KR20180001007A - Interior permanent magnet type BLDC motor with permanent magnet separation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 매입형 BLDC 전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토크 특성을 개선한 매입형 BLDC 전동기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a buried type BLDC motor, and more particularly, to a buried type BLDC motor improved in torque characteristics.
최근 지구 온난화 방지와 같은 지구환경 보호와 화석 에너지원의 고갈에 따른 에너지 절감에 대한 관심이 고조되고 있다.In recent years, there has been growing interest in energy conservation due to global environmental protection such as prevention of global warming and depletion of fossil energy sources.
이를 위해, 세계 각국은 에너지절감뿐만 아니라, 에너지 사용의 효율화에 주력하고 있다. 특히 가정 및 산업 전반에서 에너지 효율을 높이는 방안의 중심에는 모터가 핵심요소임을 인지하고, 고효율 모터 개발 및 사용을 규제화하고 있는 추세이다.To this end, countries around the world are focusing on energy efficiency as well as energy efficiency. Particularly, in the home and industry as a whole, it is recognized that motor is a key factor in the improvement of energy efficiency and it is regulating the development and use of high efficiency motor.
현재, 모터는 국내 전력 사용량의 약 50~60%를 사용함에 따라, 산업전반에 Currently, motors use about 50-60% of domestic electric power consumption,
걸쳐서 많이 사용하고 있는 유도모터의 효율을 4% 개선하면, 국가 총 전력을 약 2% 절감할 수 있다. 이는 연간 500MW 원자력 발전소 3.7기를 건설하지 않아도 되는 전력량이다. 따라서 에너지 위기나 지구환경보존의 입장에서 모터의 고효율화는 최고로 중요한 과제가 되고 있다.By improving the efficiency of induction motors, which are widely used, by 4%, the total power of the country can be reduced by about 2%. This is the amount of electricity that does not have to build 3.7 million nuclear power plants annually. Therefore, the high efficiency of motors is the most important issue in terms of energy crisis and preservation of global environment.
기존의 영구자석을 설치한 영구자석 전동기는 높은 출력과 효율의 특성을 갖고 있기 때문에, 각종 가전기기 및 산업기기 등의 여러 분야에서 사용되고 있다. 특히 영구자석 무정류자 직류전동기(BLDC, Blushless DC motor)는 고장율 및 유지보수비가 기존 브러쉬 전동기에 비하여 적기 때문에 최근 각광받고 있으며, 특히, 석유고갈 개발 및 친환경 에너지 산업의 중요성이 높아짐에 따라, 고효율의 영구자석 전동기의 사용량은 계속 증가할 것으로 예상된다. A permanent magnet motor equipped with a conventional permanent magnet is used in various fields such as various home appliances and industrial devices because it has high output and efficiency characteristics. In particular, BLDC (Blindless DC motor) has attracted attention recently due to its low failure rate and maintenance ratio compared with conventional brushless motors. Especially, as the oil depletion development and the environment friendly energy industry become more important, The use of permanent magnet motors is expected to continue to increase.
BLDC 모터에는 회전자의 내부에 영구자석이 삽입되는 IPM 타입(Interior permanent magnet type) BLDC 모터와, 영구자석이 회전자의 표면에 부착되어 있는 SPM 타입(surface permanent magnet type) BLDC 모터 등이 사용된다. 현재에는 고속 회전시 원심력에 의한 영구자석의 비산을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 큰 토크를 발생시킬 수 있는 IPM 타입의 BLDC 모터가 주로 사용된다.The BLDC motor includes an IPM type (Interior Permanent Magnet type) BLDC motor in which a permanent magnet is inserted into a rotor, and a SPM type surface permanent magnet type BLDC motor in which a permanent magnet is attached to a surface of a rotor . At present, an IPM type BLDC motor which can prevent the scattering of the permanent magnet due to the centrifugal force during high-speed rotation as well as generate a large torque is mainly used.
영구자석을 사용하는 BLDC 전동기에서 발생하는 토크 리플은 전동기의 진동과 소음을 발생시키며, 모터의 성능을 저하시키는 요인이다. 토크 리플을 발생시키는 원인으로는 회전자의 돌극성, 코어에서의 자속 포화에 의한 자속 밀도의 고조파 성분, 영구 자석과 고정자 치 사이의 상호 작용에 의한 코깅토크 등이 있다. 이러한 토크 리플을 저감하기 위해 고정자 치 및 영구자석 형상의 변화, 회전자 표면의 노치 삽입, 스큐법 등의 여러 연구가 수행되고 있다. Torque ripple generated in a BLDC motor using a permanent magnet generates vibration and noise of the motor and deteriorates the performance of the motor. Causes for generating torque ripple include the saliency of the rotor, the harmonic components of the magnetic flux density due to magnetic flux saturation in the core, and the cogging torque due to the interaction between the permanent magnet and the stator teeth. In order to reduce such torque ripple, various studies such as a change in stator teeth and permanent magnet shapes, a notch insertion on a rotor surface, and a skew method have been conducted.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 분할된 영구자석을 역 V자 형상으로 회전자 내부에 설치함으로써, 토크 리플을 저감할 수 있는 매입형 BLDC 전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a recessed-type BLDC motor capable of reducing a torque ripple by providing a divided permanent magnet in an inverted V shape inside a rotor .
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 매입형(IPM) BLDC 전동기에서, 코일이 권선되어 있는 고정자, 상기 고정자의 내부에 위치하는 회전자 및 분할된 형태로 상기 회전자 내부에 삽입되는 다수의 영구자석을 포함한다.In order to achieve the above object, there is provided an embedded type (IPM) BLDC electric motor in which a stator having a coil wound therein, a rotor positioned inside the stator, and a plurality of permanent Includes magnets.
상기 분할된 영구자석은 중심 축을 바라보는 방향으로 상기 회전자 내부에 삽입되어 있을 수 있다.The divided permanent magnets may be inserted into the rotor in a direction looking toward a central axis.
그리고, 분할된 각각의 영구자석 사이에 공극(Air gap)이 형성되도록 상기 영구자석이 배치될 수 있다. The permanent magnet may be disposed such that an air gap is formed between each of the divided permanent magnets.
미리 정해진 개수의 영구자석들이 모여서 하나의 극을 이루고, 극과 극 사이는 일정한 거리를 두고 이격되어 있을 수 있다.A predetermined number of permanent magnets may be gathered to form one pole, and the poles and poles may be spaced apart by a certain distance.
본 발명에 의하면, 매입형 BLDC 전동기에서 분할된 영구자석이 구비됨으로써, 토크 리플을 감소시키고, 평균 토크 성능을 개선하는 효과가 있다. According to the present invention, since the permanent magnets divided in the embedded type BLDC motor are provided, the torque ripple is reduced and the average torque performance is improved.
또한, 본 발명에 의하면 영구자석이 분할됨에 따라, 영구자석 내부에서의 와전류 손실이 감소하므로, 전동기 효율이 증가한다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, since the permanent magnet is divided, the eddy current loss in the permanent magnet is reduced, so that the efficiency of the motor is increased.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매입형 BLDC 전동기의 단면도이다.
도 2는 기존 모델의 매입형 BLDC 전동기의 토크 파형과, 본 발명에서 제안하는 매입형 BLDC 전동기의 토크 파형을 도시한 그래프이다.
도 3은 기존 모델의 매입형 BLDC 전동기와, 본 발명에서 제안하는 매입형 BLDC 전동기의 토크 리플 및 평균 토크를 비교한 도표이다.1 is a cross-sectional view of a recessed BLDC electric motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing torque waveforms of a conventional embedded BLDC electric motor and torque waveforms of a built-in BLDC electric motor proposed in the present invention.
FIG. 3 is a chart comparing the torque ripple and the average torque of a conventional embedded BLDC electric motor and a built-in BLDC electric motor proposed in the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless expressly defined in the present application Do not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
본 발명은 매입형(IPM) BLDC 전동기에 대한 것이다. The present invention is directed to a recessed (IPM) BLDC motor.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매입형 BLDC 전동기의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a recessed BLDC electric motor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 매입형 BLDC 전동기는 고정자(110), 회전자(120), 영구자석(140)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a recessed BLDC motor according to an embodiment of the present invention includes a
고정자(110)에는 코일(130)이 권선되어 있다. A
회전자(120)는 고정자(110)의 내부에 위치한다. The
영구자석(140)은 분할된 형태로, 회전자(120) 내부에 삽입되어 있다. 본 발명에서는 기존의 플랫 타입(Flat type) 영구자석을 대신하여, 역 V 타입의 형상으로 영구자석(140)이 회전자(120) 내부에 설치되어 있다. 그리고, 영구자석(140)은 평행한 방향으로 착자되어 있다.The
본 발명에서 분할된 영구자석(140)은 중심 축을 바라보는 방향으로 회전자(120) 내부에 삽입되어 있다. In the present invention, the divided
그리고, 분할된 각각의 영구자석(140) 사이에 공극(Air gap)(150)이 형성되도록 영구자석(140)이 배치되어 있다. 이처럼 본 발명에서는 공극이 형성되어 있어서, 누설 자속이 최소화되고, 이에 따라 토크의 크기가 감소하는 것을 방지할 수 있다.A
본 발명에서는 미리 정해진 개수의 영구자석들이 모여서 하나의 극을 이루고, 극과 극 사이는 일정한 거리(Rib)를 두고 이격되어 있다. 도 1의 실시예에서는 4개의 영구자석들이 모여서 하나의 극을 형성하고 있다. In the present invention, a predetermined number of permanent magnets are gathered to form one pole, and the poles and poles are spaced apart by a certain distance (Rib). In the embodiment of FIG. 1, four permanent magnets are gathered to form one pole.
도 2는 기존 모델의 매입형 BLDC 전동기의 토크 파형과, 본 발명에서 제안하는 매입형 BLDC 전동기의 토크 파형을 도시한 그래프이다. 2 is a graph showing torque waveforms of a conventional embedded BLDC electric motor and torque waveforms of a built-in BLDC electric motor proposed in the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에서 제안하는 매입형 BLDC 전동기의 토크 파형을 기존 모델의 매입형 BLDC 전동기의 토크 파형과 비교해 보면, 토크 리플의 크기가 소량 감소하고, 평균 토크의 크기가 증가된 것을 확인할 수 있다. 이를 수치적으로 도표화하여 비교해 보면 다음과 같다. 2, when the torque waveform of the embedded type BLDC electric motor proposed in the present invention is compared with the torque waveform of the embedded type BLDC electric motor of the conventional model, the torque ripple is reduced by a small amount and the average torque is increased Can be confirmed. The following is a comparison by numerical table.
도 3은 기존 모델의 매입형 BLDC 전동기와, 본 발명에서 제안하는 매입형 BLDC 전동기의 토크 리플 및 평균 토크를 비교한 도표이다.FIG. 3 is a chart comparing the torque ripple and the average torque of a conventional embedded BLDC electric motor and a built-in BLDC electric motor proposed in the present invention.
도 3에서, 기존 모델의 매입형 BLDC 전동기의 토크 리플(peak to peak)은 117 mNm이고, 본 발명에서 제안하는 매입형 BLDC 전동기의 토크 리플은 112 nNm으로서, 본 발명에서 제안하는 매입형 BLDC 전동기의 토크 리플이 종래 대비 5 mNm 만큼 감소된 것을 확인할 수 있다. 3, the torque ripple of the conventional model embedded BLDC motor is 117 mNm, and the torque ripple of the embedded type BLDC motor proposed in the present invention is 112 nNm. In the built-in BLDC motor of the present invention, Of torque ripple is reduced by 5 mNm compared with the conventional one.
그리고, 기존 모델의 매입형 BLDC 전동기의 평균 토크는 242 mNm이고, 본 발명에서 제안하는 매입형 BLDC 전동기의 평균 토크는 248 mNm으로서, 본 발명에서 제안하는 매입형 BLDC 전동기의 평균 토크가 기존 대비 6 mNm 만큼 증가한 것을 확인할 수 있다.The average torque of the conventional embedded BLDC electric motor is 242 mNm, and the average torque of the embedded BLDC electric motor proposed in the present invention is 248 mNm. The average torque of the embedded BLDC electric motor proposed in the present invention is 6 mNm. < / RTI >
도 2 및 도 3의 실시예는 본 발명의 매입형 BLDC 전동기의 기본적인 모델로 실험한 결과치이며, 추후 최적화 설계를 통해 토크 성능을 보다 크게 개선할 수 있다.The embodiments of FIGS. 2 and 3 are experimental results of a basic model of the embedded type BLDC motor of the present invention, and the torque performance can be further improved by a subsequent optimization design.
이처럼 본 발명에서 제안하는 매입형 BLDC 전동기의 토크 리플은 기존 대비 감소하고, 평균 토크는 증가하는 등의 기존 대비 성능 개선이 된 것을 확인할 수 있다. As described above, it can be seen that the torque ripple of the embedded type BLDC motor proposed in the present invention is improved compared to the conventional one, such as a reduction in the torque ripple and an increase in the average torque.
또한, 본 발명에서는 영구자석이 분할됨에 따라, 영구자석 내부에서의 와전류 손실이 감소하므로, 전동기 효율이 증가한다. Further, according to the present invention, as the permanent magnets are divided, the eddy current loss in the permanent magnets is reduced, so that the efficiency of the motors is increased.
본 발명은 영구자석 매입형 BLDC 전동기의 영구자석 형상 및 배치에 관한 것으로서, 전동기 설계 시에 선택하여 사용할 수 있다. The present invention relates to a permanent magnet shape and arrangement of a permanent magnet embedded type BLDC electric motor, and can be selectively used in designing an electric motor.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.While the present invention has been described with reference to several preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.
110 고정자
120 회전자
130 코일
140 영구자석
150 공극110
130 coils 140 permanent magnets
150 air gap
Claims (4)
코일이 권선되어 있는 고정자;
상기 고정자의 내부에 위치하는 회전자; 및
분할된 형태로 상기 회전자 내부에 삽입되는 다수의 영구자석을 포함하는 매입형 BLDC 전동기.
In a recessed (IPM) BLDC motor,
A stator having a coil wound thereon;
A rotor positioned inside the stator; And
And a plurality of permanent magnets inserted into the rotor in a divided form.
상기 분할된 영구자석은 중심 축을 바라보는 방향으로 상기 회전자 내부에 삽입되어 있는 것임을 특징으로 하는 매입형 BLDC 전동기.
The method according to claim 1,
Wherein the divided permanent magnets are inserted into the rotor in a direction looking toward a central axis.
분할된 각각의 영구자석 사이에 공극(Air gap)이 형성되도록 상기 영구자석이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 매입형 BLDC 전동기.
The method according to claim 1,
Wherein the permanent magnets are disposed such that an air gap is formed between each of the divided permanent magnets.
미리 정해진 개수의 영구자석들이 모여서 하나의 극을 이루고,
극과 극 사이는 일정한 거리를 두고 이격되어 있는 것임을 특징으로 하는 매입형 BLDC 전동기.The method according to claim 1,
A predetermined number of permanent magnets are gathered to form one pole,
And the distance between the poles and the poles is spaced apart by a predetermined distance.
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