WO2023068723A1 - 아크 타입 영구자석 및 이를 구비한 자속 집중형 로터 - Google Patents

아크 타입 영구자석 및 이를 구비한 자속 집중형 로터 Download PDF

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WO2023068723A1
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김재호
황홍식
하경호
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present specification relates to an arc-type permanent magnet and a flux-concentrating rotor having the same, and more particularly, to a shape design of an arc-type permanent magnet for maximizing the performance of a motor.
  • a motor is a machine that obtains rotational force from electrical energy, and includes a stator and a rotor.
  • the rotor is configured to interact electromagnetically with the stator and is rotated by a force acting between a magnetic field and a current flowing in the coil.
  • a permanent magnet embedded motor In the case of a permanent magnet embedded motor, a permanent magnet is inserted and fixed into an embedded hole penetrated vertically through the core, which provides more electromagnetic torque than conventional surface-mounted motors and reluctance torque by a sailent pole structure. (reluctance torque) is added to increase torque and output.
  • a flux concentrate type rotor has been developed to further improve motor efficiency by improving torque and output more than a permanent magnet embedded motor.
  • the magnetic flux concentration type rotor is also referred to as a spoke type motor.
  • the magnetic flux concentration type rotor can generate high torque and high output due to its structurally high magnetic flux concentration, and has the advantage of being able to miniaturize the rotor for the same output, so it is suitable for washing machines and electric vehicles that require high torque and high output characteristics. It can be applied to drive motors such as
  • a magnetic flux concentration type rotor supports square bar-type permanent magnets disposed radially around a shaft, and square bar-type permanent magnets to form a magnetic flux path.
  • a rotor core is provided.
  • the rotor core may include yokes disposed between the permanent magnets, and a cylindrical base disposed between the shaft and the permanent magnets and connected to the respective yokes.
  • magnetic flux concentration type rotors having arc-type permanent magnets capable of increasing magnetic pole arcs compared to bar-type permanent magnets in the same rotor size are being developed.
  • a technical problem to be solved by the present specification is to provide an arc-type permanent magnet capable of maximizing the performance of a flux-concentrating rotor.
  • Another technical problem to be solved by the present specification is to provide an arc-type permanent magnet capable of effectively increasing counter electromotive force relative to magnet usage in the same rotor size.
  • Another technical problem to be solved by the present specification is to provide an arc-type permanent magnet capable of maximizing counter electromotive force.
  • Another technical problem to be solved by the present specification is to provide a magnetic flux concentration type rotor in which mechanical rigidity is increased by effectively dispersing the force of magnet scattering while employing an open slot structure.
  • Arc-type permanent magnets are arc-type permanent magnets provided in a plurality of magnetic flux concentration type rotors and disposed spaced apart from each other in the circumferential direction of the rotor core, and an inner diameter portion formed with a first curvature. ; an outer diameter portion having a second curvature different from the first curvature; It may include a connecting portion connecting the end of the inner diameter to the end of the outer diameter, and may satisfy at least one of the following five equations.
  • A is the thickness of the permanent magnet
  • B is the width of the permanent magnet
  • C is the first curvature of the inner diameter
  • D is the second curvature of the outer diameter
  • E is the center of magnetization.
  • the second curvature may be greater than the first curvature.
  • the connecting part may include a first straight part connected to an end of the outer diameter part and a second straight part connecting an end of the first straight part and an end of the inner diameter part.
  • the magnetic flux concentration type rotor may include a plurality of permanent magnets of the arc type described above, and in addition, a shaft; and a rotor core, wherein the rotor core comprises an annular ring-shaped inner diameter core having a shaft through-hole into which the shaft is inserted, and a circumferential direction of the inner diameter core from an outer circumferential surface of the inner diameter core.
  • a plurality of outer diameter cores arranged spaced apart from each other to form permanent magnet inserts for accommodating the permanent magnets, and a plurality of outer diameter cores arranged along the circumferential direction of the inner diameter core corresponding to each of the outer diameter cores. and may include a bridge connecting each of the outer diameter cores to the inner diameter core, and the outer diameter core may have a first cutout located at a lower end.
  • Ten permanent magnets of the arc type may be embedded in the rotor core.
  • the permanent magnet includes a first connecting line connecting the center of the first straight line formed at one end of the permanent magnet from the center of the inner diameter core, and a second connecting line formed at the other end of the permanent magnet from the center of the inner diameter core. 1 may be inserted into the permanent magnet insertion part so that an angle of 5 degrees to 20 degrees is maintained between the second connecting lines connecting the centers of the straight parts.
  • the outer diameter core includes a first side surface contacting the inner diameter part of a first permanent magnet among two permanent magnets adjacent to each other, and an outer surface of a second permanent magnet located on the opposite side of the first side surface among the two permanent magnets. It may have a second side surface in contact with the neck, and the first cutout portion may be formed to extend from an end of the second side surface of the outer cervical core toward the first side surface.
  • the bridge may include a first side surface extending from an end of the first side surface of the outer diameter core and connected to the inner diameter core, and a second side surface located on the opposite side of the first side surface of the bridge and connected to the inner diameter core.
  • the second side of the bridge may be spaced apart from an end of the outer diameter of the second permanent magnet toward the first side of the outer diameter core.
  • a portion of the first side surface of the bridge may contact at least a portion of the connection portion of the first permanent magnet.
  • the first cutout portion may extend toward the first side surface of the outer diameter core from a point where the first straight portion of the permanent magnet and a lower end of the second side surface of the outer diameter core are connected.
  • a second side surface of the bridge may extend from an end of the first cutout and be connected to the inner diameter core.
  • a portion where the second side surface of the bridge and the end portion of the first cutout are connected may be located outside the first straight portion of the first permanent magnet in a radial direction.
  • the first cutout and the second side surface of the bridge may form an acute angle.
  • the first cutout may be parallel to at least a portion of the connection portion of the permanent magnet.
  • the outer diameter core may further include a second cutout extending outward in a radial direction from an end of the first cutout.
  • a second side surface of the bridge may extend from an end of the second cutout and be connected to the inner diameter core.
  • a portion where the second side surface of the bridge and the end of the second cutout are connected may be positioned radially outward from the first straight portion of the first permanent magnet.
  • the second cutout and the second side surface of the bridge may form an acute angle.
  • the first cutout may be formed parallel to at least a portion of the connection portion of the permanent magnet.
  • the first side of the bridge extends from the end of the inner diameter of the first permanent magnet among the first and second permanent magnets adjacent to each other with the outer diameter core therebetween and is connected to the inner diameter core, and
  • the second side surface may be spaced apart from the end of the outer diameter portion of the second permanent magnet toward the first side surface.
  • the first straight part and the second straight part may have an interior angle of 90 degrees.
  • a portion of the first side surface of the bridge may contact at least a portion of the connection portion of the first permanent magnet.
  • An upper end of the second side surface of the bridge may be positioned radially outward than the first straight part of the first permanent magnet.
  • an arc-type permanent magnet using five variables (magnet thickness, magnet width, first curvature of the inner diameter, second curvature of the outer diameter, and gap at the center of magnetization), A high arc type permanent magnet can be manufactured, and an arc type permanent magnet with maximized back electromotive force can be manufactured.
  • the leakage path of the magnetic flux is relatively increased, the magnetic resistance is increased, and the amount of leakage flux through the bridge is reduced.
  • counter electromotive force of the motor can be increased, performance of the motor can be improved, and power density of the motor can be increased.
  • counter electromotive force can be further increased by optimizing the arrangement angle of the arc-type permanent magnets.
  • the arc-type permanent magnet is used, even if the open-slot structure is employed, the force of magnet scattering is effectively dispersed compared to the bar-type permanent magnet, thereby increasing the mechanical rigidity of the rotor core.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an arc-type permanent magnet used in a 10-pole motor with maximized magnet usage based on an optimized size of the arc-type permanent magnet.
  • FIG. 2 is a view showing an arc-type permanent magnet in which the thickness of the permanent magnet shown in FIG. 1 and the center point gap of magnetization are changed.
  • FIG. 3 is a view showing an arc-type permanent magnet in which the second curvature of the outer diameter portion of the permanent magnet shown in FIG. 1 and the gap between the central points of magnetization are changed.
  • FIG. 4 is a view showing an arc-type permanent magnet in which the first curvature of the inner diameter of the permanent magnet shown in FIG. 1 and the gap between the central points of magnetization are changed.
  • FIG. 5 is a view showing an arc-type permanent magnet in which the width of the permanent magnet shown in FIG. 1, the second curvature of the outer diameter portion, and the gap between the central points of magnetization are changed.
  • FIG. 6 is a view showing an arc-type permanent magnet in which the thickness of the permanent magnet shown in FIG. 1 and the first curvature of the inner diameter are changed.
  • FIG. 7 is a graph showing the magnitude of counter electromotive force versus the amount of magnet used according to the ratio between the first curvature of the inner diameter and the second curvature of the outer diameter of the arc-type permanent magnet.
  • FIG. 8 is a graph showing the magnitude of counter-electromotive force compared to the amount of magnet used according to the ratio of the thickness and width of the arc-type permanent magnet.
  • FIG. 9 is a graph showing the magnitude of counter electromotive force compared to the amount of magnet used according to the ratio of the gap to the width of the center of magnetization of the arc-type permanent magnet.
  • FIG. 10 is a graph showing the magnitude of counter electromotive force compared to the amount of magnet used according to the ratio of the thickness to the first curvature of the inner diameter of the arc-type permanent magnet.
  • 11 is a graph showing the magnitude of the counter electromotive force according to the first curvature of the inner diameter part, the second curvature of the outer diameter part, and the thickness of the arc-type permanent magnet.
  • FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a magnetic flux concentration type rotor having an arc-type permanent magnet and a motor having the rotor according to an embodiment of the present specification.
  • Fig. 13 is a diagram showing a schematic configuration of the rotor core shown in Fig. 12;
  • FIG. 14 is a diagram for explaining leakage magnetic flux generated in the flux concentration type rotor shown in FIG. 12 .
  • FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a rotor core provided in a flux concentrating rotor according to a second embodiment of the present specification.
  • 16 is a diagram showing a schematic configuration of a rotor core provided in a flux concentration type rotor according to a third embodiment of the present specification.
  • FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of a rotor core provided in a flux concentration type rotor according to a fourth embodiment of the present specification.
  • 18 is a graph showing an improvement rate of counter electromotive force according to an arrangement angle of arc-type permanent magnets.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an arc-type permanent magnet used in a 10-pole motor with maximized magnet usage based on an optimized size of the arc-type permanent magnet.
  • FIGS. 2 to 6 are diagrams illustrating arc-type permanent magnets according to embodiments when at least two of the five design elements are changed.
  • the permanent magnet 230 is an arc type having an inner diameter portion 231 formed with a first curvature (C) and an outer diameter portion 233 formed with a second curvature (D). It is a permanent magnet
  • the second curvature D of the outer diameter portion 233 and the first curvature C of the inner diameter portion 231 are different from each other.
  • the second curvature D of the outer diameter portion 233 may be greater than the first curvature C of the inner diameter portion 231, and the first curvature C of the inner diameter portion 231 is greater than the outer diameter portion 233. may be greater than the second curvature of
  • the permanent magnet 230 further includes a connection part 235 connecting an end of the inner diameter part 231 and an end of the outer diameter part 233, and the connection part 235 has a first connection connected to the end of the outer diameter part 233. It includes a straight part 235a and a second straight part 235b connecting the end of the first straight part 235a and the end of the inner diameter part 231 .
  • first straight portion 235a and the second straight portion 235b may have an interior angle A1 of 90 degrees.
  • 1 is an arc type in which the first curvature (C) of the inner diameter portion 231 is R12.5, the second curvature (D) of the outer diameter portion 233 is R8.0, and the magnetization center point gap (E) is 10.0.
  • the permanent magnet 230 of is shown.
  • the magnetization center point gap E means the distance between the center point of the first curvature C and the center point of the second curvature D.
  • the arc-type permanent magnet 230 shown in FIG. 1 has a thickness A of 5.5 and a width B of 15.1.
  • FIG. 2 is a view showing an arc-type permanent magnet in which the thickness of the permanent magnet shown in FIG. 1 and the center point gap of magnetization are changed.
  • the design factors other than the thickness (A) and the magnetization center gap (E), that is, the width (B), the first curvature of the inner diameter (C), and the second curvature of the outer diameter ( D) has the same value as the permanent magnet in FIG.
  • the arc-type permanent magnet shown in FIG. 2 has a thickness (A) of 4.5 and a magnetization center point gap (E) of 9.
  • FIG. 3 is a view showing an arc-type permanent magnet in which the second curvature of the outer diameter portion of the permanent magnet shown in FIG. 1 and the gap between the central points of magnetization are changed.
  • the design factors other than the second curvature D of the outer diameter portion and the gap E at the center of magnetization that is, the width B, the first curvature C of the inner diameter portion, and the thickness ( A) has the same value as the permanent magnet in FIG.
  • the second curvature D of the outer diameter portion of the arc-type permanent magnet shown in FIG. 3 is R10.0, and the gap at the center of magnetization is 7.
  • FIG. 4 is a view showing an arc-type permanent magnet in which the first curvature of the inner diameter of the permanent magnet shown in FIG. 1 and the gap between the central points of magnetization are changed.
  • the design factors other than the first curvature C of the inner diameter part and the magnetization center point gap E that is, the thickness (A) and width (B) and the second curvature of the outer diameter part ( D) has the same value as the permanent magnet in FIG.
  • the first curvature (C) of the inner diameter portion of the permanent magnet shown in FIG. 4 is R10.5, and the magnetization center point gap (E) is 5.
  • FIG. 5 is a view showing an arc-type permanent magnet in which the width of the permanent magnet shown in FIG. 1, the second curvature of the outer diameter portion, and the gap between the central points of magnetization are changed.
  • the design factors other than the width (B), the second curvature (D) of the outer diameter portion, and the magnetization center gap (E), that is, the thickness (A) and the first curvature of the inner diameter portion ( C) has the same value as the permanent magnet in FIG.
  • the arc-type permanent magnet shown in FIG. 5 has a width (B) of 13, a second curvature (D) of the outer diameter portion is R14.0, and a gap (E) at the center of magnetization is 3.
  • FIG. 6 is a view showing an arc-type permanent magnet in which the thickness of the permanent magnet shown in FIG. 1 and the first curvature of the inner diameter are changed.
  • the design factors other than the thickness (A) and the first curvature (C) of the inner diameter, that is, the width (B), the second curvature (D) of the outer diameter, and the magnetization center point gap ( E) has the same value as the permanent magnet in FIG.
  • the arc-type permanent magnet shown in FIG. 6 has a thickness (A) of 4, a first curvature (C) of the inner diameter portion is R13, and a magnetization center point gap (E) is 7.
  • Table 1 below describes magnet usage, counter electromotive force (Bemf), and counter electromotive force compared to magnet usage of each permanent magnet shown in FIGS. 1 to 6 .
  • the width and thickness of the permanent magnet are used as design factors.
  • the range A is further limited.
  • the thickness of the permanent magnet is highly correlated with the demagnetization resistance of the motor, and the length of the permanent magnet contributes more to improving the counter electromotive force of the motor.
  • the arc-type permanent magnet of the present specification when it has the same magnet volume as the square bar type, it is possible to design the length of the permanent magnet (width of the permanent magnet) to be short, and the thickness of both ends of the permanent magnet is also Since it is possible to design thinly, it is advantageous compared to bar-type permanent magnets in terms of magnetization.
  • FIG. 7 is a graph showing the magnitude of counter electromotive force compared to the amount of magnet used according to the ratio of the first curvature of the inner diameter part to the second curvature of the outer diameter part of the arc-type permanent magnet
  • FIG. 8 is the thickness-to-width ratio of the arc-type permanent magnet. It is a graph showing the magnitude of counter electromotive force versus magnet usage according to
  • FIG. 9 is a graph showing the magnitude of counter electromotive force compared to the amount of magnet used according to the ratio of the gap and width of the center of magnetization of the arc-type permanent magnet
  • FIG. 10 is the first curvature of the inner diameter of the arc-type permanent magnet It is a graph showing the magnitude of counter electromotive force compared to magnet usage according to
  • the arc-type permanent magnet may be designed to satisfy at least one of Equations (1) to (4) below.
  • Equations (1) to (4) the units of the thickness (A), width (B), and magnetization center gap (E) of the permanent magnet may be the same.
  • the units of the thickness (A), width (B), and magnetization center gap (E) of the permanent magnet may be mm or cm.
  • the counter electromotive force (counter electromotive force/magnet usage) of the permanent magnet relative to the amount of magnet used is approximately 0.5 or more.
  • FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a rotor core shown in FIG. 12
  • FIG. 14 is a diagram for explaining leakage magnetic flux generated in the flux concentration type rotor shown in FIG. 12 .
  • a motor having a magnetic flux concentrating rotor according to the first embodiment of the present specification includes a stator 100 and a magnetic flux concentrating rotor 200 .
  • the stator 100 may include a stator core 110 and a plurality of teeth 120 protruding from the stator core 110 in a radial direction.
  • the stator core 110 may be formed in an annular shape.
  • Pole shoes 130 extending in both circumferential directions may be provided at radially inner ends of the teeth 120 .
  • a slot 140 is formed between the teeth.
  • the coil 150 is wound through the teeth 120 and the slot 140 .
  • the magnetic flux concentration type rotor 200 includes a shaft 210, a rotor core 220, and permanent magnets 230.
  • the permanent magnet 230 is an arc type having an inner diameter portion 231 formed with a first curvature (C) and an outer diameter portion 233 formed with a second curvature (D). It is a permanent magnet
  • the second curvature D of the outer diameter portion 233 is formed in a different size than the first curvature C of the inner diameter portion 231, and the second curvature D of the outer diameter portion 233 is the inner diameter portion 231 ) may be formed larger than the first curvature C of, or may be formed smaller on the contrary.
  • each of the permanent magnets 230 proceeds in the tangential direction T, the outer diameter portion 233 is formed as a strong magnetic flux surface, and the inner diameter portion 231 is formed as a weak magnetic flux surface.
  • the permanent magnet 230 may further include a connection part 235 connecting the end of the inner diameter part 231 and the end of the outer diameter part 233, and the connection part 235 is connected to the end of the outer diameter part 233. It may include a first straight portion 235a and a second straight portion 235b connecting an end of the first straight portion 235a and an end of the inner diameter portion 231 .
  • first straight portion 235a and the second straight portion 235b may have an interior angle A1 of 90 degrees.
  • the rotor core 220 includes an inner diameter core 221, an outer diameter core 223, and a bridge 225.
  • the inner diameter core 221 is formed in an annular ring shape having a shaft through hole 221a into which the shaft 210 is inserted.
  • a plurality of outer diameter cores 223 are arranged along the circumferential direction (or tangential direction) of the inner diameter core 221 on the outer circumferential surface of the inner diameter core 221, and are permanent for accommodating the arc-type permanent magnet 230. They are spaced apart from each other to form magnet inserts 223a.
  • a first fixing protrusion 223b and a second fixing protrusion 223c protruding in an arc direction may be formed at both edge portions of the outer end of the outer diameter core 223 .
  • the first and second fixing protrusions 223b and 223c fix the position of the permanent magnet 230 when the arc-type permanent magnet 230 is inserted into the permanent magnet insertion part 223a, and the rotor ( 200) serves to prevent the permanent magnet 230 from scattering during rotation.
  • the outer diameter core 223 has an open slot structure.
  • a plurality of bridges 225 are arranged along the circumferential direction of the inner diameter core 221 corresponding to each of the outer diameter cores 223 and connect each of the outer diameter cores 223 to the inner diameter core 221 .
  • the outer diameter core 223 may be referred to as an outer core, and the inner diameter core 221 may be referred to as an inner core. This is because the inner diameter core 221 is located inside the outer diameter core 223 in the radial direction. Also, the outer diameter core 223 may be referred to as a yoke.
  • arc-type permanent magnets 230 having an inner diameter part 231 having a weak magnetic flux surface and an outer diameter part 233 having a strong magnetic flux surface face different from those adjacent to each other. are placed Therefore, magnetic flux can be compensated and torque ripple can be reduced.
  • the outer diameter core 223 includes a first side surface 223d contacting the inner diameter part 231 of the first permanent magnet 230A among the two adjacent permanent magnets, and the second permanent magnet among the two permanent magnets ( 230B) has a second side surface 223e in contact with the outer diameter portion 233, and further includes a first cutout 223f located at a lower end.
  • the first cutout 223f is formed extending from the end of the second side surface 223e of the outer diameter core 223 toward the first side surface 223d.
  • the bridge 225 extends from the end of the first side surface 223d of the outer diameter core 223 and connects the inner diameter core 221 to the first side surface 225a and the opposite side of the first side surface 225a. and a second side surface 225b connected to the inner diameter core 221.
  • the second side surface 225b of the bridge 225 is spaced apart from the end of the outer diameter portion 233 of the second permanent magnet 230B toward the first side surface 223d of the outer diameter core 223.
  • the lower end of the second permanent magnet 230B may be the first straight portion 235a.
  • the separation distance D1 of the second side surface 225b of the bridge 225 may be set to various values.
  • a portion of the first side surface 225a of the bridge 225 may contact at least a portion of the connection portion 235 of the first permanent magnet 230A, for example, the second straight portion 235b. there is.
  • the first cutout 223f is formed from the point P1 where the first straight portion 235a of the arc-type permanent magnet 230 and the lower end of the second side surface 223e of the outer diameter core 223 are connected. It may extend toward the first side surface 223d of the core 223 .
  • the first cutout 223f includes the first straight portion 235a of the arc-type permanent magnet 230 and the second side surface of the outer diameter core 223 ( 223e) extending toward the first side surface 223d of the outer diameter core 223 from the point P1 where the lower end is connected, at least a portion of the connecting portion 235 of the arc-type permanent magnet 230, for example, It may extend parallel to the first straight portion 235a.
  • the second side surface 225b of the bridge 225 extends from the end of the first cutout 223f and is connected to the inner diameter core 221 .
  • the separation distance D1 of the second side surface 225b of the bridge 225 may be shorter than the length L3 of the first cutout 223f.
  • portion P2 where the second side surface 225b of the bridge 225 and the end of the first cutout 223f are connected is radially outward than the first straight portion 235a of the permanent magnet 230. can be located
  • the maximum width W1 of the bridge 225 is smaller than the width W2 of the lower end of the outer diameter core 223 .
  • first cutout 223f and the second side surface 225b of the bridge 225 form a right angle or an acute angle A2.
  • the first cutout 223f and the second side surface 225b of the bridge 225 form an acute angle.
  • the second side surface 225b of the bridge 225 is formed by the first cutout 223f provided at the lower end of the outer diameter core 223, and the second permanent magnet ( 230B) is spaced apart from the outer diameter portion 233 toward the first side surface 223d of the outer diameter core 223.
  • the leakage path is relatively increased compared to the magnetic flux concentration type rotor without the first cutout, the magnetic resistance increases, and the magnetic flux is bent and flows due to the first cutout 223f, so leakage through the bridge 225 flux decreases.
  • FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a rotor core provided in a flux concentrating rotor according to a second embodiment of the present specification.
  • the first cutout 223f is formed by bending toward the inner diameter core 221 compared to the first embodiment described above.
  • the first cutout 223f extends from the first straight portion 235a of the permanent magnet 230, and at least a portion of the connection portion 235 of the permanent magnet 230, example
  • a configuration extending parallel to the first straight portion 235a is employed.
  • the first cutout 223f may be formed by bending toward the inner diameter core 221 compared to the first embodiment described above.
  • the angle A2 between the first cutout 223f and the second side surface 225b of the bridge 225 forms a substantially right angle.
  • the angle A2 formed by the first cutout 223f and the second side surface 225d of the bridge 225 is It turned out that it is preferable to form small.
  • 16 is a diagram showing a schematic configuration of a rotor core provided in a flux concentration type rotor according to a third embodiment of the present specification.
  • the outer diameter core provided in the magnetic flux concentration type rotor of the present embodiment includes at least a portion of the connection portion 235 of the permanent magnet 230, for example, the first cutout portion 223f extending parallel to the first straight portion 235a. ) Further comprising a second cutout 223g extending radially outward from the end of the bridge 225, and the second side surface 225b of the bridge 225 extends from the end of the second cutout 223g to the inner diameter core ( 221) is connected.
  • an angle A2 between the second cutout 223g and the second side surface 225b of the bridge 225 forms an acute angle, and the second side surface 225b of the bridge 225 and the second cutout 223g
  • the portion P3 to which the ends of ) are connected is located outside the first straight portion 235a of the permanent magnet 230 in the radial direction.
  • the flux concentration type rotor of the present embodiment has a relatively increased leakage path compared to the first and second embodiments of the present specification, counter electromotive force can be greatly improved.
  • FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of a rotor core provided in a flux concentration type rotor according to a fourth embodiment of the present specification.
  • the rotor core provided in the magnetic flux concentration type rotor of the present embodiment forms a hole 223h in the outer diameter core 223 of the first embodiment rotor core to generate local saturation at the lower end of the outer diameter core 223. Initiating the configuration to do.
  • the distance D2 between the first side surface 223d of the outer diameter core 223 and the hole 223h is maintained at about 0.5 mm. it is desirable
  • hole 223h can also be applied to the outer diameter core provided in the other embodiments described above.
  • the shape design of the permanent magnets is also important, but how the permanent magnets are arranged in the rotor core is also an important design factor.
  • 18 is a graph showing an improvement rate of counter electromotive force according to an arrangement angle of arc-type permanent magnets.
  • the arc-type permanent magnet 230 has an angle A3 of 5 degrees to 20 degrees between the first connection line L4 and the second connection line L5.
  • connection line L4 refers to a line connecting the center of the first straight portion 235a formed at one end of the arc-type permanent magnet 230 from the center of the inner diameter core 221
  • second connection line L5 refers to a line connecting the center of the first straight portion 235a formed at the other end of the arc-type permanent magnet 230 from the center of the inner diameter core 221 .

Landscapes

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Abstract

본 명세서의 일 실시 예에 따른 자속 집중형 로터에 복수 개가 구비되어 각각이 로터 코어의 원주 방향으로 서로 이격 배치되는 아크 타입의 영구자석으로서, 제1 곡률로 형성되는 내경부; 상기 제1 곡률과는 다른 제2 곡률로 형성되는 외경부; 상기 내경부의 단부를 상기 외경부의 단부에 연결하는 연결부를 포함하며, 하기의 5개의 식 중에서 적어도 어느 하나를 만족한다. (1) A=k1*C (k1은 0.31 내지 0.37) (2) B=k2*A (k2는 2.9 내지 3.75) (3) B=k3*E (k3는 1.8 내지 2.7) (4) D=k4*C (k4는 0.62 내지 0.98) (5) M=(C/D)*A/(C-D) (M은 2.5 이상) 상기 식 (1) 내지 (5)에서, A는 영구자석의 두께, B는 영구자석의 폭, C는 내경부의 제1 곡률, D는 외경부의 제2 곡률, E는 자화 중심점이다.

Description

아크 타입 영구자석 및 이를 구비한 자속 집중형 로터
본 명세서는 아크 타입 영구자석 및 이를 구비한 자속 집중형 로터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 성능 극대화를 위한 아크 타입 영구자석의 형상 설계에 관한 것이다.
모터(motor)는 전기에너지로부터 회전력을 얻는 기계로서, 스테이터(stator)와 로터(rotor)를 구비한다. 로터는 스테이터와 전자기적으로 상호 작용하도록 구성되고, 자기장과 코일에 흐르는 전류 사이에서 작용하는 힘에 의해 회전한다.
자계를 발생시키기 위해 영구자석을 사용하는 모터는 로터 코어에 설치되는 영구자석의 결합 구조에 따라 영구자석 표면 부착형 모터(Surface Mounted Magnet Motor)와 영구자석 매립형 모터(Interior Permanent Magnet Motor)로 구분된다.
여기서, 표면 부착형 모터의 경우 로터의 코어 표면에 영구자석이 부착된 형태로서 상대적으로 소음과 진동이 작으면서 회전력은 좋으나, 고속 회전 시 영구자석의 이탈과 기계적 강성의 저하 및 운전영역의 다양화를 위한 제어가 용이하지 않다는 단점을 가지고 있다.
그리고 영구자석 매립형 모터의 경우 코어에 상하로 관통된 매립공으로 영구자석이 삽입 고정된 형태로서 기존의 표면 부착형 모터보다 전자기적 토크(magnetic torque)에 돌극성(sailent pole) 구조에 의한 릴럭턴스 토크(reluctance torque)가 부가되어 토크 및 출력이 증가되는 특징이 있다.
한편, 최근에는 영구자석의 매립형 모터보다 토크 및 출력이 보다 더 향상되도록 하여 모터 효율이 더 향상되게 한 자속 집중형 로터(Flux Concentrate Type rotor)가 개발되고 있다. 자속 집중형 로터는 스포크 타입 로터(spoke type motor)라 말하기도 한다.
자속 집중형 로터는 구조적으로 자속 집중도가 높기 때문에 고 토크, 고 출력을 발생시킬 수 있으며, 동일 출력에 대해 로터를 소형화할 수 있다는 장점을 가지기 때문에 고 토크, 고 출력 특성이 요구되는 세탁기나 전기자동차 등의 구동 모터에 적용될 수 있다.
일반적으로, 자속 집중형 로터는 샤프트(shaft)를 중심으로 방사 형태로 배치되는 사각 바(bar) 타입의 영구자석(permanent magnet)과, 사각 바 타입의 영구자석들을 지지하고 자속의 통로를 형성되도록 마련되는 로터 코어(rotor core)를 구비한다.
로터 코어는 각 영구자석들 사이에 배치되는 요크(yoke)들과, 샤프트와 영구자석들 사이에서 위치하고 각 요크들과 연결되는 원통형 베이스(base)를 포함하여 구성될 수 있다.
그런데, 사각 바 타입의 영구자석을 적용한 자속 집중형 로터에서는 오픈 슬롯(open slot) 구조를 채용할 경우, 외경부 코어의 외측단의 양측 가장지리 부분에 형성된 제1, 2 고정돌기 부분에 자석 비산의 힘이 집중되어 기계적 강성이 취약한 문제점이 있다.
그리고, 바 타입의 영구자석을 구비한 자속 집중형 로터의 경우, 영구자석 형상으로 인해 자석의 자극호(pole arc)를 증가시키는 데 한계가 있다.
따라서, 동일한 로터 사이즈에서 바 타입 영구자석에 비해 자극호를 증가시킬 수 있는 아크 타입의 영구자석을 구비한 자속 집중형 로터가 개발되고 있다.
아크 타입 영구자석을 구비한 자속 집중형 로터의 한 예가 미국 특허 US15/389636호(이하, "선행특허"라 함)에 개시되어 있다.
그런데, 선행특허의 경우, 모터의 성능 극대화를 위한 아크 타입 영구자석의 설계 인자별 성능에 대해서는 전혀 개시하고 있지 않으며, 또한 아크 타입 영구자석의 형상 설계에 대해서는 전혀 개시하고 있지 않다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
선행특허: US15/389636호
본 명세서가 해결하고자 하는 기술적 과제는, 자속 집중형 로터의 성능을 극대화할 수 있는 아크 타입의 영구자석을 제공하는 것이다.
본 명세서가 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 동일한 로터 사이즈에서 자석 사용량 대비 역기전력을 효과적으로 상승시킬 수 있는 아크 타입의 영구자석을 제공하는 것이다.
본 명세서가 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 역기전력을 극대화할 수 있는 아크 타입의 영구자석을 제공하는 것이다.
본 명세서가 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 오픈 슬롯 구조를 채용하면서도 자석 비산의 힘이 효과적으로 분산되도록 하여 기계적 강성을 증가시킨 자속 집중형 로터를 제공하는 것이다.
본 명세서에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서의 일 양상에 따른 아크 타입의 영구자석은, 자속 집중형 로터에 복수 개가 구비되어 각각이 로터 코어의 원주 방향으로 서로 이격 배치되는 아크 타입의 영구자석으로서, 제1 곡률로 형성되는 내경부; 상기 제1 곡률과는 다른 제2 곡률로 형성되는 외경부; 상기 내경부의 단부를 상기 외경부의 단부에 연결하는 연결부를 포함할 수 있으며, 하기의 5개의 식 중에서 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다.
(1) A=k1*C (k1은 0.31 내지 0.37)
(2) B=k2*A (k2는 2.9 내지 3.75)
(3) B=k3*E (k3는 1.8 내지 2.7)
(4) D=k4*C (k4는 0.62 내지 0.98)
(5) M=(C/D)*A/(C-D) (M은 2.5 이상)
상기 식 (1) 내지 (5)에서,
A는 영구자석의 두께, B는 영구자석의 폭, C는 내경부의 제1 곡률, D는 외경부의 제2 곡률, E는 자화 중심점임.
상기 제2 곡률은 상기 제1 곡률보다 크게 형성될 수 있다.
상기 연결부는, 상기 외경부의 단부에 연결되는 제1 직선부와, 상기 제1 직선부의 단부와 상기 내경부의 단부를 연결하는 제2 직선부를 포함할 수 있다.
본 명세서에 따른 자속 집중형 로터는 위에서 설명한 아크 타입의 영구 자석을 복수 개 구비할 수 있고, 이에 더하여, 샤프트; 및 로터 코어를 더 포함할 수 있으며, 상기 로터 코어는, 상기 샤프트가 삽입되는 샤프트 관통홀을 구비한 환형의 링 형상의 내경부 코어와, 상기 내경부 코어의 외주면에서 상기 내경부 코어의 원주방향을 따라 복수 개가 배열되며 상기 영구자석을 수용하기 위한 영구자석 삽입부들을 형성하도록 서로 이격하여 배치되는 외경부 코어와, 상기 외경부 코어 각각에 대응하여 상기 내경부 코어의 원주방향을 따라 복수 개가 배열되며 상기 외경부 코어 각각을 상기 내경부 코어에 연결하는 브릿지를 포함할 수 있고, 상기 외경부 코어는 하단부에 위치하는 제1 절개부를 구비할 수 있다.
상기 로터 코어에는 10개의 상기 아크 타입의 영구자석이 매립될 수 있다.
상기 영구자석은, 상기 내경부 코어의 중심으로부터 상기 영구자석의 한쪽 단부에 형성된 제1 직선부의 중심을 연결한 제1 연결선과, 상기 내경부 코어의 중심으로부터 상기 영구자석의 다른 쪽 단부에 형성된 제1 직선부의 중심을 연결한 제2 연결선 사이에 5도 내지 20도의 사이각이 유지되도록 상기 영구자석 삽입부에 삽입될 수 있다.
상기 외경부 코어는, 서로 이웃한 2개의 영구자석 중 제1 영구자석의 내경부와 접촉하는 제1 측면과, 상기 2개의 영구자석 중 상기 제1 측면의 반대쪽에 위치하는 제2 영구자석의 외경부와 접촉하는 제2 측면을 구비할 수 있으며, 상기 제1 절개부는 상기 외경부 코어의 제2 측면의 단부로부터 상기 제1 측면 쪽으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 브릿지는, 상기 외경부 코어의 제1 측면의 단부로부터 연장되어 상기 내경부 코어에 연결되는 제1 측면과, 상기 브릿지의 제1 측면의 반대쪽에 위치하며 상기 내경부 코어에 연결되는 제2 측면을 포함할 수 있다.
상기 브릿지의 제2 측면은 상기 제2 영구자석의 외경부의 단부로부터 상기 외경부 코어의 제1 측면 쪽으로 이격하여 위치할 수 있다.
상기 브릿지의 제1 측면 중 일부는 상기 제1 영구자석의 연결부의 적어도 일부와 접촉할 수 있다.
상기 제1 절개부는 상기 영구자석의 제1 직선부와 상기 외경부 코어의 제2 측면의 하단부가 연결되는 지점으로부터 상기 외경부 코어의 제1 측면 쪽으로 연장될 수 있다.
상기 브릿지의 제2 측면은 상기 제1 절개부의 단부로부터 연장되어 상기 내경부 코어에 연결될 수 있다.
상기 브릿지의 제2 측면과 상기 제1 절개부의 단부가 연결되는 부분은 상기 제1 영구자석의 제1 직선부보다 방사방향으로 외측에 위치할 수 있다.
상기 제1 절개부와 상기 브릿지의 제2 측면은 예각을 형성할 수 있다.
상기 제1 절개부는 상기 영구자석의 연결부의 적어도 일부와 평행할 수 있다.
상기 외경부 코어는 상기 제1 절개부의 단부로부터 방사방향 외측으로 연장되는 제2 절개부를 더 포함할 수 있다.
상기 브릿지의 제2 측면은 상기 제2 절개부의 단부로부터 연장되어 상기 내경부 코어에 연결될 수 있다.
상기 브릿지의 제2 측면과 상기 제2 절개부의 단부가 연결되는 부분은 상기 제1 영구자석의 제1 직선부보다 방사방향으로 외측에 위치할 수 있다.
상기 제2 절개부와 상기 브릿지의 제2 측면은 예각을 형성할 수 있다.
상기 제1 절개부는 상기 영구자석의 연결부의 적어도 일부와 평행하게 형성될 수 있다.
상기 브릿지의 제1 측면은 상기 외경부 코어를 사이에 두고 서로 이웃한 제1 및 제2 영구자석 중 제1 영구자석의 내경부의 단부로부터 연장되어 상기 내경부 코어에 연결되고, 상기 브릿지의 제2 측면은 상기 제2 영구자석의 외경부의 단부로부터 상기 제1 측면 쪽으로 이격하여 위치할 수 있다.
상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부는 90도의 내각을 가질 수 있다.
상기 브릿지의 제1 측면 중 일부는 상기 제1 영구자석의 연결부의 적어도 일부와 접촉할 수 있다.
상기 브릿지의 제2 측면의 상단부는 상기 제1 영구자석의 제1 직선부보다 방사방향으로 외측에 위치할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 5가지의 변수(자석 두께, 자석 폭, 내경부의 제1 곡률, 외경부의 제2 곡률, 자화중심점 갭)를 사용하여 아크 타입의 영구자석을 설계함으로써, 자석 사용량 대비 역기전력이 높은 아크 타입의 영구자석을 제조할 수 있고, 역기전력이 극대화된 아크 타입의 영구자석을 제조할 수 있다.
그리고 제1 절개부로 인해 자속이 꺾여서 흐르게 되므로, 자속의 누설 경로가 상대적으로 증가하여 자기저항이 증가하고, 브릿지를 통한 누설 자속량이 감소한다.
따라서, 모터의 역기전력을 상승시킬 수 있고, 모터의 성능을 향상시킬 수 있으며, 모터의 출력 밀도를 증가시킬 수 있다.
그리고 아크 타입의 영구자석의 배치 각도를 최적화함으로써 역기전력을 더욱 상승시킬 수 있다.
그리고 아크 타입의 영구자석을 사용하므로, 오픈 슬롯 구조를 채용하더라도 바 타입의 영구자석에 비해 자석 비산의 힘이 효과적으로 분산되어 로터 코어의 기계적 강성이 증가한다.
본 명세서에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 명세서에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 명세서의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 10극 모터에 사용되는 아크 타입의 영구자석의 최적화 사이즈를 기준으로 자석 사용량을 극대화한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 영구자석의 두께와 자화 중심점 갭을 변경한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 영구자석의 외경부의 제2 곡률과 자화 중심점 갭을 변경한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 영구자석의 내경부의 제1 곡률과 자화 중심점 갭을 변경한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시한 영구자석의 폭과 외경부의 제2 곡률 및 자화 중심점 갭을 변경한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시한 영구자석의 두께와 내경부의 제1 곡률을 변경한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
도 7은 아크 타입의 영구자석의 내경부의 제1 곡률과 외경부의 제2 곡률의 비율에 따른 자석 사용량 대비 역기전력의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 8은 아크 타입의 영구자석의 두께와 폭의 비율에 따른 자석 사용량 대비 역기전력의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 9는 아크 타입의 영구자석의 자화중심점 갭과 폭의 비율에 따른 자석 사용량 대비 역기전력의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 10은 아크 타입의 영구자석의 내경부의 제1 곡률과 두께의 비율에 따른 자석 사용량 대비 역기전력의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 11은 아크 타입의 영구자석의 내경부의 제1 곡률, 외경부의 제2 곡률, 두께에 따른 역기전력의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 명세서의 실시 예에 따른 아크 타입의 영구자석을 구비한 자속 집중형 로터 및 이 로터를 구비한 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12에 도시한 로터 코어의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 12에 도시한 자속 집중형 로터에서 발생하는 누설 자속을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 자속 집중형 로터에 구비된 로터 코어의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 명세서의 제3 실시 예에 따른 자속 집중형 로터에 구비된 로터 코어의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 17은 본 명세서의 제4 실시 예에 따른 자속 집중형 로터에 구비된 로터 코어의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 18은 아크타입 영구자석의 배치 각도에 따른 역기전력의 개선율을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "어셈블리" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "결합되어" 있다거나 "접촉하고" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합되어 있거나 또는 직접적으로 접촉하고 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 결합되어" 있다거나 "직접 접촉하고" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 10극 모터에 사용되는 아크 타입의 영구자석의 최적화 사이즈를 기준으로 자석 사용량을 극대화한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 단면도이다.
그리고 도 2 내지 도 6은 5가지의 설계 요소 중 적어도 2개의 요소를 변경한 경우의 실시 예들에 따른 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 영구자석(230)은 제1 곡률(C)로 형성되는 내경부(231)와, 제2 곡률(D)로 형성되는 외경부(233)를 구비하는 아크 타입의 영구자석이다.
본 명세서에서, 외경부(233)의 제2 곡률(D)과 내경부(231)의 제1 곡률(C)은 서로 다르다.
즉, 외경부(233)의 제2 곡률(D)이 내경부(231)의 제1 곡률(C)보다 클 수도 있고, 내경부(231)의 제1 곡률(C)이 외경부(233)의 제2 곡률보다 클 수도 있다.
영구자석(230)은 내경부(231)의 단부와 외경부(233)의 단부를 연결하는 연결부(235)를 더 포함하고, 연결부(235)는 외경부(233)의 단부에 연결되는 제1 직선부(235a)와, 제1 직선부(235a)의 단부와 내경부(231)의 단부를 연결하는 제2 직선부(235b)를 포함한다.
그리고 제1 직선부(235a)와 제2 직선부(235b)는 90도의 내각(A1)을 갖도록 형성될 수 있다.
도 1은 내경부(231)의 제1 곡률(C)이 R12.5이고, 외경부(233)의 제2 곡률(D)이 R8.0이며, 자화 중심점 갭(E)이 10.0인 아크 타입의 영구자석(230)을 도시하고 있다.
여기에서, 자화 중심점 갭(E)은 제1 곡률(C)의 중심점과 제2 곡률(D)의 중심점 간의 거리를 의미한다.
그리고 도 1에 도시한 아크 타입의 영구자석(230)은 5.5의 두께(A)와 15.1의 폭(B)을 갖는다.
도 2는 도 1에 도시한 영구자석의 두께와 자화 중심점 갭을 변경한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
본 실시 예의 아크 타입의 영구자석에서, 두께(A)와 자화 중심점 갭(E)을 제외한 나머지 설계 인자, 즉, 폭(B)과 내경부의 제1 곡률(C) 및 외경부의 제2 곡률(D)은 도 1의 영구자석과 동일한 값을 갖는다.
도 2에 도시한 아크 타입의 영구자석의 두께(A)는 4.5이고, 자화 중심점 갭(E)은 9이다.
도 3은 도 1에 도시한 영구자석의 외경부의 제2 곡률과 자화 중심점 갭을 변경한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
본 실시 예의 아크 타입의 영구자석에서, 외경부의 제2 곡률(D)과 자화 중심점 갭(E)을 제외한 나머지 설계 인자, 즉, 폭(B)과 내경부의 제1 곡률(C) 및 두께(A)는 도 1의 영구자석과 동일한 값을 갖는다.
도 3에 도시한 아크 타입의 영구자석의 외경부의 제2 곡률(D)은 R10.0이고, 자화 중심점 갭은 7이다.
도 4는 도 1에 도시한 영구자석의 내경부의 제1 곡률과 자화 중심점 갭을 변경한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
본 실시 예의 아크 타입의 영구자석에서, 내경부의 제1 곡률(C)과 자화 중심점 갭(E)을 제외한 나머지 설계 인자, 즉, 두께(A)와 폭(B) 및 외경부의 제2 곡률(D)은 도 1의 영구자석과 동일한 값을 갖는다.
도 4에 도시한 영구자석의 내경부의 제1 곡률(C)은 R10.5이고, 자화 중심점 갭(E)은 5이다.
도 5는 도 1에 도시한 영구자석의 폭과 외경부의 제2 곡률 및 자화 중심점 갭을 변경한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
본 실시 예의 아크 타입의 영구자석에서, 폭(B)과 외경부의 제2 곡률(D) 및 자화 중심점 갭(E)을 제외한 나머지 설계 인자, 즉, 두께(A)와 내경부의 제1 곡률(C)은 도 1의 영구자석과 동일한 값을 갖는다.
도 5에 도시한 아크 타입의 영구자석의 폭(B)은 13이고, 외경부의 제2 곡률(D)은 R14.0이며, 자화 중심점 갭(E)은 3이다.
도 6은 도 1에 도시한 영구자석의 두께와 내경부의 제1 곡률을 변경한 아크 타입의 영구자석을 나타내는 도면이다.
본 실시 예의 아크 타입의 영구자석에서, 두께(A)와 내경부의 제1 곡률(C)을 제외한 나머지 설계 인자, 즉, 폭(B)과 외경부의 제2 곡률(D) 및 자화 중심점 갭(E)은 도 1의 영구자석과 동일한 값을 갖는다.
도 6에 도시한 아크 타입의 영구자석의 두께(A)는 4이고, 내경부의 제1 곡률(C)은 R13이며, 자화 중심점 갭(E)는 7이다.
아래의 표 1은 도 1 내지 도 6에 도시한 각각의 영구자석의 자석 사용량, 역기전력(Bemf), 자석 사용량 대비 역기전력을 기재하고 있다.
도 1 도 2 도 3 도 4 도 5 도 6
자석 사용량 128% 100% 109% 114% 102% 96%
역기전력 55.8 50.9 56.1 57.1 51.7 52.8
역기전력/자석 사용량 0.436 0.502 0.503 0.494 0.500 0.543
상기 표 1을 참조하면, 5가지의 설계 인자, 즉, 두께(A), 폭(B), 내경부의 제1 곡률(C), 외경부의 제2 곡률(D), 자화 중심점 갭(E)을 적절히 변경하면서 해당 모터에 필요한 성능을 최적화하는 것이 가능하다.
한 예로, 센서의 간격을 유지하기 위해 자석 오버행이 필수인 에어컨 모터의 경우, 도 4에 도시한 영구자석을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 자석 사용량 대비 역기전력 상승 효과가 큰 영구자석으로는 도 6에 도시한 영구자석을 사용하는 것이 바람직하다.
사각 바(bar) 타입의 영구자석은 영구자석의 폭과 두께가 설계 인자로 사용된다.
그런데, 상기 2개의 설계 인자로는 영구자석의 형상 설계의 다변화가 어려우며, 적용 제품군에 따라 샤프트의 외경이 정해져 있는 경우에는 ㄱ 범위가 더 제한된다.
또한, 사각 바 타입의 영구자석의 경우, 영구자석의 두께는 모터의 감자내력과 연관성이 높고, 모터의 역기전력 향상에는 영구자석의 길이가 더 많은 기여를 한다.
하지만, 자속 집중형 로터에서는 영구자석의 길이가 길수록 영구자석의 하단부가 내경부 코어 쪽으로 깊게 위치하고 있으므로 영구자석의 착자성이 떨어지는 문제도 발생한다.
하지만, 본 명세서의 아크 타입의 영구자석의 경우, 사각 바 타입과 동일한 자석 체적을 가질 때, 영구자석의 길이(영구자석의 폭)을 짧게 설계하는 것이 가능하고, 영구자석의 양 끝단의 두께도 얇게 설계하는 것이 가능하기 때문에 착자성 측면에서도 바 타입의 영구자석에 비해 유리하다.
또한, 본 명세서에 따르면, 본 명세서에서 정의된 5가지의 설계 인자(두께, 폭, 내경부의 제1 곡률, 외경부의 제2 곡률, 자화 중심점 갭)에 따른 모터의 역기전력 상승 효과를 분석하는 것이 가능하고, 각 인자별 비율을 특정지어 모터의 효과를 극대화하는 것이 가능하다.
이하, 각 인자별 비율에 따른 자석 사용량 대비 역기전력의 상승 효과에 대해 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
도 7은 아크 타입의 영구자석의 내경부의 제1 곡률과 외경부의 제2 곡률의 비율에 따른 자석 사용량 대비 역기전력의 크기를 나타내는 그래프이고, 도 8은 아크 타입의 영구자석의 두께와 폭의 비율에 따른 자석 사용량 대비 역기전력의 크기를 나타내는 그래프이다.
그리고 도 9는 아크 타입의 영구자석의 자화중심점 갭과 폭의 비율에 따른 자석 사용량 대비 역기전력의 크기를 나타내는 그래프이고, 도 10은 아크 타입의 영구자석의 내경부의 제1 곡률과 두께의 비율에 따른 자석 사용량 대비 역기전력의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 아크 타입의 영구자석은 아래의 식 (1) 내지 (4) 중에서 적어도 하나를 만족하도록 설계될 수 있다.
(1) A=k1*C (k1은 0.31 내지 0.37)
(2) B=k2*A (k2는 2.9 내지 3.75)
(3) B=k3*E (k3는 1.8 내지 2.7)
(4) D=k4*C (k4는 0.62 내지 0.98)
상기 식 (1) 내지 (4)에서, 영구자석의 두께(A), 폭(B), 자화 중심점 갭(E)의 단위는 서로 동일할 수 있다.
한 예로, 영구자석의 두께(A), 폭(B), 자화 중심점 갭(E)의 단위는 mm 또는 cm일 수 있다.
상기 식 (1) 내지 (4)에서, k1 내지 k4가 각각 상기 값을 만족하면, 영구자석의 자석 사용량 대비 역기전력(역기전력/자석 사용량)은 대략 0.5 이상이 된다.
한편, 자석 사용량 대비 역기전력 성능이 우수한 것보다 단지 역기전력이 우수한 모터를 설계하고자 할 경우에는 아래의 식 (5)를 참조할 수 있다.
(5) M=(C/D)*A/(C-D) (M은 2.5 이상)
도 11을 참조하면, 역기전력은 설계 변수 "M"이 2를 초과하면서 급격히 상승하며, 이후, 기울기가 완만해지는 것을 알 수 있다.
따라서, 역기전력을 극대화한 영구자석을 설계할 경우에는 설계 변수 "M"을 2.5 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바에 따르면, 모터의 요구되는 성능 또는 조건에 따라, 상기 식 (1) 내지 (5) 중에서 적어도 하나를 만족하도록 영구자석을 설계하는 것이 가능하다.
이하에서는 본 명세서에 따른 아크타입의 영구자석을 구비한 자속 집중형 로터 및 이 로터를 구비한 10극 모터에 대해 설명한다.
아크 타입의 영구자석을 구비한 자속 집중형 로터 및 이 로터를 구비한 10극 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 13은 도 12에 도시한 로터 코어의 개략적인 구성을 나타내는 도면이며, 도 14는 도 12에 도시한 자속 집중형 로터에서 발생하는 누설 자속을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서의 제1 실시 예에 따른 자속 집중형 로터를 구비한 모터는 스테이터(100)와 자속 집중형 로터(200)를 포함한다.
스테이터(100)는 스테이터 코어(110)와, 상기 스테이터 코어(110)에서 반경 방향으로 돌출되는 복수 개의 티스(120)를 포함할 수 있다. 상기 스테이터 코어(110)는 환형으로 형성될 수 있다.
상기 티스(120)의 반경 방향 내측 말단에는 원주 방향 양쪽으로 연장되는 폴슈(130)가 구비될 수 있다. 티스와 티스 사이에는 슬롯(140)이 형성된다. 따라서, 상기 티스(120)와 슬롯(140)을 통해서 코일(150)이 권선된다.
자속 집중형 로터(200)는 샤프트(210), 로터 코어(220), 및 영구자석(230)을 구비한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 영구자석(230)은 제1 곡률(C)로 형성되는 내경부(231)와, 제2 곡률(D)로 형성되는 외경부(233)를 구비하는 아크 타입의 영구자석이다.
외경부(233)의 제2 곡률(D)은 내경부(231)의 제1 곡률(C)은 서로 다른 크기로 형성되며, 외경부(233)의 제2 곡률(D)은 내경부(231)의 제1 곡률(C)보다 크게 형성될 수도 있고, 이와 반대로 작게 형성될 수도 있다.
영구자석(230) 각각의 자화 방향은 접선 방향(T)으로 진행되며, 외경부(233) 쪽이 강한 자속면으로 형성되고, 내경부(231) 쪽이 약한 자속면으로 형성된다.
영구자석(230)은 내경부(231)의 단부와 외경부(233)의 단부를 연결하는 연결부(235)를 더 포함할 수 있고, 연결부(235)는 외경부(233)의 단부에 연결되는 제1 직선부(235a)와, 제1 직선부(235a)의 단부와 내경부(231)의 단부를 연결하는 제2 직선부(235b)를 포함할 수 있다.
그리고 제1 직선부(235a)와 제2 직선부(235b)는 90도의 내각(A1)을 갖도록 형성될 수 있다.
로터 코어(220)는 내경부 코어(221)와 외경부 코어(223) 및 브릿지(225)를 포함한다.
내경부 코어(221)는 샤프트(210)가 삽입되는 샤프트 관통홀(221a)을 구비한 환형의 링 형상으로 형성된다.
외경부 코어(223)는 내경부 코어(221)의 외주면에서 내경부 코어(221)의 원주방향(또는 접선방향)을 따라 복수 개가 배열되며, 아크 타입의 영구자석(230)을 수용하기 위한 영구자석 삽입부(223a)들을 형성하도록 서로 이격하여 배치된다.
외경부 코어(223)의 외측단의 양측 가장자리 부분에는 원호 방향으로 돌출되어 있는 제1 고정돌기(223b) 및 제2 고정돌기(223c)가 형성될 수 있다. 제1 및 제2 고정돌기(223b)(223c)는 아크 타입의 영구자석(230)이 영구자석 삽입부(223a)에 삽입되어 있을 때, 영구자석(230)의 위치를 고정시켜 주며, 로터(200)의 회전시 영구자석(230)의 비산을 방지하는 역할을 한다.
즉, 외경부 코어(223)는 오픈 슬롯 구조를 갖는다.
브릿지(225)는 외경부 코어(223) 각각에 대응하여 내경부 코어(221)의 원주방향을 따라 복수 개가 배열되며, 외경부 코어(223) 각각을 내경부 코어(221)에 연결한다.
상기 외경부 코어(223)를 외측 코어라 할 수 있고, 내경부 코어(221)를 내측 코어라 할 수 있다. 왜냐하면 내경부 코어(221)는 외경부 코어(223)의 반경 방향 내측에 위치하기 때문이다. 그리고 상기 외경부 코어(223)를 요크(yoke)라 할 수도 있다.
영구자석 삽입부(223a)에는 약한 자속면을 갖는 내경부(231)와 강한 자속면을 갖는 외경부(233)를 구비한 아크 타입의 영구자석(230)이 서로 이웃한 것과는 서로 다른 면이 향하게 배치된다. 따라서, 자속을 보상할 수 있고, 토크 리플을 저감할 수 있다.
아크 타입의 영구자석(230)의 하단부, 즉 영구자석(230)의 제1 직선부(235a)와 내경부 코어(22) 사이에는 내경부 코어(221)의 원주방향으로 서로 이웃한 2개의 브릿지(225)에 의해 구획되는 공극(H1)이 형성된다.
외경부 코어(223)는, 서로 이웃한 2개의 영구자석 중 제1 영구자석(230A)의 내경부(231)와 접촉하는 제1 측면(223d)과, 2개의 영구자석 중 제2 영구자석(230B)의 외경부(233)와 접촉하는 제2 측면(223e)을 구비하며, 하단부에 위치하는 제1 절개부(223f)를 더 구비한다.
제1 절개부(223f)는 외경부 코어(223)의 제2 측면(223e)의 단부로부터 제1 측면(223d) 쪽으로 연장되어 형성된다.
그리고 브릿지(225)는 외경부 코어(223)의 제1 측면(223d)의 단부로부터 연장되어 내경부 코어(221)에 연결되는 제1 측면(225a)과, 제1 측면(225a)의 반대쪽에 위치하며 내경부 코어(221)에 연결되는 제2 측면(225b)을 포함한다.
브릿지(225)의 제2 측면(225b)은 제2 영구자석(230B)의 외경부(233)의 단부로부터 외경부 코어(223)의 제1 측면(223d) 쪽으로 이격하여 위치한다.
여기에서, 제2 영구자석(230B)의 하단부는 제1 직선부(235a)일 수 있다.
브릿지(225)의 제2 측면(225b)의 이격 거리(D1)는 다양한 값으로 설정될 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 브릿지(225)의 제1 측면(225a) 중 일부는 제1 영구자석(230A)의 연결부(235)의 적어도 일부, 예를 들면, 제2 직선부(235b)와 접촉할 수 있다.
제1 절개부(223f)는 아크 타입의 영구자석(230)의 제1 직선부(235a)와 외경부 코어(223)의 제2 측면(223e)의 하단부가 연결되는 지점(P1)으로부터 외경부 코어(223)의 제1 측면(223d) 쪽으로 연장될 수 있다.
도 12 내지 도 14의 실시 예에 도시한 바와 같이, 제1 절개부(223f)는 아크 타입의 영구자석(230)의 제1 직선부(235a)와 외경부 코어(223)의 제2 측면(223e)의 하단부가 연결되는 지점(P1)으로부터 외경부 코어(223)의 제1 측면(223d) 쪽으로 연장되되, 아크 타입의 영구자석(230)의 연결부(235)의 적어도 일부, 예를 들면, 제1 직선부(235a)와 평행하게 연장될 수 있다.
그리고 브릿지(225)의 제2 측면(225b)은 제1 절개부(223f)의 단부로부터 연장되어 내경부 코어(221)에 연결된다.
브릿지(225)의 제2 측면(225b)의 이격 거리(D1)는 제1 절개부(223f)의 길이(L3)보다 짧을 수 있다.
또한, 브릿지(225)의 제2 측면(225b)과 제1 절개부(223f)의 단부가 연결되는 부분(P2)은 영구자석(230)의 제1 직선부(235a)보다 방사방향으로 외측에 위치할 수 있다.
그리고 브릿지(225)의 최대 폭(W1)은 외경부 코어(223)의 하단부의 폭(W2)보다 작게 형성된다.
누설 자속량을 효과적으로 감소시키기 위해, 제1 절개부(223f)와 브릿지(225)의 제2 측면(225b)은 직각 또는 예각의 각도(A2)을 형성하는 것이 바람직하다.
도 12 내지 도 14에 도시한 실시 예에서는 제1 절개부(223f)와 브릿지(225)의 제2 측면(225b)이 예각을 형성하고 있다.
이러한 구성에 따르면, 도 14에 도시한 바와 같이, 외경부 코어(223)의 하단부에 구비된 제1 절개부(223f)로 인해 브릿지(225)의 제2 측면(225b)이 제2 영구자석(230B)의 외경부(233)로부터 외경부 코어(223)의 제1 측면(223d) 쪽으로 이격하여 위치한다.
따라서, 제1 절개부를 구비하지 않은 자속 집중형 로터에 비해 누설 경로가 상대적으로 증가하므로 자기저항이 증가하고, 제1 절개부(223f)로 인해 자속이 꺾여서 흐르게 되므로, 브릿지(225)를 통한 누설 자속량이 감소한다.
그리고 아크 타입의 영구자석을 사용하므로, 바 타입의 영구자석에 비해 자속 및 효율이 증가하고, 오픈 슬롯 구조를 채용하더라도 바 타입의 영구자석에 비해 자석 비산의 힘이 효과적으로 분산되어 로터 코어의 기계적 강성이 증가한다.
이하, 본 명세서의 다른 실시 예에 따른 자속 집중형 로터에 구비된 로터 코어에 대해 설명한다.
이하의 실시 예를 설명함에 있어서, 전술한 제1 실시 예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 15는 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 자속 집중형 로터에 구비된 로터 코어의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 15에 도시한 실시 예에 있어서, 제1 절개부(223f)는 전술한 제1 실시 예에 비해 내경부 코어(221) 쪽으로 꺾여서 형성된다.
즉, 전술한 제1 실시 예에서는 제1 절개부(223f)가 영구자석(230)의 제1 직선부(235a)로부터 연장되되, 상기 영구자석(230)의 연결부(235)의 적어도 일부, 예를 들면, 제1 직선부(235a)와 평행하게 연장된 구성을 채용하고 있다.
하지만, 본 실시 예에서와 같이, 제1 절개부(223f)가 전술한 제1 실시 예에 비해 내경부 코어(221) 쪽으로 꺾여서 형성될 수도 있다.
그리고, 본 실시 예의 경우, 제1 절개부(223f)와 브릿지(225)의 제2 측면(225b) 사이의 각도(A2)는 대략 직각을 형성하고 있다.
본 발명인이 실험한 바에 따르면, 역기전력을 효과적으로 향상시키기 위해서는 누설 경로를 증가시키는 것이 바람직하므로, 제1 절개부(223f)와 브릿지(225)의 제2 측면(225d)이 형성하는 각도(A2)를 작게 형성하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
도 16은 본 명세서의 제3 실시 예에 따른 자속 집중형 로터에 구비된 로터 코어의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
본 실시 예의 자속 집중형 로터에 구비된 외경부 코어는 영구자석(230)의 연결부(235)의 적어도 일부, 예를 들면, 제1 직선부(235a)와 평행하게 연장된 제1 절개부(223f)의 단부로부터 방사방향 외측으로 연장되는 제2 절개부(223g)를 더 포함하고, 브릿지(225)의 제2 측면(225b)은 제2 절개부(223g)의 단부로부터 연장되어 내경부 코어(221)에 연결된다.
그리고 제2 절개부(223g)와 브릿지(225)의 제2 측면(225b) 사이의 각도(A2)는 예각을 형성하며, 브릿지(225)의 제2 측면(225b)과 제2 절개부(223g)의 단부가 연결되는 부분(P3)은 영구자석(230)의 제1 직선부(235a)보다 방사방향으로 외측에 위치한다.
따라서, 본 실시 예의 자속 집중형 로터는 본 명세서의 제1, 2 실시 예에 비해 누설 경로가 상대적으로 증가하므로, 역기전력을 더 크게 향상시킬 수 있다.
도 17은 본 명세서의 제4 실시 예에 따른 자속 집중형 로터에 구비된 로터 코어의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
본 실시 예의 자속 집중형 로터에 구비된 로터 코어는 전술한 제1 실시 예의 로터 코어의 외경부 코어(223)에 홀(223h)을 형성하여 외경부 코어(223)의 하단부 부분에서 국부적 포화를 발생시키는 구성을 개시하고 있다.
외경부 코어(223)의 누설 경로 상에서의 국부적 포화를 효과적으로 발생시키기 위해, 외경부 코어(223)의 제1 측면(223d)과 홀(223h) 사이의 간격(D2)은 0.5mm 정도를 유지하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 홀(223h)은 전술한 다른 실시 예들에 구비된 외경부 코어에도 적용이 가능하다.
그리고 아크 타입의 영구자석이 적용된 자속 집중형 로터의 경우, 영구자석의 형상 설계도 중요하지만, 영구자석을 로터 코어에 어떻게 배치하는 가도 중요한 설계 인자이다.
도 18은 아크타입 영구자석의 배치 각도에 따른 역기전력의 개선율을 나타내는 그래프이다.
도 12 및 도 18을 참조하면, 10극 모터의 경우, 아크 타입의 영구자석(230)은 제1 연결선(L4)과 제2 연결선(L5) 사이에 5도 내지 20도의 사이각(A3)이 유지되도록 영구자석 삽입부에 삽입하는 경우, 역기전력 개선율이 우수한 것을 알 수 있다.
여기에서, 제1 연결선(L4)은 내경부 코어(221)의 중심으로부터 아크 타입의 영구자석(230)의 한쪽 단부에 형성된 제1 직선부(235a)의 중심을 연결한 선을 말하고, 제2 연결선(L5)은 내경부 코어(221)의 중심으로부터 아크 타입의 영구자석(230)의 다른 쪽 단부에 형성된 제1 직선부(235a)의 중심을 연결한 선을 말한다.
본 명세서는 본 명세서의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

Claims (24)

  1. 자속 집중형 로터에 복수 개가 구비되어 각각이 로터 코어의 원주 방향으로 서로 이격 배치되는 아크 타입의 영구자석으로서,
    제1 곡률로 형성되는 내경부;
    상기 제1 곡률과는 다른 제2 곡률로 형성되는 외경부;
    상기 내경부의 단부를 상기 외경부의 단부에 연결하는 연결부
    를 포함하며,
    하기의 5개의 식 중에서 적어도 어느 하나를 만족하는 아크 타입의 영구자석.
    (1) A=k1*C (k1은 0.31 내지 0.37)
    (2) B=k2*A (k2는 2.9 내지 3.75)
    (3) B=k3*E (k3는 1.8 내지 2.7)
    (4) D=k4*C (k4는 0.62 내지 0.98)
    (5) M=(C/D)*A/(C-D) (M은 2.5 이상)
    상기 식 (1) 내지 (5)에서,
    A는 영구자석의 두께, B는 영구자석의 폭, C는 내경부의 제1 곡률, D는 외경부의 제2 곡률, E는 자화 중심점임.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 곡률은 상기 제1 곡률보다 크게 형성되는 아크 타입의 영구자석.
  3. 제2항에서,
    상기 연결부는 상기 외경부의 단부에 연결되는 제1 직선부와, 상기 제1 직선부의 단부와 상기 내경부의 단부를 연결하는 제2 직선부를 포함하는 아크 타입의 영구자석.
  4. 샤프트;
    로터 코어; 및
    제3항에 기재한 복수 개의 아크 타입의 영구자석
    을 포함하고,
    상기 로터 코어는,
    상기 샤프트가 삽입되는 샤프트 관통홀을 구비한 환형의 링 형상의 내경부 코어와,
    상기 내경부 코어의 외주면에서 상기 내경부 코어의 원주방향을 따라 복수 개가 배열되며, 상기 영구자석을 수용하기 위한 영구자석 삽입부들을 형성하도록 서로 이격하여 배치되는 외경부 코어와,
    상기 외경부 코어 각각에 대응하여 상기 내경부 코어의 원주방향을 따라 복수 개가 배열되며, 상기 외경부 코어 각각을 상기 내경부 코어에 연결하는 브릿지
    를 포함하며,
    상기 외경부 코어는 하단부에 위치하는 제1 절개부를 구비하는 자속 집중형 로터.
  5. 제4항에서,
    상기 로터 코어에는 10개의 상기 아크 타입의 영구자석이 매립되는 자속 집중형 로터.
  6. 제5항에서,
    상기 영구자석은 상기 내경부 코어의 중심으로부터 상기 영구자석의 한쪽 단부에 형성된 제1 직선부의 중심을 연결한 제1 연결선과, 상기 내경부 코어의 중심으로부터 상기 영구자석의 다른 쪽 단부에 형성된 제1 직선부의 중심을 연결한 제2 연결선 사이에 5도 내지 20도의 사이각이 유지되도록 상기 영구자석 삽입부에 삽입되는 자속 집중형 로터.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
    상기 외경부 코어는 서로 이웃한 2개의 영구자석 중 제1 영구자석의 내경부와 접촉하는 제1 측면과, 상기 2개의 영구자석 중 상기 제1 측면의 반대쪽에 위치하는 제2 영구자석의 외경부와 접촉하는 제2 측면을 구비하며,
    상기 제1 절개부는 상기 외경부 코어의 제2 측면의 단부로부터 상기 제1 측면 쪽으로 연장되어 형성되는 자속 집중형 로터.
  8. 제7항에서,
    상기 브릿지는 상기 외경부 코어의 제1 측면의 단부로부터 연장되어 상기 내경부 코어에 연결되는 제1 측면과, 상기 브릿지의 제1 측면의 반대쪽에 위치하며 상기 내경부 코어에 연결되는 제2 측면을 포함하는 자속 집중형 로터.
  9. 제8항에서,
    상기 브릿지의 제2 측면은 상기 제2 영구자석의 외경부의 단부로부터 상기 외경부 코어의 제1 측면 쪽으로 이격하여 위치하는 자속 집중형 로터.
  10. 제9항에서,
    상기 브릿지의 제1 측면 중 일부는 상기 제1 영구자석의 연결부의 적어도 일부와 접촉하는 자속 집중형 로터.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 절개부는 상기 영구자석의 제1 직선부와 상기 외경부 코어의 제2 측면의 하단부가 연결되는 지점으로부터 상기 외경부 코어의 제1 측면 쪽으로 연장되는 자속 집중형 로터.
  12. 제11항에서,
    상기 브릿지의 제2 측면은 상기 제1 절개부의 단부로부터 연장되어 상기 내경부 코어에 연결되는 자속 집중형 로터.
  13. 제12항에서,
    상기 브릿지의 제2 측면과 상기 제1 절개부의 단부가 연결되는 부분은 상기 제1 영구자석의 제1 직선부보다 방사방향으로 외측에 위치하는 자속 집중형 로터.
  14. 제12항에서,
    상기 제1 절개부와 상기 브릿지의 제2 측면은 예각을 형성하는 자속 집중형 로터.
  15. 제12항에서,
    상기 제1 절개부는 상기 영구자석의 연결부의 적어도 일부와 평행한 자속 집중형 로터.
  16. 제11항에서,
    상기 외경부 코어는 상기 제1 절개부의 단부로부터 방사방향 외측으로 연장되는 제2 절개부를 더 포함하는 자속 집중형 로터.
  17. 제16항에서,
    상기 브릿지의 제2 측면은 상기 제2 절개부의 단부로부터 연장되어 상기 내경부 코어에 연결되는 자속 집중형 로터.
  18. 제17항에서,
    상기 브릿지의 제2 측면과 상기 제2 절개부의 단부가 연결되는 부분은 상기 제1 영구자석의 제1 직선부보다 방사방향으로 외측에 위치하는 자속 집중형 로터.
  19. 제17항에서,
    상기 제2 절개부와 상기 브릿지의 제2 측면은 예각을 형성하는 자속 집중형 로터.
  20. 제17항에서,
    상기 제1 절개부는 상기 영구자석의 연결부의 적어도 일부와 평행하게 형성되는 자속 집중형 로터.
  21. 샤프트;
    로터 코어; 및
    제3항에 기재한 복수 개의 아크 타입의 영구자석
    을 포함하고,
    상기 로터 코어는,
    상기 샤프트가 삽입되는 샤프트 관통홀을 구비한 환형의 링 형상의 내경부 코어와,
    상기 내경부 코어의 외주면에서 상기 내경부 코어의 원주방향을 따라 복수 개가 배열되며, 상기 영구자석을 수용하기 위한 영구자석 삽입부들을 형성하도록 서로 이격하여 배치되는 외경부 코어와,
    상기 외경부 코어 각각에 대응하여 상기 내경부 코어의 원주방향을 따라 복수 개가 배열되며, 상기 외경부 코어 각각을 상기 내경부 코어에 연결하는 브릿지
    를 포함하며,
    상기 브릿지의 제1 측면은 상기 외경부 코어를 사이에 두고 서로 이웃한 제1 및 제2 영구자석 중 제1 영구자석의 내경부의 단부로부터 연장되어 상기 내경부 코어에 연결되고, 상기 브릿지의 제2 측면은 상기 제2 영구자석의 외경부의 단부로부터 상기 제1 측면 쪽으로 이격하여 위치하는 자속 집중형 로터.
  22. 제21항에서,
    상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부는 90도의 내각을 갖는 자속 집중형 로터.
  23. 제22항에서,
    상기 브릿지의 제1 측면 중 일부는 상기 제1 영구자석의 연결부의 적어도 일부와 접촉하는 자속 집중형 로터.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에서,
    상기 브릿지의 제2 측면의 상단부는 상기 제1 영구자석의 제1 직선부보다 방사방향으로 외측에 위치하는 자속 집중형 로터.
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