KR20100125051A - 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자 - Google Patents

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Abstract

매입형 영구자석 동기전동기의 회전자의 배리어와 회전자 외주면 사이에 형성된 리브를 제거하는 회전자가 개시된다. 상기 회전자에 의해 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자가 회전하면 회전자에 걸리는 원심력을 분산시켜 회전자의 응력을 감소시키고, 역기전력을 증가시켜 동일한 토크를 내기 위한 전류를 최소화하더라도 전동기의 전기, 기계적 효율을 향상시킬 수 있다.
회전자, 배리어, 역기전력

Description

매입형 영구자석 동기전동기의 회전자{ROTOR USED IN INTERIOR PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}
본 발명은 회전자에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자의 리브를 제거하여 회전자에서 누설되는 자속을 감소시킬 수 있는 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자에 관한 것이다.
일반적으로 전동기는 가전기기와 산업기기 등을 생산하는 전 산업분야에 걸쳐 사용되고 있다. 특히 자동차의 경우 전동기로서 매입자석 동기전동기를 사용하고 있다. 이러한 매입자석 동기전동기를 사용하는 이유는 전동기의 크기를 소형화할 수 있고 넓은 출력 범위를 낼 수 있기 때문이다. 그리고 자동차의 특성상 제약된 공간에 많은 부품이 들어가기 때문에 전동기의 크기를 줄이는 것이 중요한 문제이다.
여기서 전동기는 회전 가능한 회전자를 포함할 수 있으며, 회전자에는 영구자석을 매입할 수 있는 자석매입홀이 형성되며, 자석매입홀은 회전자에 다층 구조 로 형성되기도 한다.
또한, 전동기의 회전자는 자석매입홀의 끝 단에 배리어가 형성될 수 있으며, 배리어와 회전자의 외주면 사이에 리브가 형성된다. 여기서 매입형 영구자석 전동기의 경우 회전자 재료의 특성에 따라 리브의 허용응력까지 회전속도를 상승시킬 수 있다.
회전자가 회전하면 회전자에는 원심력이 작용할 수 있으며, 이 힘은 구조적으로 회전자의 리브 부분에 집중될 수 있다. 특히 영구자석이 삽입되는 자석매입홀의 층 수가 증가할수록 리브가 증가하여 누설되는 자속이 증가하게 된다. 누설되는 자속은 전동기의 역기전력을 감소시켜 전자기적 성능을 떨어뜨리게 된다.
본 발명은 매입형 영구자석 전동기의 회전자의 배리어의 일단과 회전자 외주면이 일치하도록 형성하여 배리어의 일부가 개구된 회전자를 제공함으로써 회전자가 회전함에 따라 회전자에서 발생하는 자속 중 누설되는 자속을 줄이는 매입형 영구자석 전동기의 회전자를 제공한다.
본 발명은 회전자의 배리어 일부를 개구시킴으로써 리브를 제거하더라도 기계적 안정성을 유지시키며, 회전자의 효율을 향상시킬 수 있는 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자는 영구자석을 매입하기 위해 상기 회전자에 형성된 자석매입홀; 및 상기 자석매입홀의 일측에 형성되며, 상기 자석매입홀의 길이방향을 기준으로 상기 회전자의 외부를 향해 절곡된 절곡면을 구비한 배리어;를 포함하며, 상기 배리어의 일부는 상기 회전자의 외주면과 일치하도록 형성하여 배리어의 일부가 개구된 상태로 형성될 수 있다. 상기와 같이 배리어의 일부를 개구시킴으로써 회전자에서 누설되는 자속을 줄여 전자기적인 성능을 향상시킬 수 있고, 역기전력을 상승시킴으로써 회전에 필요한 전류를 줄일 수 있다.
상기 절곡면은 서로 대향하는 제1 절곡면 및 제2절곡면을 포함할 수 있으며, 제1 절곡면과 제2절곡면 사이의 폭은 회전자의 외주면에 근접할수록 변화하며, 제1 및 제2절곡면의 일단이 회전자의 외주면과 일치함으로써 배리어의 일부가 개구되게 형성할 수 있다. 일 예로, 제1절곡면과 제2절곡면의 폭은 회전자의 외주면에 근접할수록 좁아질 수 있으며, 경우에 따라서는 제1및 제2절곡면은 서로 나란하게 형성되어 회전자의 외주면과 일치하여 개구될 수 있다.
상기와 같이 제1 및 제2절곡면의 일단이 회전자의 외주면과 일치하면 실질적으로 배리어가 개구된 상태가 될 수 있고, 배리어의 일측에 형성된 리브를 제거할 수 있다. 이와 같이 리브를 제거함으로써, 회전자에서 누설되는 자속을 줄일 수 있고 회전자의 역기전력을 높일 수 있으며, 그 결과 동일한 토크를 내기 위해 인가되는 전류를 줄일 수 있다.
한편, 자석매입홀 및 배리어는 회전자의 중심에 대하여 서로 나란하게 형성된 복수개의 층으로 제공될 수 있으며, 배리어 중 회전자의 중심 가까이에 형성된 자석매입홀의 일측에 제공된 배리어의 일단이 회전자의 외주면과 일치하도록 형성하여 배리어의 일부가 개구될 수 있다. 상기와 같이 특정 배리어의 리브를 제거하여 배리어의 일부가 개구되게 함으로써, 회전자에서 누설되는 자속을 줄일 수 있고 리브를 제거하더라도 자석매입홀에서 영구자석이 이탈되지 않을 수 있는 정도의 기계적 안정성도 유지할 수 있다.
여기서, 회전자의 외주면과 일치하여 일부가 개구된 배리어와 자석매입홀 사이에는 리브가 형성될 수 있다. 배리어와 자석매입홀 사이의 리브는 회전자가 고속회전하는 경우 자석매입홀에서 영구자석이 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제1절곡면은 제2절곡면 보다 길이가 짧게 형성될 수 있으며, 상기 제1절곡면은 자석매입홀의 길이방향을 기준으로 90도 내지 135도 범위로 절곡될 수 있다. 또한, 제2절곡면은 자석매입홀의 길이방향을 기준으로 121도 내지 149도 범위로 절곡될 수 있다. 상기 제1 및 제2절곡면의 절곡 범위는 발명에 따라 회전자의 기계적 안정성과 전자기적인 성능을 고려한 범위 내에서 절곡될 수 있다.
또한, 자석매입홀은 회전자의 외주면에 대하여 서로 나란하게 복수개로 제공되고, 각각의 복수개의 자석매입홀 사이에는 센터포스트가 형성될 수 있다. 센터포스트는 회전자의 회전에 따라 발생하는 원심력에 의해 자석매입홀이 변형되는 것을 방지하고 회전자를 지지할 수 있다.
본 발명에 따른 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자에 따르면, 회전자의 배리어의 일단과 회전자 외주면을 일치시켜 배리어의 일부가 개구되게 형성하여 배리어 일측의 리브를 제거함으로써, 회전자에서 누설되는 자속을 감소시킬 수 있다. 누설 자속이 감소되면 회전자의 역기전력이 상승할 수 있으며, 이로 인해 동일 토크를 내기 위해 인가되는 전류를 줄일 수 있으며, 전동기의 기계적, 전자기적인 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자에 따르면, 배리어를 개구시키기 위해 제거된 리브에서 걸리던 원심력이 회전자의 다른 부위로 분산됨으로써, 회전자의 응력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자에 따르면, 영구자석이 삽입되는 자석매입홀 사이에 센터포스트가 형성됨으로써, 회전자가 고속으로 회전하여도 원심력에 의해 자석매입홀이 변형되는 것을 방지할 수 있으며, 영구자석이 자석매입홀에서 이탈되는 것을 방지하여 회전자의 기계적 안정성을 유지시킬 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도면 설명에 앞서 이하 본 발명에서 설명되는 전동기는 자동차, 전자기기 등 산업 일반에서 사용되는 전동기에서 사용될 수 있으며, 이하 설명에서는 매입형 영구자석 동기전동기를 예를 들어 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매입형 영구자석 동기전동기를 도시한 도면이다.
도1를 참조하면, 전동기(10)는 회전자(100) 및 회전자(100)의 외면을 둘러싸도록 회전자(100)의 외부에 구비된 고정자(50)를 포함할 수 있다.
회전자(100)에는 영구자석(미도시)이 매입될 수 있는 자석매입홀(140,160), 자석매입홀(140,160)의 일측에 형성되어 자석매입홀(140,160)의 길이방향의 일 단에 제공된 배리어(120,180)를 포함할 수 있다.
일반적으로 회전자(100)는 배리어(180)와 회전자(100)의 외주면(110) 사이에 형성된 리브를 포함할 수 있다. 리브는 자석매입홀(160)에 삽입된 영구자석이 회전자(100)에서 이탈되는 것을 방지하지만, 회전자(100)가 회전하며 발생하는 원심력이 리브에 걸릴 수 있으며, 회전자(100)에 발생한 자속 중에서 일부의 자속이 리브를 통해 누설될 수 있다. 이와 관련하여 식(1)을 참조하면,
(1)
Figure 112009030270252-PAT00001
출력(P)이 일정할 때, 속도(ω)를 줄이게 되면 토크(T)는 증가할 수 있다. 즉, 회전자(100)의 토크(T)를 줄이기 위해서 전동기(50)의 속도(ω)를 높여야 하기 때문에 전동기(50)는 회전자(100)의 속도(ω)의 증가를 요구하게 된다. 이와 관련하여 이하 식(2) 내지 식(5)를 참조하면,
(2)
Figure 112009030270252-PAT00002
(3)
Figure 112009030270252-PAT00003
(4)
Figure 112009030270252-PAT00004
(5)
Figure 112009030270252-PAT00005
식(2)에 도시된 바와 같이 토크(
Figure 112009030270252-PAT00006
)는 전류(
Figure 112009030270252-PAT00007
), 자속(
Figure 112009030270252-PAT00008
), 인덕턴스(
Figure 112009030270252-PAT00009
)항과 관계될 수 있으며, 식(3) 및 식(4)의
Figure 112009030270252-PAT00010
는 철손,
Figure 112009030270252-PAT00011
는 동손과 관계될 수 있다.
여기서 철손(鐵損)은 회전자(100)의 회전에 의해 시간적으로 변하는 자기로 인하여 회전자(100)에 열이 발생할 수 있으며, 이러한 열에 의해 회전자(100)의 전력 일부가 손실되는 것을 의미한다. 또한, 동손(銅損)은 회전자(100)에 감겨진 코일에 전기가 흐를 때 코일에서 발생하는 저항 손실을 의미한다.
식(2)와 같이, 회전자(100)가 회전할 때, 리브를 통해 누설되는 자속을 줄임으로서 쇄교 자속(
Figure 112009030270252-PAT00012
)을 증가시킬 수 있으며, 그 결과 회전자(100)에 흐르는 유효 자속이 증가할 수 있다. 유효 자속이 증가할 경우 회전자(100)의 역기전력이 증가할 수 있으며, 역기전력이 증가하게 되면 동일한 토크를 내기 위해 인가되는 전류를 줄일 수 있으므로, 전동기(10)의 전기적 효율이 향상될 수 있다.
또한, 회전자(100)에 형성된 배리어(180)의 일부가 회전자(100)의 외주면(110)과 일치하도록 하여 배리어의 일부가 개구될 수 있도록 리브를 제거함으로써 리브를 통한 누설 자속을 줄일 수 있고, 제거된 리브에 걸리던 원심력은 회전자(100)의 다른 부분에 비교적 고르게 분포될 수 있다.
일반적으로 회전자(100)가 회전할 때 발생하는 원심력은 회전자(100)의 외주면(110) 가까이 갈수록 커지며, 이로 인하여 회전자(100)의 응력이 증가할 수 있다. 특히 본 발명의 일 실시예에서 제시된 회전자의 경우 영구자석이 삽입되는 자 석매입홀(160)과 대응되도록 복수개의 리브가 형성될 수 있으며, 리브는 회전자가 회전할 때 발생하는 자속이 누설되어 전동기의 전자기적 성능을 떨어뜨리게 된다.
이때 복수개의 리브 중 적어도 어느 하나의 리브를 제거하게 되면 자속이 누설되는 경로를 줄일 수 있으며, 제거한 리브에 걸렸던 원심력이 회전자(100)의 다른 부위에 분포될 수 있다. 이와 같이 원심력이 회전자(100)에 비교적 분산되어 분포되면, 회전자(100)에 걸리는 응력이 감소되기 때문에 회전자(100)가 빠른 속도로 회전하여도 회전자(100)의 기계적 성능이 향상될 수 있다.
도2는 도1의 회전자를 도시한 도면이고, 도3은 도2를 확대 도시한 도면이며, 도4는 도2의 회전자의 배리어의 절곡 상태를 도시한 도면이고, 도5는 도2의 회전자가 회전할 때 발생하는 역기전력에 관한 그래프이다.
우선, 도2 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자(100)는, 회전자(100) 중심(S)에 근접하게 형성된 배리어(180)의 일단이 회전자(100)의 외주면(110)과 일치하도록 형성하여 결과적으로 배리어(180)의 일부가 개구되도록 형성할 수 있다. 즉, 회전자(100)에 형성된 복수개의 리브 중에서 적어도 어느 하나의 리브가 제거될 수 있다.
이때, 배리어(180)는 자석매입홀(160)의 길이방향을 기준으로 회전자(100)의 외부를 향해 절곡된 절곡면(182, 184)을 구비할 수 있으며, 절곡면(182, 184)의 일단은 회전자(100)의 외주면(110)과 일치하도록 구비할 수 있다.
한편, 절곡면(182, 184)은 서로 대향하는 제1절곡면(182) 및 제2절곡면(184)을 포함할 수 있다. 제1절곡면(182)과 제2절곡면(184) 사이의 간격은 회전자(100) 의 외주면(110)에 근접할수록 변화할 수 있다. 일 예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자(100)의 중심(S)과 가까운 제1 및 제2절곡면(182, 184) 일단 사이의 폭(d1)은 회전자(100) 외주면(110)과 일치한 제1 및 제2절곡면(182, 184)의 타단 사이의 폭(d2)보다 크게 형성될 수 있다. 본 발명에서는 제1 및 제2절곡면(182, 184)의 폭이 회전자(100)의 외주면으로 갈수록 작아지는 예를 들지만, 회전자의 설계 사양 등에 따라 제1 절곡면과 제2절곡면 사이의 폭이 넓어질 수도 있다.
여기서, 회전자(100)에서 제거될 수 있는 리브는 회전자(100)가 회전할 때 발생하는 원심력이 가장 작게 걸리는 리브로 선택될 수 있다. 이때, 제거될 리브를 선택하기 전에 회전자(100)의 구조해석이 필요하며, 상기 구조해석을 통해 리브를 제거하여도 회전자(100)의 기계적 안정성이 유지될 수 있는 범위 내의 리브를 제거할 수 있다. 즉, 구조해석을 통해 원심력이 가장 작게 걸리는 리브를 제거한다면, 회전자(100)의 기계적 강도 내지 안정성에 영향을 주지 않을 수 있다.
또한, 회전자(100)의 자석매입홀(160) 및 배리어(180)는 회전자(100)의 중심(S)에 대하여 나란하게 형성된 복수개의 층으로 제공될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자(100)는, 회전자(100)의 중심(S)과 가깝게 형성된 자석매입홀(160)의 배리어(180)를 제1층 배리어(180)라고 칭하며, 회전자(100)의 외주면(110)과 가깝게 형성된 자석매입홀(140)의 배리어(120)를 제2층 배리어(120)라고 칭한다. 더불어 회전자(100)의 자석매입홀(140,160) 및 배리어(120,180)가 2층으로 형성된 예를 들지만, 3층 이상 다층으로 자석매입홀 및 배리어가 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자(100)는 제1층 배리어(180)의 일단이 회전자(100)의 외주면(110)과 일치하도록 하여 배리어(180)의 일부가 개구된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 앞서 설명한 바와 같이 회전자(100)의 기계적인 안정성이 유지될 수 있는 리브를 선택하여 제거해야 한다. 본 발명의 실시예에서는 구조해석 결과, 원심력이 최소로 걸리는 제1층 배리어(180)와 회전자(100)의 외주면(110) 사이의 리브를 제거하게 된다.
회전자(100) 외주면(110)과 배리어(180) 사이의 리브를 제거함으로써, 리브를 통해 누설되는 자속을 줄일 수 있다. 누설 자속이 감소되면 회전자(100)의 역기전력이 상승할 수 있으며, 역기전력이 상승함에 따라 동일한 출력 또는 토크를 내기 위해 회전자(100)의 고정자(50_도1참고)에 인가되는 전류를 줄일 수 있어 전동기(10)의 전자기적인 성능이 향상될 수 있다.
또한, 제거된 리브에 걸리던 원심력은 센터포스트(164) 및 주변의 리브(162)로 분산 분포되기 때문에, 제거된 리브에 걸리던 원심력이 분산될 수 있다. 리브를 제거한 회전자(100)에서 발생하는 최대응력(213MPa)과 리브를 제거하기 전의 회전자에서 발생하는 최대응력(211MPa)의 차이가 크게 발생하기 않기 때문에, 리브를 제거하여도 회전자(100)의 기계적 강성은 유지될 수 있다.
여기서, 센터포스트(164, Center Post)는 리브와 동일 유사한 것으로, 특히 자석매입홀 사이에 위치하는 리브를 의미한다고 할 수 있다.
한편, 자석매입홀(160)은 회전자(100)의 외주면(110)에 대하여 서로 나란하게 복수개로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1층 배리어(180)에 대응하는 자석매입 홀(160)은 외주면(110)에 대한 길이 방향으로 두 개의 자석매입홀(160a, 160b)이 형성될 수 있다. 이하 본 발명에서는 자석매입홀이 2개의 자석매입홀(160a, 160b)로 형성된 예를 들지만, 발명에서 요구되는 조건에 따라 3개 이상의 복수개로 형성될 수도 있다.
복수개의 각각의 자석매입홀(160a, 160b) 사이에는 센터포스트(164)가 형성될 수 있다. 회전자(100)가 회전할 때 발생하는 원심력이 센터포스트(164)에 작용하여 회전자(100)에 걸리는 원심력이 분산될 수 있다. 상기 본 발명의 일 실시예에 따르면 2개의 자석매입홀(160a, 160b)이 형성되었기 때문에 자석매입홀(160a, 160b) 사이에 하나의 센터포스트(164)가 형성될 수 있다. 하지만, 발명에 따라 3개 이상의 자석매입홀이 형성될 수 있으며, 이때 센터포스트는 형성된 각각의 자석매입홀 사이에 형성될 수 있다. 더불어 본 발명의 일 실시예에는 제1층 배리어(180)의 자석매입홀(160a, 160b)에 형성된 센터포스트(164)를 예로 들어 설명하지만, 제2층 배리어(120)에 대응하는 자석매입홀(140) 사이에도 센터포스트가 형성될 수 있다.
상기 센터포스트(164)는 리브가 제거된 회전자(100)가 안정적으로 회전할 수 있도록 회전자(100)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자(100)는 40000rpm이상의 매우 빠른 속도로 회전하기 때문에 발생한 원심력에 의해 자석매입홀(160a, 160b)이 길이 방향으로 변형될 수 있다. 이때, 자석매입홀(160a, 160b) 사이에 센터포스트(164)를 형성하면 자석매입홀(160a, 160b)의 길이가 짧아지므로 자석매입홀(160a, 160b)의 길이 방향 변형을 줄일 수 있다. 상기 와 같이 형성된 회전자(100)를 회전시키면, 센터포스트(164)에 의해 자석매입홀(160a, 160b)의 길이가 짧아지게 되어 원심력이 발생하여도 자석매입홀(160a, 160b)이 변형되는 것을 방지할 수 있고, 자석이 자석매입홀(160a, 160b)에 안정적으로 위치할 수 있다.
다시, 도3 및 도4를 참조하면, 제1층 배리어(180)와 이에 상응하는 자석매입홀(160) 사이에는 리브(162)가 형성될 수 있다. 리브(162)는 자석매입홀(160)에 삽입된 영구자석이 이탈되는 것을 방지할 수 있으며, 회전자(100)가 회전할 때 발생하는 원심력이 작용되어 회전자(100)에 걸리는 원심력이 분산되고 응력이 감소될 수 있다.
한편, 배리어(180)의 절곡면(182, 184) 중 제1절곡면(182)은 제2절곡면(184)보다 짧게 형성될 수 있다. 또한, 제1절곡면(182)은 자석매입홀(160)의 길이방향을 기준으로 90도 내지 135도 범위 내에서 절곡될 수 있으며, 제2절곡면(184)는 자석매입홀(160)의 길이방향을 기준으로 121도 내지 149도 범위로 절곡될 수 있다.
즉, 도4에 도시된 바와 같이, 제1절곡면(182)은 자석매입홀(160)의 길이방향을 기준으로 X선에서부터 Y선까지 변경될 수 있다. 여기서, X선은 90도이고 Y선은 135도이다.
또한, 제2절곡면(184)은 자석매입홀(160)의 길이방향을 기준으로 Z선에서부터 R선까지 변경될 수 있다. 여기서, Z선은 121도이고 R선은 149도이다.
한편, 절곡된 제1 및 제2 절곡면(182, 184)는 회전자(100)가 회전할 때 원심력이 최소로 걸리는 위치에 대응하는 리브를 제거하기 위해 적절히 변경될 수 있으 며, 제1 및 제2 절곡면(182, 184)의 절곡된 각도에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
한편, 제2층 배리어(120)는 자석매입홀(140)의 길이방향을 기준으로 제3 절곡면(122) 및 제4 절곡면(124)를 포함할 수 있다.
즉, 제3 절곡면(122)은 자석매입홀(140)의 길이방향을 기준으로135도 내지168도 범위 내에서 절곡될 수 있으며, 제4절곡면(124)은 자석매입홀(140)의 길이방향을 기준으로 121도 내지151도의 각도 범위에서 절곡될 수 있다.
이와 같이 형성된 배리어(120)의 절곡 각도는 회전자(100)가 회전할 때 회전자(100)에 걸리는 원심력을 최소화하고, 자석매입홀(140)에서 영구자석이 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 회전자(100)의 기계적 안정성과 전자기적 성능을 고려한 범위로 발명에서 요구되는 조건에 따라 적절히 변경될 수 있다.
또한, 도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 같이 리브가 제거된 회전자(100)가 1000rpm의 속도로 회전하면 회전자(100)에는 최대 5.2V정도의 역기전력이 발생할 수 있다. 이는 일반적으로 리브가 제거되지 않은 회전자가 1000rpm의 속도록 회전하면 종래의 리브가 제거되지 않은 회전자에서 발생하는 역기전력(4.99V)보다 크게 발생하는 것으로서, 리브를 제거하면 역기전력이 크게 발생한다는 것을 의미할 수 있다. 역기전력이 크게 발생하면, 회전자(100)에서 동일한 토크를 내기 위한 전류가 적게 소비될 수 있다. 이로 인해 회전자(100)의 전류 손실이 줄어들게 되어 전동기(10)의 효율이 증대될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자(100)가 40000rpm의 속도로 회전할 때 회전자(100)에는210MPa 내지 214MPa의 최대 응력이 발생할 수 있다. 이때, 리브가 제거되지 않은 종래의 회전자의 경우 40000rpm의 속도로 회전하게 되면 회전자에는 본 발명의 일 실시 예와 유사한 210MPa 내지 213MPa의 최대 응력이 발생하게 된다. 이와 같은 결과는 회전자(100)의 리브를 제거하여도 회전자(100)에 걸리는 응력은 크게 변하지 않는다. 따라서, 회전자(100)의 리브를 제거하여 회전자(100)에서 누설되는 자속를 막아 전류를 줄여도, 동일한 출력 범위를 유지할 수 있게 된다.
한편, 도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전자의 배리어를 도시한 도면이고, 도7은 도6의 회전자가 회전할 때 발생하는 역기전력을 도시한 그래프이다.
도6 및 도7를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전자(100)에 형성된 배리어(190)는 나란하게 형성된 절곡면(192, 194)를 포함할 수 있다. 이하에서는 본 발명에 따른 다른 실시예에 대해 설명하기로 한다. 아울러 전술한 구성과 동일 또는 동일 상당한 부분에 대해서는 동일 도는 동일 상당한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 및 제2절곡면(192, 194)이 나란하게 형성할 경우에도 회전자(100)의 기계적 안정성은 유지될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 리브를 제거하는 위치는 회전자(100)의 구조해석을 통해 결정될 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전자(100)는 구조해석을 통해 제1 및 제2절곡면(192, 194)이 나란하게 형성될 수 있다.
상기와 같이 형성된 제1 및 제2 절곡면(192, 194)는 앞서 설명한 회전 자(100)의 외주면(110)을 향해 변화되는 제1 및 제2 절곡면(182, 184)보다 누설 자속 감소 효율이 보다 향상될 수 있다. 즉, 도6에 도시된 제1 및 제2 절곡면(192, 194)은 공기가 통하는 공기층(d3)이 도1 내지 도4에 도시된 제1 및 제2 절곡면(182, 184)의 공기층(d2)에 비해 크게 형성되어 누설 자속을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전자(100)가 40000rpm의 속도로 회전할 경우, 회전자(100)는 210MPa 내지 213MPa 정도의 최대응력이 발생할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 리브가 제거되지 않은 일반적인 회전자에서 발생하는 210MPa 내지 213MPa의 응력과 크게 차이 나지 않는 결과라고 할 수 있다. 따라서, 구조적인 해석을 통해 원심력이 최소로 걸리는 적절한 리브를 선택하여 제거함으로써, 기계적 안정성을 유지하며 회전자(100)에서 누설되는 자속을 최소화할 수 있다.
즉, 도6에 도시된 바와 같이 리브가 제거된 회전자(100)가 회전할 경우 회전자(100)에는 5.48V 정도의 역기전력이 걸릴 수 있으며, 이에 비례하도록 누설 자속을 막을 수 있다.
따라서, 회전자(100)의 리브를 제거하여 회전자(100)에서 누설되는 자속을 줄임으로써 전동기(10)의 전기적인 효율이 향상될 수 있다. 또한, 적절한 위치의 리브를 제거함으로써, 회전자(100)의 기계적 안정성과 전자기적인 성능을 유지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재 된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매입형 영구자석 동기전동기를 도시한 도면이다.
도2는 도1의 회전자를 도시한 도면이다.
도3은 도2를 확대 도시한 도면이다.
도4는 도2의 회전자의 배리어의 절곡 상태를 도시한 도면이다.
도5는 도2의 회전자가 회전할 때 발생하는 역기전력에 관한 그래프이다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전자의 배리어를 도시한 도면이다.
도7은 도6의 회전자가 회전할 때 발생하는 역기전력에 관한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 전동기 100: 회전자
160: 자석매입홀 180: 배리어
182, 192: 제1절곡면 184, 194: 제2절곡면

Claims (8)

  1. 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자에 있어서,
    상기 영구자석을 매입하기 위한 상기 회전자에 형성된 자석매입홀; 및
    상기 자석매입홀의 일측에 형성되며, 상기 자석매입홀의 길이방향을 기준으로 상기 회전자의 외부를 향해 절곡된 절곡면을 구비한 배리어;를 포함하며,
    상기 배리어의 일부는 상기 회전자의 외주면과 일치하여 개구된, 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절곡면은 서로 대향하는 제1 절곡면 및 제2절곡면을 포함하며,
    상기 제1 절곡면과 상기 제2절곡면 사이의 폭은 상기 회전자의 외주면에 근접할수록 변화하는, 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절곡면은 서로 대향하는 제1 절곡면 및 제2절곡면을 포함하며,
    상기 제1 절곡면과 상기 제2절곡면은 서로 나란하게 형성된, 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 자석매입홀 및 상기 배리어는 상기 회전자의 중심에 대하여 서로 나란하게 형성된 복수개로 제공되고,
    상기 복수개의 배리어 중 상기 회전자의 중심과 가까운 상기 자석매입홀의 일측에 형성된 배리어의 일부가 상기 회전자의 외주면과 일치하여 개구된, 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전자의 외주면과 일치하여 개구된 상기 배리어와 상기 자석매입홀 사이에는 리브가 형성된, 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1절곡면은 상기 제2절곡면보다 길이가 짧으며,
    상기 제1절곡면은 상기 자석매입홀의 길이방향을 기준으로 90도 내지 135도 범위로 절곡된, 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2절곡면은 상기 자석매입홀의 길이방향을 기준으로121도 내지 149도 범위로 절곡된, 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 자석매입홀은 상기 회전자의 외주면에 대하여 서로 나란하게 복수개로 제공되고,
    각각의 상기 복수개의 자석매입홀 사이에는 센터포스트가 형성되며 상기 센터포스트는 상기 회전자의 회전에 따라 발생하는 원심력에서 상기 회전자가 변형되는 것을 방지하는, 매입형 영구자석 동기전동기.
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