KR19990030110A

KR19990030110A - 영구자석 회전자형 전동기

Info

Publication number: KR19990030110A
Application number: KR1019980039777A
Authority: KR
Inventors: 켄지 나리타; 다까시 스즈끼; 히로유끼 오쿠데라; 유지 가와이; 유지 소우마; 코지 가와니시; 요시찌카 후꾸다
Original assignee: 야기 추구오; 가부시키가이샤 후지쯔 제네랄
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 1999-04-26
Also published as: TW527761B; CN1213208A; EP0905858B1; CN1132291C; JP3818340B2; AU752067B2; MY121721A; DE69816391T2; AU8702698A; US6177745B1; ES2202756T3; JPH11103545A; KR100609330B1; DE69816391D1; EP0905858A1

Abstract

본 발명은, 영구자석이 매설된 회전자를 갖는 영구자석 회전자형 전동기에 관한 것으로서, 회전자코어의 어느 일방 극성자극에 사용되는 영구자석과, 타방향 극성자극에 사용되는 영구자석을 각각 형상 및 재료가 다른 영구자석을 사용하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 영구자석전동기의 자속밀도 및 릴럭턴스토오크의 선택폭을 넓힐 수 있는 영구자석 회전자형 전동기가 제공된다.

Description

영구자석 회전자형 전동기

본 발명은, 브러시리스(Brushless)DC모터 등의 회전자에 영구자석을 가지는 영구자석 회전자형 전동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자속밀도 및 릴럭턴스토오크 등을 선택적으로 설정할 수 있으며, 공기조화기의 컴프레서 등에 적합한 영구자석 회전자형 전동기에 관한 것이다.

이러한 전동기에 있어서는 회전자코어의 내부에 영구자석이 매설되며, 도 26은, 그 일예를 도시한 것으로, 그 전동기의 회전축선과 직교하는 면에서 본 전동기내부의 개략적 평면도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 회전자코어(2)는, 예를 들어 자계가 회전하는 24개의 슬롯을 갖는 고정자코어(1)의 내부에 배치되어 있다. 이러한 경우에 있어서 전동기의 극수는 4극이며, 이에 따라 회전자코어(2)에는 전동기의 극수와 상호 대응하는 4개의 영구자석(3)이 매설되어 있다.

각 영구자석(3)은 직사각형단면을 가지는 띠모양의 판으로 형성되어 있으며, 각 영구자석(3)은 회전자코어(2)의 외주연부에서 그 원주방향을 따라 균일하게 배치되며, 도 26의 지면에 대해 직교하는 방향으로 회전자코어(2)의 내부에 매설되어 있다.

각 영구자석(3) 사이에는 인접한 영구자석사이에서의 자속의 단락, 누설을 방지하기 위한 자속차단부인 플럭스배리어용 홀(4)이 형성되어 있으며, 이 예에서 플럭스배리어용 홀(4)은 삼각형상으로 영구자석(3)의 양단부에 마련되어 있다. 또한, 회전자코어(2)의 중심에는, 도시 않은 회전축이 압입되어지는 중심공(5)이 형성되어 있다.

여기서, 각 영구자석(3)에 의한 공극부(고정자코어(1)의 치형과 영구자석(3) 사이)의 자속분포가 정현파상으로 되어 있다고 하면, 이 전동기의 토오크 T는 T = Pn{Φa ㆍIaㆍcosβ- 0.5(Ld-Lq)ㆍI2ㆍsin2β}로 표시된다. 여기서, T는 출력토오크, Φ는 d, q의 좌표축상의 영구자석(3)에 의한 전기자쇄교자속, Ld, Lq는 d, q축인덕턴스, Ia는 d, q좌표축상의 전기자전류의 진폭, β는 d, q좌표축상의 전자기전류의 q축으로부터의 진행각, Pn은 극대수(pole-logarithm)이다.

상술한 식에서 첫번째 항은 영구자석(3)에 의한 마그네틱토오크이며, 두번째 항은 d축 인덕턴스와 q축 인덕턴스와의 차에 의해서 발생하는 릴럭턴스토오크이다. 상세하게는 T.IEE Japan, Vo l. 117-D, No 8, 1997의 논문을 참조한다.

그런데, 이러한 종류의 전동기에 사용되는 영구자석(3)의 대표적인 것으로는 희토류자석(rare-earth magnet)과 페라이트자석이 있다.

페라이트자석은, 저가이며 성형이 용이하여 다양한 형상의 영구자석을 얻을 수 있지만 자속밀도가 낮기 때문에 회전자코어의 소형화가 용이하지 않다. 이에 반해, 희토류자석은 자속밀도가 높기 때문에 회전자코어의 소형화는 용이하지만 성형이 용이하지 않아 형상이 한정되어 있으며, 또한, 페라이트자석에 비해 고가이다.

이와 같이, 이들 희토류자석 및 페라이트자석은 각각 장단점을 가지고 있기 때문에, 종래에는 모터의 용도와 가격 등을 참고해서 모든 자극의 영구자석으로 페라이트자석 혹은 희토류자석중 어느 하나를 선택하고 있다. 또한, 가격문제에 더하여 도 26에 예시되어 있는 것과 같이, 자극을 구성하는 영구자석을 모두 동일형상으로 하고 있기 때문에, 자속밀도 및 릴럭턴스토오크 등의 설정폭이 좁으며, 이에 의해 전동기의 설계가 용이하지 않다. 즉, 영구자석의 형상에 있어서, 예시 전술한 논문에는 역호형인 영구자석도 소개되어 있지만, 여기에서도 모든 극에는 동일형상의 영구자석이 사용되어 있다.

예를 들면, 모든 자극을 모두 동일한 희토류자석으로 구성하는 경우, 자속밀도가 지나치게 높으며, 가격도 상승하게 된다. 이에 반해 모든 자극을 모두 동일한 페라이트자석으로 구성하는 경우에는 가격은 낮아지지만, 자속밀도가 부족한 상태가 되어 충분한 모터토오크를 얻을 수 없다.

또한, 모든 자극의 영구자석형상이 동일하기 때문에, 이것에 의해 릴럭턴스토오크가 일의적으로 결정되어 버린다. 이와 같은 이유로, 종래에는, 페라이트자석과 희토류자석의 중간상태를 얻는 적절한 영구자석을 얻는 것이 어려우며, 다시 말해 원하는 자속밀도, 릴럭턴스토오크 및 가격을 선택하는 것이 어려운 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 이와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, 자속밀도 및 릴럭턴스토오크를 선택적으로 설정할 수 있으며, 또한 제작원가를 절감할 수 있는 합리적인 영구자석 회전자형 전동기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 영구자석 회전자형 전동기의 구성을 그 회전축선과 직교하는 평면측에서 도시한 개략적 평면도,

도 2는 도 1의 회전자코어의 회전축선에 따른 개략적 종단면도,

도 3 내지 도 25는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전자코어의 개략적평면도,

도 26은 종래의 영구자석전동기의 구성을 그 회전축선과 직교하는 평면측에서 도시한 개략적 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 회전자코어 11 : 제1영구자석(희토류자석)

12 : 제2영구자석(페라이트자석) 13 : 플럭스배리어용 홀

16 : 고정자코어

상기 목적은, 본 발명에 따라, 회전자계를 발생시키는 고정자코어의 내부에 마련되고 각 자극부분의 영구자석을 매설한 회전자코어를 갖는 영구자석 회전자형 전동기에 있어서, 상기 회전자코어의 일방 극성의 자극에 사용된 제1영구자석에 대해, 타방 극성의 자극에 상기 제1영구자석과 형상 및 재료가 다른 제2영구자석을 사용하는 것으로 달성된다.

본 발명에서, 상기 제1영구자석들 및 상기 제2영구자석들은 각각 동일형상, 동일재료인 것이 바람직하지만, 복수인 제1영구자석을 동일재료 이형상이나 다른재료 동일형상으로 형성할 수 있으며, 복수인 제2영구자석에 대해서도 동일재료 이형상이나 다른 재료 동일형상으로 형성해도 좋고, 이와 같은 형태도 본 발명에 포함된다.

이처럼, 예를 들어 어느 일방의 영구자석을 희토류자석으로 마련하고, 다른 방향의 영구자석을 페라이트자석으로 마련하는 경우, 그 자속밀도 및 릴럭턴스토오크가 모든 영구자석을 동일형상 및 동일재료로 마련한 종래의 회전자코아의 중간상태를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 가격면에서도, 모든 영구자석을 희토류자석으로 매설하는 종래의 회전자코어의 경우보다 저가로 달성할 수 있다.

본 발명에는 다음과 같이 다양한 형태가 포함되어 있으며, 이에 의해서도, 상기 목적이 달성된다.

제1형태로서 상기 제1영구자석은 단면이 직사각형인 띠모양의 판으로 형성되고, 한 쌍 또는 복수의 쌍이 상기 회전자코아의 외주연부에서 그 회전자코어의 직경과 직교하는 방향에 따라서 상호 평행하게 배치되며, 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는 띠형의 판으로 형성되며 한 쌍 또는 복수의 쌍이 상기 제1영구자석사이에 배치되어 있다.

이 제1형태에서 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는 상기 제2영구자석의 볼록면이 상기 회전자코어의 중심을 향하도록 배치되어도 좋고, 이와는 반대로, 호형의 단면을 갖는 상기 제2영구자석의 볼록면이 상기 회전자코어의 외주연부를 향해 배치되어도 좋다. 또한, 상기 각 제2영구자석은 원호부분의 길이가 서로 다르며, 동심적으로 배치된 호형의 단면을 가진 복수쌍의 판상의 띠형 자석편을 포함하여 구성해도 좋다.

제2형태에서, 상기 제1영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되며 한 쌍 또는 복수쌍의 영구자석이 상기 회전자코어의 외주연부부근에서 상기 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되며, 상기 제2영구자석은 단면이 직사각형인 띠모양의 판으로 형성된 두 개의 자석편을 포함한다. 이 제2형태에서 상기 제2영구자석의 두 개의 자석편은 상기 제1영구자석사이에 배치되며 상기 회전자코어의 중심을 향해 상호 수렴하도록 소정 각도로 배치되어 있다.

제3형태에서, 상기 각 제1영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성된 두 개의 자석편을 포함하며, 상기 두 개의 자석편은 상기 회전자코어의 중심을 향해 상호 수렴하도록 소정 각도를 두고 배치되며, 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되어 상기 제1영구자석사이에 배치되어 있다.

제4형태에서, 상기 제1영구자석은 단면이 직사각형인 띠모양의 판으로 한 쌍 또는 복수 쌍이 상기 회전자코어의 외주연부측에서 상기 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되어 있으며, 상기 제2영구자석은 부채형의 단면을 갖는 판상체로 한 쌍 또는 복수쌍을 가지며 상기 제1영구자석사이에 각각 배치되어 있다.

제5형태에서, 상기 각 제1영구자석은 단면이 직사각형인 띠모양의 판으로 형성된 두 개의 자석편을 포함하며, 상기 두 개의 자석편은 상기 회전자코어의 중심을 향해 상호 수렴하도록 소정 각도로 배치되며, 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는 판상체로 형성되어 상기 제1영구자석사이에 배치되어 있다.

제6형태에서, 상기 각 제1영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 한 쌍 또는 복수쌍의 상기 제1영구자석이 상기 회전자코어의 내주연부측에 상기 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되며, 상기 각 제1영구자석의 양단부로부터 상기 회전자코어의 외주연부를 향해 플럭스배리어용 장공이 형성되어 있으며, 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되고 한 쌍 또는 복수쌍의 상기 제2영구자석이 상기 제1영구자석사이에 각각 배치되어 있다.

제7형태에서, 상기 각 제1영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되며 한 쌍 또는 복수쌍의 상기 제1영구자석이 상기 회전자코어의 내주연부측에 상기 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되며, 상기 각 제1영구자석의 양단부로부터 상기 회전자코어의 외주연부를 향해 플럭스배리어용 장공이 형성되어 있고, 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는 판상체로 형성되며 한 쌍 또는 복수쌍의 상기 제2영구자석이 상기 제1영구자석사이에 배치되어 있다.

제8형태에서, 상기 각 제1영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되고, 한 쌍 또는 복수쌍의 상기 제1영구자석이 상기 회전자코어의 내주연부측에 그 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라서 상호 평행하게 배치되며, 상기 각 제1영구자석의 양단부로부터 상기 회전자코어의 외주연부를 향해 플럭스배리어용 장공이 형성되어 있으며, 상기 제2영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성된 두 개의 자석편을 포함하며, 상기 두 개의 자석편은 상기 제1영구자석사이에 배치되어 상기 회전자코어의 중심을 향해 상호 수렴하도록 소정 각도로 배치되어 있다.

제9형태에서, 상기 제1영구자석 및 상기 제 2영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성된 두 개의 자석편을 가지며, 상기 두 개의 자석편이 각 자극부분에 대해 상기 회전자코어의 중심을 향해 상호 수렴하도록 소정각도로 배치되어 있다.

상술한 각각의 형태에서, 상기 제1영구자석 및 상기 제2영구자석 중 어느 하나는 희토류자석을 사용하고, 다른 하나는 페라이트자석을 사용하는 것이 적절하다. 이들 자석은 일반적으로 그 구입이 용이하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 회전자코어는 프레스공정에 의해 형성된 자철판의 적층체로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 경우 자철판의 적층체에는 프레스공정중에 영구자석삽입공이 형성되며, 상기 영구자석삽입공에는 상기 제1영구자석 및 제2영구자석을 압입하여 착자하는 것이 제조공정상 효과적이다. 이에 의해, 종래의 제조공정으로 실시할 수 있으며, 제작원가의 상승없이 마련할 수 있다.

본 발명은 공기조화기의 컴프레서구동용으로 사용되는 브러시리스(brushless)DC모터에 적절하며, 이에 의해 공기조화기의 성능이 향상된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 영구자석 회전자형 전동기의 구성을 그 회전축선과 직교하는 평면측에서 도시한 개략적 평면도이며, 도 2는 도 1의 회전자코어의 회전축선에 따른 개략적 종단면도이고, 도 3 내지 도 25는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전자코어의 개략적 평면도이다.

본 발명은, 다른 자극에서 그것에 사용되는 영구자석의 재료 및 형상을 변경하여, 자속밀도 및 릴럭턴스토오크를 선택적으로 변경할 수 있는 것에 착안한 것으로 도 1에는 그 기본적인 실시예가 도시되어 있다. 더우기, 본 발명의 실시에서 회전자계를 발생하는 고정자코아(16)에 대해서는, 도 26의 종래의 고정자코아(1)와 동일한 것을 사용하므로 그 설명을 생략한다.

본 실시예에 관계된 영구자석 회전자형 전동기의 회전자코어(10)에서는, 어느 일방향의 자극(예를 들면 S극)에는 희토류자석으로 형성된 제1영구자석(11)이 사용되며, 이에 대해, 다른 일방향의 자극(N극)에는 페라이트자석으로 형성된 제2영구자석(12)이 사용된다. 즉, 다시 말해 S극과 N극에는 다른 재료의 영구자석이 사용된다.

또한, 어느 일방향에 마련된 제1영구자석(11)은, 직사각형의 단면을 가지는 띠모양의 판으로 이 실시예에서는 그 한 쌍이 회전자코어(10)의 외주연부부근에서 회전자코어(10)의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되어 있다. 이에 대해, 다른 일방향에 마련된 제2영구자석(12)은 호형의 단면을 가지는 띠모양의 판으로 한쌍의 제2영구자석(12)이 제1영구자석(11)사이에 배치되어 있다. 이 실시예에서, 제2영구자석(12)은 그 호형의 볼록면이 회전자코어(10)의 중심을 향하는 역호형으로 형성되어 있다.

이와 같이, 본 발명에서 제1영구자석(11)과 제2영구자석(12)은 그 형상이 다른 것으로 마련되어 있다.

여기서, 제1영구자석(11)의 양단부에는 자속의 단락, 누설을 방지하기 위한 자속차단부인 플럭스배리어용 홀(13)이 형성되어 있다. 또한, 회전자코어(10)의 축선상에는 도시하지 않은 회전축을 압입하기 위한 중심공(14)이 형성되어 있다.

본 발명에 따르면, 회전자코어(10)의 자속밀도는 제1 및 제2영구자석(11,12)을 모두 희토류자석으로 구성한 회전자코어(10)와, 제1 및 제2영구자석(11,12)을 전부 페라이트자석으로 구성한 회전자코어(10)의 중간상태를 갖는 것이다. 이는 희토류자석의 자속밀도는 높지만 페라이트자석의 자속밀도가 희토류자석의 자속밀도보다 낮기 때문이다.

또한, 그 가격에 있어서도 제1 및 제2영구자석 중 반은 고가의 희토류자석을 사용하며, 나머지 반은 저가의 페라이트자석을 사용하기 때문에 회전자코어(10)의 가격이 종래의 회전자코어의 중간상태를 갖게 된다.

그리고, 릴럭턴스토오크에 있어서는, 제2영구자석(12)이 호형인 것이 q축의 인덕턴스가 크고, 따라서 q축과 d축과의 인덕턴스차(릴럭턴스토오크의 파라메타)가 크게 되며, 예를 들면 도 26에서 설명한 종래의 경우보다도 크게 된다.

이에 의해서, 모든 영구자석을 희토류자석 또는 페라이트자석으로 형성한 회전자코어에 대해서, 중간상태의 자속밀도 및 릴럭턴스토오크를 갖는 회전자코어(10)을 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 가격면에도 모든 영구자석을 희토류자석으로 사용한 경우보다 저가로 달성할 수 있다. 즉, 이 실시예에서는, 제1 및 제2영구자석(11,12)을 재료가 다른 희토류자석과 페라이트자석으로 사용하지만, 다른 자석재료로도 적용가능하다. 그리고, 이 실시예에서는 S극의 영구자석(11)으로 희토류자석을 사용하며 N극의 영구자석(12)으로 페라이트자석을 사용하지만, 그와 반대로 N극의 영구자석을 희토류자석으로 사용하고 S극의 영구자석으로 페라이트자석을 사용하여도 바람직하다.

도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 이 회전자코어(10)는 자철판을 프레스공정에 의하여 동일형상으로 성형하여 도시 않은 금형내에서 자동적층하여 얻을 수 있으며, 프레스공정중에 각 자철판에 영구자석(11,12)을 수용하는 수용공을 형성하여 그 수용공의 내부에 각각의 영구자석(11,12)를 매설하여 착자하는 것이 바람직하다. 또한, 자속차단을 위한 플럭스배리어용 홀(13)도 영구자석을 수용하는 수용공을 형성함과 동시에 형성하는 것이 효과적이다.

이에 의하면, 종래와 동일한 프레스공정으로 회전자코어(10)을 얻을 수 있기 때문에 제조효율을 떨어뜨리지 않을 수 있으며, 또한, 제조가격의 상승을 초래하지도 않는다.

즉, 당업자에 의하면, 각각의 영구자석(11,12)의 양단부위치 및 플럭스배리어용 홀(13)의 형성위치는 회전자코어(10)의 회전시 원심력을 견딜 수 있도록 충분한 강도를 얻을 수 있는 위치로 설정되어 있다.

그리고, 이 회전자코어(10)를 공기조화기의 컴프레서용 브러시리스DC모터에 적용함으로써, 운전효율을 상승시킬 수 있으며 진동과 진동소음을 저하시킬 수 있어 공기조화기의 성능을 향상시킬 수 있다.

그런데, 상술한 회전자코어(10)를, 도 3 및 도 4와 같이 변형하므로 q축의 인덕턴스와 d축의 인덕턴스의 차를 보다 크게 할 수 있다.

또한, 어느 일방향의 자극에 사용된 페라이트자석의 자속밀도를 크게하는 것은, 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 것처럼 구성하는 것이 효과적이다. 게다가 도 3 및 도 4의 실시예보다도 자속밀도를 상승시킬 수 있으며 릴럭턴스토오크를 크게 하기 위해서는, 도 7의 회전자코어의 구성을 예시할 수 있다.

그 각각의 변형예에서 설명하면, 도 3에 도시되어 있는 변형예에서, 어느 일방향의 자극(S극)에 마련되는 제1영구자석(11)은 도 1의 실시예와 동일하지만, 다른 일방향의 자극(N극)에 설치되는 제2영구자석(15)에는 두 개의 자속편(15a, 15b)이 사용된다. 이 각각의 자속편(15a, 15b)은 모두 직사각형의 단면을 갖는 페라이트자석으로 마련되어 있다. 도 3에서, 회전자코어(10)의 각 자극사이에 배치되는 일방향의 q축에 따른 수직중심선을 Y, 다른 일방향의 q축에 따른 수평중심선을 X로 하면, 일방향의 자석편(15a)은 수직중심선Y와 평행하게 배치되며, 다른 일방향의 자석편(15b)은 수평중심선X와 평행하게 배치된다. 즉, 다시 말해, 자석편(15a, 15b)은 그것의 각 일단부가 회전자코어(10)의 중심을 향해 상호 수렴하도록 소정 각도를 두고 배치되며, 이에 의해 q축 인덕턴스와 d축 인덕턴스와의 차를 보다 크게할 수 있다.

즉, 도 3의 예에서는, 각 자석편(15a, 15b)을 각각 중심선 X, Y와 평행하게 배치하고 있는 관계상, 그들의 각 일단부사이의 배치각도는 90도이지만, 도 4에 표시되어 있는 것처럼 자석편(15a, 15b)의 각 일단부사이의 배치각도를 소정 각도로 하여 자석편(15a, 15b)이 회전자코어(10)의 중심을 향해 상호 인접하도록 배치해도 좋다.

다음, 도 5에 도시된 회전자코어(10)에서, 일방향의 자극(S극)의 제1영구자석(11)은 도 1의 실시예와 동일하며, 또한, 다른 방향의 자극(N극)의 제2영구자석(17)도 단면이 호형인 페라이트자석으로 마련되는데, 이 경우 제2영구자석(17)은 도 1의 실시예와는 달리, 그 호형의 볼록면이 회전자코어(10)의 외주연부를 향하도록 되어 있다. 이에 의하면, 제2영구자석(17)의 판두께를 도 1에 도시한 제2영구자석에 비해 두껍게하여 얻을 수 있으며 자속밀도가 높아진다.

도 6에 도시된 회전자코어(10)에서, 어느 일방향의 자극(S극)의 제1영구자석(11)은 도 1의 실시예와 동일하지만, 다른 일방향의 자극(N극)의 제2영구자석(18)은 단면이 부채형인 페라이트자석으로 마련하여 부채형의 페라이트자석의 외주면측이 회전자코어(10)의 외주연부를 따라 회전자코어(10)의 내에 매설되어 있다. 이에 의하면, 도 5의 예와 마찬가지로, 제2영구자석(18)이 커지며, 도 1의 실시예보다도 자속밀도를 크게 할 수 있다.

다른 변형예로서, 도 7에 도시된 회전자코어(10)에 대해 설명하면, 어느 일방향의 자극(S극)의 제1영구자석(11)은 도 1의 실시예와 동일하지만. 다른 방향의 자극(N극)의 제2영구자석(19)은 단면이 호형인 페라이트자석으로 마련된 두 개의 자석편(19a, 19b)을 가지고 있다. 이들 자석편(19a, 19b)은 각각의 원호의 길이가 다르며, 여기서는 원호의 길이가 긴 자석편(19a)이 회전자코어(10)의 내측에 배치되어 있으며, 또한, 호형의 페라이트자석의 볼록면이 회전자코어(10)의 중심을 향해 배치되어 있다. 그리고, 원호의 길이가 짧은 자석편(19b)은, 회전자코어(10)의 외주연부에 배치되며 원호의 길이가 긴 자석편(19a)과 동심적으로 배치되어 있다. 이에 따라, 제2영구자석(19)은 두 단계의 자석편(19a,19b)에 의해 q축인덕턴스가 커지며, 릴럭턴스토오크를 크게 얻을 수 있다.

상술한 각 변형예는 N극에 사용되는 제2영구자석에 대한 것이지만, 후술은 S극에 사용되는 제1영구자석의 다른 실시예를 도 8 내지 도 13에 의해 설명한다. 이에 의해서도, 자속밀도 및 릴럭턴스토오크를 변화시킬 수 있다.

이들의 각각의 실시예에서, S극에 사용되는 제1영구자석은 참조부호 20으로 도시되며, 이 제1영구자석(20)은 단면이 직사각형인 희토류자석으로 두 개의 자석편(20a,20b)을 갖는다. 도 8 내지 도 13중 어느 실시예에서도 각각의 자석편(20a,20b)은, 도 3 및 도 4에서 설명한 제2영구자석(15)의 두 개의 자석편(15a,15b)과 동일하게 그들의 각 일단부 사이를 소정 각도를 두고 배치하며, 각 자석편(20a,20b)이 회전자코어(10)의 중심을 향해 상호 근접하도록 설치되어 있다.

다시 말해, 도 8은 도 1의 실시예에 도시된 제1영구자석(11) 대신, 이 제1영구자석(20)의 자석편(20a,20b)을 사용하는 경우의 변형예이며, 도 9는 도 3의 실시예에 도시되어 있는 제1영구자석(11)대신, 이 제1영구자석(20)의 자석편(20a,20b)을 사용한 경우의 변형예이다. 또한, 도 10은 도 4의 실시예에 도시되어 있는 제1영구자석(11)대신, 이 제1영구자석(20)의 자석편(20a,20b)을 사용하는 경우의 변형예이다. 그리고, 도 11은 도 5의 실시예에 도시되어 있는 제1영구자석(11)대신 이 제1영구자석(20)의 자석편(20a,20b)을 사용한 경우의 변형예이며, 도 12는 도 6의 실시예에 도시되어 있는 제1영구자석(11)대신 제1영구자석(20)의 자석편(20a,20b)를 사용하는 경우의 변형예이다. 도 13은 도 7의 변형으로 도 7에 도시되어 있는 제1영구자석(11)대신 이 제1영구자석(20)의 자석편(20a,20b)을 사용하는 경우의 실시예이다.

도 8에 표시된 회전자코어(10)의 경우, 자속밀도는 도 1의 회전자코어(10)정도 변하지 않지만, q축인덕턴스가 크게 되어 릴럭턴스토오크가 커진다. 또한, S극의 제1영구자석(20)이, 두 개의 자석편(20a,20b)을 가지기 때문에 원하는 자속밀도를 얻기 쉽다는 이점도 있다.

마찬가지로 도 9 내지 도 13에 도시된 각각의 회전자코어(10)의 경우에서도, 제2영구자석을 변형한 효과와 함께 제1영구자석을 변형한 효과가 상승된다.

상술한 도 8 내지 도 13의 각 변형예에서는, S극에 두 개의 자석편(20a,20b)으로 된 제1영구자석(20)이 사용되지만, 도 14 내지 도 19에는, 그 제1영구자석으로 된 변형예가 도시되어 있다. 다시 말해, 도 14 내지 도 19는 도 8 내지 도 13에 각각 대응하고 있다.

이들 각 변형예에서도, S극에 사용된 제1영구자석(21)은 단면이 직사각형인 희토류자석인데, 이 경우, 제1영구자석(21)은 회전자코어(10)의 중심공(14)측에 배치되며 그 한쌍이 회전자코어(10)의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되어 있다. 한편, 도 14 내지 도 19의 변형예에서, 다른 방향의 자극(N극)인 제2영구자석은 도 8 내지 도 13과 동일하다.

그리고, 이 제1영구자석(21)의 양단부측에는, 회전자코어(10)의 외주연부를 향해 연장된 플럭스배리어용 홀(22)이 형성되어 있다. 도 14 내지 도 19의 변형예에서, 플럭스배리어용 홀(22)은, 회전자코어(10)의 외주연부측으로 갈수록 점차 그들 사이의 각도가 넓어지도록 형성되어 있다.

도 14에 도시된 회전자코어(10)을 대표로 설명하면, 자속밀도는 그에 대응하는 도 8의 회전자코어(10)보다 작지만, q축의 인덕턴스가 커짐에 따라 릴럭턴스토오크가 커진다. 또한, 가격면에서는 희토류자석의 양이 적으므로 제작원가가 낮아지게 되며, 이와 마찬가지로 도 15 내지 도 19에 도시한 회전자코어(10)에서도 제작원가가 낮아진다.

또한, 도 8 내지 도 13의 각 변형예에서는 S극인 제1영구자석으로서 희토류자석으로 이루어진 두 개의 자석편(20a,20b)을 가지는 제1영구자석(20)을 사용하지만, 도 8 내지 도 13에 각각 대응하는 다른 변형예에서의 도 20 내지 도 25에 도시된 것과 같이, 회전자코어내부에 마련된 자석편(20a,20b)의 각단부사이에 플럭스배리어용 홀(24)을 형성하는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 상세하게 설명했지만, 상술한 내용을 이해한 당업자는 그 변경, 개선 및 균등물을 용이하게 생각할 수 있으며, 따라서, 본 발명의 범위는 첨부한 클레임과 그와 균등한 범위인 것이다.

이와 같이, 회전자코어의 어느 일방향의 극성의 자극에 사용된 제1영구자석과, 상기 제1영구자석과 형상 및 재료가 다르며 상기 회전자코어의 다른 방향의 극성의 자극에 사용되어진 제2영구자석을 마련함으로써, 영구자석 회전자형 전동기의 자속밀도 및 릴럭턴스토오크의 선택폭을 넓힐 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 영구자석 회전자형 전동기의 자속밀도 및 릴럭턴스토오크의 선택폭을 넓힐 수 있으며, 제작원가를 절감할 수 있는 영구자석 회전자형 전동기가 제공된다.

Claims

회전자계를 발생시키는 고정자코어와, 상기 고정자코어의 내부에 마련되고 각 자극부분에 영구자석이 매설된 회전자코어를 갖는 영구자석 회전자형 전동기에 있어서,

상기 회전자코어의 일방 극성의 자극에 사용되는 제1영구자석과;

상기 제1영구자석과 형상 및 재료가 다르며 상기 회전자코어의 타방 극성의 자극에 사용되는 제2영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항에 있어서,

상기 제1영구자석들 및 상기 제2영구자석들은 각각 동일한 형상 및/또는 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1영구자석은 단면이 직사각형인 띠모양의 판으로 형성되고, 한 쌍 또는 복수의 쌍이 상기 회전자코어의 외주연부측에 상기 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되며, 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는띠형의 판으로 형성되며 한 쌍 또는 복수의 쌍이 상기 제1영구자석 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제3항에 있어서,

상기 제2영구자석은, 호형의 단면을 갖는 상기 제2영구자석의 볼록면이 상기 회전자코어의 중심을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제3항에 있어서,

상기 제2영구자석은, 호형의 단면을 갖는 상기 제2영구자석의 볼록면이 상기 회전자코어의 외주연부를 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각 제2영구자석은, 동심적으로 배치된 호형의 단면을 가진 복수쌍의 판상의 띠형 자석편을 포함하고, 원호부분의 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되며 한 쌍 또는 복수쌍의 영구자석이 상기 회전자코어의 외주연부측에 상기 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되며, 상기 제2영구자석은 단면이 직사각형인 띠모양의 판으로 형성된 두 개의 자석편을 포함하며 상기 두 개의 자석편은 상기 제1영구자석 사이에 상기 회전자코어의 중심을 향해 상호 수렴하도록 소정 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 각 제1영구자석은, 각각 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성된 두 개의 자석편을 포함하고, 상기 두 개의 자석편은 상기 회전자코어의 중심을 향해 수렴하도록 소정 각도로 배치되며, 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되어 상기 제1영구자석 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1영구자석은, 단면이 직사각형인 띠모양의 판으로 한 쌍 또는 복수의 쌍이 상기 회전자코어의 외주연부측에서 상기 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되며, 상기 제2영구자석은 부채형의 단면을 갖는 판상체로 형성되고 한 쌍 또는 복수쌍의 상기 제2영구자석이 각각 상기 제1영구자석사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 각 제1영구자석은, 각 단면이 직사각형인 띠모양의 판으로 된 두 개의 자석편을 포함하며, 상기 두 개의 자석편이 상기 회전자코어의 중심을 향해 상호 수렴하도록 소정 각도로 배치되며, 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는 판상체로 형성되고 상기 제1영구자석 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되며 한 쌍 또는 복수쌍의 상기 제1영구자석이 상기 회전자코어의 내주연부측에 상기 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되고, 상기 각 제1영구자석의 양단부로부터 상기 회전자코어의 외주연부를 향해 플럭스배리어용 장공이 형성되어 있으며, 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되고 한 쌍 또는 복수쌍의 상기 제2영구자석이 상기 제1영구자석사이에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 각 제1영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되며 한 쌍 또는 복수의 상기 각 제1영구자석이 상기 회전자코어의 내주연부측에 상기 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되고, 상기 제1영구자석의 양단부로부터 상기 회전자코어의 외주연부를 향해 플럭스배리어용 장공이 형성되어 있으며, 상기 제2영구자석은 호형의 단면을 갖는 판상체로 형성되고 한 쌍 또는 복수쌍의 상기 제2영구자석이 상기 제1영구자석사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 각 제1영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성되고, 한 쌍 또는 복수쌍의 상기 제1영구자석이 상기 회전자코어의 내주연부측에 상기 회전자코어의 지름과 직교하는 방향을 따라 상호 평행하게 배치되며, 상기 제1영구자석의 양단부로부터 상기 회전자코어의 외주연부를 향해 플럭스배리어용 장공이 형성되어 있으며, 상기 제2영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성된 두 개의 자석편을 가지며 상기 두 개의 자석편은 상기 제1영구자석사이에 배치되어 상기 회전자코어의 중심을 향해 상호 수렴하도록 소정각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 각 제1영구자석 및 상기 제2영구자석은 직사각형의 단면을 갖는 띠모양의 판으로 형성된 두 개의 자석편을 가지며 상기 두 개의 자석편이 각 자극부분에 대해 상기 회전자코어의 중심을 향해 상호 수렴하도록 소정각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1영구자석 및 상기 제2영구자석 중 어느 하나는 희토류자석을 사용하며, 다른 하나는 페라이트자석을 사용하는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항에 있어서,

상기 회전자코어는 프레스공정에 의해 형성된 자철판의 적층체로 이루어지고, 상기 자철판의 적층체에는 상기 프레스공정중에 영구자석삽입공이 형성되며 상기 영구자석삽입공에는 제1영구자석 및 제2영구자석이 매설되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전자코어를 갖는 브리시리스DC모터인 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자형 전동기.