segment cogging torques having a frequency of multiples of the slot number can be eliminated. Preferably, a component corresponding to i ≦ 4 of the segment cogging torque having a frequency of multiples of the slot number may be removed.

도 8은 도 2의 전동기와 도 5의 전동기의 역기전력을 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating counter electromotive force of the motor of FIG. 2 and the motor of FIG. 5.

도 8을 참조하면, 도 2의 전동기에 제공되는 권선축(5) 및 전체 극의 수와 도 5의 전동기(100)에 제공되는 권선축(122) 및 전체 극의 수가 동일함에 따라, 도 2의 전동기와 도 5의 전동기(100)는 동등한 역기전력을 갖는다.Referring to FIG. 8, as the number of winding shafts 5 and the total poles provided to the motor of FIG. 2 is the same as the number of winding shafts 122 and the total poles provided to the motor 100 of FIG. 5, FIG. 2. And the electric motor 100 of FIG. 5 have equivalent counter electromotive force.

표 1은 수학식 2에 따라 슬롯 수의 배수의 주파수를 갖는 세그먼트 코깅 토크 중 슬롯과 극 수의 최소 공배수 외의 성분이 모두 제거되는 경우를 나타낸 것이다.Table 1 shows a case in which all components other than the least common multiple of the slot and the pole are removed from the segment cogging torque having the frequency of multiples of the slot according to Equation 2.

표 1을 참조하면, 슬롯의 수와 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수(2p)의 비에 따라 하나의 세그먼트자석의 극의 수를 설정하여, 슬롯 수의 배수의 주파수를 갖는 세그먼트 코깅 토크 중 적어도 하나 이상이 제거될 수 있다.Referring to Table 1, the number of poles of one segment magnet is set according to the ratio of the number of slots to the number of poles (2p) of the entire segment magnet, so that at least one of segment cogging torques having a frequency that is a multiple of the number of slots is set. One or more may be removed.

Figure 112018097427068-pat00006
Figure 112018097427068-pat00006

도 5의 전동기(100)는 슬롯의 수가 36, 전체 극의 수가 30으로, 슬롯의 수와 전체 극의 수의 비가 6/5인 경우에 해당된다. 이에 따라, 하나의 세그먼트자석의 극의 수는 2개 또는 6개가 선택될 수 있다. 도 5에는 하나의 세그먼트자석의 극의 수가 6개 선택된 경우가 도시되고, 이를 기준으로 설명하였다.The motor 100 of FIG. 5 corresponds to a case where the number of slots is 36 and the total number of poles is 30, and the ratio of the number of slots to the number of poles is 6/5. Accordingly, the number of poles of one segment magnet may be selected from two or six. FIG. 5 illustrates a case where six poles of one segment magnet are selected and described based on this.

이와 유사하게, 슬롯의 수와 전체 극의 수의 비가 2/3인 경우, 하나의 세그먼트자석의 극의 수는 6개가 선택될 수 있다. 예를 들어, 슬롯의 수가 36, 전체 극의 수가 54인 경우, 하나의 세그먼트자석의 극의 수는 6개가 선택될 수 있다.Similarly, when the ratio of the number of slots to the total number of poles is 2/3, the number of poles of one segment magnet may be six. For example, when the number of slots is 36 and the total number of poles is 54, six poles of one segment magnet may be selected.

또한, 슬롯의 수와 전체 극의 수의 비가 3/5인 경우, 하나의 세그먼트자석의 극의 수는 2의 배수개가 선택될 수 있다. 예를 들어, 슬롯의 수가 36, 전체 극의 수가 60인 경우, 하나의 세그먼트자석의 극의 수는 2, 4 또는 6개가 선택될 수 있다.Further, when the ratio of the number of slots to the total number of poles is 3/5, the number of poles of one segment magnet may be a multiple of two. For example, when the number of slots is 36 and the total number of poles is 60, 2, 4 or 6 may be selected as the number of poles of one segment magnet.

또한, 슬롯의 수와 전체 극의 수의 비가 6/7인 경우, 하나의 세그먼트자석의 극의 수는 2개 또는 6개가 선택될 수 있다. 예를 들어, 슬롯의 수가 36, 전체 극의 수가 42인 경우, 하나의 세그먼트자석의 극의 수는 2개 또는 6개가 선택될 수 있다.In addition, when the ratio of the number of slots to the total number of poles is 6/7, the number of poles of one segment magnet may be two or six. For example, when the number of slots is 36 and the total number of poles is 42, two or six poles of one segment magnet may be selected.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing detailed description illustrates the present invention. In addition, the above-mentioned contents show preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications may be made within the scope of the concept of the invention disclosed in the present specification, the scope equivalent to the disclosures described above, and / or the skill or knowledge in the art. The described embodiments illustrate the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various modifications required in the specific application field and use of the present invention are possible. Thus, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments.

110: 회전자 111: 회전자 요크
115: 세그먼트 자석 120: 고정자
121: 고정자 코어 123: 계자 코일110: rotor 111: rotor yoke
115: segment magnet 120: stator
121: stator core 123: field coil

Claims (12)

Q개의 슬롯을 갖는 고정자 및 N개의 세그먼트 자석을 갖는 전동기 또는 발전기에 있어서,
상기 세그먼트 자석 사이에 형성되는 경계(공극)가 원주 방향으로 이격된 중심각을 θj라 할 때, 수학식에 의해 정의되는 슬롯 수의 배수의 주파수 중 적어도 하나 이상은 각각의 공극에 의해 발생되는 코깅 토크가 서로 상이한 위상을 갖도록 상기 중심각 θj를 설정하고,
수학식
Figure 112019096832147-pat00018
,
상기 슬롯 수의 배수의 주파수 중 적어도 하나 이상은 각각의 공극에 의해 발생되는 코깅 토크가 동일한 위상차를 갖도록 상기 중심각 θj를 설정하는 세그먼트 자석의 구조 설정 방법.In a motor or generator having a stator with Q slots and an N segment magnet,
When the boundary (void) formed between the segment magnets is θ j at the center angle of the circumferential direction, at least one or more frequencies of multiples of the number of slots defined by the equation are generated by the respective voids. Set the center angle θ j so that the torques have different phases from each other,
Equation
Figure 112019096832147-pat00018
,
At least one or more frequencies of multiples of the number of slots sets the center angle θ j such that the cogging torque generated by each gap has the same phase difference. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비가 2/3이면, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 6개의 극을 갖도록 설정되는 세그먼트 자석의 구조 설정 방법.The method of claim 1,
And when the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the poles of the entire N segment magnets is 2/3, each of the N segment magnets is set to have six poles. 제1항에 있어서,
상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비가 3/5이면, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2의 배수의 극을 갖도록 설정되는 세그먼트 자석의 구조 설정 방법.The method of claim 1,
And when the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the whole N segment magnets is 3/5, each of the N segment magnets is set to have poles of multiples of two. 제1항에 있어서,
상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비가 6/5이면, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2 또는 6개의 극을 갖도록 설정되는 세그먼트 자석의 구조 설정 방법.The method of claim 1,
And when the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the poles of the entire N segment magnets is 6/5, each of the N segment magnets is set to have 2 or 6 poles. 제1항에 있어서,
상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비가 6/7이면, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2 또는 6개의 극을 갖도록 설정되는 세그먼트 자석의 구조 설정 방법.The method of claim 1,
And if the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the total of the N segment magnets is 6/7, each of the N segment magnets is set to have 2 or 6 poles. Q개의 슬롯을 갖는 고정자 및 N개의 세그먼트 자석을 갖는 전동기에 있어서,
상기 세그먼트 자석 사이에 형성되는 경계(공극)가 원주 방향으로 이격된 중심각을 θj라 할 때, 상기 중심각 θj은 수학식에 의해 정의되는 슬롯 수의 배수의 주파수 중 적어도 하나 이상에서 각각의 공극에 의해 발생되는 코깅 토크가 서로 상이한 위상을 갖도록 하는 값을 가지며,
수학식
Figure 112019096832147-pat00019
,
상기 슬롯 수의 배수의 주파수 중 적어도 하나 이상은 각각의 공극에 의해 발생되는 코깅 토크가 동일한 위상차를 갖도록 상기 중심각 θj가 설정된 전동기.In a motor having a stator having Q slots and an N segment magnet,
When the boundary (void) formed between the segment magnets is θ j , the center angle circumferentially spaced, the center angle θ j is each void at at least one or more frequencies of multiples of the slot number defined by the equation. Has a value such that the cogging torques generated by
Equation
Figure 112019096832147-pat00019
,
At least one or more frequencies of multiples of the slot number are set such that the center angle θ j is set such that the cogging torque generated by each gap has the same phase difference. 제7항에 있어서,
상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비는 2/3이고, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 6개의 극을 갖는 전동기.The method of claim 7, wherein
The ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the poles of the entire N segment magnets is 2/3, and each of the N segment magnets has six poles. 제7항에 있어서,
상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비는 3/5이고, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2의 배수의 극을 갖는 전동기.The method of claim 7, wherein
The ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the poles of the entire N segment magnets is 3/5, and each of the N segment magnets has poles of multiples of two. 제7항에 있어서,
상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비는 6/5이고, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2개 또는 6개의 극을 갖는 전동기.The method of claim 7, wherein
And the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the poles of the entire N segment magnets is 6/5, and each of the N segment magnets has two or six poles. 제7항에 있어서,
상기 슬롯의 수 Q와 상기 N개의 세그먼트 자석 전체가 갖는 극의 수2p의 비는 6/7이고, N개의 상기 세그먼트 자석 각각은 2개 또는 6개의 극을 갖는 전동기.The method of claim 7, wherein
And the ratio of the number Q of the slots to the number 2p of the whole N segment magnets is 6/7, wherein each of the N segment magnets has two or six poles. 삭제delete
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