KR20230030924A - Rotor structure of interior permanent magnet motor for maxizing magnetic flux - Google Patents

Rotor structure of interior permanent magnet motor for maxizing magnetic flux Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a rotor structure of a magnet-embedded motor for maximizing magnetic flux. The rotor structure of the magnet-embedded motor comprises: a flat type magnet for increasing magnetic flux; an arc type magnet for increasing a magnet utilization degree; and a rotor that rotates around a rotation axis inside a stator. Therefore, the maximum output can be generated within a limited volume by improving a shape of a permanent magnet embedded in a rotor of the motor, thereby having an advantageous effect for miniaturization and high output of the motor.

Description

자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조{Rotor structure of interior permanent magnet motor for maxizing magnetic flux}Rotor structure of interior permanent magnet motor for maximizing magnetic flux}

본 발명은 자석 매입형 모터(Interior permanent magnet motor)에 관련한 것으로, 특히 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an interior permanent magnet motor, and more particularly, to a rotor structure of the magnet embedded motor for maximizing magnetic flux.

모터를 사용하는 구동 시스템에서의 모터의 출력 밀도 상승과 고효율화는 해당 구동 시스템의 효율에 큰 영향을 미친다. 특히 전기 자동차와 같이 크기가 제한적인 구동 시스템에 사용되는 모터의 경우 소형화 및 고출력화 특성이 더욱 요구된다.An increase in power density and high efficiency of a motor in a drive system using a motor greatly affects the efficiency of the drive system. In particular, in the case of a motor used in a drive system in which size is limited, such as an electric vehicle, miniaturization and high output characteristics are further required.

현재 활발히 개발 진행중인 전기 자동차와 같은 모터를 포함하는 구동 시스템의 대부분은 구조적으로 크기의 제약을 가지고 있다. 그리고, 구동 시스템의 효율 향상을 위해서 모터의 출력 특성은 일정 성능 이상이 유지 되어야 한다. 이러한 이유로 인해 모터의 소형화 및 고출력화 기술이 중요하다.Most of drive systems including motors, such as electric vehicles currently under active development, have structurally limited sizes. In addition, in order to improve the efficiency of the driving system, the output characteristics of the motor must be maintained above a certain level. For this reason, miniaturization and high-output technology of motors are important.

소형화 및 고출력화에 특화된 모터의 회전자 구조로 자석 매입형 구조가 있다. 이는 영구 자석이 회전자 내부에 삽입되는 구조이다. 도 1 은 통상적인 자석 매입형 모터의 회전자 구조를 예시한 도면으로, (a)는 브이형(V Type) 자석을 사용한 경우, (b)는 이중 브이형 자석을 사용한 경우, (c)는 델타형(Delta Type) 자석을 사용한 것을 예시하고 있다.There is a magnet-embedded structure as a rotor structure of a motor specialized for miniaturization and high output. This is a structure in which permanent magnets are inserted inside the rotor. 1 is a diagram illustrating the rotor structure of a conventional magnet-embedded motor, (a) when a V-type magnet is used, (b) when a double V-type magnet is used, (c) It illustrates the use of a Delta Type magnet.

이러한 자석 매입형 모터의 설계에 있어서 모터 성능 또는 적재 용량에 따른 모터의 크기는 제한적이므로, 영구 자석을 이용한 자속을 사용하여 발생시킬 수 있는 출력 또한 제한된다. 따라서, 본 발명자는 영구 자석의 최적 형상 및 분할을 통한 제한된 체적 내에서 최대 출력을 발생할 수 있는 자석 매입형 모터의 회전자 구조에 대한 연구를 하였다.In the design of such a magnet-embedded motor, since the size of the motor according to motor performance or load capacity is limited, the output that can be generated using magnetic flux using permanent magnets is also limited. Therefore, the present inventors have researched a rotor structure of a magnet embedded motor capable of generating maximum output within a limited volume through optimum shape and division of permanent magnets.

대한민국 공개특허 제10-2018-0065338호(2018.06.18)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0065338 (2018.06.18)

본 발명은 모터의 회전자에 매입되는 영구 자석 형상 개선을 통해 제한된 체적 내에서 최대 출력을 발생할 수 있는 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조를 제공함을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a rotor structure of a magnet embedded motor for maximizing magnetic flux capable of generating maximum output within a limited volume by improving the shape of a permanent magnet embedded in the rotor of the motor.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조가 자속 증가를 위한 일자형(Flat Type) 자석과; 자석 활용량 증가를 위한 아크형(Arc Type) 자석과; 고정자 내부에서 회전축을 중심으로 회전하되, 외연 부위를 따라 일자형 자석들을 매입하기 위한 다수의 일자형 매입홈들이 등간격으로 형성되고, 일자형 매입홈들 내측으로 아크형 자석들을 매입하기 위한 다수의 아크형 매입홈들이 등간격으로 형성되는 회전자를 포함한다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a rotor structure of a magnetic embedded motor for maximizing magnetic flux includes a flat type magnet for increasing magnetic flux; Arc type magnets for increasing magnet utilization; It rotates around the axis of rotation inside the stator, but along the outer edge, a plurality of straight-shaped embedded grooves for embedding straight magnets are formed at regular intervals, and a plurality of arc-shaped embedded grooves for embedding arc-shaped magnets into the straight-shaped embedded grooves It includes a rotor in which grooves are formed at regular intervals.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 다수의 아크형 매입홈들이 일자형 매입홈들 내측으로 복층으로 배열되도록 구현될 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, a plurality of arc-shaped recesses may be arranged in a multi-layered manner into the straight recesses.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 다수의 아크형 매입홈들이 분할 구조로 배열되도록 구현될 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, a plurality of arc-shaped recesses may be implemented to be arranged in a divided structure.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 분할 구조의 일자형 매입홈들이 배열 위치에 따라 크기가 상이할 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, the size of the straight-shaped recesses of the divided structure may be different depending on the arrangement position.

본 발명은 모터의 회전자에 매입되는 영구 자석 형상 개선을 통해 제한된 체적 내에서 최대 출력을 발생할 수 있으므로, 모터의 소형화 및 고출력화에 유리한 효과가 있다.Since the present invention can generate maximum output within a limited volume by improving the shape of the permanent magnet embedded in the rotor of the motor, there is an advantageous effect for miniaturization and high output of the motor.

도 1 은 통상적인 자석 매입형 모터의 회전자 구조를 예시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 체적 감소를 비교한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 자속을 예시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 역기전력을 비교한 도면이다.1 is a diagram illustrating a rotor structure of a conventional magnet-embedded motor.
2 is a diagram showing the configuration of an embodiment of a rotor structure of a magnet-embedded motor for maximizing magnetic flux according to the present invention.
3 is a diagram comparing rotor volume reduction of a magnet-embedded motor for maximizing magnetic flux according to the present invention.
4 is a diagram illustrating magnetic flux of a magnet-embedded motor for maximizing magnetic flux according to the present invention.
5 is a diagram comparing counter electromotive force of a magnet-embedded motor for maximizing magnetic flux according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention through preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings. Although specific embodiments are illustrated in the drawings and related details are described, they are not intended to limit the various embodiments of the present invention to any particular form.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the embodiments of the present invention, the detailed description will be omitted.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.On the other hand, when a component is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.

도 2 는 본 발명에 따른 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조(100)는 일자형(Flat Type) 자석(110)과, 아크형(Arc Type) 자석(120)과, 회전자(130)를 포함한다.2 is a diagram showing the configuration of an embodiment of a rotor structure of a magnet-embedded motor for maximizing magnetic flux according to the present invention. As shown in FIG. 2, the rotor structure 100 of the magnet-embedded motor for maximizing magnetic flux according to this embodiment includes a flat type magnet 110 and an arc type magnet 120. And, it includes a rotor (130).

일자형(Flat Type) 자석(110)은 자속(Magnetic Flux) 증가를 위한 영구 자석(Permenant Magnet)으로, 회전자(130) 외연 부위를 따라 등간격으로 다수개 매입되도록 구현될 수 있다.The flat type magnet 110 is a permanent magnet for increasing magnetic flux, and may be implemented to be embedded in plurality at equal intervals along the outer edge of the rotor 130 .

아크형(Arc Type) 자석(120)은 자석 활용량 증가를 위한 영구 자석(Permenant Magnet)으로, 일자형 자석(110) 내측으로 등간격으로 다수개 매입되도록 구현될 수 있다. The arc type magnet 120 is a permanent magnet for increasing the amount of magnet utilization, and may be implemented so that a plurality of magnets are embedded at regular intervals into the straight magnet 110 .

이 때, 아크형 자석(120)이 일자형 자석(110) 내측으로 복층으로 배열될 수도 있다. 한편, 다수의 아크형 자석(120)들이 분할 구조로 배열될 수도 있고, 배열 위치에 따라 아크형 자석(120)들의 크기가 상이할 수도 있다.At this time, the arc-shaped magnet 120 may be arranged in a double layer inside the straight-shaped magnet 110. Meanwhile, the plurality of arc-shaped magnets 120 may be arranged in a divided structure, and the sizes of the arc-shaped magnets 120 may be different according to the arrangement position.

회전자(Rotor)(130)는 고정자(Stator)(도면 도시 생략) 내부에서 회전축(Shaft)(도면 도시 생략)을 중심으로 회전하되, 외연 부위를 따라 일자형 자석(110)들을 매입하기 위한 다수의 일자형 매입홈(131)들이 등간격으로 형성되고, 일자형 매입홈들 내측으로 아크형 자석(120)들을 매입하기 위한 다수의 아크형 매입홈(132)들이 등간격으로 형성된다.The rotor 130 rotates around a shaft (not shown in the drawing) inside the stator (not shown in the drawing), but has a plurality of magnets for embedding the straight magnets 110 along the outer edge. The straight-shaped buried grooves 131 are formed at equal intervals, and a plurality of arc-shaped buried grooves 132 for burying the arc-shaped magnets 120 into the straight-shaped buried grooves are formed at equal intervals.

이 때, 다수의 아크형 매입홈(132)들이 일자형 매입홈(131)들 내측으로 복층으로 배열되도록 구현될 수 있다. 한편, 다수의 아크형 매입홈(132)들이 분할 구조로 배열될 수도 있고, 배열 위치에 따라 크기가 상이할 수도 있다.At this time, the plurality of arc-shaped buried grooves 132 may be implemented to be arranged in multiple layers into the straight-shaped buried grooves 131 . On the other hand, the plurality of arc-shaped buried grooves 132 may be arranged in a divided structure, or may have different sizes depending on the arrangement position.

아크형 매입홈(132)에 매입되는 아크형 자석(120)은 도 1 에 도시한 브이형 자석 및 델타형 자석을 사용할 때 보다 회전자에 매입될 때의 공간 점유율을 작다. 자석의 공간 점유율이 작다는 것은 회전자를 보다 소형화하더라도 동일 출력을 유지할 수 있다는 것을 의미한다.The arc-shaped magnet 120 embedded in the arc-shaped embedded groove 132 has a smaller space occupancy when embedded in the rotor than when using the V-shaped magnet and the delta-shaped magnet shown in FIG. The small space occupancy of the magnet means that even if the rotor is made smaller, the same output can be maintained.

도 3 은 본 발명에 따른 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 체적 감소를 비교한 도면이다. 도 3 은 일자형 자석과 아크형 자석을 복합 사용한 본 발명의 회전자 체적이 도 1 에 도시한 종래의 회전자 체적에 비해 상대적으로 감소하고 있음을 볼 수 있다. 따라서, 본 발명은 종래에 비해 회전자를 소형화할 수 있음을 확인할 수 있다. 3 is a diagram comparing rotor volume reduction of a magnet-embedded motor for maximizing magnetic flux according to the present invention. FIG. 3 shows that the volume of the rotor of the present invention using a combination of a straight magnet and an arc magnet is relatively reduced compared to that of the conventional rotor shown in FIG. 1 . Therefore, it can be confirmed that the present invention can reduce the size of the rotor compared to the prior art.

한편, 도 4 는 본 발명에 따른 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 자속을 예시한 도면이다. 도 4 의 (a)는 자력선(Flux Line), (b)는 자속 밀도(Flux Density)를 예시한 것으로, 종래에 비해 감소된 체적을 가진 본 발명의 회전자가 최대한으로 포화된 것을 확인할 수 있다.On the other hand, Figure 4 is a diagram illustrating the magnetic flux of the magnet-embedded motor for maximizing the magnetic flux according to the present invention. 4 (a) illustrates a flux line, and (b) illustrates a flux density, and it can be seen that the rotor of the present invention having a reduced volume compared to the prior art is maximally saturated.

한편, 도 5 는 본 발명에 따른 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 역기전력을 비교한 도면이다. 동일한 체적의 회전자에서 발생할 수 있는 역기전력이 도 1 에 도시한 브이형 자석 및 델타형 자석을 사용할 때 보다 일자형 자석과 아크형 자석을 복합 사용한 본 발명의 경우 상대적으로 큼을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 경우 종래에 비해 역기전력이 상승되므로, 모터의 출력이 향상된다.Meanwhile, FIG. 5 is a diagram comparing counter electromotive force of a magnet-embedded motor for maximizing magnetic flux according to the present invention. It can be seen that the counter electromotive force that can be generated from a rotor having the same volume is relatively greater in the case of the present invention using a combination of a straight magnet and an arc magnet than when using a V-type magnet and a delta-type magnet shown in FIG. 1 . That is, in the case of the present invention, since the counter electromotive force is increased compared to the prior art, the output of the motor is improved.

이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 모터의 회전자에 매입되는 영구 자석 형상 개선을 통해 제한된 체적 내에서 최대 출력을 발생할 수 있으므로, 모터의 소형화 및 고출력화에 유리하다.With this implementation, the present invention can generate maximum output within a limited volume by improving the shape of the permanent magnet embedded in the rotor of the motor, which is advantageous for miniaturization and high output of the motor.

본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. Various embodiments disclosed in this specification and drawings are only presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of various embodiments of the present invention.

따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the scope of various embodiments of the present invention includes all changes or modified forms derived based on the technical spirit of various embodiments of the present invention other than the embodiments described herein are included in the scope of various embodiments of the present invention. should be interpreted as being

본 발명은 자석 매입형 모터 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used industrially in the field of technology related to a magnet-embedded motor and its applied technology.

100 : 자석 매입형 모터의 회전자 구조
110 : 일자형 자석
120 : 아크형 자석
130 : 회전자
131 : 일자형 매입홈
132 : 아크형 매입홈100: rotor structure of magnet embedded motor
110: straight magnet
120: arc magnet
130: rotor
131: straight recess
132: arc-shaped embedded groove

Claims (4)

자속 증가를 위한 일자형(Flat Type) 자석과;
자석 활용량 증가를 위한 아크형(Arc Type) 자석과;
고정자 내부에서 회전축을 중심으로 회전하되, 외연 부위를 따라 일자형 자석들을 매입하기 위한 다수의 일자형 매입홈들이 등간격으로 형성되고, 일자형 매입홈들 내측으로 아크형 자석들을 매입하기 위한 다수의 아크형 매입홈들이 등간격으로 형성되는 회전자를;
포함하는 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조.A flat type magnet for increasing magnetic flux;
Arc type magnets for increasing magnet utilization;
It rotates around the axis of rotation inside the stator, but along the outer edge, a plurality of straight-shaped embedded grooves for embedding straight magnets are formed at regular intervals, and a plurality of arc-shaped embedded grooves for embedding arc-shaped magnets into the straight-shaped embedded grooves a rotor in which grooves are formed at regular intervals;
Rotor structure of embedded magnet motor for maximizing magnetic flux including 제 1 항에 있어서,
다수의 아크형 매입홈들이:
일자형 매입홈들 내측으로 복층으로 배열되는 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조.According to claim 1,
Multiple arc-shaped recesses:
The rotor structure of a magnet-embedded motor for maximizing magnetic flux arranged in double layers inside the straight-shaped embedded grooves. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
다수의 아크형 매입홈들이:
분할 구조로 배열되는 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조.According to claim 1 or 2,
Multiple arc-shaped recesses:
The rotor structure of a magnetic embedded motor for maximizing magnetic flux arranged in a split structure. 제 4 항에 있어서,
분할 구조의 일자형 매입홈들이:
배열 위치에 따라 크기가 상이한 자속 극대화를 위한 자석 매입형 모터의 회전자 구조.According to claim 4,
Divided straight recessed grooves:
The rotor structure of a magnet embedded motor to maximize the magnetic flux, which varies in size depending on the arrangement position.
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