KR20130038728A - 모터 및 모터용 로터 - Google Patents

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KR20130038728A
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Abstract

q축의 인덕턴스를 증가시키고, 자속이 누설되는 것을 방지함으로써, 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있는 기술이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 스테이터의 양측에 이격되어 형성되는 제 1 로터 및 제 2 로터를 포함하고, 제 1 로터 및 제 2 로터는 이격되어 형성되는 한 쌍의 제 1 영구자석과, 제 1 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부로 구성된 다수의 모듈을 포함할 수 있다.

Description

모터 및 모터용 로터{MOTROR AND ROTOR OF A MOTOR}
고속 운전시에도 출력을 높게 유지할 수 있는 모터 및 모터용 로터와 관련된다.
모터는 PMSM(Permanent magnet synchronous motor), induction motor, SRM(Switched Reluctance Motor) 등으로 구분될 수 있다. PMSM은 영구 자석을 사용하며 소형으로 제작이 가능하다. 또한, PMSM은 출력 밀도가 높을 뿐만 아니라 효율이 높다. 따라서, PMSM은 현재 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다.
일반적으로 PMSM에 사용되는 영구자석은 희토류 물질을 사용하여 제작된다. 예를 들면, 영구자석은 잔류 자기(residual magnetism) 및 보자력(coercive force)이 우수한 네오듐(NdFeB) 자석 등일 수 있다. 다만, 희토류 물질은 특정 국가에 치중되어 매장되어 있으며, 그 매장량도 매우 적다. 이에 따라, 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 동일한 성능을 발휘할 수 있는 구동 모터 관련 기술이 필요하다.
q축의 인덕턴스를 증가시키고, 자속이 누설되는 것을 방지함으로써, 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있는 기술과 관련된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 스테이터(stator)의 일측에 이격되어 형성되고, 이격되어 형성되는 한 쌍의 제 1 영구자석과, 제 1 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부로 구성된 다수의 제 1 모듈을 포함하는 제 1 로터; 및 스테이터(stator)의 타측에 이격되어 형성되고, 이격되어 형성되는 한 쌍의 제 2 영구자석과, 제 2 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 제 2 연결부로 구성된 다수의 제 2 모듈을 포함하는 제 2 로터를 포함한다.
모터는 제 1 영구자석 사이에 형성되는 제 1 코어 및, 제 2 영구자석 사이에 형성되는 제 2 코어를 더 포함한다.
모터는 상호 이격되어 형성되는 제 1 모듈들의 사이에 형성되는 제 3 코어; 및 상호 이격되어 형성되는 제 2 모듈들의 사이에 형성되는 제 4 코어를 더 포함한다.
모터는 제 1 연결부의 일측에 형성되는 제 5 코어 및 제 2 연결부의 일측에 형성되는 제 6 코어를 더 포함한다.
제 1 모듈 및 제 2 모듈은 짝수 개이고, 제 1 모듈들은 상호 이격되어 형성되며, 제 2 모듈들도 상호 이격되어 형성될 수 있다.
제 1 연결부 및 제 2 연결부 중 중심 부분은 영구 자석으로 구성되고, 그 외 부분은 비자성 물질 또는 공기로 구성될 수 있다.
제 1 연결부 및 제 2 연결부는 비자성 물질 또는 공기로 구성될 수 있다.
코어들은 자성물질로 구성될 수 있다.
제 1 모듈 및 제 2 모듈은 로터의 회전축을 기준으로 어긋나게 배치될 수 있다.
제 1 모듈 및 제 2 모듈은 회전축 방향에 수직인 반경 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 영구 자석들은 상기 제 1 로터의 중심과 상기 로터의 외주를 연결한 선과 평행하지 않도록 형성되며, 상기 영구 자석들은 상기 선을 기준으로 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 로터는 이격되어 형성되는 한 쌍의 영구자석과, 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 연결부로 구성된 다수의 모듈을 포함하되, 모듈들은 로터의 회전축 방향으로 형성될 수 있다.
모터의 로터는 한쌍의 영구자석 사이에 형성되는 코어를 더 포함할 수 있다.
모터의 로터는 상호 이격되어 형성되는 모듈들의 사이에 형성되는 코어를 더 포함할 수 있다.
모터의 로터는 연결부의 일측에 형성되는 코어를 더 포함할 수 있다.
모듈은 짝수 개이고, 짝수 개의 모듈들은 상호 이격되어 형성될 수 있다.
연결부 중 중심 부분은 영구 자석으로 구성되고, 그 외 부분은 비자성 물질 또는 공기로 구성될 수 있다.
모듈은 회전축 방향에 수직인 반경 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 영구 자석들은 상기 제 1 로터의 중심과 상기 로터의 외주를 연결한 선과 평행하지 않도록 형성되며, 상기 영구 자석들은 상기 선을 기준으로 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
개시된 내용에 따르면, q축의 인덕턴스를 증가시키고, 자속이 누설되는 것을 방지함으로써, 구동 모터가 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 모터의 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 모터를 분리한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 리플을 줄이기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 토크 리플을 줄이기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 모듈들의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 영구자석들을 통과하는 자화 방향을 설명하기 위한 모터 측면도이다.
도 7은 d축 및 q축의 자속 경로를 설명하기 위한 구동 모터 단면도의 일부를 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 모터의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 모터의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 모터(100)는 스테이터(stator)(110), 제 1 로터(120) 및 제 2 로터(130)를 포함한다. 모터(100)는 축방향 공극(air gap) 모터일 수 있다.
스테이터(stator)(110)는 적어도 하나의 슬롯(slot)(111) 및 슬롯(111)에 감길 수 있는 코일(112)을 포함할 수 있다. 슬롯들(111)은 방사형상으로 배치될 수 있다. 슬롯들(111) 중 일부분은 모터에 포함된 구성요소를 수용하는 하우징(housing) 등에 결합되어 고정될 수 있다. 따라서, 샤프트과 결합된 로터들(120, 130)이 축과 함께 회전하는 경우에도, 스테이터(110)는 하우징 등에만 결합되어 있기 때문에 회전하지 않을 수 있다.
제 1 로터(120)는 스테이터(110)의 일측에 이격되어 형성될 수 있다.
제 1 로터(120)는 다수의 제 1 모듈(123)을 포함할 수 있다. 제 1 모듈(123)은 이격되어 형성되는 한 쌍의 제 1 영구자석(121)과, 제 1 영구 자석(121)의 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부(122)를 포함할 수 있다. 제 1 모듈(123)들은 회전축(140) 방향으로 형성될 수 있다. 회전축(140) 방향은 도 1에 도시된 바와 같이, 로터(120, 130)가 회전하는 축에 대응되는 방향을 의미한다. 도 1을 기준으로 살펴보면, 제 1 모듈(123)은 회전축(140) 방향인 세로 방향으로 형성될 수 있다.
제 2 로터(130)는 스테이터(110)의 타측에 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 제 1 로터(120) 및 제 2 로터(130)는 스테이터(110)의 양측에 이격되어 형성될 수 있다.
제 2 로터(130)는 다수의 제 2 모듈(133)을 포함할 수 있다. 제 2 모듈(133)은 이격되어 형성되는 한 쌍의 제 2 영구자석(131)과, 제 2 영구 자석(131)의 일단들을 서로 연결하는 제 2 연결부(132)를 포함할 수 있다. 제 2 모듈(133)들은 회전축(140) 방향으로 형성될 수 있다.
한 쌍의 제 1 영구자석(121)은 평행하게 위치하거나 V자 형으로 위치하는 등과 같이 다양하게 형성될 수 있다. 한 쌍의 제 2 영구자석(131)도 평행하게 위치하거나 V자 형으로 위치하는 등과 같이 다양하게 형성될 수 있다.
제 1 연결부(122)는 제 1 영구 자석(121)의 일단들을 서로 연결할 수 있다. 예를 들면, 제 1 연결부(122)는 제 1 영구 자석(121) 중 스테이터(110)에서 가장 먼쪽에 위치하는 부분들을 서로 연결할 수 있다.
제 1 연결부(122) 및 제 2 연결부(132)는 비자성 물질로 구성되거나 공기로 구성될 수 있다. 공기인 경우, 연결부들(122, 132)은 아무것도 포함되지 않는 빈 공간일 수 있다.
제 1 로터(120)는 제 1 영구자석(121) 사이에 형성되는 제 1 코어(124)를 포함할 수 있다.
제 2 로터(130)는 제 2 영구자석(131) 사이에 형성되는 제 2 코어(134)를 포함할 수 있다.
제 1 로터(120)는 상호 이격되어 형성되는 제 1 모듈(123)들의 사이에 형성되는 제 3 코어(125)를 포함할 수 있다.
제 2 로터(130)는 상호 이격되어 형성되는 제 2 모듈(133)들의 사이에 형성되는 제 4 코어(135)를 포함할 수 있다.
제 1 로터(120)는 제 1 연결부(122)의 일측에 형성되는 제 5 코어(126)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 5 코어(126)는 제 1 코어(124)에 회전축(140) 방향으로 대향되는 위치에 형성될 수 있다.
제 2 로터(130)는 제 2 연결부(132)의 일측에 형성되는 제 6 코어(136)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 6 코어(136)는 제 2 코어(134)에 회전축(140) 방향으로 대향되는 위치에 형성될 수 있다.
제 3 코어(125) 및 제 5 코어(126)는 일체형으로 결합된 형태일 수 있다. 또한, 제 4 코어(135) 및 제 6 코어(136)도 일체형으로 결합된 형태일 수 있다.
제 1 로터(120)는 샤프트(미도시)와 결합될 수 있는 제 1 홀(127)을 포함할 수 있다.
제 2 로터(130)는 샤프트(미도시)와 결합될 수 있는 제 2 홀(137)을 포함할 수 있다.
제 1 코어(124), 제 2 코어(134), 제 3 코어(125), 제 4 코어(135), 제 5 코어(126) 및 제 6 코어(136)는 소프트 자성 물질일 수 있다.
제 2 모듈(133) 부분을 확대한 도면(150)을 참조하면, 제 2 영구자석(131) 주변의 자화 방향은 외부에서 제 2 영구자석(131)을 통과하여 내부로 이동하는 방향(160)이거나, 내부에서 제 2 영구자석(131)을 통과하여 외부로 이동하는 방향(161)일 수 있다. 제 1 모듈(123)의 자화 방향도 제 2 모듈(133)과 동일할 수 있다. 영구 자석은 하드(hard) 자성 재료일 수 있다.
제 1 모듈들(123) 및 제 2 모듈들(133)은 짝수 개일 수 있다. 인접한 짝수 개의 모듈 중 하나의 모듈은 N극을 형성하고, 다른 하나의 모듈은 S극을 형성할 수 있다. 또한, 짝수 개 존재하는 모듈들은 일정 간격으로 이격되어 위치할 수 있다.
모듈들을 이격시켜 형성함으로써, 모듈들 사이에 존재하는 코어(125, 126, 135, 136)를 통해 자속이 원활하게 흐를 수 있다. 따라서, 모듈들의 사이를 통과하는 q축의 인덕턴스가 증가되며, 연결부에 의해 자속이 누설되는 것이 방지됨으로써, 모터가 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 모터를 분리한 도면이다.
도 2a는 모터 중 로터들만을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 제 1 로터(120)는 다수의 제 1 모듈(123)을 포함할 수 있다. 제 1 모듈(123)은 이격되어 형성되는 한 쌍의 제 1 영구자석(121)과, 제 1 영구 자석(121)의 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부(122)를 포함할 수 있다. 제 1 모듈(123)들은 제 1 로터(120)의 회전축(200) 방향으로 형성될 수 있다.
제 2 로터(130)는 다수의 제 2 모듈(133)을 포함할 수 있다. 제 2 모듈(133)은 이격되어 형성되는 한 쌍의 제 2 영구자석(131)과, 제 2 영구 자석(131)의 일단들을 서로 연결하는 제 2 연결부(132)를 포함할 수 있다. 제 2 모듈(133)들은 제 2 로터(130)의 회전축(200) 방향으로 형성될 수 있다.
제 1 모듈(123)은 회전축 방향(200)에 수직인 반경 방향(210)으로 연장되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 모듈(123)은 제 1 로터(120)의 외주면으로부터 내주면까지 형성될 수 있다(220). 또 다른 예를 들면, 제 1 모듈(123)은 제 1 로터(120)의 외주면으로부터 내주면 중 일부에만 형성될 수도 있다.
제 2 모듈(133)도 제 1 모듈(123)과 동일하게 회전축 방향(200)에 수직인 반경 방향(210)으로 연장되어 형성될 수 있다.
도 2b는 모터 중 스테이터만을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 스테이터(stator)(110)는 적어도 하나의 슬롯(slot)(111) 및 슬롯(111)에 감길 수 있는 코일(112)을 포함할 수 있다.
슬롯들(111)은 방사형상으로 배치될 수 있다. 슬롯들(111)은 모터(100)에 포함된 구성요소를 수용하는 하우징(housing)(230)에 고정될 수 있다. 예를 들면, 슬롯들(111) 중 일부분(240)이 하우징(230)에 고정될 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과하고, 슬롯들(111)은 하우징 등에 다양한 형태로 고정될 수 있다. 샤프트과 결합된 로터들(120, 130)이 축과 함께 회전하는 경우에도, 스테이터(110)는 하우징(230)에 고정되어 있으므로 회전하지 않는다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 리플을 줄이기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 모터(300)는 스테이터(310), 제 1 로터(320) 및 제 2 로터(330)을 포함할 수 있다.
제 1 로터(320)에 포함된 제 1 모듈(321) 및 제 2 로터(330)에 포함된 제 2 모듈(331)은 로터들(320, 330)의 회전축(340)을 기준으로 어긋나게 배치될 수 있다. 다시 말해, 제 1 모듈(321) 및 제 2 모듈(331)은 회전축(340) 상에 일직선으로 배치되지 않고 어긋나게 배치될 수 있다. 이와 같이, 모듈들(321, 331)이 어긋나게 배치됨에 따라, 제 1 로터(320) 및 제 2 로터(330)에서 생성되는 토크(torque)의 크기와 위상이 시간에 따라 달라진다.
도 3b를 참조하면, 제 1 로터(320)에서 생성되는 토크의 크기를 시간에 따라 도시하였으며(350), 제 2 로터(330)에서 생성되는 토크의 크기를 시간에 따라 도시하였다(351). 또한, 제 1 로터(320) 및 제 2 로터(330)에서 생성된 토크를 합산한 값(total value)을 도시하였다. 이와 같이, 제 1 로터(320) 및 제 2 로터(330)에서 생성되는 토크(torque)의 크기는 시간에 따라 다르기 때문에, 제 1 로터(320) 및 제 2 로터(330)에서 생성된 토크를 합산한 값(total value)은 리플(ripple)이 작아짐을 알 수 있다. 본 실시예에 따르면, 모터에서 생성되는 토크 리플을 줄일 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 토크 리플을 줄이기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 실시예에 따른 로터(400)의 사시도이고, 도 4b는 로터(400)의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 로터(400)는 한 쌍의 영구자석(410, 411)을 포함하고 있다.
제 1 선 및 제 2 선(420, 421)은 로터(400)의 중심과 로터(400)의 외주에 존재하는 2개의 점(412)을 각각 연결한 선이다.
제 1 영구자석(410)은 제 1 선(420)과 평행하지 않도록 형성될 수 있다. 다시 말해, 제 1 영구자석(410)은 제 1 선(420)과 평행하지 않은 일정한 각도를 이루면서 형성될 수 있다.
제 2 영구자석(411)은 제 2 선(421)과 평행하지 않도록 형성될 수 있다. 다시 말해, 제 2 영구자석(411)은 제 2 선(421)과 평행하지 않은 일정한 각도를 이루면서 형성될 수 있다.
한 쌍의 영구자석(410, 411)은 동일한 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 한 쌍의 영구자석(410, 411)은 도 4b에 도시된 바와 같이 제 1 선 및 제 2 선(420, 421)의 오른쪽 방향으로 형성될 수 있다.
로터(400)에는 한 쌍의 영구자석(410, 411)과 동일한 형상을 갖는 다수의 영구자석들이 반복적으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 영구자석(410, 411)이 제 1 선 및 제 2 선(420, 421)을 기준으로 로터(400)에 틀어져서 형성되기 때문에, 모터에서 생성되는 토크 리플을 줄일 수 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 모듈들의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 로터(500a)는 한 쌍의 제 1 영구자석(510a) 및 제 1 연결부(520a)로 구성되는 다수의 모듈을 포함할 수 있다. 제 1 연결부(520a)는 한 쌍의 제 1 영구 자석(510a)의 일단들을 서로 연결할 수 있다. 이때, 자화 방향은 제 1 영구자석(510a)의 외부에서 제 1 영구 자석들(510a)을 통과하여 내부로 이동하는 방향(530a)이거나 그 반대일 수 있다.
도 5b를 참조하면, 로터(500b)는 한 쌍의 제 1 영구자석(510b) 및 제 1 연결부(511b, 512b)로 구성되는 다수의 모듈을 포함한다.
제 1 연결부(511b, 512b)는 한 쌍의 제 1 영구 자석(510b)의 일단들을 서로 연결할 수 있다.
제 1 연결부(511b, 512b)의 중심 부분(511b)은 영구 자석이고, 그 외에 부분(512b)는 비자성물질 또는 공기일 수 있다. 이때, 자화 방향은 외부에서 영구 자석들(510b, 511b)을 통과하여 내부로 이동하는 방향(530b)이거나 그 반대일 수 있다.
도 5a의 영구자석에 비해 영구자석(511b)이 더 포함되기 때문에, 영구 자석들(510b, 511b)에 의해서 생성되는 자속을 더 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 모터의 성능이 향상될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 로터(500c)는 한 쌍의 제 1 영구자석(510c), 제 1 연결부(520c), 한 쌍의 제 2 영구자석(511c) 및 제 2 연결부(521c)를 포함한다.
제 1 연결부(520c)는 한 쌍의 제 1 영구 자석(510c)의 일단들을 서로 연결할 수 있다. 본 실시예에 따른 제 1 연결부(520c)는 중심 부분이 영구자석인 연결부('도 5b의 511b')일 수도 있다.
한 쌍의 제 2 영구자석(511c)은 한 쌍의 제 1 영구자석(510c)과 이격되어 위치할 수 있다.
제 2 연결부(521c)는 한 쌍의 제 2 영구 자석(511c)의 일단들을 서로 연결할 수 있다. 이때, 자화 방향은 외부에서 영구 자석들(510c, 511c)을 통과하여 내부로 이동하는 방향(530c)이거나 그 반대일 수 있다.
도 5a의 영구자석에 비해 영구자석의 개수를 증가시킴으로써, 영구자석(510c, 511c)에 의해 생성되는 자속을 더 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 모터의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 6은 도 1의 영구자석들을 통과하는 자화 방향을 설명하기 위한 모터 측면도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 모터(100)는 스테이터(stator)(110), 제 1 로터(120) 및 제 2 로터(130)를 포함한다. 이하에서, q 축은 모듈들 사이를 통과하는 축을 의미하고, d 축은 모듈 내부를 통과하는 축을 의미한다.
스테이터(110)는 제 1 슬롯(611), 제 2 슬롯(612), 제 3 슬롯(613) 및 제 4 슬롯(614)을 포함한다.
제 1 로터(120)는 제 1 모듈(621), 제 2 모듈(622), 제 3 모듈(623) 및 제 4 모듈(624)을 포함한다.
제 2 로터(130)는 제 5 모듈(631), 제 6 모듈(632), 제 7 모듈(633) 및 제 8 모듈(634)을 포함한다.
제 1 코어(120)의 제 1 모듈(621)의 주변 자화 방향을 살펴보면, 자속은 제 1 모듈(120)의 외부에서 제 1 모듈(621)의 한 쌍의 영구 자석을 통과하여 내부로 이동한 후, 스테이터(110)의 제 1 슬롯(611)으로 이동할 수 있다. 스테이터(110)의 제 1 슬롯(611)을 통해 이동된 자속은 제 2 코어(130)의 제 5 모듈(631)로 이동할 수 있다. 제 1 코어(120)의 제 1 모듈(621)은 N 극의 역할을 하고, 제 2 코어(130)의 제 5 모듈(631)은 S 극의 역할을 할 수 있다.
제 2 코어(130)의 제 5 모듈(631)의 주변 자화 방향을 살펴보면, 자속은 스테이터(110)의 제 1 슬롯(611)으로부터 제 5 모듈(631)의 내부로 이동하고, 내부에서 제 5 모듈(631)의 한 쌍의 영구 자석을 통과하여 제 6 모듈(632)로 이동할 수 있다. 제 6 모듈(632)로 이동한 자속은 스테이터(110)의 제 2 슬롯(612)으로 이동할 수 있다. 제 2 코어(130)의 제 5 모듈(631)은 S 극의 역할을 하고, 제 2 코어(130)의 제 6 모듈(632)은 N 극의 역할을 할 수 있다.
제 2 코어(130)의 제 6 모듈(632)의 주변 자화 방향을 살펴보면, 자속은 제 5 모듈(631) 및 제 7 모듈(633)로부터 제 6 모듈(632)의 한 쌍의 영구 자석을 통과하여 제 6 모듈(632)의 내부로 이동할 수 있다. 제 6 모듈(632)의 내부로 이동한 자속은 스테이터(110)의 제 2 슬롯(612)으로 이동할 수 있다. 제 2 코어(130)의 제 6 모듈(632)은 N 극의 역할을 할 수 있다.
제 1 코어(120)의 제 2 모듈(622)의 주변 자화 방향을 살펴보면, 자속은 스테이터(110)의 제 2 슬롯(612)으로부터 제 2 모듈(622)의 내부로 이동할 수 있다. 제 2 모듈(622)의 내부로 이동한 자속은 제 1 모듈(621) 및 제 3 모듈(623)으로 이동할 수 있다. 제 2 모듈(622)은 S 극의 역할을 하고, 제 1 모듈(621) 및 제 3 모듈(623)은 N 극의 역할을 할 수 있다.
스테이터(110), 제 1 코어(120) 및 제 2 코어(130)의 자화 방향은 위에서 설명한 자화 방향이 반복되어 형성될 수 있다.
도 7은 d축 및 q축의 자속 경로를 설명하기 위한 구동 모터 단면도의 일부를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 모터(100)는 스테이터(stator)(110), 제 1 로터(120) 및 제 2 로터(130)를 포함한다. 이하에서, q 축은 모듈들 사이를 통과하는 축을 의미하고, d 축은 모듈 내부를 통과하는 축을 의미한다.
모터(100)의 토크는 수학식 1에 의해서 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Pn : 영구 자석 쌍극수, f : 영구자석에 의한 쇄교 자속량, id : d축 전류, Ld : d축 인덕턴스, iq : q축 전류, Lq : q축 인덕턴스를 의미한다.
여기서, f*iq 텀(term)은 마그네틱 토크를 의미하고, (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.
여기서, Lq > Ld, 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, iq가양(+)의 값므로, 자기저항 토크 값은 양의 값을 갖는다.
도 1 및 도 7을 참조하여, Lq와 관련된 자속의 경로를 살펴보면, Lq와 관련된 자속의 경로는 스테이터(100)와 제 1 로터(120) 사이에 존재하는 공극, 스테이터(100), 스테이터(100)와 제 2 로터(130) 사이에 존재하는 공극, 제 1 로터(120)의 제 1 코어(124), 제 2 코어(134), 제 3 코어(125), 제 4 코어(135), 제 5 코어(126) 및 제 6 코어(136) 부분을 통과하는 것을 알 수 있다. 즉, Lq의 경로 상에는 비자성물질 또는 자석과 같이 자속의 흐름을 방해할만한 요소로 공극만이 존재하기 때문에, 큰 Lq 값이 생성될 수 있다.
Ld와 관련된 자속의 경로를 살펴보면, Ld와 관련된 자속의 경로는 스테이터(100)와 제 1 로터(120) 사이에 존재하는 공극, 스테이터(100), 스테이터(100)와 제 2 로터(130) 사이에 존재하는 공극, 제 1 로터(120)의 영구자석 및 제 2 로터(130)의 영구자석을 통과하는 것을 알 수 있다. 즉, Ld의 경로 상에는 비자성물질 또는 자석과 같이 자속의 흐름을 방해할만한 요소로 공극 및 4개의 영구 자석이 존재하기 때문에, 작은 Ld값이 생성될 수 있다. 4개의 영구 자석이 자속의 흐름을 많이 방해할 수 있다.
위에서 살펴본 것과 같이, Lq의 경로 상에는 비자성물질 또는 영구자석과 같이 자속의 흐름을 방해할만한 요소로 공극만이 존재하기 때문에, 큰 Lq 값이 생성될 수 있다. 따라서, (Ld - Lq) 값이 커지게 되고, 자기저항 토크도 커지게 된다. 고속 운전시 모터의 토크에 큰 영향을 미치는 자기 저항 토크가 크기 때문에, 모터(100)가 고속 운전시에도 고출력을 유지할 수 있다.
또한, 로터들(120, 130)의 모듈에는 비자성 물질 또는 공기인 연결부(122, 132)가 포함되어 있기 때문에, 영구 자석에 의해 생성되는 자속이 연결부(122, 132)를 통과하여 누설(leakage)되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이, 자속이 누설되는 것을 방지함으로써, 모터(100)의 성능을 향상 시킬 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 모터의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a를 참조하면, 본 발명에 따른 모터는 RPM이 커지더라도, 일반적인 모터에 비해 급격하게 토크가 작아지지는 않는다. 즉, 본 발명에 따른 모터는 RPM이 커지더라도 큰 토크를 유지할 수 있다. 반면에, 일반적인 모터는 RPM이 커짐에 따라 급격하게 토크가 작아진다.
이와 같이, 본 발명에 따른 모터는 고속 운전시에도 큰 토크를 유지할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 본 발명에 따른 모터는 RPM이 커지더라도, 일반적인 구동 모터에 비해 급격하게 출력이 작아지지는 않는다. 즉, 본 발명에 따른 구동 모터는 RPM이 커지더라도 큰 출력을 유지할 수 있다. 반면에, 일반적인 구동 모터는 RPM이 커짐에 따라 급격하게 출력이 작아진다.
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 (20)

  1. 스테이터(stator)의 일측에 이격되어 형성되고, 이격되어 형성되는 한 쌍의 제 1 영구자석과, 상기 제 1 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 제 1 연결부로 구성된 다수의 제 1 모듈을 포함하는 제 1 로터; 및
    상기 스테이터(stator)의 타측에 이격되어 형성되고, 이격되어 형성되는 한 쌍의 제 2 영구자석과, 상기 제 2 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 제 2 연결부로 구성된 다수의 제 2 모듈을 포함하는 제 2 로터를 포함하는 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 영구자석 사이에 형성되는 제 1 코어; 및
    상기 제 2 영구자석 사이에 형성되는 제 2 코어를 더 포함하는 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상호 이격되어 형성되는 상기 제 1 모듈들의 사이에 형성되는 제 3 코어; 및
    상호 이격되어 형성되는 상기 제 2 모듈들의 사이에 형성되는 제 4 코어를 더 포함하는 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부의 일측에 형성되는 제 5 코어; 및
    상기 제 2 연결부의 일측에 형성되는 제 6 코어를 더 포함하는 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 모듈 및 상기 제 2 모듈은 짝수 개이고, 상기 제 1 모듈들은 상호 이격되어 형성되며, 상기 제 2 모듈들도 상호 이격되어 형성되는 모터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부 및 상기 제 2 연결부 중 중심 부분은 영구 자석으로 구성되고, 그 외 부분은 비자성 물질 또는 공기로 구성되는 모터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연결부 및 상기 제 2 연결부는,
    비자성 물질 또는 공기로 구성되는 모터.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 코어들은
    자성물질로 구성되는 모터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 모듈 및 상기 제 2 모듈은,
    로터의 회전축을 기준으로 어긋나게 배치되는 모터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 모듈 및 상기 제 2 모듈은
    상기 회전축 방향에 수직인 반경 방향으로 연장되어 형성되는 모터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 영구 자석들은 상기 제 1 로터의 중심과 상기 로터의 외주를 연결한 선과 평행하지 않도록 형성되며, 상기 영구 자석들은 상기 선을 기준으로 동일한 방향으로 형성되는 모터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 모듈들 및 상기 제 2 모듈들은,
    로터의 회전축 방향으로 형성되는 모터.
  13. 이격되어 형성되는 한 쌍의 영구자석과, 상기 영구 자석의 일단들을 서로 연결하는 연결부로 구성된 다수의 모듈을 포함하되, 상기 모듈들은 로터의 회전축 방향으로 형성되는 모터의 로터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 한쌍의 영구자석 사이에 형성되는 코어를 더 포함하는 모터의 로터.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상호 이격되어 형성되는 상기 모듈들의 사이에 형성되는 코어를 더 포함하는 모터의 로터.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 연결부의 일측에 형성되는 코어를 더 포함하는 모터의 로터.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 모듈은 짝수 개이고, 상기 짝수 개의 모듈들은 상호 이격되어 형성되는 모터의 로터.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 연결부 중 중심 부분은 영구 자석으로 구성되고, 그 외 부분은 비자성 물질 또는 공기로 구성되는 모터의 로터.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 모듈은
    상기 회전축 방향에 수직인 반경 방향으로 연장되어 형성되는 모터의 로터.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 영구 자석들은 상기 제 1 로터의 중심과 상기 로터의 외주를 연결한 선과 평행하지 않도록 형성되며, 상기 영구 자석들은 상기 선을 기준으로 동일한 방향으로 형성되는 모터의 로터.
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