KR20240047723A - 매입 영구자석 동기모터 - Google Patents

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KR20240047723A
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magnet synchronous
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구본길
고병수
김홍석
이형철
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삼성전자주식회사
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Abstract

매입 영구자석 동기모터가 개시된다. 개시된 매입 영구자석 동기모터는 복수의 치와 복수의 치에 권선된 코일을 포함하는 고정자와, 고정자의 중공에 회전 가능하게 설치되며 내부에 마련된 복수의 영구자석을 포함하는 회전자를 포함하고, 회전자는 극호각(τ=360°/P) 내에서 일측으로 편향 배치되고 회전자의 회전방향의 반대방향으로 경사지게 배치된 슬릿을 포함한다. 여기서, P는 회전자의 극 수를 말한다.

Description

매입 영구자석 동기모터{INTERIOR PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}
본 발명은 고정자의 치의 철손(iron loss)을 저감하는 매입 영구자석 모터에 관한 것이다.
일반적으로 매입 영구자석 동기모터는 회전자의 내부에 복수의 영구자석이 일정 간격으로 매입된다. 매입 영구자석 동기모터는 영구자석이 존재하는 극호각 내에 공극와 인접하는 회전자 코어가 존재한다.
매입 영구자석 동기모터는 토크 리플을 낮추거나 출력 밀도를 높이기 위해 극호각 내의 회전자 코어에 슬릿을 형성한다. 이와 같은 매입 영구자석 동기모터는 추가적인 자속으로 인해 고정자 치의 포화도가 상승하게 되어 철손이 증가하는 문제가 있었다.
본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터는 고정자의 치로 흐르는 자속의 방향을 강제하여 고정자의 치의 포화도를 낮춰 철손을 저감시키는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터는 복수의 치와 상기 복수의 치에 권선된 코일을 포함하는 고정자; 및 상기 고정자의 중공에 회전 가능하게 설치되며, 내부에 마련된 복수의 영구자석을 포함하는 회전자;를 포함할 수 있다. 상기 회전자는 극호각(τ) 내에서 일측으로 편향 배치되고 상기 회전자의 회전방향의 반대방향으로 경사지게 배치된 슬릿을 포함할 수 있다. 상기 극호각(τ)은 다음 관계를 만족할 수 있다.
τ= 360°/P
여기서, P는 상기 회전자의 극 수를 말한다.
상기 슬릿은 상기 극호각(τ)에 포함되는 슬릿 배치 범위(φ)에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내에 경사지게 배치될 수 있다. 상기 슬릿 배치 범위(φ)와 상기 슬릿 경사 범위(θ)는 각각 다음 관계를 만족할 수 있다.
상기 극호각 내에 배치된 상기 영구자석은 V자 형태로 배치되는 한 쌍의 영구자석을 포함할 수 있다. 상기 슬릿은 한 쌍의 영구자석 중에서 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 위치한 영구자석 인접하게 배치될 수 있다.
상기 극호각 내에 배치된 상기 영구자석은 U자 형태로 배치되는 복수의 영구자석을 포함할 수 있다. 상기 슬릿은 복수의 영구자석 중에서 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 위치한 영구자석 인접하게 배치될 수 있다.
상기 극호각 내에 배치된 상기 영구자석은 I자 형태로 배치될 수 있다. 상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 대응하는 영구자석의 일부에 인접하게 배치될 수 있다.
상기 슬릿은 간격을 두고 배치되는 복수개의 슬릿을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 슬릿은 길이가 상이할 수 있다. 상기 복수개의 슬릿은 폭이 동일할 수 있다. 상기 복수개의 슬릿은 폭이 상이할 수 있다.
상기 슬릿은 일단으로부터 타단으로 갈수록 폭이 점차 좁아지게 형성될 수 있다.
상기 슬릿은 일단으로부터 타단으로 갈수록 폭이 점차 넓어지게 형성될 수 있다.
상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향으로 볼록하게 커브드 형성될 수 있다. 상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향의 반대방향으로 볼록하게 커브드 형성될 수 있다.
본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터는 고정자; 및 상기 고정자의 중공에 회전 가능하게 설치되며, 내부에 마련된 복수의 영구자석을 포함하는 회전자;를 포함할 수 있다. 상기 회전자는 극호각(τ) 내에서 일측으로 편향 배치된 슬릿을 포함할 수 있다. 상기 슬릿은 슬릿 경사 범위(θ) 내에 경사지게 배치될 수 있다. 상기 극호각(τ) 및 상기 슬릿 경사 범위(θ)는 각각 다음 관계를 만족할 수 있다.
τ= 360°/P
여기서, P는 상기 회전자의 극 수를 말한다.
상기 슬릿은 상기 극호각(τ)에 포함되는 슬릿 배치 범위(φ)에 위치할 수 있다. 상기 슬릿 배치 범위(φ)는 다음 관계를 만족할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿의 배치 범위를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿의 각도 범위를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 경사 각도에 따른 철손 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 위치에 따른 토크가 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 단위 토크 당 철손을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 효율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿에 의해 자속이 강제되는 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터와 비교예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 고정자의 치에 형성되는 자속 밀도를 비교하는 그래프이다.
도 10은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터와 비교예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 철손을 비교하는 그래프이다.
도 11은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 매입된 영구자석이 I자 형상으로 배치된 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 매입된 영구자석이 U자 형상으로 배치된 예를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 도 16은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 형상들을 나타낸 도면들이다.
이하에서 설명되는 실시예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 개시의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 개시의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 개시에서 사용한 '선단', '후단', '상부', '하부', '상단', '하단' 등의 용어는 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의해 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
본 개시에서 사용한 '동일하다'는 표현은 완전하게 일치하는 것뿐만 아니라, 가공 오차 범위를 감안한 정도의 상이함을 포함한다는 것을 의미한다.
그 밖에도, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터에 대해 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터(10)는 고정자(30)와 회전자(50)를 포함할 수 있다.
고정자(30)는 원통 형상으로 형성되는 요크부(33)와 요크부(33)의 내면에는 고정자(30)의 중심을 향해 돌출되는 복수의 치(teeth)(31)를 포함할 수 있다.
복수의 치(33)는 고정자(30)의 내면의 원주방향으로 일정 간격 이격되어 설치되어 있다. 복수의 치(33) 사이에는 코일(40)이 수용될 수 있는 복수의 코일 홈이 형성될 수 있다. 복수의 치(33) 각각에는 코일(40)이 감길 수 있다.
회전자(50)는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 회전자(50)는 고정자(30)와 동심으로 고정자(30)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 회전자(50)는 외주면(501)이 고정자(30)의 티스(31)의 선단부(311)와 일정 간격을 두고 고정자(30)의 중심에 삽입될 수 있다. 회전자(20)의 중심에 형성된 축 구멍(55)에는 회전축(70)이 결합될 수 있다.
회전자(50)의 내부에는 복수의 영구자석(51, 52)이 설치될 수 있다. 예를 들면, 회전자(50)의 외주면(501)과 축 구멍(55)의 사이에 복수의 영구자석(51, 52)이 배치될 수 있다.
회전자(50)는 철심으로 형성되며 회전자(50)의 철심에는 영구자석(51, 52)이 설치되는 복수의 자석 삽입구멍(57)이 회전자(50)의 원주방향으로 형성될 수 있다. 복수의 자석 삽입구멍(57)은 V자 형상으로 이루어질 수 있다.
복수의 영구자석(51, 52)은 각 자석 삽입구멍(57)에 한 쌍씩 배치될 수 있다. 예를 들면, 하나의 자석 삽입구멍(57)에 한 쌍의 제1의 영구자석(511, 512)이 배치될 수 있고, 한 쌍의 제2 다른 자석 삽입구멍(57)에 한 쌍의 제2 영구자석(521, 522)이 배치될 수 있다. 자석 삽입구멍(57)에 각각 한 쌍씩 삽입된 영구자석(511, 512; 521, 522)은 V자 형상으로 배치될 수 있다.
복수의 영구자석(51, 52)은 서로 다른 극성을 갖는다. 예를 들면, 한 쌍의 제1 영구자석(511, 512)은 N극의 극성을 가지며, 한 쌍의 제1 영구자석(511, 512)에 인접하게 배치된 한 쌍의 제2 영구자석(521, 522)은 S극의 극성을 가질 수 있다. 복수의 영구자석(51, 52)은 희토류, 예를 들면, 네오듐(Nd) 또는 페라이트로 형성할 수 있다.
회전자(50)에는 복수의 슬릿(53)이 원주 방향으로 일정한 간격을 두고 형성될 수 있다. 복수의 슬릿(53)은 회전축(70)에 평행하게 회전자(50)의 일단에서 타단까지 형성될 수 있다. 복수의 슬릿(53)은 고정자(30)의 복수의 치(31)로 흐르는 자속의 흐름을 차단하여 복수의 치(31)에 자속 밀도가 포화되는 것을 개선함으로써 고정자(30)의 철손을 저감할 수 있다.
복수의 슬릿(53)은 한 쌍의 영구자석에 각각 1개씩 대응하도록 회전자(50)에 마련될 수 있다. 예를 들면, 복수의 슬릿(53)은 도 1과 같이 회전자(50)에 6쌍의 영구자석이 배치되는 경우, 6개의 슬릿이 마련될 수 있다. 각 슬릿(53)은 회전자(50)의 회전방향(도 1에서 반시계 방향)의 선두에 대응하는 영구자석에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 각 슬릿(53)은 회전자(50)의 회전방향의 반대방향으로 경사지게 배치될 수 있다.
복수의 슬릿(53)은 회전자(50)에서 형성되는 지점 및 배치 각도에 따라 고정자(30)의 철손 저감 효과를 얻을 수 있다. 이하에서, 고정자(30)의 철손 저감을 위한 회전자 상에서의 복수의 슬릿의 유효한 배치 범위와 유효한 배치 각도 범위에 대해 설명한다.
도 2는 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿의 배치 범위를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿의 배치 각도 범위를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 한 쌍의 영구자석(511, 512)은 회전자(50)의 중심점(C)을 지나고 수직으로 배치되는 제1 축(A1)과, 회전자(50)의 중심점(C)을 지나고 제1 축(A1)으로부터 극호각(τ)만큼 시계 방향으로 회전한 제2 축(A2) 사이에 배치될 수 있다.
슬릿(53)은 극호각(τ) 내에 배치된 한 쌍의 제1 영구자석(511, 512) 중에서 좌측에 위치한 영구자석(511)에 인접하게 배치될 수 있다. 극호각(τ)은 회전자(50)의 극 수가 P개인 경우 한 극에 대응하는 극호각을 나타낸다(τ= 360°/P).
슬릿(53)은 회전자(50)가 회전하는 회전방향(R)(도 2에서 반시계 방향)의 반대방향(도 2에서 시계 방향)으로 소정 각도 기울어지게 배치될 수 있다. 슬릿(53)은 소정 길이를 가질 수 있으며, 일단(53a)이 회전자(50)의 외주면(501)에 인접하고 타단(53b)이 좌측 영구자석(511)에 인접하게 배치될 수 있다.
극호각(τ) 내에 배치된 슬릿(53)은 다음의 수학식 1과 같은 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치할 수 있다.
[수학식 1]
예를 들면, 극호각(τ) 내에 포함되는 슬릿 배치 범위(φ)는 제1 축(A1)으로부터 반시계 방향으로 제1 각도(φ1)만큼 회전한 제3 축(A3)과 제1 축(A1)으로부터 반시계 방향으로 제2 각도(φ2)만큼 회전한 제4 축(A4) 사이의 영역일 수 있다.
도 3을 참조하면, 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치한 슬릿(53)은 다음의 수학식 2와 같은 슬릿 경사 범위(θ) 내에서 경사지게 배치될 수 있다.
[수학식 2]
여기서, P는 회전자(50)의 극 수이다.
예를 들면, 슬릿 경사 범위(θ)의 최소 값은 제1 축(A1)에서부터 제3 축(A3)에 평행한 제5 축(A5)까지의 각도인 제3 각도(θ1)일 수 있다. 슬릿(53)이 제3 각도(θ1)로 경사지는 경우, 슬릿(53)은 제5 축(A5)을 따라 배치될 수 있다. 제3 각도(θ1)는 180°/P에 대응할 수 있다.
슬릿 경사 범위(θ)의 최대 값은 제1 축(A1)에서부터 제5 축(A3)에 직교하는 제6 축(A6)까지의 각도인 제4 각도(θ2)일 수 있다. 슬릿(53)이 제4 각도(θ2)로 경사지는 경우, 슬릿(53)은 제6 축(A5)을 따라 배치될 수 있다. 제4 각도는 180°/P 에 회전자(50)의 회전방향(R)의 반대방향으로 90°더한 값일 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 경사 각도에 따른 철손 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 슬릿(53)이 슬릿 배치 범위(φ) 중에서 D1에 해당하는 슬릿 배치 범위()에 있을 때, 회전자(50)의 회전방향(R)의 반대방향으로 슬릿(53)의 경사 각도가 증가될수록 철손이 감소하는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 위치에 따른 토크가 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 슬릿 배치 범위(φ) 내에서 슬릿(53)의 위치가 제1 축(A1)에서 제3 축(A3)으로 인접하는 방향 즉, 극의 중앙으로 갈수록 매입 영구자석 동기모터(10)의 토크가 감소하는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 단위 토크 당 철손을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 슬릿(53)이 슬릿 배치 범위(φ) 중에서 D2에 해당하는 슬릿 배치 범위()에 있을 때, 단위 토크당 철손이 최소인 것을 알 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 슬릿(53)이 슬릿 배치 범위(φ) 중에서 D3에 해당하는 슬릿 배치 범위()에 있을 때, 매입 영구자석 동기모터의 효율이 최대인 것을 알 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿에 의해 자속이 강제되는 예를 나타내는 도면이다. 도 9는 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터와 비교예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 고정자의 치에 형성되는 자속 밀도를 비교하는 그래프이다. 도 10은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터와 비교예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 철손을 비교하는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 슬릿(53)이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 배치되고 슬릿 경사 범위(θ) 내 경사 각도를 가지는 경우, 고정자(30)의 치(31)로 흐르는 자속(B1, B2) 중 일부(B2)는 슬릿(53)에 의해 차단될 수 있다. 이에 따라 고정차(30)의 치(31)에 자속 밀도가 포화되는 것을 방지하여 고정차(30)의 철손을 감소시킬 수 있다.
도 9 및 도 10에 표시된 비교예(점선)의 그래프는 회전자에 형성된 슬릿이 회전자의 회전방향으로 경사지게 배치된 경우를 나타낸다.
슬릿(53)이 회전자(50)의 회전방향(R)의 역방향으로 경사지게 배치된 본 개시는 도 8에 도시된 바와 같이 고정자(30)의 치(31)로 흐르는 자속(B1, B2) 중 일부(B2)가 슬릿(53)에 의해 차단될 수 있다.
하지만, 비교예의 경우 회전자에 형성된 슬릿이 고정자(30)의 치(31)로 흐르는 자속(B1, B2)의 방향과 유사한 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 이에 따라, 고정자(30)의 치(31)로 흐르는 자속(B1, B2)은 대부분 비교예의 슬릿에 의해 차단되지 않고 고정자의 치로 흐르게 된다.
이에 따라, 도 9와 같이, 본 개시의 경우 전체 회전자의 위치각 범위에서 비교예 보다 고정자의 포화된 자석 밀도가 낮다는 것을 알 수 있다. 또한, 고정자의 치에 포화되는 자속 밀도의 최대값은 본 개시의 경우 1.62T인데 반해, 비교예의 경우 1.7T로 나타난다. 따라서, 본 개시의 치 포화도가 비교예보다 약 4.7% 감소된다는 것을 알 수 있다.
도 10을 참조하면, 전류각에 따른 철손은 전체 전류각 범위에서 본 개시가 비교예보다 전체적으로 낮은 것을 알 수 있다. 구체적으로, 도 10에 대응하는 표 1을 참조하면, 전체 전류각 범위에서 본 개시의 철손의 감소율은 비교예보다 약 18% 정도 감소되는 것을 알 수 있다.
전류각(°) 비교예의 철손(W) 본 개시의 철손(W) 감소율(%)
0 41.6 36.7 -11.8
15 37 31.2 -15.7
30 30.9 24.9 -19.4
45 24.2 19.2 -20.7
55 20.1 16.1 -19.9
60 18.3 14.7 -19.7
평균: -17.9
도 11은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 매입된 영구자석이 I자 형상으로 배치된 예를 나타내는 도면이다. 도 12는 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 매입된 영구자석이 U자 형상으로 배치된 예를 나타내는 도면이다.도 11을 참조하면, 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터는 회전자(50)에 매입된 영구자석이 I자 형상(또는 직선 형상)으로 배치될 수 있다. 이 경우, 극호각(τ) 내에 배치된 영구자석은 1개일 수 있다.
회전자(50)에 형성된 자석 삽입구멍(57-1)은 I자 형상(또는 직선 형상)으로 이루어질 수 있다. 도 11에서 우측의 자석 삽입구멍(57-1)에 삽입되는 영구자석(51-1)과 좌측의 자석 삽입구멍(57-1)에 삽입되는 영구자석(52-1)은 서로 다른 자극을 가질 수 있다.
이와 같이, 영구자석(51-1, 52-1)이 회전자(50)에 I자 형상으로 매입되는 경우, 각 영구자석(51-1, 52-1)에 대응하는 슬릿(53)은 전술한 바와 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치될 수 있다. 이에 따라, 회전자(50)에 매입된 영구자석(51-1, 52-1)이 I자 형상으로 배치된 경우에도 슬릿(53)은 고정자의 치(31)로 흐르는 자속을 차단할 수 있으므로 고정자의 치(31)의 포화도를 낮춰 철손을 저감시킬 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터는 회전자(50)에 매입된 영구자석이 U자 형상(또는 직선 형상)으로 배치될 수 있다. 이 경우, 극호각(τ) 내에 배치된 영구자석은 3개일 수 있다.
회전자(50)에 형성된 자석 삽입구멍(57-2)은 대략 U자 형상으로 이루어질 수 있다. 도 12에서 우측의 자석 삽입구멍(57-2)에 삽입되는 3개의 영구자석(514, 515, 516)과 좌측의 자석 삽입구멍(57-2)에 삽입되는 3개의 영구자석(524, 525, 526)은 서로 다른 자극을 가질 수 있다. 예를 들면, 우측 3개의 영구자석(514, 515, 516)이 N극의 자극을 가지는 경우, 좌측 3개의 영구자석(524, 525, 526)은 S극의 자극을 가질 수 있다.
우측 3개의 영구자석(514, 515, 516) 중 가장 좌측에 위치한 하나의 영구자석(514)에 대응하는 슬릿(53)은 전술한 바와 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치된다. 마찬가지로 우측 3개의 영구자석(524, 525, 526) 중 가장 좌측에 위치한 하나의 영구자석(524)에 대응하는 슬릿(53)은 전술한 바와 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치된다.
이에 따라, 회전자(50)에 매입된 영구자석(514, 515, 516; 524, 525, 526)이 U자 형상으로 배치된 경우에도 슬릿(53)은 고정자의 치(31)로 흐르는 자속을 차단할 수 있으므로 고정자의 치(31)의 포화도를 낮춰 철손을 저감시킬 수 있다.
회전자(50)에 마련되는 슬릿(53)은 대략 소정 길이를 가지며 일단과 타단의 폭이 동일한 직선 형태로 이루어지는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 13 내지 도 16에 도시된 바와 같이 슬릿은 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 13 내지 도 16은 본 개시의 일 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 형상들을 나타낸 도면들이다.
도 13을 참조하면, 슬릿(53-3)은 전술한 슬릿(53)과 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치될 수 있다.
슬릿(53-3)은 제1 슬릿(531)과 제2 슬릿(532)을 포함할 수 있다. 제1 슬릿(531)과 제2 슬릿(532)은 서로 길이가 다를 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 슬릿(532)보다 극의 중심(한 쌍의 제1 영구자석(511,512)이 접하는 부분)에 더 가깝게 배치되는 제1 슬릿(531)은 길이가 제2 슬릿(532)의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
도 13에서 제1 슬릿(531) 및 제2 슬릿(532)이 동일한 경사각을 가지는 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 제1 슬릿(531) 및 제2 슬릿(532)은 슬릿 경사 범위(θ) 내에서 서로 상이한 각도로 배치될 수 있다.
도 13에서 제1 슬릿(531) 및 제2 슬릿(532)이 동일한 폭을 가지는 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 제1 슬릿(531) 및 제2 슬릿(532)은 서로 상이한 폭을 가질 수 있다.
슬릿(53-3)은 2개의 슬릿(531, 532)을 포함하는 것으로 설명하지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 슬릿(53-3)은 3개 이상의 슬릿을 포함할 수 있다. 이 경우, 3개 이상의 슬릿은 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하도록 각 슬릿의 폭과 슬릿들 사이의 간격을 적절히 조절할 수 있다.
도 14를 참조하면, 슬릿(53-4)은 전술한 슬릿(53)과 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치될 수 있다.
슬릿(53-4)은 소정 길이를 가지며 일단(534)과 타단(535)의 폭이 상이할 수 있다. 예를 들면, 슬릿(53-4)은 회전자(50)의 외주면(501)에 인접한 슬릿(53-4)의 일단(534)의 폭이 제1 영구자석(511)에 인접한 슬릿(53-4)의 타단(534)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다. 이 경우, 슬릿(53-4)의 폭은 일단(534)으로부터 타단(535)으로 갈수록 점차 좁아질 수 있다.
도 15를 참조하면, 슬릿(53-5)은 전술한 슬릿(53)과 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치될 수 있다.
슬릿(53-5)은 소정 길이를 가지며 일단(536)과 타단(537)의 폭이 상이할 수 있다. 예를 들면, 슬릿(53-5)은 회전자(50)의 외주면(501)에 인접한 슬릿(53-5)의 일단(536)의 폭이 제1 영구자석(511)에 인접한 슬릿(53-5)의 타단(537)의 폭보다 좁게 형성될 수 있다. 이 경우, 슬릿(53-5)의 폭은 일단(536)으로부터 타단(537)으로 갈수록 점차 넓어질 수 있다.
도 16을 참조하면, 슬릿(53-6)은 전술한 슬릿(53)과 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치될 수 있다.
슬릿(53-6)은 전체적으로 커브드(curved) 형상을 가질 수 있다. 슬릿(53-6)은 일단(538)이 회전자(50)의 외주면(501)에 인접하게 배치되고 타단(539)이 제1 영구자석(511)에 인접하게 배치될 수 있다.
슬릿(53-6)은 회전자(50)의 회전방향(R, 도 3 참조)으로 볼록하게 휘어진 형상을 가질 수 있다. 하지만 슬릿(53-6)은 회전자(50)의 회전방향(R)의 반대방향으로 볼록하게 휘어진 형상을 가질 수도 있다.
상기에서 본 개시는 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 개시의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 개시는 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.
10: 매입 영구자석 동기모터
30: 고정자
31: 고정자의 치
40: 코일
50: 회전자
51, 52: 영구자석
53: 슬릿
57: 자석 삽입구멍
70: 회전축

Claims (15)

  1. 복수의 치와 상기 복수의 치에 권선된 코일을 포함하는 고정자; 및
    상기 고정자의 중공에 회전 가능하게 설치되며, 내부에 마련된 복수의 영구자석을 포함하는 회전자;를 포함하고,
    상기 회전자는 극호각(τ) 내에서 일측으로 편향 배치되고 상기 회전자의 회전방향의 반대방향으로 경사지게 배치된 슬릿을 포함하고,
    상기 극호각(τ)은 다음 관계를 만족하는, 매입 영구자석 동기모터.
    τ= 360°/P
    여기서, P는 상기 회전자의 극 수를 말한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 극호각(τ)에 포함되는 슬릿 배치 범위(φ)에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내에 경사지게 배치되며,
    상기 슬릿 배치 범위(φ)와 상기 슬릿 경사 범위(θ)는 각각 다음 관계를 만족하는, 매입 영구자석 동기모터.

  3. 제2항에 있어서,
    상기 극호각(τ) 내에 배치된 상기 영구자석은 V자 형태로 배치되는 한 쌍의 영구자석을 포함하고,
    상기 슬릿은 한 쌍의 영구자석 중에서 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 위치한 영구자석 인접하게 배치되는, 매입 영구자석 동기모터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 극호각(τ) 내에 배치된 상기 영구자석은 U자 형태로 배치되는 복수의 영구자석을 포함하고,
    상기 슬릿은 복수의 영구자석 중에서 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 위치한 영구자석 인접하게 배치되는, 매입 영구자석 동기모터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 극호각(τ) 내에 배치된 상기 영구자석은 I자 형태로 배치되고,
    상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 대응하는 영구자석의 일부에 인접하게 배치되는, 매입 영구자석 동기모터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은 간격을 두고 배치되는 복수개의 슬릿을 포함하는, 매입 영구자석 동기모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 슬릿은 길이가 상이한, 매입 영구자석 동기모터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 슬릿은 폭이 동일한, 매입 영구자석 동기모터.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 슬릿은 폭이 상이한, 매입 영구자석 동기모터.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은 일단으로부터 타단으로 갈수록 폭이 점차 좁아지게 형성되는, 매입 영구자석 동기모터.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은 일단으로부터 타단으로 갈수록 폭이 점차 넓어지게 형성되는, 매입 영구자석 동기모터.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향으로 볼록하게 커브드 형성된, 매입 영구자석 동기모터.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향의 반대방향으로 볼록하게 커브드 형성된, 매입 영구자석 동기모터.
  14. 고정자; 및
    상기 고정자의 중공에 회전 가능하게 설치되며, 내부에 마련된 복수의 영구자석을 포함하는 회전자;를 포함하고,
    상기 회전자는 극호각(τ) 내에서 일측으로 편향 배치된 슬릿을 포함하고,
    상기 슬릿은 슬릿 경사 범위(θ) 내에 경사지게 배치되며,
    상기 극호각(τ) 및 상기 슬릿 경사 범위(θ)는 각각 다음 관계를 만족하는, 매입 영구자석 동기모터.
    τ= 360°/P

    여기서, P는 상기 회전자의 극 수를 말한다.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 극호각(τ)에 포함되는 슬릿 배치 범위(φ)에 위치하며,
    상기 슬릿 배치 범위(φ)는 다음 관계를 만족하는, 매입 영구자석 동기모터.

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