KR102594621B1

KR102594621B1 - 착자 시스템 및 착자 방법

Info

Publication number: KR102594621B1
Application number: KR1020220034421A
Authority: KR
Inventors: 조승재
Original assignee: (주)에스시엠아이
Priority date: 2022-03-21
Filing date: 2022-03-21
Publication date: 2023-10-27
Also published as: KR20230136933A

Abstract

회전자에 구비되는 복수의 자석을 자화시키는 착자 시스템은, 자화되지 않은 복수의 자석을 구비하는 회전자, 전류가 인가되면 상기 회전자에 인가 자기장을 형성하는 복수의 자화부를 구비하는 착자 요크, 상기 복수의 자화부에 전류를 인가하는 전원인가부, 및 상기 회전자 또는 상기 착자 요크 중 어느 하나를 기설정된 오프셋량으로 회전시켜서 상기 복수의 자석의 위치를 오프셋시키는 제어부를 포함하여 구성된다.

Description

착자 시스템 및 착자 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MAGNETIZING}

이하의 설명은 착자 시스템 및 착자 방법에 관한 것이다.

일반적으로 브러시리스 모터(Blush Less Direct Current, BLDC)는 도선이 맞닿아 있지 않아도 토크를 발생시키고, 소프트웨어적으로 제어가 이루어지므로 용이하게 제어가 가능하다. 브러시리스 모터의 회전자는 영구자석이고, 고정자는 코일(전자석)이다. 브러시리스 모터는 회전자 형상에 따라 크게 SPM (Surface Permanent Magnet) 타입과 IPM (Interior Permanent Magnet) 타입으로 구분된다.

이러한, 브러시리스 모터는, 드론, 선풍기, 헤어드라이기, 전기자동차 등 회전기계가 사용되는 분야 전체에 널리 사용되고 있다. 최근에는 2차 전지의 발전과 더불어 전기자동차와 휴대용 전자기기가 발전하고 있는데, 배터리의 에너지 관리가 매우 중요하기 때문에, 효율이 더 좋은 IPM 타입의 모터가 더 많이 사용되고 있다.

IPM 모터는 자성체로 이루어진 회전자 내부에 자석이 위치하는데, 이러한 구조는 모터의 효율을 향상시켜주지만, 동시에 제작을 어렵게 한다. IPM 모터의 제작 공정 중, 자석이 영구적인 자기장을 갖도록 외부에서 강한 자기장을 인가하여 자화시키는 공정을 착자 공정이라 한다. 착자 공정은, 자석을 회전자에 삽입하는 방법에 따라 선착자 기법과 후착자 기법으로 구분된다. 선착자 기법은 자화된 자석을 회전자 내에 삽입하는 방법으로, 자석의 강한 자성에 의해 시간이 오래 걸리고, 자석이 파손될 수 있다. 후착자 기법은 자화되지 않은 금속편을 회전자에 삽입한 후 회전자 외부에서 자기장을 인가하여 자석을 자화시키는 방법으로, 최근에는 후착자 기법이 주로 사용되고 있다.

다만, 후착자 기법의 경우, 선착자 기법에 비해 착자율이 낮다. 또한, IPM 회전자의 구조 상, 자석과 자기장을 발생시키는 착자 요크 사이에 간격이 존재하기 때문에, 선착자 기법에 비해 더 많은 에너지가 필요하다. 통상적으로 후착자 기법에서는 수천 암페어의 고전류가 필요한데, 이로 인해 착자 공정에서 발생하는 주울 열(Joule heat)이 커서 절연체 특성을 변화 또는 파손을 야기하며, 충격에 의해 볼트 풀림, 부품의 파손이 발생할 수 있으며, 착자 요크의 수명을 감소시킬 수 있다. 또한, 점차 자석의 수가 증가됨에 따라 자석이 밀집되므로, 착자 요크의 설계가 복잡해진다.

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.

실시예의 목적은, 착자율을 높이고, 착자 횟수 및 시간을 줄일 수 있는 착자 시스템 및 착자 방법을 제공하는 것이다.

실시예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 회전자에 구비되는 복수의 자석을 착자하는 착자 방법은, 자화되지 않은 복수의 자석을 구비하는 회전자를 착자 요크의 정위치에 위치시키는 단계, 상기 회전자와 상기 착자 요크 중 어느 하나를 기설정된 오프셋량으로 회전시켜서 상기 복수의 자석 중 제1 자석의 위치를 제1 오프셋시키는 단계, 상기 제1 오프셋된 위치에서 상기 착자 요크의 복수의 자화부에 전류를 인가하여 상기 제1 자석을 1차 자화시키는 단계, 상기 회전자 또는 상기 착자 요크 중 어느 하나를 상기 정위치에서 반대 방향으로 오프셋량만큼 회전시켜서 제2 자석의 위치를 제2 오프셋시키는 단계, 및 상기 제2 오프셋된 위치에서 상기 복수의 자화부에 전류를 인가하여 상기 제2 자석을 2차 자화시키는 단계를 포함하여 구성된다.

실시예들에 따르면, 자석의 위치를 오프셋시킨 후 자기장을 인가하여 착자시킴으로써, 자석의 착자율을 높이고, 극수에 관계없이 착자 횟수를 줄일 수 있다.

실시예에 따른 착자 시스템 및 착자 방법의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 착자 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에서 착자 요크와 자석이 정위치에 배치되었을 때의 자기장 분포를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에서 착자 요크와 자석이 오프셋 위치에 배치되었을 때의 자기장 분포를 보여주는 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 착자 요크와 자석이 오프셋 위치에 배치되었을 때의 자기장 분포를 보여주는 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여, 실시예들에 따른 착자 시스템(10)에 대해서 설명한다.

참고적으로, 도 1은 일 실시예에 따른 착자 시스템(10)을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에서 임의의 자화부와 대응하는 자석(M)을 포화 자화시키는 상태의 자기장 분포를 보여주는 도면이고, 도 3은 다른 실시예에 따른 자석(M)을 포화 자화시키는 상태의 자기장 분포를 보여주는 도면이다.

도면을 참조하면, 착자 시스템(10)은, 복수의 자화되지 않은 자석(M)을 구비하는 착자 대상체와, 자석(M)을 자화시키기 위한 자기장을 인가하는 착자 요크(100)와 전원인가부(200) 및 자석(M)의 위치를 제어하는 제어부(300)를 포함하여 구성된다.

예를 들어, 착자 시스템(10)은 IPM (Interior Permanent Magnet) 타입의 브러시리스 모터에서 자석(M)을 착자시키는 장치이다.

착자 대상체는 복수의 자화되지 않은 자석(M)을 구비하는 회전자(R)이다. 다만, 착자 대상체는 회전자(R)로 한정되지 않고, 자화되지 않은 자석(M)을 구비하는 실질적으로 다양한 대상일 수 있다.

착자 요크(100)는 자석(M)에 영구적인 자기장 패턴이 남도록 수천 암페어 이상의 고전류를 인가하여 자기장을 형성한다. 예를 들어, 착자 요크(100)는 원반형의 단면 형상을 갖는 평판 형태를 포함하여 다양한 형상을 가질 수 있다.

착자 요크(100)는 자기장을 인가하기 위한 복수의 자화부(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)를 포함한다. 한편, 도면에서는 착자 요크(100)가 8개의 자화부(110)를 구비하는 것으로 예시하고 있지만, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것으로, 자화부(110)의 수는 자석(M)의 배치 또는 개수에 따라 적절히 배치 또는 형성될 수 있다.

각 자화부(110)는 자성체 코어에 코일이 권선되어 형성되며, 코일에 전류가 인가되면 자기장을 형성한다. 예를 들어, 자성체 코어는 착자 요크(100)와 일체로 형성되거나, 별도로 구비될 수 있다.

또한 복수의 자화부(110)는 착자 요크(100)의 내주면 둘레를 따라 방사상으로 배치되고, 자화부(110)에 대응되어 하나 또는 복수의 자석(M)이 배치된다. 예를 들어, 하나의 자화부(110)에 대해서 한 쌍의 자석(M)이 대응되게 배치될 수 있다. 다만, 자화부(110)의 배치는 이에 한정되지 않고, 자석(M)의 크기 및 잔류 자속의 형성 방향에 따라, 자화부(110)와 자석(M)이 일대일 대응되도록 배치되거나, 하나의 자화부(110)에 대해서 복수의 자석(M)이 대응되도록 배치되는 것도 가능하다.

자화부(110)는, 서로 이웃하는 자화부(110)들이 서로 반대 방향의 자속을 갖도록 자기장을 형성하고, 이에, 하나의 자화부(110)(일 예로, 제1 자화부(111))에 대응되는 자석(M1)과, 제1 자화부(111)에 이웃하는 양측의 자화부(112, 118)에 대응되는 자석(M2)은 서로 다른 극으로 자화된다. 예를 들어, 8개의 자화부(110) 중에서 제1, 3, 5, 7 자화부(110, 130, 150, 170)에 대응되는 자석(M)은 자화부 쪽의 면이 S극을 갖고, 제2, 4, 6, 8 자화부(120, 140, 160, 180)에 대응되는 자석(M)은 자화부 쪽의 면이 N극을 가지도록 자화될 수 있다.

다만, 자화부(110)와 자석(M)의 형상과 배치 형태는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 자화부(110)의 개수, 에너지 효율 및 포화 자화에 필요한 속도에 따라 적절히 임의의 자화부의 개수 및 위치를 선택하여, 포화 자화를 진행할 수 있다.

전원인가부(200)는 각 자화부(110)의 코일에 연결되어서 전류를 인가한다. 또한, 전원인가부(200)는 단시간에 강한 전류를 인가하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 전원인가부(200)는 순간적으로 강한 전류(예를 들어, 1000~3000V, 10~20kA)를 인가하도록, 외부전원(미도시)에서 전원을 공급받아 충전되는 고압콘덴서(미도시)와, 착자가 필요한 경우 자화부(110)에 전류를 공급하도록 스위칭하는 사이리스터 스위치(미도시)로 구성될 수 있다.

제어부(300)는 회전자(R)를 회전시켜서 자석(M)의 위치를 오프셋시킨다. 한편, 본 실시예에서는 회전자(R)를 회전시켜서 자석(M)의 위치를 오프셋시키는 것으로 설명하였으나, 착자 요크(100)를 회전시키는 것도 가능하다.

자석(M)의 정위치는 자화부(110)에 대해서 자석(M)이 좌우 대칭이 되는 위치이다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 착자 요크(100)의 중심과 2개의 자화부(111, 112) 사이의 중간 지점(이하, 기준점(P0)이라 함)을 지나는 중심선(C)에 대해서 2개의 자석(M)이 대칭으로 배치되는 위치가 정위치이다.

정위치에서는 2개의 자석(M)은 착자 요크(100)의 중심으로부터의 거리가 동일한데, 자석(M)을 오프셋시켜서 자석(M)의 거리를 변경시킴으로써 인가되는 자기장의 세기를 변화시키고, 자석(M)의 착자율을 증가시킬 수 있다.

한편, 이하의 설명에서는 제1 자석(M1)과 제2 자석(M2)에 대해서만 설명하였으나, 제1 자석(M1)에 대한 착자 공정은, 홀수번째로 배치된 자석들에 대해서 동시에 동일하게 수행되는 것이고, 제2 자석(M2)에 대한 착자 공정은 짝수번째로 배치된 자석들에 대해서 동시에 동일하게 수행되는 것이다. 즉, 제1 자석(M1)은 하나의 자석을 지칭하거나, 회전자(R)에서 홀수번째로 배치된 자석들을 대표할 수 있다. 마찬가지로, 제2 자석(M2)은 제1 자석(M1)에 이웃하는 특정 하나의 자석을 지칭하거나 짝수번째로 배치된 자석들을 대표할 수 있다.

도 3을 참조하면, 자석(M)을 일 방향으로 소정 거리(이하, 오프셋량이라 함)로 오프셋시키면, 제1 자석(M1)은 착자 요크(100)로부터의 거리가 줄어들고 그와 반비례하여 제1 자석(M1)에 인가되는 자기장의 세기는 증가함에 따라 제1 자석(M1)의 착자율이 증가된다. 예를 들어, 제1 자석(M1)은 98% 이상의 착자율로 착자될 수 있다.

또한, 제어부(300)는 제1 자석(M1)이 자화되는 1극 범위를 벗어나지 않는 범위 이내에서 제1 자석(M1)의 위치를 오프셋시킨다. 예를 들어, 제1 자석(M1)의 오프셋량은 정위치를 기준으로 0° 초과 -10° 미만의 범위일 수 있다. 더불어, 제1 자석(M1)의 오프셋량은 자화시키는 극수(즉, 착자 요크(100)의 자화부(110)의 수)에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 본 실시예에서와 같이 8극으로 자화시키는 경우, 제1 자석(M1)의 오프셋량은 -1° 이상 내지 -5° 이하일 수 있다. 그리고. 자화시키는 극수가 8극보다 많은 경우 (예를 들어, 24극)에는 0° 초과 -1° 이하일 수 있고, 8극보다 작은 경우에는 -5° 초과 -10° 미만일 수 있다.

여기서, 제1 자석(M1)이 일 방향으로 오프셋된 위치(이하, 제1 오프셋 위치라 함)에서는, 제2 자석(M2)이 착자 요크(100)로부터의 거리가 증가하므로, 제2 자석(M2)에 대해서는 자기장의 세기가 감소하여 착자율이 낮아지게 된다. 이에, 본 실시예에서는, 제1 자석(M1)에 대한 착자를 수행한 후, 제2 자석(M2)의 위치를 반대 방향으로 오프셋시킨다. 이 경우, 제2 자석(M2)이 오프셋되는 위치(이하, 제2 오프셋 위치)는, 정위치를 기준으로 하여 제1 자석(M1)의 오프셋량과 동일한 크기를 갖되, 방향은 정위치에 대해서 대칭이 되도록 반대 방향이 된다. 즉, 제2 자석(M2)의 오프셋량은 정위치에서 0° 초과 +10° 미만의 범위일 수 있고, 본 실시예에서와 같이 8극인 경우의 오프셋량은 +1° 이상 내지 +5° 이하이고, 8극보다 많은 경우에는 0° 초과 +1° 이하일 수 있고, 8극보다 작은 경우에는 +5° 초과 +10° 미만일 수 있다.그리고 제2 자석(M2)이 오프셋되어 제2 오프셋 위치에서는, 제2 자석(M2)과 착자 요크(100)로부터의 거리가 줄어들기 때문에, 제2 자석(M2) 역시 높은 착자율(예를 들어, 98% 이상의 착자율)로 착자될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 자석(M)을 정위치에서 소정 거리만큼 오프셋시켜서 자화시킴으로써 높은 착자율로 자화시킬 수 있다. 또한, 자석(M)을 양의 방향 및 음의 방향으로 각각 오프셋시켜서 자화시키는데, 양 방향에서 자화되는 동안 전체 자석(M)에 대해서 자화되므로 착자에 필요한 에너지를 줄이고, 착자 횟수를 줄일 수 있다. 또한, 하나의 자석(M1)을 자화시키는 동안, 이웃하는 양쪽 자석(M2)이 역방향으로 자화되는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는 본 실시예들에 따른 착자 방법을 설명한다.

한편, 이하의 설명에서는 제1 자석(M1)과 제2 자석(M2)의 착자 방법에 대해서 설명하지만, 제1 자석(M1)의 착자 공정은 홀수번째로 배치된 자석들에 대해서 동시에 동일하게 수행되고, 제2 자석(M2)의 착자 공정은 짝수번째로 배치된 자석들에 대해서 동시에 동일하게 수행되는 것이다.

우선, 복수의 자석(M)을 구비하는 회전자(R)를 착자 요크(100)에 정위치로 삽입한다.

다음으로, 정위치에서 일 방향으로 자석(M) 또는 착자 요크(100)를 회전시켜서 제1 자석(M1)을 제1 오프셋 위치로 오프셋시킨다. 예를 들어, 제1 자석(M1)은 정위치에서 -1° 이상 내지 -5° 이하로 오프셋되며, 바람직하게는, -5° 오프셋된다.다음으로, 제1 오프셋 위치에서 착자 요크(100)에 전류를 인가하여 제1 자석(M1)을 자화시킨다. 제1 자석(M1)을 자화시키는 1차 자화시 인가되는 전류의 세기는 제1 자석(M1)을 포화 자화시키는 크기를 갖는다.

여기서, 제1 오프셋 위치에서는 제1 자석(M1)은 착자 요크(100)의 중심으로부터의 거리가 정위치에서보다 줄어들고, 그와 반비례하여 제1 자화부(111)에 의해서 제1 자석(M1)에 인가되는 자기장의 세기가 증가하므로, 제1 자석(M1)의 착자율이 향상된다.

다음으로, 반대 방향으로 자석(M) 또는 착자 요크(100)를 회전시켜서 제2 자석(M2)을 제2 오프셋 위치로 오프셋시킨다. 예를 들어, 제2 자석(M2)은 정위치에서 +1° 이상 내지 +5° 이하, 바람직하게는, +5° 위치로 이동하도록 오프셋시킨다.

한편, 본 실시예에 따른 자석(M)의 오프셋량 역시 극수에 의해서 결정되며, 0° 초과 ±10° 미만의 범위일 수 있다. 예를 들어, 8극인 경우의 제1 자석(M1)과 제2 자석(M2)의 오프셋량은 각각 ±1° 이상 내지 +5° 이하이고, 8극보다 많은 경우에는 0° 초과 ±1° 이하이고, 8극보다 작은 경우에는 ±5° 초과 ±10° 미만일 수 있다.

다음으로, 제2 오프셋 위치에서 착자 요크(100)에 전류를 인가하여 제2 자석(M2)을 자화시킨다. 마찬가지로, 제2 자석(M2)를 자화시키는 2차 자화 시 인가되는 전류의 세기는 제2 자석(M2)을 포화 자화시키는 크기를 갖는다. 또한, 제2 오프셋 위치에서는 제2 자석(M2)과 착자 요크(100)의 중심으로부터의 거리가 줄어들어서 제2 자석(M2)의 착자율이 향상된다.

이상과 같이 1차 자화와 2차 자화를 수행하면, 제1 자석(M1) 및 제2 자석(M2)(즉, 홀수번째로 배치된 자석들 및 짝수번째로 배치된 자석들)이 모두 자화되므로, 전체 자석(M)이 자화된다. 또는, 상술한 1차 자화 단계와 2차 자화 단계를 적어도 1회 이상씩 반복 수행할 수도 있다.

한편, 오프셋 위치에서는 자화시키고자 하는 자석(M)에 이웃하는 자석(M)에 누설 자속이 영향을 미칠 수 있고, 누설 자속으로 인해 이웃하는 자석이 역방향으로 착자될 수 있으므로 이를 방지하기 위해서 가자화(Pre-magnetization)를 더 수행할 수 있다.

가자화는 1차 자화 이전 단계에서 수행되고, 전체 자석(M)에 대해서 가자화를 시킴으로써, 에너지를 절약하고 역자화를 방지할 수 있다.

보다 상세하게는, 회전자(R)가 착자 요크(100)의 정위치에 삽입된 상태에서, 전체 자화부(110)에 전류를 인가하여 전체 자석(M)을 가자화시킨다.

여기서, 가자화 시 인가되는 가자화 전류의 세기는, 자석(M)을 포화 자화시키기 위한 전류의 세기보다 작고, 누설 자기장에 의해서 자석(M)이 감자되지 않을 정도의 잔류 자속을 형성할 수 있는 크기 이상의 세기를 갖는다. 이는, 제1 자화부(111)와 제2 자화부(112)는 서로 다른 방향의 자속을 갖는 자기장을 형성하므로, 제2 자석(M2)은 제1 자화부(111)에서 형성된 자기장의 누설 자속에 의해서 감자된다. 그런데, 가자화 시에 제2 자석(M2)에 잔류 자속을 형성함으로써, 제1 자석(M1)을 오프셋 위치에서 자화시킬 때, 제1 자화부(111)에서 형성된 자기장의 누설 자속에 의해 제2 자석(M2)이 감자되지 않고, 더불어, 제2 자석(M2)의 극이 바뀌어서 역착자 되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 가자화 시에 전체 자석(M)에는 양의 잔류 자속이 형성되므로, 자석(M)을 포화 자화시키는 데 필요한 에너지를 절감할 수 있다. 이는 자석(M)에 양의 자기장이 인가되면, 자석(M)이 자화되면서 형성되는 유도자기장은 양의 방향으로 증가하는데, 인가된 자기장이 감소하여 0이 되어도 자석(M)에 유도된 자기장은 0이 아닌 소정 크기로 잔류하게 되어 자석(M)은 양의 잔류 자속을 갖는다. 그리고 자석(M)에 음의 자기장이 인가된 후 감소하여 0이 되었을 때도 자석(M)은 음의 잔류 자속을 갖는다. 그런데, 양의 잔류 자속이 음의 잔류 자속보다 절대값이 작기 때문에, 자석(M)이 양의 잔류 자속을 갖는다면 외부에서 인가된 자기장에 의해서 자석(M)에 유도되는 자기장이 쉽게 증가하며, 자석(M)을 자화시키는 데 필요한 에너지가 작아지게 된다. 이에, 본 실시예에서는, 가자화를 수행하여 자석(M)에 양의 잔류 자속을 형성함으로써, 자석(M)을 포화 자화시키는 에너지를 절감할 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 원통형 회전자(R)를 예시하여 설명하였으나, 다른 형태의 전동기 모터의 회전자에 대해서도 적용될 수 있다.

인휠 모터(In-wheel motor) 또는 리니어 모터(linear motor)의 경우, 정위치에서 착자 공정을 수행하였을 때, 자석(M)의 양 단부(Ma, Mb)에서는 자기장의 세기가 약하기 때문에, 착자율이 낮아진다.

참고적으로 도 4는 다른 실시예에 따른 착자 요크(220)와 자석(M20)이 오프셋 위치에 배치되었을 때의 자기장 분포를 보여주는 도면이다. 도 4는 인휠 모터의 회전자를 착자시키기 위한 착자 시스템으로, 복수의 자화부(210, 211, 212)를 구비하는 착자 요크(220)와, 착자 요크(220)의 외주면에 복수의 자석(M20)이 배치된다. 다만, 도 4에서는 착자 시스템에서 하나의 자석(M20)에 대해서 자기장을 인가하는 자화부(211, 212)의 일부만을 도시한 것으로, 나머지 자석 및 자화부는 원주 방향을 따라 배치되어 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 회전자(R) 또는 착자 요크(220)를 일 방향으로 회전시켜서 자석(M20)의 위치를 오프셋시키고, 전류를 인가하여 자기장을 형성하면, 자석(M20)의 양 단부 중 일단부(Ma)에 대한 착자율을 높일 수 있다. 즉, 일 방향으로 오프셋된 제1 오프셋 위치에서는 자석(M)의 일단부(Ma)가 기준점(P0)으로부터의 거리가 줄어들고 그와 반비례하여 자기장의 세기가 증가하므로, 일단부(Ma)의 착자율이 향상되어서 자화된다.

예를 들어, 자석(M)의 일단부(Ma)의 제1 오프셋 위치는 기준이 되는 정위치에서 -0.8도 회전시킨 위치이다.

다음으로, 일단부(Ma)를 자화시킨 후, 자석(M) 또는 착자 요크(220)를 반대 방향으로 회전시켜서 타단부(Mb)가 제2 오프셋 위치에 배치되도록 오프셋시킨 후, 자기장을 인가하면 타단부(Mb)에 대해서 높은 착자율로 자화시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 오프셋 위치는 정위치에서 제1 오프셋 위치와 반대 방향인 +0.8도 회전시킨 위치이다.

상술한 바와 같이, 자석(M)을 양의 오프셋 위치와 음의 오프셋 위치로 적어도 1회씩 오프셋시킨 후 자화시킴으로써, 자석(M)의 양 단부(Ma, Mb)의 착자율을 높일 수 있고, 자석(M) 전체에 대해서 높은 착자율로 자화시킬 수 있다.

본 실시예들에 따르면, 자석(M)을 정위치에서 오프셋시킨 후 자기장을 인가하여 자화시킴으로써 자석(M)의 착자율을 높일 수 있고, 예를 들어, 98% 이상의 높은 착자율로 자화시킬 수 있다. 또한, 자석(M)이 양의 오프셋 위치 및 음의 오프셋 위치에서 모두 자화가 수행되며, 더불어, 각 오프셋 위치에서의 자화 시 전체 자석(M)에 대해서 자화가 수행되므로, 극수에 관계없이 착자 횟수를 줄일 수 있다. 그리고 자석(M) 사이가 작고 조밀해지더라도 높은 착자율로 자화시킬 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

10: 착자 시스템
100: 착자 요크
110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118: 자화부
200: 전원인가부
300: 제어부
C: 착자 요크의 중심선
P0: 기준점
M1, M2: 자석
R: 회전자

Claims

회전자에 구비되는 복수의 자석을 자화시키는 착자 시스템에 있어서,
자화되지 않은 복수의 제1 자석과, 상기 복수의 제1 자석 사이에 배치되는 복수의 제2 자석을 구비하는 회전자;
전류가 인가되면 상기 회전자에 인가 자기장을 형성하는 복수의 자화부를 구비하는 착자 요크;
상기 복수의 자화부에 전류를 인가하는 전원인가부; 및
상기 회전자 또는 상기 착자 요크 중 어느 하나를 소정의 오프셋량만큼 회전시켜서 상기 복수의 제1 자석과, 상기 복수의 제2 자석의 위치를 각각 오프셋 위치로 오프셋시키는 제어부;
를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 복수의 제1 자석을 제1 오프셋 위치로 이동시키고, 상기 전원인가부에서 전류를 인가하여 상기 제1 자석에 대해서 1차 자화시키고,
상기 복수의 제2 자석을 정위치에 대해서 상기 제1 오프셋 위치와 반대 방향의 제2 오프셋 위치로 이동시키고, 상기 전원인가부에서 전류를 인가하여 상기 제2 자석에 대해서 2차 자화시키는 착자 시스템.
제1항에 있어서,
상기 오프셋량은 하나의 자화부에서 인가되는 자기장이 형성하는 1극 범위 내인 착자 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 오프셋 위치 및 상기 제2 오프셋 위치는 0° 초과 ±10° 미만의 범위를 갖는 착자 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 자석 및 상기 제2 자석이 포화 자화되는 세기의 전류를 인가하는 착자 시스템.
회전자에 구비되는 복수의 자석을 착자하는 착자 방법에 있어서,
자화되지 않은 복수의 제1 자석과, 상기 복수의 제1 자석 사이에 배치되는 복수의 제2 자석을 구비하는 회전자를 착자 요크의 정위치에 위치시키는 단계;
상기 회전자와 상기 착자 요크 중 어느 하나를 상기 정위치에서 소정의 오프셋량만큼 회전시켜서 상기 제1 자석의 위치를 제1 오프셋 위치로 제1 오프셋시키는 단계;
상기 제1 오프셋된 위치에서 상기 착자 요크의 복수의 자화부에 전류를 인가하여 상기 제1 자석을 1차 자화시키는 단계;
상기 회전자 또는 상기 착자 요크 중 어느 하나를 상기 정위치에서 상기 제1 오프셋시키는 단계와 반대 방향으로 상기 오프셋량만큼 회전시켜서 상기 제2 자석의 위치를 제2 오프셋 위치로 제2 오프셋시키는 단계; 및
상기 제2 오프셋된 위치에서 상기 복수의 자화부에 전류를 인가하여 상기 제2 자석을 2차 자화시키는 단계;
를 포함하고,
상기 1차 자화시키는 단계와 상기 2차 자화시키는 단계를 적어도 1회 이상 반복 수행하는 착자 방법.
삭제
제6항에 있어서,
상기 제1 오프셋 위치 및 상기 제2 오프셋 위치는 상기 정위치를 기준으로 각 자화부의 1극 범위 이내의 범위인 착자 방법.
제8항에 있어서,
상기 제1 오프셋 위치 및 상기 제2 오프셋 위치는 상기 정위치를 기준으로 0° 초과 ±10° 미만의 범위를 갖는 착자 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 오프셋시키는 단계 이전에 상기 복수의 자석을 가자화시키는 단계를 더 포함하고,
상기 가자화시키는 단계는,
상기 자석이 정위치에 위치한 상태에서, 상기 복수의 자화부 전체에 상기 복수의 자석을 포화 자화시키는 전류의 세기보다 낮은 세기의 가자화 전류를 인가하는 착자 방법.
제10항에 있어서,
상기 가자화시키는 단계는,
상기 가자화 전류의 세기가 상기 복수의 자석 전체가 정방향의 잔류 자속을 갖도록 하는 크기를 갖는 착자 방법.