KR102637545B1 - 매입형 영구자석 전동기 - Google Patents

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Abstract

링 형상의 고정자; 및 상기 고정자의 내부에 공극을 사이에 두고 동축으로 배치되며 원주방향으로 외곽을 따라 서로 이격되게 복수개의 영구자석들이 삽입된 회전자를 포함하는 매입형 영구자석 전동기가 개시된다. 상기 고정자는 상기 회전자와의 대면하는 내주면에 원주방향에 수직인 높이 방향으로 형성된 복수의 제1 노치를 갖고, 상기 회전자는 상기 고정자와의 대면하는 외주면에 원주방향에 수직인 높이 방향으로 형성된 복수의 제2 노치를 갖는다.

Description

매입형 영구자석 전동기{INTERIOR PERMANENT MAGNET MOTOR}
본 발명은 매입형 영구자석 전동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자 및 회전자의 상호 대면하는 영역에 노치를 형성함으로써 코깅토크를 저감할 수 있는 매입형 영구자석 전동기에 관한 것이다.
일반적으로 매입형 영구자석 전동기는 코일이 권선되며 환형으로 형성된 고정자와, 상기 고정자의 내측에 위치하고 외주면을 따라 그에 인접하여 영구자석을 매입한 회전자를 포함하며, 상기 회전자의 중심부에는 상기 회전자와 일체로 연동되면서 회전하는 구동축이 축결합된다.
이러한 매입형 영구자석 전동기는 회전자에 구비된 영구자석의 자계와 고정자의 치, 치 사이의 슬롯 등의 구조에 의한 원주방향에 대한 릴럭턴스의 변화에 기인하여 코깅토크(Cogging torque)가 발생한다. 이러한 코깅토크는 전동기의 진동 및 소음을 유발하고 제어성을 저하시키는 문제를 갖는다.
특히, 최근 친환경 이슈에 따라 활발하게 연구 개발되는 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 연료전지 자동차와 같이 전동기로 구동하는 친환경 차량에서 매입형 영구자석 전동기가 주로 적용되고 있다. 친환경 차량에 적용된 매입형 영구자석 전동기는 코깅토크가 발생함에 따라 차량 자체의 NVS(Noise, Vibration, Harshness)를 증가시켜 차량의 상품성을 훼손시키는 문제가 발생한다.
KR 10-2013-0083209 A
이에 본 발명은, 코깅토크를 절감하여 차량의 소음, 진동 및 불쾌감(NVS: Noise, Vibration, Harshness) 관련 문제를 해소할 수 있는 매입형 영구자석 전동기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
링 형상의 고정자; 및
상기 고정자의 내부에 공극을 사이에 두고 동축으로 배치되며 원주방향으로 외곽을 따라 서로 이격되게 복수개의 영구자석들이 삽입된 회전자;를 포함하며,
상기 고정자는 상기 회전자와의 대면하는 내주면에 원주방향에 수직인 높이 방향으로 형성된 복수의 제1 노치를 갖고,
상기 회전자는 상기 고정자와의 대면하는 외주면에 원주방향에 수직인 높이 방향으로 형성된 복수의 제2 노치를 갖는 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고정자는, 링형상의 요크와, 상기 요크로부터 내부로 연장된 복수의 치와, 상기 치의 단부에 형성되어 상기 고정자의 외주면과 대면하는 복수의 슈를 포함하며, 상기 제1 노치는 상기 슈에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 노치는 상기 슈마다 1 내지 3개 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게, 상기 제1 노치는 상기 슈 각각에 2 개씩 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 슈 각각에 형성된 제1 노치의 원주 방향 중심과 상기 슈의 원주 방향 중심은, 상기 고정자 중심을 기준으로 다음의 식과 같은 각도(A1, 단위는 도)를 형성할 수 있다.
(S: 상기 고정자의 슬롯의 개수)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 슈 각각에 형성된 제1 노치의 원주 방향 폭(W1, 단위는 mm)은 다음의 식과 같이 결정될 수 있다.
(S: 상기 고정자의 슬롯의 개수, Ws: 상기 슈의 원주 방향 폭)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 노치는 다음 식과 같은 직경방향 깊이(D1)를 가질 수 있다.
(R1: 고정자의 반경(단위는 mm))
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 노치의 높이 방향에 수직인 단면은 직사각형 또는 중심 방향으로 갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 노치는 상기 회전자의 영구자석이 삽입된 영역에 대응되는 회전자 코어 외측면 마다 1 내지 3개 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 제2 노치는 상기 회전자의 영구자석이 삽입된 영역에 대응되는 회전자 코어 외측면 마다 2 개씩 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 노치의 원주 방향 중심과 상기 제2 노치에 가장 인접한 상기 영구자석 중 일 극성의 영구자석이 삽입된 영역의 원주 방향 중심은 상기 회전자 중심을 기준으로 다음의 식과 같은 각도(A2)를 형성할 수 있다.
(P: 상기 회전자의 극의 개수)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 노치의 원주 방향 폭(W2, 단위는 mm)은, 다음의 식과 같이 결정될 수 있다.
(P: 상기 회전자의 극의 개수, R: 상기 회전자 반경)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 노치는 다음 식과 같이 직경방향 깊이(D2)를 가질 수 있다.
(R2: 회전자의 반경(단위는 mm))
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 노치의 높이 방향에 수직인 단면은 직사각형 또는 원주 방향으로 갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴일 수 있다.
상기 매입형 영구자석 전동기에 따르면, 노치 구조의 최적화를 통해 전동기의 코깅토크를 현저하게 감소시켜 차량의 제어성 저하를 방지하고, 초기 구동에 민감한 전동기의 경우 코깅토크 저감으로 인하여 전동기 제어를 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기 매입형 영구자석 전동기에 따르면, 전동기의 코깅토크를 저감함으로써 코깅토크 주파수 대역에서 진동이 커지는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인한 소음을 줄여 차량의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 관련 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 매입형 영구자석 전동기의 고정자의 주요부를 확대 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 매입형 영구자석 전동기의 회전자의 주요부를 확대 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기에서 고정자 및 회전자에 형성된 노치의 개수에 따른 코깅토크의 변화를 비교한 그래프이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 여러 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기의 고정자 및 회전자의 노치 깊이와 그 단면 형상을 변경하여 코깅토크를 산출한 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기와 노치 구조를 형성하지 않은 동일 규격의 영구자석 전동기의 성능을 비교한 그래프이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 매입형 영구자석 전동기를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 매입형 영구자석 전동기의 고정자의 주요부(X)를 확대 도시한 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 매입형 영구자석 전동기의 회전자의 주요부(Y)를 확대 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 매입형 영구 자석 전동기는, 링 형상의 고정자(10) 및 고정자의 내부에 공극을 사이에 두고 동축으로 배치되며 원주방향으로 외곽을 따라 서로 이격되게 복수개의 영구자석(21)들이 삽입된 회전자(20)를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시형태는, 고정자(10)와 회전자(20)가 각각 서로 대향하는 면에 복수의 노치(N1, N2)를 갖는다. 노치(N1, N2)는 고정자(10) 또는 회전자(20)의 원주 방향에 수직인 높이 방향을 따라 형성될 수 있으며, 그 단면이 특정 형상(직사각형 또는 폭이 증가 또는 감소하는 사다리꼴)을 가질 수 있다.
고정자(10)는 링형상의 요크(11)와 요크(11)로부터 내부로 연장된 복수의 치(teeth)(12)와 치(12)의 단부에 형성되어 회전자(20)와 대면하는 슈(13)를 포함할 수 있다. 이러한 전동기 구조에서 노치(N1)은 슈(13)의 회전자 대향면에 형성될 수 있다.
고정자(10), 특히 슈(13) 마다 일정 개수로 형성되는 제1 노치(N1)는 슈(13) 마다 형성되는 그 개수, 제1 노치(N1)의 폭(W1)와 복수개 형성되었을 때의 그 간격(A1), 그리고 제1 노치(N1)의 깊이(D1)과 같은 인자에 의해 전동기의 코깅토크 저감 특성이 변화한다.
마찬가지로, 회전자(20)에 형성되는 제2 노치(N2)의 개수, 폭(W2), 깊이(D2) 및 간격(A2)와 같은 인자에 의해 전동기의 코깅토크 저감 특성이 변화한다. 특히, 회전자(20)의 경우에는 회전자(20)에 구비되는 각 극성의 영구자석(21) 마다 그에 인접한 영역에 동일한 개수의 제2 노치(N2)가 형성되게 하여 코깅토크 저감 특성을 변화시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기의 특징을 확인할 수 있는 다양한 실험예들을 설명한다.
전술한 것과 같이, 본 발명 여러 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기는, 고정자와 회전자의 서로 대향하는 면에 각각 원주방향에 수직인 높이 방향으로 노치를 형성하여 전동기의 코깅토크를 저감할 수 있다.
코깅토크는 차량 완가감속시의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 악화에 주요한 요인 중 하나로 고정자와 회전자의 경계부 형상에 따라 특성이 달라질 수 있다. 코깅토크는 기계적으로 전동기의 극수와 슬롯 수의 최소공배수에 해당하는 주기를 가질 수 있다.
이하의 실험예는 16극 24슬롯의 전동기를 기반으로 한 것이다. 특히, 이 실험에 사용된 전동기의 코깅토크는 16과 24의 최소공배수인 48주기만큼의 코깅토크가 발생하는데, 차량의 NVH에 주로 영향을 미치는 차수는 48차와 그 배수인 96차이므로 주로 48차 및 96차의 코깅토크의 합을 측정한 결과를 사용한다.
실험예 1
도 4는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기에서 고정자 및 회전자에 형성된 노치의 개수에 따른 코깅토크의 변화를 비교한 그래프이다.
도 2에 도시된 것과 같이, 고정자(10)의 경우에는 회전자(20)와 대향하는 슈(13)의 표면에 동일한 폭을 갖는 제1 노치(N1)를 1 내지 3개 형성하여 실험하였다. 또한, 도 3에 도시된 것과 같이, 회전자(20)의 경우에는 외주면에 복수의 제2 노치(N2)를 형성하되, 일 극성의 영구자석(21) 당 1 내지 3 개의 제2 노치(N2)를 형상하여 실험하였다.
도 4에 도시된 것과 같이, 고정자(10)의 슈 당 2 개의 제1 노치(N1)를 형성하고 회전자(20)의 일 극성의 영구자석(21) 당 두 개의 제2 노치(N2)를 형성하는 경우 가장 낮은 코깅토크가 발생하였다. 도 4에서, 참조부호 '41'은 세 개의 노치를 형성한 경우의 코깅토크를 나타내며, 참조부호 '42'는 한 개의 노치를 형성한 경우의 코깅토크를 나타내고, 참조부하 '43'은 두 개의 노치를 형성한 경우의 코깅토크를 나타낸다.
이러한 실험을 통해, 고정자(10)와 회전자(20)에 노치(N1, N2)를 형성함을 통해 코깅토크의 저감을 달성할 수 있음이 확인되었으며, 바람직하게는 고정자(10)의 슈 당 2 개의 제1 노치(N1)를 형성하고 회전자(20)의 일 극성의 영구자석(21) 당 두 개의 제2 노치(N2)를 형성하는 것이 코깅토크 저감의 효과가 가장 우수함이 확인되었다.
실험예 2
위 실험예 1의 결과를 기반으로 고정자(10) 및 회전자(20)에 형성된 노치의 개수를 각각 2개로 고정하고, 고정자(10) 및 회전자(20)에 형성된 노치의 위치를 변경하여 1차 코깅토크 및 2차 코깅토크의 변화를 측정하였다.
즉, 고정자(10)에 형성된 2 개의 노치(N1)의 폭(W1)과 회전자(20)의 일 극성 영구자석 당 2 개씩 형성된 제2 노치(N2)의 폭(W2)은 고정하였다. 또한, 슈(13)의 원주방향 중심과 하나의 제1 노치(N1)의 중심이 형성하는 각도(A1)(고정자(10)의 중심을 기준으로 한)를 변경시키고, 일 극성 영구자석의 원주방향 중심과 그에 최근접한 제2 노치(N2)의 중심이 형성하는 각도(A2)(회전자(20)의 중심을 기준으로 한)를 변경시키면서 1차 코깅토크 및 2차 코깅토크의 변화를 측정하였다.
실험예 2에서 측정된 1차 코깅토크 및 2차 코깅토크의 변화는 다음의 표 1 및 표 2와 같이 나타났다.
상기 표 1 및 표 2에서 나타난 바와 같이, 고정자(10)의 각 슈마다 형성된 2 개의 제1 노치(N1)의 위치(각도)와 회전자(20)의 각 영구자석 마다 형성된 2 개의 제2 노치(N2)의 위치(각도)에 따라 1, 2차 코깅토크가 변화하였다. 상기 표 1 및 표 2에서 나타난 1차 코깅토크와 2차 코깅토크의 크기 변화를 함께 고려할 때, 제1 노치(N1)의 중심과 슈(13)의 원주방향 중심이 형성하는 각도(A1)는 대략 2.4도 내지 4.8도가 바람직하며, 일 극성 영구자석의 원주방향 중심과 그에 최근접한 제2 노치(N2)의 중심이 형성하는 각도(A2)는 대략 2.8도 내지 4.8도가 바람직할 것으로 판단된다.
실험예 3
위 실험예 1의 결과를 기반으로 회전자(20)의 노치의 개수, 폭, 위치 등을 고정하고, 고정자(10)에 형성된 2 개의 노치(N1)의 폭(W1)과 슈(13)의 원주방향 중심과 하나의 제1 노치(N1)의 중심이 형성하는 각도(A1)(고정자(10)의 중심을 기준으로 한)를 변경시키면서 코깅토크 변화를 측정하였다.
이 실험예 3의 결과가 다음의 표 3과 같이 나타난다.
상기 표 3에서 나타난 바와 같이, 슈(13)의 원주방향 중심과 하나의 제1 노치(N1)의 중심이 형성하는 각도(A1)는 2.4도 내지 4.8도에서 4 Nm 미만의 바람직한 코깅토크 값을 얻을 수 있었다. 또한, 노치(N1)의 폭(W1)은 1.2 mm 내지 3.0 mm에서 4 Nm 미만의 바람직한 코깅토크 값을 얻을 수 있었다.
고정자(10)에 형성된 2 개의 노치(N1)의 폭(W1)과 슈(13)의 원주방향 중심과 하나의 제1 노치(N1)의 중심이 형성하는 각도(A1) 간 관계에서 바람직한 코깅토크가 달성되지 않는 경우도 있으나, 둘 중 하나의 조건이 달성되는 경우 다른 하나를 적절히 조정하여 바람직한 코깅토크를 달성할 수 있으므로 해당 범위를 모두 바람직한 코깅토크를 얻을 수 있는 범위로 설정할 수 있다.
따라서, 고정자(10)의 슈(13)에 두 개의 노치(N1)를 형성하는 경우, 다음의 식 1과 식 2와 같이 슈(13)의 원주방향 중심과 하나의 제1 노치(N1)의 중심이 형성하는 각도(A1)와 제1 노치(N1)의 폭이 결정될 수 있다.
[식 1]
[식 2]
여기서, S는 상기 고정자의 슬롯의 개수이고, Ws는 슈(13)의 원주 방향 폭이다.
전술한 것과 같이 이 출원의 실험예는 16극 24슬롯의 전동기를 기반으로 한 것임을 감안하여, 폴의 개수와 슬롯의 개수가 변경되더라도 선형적으로 거의 유사한 특징을 얻을 수 있음을 감안하여, 경계 수치에 스케일링 계수를 적용하였다.
실험예 4
실험예 3와 같이, 실험예 1의 결과를 기반으로 고정자(10)의 노치의 개수, 폭, 위치 등을 고정하고, 회전자(20)의 일 극성 영구자석 당 2 개씩 형성된 제2 노치(N2)의 폭(W2)과 일 극성 영구자석의 원주방향 중심과 그에 최근접한 제2 노치(N2)의 중심이 형성하는 각도(A2)(회전자(20)의 중심을 기준으로 한)를 변경시키면서 코깅토크 변화를 측정하였다.
이 실험예 4의 결과가 다음의 표 4과 같이 나타난다.
상기 표 4에서 나타난 바와 같이, 일 극성 영구자석의 원주방향 중심과 그에 최근접한 제2 노치(N2)의 중심이 형성하는 각도(A2)는 2.8도 내지 4.8도에서 4 Nm 미만의 바람직한 코깅토크 값을 얻을 수 있었다. 또한, 노치(N2)의 폭(W2)은 1.0 mm 내지 5.0 mm에서 4 Nm 미만의 바람직한 코깅토크 값을 얻을 수 있었다.
실험예 3에서 적용된 기준을 동일하게 적용하여 정리하면, 회전자(20)에 의 슈(13)에 두 개의 노치(N1)를 형성하는 경우, 다음의 식 3과 식 4와 같이 일 극성 영구자석의 원주방향 중심과 그에 최근접한 제2 노치(N2)의 중심이 형성하는 각도(A2)와 제2 노치(N2)의 폭이 결정될 수 있다.
[식 3]
[식 4]
여기서, P는 회전자(20)의 극의 개수이고, R은 회전자 반경이다.
실험예 5
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 여러 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기의 고정자 및 회전자의 노치 깊이와 그 단면 형상을 변경하여 코깅토크를 산출한 결과를 도시한 그래프이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 노치(N1, N2)의 직경방향의 깊이를 변경하는 경우 대략 0.3 mm 및 0.4 mm인 경우(각각 53, 54)에 가장 낮은 코깅토크를 나타내었다. 이 실험에서 코깅토크의 절대적 크기는 노치의 개수나 위치에 따라 변경될 수 있는 값이므로 노치(N1, N2)의 깊이별 상대적 코깅토크를 고려하는 것이 바람직하다. 노치(N1, N2)의 깊이가 0.3 mm 및 0.4 mm인 경우(각각 53, 54)의 코깅토크가 0.1, 0.4, 0.5 mm인 경우(51, 52, 55)에 비해 적어도 2배 이상 작은 값을 가지는 점을 고려할 때, 제1 노치(N1) 및 제2 노치(N2)의 깊이는 0.2 mm를 초과하고 0.5 mm 미만인 것이 바람직하다.
이 출원의 실험예에서 사용된 모터의 고정자의 반경(R1) 및 회전자의 반경(R2)이 각각 140mm 및 100mm이고 고정자의 반경(R1) 및 회전자의 반경(R2)이 변경되더라도 노치가 회전자의 반경(R2)에 따라 선형적으로 변경될 수 있다는 점을 감안하여, 제1 노치의 깊이 및 제2 노치의 깊이는 아래의 식 5 및 식 6과 같이 결정될 수 있다.
[식 5]
[식 6]
또한, 도 6에 나타난 바와 같이, 노치(N1, N2)의 단면(높이 방향에 수직으로 자른 단면) 형상에 따른 코깅토크를 확인한 결과, 그 단면 형상이 직사각형인 경우(62) 보다, 제1 노치(N1)의 경우 중심 방향(내주면 방향)이나 제2 노치(N2)의 경우 원주 방향(외주면 방향)으로 갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴인 경우(61) 미소하게 더 우수한 코깅토크 감소를 나타내었다. 따라서, 노치의 단면 형상은 직사각형 또는 사다리꼴 모두 적용가능한 것으로 판단된다.
실험예 6
여섯 번째로 매입형 영구자석 전동기의 고정자 및 회전자에 모두 노치를 형성하지 않은 경우, 고정자 및 회전자 중 하나에만 하나에만 노치를 형성한 경우 및 고정자 및 회전자에 모두 노치를 형성한 경우 코깅토크를 측정하였다. 이 측정 결과는 아래 표 5과 같다.
48차 코깅토크(Nm) 96차 코깅토크(Nm)
노치 형성 무 2.5 1.6
고정자에만 노치 형성 0.2 3.7
회전자에만 노치 형성 5.1 0.5
모두 노치 형성 0.2 0.7
표 5에 나타난 바와 같이, 노치를 형성하지 않거나 회전자 또는 고정자에만 형성한 경우 모든 차수에서 코깅토크 저감 효과를 기대하기 어려우나, 회전자 및 고정자에 모두 노치를 형성한 경우 현저한 코깅토크의 저감이 이루어짐을 확인할 수 있다.
실험예 7
일곱 번째로 매입형 영구자석 전동기의 회전자에 설치된 영구자석의 배치각도를 변경하고 고정자 및 회전자에 노치를 형성한 경우와 형성하지 않은 경우 각 차수에서의 코깅토크를 측정하였다. 이전의 실험에서는 도 3에 도시된 것과 같이 일 극성의 영구자석 두개를 서로 평행하게(두 영구자석이 이루는 각도는 180도) 두고 실험을 하였다. 실험예 7에서는 회전자에 매입된 영구자석의 설치 각도가 코깅토크에 미치는 영향을 확인하기 위해 일 극성의 영구자석을 외주 방향으로 150도의 각도가 되도록 설치한 후 코깅토크를 측정하였다. 이 측정 결과는 아래 표 6와 같다.
48차 코깅토크(Nm) 96차 코깅토크(Nm)
노치 형성 무 2.3 1.9
노치 형성 0.1 1.1
표 6에 나타난 바와 같이, 영구자석의 배치 각도를 변경한 경우에도 매입형 영구자석 전동기의 고정자와 회전자에 노치를 형성한 경우 현저한 코깅토크의 저감이 이루어짐을 확인할 수 있다.
최종적으로, 전술한 노치 구조의 최적화 과정을 통해 코깅토크를 저감시킨 본 발명의 일 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기와 노치 구조를 형성하지 않은 동일 규격의 영구자석 전동기의 성능을 비교한 그래프가 도 7에 도시된다.
도 7에 나타난 바와 같이, 전동기 설계 해석을 통해 도출한 종래의 전동기 코깅토크(71)와 실측된 종래의 전동기의 코깅토크(72)와 비교할 때, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전동기는 해석 코깅토크(73) 및 실측 코깅토크(74) 모두가 현저하게 감소하였음을 확인할 수 있다. 도 7에 도시된 그래프에 의하면, 해석치의 경우 종래의 전동기에 비해 본 발명의 일 실시형태에 따른 전동기는 대략 80%에 해당하는 코깅토크 감소가 달성됨을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기는, 노치 구조의 최적화를 통해 코깅토크를 현저하게 감소시켜 차량의 제어성 저하를 방지하고, 초기 구동에 민감한 모터의 경우 코깅토크 저감으로 인하여 모터 제어를 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 매입형 영구자석 전동기는, 코깅토크를 저감함으로써 코깅토크 주파수 대역에서 진동이 커지는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인한 소음을 줄여 차량의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 관련 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 고정자 11: 요크
12: 치 13: 슈
20: 회전자 21: 영구자석
N1, N2: 노치

Claims (14)

  1. 링 형상의 고정자; 및
    상기 고정자의 내부에 공극을 사이에 두고 동축으로 배치되며 원주방향으로 외곽을 따라 서로 이격되게 복수개의 영구자석들이 삽입된 회전자;를 포함하며,
    상기 고정자는 상기 회전자와의 대면하는 내주면에 원주방향에 수직인 높이 방향으로 형성된 복수의 제1 노치를 갖고,
    상기 회전자는 상기 고정자와의 대면하는 외주면에 원주방향에 수직인 높이 방향으로 형성된 복수의 제2 노치를 가지며,
    상기 고정자는, 링형상의 요크와, 상기 요크로부터 내부로 연장된 복수의 치와, 상기 치의 단부에 형성되어 상기 고정자의 외주면과 대면하는 복수의 슈를 포함하며,
    상기 제1 노치는 상기 슈 각각에 2 개씩 형성되고,
    상기 슈 각각에 형성된 제1 노치의 원주 방향 중심과 상기 슈의 원주 방향 중심은, 상기 고정자의 중심을 기준으로

    (S: 상기 고정자의 슬롯의 개수)의 각도(A1, 단위는 도)를 형성하는 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 슈 각각에 형성된 제1 노치의 원주 방향 폭(W1, 단위는 mm)은,

    (S: 상기 고정자의 슬롯의 개수, Ws: 상기 슈의 원주 방향 폭)
    의 폭을 형성하는 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 노치는,

    (R1: 고정자의 반경(단위는 mm))
    의 직경방향 깊이(D1)를 갖는 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 노치의 높이 방향에 수직인 단면은 직사각형 또는 중심 방향으로 갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 노치는 상기 회전자의 영구자석이 삽입된 영역에 대응되는 회전자 코어 외측면 마다 1개 내지 3개 형성된 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 노치는 상기 회전자의 영구자석이 삽입된 영역에 대응되는 회전자 코어 외측면 마다 2 개씩 형성된 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 노치의 원주 방향 중심과 상기 제2 노치에 가장 인접한 상기 영구자석 중 일 극성의 영구자석이 삽입된 영역의 원주 방향 중심은, 상기 회전자의 중심을 기준으로

    (P: 상기 회전자의 극의 개수)
    의 각도(A2)를 형성하는 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 노치의 원주 방향 폭(W2, 단위는 mm)은,

    (P: 상기 회전자의 극의 개수, R: 상기 회전자의 반경)
    의 폭을 형성하는 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 노치는,

    (R2: 회전자의 반경(단위는 mm))
    의 직경방향 깊이(D2)를 갖는 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 노치의 높이 방향에 수직인 단면은 직사각형 또는 원주 방향으로 갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 전동기.
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