KR20160080893A - 영구자석 전동기의 회전자 구조 - Google Patents

Abstract

영구자석 전동기의 회전자 구조가 개시된다. 본 발명의 회전자의 회전자 코어는, 복수의 영구자석이 매립되는 복수의 매립홀이 형성되고, 복수의 매립홀 중 일부는 샤프트홀과 연결되고, 복수의 매립홀 중 나머지 일부는 샤프트홀과 연결되지 않는다.

Description

영구자석 전동기의 회전자 구조{ROTOR STRUCTURE IN PERMANENT MAGNET MOTOR}

본 발명은 영구자석 전동기의 회전자 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 교류 전동기는 교류 유도 전동기와 교류 동기 전동기로 구분되고, 교류 동기 전동기중 고정자 측에 전기자 권선이 화전자측에 계자권선이 구비된 경우, 회전자에 배치된 계자권선이 여자되어 회전자가 전자석으로 되고, 고정자에 3상 교류가 인가되면 회전자계에 동기하여 회전자가 회전된다.

회전자의 전자석이 영구자석으로 치환된 형태의 교류 동기 전동기를 영구자석 전동기라고 하고, 영구자석이 회전자의 내부에 매립된 형태를 매립형 영구자석 전동기라 한다.

매립형 영구자석 전동기는, 약계자 제어기술과의 조합으로 저속에서 고속회전까지 광범위한 출력이 가능하고, 공극방향에 대해 인덕턴스의 공간적인 비대칭성을 가지고 있어, 토크밀도를 높일 수 있게 되므로, 널리 사용되고 있다,

이러한 영구자석 전동기의 회전자와 관련하여, 종래 회전축에 대해 방사 형상으로 영구자석을 배치하여 영구자석 회전기의 자속밀도를 회전자 구조가 알려져 있다.

도 1 및 도 2는 각각 종래 영구자석 전동기의 회전자 구조를 설명하기 위한 예시도이다.

도 1의 회전자 구조는 회전자를 분할코어로 구성한 것이다. 즉, 회전자의 코어(100)와 샤프트(shaft)(200) 사이에 지지체(300)를 형성하여, 영구자석(400)과 연결되도록 한 것이다.

이와 같은 구조는, 영구자석(400)으로부터 나온 자속이 코어(100)를 통해 누설되지 않는 장점이 있으나, 코어(100)가 지지체(300)에 의해 분할되는 구조이므로, 제작시 공정이 복잡하며, 조립성이 떨어질 뿐 아니라, 이에 따라 비용이 높아지게 되는 단점이 있다.

도 2의 회전자 구조는, 회전자의 코어(100)를 단일구조로 구성한 것이다. 그러나, 이와 같은 구조는, 영구자석(400)과 샤프트(200) 사이에 코어(100)가 존재하므로, 영구자석(400)으로부터 나온 자속이 코어(200)를 통해 누설되기 쉬우므로, 출력밀도가 낮은 단점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 누설자속을 줄이면서 조립성을 향상한 영구자석 전동기의 회전자 구조를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 영구자석 전동기의 회전자 구조는, 샤프트가 관통하는 샤프트홀이 형성되고, 상기 샤프트와 일체로 회전하는 회전자 코어; 및 상기 샤프트홀에 대해 방사 형상으로 상기 회전자 코어에 매립되는 복수의 영구자석을 포함하고, 상기 회전자 코어는, 상기 복수의 영구자석이 매립되는 복수의 매립홀이 형성되고, 상기 복수의 매립홀 중 일부는, 상기 샤프트홀과 연결되고, 상기 복수의 매립홀 중 나머지 일부는, 상기 샤프트홀과 연결되지 않을 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 샤프트홀과 연결되는 매립홀과 상기 샤프트홀과 연결되지 않는 매립홀이 교호하여 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 두개의 상기 샤프트홀과 연결되는 매립홀과, 두개의 상기 샤프트홀과 연결되지 않는 매립홀이 교호하여 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 샤프트홀과 연결되는 매립홀은, 그 단부에 양측 코어를 연결하는 코어연결부가 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 샤프트홀과 연결되지 않는 매립홀은, 상기 샤프트홀과 마주보는 제1단부에 상기 매립홀과 연결되는 홀이 더 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 샤프트홀과 연결되지 않는 매립홀은, 상기 샤프트홀과 대향하는 제2단부에 양측 코어의 연결을 차단하는 차단홀이 더 형성될 수 있다.

또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 영구자석 전동기의 회전자 구조는, 샤프트가 관통하는 샤프트홀이 형성되고, 상기 샤프트와 일체로 회전하는 회전자 코어; 및 상기 샤프트홀에 대해 방사 형상으로 상기 회전자 코어에 매립되는 복수의 영구자석을 포함하고, 상기 회전자 코어는, 상기 복수의 영구자석이 매립되는 복수의 매립홀이 형성되고, 상기 복수의 매립홀 중 인접하여 배치되는 제1 및 제2매립홀은, 상기 샤프트홀과 홀연결부에 의해 각각 연결되고, 그 단부는 양측 코어를 연결하는 코어연결부가 형성되고, 상기 제2매립홀에 인접하여 배치되는 제3 및 제4매립홀은, 각각 브릿지부에 의해 상기 샤프트홀과의 연결이 차단되고, 그 단부는 개방될 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 조립비용을 줄이면서 자속의 누설을 줄일 수 있으므로, 출력밀도를 상승하게 하는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 각각 종래 영구자석 전동기의 회전자 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 영구자석 전동기의 회전자 구조를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 4는 도 3의 회전자 코어를 나타낸 일예시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 회전자 구조를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 의한 회전자 구조를 설명하기 위한 일예시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예의 영구자석 전동기의 회전자 구조를 설명하기 위한 일예시도이고, 도 4는 도 3의 회전자 코어를 나타낸 일예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회전자(1) 구조에서, 회전자(1)는, 비자성체의 샤프트(2)를 감싸고, 그 샤프트(2)와 일체로 회전하는 회전자 코어(10)와, 회전자 코어(10)에 방사형으로 매설되고, 자속을 발생하는 복수의 영구자석(20)을 포함할 수 있다. 도 3에서는, 8개의 영구자석(20)이 매립되는 예를 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 수의 영구자석(20)이 매립되는 것이 가능하다 할 것이다.

코어(10)는 복수의 영구자석(20)의 사이에 배치되는 것에 의해 정의될 수 있으며, 이하에서는, 제1코어(10A), 제2코어(10B), 제3코어(10C), 제4코어(10D), 제5코어(10E), 제6코어(10F), 제7코어(10G) 및 제8코어(10H)로 구성되는 것으로 하여 설명하기로 하겠다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 코어(10)는, 제1 내지 제8코어(10A 내지 10H)로 구성되며, 각각의 코어가 도 1과 같이 분할되지 않고 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 다만, 이는 영구자석의 개수에 의해 결정되는 것임은 이미 설명한 바와 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 회전자 코어(10)의 중심부에는, 샤프트(2)가 놓이는 샤프트홀(12)이 형성될 수 있고, 복수의 영구자석(20)이 매립되는 영구자석 매립홀(11)이 형성될 수 있다. 이하에서는, 매립홀(11)은, 제1 내지 제8매립홀(11A 내지 11H)로 구별하여 설명하기로 한다. 또한, 영구자석 매립홀(11)은, 영구자석(20)의 형상에 대응하도록 형성될 수 있으며, 예를 들어 직사각형 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1매립홀(11A)과 샤프트홀(12)의 사이에는, 제1매립홀(11A)과 샤프트홀(12)을 연결하는 제1홀연결부(13A)가 형성될 수 있다. 제1홀연결부(13A)에 의해 제1매립홀(11A)과 샤프트홀(12)이 연결될 수 있다.

마찬가지로, 제2매립홀(11B)과 샤프트홀(12)의 사이에는 제2홀연결부(13B)가 형성될 수 있고, 제5매립홀(11E)과 샤프트홀(12)의 사이에는 제3홀연결부(13C)가 형성될 수 있고, 제6매립홀(11F)과 샤프트홀(12)의 사이에는 제4홀연결부(13D)가 형성될 수 있다.

한편, 제1매립홀(11A)의 샤프트홀(12)과 대향하는 단부에는, 제8코어(10H)와 제1코어(10A)를 연결하는 제1코어연결부(14A)가 형성될 수 있다. 제1코어연결부(14A)에 의해 제8코어(10H)와 제1코어(10A)가 연결될 수 있다.

마찬가지로, 제2매립홀(11B)의 샤프트홀(12)과 대향하는 단부에는, 제1코어(10A)와 제2코어(10B)를 연결하는 제1코어연결부(14B)가 형성될 수 있고, 제5매립홀(11E)의 샤프트홀(12)과 대향하는 단부에는, 제4코어(10D)와 제5코어(10E)를 연결하는 제3코어연결부(14C)가 형성될 수 있고, 제6매립홀(11F)의 샤프트홀(12)과 대향하는 단부에는, 제5코어(10E)와 제6코어(10F)를 연결하는 제3코어연결부(14D)가 형성될 수 있다.

한편, 제3매립홀(11C)의 샤프트홀(12)과 마주보는 단부에는, 제1홀(15A)이 형성되어, 제3매립홀(11C)과 연결될 수 있다. 제1홀(15A)은 샤프트홀(12)과 연결되지 않으며, 그 사이에 제1브릿지부(16A)가 형성되어 제2코어(10B)와 제3코어(10C)가 연결될 수 있다. 또한, 제3매립홀(11C)의 샤프트홀(12)과 대향하는 단부에는, 제3매립홀(11C)과 연결되는 제1차단홀(17A)이 형성되어, 제2코어(10B)와 제3코어(10C)의 연결을 차단할 수 있다.

마찬가지로, 제4매립홀(11D)의 샤프트홀(12)과 마주보는 단부에는, 제2홀(15B)이 형성되어, 제4매립홀(11D)과 연결될 수 있다. 제2홀(15B)은 샤프트홀(12)과 연결되지 않으며, 그 사이에 제2브릿지부(16B)가 형성되어 제3코어(10C)와 제4코어(10D)가 연결될 수 있다. 또한, 제4매립홀(11D)의 샤프트홀(12)과 대향하는 단부에는, 제4매립홀(11D)과 연결되는 제2차단홀(17B)이 형성되어, 제3코어(10C)와 제4코어(10D)의 연결을 차단할 수 있다.

제7매립홀(11G)의 샤프트홀(12)과 마주보는 단부에는, 제3홀(15C)이 형성되어, 제7매립홀(11G)과 연결될 수 있다. 제3홀(15C)은 샤프트홀(12)과 연결되지 않으며, 그 사이에 제3브릿지부(16C)가 형성되어 제6코어(10F)와 제7코어(10G)가 연결될 수 있다. 또한, 제7매립홀(11G)의 샤프트홀(12)과 대향하는 단부에는, 제7매립홀(11G)과 연결되는 제3차단홀(17C)이 형성되어, 제6코어(10F)와 제7코어(10G)의 연결을 차단할 수 있다.

또한, 제8매립홀(11H)의 샤프트홀(12)과 마주보는 단부에는, 제3홀(15C)이 형성되어, 제7매립홀(11G)과 연결될 수 있다. 제3홀(15C)은 샤프트홀(12)과 연결되지 않으며, 그 사이에 제3브릿지부(16C)가 형성되어 제6코어(10F)와 제7코어(10G)가 연결될 수 있다. 또한, 제7매립홀(11G)의 샤프트홀(12)과 대향하는 단부에는, 제7매립홀(11G)과 연결되는 제3차단홀(17C)이 형성되어, 제6코어(10F)와 제7코어(10G)의 연결을 차단할 수 있다.

한편, 회전자 코어(10)의 제1 내지 제3 나사홀(18A 내지 18H)에는 지지나사(30)가 결합되며, 이는, 복수의 회전자 코어(10)의 결합성을 향상시키기 위한 것이다.

이와 같이, 본 발명의 회전자(1)의 회전자 코어(10)는, 제1 내지 제8코어(10A 내지 10H)가 따로 분할되지 않으면서 하나의 판으로 구성되어 있음을 확인할 수 있다.

또한, 영구자석(20)을 매립하는 매립홀의 형상이, 2개는 샤프트홀(12)과 연결되고 외곽의 단부는 차단되며, 이어지는 2개는 샤프트홀(12)과 연결되지 않고 외곽의 단부는 개방되는 형상을 가짐을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 회전자 코어 구조에 의하면 조립비용을 줄이면서 자속의 누설을 줄일 수 있으므로, 출력밀도를 상승시킬 수 있다.

아래 표는 도 1 및 도 2의 구조의 회전자(비교예1 및 비교예2)와 본 발명의 일실시예의 누설자속을 비교한 것을 나타낸 것이다.

	역기전력[Vrms]
비교예1	8.00
비교예2	5.82
본 발명의 일실시예	6.63

표를 참조로 하면, 도 2의 비교예2보다 높은 역기전력을 가지면서, 일체형으로 구성할 수 있으므로, 비교예1에 비해 역기전력은 적지만 작업성이 뛰어난 장점이 있음을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 매립홀의 형상이 2개씩 번갈아 형성되어 있는 예를 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 회전자 구조를 설명하기 위한 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회전자 구조(3)에서, 코어(40)는 하나의 연결된 형태로 구성되며, 영구자석(20)을 매립하는 매립홀의 형상이, 샤프트홀(12)과 연결되고 외곽의 단부는 차단되는 형상과, 샤프트홀(12)과 연결되지 않고 외곽의 단부는 개방되는 형상이 번갈아 배치되어 있음을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 의한 회전자 구조를 설명하기 위한 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회전자 구조(4)에서, 코어(50)는 하나의 연결된 형태로 구성되며, 영구자석(20)을 매립하는 매립홀의 형상이, 샤프트홀(12)과 연결되고 외곽의 단부는 차단되는 형상과, 샤프트홀(12)과 연결되지 않고 외곽의 단부는 개방되는 형상이 4개씩 번갈아 배치되어 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일실시예의 회전자 구조는, 분할되지 않은 하나의 판으로 구성되어, 누설자속을 차단하면서도 조립성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 회전자 코어 11: 매립홀
12: 샤프트홀 13: 홀연결부
14: 코어연결부 15: 홀
16: 브릿지부 17: 차단홀
18: 나사홀 20: 영구자석
30: 지지나사

Claims (7)

1. 샤프트가 관통하는 샤프트홀이 형성되고, 상기 샤프트와 일체로 회전하는 회전자 코어; 및
   상기 샤프트홀에 대해 방사 형상으로 상기 회전자 코어에 매립되는 복수의 영구자석을 포함하고,
   상기 회전자 코어는, 상기 복수의 영구자석이 매립되는 복수의 매립홀이 형성되고,
   상기 복수의 매립홀 중 일부는 상기 샤프트홀과 연결되고, 상기 복수의 매립홀 중 나머지 일부는 상기 샤프트홀과 연결되지 않는 영구자석 전동기의 회전자 구조.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 샤프트홀과 연결되는 매립홀과 상기 샤프트홀과 연결되지 않는 매립홀이 교호하여 배치되는 영구자석 전동기의 회전자 구조.
   
3. 제1항에 있어서, 두개의 상기 샤프트홀과 연결되는 매립홀과, 두개의 상기 샤프트홀과 연결되지 않는 매립홀이 교호하여 배치되는 영구자석 전동기의 회전자 구조.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 샤프트홀과 연결되는 매립홀은, 그 단부에 양측 코어를 연결하는 코어연결부가 형성되는 영구자석 전동기의 회전자 구조.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 샤프트홀과 연결되지 않는 매립홀은, 상기 샤프트홀과 마주보는 제1단부에 상기 매립홀과 연결되는 홀이 더 형성되는 영구자석 전동기의 회전자 구조.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 샤프트홀과 연결되지 않는 매립홀은, 상기 샤프트홀과 대향하는 제2단부에 양측 코어의 연결을 차단하는 차단홀이 더 형성되는 영구자석 전동기의 회전자 구조.
   
7. 샤프트가 관통하는 샤프트홀이 형성되고, 상기 샤프트와 일체로 회전하는 회전자 코어; 및
   상기 샤프트홀에 대해 방사 형상으로 상기 회전자 코어에 매립되는 복수의 영구자석을 포함하고,
   상기 회전자 코어는, 상기 복수의 영구자석이 매립되는 복수의 매립홀이 형성되고,
   상기 복수의 매립홀 중 인접하여 배치되는 제1 및 제2매립홀은, 상기 샤프트홀과 홀연결부에 의해 각각 연결되고, 그 단부는 양측 코어를 연결하는 코어연결부가 형성되고,
   상기 제2매립홀에 인접하여 배치되는 제3 및 제4매립홀은, 각각 브릿지부에 의해 상기 샤프트홀과의 연결이 차단되고, 그 단부는 개방된 영구자석 전동기의 회전자 구조.

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