KR20120131869A - 로터 및 구동 모터 - Google Patents

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Abstract

q축의 인덕턴스를 증가시키고, 자속이 누설되는 것을 방지함으로써, 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있는 로터 및 구동 모터가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 로터는 중심부에 샤프트와 결합될 수 있는 홀을 포함하는 로터 코어와, 로터 코어와 결합되고, 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 1 영구자석 및 제 1 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부를 포함하는 모듈을 포함한다.

Description

로터 및 구동 모터{ROTOR AND DRIVING MOTOR}
고속 운전시에도 구동 모터의 출력을 높게 유지할 수 있는 로터 및 구동 모터와 관련된다.
모터는 PMSM(Permanent magnet synchronous motor), induction motor, SRM(Switched Reluctance Motor) 등으로 구분될 수 있다. PMSM은 영구 자석을 사용하기 때문에 출력밀도가 높아 소형으로 제작이 가능하며 효율이 높다. 따라서, PMSM은 현재 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 구동모터로서 널리 사용되고 있다.
일반적으로 PMSM에 사용되는 영구자석은 희토류 물질을 사용하여 제작된다. 예를 들면, 희토류 영구자석은 잔류 자기(residual magnetism) 및 보자력(coercive force)이 우수한 네오디뮴 (NdFeB) 자석 등일 수 있다. 다만, 희토류 물질은 특정 국가에 치중되어 매장되어 있으며, 그 매장량도 매우 적다. 따라서, 희토류 물질의 가격이 비쌀 뿐만 아니라 가격 변동도 심하다.
따라서, 희토류 물질에 대한 의존성에서 벗어나기 위해, 희토류 물질을 대체할 수 있는 물질을 발굴하거나 희토류 물질을 사용하지 않고도 희토류 물질을 사용한 경우와 대등한 성능을 발휘할 수 있는 구동 모터 관련 기술이 필요하다.
q축의 인덕턴스를 증가시키고, 자속이 누설되는 것을 방지함으로써, 릴럭턴스 토크를 발생시켜 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있는 로터 및 구동 모터가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터는 중심부에 샤프트와 결합될 수 있는 홀을 포함하는 로터 코어 및 로터 코어와 결합되고, 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 1 영구자석 및 제 1 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부를 포함하는 모듈을 포함한다.
제 1 연결부는 한 쌍의 제 1 영구 자석 중 로터 코어의 내측 방향에 위치하는 부분들을 서로 연결할 수 있다.
제 1 연결부는 로터 코어의 내측면과 이격되어 위치할 수 있다.
모듈은 한 쌍의 제 1 영구자석과 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 2 영구 자석 및 한 쌍의 제 2 영구 자석의 일단을 연결하는 제 2 연결부를 포함할 수 있다.
모듈은 한 쌍의 제 1 영구 자석 사이에 위치하며, 로터 코어의 외측면쪽에 위치하는 제 3 영구 자석을 포함할 수 있다.
모듈은 짝수 개 존재하고, 짝수 개의 모듈들은 상호 이격되어 로터 코어에 위치하고, 짝수 개의 모듈들은 로터 코어의 내측면과 이격되어 위치할 수 있다.
모듈은 로터 코어에 매립되어 형성될 수 있다.
제 1 연결부 중 중심 부분은 영구자석으로 구성되고, 그 외 부분은 비자성 물질 또는 공기로 구성될 수 있다.
제 1 연결부는 비자성 물질 또는 공기로 구성되고, 로터 코어는 소프트 자성 재료(soft magnet material)로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 로터는 중심부에 샤프트와 결합될 수 있는 홀을 포함하는 로터 코어 및 짝수개이고, 서로 이격되어 위치되고, 로터 코어의 내측면과 이격되어 로터 코어와 결합되며, 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 1 영구자석 및 제 1 영구 자석 중 로터 코어의 내측면쪽에 위치한 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부를 포함하는 다수의 모듈들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동 모터는 중심부에 샤프트와 결합될 수 있는 홀을 포함하는 로터 코어 및, 로터 코어와 결합되며, 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 1 영구자석과 제 1 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부를 포함하는 모듈을 포함하는 로터와, 홀에 결합되는 샤프트; 및 로터로부터 이격되어 위치하며, 코일이 감길 수 있는 적어도 하나의 슬롯(slot)을 포함하는 스테이터를 포함할 수 있다.
제 1 연결부는 한 쌍의 제 1 영구 자석의 로터 코어 내측면에 위치하는 일단들을 서로 연결하며, 로터 코어의 내측면과 이격되어 위치할 수 있다.
모듈은 한 쌍의 제 1 영구자석과 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 2 영구 자석 및 한 쌍의 제 2 영구 자석의 일단을 연결하는 제 2 연결부를 포함할 수 있다.
모듈은 한 쌍의 제 1 영구 자석 사이에 위치하며, 로터 코어의 외측면쪽에 위치하는 제 3 영구 자석을 포함할 수 있다.
모듈은 짝수 개이고, 짝수 개의 모듈들은 상호 이격되어 로터 코어에 위치하고, 짝수 개의 모듈들은 로터 코어의 내측면과 이격되어 위치할 수 있다.
제 1 연결부 중 중심 부분은 영구자석으로 구성되고, 그 외 부분은 비자성 물질 또는 공기로 구성될 수 있다.
제 1 연결부는 비자성 물질 또는 공기로 구성되고, 로터 코어는 소프트 자성 재료(soft magnet material)로 구성될 수 있다.
개시된 내용에 따르면, q축의 인덕턴스를 증가시키고, 자속이 누설되는 것을 방지함으로써, 릴럭턴스 토크를 발생시켜 구동 모터의 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 구동 모터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 1의 영구자석들을 통과하는 자화 방향을 설명하기 위한 구동 모터 단면도의 일부를 도시한 도면이다.
도 4는 전류에 의한 d축 및 q축 전류에 의하여 발생한 자속의 경로를 설명하기 위한 구동 모터 단면도의 일부를 도시한 도면이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명의 일 실시예와 관련된 모듈들을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 구동 모터의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 구동 모터의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 구동 모터(10)는 스테이터(stator)(100), 코일(110), 로터(120) 및 샤프트(130)를 포함한다.
스테이터(stator)(100)는 적어도 하나의 슬롯(slot)을 포함할 수 있다. 스테이터(100)는 로터(120)와 일정간격으로 이격되어 위치하며, 고정될 수 있다.
코일(110)은 티스(101)에 감길 수 있다.
로터(120)는 모듈(140) 및 로터 코어(150)를 포함할 수 있다.
모듈(140)은 한 쌍의 제 1 영구자석(141) 및 제 1 연결부(142)를 포함할 수 있다.
한 쌍의 제 1 영구자석(141)은 평행하게 위치하거나 V자 형으로 위치하는 등과 같이 다양하게 위치할 수 있다. 한 쌍의 제 1 영구자석(141)은 영구자석 또는 하드 자성 재료(hard magnet material)일 수 있다.
한 쌍의 제 1 영구자석(141)의 자화 방향은 원주 방향으로 서로 마주보는 방향일 수 있다. 예를 들면, 한 쌍의 제 1 영구자석(141)의 자화방향은 제 1 영구자석(141)의 외부에서 제 1 영구자석(141)을 통과하여 내부로 이동하는 방향(160)이거나, 제 1 영구자석(141)의 내부에서 제 1 영구자석(141)을 통과하여 외부로 이동하는 방향(161)일 수 있다.
제 1 연결부(142)는 제 1 영구 자석(141)의 일단들을 서로 연결할 수 있다. 예를 들면, 제 1 연결부(142)는 제 1 영구 자석(141)의 양단 중 로터 코어(150)의 내측 방향에 위치하는 일단들을 서로 연결할 수 있다.
제 1 연결부(142)는 로터 코어(150)의 내측면과 이격되어 위치할 수 있다. 예를 들면, 제 1 연결부(142)는 로터 코어(150)의 내측면으로부터 일정 간격 이격되어 위치할 수 있다.
제 1 연결부(142)는 비자성 물질 또는 공기로 구성될 수 있다. 제 1 연결부(142)가 공기로 구성되는 경우, 제 1 연결부(142)는 아무것도 포함되지 않은 공간일 수 있다. 또는, 제 1 연결부(142) 중 중심 부분은 자성 물질이고, 그 외에 부분은 비자성물질 또는 공기로 구성될 수 있다.
모듈(140)의 다양한 형상은 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 구체적으로 설명하겠다.
모듈(140)은 짝수 개 존재할 수 있다. 인접한 짝수 개의 모듈 중 하나의 모듈은 로터코어의 외측면에 N극을 형성하고, 다른 하나의 모듈은 로터코어의 외측면에 S극을 형성할 수 있다. 짝수 개 존재하는 모듈들은 일정 간격으로 이격되어 위치할 수 있다. 이에 대한 구체적인 형상은 도 3을 참조하여 설명하겠다.
모듈(140)은 로터 코어(150)의 내부에 매립되어 형성되는 등 다양한 방법에 의해 결합될 수 있다.
로터 코어(150)는 로터(120) 중 모듈(140)을 제외한 부분이다. 로터 코어(150)는 중심부에 홀을 포함할 수 있다. 로터 코어(150)는 소프트 자성 재료(soft magnet material)일 수 있다. 홀에는 샤프트(130)가 삽입될 수 있다. 샤프트(130)와 로터 코어(150)는 결합될 수 있다. 따라서, 로터(120)가 회전하게 되면, 샤프트(130)도 같이 회전할 수 있다. 샤프트(130)는 비자성물질일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 로터(120)는 모듈(140) 및 로터 코어(150)를 포함할 수 있다. 모듈(140)은 로터 코어(150)의 내부에 매립되어 형성될 수 있다. 이는 일 실시예에 불과하며, 모듈(140) 및 로터 코어(150)는 다양한 방법에 의해서 결합될 수 있다.
도 3은 도 1의 영구자석의 자화 방향을 설명하기 위한 구동 모터 단면도의 일부를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 구동 모터(10)는 스테이터(stator)(100), 로터(120) 및 샤프트(130)를 포함한다. 이하에서, q 축은 회전 중심점으로부터 모듈과 모듈의 사이를 통과하는 축을 의미하고, d 축은 중심점으로부터 모듈 내부를 통과하는 축을 의미한다.
도 3은 구동모터 단면도의 일부로서, 로터(120)는 제 1 모듈(200), 제 2 모듈(210) 및 제 3 모듈(220)을 포함하고 있다.제 1 모듈(200)을 구성하는 한쌍의 영구자석 자화방향은 도 3에 나타낸 바와 같이 N극이 마주보는 상태이다. 따라서 영구자석에 의하여 발생한 자속의 방향을 살펴보면, 자속은 제 1 모듈(200)의 한 쌍의 영구 자석의 외부에서 제 1 모듈(200)의 한 쌍의 영구 자석을 통과하여 모듈 내부로 이동한 후, 스테이터(100) 방향으로 이동할 수 있다. 스테이터(100) 방향으로 이동된 자속은 스테이터(100)를 통과하여 제 2 모듈(210) 및 제 1 모듈(200)의 왼쪽에 위치하는 모듈(미도시)로 이동할 수 있다. 이 경우, 제 1 모듈(200)은 N 극의 역할을 할 수 있다.
제 2 모듈(210)을 구성하는 한쌍의 영구자석 자화방향은 도 3에 나타낸 바와 같이 S극이 마주보는 상태이다. 따라서 영구자석에 의하여 발생한 자속의 방향을 살펴보면, 자속은 스테이터(100)로부터 제 2 모듈(210)의 한 쌍의 영구 자석의 내부로 이동하고, 제 2 모듈(210)의 한 쌍의 영구 자석의 내부에서 제 2 모듈(210)의 한 쌍의 영구 자석을 통과하여 외부로 이동한 후, 타 모듈(200, 210)로 이동할 수 있다. 타 모듈(200, 210)로 이동한 자속은 타 모듈(200, 210)의 영구 자석을 통과하여 내부로 이동할 수 있다. 이 경우, 제 2 모듈(210)은 S 극의 역할을 할 수 있다.
제 3 모듈(220)을 구성하는 한쌍의 영구자석 자화방향은 도 3에 나타낸 바와 같이 N극이 마주보는 상태이다. 따라서 영구자석에 의하여 발생한 자속의 방향을 살펴보면, 자속은 제 3 모듈(230)의 한 쌍의 영구 자석의 외부에서 제 3 모듈(230)의 한 쌍의 영구 자석을 통과하여 내부로 이동한 후, 스테이터(100) 방향으로 이동할 수 있다. 스테이터(100) 방향으로 이동된 자속은 스테이터(100)를 통과하여 제 2 모듈(210) 및 제 3 모듈(220)의 오른쪽에 위치하는 모듈(미도시)로 이동할 수 있다. 이 경우, 제 3 모듈(230)은 N 극의 역할을 할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 로터 코어(150)에 포함된 모듈들(200, 210, 220)은 짝수 개로 존재할 수 있다.
도 4는 d축 및 q축 전류에 의하여 발생한 자속의 경로를 설명하기 위한 구동 모터 단면도의 일부를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 구동 모터(10)는 스테이터(stator)(100), 로터(120) 및 샤프트(130)를 포함한다. 이하에서, q 축은 회전 중심점으로부터 모듈과 모듈의 사이를 통과하는 축을 의미하고, d 축은 회전 중심점으로부터 모듈 내부를 통과하는 축을 의미한다.
구동 모터(10)의 토크는 수학식 1에 의해서 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Pn : 영구 자석 쌍극수, Φf : 영구자석에 의한 쇄교 자속량, id : d축 전류, Ld : d축 인덕턴스, iq : q축 전류, Lq : q축 인덕턴스를 의미한다.
여기서, Pn*Φf*iq 텀(term)은 마그네틱 토크를 의미하고, Pn*(Ld - Lq)*id*iq 텀(term)은 자기저항(reluctance) 토크를 의미한다. 저속 운전에서는 거의 q축 전류만이 사용되기 때문에, 구동 모터의 토크는 마그네틱 토크의 영향을 많이 받는다. 반면에 고속 운전에서는 q축 전류를 감소시키고, 음(-)의 d축 전류를 점점 증가시키기 때문에, 구동 모터의 토크는 자기저항 토크에 영향을 많이 받는다.
일반적으로, Lq 는 Ld에 비하여 크며 id는 음(-)의 값이고, iq는 양(+)의 값이다. Lq 값이 Ld 값에 크기 때문에, (Ld - Lq) 값은 음(-)의 값을 갖는다. id가 음(-)의 값이고, iq가 양(+)의 값을 가지므로, 자기저항 토크 값은 양의 값을 갖는다.
도 1 및 도 4를 참조하여, q축 전류에 의하여 발생한 자속의 경로를 살펴보면, 자속의 경로는 스테이터(100)와 로터 코어(150) 사이에 존재하는 공극 및 로터 코어(150) 부분을 통과하는 것을 알 수 있다. 즉, q축 전류에 의하여 발생한 자속의 흐름 경로 상에는 비자성물질 또는 자석과 같이 자속의 흐름을 방해할만한 요소로 공극만이 존재하기 때문에, 단위 전류 당 발생하는 자속의 양이 크다. 즉, q축 인덕턴스 (Lq ) 값이 크다.
d축 전류에 의하여 발생한 자속의 경로를 살펴보면, 자속의 경로는 스테이터(100)와 로터 코어(150) 사이에 존재하는 공극 및 2개의 영구 자석을 통과하는 것을 알 수 있다. 즉, d축 전류에 의하여 발생한 자속의 흐름 경로 상에는 공극 및 2개의 영구 자석이 존재하기 때문에 자속의 흐름에 대한 저항이 크다. 따라서 단위 전류당 발생하는 자속의 양이 적다. 즉 d축 인덕턴스(Ld) 값이 작다.
위에서 살펴본 것과 같이, 본 발명에 의한 로터 구조는 q축 인덕턴스를 크게 할 수 있기 때문에 (Ld - Lq) 값이 커지게 되고, 자기저항 토크도 커지게 된다. 고속 운전시 모터의 토크에 큰 영향을 미치는 자기 저항 토크가 크기 때문에, 구동 모터(10)가 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있다.
또한, 모듈(140)에는 비자성 물질 또는 공기인 제 1 연결부(142)가 포함되어 있기 때문에, 영구 자석(141)에 의해 생성되는 자속이 로터 코어(150)의 내측 방향으로 누설(leakage)되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제 1 연결부(142)가 영구 자석(141)에 의해 생성되는 자속 중 일부가 로터 코어(150)의 내측 방향으로 누설(leakage)되는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 구동 모터(10)의 성능을 향상 시킬 수 있다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명의 일 실시예와 관련된 모듈들을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 5a를 참조하면, 로터(120)의 모듈(140)은 한 쌍의 제 1 영구자석(500a) 및 제 1 연결부(510a)를 포함할 수 있다. 제 1 연결부(510a)는 한 쌍의 제 1 영구 자석(500a)의 일단들을 서로 연결할 수 있다. 예를 들면, 제 1 연결부(510a)는 제 1 영구 자석(500a) 중 로터 코어(150)의 내측 방향에 위치하는 부분들을 서로 연결할 수 있다. 제 1 연결부(510a)는 비자성 물질 또는 공기로 구성될 수 있다. 제 1 연결부(510a)는 로터 코어(150)의 내측면과 이격되어 위치할 수 있다.
이 때, 영구자석의 자화 방향은 N극 끼리 마주보거나 S극끼리 마주보는 형태가 된다.
도 1 및 도 5b를 참조하면, 로터(120)의 모듈(140)은 한 쌍의 제 1 영구자석(500b), 제 1 연결부(510b), 한 쌍의 제 2 영구자석(520b) 및 제 2 연결부(530b)를 포함한다.
제 1 연결부(510b)는 한 쌍의 제 1 영구 자석(500b)의 일단들을 서로 연결할 수 있다. 예를 들면, 제 1 연결부(510b)는 제 1 영구 자석(500b) 중 로터 코어(150)의 내측 방향에 위치하는 부분들을 서로 연결할 수 있다. 제 1 연결부(510b)는 비자성 물질 또는 공기로 구성일 수 있다. 제 1 연결부(510b)는 로터 코어(150)의 내측면과 이격되어 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 제 1 연결부(510b)는 중심 부분이 하드 자성 재료(hard magnet material)인 연결부('도 5c의 510c')일 수도 있다.
한 쌍의 제 2 영구자석(520b)은 한 쌍의 제 1 영구자석(500b)과 이격되어 위치할 수 있다.
제 2 연결부(530b)는 한 쌍의 제 2 영구 자석(520b)의 일단들을 서로 연결할 수 있다. 예를 들면, 제 2 연결부(530b)는 제 2 영구 자석(520b) 중 로터 코어(150)의 내측 방향에 위치하는 부분들을 서로 연결할 수 있다. 제 2 연결부(530b)는 비자성 물질 또는 공기로 구성될 수 있다. 제 2 연결부(530b)는 로터 코어(150)의 내측면과 이격되어 위치할 수 있다.
다시 말해, 제 1 영구자석(500b) 및 제 1 연결부(510b)를 포함하는 모듈안에 제 2 영구자석(520b) 및 제 2 연결부(530b)를 포함하는 소모듈이 형성되는 것이 가능하다.
이 때, 제 1 영구자석의 자화 방향은 N극 끼리 마주보거나 S극끼리 마주보는 형태가 되며 제 2 영구자석의 자화 방향은 제 1영구자석의 자화방향과 동일하다.
영구자석의 개수를 증가시킴으로써, 영구자석에 의해 생성되는 자속을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 구동 모터의(10)의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 q축 전류에 의한 자속의 경로가 추가되기 때문에 q축 인덕턴스를 증가시킬 수 있으므로 구동모터의 성능향상이 가능하다.
도 1 및 도 5c를 참조하면, 로터(120)의 모듈(140)은 한 쌍의 제 1 영구자석(500c) 및 제 1 연결부(510c, 520c)를 포함한다.
제 1 연결부(510c, 520c)는 한 쌍의 제 1 영구 자석(500c)의 일단들을 서로 연결할 수 있다. 예를 들면, 제 1 연결부(510c, 520c)는 제 1 영구 자석(500c) 중 로터 코어(150)의 내측 방향에 위치하는 부분들을 서로 연결할 수 있다. 제 1 연결부(510c, 520c)는 로터 코어(150)의 내측면과 이격되어 위치할 수 있다.
제 1 연결부(510c, 520c) 중 중심 부분(510c)은 영구자석이고, 그 외에 부분(520c)는 비자성물질 또는 공기일 수 있다. 이 때, 제 1영구자석의 자화 방향은 N극 끼리 마주보거나 S극끼리 마주보는 형태가 되며 제 1 연결부 중 중심 부분(510c)은 모듈에서 발생하는 총 자속을 증가시킬 수 있는 방향으로 자화해야 한다.
하드 자성 재료인 영구자석(510c)이 더 포함되기 때문에, 영구 자석들(500c, 510c)에 의해서 생성되는 자속이 더 증가할 수 있다. 이에 따라, 구동 모터(10)의 성능이 향상될 수 있다.
도 1 및 도 5d를 참조하면, 로터(120)의 모듈(140)은 한 쌍의 제 1 영구자석(500d), 제 1 연결부(510d) 및 제 3 영구자석(520d)를 포함한다.
제 1 연결부(510d)는 한 쌍의 제 1 영구 자석(500d)의 일단들을 서로 연결할 수 있다. 예를 들면, 제 1 연결부(510d)는 제 1 영구 자석(500d) 중 로터 코어(150)의 내측 방향에 위치하는 부분들을 서로 연결할 수 있다. 제 1 연결부(510d)는 비자성 물질 또는 공기로 구성될 수 있다. 제 1 연결부(510d)는 로터 코어(150)의 내측면과 이격되어 위치할 수 있다.
제 3 영구자석(520d)은 한 쌍의 제 1 영구 자석(500d)에 사이에 위치하며, 로터 코어(150)의 외측면쪽에 위치할 수 있다.
이 때, 한쌍의 제 1 영구자석의 자화 방향은 N극 끼리 마주보거나 S극끼리 마주보는 형태가 되며 제 3 영구자석은 모듈에서 발생하는 총 자속을 증가시키는 방향으로 자화해야 한다. 이와 같이, 제 3 영구자석(520d)을 추가함으로써, 영구자석에 의해 생성되는 자속을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 구동 모터(10)의 성능이 향상될 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 구동 모터의 성능을 설명하기 위한 도면으로서 모터의 전자기적 설계에 사용되는 시뮬레이션 소프트웨어인 맥스웰(Maxwell)을 사용한 시뮬레이션 결과이다.
수학식 1 및 도 6a를 참조하면, 일반적인 spoke형 구동 모터의 Ld 값은 0.160 mH이고, Lq 값은 0.202 mH이고, (Lq - Ld) 값은 0.042 mH 이다. 반면에, 같은 양의 자석을 사용한 본 발명에 따른 구동 모터의 Ld 값은 0.159 mH이고, Lq 값은 0.228 mH이고, (Lq - Ld) 값은 0.069 mH이다. 본 발명에 따른 구동 모터의 (Lq - Ld) 값은 일반적인 spoke형 구동 모터의 (Lq - Ld) 값에 비해 62.8% 크다(600a). 즉, 본 발명에 따른 구동 모터는 일반적인 구동 모터에 비해 Ld 및 Lq의 차이값이 크다.
이와 같이, 본 발명에 따른 구동 모터는 일반적인 spoke형 구동 모터에 비해 Ld 및 Lq의 차이값이 크므로, 자기저항 토크가 커지게 된다. 고속 운전시 마크네틱 토크에 비해 구동 모터의 토크에 큰 영향을 미치는 자기 저항 토크 값이 크기 때문에, 본 발명에 따른 구동 모터는 일반적인 spoke형 구동 모터에 비해 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있다.
도 6b는 모터의 회전속도를 올리면서 그에 따른 토크를 계산한 것이다. 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 구동 모터는 RPM이 커지더라도, 일반적인 spoke형 구동 모터에 비해 급격하게 토크가 작아지지는 않는다(600b). 즉, 본 발명에 따른 구동 모터는 RPM이 커지더라도 큰 토크를 유지할 수 있다. 반면에, 일반적인 spoke형 구동 모터는 RPM이 커짐에 따라 급격하게 토크가 작아진다(610b).
이와 같이, 본 발명에 따른 구동 모터는 고속 운전시에도 큰 토크를 유지할 수 있다.
도 6c는 도 6b에서 계산된 회전수 및 토크 결과를 바탕으로 모터의 기계적 출력을 회전수에 따라 나타낸 것이다. 도 6c를 참조하면, 본 발명에 따른 구동 모터는 RPM이 커지더라도, 일반적인 spoke형 구동 모터에 비해 급격하게 출력이 작아지지는 않는다(600c). 즉, 본 발명에 따른 구동 모터는 RPM이 커지더라도 큰 출력을 유지할 수 있다. 반면에, 일반적인 spoke형 구동 모터는 RPM이 커짐에 따라 급격하게 출력이 작아진다(610c).
이와 같이, 본 발명에 따른 구동 모터는 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있다.
설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 중심부에 샤프트와 결합될 수 있는 홀을 포함하는 로터 코어; 및
    상기 로터 코어와 결합되고, 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 1 영구자석 및 상기 제 1 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부를 포함하는 모듈을 포함하는 로터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부는,
    상기 한 쌍의 제 1 영구 자석의 로터 코어 내측 방향에 위치하는 부분들을 서로 연결하는 로터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부는,
    상기 로터 코어의 내측면과 이격되어 위치하는 로터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은,
    상기 한 쌍의 제 1 영구자석과 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 2 영구 자석; 및
    상기 한 쌍의 제 2 영구 자석의 일단을 연결하는 제 2 연결부를 포함하는 로터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은,
    상기 한 쌍의 제 1 영구 자석 사이에 위치하며, 상기 로터 코어의 외측면쪽에 위치하는 제 3 영구 자석을 포함하는 로터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은 짝수 개이고, 상기 짝수 개의 모듈들은 상호 이격되어 상기 로터 코어에 위치하고, 상기 로터 코어의 내측면과 이격되어 위치하는 로터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은,
    상기 로터 코어에 매립되어 형성되는 로터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부 중 중심 부분은 영구자석으로 구성되고, 그 외 부분은 비자성 물질 또는 공기로 구성되는 로터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부는 비자성 물질 또는 공기로 구성되고,
    상기 로터 코어는 소프트 자성 재료(soft magnet material)로 구성되는 로터.
  10. 중심부에 샤프트와 결합될 수 있는 홀을 포함하는 로터 코어; 및
    짝수개이고, 서로 이격되어 위치되고, 상기 로터 코어의 내측면과 이격되어 상기 로터 코어와 결합되며, 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 1 영구자석 및 상기 제 1 영구 자석의 상기 로터 코어 내측면쪽에 위치한 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부를 포함하는 다수의 모듈들을 포함하는 로터.
  11. 중심부에 샤프트와 결합될 수 있는 홀을 포함하는 로터 코어 및, 상기 로터 코어와 결합되며, 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 1 영구자석과 상기 제 1 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부를 포함하는 모듈을 포함하는 로터;
    상기 홀에 결합되는 샤프트; 및
    상기 로터로부터 이격되어 위치하며, 코일이 감길 수 있는 적어도 하나의 슬롯(slot)을 포함하는 스테이터를 포함하는 구동 모터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부는,
    상기 한 쌍의 제 1 영구 자석의 로터 코어 내측면에 위치하는 일단들을 서로 연결하며, 상기 로터 코어의 내측면과 이격되어 위치하는 구동 모터.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 모듈은,
    상기 한 쌍의 제 1 영구자석과 이격되어 위치하는 한 쌍의 제 2 영구 자석; 및
    상기 한 쌍의 제 2 영구 자석의 일단을 연결하는 제 2 연결부를 포함하는 구동 모터.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 모듈은,
    상기 한 쌍의 제 1 영구 자석 사이에 위치하며, 상기 로터 코어의 외측면쪽에 위치하는 제 3 영구 자석을 포함하는 구동 모터.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 모듈은 짝수 개이고, 상기 짝수 개의 모듈들은 상호 이격되어 상기 로터 코어에 위치하고, 상기 로터 코어의 내측면과 이격되어 위치하는 구동 모터.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부 중 중심 부분은 영구자석으로 구성되고, 그 외 부분은 비자성 물질 또는 공기로 구성되는 구동 모터.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부는 비자성 물질 또는 공기로 구성되고,
    상기 로터 코어는 소프트 자성 재료(soft magnet material)로 구성되는 구동 모터.
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