KR20190074792A - Ipm bldc 전동기 - Google Patents

Abstract

BLDC 전동기가 개시된다. BLDC 전동기는 전자계를 형성하기 위하여 코일이 권선된 복수의 치(齒) 가진 원통 형상의 고정자와, 원기둥 형상으로 상기 고정자의 내측에서 회전 가능하며, 회전중심 측에서 외주 측을 양방향으로 연장하는 아치형 단면의 복수 영구자석이 마련된 회전자를 포함하며, 상기 복수의 영구자석은, 이웃하는 두 영구자석의 마주보는 각 외면부가 상호 인접하게 배치되며, 상기 영구자석의 외주 측의 폭(Wo)이 회전중심 측의 폭(Wc)보다 작게 마련된다. 본 발명의 BLDC 전동기는 전도익의 효율을 증가시키면서 소음과 진동을 줄어든다.

Description

IPM BLDC 전동기{IPM BLDC Motor}

본 발명은 IPM(Interior Permanent Magnet) BLDC(Brushless Direct Current) 전동기, 더욱 상세하게는 IPM BLDC 전동기의 회전자의 형상 개선에 관한 것이다.

일반적으로 영구자석 매립형 동기 전동기는 복수의 코일이 권선되어 있는 원통형 고정자와 이 원통형 고정자의 내측에 동심으로 일정한 공극을 갖도록 배치된 원기둥형 회전자를 포함한다. 회전자는 고정자의 내주로부터 일정한 간격을 유지하며 회전한다. 고정자는 내주를 향해 복수의 치(齒)가 설치되어 있고, 치(齒) 와 치(齒) 사이에는 고정자슬롯부가 형성되어 있다. 복수의 치(齒)들 각각에는 다수의 코일이 감겨져 있다. 원기둥형의 회전자는 내부에 원주방향으로 서로 다른 극을 갖는 영구자석이 일정한 간격으로 교대로 매립되어 있다. 영구자석은 회전자에 형성된 자석슬롯에 삽입된다.

상기와 같이 구성된 영구자석 매립형 전동기의 회전자는 고정자의 복수 치(齒)에 감겨진 복수개의 코일에 전류가 순차적으로 인가되면 각 코일의 극성이 순차적으로 변화면서 고정자슬롯 사이에 형성된 고정자 치(齒)에 회전자계가 발생된다. 한편, 회전자는 고정자의 치(齒)에 대향 배치되어 있는 영구자석에 의해 자계가 형성된다. 고정자의 치에서 발생되는 회전자계의 극성과 영구자석에 의한 극성이 동일하면 반발력이 발생하고, 극성이 상이하면 흡인력이 발생한다. 회전자는 이러한 반발력과 흡인력에 의해 회전하려고 하는 힘이 발생하고, 결과적으로 회전축을 중심으로 회전하게 된다.

최근 고효율 전동기의 요구에 따라, 자속을 집중할 수 있도록 영구자석 중심점에 대해 반경방향으로 일정한 두께를 갖는 C형상 영구자석이 매립된 BLDC 전동기가 많이 사용되고 있다.

이러한 구조의 영구자석(슬롯)은 유효 자속량을 증대하기 위한 방법으로 고급재질의 영구자석을 적용하고 있다. 그러나, 이러한 고급재질의 영구자석은 희토류 함량이 급격히 증가하기 때문에 제조원가를 크게 증가시키는 문제점이 있다.

또한 유효 자속량을 증대하기 위해, 영구자석의 전체 두께를 증가시키는 방법이 적용될 수 있다. 그러나, 영구자석의 전체 두께를 증가시키는 방법은 영구자석의 절대 자속량을 증가시키지만, 고정자로 넘어가는 경로(자로)의 축소로 인해 철손이 증가되고, 회전자의 공극 중 반경 방향으로의 자속을 발생시키지 않은 자속 데드 존(dead zone)이 증가되고, 코깅 토크가 증가되고, 역기전력의 왜형률(THD)이 높아져, 전동기의 효율 및 운전 성능이 저하되는 문제를 초래한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 동손 저감을 위한 유효 자속량을 증대시키면서도 역기전력의 왜형률 및 토크 리플을 개선시켜 효율 및 운전성능이 향상된 BLDC 전동기를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기가 개시된다. BLDC전동기는 전자계를 형성하기 위하여 코일이 권선된 복수의 치(齒) 가진 원통 형상의 고정자와, 원기둥 형상으로 상기 고정자의 내측에서 회전 가능하며, 회전중심 측에서 외주 측 양방향으로 연장하는 아치형 단면의 복수 영구자석이 마련된 회전자를 포함한다. 상기 복수의 영구자석은, 이웃하는 두 영구자석의 마주보는 각 외면부가 상호 인접하게 배치된다. 상기 영구자석의 외주 측의 폭(Wo)은 회전중심 측의 폭(Wc)보다 작게 마련된다. 본 발명의 BLDC 전동기에 영구자석은 회전중심 측 중앙부를 두껍게 하고, 회전자의 외주를 향해 양방향으로 연장하는 내면부에 의해 형성되는 활성영역의 면적을 넓게 하여 크게 하여 자속량을 증가시키고, 역기전력의 왜형률 및 토크 리플을 줄일 수 있다.

상기 영구자석의 내면부의 경사도는 외면부의 경사도보다 작게 하는 것이 바람직하다.

상기 고정자는 상기 인접하는 2개의 치(齒) 사이에 배치되며, 회전중심을 향해 개방된 슬롯개방부가 마련된 고정자슬롯부를 가지며, 상기 하나의 치(齒)의 중심과 상기 영구자석의 회전중심 측 중앙부를 일치시킨 상태에서, 상기 영구자석의 내면부 연장선과 상기 회전자의 외주가 교차하는 지점은 상기 회전중심에서 상기 치(齒)의 양 옆에 위치한 상기 슬롯개방부 양단을 연결하는 두 선 사이에 위치하도록 마련될 수 있다.

상기 영구자석의 양단부 폭(Wo)은 상기 영구자석의 내면부 연장선과 상기 회전자의 외주가 만나는 점에서 상기 영구자석의 외면부 연장선과 상기 회전자의 외주가 만나는 점까지 선분길이(L1)로 형성될 수 있다.

상기 영구자석의 양단부 폭(Wo)은 다음의 식1을 만족하도록 형성될 수 있다.

여기서, θm = 360/P, θt= 360/S, R은 회전자 반경, P는 회전자 극수, S는 고정자 슬롯수이다.

상기 회전중심 측 중앙부 폭(Wc)은 다음의 식2를 만족하도록 형성될 수 있다.

상기 회전중심 측 중앙부 폭(Wc)은 다음의 식3을 만족하도록 형성될 수 있다.

상기 회전중심에서 상기 영구자석의 중앙부를 통과하는 연장선을 기준으로, 상기 영구자석의 최대너비(Sw)는 다음 식4를 만족하도록 형성될 수 있다.

여기서, θm 은 360/P, R은 회전자 반경이다.

상기 회전중심에서 상기 영구자석의 중앙부를 통과하는 연장선을 기준으로, 상기 영구자석의 최대높이(Sh)는 다음 식5를 만족하도록 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 형태에 따른 BLDC 전동기는, 전자계를 형성하기 위하여 코일이 권선된 복수의 치(齒) 가진 원통 형상의 고정자와, 원기둥 형상으로 상기 고정자의 내측에서 회전 가능하며, 회전중심 측에서 외주 측을 양방향으로 연장하는 아치형 단면의 복수 영구자석이 마련된 회전자를 포함하며, 상기 복수의 영구자석은, 이웃하는 두 영구자석의 마주보는 각 외면부가 상호 인접하게 배치되며, 상기 영구자석의 최대 높이(Sh)가 상기 영구자석의 최대 너비(Sw)에 0.45~0.55배인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 BLDC 전동기는 영구자석의 절대 자속량을 증가시키면서, 회전자로 넘어가는 경로(자로)를 최대한 확대하여 철손이 줄어들고, 자속 데드 존(dead zone)이 적고, 코깅 토크가 적고, 역기전력의 왜형률(THD)이 개선됨으로써, 전동기의 효율 및 운전 성능이 향상된다.

도 1 내지 4는 각각 본 발명의 실시예에 따른 IPM BLDC 전동기의 사시도, 분해사시도, 단면도, 부분확대단면도이다.
도 5 및 6은 본 발명의 실시예에 따른 IPM BLDC 전동기의 회전자 형상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 종래의 기술과 본 발명의 전동기에 대한 역기전력을 비교한 그래프이다.
도 8은 종래의 기술과 본 발명의 전동기에 대한 토크리플을 비교한 그래프이다.
도 9는 종래의 기술과 본 발명의 전동기에 대한 모터효율을 비교한 그래프이다.
도 10은 종래의 기술과 본 발명의 전동기에 대한 시스템효율을 비교한 그래프이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.

이하 도면을 참조하여 본원 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기(1)의 구조를 설명한다.

BLDC(Brush Less Direct Current) 전동기(1)는, 종래의 DC 전동기가 브러시와 정류자의 기계적 스위칭 동작에 의해 동작함에 따른 수명감소나 정기적인 결함을 보완하기 위한 것으로써, 브러시와 정류자 등의 기계적인 스위칭을 반도체 소자를 이용하여 전자적인 스위칭으로 바꾼 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기(1)는, 전원을 인가를 위한 코일이 인가되는 고정자(10)와, 상기 고정자(10)의 내부에 일정공극(G)을 두고 회전 가능하게 삽입되는 회전자(20)와, 상기 회전자(20)의 중심에 연결되어 회전자(20)의 회전력을 전달하는 회전축(25)을 포함한다. 또한, BLDC 전동기(1)는 도 1과 2에 도시하지 않았지만, 고정자(10) 및 회전자(20)를 보호하는 하우징 및 하우징과 회전축(25) 사이에 배치되어 회전축(25)을 지지하는 하나 이상의 베어링을 포함할 수 있다. 고정자(10)는 회전자(20) 주위를 감싸는 다수의 권선코일을 포함할 수 있다. BLDC 전동기(1)는 전원부, 및 전원부로부터 전원을 받아 권선코일에 인가하는 스위칭부(미도시)를 포함한다.

전원부는 통상의 3상 전원일 수 있다. 3상 전원은 AC전원을 정류 및 평활시켜 DC전원을 공급하기 위하여 통상의 정류기 및 평활콘덴서로 구성된 정류회로를 거쳐서 정류된 DC 전원을 임의의 가변주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류전원으로 변환한다.

스위칭부는 다수의 스위칭소자로 이루어질 수 있다. 스위칭부는 스위칭소자가 온/오프 동작함에 따라 고정자(10)로 전원부로부터 공급되는 전원을 인가한다.

BLDC 전동기(1)는 시스템으로써 구동제어를 위한 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 1 내지 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 IPM BLDC 전동기(1)의 사시도, 분해사시도, 및 단면도이다. 도시된 바와 같이 6개의 영구자석(22)을 적용한 6극 IPM BLDC 전동기(1)를 예로 들어 설명하였지만 6극으로만 한정되지 않는다.

BLDC 전동기(1)는 전자계를 발생하는 고정자(10)와 영구자석이 매립되고 고정자(10)에 대해 회전 가능하게 내측에 배치된 회전자(20)를 포함한다. 고정자(10)에서 발생된 전자계와 회전자(20)의 영구자석(22)의 자계는 상호 작용하여 반발력 또는 흡인력이 발생하고, 그 결과 회전자(20)가 회전할 수 있다.

고정자(10)는 고정자 철심으로, 요크(11), 고정자슬롯부(14)를 형성하는 다수의 치(齒)(12), 및 치(12)의 단부에 형성된 슈(13)를 포함한다. 다수의 치(12)에는 코일(미도시)이 다수 회 감겨지며, 이 코일에 전류를 인가하면 전자계가 발생된다.

요크(11)는 환형상으로 내주면에서 다수의 치(12)들이 회전중심(O)을 향해 돌출되어 있다. 요크(11)는 도시한 바와 같이 외면이 다각 형상을 가지나 이에 한정되지 않고 원형 등의 다양한 외면을 가질 수 있다.

슈(13)는 치(12)의 단부로부터 원주 방향으로 돌출 연장하여 치(12)에 감겨진 코일이 빠지지 않게 한다. 고정자슬롯부(14)는 치(12)에 코일을 감기 위한 공간, 그리고 감겨진 코일이 자리잡기 위한 공간이다. 고정자(10)는 서로 마주보는 이격된 2개의 슈(13)에 의해 형성되며, 회전중심(O)을 향해 개방된 슬롯개방부(16)를 가진다.

회전자(20)는 원기둥 형상으로 고정자(10)와 동심으로 내측에 공극(G)을 두고 배치된다. 회전자(20)는 중심에 회전축이 삽입되는 축공(26) 및 6개의 영구자석(22)이 삽입되는 6개의 자석슬롯부(24)를 포함한다. 회전자(20)는 회전축을 중심으로 회전할 수 있다.

영구자석(22)은, 알리코 자석, 훼라이트 자석, 네오디움 자석 또는 사마륨 코발트 자석 중 적어도 하나로 제조된다. 영구자석(22)은 아치형 단면 형상으로, 볼록한 중앙부가 회전중심(O)을 향해 배치되고, 외주를 향해 양방향으로 연장하도록 회전자(20)의 자석슬롯부(24)에 삽입된다. 자석슬롯부(24)는 영구자석(22)의 형상에 대응하도록 회전자(20)에 사전 형성된다. 복수의 영구자석(22)은 이웃하는 두 영구자석의 마주보는 두 외면부(27)가 상호 인접하게 배치된다. 이때 마주보는 두 외면부(27)는 서로 접촉하거나, 사이에 에어갭 또는 접착 수지가 개재될 수도 있다. 이와 같이, 이웃하는 두 영구자석의 마주보는 두 외면부(27)를 서로 근접시킴으로써 각 영구자석(22)의 내면부(28)에 의해 형성되는 활성영역(A)을 최대한 확보할 수 있다.

상술한 바와 같이 배치된 영구자석(22)은 자속은 내면부(28)에 대해 직교하는 하는 방향으로 자속이 발생하여 고정자(10)의 치(12)에 감겨진 코일에 의해 발생된 전자계와 상호 반응한다. 영구자석(22)의 내면부(28)에 의해 형성된 자속은 아치형 내면부에 의해 형성되는 활성영역(A)을 통과해 회전자(20)의 외주로 진행한다.

특히, 영구자석(22)은 외주 측의 양단부 폭(Wo)을 회전중심 측 중앙부 폭(Wc)보다 작게 함으로써 활성영역(A)을 보다 크게 확보할 수 있다. 이를 위해, 영구자석(22)은 내면부(28)의 경사도(S1)가 외면부(27) 경사도(S2)보다 작게 한다. 결과적으로, 외면부(27)를 이웃하는 영구자석 측에 최대한 가깝게 배치하고, 외주 측 양단부 폭(Wo)은 회전중심 측의 폭(Wc)보다 작게 하여, 활성영역(A)을 최대한 확보할 수 있다. 만일 외면부(27) 및 내면부(28)가 직선상으로 연장하지 않고 곡률을 갖고 연장하면, 내면부(28)의 곡률을 외면부(27) 곡률과 다르게 하여 활성영역(A)을 최대한 확보할 수도 있다.

활성영역(A)는 자속이 통과하는 경로로서 충분한 공간을 확보하지 못하면 자속이 크더라도 포화에 의해 그 효과가 감소한다. 도 9 및 10에 나타낸 효율 비교와 같이, 본 발명의 전동기(1) 및 전동기 시스템은 작은 자속을 가진 영구자석을 적용하였음에도 불구하고 더 큰 자속을 가진 영구자석을 적용한 종래의 전동기보다 더 높은 효율을 가진다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고정자(10)와 회전자(20)의 경계부분을 확대한 부분의 확대단면도이다. 도 3은, 고정자(11)의 치(齒)(12)의 중심과 영구자석(20)의 회전중심(O) 측 중앙부를 서로 일치시킨 상태를 도시한다. 이때, 도 4에 나타낸 바와 같이, 회전자(20)의 외주를 향한 영구자석(22)의 내면부(28) 연장선과 회전자(20)의 외주가 교차하는 지점(P1)은 회전중심(O)에서 치(齒)(12)의 슬롯개방부(16) 양단을 연결하는 두 선(OS1, OS2) 사이에 위치한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 회전자(20)의 형상을 설명하기 위한 도이다. 영구자석(22)은 제조 시 모서리를 라운딩 처리할 수 있다. 이웃하는 영구자석(22)의 두 외면부(27)는 서로 접촉한다고 가정하면, 6개의 자석은 9개의 고정자 치(12)에 대응한다. 이때, 영구자석(22)의 양단부 폭(Wo)은 영구자석(22)의 외면부(27) 연장선과 내면부(28) 연장선이 만나는 회전자(20) 외주의 두 점(P2, P3)을 잇는 선분의 길이 혹은 이들 간의 거리에 해당하게 형성한다.

상술한 바와 같이, 이웃하는 영구자석(22)의 두 외면부(27)는 서로 접촉하는 것으로 가정하였으나 두 외면부(27) 사이에 갭이 존재할 경우 이 갭이 고려된다. 회전중심(O)에서 회전자(20) 외주 두 점(P2, P3)을 연결하는 선으로 이루어지는 각도(θw)는 고정자(10)의 이웃하는 치(12)의 중심선으로 이루어지는 각도(θt)에 영구자석(22)의 최대폭으로 이루어지는 각도(θm)의 반을 제한 값이 된다. 이를 수식으로 표현하면 θw=(θt-θm/2)이다. 여기서, θm는 360/P, θt는 360/S, R은 회전자 반경, P는 회전자 극수, S는 고정자 슬롯 수이다.

구체적으로 예를 들어 설명하면, 6극의 회전자와 9개의 고정자슬롯부를 가진 고정자를 가정할 때, 영구자석(22)의 양단부 폭 Wo을 구성하는 각(θw)은 10도이다.

θw=(360/9(고정자 슬롯수))-(360/6(극수)/2)

= 10

따라서, 회전자(20) 외주의 두 점(P2, P3)을 잇는 선분의 길이(Wo)는 다음의 식을 만족하도록 형성된다. 결과적으로, 고정자슬롯 수와 회전자 극수가 결정되면 회전자(20)의 반경에 따라 영구자석(22)의 양단부 폭 Wo이 변화한다.

여기서, θm는 360/P, θt는 360/S, R은 회전자 반경, P는 회전자 극수, S는 고정자 슬롯 수이다.

예를 들어, 6극의 회전자와 9개의 고정자슬롯부를 가진 고정자를 가정할 때, Wo는 √2R²(1-cos(10)로서 회전자의 반경(R)에 따라 변화한다.

영구자석(22)의 외주 측 양단부 폭(Wo)과 중앙부 폭(Wc)은 다음 식들을 만족하도록 형성된다.

식 2에서, 중앙부 폭(Wc)이 양단부 폭(Wo) X 1.0 보다 작으면, 이웃하는 영구자석의 두 외면부(27)가 접촉하고 있으므로, 양단부 폭(Wo)은 실질적으로 커진다. 결과적으로 활성영역(A)은 좁아지고, 자속 포화에 의한 효율이 감소한다.

식 3에서, 중앙부 폭(Wc)이 양단부 폭(Wo) X 1.6 보다 크면, 이웃하는 영구자석의 두 외면부(27)가 접촉하고 있으므로, 양단부 폭(Wo)은 지나치게 작아진다. 결과적으로 활성영역(A)은 넓어지나, 양단부 측의 실질 자속이 낮아져 효율이 감소한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 회전자(20)의 형상을 설명하기 위한 도이다. 영구자석(22)의 최대 너비(Sw)는 양 측 외면부(28)의 연장선과 만나는 외주의 두 지점(P4, P5)를 연결하는 선분(L3)의 길이이다. 영구자석(22)의 최대 너비(Sw)는 다음 식 [4]으로 계산된다.

여기서, θm 은 360/P, P는 극수, R은 회전자 반경이다.

예를 들어, 6극의 회전자라 가정할 때, θm 은 60도이다. 따라서, 영구자석(22)의 최대 너비(Sw)는 √(2R²(1- cos(60))로서 회전자 반경(R)에 따라 변한다.

회전중심(O)에서 제1위치(P1)를 통과하는 연장선을 기준으로 할 때, 영구자석(22)의 최대높이(Sh)는 영구자석(22)의 최대 너비(Sw)는 다음 식 5를 만족하도록 형성된다.

식 5에서, 이웃하는 영구자석의 두 외면부(27)가 접촉 또는 근접하므로 영구자석의 최대 너비(Sw)는 거의 고정이다. 따라서, 영구자석의 높이(Sh)가 최대 너비(Sw) X 0.45보다 작아지면 영구자석의 중앙부(Wc)이 실질적으로 줄어들거나 활성영역(A)이 줄어들어 효율이 감소한다. 영구자석의 높이(Sh)는 크게 하는 것에 구조상 한계가 있다. 만일, 영구자석의 높이(Sh)가 최대 너비(Sw) X 0.55보다 커지면, 이웃하는 영구자석의 두 외면부(27)를 이격시켜 영구자석의 최대 너비(Sw)를 줄여야 하고, 결과적으로 활성영역(A)이 줄어들어 효율이 감소한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기와 종래의 BLDC전동기의 역기전력을 비교하여 나타낸 그래프이다. 본 발명의 BLDC 전동기는 영구자석을 상대적으로 낮은 4300 Gauss자속밀도를 가진 영구자석(22)을 적용하였고, 종래기술의 BLDC 전동기는 상대적으로 높은 4500 Gauss 자속밀도를 가진 영구자석을 적용하였다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전동기의 역기전력은 상대적으로 낮은 품질의 영구자석임에도 불구하고 종래기술의 68.7V 보다 다소 높은 73.2V를 나타냄을 알 수 있었다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기와 종래의 BLDC전동기의 토크를 비교하여 나타낸 그래프이다. 본 발명의 BLDC 전동기는 영구자석을 상대적으로 낮은 4300 Gauss자속밀도를 가진 영구자석(22)을 적용하였고, 종래기술의 BLDC 전동기는 상대적으로 높은 4500 Gauss 자속밀도를 가진 영구자석을 적용하였다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전동기의 평균 토크는 상대적으로 낮은 품질의 영구자석임에도 불구하고 종래기술의 평균 토크는 38.0kgcm보다 높은 40.4kgcm를 나타냈고, 토크 리플율은 종래기술의 41% 보다 낮은 18%를 나타냈다. 이와 같이 낮은 토크 리플율은 IPM BLDC 전동기의 진동과 소음을 줄이는 효과가 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기와 종래의 BLDC전동기의 효율을 비교하여 나타낸 그래프이다. 본 발명의 BLDC 전동기는 영구자석을 상대적으로 낮은 4300 Gauss자속밀도를 가진 영구자석(22)을 적용하였고, 종래기술의 BLDC 전동기는 상대적으로 높은 4500 Gauss 자속밀도를 가진 영구자석을 적용하였다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전동기의 효율은 상대적으로 낮은 품질의 영구자석임에도 불구하고 종래기술 전동기보다 약 1% 정도 높게 나타났다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 전동기 시스템과 종래의 BLDC전동기 시스템의 효율을 비교하여 나타낸 그래프이다. 여기서, 전동기 시스템은 전동기에 제어기를 추가한 상태를 말한다. 본 발명의 BLDC 전동기 시스템은 영구자석을 상대적으로 낮은 4300 Gauss자속밀도를 가진 영구자석(22)을 적용하였고, 종래기술의 BLDC 전동기 시스템은 상대적으로 높은 4500 Gauss 자속밀도를 가진 영구자석을 적용하였다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전동기 시스템의 효율은 상대적으로 낮은 품질의 영구자석임에도 불구하고 종래기술 전동기 시스템보다 약 1% 정도 높게 나타났다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.

1: IPM BLDC 전동기
10: 고정자
11: 요크
12: 치(齒)
13: 슈
14: 고정자 슬롯부
16: 슬롯개방부
20: 회전자
22: 영구자석
24: 자석슬롯부
26: 축공부
27: 내면부
28: 외면부

Claims (10)

1. 전자계를 형성하기 위하여 코일이 권선된 복수의 치(齒) 가진 원통 형상의 고정자와;
   원기둥 형상으로 상기 고정자의 내측에서 회전 가능하며, 회전중심 측에서 외주 측을 양방향으로 연장하는 아치형 단면의 복수 영구자석이 마련된 회전자를 포함하며,
   상기 복수의 영구자석은, 이웃하는 두 영구자석의 마주보는 각 외면부가 상호 인접하게 배치되며,
   상기 영구자석의 외주 측의 폭(Wo)이 회전중심 측의 폭(Wc)보다 작게 마련되는 BLDC 전동기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 영구자석의 내면부 경사도는 외면부 경사도보다 작은 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 고정자는 인접하는 2개의 상기 치(齒)에 의해 형성되며, 상기 회전중심을 향해 개방된 슬롯개방부를 가지며,
   상기 영구자석의 회전중심 측 중앙부와 상기 하나의 치(齒)의 중심을 일치시킨 상태에서, 상기 영구자석의 내면부 연장선과 상기 회전자의 외주가 교차하는 지점은, 상기 슬롯개방부의 범위 내에 위치하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 영구자석의 외주 측 양단부의 폭(Wo)은 상기 영구자석의 내면부 연장선과 상기 회전자의 외주가 만나는 점에서 상기 영구자석의 외면부 연장선과 상기 회전자의 외주가 만나는 점까지 거리인 BLDC 전동기.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 영구자석의 외주 측 양단부의 폭(Wo)은 다음 식을 만족하도록 형성되는 BLDC 전동기.
   

   

   
   여기서, θm = 360/P, θt= 360/S, R은 회전자 반경, P는 회전자 극수, S는 고정자 슬롯수이다
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 영구자석의 회전중심 측 중앙부 폭(Wc)은 다음의 식을 만족하도록 형성되는 BLDC 전동기.
   

   

   
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 영구자석의 회전중심 측 중앙부 폭(Wc)은 다음의 식을 만족하도록 형성되는 BLDC 전동기.
   

   

   
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 회전중심(O)에서 상기 영구자석의 중앙부를 통과하는 연장선을 기준으로, 상기 영구자석 최대너비(Sw)는 다음 식을 만족하도록 형성되는 BLDC 전동기.
   

   

   
   여기서, θm 은 360/P, R은 회전자 반경이다.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 영구자석 최대높이(Sh)는 다음 식을 만족하도록 형성되는 BLDC 전동기.
   

   

   
   
10. 전자계를 형성하기 위하여 코일이 권선된 복수의 치(齒) 가진 원통 형상의 고정자와;
    원기둥 형상으로 상기 고정자의 내측에서 회전 가능하며, 회전중심 측에서 외주 측을 양방향으로 연장하는 아치형 단면의 복수 영구자석이 마련된 회전자를 포함하며,
    상기 복수의 영구자석은, 이웃하는 두 영구자석의 마주보는 각 외면부가 상호 인접하게 배치되며,
    상기 영구자석의 최대 높이(Sh)가 상기 영구자석의 최대 너비(Sw)에 0.45~0.55배인 것을 특징으로 하는 BLDC 전동기.

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