KR20180138199A

KR20180138199A - 자석 매립형 모터 및 이를 이용한 압축기

Info

Publication number: KR20180138199A
Application number: KR1020187022343A
Authority: KR
Inventors: 무카이카츠히사
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2018-12-28
Also published as: KR102399935B1; WO2017200312A1

Abstract

본 발명은 강판을 표리 반대로 하지 않고 적층시켜 단 스큐를 형성할 수 있게 하거나 또는 표리를 용이하게 분별할 수 있는 강판을 적층시켜 단 스큐를 형성함으로써 코깅 토크를 저감하고, 고조파 성분에 있어서의 dq 좌표의 6차 및 12차 양쪽 모두를 저감하여 저토크 리플화 및 고효율화를 도모함과 함께 제어성을 향상시킬 수 있도록 한다. 이를 위해 본 발명은 축 방향을 따라 인접하는 단의 사이에 소정의 스큐각 θs가 형성된 로터를 가지는 자석 매립형 모터로서, 로터는 동일한 형상을 갖는 다수의 강판을 적층하여 형성되며, 각 강판은 단수와 동일한 수의 체결 구멍으로 이루어지는 체결 구멍군을 가지고 있고, 체결군을 구성하는 각 체결 구멍이 1개씩 둘레 방향을 따라 스큐각 θs 변화된 위치에 형성되어 있다.

Description

자석 매립형 모터 및 이를 이용한 압축기

본 발명은 자석 매립형 모터 및 이를 이용한 압축기에 관한 것이다.

고효율 모터로서 마그넷 토크 외에 릴럭턴스 토크(reluctance torque)를 이용한 자석 매립형 모터가 사용되고 있다.

자석 매립형 모터는 저 코깅 토크화(low cogging torque)를 도모하기 위하여 스큐(skew)가 형성된 로터를 구비하고 있다.

이러한 로터는 특허문헌 1에 나타낸 바와 같이, 강판을 적층시킨 상단 요소와, 강판을 적층시킨 하단 요소를 가지고, 예를 들면, 하단 요소를 상단 요소에 대해서 회전시켜 볼트 등으로 고정하는 것에 의하여 소정의 단(段) 스큐각 θ가 형성되도록 구성되어 있다. 보다 상세하게는, 상단 요소 및 하단 요소를 구성하는 각 강판은 모두 동일한 형상을 가지고, 상단 요소를 구성하는 강판과, 하단 요소를 구성하는 강판이 표리(表裏) 반대가 되도록 적층되어 있다.

이와 같이, 소정의 단 스큐각 θ을 형성하기 위하여 각 강판은, 로터의 회전축을 중심으로 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성된 복수의 볼트 구멍을 가지고 있고, 이들 각 볼트 구멍이 소정의 기준 위치로부터 둘레 방향을 따른 동일 방향으로 θ/2 변화된 위치에 형성되어 있다.

그러나, 특허문헌 1(일본 공개특허공보 2013-132138호)과 같은 구성에서는 각 볼트 구멍이 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성되어 있으므로, 강판이 앞을 향하고 있는지, 뒤를 향하고 있는지 언뜻 보기만 해서는 분별하는 것이 어렵다. 이러한 점에서, 예를 들면, 다수의 강판을 표리 정렬시켜 관리하기 위해서는, 표리를 분별하기 위한 시간이 소요되고, 만일 표리가 정렬되지 않은 상태로 관리되고 있다면, 강판을 적층할 때에 표리를 잘못 적층하게 되는 문제가 발생할 수 있다.

상술한 문제를 해결하기 위하여 개시된 본 발명의 일 측면은 강판을 표리 반대로 하지 않고 적층시켜 단 스큐를 형성하거나 또는 표리를 용이하게 분별할 수 있는 강판을 적층시켜 단 스큐를 형성할 수 있는 자석 매립형 모터 및 이를 이용한 압축기를 제안한다.

이를 위해 본 발명의 일 측면에 의한 자석 매립형 모터는, 동일한 형상을 가지는 다수의 강판을 적층하여 형성된 로터를 포함하고, 로터는, 다수의 강판의 표리(表裏)를 정렬시켜 적층한 상단 요소와, 다수의 강판의 표리를 상단 요소의 강판과 반대로 하여 적층한 하단 요소;를 더 포함하고, 상단 요소와 하단 요소의 각 강판에는, 축 방향을 따라 인접하는 단의 사이에 소정의 스큐각 θs가 형성되게 복수의 체결 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

복수의 체결 구멍은, 로터의 회전축을 중심으로 둘레 방향을 따라 소정 간격으로 형성되어 있고, 서로 이웃한 체결 구멍의 간격 중 어느 하나의 간격이 다른 간격과 상이한 치수인 것을 특징으로 한다.

또한, 복수의 체결 구멍은, 둘레 방향을 따라 1개씩 스큐각 θs가 변화된 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 복수의 체결 구멍은, 체결 부재에 의해 체결되고, 체결 부재는, 볼트 또는 리벳으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

강판에는, 2n개의 체결 구멍이 형성되어 있고, 연속해서 형성되어 있는 n개의 체결 구멍 또는 1개 걸러 형성되어 있는 n개의 체결 구멍은, 2n개의 체결 구멍을 로터의 회전축을 중심으로 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성한 경우의 기준 위치로부터 둘레 방향을 따른 동일 방향으로 스큐각 θs 변화된 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 강판에는, n개의 체결 구멍이 형성되어 있고, 서로 이웃한 2개의 체결 구멍은, 2개의 체결 구멍의 중심 각각과 로터의 회전축을 잇는 선분이 이루는 각도가 (360/n)° - θs가 되도록 형성되고, 2개의 체결 구멍을 제외한 n-2개의 체결 구멍은, 로터의 회전축을 중심으로 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

강판에는, 압축기용 오일이 통과하는 하나 또는 복수의 오일 통과 구멍이 형성되어 있고, 체결 구멍에 볼트 또는 리벳을 통과시켜 각 강판에 형성된 오일 통과 구멍이 서로 겹치도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

소정의 스큐각 θs는, θ = 0°인 경우의 유기 전압에 대한 저감률에 기초하여 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

로터는, 2단, 3단 또는 4단 스큐가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 로터는, 극수 p와 슬롯수 s가 1 : 3 또는 1 : 6의 관계로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

스큐각 θs는, 아래의 [식 1] ~ [식 4] 중 적어도 하나에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

[식 1] θs = 120° / LCM (s×p)

[식 2] θs= 240° / LCM (s×p)

[식 3] θs = 90°/ LCM (s×p)

[식 4] θs=180°/LCM (s×p)

여기에서, LCM (s×p)는 s와 p의 최소 공배수이다.

그리고, 본 발명의 다른 측면에 의한 자석 매립형 모터는, 동일한 형상을 가지는 다수의 강판을 적층하여 형성된 로터를 포함하고, 로터는, 다수의 강판의 표리(表裏)를 정렬시켜 적층한 상단 요소와, 다수의 강판의 표리를 상단 요소의 강판과 반대로 하여 적층한 하단 요소;를 더 포함하고, 상단 요소와 하단 요소의 각 강판에는, 상단 요소와 하단 요소의 사이에 소정의 스큐각 θs가 형성되게 복수의 체결 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

제안된 자석 매립형 모터 및 이를 이용한 압축기에 의하면, 강판을 표리 반대로 하지 않고 적층시켜 단 스큐를 형성할 수 있게 하거나 또는 표리를 용이하게 분별할 수 있는 강판을 적층시켜 단 스큐를 형성함으로써 코깅 토크를 저감하고, 고조파 성분에 있어서의 dq 좌표의 6차 및 12차 양쪽 모두를 저감하여 저토크 리플화 및 고효율화를 도모함과 함께 제어성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시 형태에 의한 자석 매립형 모터의 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 2A 및 도 2B는 본 발명의 제1 및 제2실시 형태의 변형 예에 의한 강판을 도시한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시 형태에 의한 로터의 구성을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시 형태에 의한 로터의 구성을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시 형태에 의한 강판을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시 형태의 변형예에 의한 강판을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시 형태의 다른 변형예에 의한 강판을 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시 형태의 또 다른 변형예에 의한 강판을 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시 형태의 또 다른 변형예에 의한 강판을 도시한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시 형태의 또 다른 변형예에 의한 강판을 도시한 개략도이다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예이며, 본 출원의 출원 시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 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 않는다.

또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

이하에서는 본 발명에 의한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 자석 매립형 모터의 제1실시 형태에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시 형태에 의한 자석 매립형 모터의 실험 결과를 도시한 도면이다.

본 발명의 제1실시 형태에 의한 자석 매립형 모터는, 예를 들면, 냉동 사이클의 압축기에 이용되고, 극수 p와 슬롯수 s의 관계가 1:3이며, 분포권(分布捲)의 구성을 가지는 것이다.

이러한 자석 매립형 모터를 구성하는 로터는 다단 스큐가 형성되어 있어, 축 방향을 따라 서로 인접하는 단의 사이에 소정의 스큐각 θs가 형성되어 있다.

이하에서는, 3단 스큐가 형성된 로터에 대하여 설명한다.

일반적으로, 극수 p, 슬롯수 s의 구성을 갖는 자석 매립형 모터는, 로터 1회전당 코깅의 수가 s와 p의 최소 공배수(이하, ‘LCM (s×p)’ 라고 기재한다)가 된다.

따라서, 코깅의 주기 각도 θc는 식 (1)로 나타낼 수 있다.

Θc = 360° / LCM (s×p) …··· (1)

본 발명의 제1실시 형태와 같이, 3단 스큐가 형성된 로터를 이용한 경우, 코깅을 캔슬하기 위해서는, 스큐각 θs를 식 (2)로 나타나는 각도로 하면 된다.

Θs = θc / 3 = 120° / LCM (s×p) …··· (2)

한편, 자석 매립형 모터의 유기 전압에 있어서의 고조파 성분은, 식 (3)으로 나타나는 주기 각도 θv가 된다.

Θv = 360° / (p*×차수) = 720° / (p×차수) …··· (3)

p*는 극대수이며, p* = p / 2이다.

본 발명의 제1실시 형태와 같이, 3단 스큐가 형성된 로터를 이용한 경우, 고조파 성분을 캔슬하기 위해서는, 스큐각 θs를 식 (4)로 나타나는 각도로 하면 된다.

Θs = 720° / (p×차수×3) ···…(4)

여기에서, 토크 리플의 원인이 되는 고조파 성분은, dq 좌표에 있어서의 6차 성분 및 12차 성분이다.

또한, dq 좌표에 있어서의 6차 성분은 xy 좌표에 있어서의 5차 성분 및 7차 성분에 상당하고, dq 좌표에 있어서의 12차 성분은 xy 좌표에 있어서의 11차 성분 및 13차 성분에 상당한다.

위에서 설명한 식 (2) 및 식 (4)로부터 코깅을 캔슬하기 위한 스큐각 θs1과, 고조파 성분의 6차를 캔슬하기 위한 스큐각 θs2와, 고조파 성분의 12차를 캔슬하기 위한 스큐각 θs3을 구할 수 있다.

예를 들면, 극수가 4, 슬롯수가 12인 경우는,

θs1 = 10° (위상 120°에 해당)

θs2 = 10° (위상 120°에 해당)

θs3 = 5° (위상 120°에 해당)

가 된다.

따라서, 스큐각 θs를 10°로 하면, 코깅을 캔슬함과 함께 고조파 성분의 6차를 캔슬할 수 있다.

또한, 고조파 성분의 12차에 관해서는, 10° 스큐시키는 것이 위상을 240°로 변화시키는 것에 해당하고, 이것은 위상을 120° 변화시키는 것과 동일하다. 이 결과, 스큐각 θs를 10°로 설정함으로써 고조파 성분의 12차도 캔슬할 수 있다.

이에 따라, 3단 스큐가 형성된 로터를 가지는 자석 매립형 모터로서, 극수 p와 슬롯수 s가 1:3의 관계인 경우는, 스큐각 θs를 아래의 식 (5)에 의해 결정하면, 코깅 토크와 고조파 성분의 6차 및 12차를 캔슬할 수 있다.

Θs = 120° / LCM (p×s) ···… (5)

스큐각 θs를 위에서 설명한 바와 같이 결정한 본 발명의 제1실시 형태에 의한 자석 매립형 모터라면, 도 1에 도시한 바와 같이, 코깅 토크 및 유기 전압의 고조파 성분을 비약적으로 저감시킬 수 있다.

다음, 본 발명에 의한 자석 매립형 모터의 제2실시 형태에 대하여 설명한다.

도 2A 및 도 2B는 본 발명의 제1 및 제2실시 형태의 변형 예에 의한 강판을 도시한 개략적인 구성도이다.

본 발명의 제2실시 형태에 의한 자석 매립형 모터는, 극수 p와 슬롯수 s의 관계가 1:6인 구성을 가지는 것이다.

여기에서, 제1실시 형태와 마찬가지로, 식 (2) 및 식 (4)로부터 스큐각 θs1, θs2, θs3을 구한다.

예를 들면, 극수가 4, 슬롯수가 24인 경우,

θs1 = 5° (위상 120°에 해당)

θs2 = 10° (위상 120°에 해당)

θs3 = 5° (위상 120°에 해당)

가 된다.

이 결과, 스큐각 θs를 5°로 설정하면, 코깅 토크와 고조파 성분의 12차를 캔슬할 수 있지만, 고조파 성분의 6차를 캔슬할 수는 없다. 왜냐하면, 고조파 성분의 6차에 관해서는, 5° 스큐시키는 것이 위상을 60°로 변화시키는 것에 해당하고, 위상 120°에 미치지 못하기 때문이다.

따라서, 스큐각 θs를 10° (즉, 식 (2)에 의해 얻어진 값의 2배)로 설정하면, 고조파 성분의 6차를 캔슬할 수 있고, 또한 제1실시 형태와 동일한 방식에 의해, 코깅 토크 및 고조파 성분의 12차를 캔슬할 수 있다.

이상으로부터, 3단 스큐가 형성된 로터를 갖는 자석 매립형 모터로서, 극수 p와 슬롯수 s가 1:6의 관계인 경우는, 스큐각 θs를 하기의 식 (6)에 의해 결정하면, 코깅 토크 및 고조파 성분의 6차 및 12차를 캔슬할 수 있다.

Θs = 240° / LCM (p×s) ···… (6)

또한, 본 발명에 의한 자석 매립형 모터는 제1 및 제2실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

제1실시 형태 및 제2실시 형태에서는 로터에 3단 스큐가 형성되어 있었지만, 로터에 4단 스큐가 형성되어 있어도 된다.

구체적으로는, 극수 p와 슬롯수 s가 1:3의 관계인 경우, 스큐각 θs를 하기의 식 (7)에 의해 결정하면, 코깅 토크 및 고조파 성분의 6차 및 12차를 캔슬할 수 있다.

Θs = 90° / LCM (p×s) ···… (7)

또한, 극수 p와 슬롯수 s가 1:6의 관계인 경우, 스큐각 θs를 아래의 식 (8)에 의해 결정하면, 코깅 토크 및 고조파 성분의 6차 및 12차를 캔슬할 수 있다.

Θs = 180° / LCM(p×s) ···… (8)

또한, 2단 스큐가 형성된 로터를 갖는 자석 매립형 모터로서, 극수 p와 슬롯수 s가 1:3 또는 1:6의 관계인 경우, 스큐각 θs를 아래의 식 (9)에 의해 결정하면 된다.

Θs = 180° / LCM (p×s) ···… (9)

이로써, 코깅 토크 및 고조파 성분의 1차를 캔슬할 수 있다.

또한, 위에서 설명한 바와 같은 2단 스큐가 형성된 로터에 있어서, 아래의 식 (10)에 나타내는 슬롯 조합을 가지도록 구성할 수 있다.

차수 × P* = LCM (s×p)

이렇게 하면, 고조파 성분의 특히 6차 또는 12차를 캔슬할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 및 제2실시 형태에 있어서의 로터가 동일한 형상을 갖는 다수의 강판을 적층하여 형성된 것이어도 된다.

보다 구체적으로, 각 강판(13)은, 도 2A에 도시한 바와 같이, 단수와 동일한 수의 체결 구멍(133)으로 이루어지는 체결 구멍군(133X)을 가지고 있다.

각 체결 구멍(133)은 1개씩 둘레 방향을 따라 위에서 설명한 스큐각 θs 변화된 위치에 형성됨과 함께 강판(13)의 중심(C)을 통과하는 기준선(L)에 대해서 대칭인 위치에 형성되어 있다.

여기에서, 강판(13)은 복수의 체결 구멍군(133X)을 가지고 있고, 각 체결 구멍군(133X)은 단수와 동일한 3개의 체결 구멍(133)으로 이루어진다.

그리고, 각 체결 구멍(133)은 강판(13)의 중심(C)과 각 체결 구멍(133)의 중심을 잇는 선분 중, 서로 이웃하는 선분이 이루는 각도가 10도가 되도록 형성되어 있다.

또한, 4단 스큐가 형성된 로터에 있어서는, 도 2B에 도시한 바와 같이, 각 체결 구멍군(133X)은 4개의 체결 구멍(133)으로 이루어지고, 각 체결 구멍(133)이 1개씩 둘레 방향을 따라 7.5도 변화된 위치에 형성되어 있으면 된다.

이러한 구성이면, 각 강판(13)이 동일한 형상을 가지므로 강판(13)을 제조하기 위한 예를 들면, 절단 다이나 금형 등을 공통화시킬 수 있어 저비용화 및 제조 공정의 간소화를 도모하면서도 로터에 위에서 설명한 스큐각 θs를 형성할 수 있다.

또한, 각 강판(13)에 형성된 체결 구멍(133)이 강판(13)의 중심(C)을 지나는 기준선(L)에 대해서 대칭이 되므로, 강판(13)의 평면에서 볼 때의 형상이 표면과 이면에서 동일한 형상이 되어 강판(13)의 관리를 간소화할 수 있다.

다음, 본 발명에 의한 자석 매립형 모터의 제3실시 형태에 대하여 설명한다.

본 발명의 제3실시 형태에 의한 자석 매립형 모터는, 예를 들면, 냉동 사이클의 압축기에 이용되고, 스큐가 형성된 로터를 구비한 것이다.

이하에서는, 제3실시 형태에 의한 본 발명의 특징 부분인 로터에 대하여 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 제3실시 형태에 의한 로터의 구성을 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 제3실시 형태에 의한 로터의 구성을 도시한 개략도이고, 도 5는 본 발명의 제3실시 형태에 의한 강판을 도시한 개략도이다.

본 발명의 제3실시 형태에 의한 로터(100)는 소정의 단 스큐각 θ가 형성된 것이며, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 철심(10)과, 영구자석(20)과, 단판(端板, 30)과, 체결 부재(40)를 구비하여 이루어진다.

이하에서는, 소정의 단 스큐각 θ가 5°인 로터(100)에 대하여 설명한다.

영구자석(20)은 철심(10)에 형성된 복수의 자석 매립홈(10a) 각각에 매립되어 있고, 로터(100)의 회전축(X)을 중심으로 둘레 방향을 따라 등 간격으로 설치되어 있다. 구체적으로 이 것은, 예를 들면 페라이트 자석이나 희토류 자석 등의 소결 자석이다.

단판(30)은 자석 매립홈(10a)에 매립된 영구자석(20)의 빠짐을 방지하는 것이며, 철심(10)의 상단 및 하단에 대향하여 배치되어 있다.

체결 부재(40)는 철심(10) 및 단판(30)을 체결하여 고정하는 것이며, 여기에서는, 예를 들면 SUS제의 볼트나 너트 등을 이용한 것이다. 또한 체결 부재(40)로서 리벳을 이용할 수도 있다.

이하, 철심(10)에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 제3실시 형태에 의한 철심(10)은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 다수의 강판(13)을 적층시킨 상단 요소(11)와, 다수의 강판(13)을 적층시킨 하단 요소(12)로 구성되어 있고, 이들 상단 요소(11) 및 하단 요소(12)가 체결 부재(40)에 의해 체결되어 고정되어 있다.

또한 본 발명의 제3실시 형태에서는, 상단 요소(11)를 구성하는 강판(13)의 매수와 하단을 구성하는 강판(13)의 매수는 동일한 매수이다. 이로써, 코깅 토크의 1차 성분을 충분히 저감시킬 수 있다. 단, 상단 요소(11)를 구성하는 강판(13)의 매수와 하단을 구성하는 강판(13)의 매수에 약간의 오차는 있어도 된다.

상단 요소(11)를 구성하는 다수의 강판(13)은, 모두 동일한 형상을 가지고, 표리를 정렬시켜 적층되어 있다.

또, 하단 요소(12)를 구성하는 다수의 강판(13)은, 모두 상단 요소(11)의 강판(13)과 동일한 형상을 가지고, 상단 요소(11)의 강판(13)과 표리를 반대로 하여 적층되어 있다.

각 강판(13)은, 소정의 두께 치수를 가진 개략 원판 형상을 갖는 것이며, 여기에서는, 예를 들면 공통의 절단 다이 혹은 공통의 금형을 이용해 제조된 무방향성 전자강판 등이다.

보다 구체적으로 각 강판(13)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 샤프트를 삽입 관통시키기 위한 샤프트 구멍(131)과, 위에서 설명한 자석 매립홈(10a)을 형성하는 복수의 자석 매립 구멍(132)과, 체결 부재(40)를 삽입 관통시키기 위한 복수의 체결 구멍(133)이 형성된 것이다. 또한 각 구멍(131, 132, 133)은 강판(13)의 두께 방향으로 관통하여 형성되어 있다.

샤프트 구멍(131)은 강판(13)의 중앙에 형성되어 있고, 소정의 직경 치수를 가진 대략 원형상을 가지는 것이다. 보다 상세하게는, 샤프트 구멍(131)의 중심과 강판(13)의 중심(C)이 일치함과 함께 이들의 중심을 로터(100)의 회전축(X)이 통과하도록 구성되어 있다.

자석 매립 구멍(132)은 통상 플럭스 배리어를 가지고, 로터(100)의 회전축(X)을 중심으로 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성되어 있다. 본 발명의 제3실시 형태에서는, 짝수개의 자석 매립 구멍(132)이 강판(13)의 중심(C)의 주위에 둘레 방향을 따라 등 간격으로 배치되어 있고, 보다 구체적으로는 6개의 자석 매립 구멍(132)이 형성되어 있다.

체결 구멍(133)은 로터(100)의 회전축(X)을 중심으로 둘레 방향을 따라 소정의 간격으로 형성된 대략 원형상을 가지는 것이다. 본 발명의 제3실시 형태에서는, 2n개(n은, 자연수) 즉 짝수개의 체결 구멍(133)이 강판(13)의 중심 주위에 둘레 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되어 있다.

여기에서는, 자석 매립 구멍(132)과 동수의 6개의 체결 구멍(133)이 형성되어 있고, 이하, 이것들을 구별하는 경우는, 둘레 방향을 따라 133a, 133b, 133c, 133d, 133e, 133f라고 표기한다.

그리고, 본 발명의 제3실시 형태의 체결 구멍(133)은, 적층된 강판(13)의 각 체결 구멍(133)에 위에서 설명한 체결 부재(40)인 볼트를 통과시킴으로써 철심(10)의 상단 요소(11) 및 하단 요소(12)의 사이에 5°의 단 스큐각이 형성되고, 또한 서로 이웃한 체결 구멍(133)의 간격 중 어느 1개의 간격이 다른 간격과 상이한 치수가 되도록 형성되어 있다.

보다 상세하게는, 도 5에 도시한 바와 같이, 위에서 설명한 6개의 체결 구멍(133) 중 1개 걸러 배치되어 있는 3개의 체결 구멍(133a, 133c, 133e)이 6개의 체결 구멍(133)을 로터(100)의 회전축(X)을 중심으로 둘레 방향을 따라 등 간격으로 배치한 경우의 기준 위치(B)에 형성되어 있고, 1개 걸러 배치된 나머지 3개의 체결 구멍(133b, 133d, 133f)이 기준 위치(B)로부터 둘레 방향을 따른 동일 방향으로 단 스큐각 θ(본 실시형태에서는, 5°) 변화된 위치에 형성되어 있다.

여기에서, 준 위치(B)는 각 자석 매립 구멍(132)에 대해서 가장 가까운 기준 위치(B)의 상대적인 위치 관계가 모두 동일해지도록 설정된 위치이다.

본 발명의 제3실시 형태의 기준 위치(B)는, 자석 매립 구멍(132)과 샤프트 구멍(131)의 사이에 위치하고, 각 자석 매립 구멍(132)의 중심과 강판(13)의 중심(C)을 잇는 선분(L) 상에 있어서, 강판(13)의 중심(C)으로부터 각 기준 위치(B)까지의 거리가 동일해지도록 설정되어 있다.

즉, 본 발명의 제3실시 형태에서는, 6개의 체결 구멍(133) 중 1개 걸러 배치된 반수의 체결 구멍(133a, 133c, 133e)이 이들의 각 중심(O)과 상기 기준 위치(B)가 일치하도록 형성되어 있고, 나머지 반수의 체결 구멍(133b, 133d, 133f)이, 이들의 각 중심(O)과 상기 기준 위치(B)로부터 예를 들면 로터(100)의 회전 방향을 따라 5° 변화된 위치가 일치하도록 형성되어 있다.

이로써, 서로 이웃한 체결 구멍(133)의 간격, 즉, 기준 위치(B)에 형성된 체결 구멍(133a, 133c, 133e)과 기준 위치(B)로부터 5° 변화된 위치에 형성된 체결 구멍(133b, 133d, 133f)의 간격은, 제1 간격과, 제1 간격과는 다른 제2 간격의 2가지가 된다.

또한, 위에서 설명한 구성에 의해 각 체결 구멍(133)은, 강판(13)의 중심을 통과하는 직선에 대해서 비선대칭으로 배치되게 된다.

계속해서, 위에서 설명한 강판(13)을 적층시키는 것에 의해 5°의 단 스큐각이 형성되는 공정에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 제3실시 형태의 변형예에 의한 강판을 도시한 개략도이다.

도 6에서, 바깥(表)을 향하고 있는 강판(13)은, 6개의 체결 구멍(133)이 둘레 방향을 따라 체결 구멍 133a, 133b, 133c, 133d, 133e, 133f의 순서로 형성되어 있고, 속(裏)을 향하고 있는 강판(13)은, 6개의 체결 구멍(133)이 둘레 방향을 따라 체결 구멍 133a, 133f, 133e, 133d, 133c, 133b의 순서로 형성되어 있다.

본 실시 형태에서는, 단 스큐각이 5°이며, 서로 이웃하는 체결 구멍(133)과 강판의 중심(C)이 이루는 각도는, 55° 또는 65°가 된다.

여기에서, 속(裏)을 향하고 있는 강판(13) 위에, 바깥(表)을 향하고 있는 강판을 겹치면, 도 6의 중단에 도시한 바와 같이, 각 강판(13)에 형성된 자석 매립 구멍(132)은 일치한다.

한편, 각 강판(13)에 형성된 체결 구멍(133)에 관해서는, 위에서 설명한 바와 같이, 기준 위치(B)에 형성된 133a, 133c, 133e는 일치하고, 기준 위치(B)로부터 5° 변화된 위치에 형성되어 있는 체결 구멍(133b, 133d, 133f)은 일치하지 않는다.

이 상태로부터, 예를 들면 속(裏)을 향하고 있는 강판(13)을 둘레 방향을 따라 시계 방향으로 5° 회전시키면, 도 6의 하단에 도시한 바와 같이, 각 강판(13)에 형성된 각 체결 구멍(133)이 모두 일치함과 함께 바깥(表)을 향하고 있는 강판(13)에 형성된 각 자석 매립 구멍(132)과 속(裏)을 향하고 있는 강판(13)에 형성된 각 자석 매립 구멍(132)이 각각 5° 스큐한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의한 로터(100)는, 상단 요소(11)를 구성하는 강판(13)과, 하단 요소(12)를 구성하는 강판(13)을 표리(表裏) 반대로 함과 함께 각 강판(13)에 형성된 체결 구멍(133)을 정렬시켜 체결 부재를 통과시킴으로써 상단 요소(11)와 하단 요소(12)의 사이에 5°의 단 스큐각이 형성된다.

이와 같이 구성된 본 실시 형태에 의한 자석 매립형 모터에 의하면, 복수의 체결 구멍(133)이 비선대칭으로 배치되어 있고, 서로 이웃한 체결 구멍(133)의 간격이 제1 간격과 제1 간격과는 다른 제2 간격이 되므로, 종래와 같이 체결 구멍(133)이 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성되어 있는 경우에 비해, 강판(13)의 표리(表裏)를 분별하는 것이 용이해진다.

이로써, 강판(13)을 적층할 때에, 표리(表裏)를 잘못 적층하게 될 가능성이 낮고, 소정의 단 스큐각 θ을 형성함으로써, 코깅 토크를 확실히 저감시킬 수 있다.

또한, 강판(13)의 표리(表裏)를 분별하는 것이 용이하기 때문에 강판(13)의 표리(表裏)를 용이하게 정렬시킬 수 있어, 강판(13)을 관리하기 용이해진다.

또한, 각 강판(13)이 동일한 형상을 가지므로, 강판(13)을 제조하기 위한 예를 들면 절단 다이나 금형 등을 공통화시킬 수 있어, 저비용화 및 제조 공정의 간소화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제3실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 이를 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 제3실시 형태의 다른 변형예에 의한 강판을 도시한 개략도이고, 도 8은 본 발명의 제3실시 형태의 또 다른 변형예에 의한 강판을 도시한 개략도이고, 도 9는 본 발명의 제3실시 형태의 또 다른 변형예에 의한 강판을 도시한 개략도이고, 도 10은 본 발명의 제3실시 형태의 또 다른 변형예에 의한 강판을 도시한 개략도이다.

본 실시 형태의 체결 구멍(133)은, 2n개의 체결 구멍(133) 중 1개 걸러 형성되어 있는 n개의 체결 구멍(133)이 기준 위치(B)로부터 둘레 방향을 따른 동일 방향으로 θ 변화된 위치에 형성되어 있었지만, 도 7에 도시한 바와 같이, 2n개 중 연속한 n개의 체결 구멍(133)이, 기준 위치(B)로부터 둘레방향을 따른 동일 방향으로 θ 변화되도록 형성되어 있어도 된다.

즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 강판(13)은 6개의 체결 구멍(133) 중 연속한 반수의 체결 구멍(133a, 133b, 133c)은, 이들의 각 중심(O)과 기준 위치(B)가 일치하도록 형성되어 있고, 나머지 반수의 체결 구멍(133d, 133e, 133f)은 이들의 각 중심(O)과 기준 위치(B)로부터 예를 들면 로터(100)의 회전 방향을 따라 5° 변화된 위치가 일치하도록 형성되어 있다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 강판(13)이 n개의 체결 구멍(133)을 가지고, 서로 이웃한 2개의 체결 구멍(133)이 2개의 체결 구멍(133)의 중심 각각과 로터(100)의 회전축(X)을 잇는 선분이 이루는 각도가 (360/n)° - θ가 되도록 형성되어 있으며, 2개의 체결 구멍(133)을 제외한 n-2개의 체결 구멍(133)이 로터(100)의 회전축(X)을 중심으로 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성되어 있는 것이어도 된다.

보다 구체적으로는, 도 8에 도시한 바와 같이, 체결 구멍(133a)은 그 중심(O)이 기준 위치(B)와 일치하도록 형성되어 있다. 또한, 체결 구멍(133b, 133c, 133d, 133e, 133f)은 각각 그들의 각 중심이 기준 위치(B)로부터, 1°, 2°, 3°, 4°, 5° 둘레 방향을 따른 동일 방향으로 변화된 위치에 형성되어 있다.

이로써, 체결 구멍(133a)과 체결 구멍(133f)의 사이는, 강판의 중심(C)을 기 준으로 55° 열려 있고, 체결 구멍(133a)과 체결 구멍(133b)의 사이, 체결 구멍(133b)과 체결 구멍(133c)의 사이, 체결 구멍(133c)과 체결 구멍(133d)의 사이, 체결 구멍(133d)과 체결 구멍(133e)의 사이, 체결 구멍(133e)과 체결 구멍(133f)의 사이는, 모두 강판의 중심(C)을 기준으로 61° 열려 있다.

위에서 설명한 구성에 의하면, 복수의 체결 구멍(133)이 비선대칭으로 배치되어 있고, 서로 이웃하는 체결 구멍(133)의 간격이 체결 구멍(133a)과 체결 구멍(133f)의 간격만 그 이외의 간격보다 짧아져, 종래와 같이 체결 구멍(133)이 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성되어 있는 경우에 비해, 강판(13)의 표리를 분별하는 것이 용이해진다.

또한, 본 실시 형태의 강판(13)은, 6개의 체결 구멍(133)이 형성되어 있었지만, 강판(13)은, 예를 들면 도 9에 도시한 바와 같이, 4개의 체결 구멍(133)이 형성된 것이어도 된다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 각 강판(13)은, 압축기용 오일이 통과하는 복수의 오일 통과 구멍(134)이 형성되어 있는 것이어도 된다.

보다 상세하게는, 강판(13)은 오일 통과 구멍(134)이 로터(100)의 회전축(X)을 중심으로 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성되어 있다.

여기에서는, 자석 매립 구멍(132)과 동수의 오일 통과 구멍(134)이 형성되어 있다.

이로써, 적층된 각 강판(13)에 형성된 체결 구멍(133)에 체결 부재(40)를 통과시킴으로써 각 강판(13)에 형성된 오일 통과 구멍(134)이 일치하여 겹쳐진다.

이로써, 소정의 단 스큐각 θ을 형성하면서도 오일이 통과하는 유로를 좁히지 않고, 위에서 설명한 자석 매립형 모터를 압축기에 이용한 경우, 오일 순환율(OCR)의 악화를 억제할 수 있어, 성적 계수(COP)나 에너지 효율비(EER)의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 로터는, 6개의 영구자석을 가지는 것이었지만, 영구자석의 수는 위의 실시 형태로 한정되지 않고, 4개 등이어도 된다.

또한, 본 실시 형태의 로터는, 상단 요소와 하단 요소의 사이에 5°의 단 스큐가 형성된 것이었지만, 단 스큐각은 상기 실시형태로 한정되지 않고, 예를 들면 7.5° 등이어도 된다.

또한, 본 발명의 제3실시 형태의 강판을 이용하여 3단 이상의 스큐를 형성한 경우, 코깅 토크를 저감하면서 고조파 성분의 6차 또는 12차 중 한쪽만을 저감시킬 수 있고, 6차 또는 12차 양쪽 모두를 저감시킬 수 없다.

게다가, 본 발명의 제3실시 형태의 로터는, 단 스큐각 θ을 원하는 값으로 설정할 수 있도록 구성되어 있는 점에서, 단 스큐각 θ이 θ=0°인 경우의 유기 전압에 대한 저감률에 근거하여 설정되어 있는 것이 바람직하다.

여기에서, 단 스큐각 θ과 유기 전압의 저감률의 관계를 아래의 [표 1]에 나타낸다.

단 스큐각(˚)	유기 전압의 저감률(%)
0	100.00
10	99.91
20	98.97
30	97.18
40	94.56
50	91.13
60	86.94
70	82.02
80	76.44
90	70.27
100	63.57
110	56.43
120	48.91
130	41.11
140	33.07
150	24.89
160	16.61
170	8.30
180	0.00

[표 1]에서 알 수 있듯이, 예를 들면 고회전형의 모터 설계에는 단 스큐각 θ을 크게 하여 유기 전압을 저감시키는 것이 바람직한다. 한편, 유기 전압을 약간 저감시키고 싶은 경우, 종래라면 권선이나 자석의 그레이드 변경을 실시하고 있었지만, 본 발명의 제3실시 형태의 로터를 이용하면 단 스큐각 θ을 약간 변경함으로써 대응할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제3실시 형태의 로터를 이용하여 모터 설계를 일단 행하면, 단 스큐각 θ을 변경하는 것에 의하여 다양한 모터 사양을 실현할 수 있어, 신규 모터의 개발이 필요하지 않기 때문에 원가저감을 도모할 수 있다.

또한, 모터의 동작 중에 단 스큐각 θ을 변경할 수 있도록 구성함으로써 가변 자속 제어를 효과적으로 행할 수 있게 된다.

그 밖에 본 발명은 상기 각 실시 예에 한정되지 않으며 또 각 실시 예에 기재된 구성을 조합할 수도 있고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형할 수 있음은 말할 필요도 없다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 단 스큐각 θ을 변경하는 것에 의하여 다양한 모터 사양을 실현할 수 있어, 신규 모터의 개발이 필요하지 않기 때문에 원가저감을 도모할 수 있는 점에서, 매우 유용하여 산업상 이용가능성이 높다.

Claims

동일한 형상을 가지는 다수의 강판을 적층하여 형성된 로터를 포함하고,
상기 로터는,
상기 다수의 강판의 표리(表裏)를 정렬시켜 적층한 상단 요소와,
상기 다수의 강판의 표리를 상기 상단 요소의 강판과 반대로 하여 적층한 하단 요소;를 더 포함하고,
상기 상단 요소와 상기 하단 요소의 각 강판에는,
축 방향을 따라 인접하는 단의 사이에 소정의 스큐각 θs가 형성되게 복수의 체결 구멍이 형성되어 있는 자석 매립형 모터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 체결 구멍은,
상기 로터의 회전축을 중심으로 둘레 방향을 따라 소정 간격으로 형성되어 있고,
서로 이웃한 상기 체결 구멍의 간격 중 어느 하나의 간격이 다른 간격과 상이한 치수인 자석 매립형 모터.
제2항에 있어서,
상기 복수의 체결 구멍은,
상기 둘레 방향을 따라 1개씩 상기 스큐각 θs가 변화된 위치에 형성되어 있는 자석 매립형 모터.
제3항에 있어서,
상기 복수의 체결 구멍은,
체결 부재에 의해 체결되고,
상기 체결 부재는,
볼트 또는 리벳으로 이루어진 자석 매립형 모터.
제4항에 있어서,
상기 강판에는, 2n개의 체결 구멍이 형성되어 있고,
연속해서 형성되어 있는 n개의 체결 구멍 또는 1개 걸러 형성되어 있는 n개의 체결 구멍은, 상기 2n개의 체결 구멍을 상기 로터의 회전축을 중심으로 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성한 경우의 기준 위치로부터 상기 둘레 방향을 따른 동일 방향으로 스큐각 θs 변화된 위치에 형성되어 있는 자석 매립형 모터.
제4항에 있어서,
상기 강판에는, n개의 체결 구멍이 형성되어 있고,
서로 이웃한 2개의 체결 구멍은, 상기 2개의 체결 구멍의 중심 각각과 상기 로터의 회전축을 잇는 선분이 이루는 각도가 (360/n)° - θs가 되도록 형성되고,
상기 2개의 체결 구멍을 제외한 n-2개의 체결 구멍은, 상기 로터의 회전축을 중심으로 둘레 방향을 따라 등 간격으로 형성되어 있는 자석 매립형 모터.
제4항에 있어서,
상기 강판에는,
압축기용 오일이 통과하는 하나 또는 복수의 오일 통과 구멍이 형성되어 있고,
상기 체결 구멍에 상기 볼트 또는 리벳을 통과시켜 상기 각 강판에 형성된 상기 오일 통과 구멍이 서로 겹치도록 구성되어 있는 자석 매립형 모터.
제4항에 있어서,
상기 소정의 스큐각 θs는,
θ = 0°인 경우의 유기 전압에 대한 저감률에 기초하여 설정되어 있는 자석 매립형 모터.
제1항에 있어서,
상기 로터는,
2단, 3단 또는 4단 스큐가 형성되어 있는 자석 매립형 모터.
제9항에 있어서,
상기 로터는,
극수 p와 슬롯수 s가 1 : 3 또는 1 : 6의 관계로 설정되어 있는 자석 매립형 모터.
제10항에 있어서,
상기 스큐각 θs는,
아래의 [식 1] ~ [식 4] 중 적어도 하나에 의해 결정되는 자석 매립형 모터.
[식 1] θs = 120° / LCM (s×p)
[식 2] θs= 240° / LCM (s×p)
[식 3] θs = 90°/ LCM (s×p)
[식 4] θs=180°/LCM (s×p)
여기에서, LCM (s×p)는 s와 p의 최소 공배수이다.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 자석 매립형 모터를 이용한 압축기.
동일한 형상을 가지는 다수의 강판을 적층하여 형성된 로터를 포함하고,
상기 로터는,
상기 다수의 강판의 표리(表裏)를 정렬시켜 적층한 상단 요소와,
상기 다수의 강판의 표리를 상기 상단 요소의 강판과 반대로 하여 적층한 하단 요소;를 더 포함하고,
상기 상단 요소와 상기 하단 요소의 각 강판에는,
상기 상단 요소와 상기 하단 요소의 사이에 소정의 스큐각 θs가 형성되게 복수의 체결 구멍이 형성되어 있는 자석 매립형 모터.