KR20100057935A - 영구자석 전동기의 스큐용 회전자 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석 전동기의 회전자에 스큐(Skew)를 두어 코깅 토크를 줄임으로써 토크 리플 저감에 따른 소음 진동을 개선할 수 있는 스큐용 회전자와 이 회전자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 회전자를 구성하는 회전자 코어에 스큐를 두기 위하여 리벳 홀의 위치를 정위치에서 일정각도 편심시키는 방식으로 회전자 코어를 제작하고, 이렇게 제작한 회전자 코어의 앞뒷면을 뒤집어 적층 조합하여 지그재그 형태의 스큐를 둘 수 있는 새로운 형태의 회전자를 구현함으로써, 기능면에서 우수한 소음 진동 효과를 얻을 수 있음은 물론, 무엇보다도 코어 금형 설비 한 개만 가지고도 회전자에 스큐를 시행할 수 있으며, 이에 따라 금형에 대한 시설 투자비용을 줄일 수 있는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자 및 제조방법을 제공한다.

영구자석 전동기, 회전자, 코깅 토크, 토크 리플, 소음 진동, 스큐

Description

영구자석 전동기의 스큐용 회전자 및 제조방법{Skewed rotor of permanent magnet motor and method for manufacturing the same}

본 발명은 영구자석 전동기의 스큐용 회전자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 영구자석 전동기의 회전자에 스큐(Skew)를 두어 코깅 토크를 줄임으로써 토크 리플 저감에 따른 소음 진동을 개선할 수 있는 스큐용 회전자와 이 회전자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 영구자석 전동기는 자속을 집중시켜 체적당 발생 토크를 증가시키기 위해 영구자석을 회전자 자극의 양쪽에 분할하고, 이를 세로방향으로 배치하여 자극을 형성하는 구조를 갖는 전동기로서, 큰 발생 토크를 갖는 반면에 큰 토크 리플을 가지는 단점이 있다.

그러나, 최근의 전력전자 기술의 발전과 전동기 제어기술의 발달 및 자기회로 설계기술의 발달은 이러한 단점을 최소화시키는 것이 가능해지면서 영구자석 전동기의 큰 단위체적당 발생 토크가 최근 전동기의 소형화 요구와 부합되어 관심이 증대되고 있다.

이와 같은 영구자석 전동기는 원통형상의 고정자와, 상기 고정자의 중공에 회전가능하게 수용되는 회전자로 이루어지며, 상기 고정자에는 중공을 형성하는 일정간격으로 슬롯이 형성되어 있고, 각각의 슬롯에는 다수의 코일에 권선된다.

그리고, 회전자는 원통형의 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 형성되어 있는 축홀에 결합되어 몸체와 함께 회전하는 샤프트를 포함하여 이루어지고, 상기 몸체의 중심부 외측에 원주방향을 따라 배치되는 다수의 영구자석이 결합된다.

보통 영구자석 전동기의 회전자는 매입형 영구자석 전동기(Interior type permanent magnet motor)와 표면 부착형 영구자석 전동기(Surface mounted permanent magnet motor)로 구분되고, 매입형의 경우 표면 부착형과는 달리 영구자석이 회전자 내부에 삽입된 구조로서, 회전자 자극과 고정자 자극의 상대적 위치에 따라 자기저항의 차가 발생하는 구조를 가지고, 이렇게 자기저항의 차로부터 발생하는 릴럭턴스 토크(reluctance torque)가 전자기적 토크(magnetic torque)에 중첩되므로, 단위전류당 토크 및 출력은 표면부착형 전동기에 비해 높다.

따라서, 고정자의 코일에 전류가 인가되면 코일의 극성이 순차적으로 변하게 되고, 이에 대응되는 회전자의 영구자석의 극성과 고정자의 코일에 형성되는 극성이 동일한 경우에 발생되는 반발력과, 극성이 상이한 경우에 발생되는 흡인력에 의해 원심력이 발생된다.

이에 따라, 회전자가 샤프트와 함께 회전하면서 회전구동력을 발생시키게 되는 것이다.

고정자와 회전자로 이루어진 회전장치에서는 코깅 토크(Cogging torque)라고 하는 회전변동이 발생한다.

그리고, 이 코깅 토크는 진동이나 소음을 유발하고, 발전기나 전동기의 제어성능을 저하시키는 요인이 된다.

이러한 코깅 토크를 감소시키기 위해 회전자 또는 고정자에 스큐(Skew)를 주어 주파수 파형의 고조파를 제거하고 있다.

보통 영구자석 회전자는 적층방향으로 일정한 형상을 가지기 때문에 스큐를 시행할 경우 자석 삽입이 불가능하다.

예를 들면, 적층 조합되는 회전자 코어의 리벳 홀을 일치시키면서 스큐를 두기 위해서는 영구자석이 삽입되는 홀이 비스듬히 경사진 모양의 일직선 형태로 이어질 수 밖에 없고, 이로 인해 영구자석의 삽입을 위한 홀의 위치를 달리하는 여러 개의 금형이 필요하므로, 결국 금형 제작 등과 관련한 시설 투자비 측면에서 불리한 점이 있는 등 전동기 제조 및 판매에 있어 경쟁력이 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 회전자를 구성하는 회전자 코어에 스큐를 두기 위하여 리벳 홀의 위치를 정위치에서 일정각도 편심시키는 방식으로 회전자 코어를 제작하고, 이렇게 제작한 회전자 코어의 앞뒷면을 뒤집어 적층 조합하여 지그재그 형태의 스큐를 둘 수 있는 새로운 형태의 회전자를 구현함으로써, 기능면에서 우수한 소음 진동 효과를 얻을 수 있음은 물론, 무엇보다도 코어 금형 설비 한 개만 가지고도 회전자에 스큐를 시행할 수 있으며, 이에 따라 금형에 대한 시설 투자비용을 줄일 수 있는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자는 회전자 코어에 형성되는 리벳 홀의 위치가 회전자의 중심점을 기준으로 한 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 360° 등과 같은 정위치에서 한쪽으로 일정각도, 예를 들면 1 슬롯 피치(15°)나 1/2 슬롯 피치(7.5°) 등과 같이 치우친 위치에 형성되고, 적층시 회전자의 앞면과 뒷면이 교대로 윗쪽을 향하도록 반복해서 적층되므로서 전체적으로 볼 때 지그재그 형태의 스큐를 가질 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 영구자석 전동기 의 스큐용 회전자 제조방법은 회전자 성형시 회전자 코어의 리벳 홀 위치를 정위치에서 한쪽으로 일정각도 치우친 위치에 형성시켜 성형하고, 이렇게 성형한 회전자를 적층할 때 리벳 홀을 일치시키는 동시에 앞뒷면을 뒤집어가면서 순차적으로 적층하여 지그재그 형태의 스큐를 가질 수 있도록 조합하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 회전자를 적층할 때 같은 면은 윗쪽으로 하는 다수 개를 한 묶음으로 만들고 이러한 여러 묶음이 교대로 반복해서 적층하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자 및 제조방법에 따르면, 하나의 코어 금형 형상으로부터 제작한 회전자 코어를 앞뒷면을 뒤집어 적층함으로써 지그재그 형태의 스큐를 시행할 수 있으므로, 코깅 토크를 줄여 토크 리플을 저감시킬 수 있고, 따라서 소음 진동을 줄일 수 있는 장점이 있다.

특히, 하나의 금형으로 제작한 회전자 코어 형상을 하나만 가지고도 앞뒷면을 뒤집어 사용할 경우 스큐 형태의 회전자를 구성할 수 있으므로, 시설 투자 및 제조 원가를 줄일 수 있으며, 따라서 전동기 제조 및 판매에 있어 경쟁력을 가질 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

영구자석 전동기의 회전자에는 2개나 4개 또는 그 이상의 리벳이나 볼트를 체결하기 위한 홀이 구비되며, 이때의 홀의 각도에 따라 하나의 회전자 코어 형상만으로도 전동기의 스큐를 실행할 수 있으며, 리벳 또는 볼트 홀의 위치는 다음의 위치에 따른다.

전동기의 원점을 중심점으로 하여, 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 360°를 기준으로 한 슬롯 피치의 ±1이나 ±1/2, 또는 ±1/4 회전시킨 위치에 볼트나 리벳 홀이 형성될 수 있다.

따라서, 회전자를 구성하는 회전자 코어 형상을 하나만 가지고도 앞뒷면을 뒤집어 사용할 경우 스큐 형태의 회전자를 구현할 수 있다.

이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스큐용 회전자에서 리벳 홀을 1/2 슬롯 피치 만큼 편심시킨 회전자를 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스큐용 회전자에서 리벳 홀을 1 슬롯 피치 만큼 편심시킨 회전자를 나타내는 평면도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 회전자는 슬롯(13)을 가지면서 외곽에 배치되는 회전자 몸체(12)와, 상기 회전자 몸체(12)의 중심에 배치되는 회전자 코어(10)로 구성된다.

상기 회전자 코어(10)에 마련되어 있는 홀(14)에는 사각 배칭형태의 영구자석(15)이 삽입 장착되고, 상기 회전자 코어(10)의 중심에는 샤프트(16)가 설치된다.

이러한 회전자 코어(10)에는 회전자 적층시 리벳 또는 볼트 체결을 위한 다 수의 홀, 예를 들면 리벳 홀(11)이 구비된다.

이때의 리벳 홀(11)은 2개 또는 4개, 그 밖에 여러 개가 구비될 수 있는데, 본 발명에서는 4개의 리벳 홀(11)을 가지는 회전자 코어(10)를 대상으로 하여 설명하기로 한다.

상기 회전자 코어(10)에 형성되는 4개의 리벳 홀(11)은 전동기의 원점, 즉 회전자 코어의 중심을 중심점으로 하여, 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 360°를 정위치로 하여 설정된다.

본 발명에서는 4개의 리벳 홀(11)이 45°를 정위치로 하여 설정된 예를 보여준다.

즉, 도면에서 이점쇄선으로 도시한 4개의 리벳 홀이 45°정위치에 있음을 의미한다.

회전자에 스큐를 두기 위하여, 상기 리벳 홀의 위치는 정위치에서 한쪽으로 일정각도 치우친 위치에 형성된다.

예를 들면, 4개의 리벳 홀 모두가 각자의 45°정위치를 기준하여 시계방향(+)으로 일정각도 회전한 위치에 형성된다.

물론, 도시하지는 않았지만 반시계방향(-)으로 일정각도 회전한 위치에 형성될 수도 있다.

이때의 회전자 코어에 형성되는 리벳 홀이 정위치에서 치우치는 각도는 도 1과 같이 1/2 슬롯 피치(7.5°)가 될 수도 있고, 도 2와 같이 1 슬롯 피치(15°)가 될 수도 있다.

물론, 그 밖에 1/4 슬롯 피치 등과 같이 다른 각도가 될 수도 있으며, 결과적으로 정위치에서 어느 한쪽으로 일정각도 치우치도록 했다는 것이 중요하다.

하나의 코어 금형을 가지고 정위치를 벗어난 리벳 홀을 갖는 회전자 코어를 제작함으로써, 결국 이것은 후술하는 바와 같이 여러 개의 코어 금형을 사용하지 않고도 회전자 스큐를 효과적으로 시행할 수 있는 이점을 제공한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스큐용 회전자에서 회전자의 앞뒷면을 뒤집어 적층시키는 순서를 나타내는 평면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 여기서는 하나의 코어 금형으로 제작한 회전자 코어 형상을 하나만 가지고도 앞뒷면을 뒤집어 사용하는 방식으로 회전자 스큐를 시행할 수 있음을 보여준다.

먼저, 1 슬롯 피치(15°) 치우치도록 형성된 리벳 홀(11)을 갖는 하나의 회전자 코어(10)를 대칭으로 뒤집어 뒷면이 윗쪽으로 오도록 한다.

이렇게 뒤집은 회전자 코어(10)를 회전자 코어 중심점을 기준으로 하여 시계방향으로 30°회전시킨다.

이것은 이 회전자 코어(10)와 위아래로 적층되는 다른 회전자 코어, 즉 앞면이 윗쪽으로 오도록 한 회전자 코어(10) 간의 리벳 홀(11)을 일치시키기 위함이다.

따라서, 뒷면이 위로 오도록 뒤집은 회전자 코어와 앞면이 위로 향해 있는 뒤집지 않은 회전자 코어를 리벳 홀을 맞춰 가면서 적층시키면, 위아래 각 회전자 코어(10)가 갖는 영구자석(15)의 방향이 1 슬롯 피치(15°) 틀어진 형태의 스큐를 만들 수 있다.

이렇게 회전자 코어의 앞면과 뒷면을 뒤집어가면서 교대로 적층을 반복하게 되면, 어셈블리 형태의 회전자 전체적으로 볼 때 지그재그 형태의 회전자 스큐를 시행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스큐용 회전자의 적층구조를 나타내는 사시도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 앞면은 앞면끼리, 뒷면은 뒷면끼리 다수 개의 회전자 코어(10)를 같은 방향으로 적층하여 한 묶음으로 만들고, 각각의 묶음의 앞뒷면을 뒤집어 적층한 예를 보여준다.

예를 들면, 4개의 묶음 중 위로부터 첫번째 묶음과 세번째 묶음은 앞면이 위로 향하도록 한 회전자 코어(10)의 묶음이고, 두번째 묶음과 네번째 묶음은 뒷면이 위로 향하도록 한 회전 코어(10)의 묶음이다.

이 상태에서 그대로 적층 조합시키면 각 묶음에 있는 위아래 영구자석(15)의 배치가 틀어지면서 스큐가 생기게 된다..

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스큐용 회전자의 적층구조에 대한 여러 예를 나타내는 정면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 여기서는 회전자 코어 묶음을 여러 케이스로 적층 조합하여 다양한 지그재그 형태의 스큐를 만들 수 있는 예를 보여준다.

즉, (a)와 같이 앞면이 위로 향하는 뒤집지 않은 2개의 회전자 코어 묶음(100a)과 뒷면이 위로 향하는 뒤집은 2개의 회전자 코어 묶음(100b)을 적층한 지그재그 형태의 스큐를 만들 수 있고, (b)와 같이 뒤집지 않은 것(100a),(100c)과 뒤집은 것(100b),(100d)을 하나씩 교대로 적층한 지그재그 형태의 스큐를 만들 수 있으며, (c)와 같이 한묶음에 속하는 회전자 코어의 수를 줄여서 좀더 세밀하게 적층한 지그재그 형태의 스큐를 만들 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 발전기 또는 전동기의 회전장치에 대해 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스큐용 회전자에서 리벳 홀을 1/2 슬롯 피치 만큼 편심시킨 회전자를 나타내는 평면도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스큐용 회전자에서 리벳 홀을 1 슬롯 피치 만큼 편심시킨 회전자를 나타내는 평면도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스큐용 회전자에서 회전자의 앞뒷면을 뒤집어 적층시키는 순서를 나타내는 평면도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스큐용 회전자의 적층구조를 나타내는 사시도

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스큐용 회전자의 적층구조에 대한 여러 예를 나타내는 정면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 회전자 코어 11 : 리벳 홀

12 : 회전자 몸체 13 : 슬롯

14 : 홀 15 : 영구자석

16 : 샤프트

Claims (9)

1. 회전자 코어(10)에 형성되는 리벳 홀(11)의 위치가 정위치에서 한쪽으로 일정각도 치우친 위치에 형성되고, 적층시 회전자의 앞면과 뒷면이 교대로 윗쪽을 향하도록 반복해서 적층되므로서 전체적으로 볼 때 지그재그 형태의 스큐를 가질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 회전자 코어(10)에 형성되는 리벳 홀(11)의 정위치는 회전자의 중심점을 기준으로 하여 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 360°중의 어느 하나로 설정되는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 리벳 홀(11)이 정위치에서 치우치는 각도는 1 슬롯 피치(15°)인 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 리벳 홀(11)이 정위치에서 치우치는 각도는 1/2 슬롯 피치(7.5°)인 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 회전자는 같은 면은 윗쪽으로 하는 다수 개가 한 묶음을 이루면서 이러한 여러 묶음이 교대로 반복해서 적층되는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자.
6. 회전자 성형시 회전자 코어(10)의 리벳 홀(11) 위치를 정위치에서 한쪽으로 일정각도 치우친 위치에 형성시켜 성형하고, 이렇게 성형한 회전자를 적층할 때 리벳 홀(11)을 일치시키는 동시에 앞뒷면을 뒤집어가면서 순차적으로 적층하여 지그재그 형태의 스큐를 가질 수 있도록 조합하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 회전자 코어(10)에 형성되는 리벳 홀(11)의 정위치는 회전자의 중심점을 기준으로 하여 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 360°중의 어느 하나로 설정하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자 제조방법.
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 상기 리벳 홀(11)의 위치를 치우치게 하는 정도는 1 슬롯 피치(15°) 또는 1/2 슬롯 피치(7.5°) 정도로 하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자 제조방법.
9. 청구항 6에 있어서, 상기 회전자의 적층시 같은 면은 윗쪽으로 하는 다수 개를 한 묶음으로 만들고 이러한 여러 묶음이 교대로 반복해서 적층하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기의 스큐용 회전자 제조방법.

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