KR20160053560A - 회전 전기기기의 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차 및 전기 자동차 등에 탑재되는 회전 전기기기의 회전자에 관한 것으로, 모터 회전자의 슬롯부에서 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석 사이에 노치부를 형성하여 코깅토크를 저감하는 회전 전기기기의 회전자를 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 회전자 코어의 가장자리에 원주방향으로 복수의 슬롯부가 형성되고, 상기 각 슬롯부에 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석이 일렬로 배치되고, 상기 회전자 코어의 외주면에 원주방향으로 복수의 노치부가 형성되고, 상기 각 노치부는 하나의 슬롯부에서 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 회전자를 제공한다.

Description

회전 전기기기의 회전자 {Motor rotor}

본 발명은 회전 전기기기의 회전자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차 등에 탑재되는 회전 전기기기의 코깅토크 저감을 위한 회전자에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 정숙성을 확보하기 위해 소음 진동을 최대한 저감하여 설계된다. 소음 진동을 저감하는 방법으로는 전달계 개선과 가진원 저감이 있다. 전달계를 개선하는 방법(예를 들면, 케이스 두께 증가, 립 추가 등)은 일반적으로 전체 차량의 무게를 증가시켜 연비에 영향을 주며 전체 원가를 증가시키므로 가진원을 최대한 저감시켜야 한다.

하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle) 또는 전기 자동차(EV: Electric Vehicle)의 경우 가진원으로 엔진 이외에 구동모터가 추가된다. 모터의 구동시 소음과 진동을 발생시키는 것은 토크리플이다.

소음 진동 평가시 HEV/EV의 경우 완가속, 완감속 상황이 문제가 된다. 완가감속시 모터는 저부하로 구동이 되며, 저부하에서의 가진원 저감을 위해서는 코깅토크를 저감해야 한다.

코깅토크란 무부하 구동시에 생기는 모터의 토크리플로, 저부하 구동시의 토크리플에 영향을 준다.

일반적으로 토크리플 및 코깅토크의 경우 모터 코어의 형상에 의한 영향을 많이 받는다.

도 4를 참조하면, 고정자(1)의 경우 슬롯오프닝, 슈 높이 등의 최적화를 통해 토크리플 및 코깅토크의 저감이 가능하며, 회전자(2)의 경우 V홈 형상, 자석의 위치 등의 최적화를 통해 토크리플 및 코깅토크의 저감이 가능하다.

하지만 자동차의 정숙성을 만족시키기 위해서는 이와 같은 기본적인 모터 코어의 형상 변수에 의한 최적화 이외에 추가적인 코깅토크 및 토크리플의 저감이 필요하다.

한국공개특허 제2013-0083209호(2013년07월22일)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 모터 회전자의 슬롯부에서 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석 사이에 노치부를 형성하여 코깅토크를 저감하는 회전 전기기기의 회전자를 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 회전자 코어의 가장자리에 원주방향으로 복수의 슬롯부가 형성되고, 상기 각 슬롯부에 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석이 일렬로 배치되고, 상기 회전자 코어의 외주면에 원주방향으로 복수의 노치부가 형성되고, 상기 각 노치부는 하나의 슬롯부에서 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 회전자를 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 노치부는 회전자 코어의 외주면에 원호 형태의 홈 모양으로 함몰되어 형성되며, 회전자 코어의 외주면으로부터 직경방향으로 일정 깊이(depth)를 갖는 동시에 소정 곡률(round)을 갖는다.

본 발명에 따른 회전 전기기기의 회전자는, 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석 사이에 노치부를 형성함으로써 모터의 코깅토크를 효과적으로 저감할 수 있으며, 이에 의해 자동차의 완가감속시 소음 진동을 저감할 수 있고, 또한 전달계 개선과 같은 추가적인 원가 상승 및 중량 상승을 초래하지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전자를 적용한 모터를 나타낸 평면도
도 2는 도 1의 A 부위를 나타낸 확대도
도 3은 본 발명에 따라 노치부를 형성한 회전자를 적용한 모터와 노치부를 미형성한 회전자를 적용한 모터의 코깅토크 파형을 각각 측정하여 나타낸 그래프
도 4는 종래 모터의 코깅토크 저감을 위한 모터 코어 형상의 최적화 조건을 설명하기 위한 도면

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 먼저 모터 고정자(10)는 대략 원통형으로 형성된 고정자 코어(11)에 코어(11)의 직경방향을 따라 내측으로 돌출되는 복수의 티스(12)가 코어(11)의 원주방향을 따라 등간격으로 형성되고, 각 티스(12)에 코일(13)이 권회되어 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 모터 회전자(20)는 대략 원통형으로 형성된 회전자 코어(21)의 가장자리에 원주방향을 따라 일정 간격으로(또는 등간격으로) 복수의 슬롯부(22)가 형성되고, 각 슬롯부(22)에 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석(24)이 배치되어 있다.

또한 회전자 코어(21)의 외주면에는 일정 간격으로(또는 등간격으로) 복수의 브이(V) 홈(25)이 형성되고, 이 브이 홈(25)은 각각의 슬롯부(22) 사이에 배치된다.

상기 슬롯부(22)는 복수의 유니 슬롯(23)으로 형성될 수 있으며, 각 유니 슬롯(23)에는 하나 이상의 영구자석(24)이 배치된다.

하나의 슬롯부(22)에 배치되는 영구자석(24)은 N극 또는 S극의 단일 자기극을 형성하고, 하나의 슬롯부(22)를 형성하는 유니 슬롯(23)에는 동일 극성을 갖는 영구자석(24)이 설치되며, 영구자석(24)은 복수의 슬롯부(22)에 N극과 S극이 교대로 배치(교번 배열)된다. 따라서 이웃한 슬롯부(22)에는 서로 다른 자기극을 갖는 영구자석(24)이 설치된다.

또한 도면으로 나타내지는 않았으나, 상기 슬롯부(22)가 하나의 유니 슬롯으로 형성되고, 그 유니 슬롯에 복수의 영구자석이 나란하게 배치되는 것도 가능하다.

복수의 슬롯부(22)는 회전자 코어(21)의 원주방향에 등간격으로 배치되어 회전축(26)을 기준으로 서로 대칭을 이루고, 각 유니 슬롯(23)(혹은 슬롯부(22))은 모터 회전자(20)의 회전 중심이 되는 회전축(26)의 축선방향(즉, 회전자 코어(21)의 축선방향)과 회전자 코어(21)의 지름방향에 직교하는 방향으로 길게 연장되어 대략 장방형으로 형성된다.

그리고, 회전자 코어(21)의 외주면에는 일정 간격으로(혹은 등간격으로) 복수의 노치부(27)가 형성되고, 이 노치부(27)는 각각의 브이 홈(25) 사이에 배치되며 회전자 코어(21)의 직경방향을 기준으로 슬롯부(22) 바깥측에 배치된다.

특히, 상기 노치부(27)는 하나의 슬롯부(22)에서 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석(24) 사이에 배치된다.

도 2를 보면, 노치부(27)는 회전자 코어(21)의 외주면에 원호 형태의 홈 모양으로 함몰되어 형성되며, 회전자 코어(21)의 외주면으로부터 직경방향으로 일정 깊이(depth)를 갖는 동시에 소정 곡률(round) 및 곡률반경을 갖는다.

이와 같이 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석(24) 사이에 노치부(27)를 형성함으로써 모터의 코깅토크를 효과적으로 저감할 수 있다.

이와 같이 회전자의 외경에 노치부를 형성하여 모터의 코깅토크를 대폭 저감하는 기술은 일반적인 코깅토크 저감을 위한 회전자의 최적화 형상과 더불어 적용 가능하며, 코깅토크 저감을 통해 자동차의 정숙성을 만족시킬 수 있게 된다.

한편, 상기의 노치부를 적용한 회전자 구조에 의해 모터의 코깅토크 개선 효과를 확인하기 위해서, 노치부를 형성한 회전자를 적용한 모터와 노치부를 미형성한 회전자를 적용한 모터의 코깅토크 파형을 각각 측정하고 그 측정 결과를 도 3에 비교하여 나타내었다. 이때 노치부를 제외한 회전자 구조는 동일하게 적용하였다.

도 3에 보이듯, 노치부를 미적용한 모터의 코깅토크 파형 대비 노치부를 적용한 모터의 코깅토크 파형이 대폭 감소함을 확인할 수 있다.

또한, 노치부의 깊이 및 곡률에 따른 모터의 코깅토크 변화를 확인하기 위하여 아래 표 1과 같이 서로 다른 깊이와 곡률을 갖는 노치부를 적용한 모터의 코깅토크를 측정하고 그 결과를 노치부를 미적용한 모터와 비교하여 표 1에 나타내었다. 이때 차량 소음 진동의 경우 진동의 주파수가 주요하므로 그에 관련된 48차 성분의 코깅토크를 비교하여 나타내었다.

표 1을 보면, 실시예 1 내지 3에 따른 모터는 노치부의 깊이 및 곡률의 변동에 따라 모터의 코깅토크가 조금씩 변동됨을 알 수 있으며, 또한 각 모터의 코깅토크가 다른 값을 나타내긴 하나 노치부를 미적용한 비교예의 모터 대비 모두 코깅토크가 대폭 감소함을 확인할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 모터 고정자
20 : 모터 회전자
21 : 회전자 코어
22 : 슬롯부
23 : 유니 슬롯
24 : 영구자석
25 : 브이 홈
26 : 회전축
27 : 노치부

Claims (2)

1. 회전자 코어의 가장자리에 원주방향으로 복수의 슬롯부가 형성되고, 상기 각 슬롯부에 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석이 일렬로 배치되고, 상기 회전자 코어의 외주면에 원주방향으로 복수의 노치부가 형성되고, 상기 각 노치부는 하나의 슬롯부에서 단일 자기극을 형성하는 복수의 영구자석 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 회전자.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 노치부는 회전자 코어의 외주면에 원호 형태의 홈 모양으로 함몰되어 형성되며, 회전자 코어의 외주면으로부터 직경방향으로 일정 깊이(depth)를 갖는 동시에 소정 곡률(round)을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기의 회전자.
   

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