KR20020081622A - Brushless dc motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 회전자 영구자석과 스테이터 코어의 슬롯 개구부에서 발생하는 자기적 불평형을 감소시킬 수 있도록 영구자석을 요크(yoke) 내주연에 비대칭으로 배열시킨 C형 영구자석을 갖는 브러시리스 직류모터(brushless direct current motor with C type permanent magnet)에 관한 것이다.The present invention provides a brushless DC motor having a C-type permanent magnet in which the permanent magnet is asymmetrically arranged in the yoke inner circumference so as to reduce magnetic inequality generated in the rotor permanent magnet and the slot opening of the stator core. direct current motor with C type permanent magnet).
더욱 상세하게는, 영구자석의 횡방향과 종방향의 간격을 비대칭으로 배열함에 따라 영구자석 접합부 공극의 자석밀도 감소로 인해 코깅 토오크(cogging torque)를 감소시킬 수 있도록 한 브러시리스 직류모터에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to a brushless DC motor which can reduce cogging torque due to a decrease in magnet density of the pores of the permanent magnet junction by asymmetrically arranging the lateral and longitudinal gaps of the permanent magnet. .
일반적으로, 브러시리스 직류모터는 수명이 길고, 정류자와 브러시가 삭제된 구조에 따라 전기적 및 기계적 노이즈가 발생하지않는 이점을 갖게되므로, 각종 전기 및 전자 제품의 가전기기는 물론 사무기기, 자동차 전장용 등의 구동모터로서 폭 넓게 사용되고 있다. 즉 브러시리스 직류모터에는 고에너지 밀도를 갖는 영구자석을 사용함으로서 출력이 높아 전기 및 전자 제품, 사무기기, 자동차 전장용 등의 구동모터로서 폭넓게 사용하는 것이다.In general, the brushless DC motor has a long lifespan, and has the advantage that the electrical and mechanical noise does not occur according to the structure in which the commutator and the brush is removed, so as to the home appliances of various electrical and electronic products, as well as office equipment, automotive electronics It is widely used as a driving motor for the back. In other words, the brushless DC motor uses a permanent magnet having a high energy density, so the output is high, and thus it is widely used as a driving motor for electric and electronic products, office equipment, and automotive electronics.
도 1은 종래 기술에 의한 브러시리스형 직류 모터의 개략적인 단면도 이다.1 is a schematic cross-sectional view of a brushless DC motor according to the prior art.
도시된 바와 같이, C형 영구자석을 갖는 브러시리스 직류모터는 회전자(rotor)(5)와 스테이터 코어(staor core)(1)를 갖추고 있으며, 회전자(5)로서 요크(4)의 내주면에 대략 부채꼴 형상으로 장착되는 C형 영구자석(permanentmagnet)(2)은 12극을 형성하기 위하여 편당 2개의 N극과 S극 또는 2개의 S극과 N극을 갖도록 구성되며, 스테이터 코어(1)는 회전자(5)가 공극(air gap)을 유지하면서 위치되도록 스페이스(space)를 제공하고, 프레스(press) 가공된후 절연처리된 얇은 규소강판에 전기를 흘려줄 수 있도록 코일(3)이 권선된다.As shown, a brushless direct current motor having a C-type permanent magnet is provided with a rotor 5 and a stator core 1, and as the rotor 5 an inner circumferential surface of the yoke 4. The C-type permanent magnet (2) mounted in a substantially fan-shaped shape on the stator core (1) is configured to have two N-poles and S-poles or two S-poles and N-poles per piece to form 12 poles. Provides a space so that the rotor 5 is positioned while maintaining an air gap, and the coil 3 is provided so that electricity can be supplied to the insulated thin silicon steel sheet after being pressed. Winding.
따라서, 스테이터 코어(1)의 코일(3)에 전원 전압이 인가되면 기자력이 형성되고 영구자석(2)의 극 변화에 따른 자속과 적절한 상호작용을 얻기 위하여 각각의 코일(3)전류의 방향과 순서를 적절히 교환하여 인가하면, 스테이터 코어(1)의 자계와 영구자석(2)의 자계 사이의 상호작용에 의하여 회전자(5)로 사용되어지는 영구자석(2)을 포함한 요오크(4)는 일방향으로 회전 토오크가 발생하여 회전력을 얻게 된다.Therefore, when a power supply voltage is applied to the coil 3 of the stator core 1, a magnetomotive force is formed, and in order to obtain proper interaction with the magnetic flux according to the pole change of the permanent magnet 2, the direction of each coil 3 current and The yoke 4 including the permanent magnet 2 used as the rotor 5 by the interaction between the magnetic field of the stator core 1 and the magnetic field of the permanent magnet 2, if the order is properly exchanged and applied. The rotation torque is generated in one direction to obtain the rotational force.
그러나, 전술한 바와 같은 종래 기술의 브러시리스 직류모터는, 제작상의 편의를 위하여 영구자석 편사이의 거리를 일정하게 유지하여 제작함에 따라 자기저항이 일정하지 않게되어 회전시 영구자석에 의한 자기수반 에너지가 회전에 의해 변하면서 발생되는 코깅 토오크가 큰 문제점으로 지적된다.However, in the brushless DC motor of the prior art as described above, the magnetoresistance is not constant due to maintaining a constant distance between the pieces of the permanent magnet for manufacturing convenience, the magnetic accompanying energy by the permanent magnet during rotation The cogging torque generated while changing by rotation is pointed out as a big problem.
즉, 도 4에 도시된 종래의 회전자 회전위치에 따른 코깅 토오크 특성을 나타낸 그래프에서와 같이, 전술한 영구자석(2)과 스테이터 코어(1)의 슬롯(6)에 의하여 발생하는 코깅 토오크는 매 주기 최고치가 220(g㎝)로 균일하게 나타난 것임을 확인할 수 있게 된다.That is, the cogging torque generated by the slot 6 of the permanent magnet 2 and the stator core 1, as shown in the graph showing the cogging torque characteristics according to the conventional rotor rotation position shown in FIG. It can be confirmed that the maximum value of each cycle is uniformly represented as 220 (gcm).
이와 같은 코깅 토오크는 스테이터 코어(1)와 회전자(5)사이의 상대적인 위치에 따라 자기 에너지가 변화되는 것으로 직류모터의 회전시 진동 및 소음을 유발하게되는 문제점을 갖게 된다.Such cogging torque is a magnetic energy is changed according to the relative position between the stator core (1) and the rotor (5) has a problem that causes vibration and noise during the rotation of the DC motor.
따라서, 본 발명의 목적은, 영구자석의 횡방향과 종방향의 간격을 비대칭으로 배열함에 따라 영구자석 접합부 공극의 자석밀도 감소로 인해 브러시리스의 직류모터에서 발생하는 소음과 진동의 원인인 코깅 토오크를 감소시키며, 초기 시동성을 향상시킬 수 있도록 한 브러시리스 직류모터를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to coke torque, which is a cause of noise and vibration generated in a brushless DC motor due to a decrease in the magnet density of the pores of the permanent magnet junction by asymmetrically arranging the lateral and longitudinal gaps of the permanent magnet. It is to provide a brushless DC motor to reduce the, and to improve the initial startability.
도 1은 종래 기술에 의한 브러시리스 직류모터의 개략적인 단면도,1 is a schematic cross-sectional view of a brushless DC motor according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 C형 영구자석의 비대칭 배열을 갖는 브러시리스 직류 모터의 개략적인 단면도,2 is a schematic cross-sectional view of a brushless DC motor having an asymmetrical arrangement of a C-type permanent magnet according to the present invention;
도 3은 영구자석 간격에 따른 공극자속밀도 방사방향 성분의 분포를 나타내는 그래프,3 is a graph showing the distribution of the radial magnetic flux density radial components according to the permanent magnet spacing,
도 4은 종래 기술의 브러시리스 직류모터의 회전자 회전위치에 따른 코깅 토오크 특성을 나타내는 그래프,Figure 4 is a graph showing the cogging torque characteristics according to the rotor rotation position of the brushless DC motor of the prior art,
도 5는 본 발명에 의한 브러시리스 직류모터의 회전자 회전위치에 따른 코깅 토오크 특성을 나타내는 그래프 이다.5 is a graph showing the cogging torque characteristics according to the rotor rotation position of the brushless DC motor according to the present invention.
*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명** Explanation of symbols used in the main part of the drawing *
1; 스테이터 코어(stator core)One; Stator core
2; 영구자석(permanent magnet)2; Permanent magnet
3; 코일(coil)3; Coil
4; 회전자 요오크(rotor back-yoke)4; Rotor back-yoke
A; 횡방향 영구자석 간격A; Transverse Permanent Magnet Spacing
B; 종방향 영구자석 간격B; Longitudinal permanent magnet spacing
전술한 본 발명의 목적은, 4편의 분할형 영구자석과, C형 영구자석이 장착되는 회전자와, 9개의 슬롯조합에 의해 형성되며 전류 인가용 코일이 권선되는 스테이터 코어와, 영구자석을 감싸는 요크를 구비하는 브러시리스 직류모터에 있어서, 영구자석과 스테이터 코어의 슬롯 사이에서 자기적 불평형에 의해 발생하는 코깅 토오크를 감소시킬 수 있도록 영구자석의 종방향 접합폭과 영구자석의 횡방향 접합폭을 비대칭으로 배열시킨 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터를 제공함에 의해 달성된다.The object of the present invention described above is a four-part permanent magnet, a rotor on which a C-type permanent magnet is mounted, a stator core formed by nine slot combinations, and a coil for applying current, and a permanent magnet. In brushless DC motors with a yoke, the longitudinal joining width of the permanent magnet and the transverse joining width of the permanent magnet are reduced to reduce cogging torque caused by magnetic unbalance between the permanent magnet and the stator core slot. It is achieved by providing a brushless direct current motor, characterized in that arranged asymmetrically.
바람직한 실시예에 의하면, 전술한 영구자석의 종방향과 횡방향의 배열을 150%이상 비대칭으로 배열시킨 것이다.According to a preferred embodiment, the longitudinal and transverse arrangements of the permanent magnets described above are arranged asymmetrically by 150% or more.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 범주 및 사상이 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which are intended to be described in detail to be easily carried out by those skilled in the art to which the present invention pertains, and thus the present invention It does not mean that the technical scope and spirit of the is limited.
도 2는 본 발명에 의한 브러시리스 직류모터의 개략적인 단면도 이다.2 is a schematic cross-sectional view of a brushless DC motor according to the present invention.
도시된 바와 같이, 4편의 분할형 영구자석(2)과, C형 영구자석(2)이 장착되는 회전자(5)와, 9개의 슬롯(6)조합에 의해 형성되며 전류 인가용 코일(3)이 권선되는 스테이터 코어(1)와, 영구자석(2)을 감싸는 요크(4)를 구비하는 브러시리스 직류모터에 적용되며, 이들은 도 1에 도시된 것과 실질적으로 동일하게 적용되므로 이하에서 구성 및 작동의 상세한 설명은 생략하며, 중복되는 도면부호는 동일하게 표기한 것임을 밝혀둔다.As shown, four divided permanent magnets (2), a rotor (5) on which the C-type permanent magnets (2) are mounted, and nine slots (6) are combined to form a current applying coil (3). ) Is applied to a brushless DC motor having a stator core (1) wound around and a yoke (4) surrounding the permanent magnet (2), which is applied substantially the same as that shown in FIG. The detailed description of the operation is omitted, and it is noted that duplicate reference numerals are the same.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 12극을 형성하기 위하여 편당 2개의 N극과 S극 또는 2개의 S극과 N극을 갖도록 구성되는 전술한 영구자석(2)과 프레스 가공된 얇은 규소 강판을 절연시켜 여러장 적층한 스테이터 코어(1)의 슬롯(6)사이에서 자기적 불평형에 의해 발생하는 코깅 토오크를 감소시킬 수 있도록 영구자석(2)의 종방향 접합폭과 영구자석(2)의 횡방향 접합폭을 비대칭으로 배열하되, 바람직하기로는 전술한 영구자석(2)의 종방향과 횡방향의 배열을 150%이상 비대칭으로 배열시킨 것이다.Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, the above-described permanent magnet 2 and press-formed thin silicon, which are configured to have two N-poles and S-poles or two S-poles and N-poles per piece, to form 12 poles Longitudinal joining width of permanent magnets (2) and permanent magnets (2) to reduce cogging torque caused by magnetic unbalance between slots (6) of stator cores (1) laminated with multiple sheets of steel The transverse bond width of is arranged asymmetrically, but preferably the arrangement in the longitudinal direction and the transverse direction of the above-mentioned permanent magnet 2 is asymmetrically arranged at least 150%.
도 3은 영구자석 간격에 따른 공극자속밀도 방사방향 성분의 분포도를 나타낸 그래프 이다.Figure 3 is a graph showing the distribution of the pore flux density radial component according to the permanent magnet spacing.
도시된 바와 같이, 영구자석의 종방향과 횡방향 간격을 비대칭으로 배열함에 따라 영구자석 접합부에서 공극의 자속밀도의 기울기가 다르게 나타남을 알 수 있다. 즉 구동 토오크를 발생시키는 그래프의 중간 대역은 영구자석의 배열에 무관하게 일치함으로 실제 회전시 발생하는 토오크는 동일하다.As shown, it can be seen that as the longitudinal and transverse spacing of the permanent magnets are arranged asymmetrically, the inclination of the magnetic flux density of the voids in the permanent magnet junction appears differently. That is, the middle band of the graph that generates the driving torque coincides with the arrangement of the permanent magnets, so the torque generated during actual rotation is the same.
그러나, 영구자석 접합부의 공극 자석밀도 감소에 의하여 스테이터 코어의 슬롯과 영구자석에 의하여 발생하는 코깅 토오크는 감소한다. 즉 영구자석의 종방향과 횡방향의 간격을 비대칭적인 배열으로 고정할 경우 실제 회전시 얻어야 하는 구동 토오크는 변화가 없이 진동과 소음을 유발시키는 코깅 토오크는 영구자석의 접합부 공극의 자속밀도의 감소로 저감시킬 수 있게 된다.However, the cogging torque generated by the slots of the stator core and the permanent magnets is reduced by decreasing the pore magnet density of the permanent magnet junction. In other words, when the longitudinal and transverse spacings of permanent magnets are fixed in an asymmetrical arrangement, the driving torque that must be obtained during actual rotation does not change, but the cogging torque that causes vibration and noise is reduced due to the reduction of the magnetic flux density of the gap between the permanent magnets. It can be reduced.
즉, 도 5에 도시된 회전자 회전위치에 따른 코깅 토오크 특성을 나타낸 그래프에서와 같이, 종방향 영구자석과 횡방향 영구자석의 배열을 150% 비대칭으로 배열하는 경우 전술한 영구자석(2)과 스테이터 코어(1)의 슬롯(6)에 의하여 발생하는 코깅 토오크의 최고값이 200(g㎝)로 감소(a선으로 도시됨)하게 되며, 종방향 영구자석과 횡방향 영구자석의 배열을 190% 비대칭으로 배열하는 경우 코깅 토오크의 최고값이 180(g㎝)로 감소(b선으로 도시됨)하여 비 주기적으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.That is, as shown in the graph showing the cogging torque characteristic according to the rotational position of the rotor shown in Figure 5, when the arrangement of the permanent permanent magnet and the transverse permanent magnet 150% asymmetrical arrangement and the permanent magnet (2) and The maximum value of the cogging torque generated by the slot 6 of the stator core 1 is reduced to 200 (gcm) (illustrated by a line), and the arrangement of the longitudinal permanent magnets and the transverse permanent magnets is 190 When arranged in% asymmetry, the maximum value of the cogging torque was reduced to 180 (gcm) (shown by the b-line) to confirm that it appeared aperiodically.
이상에서와 같이, 바람직한 실시예에 의하면 아래와 같은 이점을 갖는다.As mentioned above, according to a preferable embodiment, it has the following advantages.
영구자석의 횡방향과 종방향의 간격을 비대칭으로 배열함에 따라 영구자석 접합부 공극의 자석밀도 감소로 인해 코깅 토오크를 감소시켜 실제 직류모터 구동시 발생되는 토오크 리플(torque ripple)에 의하여 발생되는 진동을 감소시켜 직류모터의 소음 및 진동을 감소시키고, 초기 시동성을 향상시킬 수 있다.By asymmetrically arranging the transverse and longitudinal spacings of the permanent magnets, the cogging torque is reduced due to the decrease in the magnet density of the pores of the permanent magnet joints, thereby reducing the vibration caused by the torque ripple generated when the DC motor is actually driven. This reduces the noise and vibration of the DC motor and improves the starting performance.
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