KR20100005737A - 영구자석 감자 방지용 모터 고정자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석 감자 방지용 모터 고정자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 자동차의 구동모터에 발생하는 고조파를 저감하여 영구자석의 누설자속을 방지하는 영구자석 감자 방지용 모터 고정자에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 고정자와, 상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 수용되는 회전자와, 상기 회전자의 중심을 관통하여 설치된 회전축을 포함하는 모터에 있어서,

고정자의 치 끝단부에 회전자의 외주면에서 멀어지도록 직선부가 형성되고, 상기 직선부는 고정자의 반경방향을 기준으로 대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 감자 방지용 모터 고정자를 제공한다.

고정자, 회전자, 영구자석

Description

영구자석 감자 방지용 모터 고정자{Motor stator for preventing reduction of permanent magnet}

본 발명은 영구자석 감자 방지용 모터 고정자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 자동차의 구동모터에 발생하는 고조파를 저감하여 영구자석의 누설자속을 방지하는 영구자석 감자 방지용 모터 고정자에 관한 것이다.

일반적으로, 회전자에 영구자석이 구비되어 회전 구동력을 발생시키는 전동기는 회전자 코어에 설치되는 영구자석의 결합구조에 따라 영구자석 표면 부착형 전동기와 영구자석 매립형 전동기로 구분된다.

이 중에서 영구자석 매립형 전동기는 회전자 코어에 복수의 영구자석이 매립 설치되며, 마그네트 토오크 뿐만이 아니라 릴럭턴스 토크를 이용하게 된다. 또한, 영구자석 매립형 전동기는 고속 회전 시 발생하는 영구자석의 분리 현상을 구조적으로 방지하게 되므로, 회전자 코어의 표면에 자석을 부착하여 자장을 형성하는 영구자석 표면 부착형 전동기에 비해 효율이 우수하여 고속 구동용으로 많이 사용된 다.

이러한 영구자석 매립형 전동기는 고정자와, 고정자의 내부에 회전 가능하게 수용되는 회전자와, 회전자의 중심을 관통하여 설치되는 회전축을 포함한다.

고정자는 다수의 자성 강판을 대략 원통형상이 되도록 적층하여 만들어진 고정자 코어와, 이 고정자 코어에 원주방향으로 배열되는 복수의 슬롯에 감기는 코일을 포함하여 구성된다.

회전자는 고정자와 마찬가지로 다수의 자성 강판을 대략 원통 형상이 되도록 적층하여 만들어지며 고정자의 중공부에 일정 간격 이격된 상태로 끼워지는 회전자 코어와, 회전자 코어에 원주방향으로 배열된 복수의 설치홈과, 각 설치홈에 끼워지는 복수의 영구자석을 구비하며, 회전축은 회전자의 중심에 형성된 중공부에 압입되어 회전자와 함께 회전하게 된다.

고정자의 슬롯에 감겨진 복수의 코일에 전류가 인가되면 각 코일의 극성이 순차적으로 변하면서 슬롯 사이에 구비되는 티스(teeth; 齒(치))에서 회전자계가 발생되고, 이 티스부에 대향되어 있는 회전자에는 영구자석에 의한 자계가 형성된다.

그리고, 고정자의 티스에서 발생되는 회전자계의 극성과 영구자석에 의한 극성이 동일한 경우 발생되는 척력과, 극성이 상이한 경우에 발생되는 인력에 의해 회전자에 회전력이 인가되며, 회전자는 회전축을 중심으로 회전하게 된다.

그런데, 이러한 영구자석 매립형 전동기는 영구자석에서 발생되는 자속이 인접하는 영구자석으로 누설되어 효율이 저하되는 문제가 있기 때문에, 최근에는 영 구자석의 누설자속을 줄여 전동기의 효율을 높이기 위한 다양한 연구 개발이 이루어지고 있다.

한편, 모터의 공간에 여유가 있어서 엔드코일이 긴 분포권을 적용하는 경우에는 역기전력의 고조파가 큰 문제가 되지 않지만, 하이브리드 차량과 같이 엔진륨의 공간이 한정적이고, 엔진과 변속기 사이에 모터가 박형으로 삽입되는 구조처럼 집중권 채용이 필수적인 경우에는 집중권의 구조적인 문제로 발생하는 고조파의 저감이 영구자석의 감자방지를 위해서 특히 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 고정자 치(齒) 끝단부에 챔퍼를 주어 회전자와 쇄교자속을 정현적으로 만들어서 역기전력 파형에 포함된 고조파를 저감함으로써, 영구자석의 감자(減磁)를 방지할 수 있도록 한 영구자석 감자 방지용 모터 고정자를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고정자와, 상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 수용되는 회전자와, 상기 회전자의 중심을 관통하여 설치된 회전축을 포함하는 모터에 있어서,

고정자의 치 끝단부에 회전자의 외주면에서 멀어지도록 직선부가 형성된다.

바람직한 구현예로서, 상기 고정자의 치 끝단부에 형성된 직선부는 고정자의 반경방향을 기준으로 대칭되게 형성된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 직선부는 직선의 시작점에서 접선을 기준으로 일정한 각도록 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명에 따른 영구자석 감자 방지용 모터 고정자에 의하면, 고정자 치 끝단부에 챔퍼를 주어 회전자와의 쇄교자속이 챔퍼가 없을 때보다 정현적 으로 발생함으로써, 역기전력의 파형이 보다 정현파에 가까워지며 고조파 함유율(THD)을 저감할 수 있고, 인버터에서 전류고조파가 저감되어 모터 전류제어가 용이한 장점이 있다.

또한, 역기전력의 고조파가 저감되므로 고속에서 철손이 저감되고, 영구자석에서 발생하는 와전류손의 감자 발생을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영구자석 감자 방지용 모터 고정자의 치 끝단부 구조를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 감자 방지용 모터 고정자의 치 끝단부 구조를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 일실시예는 기존 모터의 고정자(10) 치 형상에 직선부(15,25)를 형성하여, 하이브리드 차량용 구동모터에 적용된 영구자석의 감자를 방지할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

일반적으로 고정자의 치 형상은 도 5에 도시한 바와 같이 회전자(11)와 동일하게 원호형태를 이루며 그 사이의 공극(16)도 일정한 곡률의 원호형태를 갖게 되나, 본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이 고정자(10) 치(13) 끝단부에 직선부(15)으로 가공하여 공극(16)이 상이한 부등(不等) 공극을 형성하도록 한다.

따라서, 영구자석 부분에서 외부의 감자 기자력을 강하게 받는 고정자(11) 코어 부분이 멀어지게 되어 영구자석이 외부로부터 감자될 위험에서 벗어나게 된 다.

한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 고정자(10) 치(23) 끝단부에서 가운데는 회전자(11)의 외주면과 같이 원호형태를 이루나, 각 고정자(23) 치(23) 끝단부에서 반경방향을 기준으로 양측에 챔퍼(25)가 형성됨으로써, 고정자(10) 치(23) 끝단부가 회전자(11)의 외주면과 균일한 공극(16)을 이루지 않고 고정자(10) 치(23) 끝단부가 영구자석과 멀어짐으로써, 역기전력의 고조파를 저감하여 영구자석의 감자 발생을 방지할 수 있다.

도 3은 종래의 고정자 치 끝단부에 챔퍼가 없는 경우 고조파를 측정하여 얻은 그래프 이고, 도 4는 본 발명에 따른 고정자 치 끝단부에 챔퍼가 있는 경우 고조파를 측정하여 얻은 그래프이다.

도시한 바와 같이 고정자 치 끝단부에서 챔퍼가 없는 경우(종래)에는 7.738%의 고조파를 나타내었고, 챔퍼가 있는 경우(본 발명)에는 3.66%의 고조파를 나타내내었다. 따라서, 본 발명이 종래에 비해 고조파가 저감되었음을 확인할 수 있었다.

또한, 고정자 치 끝단부의 챔퍼가 없는 경우와 고정자 치 끝단부의 챔퍼가 있는 경우에 대하여 기전력 성능시험을 하여 시험전후의 기전력을 측정한 결과를 나타내면 다음 표 1과 같다.

표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명은 기전력 성능시험 전후에 영구자석의 감자변화가 발생하지 않았고, 종래의 경우에는 시험 전후에 영구자석의 감자변화가 발생하였다.

따라서, 본 발명은 역기전력의 고조파 발생을 저감함으로써, 역기전력 파형이 정현파에 가까워지므로 인버터에서 전류고조파가 저감되어 모터 전류 제어가 용이하다. 또한, 역기전력의 고조파가 저감되므로 고속에서 철손이 저감되고, 영구자석에서 발생하는 와전류손의 감자발생을 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영구자석 감자 방지용 모터 고정자의 치 끝단부 구조를 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 감자 방지용 모터 고정자의 치 끝단부 구조를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 고정자 치 끝단부에 챔퍼가 있는 경우 고조파를 측정하여 얻은 그래프,

도 4는 종래의 고정자 치 끝단부에 챔퍼가 없는 경우 고조파를 측정하여 얻은 그래프,

도 5는 종래의 모터 고정자의 치 끝단부 구조를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 고정자 11 : 회전자

12,22 : 영구자석 삽입부 13,23 : 치(齒)

14 : 슬롯 15,25 : 직선부

Claims (3)

1. 고정자와, 상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 수용되는 회전자와, 상기 회전자의 중심을 관통하여 설치된 회전축을 포함하는 모터에 있어서,

   고정자의 치 끝단부에 회전자의 외주면에서 멀어지도록 직선부가 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 감자 방지용 모터 고정자.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 고정자의 치 끝단부에 형성된 직선부는 고정자의 반경방향을 기준으로 대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 감자 방지용 모터 고정자.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 직선부는 직선의 시작점에서 접선을 기준으로 일정한 각도록 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 감자 방지용 모터 고정자.

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