WO2015065088A1

WO2015065088A1 - 자석 매립형 모터 및 자석 매립형 모터를 가지는 압축기

Info

Publication number: WO2015065088A1
Application number: PCT/KR2014/010344
Authority: WO
Inventors: 무카이카츠히사; 하쿠에이코우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2015-05-07
Also published as: JP2015122936A; US20160285330A1; EP3029808A4; US10075034B2; EP3029808A1; EP3029808B1

Abstract

본 발명은 저진동, 고효율 및 강성(고회전)을 고려한 전체 균형이 우수한 모터를 제공한다. 원통형을 이루는 요크 내주부에 중심축을 향해 형성된 복수의 티스를 가지며, 복수의 티스에 분포 감기로 코일이 감긴 스테이터와, 스테이터 내부에 회전할 수 있게 설치되어 중심축 측에 볼록하게 V자 형상으로 배치된 2개의 영구자석으로 된 복수의 자극이 원주 방향으로 등 간격으로 형성된 로터를 구비하고, 로터는 2개 영구자석의 각각 지름 방향 외측 단부에 형성된 공극으로 이루어진 외측 플럭스 배리어와, 2개 영구자석의 각각 지름 방향 내측 단부에 형성된 공극으로 이루어진 내측 플럭스 배리어를 가지며, 2개 영구자석의 각각 내측 플럭스 배리어는 서로 공간적으로 연결되어 있고, 외측 플럭스 배리어보다 지름 방향 외측에 형성되는 브리지부의 자속 밀도를 1.8 ~ 1.9T로 한다.

Description

자석 매립형 모터 및 자석 매립형 모터를 가지는 압축기

본 발명은 자석 매립형 모터 및 자석 매립형 모터를 가지는 압축기에 관한 것이다.

종래에는 고효율 모터로서 마그넷 토크 외에 릴럭턴스 토크(reluctance torque)를 이용한 자석 매립형 모터(이하, IPM 모터)가 사용되고 있었다. 릴럭턴스 토크란, d축 인덕턴스(Ld)와 q축 인덕턴스(Lq)의 돌극성(

)을 이용하여 발생시키는 힘이며 Ld와 Ld에 돌극성을 갖도록 하기 위하여 영구자석을 V자 형태로 배치하는 경우가 많았다. 그런데 단지 영구자석을 V자 형태로 배치하는 것만으로는 자석과 스테이터 사이에 흐르는 자속(

)이 불균일해져 코깅 토크가 증대하기 때문에 모터 구동 시에 토크 리플 증대 및 진동 증대로 이어졌다.

이 때문에 코깅 토크를 낮추기 위해서 일본특허출원공개공보 2013-99193호에 나타낸 바와 같이 로터 형상을 변경하거나 일본특허출원공개공보 2011-234601호에 나타낸 바와 같이 스테이터의 티스(teeth) 형상을 변경하거나 혹은 일본특허출원공개공보 2011-101595호에 나타낸 바와 같이 로터에 슬릿을 형성하는 등의 구성을 생각할 수도 있다.

여기서 로터에 매립되는 자석 배치와 관련하여는 통상의 자극(

) 간 거리, 각 자극을 구성하는 자석 간 거리, 자석 각도, 자석 길이를 최적화함으로써 코깅 토크를 줄이는 경우가 많았다. 이 경우 가장 효과적인 수단은 자극 간 거리를 변화시키는 것이다. 왜냐하면, 코깅 토크란 자석과 스테이터 간에 발생하는 흡인력이기 때문에 가능한 한 티스에 흐르는 자속을 균일하게 할 필요가 있다.

예를 들면, 자극 간 거리가 너무 멀면 티스에 흐르는 자속이 불균일해져 코깅 토크가 증가한다. 한편, 자극 간 거리가 너무 가까우면 코깅 토크는 감소하지만 자석 간에 자속의 합선(

)이 발생하고 유기(

) 전압이 감소하여 모터 효율이 떨어진다. 이 때문에 자극 간 거리를 결정할 때에는 많은 해석이나 평가가 필요하고 자속 흐름을 변경함으로써 유기 전압이 저하하여 모터 효율이 나빠지는 경우가 많았다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

일본특허출원공개공보 2013-99193호

일본특허출원공개공보 2011-234601호

일본특허출원공개공보 2011-101595호

상술한 문제를 해결하기 위하여 개시된 본 발명의 일 측면은 저진동, 고효율 및 강성(

; 고회전)을 고려한 모든 면에서 균형이 뛰어난 자석 매립형 모터 및 자석 매립형 모터를 가지는 압축기를 제안하고자 한다.

이를 위해 본 발명의 일 측면에 의한 자석 매립형 모터는, 원통형을 이루는 요크 내주부에 중심축을 향해 형성된 복수의 티스를 가지며, 복수의 티스에 코일이 감긴 스테이터; 및 스테이터의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 2개의 영구자석으로 구성된 복수의 자극이 원주 방향으로 등 간격으로 형성된 로터를 포함하고, 로터는, 2개의 영구자석의 각각 지름 방향 외측 단부에 형성된 공극으로 이루어진 외측 플럭스 배리어와, 2개의 영구자석의 각각 지름 방향 내측 단부에 형성된 공극으로 이루어진 내측 플럭스 배리어를 더 포함하고, 2개의 영구자석의 각각 내측 플럭스 배리어는 서로 공간적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

복수의 자극은, 중심축으로 볼록하게 V자 형상으로 배치된 2개의 영구자석을 각각 포함한다.

로터는, 2개의 영구자석이 삽입되는 구멍이 외주 둘레를 따라 복수 개 형성된 회전자 철심을 더 포함하고, 2개의 영구자석은, 회전자 철심의 회전 중심으로부터 지름 방향 외측으로 감에 따라 점차 이간되게 V자 형상으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의한 자석 매립형 모터는, 회전자 철심의 외주 면을 따라 형성된 브리지부를 더 포함하고, 브리지부는, 외측 플럭스 배리어보다 지름 방향 외측에 형성되는 것을 특징으로 한다.

브리지부의 자속 밀도는 브리지부의 폭 치수에 따라 달라지며, 브리지부의 자속 밀도를 1.8 ~ 1.9T로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 자석 매립형 모터는, 중심축으로 볼록하게 V자 형상으로 배치된 2개의 영구자석의 내측 플럭스 배리어가 서로 공간적으로 연결되어 있기 때문에 마그넷 토크를 최대화할 수 있다. 이에 따라 2개의 영구자석 지름 방향 외측 단부에 외측 플럭스 배리어를 마련하여 외측 플럭스 배리어보다 지름 방향 외측에 형성되는 브리지부의 자속 밀도를 1.8~1.9T로 함으로써 로터 강도 및 릴럭턴스 토크를 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명에 의하면 저진동, 고효율 및 강성(고회전)을 고려한 모든 면에서 균형이 뛰어난 모터를 제공할 수 있다. 구체적인 실험 자료에 대해서는 후술한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의한 자석 매립형 모터는, 자극 간 거리와 티스의 폭 치수와의 관계에 착목하여 코깅 토크를 줄이는 구성(자극 간 거리)에 대하여 연구 검토하였다. 그리고 본 발명은 유기 전압의 감소를 억제하면서 코깅 토크를 줄이는 구성에서 자극 간 거리와 티스 폭 치수와의 사이에 특유한 관계가 있음을 발견하였다.

즉, 서로 인접하는 자극 간에 형성된 자극 간 거리를 A로 하고, 티스의 폭 치수를 B로 할 때에 A = k×B의(단, k는 1.65~1.75) 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 자극 간 거리(A)와 티스 폭 치수(B)가 A = k×B(단, k는 1.65~1.75)의 관계를 만족하므로 유기 전압의 감소를 억제하면서 코깅 토크를 줄일 수 있다. 구체적인 실험 자료에 대해서는 후술한다.

자극 간 거리는, 서로 인접하는 자극에서 서로 인접하는 외측 플럭스 배리어 간에 형성되는 자속 통로의 폭 치수인 것이 바람직하다.

외측 플럭스 배리어는, 영구자석의 지름 방향 외측 단면으로부터 해당 영구자석의 평판 방향에 따라 외측에 형성된 제1 공간 부분과, 브리지부의 폭 치수가 같도록 영구자석보다 V자 외측에 형성된 제2 공간 부분을 가지는 것이 바람직하다.

이렇게 함으로써 제1 공간 부분 및 제2 공간 부분으로 나누어 외측 플럭스 배리어의 형상을 변경시킬 수 있고, 브리지부 형상도 제1 공간 부분 및 제2 공간 부분으로 나누어 변경시킬 수 있다.

외측 플럭스 배리어의 외측 단부의 원주 방향 치수는 브리지부의 폭 치수에 대해 5배 이상인 것이 바람직하다.

또한, V자 형상으로 배치된 영구자석의 개방 각도는 100°에서 120°이며, V자 형상으로 배치된 영구자석의 V자 정점(

)은 티스의 중심 선상에 위치하는 상태에서 영구자석의 지름 방향 외측 단부에 가장 가까운 위치의 티스 선단면이 로터 외주 면에서의 상기 V자 형상으로 배치된 영구자석의 내측 부분에 대향하는 것이 바람직하디.

이렇게 함으로써 영구자석의 지름 방향 외측 단부에 가장 가까운 위치의 티스에 자속이 유입되는 영역을 확보할 수 있고, 복수의 티스에 흐르는 자속을 균일하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의한 자석 매립형 모터는, 티스 간에 형성된 슬롯이 서로 인접하는 자극 간에 상대하여 1.5 ~ 3개 위치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이렇게 함으로써 티스 간에 형성된 슬롯이 서로 인접한 자극 간에 상대하여 1.5 ~ 3개 위치하므로 출력 토크를 증대시켜 고속 회전 역을 확대할 수 있다. 구체적인 실험 자료에 대해서는 후술한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의한 자석 매립형 모터는, 자극을 구성하는 2개의 영구자석의 지름 방향 내측 단부가 서로 밀착하는 것이 바람직하다.

이렇게 함으로써 d축 인덕턴스(Ld)가 감소하므로 릴럭턴스 토크를 크게 할 수 있고 출력 토크를 보다 증대시킬 수 있다.

또한, 상술한 자석 매립형 모터를 가지는 압축기나 압축기를 사용하는 공기 조화기 및 냉동 장치도 본 발명의 실시예로 구현 가능하다.

그리고, 본 발명의 다른 측면에 의한 자석 매립형 모터는, 중심축을 중심으로 회전하는 샤프트; 중심축을 향해 형성된 복수의 티스를 가지며, 복수의 티스에 코일이 감긴 스테이터; 및 스테이터의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 중심축으로 볼록하게 V자 형상으로 배치된 복수의 자극이 원주 방향으로 등 간격으로 형성된 로터를 포함하고, 로터는, 외주 둘레를 따라 복수의 자석 삽입 구멍이 형성된 회전자 철심과, 복수의 자석 삽입 구멍에 삽입되어 복수의 자극을 구성하는 복수의 영구자석과, 복수의 영구자석의 지름 방향 외측 단부에 각각 형성된 외측 플럭스 배리어와, 복수의 영구자석의 지름 방향 내측 단부에 각각 형성된 내측 플럭스 배리어를 더 포함하고, 복수의 영구자석은, 회전자 철심의 회전 중심으로부터 지름 방향 외측으로 감에 따라 점차 이간되게 V자 형상으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

제안된 자석 매립형 모터 및 자석 매립형 모터를 가지는 압축기에 의하면, 저진동, 고효율 및 강성(

; 고회전)을 고려한 모든 면에서 균형이 뛰어난 모터를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 자석 매립형 모터의 구성을 나타낸 부분 개략도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 플럭스 배리어의 구체적인 형상을 나타낸 부분 확대 단면도이다.

도 3은 본 발명의 자석 매립형 모터에서 자극 간 거리 및 티스 폭 치수의 관계를 나타낸 부분 확대 단면도이다.

도 4는 본 발명의 자석 매립형 모터에서 계수 k=1.91, 1.7, 1.45로 했을 경우 코깅 토크의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 자석 매립형 모터에서 자극 간 거리(계수 k)와 코깅 토크 및 유기 전압 상승률과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 자석 매립형 모터에서 무부하 시의 자속도이다.

도 7은 본 발명의 자석 매립형 모터에서 브리지부의 폭 치수와 자속 밀도 등과의 관계를 나타낸 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 자석 매립형 모터를 이용한 압축기의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 자석 매립형 모터의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 자석 매립형 모터를 나타낸 확대도이다.

도 11은 모터 회전수와 출력 토크와의 상관관계를 나타낸 도면이다.

도 12는 자극 간에 상대하는 슬롯 개수와 출력 토크와의 상관관계를 나타낸 도면이다.

도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 자석 매립형 모터를 이용한 압축기를 가지는 냉동 사이클을 나타낸 도면이다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예인 자석 매립형 모터를 나타낸 모식도이다.

<제1 실시 예>

이하, 본 발명에 의한 자석 매립형 모터의 제1 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

단, 제1 실시 예에서의 참조 부호는 도 1 ~ 도 3에서만 사용하는 참조 부호이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 자석 매립형 모터의 구성을 나타낸 부분 개략도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 플럭스 배리어의 구체적인 형상을 나타낸 부분 확대 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 자석 매립형 모터에서 자극 간 거리 및 티스 폭 치수의 관계를 나타낸 부분 확대 단면도이다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 자석 매립형 모터(100)는 예를 들면 냉동 사이클을 구성하는 압축기에 사용되는 모터이며, 도 1에 나타낸 바와 같이, 고정자 코일(5)이 감긴 복수의 티스(22; 고정자 철심)를 가지는 스테이터(2; 고정자)와, 스테이터(2) 내부에서 회전할 수 있게 설치된 로터(3; 회전자)와, 해당 로터(3)의 회전 중심에 설치된 로터 샤프트(4; 출력축)를 구비한다. 단, 고정자 코일(5)에는 리드 선을 통하여 전력이 공급된다.

단, 도 1에는 슬롯 수가 36슬롯으로 극수(

)가 6극 모터를 나타내고 있으나, 슬롯 수가 48슬롯으로 극수가 8극 모터 등이라도 상관없다.

스테이터(2)는 원통형을 이루는 요크(21)와, 요크(21)의 내주부(

)에 중심축을 향해 형성된 복수의 티스(22)를 가지고 있다. 그리고 복수의 티스(22)에는 고정자 코일(5)이 분포 감기로 권장(

) 되어 있다.

로터(3)는 외주 둘레를 따라서 복수의 자석 삽입 구멍(31H)이 형성된 회전자 철심(31)과, 복수의 자석 삽입 구멍(31H)에 삽입되어 복수의 자극(3P)을 구성하는 복수의 영구자석(32a, 32b)을 구비한다.

구체적으로는 각 자극(3P)이 도 2에 나타낸 바와 같이, 중심축 측에 볼록하게 V자 형상을 따라서 배치된 제1 영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)으로 구성되어 있다. 구체적으로 제1영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)은 회전자 철심(31)의 회전 중심으로부터 지름 방향 외측으로 감에 따라 점차 이간되도록 V자 형상으로 서로 이간되어 배치되어 있다.

본 발명의 제1 실시 예의 제1 영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)의 개방 각도(자석 각도)는 100°에서 120°의 범위가 되도록 구성되어 있다.

단, 회전자 철심(31)에 형성된 자석 삽입 구멍(31H)이 회전자 철심(31)의 회전 중심으로부터 지름 방향 외측으로 감에 따라 점차 이간되도록 V자 형상으로 형성되어 있다.

제1 영구자석(32a)은 평판 형상을 이루며, 그 지름 방향 외측 단부 및 지름 방향 내측 단부에는 공극으로 이루어진 외측 플럭스 배리어(6a1) 및 내측 플럭스 배리어(6a2)가 형성되어 있다. 외측 플럭스 배리어(6a1) 및 내측 플럭스 배리어(6a2)는 자석 삽입 구멍(31H)과 동일한 공간에 의해 형성되며, 자석 삽입 구멍(31H)에 제1 영구자석(32a)을 삽입함으로써 형성된다.

제1 영구자석(32a)의 지름 방향 외측 단부에 형성된 외측 플럭스 배리어(6a1)의 형상은 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 영구자석(32a)의 지름 방향 외측 단면으로부터 해당 영구자석(32a)의 평판 방향에 따라 외측에 형성된 제1 공간 부분(6a11)과, 회전자 철심(31)의 외주 면을 따라 형성된 브리지부(33)의 폭 치수가 동일하도록 제1 영구자석(32a)보다 V자 외측에 형성된 제2 공간 부분(6a12)을 가진다.

본 발명의 제1 실시 예의 브리지부(33)의 폭 치수는 예를 들면 0.3mm에서 1.2mm의 범위가 되도록 구성되어 있다. 또, 제1 영구자석(32a)보다 V자 외측에 형성된 제2 공간 부분(6a12)의 폭 치수는 예를 들면 0.0mm에서 1.0mm의 범위가 되도록 구성되어 있다. 또한, 외측 플럭스 배리어(6a1)의 외측 단부의 원주 방향 치수가 브리지부(33)의 폭 치수에 대해 5배 이상이 되도록 구성된다.

또, 자석 삽입 구멍(31H)에서의 제1 공간 부분(6a11)에는 제1 영구자석(32a)을 고정하기 위한 고정용 돌기(35)가 형성되어 있다. 이 고정용 돌기(35)의 높이 치수는 d축 인덕턴스(Ld)를 작게 하기 위하여 제1 영구자석(32a)을 고정할 수 있는 범위에서 최소한 작게 설정되어 있다. 또, Ld를 작게 하기 위해서 최소한 작게 하여 제1 공간 부분(6a11)의 면적을 늘린다. 높이 치수는 자석 삽입 구멍(31H)의 치수 공차 및 제1 영구자석(32a)의 치수 공차를 근거로 하여 결정되며 예를 들면 0.3mm로 할 수 있다. 또, 고정용 돌기(35)의 폭 치수는 제1 영구자석(32a)의 원심력을 받기 위한 강성을 확보할 수 있도록 어느 정도 크게, 예를 들면 1mm가 되도록 구성한다. 이 폭 치수에 대해서 설명하면 값을 작게 하면 강성을 확보할 수 없고 반대로 값을 너무 크게 하면 d축 인덕턴스(Ld)가 너무 커지는 특성이 있어 모터 사양에 의해 결정된다.

제2 영구자석(32b)은 제1 영구자석(32a)과 동일하게 평판 형상으로 되어 있고, 그 지름 방향 외측 단부 및 지름 방향 내측 단부에는 공극으로 이루어진 외측 플럭스 배리어(6b1) 및 내측 플럭스 배리어(6b2)가 형성되어 있다. 외측 플럭스 배리어(6b1) 및 내측 플럭스 배리어(6b2)는 자석 삽입 구멍(31H)과 동일 공간으로 형성되며 자석 삽입 구멍(31H)에 제2 영구자석(32b)을 삽입하는 것에 의해 형성된다. 단, 제1 영구자석(32a)의 양단부에 형성된 외측 플럭스 배리어(6a1) 및 내측 플럭스 배리어(6a2)와 제2 영구자석(32b)의 양단부에 형성된 외측 플럭스 배리어(6b1) 및 내측 플럭스 배리어(6b2)는 동일 형상으로 이루어져 있다.

또, 본 발명의 제1 실시 예에서는 제1 영구자석(32a)의 내측 플럭스 배리어(6a2)와 제2 영구자석(32b)의 내측 플럭스 배리어(6b2)와는 서로 공간적으로 연결되어 있다. 즉, 내측 플럭스 배리어(6a2) 및 내측 플럭스 배리어(6b2)는 단일 공간으로 형성되어 있다.

그리고, 본 발명의 제1 실시 예의 자석 매립형 모터(100)에서는 도 3에 나타낸 바와 같이, 서로 인접한 자극(3P) 사이에 형성되는 자극 간 거리를 A로 하고, 티스(22)의 폭 치수를 B로 했을 때에 A = k×B(단, k는 1.65~1.75)의 관계를 만족하도록 구성되어 있다.

여기서, 자극 간 거리(A)는 서로 인접한 자극(3P) 간에 형성되는 자속 통로의 폭 치수이며, 더 구체적으로는 서로 인접한 자극(3P)에서 한쪽 자극(3P)의 제1 영구자석(32a)의 지름 방향 외측 단부에 형성된 플럭스 배리어(6a1)와 다른 쪽 자극(3P)의 제2 영구자석(32b)의 지름 방향 외측 단부에 형성된 플럭스 배리어(6b1)의 사이에 형성되는 자속 통로의 폭 치수이다.

또, 본 발명의 제1 실시 예의 자석 매립형 모터(100)에서는 V자 형상으로 배치된 영구자석(32a, 32b)의 V자 정점이 티스(22)의 중심 선상에 위치한 상태(도 1에 표시한 상태)에서 제1 영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)의 각각 지름 방향 외측 단부에 가장 가까운 위치의 티스(22)의 선단면(22a)이 로터(3)의 외주 면에서의 V자 형상으로 배치된 영구자석(32a, 32b)의 내측 부분(V자 내측 부분)에 대향하고 있다(도 3 참조). 이것에 의해 영구자석(32a, 32b)의 지름 방향 외측 단부에 가장 가까운 위치의 티스(22)에 자속이 유입되는 영역을 확보하여 복수의 티스(22)에 흐르는 자속을 균일하게 하도록 구성한다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시 예의 자석 매립형 모터(100)에서 계수 k를 1.91, 1.7, 1.45로 했을 경우의 코깅 토크의 시뮬레이션 결과를 도 4에 나타낸다.

도 4는 본 발명의 자석 매립형 모터에서 계수 k=1.91, 1.7, 1.45로 했을 경우 코깅 토크의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 자석 매립형 모터에서 자극 간 거리(계수 k)와 코깅 토크 및 유기 전압 상승률과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 4에서, 계수 k(자극 간 거리)를 변경시켰을 경우의 코깅 토크 및 유기 전압 상승률의 시뮬레이션 결과를 도 5에 나타낸다.

본 시뮬레이션에서 제1 영구자석 및 제2 영구자석의 개방 각도는 120°이며 브리지부의 폭 치수는 0.8mm이며 제2 공간 부분의 폭 치수는 1.0mm이며 고정용 돌기의 폭 치수는 1.0mm이며 고정용 돌기의 높이 치수는 0.3mm이다.

도 4 및 도 5에서 알 수 있듯이, 자극 간 거리(A)를 작게 하면 코깅 토크도 작아지지만 자극 간 거리(A)가 소정의 값(k=1.7)으로 최소로 되고 자극 간 거리(A)를 그것보다 작게 하면 위상이 반전하여 다시 커진다.

또한, 도 5에서 알 수 있듯이, 계수 k가 1.7일 때에 코깅 토크가 최소치가 되고 계수 k=1.7이 자속을 쉽게 흐르게 하는 적정치이며 또한 유기 전압도 저하하지 않았다. 즉, 계수 k는 1.7이 가장 바람직하고 금형 등의 불균일을 고려하여 1.65에서 1.75로 할 수 있다.

또한, 도 5에서 코깅 토크가 티스의 폭 치수(B)에 의존한다는 것을 알 수 있고 계수 k가 코깅 토크를 최소로 하기 위한 티스 폭 치수(B)를 근거로 한 보정 폭을 결정하는 계수가 된다.

또, 계수 k를 1.7로 한 자석 매립형 모터(100)에서의 무부하 시에 흐르는 자속도를 도 6에 나타낸다.

도 6에서, 서로 인접하는 자극 간, 즉 한쪽 자극의 제1 영구자석(32a)과 다른 쪽 자극의 제2 영구자석(32b)의 사이에는 자속의 합선이 생기지 않는 것을 알 수 있다.

또한, 영구자석(32a, 32b)의 지름 방향 외측 단부에 가장 가까이 위치한 티스 자속에 자속이 충분히 흘러 들어 가고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예와 같이 내측 플럭스 배리어(6a2) 및 내측 플럭스 배리어(6b2)가 공간적으로 연결된 구성, 즉 2개의 영구자석(32a, 32b) 간에 센터 리브가 없는 구성에서는 2개의 영구자석(32a, 32b)보다도 지름 방향 외측에 위치한 부분이 브리지부(33)에 의해서 유지되는 구성이 된다. 즉, 브리지부(33)에 원심력에 의한 응력이 집중되는 구성으로 된다.

여기서, 종래의 자석 매립형 모터에서는 릴럭턴스 토크를 충분히 이용하기 위해서 영구자석(32a, 32b)의 지름 방향 외측 단부에서 자기 포화(2.0±0.1T)시켜 사용한다. 그러나 자기 포화시켜 사용하기 위해서는 브리지부(33)를 좁게 할 필요가 있고 강성(기계적 강도)을 확보하기 어려워 모터 회전 시에서의 토크 리플이 증가하여 모터로서의 밸런스가 좋지 않고, 특히 고회전수 영역에서 취약하다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시 예의 자석 매립형 모터(100)에서 브리지부(33)의 폭 치수만을 변화시켰을 경우의 브리지부 자속 밀도, 토크 리플, 강성(안전율), 모터 출력, 무부하 유도 전압의 시뮬레이션 결과를 도 7에 나타낸다.

도 7에서, 자석 매립형 모터(100)의 구성은 브리지부(33) 폭 치수만을 변화시켰고 그 외의 형상 및 조건은 동일하다.

브리지부(33)의 자속 밀도는 브리지부(33)의 폭 치수가 0.2mm에서 0.8mm까지에서는 브리지부(33)의 자기저항 감소로 자속 밀도는 감소하지만 폭 치수가 0.8에서 1.4mm까지에서는 영구자석(32a, 32b)의 누설 자속 증가로 자속 밀도는 증가하는 경향이 있다.

토크 리플은 브리지부(33)의 폭 치수가 0.2mm에서 0.8mm까지에서는 릴러턴스 토크의 감소에 따라서 토크 리플도 감소하는 경향이 있으나, 브리지부(33)의 폭 치수가 0.8mm에서 1.4mm까지에서는 코깅 증가나 자석에 의한 누설 자속 등의 영향으로 반대로 증가하는 경향이 있다.

강성(안전율)은 브리지부(33)의 면적에 비례하므로 브리지부(33)의 폭 치수의 증가에 따라 비례하면서 동성(同性)은 증가한다.

단, 안전율 계산방법은 브리지부(33)의 폭 치수가 0.8mm일 경우, 최대 사용 회전수 140Hz에 대해 210Hz에서 파손이 발견되었으므로 브리지부(33)의 폭 치수 0.8mm에서의 안전율은 1.5(=210/140)가 된다.

모터는 브리지부(33)의 폭 치수 증가에 따라 릴럭턴스 토크나 마그넷 토크가 감소하기 때문에 출력이 감소하게 된다.

브리지부(33)의 폭 치수 증가에 따라 영구자석(32a, 32b)의 누설 자속 증가로 인해 무부하 유도 전압은 감소한다.

이상의 결과로 영역 1(브리지부 폭 치수가 0.745mm 미만, 자속 밀도가 1.9T보다 큰 영역)은 모터 출력은 크지만 토크 리플이 크고 강성도 확보하기 어려운 영역이다.

또한, 영역 3(브리지부 폭 치수가 0.885mm보다 크고 자속 밀도가 1.9T보다 큰 영역)은 자석 합선에 의한 자속 집중으로 자속 밀도가 증가할 뿐이고 강성은 확보하기 쉬우나 모터 출력이나 토크 리플의 특성이 매우 좋지 않은 영역이다.

한편, 영역 2(브리지부 폭 치수가 0.745mm 이상 0.885mm 이하, 자속 밀도가 1.9T 이하인 영역)는 영역 1에 비하면 모터 출력이 저하하는 경향은 있으나 토크 리플이 작고 강성도 확보하기 쉬운 영역이다. 단, 영역 2에서의 자속 밀도 최소치는 1.87T이며, 이때 브리지부(33)의 폭 치수는 0.8mm이다.

따라서, 본 발명의 제1 실시 예의 자석 매립형 모터(100)에서 브리지부(33)의 자속 밀도가 1.8T~1.9T가 되도록 설정 또는 사용함으로써 저진동, 고효율 및 강성(고회전)의 밸런스를 매우 적절하게 취할 수 있다.

이와 같이 구성한 자석 매립형 모터(100)에 의하면 중심축 측에 볼록하게 V자 형상으로 배치된 2개 영구자석(32a, 32b)의 내측 플럭스 배리어(6a2, 6b2)가 서로 공간적으로 연결되어 있기 때문에 마그넷 토크를 최대화할 수 있다. 이에 따라 2개 영구자석(32a, 32b)의 지름 방향 외측 단부에 외측 플럭스 배리어(6a1, 6b1)를 마련하여 외측 플럭스 배리어(6a1, 6b1)보다 지름 방향 외측에 형성되는 브리지부(33)의 자속 밀도를 1.8~1.9T로 함으로써 로터(3)의 강도 및 릴럭턴스 토크를 향상시킬 수 있다. 즉, 저진동, 고효율 및 강성(고회전)을 고려한 모든 면에서 균형이 뛰어난 모터가 될 수 있다.

또, 자극 간 거리(A)와 티스 폭 치수(B)가 A=k×B(단, k는 1.65~1.75)의 관계를 만족하기 때문에 유기 전압의 감소를 억제하면서 코깅 토크를 줄일 수 있다.

<제2 실시 예>

이하, 본 발명에 의한 자석 매립형 모터의 제2 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

단, 제2 실시 예에서의 참조 부호는 도 8 내지 도 15에서만 사용하는 참조 부호이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 자석 매립형 모터를 이용한 압축기의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 자석 매립형 모터의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 자석 매립형 모터를 나타낸 확대도이다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 자석 매립형 모터(100)는 도 8에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 공기 조화기의 냉동 사이클 등을 구성하는 압축기(X)에 사용되는 영구자석 동기 모터이다.

구체적으로, 본 발명의 영구자석 동기 모터(100)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 고정자 코일(5)이 감긴 복수의 티스(22) 및 티스(22) 간에 형성된 복수의 슬롯(23)을 가지는 스테이터(2)와, 스테이터(2)의 내부에서 회전할 수 있게 설치된 로터(3)와, 이 로터(3)의 회전 중심(C)에 설치된 로터 샤프트(4)를 구비한다. 단, 고정자 코일(5)에는 리드 선을 통하여 전력이 공급된다.

한편, 도 9에는 슬롯 수가 36슬롯으로 극 수가 6극인 모터(콤비네이션이 6:1인 모터)를 예를 들어 나타내지만, 슬롯 수가 48슬롯으로 극 수가 8극인 모터일 수도 있고 콤비네이션이 8:1이나 9:1의 모터일 수 있다.

스테이터(2)는 전자강판을 적층하여 구성되어 있고 원통형을 이루는 요크(21)와, 이 요크(21)의 내주부에 중심축을 향해 형성된 복수의 티스(22)와, 서로 인접하는 티스(22) 간에 형성된 복수의 슬롯(23)을 가지고 있다. 그리고 복수의 티스(22)에는 예를 들면 3상 코일인 고정자 코일(5)이 분포 감기에 의해 권장되어 있다. 단, 본 3상 코일은 각 상의 코일 권수가 동일하도록 구성되어 있다.

티스(22)는 원주 방향을 따라 등 간격으로 형성되어 있고 각 티스(22)의 형상은 모두 동일 형상으로 이루어져 있다. 이것에 의해 슬롯(23)도 원주 방향을 따라 등 간격으로 형성됨과 함께 각 슬롯(23) 형상도 모두 동일한 형상을 하게 된다.

로터(3)는 스테이터(2)와 대략 동일한 적층 두께로 전자강판을 적층하여 구성되고 외주 둘레를 따라 복수의 자석 삽입 구멍(31H)이 형성된 회전자 철심(31)과, 복수의 자석 삽입 구멍(31H)에 삽입되어 복수의 자극(3P)을 구성하는 복수의 영구자석(32a, 32b)을 구비한다.

보다 상세하게는 본 발명의 제2 실시 예의 로터(3)에는 자극(3P)이 6개 구성되어 있고, 이러한 자극(3P)은 원주 방향에 따라서 등 간격으로 배치되어 있다.

단, 본 발명의 제2 실시 예에서 로터(3)는 회전자 철심(31)을 두께 방향으로 관통하여 형성된 복수의 관통공(33)을 가지며, 이 관통공(33)에 미도시한 고정용 핀을 끼움으로써 로터(3)를 고정할 수 있도록 구성되어 있다.

상술한 각 자극(3P)은 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 중심축 측에 볼록하게 V자 형상을 따라 배치된 제1 영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)으로 구성되어 있다.

구체적으로 제1 영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)은 회전자 철심(31)의 회전 중심(C)로부터 지름 방향 외측으로 감에 따라 점차 이간되도록 V자 형상으로 서로 이간되어 배치되어 있다. 본 발명의 제2 실시 예의 제1 영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)은 각각 대략 직방체 형상을 이루며 한쪽의 영구자석(32a 또는 32 b)의 S극과 다른 쪽의 영구자석(32b 또는 32 a)의 N극이 착자(

)함과 동시에 서로 접촉한 상태로 배치되어 있다. 또, 이러한 영구자석(32a, 32b)이 이루는 개방 각도(θ; 자석 각도)는 90°＜θ＜160°를 만족하도록 구성되어 있고, 본 실시 예에서는 개방 각도 θ가 120°가 되도록 각 영구자석(32a, 32b)이 배치되어 있다.

단, 회전자 철심(31)에 형성된 자석 삽입 구멍(31H)은 회전자 철심(31)의 회전 중심(C)으로부터 지름 방향 외측으로 감에 따라 점차 이간되도록 V자 형상으로 형성되어 있고, 본 실시 예에서는 각 영구자석(32a, 32b)이 자석 삽입 구멍(31H) 내에서 이동하는 것을 막도록 해당 자석 삽입 구멍(31H)의 외주 틀에서 내측을 향해 돌출하는 고정용 돌기(311)가 형성되어 있다. 구체적으로 이 고정용 돌기(311)는 자석 삽입 구멍(31H) 내에서 각 영구자석(32a, 32b)보다도 지름 방향 외측에 각각 설치되어 있다.

이하에서는 설명의 편의상, 상술한 각 자극(3P)을 구별할 경우에는 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 각각의 자극(3P)을 자극(3P1) ~ 자극(3P6)으로 기재하기로 한다.

제1 영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)은 평판 형상을 하며 희토류를 주성분으로 한 희토류 자석이나 페라이트 자석 등이다. 이러한 영구자석(32a, 32b)의 지름 방향 외측 단부에는 공극으로 이루어진 플럭스 배리어(6)가 형성되어 있다.

플럭스 배리어(6)는 자석 삽입 구멍(31H)과 동일한 공간에 의해 형성되며, 자석 삽입 구멍(31H)에 제1 영구자석(32a) 또는 제2 영구자석(32b)을 삽입함으로써 형성된다. 단, 본 실시 예에서는 이 플럭스 배리어(6)와 회전자 철심(31)의 외주 둘레와의 거리는 플럭스 배리어(6)의 폭 치수보다 짧으며 더 구체적으로는 1.2mm 이하로 설정되어 있다.

그리고 본 실시 예의 영구자석 동기 모터(100)에서는 도 10에 나타낸 바와 같이, 서로 인접한 자극(3P) 간에 상대(

)하여 슬롯(23)이 1.5 ~ 3개 위치하도록 구성되어 있다.

예를 들면, 서로 인접하는 자극(3P1)과 자극(3P2)과의 사이는 도 10에 나타낸 바와 같이, 자극(3P1)을 구성하는 제1 영구자석(32a)과, 자극(3P2)을 구성하는 제2 영구자석(32b)의 사이에 대응한다. 더 상세하게는 자극(3P1)과 자극(3P2)과의 자극 간 거리(L)는 제1 영구자석(32a)의 지름 방향 외측 각부(32a1)와 제2 영구자석(32b)의 지름 방향 외측 각부(32b1)와의 간격으로 정의된다.

물론, 이 자극 간 거리(L)는 서로 인접하는 자극(3P) 간에서 전부 같은 길이이다.

상술한 정의에 기초하여 스테이터(2) 상태가 회전자 철심(31)의 회전 중심(C)과 자극(3P)의 중앙(제1 영구자석과 제2 영구자석과의 밀착부)을 연결하는 연장 선상에 슬롯(23) 중심이 위치하는 상태에서 본 실시 예의 영구자석 동기 모터(100)는 서로 인접하는 자극(3P) 간에 상대하여 슬롯(23)이 1.5 ~ 3개 위치하도록 구성되어 있다.

상세히 설명하면, 본 실시 예의 영구자석 동기 모터(100)는 예를 들면, 회전 중심(C)과 자극(3P1)을 구성하는 제1 영구자석(32a)의 지름 방향 외측 각부(32a1)를 연결하는 제1 가상선(B1) 및 회전 중심(C)과 자극(3P2)을 구성하는 제2 영구자석(32b)의 지름 방향 외측 각부(32b1)를 연결하는 제2 가상선(B2)의 사이에 슬롯(23)이 1.5~3개 위치하도록 구성되어 있다.

단, 여기에서는 자극(3P1)과 자극(3P2)과의 사이에 상대하는 슬롯(23)의 개수에 관해 설명하고 있으나 물론 서로 인접하는 각 자극(3P) 간에 상대하는 슬롯(23)의 개수에 대해서도 동일하다.

다음으로, 본 실시 예의 영구자석 동기 모터(100)에서 자극(3P) 간에 상대하여 배치되는 슬롯 수를 1.0(종래), 2.5(금번)로 할 경우의 모터 회전수와 출력 토크와의 상관관계를 시뮬레이션한 결과를 도 11에 나타낸다.

도 11은 모터 회전수와 출력 토크와의 상관관계를 나타낸 도면이고, 도 12는 자극 간에 상대하는 슬롯 개수와 출력 토크와의 상관관계를 나타낸 도면이다.

도 11에서, 자극(3P) 간에 상대하여 배치되는 슬롯 수를 0.0~4.0까지 변화시켰을 경우의 출력 토크의 시뮬레이션 결과를 도 12에 나타낸다.

단, 본 시뮬레이션에서 제1 영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)의 개방 각도 θ는 120°이다.

도 11에서 알 수 있듯이, 자극(3P) 간에 상대하여 배치되는 슬롯 수가 1.0인 경우(종래)에 비해 자극(3P) 간에 상대하여 배치되는 슬롯 수가 2.5인 경우(금번)가 동일 모터 회전수에서는 출력 토크가 커진다. 이러한 경향은 특히 회전 역이 고속 측으로 갈수록 현저하게 나타남을 알 수 있다.

또, 도 5에서 알 수 있듯이 자극(3P) 간에 상대하여 배치되는 슬롯 수가 2.25일 때에 출력 토크가 최대가 된다. 즉, 자극(3P) 간에 상대하여 배치되는 슬롯(23) 개수는 2.25가 가장 바람직하고 금형 등의 불균일을 고려하여 1.5에서 3.0으로 하는 것을 생각할 수 있다.

이어서, 본 발명의 제2 실시 예의 영구자석 동기 모터(100)를 사용한 압축기(X) 및 이 압축기(X)를 가지는 예를 들면 공기 조화기 등의 냉동 사이클에 대하여 도 8 및 도 13을 참조하여 설명한다.

냉동 사이클(Y)은 도 13에 나타낸 바와 같이, 압축기(X), 응축기(84) 및 팽창변(85)을 가지는 실외기(80)와, 증발기(86)를 가지는 실내기(81)를 구비한 것이다.

냉동 사이클(Y)은 압축기(X)로 압축한 냉매를 압축기(X), 응축기(84), 팽창변(85), 증발기(86)의 순으로 순환시켜 실외기(80)와 실내기(81)와의 사이에 열 교환을 수행함으로써 냉방 기능을 발휘하도록 구성되어 있다.

압축기(X)는 도 8 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 압축기부(83)와 상술한 것처럼 구성된 영구자석 동기 모터(100)를 구비한 것이다.

압축기부(83)는 특히 도 8에 나타낸 바와 같이, 고정 스크롤 부재(60)의 단판(61; 端板)과 직립하는 나선 형상 랩(62; lap)과 선회 스크롤 부재(63)의 단판(64)과 직립하는 나선 형상 랩(65; lap)이 서로 맞물리게 형성되어 있고 이 선회 스크롤 부재(63)를 크랭크 샤프트(4; 로터 샤프트)로 선회 운동시킴으로써 압축 동작을 수행하도록 구성되어 있다.

고정 스크롤 부재(60) 및 선회 스크롤 부재(63)로 형성된 복수의 압축실(66) 중 가장 외경 측에 위치하는 압축실(66a, 66b)은 선회 운동에 따라서 각 스크롤 부재(60, 63)의 중심으로 향해 이동하여 용적이 점차 축소한다. 압축실(66a, 66b)이 양 스크롤 부재(60, 63)의 중심 근방에 이르면 토출구(67)와 연통하여 해당 압축실(66a, 66b)내의 압축가스는 본 토출구(67)로부터 토출하게 된다.

토출된 압축가스는 고정 스크롤 부재(60) 및 프레임(68)에 설치된 미도시된 가스 통로를 통하여 압력 용기(69) 내에서의 프레임(68) 하부에 이르러 압력 용기(69)의 측벽에 설치된 토출 파이프(70)를 통해 압축기(X) 밖으로 배출된다.

압력 용기(69)내에는 상술한 것처럼 스테이터(2; 고정자)로 회전자(3; 로터)를 구비하는 영구자석 동기 모터(100)가 수용되어 있고 3상 코일에 통전함으로써 회전하고 압축 동작을 수행한다.

영구자석 동기 모터(100)의 하부에는 유류부(71)가 설치되어 있다. 유류부(71) 내의 기름은 회전운동으로 발생한 압력차이에 의해 크랭크 샤프트(4; 로터 샤프트) 내에 설치된 유공(72)을 통하여 선회 스크롤 부재(63)와 크랭크 샤프트(4; 로터 샤프트)와의 접동부(

), 슬라이딩 베어링(73) 등의 윤활에 제공된다.

상술한 것처럼 구성된 본 실시 예에 의한 영구자석 동기 모터(100)에 의하면 슬롯(23)이 서로 인접하는 자극(3P) 간에 상대하여 1.5 ~ 3개 위치하기 때문에 출력 토크를 증대시켜 고속 회전 역을 확대할 수 있다.

단, 여기서 말하는 고속 회전 역이란 20Hz(rps) 내지 180Hz(rps)를 나타낸다.

또한, 제1 영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)이 밀착하여 배치되기 때문에 d축 인덕턴스(Ld)가 감소하여 릴럭턴스 토크를 크게 할 수 있고 출력 토크를 보다 증대시킬 수 있다.

또한, 철손(

)을 줄일 수 있어 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 인덕턴스를 줄일 수 있어 전기적 시정수(

)가 작아지기 때문에 과도 응답성이 좋아진다.

추가로 전자 가진력(

)을 줄일 수 있기 때문에 소음 및 진동을 줄일 수 있다.

또한, 전기자(

) 전류가 증가할 경우에도 전류와 출력 토크가 거의 선형 관계가 있기 때문에 제어 응답성이 뛰어나고 특히 압축기 등에의 적용이 용이하게 된다.

또한, 압축기(X)는 압축기 구동용 모터로서 상술한 것처럼 구성된 영구자석 동기 모터(100)를 적용하기 때문에 해당 압축기(X) 운전 범위의 확대 및 고효율화를 실현할 수 있다.

또한, 냉동 사이클(Y)은 상술한 것처럼 구성된 영구자석 동기 모터(100)를 해당 냉동 사이클(Y)을 구성하는 압축기에 사용함으로써 컴팩트한 운전 범위에서 고효율의 성능을 가지며 입력을 줄이는 것에 의해 지구 온난화로 연결되는 이산화탄소 배출을 삭감할 수 있다.

<제2 실시 예의 변형예>

단, 본 발명은 제2 실시 예에 한정되지 않는다.

예를 들면, 제2 실시 예에서는 자극(3P)이 V자 형상을 따라 배치된 제1 영구자석(32a) 및 제2 영구자석(32b)에 의해 구성되어 있으나 도 14에 나타낸 바와 같이 원호형상을 한 단일 영구자석(32c)이 지름 방향 외측을 향해 만곡되도록 배치될 수 있다. 이 경우에도 제1 실시 예와 같게 브리지부 폭 치수를 변경하여 자속 밀도가 1.8 ~ 1.9T가 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에서는 회전자 철심(31)에 미도시된 고정용 핀을 관통시키기 위한 관통공(33)이 형성되어 있으나 도 15에 나타낸 바와 같이, 관통공(33)에 연속하는 슬릿 구멍(34)이 형성된 구성일 수 있다. 단, 도 15에는 슬릿 구멍(34)을 관통공(33)으로부터 대칭 하도록 2개 형성된 상태로 나타냈으나 슬릿 구멍(34)을 2개로 한정하는 것은 아니다.

이처럼 구성함으로써 회전자 철심(31)을 고정함과 동시에 영구자석(32a, 32b)에서 발생한 자속의 흐름을 제한할 수 있다. 또한, 영구자석 동기 모터(100)를 압축기(X) 등에 사용할 경우 냉매가 슬릿 구멍(34)을 통과함으로써 고정자 코일을 냉각하는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에서는 고정용 돌기(311)가 자석 삽입 구멍(31H) 내에 있고 각 영구자석(32a, 32b)보다 지름 방향 외측에 각각 설치되어 있으나 도 15에 나타낸 바와 같이 각 영구자석(32a, 32b)보다 지름 방향 외측 및 지름 방향 내측에 각각 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에서는 제1 영구자석 및 제2 영구자석이 서로 모서리끼리 접촉되어 있으나 예를 들면, 각각의 단면끼리 면 접촉하듯이 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에서는 각 자극을 구성하는 영구자석이 2개였으나, 3개 이상의 영구자석으로 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에서는 영구자석이 희토류를 주성분으로 하지만 본드 자석일 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에서는 공기 조화기에 사용되는 냉동 사이클에 관해 설명했으나 냉동 사이클은 냉장 장치나 냉동 장치 등에 사용되는 것일 수 있다.

한편, 본 발명은 제1 및 제2 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명과 동일한 목적 및 효과를 달성할 수 있는 범위에서 여러 가지로 변형이 가능한 것을 포함한다.

Claims

원통형을 이루는 요크 내주부에 중심축을 향해 형성된 복수의 티스를 가지며, 상기 복수의 티스에 코일이 감긴 스테이터; 및

상기 스테이터의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 2개의 영구자석으로 구성된 복수의 자극이 원주 방향으로 등 간격으로 형성된 로터를 포함하고,

상기 로터는,

상기 2개의 영구자석의 각각 지름 방향 외측 단부에 형성된 공극으로 이루어진 외측 플럭스 배리어와,

상기 2개의 영구자석의 각각 지름 방향 내측 단부에 형성된 공극으로 이루어진 내측 플럭스 배리어를 더 포함하고,

상기 2개의 영구자석의 각각 내측 플럭스 배리어는 서로 공간적으로 연결되어 있는 자석 매립형 모터.
제1항에 있어서,

상기 복수의 자극은,

상기 중심축으로 볼록하게 V자 형상으로 배치된 2개의 영구자석을 각각 포함하는 자석 매립형 모터.
제1항에 있어서,

상기 로터는,

상기 2개의 영구자석이 삽입되는 구멍이 외주 둘레를 따라 복수 개 형성된 회전자 철심을 더 포함하고,

상기 2개의 영구자석은,

상기 회전자 철심의 회전 중심으로부터 상기 지름 방향 외측으로 감에 따라 점차 이간되게 V자 형상으로 배치되는 자석 매립형 모터.
제3항에 있어서,

상기 회전자 철심의 외주 면을 따라 형성된 브리지부를 더 포함하고,

상기 브리지부는,

상기 외측 플럭스 배리어보다 상기 지름 방향 외측에 형성되는 자석 매립형 모터.
제4항에 있어서,

상기 브리지부의 자속 밀도는 상기 브리지부의 폭 치수에 따라 달라지며,

상기 브리지부의 자속 밀도를 1.8 ~ 1.9T로 설정하는 자석 매립형 모터.
제4항에 있어서,

서로 인접하는 상기 자극 간에 형성된 자극 간 거리를 A로 하고, 상기 티스의 폭 치수를 B로 할 때에 A = k×B의(단, k는 1.65~1.75) 관계를 만족하는 자석 매립형 모터.
제6항에 있어서,

상기 자극 간 거리는,

서로 인접하는 상기 자극에서 서로 인접하는 상기 외측 플럭스 배리어 간에 형성되는 자속 통로의 폭 치수인 자석 매립형 모터.
제4항에 있어서,

상기 외측 플럭스 배리어는,

상기 영구자석의 지름 방향 외측 단면으로부터 해당 영구자석의 평판 방향에 따라 외측에 형성된 제1 공간 부분과, 상기 브리지부의 폭 치수가 같도록 상기 영구자석보다 V자 외측에 형성된 제2 공간 부분을 가지는 자석 매립형 모터.
제8항에 있어서,

상기 외측 플럭스 배리어의 외측 단부의 원주 방향 치수는 상기 브리지부의 폭 치수에 대해 5배 이상인 자석 매립형 모터.
제2항에 있어서,

상기 V자 형상으로 배치된 영구자석의 개방 각도는 100°에서 120°이며,

상기 V자 형상으로 배치된 영구자석의 V자 정점(
)은 상기 티스의 중심 선상에 위치하는 상태에서 상기 영구자석의 지름 방향 외측 단부에 가장 가까운 위치의 티스 선단면이 상기 로터 외주 면에서의 상기 V자 형상으로 배치된 영구자석의 내측 부분에 대향하는 자석 매립형 모터.
제1항에 있어서,

상기 티스 간에 형성된 슬롯이 서로 인접하는 상기 자극 간에 상대하여 1.5 ~ 3개 위치하도록 구성되는 자석 매립형 모터.
제1항에 있어서,

상기 자극을 구성하는 상기 2개의 영구자석의 지름 방향 내측 단부가 서로 밀착하는 자석 매립형 모터.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 자석 매립형 모터를 가지는 압축기.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 자석 매립형 모터를 가진 압축기를 사용하는 공기 조화기.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 자석 매립형 모터를 가진 압축기를 사용하는 냉동 장치.
중심축을 중심으로 회전하는 샤프트;

상기 중심축을 향해 형성된 복수의 티스를 가지며, 상기 복수의 티스에 코일이 감긴 스테이터; 및

상기 스테이터의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 중심축으로 볼록하게 V자 형상으로 배치된 복수의 자극이 원주 방향으로 등 간격으로 형성된 로터를 포함하고,

상기 로터는,

외주 둘레를 따라 복수의 자석 삽입 구멍이 형성된 회전자 철심과,

상기 복수의 자석 삽입 구멍에 삽입되어 상기 복수의 자극을 구성하는 복수의 영구자석과,

상기 복수의 영구자석의 지름 방향 외측 단부에 각각 형성된 외측 플럭스 배리어와,

상기 복수의 영구자석의 지름 방향 내측 단부에 각각 형성된 내측 플럭스 배리어를 더 포함하고,

상기 복수의 영구자석은,

상기 회전자 철심의 회전 중심으로부터 상기 지름 방향 외측으로 감에 따라 점차 이간되게 V자 형상으로 배치되는 자석 매립형 모터.
제16항에 있어서,

상기 복수의 영구자석의 내측 플럭스 배리어는 서로 공간적으로 연결되어 있고,

상기 복수의 영구자석의 외측 플럭스 배리어는 상기 회전자 철심의 외주 면을 따라 형성된 브리지부보다 상기 지름 방향 내측에 형성되는 자석 매립형 모터.
제17항에 있어서,

상기 외측 플럭스 배리어는,

상기 영구자석의 지름 방향 외측 단면으로부터 해당 영구자석의 평판 방향에 따라 외측에 형성된 제1 공간 부분과, 상기 브리지부의 폭 치수가 같도록 상기 영구자석보다 V자 외측에 형성된 제2 공간 부분을 가지는 자석 매립형 모터.
제16항에 있어서,

상기 V자 형상으로 배치된 영구자석의 개방 각도는 100°에서 120°이며,

상기 V자 형상으로 배치된 영구자석의 V자 정점(
)은 상기 티스의 중심 선상에 위치하는 상태에서 상기 영구자석의 지름 방향 외측 단부에 가장 가까운 위치의 티스 선단면이 상기 로터 외주 면에서의 상기 V자 형상으로 배치된 영구자석의 내측 부분에 대향하는 자석 매립형 모터.
제16항 내지 제19항 중 어느 한 항의 자석 매립형 모터를 가지는 압축기.