WO2014104824A1 - 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자 - Google Patents

고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자 Download PDF

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WO2014104824A1
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permanent magnet
insertion hole
high torque
magnetic
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방량
박용주
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주식회사 효성
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Definitions

  • the present invention relates to a rotor of a buried permanent magnet synchronous motor having a high torque providing structure.
  • an outer magnetic part and an outer magnetic part are provided between a shaft insertion hole axially formed at the center of the rotor core and an outer peripheral part of the rotor core.
  • a high torque providing portion made of an inner magnetic portion surrounding the inner portion of the portion is embedded.
  • an AC motor is classified into an AC induction motor and an AC synchronous motor.
  • an armature winding is provided on the stator side of the AC synchronous motor and a field winding is provided on the rotor side
  • the rotor is excited by excitation of the field winding disposed on the rotor. It becomes an electromagnet, and a three-phase alternating current is applied to the stator to rotate the rotor in synchronization with the rotor field.
  • An AC synchronous motor in which the rotor's electromagnet is replaced with a permanent magnet is called a permanent magnet motor, and a form in which the permanent magnet is buried inside the rotor is called an interior permanent magnet motor.
  • the embedded permanent magnet motor (motor) 60 is shown in Figs. 1 and 2, and in combination with the field weakening control technique, it is possible to obtain a wide range of outputs from low speed to high speed rotation, and inductance spatially with respect to the air gap direction. It has an asymmetry and is configured to increase torque density.
  • the motor 60 is integrally formed with a bracket 62 having a bolt through hole 621 formed under the motor housing 61 having the cooling fin 611 formed therein, and a coil 631 inside the motor housing 61. Hollow stator (63) wound around is coupled.
  • a rotor 65 through which the shaft 64 penetrates is inserted, and the shaft 64 exposed to both sides of the rotor 65 is bearing 661 to both sides of the motor housing 61. It is configured to be rotated in the stator 63 by the provided housing cap 66.
  • the rotor 65 is provided with a permanent magnet 67 having a wide V-shape to be symmetric about the shaft 64 so that the rotor 65 is embedded in the rotor 65 in the process of driving the electric motor 60. It is rotated at high speed by the magnetic flux generated by the permanent magnet 67.
  • the present invention is to increase the space utilization by increasing the torque density generated in the permanent magnet to increase the output in the permanent magnet synchronous motor having the same size while reducing the size of the motor.
  • the present invention is a rotor core (10); A shaft insertion hole 11 formed to axially penetrate the center of the rotor core 10; And a high torque providing portion 20 embedded between the shaft insertion hole 11 and the outer circumferential portion of the rotor core 10.
  • the inner magnetic part 22 is formed on the inner part of the rotor core 10 so as to surround the inner part of the outer magnetic part 21.
  • the outer magnetic part 21 may include an outer left insertion hole 211 formed in parallel with the tangential direction of the rotor core 10; An outer light insertion hole 212 symmetrically formed in the outer left insertion hole 211; An outer left magnetic piece 23 inserted into the outer left insertion hole 211; And an outer light magnetic piece 24 inserted into the outer light insertion hole 212.
  • outer left magnetic piece 23 is characterized by being formed asymmetrically longer or shorter than the outer light magnetic piece 24.
  • the inner magnetic portion 22 has an inner magnetic insertion hole 221 having a " ⁇ " shape formed inside the rotor core 10 and inner magnetics respectively inserted into both sides of the inner magnetic insertion hole 221. It is composed of a piece 25, characterized in that the leakage magnetic flux restriction space portion 222 is formed at the end of the inner magnetic insertion hole 221.
  • the inner magnetic portion 22 is characterized in that the left and right sides are formed to have a symmetrical form.
  • the inner magnetic portion 22 is a rotor of a buried permanent magnet synchronous motor having a high torque providing structure, characterized in that formed to have an asymmetrical form.
  • the present invention provides a permanent magnet between the shaft insertion hole axially formed in the center of the rotor core and the inner magnetic portion surrounding the inner portion of the outer magnetic portion and the outer magnetic portion of the rotor core so that the high torque providing portion is embedded.
  • the torque density generated in the inner magnetic part and the outer magnetic part can be increased.
  • the size of the electric motor can be further reduced or reduced in weight, thereby obtaining an effect of increasing space utilization.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a buried permanent magnet motor according to the prior art.
  • Figure 2 is a longitudinal sectional view of a buried permanent magnet motor according to the prior art.
  • Figure 3 is a perspective view of the embedded permanent magnet electric motor according to the present invention.
  • Figure 4 is an exploded perspective view of the embedded permanent magnet motor according to the present invention.
  • Figure 5 is a longitudinal sectional view of the embedded permanent magnet motor according to the present invention.
  • Rotor of embedded permanent magnet synchronous motor having high torque providing structure as shown in Figs. 3 to 5, the rotor core 10 and the rotor core 10 embedded near the outer periphery of the rotor core 10 Consisting of the torque density providing unit 20, the same reference numerals are used for the same configurations as in the prior art.
  • the rotor core 10 is rotatably coupled to the inside of the embedded permanent magnet motor 60 as shown in Figs. 3 to 5 of the motor housing 61 in which the cooling fin 611 is formed.
  • a bracket 62 having a bolt through hole 621 is formed at a lower portion thereof, and a stator 63 in which a coil 631 is wound is coupled to an inside of the motor housing 61.
  • the rotor core 10 which is the gist of the present invention in which the shaft 64 is coupled to penetrate the inside of the stator 63 is inserted, and the shaft 64 exposed to both sides of the rotor core 10 is an electric motor. Both sides of the housing 61 may be rotated in the stator 63 by the housing cap 66 provided with the bearing 661.
  • the rotor core 10 is formed to have a diameter smaller than the inner diameter of the stator 63 and is configured to prevent direct mutual interference from being rotated, and a shaft insertion hole having a predetermined diameter in the center thereof. 11) is formed and the shaft 64 is coupled in an interference fit form.
  • the high torque density providing unit 20 is to improve the torque density generated in the rotor core 10 is buried between the shaft insertion hole 11 and the outer peripheral edge of the rotor core 10.
  • the high torque providing unit 20 has an outer magnetic part 21 formed at an inner circumferential part of the rotor core 10, and surrounds the inner part of the outer magnetic part 21. It consists of the inner magnetic part 22 formed in the inner part of the ().
  • the outer magnetic part 21 has an outer light insertion hole 212 symmetrically formed in the outer left insertion hole 211 formed in parallel with the tangential direction of the rotor core 10.
  • outer left magnetic piece 23 is inserted into the outer left insertion hole 211, and an outer light magnetic piece 24 is inserted into the outer light insertion hole 212.
  • the outer left magnetic piece 23 is formed to be asymmetrically longer than the outer light magnetic piece 24, as shown in an enlarged upper left portion of FIG. 5, and preferably has a shorter portion having a synchronous rotation direction. Do.
  • the outer left magnetic piece 23 is formed to be asymmetrically longer than the outer light magnetic piece 24, but as shown in the upper right side of FIG. 5 in addition to the shape, the outer left magnetic piece 23 is formed.
  • the outer light magnetic piece 24 can be made to have the same length.
  • the inner magnetic portion 22 is formed in the inner side of the outer magnetic portion 21 formed in the rotor core 10 and has an inner magnetic insertion hole 221 having a ⁇ shape on both sides of the inner magnetic insertion hole 221. It consists of the inner magnetic pieces 25 inserted in each.
  • the inner magnetic portion 22 has a symmetrical wedge shape, but in addition to this shape, one of the left or right side may have a longer asymmetric shape.
  • a leakage magnetic flux restricting space portion 222 is formed to block leakage of the magnetic flux generated in the inner magnetic piece 25.
  • the embedded permanent magnet synchronous motor is a magnetic flux by the outer magnetic portion 21 and the inner magnetic portion 22 embedded in the rotor core 10 while three-phase alternating current is applied to the coil 631 of the stator 63. As a result, the rotor core 10 is rotated at a high speed.
  • the present invention relates to a rotor of a buried permanent magnet synchronous motor having a high torque providing structure, which can be used in the field of electric motors.

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Abstract

본 발명은 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 회전자 코어와; 상기 회전자 코어의 중심에 축방향으로 관통되게 형성된 샤프트 삽입홀; 및 상기 샤프트 삽입홀과 회전자 코어의 외주연부 사이에 매립된 고토크 제공부로 구성됨을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 영구자석인 아우터 마그네틱부와 아우터 마그네틱부에서 발생되는 토크밀도가 증가될 수 있도록 하여 출력이 증가되도록 하고, 이를 통해 전동기의 크기를 소형화 내지는 경량화할 수 있도록 한 것이다.

Description

고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자
본 발명은 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자에 관한 것으로서, 특히 회전자 코어의 중심에 축방향으로 형성된 샤프트 삽입홀과 회전자 코어의 외주연부 사이에 아우터 마그네틱부와 아우터 마그네틱부의 내측 부분을 감싸는 인너 마그네틱부로 이루어진 고 토크 제공부가 매립되도록 한 것이다.
일반적으로 교류 전동기는 교류 유도 모터와 교류 동기 모터로 구분되어지고, 교류 동기 모터 중 고정자측에 전기자 권선이 회전자측에 계자 권선이 구비된 경우, 회전자에 배치한 계자 권선을 여자하여 회전자가 전자석으로 되고, 고정자에 3상 교류를 인가하여 회전자계에 동기하여 회전자가 회전하게 된다.
회전자의 전자석이 영구자석으로 치환된 형태의 교류 동기 모터를 영구자석 모터(전동기)라하고, 영구자석이 회전자의 내부에 묻혀 있는 형태를 매립형 영구 자석 모터(Interior Permanent Magnet Motor)라 한다.
매립형 영구자석 모터(전동기)(60)는 도1 및 도2에 도시되어진 것으로 약계자 제어 기술과의 조합으로 저속에서 고속 회전까지 광범위하게 출력을 얻는 것이 가능하고, 공극 방향에 대해 인덕턴스의 공간적인 비대칭성을 가지고 있어 토크 밀도를 높일 수 있도록 구성되어 있다.
이러한 전동기(60)는 냉각핀(611)이 형성된 전동기 하우징(61)의 하부에 볼트관통홀(621)이 형성된 브라켓(62)이 일체로 형성되고, 전동기 하우징(61)의 내부에 코일(631)이 권취된 중공형태의 고정자(63)가 결합되어 있다.
고정자(63)의 내부에는 샤프트(64)가 관통된 회전자(65)가 삽입되고, 회전자(65)의 양측으로 노출된 샤프트(64)는 전동기 하우징(61)의 양측으로 베어링(661)이 구비된 하우징캡(66)에 의하여 고정자(63)의 내부에서 회전 될 수 있도록 구성되어 있다.
회전자(65)는 내부에는 폭이 넓은 V형태를 갖는 영구자석(67)이 샤프트(64)를 중심으로 대칭되도록 구비되어 전동기(60)가 구동되는 과정에서 회전자(65)의 내부에 매립된 영구자석(67)에서 발생된 자속에 의해 고속으로 회전된다.
그러나 회전자(65)에 매립된 영구자석(67)에서 발생되는 토크밀도가 적어 구동력이 낮아지는 문제점이 있었다.
또한 구동력을 높이기 위해 회전자를 크게 할 경우에는 전체적으로 영구자석 동기 전동기가 커져 공간활용율이 낮아지는 또 다른 문제점이 있었다.
본 발명은 영구자석에서 발생되는 토크밀도가 증가되도록 하여 동일한 크기를 갖는 영구자석 동기 전동기에 있어 출력이 증가되도록 하는 가운데 전동기의 크기를 소형화 내지는 경량화하여 공간활용율을 높일 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 회전자 코어(10)와; 상기 회전자 코어(10)의 중심에 축방향으로 관통되게 형성된 샤프트 삽입홀(11); 및 상기 샤프트 삽입홀(11)과 회전자 코어(10)의 외주연부 사이에 매립된 고토크 제공부(20)로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 고토크 제공부(20)는 회전자 코어(10)의 외주연부 내측 부분에 형성된 아우터 마그네틱부(21)와; 상기 아우터 마그네틱부(21)의 내측 부분을 감싸도록 회전자 코어(10)의 내측 부분에 형성된 인너 마그네틱부(22)로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 아우터 마그네틱부(21)는 회전자 코어(10)의 접선 방향과 평행하게 형성된 아우터 레프트 삽입홀(211)과; 상기 아우터 레프트 삽입홀(211)에 대칭되게 형성된 아우터 라이트 삽입홀(212)과; 상기 아우터 레프트 삽입홀(211)에 삽입된 아우터 레프트 마그네틱편(23); 및 상기 아우터 라이트 삽입홀(212)에 삽입된 아우터 라이트 마그네틱편(24)으로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 아우터 레프트 마그네틱편(23)은 상기 아우터 라이트 마그네틱편(24) 보다 길거나 짧게 비대칭으로 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 인너마그네틱부(22)는 회전자 코어(10)의 내측에 형성된 "∨"형태를 갖는 인너 마그네틱 삽입홀(221)과 상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 양측에 각각 삽입된 인너마그네틱편(25)으로 구성되되, 상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 끝에 누설자속 규제공간부(222)가 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 인너마그네틱부(22)는 좌측과 우측이 대칭적인 형태를 갖도록 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 인너마그네틱부(22)는 비대칭적인 형태를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
본 발명은 회전자 코어의 중심에 축방향으로 형성된 샤프트 삽입홀과 회전자 코어의 외주연부 사이에 아우터 마그네틱부와 아우터 마그네틱부의 내측 부분을 감싸는 인너 마그네틱부로 이루어진 고 토크 제공부가 매립되도록 함으로써, 영구자석인 아우터 마그네틱부와 아우터 마그네틱부에서 발생되는 토크밀도가 증가될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 동일한 크기를 갖는 영구자석 동기 전동기에 있어 출력이 증가될 수 있는 효과를 더 얻을 수 있다.
아울러 이를 통해 전동기의 크기를 소형화 내지는 경량화하여 공간활용율을 높일 수 있는 효과를 더 얻을 수 있다.
도1은 종래 기술에 따른 매립형 영구자석 전동기의 분해 사시도.
도2는 종래 기술에 따른 매립형 영구자석 전동기의 종단면도.
도3은 본 발명에 따른 매립형 영구자석 전동기의 사시도.
도4는 본 발명에 따른 매립형 영구자석 전동기의 분해 사시도.
도5는 본 발명에 따른 매립형 영구자석 전동기의 종단면도.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자 도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 회전자 코어(10) 및 회전자 코어(10)의 외주연부 근처에 매립된 고 토크밀도 제공부(20)로 구성된 것으로 종래와 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 사용한다.
여기에서, 상기 회전자 코어(10)는 도3 내지 도5에 도시된 바와 같은 매립형 영구자석 전동기(60)의 내부에 회전 가능하게 결합된 것으로 냉각핀(611)이 형성된 전동기 하우징(61)의 하부에 볼트관통홀(621)이 형성된 브라켓(62)이 형성되고, 전동기 하우징(61)의 내부에 코일(631)이 권취된 고정자(63)가 결합된다.
상기 고정자(63)의 내부에는 샤프트(64)가 관통되게 결합된 본 발명의 요지인 회전자 코어(10)가 삽입되고, 상기 회전자 코어(10)의 양측으로 노출된 샤프트(64)는 전동기 하우징(61)의 양측으로 베어링(661)이 구비된 하우징캡(66)에 의하여 고정자(63)의 내부에서 회전 될 수 있게 된다.
상기 회전자 코어(10)는 고정자(63)의 내경 보다 적은 직경을 갖도록 형성되어 회전되는 과정에서 직접적인 상호 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있게 구성되어 있고, 중앙에는 소정 직경을 갖는 샤프트 삽입홀(11)이 형성되어 샤프트(64)가 억지끼워맞춤 형태로 결합된다.
상기 고 토크밀도 제공부(20)는 회전자 코어(10)에서 발생되는 토크밀도가 향상되도록 한 것으로 상기 샤프트 삽입홀(11)과 회전자 코어(10)의 외주연부 사이에 매립된다.
이러한 상기 고 토크 제공부(20)는 회전자 코어(10)의 외주연부 내측 부분으로 아우터 마그네틱부(21)가 형성되고, 상기 아우터 마그네틱부(21)의 내측 부분을 감싸도록 회전자 코어(10)의 내측 부분으로 형성된 인너 마그네틱부(22)로 구성된다.
여기에서, 상기 아우터 마그네틱부(21)는 회전자 코어(10)의 접선 방향과 평행하게 형성된 아우터 레프트 삽입홀(211)에 대칭되게 아우터 라이트 삽입홀(212)이 형성된다.
상기 아우터 레프트 삽입홀(211)에는 아우터 레프트 마그네틱편(23)이 삽입되고, 상기 아우터 라이트 삽입홀(212)에는 아우터 라이트 마그네틱편(24)이 삽입된다. 이때, 상기 아우터 레프트 마그네틱편(23)은 도5의 상부 좌측에 확대 도시된 바와 같이, 아우터 라이트 마그네틱편(24) 보다 길게 비대칭되게 형성되도록 하고, 짧게 형성된 부분이 동기회전 방향을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 아우터 레프트 마그네틱편(23)이 아우터 라이트 마그네틱편(24) 보다 길게 비대칭되게 형성되도록 하였으나, 이러한 형태 이외에 도5의 상부 우측에 도시된 바와 같이, 상기 아우터 레프트 마그네틱편(23)과 아우터 라이트 마그네틱편(24)이 동일한 길이를 갖도록 할 수 있다.
상기 인너마그네틱부(22)는 회전자 코어(10)에 형성된 아우터 마그네틱부(21)의 내측으로 형성된 것으로 ∨형태를 갖는 인너 마그네틱 삽입홀(221)과 상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 양측에 각각 삽입된 인너마그네틱편(25)으로 구성된다.
한편, 본 발명에서는 인너마그네틱부(22)가 대칭적인 ∨형태를 갖는 것으로 하였으나, 이러한 형태 이외에 좌측 또는 우측 중 일방의 길이가 더 긴 비대칭적인 형태를 갖도록 할 수 있다.
상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 끝에는 누설자속 규제공간부(222)가 형성되어 인너마그네틱편(25)에서 발생된 자속이 누설되는 것을 차단할 수 있도록 구성된다.
이와 같은 매립형 영구자석 동기 전동기는 고정자(63)의 코일(631)에 3상 교류가 인가됨과 동시에 회전자 코어(10)에 매립된 아우터 마그네틱부(21)와 인너마그네틱부(22)에 의한 자속에 의하여 회전자 코어(10)가 고속으로 회전되게 된다.
이러한 과정에서 아우터 레프트 마그네틱편(23)과 아우터 라이트 마그네틱편(24)의 길이가 비대칭되게 형성됨으로써, 동기회전방향으로 밀어주는 힘인 고밀도토크가 크게 되어 고출력을 얻을 수 있게 된다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자에 관한 것으로서, 전동기 분야에 이용가능하다.

Claims (8)

  1. 회전자 코어(10)와;
    상기 회전자 코어(10)의 중심에 축방향으로 관통되게 형성된 샤프트 삽입홀(11); 및
    상기 샤프트 삽입홀(11)과 회전자 코어(10)의 외주연부 사이에 매립된 고토크 제공부(20)로 구성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고토크 제공부(20)는 회전자 코어(10)의 외주연부 내측 부분에 형성된 아우터 마그네틱부(21)와;
    상기 아우터 마그네틱부(21)의 내측 부분을 감싸도록 회전자 코어(10)의 내측 부분에 형성된 인너 마그네틱부(22)로 구성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 아우터 마그네틱부(21)는 회전자 코어(10)의 접선 방향과 평행하게 형성된 아우터 레프트 삽입홀(211)과;
    상기 아우터 레프트 삽입홀(211)에 대칭되게 형성된 아우터 라이트 삽입홀(212)과;
    상기 아우터 레프트 삽입홀(211)에 삽입된 아우터 레프트 마그네틱편(23)과;
    상기 아우터 라이트 삽입홀(212)에 삽입된 아우터 라이트 마그네틱편(24)으로 구성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아우터 레프트 마그네틱편(23)은 상기 아우터 라이트 마그네틱편(24) 과 대칭되게 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 아우터 레프트 마그네틱편(23)은 상기 아우터 라이트 마그네틱편(24) 보다 길거나 짧게 비대칭으로 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 인너마그네틱부(22)는 회전자 코어(10)의 내측에 형성된 "∨"형태를 갖는 인너 마그네틱 삽입홀(221)과 상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 양측에 각각 삽입된 인너마그네틱편(25)으로 구성되되, 상기 인너 마그네틱 삽입홀(221)의 끝에 누설자속 규제공간부(222)가 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인너마그네틱부(22)는 좌측과 우측이 대칭적인 형태를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 인너마그네틱부(22)는 비대칭적인 형태를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자.
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