WO2013085231A1 - 두께가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터 - Google Patents

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WO2013085231A1
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permanent magnets
magnetic pole
permanent magnet
insertion hole
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유세현
서정무
김영균
이정종
정인성
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전자부품연구원
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    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Definitions

  • the present invention relates to a motor, and more particularly, a rotor having a permanent magnet having a different thickness capable of realizing the pore flux density in a sine curve shape by inserting and installing a permanent magnet having a different thickness at both ends into the rotor core. And a motor comprising the same.
  • a motor In general, a motor (or motor) is a device that generates rotational force by converting electrical energy into mechanical energy, and is widely used in homes and industries. Such motors can be broadly classified into an AC motor and a DC motor.
  • the DC motor is driven by a DC power source and changes the input voltage to obtain a desired output.
  • the DC motor is relatively easy to control speed and is used for driving a train or an elevator.
  • DC motors can be classified into brush DC motors and brushless DC motors.
  • the brushless DC motor has a feature that there is no mechanical contact between the brush and the commutator, compared to the brush DC motor, thereby achieving high performance, light weight, short life, and long life of the device.
  • the brushless DC motor has a structure in which a coil is wound around the stator and a permanent magnet is embedded in the rotor. Such brushless DC motors are widely used in various devices according to the development of semiconductor technology and components and materials.
  • AC motors are driven by AC power and are one of the most widely used motors around life.
  • AC motor basically consists of external stator and internal rotor. When AC current is supplied to stator winding, electric field is converted by electromagnetic induction and guided by electric field rotating in rotor. It is a motor that generates current and generates rotational force on the rotating shaft of the rotor by the torque.
  • AC motors are largely divided into single phase and three phase, and may be further classified into induction motors, synchronous motors, and commutator motors depending on the type of rotor.
  • Synchronous motors such as Linear Start Permanent Magnet (LSPM) motors (also known as 'single-phase induction synchronous motors'), are AC motors that apply only the advantages of single-phase induction motors and synchronous motors.
  • LSPM Linear Start Permanent Magnet
  • Such a synchronous motor starts rotation of the rotor by the torque generated by the interaction of the secondary current generated by the voltage induced in the conductor bar of the rotor and the magnetic flux generated by the winding of the stator.
  • the magnetic flux of the permanent magnet installed in the rotor and the magnetic flux generated from the stator are synchronized with each other to operate at the speed of the stator's rotor field.
  • the rotor rotates by the interaction between the rotating magnetic flux generated by the stator structure and the induced current generated in the conductor bar of the rotor.
  • a torque generated by the permanent magnet and a reluctance torque due to the structure of the rotor are generated to rotate the rotor.
  • the rotor of the LSPM motor has a cylindrical rotor iron core, a plurality of conductor bars are inserted around the edge of the rotor iron core, and a plurality of permanent magnets are inserted inside the conductor bars.
  • LSPM motors having such a structure have high output power due to the application of high-performance permanent magnets, but have a problem in that vibration and noise due to cogging torque are increased.
  • Cogging torque has a close relationship with the pore flux density between the rotor and the stator.
  • the pore flux density has a square wave shape, vibration and noise are severely generated.
  • the N pole and the S pole are composed of a plurality of permanent magnets installed on the iron core, permanent magnets of the same size with respect to the rotation axis of the rotor are inserted and installed at symmetrical positions. Because of this, when combined with the magnetic force by the winding of the plurality of permanent magnets and stator, the attraction force and repulsive force is generated in the N pole and S pole, respectively, to generate the rotational force continuously.
  • Another object of the present invention is to implement a rotor flux density and a sine curve shape to reduce the cogging torque and minimize the torque ripple to improve the vibration and noise characteristics of the rotor having a permanent magnet having a different thickness and including the same To provide a motor.
  • the present invention provides a rotor including a rotor iron core and a plurality of permanent magnets as a rotor of a motor inserted into the rotor insertion hole of the stator to be rotatably installed.
  • the rotor iron core has a rotation shaft insertion hole in which a rotation shaft is inserted in a central portion thereof, and a plurality of permanent magnet insertion holes are formed around the rotation shaft insertion hole.
  • the plurality of permanent magnets are respectively inserted into the plurality of permanent magnet insertion holes to form the N pole and the S pole.
  • the plurality of permanent magnets each have a different thickness according to the distance from the center of the magnetic pole, the thick portion formed on the center side of the magnetic pole is disposed, the thin portion formed on the edge side of the magnetic pole.
  • the plurality of permanent magnets are installed symmetrically with respect to the rotation axis insertion hole, the cross section perpendicular to the rotation axis has a trapezoidal shape, facing the rotation shaft insertion hole
  • the viewing side may be longer than the adjacent side and the side facing the rotation shaft insertion hole.
  • the plurality of permanent magnets respectively, the first side facing the rotation shaft insertion hole, the second side facing the first side, the first side and the second side One end connected to each other and shorter than the first and second sides, the third side disposed at the central portion of the magnetic pole, and the other end of the first and second sides connected to each other and shorter than the third side; And a fourth side disposed at the edge portion of the magnetic pole.
  • the plurality of permanent magnets forming the N pole and the pair of first permanent magnets adjacent to each other, and the pair of second permanent magnets forming the S pole and adjacent to each other may include a magnet.
  • the pair of first permanent magnets are disposed on the side facing each other thickly formed, the thin portion formed on the opposite side.
  • the pair of second permanent magnets are disposed on the side facing each other thickly formed, the opposite side is formed thinly formed.
  • the angle formed by the pair of first permanent magnets and the angle formed by the pair of second permanent magnets are obtuse angles, and one adjacent first permanent magnet and one The angle formed by the second permanent magnet may be an acute angle.
  • the rotor iron core has a plurality of conductor bar insertion holes formed around the outer side of the plurality of permanent magnet insertion holes.
  • the rotor of the motor according to the present invention may further include a plurality of conductor bars which are respectively inserted into and installed in the plurality of conductor bar insertion holes.
  • the spacing between the plurality of conductor bars may be constant.
  • the plurality of permanent magnets are formed in the interval between the conductor bar of the center portion of the magnetic pole formed by the plurality of permanent magnets wider than the interval between the conductor bar of the edge portion of the magnetic pole Can be.
  • the spacing between the plurality of conductor bars may be narrowed from the center of the magnetic pole toward the edge.
  • the spacing between the conductor bar insertion holes in the center portion of the magnetic pole formed by the plurality of permanent magnets may be wider than the spacing between the conductor bar insertion holes in the edge portion of the magnetic pole.
  • the plurality of permanent magnets are formed of a length of the conductor bar of the center portion of the magnetic pole formed by the plurality of permanent magnets is shorter than the length of the conductor bar of the edge portion of the magnetic pole Can be.
  • the present invention the rotor described above, and a rotor insertion hole in which the rotor is inserted in the center portion is formed, the permanent permanently of different thickness including a stator with a coil wound around the inner peripheral surface of the rotor insertion hole Provided is a motor having a magnet.
  • the center portion of the magnetic pole is disposed so that the thickly formed portion and the edge portion of the magnetic pole are disposed so that the magnetic flux density is formed into a sinusoidal shape.
  • the magnetic poles are thicker at the center and thinner at the edges of the poles, thereby generating higher magnetic flux at the center of the poles than at the edges of the poles. Therefore, by making the pore magnetic flux density into a sinusoidal shape, it is possible to reduce the cogging torque and torque ripple of the motor, thereby minimizing the generation of vibration and noise when driving the motor.
  • the gap between the conductor bars of the center portion of the magnetic pole formed by the plurality of permanent magnets is wider than the distance between the conductor bars of the edge of the magnetic pole, thereby converging the pore magnetic flux density to the center portion of the magnetic pole to form a sinusoidal wave shape.
  • the length of the conductor bar of the center of the magnetic pole formed by the plurality of permanent magnets is shorter than the length of the conductor bar of the edge of the magnetic pole, thereby converging the pore magnetic flux density to the center of the magnetic pole to realize the pore magnetic flux density in a sinusoidal shape.
  • the gap between the conductor bars of the center portion of the magnetic pole formed by the plurality of permanent magnets is made wider than the distance between the conductor bars of the edge portion of the magnetic pole. You can implement it closer.
  • FIG. 1 is a plan view showing a rotor of a motor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a rotor of a motor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a motor having the rotor of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view schematically showing a pore flux density and a waveform diagram according to the rotor structure of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a rotor of a synchronous motor having conductor bars having different thicknesses from permanent magnets having different thicknesses according to the third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a synchronous motor having the rotor of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view schematically showing a pore flux density and a waveform diagram according to the rotor structure of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a plan view illustrating a rotor of a synchronous motor having a conductor bar having a different length from a permanent magnet having a different thickness according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view illustrating a synchronous motor having the rotor of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a view schematically showing a pore magnetic flux density generated according to the rotor structure of FIG. 8 and a waveform diagram thereof.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating a rotor of a synchronous motor having conductor bars having different lengths from those of permanent magnets having different thicknesses according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view showing a rotor 20 of a motor according to a first embodiment of the present invention.
  • the rotor 20 is a rotor of a motor inserted into a rotor insertion hole of a stator and rotatably installed, and includes a plurality of rotor iron cores 21 and a plurality of rotor iron cores 21. It includes a permanent magnet (22).
  • the rotor core 21 has a rotating shaft insertion hole 25 in which the rotating shaft 30 is inserted in the center portion, and a plurality of permanent magnet insertion holes 26 are formed around the rotating shaft insertion hole 25. have.
  • the plurality of permanent magnets 22 are inserted into the plurality of permanent magnet insertion holes 26 to form the N pole and the S pole, respectively.
  • each of the plurality of permanent magnets 22 has a different thickness according to the distance from the center of the magnetic pole, and a thick portion (b) is disposed on the center of the magnetic pole and a thin portion (a) is disposed on the edge of the magnetic pole. do.
  • the pore magnetic flux density can be implemented in a sinusoidal shape, thereby reducing cogging torque and minimizing torque ripple, thereby improving vibration and noise characteristics.
  • the magnetic poles are thicker at the center of the magnetic pole and thinner at the edges of the magnetic poles. High magnetic flux can be generated in the center of the. Therefore, by making the pore magnetic flux density of the motor having the rotor 20 according to the first embodiment into a sinusoidal shape, it is possible to reduce the cogging torque and torque ripple of the motor. Through this, it is possible to minimize the generation of vibration and noise when driving the motor.
  • the rotor core 21 is formed by laminating a plurality of rotor iron plates 24 having the same shape in the axial direction.
  • the rotor core 21 has a rotation shaft insertion hole 25 in which the rotation shaft 30 is inserted in the center portion.
  • the rotor core 21 has a plurality of permanent magnet insertion holes 26 formed outside the rotation shaft insertion hole 25.
  • a silicon steel sheet may be used as the rotor iron plate 24.
  • the rotation shaft insertion hole 25 and the permanent magnet insertion hole 26 may be formed in a direction perpendicular to the upper surface of the rotor iron core 21.
  • the permanent magnets 22 are provided with a square cross section with respect to the axial direction of the rotation shaft insertion holes 25 on the outer side of the rotation shaft insertion holes 25.
  • the permanent magnet insertion hole 26 may have a trapezoidal cross section with respect to the axial direction of the rotation shaft insertion hole 25.
  • the plurality of permanent magnets 22 are inserted into and installed in the plurality of permanent magnet insertion holes 26 of the rotor iron core 21, respectively. At this time, the plurality of permanent magnets 22 generate torque by interaction with the magnetic flux generated in the coil.
  • a rare earth magnet may be used as the permanent magnet 22.
  • the plurality of permanent magnets 22 have a thick portion (b) disposed on the center of the magnetic pole and a thin portion (a) disposed on the edge of the magnetic pole in order to solve the imbalance of void magnetic flux density. It is inserted into the hole 26 and installed.
  • the reason why the plurality of permanent magnets 22 are arranged in this way is to generate a high magnetic flux at the center of the magnetic pole as compared with the edge of the magnetic pole and to make the void magnetic flux density into a sinusoidal shape.
  • By making the pore flux density into a sinusoidal shape it is possible to reduce the cogging torque and torque ripple of the motor, thereby minimizing the generation of vibration and noise when the motor is driven.
  • the plurality of permanent magnets 22 are installed symmetrically with respect to the rotation shaft insertion hole 25, the cross section perpendicular to the rotation shaft 30 may have a trapezoidal shape.
  • the plurality of permanent magnets 22 have a longer length than the other side facing the rotation shaft insertion hole 25. That is, the plurality of permanent magnets 22 may have a first side 41, a second side 42, a third side 43, and a fourth side 44, respectively.
  • the first side 41 faces the rotation shaft insertion hole 25.
  • the second side 42 faces the first side 41.
  • the third side 43 connects one end of the first side 41 and the second side 42 to each other, and is shorter than the first and second sides 41 and 42 and is disposed at the central portion of the magnetic pole. .
  • the fourth side 44 connects the other ends of the first side 41 and the second side 42 to each other, is shorter than the third side 43, and is disposed at the edge portion of the magnetic pole.
  • the plurality of permanent magnets 22 may have a trapezoidal shape in which the third side 43 and the fourth side 44 are parallel to each other.
  • the plurality of permanent magnets 22 includes a pair of first permanent magnets 28 forming an N pole and neighboring each other, and a pair of second permanent magnets 29 forming the S pole and adjacent to each other. can do.
  • the pair of first permanent magnets 28 and the pair of second permanent magnets 29 are installed on the rotor core 21 symmetrically with respect to the rotation shaft 30.
  • the pair of first permanent magnets 28 are disposed to face each other thickly formed portion (b), the opposite side is formed a thin portion (a) is disposed.
  • the pair of second permanent magnets 29 are thickly formed on the side facing each other (b), the opposite side is formed a thin portion (a) is disposed.
  • the angle between the pair of first permanent magnets 28 and the pair of second permanent magnets 29 is an obtuse angle
  • the angle between the neighboring first permanent magnets 28 and the second permanent magnets 29 is It may be arranged at an acute angle. That is, the angle formed by the pair of first permanent magnets 28 and the angle formed by the pair of second permanent magnets 29 are obtuse angles, and one adjacent first permanent magnet 28 and one second The angle formed by the permanent magnet 29 is an acute angle.
  • the plurality of first and second permanent magnets 28 and 29 may each be two.
  • the angle between the pair of first permanent magnets 28 and the angle between the pair of second permanent magnets 29 are each 90 degrees or more, and the neighboring first permanent magnets 28 and the second permanent magnets 29
  • a plurality of first and second permanent magnets 28 and 29 may be inserted into the rotor iron core 21 so that an angle between the two poles is 90 degrees or less.
  • four permanent magnets 22 are arranged around the rotation shaft insertion hole 25, and the pair of first permanent magnets 28 form an N pole, and the pair of second permanent magnets is arranged.
  • (29) forms an S pole was demonstrated, it is not limited to this.
  • four or more even-numbered permanent magnets 22 may be inserted into the rotor iron cores 21, or a plurality of neighboring permanent magnets 22 may be inserted into the rotor iron cores 21 to have different polarities. .
  • the permanent magnet has illustrated a trapezoidal shape in which the third side 43 and the fourth side 44 are parallel to each other, but are not limited thereto.
  • the third side 43 and the fourth side 44 may not be parallel to each other.
  • the third side 43 is formed thicker than the fourth side (a ⁇ b).
  • the rotor 20 according to the first embodiment may be used as the rotor of the brushless DC motor.
  • FIG. 2 is a plan view showing a rotor 120 of a motor according to a second embodiment of the present invention.
  • the rotor 120 includes a rotor iron core 21, a plurality of permanent magnets 22, and a plurality of conductor bars 23. Since the structure in which the plurality of permanent magnets 22 are inserted in the rotor core 21 is the same as that of the rotor (20 in FIG. 1) according to the first embodiment, detailed descriptions are omitted and a plurality of conductor bars 23 are omitted. ) Is as follows.
  • the rotor core 21 has a plurality of conductor bar insertion holes 27 formed around the outer edges of the plurality of permanent magnet insertion holes 26.
  • the plurality of conductor bar insertion holes 27 may be formed in a direction in which the permanent magnet insertion hole 26 is formed, that is, penetrating the rotor iron core 21.
  • the plurality of conductor bar insertion holes 27 have an elongated shape and are disposed outside the rotor iron core 21.
  • the conductor bar insertion hole 27 may be formed as a slot toward the permanent magnet 22.
  • the conductor bar insertion hole 27 may be formed in an elongated ellipse or an elongated rectangular shape in which both ends of the long side are convex outward.
  • the plurality of conductor bar insertion holes 27 may be formed in the same shape.
  • the plurality of conductor bars 23 are inserted into and installed in the plurality of conductor bar insertion holes 27, respectively. Spaces between the plurality of conductor bars 23 may be formed to be constant.
  • the plurality of conductor bars 23 may be installed in the conductor bar insertion hole 27 by a die casting method.
  • the conductor bar 23 may generally use an aluminum (Al) material having excellent electrical conductivity and capable of die casting.
  • the conductor bar 23 formed by die casting is formed in a shape corresponding to the shape of the conductor bar insertion hole 27.
  • the rotor 120 according to the second embodiment also has the same arrangement structure as the permanent magnet 22 as the rotor (20 in FIG. 1) according to the first embodiment, the rotor according to the first embodiment (Fig. As in 1), when the plurality of permanent magnets 22 are inserted into the rotor core 21, a thickly formed portion (b) is disposed at the center of the magnetic pole and a thinly formed portion (a) at the edge of the magnetic pole.
  • the void flux density can be implemented in a sinusoidal shape to reduce cogging torque and minimize torque ripple, thereby improving vibration and noise characteristics.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a motor 100 having the rotor 120 of FIG. 2.
  • the motor 100 having the rotor 120 according to the second embodiment is a synchronous motor such as a linear start permanent magnet (LSPM) motor, and the rotor 120 and the rotor 120 are rotatably inserted.
  • LSPM linear start permanent magnet
  • It includes a stator 10 is installed.
  • a rotor insertion hole 18 is formed in a central portion thereof, and a coil 16 is wound around an inner circumferential surface of the rotor insertion hole 18.
  • the rotor 120 is inserted into the rotor insertion hole 18 of the stator 10 is installed rotatably.
  • the stator 10 includes a stator iron core 11 having a rotor insertion hole 18 and a coil 16 wound along an inner circumferential surface of the rotor insertion hole 18 of the stator iron core 11. At this time, the inner diameter of the rotor insertion hole 18 is formed larger than the outer diameter of the rotor 120, the difference between the inner diameter of the rotor insertion hole 18 and the outer diameter of the rotor 120 forms a void.
  • the stator core 11 is formed by laminating a plurality of stator iron plates 12 of the same shape in the axial direction.
  • the stator iron core 11 is formed with a rotor insertion hole 18 through which the rotor 120 is inserted.
  • the stator iron core 11 is formed with a plurality of teeth 14 at regular intervals along the inner circumferential surface.
  • the plurality of teeth 14 protrude from the inner circumferential surface of the stator iron core 11 toward the central axis of the stator iron core 11 and are disposed close to the outer circumferential surface of the rotor 120 inserted and installed in the rotor insertion hole 18. do.
  • a silicon iron plate may be used as the stator plate 12.
  • the inside of the virtual surface formed by the end of the tooth 14 inside the stator iron core 11 forms the rotor insertion hole 18.
  • the coil 16 is wound around the plurality of teeth 14, and when AC power is applied, the coil 16 generates a rotating magnetic flux due to the structure of the stator 10.
  • the rotating shaft 30 is rotatably installed in the casing (shell) or shell (shell) forming the case of the synchronous motor 100 via a bearing.
  • the motor 100 is formed by the interaction of the secondary current generated by the voltage induced in the conductor bar 23 of the rotor 120 and the magnetic flux generated by the winding 16 of the stator 10.
  • the rotor 120 starts to rotate by the generated torque.
  • the stator 10 is synchronized with the magnetic flux generated from the stator 10 and the magnetic flux of the permanent magnet 22 installed in the rotor 120. It operates at the speed of the rotor magnetic field of (10).
  • a thickly formed portion (b) is disposed at the center of the magnetic pole and a thinly formed portion (a) is disposed at the edge of the magnetic pole.
  • a thickly formed portion is disposed at the center of the magnetic pole and a thinly formed portion is disposed at the edge of the magnetic pole, which can be seen in the waveform diagram of FIG. 4.
  • high magnetic flux can be generated in the central portion of the magnetic pole as compared to the edge portion of the magnetic pole, thereby making the pore magnetic flux density sinusoidal.
  • the horizontal axis represents the angle ( ⁇ )
  • the vertical axis represents the magnetic flux density (B).
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a rotor 20a of a synchronous motor having a conductor bar 23 having a different thickness from a permanent magnet 22 having a different thickness according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a synchronous motor 100a having the rotor 20a of FIG. 5.
  • 7 is a view schematically showing the pore magnetic flux density generated according to the structure of the rotor 20a of FIG. 5 and a waveform diagram according thereto.
  • the synchronous motor 100a includes a rotor 20a and a stator 10 to which the rotor 20a is rotatably inserted. do.
  • a rotor insertion hole 18 is formed in a central portion thereof, and a coil 16 is wound around an inner circumferential surface of the rotor insertion hole 18.
  • the rotor 20a is inserted into the rotor insertion hole 18 of the stator 10 so as to be rotatable.
  • the stator 10 includes a stator iron core 11 having a rotor insertion hole 18 and a coil 16 wound along an inner circumferential surface of the rotor insertion hole 18 of the stator iron core 11.
  • the inner diameter of the rotor insertion hole 18 is larger than the outer diameter of the rotor 20a, and the difference between the inner diameter of the rotor insertion hole 18 and the outer diameter of the rotor 20a forms a void.
  • the stator core 11 is formed by laminating a plurality of stator iron plates 12 of the same shape in the axial direction.
  • the stator iron core 11 has a rotor insertion hole 18 in which a rotor 20a can be inserted and positioned.
  • the stator iron core 11 is formed with a plurality of teeth 14 at regular intervals along the inner circumferential surface.
  • the plurality of teeth 14 protrude from the inner circumferential surface of the stator iron core 11 toward the central axis of the stator iron core 11 and are disposed close to the outer circumferential surface of the rotor 20a inserted into and installed in the rotor insertion hole 18. do.
  • a silicon iron plate may be used as the stator plate 12.
  • the inside of the virtual surface formed by the end of the tooth 14 inside the stator iron core 11 forms the rotor insertion hole 18.
  • the coil 16 is wound around the plurality of teeth 14, and when AC power is applied, the coil 16 generates a rotating magnetic flux due to the structure of the stator 10.
  • the rotating shaft 30 is rotatably installed in the casing (shell) or shell (shell) forming the case of the synchronous motor (100a) via a bearing.
  • the rotor 20a is a rotor of the synchronous motor 100a which is inserted into the rotor insertion hole of the stator and rotatably installed, and includes a plurality of rotor cores 21 and a plurality of rotors embedded in the rotor core 21. Permanent magnet 22, and a plurality of conductor bar (23).
  • the rotor core 21 has a rotating shaft insertion hole 25 in which the rotating shaft 30 is inserted in the center portion, and a plurality of permanent magnet insertion holes 26 are formed around the rotating shaft insertion hole 25.
  • a plurality of conductor bar insertion holes 27 are formed around the outer side of the plurality of permanent magnet insertion holes 25.
  • the plurality of permanent magnets 22 are respectively inserted into the plurality of permanent magnet insertion holes 26 to form the N pole and the S pole.
  • the plurality of conductor bars 23 are inserted into and installed in the plurality of conductor bar insertion holes 27, respectively.
  • each of the plurality of permanent magnets 22 has a different thickness according to the distance from the center of the magnetic pole, and a thick portion (b) is disposed on the center of the magnetic pole and a thin portion (a) is disposed on the edge of the magnetic pole. do.
  • the distance d1 between the conductor bars 23 of the central portion of the magnetic pole formed by the plurality of permanent magnets 22 is wider than the distance d2 between the conductor bars 22 of the edge portion of the magnetic pole.
  • the rotor 20a according to the third embodiment of the present invention when the rotor 20a according to the third embodiment of the present invention is installed with the permanent magnet 22 inserted into the rotor core 21, a part b formed in the center of the magnetic pole is thickly disposed and the edge of the magnetic pole is thin. Since the formed portion (a) is inserted and installed, the pore magnetic flux density can be implemented in a sinusoidal shape, thereby reducing cogging torque and minimizing torque ripple, thereby improving vibration and noise characteristics.
  • the magnetic poles are thicker at the center of the magnetic pole and thinner at the edges of the magnetic poles. High magnetic flux can be generated in the center of the. Therefore, by making the pore magnetic flux density of the motor having the rotor 20a according to the third embodiment into a sinusoidal shape, the cogging torque and torque ripple of the motor can be reduced. Through this, it is possible to minimize the generation of vibration and noise when driving the motor.
  • the gap d1 between the conductor bars 23 of the central portion of the magnetic pole formed by the permanent magnet 22 is wider than the distance d2 between the conductor bars 23 of the edge of the magnetic pole, thereby stimulating the pore flux density.
  • the pore magnetic flux density can be realized in a sinusoidal shape.
  • a detailed description of the rotor 20a according to the third embodiment is as follows.
  • the rotor core 21 is formed by laminating a plurality of rotor iron plates 24 having the same shape in the axial direction.
  • the rotor core 21 has a rotation shaft insertion hole 25 in which the rotation shaft 30 is inserted in the center portion.
  • the rotor core 21 has a plurality of permanent magnet insertion holes 26 formed outside the rotation shaft insertion hole 25.
  • the rotor iron core 21 has a plurality of conductor bar insertion holes 27 formed around the outer edges of the plurality of permanent magnet insertion holes 26.
  • a silicon steel sheet may be used as the rotor iron plate 24.
  • the rotation shaft insertion hole 25 and the permanent magnet insertion hole 26 may be formed in a direction perpendicular to the upper surface of the rotor iron core 21.
  • the permanent magnets 22 are provided with a square cross section with respect to the axial direction of the rotation shaft insertion holes 25 on the outer side of the rotation shaft insertion holes 25.
  • the permanent magnet insertion hole 26 may have a trapezoidal cross section with respect to the axial direction of the rotation shaft insertion hole 25.
  • the plurality of permanent magnets 22 are inserted into and installed in the plurality of permanent magnet insertion holes 26 of the rotor iron core 21, respectively. At this time, the plurality of permanent magnets 22 generate torque by interaction with the magnetic flux generated in the coil.
  • a rare earth magnet may be used as the permanent magnet 22.
  • the plurality of permanent magnets 22 have a thick portion (b) disposed on the center of the magnetic pole and a thin portion (a) disposed on the edge of the magnetic pole in order to solve the imbalance of void magnetic flux density. It is inserted into the hole 26 and installed.
  • the reason why the plurality of permanent magnets 22 are arranged in this way is to generate a high magnetic flux at the center of the magnetic pole as compared with the edge of the magnetic pole and to make the void magnetic flux density into a sinusoidal shape.
  • By making the pore flux density into a sinusoidal shape it is possible to reduce the cogging torque and torque ripple of the motor, thereby minimizing the generation of vibration and noise when the motor is driven.
  • the plurality of permanent magnets 22 are installed symmetrically with respect to the rotation shaft insertion hole 25, the cross section perpendicular to the rotation shaft 30 may have a trapezoidal shape.
  • the plurality of permanent magnets 22 have a longer length than the other side facing the rotation shaft insertion hole 25. That is, the plurality of permanent magnets 22 may have a first side 41, a second side 42, a third side 43, and a fourth side 44, respectively.
  • the first side 41 faces the rotation shaft insertion hole 25.
  • the second side 42 faces the first side 41.
  • the third side 43 connects one end of the first side 41 and the second side 42 to each other, and is shorter than the first and second sides 41 and 42 and is disposed at the central portion of the magnetic pole. .
  • the fourth side 44 connects the other ends of the first side 41 and the second side 42 to each other, is shorter than the third side 43, and is disposed at the edge portion of the magnetic pole.
  • the plurality of permanent magnets 22 may have a trapezoidal shape in which the third side 43 and the fourth side 44 are parallel to each other.
  • the plurality of permanent magnets 22 includes a pair of first permanent magnets 28 forming an N pole and neighboring each other, and a pair of second permanent magnets 29 forming the S pole and adjacent to each other. can do.
  • the pair of first permanent magnets 28 and the pair of second permanent magnets 29 are installed on the rotor core 21 symmetrically with respect to the rotation shaft 30.
  • the pair of first permanent magnets 28 are disposed to face each other thickly formed portion (b), the opposite side is formed a thin portion (a) is disposed.
  • the pair of second permanent magnets 29 are thickly formed on the side facing each other (b), the opposite side is formed a thin portion (a) is disposed.
  • the angle between the pair of first permanent magnets 28 and the pair of second permanent magnets 29 is an obtuse angle
  • the angle between the neighboring first permanent magnets 28 and the second permanent magnets 29 is It may be arranged at an acute angle. That is, the angle formed by the pair of first permanent magnets 28 and the angle formed by the pair of second permanent magnets 29 are obtuse angles, and one adjacent first permanent magnet 28 and one second The angle formed by the permanent magnet 29 is an acute angle.
  • the plurality of first and second permanent magnets 28 and 29 may each be two.
  • the angle between the pair of first permanent magnets 28 and the angle between the pair of second permanent magnets 29 are each 90 degrees or more, and the neighboring first permanent magnets 28 and the second permanent magnets 29
  • a plurality of first and second permanent magnets 28 and 29 may be inserted into the rotor iron core 21 so that an angle between the two poles is 90 degrees or less.
  • four permanent magnets 22 are arranged around the rotation shaft insertion hole 25, and the pair of first permanent magnets 28 form an N pole, and the pair of second permanent magnets is arranged.
  • (29) forms an S pole was demonstrated, it is not limited to this.
  • four or more even-numbered permanent magnets 22 may be inserted into the rotor iron cores 21, or a plurality of neighboring permanent magnets 22 may be inserted into the rotor iron cores 21 to have different polarities. .
  • the permanent magnet has illustrated a trapezoidal shape in which the third side 43 and the fourth side 44 are parallel to each other, but the present invention is not limited thereto.
  • the third side 43 and the fourth side 44 may not be parallel to each other.
  • the third side 43 is formed thicker than the fourth side (a ⁇ b).
  • the rotor iron core 21 has a plurality of conductor bar insertion holes 27 formed around the outer edges of the plurality of permanent magnet insertion holes 26.
  • the plurality of conductor bar insertion holes 27 may be formed in a direction in which the permanent magnet insertion hole 26 is formed, that is, penetrating the rotor iron core 21.
  • the plurality of conductor bar insertion holes 27 have an elongated shape and are disposed outside the rotor iron core 21.
  • the conductor bar insertion hole 27 may be formed as a slot toward the permanent magnet 22.
  • the conductor bar insertion hole 27 may be formed in an elongated ellipse or an elongated rectangular shape in which both ends of the long side are convex outward.
  • the plurality of conductor bar insertion holes 27 may be formed in the same shape.
  • the distance between the plurality of conductor bar insertion holes 27 may be wider than the edge portion of the magnetic pole at the central portion of the magnetic pole (d1> d2).
  • the gap between the plurality of conductor bar insertion holes 27 is formed to become narrower from the center of the magnetic pole toward the edge.
  • the plurality of conductor bars 23 are inserted into and installed in the plurality of conductor bar insertion holes 27, respectively.
  • the plurality of conductor bars 23 may be installed in the conductor bar insertion hole 27 by a die casting method.
  • the conductor bar 23 may generally use an aluminum (Al) material having excellent electrical conductivity and capable of die casting.
  • the conductor bar 23 formed by die casting is formed in a shape corresponding to the shape of the conductor bar insertion hole 27. At this time, the distance between the plurality of conductor bars 23 is formed by the plurality of conductor bar insertion holes 27 described above, so that the center portion of the magnetic pole is wider than the edge portion of the magnetic pole.
  • FIG. 7 The reason why the distance d1 between the conductor bars 23 of the central portion of the magnetic pole formed by the permanent magnet 22 is wider than the distance d2 between the conductor bars 23 of the edge portion of the magnetic pole is shown in FIG. 7.
  • the pore flux density is focused to a central portion of the magnetic pole to realize the pore flux density in a sinusoidal shape.
  • the plurality of conductor bars are radially installed toward the center of the rotation shaft 30, the pore flux density between the rotor and the stator forms a square wave, and the cogging torque generated thereby increases vibration and noise. .
  • the gap d1 between the conductor bars 23 of the center portion of the magnetic poles is formed to be wider than the distance d2 between the conductor bars 23 of the edge portion of the magnetic poles.
  • the cogging torque generated when the synchronous motor 100a is driven according to the third embodiment may be reduced, thereby reducing vibration and noise generated when the synchronous motor 100a is driven.
  • the spacing between the plurality of conductor bars 23 is inserted into the rotor core 21 so as to become narrower from the center of the magnetic pole toward the edge, so that the pore magnetic flux density is the highest in the central portion of the magnetic pole of the permanent magnet 22, Since the pore magnetic flux density can be gradually reduced from the center of the magnetic pole to the outer portion, the pore magnetic flux density can be realized closer to the sinusoidal shape.
  • the synchronous motor 100a includes the secondary current generated by the voltage induced in the conductor bar 23 of the rotor 20a and the winding 16 of the stator 10.
  • the rotor 20a starts to rotate by the torque generated by the interaction of the generated magnetic flux, and when the rotor 20a is started and rated, the magnetic flux of the permanent magnet 22 installed in the rotor 20a and the stator 10
  • the magnetic flux generated is synchronized with each other to operate at the speed of the rotating magnetic field of the stator 10.
  • a thickly formed portion (b) is disposed at the center of the magnetic pole and a thinly formed portion (a) is disposed at the edge of the magnetic pole.
  • a thickly formed portion is disposed at the center of the magnetic pole and a thinly formed portion is disposed at the edge of the magnetic pole.
  • high magnetic flux can be generated in the central portion of the magnetic pole as compared to the edge portion of the magnetic pole, thereby making the pore magnetic flux density sinusoidal.
  • the horizontal axis represents the angle ⁇
  • the vertical axis represents the magnetic flux density (B).
  • the gap d1 between the conductor bars 23 of the central portion of the magnetic pole formed by the permanent magnet 22 is wider than the distance d2 between the conductor bars 23 of the edge of the magnetic pole, thereby stimulating the pore flux density.
  • the pore magnetic flux density can be realized in a sinusoidal shape.
  • FIG. 8 is a plan view showing a rotor 20b of a synchronous motor having a conductor bar 23 having a different thickness from a permanent magnet 22 having a different thickness according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing a synchronous motor 100b having the rotor 20b of FIG. 8.
  • 10 is a view schematically showing a pore flux density generated according to the structure of the rotor 20b of FIG. 8 and a waveform diagram according thereto.
  • the synchronous motor 100b includes a rotor 20b and a stator 10 to which the rotor 20b is rotatably inserted. do.
  • a rotor insertion hole 18 is formed in a central portion thereof, and a coil 16 is wound around an inner circumferential surface of the rotor insertion hole 18.
  • the rotor 20b is inserted into the rotor insertion hole 18 of the stator 10 so as to be rotatable.
  • the stator 10 includes a stator iron core 11 having a rotor insertion hole 18 and a coil 16 wound along an inner circumferential surface of the rotor insertion hole 18 of the stator iron core 11.
  • the inner diameter of the rotor insertion hole 18 is larger than the outer diameter of the rotor 20b, and the difference between the inner diameter of the rotor insertion hole 18 and the outer diameter of the rotor 20b forms a void.
  • the stator core 11 is formed by laminating a plurality of stator iron plates 12 of the same shape in the axial direction.
  • the stator iron core 11 has a rotor insertion hole 18 in which a rotor 20b can be inserted and positioned.
  • the stator iron core 11 is formed with a plurality of teeth 14 at regular intervals along the inner circumferential surface.
  • the plurality of teeth 14 protrude from the inner circumferential surface of the stator iron core 11 toward the central axis of the stator iron core 11 and are disposed close to the outer circumferential surface of the rotor 20b inserted into and installed in the rotor insertion hole 18. do.
  • a silicon iron plate may be used as the stator plate 12.
  • the inside of the virtual surface formed by the end of the tooth 14 inside the stator iron core 11 forms the rotor insertion hole 18.
  • the coil 16 is wound around the plurality of teeth 14, and when AC power is applied, the coil 16 generates a rotating magnetic flux due to the structure of the stator 10.
  • the rotation shaft 30 is rotatably installed in the casing (shell) or shell (shell) forming the case of the synchronous motor (100b) via a bearing.
  • the rotor 20b is a rotor of the synchronous motor 100b that is inserted into the rotor insertion hole of the stator and rotatably installed, and includes a plurality of rotor cores 21 and a plurality of rotors embedded in the rotor core 21. Permanent magnet 22, and a plurality of conductor bar (23).
  • the rotor core 21 has a rotating shaft insertion hole 25 in which the rotating shaft 30 is inserted in the center portion, and a plurality of permanent magnet insertion holes 26 are formed around the rotating shaft insertion hole 25.
  • a plurality of conductor bar insertion holes 27 are formed around the outer side of the plurality of permanent magnet insertion holes 25.
  • the plurality of permanent magnets 22 are respectively inserted into the plurality of permanent magnet insertion holes 26 to form the N pole and the S pole.
  • the plurality of conductor bars 23 are inserted into and installed in the plurality of conductor bar insertion holes 27, respectively.
  • each of the plurality of permanent magnets 22 has a different thickness according to the distance from the center of the magnetic pole, and a thick portion (b) is disposed on the center of the magnetic pole and a thin portion (a) is disposed on the edge of the magnetic pole. do.
  • the distance d1 between the conductor bars 23 of the central portion of the magnetic pole formed by the plurality of permanent magnets 22 is wider than the distance d2 between the conductor bars 22 of the edge portion of the magnetic pole.
  • a portion b formed in the center of the magnetic pole is thickly disposed and the edge of the magnetic pole is thin. Since the formed portion (a) is inserted and installed, the pore magnetic flux density can be implemented in a sinusoidal shape, thereby reducing cogging torque and minimizing torque ripple, thereby improving vibration and noise characteristics.
  • the magnetic poles are thicker at the center of the magnetic pole and thinner at the edges of the magnetic poles. High magnetic flux can be generated in the center of the. Therefore, by making the pore magnetic flux density of the motor including the rotor 20b according to the fourth embodiment into a sinusoidal shape, cogging torque and torque ripple of the motor can be reduced. Through this, it is possible to minimize the generation of vibration and noise when driving the motor.
  • the length L1 of the conductor bar 23 in the center portion of the magnetic pole formed by the permanent magnet 22 is shorter than the length L2 of the conductor bar 23 in the edge portion of the magnetic pole, thereby stimulating the void magnetic flux density.
  • the pore magnetic flux density can be realized in a sinusoidal shape.
  • a detailed description of the rotor 20b according to the fourth embodiment is as follows.
  • the rotor core 21 is formed by laminating a plurality of rotor iron plates 24 having the same shape in the axial direction.
  • the rotor core 21 has a rotation shaft insertion hole 25 in which the rotation shaft 30 is inserted in the center portion.
  • the rotor core 21 has a plurality of permanent magnet insertion holes 26 formed outside the rotation shaft insertion hole 25.
  • the rotor iron core 21 has a plurality of conductor bar insertion holes 27 formed around the outer edges of the plurality of permanent magnet insertion holes 26.
  • a silicon steel sheet may be used as the rotor iron plate 24.
  • the rotation shaft insertion hole 25 and the permanent magnet insertion hole 26 may be formed in a direction perpendicular to the upper surface of the rotor iron core 21.
  • the permanent magnets 22 are provided with a square cross section with respect to the axial direction of the rotation shaft insertion holes 25 on the outer side of the rotation shaft insertion holes 25.
  • the permanent magnet insertion hole 26 may have a trapezoidal cross section with respect to the axial direction of the rotation shaft insertion hole 25.
  • the plurality of permanent magnets 22 are inserted into and installed in the plurality of permanent magnet insertion holes 26 of the rotor iron core 21, respectively. At this time, the plurality of permanent magnets 22 generate torque by interaction with the magnetic flux generated in the coil.
  • a rare earth magnet may be used as the permanent magnet 22.
  • the plurality of permanent magnets 22 have a thick portion (b) disposed on the center of the magnetic pole and a thin portion (a) disposed on the edge of the magnetic pole in order to solve the imbalance of void magnetic flux density. It is inserted into the hole 26 and installed.
  • the reason why the plurality of permanent magnets 22 are arranged in this way is to generate a high magnetic flux at the center of the magnetic pole as compared with the edge of the magnetic pole and to make the void magnetic flux density into a sinusoidal shape.
  • By making the pore flux density into a sinusoidal shape it is possible to reduce the cogging torque and torque ripple of the motor, thereby minimizing the generation of vibration and noise when the motor is driven.
  • the plurality of permanent magnets 22 are installed symmetrically with respect to the rotation shaft insertion hole 25, the cross section perpendicular to the rotation shaft 30 may have a trapezoidal shape.
  • the plurality of permanent magnets 22 have a longer length than the other side facing the rotation shaft insertion hole 25. That is, the plurality of permanent magnets 22 may have a first side 41, a second side 42, a third side 43, and a fourth side 44, respectively.
  • the first side 41 faces the rotation shaft insertion hole 25.
  • the second side 42 faces the first side 41.
  • the third side 43 connects one end of the first side 41 and the second side 42 to each other, and is shorter than the first and second sides 41 and 42 and is disposed at the central portion of the magnetic pole. .
  • the fourth side 44 connects the other ends of the first side 41 and the second side 42 to each other, is shorter than the third side 43, and is disposed at the edge portion of the magnetic pole.
  • the plurality of permanent magnets 22 may have a trapezoidal shape in which the third side 43 and the fourth side 44 are parallel to each other.
  • the plurality of permanent magnets 22 includes a pair of first permanent magnets 28 forming an N pole and neighboring each other, and a pair of second permanent magnets 29 forming the S pole and adjacent to each other. can do.
  • the pair of first permanent magnets 28 and the pair of second permanent magnets 29 are installed on the rotor core 21 symmetrically with respect to the rotation shaft 30.
  • the pair of first permanent magnets 28 are disposed to face each other thickly formed portion (b), the opposite side is formed a thin portion (a) is disposed.
  • the pair of second permanent magnets 29 are thickly formed on the side facing each other (b), the opposite side is formed a thin portion (a) is disposed.
  • the angle between the pair of first permanent magnets 28 and the pair of second permanent magnets 29 is an obtuse angle
  • the angle between the neighboring first permanent magnets 28 and the second permanent magnets 29 is It may be arranged at an acute angle. That is, the angle formed by the pair of first permanent magnets 28 and the angle formed by the pair of second permanent magnets 29 are obtuse angles, and one adjacent first permanent magnet 28 and one second The angle formed by the permanent magnet 29 is an acute angle.
  • the plurality of first and second permanent magnets 28 and 29 may each be two.
  • the angle between the pair of first permanent magnets 28 and the angle between the pair of second permanent magnets 29 are each 90 degrees or more, and the neighboring first permanent magnets 28 and the second permanent magnets 29
  • a plurality of first and second permanent magnets 28 and 29 may be inserted into the rotor iron core 21 so that an angle between the two poles is 90 degrees or less.
  • four permanent magnets 22 are disposed around the rotation shaft insertion hole 25, and the pair of first permanent magnets 28 form an N pole, and the pair of second permanent magnets is arranged.
  • (29) forms an S pole was demonstrated, it is not limited to this.
  • four or more even-numbered permanent magnets 22 may be inserted into the rotor iron cores 21, or a plurality of neighboring permanent magnets 22 may be inserted into the rotor iron cores 21 to have different polarities. .
  • the permanent magnet has illustrated a trapezoidal shape in which the third side 43 and the fourth side 44 are parallel to each other, but are not limited thereto.
  • the third side 43 and the fourth side 44 may not be parallel to each other.
  • the third side 43 is formed thicker than the fourth side (a ⁇ b).
  • the rotor iron core 21 has a plurality of conductor bar insertion holes 27 formed around the outer edges of the plurality of permanent magnet insertion holes 26.
  • the plurality of conductor bar insertion holes 27 may be formed in a direction in which the permanent magnet insertion hole 26 is formed, that is, penetrating the rotor iron core 21.
  • the plurality of conductor bar insertion holes 27 have an elongated shape and are disposed outside the rotor iron core 21.
  • the conductor bar insertion hole 27 may be formed as a slot toward the permanent magnet 22.
  • the conductor bar insertion hole 27 may be formed in an elongated ellipse or an elongated rectangular shape in which both ends of the long side are convex outward.
  • Spaces between the plurality of conductor bar insertion holes 27 may be uniformly formed.
  • the plurality of conductor bar insertion holes 27 may have a central length of the magnetic pole shorter than that of the edge of the magnetic pole (L1> L2).
  • the lengths of the plurality of conductor bar insertion holes 26 are gradually shortened from the center of the magnetic pole toward the edge.
  • the plurality of conductor bars 23 are inserted into and installed in the plurality of conductor bar insertion holes 27, respectively. Spaces between the plurality of conductor bars 23 may be formed to be constant.
  • the plurality of conductor bars 23 may be installed in the conductor bar insertion hole 27 by a die casting method.
  • the conductor bar 23 may generally use an aluminum (Al) material having excellent electrical conductivity and capable of die casting.
  • the conductor bar 23 formed by die casting is formed in a shape corresponding to the shape of the conductor bar insertion hole 27. At this time, the length of the plurality of conductor bars 23 is shorter than the edge portion of the magnetic pole by the plurality of conductor bar insertion holes 27 described above.
  • the pore flux density is focused to a central portion of the magnetic pole to realize the pore flux density in a sinusoidal shape.
  • the pore flux density between the rotor and the stator forms a square wave, and the cogging torque generated thereby increases vibration and noise. .
  • the length L1 of the conductor bar 23 in the center portion of the magnetic pole is shorter than the length L2 of the conductor bar 23 in the edge portion of the magnetic pole. Can be implemented. Accordingly, the cogging torque generated when the synchronous motor 100b according to the fourth embodiment is reduced, thereby reducing the occurrence of vibration and noise when the synchronous motor 100b is driven.
  • the length of the plurality of conductor bars 23 is inserted into the rotor core 21 which gradually decreases from the center of the magnetic pole toward the edge, so that the pore magnetic flux density is the highest in the central portion of the magnetic pole of the permanent magnet 22.
  • the pore flux density can be realized closer to the sinusoidal shape.
  • the synchronous motor 100b includes the secondary current generated by the voltage induced in the conductor bar 23 of the rotor 20b and the winding 16 of the stator 10.
  • the rotor 20b starts to rotate by the torque generated by the interaction of the generated magnetic flux.
  • the magnetic flux of the permanent magnet 22 installed in the rotor 20b and the stator 10 The magnetic flux generated is synchronized with each other to operate at the speed of the rotating magnetic field of the stator 10.
  • a thickly formed portion (b) is disposed at the center of the magnetic pole and a thinly formed portion (a) is disposed at the edge of the magnetic pole.
  • the length L1 of the conductor bar 23 in the center portion of the magnetic pole formed by the permanent magnet 22 is shorter than the length L2 of the conductor bar 23 in the edge portion of the magnetic pole, thereby stimulating the void magnetic flux density.
  • the pore magnetic flux density can be realized in a sinusoidal shape.
  • the present invention is not limited thereto. That is, as shown in FIG. 11, the distance d1 between the conductor bars 23 of the central portion of the magnetic pole formed by the plurality of permanent magnets 22 is equal to the distance d2 between the conductor bars 23 of the edge of the magnetic pole. It can be formed rather wide.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating a rotor 120b of a synchronous motor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the rotor 120b according to the fourth embodiment of the present invention has a distance d1 between the conductor bars 23 of the central portion of the magnetic pole formed by the plurality of permanent magnets 22. Since a plurality of conductor bars 23 have the same structure as that of the rotor (20b of FIG. 8) according to the fourth embodiment except that they are formed wider than the distance d2 between the conductor bars 23 of the portion, the plurality of conductor bars 23 are rotors. Referring to the structure installed in the iron core 21 as follows.
  • the plurality of conductor bars 23 are inserted into and installed in the plurality of conductor bar insertion holes 27, respectively.
  • the spacing between the plurality of conductor bars 23 is formed by the plurality of conductor bar insertion holes 27 described above so that the center portion of the magnetic pole is wider than the edge portion of the magnetic pole.
  • the reason why the space d1 between the conductor bars 23 in the center portion of the magnetic pole formed by the permanent magnet 22 is wider than the distance d2 between the conductor bars 23 in the edge portion of the magnetic pole is due to the void magnetic flux. This is to achieve the pore flux density in a sinusoidal shape by focusing the density to the center of the magnetic pole.
  • the length of the conductor bar 23 of the center portion of the magnetic pole formed by the permanent magnet 22 is shorter than the length of the conductor bar 23 of the edge portion of the magnetic pole, and at the same time
  • the pore magnetic flux density can be made closer to the sinusoidal shape. Therefore, the cogging torque generated when driving the synchronous motor according to the second embodiment can be reduced, thereby reducing the occurrence of vibration and noise when driving the synchronous motor.
  • the spacing between the plurality of conductor bars 23 is inserted into the rotor core 21 so as to become narrower from the center of the magnetic pole toward the edge, so that the pore magnetic flux density is the highest in the central portion of the magnetic pole of the permanent magnet 22, Since the pore magnetic flux density can be gradually reduced from the center of the magnetic pole to the outer portion, the pore magnetic flux density can be realized closer to the sinusoidal shape.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

본 발명은 두께가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터에 관한 것으로, 양단부의 두께가 다른 영구자석을 회전자 철심에 삽입 설치하여 공극자속밀도의 불균형을 해소하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 모터는 회전자와, 중심 부분에서 회전자가 삽입 설치되는 회전자 삽입구멍이 형성되어 있고, 회전자 삽입구멍의 내주면에 코일이 권선된 고정자를 포함한다. 이때 회전자는 회전자 철심과 복수의 영구자석을 포함한다. 회전자 철심은 중심 부분에 회전축이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍이 형성되어 있고, 회전축 삽입구멍의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍이 형성되어 있다. 복수의 영구자석은 복수의 영구자석 삽입구멍에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성한다. 이때 복수의 영구자석은 자극의 중심으로부터의 거리에 따라 상이한 두께를 가지되, 각각 자극의 중심 쪽에 두껍게 형성된 부분이 배치되고, 자극의 가장자리 쪽에 얇게 형성된 부분이 배치된다.

Description

두께가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터
본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양단부의 두께가 다른 영구자석을 회전자 철심에 삽입 설치하여 공극자속밀도를 사인파(sine curve) 형상으로 구현할 수 있는 두께가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터에 관한 것이다.
통상적으로 모터(motor, 또는 전동기)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전력을 발생시키는 장치로서, 가정용 및 산업용으로 널리 사용되고 있다. 이러한 모터는 크게 교류 모터(AC motor)와 직류 모터(DC motor)로 구분할 수 있다.
직류 모터는 직류 전원으로 운전되며, 입력 전압에 변화를 주어 원하는 출력을 얻는 모터로서, 속도의 조절이 비교적 쉬워 전차, 엘리베이터 등의 구동에 사용되고 있다. 직류 모터는 브러시 직류 모터(brush DC motor)와 브러시리스 직류 모터(brushless DC motor)로 구분할 수 있다. 브러시리스 직류 모터는 브러시 직류 모터에 비해 브러시와 정류자라는 기계적 접촉부가 없다는 특징을 가지고 있으며, 이에 따라 기기의 고성능화, 경박단소화, 장수명화 등을 달성할 수 있다. 또한 브러시리스 직류 모터는 고정자에 코일이 감겨 있고, 회전자에 영구자석이 매입된 구조를 갖는다. 이러한 브러시리스 직류 모터는 반도체 기술 및 부품이나 재료의 발전에 따라 다양한 기기에 많이 사용되고 있다.
교류 모터는 교류 전원으로 운전되며, 생활 주변에서 가장 널리 사용되는 모터의 일종이다. 교류 모터는 기본적으로 외부의 고정자(stator)와, 내부의 회전자(rotor)로 구성되며, 교류 전류가 고정자 권선에 공급되면 전자기유도에 의해 전기장이 변환하고, 회전자에서 회전하는 전기장에 의해 유도 전류가 생기고 토크에 의해 회전자에 있는 회전축에서 회전력이 발생하는 모터이다.
이러한 교류 모터는 크게 단상식과 삼상식으로 구분하며, 다시 회전자의 유형에 따라 유도모터, 동기모터, 정류자모터로 구분할 수 있다.
LSPM(Liner Start Permanent Magnet) 모터(또는 '단상 유도동기모터'라고도 함)와 같은 동기형 모터(synchronous motor)는 단상 유도모터와 동기모터의 장점만을 적용한 교류 모터의 일종이다. 이와 같은 동기형 모터는 회전자의 도체바에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와, 고정자의 권선에 의하여 발생되는 자속의 상호작용에 의하여 발생되는 토오크에 의해 회전자가 회전을 시작하고, 기동되어 정격 운전시에는 회전자에 설치된 영구자석의 자속과 고정자에서 발생되는 자속의 상호 동기화되어 고정자의 회전자계의 속도로써 운전하는 모터이다. 즉 고정자의 코일에 전류가 인가되면, 고정자의 구조로 인해 발생되는 회전 자속과 회전자의 도체바에서 발생되는 유도 전류와의 상호 작용에 의해 회전자가 회전하게 된다. 그리고 회전가가 동기 속도에 이르게 되면 영구자석에 의한 토오크와 회전자의 구조에 기인한 릴럭턴스 토오크(reluctance torque)가 발생하여 회전자가 회전한다.
이러한 LSPM 모터의 회전자는 원통형의 회전자 철심과, 회전자 철심의 가장자리 둘레에 복수의 도체바가 삽입되어 있고, 도체바 안쪽에 복수의 영구자석이 삽입되어 설치된 구조를 갖는다.
이와 같은 구조의 LSPM 모터는 고성능의 영구자석이 적용됨에 따라 고출력화가 가능해진 반면, 코깅 토오크(cogging torque)로 인한 진동과 소음이 커지는 문제점을 안고 있다. 코깅 토오크는 회전자와 고정자 간의 공극자속밀도와 밀접한 관계를 갖고 있으며, 종래의 LSPM 모터는 공극자속밀도가 구형파 형상을 이루기 때문에, 진동과 소음이 심하게 발생한다.
즉 회전자 철심에 설치되는 복수의 영구자석으로 N극과 S극을 구성할 경우, 회전자의 회전축에 대해서 동일한 크기의 영구자석이 서로 대칭되는 위치에 삽입되어 설치된다. 이로 인해 복수의 영구자석과 고정자의 권선에 의한 기자력과 결합하면 N극 및 S극에서 각각 인력 및 척력이 발생하여 연속적으로 회전력을 발생한다.
그런데 회전자의 회전방향으로 부가적으로 인력이 발생하므로, N극에서는 부가적으로 발생된 인력이 더해져 공극자속밀도가 증가하고, 반대로 S극에서는 부가적으로 발생된 인력에 의해 자속의 세기가 상쇄되어 공극자속밀도가 감소하기 때문에, 회전자의 공극자속밀도가 불균형하게 되어 출력 저감, 토크리플 증가 등의 문제가 발생한다.
따라서 본 발명의 목적은 코깅 토오크를 줄여 진동과 소음 특성이 우수한 두께가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 공극자속밀도를 사인파(sine curve) 형상으로 구현하여 코깅 토오크를 줄이고 토크리플을 최소화 시켜 진동 및 소음 특성을 개선할 수 있는 두께가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고정자의 회전자 삽입구멍에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 모터의 회전자로서, 회전자 철심 및 복수의 영구자석을 포함하는 회전자를 제공한다. 상기 회전자 철심은 중심 부분에 회전축이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전축 삽입구멍의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍이 형성되어 있다. 상기 복수의 영구자석은 상기 복수의 영구자석 삽입구멍에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성한다. 이때 상기 복수의 영구자석은 각각 자극의 중심으로부터의 거리에 따라 상이한 두께를 가지되, 자극의 중심 쪽에 두껍게 형성된 부분이 배치되고, 자극의 가장자리 쪽에 얇게 형성된 부분이 배치된다.
본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 영구자석은 상기 회전축 삽입구멍을 중심으로 서로 대칭되게 설치되며, 상기 회전축에 수직한 방향의 단면이 사다리꼴 형태를 가지며, 상기 회전축 삽입구멍과 마주보는 변이 상기 회전축 삽입구멍과 마주보는 변과 이웃하는 변보다는 길 수 있다.
본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 영구자석은 각각, 상기 회전축 삽입구멍과 마주보는 제1 변과, 상기 제1 변과 마주보는 제2 변, 상기 제1 변과 제2 변의 한쪽 끝을 서로 연결하며 상기 제1 및 제2 변보다는 짧으며 자극의 중심 부분에 배치되는 제3 변, 및 상기 제1 변과 제2 변의 다른 쪽 끝을 서로 연결하며 상기 제3 변보다는 짧으며 자극의 가장자리 부분에 배치되는 제4 변을 포함한다.
본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 영구자석은 상기 N극을 형성하며 서로 이웃하는 한 쌍의 제1 영구자석과, 상기 S극을 형성하며 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 영구자석을 포함할 수 있다. 이때 상기 한 쌍의 제1 영구자석은 서로 마주보는 쪽에 두껍게 형성된 부분이 배치되고, 반대 쪽은 얇게 형성된 부분이 배치된다. 상기 한 쌍의 제2 영구자석은 서로 마주보는 쪽에 두껍게 형성된 부분이 배치되고, 반대 쪽은 얇게 형성된 부분이 배치된다.
본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 한 쌍의 제1 영구자석이 형성하는 각 및 한 쌍의 제2 영구자석이 형성하는 각은 둔각이고, 이웃하는 하나의 제1 영구자석과 하나의 상기 제2 영구자석이 형성하는 각은 예각일 수 있다.
본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 회전자 철심은 상기 복수의 영구자석 삽입구멍 외측의 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍이 형성되어 있다. 이때 본 발명에 따른 모터의 회전자는 상기 복수의 도체바 삽입구멍에 각각 삽입되어 설치되는 복수의 도체바를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 도체바 사이의 간격은 일정할 수 있다.
본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 영구자석은 상기 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 상기 도체바 간의 간격은 상기 자극의 가장자리 부분의 상기 도체바 간의 간격 보다는 넓게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 도체바 사이의 간격은 자극의 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 좁아질 수 있다.
본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 상기 도체바 삽입구멍 간의 간격은 상기 자극의 가장자리 부분의 상기 도체바 삽입구멍 간의 간격 보다는 넓게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 모터의 회전자에 있어서, 상기 복수의 영구자석은 상기 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 상기 도체바의 길이는 상기 자극의 가장자리 부분의 상기 도체바의 길이 보다는 짧게 형성될 수 있다.
그리고 본 발명은 또한, 전술된 회전자와, 중심 부분에서 상기 회전자가 삽입 설치되는 회전자 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전자 삽입구멍의 내주면에 코일이 권선된 고정자를 포함하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터를 제공한다.
본 발명에 따르면, 회전자 철심에 영구자석을 삽입 설치할 때 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분이 배치될 수 있도록 삽입 설치함으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하여 코깅 토오크를 줄이고 토크리플을 최소화 시켜 진동 및 소음 특성을 개선할 수 있다.
즉 회전자 철심에 복수의 영구자석을 배치할 때, 자극의 중심 쪽은 두껍고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분을 배치함으로써, 자극의 가장자리 부분에 비해서 자극의 중심 부분에서 높은 자속을 발생시킬 수 있기 때문에, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 줌으로써, 모터의 코깅 토오크 및 토크리플을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 모터의 구동시 진동 및 소음이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
또한 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바 간의 간격을 자극의 가장자리 부분의 도체바 간의 간격 보다는 넓게 형성함으로써, 공극자속밀도를 자극의 중심 부분으로 집속시켜 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현할 수 있다. 이와 같이 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현함으로써, 동기형 모터의 구동시 발생되는 코깅 토오크를 줄일 수 있고, 이로 인해 동기형 모터의 구동시 진동 및 소음이 발생하는 것을 줄일 수 있다.
또한 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바 길이를 자극의 가장자리 부분의 도체바의 길이 보다는 짧게 형성함으로써, 공극자속밀도를 자극의 중심 부분으로 집속시켜 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현할 수 있다. 이와 같이 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현함으로써, 동기형 모터의 구동시 발생되는 코깅 토오크를 줄일 수 있고, 이로 인해 동기형 모터의 구동시 진동 및 소음이 발생하는 것을 줄일 수 있다.
아울러 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바 간의 간격을 자극의 가장자리 부분의 도체바 간의 간격 보다는 넓게 형성함으로써, 공극자속밀도를 자극의 중심 부분으로 집속시켜 공극자속밀도를 사인파 형상에 더욱 가깝게 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터의 회전자를 보여주는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 회전자를 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 회전자를 갖는 모터를 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 회전자 구조에 따라 발생되는 공극자속밀도와, 그에 따른 파형도를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 두께가 다른 영구자석과 간격이 다른 도체바를 갖는 동기형 모터의 회전자를 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 5의 회전자를 갖는 동기형 모터를 보여주는 평면도이다.
도 7은 도 5의 회전자 구조에 따라 발생되는 공극자속밀도와, 그에 따른 파형도를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 두께가 다른 영구자석과 길이가 다른 도체바를 갖는 동기형 모터의 회전자를 보여주는 평면도이다.
도 9는 도 8의 회전자를 갖는 동기형 모터를 보여주는 평면도이다.
도 10은 도 8의 회전자 구조에 따라 발생되는 공극자속밀도와, 그에 따른 파형도를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 두께가 다른 영구자석과 길이가 다른 도체바를 갖는 동기형 모터의 회전자를 보여주는 평면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하자고 한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터의 회전자(20)를 보여주는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 회전자(20)는 고정자의 회전자 삽입구멍에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 모터의 회전자로서, 회전자 철심(21)과, 회전자 철심(21)에 매입된 복수의 영구자석(22)을 포함한다. 회전자 철심(21)은 중심 부분에 회전축(30)이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍(25)이 형성되어 있고, 회전축 삽입구멍(25)의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍(26)이 형성되어 있다. 그리고 복수의 영구자석(22)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성한다. 이때 복수의 영구자석(22)은 각각 자극의 중심으로부터의 거리에 따라 상이한 두께를 가지되, 자극의 중심 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 자극의 가장자리 쪽에 얇게 형성된 부분(a)이 배치된다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 회전자(20)는 회전자 철심(21)에 영구자석(22)을 삽입 설치할 때 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치되게 삽입 설치됨으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하여 코깅 토오크를 줄이고 토크리플을 최소화 시켜 진동 및 소음 특성을 개선할 수 있다.
즉 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)을 배치할 때, 자극의 중심 쪽은 두껍고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분(a<b)을 배치함으로써, 자극의 가장자리 부분에 비해서 자극의 중심 부분에서 높은 자속을 발생시킬 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 회전자(20)를 구비하는 모터의 공극자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 줌으로써, 모터의 코깅 토오크 및 토크리플을 감소시킬 수 있다. 이를 통하여 모터의 구동시 진동 및 소음이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
구체적으로 제1 실시예에 따른 회전자(20)에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
회전자 철심(21)은 동일한 형상의 회전자 철판(24) 복수 개를 축방향으로 적층하여 형성한다. 회전자 철심(21)은 중심 부분에 회전축(30)이 삽입되는 회전축 삽입구멍(25)이 형성되어 있다. 회전자 철심(21)은 회전축 삽입구멍(25)의 외곽에 복수의 영구자석 삽입구멍(26)이 형성되어 있다.
이때 회전자 철판(24)으로는 규소 강판이 사용될 수 있다. 회전축 삽입구멍(25) 및 영구자석 삽입구멍(26)은 회전자 철심(21)의 상부면에 대해서 수직 방향으로 형성될 수 있다.
제1 실시예에서는 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 외곽에 회전축 삽입구멍(25)의 축 방향에 대해서 단면이 사각으로 영구자석(22)이 설치되는 네 개의 영구자석 삽입구멍(26)이 회전자 철심(21)에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 영구자석 삽입구멍(26)은 회전축 삽입구멍(25)의 축 방향에 대해서 단면이 사다리꼴 형태를 가질 수 있다.
그리고 복수의 영구자석(22)은 각각 회전자 철심(21)의 복수의 영구자석 삽입구멍(26)에 삽입되어 설치된다. 이때 복수의 영구자석(22)은 코일에서 발생되는 자속과의 상호작용에 의해 토오크를 발생시킨다. 영구자석(22)으로는 희토류 자석이 사용될 수 있다.
특히 복수의 영구자석(22)은 공극자속밀도의 불균형을 해소하기 위해서, 각각 자극의 중심 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 자극의 가장자리 쪽에 얇게 형성된 부분(a)이 배치되게 영구자석 삽입구멍(26)에 삽입 설치된다. 이와 같이 복수의 영구자석(22)을 배치하는 이유는, 자극의 가장자리 부분에 비해서 자극의 중심 부분에서 높은 자속을 발생시켜 공극 자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 주기 위해서이다. 공극자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 줌으로써, 모터의 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 모터의 구동시 진동 및 소음이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
이때 복수의 영구자석(22)은 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 서로 대칭되게 설치되며, 회전축(30)에 수직한 방향의 단면이 사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 복수의 영구자석(22)은 회전축 삽입구멍(25)과 마주보는 쪽이 다른 쪽에 비해서 길이가 길다. 즉 복수의 영구자석(22)은 각각 제1 변(41), 제2 변(42), 제3 변(43) 및 제4 변(44)을 가질 수 있다. 이때 제1 변(41)은 회전축 삽입구멍(25)과 마주본다. 제2 변(42)은 제1 변(41)과 마주본다. 제3 변(43)은 제1 변(41)과 제2 변(42)의 한쪽 끝을 서로 연결하며, 제1 및 제2 변(41,42)보다는 짧으며, 자극의 중심 부분에 배치된다. 그리고 제4 변(44)은 제1 변(41)과 제2 변(42)의 다른 쪽 끝을 서로 연결하며, 제3 변(43)보다는 짧으며, 자극의 가장자리 부분에 배치된다. 이때 복수의 영구자석(22)은 제3 변(43)과 제4 변(44)이 평행한 사다리꼴 형태를 가질 수 있다.
예컨대 복수의 영구자석(22)은 N극을 형성하며 서로 이웃하는 한 쌍의 제1 영구자석(28)과, 상기 S극을 형성하며 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 영구자석(29)을 포함할 수 있다. 회전축(30)을 중심으로 한 쌍의 제1 영구자석(28) 및 한 쌍의 제2 영구자석(29)은 서로 대칭되게 회전자 철심(21)에 설치된다. 물론 한 쌍의 제1 영구자석(28)은 서로 마주보는 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 반대 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치된다. 그리고 한 쌍의 제2 영구자석(29)은 서로 마주보는 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 반대 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치된다. 이때 한 쌍의 제1 영구자석(28) 및 한 쌍의 제2 영구자석(29) 사이의 각은 둔각이고, 이웃하는 제1 영구자석(28)과 제2 영구자석(29) 사이의 각은 예각을 이루게 배치될 수 있다. 즉 한 쌍의 제1 영구자석(28)이 형성하는 각 및 한 쌍의 제2 영구자석(29)이 형성하는 각은 둔각이고, 이웃하는 하나의 제1 영구자석(28)과 하나의 제2 영구자석(29)이 형성하는 각은 예각이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 및 제2 영구자석(28,29)은 각각 두 개일 수 있다. 한 쌍의 제1 영구자석(28) 사이의 각과, 한 쌍의 제2 영구자석(29) 사이의 각은 각각 90도 이상이고, 이웃하는 제1 영구자석(28)과 제2 영구자석(29) 사이의 각은 90도 이하가 되게 복수의 제1 및 제2 영구자석(28,29)은 회전자 철심(21)에 삽입 설치될 수 있다.
그리고 제1 실시예에서는 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 4개의 영구자석(22)이 배치되고, 한 쌍의 제1 영구자석(28)이 N극을 형성하고, 한 쌍의 제2 영구자석(29)이 S극을 형성하는 경우를 설명하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 4개 이상의 짝수의 영구자석(22)이 회전자 철심(21)에 삽입 설치되거나, 이웃하는 복수의 영구자석(22)은 서로 다른 극성을 갖도록 회전자 철심(21)에 삽입 설치될 수도 있다.
한편 제1 실시예에서는 영구자석이 제3 변(43) 및 제4 변(44)이 평행한 사다리꼴 형태를 예시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제3 변(43) 및 제4 변(44)은 서로 평행하지 않을 수도 있다. 물론 제3 변(43) 부분이 제4 변 보다는 두껍게 형성된다(a<b).
이와 같은 제1 실시예에 따른 회전자(20)는 브러시리스 직류 모터의 회전자로 사용될 수 있다.
제2 실시예
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 회전자(120)를 보여주는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 회전자(120)는 회전자 철심(21), 복수의 영구자석(22), 및 복수의 도체바(23)를 포함한다. 여기서 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)이 삽입 설치된 구조는 제1 실시예에 따른 회전자(도 1의 20)와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략하고 복수의 도체바(23)를 중심으로 하면 다음과 같다.
회전자 철심(21)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)의 외측의 가장자리 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍(27)이 형성되어 있다. 여기서 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 영구자석 삽입구멍(26)이 형성된 방향 즉, 회전자 철심(21)을 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 길쭉한 형태를 가지며, 회전자 철심(21)의 외곽에 배치되어 있다. 도체바 삽입구멍(27)은 영구자석(22)을 향하여 슬롯(slot)으로 형성될 수 있다. 예컨대 도체바 삽입구멍(27)은 길쭉한 타원형, 길쭉한 직사각형 형태에서 장변의 양단이 외측으로 볼록한 형태 등으로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 동일한 형태로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27) 사이의 간격이 일정하게 형성될 수 있다(d1=d2).
그리고 복수의 도체바(23)는 복수의 도체바 삽입구멍(27)에 각각 삽입되어 설치된다. 복수의 도체바(23) 사이의 간격이 일정하게 형성될 수 있다. 복수의 도체바(23)는 도체바 삽입구멍(27)에 다이캐스팅 방법으로 설치될 수 있다. 이때 도체바(23)는 일반적으로 전기전도성이 우수하고 다이캐스팅이 가능한 알루미늄(Al) 소재를 사용할 수 있다. 다이캐스팅으로 형성되는 도체바(23)는 도체바 삽입구멍(27)의 형상에 대응되는 형태로 형성된다.
제2 실시예에 따른 회전자(120) 또한 제1 실시예에 따른 회전자(도 1의 20)와 동일한 영구자석(22)의 배치 구조를 갖기 때문에, 제1 실시예에 따른 회전자(도 1의 20)와 같이, 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)을 삽입 설치할 때 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치될 수 있도록 삽입 설치함으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하여 코깅 토오크를 줄이고 토크리플을 최소화 시켜 진동 및 소음 특성을 개선할 수 있다.
이와 같은 제2 실시예에 따른 회전자(120)를 갖는 모터(100)에 대해서 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 도 2의 회전자(120)를 갖는 모터(100)를 보여주는 평면도이다.
제2 실시예에 따른 회전자(120)를 갖는 모터(100)는 LSPM(Liner Start Permanent Magnet) 모터와 같은 동기형 모터로서, 회전자(120)와, 회전자(120)가 회전 가능하게 삽입 설치되는 고정자(10)를 포함한다. 고정자(10)는 중심 부분에 회전자 삽입구멍(18)이 형성되어 있으며, 회전자 삽입구멍(18)의 내주면에 코일(16)이 권선되어 있다. 그리고 회전자(120)는 고정자(10)의 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 회전 가능하게 설치된다.
여기서 고정자(10)는 회전자 삽입구멍(18)이 형성된 고정자 철심(11)과, 고정자 철심(11)의 회전자 삽입구멍(18)의 내주면을 따라서 권선된 코일(16)을 포함한다. 이때 회전자 삽입구멍(18)의 내경은 회전자(120)의 외경보다는 크게 형성되며, 회전자 삽입구멍(18)의 내경과 회전자(120)의 외경의 차이가 공극을 형성한다.
고정자 철심(11)은 동일한 형상의 고정자 철판(12) 복수 개를 축방향으로 적층하여 형성한다. 고정자 철심(11)은 내측에 회전자(120)가 삽입되어 위치할 수 있는 회전자 삽입구멍(18)이 형성되어 있다. 고정자 철심(11)은 내주면을 따라서 일정 간격으로 복수의 투스(14)가 형성되어 있다. 복수의 투스(14)는 고정자 철심(11)의 내주면에서 고정자 철심(11)의 중심축을 향하여 돌출되며, 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 설치되는 회전자(120)의 외주면에 근접하게 배치된다. 이때 고정자 철판(12)으로는 규소 철판이 사용될 수 있다. 고정자 철심(11)의 안쪽의 투스(14)의 끝단이 형성하는 가상면 안쪽이 회전자 삽입구멍(18)을 형성한다.
그리고 코일(16)은 복수의 투스(14)에 각각 권선됨으로써, 교류 전원이 인가되면 고정자(10)의 구조로 인해 회전 자속을 발생시킨다.
한편 도시하진 않았지만, 회전축(30)은 동기형 모터(100)의 케이스를 이루는 케이싱(casing)이나 쉘(shell)에 베어링을 매개로 회전 가능하게 설치된다.
이와 같은 모터(100)는 회전자(120)의 도체바(23)에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와, 고정자(10)의 권선(16)에 의하여 발생되는 자속의 상호작용에 의하여 발생되는 토오크에 의해 회전자(120)가 회전을 시작하고, 기동되어 정격 운전시에는 회전자(120)에 설치된 영구자석(22)의 자속과 고정자(10)에서 발생되는 자속의 상호 동기화되어 고정자(10)의 회전자계의 속도로써 운전한다.
이때 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)을 삽입 설치할 때, 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치될 수 있도록 삽입 설치함으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하여 코깅 토오크를 줄이고 토크리플을 최소화 시켜 진동 및 소음 특성을 개선할 수 있다.
즉 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)을 삽입 설치할 때 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분이 배치함으로써, 도 4의 파형도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 자극의 가장자리 부분에 비해서 자극의 중심 부분에서 높은 자속을 발생시켜 공극 자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 줄 수 있다. 이때 도 4의 파형도에서 가로축은 각도(θ)를 나타내고, 세로축은 자속밀도(B)를 나타낸다.
제3 실시예
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 두께가 다른 영구자석(22)과 간격이 다른 도체바(23)를 갖는 동기형 모터의 회전자(20a)를 보여주는 평면도이다. 도 6은 도 5의 회전자(20a)를 갖는 동기형 모터(100a)를 보여주는 평면도이다. 그리고 도 7은 도 5의 회전자(20a) 구조에 따라 발생되는 공극자속밀도와, 그에 따른 파형도를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 동기형 모터(100a)는 회전자(20a)와, 회전자(20a)가 회전 가능하게 삽입 설치되는 고정자(10)를 포함한다. 고정자(10)는 중심 부분에 회전자 삽입구멍(18)이 형성되어 있으며, 회전자 삽입구멍(18)의 내주면에 코일(16)이 권선되어 있다. 그리고 회전자(20a)는 고정자(10)의 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 회전 가능하게 설치된다.
고정자(10)는 회전자 삽입구멍(18)이 형성된 고정자 철심(11)과, 고정자 철심(11)의 회전자 삽입구멍(18)의 내주면을 따라서 권선된 코일(16)을 포함한다. 이때 회전자 삽입구멍(18)의 내경은 회전자(20a)의 외경보다는 크게 형성되며, 회전자 삽입구멍(18)의 내경과 회전자(20a)의 외경의 차이가 공극을 형성한다.
고정자 철심(11)은 동일한 형상의 고정자 철판(12) 복수 개를 축방향으로 적층하여 형성한다. 고정자 철심(11)은 내측에 회전자(20a)가 삽입되어 위치할 수 있는 회전자 삽입구멍(18)이 형성되어 있다. 고정자 철심(11)은 내주면을 따라서 일정 간격으로 복수의 투스(14)가 형성되어 있다. 복수의 투스(14)는 고정자 철심(11)의 내주면에서 고정자 철심(11)의 중심축을 향하여 돌출되며, 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 설치되는 회전자(20a)의 외주면에 근접하게 배치된다. 이때 고정자 철판(12)으로는 규소 철판이 사용될 수 있다. 고정자 철심(11)의 안쪽의 투스(14)의 끝단이 형성하는 가상면 안쪽이 회전자 삽입구멍(18)을 형성한다.
그리고 코일(16)은 복수의 투스(14)에 각각 권선됨으로써, 교류 전원이 인가되면 고정자(10)의 구조로 인해 회전 자속을 발생시킨다.
한편 도시하진 않았지만, 회전축(30)은 동기형 모터(100a)의 케이스를 이루는 케이싱(casing)이나 쉘(shell)에 베어링을 매개로 회전 가능하게 설치된다.
회전자(20a)는 고정자의 회전자 삽입구멍에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 동기형 모터(100a)의 회전자로서, 회전자 철심(21)과, 회전자 철심(21)에 매입된 복수의 영구자석(22), 및 복수의 도체바(23)를 포함한다. 회전자 철심(21)은 중심 부분에 회전축(30)이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍(25)이 형성되어 있고, 회전축 삽입구멍(25)의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍(26)이 형성되어 있고, 복수의 영구자석 삽입구멍(25) 외측의 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍(27)이 형성되어 있다. 복수의 영구자석(22)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성한다. 그리고 복수의 도체바(23)는 복수의 도체바 삽입구멍(27)에 각각 삽입되어 설치된다. 이때 복수의 영구자석(22)은 각각 자극의 중심으로부터의 거리에 따라 상이한 두께를 가지되, 자극의 중심 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 자극의 가장자리 쪽에 얇게 형성된 부분(a)이 배치된다. 복수의 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23) 간의 간격(d1)은 자극의 가장자리 부분의 도체바(22) 간의 간격(d2) 보다는 넓게 형성된다.
이와 같이 제3 실시예에 따른 회전자(20a)는 회전자 철심(21)에 영구자석(22)을 삽입 설치할 때 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치되게 삽입 설치됨으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하여 코깅 토오크를 줄이고 토크리플을 최소화 시켜 진동 및 소음 특성을 개선할 수 있다.
즉 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)을 배치할 때, 자극의 중심 쪽은 두껍고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분(a<b)을 배치함으로써, 자극의 가장자리 부분에 비해서 자극의 중심 부분에서 높은 자속을 발생시킬 수 있다. 이로 인해 제3 실시예에 따른 회전자(20a)를 구비하는 모터의 공극자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 줌으로써, 모터의 코깅 토오크 및 토크리플을 감소시킬 수 있다. 이를 통하여 모터의 구동시 진동 및 소음이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
또한 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23) 간의 간격(d1)을 자극의 가장자리 부분의 도체바(23) 간의 간격(d2) 보다는 넓게 형성함으로써, 공극자속밀도를 자극의 중심 부분으로 집속시켜 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현할 수 있다. 이와 같이 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현함으로써, 동기형 모터(100a)의 구동시 발생되는 코깅 토오크를 줄일 수 있고, 이로 인해 동기형 모터(100a)의 구동시 진동 및 소음이 발생하는 것을 줄일 수 있다.
이와 같은 제3 실시예에 따른 회전자(20a)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
회전자 철심(21)은 동일한 형상의 회전자 철판(24) 복수 개를 축방향으로 적층하여 형성한다. 회전자 철심(21)은 중심 부분에 회전축(30)이 삽입되는 회전축 삽입구멍(25)이 형성되어 있다. 회전자 철심(21)은 회전축 삽입구멍(25)의 외곽에 복수의 영구자석 삽입구멍(26)이 형성되어 있다. 그리고 회전자 철심(21)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)의 외측의 가장자리 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍(27)이 형성되어 있다.
이때 회전자 철판(24)으로는 규소 강판이 사용될 수 있다. 회전축 삽입구멍(25) 및 영구자석 삽입구멍(26)은 회전자 철심(21)의 상부면에 대해서 수직 방향으로 형성될 수 있다.
제3 실시예에서는 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 외곽에 회전축 삽입구멍(25)의 축 방향에 대해서 단면이 사각으로 영구자석(22)이 설치되는 네 개의 영구자석 삽입구멍(26)이 회전자 철심(21)에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 영구자석 삽입구멍(26)은 회전축 삽입구멍(25)의 축 방향에 대해서 단면이 사다리꼴 형태를 가질 수 있다.
그리고 복수의 영구자석(22)은 각각 회전자 철심(21)의 복수의 영구자석 삽입구멍(26)에 삽입되어 설치된다. 이때 복수의 영구자석(22)은 코일에서 발생되는 자속과의 상호작용에 의해 토오크를 발생시킨다. 영구자석(22)으로는 희토류 자석이 사용될 수 있다.
특히 복수의 영구자석(22)은 공극자속밀도의 불균형을 해소하기 위해서, 각각 자극의 중심 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 자극의 가장자리 쪽에 얇게 형성된 부분(a)이 배치되게 영구자석 삽입구멍(26)에 삽입 설치된다. 이와 같이 복수의 영구자석(22)을 배치하는 이유는, 자극의 가장자리 부분에 비해서 자극의 중심 부분에서 높은 자속을 발생시켜 공극 자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 주기 위해서이다. 공극자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 줌으로써, 모터의 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 모터의 구동시 진동 및 소음이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
이때 복수의 영구자석(22)은 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 서로 대칭되게 설치되며, 회전축(30)에 수직한 방향의 단면이 사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 복수의 영구자석(22)은 회전축 삽입구멍(25)과 마주보는 쪽이 다른 쪽에 비해서 길이가 길다. 즉 복수의 영구자석(22)은 각각 제1 변(41), 제2 변(42), 제3 변(43) 및 제4 변(44)을 가질 수 있다. 이때 제1 변(41)은 회전축 삽입구멍(25)과 마주본다. 제2 변(42)은 제1 변(41)과 마주본다. 제3 변(43)은 제1 변(41)과 제2 변(42)의 한쪽 끝을 서로 연결하며, 제1 및 제2 변(41,42)보다는 짧으며, 자극의 중심 부분에 배치된다. 그리고 제4 변(44)은 제1 변(41)과 제2 변(42)의 다른 쪽 끝을 서로 연결하며, 제3 변(43)보다는 짧으며, 자극의 가장자리 부분에 배치된다. 이때 복수의 영구자석(22)은 제3 변(43)과 제4 변(44)이 평행한 사다리꼴 형태를 가질 수 있다.
예컨대 복수의 영구자석(22)은 N극을 형성하며 서로 이웃하는 한 쌍의 제1 영구자석(28)과, 상기 S극을 형성하며 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 영구자석(29)을 포함할 수 있다. 회전축(30)을 중심으로 한 쌍의 제1 영구자석(28) 및 한 쌍의 제2 영구자석(29)은 서로 대칭되게 회전자 철심(21)에 설치된다. 물론 한 쌍의 제1 영구자석(28)은 서로 마주보는 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 반대 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치된다. 그리고 한 쌍의 제2 영구자석(29)은 서로 마주보는 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 반대 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치된다. 이때 한 쌍의 제1 영구자석(28) 및 한 쌍의 제2 영구자석(29) 사이의 각은 둔각이고, 이웃하는 제1 영구자석(28)과 제2 영구자석(29) 사이의 각은 예각을 이루게 배치될 수 있다. 즉 한 쌍의 제1 영구자석(28)이 형성하는 각 및 한 쌍의 제2 영구자석(29)이 형성하는 각은 둔각이고, 이웃하는 하나의 제1 영구자석(28)과 하나의 제2 영구자석(29)이 형성하는 각은 예각이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 및 제2 영구자석(28,29)은 각각 두 개일 수 있다. 한 쌍의 제1 영구자석(28) 사이의 각과, 한 쌍의 제2 영구자석(29) 사이의 각은 각각 90도 이상이고, 이웃하는 제1 영구자석(28)과 제2 영구자석(29) 사이의 각은 90도 이하가 되게 복수의 제1 및 제2 영구자석(28,29)은 회전자 철심(21)에 삽입 설치될 수 있다.
그리고 제3 실시예에서는 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 4개의 영구자석(22)이 배치되고, 한 쌍의 제1 영구자석(28)이 N극을 형성하고, 한 쌍의 제2 영구자석(29)이 S극을 형성하는 경우를 설명하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 4개 이상의 짝수의 영구자석(22)이 회전자 철심(21)에 삽입 설치되거나, 이웃하는 복수의 영구자석(22)은 서로 다른 극성을 갖도록 회전자 철심(21)에 삽입 설치될 수도 있다.
한편 제3 실시예에서는 영구자석이 제3 변(43) 및 제4 변(44)이 평행한 사다리꼴 형태를 예시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제3 변(43) 및 제4 변(44)은 서로 평행하지 않을 수도 있다. 물론 제3 변(43) 부분이 제4 변 보다는 두껍게 형성된다(a<b).
그리고 전술된 바와 같이 회전자 철심(21)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)의 외측의 가장자리 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍(27)이 형성되어 있다. 여기서 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 영구자석 삽입구멍(26)이 형성된 방향 즉, 회전자 철심(21)을 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 길쭉한 형태를 가지며, 회전자 철심(21)의 외곽에 배치되어 있다. 도체바 삽입구멍(27)은 영구자석(22)을 향하여 슬롯(slot)으로 형성될 수 있다. 예컨대 도체바 삽입구멍(27)은 길쭉한 타원형, 길쭉한 직사각형 형태에서 장변의 양단이 외측으로 볼록한 형태 등으로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 동일한 형태로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27) 사이의 간격은 자극의 중심 부분이 자극의 가장자리 부분에 비해서 넓게 형성될 수 있다(d1>d2). 바람직하게는 복수의 도체바 삽입구멍(27) 사이의 간격은 자극의 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 좁아지게 형성하는 것이다.
그리고 복수의 도체바(23)는 복수의 도체바 삽입구멍(27)에 각각 삽입되어 설치된다. 복수의 도체바(23)는 도체바 삽입구멍(27)에 다이캐스팅 방법으로 설치될 수 있다. 도체바(23)는 일반적으로 전기전도성이 우수하고 다이캐스팅이 가능한 알루미늄(Al) 소재를 사용할 수 있다. 다이캐스팅으로 형성되는 도체바(23)는 도체바 삽입구멍(27)의 형상에 대응되는 형태로 형성된다. 이때 복수의 도체바(23) 사이의 간격은 전술된 복수의 도체바 삽입구멍(27)에 의해 자극의 중심 부분이 자극의 가장자리 부분에 비해서 넓게 형성된다.
이와 같이 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23) 간의 간격(d1)을 자극의 가장자리 부분의 도체바(23) 간의 간격(d2) 보다는 넓게 형성하는 이유는, 도 7에 도시된 바와 같이, 공극자속밀도를 자극의 중심 부분으로 집속시켜 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하기 위해서이다. 즉 통상적인 경우 복수의 도체바는 회전축(30)의 중심을 향하여 방사형으로 설치되기 때문에, 회전자와 고정자 간의 공극자속밀도가 구형파를 형성하고, 이로 인해 발생되는 코깅 토오크로 인해 진동과 소음이 커졌다. 반면에 제3 실시예와 같이 자극의 중심 부분의 도체바(23) 간의 간격(d1)을 자극의 가장자리 부분의 도체바(23) 간의 간격(d2) 보다는 넓게 형성함으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현할 경우, 제3 실시예에 따른 동기형 모터(100a)의 구동시 발생되는 코깅 토오크를 줄일 수 있고, 이로 인해 동기형 모터(100a)의 구동시 진동 및 소음이 발생하는 것을 줄일 수 있다.
특히 복수의 도체바(23) 사이의 간격은 자극의 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 좁아지게 회전자 철심(21)에 삽입 설치함으로써, 공극자속밀도는 영구자석(22)의 자극의 중심 부분에서 가장 높고, 자극의 중심 부분에서 외곽으로 갈수록 공극자속밀도가 점차적으로 감소시킬 수 있기 때문에, 공극자속밀도를 사인파 형상에 더욱 가깝게 구현할 수 있다.
이와 같은 제3 실시예에 따른 동기형 모터(100a)는 회전자(20a)의 도체바(23)에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와, 고정자(10)의 권선(16)에 의하여 발생되는 자속의 상호작용에 의하여 발생되는 토오크에 의해 회전자(20a)가 회전을 시작하고, 기동되어 정격 운전시에는 회전자(20a)에 설치된 영구자석(22)의 자속과 고정자(10)에서 발생되는 자속의 상호 동기화되어 고정자(10)의 회전자계의 속도로써 운전한다.
이때 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)을 삽입 설치할 때, 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치될 수 있도록 삽입 설치함으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하여 코깅 토오크를 줄이고 토크리플을 최소화 시켜 진동 및 소음 특성을 개선할 수 있다.
즉 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)을 삽입 설치할 때 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분이 배치함으로써, 도 7의 파형도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 자극의 가장자리 부분에 비해서 자극의 중심 부분에서 높은 자속을 발생시켜 공극 자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 줄 수 있다. 이때 도 7의 파형도에서 가로축은 각도(θ)를 나타내고, 세로축은 자속밀도(B)를 나타낸다.
또한 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23) 간의 간격(d1)을 자극의 가장자리 부분의 도체바(23) 간의 간격(d2) 보다는 넓게 형성함으로써, 공극자속밀도를 자극의 중심 부분으로 집속시켜 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현할 수 있다.
제4 실시예
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 두께가 다른 영구자석(22)과 간격이 다른 도체바(23)를 갖는 동기형 모터의 회전자(20b)를 보여주는 평면도이다. 도 9는 도 8의 회전자(20b)를 갖는 동기형 모터(100b)를 보여주는 평면도이다. 그리고 도 10은 도 8의 회전자(20b) 구조에 따라 발생되는 공극자속밀도와, 그에 따른 파형도를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 동기형 모터(100b)는 회전자(20b)와, 회전자(20b)가 회전 가능하게 삽입 설치되는 고정자(10)를 포함한다. 고정자(10)는 중심 부분에 회전자 삽입구멍(18)이 형성되어 있으며, 회전자 삽입구멍(18)의 내주면에 코일(16)이 권선되어 있다. 그리고 회전자(20b)는 고정자(10)의 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 회전 가능하게 설치된다.
고정자(10)는 회전자 삽입구멍(18)이 형성된 고정자 철심(11)과, 고정자 철심(11)의 회전자 삽입구멍(18)의 내주면을 따라서 권선된 코일(16)을 포함한다. 이때 회전자 삽입구멍(18)의 내경은 회전자(20b)의 외경보다는 크게 형성되며, 회전자 삽입구멍(18)의 내경과 회전자(20b)의 외경의 차이가 공극을 형성한다.
고정자 철심(11)은 동일한 형상의 고정자 철판(12) 복수 개를 축방향으로 적층하여 형성한다. 고정자 철심(11)은 내측에 회전자(20b)가 삽입되어 위치할 수 있는 회전자 삽입구멍(18)이 형성되어 있다. 고정자 철심(11)은 내주면을 따라서 일정 간격으로 복수의 투스(14)가 형성되어 있다. 복수의 투스(14)는 고정자 철심(11)의 내주면에서 고정자 철심(11)의 중심축을 향하여 돌출되며, 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 설치되는 회전자(20b)의 외주면에 근접하게 배치된다. 이때 고정자 철판(12)으로는 규소 철판이 사용될 수 있다. 고정자 철심(11)의 안쪽의 투스(14)의 끝단이 형성하는 가상면 안쪽이 회전자 삽입구멍(18)을 형성한다.
그리고 코일(16)은 복수의 투스(14)에 각각 권선됨으로써, 교류 전원이 인가되면 고정자(10)의 구조로 인해 회전 자속을 발생시킨다.
한편 도시하진 않았지만, 회전축(30)은 동기형 모터(100b)의 케이스를 이루는 케이싱(casing)이나 쉘(shell)에 베어링을 매개로 회전 가능하게 설치된다.
회전자(20b)는 고정자의 회전자 삽입구멍에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 동기형 모터(100b)의 회전자로서, 회전자 철심(21)과, 회전자 철심(21)에 매입된 복수의 영구자석(22), 및 복수의 도체바(23)를 포함한다. 회전자 철심(21)은 중심 부분에 회전축(30)이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍(25)이 형성되어 있고, 회전축 삽입구멍(25)의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍(26)이 형성되어 있고, 복수의 영구자석 삽입구멍(25) 외측의 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍(27)이 형성되어 있다. 복수의 영구자석(22)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성한다. 그리고 복수의 도체바(23)는 복수의 도체바 삽입구멍(27)에 각각 삽입되어 설치된다. 이때 복수의 영구자석(22)은 각각 자극의 중심으로부터의 거리에 따라 상이한 두께를 가지되, 자극의 중심 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 자극의 가장자리 쪽에 얇게 형성된 부분(a)이 배치된다. 복수의 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23) 간의 간격(d1)은 자극의 가장자리 부분의 도체바(22) 간의 간격(d2) 보다는 넓게 형성된다.
이와 같이 제4 실시예에 따른 회전자(20b)는 회전자 철심(21)에 영구자석(22)을 삽입 설치할 때 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치되게 삽입 설치됨으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하여 코깅 토오크를 줄이고 토크리플을 최소화 시켜 진동 및 소음 특성을 개선할 수 있다.
즉 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)을 배치할 때, 자극의 중심 쪽은 두껍고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분(a<b)을 배치함으로써, 자극의 가장자리 부분에 비해서 자극의 중심 부분에서 높은 자속을 발생시킬 수 있다. 이로 인해 제4 실시예에 따른 회전자(20b)를 구비하는 모터의 공극자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 줌으로써, 모터의 코깅 토오크 및 토크리플을 감소시킬 수 있다. 이를 통하여 모터의 구동시 진동 및 소음이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
또한 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23)의 길이(L1)를 자극의 가장자리 부분의 도체바(23)의 길이(L2) 보다는 짧게 형성함으로써, 공극자속밀도를 자극의 중심 부분으로 집속시켜 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현할 수 있다. 이와 같이 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현함으로써, 동기형 모터(100b)의 구동시 발생되는 코깅 토오크를 줄일 수 있고, 이로 인해 동기형 모터(100b)의 구동시 진동 및 소음이 발생하는 것을 줄일 수 있다.
이와 같은 제4 실시예에 따른 회전자(20b)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
회전자 철심(21)은 동일한 형상의 회전자 철판(24) 복수 개를 축방향으로 적층하여 형성한다. 회전자 철심(21)은 중심 부분에 회전축(30)이 삽입되는 회전축 삽입구멍(25)이 형성되어 있다. 회전자 철심(21)은 회전축 삽입구멍(25)의 외곽에 복수의 영구자석 삽입구멍(26)이 형성되어 있다. 그리고 회전자 철심(21)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)의 외측의 가장자리 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍(27)이 형성되어 있다.
이때 회전자 철판(24)으로는 규소 강판이 사용될 수 있다. 회전축 삽입구멍(25) 및 영구자석 삽입구멍(26)은 회전자 철심(21)의 상부면에 대해서 수직 방향으로 형성될 수 있다.
제4 실시예에서는 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 외곽에 회전축 삽입구멍(25)의 축 방향에 대해서 단면이 사각으로 영구자석(22)이 설치되는 네 개의 영구자석 삽입구멍(26)이 회전자 철심(21)에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 영구자석 삽입구멍(26)은 회전축 삽입구멍(25)의 축 방향에 대해서 단면이 사다리꼴 형태를 가질 수 있다.
그리고 복수의 영구자석(22)은 각각 회전자 철심(21)의 복수의 영구자석 삽입구멍(26)에 삽입되어 설치된다. 이때 복수의 영구자석(22)은 코일에서 발생되는 자속과의 상호작용에 의해 토오크를 발생시킨다. 영구자석(22)으로는 희토류 자석이 사용될 수 있다.
특히 복수의 영구자석(22)은 공극자속밀도의 불균형을 해소하기 위해서, 각각 자극의 중심 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 자극의 가장자리 쪽에 얇게 형성된 부분(a)이 배치되게 영구자석 삽입구멍(26)에 삽입 설치된다. 이와 같이 복수의 영구자석(22)을 배치하는 이유는, 자극의 가장자리 부분에 비해서 자극의 중심 부분에서 높은 자속을 발생시켜 공극 자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 주기 위해서이다. 공극자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 줌으로써, 모터의 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 모터의 구동시 진동 및 소음이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
이때 복수의 영구자석(22)은 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 서로 대칭되게 설치되며, 회전축(30)에 수직한 방향의 단면이 사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 복수의 영구자석(22)은 회전축 삽입구멍(25)과 마주보는 쪽이 다른 쪽에 비해서 길이가 길다. 즉 복수의 영구자석(22)은 각각 제1 변(41), 제2 변(42), 제3 변(43) 및 제4 변(44)을 가질 수 있다. 이때 제1 변(41)은 회전축 삽입구멍(25)과 마주본다. 제2 변(42)은 제1 변(41)과 마주본다. 제3 변(43)은 제1 변(41)과 제2 변(42)의 한쪽 끝을 서로 연결하며, 제1 및 제2 변(41,42)보다는 짧으며, 자극의 중심 부분에 배치된다. 그리고 제4 변(44)은 제1 변(41)과 제2 변(42)의 다른 쪽 끝을 서로 연결하며, 제3 변(43)보다는 짧으며, 자극의 가장자리 부분에 배치된다. 이때 복수의 영구자석(22)은 제3 변(43)과 제4 변(44)이 평행한 사다리꼴 형태를 가질 수 있다.
예컨대 복수의 영구자석(22)은 N극을 형성하며 서로 이웃하는 한 쌍의 제1 영구자석(28)과, 상기 S극을 형성하며 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 영구자석(29)을 포함할 수 있다. 회전축(30)을 중심으로 한 쌍의 제1 영구자석(28) 및 한 쌍의 제2 영구자석(29)은 서로 대칭되게 회전자 철심(21)에 설치된다. 물론 한 쌍의 제1 영구자석(28)은 서로 마주보는 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 반대 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치된다. 그리고 한 쌍의 제2 영구자석(29)은 서로 마주보는 쪽에 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고, 반대 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치된다. 이때 한 쌍의 제1 영구자석(28) 및 한 쌍의 제2 영구자석(29) 사이의 각은 둔각이고, 이웃하는 제1 영구자석(28)과 제2 영구자석(29) 사이의 각은 예각을 이루게 배치될 수 있다. 즉 한 쌍의 제1 영구자석(28)이 형성하는 각 및 한 쌍의 제2 영구자석(29)이 형성하는 각은 둔각이고, 이웃하는 하나의 제1 영구자석(28)과 하나의 제2 영구자석(29)이 형성하는 각은 예각이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 및 제2 영구자석(28,29)은 각각 두 개일 수 있다. 한 쌍의 제1 영구자석(28) 사이의 각과, 한 쌍의 제2 영구자석(29) 사이의 각은 각각 90도 이상이고, 이웃하는 제1 영구자석(28)과 제2 영구자석(29) 사이의 각은 90도 이하가 되게 복수의 제1 및 제2 영구자석(28,29)은 회전자 철심(21)에 삽입 설치될 수 있다.
그리고 제4 실시예에서는 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 4개의 영구자석(22)이 배치되고, 한 쌍의 제1 영구자석(28)이 N극을 형성하고, 한 쌍의 제2 영구자석(29)이 S극을 형성하는 경우를 설명하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 4개 이상의 짝수의 영구자석(22)이 회전자 철심(21)에 삽입 설치되거나, 이웃하는 복수의 영구자석(22)은 서로 다른 극성을 갖도록 회전자 철심(21)에 삽입 설치될 수도 있다.
한편 제4 실시예에서는 영구자석이 제3 변(43) 및 제4 변(44)이 평행한 사다리꼴 형태를 예시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제3 변(43) 및 제4 변(44)은 서로 평행하지 않을 수도 있다. 물론 제3 변(43) 부분이 제4 변 보다는 두껍게 형성된다(a<b).
그리고 전술된 바와 같이 회전자 철심(21)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)의 외측의 가장자리 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍(27)이 형성되어 있다. 여기서 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 영구자석 삽입구멍(26)이 형성된 방향 즉, 회전자 철심(21)을 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 길쭉한 형태를 가지며, 회전자 철심(21)의 외곽에 배치되어 있다. 도체바 삽입구멍(27)은 영구자석(22)을 향하여 슬롯(slot)으로 형성될 수 있다. 예컨대 도체바 삽입구멍(27)은 길쭉한 타원형, 길쭉한 직사각형 형태에서 장변의 양단이 외측으로 볼록한 형태 등으로 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27) 사이의 간격이 일정하게 형성될 수 있다. 복수의 도체바 삽입구멍(27)은 자극의 중심 부분이 자극의 가장자리 부분에 비해서 길이가 짧게 형성될 수 있다(L1>L2). 바람직하게는 복수의 도체바 삽입구멍(26)의 길이는 자극의 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 점차적으로 길이가 짧아지게 형성하는 것이다.
또한 복수의 도체바(23)는 복수의 도체바 삽입구멍(27)에 각각 삽입되어 설치된다. 복수의 도체바(23) 사이의 간격이 일정하게 형성될 수 있다. 복수의 도체바(23)는 도체바 삽입구멍(27)에 다이캐스팅 방법으로 설치될 수 있다. 도체바(23)는 일반적으로 전기전도성이 우수하고 다이캐스팅이 가능한 알루미늄(Al) 소재를 사용할 수 있다. 다이캐스팅으로 형성되는 도체바(23)는 도체바 삽입구멍(27)의 형상에 대응되는 형태로 형성된다. 이때 복수의 도체바(23)의 길이는 전술된 복수의 도체바 삽입구멍(27)에 의해 자극의 중심 부분이 자극의 가장자리 부분에 비해서 짧게 형성된다. 이와 같이 복수의 도체바(23)를 형성함으로써, 자극을 형성하는 영구자석(22)과 도체바(28) 간의 거리는 자극의 중심 부분이 자극의 가장자리 부분에 비해서 길게 형성된다.
이와 같이 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23)의 길이(L1)를 자극의 가장자리 부분의 도체바(23)의 길이(L2) 보다는 짧게 형성하는 이유는, 도 10에 도시된 바와 같이, 공극자속밀도를 자극의 중심 부분으로 집속시켜 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하기 위해서이다. 즉 통상적인 경우 복수의 도체바는 회전축(30)의 중심을 향하여 방사형으로 설치되기 때문에, 회전자와 고정자 간의 공극자속밀도가 구형파를 형성하고, 이로 인해 발생되는 코깅 토오크로 인해 진동과 소음이 커졌다. 반면에 제4 실시예와 같이 자극의 중심 부분의 도체바(23)의 길이(L1)를 자극의 가장자리 부분의 도체바(23)의 길이(L2) 보다는 짧게 형성함으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현할 수 있다. 이로 인해 제4 실시예에 따른 동기형 모터(100b)의 구동시 발생되는 코깅 토오크를 줄여 동기형 모터(100b)의 구동시 진동 및 소음이 발생하는 것을 줄일 수 있다.
특히 복수의 도체바(23)의 길이는 자극의 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 점차적으로 작아지는 회전자 철심(21)에 삽입 설치함으로써, 공극자속밀도는 영구자석(22)의 자극의 중심 부분에서 가장 높고, 자극의 중심 부분에서 외곽으로 갈수록 공극자속밀도가 점차적으로 감소시킬 수 있기 때문에, 공극자속밀도를 사인파 형상에 더욱 가깝게 구현할 수 있다.
이와 같은 제4 실시예에 따른 동기형 모터(100b)는 회전자(20b)의 도체바(23)에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와, 고정자(10)의 권선(16)에 의하여 발생되는 자속의 상호작용에 의하여 발생되는 토오크에 의해 회전자(20b)가 회전을 시작하고, 기동되어 정격 운전시에는 회전자(20b)에 설치된 영구자석(22)의 자속과 고정자(10)에서 발생되는 자속의 상호 동기화되어 고정자(10)의 회전자계의 속도로써 운전한다.
이때 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)을 삽입 설치할 때, 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분(b)이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분(a)이 배치될 수 있도록 삽입 설치함으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하여 코깅 토오크를 줄이고 토크리플을 최소화 시켜 진동 및 소음 특성을 개선할 수 있다.
즉 회전자 철심(21)에 복수의 영구자석(22)을 삽입 설치할 때 자극의 중심 쪽은 두껍게 형성된 부분이 배치되고 자극의 가장자리 쪽은 얇게 형성된 부분이 배치함으로써, 도 10의 파형도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 자극의 가장자리 부분에 비해서 자극의 중심 부분에서 높은 자속을 발생시켜 공극 자속밀도를 사인파 형상으로 만들어 줄 수 있다. 이때 도 10의 파형도에서 가로축은 각도(θ)를 나타내고, 세로축은 자속밀도(B)를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 회전자(20b)에 두께가 다른 영구자석을 삽입 설치함으로써, 공극자속밀도가 사인파 형상으로 구현되는 것을 확인할 수 있다.
또한 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23)의 길이(L1)를 자극의 가장자리 부분의 도체바(23)의 길이(L2) 보다는 짧게 형성함으로써, 공극자속밀도를 자극의 중심 부분으로 집속시켜 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현할 수 있다.
제5 실시예
한편 제4 실시예에서는 복수의 도체바(23) 사이의 간격이 일정하게 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 도 11에 도시된 바와 같이, 복수의 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23) 간의 간격(d1)을 자극의 가장자리 부분의 도체바(23) 간의 간격(d2) 보다는 넓게 형성할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 동기형 모터의 회전자(120b)를 보여주는 평면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 회전자(120b)는 복수의 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23) 간의 간격(d1)을 자극의 가장자리 부분의 도체바(23) 간의 간격(d2) 보다는 넓게 형성되는 것을 제외하면 제4 실시예에 따른 회전자(도 8의 20b)와 동일한 구조를 갖기 때문에, 복수의 도체바(23)가 회전자 철심(21)에 설치된 구조를 중심으로 설명하면 다음과 같다.
여기서 복수의 도체바(23)는 복수의 도체바 삽입구멍(27)에 각각 삽입되어 설치된다. 복수의 도체바(23) 사이의 간격은 전술된 복수의 도체바 삽입구멍(27)에 의해 자극의 중심 부분이 자극의 가장자리 부분에 비해서 넓게 형성된다.
이와 같이 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23) 간의 간격(d1)을 자극의 가장자리 부분의 도체바(23) 간의 간격(d2) 보다는 넓게 형성하는 이유는, 공극자속밀도를 자극의 중심 부분으로 집속시켜 공극자속밀도를 사인파 형상으로 구현하기 위해서이다. 제2 실시예와 같이 영구자석(22)이 형성하는 자극의 중심 부분의 도체바(23)의 길이를 자극의 가장자리 부분의 도체바(23)의 길이 보다는 짧게 형성하고, 동시에 자극의 중심 부분의 도체바(23) 간의 간격(d1)을 자극의 가장자리 부분의 도체바(23) 간의 간격(d2) 보다는 넓게 형성함으로써, 공극자속밀도를 사인파 형상에 더욱 가깝게 구현할 수 있다. 따라서 제2 실시예에 따른 동기형 모터의 구동시 발생되는 코깅 토오크를 줄일 수 있고, 이로 인해 동기형 모터의 구동시 진동 및 소음이 발생하는 것을 줄일 수 있다.
특히 복수의 도체바(23) 사이의 간격은 자극의 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 좁아지게 회전자 철심(21)에 삽입 설치함으로써, 공극자속밀도는 영구자석(22)의 자극의 중심 부분에서 가장 높고, 자극의 중심 부분에서 외곽으로 갈수록 공극자속밀도가 점차적으로 감소시킬 수 있기 때문에, 공극자속밀도를 사인파 형상에 더욱 가깝게 구현할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

Claims (14)

  1. 고정자의 회전자 삽입구멍에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 모터의 회전자로서,
    중심 부분에 회전축이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전축 삽입구멍의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍이 형성되어 있는 회전자 철심;
    상기 복수의 영구자석 삽입구멍에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성하는 복수의 영구자석;을 포함하며,
    상기 복수의 영구자석은 각각 자극의 중심으로부터의 거리에 따라 상이한 두께를 가지되, 자극의 중심 쪽에 두껍게 형성된 부분이 배치되고, 자극의 가장자리 쪽에 얇게 형성된 부분이 배치되는 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 영구자석은,
    상기 회전축 삽입구멍을 중심으로 서로 대칭되게 설치되며, 상기 회전축에 수직한 방향의 단면이 사다리꼴 형태를 가지며, 상기 회전축 삽입구멍과 마주보는 변이 상기 회전축 삽입구멍과 마주보는 변과 이웃하는 변보다는 긴 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 영구자석은 각각,
    상기 회전축 삽입구멍과 마주보는 제1 변과,
    상기 제1 변과 마주보는 제2 변;
    상기 제1 변과 제2 변의 한쪽 끝을 서로 연결하며, 상기 제1 및 제2 변보다는 짧으며, 자극의 중심 부분에 배치되는 제3 변;
    상기 제1 변과 제2 변의 다른 쪽 끝을 서로 연결하며, 상기 제3 변보다는 짧으며, 자극의 가장자리 부분에 배치되는 제4 변;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 영구자석은,
    상기 N극을 형성하며 서로 이웃하는 한 쌍의 제1 영구자석;
    상기 S극을 형성하며 서로 이웃하는 한 쌍의 제2 영구자석;을 포함하며,
    상기 한 쌍의 제1 영구자석은 서로 마주보는 쪽에 두껍게 형성된 부분이 배치되고, 반대 쪽은 얇게 형성된 부분이 배치되고,
    상기 한 쌍의 제2 영구자석은 서로 마주보는 쪽에 두껍게 형성된 부분이 배치되고, 반대 쪽은 얇게 형성된 부분이 배치되는 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1 영구자석이 형성하는 각 및 한 쌍의 제2 영구자석이 형성하는 각은 둔각이고, 이웃하는 하나의 제1 영구자석과 하나의 상기 제2 영구자석이 형성하는 각은 예각인 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 철심은 상기 복수의 영구자석 삽입구멍 외측의 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍이 형성되어 있으며,
    상기 복수의 도체바 삽입구멍에 각각 삽입되어 설치되는 복수의 도체바;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 도체바 사이의 간격은 일정한 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 영구자석은
    상기 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 상기 도체바 간의 간격은 상기 자극의 가장자리 부분의 상기 도체바 간의 간격 보다는 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 도체바 사이의 간격은 자극의 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 상기 도체바 삽입구멍 간의 간격은 상기 자극의 가장자리 부분의 상기 도체바 삽입구멍 간의 간격 보다는 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 영구자석은
    상기 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 상기 도체바의 길이는 상기 자극의 가장자리 부분의 상기 도체바의 길이 보다는 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터의 회전자.
  12. 회전자와;
    중심 부분에서 상기 회전자가 삽입 설치되는 회전자 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전자 삽입구멍의 내주면에 코일이 권선된 고정자;를 포함하며,
    상기 회전자는
    중심 부분에 회전축이 삽입 설치되는 회전축 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전축 삽입구멍의 둘레에 복수의 영구자석 삽입구멍이 형성되어 있는 회전자 철심;
    상기 복수의 영구자석 삽입구멍에 각각 삽입되어 N극과 S극을 형성하는 복수의 영구자석;을 포함하며,
    상기 복수의 영구자석은 각각 자극의 중심으로부터의 거리에 따라 상이한 두께를 가지되, 자극의 중심 쪽에 두껍게 형성된 부분이 배치되고, 자극의 가장자리 쪽에 얇게 형성된 부분이 배치되는 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 영구자석은
    상기 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 상기 도체바 간의 간격은 상기 자극의 가장자리 부분의 상기 도체바 간의 간격 보다는 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터.
  14. 제12항에 있어서, 상기 복수의 영구자석은
    상기 복수의 영구자석이 형성하는 자극의 중심 부분의 상기 도체바의 길이는 상기 자극의 가장자리 부분의 상기 도체바의 길이 보다는 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 두께가 다른 영구자석을 갖는 모터.
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