KR101167806B1 - 영구자석 삽입식 비엘디시 모터 및 이를 구비한 압축기 - Google Patents

영구자석 삽입식 비엘디시 모터 및 이를 구비한 압축기 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 영구자석 삽입식 비엘디시 모터 및 이를 구비한 압축기에 관한 것이다. 본 영구자석 삽입식 비엘디시 모터는, 스테이터 및 로터를 포함하여 구성되고, 이 로터의 로터코어는 샤프트의 중심에서 동일한 반경을 가지며 d축에 대해 대칭으로 형성되는 정원부와, q축에 대해 대칭이고 정원부의 일 단부로부터 원주방향을 따라 점진적으로 절취깊이가 증가하게 절취되고 q축에서 최대절취깊이를 가지는 비정원부를 구비하며, 정원부 및 비정원부는 상호 교번적으로 배치되어 구성된다. 이에 의해, 모터의 효율을 제고시킬 수 있고, 토크리플을 저감하여 진동 및 소음 발생을 억제할 수 있다.

Description

영구자석 삽입식 비엘디시 모터 및 이를 구비한 압축기{INTERIOR PERMANENT MAGNET TYPE BRUSHLESS DIRECT CURRENT MOTOR AND COMPRESSOR HAVING THE SAME}
본 발명은, 영구자석 삽입식 비엘디시 모터 및 이를 구비한 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 모터의 효율을 제고시킬 수 있고 토크리플을 저감하여 소음 및 진동을 억제할 수 있도록 한 영구자석 삽입식 비엘디시 모터 및 이를 구비한 압축기에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 모터는, 그 사용 전원에 따라 직류모터와 교류 모터로 구별될 수 있다.
전통적인 직류 모터는 정류자와 브러시를 구비하여 구성되며, 정류자와 브러시의 기계적 접촉에 기인하여 신뢰성이 저하되고 수명이 단축되는 단점이 있다.
최근에는 기계적 접촉식의 문제점을 고려하여 반도체 소자를 이용한 전자 스위칭 방식의 소위 브러시리스 모터(Brushless DC Motor: BLDC 모터)가 널리 이용되고 있다.
이러한 브러시리스 모터는 스테이터와 회전자의 배치 구조에 따라 내전형(interior rotor type)과 외전형(exterior rotor type)으로 구별될 수 있다.
상기 내전형 모터에는 원통형의 영구자석의 중심에 샤프트을 삽입한 회전자가 이용되거나, 전기강판을 적층한 회전자 코어의 중심에 샤프트을 삽입하고 회전자 코어에 복수의 영구자석을 삽입한 소위 아이피엠 타입(interior permanent magnet type)이라고 하는 영구자석 삽입식 회전자가 이용되고 있다.
상기 영구자석 삽입식 회전자는, 중앙에 샤프트이 삽입될 수 있게 샤프트공이 형성되고, 샤프트공의 둘레에 복수의 영구자석이 축선방향을 따라 삽입될 수 있게 영구자석삽입부가 관통된 복수의 원형의 전기강판을 절연 적층한 코어를 구비한다.
한편, 상기 영구자석 삽입식 회전자에는 각 영구자석의 자속이 누설되는 것을 방지할 수 있게 각 영구자석의 양 단부영역에 플럭스 배리어(flux barrier)가 형성될 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 영구자석 삽입식 비엘디시 모터에 있어서는, 토크 리플이 상대적으로 크고, 이에 기인하여 상대적으로 큰 진동 및 소음이 발생된다고 하는 문제점이 있다.
한편, 종래의 영구자석 삽입식 비엘디시 모터 중 일부는 토크 리플을 저감하기 위해 플럭스 배리어 및/또는 q축 근방 원주 형상을 조정(튜닝)하는 방법을 채택하고 있다.
그런데, 이러한 플럭스 배리어 및/또는 q축 근방 원주 형상을 조정(튜닝)하는 방법들 중 일부는, 플럭스 배리어 및/또는 q축 근방 원주 형상의 과도한 조정으로 회전자의 강도가 취약하게 되어 회전자의 속도 증가 시 변형 및 손상을 초래할 수 있다.
또한, 회전자의 플럭스 배리어의 일 영역에 과도한 에지(edge) 또는 첨부를 형성하도록 되어 있어 회전자 금형의 에지(첨부) 형성 영역에 과도한 응력(stress) 집중이 발생하여 금형의 수명이 단축될 수 있다. 이에 기인하여 제조 비용이 증가하게 되고 양산성이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 모터의 효율을 제고시킬 수 있고, 토크리플을 저감하여 진동 및 소음을 억제할 수 있는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터 및 이를 구비한 압축기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 양산성을 가지면서 로터의 강성을 확보할 수 있고 고속 회전이 가능한 영구자석 삽입식 비엘디시 모터 및 이를 구비한 압축기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 복수의 슬롯 및 티스를 구비한 스테이터코어와, 상기 티스에 권선되는 스테이터코일을 구비한 스테이터; 및 샤프트, 상기 샤프트에 결합되는 로터코어, 상기 로터코어에 축방향으로 삽입되는 복수의 영구자석을 구비한 로터;를 포함하여 구성되고, 상기 로터코어는: 상기 샤프트의 중심에서 동일한 반경을 가지며 d축에 대해 대칭으로 형성되는 정원부; 및 q축에 대해 대칭이고 상기 정원부의 일 단부로부터 원주방향을 따라 점진적으로 절취깊이가 증가하게 절취되고 상기 q축에서 최대절취깊이를 가지는 비정원부;를 구비하며, 상기 정원부 및 비정원부는 상호 교번적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터를 제공한다.
여기서, 상기 정원부는, 상기 로터의 극수가 P일 때, 상기 d축과 일 단부의 내각(θ)이 (30˚~ 90˚)/P 범위를 가지게 구성될 수 있다.
상기 로터는 상기 비정원부의 최대절취깊이(A)의 상기 로터의 외경(D)에 대한 비(A:D)의 값이 0.01~0.04를 가지게 구성될 수 있다.
상기 비정원부는 최대절취깊이 지점에서 직선으로 연장된 직선구간부를 구비하며, 상기 직선구간부는 상기 q축에 대하여 대칭이고, 상기 일 측 직선구간부와 상기 q축은 내각이 60˚ 내지 80˚로 구성될 수 있다.
상기 로터코어에는 상기 영구자석이 삽입될 수 있게 영구자석삽입부가 형성되며, 상기 영구자석삽입부는 서로 다른 자극을 가지는 두 영구자석이 상기 q축에 대해 대칭으로 배치될 수 있게 형성될 수 있다.
상기 영구자석삽입부는 동일한 자극을 가지는 두 영구자석이 상기 d축에 대해 대칭으로 배치되게 형성될 수 있다.
상기 로터는 상기 서로 다른 자극을 가지는 두 영구자석의 최단거리(B)의 상기 로터 외경(D)에 대한 비(B:D)의 값이 0.02~0.035되게 구성될 수 있다.
상기 영구자석은 직사각 단면을 가지며, 상기 영구자석삽입부의 단부는 상기 직선구간부와 평행하게 배치되는 평행부를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 로터는 상기 직선구간부와 상기 평행부 사이의 거리(C)의 상기 로터 외경(D)에 대한 비(C:D)의 값이 0.006~0.010이 되게 구성될 수 있다.
상기 평행부는 상기 영구자석삽입부의 일 장변부에서 연장되며, 상기 영구자석삽입부의 단부는, 상기 평행부의 단부와 상기 영구자석삽입부의 다른 장변부를 연결하는 연결부와, 상기 평행부와 상기 연결부의 경계에 형성되는 원호부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터코어는 9슬롯을 구비하고, 상기 로터는 6극으로 구성될 수 있다.
상기 스테이터코일은 집중권으로 구성될 수 있다.
상기 비정원부는, 상기 정원부의 일 단부로부터 상기 직선구간부로 연장된 곡선구간부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 비정원부는, 상기 정원부의 일 단부에서 절취깊이가 점진적으로 증가하게 상기 q축에서 서로 교차하고 상기 q축에 대칭인 두 곡선구간부와, 상기 두 곡선구간부에 접하는 원호로 형성되는 라운드부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 일 측 곡선구간부와 상기 q축은 내각이 60˚ 내지 80˚로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 영구자석 삽입식 비엘디시 모터를 구비한 압축기가 제공된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 공극의 자속밀도를 정현적으로 하여 토크리플을 저감할 수 있다. 이에 의해 토크리플에 기인한 진동 및 소음 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 q축의 누설자속을 줄여 모터의 효율을 제고시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 양산성을 가지면서 로터의 강성을 확보할 수 있다. 이에 의해, 로터의 변형 및 손상 발생을 억제할 수 있다. 또한, 스테이터코일이 상대적으로 저속 운전에 유리한 집중권 방식으로 구성되어도 상대적으로 고속회전(대략 9000 rpm)이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 삽입식 비엘디시 모터를 구비한 압축기의 단면도,
도 2는 도 1의 스테이터코어 및 로터코어의 결합상태의 평면도,
도 3은 도 2의 로터코어의 부분확대도,
도 4는 도 3의 요부확대도,
도 5는 도 3의 정원부의 내각과 토크리플의 관계를 도시한 도면,
도 6은 도 3의 비정원부의 최대절취깊이와 토크리플의 관계를 도시한 도면,
도 7은 도 3의 비정원부의 내각과 토크리플의 관계를 도시한 도면,
도 8은 도 4의 영구자석의 최단거리와 안전율 및 토크의 관계를 도시한 도면,
도 9는 도 4의 비정원부 외곽과 영구자석삽입부 사이의 거리와 안전율 및 토크의 관계를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 삽입식 비엘디시 모터의 로터코어의 정원부 및 비정원부의 확대도,
도 11은 도 10의 요부확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
[1]
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 삽입식 비엘디시 모터를 구비한 압축기는, 내부에 수용공간을 형성하는 케이스(110), 상기 케이스(110)의 내부에 배치되어 냉매를 압축하는 압축부(120), 상기 압축부(120)에 구동력을 제공하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 케이스(110)의 일 측에는 냉매를 흡입하는 흡입관(112)과 냉매를 토출하는 토출관(114)이 구비될 수 있다.
상기 압축부(120)는 상기 케이스(110)의 내부 상부영역에 구비될 수 있다.
상기 압축부(120)는, 고정배치되는 고정스크롤(122)과, 상기 고정스크롤(122)에 대해 선회운동하면서 냉매를 압축하는 선회스크롤(125)을 구비할 수 있다. 상기 고정스크롤(122)에는 인벌류트 형상의 고정랩(124)이 구비되며, 상기 선회스크롤(125)에는 인벌류트 형상의 선회랩(127)이 구비될 수 있다.
상기 케이스(110)의 내부 상부영역에는 메인프레임(116)이 구비될 수 있다.
상기 케이스(110)의 내부 하부영역에는 서브프레임(118)이 구비될 수 있다.
상기 메인프레임(116) 및 서브프레임(118)은 상기 케이스(110)에 각각 고정될 수 있다.
상기 압축부(120)는 상기 메인프레임(116)에 의해 지지될 수 있다.
상기 메인프레임(116) 및 서브프레임(118) 사이에는 상기 영구자석 삽입식 비엘디시 모터(130)가 배치될 수 있다.
상기 영구자석 삽입식 비엘디시 모터(130)는 상하로 긴 길이를 가지는 샤프트(165)를 구비할 수 있다. 상기 샤프트(165)의 상단은 상기 선회스크롤(125)에 연결되고 하단은 상기 서브프레임(118)에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 상기 샤프트(165)의 상단에는 편심부가 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 선회스크롤(125)이 상기 고정스크롤(122)에 대해 선회운동하면서 냉매를 압축할 수 있다.
상기 영구자석 삽입식 비엘디시 모터(130)는, 스테이터(140)와, 샤프트(165)를 구비하여 상기 스테이터(140)에 대해 회전가능하게 배치되는 로터(160)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터(140)는, 복수의 슬롯(145) 및 티스(146)를 구비한 스테이터코어(141)와, 상기 티스(146)에 권선되는 스테이터코일(147)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코어(141)는 중앙에 상기 로터(160)가 수용되는 로터수용공(144)이 형성될 수 있다.
상기 로터수용공(144)의 둘레에는 복수의 슬롯(145) 및 티스(146)가 형성될 수 있다. 상기 슬롯(145) 및 티스(146)는 상기 로터수용공(144)의 원주방향을 따라 서로 교번적으로 배치되게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 슬롯(145)은 9개로 구성될 수 있다.
상기 스테이터코어(141)는 상기 로터수용공(144), 슬롯(145) 및 티스(146)가 각각 형성된 복수의 전기강판(142)을 절연 적층하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터코일(147)은 상기 각 티스(146)의 둘레에 집중적으로 권선되는 집중권으로 구성될 수 있다.
상기 로터(160)는, 샤프트(165), 상기 샤프트(165)에 결합되는 로터코어(171), 상기 로터코어(171)에 축방향으로 삽입되는 복수의 영구자석(190)을 구비한 로터(160);를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 로터코어(171)는 상기 로터수용공(144)의 내부에 소정의 공극(air gap)을 두고 배치될 수 있게 소정의 외경(D)을 가지게 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 로터코어(171)는 중앙에 상기 샤프트(165)가 결합될 수 있게 관통된 샤프트공(175)이 구비될 수 있다.
상기 샤프트공(175)의 둘레에는 영구자석(190)이 축방향으로 삽입될 수 있게 영구자석삽입부(191)가 형성될 수 있다.
상기 샤프트공(175)의 외측에는 체결부재(미도시)가 삽입될 수 있게 체결부재삽입공(177)이 관통 형성될 수 있다.
상기 샤프트공(175)의 외측에는 유체가 통과할 수 있게 관통된 관통공(178)이 형성될 수 있다.
상기 로터코어(171)는 상기 샤프트공(175) 및 영구자석삽입부(191)가 형성된 복수의 전기강판(172)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
상기 로터(160)는 6극으로 구성될 수 있다. 상기 로터(160)는 1극당 2개의 영구자석이 소요되므로 총 12개의 영구자석(190)을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 로터코어(171)는, 상기 샤프트(165)의 중심에서 동일한 반경(D/2)을 가지며 d축에 대해 대칭으로 형성되는 정원부(181); 및 q축에 대해 대칭이고 상기 정원부(181)의 일 단부로부터 원주방향을 따라 점진적으로 절취깊이가 증가하게 절취되고 상기 q축에서 최대절취깊이(A)를 가지는 비정원부(185);를 구비하며, 상기 정원부(181) 및 비정원부(185)는 상호 교번적으로 배치되게 구성될 수 있다.
여기서, 상기 절취깊이는 상기 정원부(181)와 동일한 반경을 가지는 가상의 원주로부터 절취 형성된 비정원부(185)의 외면까지의 반경방향의 거리를 의미한다.
상기 정원부(181)는, 상기 로터(160)의 극수가 P일 때, 상기 d축과 일 단부의 내각(θ1)이 (30˚~ 90˚)/P 범위를 가지게 구성될 수 있다. 이에 의해, 토크리플(torque ripple)이 현저하게 감소될 수 있다.
본 실시예에서 상기 로터(160)가 6극으로 구성되어 있으므로, 상기 정원부(181)는 d축과 일 단부의 내각(θ1)은 (30˚~ 90˚)/6, 즉 5˚ 내지 15˚범위 이내에서 형성될 수 있다. 따라서, 상기 정원부(181)는 d축을 중심으로 상기 d축의 양 측으로 10˚ 내지 30˚범위에서 대칭으로 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 정원부(181)는 d축과 일 단부의 내각(θ1)이 5˚내지 15˚로 형성되는 경우 토크리플이 5% 이하로 현저하게 감소되어 토크리플에 기인한 진동 및 소음 발생을 현저하게 저감시킬 수 있다.
한편, 상기 비정원부(185)는 상기 정원부(181)의 끝에서 원주방향을 따라 반경이 점진적으로 작아지게 절취하여 형성될 수 있다.
상기 비정원부(185)는 q축을 중심으로 대칭으로 형성될 수 있다.
상기 비정원부(185)는 q축에서 최대절취깊이(A)를 가질 수 있다.
상기 비정원부(185)는 최대절취깊이(A)의 상기 로터(160)의 외경(D)에 대한 비(A:D)의 값이 0.01~0.04를 가지게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 모터(130)의 토크리플이 현저하게 저감될 수 있다.
상기 비정원부(185)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 최대절취깊이(A)의 상기 로터(160)의 외경(D)에 대한 비(A:D)의 값(A/D)이 0.01~0.04에서 토크리플이 5% 이하로 현저하게 감소될 수 있다. 특히 상기 비의 값(A/D)이 0.03일 때 토크리플은 거의 4%에 근접되는 최소값을 가지므로, 상기 비의 값은 0.03이 가장 바람직할 수 있다.
상기 비정원부(185)는 절취깊이가 선형적으로 변화하는 직선구간부(186a)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 직선구간부(186a)는 상기 q축을 사이에 두고 서로 대칭으로 형성될 수 있다.
상기 두 직선구간부(186a)의 경계영역에는 라운드부(186c)가 형성될 수 있다. 이에 의하면, 금형에 의한 제작시 응력집중을 방지하여 금형 손상을 억제할 수 있다. 상기 라운드부(186c)는 상기 두 직선구간부(186a)와 동시에 접하는 원호로 구성될 수 있다.
상기 직선구간부(186a)는 상기 q축과 내각(θ2)이 60˚ 내지 80˚를 이루게 구성될 수 있다. 상기 두 직선구간부(186a)의 내각은 q축을 중심으로 양측으로 120˚ 내지 160˚범위 이내에서 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 모터(130)의 토크리플이 현저하게 감소될 수 있다.
상기 비정원부(185)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 직선구간부(186a)와 q축의 내각(θ2)이 60˚ 내지 80˚ 범위 이내에서 구성될 때, 토크리플이 5% 이하로 현저하게 저감될 수 있다. 특히 상기 내각(θ2)이 70˚에서 거의 4% 수준에 근접하는 최소값을 가지게 되며, 상기 내각(θ2)은 70도로 구성되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
상기 비정원부(185)는 상기 정원부(181)의 일 단부에서 원주방향을 따라 점진적으로 반경이 작아지게 상기 직선구간부(186a)에 연결되는 곡선구간부(186b)를 구비하여 구성될 수 있다.
본 실시예의 도 4에는 도면 설명의 편의상 곡선구간부(186b)와 직선구간부(186a), 직선구간부(186a)와 라운드부(186c)의 경계가 다소 과장되어 매끄럽지 못하게 도시되어 있으나, 실제로는 각 경계영역이 부드럽게 연결되어 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 곡선구간부(186b)가 상기 직선구간부(186a)에 접하게 구성될 수 있다. 또한, 라운드부(186c)의 양 단부가 상기 두 직선구간부(186a)에 각각 접하게 구성될 수 있다.
한편, 상기 영구자석(190)은 1극당 2개가 배치되어 구성될 수 있다. 즉, 상기 한 쌍의 영구자석(190)은 동일한 자극을 가지게 형성될 수 있다.
상기 영구자석(190)은 직사각형 단면 형상으로 구성될 수 있다.
상기 한 쌍의 영구자석(190)은 동일한 자극을 가지고 d축에 대해 대칭으로 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 영구자석(190)은 상기 d축에 근접한 단부가 상기 샤프트(165)에 근접하고 타 측 단부는 원주에 근접하게 배치되어 거의 "V" 형상으로 배치될 수 있다.
상기 로터코어(171)에는 상기 영구자석(190)이 삽입될 수 있게 영구자석삽입부(191)가 형성될 수 있다.
상기 영구자석삽입부(191)는 d축에 대해 대칭으로 "V"형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 영구자석삽입부(191)는 서로 다른 자극을 가지는 두 영구자석(190)이 q축에 대해 대칭으로 배치되게 역 "V"형상으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 영구자석삽입부(191)는 서로 다른 자극을 가지는 두 영구자석(190)이 적절한 최단거리(B)를 가지게 구성될 수 있다.
또한, 상기 영구자석삽입부(191)의 단부에는 플럭스배리어(195)가 구비될 수 있다.
상기 플럭스배리어(195)는 상기 영구자석삽입부(191)의 단부를 확장하여 영구자석(190)의 단부영역에 빈 공간을 형성하여 구성될 수 있다.
상기 영구자석삽입부(191)의 단부는 상기 직선구간부(186a)와 소정 거리 이격되어 나란하게 배치되는 평행부(194a)를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 평행부(194a)는 상기 직선구간부(186a)와 적절한 이격거리(C)를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 영구자석삽입부(191)는 상기 서로 다른 자극을 가지는 두 영구자석(190)의 최단거리(B) 및 상기 직선구간부(186a)와 평행부(194a)의 이격거리(C)가 상기 로터(160)의 외경(D)에 따라 적절한 크기를 가지게 구성될 수 있다.
종래의 영구자석 삽입식 비엘디시 모터에 있어서는, 상기 최단거리(B) 및 이격거리(C)에 대한 고려가 없이 구성되므로, 상기 상기 최단거리(B) 및 이격거리(C)가 상대적으로 너무 작게 형성되어 상기 로터(160)의 강성(강도)이 취약하게 되어 고속회전 시 변형이 발생되어 수명이 단축될 수 있다. 또한, 종래의 영구자석 삽입식 비엘디시 모터에 있어서는 상기 최단거리(B) 및 이격거리(C)가 상대적으로 너무 크게 형성되어 상기 영구자석삽입부(191)의 크기가 작아지고 결국 영구자석의 크기가 작아져 모터의 출력이 작아질 수 있다. 또한, 누설자속이 증가하게 되어 모터 효율이 저하될 수 있다.
이에 반해, 본 발명의 영구자석 삽입식 비엘디시 모터(130)는, 상기 서로 다른 자극을 가지는 두 영구자석(190)의 최단거리(B)의 상기 로터(160) 외경(D)에 대한 비(B:D)의 값이 0.02~0.035를 가지게 구성될 수 있다. 이에 의해, 로터(160)의 회전 강성이 증대되어 로터(160)의 변형 및 손상이 억제될 수 있고, 또한 토크가 증대되어 모터(130)의 성능이 제고될 수 있다.
상기 영구자석삽입부(191)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 서로 다른 자극을 가지는 두 영구자석(190)의 최단거리(B)의 로터(160) 외경(D)에 대한 비(B:D)의 값이 0.02~0.035로 구성됨으로써, 상기 로터(160)가 9000 rpm(revolutions per minute)으로 회전시, 안전율이 1.5 이상으로 상기 로터(160)의 회전 강성이 매우 향상됨을 알 수 있다. 여기서, 상기 안전율은, 상기 로터(160)의 9000 rpm 회전시, 항복응력(yield stress)/최대응력(max stress)일 수 있다.
그리고, Torque/mmf가 1.8 이상으로 토크가 현저하게 증가함을 알 수 있다. 여기서, mmf는 magnetomotive force로서 코일의 턴수(N)와 전류(I)의 곱(N*I)일 수 있다. 즉, 동일한 권선수 및 전류량일 때, 토크가 현저하게 상승함을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 영구자석 삽입식 비엘디시 모터(130)는, 상기 직선구간부(186a)와 상기 평행부(194a) 사이의 거리(C)의 상기 로터(160) 외경(D)에 대한 비(C:D)의 값이 0.006~0.010이 되게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 로터(160)의 회전 강성이 증대되어 상기 로터(160)의 변형 및 손상이 억제될 수 있고, 상기 로터(160)의 토크가 증대되어 모터(130)의 성능이 제고될 수 있다.
상기 평행부(194a)는 상기 영구자석삽입부(191)의 일 장변부에서 연장되게 구성될 수 있다.
상기 영구자석삽입부(191)의 단부(193)는, 상기 평행부(194a)의 단부와 상기 영구자석삽입부(191)의 다른 장변부를 연결하는 연결부(194b)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 영구자석삽입부(191)의 단부(193)는 상기 평행부(194a)와 상기 연결부(194b)의 경계에 형성되는 원호부(194c)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 영구자석삽입부(191)의 단부(193), 보다 구체적으로 상기 평행부(194a)와 연결부(194b)의 경계에 응력이 집중되어 회전 강성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
상기 영구자석삽입부(191)의 단부(193)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 직선구간부(186a)와 상기 평행부(194a) 사이의 거리(C)의 상기 로터(160) 외경(D)에 대한 비(C:D)의 값이 0.006~0.010로 형성됨으로써, 상기 로터(160)의 9000 r.p.m 회전 시 안전율이 1.5 이상으로 회전 강성이 매우 증대됨을 알 수 있다. 이에 의해, 종래 영구자석 삽입식 비엘디시 모터가 7200 r.p.m으로 회전되는 것에 비해, 본 발명의 영구자석 삽입식 비엘디시 모터(130)는 로터(160)가 9000 r.p.m에서 변형 및 손상이 발생함이 없이 고속 회전이 가능하다.
또한, 상기 직선구간부(186a)와 상기 평행부(194a) 사이의 거리(C)의 상기 로터(160) 외경(D)에 대한 비(C:D)의 값이 0.006~0.010로 형성됨으로써, Torque/mmf가 1.8 이상으로 토크가 현저하게 증가될 수 있다.
한편, 상기 비정원부(185)는 상기 정원부(181)의 일 단부로부터 상기 직선구간부(186a)로 연장된 곡선구간부(186b)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 곡선구간부(186b)는 상기 정원부(181)와 동일한 반경(D/2)을 가지는 가상의 원주의 내측에 중심이 배치되는 소정의 곡률반경을 가지는 원호로 구성될 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다.
전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 동일한 참조부호를 부여하고, 일부 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
[2]
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 영구자석 삽입식 비엘디시 모터(130)는, 스테이터(140)와, 샤프트(165)를 구비하여 상기 스테이터(140)에 대해 회전가능하게 배치되는 로터(160)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 로터(160)는, 샤프트(165)와, 상기 샤프트(165)에 결합되는 로터코어(171)와, 상기 로터코어(171)에 축선방향으로 삽입되는 복수의 영구자석(190)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 로터코어(171)는, 상기 샤프트(165)의 중심에서 동일한 반경을 가지며 d축에 대해 대칭으로 형성되는 정원부(181); 및 q축에 대해 대칭이고 상기 정원부(181)의 일 단부로부터 원주방향을 따라 점진적으로 절취깊이가 증가하게 절취되고 상기 q축에서 최대절취깊이(A)를 가지는 비정원부(195);를 구비하며, 상기 정원부(181) 및 비정원부(195)는 상호 교번적으로 배치되게 구성될 수 있다.
한편, 상기 비정원부(195)는, 상기 정원부(181)의 일 단부에서 절취깊이가 점진적으로 증가하게 상기 q축에서 서로 교차하고 상기 q축에 대칭인 원호로 형성되는 두 곡선구간부(196a)와, 상기 두 곡선구간부(196a)에 접하는 원호로 형성되는 라운드부(196b)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 일 측 곡선구간부(196a)의 단부(q축측 단부)와 상기 q축은 내각(θ2)이 60˚ 내지 80˚ 범위 이내로 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 모터(130)의 토크리플이 현저하게 저감될 수 있으며, 토크리플에 기인한 진동 및 소음 발생이 현저하게 저감될 수 있다.
상기 두 곡선구간부(196a)의 원호는 상기 정원부(181)의 원주의 내측에 중심이 배치되어 외측으로 볼록하게 형성되고, 상기 라운드부(196b)의 원호는 그 중심이 상기 두 곡선구간부(196a)의 외측에 배치되어 내측으로 볼록하게 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명의 영구자석 삽입식 비엘디시 모터(130)는, 상술한 정원부(181) 및 비정원부(185,195)가 서로 교번적으로 형성됨으로써 상기 영구자석(190)의 자속을 효과적으로 스테이터(140)에 전달할 수 있다. 이에 의해, 모터(130)의 효율을 제고시킬 수 있고토크리플을 저감하여 토크리플에 기인한 진동 및 소음 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 영구자석 삽입식 비엘디시 모터(130)는, 로터코어(171)의 에지 또는 첨부가 형성되는 것을 배제함으로써, 양산성을 가지면서 동시에 모터(130)의 효율을 제고시킬 수 있고, 또한 토크리플을 저감할 수 있다. 더욱이, 로터(160)의 회전 강성을 확보하여 9000 r.p.m의 고속회전에서도 로터(160)의 변형 및 손상을 방지할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 케이스 120 : 압축부
122 : 고정스크롤 125 : 선회스크롤
130 : 영구자석 삽입식 비엘디시 모터
140 : 스테이터 141 : 스테이터코어
160 : 로터 165 : 샤프트
171 : 로터코어 181 : 정원부
185 : 비정원부 186a : 직선구간부
186b : 곡선구간부 186c : 라운드부
190 : 영구자석 191 : 영구자석삽입부
193 : 단부 194a : 평행부
194b : 연결부 194c : 원호부

Claims (16)

  1. 복수의 슬롯 및 티스를 구비한 스테이터코어와, 상기 티스에 권선되는 스테이터코일을 구비한 스테이터; 및
    샤프트, 상기 샤프트에 결합되는 로터코어, 상기 로터코어에 축방향으로 삽입되는 복수의 영구자석을 구비한 로터;를 포함하여 구성되고,
    상기 로터코어는:
    상기 샤프트의 중심에서 동일한 반경을 가지며 d축에 대해 대칭으로 형성되는 정원부; 및
    q축에 대해 대칭이고 상기 정원부의 일 단부로부터 원주방향을 따라 점진적으로 절취깊이가 증가하게 절취되고 상기 q축에서 최대절취깊이를 가지는 비정원부;를 구비하며,
    상기 정원부 및 비정원부는 상호 교번적으로 배치되고,
    상기 정원부는, 상기 로터의 극수가 P일 때, 상기 d축과 일 단부의 내각(θ)이 (30˚~ 90˚)/P인 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 상기 비정원부의 최대절취깊이(A)의 상기 로터의 외경(D)에 대한 비(A:D)의 값이 0.01~0.04가 되게 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 비정원부는 최대절취깊이 지점에서 직선으로 연장된 직선구간부를 구비하며, 상기 직선구간부는 상기 q축에 대하여 대칭이고, 상기 일 측 직선구간부와 상기 q축은 내각이 60˚ 내지 80˚인 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 로터코어에는 상기 영구자석이 삽입될 수 있게 영구자석삽입부가 형성되며, 상기 영구자석삽입부는 서로 다른 자극을 가지는 두 영구자석이 상기 q축에 대해 대칭으로 배치될 수 있게 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 영구자석삽입부는 동일한 자극을 가지는 두 영구자석이 상기 d축에 대해 대칭으로 배치되게 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 로터는 상기 서로 다른 자극을 가지는 두 영구자석의 최단거리(B)의 상기 로터 외경(D)에 대한 비(B:D)의 값이 0.02~0.035를 가지게 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 영구자석은 직사각 단면을 가지며, 상기 영구자석삽입부의 단부는 상기 직선구간부와 평행하게 배치되는 평행부를 구비한 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 로터는 상기 직선구간부와 상기 평행부 사이의 거리(C)의 상기 로터 외경(D)에 대한 비(C:D)의 값이 0.006~0.010이 되게 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 평행부는 상기 영구자석삽입부의 일 장변부에서 연장되며,
    상기 영구자석삽입부의 단부는, 상기 평행부의 단부와 상기 영구자석삽입부의 다른 장변부를 연결하는 연결부와, 상기 평행부와 상기 연결부의 경계에 형성되는 원호부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 스테이터코어는 9슬롯을 구비하고, 상기 로터는 6극인 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스테이터코일은 집중권으로 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 비정원부는, 상기 정원부의 일 단부로부터 상기 직선구간부로 연장된 곡선구간부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  14. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 비정원부는, 상기 정원부의 일 단부에서 절취깊이가 점진적으로 증가하게 상기 q축에서 서로 교차하고 상기 q축에 대칭인 두 곡선구간부와, 상기 두 곡선구간부에 접하는 원호로 형성되는 라운드부를 포함하여 구성되는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 일 측 곡선구간부의 단부와 상기 q축은 내각이 60˚ 내지 80˚인 것을 특징으로 하는 영구자석 삽입식 비엘디시 모터.
  16. 제1항의 영구자석 삽입식 비엘디시 모터를 구비한 압축기.
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