KR102657423B1

KR102657423B1 - 할박 영구자석 배열을 사용한 계자 권선형 회전자 및 이를 포함하는 하이브리드 모터

Info

Publication number: KR102657423B1
Application number: KR1020220043534A
Authority: KR
Inventors: 남광희; 이민혁
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2022-04-07
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2024-04-16
Also published as: KR20230144369A

Abstract

본 발명은 모터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 회전자 코일과 영구자석을 복합한 하이브리드형 모터에 있어서 방사방향으로 자화된 영구자석과 원주방향으로 자화된 영구자석을 이용하여 평균 토크를 향상시키고 토크 리플을 저감시킬 수 있는 모터에 관한 것이다.

Description

할박 영구자석 배열을 사용한 계자 권선형 회전자 및 이를 포함하는 하이브리드 모터{Field-wound rotor using halbach permanent magnet array and hybrid motor including same}

본 발명은 할박 영구자석 배열을 사용한 계자 권선형 회전자 및 이를 포함하는 하이브리드 모터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 회전자 코일과 영구자석을 복합한 하이브리드 모터에 있어서 방사방향으로 자화된 영구자석과 원주방향으로 자화된 영구자석을 이용하여 평균 토크를 향상시키고 토크 리플을 저감시킬 수 있는 모터에 관한 것이다.

모터는 크게 코일 타입과 자석 타입으로 나눌 수 있다. 코일 타입은 코일을 와인딩하여 작동하는 모터로서 높은 점적률을 확보할 수 있는 장점이 있고, 자석 타입은 영구자석을 사용하므로 높은 Flux를 확보하여 토크의 크기를 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 이에, 코일과 영구자석을 복합한 하이브리드형 모터가 제안된 바 있다.

도 1은 종래 하이브리드형 모터의 일부 단면도로서, 종래 하이브리드형 모터(10')는 고정자(11')와 회전자(12')를 포함하고, 회전자(12')는 회전자 코어에 코일(13')이 권선되고 코일의 외측에 원주방향으로 자화된 영구자석(14')이 설치된 구조를 가진다.

영구자석에 의해 발생되는 자기장은 경로 ①을 따라 형성되고, 이는 코일에 의해 발생되는 자기장과 만나 전체 공극 자속필드를 강화시키는 이점이 있다. 그러나, 영구자석에 의해 발생되는 자기장 중 일부는 경로 ②를 따라 형성되고, 이러한 누설 자속은 코일에 의해 발생되는 자기장의 형성을 방해하여 오히려 전체 공극 자속필드를 감소시키는 문제가 있다.

한국 등록특허공보 제10-2164962호(2020.10.06. 등록)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 회전자 코일과 영구자석을 복합한 하이브리드형 모터에 있어서 방사방향으로 자화된 영구자석과 원주방향으로 자화된 영구자석을 이용하여 평균 토크를 향상시키고 토크 리플을 저감시킬 수 있는 모터를 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 예에 따른 회전자는, 회전중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 복수의 티스를 포함하는 회전자 코어; 상기 복수의 티스 각각에 권선되는 코일; 및 상기 코일의 방사방향 외측에 구비되는 영구자석 모듈;을 포함하고, 상기 영구자석 모듈은, 원주방향으로 자화된 자석과, 방사방향으로 자화된 자석을 포함할 수 있다.

상기 영구자석 모듈은, 상기 복수의 티스 중 인접한 두 티스 각각의 회전자 슈 사이에 배치될 수 있다.

상기 영구자석 모듈은, 외측 방사방향으로 자화된 제1 영구자석과, 원주방향으로 자화된 제2 영구자석과, 내측 방사방향으로 자화된 제3 영구자석을 포함할 수 있다.

상기 제1, 제2, 제3 영구자석은 순서대로 원주방향을 따라 적층된 구조로 이루어져 할박 배열(halbach array) 될 수 있다.

본 발명의 회전자는, 극 피치 원주각(2π/K)과, 상기 영구자석 모듈의 원주각(Φ_m)과, 상기 제2 영구자석의 원주각(Φ_mθ)을 설계변수로 하여 설계될 수 있다(여기서, K는 극수).

상기 영구자석 모듈의 원주각에 대한 상기 극 피치 원주각의 비율((Φ_m)/(2π/K))을 제1 설계변수로 하고, 상기 제2 영구자석의 원주각에 대한 상기 영구자석 모듈의 원주각의 비율((Φ_mθ)/(Φ_m))을 제2 설계변수로 할 수 있다.

상기 제1 설계변수는, 0.7 ≤ (Φ_m)/(2π/K) ≤ 0.9의 제1 범위를 만족하고, 상기 제2 설계변수는, 0.6 ≤ (Φ_mθ)/(Φ_m) ≤ 0.8의 제2 범위를 만족할 수 있다.

상기 제1 범위와 제2 범위는, 상기 제1 영구자석, 제2 영구자석, 및 제3 영구자석의 두께와 무관하게 결정될 수 있다.

상기 회전자 슈는 상기 영구자석 모듈의 크기에 대응하여 그 크기가 결정될 수 있다.

상기 회전자 슈에는 원주방향으로 소정 돌출되어 상기 영구자석 모듈을 지지하는 걸림돌기가 형성될 수 있다.

상기 영구자석 모듈의 방사방향 외측에는 상기 영구자석 모듈을 고정하기 위한 고정판이 구비될 수 있다.

본 발명에 의하면, 방사방향으로 자화된 영구자석과 원주방향으로 자화된 영구자석을 할박배열함으로써 아마츄어 리액턴스 필드의 영향이 감소되며, 이에 따라 모터의 평균 토크가 향상되고 토크 리플이 저감될 수 있다.

또한, 모터 설계의 변수 인자를 제1 설계변수와 제2 설계변수로 한정함으로써 모터 설계시 고려해야 하는 설계변수의 수를 크게 줄이고, 제1 설계변수와 제2 설계변수에 대한 최적의 제1 범위와 제2 범위가 기설정됨에 따라 모터의 설계가 용이해지며, 나아가 방사방향 자석이 원주방향 자석과 영구자석 모듈을 이룸으로써 회전자 슈가 차지하는 영역을 최소화할 수 있다.

도 1은 종래 하이브리드형 모터의 일부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 모터의 일부 단면도이다.
도 3은 도 2에서 회전자를 분리하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 사시도이다.
도 5는 고정자에 전류가 인가되지 않았을 경우의 공극 자속 필드를 나타낸 그래프이다.
도 6은 고정자에 전류가 인가되었을 경우의 공극 자속 필드를 나타낸 그래프이다.
도 7은 모터의 토크를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터의 일부 단면도이다.
도 9, 10은 종래 모터의 평균 토크 크기와 토크 리플을 나타낸 그래프이다.
도 11, 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터의 평균 토크 크기와 토크 리플을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 일부 단면도이다.
도 14, 15는 종래 모터의 평균 토크 크기와 토크 리플을 나타낸 그래프이다.
도 16, 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 평균 토크 크기와 토크 리플을 나타낸 그래프이다.
도 18은 도 4에서 영구자석 모터를 분리한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 모터의 일부 단면도로서, 본 발명의 모터(10)는 고정자 코어와 권선으로 이루어진 고정자(11)와 회전자(12)가 공극(13)을 사이에 두고 분리된 형태를 가진다. 고정자(11)는 원통형의 고정자 바디를 포함하고, 회전자(12)는 고정자 코어 내측의 중공된 부분에 설치되어 회전하도록 구성된다.

도 3은 도 2에서 회전자를 분리하여 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 사시도로서, 본 발명의 회전자(12)는 크게 회전자 코어(100), 코일(200), 및 영구자석 모듈(300)을 포함한다.

회전자 코어(100)는 회전중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 복수의 티스(110)를 포함한다. 즉, 복수의 티스(110)는 각각 원주방향을 따라 소정 이격되어 배치되며, 각 티스(110)는 방사방향으로 연장된 구조를 가진다. 각 티스(110)의 연장방향 단부에는 회전자 슈(120)가 구비된다. 회전자 슈(120)는 코일이 비산되는 것을 방지하기 위한 돌출 구조로서 형태에 특별한 제약은 없으며, 영구자석 모듈(300)의 크기, 즉 영구자석 모듈(300)을 구성하는 각 영구자석들의 두께와 원주방향으로의 길이 등에 대응하여 회전자 슈의 크기가 결정될 수 있다.

코일(200)은 복수의 티스(110) 각각에 권선된다. 코일(200)에는 전압이 인가되며 전류가 흐르게 되며, 이에 기자력이 발생된다. 인접한 두 코일에 흐르는 전류의 방향은 서로 반대로 구성될 수 있다.

영구자석 모듈(300)은 코일(200)의 방사방향 외측에 구비된다. 보다 구체적으로, 영구자석 모듈(300)은 코일(200)의 방사방향 외측이자, 동시에 복수의 티스(110) 중 인접한 두 티스(110)의 회전자 슈(120) 사이에 배치된다.

이때, 영구자석 모듈(300)은, 원주방향으로 자화된 자석과, 방사방향으로 자화된 자석을 포함한다. 즉, 도 1과 같이 종래의 모터에는 원주방향으로 자화된 영구자석만이 구비되는 것에 반해, 본 발명은 방사방향으로 자화된 자석을 더 포함하며, 이를 통해 원주방향으로 자화된 영구자석에서 발생되는 자기장의 경로를 쉐이핑(shaping) 할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 3을 다시 참조하면, 영구자석 모듈(300)은 외측 방사방향으로 자화된 제1 영구자석(310)과, 원주방향으로 자화된 제2 영구자석(320)과, 내측 방사방향으로 자화된 제3 영구자석(330)을 포함한다. 여기서 외측 방사방향이란 회전중심에서 외측으로 발산하는 방향을 의미하고, 내측 방사방향이란 외측에서 회전중심으로 수렴하는 방향을 의미한다.

이때, 제1, 제2, 제3 영구자석(310, 320, 330)은 순서대로 원주방향을 따라 적층된 구조로 이루어진다. 즉, 제1 영구자석(310)과 제3 영구자석(330) 사이에 제2 영구자석(320)이 배치되어, 원주방향으로 자화된 제2 영구자석(320)의 일측 단부에 외측 방사방향으로 자화된 제1 영구자석(310)이 밀착 배치되고, 제2 영구자석(320)의 타측 단부에 내측 방사방향으로 자화된 제3 영구자석(330)이 밀착 배치되며, 이에 따라 영구자석 모듈(300)의 제1, 제2, 제3 영구자석(310, 320, 330)은 그 자화 방향이 정현파를 이루는 할박 배열(halbach array)로 이루어질 수 있다.

이와 같이 구성됨으로써, 제2 영구자석(320)의 일측, 즉 N극에서 나오는 자기장이 제1 영구자석(310)에 의해 고정자 쪽으로 경로가 조정되고, 고정자를 지나 제2 영구자석(320)의 타측, 즉 S 극으로 들어오는 자기장이 제3 영구자석(330)에 의해 제2 영구자석쪽으로 경로가 조정되며, 이에 따라, 제2 영구자석의 자속이 원하지 않는 경로, 즉 도 1의 경로 ②로 누설되는 것을 방지할 수 있다.

도 3, 4와 같이, 제1, 제2, 제3 영구자석(310, 320, 330)은 모두 동일한 두께(d)로 형성될 수 있으며, 제1 영구자석(310)과 제3 영구자석(330)은 서로 동일한 크기로 형성되되, 자화된 방향만 서로 반대일 수 있다. 또한, 제1 영구자석(310)과 제3 영구자석(330)은 제2 영구자석(320)에서 발생하는 자기장의 경로를 조정하기 위한 것으로서, 제1 영구자석(310)과 제3 영구자석(330)은 제2 영구자석(320)에 비해 원주방향 길이가 짧게 형성될 수 있다.

도 5는 고정자에 전류가 인가되지 않았을 경우의 공극 자속 필드를 나타낸 그래프이고, 도 6은 고정자에 전류가 인가되었을 경우의 공극 자속 필드를 나타낸 그래프로서, 도 5(a), 도 6(a)는 각각 모터의 위상각에 따른 공극 자속 필드를 나타내고, 도 5(b), 도 6(b)는 각각 그의 퓨리에 시리즈 데이터를 나타낸다. 각 그래프에는 종래 기술(conventional)과 본 발명(proposed)의 데이터가 비교되어 나타나 있다.

도 5와 같이 고정자에 전류가 인가되지 않았을 경우에는, 종래 기술과 본 발명의 공극 자속 필드는 크게 다르지 않다. 그러나, 도 6과 같이 고정자에 전류가 인가되었을 경우, 위상각 10에서 15도 사이에서, 종래의 모터는 q상 전류에 의한 아마츄어 리액션(Aramature reaction) 필드의 영향으로 인해 공극 자속 필드의 변형이 일어남에 반해, 본 발명은 해당 영역에서 공극 자속 필드의 변형이 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 6(b)와 같이, 종래의 모터는 퓨리에 시리즈 데이터의 1st 항목의 크기가 크게 감소되는 것에 반해, 본 발명은 1st 항목이 크게 감소되지 않고 상대적으로 높게 유지되는 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명은 제1, 제2, 제3 영구자석을 할박 배열하여 자기장의 경로를 적절히 변형함으로써 q상 전류에 의한 아마츄어 리액션 필드의 영향을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 종래 기술에 비해 모터의 평균 토크가 상승될 수 있다. 도 7은 모터의 토크를 나타낸 그래프로서, 도시된 바와 같이 종래 기술의 평균 토크에 비해 본 발명의 평균 토크가 상승된 것을 확인할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 설계변수에 대해 살펴보도록 한다.

본 발명은 상기와 같은 구조에 있어서, 극 피치 원주각(2π/K)과, 영구자석 모듈의 원주각(Φ_m)과, 제2 영구자석의 원주각(Φ_mθ)을 설계변수로 하여 설계될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명은 (Φ_m)/(2π/K), 즉 전체 영구자석의 원주각에 대한 극 피치 원주각의 비율을 제1 설계변수로 하고, (Φ_mθ)/(Φ_m), 즉 원주방향으로 자화된 제2 영구자석의 원주각에 대한 전체 영구자석의 원주각에 대한 비율을 제2 설계변수로 하여 설계될 수 있다. 여기서 K는 모터의 극수에 해당하고, 이에 따라 극 피치 원주각(2π/K)은 인접한 두 티스(110) 각각의 두 중앙선에 의해 형성되는 중심각에 해당할 수 있으며, 영구자석 모듈의 원주각(Φ_m)은 서로 밀착 배치된 제1, 제2, 제3 영구자석(310, 320, 330) 전체의 원주각에 해당할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터의 일부 단면도로서, 위의 설계 변수, 즉, 극 피치 원주각, 영구자석 모듈의 원주각, 제2 영구자석의 원주각이 표시되어 있으며, 본 예의 경우 영구자석의 두께는 5mm로 설정되고, 극수는 총 6극으로 이루진다.

이때, 도 8을 참조하면, 본 발명은 제1 영구자석(310)과 제3 영구자석(330)의 위치에 각각 상술한 바와 같이 외측 방사방향 자석과 내측 방사방향 자석이 구비되고, 종래 모터는 제1 영구자석(310)과 제3 영구자석(330)의 위치에 영구자석이 아닌 회전자 코어와 동일한 재질(예를 들어, steel)의 구조물이 구비된다.

도 9, 10은 종래 모터의 평균 토크 크기와 토크 리플을 나타낸 그래프이고, 도 11, 12는 본 발명의 평균 토크 크기와 토크 리프을 나타낸 그래프이다. 이때, 도 9, 11은 각각 제1 설계변수를 가로축의 변위로, 제2 설계변수를 세로축의 변위로 한 경우 모터의 평균 토크 크기와 토크 리플의 데이터를 3D 그래프로 나타낸 것이고, 도 10, 12는 각각 도 9, 11의 데이터를 2D 그래프로 나타낸 것이다.

도 9, 10을 참조하면, 종래 모터의 경우, 평균 토크 크기는 제1 설계변수가 약 0.7이고 제2 설계변수가 약 0.9인 지점에서 최고가 되고, 토크 리플은 제1 설계변수가 약 0.8이고 제2 설계변수가 약 0.5인 지점에서 최소가 된다. 즉, 종래 모터는 평균 토크 크기가 최대가 되는 지점과 토크 리플이 최소가 되는 지점이 서로 일치하지 않으며, 따라서 이 둘을 동시에 만족할 수 없는 문제가 있다.

이에 반해, 도 11, 12를 참조하면, 본 발명의 경우, 평균 토크 크기는 제1 설계변수가 약 0.8이고 제2 설계변수가 약 0.7인 지점에서 최고가 되고, 토크 리플 또한 이와 동일하게 제1 설계변수가 약 0.8이고 제2 설계변수가 약 0.7인 지점에서 최고가 된다. 즉, 본 발명은 평균 토크 크기가 최대가 되는 지점과 토크 리플이 최소가 되는 지점이 서로 일치하며, 따라서 본 발명에 의하면 제1 설계변수와 제2 설계변수를 적절히 조절하여 평균 토크 크기를 최대로 함과 동시에 토크 리플을 최소화할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명은, 제1 설계변수가 0.7 이상 0.9 이하의 제1 범위를 만족하고, 동시에 제2 설계변수가 0.6 이상 0.8 이하의 제2 범위를 만족할 수 있으며, 이와 같이 설계변수들이 제1 범위와 제2 범위를 만족하는 경우 모터의 평균 토크 크기를 최대화함과 동시에 토크 리플을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 일부 단면도로서, 도 8의 제1 실시예와 비교하여 나머지 구조는 동일하되, 제1, 제2, 제3 영구자석의 두께를 제1 실시예에 비해 2배(10mm)로 변경한 것이다.

도 14, 15는 종래 모터의 평균 토크 크기와 토크 리플을 나타낸 그래프이고, 도 16, 17은 본 발명의 평균 토크 크기와 토크 리프을 나타낸 그래프이다. 이때, 도 14, 16은 각각 제1 설계변수를 가로축의 변위로, 제2 설계변수를 세로축의 변위로 한 경우 모터의 평균 토크 크기와 토크 리플의 데이터를 3D 그래프로 나타낸 것이고, 도 15, 17은 각각 도 14, 16의 데이터를 2D 그래프로 나타낸 것이다.

도 14, 15를 참조하면, 종래 모터의 경우 평균 토크 크기는 제1 설계변수가 약 0.6이고 제2 설계변수가 약 0.9인 지점에서 최고가 되고, 토크 리플은 제1 설계변수가 약 0.8이고 제2 설계변수가 약 0.4인 지점에서 최소가 된다. 즉, 제1 실시예에서와 마찬가지로, 종래 모터는 평균 토크 크기가 최대가 되는 지점과 토크 리플이 최소가 되는 지점이 서로 상이한 문제가 있다.

이에 반해, 도 11, 12를 참조하면, 본 발명의 경우, 평균 토크 크기는 제1 설계변수가 약 0.8이고 제2 설계변수가 약 0.7인 지점에서 최고가 되고, 토크 리플 또한 이와 동일하게 제1 설계변수가 약 0.8이고 제2 설계변수가 약 0.7인 지점에서 최고가 된다. 즉, 제1 실시예에서와 마찬가지로, 본 발명은 평균 토크 크기가 최대가 되는 지점과 토크 리플이 최소가 되는 지점이 서로 일치한다. 나아가, 본 제2 실시예에서도 앞의 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 설계변수가 0.7 이상 0.9 이하의 제1 범위를 만족하고, 제2 설계변수가 0.6 이상 0.8 이하의 제2 범위를 만족할 경우, 모터의 크기를 최대화하고 토크 리플을 최소화할 수 있다.

또한, 제1 실시예와 제2 실시예에서의 비교를 통해 알 수 있는 바와 같이, 제1 범위와 제2 범위는 영구자석 모듈(300)의 두께, 즉 제1, 제2, 제3 영구자석(310, 320, 330)의 두께와 무관하게 결정된다. 즉, 제1 변수와 제2 변수는 영구자석 모듈의 두께를 포함하지 않고, 제1 변수에 대한 제1 범위와 제2 변수에 대한 제2 범위 역시 영구자석 모듈의 두께에 의해 그 값이 변하지 않음을 확인할 수 있다.

이와 관련하여, 종래에는 공극 자속 필드가 회전자 슈의 근처에서 고정자 전류 계자 반응에 의해 크게 변형되는 문제가 있었고, 이를 해결하기 위해 회전자 슈의 크기와 모양을 변경하는 방식이 사용되었으나, 이는 모터의 사양(모터 크기, 극 수 등)이 변경될 때마다 회전자 슈의 모양과 크기를 매번 바꾸어야 하는 문제가 있고, 그 방식 또한 일정한 법칙 없이 다수의 시뮬레이션을 통해 최소 토크 리플 설계를 진행하여야 하므로, 모터를 설계하는 데에 큰 어려움이 있었다.

이에 반해, 본 발명은 변수 인자를 제1 설계변수와 제2 설계변수로 한정함으로써 모터 설계시 고려해야 하는 설계변수의 수를 크게 줄이고, 제1 설계변수와 제2 설계변수에 대한 최적의 제1 범위와 제2 범위가 기설정됨에 따라 모터의 설계가 용이해지며, 나아가 방사방향 자석이 원주방향 자석과 영구자석 모듈을 이룸으로써 회전자 슈가 차지하는 영역을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

한편, 도 18은 도 4에서 영구자석 모듈을 분리한 도면으로서, 도시된 바와 같이 회전자 슈(120)에는 원주방향으로 소정 돌출된 걸림돌기(130)가 형성되어 그의 상측에 배치되는 영구자석 모듈(300)이 걸림돌기(130)에 의해 지지될 수 있으며, 영구자석 모듈(300)의 방사방향 외측에는 영구자석 모듈(300)을 고정하기 위한 고정판(140)이 구비되어 영구자석 모듈(300)의 각 영구자석들이 회전자 코어(100)로부터 비산되는 것을 방지할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

10: 모터
11: 고정자
12: 회전자
13: 공극
100: 회전자 코어
110: 티스
120: 회전자 슈
130: 걸림돌기
140: 고정판
200: 코일
300: 영구자석 모듈
310: 제1 영구자석
320: 제2 영구자석
330: 제3 영구자석

Claims

회전중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 복수의 티스를 포함하는 회전자 코어;
상기 복수의 티스 각각에 권선되는 코일; 및
상기 코일의 방사방향 외측에 구비되는 영구자석 모듈;을 포함하고,
상기 영구자석 모듈은,
상기 복수의 티스 중 인접한 두 티스 각각의 회전자 슈 사이에 배치되며,
상기 영구자석 모듈은,
외측 방사방향으로 자화된 제1 영구자석과, 원주방향으로 자화된 제2 영구자석과, 내측 방사방향으로 자화된 제3 영구자석을 포함하고,
상기 제1, 제2, 제3 영구자석은 순서대로 원주방향을 따라 적층된 구조로 이루어져 할박 배열(halbach array)되며,
극 피치 원주각(2π/K)과, 상기 영구자석 모듈의 원주각(Φ_m)과, 상기 제2 영구자석의 원주각(Φ_mθ)을 설계변수로 하여 설계되고,
(여기서, K는 극수)
상기 영구자석 모듈의 원주각에 대한 상기 극 피치 원주각의 비율((Φ_m)/(2π/K))을 제1 설계변수로 하되,
상기 제1 설계변수는, 0.7 ≤ (Φ_m)/(2π/K) ≤ 0.9의 제1 범위를 만족하는, 회전자.
제1항에 있어서,
상기 제1 범위는,
상기 제1 영구자석, 제2 영구자석, 및 제3 영구자석의 두께와 무관하게 결정되는, 회전자.
회전중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 복수의 티스를 포함하는 회전자 코어;
상기 복수의 티스 각각에 권선되는 코일; 및
상기 코일의 방사방향 외측에 구비되는 영구자석 모듈;을 포함하고,
상기 영구자석 모듈은,
원주방향으로 자화된 자석과, 방사방향으로 자화된 자석을 포함하고,
상기 영구자석 모듈은,
상기 복수의 티스 중 인접한 두 티스 각각의 회전자 슈 사이에 배치되며,
상기 영구자석 모듈은,
외측 방사방향으로 자화된 제1 영구자석과, 원주방향으로 자화된 제2 영구자석과, 내측 방사방향으로 자화된 제3 영구자석을 포함하고,
상기 제1, 제2, 제3 영구자석은 순서대로 원주방향을 따라 적층된 구조로 이루어져 할박 배열(halbach array)되며,
극 피치 원주각(2π/K)과, 상기 영구자석 모듈의 원주각(Φ_m)과, 상기 제2 영구자석의 원주각(Φ_mθ)을 설계변수로 하여 설계되고,
(여기서, K는 극수)
상기 제2 영구자석의 원주각에 대한 상기 영구자석 모듈의 원주각의 비율((Φ_mθ)/(Φ_m))을 제2 설계변수로 하되,
상기 제2 설계변수는, 0.6 ≤ (Φ_mθ)/(Φ_m) ≤ 0.8의 제2 범위를 만족하는, 회전자.
제3항에 있어서,
상기 제2 범위는,
상기 제1 영구자석, 제2 영구자석, 및 제3 영구자석의 두께와 무관하게 결정되는, 회전자.
회전중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 복수의 티스를 포함하는 회전자 코어;
상기 복수의 티스 각각에 권선되는 코일; 및
상기 코일의 방사방향 외측에 구비되는 영구자석 모듈;을 포함하고,
상기 영구자석 모듈은,
원주방향으로 자화된 자석과, 방사방향으로 자화된 자석을 포함하고,
상기 영구자석 모듈은,
상기 복수의 티스 중 인접한 두 티스 각각의 회전자 슈 사이에 배치되며,
상기 영구자석 모듈은,
외측 방사방향으로 자화된 제1 영구자석과, 원주방향으로 자화된 제2 영구자석과, 내측 방사방향으로 자화된 제3 영구자석을 포함하고,
상기 제1, 제2, 제3 영구자석은 순서대로 원주방향을 따라 적층된 구조로 이루어져 할박 배열(halbach array)되며,
극 피치 원주각(2π/K)과, 상기 영구자석 모듈의 원주각(Φ_m)과, 상기 제2 영구자석의 원주각(Φ_mθ)을 설계변수로 하여 설계되고,
(여기서, K는 극수)
상기 영구자석 모듈의 원주각에 대한 상기 극 피치 원주각의 비율((Φ_m)/(2π/K))을 제1 설계변수로 하고,
상기 제2 영구자석의 원주각에 대한 상기 영구자석 모듈의 원주각의 비율((Φ_mθ)/(Φ_m))을 제2 설계변수로 하되,
상기 제1 설계변수는, 0.7 ≤ (Φ_m)/(2π/K) ≤ 0.9의 제1 범위를 만족하고,
상기 제2 설계변수는, 0.6 ≤ (Φ_mθ)/(Φ_m) ≤ 0.8의 제2 범위를 만족하는, 회전자.
제5항에 있어서,
상기 제1 범위와 제2 범위는,
상기 제1 영구자석, 제2 영구자석, 및 제3 영구자석의 두께와 무관하게 결정되는, 회전자.
삭제
삭제
제1항, 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자 슈는 상기 영구자석 모듈의 크기에 대응하여 그 크기가 결정되는, 회전자.
제1항, 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자 슈에는 원주방향으로 소정 돌출되어 상기 영구자석 모듈을 지지하는 걸림돌기가 형성되는, 회전자.
제1항, 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구자석 모듈의 방사방향 외측에는 상기 영구자석 모듈을 고정하기 위한 고정판이 구비되는, 회전자.