WO2020004726A1 - Isg 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조 - Google Patents

Isg 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조 Download PDF

Info

Publication number
WO2020004726A1
WO2020004726A1 PCT/KR2018/013192 KR2018013192W WO2020004726A1 WO 2020004726 A1 WO2020004726 A1 WO 2020004726A1 KR 2018013192 W KR2018013192 W KR 2018013192W WO 2020004726 A1 WO2020004726 A1 WO 2020004726A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
permanent magnet
motor generator
efficiency
shoe
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/013192
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이승환
강동우
김연수
이완철
김진묵
김준영
Original Assignee
계명대학교 산학협력단
대동모벨시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 계명대학교 산학협력단, 대동모벨시스템 주식회사 filed Critical 계명대학교 산학협력단
Publication of WO2020004726A1 publication Critical patent/WO2020004726A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • 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
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/14766—Fe-Si based alloys
    • H01F1/14775—Fe-Si based alloys in the form of sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/02—Cores, Yokes, or armatures made from sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a rotor structure having auxiliary permanent magnets for improving the efficiency of a field wound motor generator for an integrated starter & generator (ISG) system. More specifically, the efficiency improvement and the size reduction of the field wound motor generator
  • the present invention relates to a rotor structure having auxiliary permanent magnets for improving the efficiency of a field winding motor generator for an ISG system having an improved structure using auxiliary permanent magnets.
  • the ISG system is a technology developed to combine a starter motor existing for the initial start of the engine in a conventional vehicle system and a battery charging generator for powering electronic equipment in a vehicle by one electric motor.
  • these ISG systems support engine torque and perform regenerative braking.
  • ISG systems have been developed to improve the utility of the technology by using the regenerative braking function and the motor torque assistance function as well as the function of the starting motor and the generator, and to produce a large effect at low cost.
  • ISG systems are typically deployed in the position of generators in existing automotive systems and are being applied to mild hybrid vehicles to improve fuel economy and reduce emissions.
  • the conventional ISG system is a device that is mechanically coupled to an automobile engine and serves as a starter and a generator at the same time.
  • the structure of the motor generator used largely consists of a rotor and a stator, and the rotor is provided in a core and a core using electrical steel. It consists of a permanent magnet, and the stator consists of a core and a winding using electrical steel.
  • the rotor since the rotor is mechanically connected to the crankshaft and rotates together with the crankshaft, iron loss is always generated unless the engine is stopped. This iron loss acts as a load on the engine, thereby reducing the system efficiency of the vehicle.
  • Republic of Korea Patent Publication No. 10-1823076 has been disclosed as a prior art document.
  • the present invention is proposed to solve the above problems of the conventionally proposed methods, comprising a rotor having a rotor core and a permanent magnet and an auxiliary permanent magnet, tapering on the rotor shoe of the rotor iron core
  • a rotor having a rotor core and a permanent magnet and an auxiliary permanent magnet tapering on the rotor shoe of the rotor iron core
  • the auxiliary permanent magnet have a structure corresponding to the shoe angle formed on the rotor shoe, and such an improved rotor is applied to the stator of the field winding motor generator for the ISG system.
  • the present invention through the analysis of the characteristics of the electromagnetic field using the finite element analysis method, the optimum design of the auxiliary permanent magnet and rotor shape that satisfies the high efficiency and high power density characteristics of the motor generator for the ISG system is derived, the magnetic flux concentration accordingly Provides a rotor structure with auxiliary permanent magnets for improving the efficiency of the field winding motor generator for ISG system, which enables to obtain a high output density compared to the same size for motoring and generating by applying an advantageous design structure To do it for another purpose.
  • Another object is to provide a rotor structure having auxiliary permanent magnets for improving the efficiency of a field winding motor generator for an ISG system.
  • Rotor structure having an auxiliary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to the characteristics of the present invention for achieving the above object
  • a rotor iron core which forms a shaft ball into which a rotating shaft can be press-fitted in the center, and a rotor core which is radially disposed with respect to the center of rotation;
  • a plurality of permanent magnets respectively disposed between the rotor cores radially disposed on the rotor iron core;
  • the rotor iron core Preferably, the rotor iron core,
  • It can be composed of an integrated laminate structure using electrical steel sheet.
  • the electrical steel sheet of the rotor iron core More preferably, the electrical steel sheet of the rotor iron core,
  • It may be made of a non-oriented silicon steel sheet material.
  • the rotor iron core Preferably, the rotor iron core,
  • It may further form an integral rotor shoe that is bent and extended to both sides at the end of the radially disposed rotor core.
  • It may be configured as a structure that is tapered toward both sides with respect to the center of the rotor core (tapering).
  • It has a structure that is tapered toward both sides with respect to the center of the rotor core, it may be of a design structure to which a maximum tapering of 0.8 mm is applied.
  • the length of the rotor shoe (Width) based on the center of the rotor core can be configured to extend compared to the standard.
  • the width of the rotor shoe with respect to the center of the rotor core has a length that is elongated compared to the standard, it can be designed in a structure in which a maximum length of 0.5mm is applied to the extension.
  • the auxiliary permanent magnet Preferably, the auxiliary permanent magnet,
  • Each surface bent and extended to both sides of the rotor shoe in which the auxiliary permanent magnet is disposed may be configured to have a shoe angle inclined at a predetermined angle.
  • Each side bent and extended to both sides of the rotor shoe in which the auxiliary permanent magnet is disposed is configured to have a shoe angle inclined at a predetermined angle, the shoe angle is composed of a diagonal line toward the inside of the center of rotation of the rotor iron core Can be.
  • auxiliary permanent magnet More preferably, the auxiliary permanent magnet,
  • It may be configured in the form of a rhombus disposed between the rotor shoe corresponding to the inclined shoe angle of the rotor shoe.
  • the auxiliary permanent magnet Even more preferably, the auxiliary permanent magnet,
  • It may be configured to have a rhombus shape disposed between the rotor shoes corresponding to the inclined shoe angle of the rotor shoe, it may be formed to have an angle of 25 degrees.
  • the plurality of permanent magnets More preferably, the plurality of permanent magnets
  • It can be composed of rare earth permanent magnets.
  • It may be composed of a rare earth permanent magnet, and may include a neodymium (NdFeB) magnet material, a ferrite magnet material, and a rare earth magnet material.
  • NdFeB neodymium
  • auxiliary permanent magnet More preferably, the auxiliary permanent magnet,
  • It can be composed of rare earth permanent magnets.
  • the auxiliary permanent magnet Even more preferably, the auxiliary permanent magnet,
  • It may be composed of a rare earth permanent magnet, and may include a neodymium (NdFeB) magnet material, a ferrite magnet material, and a rare earth magnet material.
  • NdFeB neodymium
  • It may be disposed and installed in the inner center of the stator fixedly installed in the motor housing.
  • stator is
  • It may be composed of a stator core in which a coil is wound around a cylindrical stator body.
  • stator is
  • the stator core is an integral laminated structure using an electrical steel sheet, and may be made of a non-oriented silicon steel sheet material.
  • the rotor structure having an auxiliary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system comprising a rotor having a rotor iron core, a permanent magnet and an auxiliary permanent magnet, Tapering the rotor shoe of the rotor iron core, extending the length of the width, and allowing the auxiliary permanent magnet to have a structure corresponding to the shoe angle formed on the rotor shoe, such an improved rotor for the ISG system
  • an optimization design of the auxiliary permanent magnet and rotor shape satisfying the high efficiency and high power density characteristics of the motor generator for the ISG system is derived by performing electromagnetic field analysis using the finite element analysis method. It is possible to obtain high power density compared to the same size for motoring and generating by applying the design structure which is advantageous for concentration.
  • the manufacturing cost can be lowered compared to the basic model, thereby improving the fuel efficiency of the vehicle by improving the efficiency of the motor generator. Can be.
  • FIG. 1 is a view showing a plane configuration of a rotor structure having an auxiliary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a comparative configuration of the rotor shoe tapering application applied to the rotor structure having a secondary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a comparative configuration of an extended rotor shoe width applied to a rotor structure having an auxiliary permanent magnet for improving efficiency of a field winding motor generator for an ISG system according to an embodiment of the present invention. drawing.
  • Figure 4 is a view showing the main configuration of the auxiliary permanent magnet is not installed in the rotor structure having a secondary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a view showing the main configuration of the auxiliary permanent magnet installed in the rotor structure having a secondary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a view showing the configuration of the auxiliary permanent magnet tapered structure in the rotor structure having a secondary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing an example of the shoe angle application of the auxiliary permanent magnet applied to the rotor structure having a secondary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 to 10 is a view showing an experimental analysis for the optimal design of the rotor structure having a secondary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a plane configuration of a rotor structure having a secondary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an embodiment of the present invention
  • 3 is a view illustrating a comparative configuration of a rotor shoe tapering application applied to a rotor structure having an auxiliary permanent magnet for improving efficiency of a field winding motor generator for an ISG system according to an example
  • FIG. 3 is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a comparative configuration of an extended rotor shoe width applied to a rotor structure having an auxiliary permanent magnet for improving efficiency of a field winding motor generator for an ISG system according to the present invention
  • FIG. 4 is a view showing a comparative configuration of an extended rotor shoe width applied to a rotor structure having an auxiliary permanent magnet for improving efficiency of a field winding motor generator for an ISG system according to the present invention
  • Main part of the rotor structure is provided in the rotor structure having a secondary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment 5 is a view illustrating a main part of a state in which auxiliary permanent magnets are installed in a rotor structure having auxiliary permanent magnets for improving efficiency of a field winding motor generator for an ISG system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view illustrating a configuration of a tapered structure in which auxiliary permanent magnets are not tapered in a rotor structure having auxiliary permanent magnets for improving efficiency of a field winding motor generator for an ISG system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the shoe angle application of the auxiliary permanent magnet applied to the rotor structure having a secondary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment of the present invention Drawing.
  • the rotor core 110, a plurality of permanent magnets 120, and auxiliary permanent magnets 130 may be configured.
  • the rotor iron core 110 is a configuration of an iron core in which a shaft ball 111 into which a rotating shaft can be press-fitted in a center thereof is formed, and a rotor core 112 radially disposed with respect to the rotation center is integrally formed.
  • the rotor iron core 110 may be formed of an integrated laminate structure using electrical steel sheets.
  • the electrical steel sheet of the rotor iron core 110 may be composed of a non-oriented silicon steel sheet material.
  • the rotor iron core 110 of the rotor 100 is an integral rotor extending bent from both ends at the ends of the rotor core 112 disposed radially, as shown in Figs.
  • a rotor shoe 114 may be further formed.
  • the rotor shoe 114 of the rotor iron core 110 may be configured to have a tapering (tapping) toward both sides with respect to the center of the rotor core 112.
  • the rotor shoe 114 has a structure that is tapered toward both sides with respect to the center of the rotor core 112, as shown in FIG. It may be composed of a structure.
  • the rotor shoe 114 formed on the rotor core 112 has a structure in which a width of the rotor shoe 114 is extended relative to the same standard based on the center of the rotor core 112. Can be configured.
  • the rotor shoe 114 as shown in (b) of Figure 3, the length of the width of the rotor shoe 114 is extended relative to the same size relative to the center of the rotor core 112 It can be designed and configured to have a length of up to 0.5mm extension applied.
  • the rotor shoe 114 formed on the rotor core 112 may be bent to both sides of the rotor shoe 114 on which the auxiliary permanent magnet 130 is disposed, and each surface of which the inclined shoe angle is inclined at a predetermined angle. It may be configured in the form having a (shoe angle). At this time, the rotor shoe 114 is configured in a form having a shoe angle inclined to both sides of the rotor shoe 114 on which the auxiliary permanent magnet 130 is disposed to extend at a predetermined angle, shoe angle It may be composed of an oblique line toward the inside of the center of rotation of the rotor iron core (110).
  • the shoe angle of the rotor shoe 114 configured in an oblique form is preferably formed to have an angle of 25 degrees.
  • the plurality of permanent magnets 120 are configurations of magnets respectively disposed between the rotor cores 112 radially disposed on the rotor iron core 110.
  • the plurality of permanent magnets 120 may be composed of a rare earth permanent magnet.
  • the plurality of permanent magnets 120 is composed of a rare earth permanent magnet, it can be understood that it is composed of a variety of permanent magnet materials such as neodymium (NdFeB) magnet material, ferrite magnet material, and rare earth magnet material. Since the plurality of permanent magnets corresponds to a conventional configuration provided in the rotor 100 constituting the motor, unnecessary description thereof will be omitted.
  • the auxiliary permanent magnet 130 is configured to be disposed in a slot opening 113 between the rotor cores 112 in which the plurality of permanent magnets 120 are disposed.
  • the auxiliary permanent magnet 130 is disposed in a slot opening 113 between the rotor cores 112 in which the plurality of permanent magnets 120 are disposed, and the slot openings between the rotor cores 112. It may be designed and configured in a shape corresponding to the shape between the rotor shoes 114 forming 113.
  • the auxiliary permanent magnet 130 may be configured in the form of a rhombus disposed between the rotor shoe 114 corresponding to the inclined shoe angle of the rotor shoe 114. That is, the auxiliary permanent magnet 130 may be configured to have a rhombus shape disposed between the rotor shoes 114 to correspond to the inclined shoe angle of the rotor shoe 114, and may be formed to have an angle of 25 degrees.
  • the auxiliary permanent magnet 130 may be composed of a rare earth permanent magnet.
  • the auxiliary permanent magnet 130 is composed of a rare earth permanent magnet, it can be understood to be composed of various permanent magnet materials such as neodymium (NdFeB) magnet material, ferrite magnet material, and rare earth magnet material.
  • the rotor 100 having the rotor iron core 110, the permanent magnet 120, and the auxiliary permanent magnet 130 may be disposed at an inner center of the stator 200 fixedly installed in the motor housing.
  • the stator 200 may be configured as a stator core 203 in which a coil 202 is wound around a cylindrical stator body 201 that allows the rotor 100 to be disposed therein.
  • the stator 200 is a monolithic laminated structure in which the stator core 203 uses an electrical steel sheet, and may be made of a non-oriented silicon steel sheet material.
  • field winding motor generator 10 for an ISG system having the rotor 100 and the stator 200 as described above may be implemented by applying to the design of a 2.4 kW mechanical torque converter integrated motor generator.
  • FIG. 2A illustrates a basic model structure in which the taper ring is not applied to the rotor shoe 114.
  • FIG. 2B illustrates an optimal design modeling structure in which the taper is 0.8 mm applied to the rotor shoe 114.
  • Figure 3 (a) shows the basic model structure is applied to the width of the rotor shoe 114 is not applied
  • Figure 3 (b) is the optimum design is applied 0.5 mm in the width of the rotor shoe 114
  • the modeling structure is shown.
  • Figure 4 shows the main constitution of the state in which the auxiliary permanent magnet is not installed in the rotor structure
  • Figure 5 shows the main constitution of the state in which the auxiliary permanent magnet is installed in the rotor structure
  • Figure 6 is a rotor structure
  • the auxiliary permanent magnet shows the structure of the untapered structure.
  • (a) of Figure 7 shows a structure in which the shoe angle is not applied
  • Figure 7 (b) shows a structure in which the shoe angle is applied 20 degrees
  • (c) of Figure 7 is applied to the shoe angle 45 degrees The structure is shown.
  • FIG. 8 to 10 are diagrams showing an experimental analysis for the optimal design of the rotor structure having a secondary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows analytical data results in which a variable length structure of shoe width is applied to a non-tapping structure of an original model of the standard and a taper of the rotor shoe 114 formed on the rotor 100. have. That is, FIG. 8 illustrates an experimental result data in which the output increases with the auxiliary permanent magnet 130 inserted into the slot opening 113 and the field current decreases. In addition, the ripple due to the non-tapping structure is increased, and the progress of the characterization is shown as the lamination length is reduced.
  • FIG. 9 shows the analysis data results of the structure in which the tapering of the rotor shoe 114 formed in the original model and the rotor 100 of the same standard is set to 0.8 mm and the length of the shoe width is set to 0.5 mm. It is shown. That is, FIG. 9 shows an analysis result in which the ripple due to the non-tapping structure is increased and the torque ripple similar to that of the original model of the standard is shown through the structural redesign of the slot opening 113 after the tapering 0.8 mm is applied. .
  • FIG. 10 shows the results of analysis data applying various shoe angles (0 to 45 degrees) of the rotor shoe 114. That is, FIG. 10 shows the shoe angle for optimal design of the insertion structure of the auxiliary permanent magnet 130 according to the structure of the shoe angle. That is, by analyzing 20 to 45 degrees based on the basic model 0 degrees, and allowing the design to be made considering the manufacturable angle of the shoe angle, the performance of motoring and generating can be improved. You can do that. In addition, it is possible to manufacture for preventing the departure of the magnet during high speed operation, so that a structurally safe shape can be considered.
  • the rotor structure having an auxiliary permanent magnet for improving the efficiency of the field winding motor generator for the ISG system the rotor core and the permanent magnet and the auxiliary permanent magnet Configure the rotor, but taper to the rotor shoe of the rotor iron core, extend the length of the width, and make the auxiliary permanent magnet have a structure corresponding to the shoe angle formed on the rotor shoe, and this improvement
  • the rotor By configuring the rotor to be applied to the stator of the field winding motor generator for the ISG system, it is possible to realize the optimum design for improving the efficiency and reducing the size of the field winding motor generator, thereby satisfying the output specification of the motor generator and at the same time It is possible to improve the efficiency by reducing the side loss.
  • an optimized design of the shape of the auxiliary permanent magnet and rotor that satisfies the high efficiency and high power density characteristics of the motor generator for the ISG system is derived. It is possible to obtain high power density compared to the copper size when motoring and generating through the application of, and in particular, despite the use of expensive rare earth permanent magnets through size reduction and implementation of optimized design, It is possible to lower, thereby improving the fuel efficiency of the vehicle by improving the efficiency of the motor generator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

본 발명에서 제안하고 있는 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 따르면, 회전자 철심과 영구자석 및 보조 영구자석을 구비하는 회전자를 구성하되, 회전자 철심의 회전자 슈에 테이퍼링을 구성하고, 폭의 길이를 신장하며, 보조 영구자석이 회전자 슈에 형성되는 슈 각도에 대응하는 형태의 구조를 갖도록 하고, 이러한 개선된 회전자가 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 고정자에 적용되도록 구성함으로써, 계자권선형 모터제너레이터의 효율 향상 및 사이즈 저감의 최적 설계 구현이 가능하고, 이를 통한 모터제너레이터의 출력사양을 만족시키는 동시에 고정자 측 동손 저감을 통한 효율 향상이 가능하도록 할 수 있다.

Description

ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조
본 발명은 ISG(Integrated Starter & Generator) 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 계자권선형 모터제너레이터의 효율 향상 및 사이즈 저감의 설계를 위한 보조 영구자석을 이용하는 개선된 구조를 갖는 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 관한 것이다.
일반적으로 ISG 시스템은 기존의 자동차 시스템에서 엔지의 초기 시동을 위해 존재하는 시동모터와, 차량 내 전자장비의 전원공급을 위한 배터리 충전용 발전기를 하나의 전동기로 결합하여 사용하고자 개발된 기술이다. 이러한 ISG 시스템은 Idle Stop & Go 이외에 엔진 토크를 보조하고 회생제동기능을 수행하게 된다.
최근 ISG 시스템용 전동기의 경우, 시동모터와 발전기로서의 기능뿐만 아니라 회생제동의 기능과, 모터 토크 보조 기능을 함께 사용함으로써 기술의 효용성을 높여 적은 비용으로 큰 효과를 낼 수 있도록 개발되고 있다. ISG 시스템은 기존 자동차 시스템에서 일반적으로 발전기의 위치에 대체 배치되어 연비 향상 및 배기가스 배출 저감을 위한 마일드 하이브리드 차량에 적용되고 있다.
최근 자동차 관련 산업에서는 자동차 업체별로 연비 규제 강화에 대응하기 위해서 다양한 방안의 연비 개선을 위한 연구 개발이 진행되고 있으며, 이러한 기술 개발의 일환으로 전기에너지를 사용하는 배터리 EV, Hybrid EV 등의 차량 개발이 적극적으로 검토되고 있다. 특히, ISG 시스템용 계자권선형 모터 발전기의 효율 향상을 위해서는 최적화된 보조 영구자석 및 회전자의 구조 설계를 필요로 하고 있으나, 이에 대한 ISG 시스템용 모터제너레이터의 고효율, 고출력 밀도 특성을 만족시키기 위한 설계에는 제한적인 문제가 있었다. 즉, 종래의 ISG 시스템용 모터제너레이터의 경우, 사이즈 저감에 제한적이며, 모터제너레이터의 출력사양을 만족시키는 동시에 고정자 측 동손 저감을 통한 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
종래의 ISG 시스템은 자동차 엔진과 기계적으로 결합되어 스타터와 발전기의 역할을 동시에 하는 장치로서, 사용되는 모터발전기의 구조는 크게 회전자와 고정자로 이루어져 있으며, 회전자는 전기강판을 사용한 코어와 코어에 구비되는 영구자석으로 구성되고, 고정자는 전기강판을 사용한 코어와 권선으로 구성된다. 이때, 회전자는 크랭크축과 기계적으로 연결되어 있어 크랭크축과 함께 회전하기 때문에 엔진이 정지 상태가 아닌 이상 항상 철손이 발생되고 있는 상태가 된다. 이러한 철손은 엔진에 부하로 작용하기 때문에 자동차의 시스템 효율을 저하시키는 문제로 작용하게 된다. 대한민국 등록특허공보 제10-1823076호가 선행기술 문헌으로 개시되고 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 회전자 철심과 영구자석 및 보조 영구자석을 구비하는 회전자를 구성하되, 회전자 철심의 회전자 슈에 테이퍼링을 구성하고, 폭의 길이를 신장하며, 보조 영구자석이 회전자 슈에 형성되는 슈 각도에 대응하는 형태의 구조를 갖도록 하고, 이러한 개선된 회전자가 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 고정자에 적용되도록 구성함으로써, 계자권선형 모터제너레이터의 효율 향상 및 사이즈 저감의 최적 설계 구현이 가능하고, 이를 통한 모터제너레이터의 출력사양을 만족시키는 동시에 고정자 측 동손 저감을 통한 효율 향상이 가능하도록 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 유한요소해석법을 이용한 전자계 특성 분석의 수행을 통해 ISG 시스템용 모터제너레이터의 고효율, 고출력 밀도 특성을 만족시키는 보조 영구자석 및 회전자 형상의 최적화 설계가 도출되고, 그에 따른 자속집중에 유리한 설계 구조의 적용을 통한 모터링 및 제너레이팅시 동 사이즈 대비 높은 출력밀도를 얻을 수 있도록 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 사이즈 저감 및 최적화 설계 구현을 통해 비싼 희토류 영구자석을 사용했음에도 불구하고, 기본 모델 대비 제작비용을 낮출 수 있으며, 이를 통한 모터제너레이터의 효율 향상을 통한 차량의 연비 향상이 도모될 수 있도록 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조는,
ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조로서,
중심에 회전축이 압입될 수 있는 샤프트 공을 형성하고, 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 회전자 코어가 일체로 형성되는 회전자 철심;
상기 회전자 철심에 방사형으로 배치되는 회전자 코어의 사이에 각각 배치되는 복수의 영구자석; 및
상기 복수의 영구자석이 배치되는 상기 회전자 코어들 간의 슬롯 개구부(slot opening)에 배치되는 보조 영구자석을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 회전자 철심은,
전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 회전자 철심의 전기강판은,
무방향성의 규소 강판 소재로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 회전자 철심은,
상기 방사형으로 배치되는 회전자 코어의 말단에서 양 측으로 절곡되어 연장되는 일체형의 회전자 슈(rotor shoe)를 더 형성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 회전자 슈는,
상기 회전자 코어의 중심을 기준으로 양 측으로 갈수록 테이퍼링(tapering)되는 구조로 구성될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 회전자 슈는,
상기 회전자 코어의 중심을 기준으로 양 측으로 갈수록 테이퍼링 되는 구조를 갖되, 최대 0.8㎜의 테이퍼링이 적용되는 설계 구조로 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 회전자 슈는,
상기 회전자 코어의 중심을 기준으로 회전자 슈의 폭(Width) 길이가 동 규격에 비해 신장되는 구조로 구성될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 회전자 슈는,
상기 회전자 코어의 중심을 기준으로 회전자 슈의 폭 길이가 동 규격에 비해 신장되는 길이를 갖되, 최대 0.5㎜의 길이가 신장 적용되는 구조로 설계 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 보조 영구자석은,
상기 복수의 영구자석이 배치되는 상기 회전자 코어들 간의 슬롯 개구부(slot opening)에 배치하되, 상기 회전자 코어들 간의 슬롯 개구부를 형성하는 회전자 슈(rotor shoe) 사이의 형상에 대응하는 형상으로 설계 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 회전자 슈는,
상기 보조 영구자석이 배치되는 회전자 슈의 양측으로 절곡되어 연장된 각 면이 소정 각도로 경사진 슈 각도(shoe angle)를 갖는 형태로 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 회전자 슈는,
상기 보조 영구자석이 배치되는 회전자 슈의 양측으로 절곡되어 연장된 각 면이 소정 각도로 경사진 슈 각도를 갖는 형태로 구성하되, 상기 슈 각도는 회전자 철심의 회전 중심 내측을 향하는 사선으로 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 보조 영구자석은,
상기 회전자 슈의 경사진 슈 각도에 대응하여 상기 회전자 슈 간에 배치되는 마름모 형태로 구성될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 보조 영구자석은,
상기 회전자 슈의 경사진 슈 각도에 대응하여 상기 회전자 슈 간에 배치되는 마름모 형태로 구성하되, 25도의 각도를 갖도록 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 복수의 영구자석은,
희토류 영구자석으로 구성할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 복수의 영구자석은,
희토류 영구자석으로 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재, 페라이트 자석 소재, 및 희토류 자석 소재를 포함하여 구성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 보조 영구자석은,
희토류 영구자석으로 구성할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 보조 영구자석은,
희토류 영구자석으로 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재, 페라이트 자석 소재, 및 희토류 자석 소재를 포함하여 구성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 회전자는,
모터 하우징 내에 고정 설치되는 고정자의 내측 중심에 배치되어 설치될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 고정자는,
원통형의 고정자 바디에 코일이 권선되는 고정자 코어로 구성될 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 고정자는,
상기 고정자 코어가 전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로서, 무방향성의 규소 강판 소재로 구성될 수 있다.
더더욱 더 바람직하게는, 상기 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기는,
상기 회전자와 고정자를 포함하는 2.4㎾급 기계식 토크 컨버터 일체형 모터제너레이터의 설계에 적용하여 구현될 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 따르면, 회전자 철심과 영구자석 및 보조 영구자석을 구비하는 회전자를 구성하되, 회전자 철심의 회전자 슈에 테이퍼링을 구성하고, 폭의 길이를 신장하며, 보조 영구자석이 회전자 슈에 형성되는 슈 각도에 대응하는 형태의 구조를 갖도록 하고, 이러한 개선된 회전자가 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 고정자에 적용되도록 구성함으로써, 계자권선형 모터제너레이터의 효율 향상 및 사이즈 저감의 최적 설계 구현이 가능하고, 이를 통한 모터제너레이터의 출력사양을 만족시키는 동시에 고정자 측 동손 저감을 통한 효율 향상이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 유한요소해석법을 이용한 전자계 특성 분석의 수행을 통해 ISG 시스템용 모터제너레이터의 고효율, 고출력 밀도 특성을 만족시키는 보조 영구자석 및 회전자 형상의 최적화 설계가 도출되고, 그에 따른 자속집중에 유리한 설계 구조의 적용을 통한 모터링 및 제너레이팅시 동 사이즈 대비 높은 출력밀도를 얻을 수 있도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 사이즈 저감 및 최적화 설계 구현을 통해 비싼 희토류 영구자석을 사용했음에도 불구하고, 기본 모델 대비 제작비용을 낮출 수 있으며, 이를 통한 모터제너레이터의 효율 향상을 통한 차량의 연비 향상이 도모될 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조의 평면 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 적용되는 로터 슈 테이퍼링 적용의 비교 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 적용되는 로터 슈 폭 길이가 신장된 적용의 비교 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 보조 영구자석이 미설치된 상태의 요부 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 보조 영구자석이 설치된 상태의 요부 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 보조 영구자석이 미 테이퍼링 구조의 구성을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 적용되는 보조 영구자석의 슈 각도 적용 일례를 도시한 도면.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조의 최적 설계를 위한 실험 분석을 도시한 도면.
<부호의 설명>
10: ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기
100: 회전자(rotor)
110: 회전자 철심
111: 샤프트 공
112: 회전자 코어
113: 슬롯 개구부(slot opening)
114: 회전자 슈(rotor shoe)
120: 영구자석
130: 보조 영구자석
200: 고정자(stator)
201: 고정자 바디
202: 코일
203: 고정자 코어
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조의 평면 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 적용되는 로터 슈 테이퍼링 적용의 비교 구성을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 적용되는 로터 슈 폭 길이가 신장된 적용의 비교 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 보조 영구자석이 미설치된 상태의 요부 구성을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 보조 영구자석이 설치된 상태의 요부 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 보조 영구자석이 미 테이퍼링 구조의 구성을 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조에 적용되는 보조 영구자석의 슈 각도 적용 일례를 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 7에 각각 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자(100) 구조는, 회전자 철심(110), 복수의 영구자석(120), 및 보조 영구자석(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
회전자 철심(110)은, 중심에 회전축이 압입될 수 있는 샤프트 공(111)을 형성하고, 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 회전자 코어(112)가 일체로 형성되는 철심의 구성이다. 이러한 회전자 철심(110)은 전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로 구성될 수 있다. 여기서, 회전자 철심(110)의 전기강판은 무방향성의 규소 강판 소재로 구성될 수 있다.
또한, 회전자(100)의 회전자 철심(110)은 도 1 내지 도 7에 각각 도시된 바와 같이, 방사형으로 배치되는 회전자 코어(112)의 말단에서 양 측으로 절곡되어 연장되는 일체형의 회전자 슈(rotor shoe)(114)를 더 형성할 수 있다. 이때, 회전자 철심(110)의 회전자 슈(114)는 회전자 코어(112)의 중심을 기준으로 양 측으로 갈수록 테이퍼링(tapering)되는 구조로 구성될 수 있다. 여기서, 회전자 슈(114)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 회전자 코어(112)의 중심을 기준으로 양 측으로 갈수록 테이퍼링 되는 구조를 갖되, 최대 0.8㎜의 테이퍼링이 적용되는 설계 구조로 구성될 수 있다.
또한, 회전자 코어(112)에 형성되는 회전자 슈(114)는 회전자 코어(112)의 중심을 기준으로 회전자 슈(114)의 폭(Width) 길이가 동 규격에 비해 신장되는 구조로 구성될 수 있다. 여기서, 회전자 슈(114)는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 회전자 코어(112)의 중심을 기준으로 회전자 슈(114)의 폭 길이가 동 규격에 비해 신장되는 길이를 갖되, 최대 0.5㎜의 길이가 신장 적용되는 구조로 설계 구성될 수 있다.
또한, 회전자 코어(112)에 형성되는 회전자 슈(114)는 보조 영구자석(130)이 배치되는 회전자 슈(114)의 양측으로 절곡되어 연장된 각 면이 소정 각도로 경사진 슈 각도(shoe angle)를 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 회전자 슈(114)는 보조 영구자석(130)이 배치되는 회전자 슈(114)의 양측으로 절곡되어 연장된 각 면이 소정 각도로 경사진 슈 각도를 갖는 형태로 구성하되, 슈 각도는 회전자 철심(110)의 회전 중심 내측을 향하는 사선으로 구성될 수 있다. 여기서, 사선 형태로 구성되는 회전자 슈(114)의 슈 각도는 25도의 각도를 갖도록 형성됨이 바람직하다.
복수의 영구자석(120)은, 회전자 철심(110)에 방사형으로 배치되는 회전자 코어(112)의 사이에 각각 배치되는 자석의 구성이다. 이러한 복수의 영구자석(120)은 희토류 영구자석으로 구성할 수 있다. 여기서, 복수의 영구자석(120)은 희토류 영구자석으로 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재, 페라이트 자석 소재, 및 희토류 자석 소재 등의 다양한 영구자석 소재로 구성되는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 복수의 영구자석은 모터를 구성하는 회전자(100)에 구비되는 통상의 구성에 해당하므로 불필요한 설명은 생략하기로 한다.
보조 영구자석(130)은, 복수의 영구자석(120)이 배치되는 회전자 코어(112)들 간의 슬롯 개구부(slot opening)(113)에 배치되는 구성이다. 이러한 보조 영구자석(130)은 복수의 영구자석(120)이 배치되는 회전자 코어(112)들 간의 슬롯 개구부(slot opening)(113)에 배치하되, 회전자 코어(112)들 간의 슬롯 개구부(113)를 형성하는 회전자 슈(rotor shoe)(114) 사이의 형상에 대응하는 형상으로 설계 구성될 수 있다.
또한, 보조 영구자석(130)은 회전자 슈(114)의 경사진 슈 각도에 대응하여 회전자 슈(114) 간에 배치되는 마름모 형태로 구성될 수 있다. 즉, 보조 영구자석(130)은 회전자 슈(114)의 경사진 슈 각도에 대응하여 회전자 슈(114) 간에 배치되는 마름모 형태로 구성하되, 25도의 각도를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 보조 영구자석(130)은 희토류 영구자석으로 구성할 수 있다. 여기서, 보조 영구자석(130)은 희토류 영구자석으로 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재, 페라이트 자석 소재, 및 희토류 자석 소재 등의 다양한 영구자석 소재로 구성되는 것으로 이해될 수 있다.
이와 같이 회전자 철심(110)과 영구자석(120)과 보조 영구자석(130)을 구비하는 회전자(100)는 모터 하우징 내에 고정 설치되는 고정자(200)의 내측 중심에 배치되어 설치될 수 있다. 이러한, 고정자(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자(100)를 내부에 배치되도록 하는 원통형의 고정자 바디(201)에 코일(202)이 권선되는 고정자 코어(203)로 구성될 수 있다. 여기서, 고정자(200)는 고정자 코어(203)가 전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로서, 무방향성의 규소 강판 소재로 구성될 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같은 회전자(100)와 고정자(200)를 구비하는 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기(10)는 2.4㎾급 기계식 토크 컨버터 일체형 모터제너레이터의 설계에 적용하여 구현될 수 있다.
도 2의 (a)는 회전자 슈(114)에 테이퍼링이 미 적용된 기본 모델 구조를 나타내고 있으며, 도 2의 (b)는 회전자 슈(114)에 테이퍼링이 0.8㎜ 적용된 최적 설계 모델링 구조를 나타내고 있다. 또한, 도 3의 (a)는 회전자 슈(114)의 폭 길이가 미 적용된 기본 모델 구조를 나타내고 있으며, 도 3의 (b)는 회전자 슈(114)의 폭 길이가 0.5㎜ 적용된 최적 설계 모델링 구조를 나타내고 있다.
또한, 도 4는 회전자 구조에 보조 영구자석이 미설치된 상태의 요부 구성을 나타내고 있으며, 도 5는 회전자 구조에 보조 영구자석이 설치된 상태의 요부 구성을 나타내고 있으며, 도 6은 회전자 구조에 보조 영구자석이 미 테이퍼링 구조의 구성을 나타내고 있다. 또한, 도 7의 (a)는 슈 각도가 미 적용된 구조를 나타내고 있으며, 도 7의 (b)는 슈 각도가 20도 적용된 구조를 나타내고 있으며, 도 7의 (c)는 슈 각도가 45도 적용된 구조를 나타내고 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조의 최적 설계를 위한 실험 분석을 도시한 도면이다. 도 8은 동 규격의 오리지널 모델과 회전자(100)에 형성되는 회전자 슈(114)의 테이퍼링을 비 테이퍼링(Non-Tapering)한 구조에 슈 폭의 가변 길이의 구조가 적용된 분석 데이터 결과를 나타내고 있다. 즉, 도 8은 슬롯 개구부(113) 구조에 보조 영구자석(130)이 삽입된 상태로 출력이 증가하고, 계자 전류가 감소되는 실험 결과 데이터를 나타내고 있다. 또한, Non-Tapering 구조에 따른 리플이 증가되고, 적층 길이의 감소에 따른 특성 분석 진행 결과를 나타내고 있다.
또한, 도 9는 동 규격의 오리지널 모델과 회전자(100)에 형성되는 회전자 슈(114)의 테이퍼링을 0.8㎜로 설정하고, 슈 폭의 길이를 0.5㎜로 설정한 구조의 분석 데이터 결과를 나타내고 있다. 즉, 도 9는 Non-Tapering 구조에 따른 리플이 증가되고, Tapering 0.8㎜ 적용 후에 슬롯 개구부(113)의 구조 재설계를 통해 동 규격의 오리지널 모델과 유사한 수준의 토크 리플이 나타나는 분석 결과를 나타내고 있다.
도 10은 회전자 슈(114)의 다양한 슈 각도(0도에서 45도)를 적용한 분석 데이터 결과를 나타내고 있다. 즉, 도 10은 슈 각도의 구조에 따른 보조 영구자석(130)의 삽입 구조 최적 설계를 위한 슈 각도를 알 수 있도록 한다. 즉, 기본 모델 0도를 기준으로, 20 내지 45도를 분석하고, 슈 각도의 제작 가능한 각도를 고려하여 설계할 수 있도록 함으로써, 모터링(Motorign) 및 제너레이팅(Generating)의 성능이 개선될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 고속 운전 시에 자석의 이탈 방지를 위한 제작이 가능하고, 구조적으로 안전한 형상이 고려될 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조는, 회전자 철심과 영구자석 및 보조 영구자석을 구비하는 회전자를 구성하되, 회전자 철심의 회전자 슈에 테이퍼링을 구성하고, 폭의 길이를 신장하며, 보조 영구자석이 회전자 슈에 형성되는 슈 각도에 대응하는 형태의 구조를 갖도록 하고, 이러한 개선된 회전자가 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 고정자에 적용되도록 구성함으로써, 계자권선형 모터제너레이터의 효율 향상 및 사이즈 저감의 최적 설계 구현이 가능하고, 이를 통한 모터제너레이터의 출력사양을 만족시키는 동시에 고정자 측 동손 저감을 통한 효율 향상이 가능하도록 할 수 있게 된다. 또한, 유한요소해석법을 이용한 전자계 특성 분석의 수행을 통해 ISG 시스템용 모터제너레이터의 고효율, 고출력 밀도 특성을 만족시키는 보조 영구자석 및 회전자 형상의 최적화 설계가 도출되고, 그에 따른 자속집중에 유리한 설계 구조의 적용을 통한 모터링 및 제너레이팅시 동 사이즈 대비 높은 출력밀도를 얻을 수 있도록 할 수 있으며, 특히, 사이즈 저감 및 최적화 설계 구현을 통해 비싼 희토류 영구자석을 사용했음에도 불구하고, 기본 모델 대비 제작비용을 낮출 수 있으며, 이를 통한 모터제너레이터의 효율 향상을 통한 차량의 연비 향상이 도모될 수 있도록 할 수 있게 된다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (21)

  1. ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기(10)의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자(100) 구조로서,
    중심에 회전축이 압입될 수 있는 샤프트 공(111)을 형성하고, 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 회전자 코어(112)가 일체로 형성되는 회전자 철심(110);
    상기 회전자 철심(110)에 방사형으로 배치되는 회전자 코어(112)의 사이에 각각 배치되는 복수의 영구자석(120); 및
    상기 복수의 영구자석(120)이 배치되는 상기 회전자 코어(112)들 간의 슬롯 개구부(slot opening)(113)에 배치되는 보조 영구자석(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전자 철심(110)은,
    전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회전자 철심(110)의 전기강판은,
    무방향성의 규소 강판 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 회전자 철심(110)은,
    상기 방사형으로 배치되는 회전자 코어(112)의 말단에서 양 측으로 절곡되어 연장되는 일체형의 회전자 슈(rotor shoe)(114)를 더 형성하는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  5. 제4항에 있어서, 상기 회전자 슈(114)는,
    상기 회전자 코어(112)의 중심을 기준으로 양 측으로 갈수록 테이퍼링(tapering)되는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  6. 제5항에 있어서, 상기 회전자 슈(114)는,
    상기 회전자 코어(112)의 중심을 기준으로 양 측으로 갈수록 테이퍼링 되는 구조를 갖되, 최대 0.8㎜의 테이퍼링이 적용되는 설계 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  7. 제4항에 있어서, 상기 회전자 슈(114)는,
    상기 회전자 코어(112)의 중심을 기준으로 회전자 슈(114)의 폭(Width) 길이가 동 규격에 비해 신장되는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  8. 제7항에 있어서, 상기 회전자 슈(114)는,
    상기 회전자 코어(112)의 중심을 기준으로 회전자 슈(114)의 폭 길이가 동 규격에 비해 신장되는 길이를 갖되, 최대 0.5㎜의 길이가 신장 적용되는 구조로 설계 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 영구자석(130)은,
    상기 복수의 영구자석(120)이 배치되는 상기 회전자 코어(112)들 간의 슬롯 개구부(slot opening)(113)에 배치하되, 상기 회전자 코어(112)들 간의 슬롯 개구부(113)를 형성하는 회전자 슈(rotor shoe)(114) 사이의 형상에 대응하는 형상으로 설계 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  10. 제9항에 있어서, 상기 회전자 슈(114)는,
    상기 보조 영구자석(130)이 배치되는 회전자 슈(114)의 양측으로 절곡되어 연장된 각 면이 소정 각도로 경사진 슈 각도(shoe angle)를 갖는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  11. 제9항에 있어서, 상기 회전자 슈(114)는,
    상기 보조 영구자석(130)이 배치되는 회전자 슈(114)의 양측으로 절곡되어 연장된 각 면이 소정 각도로 경사진 슈 각도를 갖는 형태로 구성하되, 상기 슈 각도는 회전자 철심(110)의 회전 중심 내측을 향하는 사선으로 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  12. 제9항에 있어서, 상기 보조 영구자석(130)은,
    상기 회전자 슈(114)의 경사진 슈 각도에 대응하여 상기 회전자 슈(114) 간에 배치되는 마름모 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  13. 제12항에 있어서, 상기 보조 영구자석(130)은,
    상기 회전자 슈(114)의 경사진 슈 각도에 대응하여 상기 회전자 슈(114) 간에 배치되는 마름모 형태로 구성하되, 25도의 각도를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  14. 제9항에 있어서, 상기 복수의 영구자석(120)은,
    희토류 영구자석으로 구성하는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 영구자석(120)은,
    희토류 영구자석으로 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재, 페라이트 자석 소재, 및 희토류 자석 소재를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  16. 제9항에 있어서, 상기 보조 영구자석(130)은,
    희토류 영구자석으로 구성하는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  17. 제16항에 있어서, 상기 보조 영구자석(130)은,
    희토류 영구자석으로 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재, 페라이트 자석 소재, 및 희토류 자석 소재를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  18. 제9항에 있어서, 상기 회전자(100)는,
    모터 하우징 내에 고정 설치되는 고정자(200)의 내측 중심에 배치되어 설치되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  19. 제18항에 있어서, 상기 고정자(200)는,
    원통형의 고정자 바디(201)에 코일(202)이 권선되는 고정자 코어(203)로 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  20. 제19항에 있어서, 상기 고정자(200)는,
    상기 고정자 코어(203)가 전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로서, 무방향성의 규소 강판 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
  21. 제20항에 있어서, 상기 ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기(10)는,
    상기 회전자(100)와 고정자(200)를 포함하는 2.4㎾급 기계식 토크 컨버터 일체형 모터제너레이터의 설계에 적용하여 구현되는 것을 특징으로 하는, ISG 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조.
PCT/KR2018/013192 2018-06-27 2018-11-01 Isg 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조 WO2020004726A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0074396 2018-06-27
KR1020180074396A KR102108169B1 (ko) 2018-06-27 2018-06-27 Isg 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020004726A1 true WO2020004726A1 (ko) 2020-01-02

Family

ID=68985082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/013192 WO2020004726A1 (ko) 2018-06-27 2018-11-01 Isg 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102108169B1 (ko)
WO (1) WO2020004726A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113300510A (zh) * 2021-06-08 2021-08-24 瑞安市纪龙汽车电器有限公司 汽车起动机转子结构

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102657423B1 (ko) * 2022-04-07 2024-04-16 포항공과대학교 산학협력단 할박 영구자석 배열을 사용한 계자 권선형 회전자 및 이를 포함하는 하이브리드 모터
KR20240074450A (ko) 2022-11-21 2024-05-28 (주)듀링 발전기용 고정자 및 이를 포함하는 발전기
KR20240099618A (ko) 2022-12-22 2024-07-01 ㈜에이씨에스 발전기용 정류장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100063025A (ko) * 2007-08-28 2010-06-10 브루사 일렉트로닉 아게 차량 구동 장치를 위한 전류-전원 공급 동기 모터
JP2013118799A (ja) * 2011-10-31 2013-06-13 Asmo Co Ltd ロータ及びモータ
JP2014209828A (ja) * 2012-07-31 2014-11-06 アスモ株式会社 ロータ、モータ、及び、ロータの製造方法
US20150222152A1 (en) * 2014-01-29 2015-08-06 Asmo Co., Ltd. Motor and rotor
JP2016214082A (ja) * 2016-09-20 2016-12-15 三菱電機株式会社 永久磁石式回転電機

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100063025A (ko) * 2007-08-28 2010-06-10 브루사 일렉트로닉 아게 차량 구동 장치를 위한 전류-전원 공급 동기 모터
JP2013118799A (ja) * 2011-10-31 2013-06-13 Asmo Co Ltd ロータ及びモータ
JP2014209828A (ja) * 2012-07-31 2014-11-06 アスモ株式会社 ロータ、モータ、及び、ロータの製造方法
US20150222152A1 (en) * 2014-01-29 2015-08-06 Asmo Co., Ltd. Motor and rotor
JP2016214082A (ja) * 2016-09-20 2016-12-15 三菱電機株式会社 永久磁石式回転電機

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113300510A (zh) * 2021-06-08 2021-08-24 瑞安市纪龙汽车电器有限公司 汽车起动机转子结构
CN113300510B (zh) * 2021-06-08 2022-06-10 瑞安市纪龙汽车电器有限公司 汽车起动机转子结构

Also Published As

Publication number Publication date
KR102108169B1 (ko) 2020-05-21
KR20200001424A (ko) 2020-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020004726A1 (ko) Isg 시스템용 계자권선형 모터발전기의 효율 향상을 위한 보조 영구자석을 구비하는 회전자 구조
WO2018128398A1 (ko) 모터 및 변속기
ITMI962484A1 (it) Motore a magneti permanenti con avviamento da linea
WO2013085231A1 (ko) 두께가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터
WO2014104824A1 (ko) 고 토크 제공구조를 갖는 매립형 영구자석 동기 전동기의 회전자
US6888329B2 (en) Control method of dynamo-electric machine for vehicle
WO2024034868A1 (ko) 용량 가변형 전기추진 전동기의 냉각구조 및 이를 채용한 용량 가변형 전기추진 전동기
WO2018101638A1 (ko) 커버 조립체, 모터 및 이를 포함하는 전동식 조향장치
US6252330B1 (en) Dynamo-electric rotor with reduced magnetic flux leakage and with a structure permitting high efficiency assembly
JPH0974701A (ja) モータジェネレータ
WO2020085744A1 (ko) 모터
WO2018124634A1 (ko) 로터 및 이를 포함하는 모터
WO2020209650A1 (ko) Pm-assist 구조를 이용한 계자권선형 모터 제너레이터 및 그 제작 방법
WO2019245112A1 (ko) 전동기의 위치 검출용 회전자 구조
WO2018128487A1 (ko) 모터와 알터네이터를 융합한 구동기계
WO2024029770A1 (ko) 브러쉬리스 모터
WO2016108614A1 (ko) 전동기의 회전자
WO2020032395A1 (ko) 로터 및 이를 구비하는 모터
WO2021071171A1 (ko) 전기모터용 스테이터 및 이를 포함하는 전기모터
JP2865094B2 (ja) 交流発電機
WO2022260460A1 (ko) 고효율 전동기
JP2865092B2 (ja) 交流発電機
WO2020251244A1 (ko) 모터
WO2021133083A1 (ko) 전기모터용 스테이터 및 이를 포함하는 전기모터
WO2022196895A1 (ko) 백요크리스 자기 베어링 일체형 모터

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18924864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18924864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1