KR20150091451A - Permanent magnet motor - Google Patents
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Abstract
Description
영구자석 전동기가 개시된다. 보다 상세하게는, 회전자의 표면에 부착되는 영구자석의 형상을 반주기 영역의 정현파 형태로 구현함으로써 영구자석으로부터 발생되는 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며 이를 통해 소음과 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있는 영구자석 전동기가 개시된다.
A permanent magnet motor is disclosed. More specifically, since the shape of the permanent magnet attached to the surface of the rotor is realized in the form of a sinusoidal wave in a half period region, the magnetic flux and the back electromotive force generated from the permanent magnet can have a sinusoidal shape, A permanent magnet motor capable of reducing torque and torque ripple is disclosed.
영구자석 동기전동기(Permanent Magnet synchronous Motor)는, 계자에 영구자석을 사용한 동기전동기로서, 다른 전동기들에 비해 상대적으로 고효율이고, 보수가 용이하며 또한 계자 손실에 따른 온도 상승이 없기 때문에 계자 온도 상승에 대한 보호가 불필요하다는 장점이 있다.Permanent magnet synchronous motor is a synchronous motor using a permanent magnet in a field. It is relatively high efficiency compared with other motors, and it is easy to repair. Moreover, since there is no temperature increase due to field loss, There is an advantage that the protection is not necessary.
영구자석 전동기 중 영구자석 표면부착형 브러쉬리스 직류전동기는 영구자석과 고정자 전류의 상호 작용으로 인해 발생하는 마그네틱 토크를 이용하는 전동기로서, 속도 가변과 고성능을 필요로 하는 가정용 및 산업용 전동기로 적용이 가능하다. Permanent Magnet Motors Permanent Magnet Surface Mount Type Brushless DC Motors are electric motors that use magnetic torque generated by the interaction of permanent magnet and stator current and can be applied to domestic and industrial motors that require speed change and high performance .
그런데, 이러한 종래의 영구자석 표면부착형 전동기는, 도 1에 도시된 것처럼, 영구자석으로부터 발생되는 역기전력이 사각파를 갖기 때문에 높은 코깅 토크 및 토크 리플이 발생하는 한계가 있다. 전동기의 코깅 토크와 토크 리플은 소음과 진동의 주요인이 되는데 제어가 쉽지 않다. However, such conventional permanent magnet surface-mounted type electric motors are limited in that high cogging torque and torque ripple occur because the counter electromotive force generated from the permanent magnet has a square wave as shown in Fig. The cogging torque and torque ripple of the motor are the main causes of noise and vibration, but control is not easy.
이에 코깅 토크 및 토크 리플을 최소화하기 위해, 드라이브를 통한 전류 파형 조절, 분포권 권선 방식 적용 등이 고려되었으나 전동기 크기가 커지는 문제, 그리고 권선 방식이 복잡해지는 단점이 있다.In order to minimize the cogging torque and torque ripple, the current waveform control through the drive and the application of the distribution winding method have been considered. However, there is a problem that the motor size increases and the winding method becomes complicated.
이에, 간단한 구성으로 정현파의 역기전력을 발생시킬 수 있는 영구자석 전동기의 개발이 요구된다.
Therefore, it is required to develop a permanent magnet motor capable of generating a back electromotive force of a sinusoidal wave with a simple structure.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 회전자의 표면에 부착되는 영구자석의 형상을 정현파 형태로 구현함으로써 영구자석으로부터 발생되는 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며 이를 통해 소음과 진동의 원인이 되고 속도 제어를 어렵게 하는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있는 영구자석 전동기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a permanent magnet which has a shape of a permanent magnet attached to a surface of a rotor in the form of a sinusoidal wave so that a magnetic flux and a back electromotive force generated from the permanent magnet can have a sinusoidal shape, And to reduce the cogging torque and the torque ripple which makes the speed control difficult, and to provide a permanent magnet motor.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 영구자석이 정현파 형태로 마련됨으로써 종래에 비해 영구자석의 체적을 줄일 수 있으며 따라서 제조 비용을 절감할 수 있는 영구자석 전동기를 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a permanent magnet motor in which the volume of the permanent magnet can be reduced and the manufacturing cost can be reduced by providing the permanent magnet in the form of a sinusoidal wave.
본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기는, 샤프트를 중심으로 축 회전 가능한 회전자 코어와, 상기 회전자 코어의 표면에 결합되는 영구자석을 구비하는 회전자; 및 상기 회전자를 감싸도록 마련되며 권선을 구비하는 고정자;를 포함하며, 상기 영구자석은 정현파의 반주기 영역의 형상을 갖도록 마련되되 가운데를 기준으로 양단 방향으로 갈수록 폭이 감소되는 대칭 형상을 가질 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 회전자의 표면에 부착되는 영구자석의 형상을 정현파 형태로 구현함으로써 영구자석으로부터 발생되는 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며 이를 통해 소음과 진동의 원인이 되고 속도 제어를 어렵게 하는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있다.A permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention includes a rotor having a rotor core that is rotatable about a shaft and a permanent magnet coupled to a surface of the rotor core; And a stator provided to surround the rotor and having a winding, wherein the permanent magnet has a symmetrical shape having a shape of a half period region of a sinusoidal wave and whose width decreases toward both ends with respect to the center, By this configuration, the shape of the permanent magnet attached to the surface of the rotor is realized in the form of a sinusoidal wave, so that the magnetic flux and the back electromotive force generated from the permanent magnet can also have a sinusoidal shape, which causes noise and vibration, It is possible to reduce the cogging torque and the torque ripple which make it difficult.
일측에 따르면, 상기 회전자 코어의 외면에서 상기 영구자석의 N극 및 S극이 교번적으로 배치되며, 상기 영구자석의 N극 및 S극은 각각, 높이 방향으로 적층되는 복수 개의 단위 영구자석을 구비하며, 상기 복수 개의 단위 영구자석 중 가운데 위치되는 단위 영구자석의 폭이 가장 크며, 상기 가운데에 위치되는 단위 영구자석으로부터 양단 방향으로 갈수록 상기 단위 영구자석의 폭이 단계적으로 짧아짐으로써 상기 영구자석의 N극 및 S극은 정현파 형상을 가질 수 있다.According to one aspect of the present invention, an N pole and an S pole of the permanent magnet are alternately disposed on an outer surface of the rotor core, and the N pole and the S pole of the permanent magnet are respectively arranged in a height direction, Wherein the width of the unit permanent magnets located in the middle of the plurality of unit permanent magnets is the largest, and the width of the unit permanent magnets is gradually decreased from the unit permanent magnets located in the center toward both ends, The N pole and the S pole may have a sine wave shape.
일측에 따르면, 상기 회전자 코어의 외면에서 상기 영구자석의 N극 및 S극이 교번적으로 배치되며, 상기 영구자석의 N극 및 S극은 각각, 가상의 중심을 기준으로 형상 대칭되는 상단부 및 하단부가 각각 등변 사다리꼴 형상으로 마련됨으로써 정현파 형상을 가질 수 있다.According to one aspect of the present invention, the N pole and the S pole of the permanent magnet are alternately disposed on the outer surface of the rotor core, and the N pole and the S pole of the permanent magnet are respectively shaped like an upper end symmetric with respect to a virtual center, And the lower ends thereof are each provided in an isosceles trapezoidal shape so as to have a sine wave shape.
일측에 따르면, 상기 영구자석의 N극 및 S극은 각각 중앙의 폭이 상단 및 하단의 폭의 3배로 형성되며, 상기 영구자석의 N극 및 S극의 형상을 갖도록 직사각형의 N극 및 S극에서 잘라진 부분을 상호 결합시켜 상기 영구자석의 N극 및 S극에 대응되는 N극 및 S극을 제조할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the N pole and the S pole of the permanent magnet are each formed to have a width of three times the width of the upper and lower ends of the permanent magnet, and the N pole and the S pole The N and S poles corresponding to the N and S poles of the permanent magnet can be manufactured.
일측에 따르면, 상기 영구자석의 N극 및 S극은 상호 동일한 형상으로 마련되어 상기 회전자 코어의 외면에 교번적으로 결합될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the N pole and the S pole of the permanent magnet may be provided in the same shape and may be alternately coupled to the outer surface of the rotor core.
일측에 따르면, 상기 영구자석의 N극 및 S극은 각각 2개씩 마련되어 교번적으로 배치되며, 상기 고정자는 상기 권선이 각각 배치되는 6개의 슬롯을 구비할 수 있다.According to an aspect of the present invention, each of the N and S poles of the permanent magnets is provided in alternation with each other, and the stator may have six slots in which the windings are respectively disposed.
일측에 따르면, 상기 영구자석의 N극 및 S극은 개별적으로 제조된 복수 개의 단위 영구자석이 높이 방향으로 적층되어 마련되거나 반주기 영역의 정현파 형상을 갖도록 일체로 제작될 수 있다.According to one aspect, the N pole and the S pole of the permanent magnet can be integrally manufactured so that a plurality of unit permanent magnets individually manufactured are laminated in the height direction or have a sine wave shape in a half period region.
일측에 따르면, 상호 교번적으로 배치되는 상기 영구자석의 N극 S극은 상기 회전자 코어의 외면에서 이격 배치될 수 있다.
According to one aspect, the N pole S poles of the permanent magnets arranged alternately may be spaced apart from the outer surface of the rotor core.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전자의 표면에 부착되는 영구자석의 형상을 정현파 형태로 구현함으로써 영구자석으로부터 발생되는 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며 이를 통해 소음과 진동의 원인이 되고 속도 제어를 어렵게 하는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, since the shape of the permanent magnet attached to the surface of the rotor is realized in the form of a sinusoidal wave, the magnetic flux and the back electromotive force generated from the permanent magnet can have a sinusoidal shape, It is possible to reduce cogging torque and torque ripple which makes control difficult.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 영구자석이 정현파 형태로 마련됨으로써 종래에 비해 영구자석의 체적을 줄일 수 있으며 따라서 제조 비용을 절감할 수 있다.
In addition, according to the embodiment of the present invention, since the permanent magnets are provided in the form of a sinusoidal wave, the volume of the permanent magnets can be reduced as compared with the prior art, thereby reducing the manufacturing cost.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 역기전력을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 회전자 코어의 외면에 결합된 영구자석을 평면적으로 편 가상 도면이다.
도 4는 도 2의 영구자석 전동기의 역기전력을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기와 종래의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 회전각에 따른 역기전력의 변화를 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기와 종래의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 고조파에 따른 진폭을 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기와 종래의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 회전각에 따른 코깅토크의 변화를 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기와 종래의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 회전각에 따른 전자기적 토크의 변화를 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전자 코어의 외면에 결합된 영구자석으로 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 영구자석의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
1 is a schematic view illustrating a counter electromotive force of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of the permanent magnet coupled to the outer surface of the rotor core shown in FIG. 2. FIG.
4 is a diagram schematically showing the counter electromotive force of the permanent magnet motor of FIG.
FIG. 5 is a graph comparing changes in back electromotive force according to a rotation angle of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention and a conventional permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph comparing amplitudes according to harmonics of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention and a permanent magnet motor according to a conventional example.
7 is a graph comparing changes in cogging torque according to rotation angles of the permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention and the permanent magnet motor according to the related art.
8 is a graph comparing changes in electromagnetic torque according to a rotation angle of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention and a permanent magnet motor according to a conventional example.
9 is a perspective view of a permanent magnet coupled to an outer surface of a rotor core according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a view schematically showing a manufacturing process of the permanent magnet shown in FIG.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 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. Hereinafter, configurations and applications according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following description is one of many aspects of the claimed invention and the following description forms part of a detailed description of the present invention.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail for the sake of clarity and conciseness.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 회전자 코어의 외면에 결합된 영구자석을 평면적으로 편 가상 도면이다.FIG. 2 is a perspective view of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a plan view of a permanent magnet coupled to an outer surface of the rotor core shown in FIG.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기(100)는, 영구자석 표면부착형 브러쉬리스 직류전동기로서, 영구자석(130)이 표면에 부착되는 구조를 갖는 회전자(110)와, 영구자석(130)과 전자기적으로 상호 작용하는 권선(미도시)이 장착되는 복수 개의 슬롯(155)을 구비한 고정자(150)를 포함할 수 있다.As shown in these drawings, a
각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 본 실시예의 회전자(110)는, 회전 중심을 이루는 샤프트(미도시)와, 샤프트에 결합되는 홀(111)이 중앙에 형성되며 원통형을 이루는 회전자 코어(115)와, 회전자 코어(115)의 표면에 부착되어 결합되는 표면 부착형의 복수 개의 영구자석(130)을 포함할 수 있다.First, the
여기서, 회전자 코어(115)에 결합되는 영구자석(130)은 N극(131) 및 S극(135)으로 이루어지는데, 이들은 반주기 영역의 정현파 형상으로 형성됨으로써 영구자석(130)으로부터 발생되는 자속 및 역기전력을 정현파 형태를 갖도록 할 수 있으며, 따라서 영구자석 전동기(100)의 소음과 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있다. 이러한 영구자석(130)의 구체적인 구성에 대해서는 자세히 후술하기로 한다.The
한편, 본 실시예의 고정자(150)는, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 회전자(110)를 감싸는 고정자 코어(151)와, 고정자 코어(151)에 공간을 형성하도록 6개 구비되어 영구자석(130)과 전자기적으로 상호 작용하는 권선이 각각 배치되는 슬롯(155)들을 구비할 수 있다.2, the
이러한 구성의 고정자(150)의 권선에 전류가 인가되면, 영구자석(130)과의 상호 전자기적인 작용이 발생되어 회전자(110)는 고정자(150)에 대해 상대 회전할 수 있다.When current is applied to the winding of the
다만, 이 때 원하는 토크를 발생시키기 위해서는, 공극자속밀도가 좋아야 하며, 이를 위해 영구자석(130)으로부터 발생되는 자속이 사각파가 아닌 정현파 형태를 가져야야 하며, 또한 소음과 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시키기 위해 역기전력 역시 사각파가 아닌 정현파 형태를 가져야만 한다.However, in order to generate a desired torque at this time, the air gap magnetic flux density must be good. To this end, the magnetic flux generated from the
그런데, 전술한 것처럼 종래의 경우, 사각파의 역기전력을 갖기 때문에 높은 코깅 토크 및 토크 리플이 발생하였으며 이로 인해 소음 및 진동이 발생되는 한계가 있었다.However, as described above, in the conventional case, a high cogging torque and torque ripple are generated because of the back electromotive force of a square wave, so that noise and vibration are generated.
이에, 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 본 실시예의 영구자석 전동기(100)는 정현파의 자속 및 역기전력을 발생시킬 수 있도록 반주기 영역의 정현파 형상을 갖는 영구자석(130)을 구비한다.In order to solve these problems, the
도 3을 참조하면, 본 실시예의 영구자석(130)의 N극(131) 및 S극(135)은, 정현파의 자속 및 정현파의 역기전력 발생을 위해 반주기 영역의 정현파 형상을 갖는다. 보다 구체적으로는, N극(131) 및 S극(135)은 중앙으로부터 양측으로 갈수록 계단식으로 폭이 좁아지는 형상을 갖는다. 따라서 고정자(150)의 권선에 전류가 흐를 때 발생되는 영구자석(130)으로부터의 자속이 정현파 형태를 가질 수 있고 아울러 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있다.Referring to FIG. 3, the
본 실시예의 영구자석의 N극(131) 및 S극(135)은 각각 2개씩 구비되어 회전자 코어(115)의 표면에 상호 교번적으로 부착될 수 있다.The
이러한 영구자석의 N극(131) 및 S극(135)은, 회전자 코어(115)의 높이에 대응되는 높이를 가지며 적층 구조를 가질 수 있다. N극(131)을 예로 들어 설명하면, N극(131)은 복수 개의 단위 영구자석(131a~131g)을 구비하는데, 단위 영구자석(131a~131g)의 폭은 다르게 마련된다.The
도 3을 참조하면, N극(131)의 가운데에 위치되는 단위 영구자석(131a), 즉 제1 단위 영구자석(131a)은 다른 단위 영구자석(131b~131g)에 비해 가장 긴 폭을 가지며, 제1 단위 영구자석(131a)을 기준으로 양측에 단위 영구자석(131b~131g)들이 적층된다. 제1 단위 영구자석(131a)의 양측에는 제1 단위 영구자석(131a)에 비해 상대적으로 폭이 짧은 제2 단위 영구자석(131b)들이 제1 단위 영구자석(131a)을 기준으로 대칭되게 적층되고, 제2 단위 영구자석(131b)의 바깥 면에는 제2 단위 영구자석(131b)에 비해 상대적으로 폭이 짧은 제3 단위 영구자석(131c)이 배치될 수 있다. 이러한 적층 구조로 제4 내지 제7 단위 영구자석(131d~131g)들이 적층될 수 있다. 즉, 총 13개의 단위 영구자석(131a~131g)이, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 가운데를 기준으로 대칭되는 형상으로 적층될 수 있는 것이다.3, the unit
다만, N극(131) 및 후술할 S극(135)의 단위 영구자석의 개수는 13개에 한정되는 것은 아니며 그보다 많게 또는 적게 마련될 수 있음은 당연하다.However, the number of unit permanent magnets of the
한편, S극(135) 역시 N극(131)과 동일한 적층 구조를 가짐으로써 동일한 형상을 가지며, 이에 상호 대응되는 복수 개의 단위 영구자석(135a~135g)들을 구비할 수 있다.Meanwhile, the
여기서, N극(131) 및 S 극(135)을 형성하는 복수 개의 단위 영구자석(131a~131g, 135a~135g)은 개별적으로 제조되어 적층에 의해 N극(131) 및 S극(135)을 형성할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며 N극(131) 및 S극(135)은 일체로 형성될 수도 있다. Here, a plurality of unit
이처럼, N극(131) 및 S극(135)으로 이루어진 영구자석(130)은 전체적으로 반주기 영역의 정현파 형상을 갖도록 마련됨으로써 자속 및 역기전력 역시 정현파 형태를 가질 수 있으며, 따라서 소음 및 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.Since the
한편, 이하에서는, 표 1 및 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기와 종래의 일반적인 영구자석 전동기의 성능 비교를 한 실험에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, an experiment for comparing the performance of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention and a conventional permanent magnet motor will be described with reference to Table 1 and FIGS. 4 to 8. FIG.
표 1은 종래의 영구자석 전동기 및 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예의 영구자석 전동기의 설계변수를 비교한 표이다.Table 1 is a table comparing the design parameters of the conventional permanent magnet motor, the permanent magnet motor of the embodiment of the present invention and other embodiments.
[표 1][Table 1]
상기 표에 기재된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기는 종래의 영구자석 전동기와 비교할 때 고정자 및 회전자의 크기 등과 같은 설계변수에 있어서는 동일하지만 영구자석의 체적이 대략 30.8퍼센트 감소하였음을 알 수 있으며, 아울러 종래의 영구자석 전동기의 경우 사각파 형상의 영구자석을 갖는 반면에 본 실시예의 영구자석 전동기의 경우 정현파 형상의 영구자석을 가짐을 알 수 있다. 이를 통해, 영구자석 제조를 위해 소용되는 비용을 줄일 수 있고 아울러 정현파 형상의 영구자석으로 인해 소음 및 진동 발생을 억제할 수 있다.As shown in the above table, the permanent magnet motor according to the embodiment of the present invention has the same design variables as those of the conventional permanent magnet motor, such as the size of the stator and the rotor, but the volume of the permanent magnet is reduced by about 30.8%. In addition, the conventional permanent magnet motor has a square wave permanent magnet, whereas the permanent magnet motor of the present embodiment has a sinusoidal permanent magnet. As a result, it is possible to reduce the cost of manufacturing permanent magnets and suppress noise and vibration due to the sinusoidal permanent magnet.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기와 종래의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 회전각에 따른 역기전력의 변화를 비교한 그래프이다. Meanwhile, FIG. 5 is a graph comparing changes in back electromotive force according to the rotation angle of the permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention and the permanent magnet motor according to the related art.
이에 도시된 바와 같이, 종래의 영구자석 전동기는 사각파에 가까운 역기전력 그래프를 갖는 데 반해, 본 발명의 실시예들에 따른 영구자석 전동기는 정현파에 가까운 역기전력 그래프를 갖는다. 부연하면, 종래의 영구자석 전동기는 사각파 형태의 99Vrms의 역기전력을 갖는 데 반해, 본 실시예의 영구자석 전동기는 권선수를 증가시켜 종래 영구자석 전동기의 역기전력 수치와 동일한 99Vrms의 역기전력을 가지며 이에 따라 본 실시예 및 종래의 영구자석 전동기를 용이하게 비교할 수 있으며, 이를 통해 본 실시예의 영구자석 전동기의 역기전력 파형의 왜곡은 영구자석의 적층 구조에 의해서 파형의 후미에서 아주 적게 됨을 발생됨을 알 수 있다. 다시 말해, 토크 리플 및 코깅 토크를 최소화할 수 있으며 이에 전동기로부터 발생 가능한 소음 및 진동을 줄일 수 있다.As shown in the figure, a conventional permanent magnet motor has a graph of a back electromotive force close to a square wave, whereas a permanent magnet motor according to embodiments of the present invention has a graph of a back electromotive force close to a sinusoidal wave. In other words, the conventional permanent magnet motor has a back electromotive force of 99 Vrms in the form of a square wave, whereas the permanent magnet motor of this embodiment has a back electromotive force of 99 Vrms which is equal to the back electromotive force value of the conventional permanent magnet motor by increasing the number of turns. It can be seen that the embodiment and the conventional permanent magnet motor can be easily compared, and the distortion of the counter electromotive force waveform of the permanent magnet motor of this embodiment is very small at the tail of the waveform due to the lamination structure of the permanent magnets. In other words, torque ripple and cogging torque can be minimized, thereby reducing the noise and vibration that can be generated from the motor.
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기와 종래의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 고조파에 따른 진폭을 비교한 그래프이다.Meanwhile, FIG. 6 is a graph comparing amplitudes according to harmonics of the permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention and the permanent magnet motor according to the conventional example.
이를 통해, 종래의 영구자석 전동기의 역기전력은 매우 높은 고조파 요소를 포함하고 있으나, 본 실시예의 영구자석 전동기의 경우 몇 가지의 고조파 요소를 갖고 있지만 파형이 정현파 형상에 가깝다는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, although the counter electromotive force of the conventional permanent magnet motor includes a very high harmonic element, the permanent magnet motor of the present embodiment has several harmonic elements, but it can be confirmed that the waveform is close to the sinusoidal waveform.
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기와 종래의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 회전각에 따른 코깅 토크의 변화를 비교한 그래프이다.Meanwhile, FIG. 7 is a graph comparing changes in cogging torque according to rotation angles of the permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention and the conventional permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.
이에 도시된 것 같이, 종래의 영구자석 전동기는 최대 0.12N-m의 높은 코깅 토크를 가지고 있으나, 본 실시예의 영구자석 전동기의 코깅 토크는 0.011N-m의 값을 가짐으로써 종래의 것에 비해 대략 91퍼센트 정도의 코깅 토크 감소가 이루어짐을 알 수 있다.As shown in the figure, the conventional permanent magnet motor has a high cogging torque of 0.12 Nm at most, but the cogging torque of the permanent magnet motor of this embodiment has a value of 0.011 Nm, It can be seen that the torque reduction is achieved.
한편, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기와 종래의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 회전각에 따른 전자기적 토크의 변화를 비교한 그래프이다.Meanwhile, FIG. 8 is a graph comparing changes in electromagnetic torque according to rotation angles of the permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention and the permanent magnet motor according to the related art.
이에 도시된 것처럼, 종래의 영구자석 전동기는 높은 토크 리플을 포함하고, 0.638N-m 의 평균적인 전자기적 토크를 갖는 데 반해, 본 실시예의 영구자석 전동기는 영구자석의 정현파 형상으로 토크 리플을 74.5% 감소시킬 수 있고, 아울러 평균 전자기적 토크를 0.656N-m 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 본 실시예의 회전자의 체적의 토크는 종래의 영구자석 전동기에 비해 0.0068N-m/cm³ 에서 0.0076 N-m/cm³으로 12% 증가함을 알 수 있다.As shown in the figure, the conventional permanent magnet motor includes a high torque ripple and has an average electromagnetic torque of 0.638 Nm, whereas the permanent magnet motor of the present embodiment has a sinusoidal shape of the permanent magnet, and the torque ripple is reduced by 74.5% And the average electromagnetic torque can be maintained at a level of 0.656 Nm. It can also be seen that the torque of the rotor volume of the present embodiment is increased by 12% from 0.0068 N-m / cm3 to 0.0076 N-m / cm3 as compared with the conventional permanent magnet motor.
한편, 도시하지는 않았지만, 본 실시예의 영구자석의 N극 및 S극은 상호 이격되도록 회전자 코어의 외면에 결합될 수 있다. 보다 정확히는, N극 및 S극의 제1 단위 영구자석들의 사이가 벌어지도록 N극 및 S 극이 회전자 코어의 외면에 부착될 수 있는 것이다. 이러한 영구자석의 이격 구조에 의해서, 역기전력의 정현파 형상을 보다 잘 구현할 수 있으며, 아울러 영구자석 전동기의 진동, 소음의 원인이 되는 토크 맥동을 줄일 수 있다. 또한, 단위 체적당 출력(TRV) 및 효율성 증대를 기대할 수 있다.Although not shown, the N pole and the S pole of the permanent magnet of this embodiment can be coupled to the outer surface of the rotor core so as to be spaced apart from each other. More precisely, the N pole and the S pole can be attached to the outer surface of the rotor core such that the gap between the first unit permanent magnets of the N poles and the S poles spreads. By the spacing structure of the permanent magnets, the sinusoidal shape of the counter electromotive force can be more easily realized, and torque pulsation, which causes vibration and noise of the permanent magnet motor, can be reduced. Further, the output (TRV) per unit volume and the increase in efficiency can be expected.
한편, 이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 전동기에 대해 설명하되, 전술한 일 실시예의 영구자석 전동기와 실직적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다. Hereinafter, a permanent magnet motor according to another embodiment of the present invention will be described, but a description of parts that are substantially the same as those of the permanent magnet motor of the above embodiment will be omitted.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전자 코어의 외면에 결합된 영구자석으로 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 영구자석의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 9 is a perspective view of a permanent magnet coupled to an outer surface of a rotor core according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a view schematically illustrating a manufacturing process of the permanent magnet shown in FIG.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 영구자석 전동기의 회전자(210)는, 원통형의 회전자 코어(215)와, 회전자 코어(215)의 표면에 부착되는 복수 개의 영구자석(230)을 포함할 수 있는데, 영구자석(230)의 N극(231) 및 S극(235)의 형상에 있어서 전술한 일 실시예와 차이가 있다.9, the rotor 210 of the permanent magnet motor of the present embodiment includes a
영구자석(230)의 N극(231) 및 S극(235)은 가상의 중심(230a)을 기준으로 상하로 형상 대칭되는 상단부 및 하단부가 각각 등변 사다리꼴로 마련됨으로써 반주기 영역의 정현파 형상을 이루며, 따라서 영구자석 전동기의 소음과 진동의 원인이 되는 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있다. 아울러 제조를 용이하게 할 수 있음을 물론 제조 비용을 절감할 수 있다.The
도 9를 참조하면, 예를 들면 직사각형의 N극(231a)이 두 개 존재하는데, 이를 통해 본 실시예의 영구자석(230)의 N극(231)을 3개 제조할 수 있다. 부연하면, 본 실시예의 N극(231)의 중심의 좌우 폭(A)은 상단 및 하단의 폭(B)의 3배로 마련될 수 있으며, 따라서 2개의 영구자석(231a)의 네 모서리 영역을 절단하는 경우 총 8개의 직각 삼각형의 N극(231b)을 얻을 수 있다.Referring to FIG. 9, for example, there are two
이러한 직각 삼각형 형상의 N극(231b)을, 도 9의 하측에 도시된 형상으로 결합하는 경우, 본 실시예의 N극(231)에 대응되는 형상을 얻을 수 있으며, 이를 회전자 코어(213)의 외면에 부착함으로써 표면 부착형 영구자석(230)으로 적용시킬 수 있다.When this right
이처럼, 본 실시예의 영구자석(230)의 N극(231) 및 S극(235)은 제조를 용이하게 할 수 있으면서도 버려지는 부분이 없이 재활용될 수 있어 제조 비용을 현저히 절감할 수 있는 장점이 있다.As described above, the
또한, 전술한 것처럼, 본 실시예의 영구자석(230)의 N극(231) 및 S극(235)은 반주기 영역의 정현파 형상을 가짐으로써 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 종래의 영구자석 전동기의 경우, 코깅 토크가 0.118Nm이고 토크 리플이 23.5%의 값을 가질 수 있는데, 본 실시예의 경우 코깅 토크가 0.014Nm이고 토크 리플이 16.8%의 값을 가짐으로써 종래에 비해 현저히 낮은 코깅 토크 및 토크 리플을 가질 수 있다.Also, as described above, the
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.
100 : 영구자석 전동기
110 : 회전자
130 : 영구자석
131 : N극
131a~131g : 단위 영구자석
135 : S극
150 : 고정자100: permanent magnet motor
110: rotor
130: permanent magnet
131: N pole
131a to 131g: unit permanent magnet
135: S pole
150: stator
Claims (7)
상기 회전자를 감싸도록 마련되며 권선을 구비하는 고정자;
를 포함하며,
상기 회전자 코어의 외면에서 상기 영구자석의 N극 및 S극이 교번적으로 배치되며,
상기 영구자석의 N극 및 S극은 각각,
높이 방향으로 적층되는 복수 개의 단위 영구자석을 구비하며,
상기 복수 개의 단위 영구자석 중 가운데 위치되는 단위 영구자석의 폭이 가장 크며, 상기 가운데에 위치되는 단위 영구자석으로부터 양단 방향으로 갈수록 상기 단위 영구자석의 폭이 단계적으로 짧아짐으로써 상기 영구자석의 N극 및 S극은 정현파 형상을 갖는 영구자석 전동기.
A rotor having a rotor core axially rotatable about a shaft, and a permanent magnet coupled to a surface of the rotor core; And
A stator for winding the rotor and having a winding;
/ RTI >
An N pole and an S pole of the permanent magnet are alternately disposed on the outer surface of the rotor core,
The N-pole and the S-pole of the permanent magnet are, respectively,
And a plurality of unit permanent magnets stacked in a height direction,
Wherein a width of the unit permanent magnet located at the center of the plurality of unit permanent magnets is the largest, and a width of the unit permanent magnet is gradually decreased from the unit permanent magnet located at the center to the both ends, S pole is a sinusoidal wave.
상기 영구자석의 N극 및 S극은 상호 동일한 형상으로 마련되어 상기 회전자 코어의 외면에 교번적으로 결합되는 영구자석 전동기.
The method according to claim 1,
And the N pole and the S pole of the permanent magnet are provided in the same shape and are alternately coupled to the outer surface of the rotor core.
상기 영구자석의 N극 및 S극은 각각 2개씩 마련되어 교번적으로 배치되며, 상기 고정자는 상기 권선이 각각 배치되는 6개의 슬롯을 구비하는 영구자석 전동기.
The method according to claim 1,
Wherein each of the N and S poles of the permanent magnets is provided in alternation with each other, and the stator has six slots in which the windings are respectively disposed.
상기 영구자석의 N극 및 S극은 개별적으로 제조된 복수 개의 단위 영구자석이 높이 방향으로 적층되어 마련되거나 반주기 영역의 정현파 형상을 갖도록 일체로 제작되는 영구자석 전동기.
The method according to claim 1,
Wherein the N permanent magnets and the S permanent magnets are integrally manufactured so that a plurality of unit permanent magnets manufactured individually are stacked in a height direction or have a sine wave shape in a half period region.
상호 교번적으로 배치되는 상기 영구자석의 N극 S극은 상기 회전자 코어의 외면에서 이격 배치되는 영구자석 전동기.
The method according to claim 1,
Wherein the N pole S poles of the permanent magnets arranged alternately are spaced apart from the outer surface of the rotor core.
상기 회전자를 감싸도록 마련되며 권선을 구비하는 고정자;
를 포함하며,
상기 회전자 코어의 외면에서 상기 영구자석의 N극 및 S극이 교번적으로 배치되며,
상기 영구자석의 N극 및 S극은 각각,
가상의 중심을 기준으로 형상 대칭되는 상단부 및 하단부가 각각 등변 사다리꼴 형상으로 마련됨으로써 정현파 형상을 갖는 영구자석 전동기.
A rotor having a rotor core axially rotatable about a shaft, and a permanent magnet coupled to a surface of the rotor core; And
A stator for winding the rotor and having a winding;
/ RTI >
An N pole and an S pole of the permanent magnet are alternately disposed on the outer surface of the rotor core,
The N-pole and the S-pole of the permanent magnet are, respectively,
Wherein each of the upper and lower ends symmetrically symmetrical with respect to an imaginary center is provided in an isosceles trapezoidal shape so that the permanent magnet motor has a sine wave shape.
상기 영구자석의 N극 및 S극은 각각 중앙의 폭이 상단 및 하단의 폭의 3배로 형성되며,
상기 영구자석의 N극 및 S극의 형상을 갖도록 직사각형의 N극 및 S극에서 잘라진 부분을 상호 결합시켜 상기 영구자석의 N극 및 S극에 대응되는 N극 및 S극을 제조하는 영구자석 전동기.The method according to claim 6,
The N pole and the S pole of the permanent magnet are each formed to have a width of three times the width of the upper and lower ends,
A permanent magnet motor for producing N poles and S poles corresponding to N poles and S poles of said permanent magnets by mutually joining portions of rectangular N poles and S poles so as to have the shape of N poles and S poles of said permanent magnets; .
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