KR101302511B1 - Surface-mounted permanent magnet motor and rotor including the same - Google Patents

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이정종
유세현
김영균
정인성
서정무
홍정표
김도진
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한양대학교 산학협력단
전자부품연구원
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Abstract

PURPOSE: A surface-mounted permanent magnet motor and a rotor included in the same are provided to allow elimination of permanent magnets with one polarity in a traditional structure where permanent magnets with N polarity and S polarity are required, thereby remarkably reducing an amount of permanent magnets required for an electrical motor. CONSTITUTION: An electric motor using permanent magnets comprises a stator forming a peripheral part of the electric motor; and a rotor arranged in the center of the stator. The rotor comprises a rotation axis; a rotor core part (121) having a hole at the center and a cylindrical shape; permanent magnets (129) having a first polarity in a direction facing the stator; protrusions (123) protruding from the circumferential surface of the rotor core part in a direction to face the stator and arranged to be alternated with the permanent magnets for performing as permanent magnets having a second polarity.

Description

표면부착형 영구자석 전동기 및 이에 포함되는 회전자{Surface-Mounted Permanent Magnet Motor And Rotor including the same}Surface-Mounted Permanent Magnet Motor And Rotor including the same}

본 발명은 영구자석 전동기에 관한 것으로, 특히 영구자석의 사용량을 대폭 줄임으로써 보다 경제적 생산이 가능한 표면부착형 영구자석 전동기 및 이에 포함되는 회전자에 대한 것이다. The present invention relates to a permanent magnet electric motor, and more particularly to a surface-attached permanent magnet motor and a rotor included therein which can be more economically produced by significantly reducing the amount of permanent magnets used.

일반적으로 전동기의 구조는 고정자와 회전자의 구조로 이루어져 있다. 소형의 경우 고정자는 주로 영구자석을 사용하고, 회전자에는 코일을 감아 여기에 전류를 흘려 전자석이 되게 해서 고정자와 회전자 간의 상호작용으로 회전하도록 되어 있다. 이때 회전자가 돌아가는 상태에서도 계속 급전할 수 있도록 해주는 구조로 되어 있는 것이 브러시(brush) 부분이다.Generally, the structure of a motor is composed of a stator and a rotor. In the case of a small size, a stator mainly uses a permanent magnet, and a coil is wound around the rotor to flow an electric current to the electromagnet so as to rotate by the interaction between the stator and the rotor. At this time, it is a brush part that has a structure that allows the power to be continuously supplied even when the rotor is rotating.

그러나 최근 반도체의 발달로 회전자에는 영구자석을 사용하고 고정자에는 코일을 감아 여기에 전원을 공급하는 방식이 적용되고 있다. 이러한 방식은 고정자들을 순차적으로 자화시킴으로써 마치 고정자가 돌아가는 것처럼 작용하게 되어 고정자에 자기적으로 대응하는 회전자가 회전하게 된다. 이러한 전동기를 브러시리스 전동기(brushless DC motor, BLDC motor)라 한다.Recently, however, the development of semiconductors has employed a permanent magnet for the rotor and a coil for the stator to supply power to the rotor. This method magnetizes the stator sequentially so that it acts as if the stator is rotating so that the rotor corresponding to the stator magnetically rotates. Such an electric motor is referred to as a brushless DC motor (BLDC motor).

상기 BLDC 전동기는 회전자가 영구자석으로 되어 외부전원에 의하지 않고 자속이 발생하므로 전력소모를 최소화하고 전체 시스템의 효율 향상을 기대할 수 있다. 또한 종래 BLDC 전동기는 내고압 절연물의 개발 및 페라이트 자석의 성능 향상과 고성능 희토류 자석의 개발에 따라 출력이 증대되어 고토크와 소형화를 이루게 되었으며, 구조적인 면에서도 고정자에게만 전원이 공급되기 때문에 케이스를 통한 방열로 다른 전동기에 비해 우수한 냉각 특성을 가지고 있다.The BLDC motor can be expected to minimize the power consumption and improve the efficiency of the entire system because the rotor is a permanent magnet and the magnetic flux is generated regardless of the external power source. In addition, the conventional BLDC motor has a high torque and miniaturization due to the development of high pressure insulator, improved performance of ferrite magnet, and high performance rare earth magnet, resulting in high torque and miniaturization. Heat dissipation has superior cooling characteristics compared to other motors.

이러한 영구자석 전동기의 형태는 회전자와 고정자의 배치 형태에 따라 구분될 수 있다. 특히 회전자의 표면에 영구자석을 부착하는 형태의 SPM(SPM ; Surface-Mounted Permanent Magnet Motor)은 자석이 원통 샤프트 표면에 부착되어 정현파 역기전력을 발생시키며, 전기자 코일에 정현파 전류를 인가하면 항시 일정 토크를 발생한다. 그리고 SPM은 최대 토크 운전을 위하여 q축 전류 최대화 운전을 하여 토크를 최대화 할 수 있다. 이러한 SPM은 기본적으로 고정자(1)와 회전자(2)를 포함하여 구성된다. 그리고 도 1에 도시된 바와 같이 회전자(2)의 표면에 N극 영구자석(3)과 S극 영구자석(4)을 교번적으로 배치하는 형태로 구성될 수 있다. 이와 같은 구성을 가진 종래 전동기는 도 2에 도시된 바와 같은 자로를 가지게 된다. 즉 종래 영구자석을 이용하는 전동기는 N극 영구자석(3)으로부터 자속이 발생하여 S극 영구자석(4)을 거쳐 다시 N극 영구자석(3)으로 돌아가게 된다. 전체 8극을 가진 회전자(2)가 2극(90도) 간격으로 동일한 자로를 가지게 됨으로 도 2에서는 2극에 대한 자로만을 나타낸 것이다.The shape of the permanent magnet motor may be classified according to the arrangement of the rotor and the stator. In particular, SPM (Surface-Mounted Permanent Magnet Motor), which attaches permanent magnets to the surface of the rotor, generates sine wave back electromotive force by attaching magnets to the cylindrical shaft surface. Occurs. And SPM can maximize the torque by performing q-axis maximization operation for maximum torque operation. This SPM basically comprises a stator 1 and a rotor 2. 1, the N pole permanent magnet 3 and the S pole permanent magnet 4 may be alternately disposed on the surface of the rotor 2. The conventional electric motor having such a configuration has a magnetic path as shown in FIG. 2. That is, the electric motor using a conventional permanent magnet is generated magnetic flux from the N pole permanent magnet (3) is returned to the N pole permanent magnet (3) through the S pole permanent magnet (4). Since the rotor 2 having a total of eight poles has the same magnetic path at intervals of two poles (90 degrees), only magnetic paths for two poles are shown in FIG. 2.

한편 최근 광물에 대한 국제 가격이 상승하고 있으며, 각 국가별 광물 자원의 외부 수출이나 수입에 상당한 제한이 발생하고 있어, 전반적으로 광물 자원의 가격이 상승하고 있는 추세이다. 이러한 가격 상승은 영구자석을 생산하기 위해 사용되는 희토류 광물에도 영향을 끼쳐 최근에는 영구자석의 가격이 급격히 상승하고 있다. 이에 따라 영구자석의 단가 상승으로 인하여 전동기의 가격 상승이 발생하고 있으며, 이에 따른 가격 경쟁력 저하의 문제점이 대두되고 있다.On the other hand, international prices for minerals have recently risen, and significant limitations have been placed on external exports and imports of mineral resources in each country. This increase in prices also affects the rare earth minerals used to produce permanent magnets, which have recently led to a sharp rise in the price of permanent magnets. Accordingly, the price of the electric motor is rising due to the increase in the price of the permanent magnet, and the problem of price competitiveness is deteriorating.

한국공개특허공보 제10-2006-0008148호(2006.01.26)Korea Patent Publication No. 10-2006-0008148 (2006.01.26)

따라서 본 발명의 목적은 종래 N극 영구자석과 S극 영구자석이 교번적으로 배치된 구조에서 적어도 한 극의 영구자석을 제거하여 영구자석 사용량을 대폭적으로 절감할 수 있으면서도 성능은 적절히 보장할 수 있는 표면부착형 영구자석 전동기 및 이에 포함되는 회전자를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to remove at least one permanent magnet from the structure in which the conventional N pole permanent magnets and the S pole permanent magnets are alternately arranged, while greatly reducing the amount of permanent magnets used, while ensuring proper performance. It is to provide a surface-mounted permanent magnet motor and a rotor included therein.

본 발명의 실시 예에 따른 영구자석을 사용하는 전동기는 상기 영구자석의 외주부를 형성하며 중앙이 빈 형상으로 마련되는 고정자, 상기 고정자의 중앙에 배치되는 회전자를 포함하며, 상기 회전자는 상기 회전자의 중심부에 배치되는 회전자 철심부의 외주면에 배치되며 상기 고정자와 대면되는 방향에 제1 극성의 영구자석들만이 일정 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 표면부착형 영구자석 전동기의 구성을 개시한다.An electric motor using a permanent magnet according to an embodiment of the present invention includes a stator which forms an outer circumference of the permanent magnet and has a hollow center, and a rotor disposed in the center of the stator, wherein the rotor is the rotor. Disclosed is a configuration of a surface-mounted permanent magnet motor, characterized in that it is disposed on the outer circumferential surface of the rotor core portion disposed in the center of the rotor and only permanent magnets of the first polarity are arranged at regular intervals in a direction facing the stator.

여기서 상기 제1 극성의 영구자석은 상기 고정자와 대면되는 방향이 N극으로 배치되며, 상기 회전자 철심부에 부착되는 면이 S극으로 배치될 수 있다.In this case, the permanent magnet of the first polarity may be disposed to face the stator to the N pole, and the surface attached to the rotor core may be disposed to the S pole.

그리고 상기 회전자 철심부는 상기 외주면에 형성되데 상기 제1 극성의 영구자석들과 교번되게 배치되는 돌기부들을 포함할 수 있다. The rotor iron core may include protrusions formed on the outer circumferential surface and alternately disposed with the permanent magnets of the first polarity.

상기 돌기부들은 상기 제1 극성의 영구자석과 유사한 형상으로 마련될 수 있으며, 상기 회전자 철심부로부터 연장되어 형성되거나, 상기 회전자 철심부와 유사한 금속 재질 또는 자로 형성이 가능한 금속 재질로 형성되어 상기 회전자 철심부에 부착 배치될 수 있다.The protrusions may be formed in a shape similar to that of the permanent magnet of the first polarity, and may be formed to extend from the rotor core, or may be formed of a metal material similar to the rotor core or a metal material that may be formed of a ruler. It may be attached to the rotor core.

본 발명은 또한, 회전축, 상기 회전축 삽입을 위한 홀이 중심부에 배치되며 원통형으로 형성되는 회전자 철심부, 상기 회전자 철심부 외주면에 일정 간격을 가지는 배치되는 제1 극성의 영구자석, 상기 회전자 철심부 외주면에 일정 간격을 가지며 배치되데 상기 제1 극성의 영구자석과 교번되게 배치되는 돌기부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기에 포함되는 회전자의 구성을 개시한다.The present invention also comprises a rotating shaft, a rotor iron core having a hole for insertion of the rotating shaft and formed in a cylindrical shape, a permanent magnet of a first polarity having a predetermined interval on the outer circumferential surface of the rotor core, the rotor Disclosed is a configuration of a rotor included in a permanent magnet motor, characterized in that it includes protrusions disposed at regular intervals on the outer circumferential surface of the iron core and alternately arranged with the permanent magnet of the first polarity.

상기 제1 극성의 영구자석은 상기 고정자와 대면되는 방향이 N극 또는 S극으로 배치되며, 상기 회전자 철심부에 부착되는 면이 S극 또는 N극으로 배치될 수 있다.The permanent magnet of the first polarity may be disposed to face the stator in the N pole or the S pole, and the surface attached to the rotor iron core may be disposed in the S pole or the N pole.

본 발명의 표면부착형 영구자석 전동기 및 이를 구성하는 회전자에 따르면, 종래 SPM 전동기에 비하여 영구자석 사용량을 절반 가까이 줄임으로써 가격 상승을 억제할 수 있고, 그에 따른 가격 경쟁력을 확보할 수 있다. 또한 본 발명은 코깅 토크, 평균 토크를 적절히 확보함으로써 영구자석 제거에 따른 성능 보상이 가능하도록 지원한다.According to the surface-mounted permanent magnet motor of the present invention and the rotor constituting the same, the price increase can be suppressed by reducing the amount of permanent magnets used by about half compared to the conventional SPM motor, thereby securing a price competitiveness. In addition, the present invention supports to ensure the performance compensation according to the permanent magnet removal by appropriately securing the cogging torque, average torque.

도 1은 종래 영구자석 전동기 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 종래 영구자석 전동기의 자로 일부를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기의 자로 일부를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 영구자석 전동기 및 종래 영구자석 전동기의 코깅 토크 FEM 해석 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 영구자석 전동기 및 종래 영구자석 전동기의 상 역기전역 FEM 해석 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 영구자석 전동기 및 종래 영구자석 전동기의 출력 토크 FEM 해석 결과를 나타낸 그래프.1 is a view schematically showing a conventional permanent magnet motor structure.
Figure 2 is a view showing a part of the conventional permanent magnet electric motor.
3 is a view schematically showing a permanent magnet motor structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a view showing a part of the permanent magnet electric motor according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the results of cogging torque FEM analysis of the permanent magnet motor and the conventional permanent magnet motor of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the results of the FEM analysis of the phase reverse region of the permanent magnet motor and the conventional permanent magnet motor of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the output torque FEM analysis results of the permanent magnet motor and conventional permanent magnet motor of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the embodiment of the present invention will be described, and the description of other parts will be omitted so as not to disturb the gist of the present invention.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, and various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that there may be water and variations.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기를 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a view schematically showing a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 영구자석 전동기(100)는 고정자(110)와 회전자(120)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 3, the permanent magnet electric motor 100 of the present invention includes a stator 110 and a rotor 120.

고정자(110)는 다수개의 리드가 일정 간격을 가지며 배치되고, 전체적으로 중앙이 빈 일정 두께를 가진 원통형의 형상으로 마련된다. 여기서 고정자(110)는 전동기의 외주부를 구성하여 일정 두께의 원통형으로 형성될 수 있고, 원통형 내부는 회전자(120)가 배치될 수 있는 공간에 대응하도록 형성될 수 있다. 이러한 고정자(110)는 철제와 같이 자로가 형성될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 특히 고정자(110)는 철제로 형성된 다수개의 리드들과, 리드들 각각에 일정 횟수로 권선이 감겨져 형성된다. 이러한 고정자(110)는 회전자(120)에 배치되는 제1 극성의 영구자석(129)과 일정 간격 이격된 형상으로 배치될 수 있다. 상기 고정자(110)에 형성되는 리드의 권선에는 외부로부터 순차적으로 전류가 공급될 수 있다. 이에 따라 고정자(110)의 각 리드들은 순차적으로 전자석의 역할을 수행하게 되며, 내부에 배치된 회전자(120)가 전자석으로 변경되는 고정자(110)의 리드들에 의하여 회전하게 된다. 특히 제1 극성의 영구자석(129)이 고정자(110)의 각 리드들과 일정 자로를 형성함으로써 일정 방향으로 회전할 수 있다. 도시된 도면에서는 상기 리드들이 12개를 가지는 구조를 예시로 나타내었으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 고정자(110)에 마련되는 리드들은 본 발명의 전동기가 적용되는 목적이나 설계자의 의도 등에 따라 보다 많은 개수의 리드들을 가지며 형성되거나 또는 보다 적은 개수의 리드들을 가지며 형성될 수 있다. The stator 110 has a plurality of leads arranged at regular intervals, and is provided in a cylindrical shape having a predetermined thickness in its entirety. Here, the stator 110 may be formed in a cylindrical shape having a predetermined thickness by forming an outer circumferential portion of the electric motor, and the cylindrical interior may be formed to correspond to a space in which the rotor 120 may be disposed. The stator 110 may be formed of a material in which a magnetic path may be formed, such as iron. In particular, the stator 110 is formed by winding a plurality of leads formed of iron and a predetermined number of turns on each of the leads. The stator 110 may be disposed in a shape spaced apart from the permanent magnet 129 of the first polarity disposed at the rotor 120 by a predetermined interval. The winding of the lead formed in the stator 110 may be sequentially supplied with current from the outside. Accordingly, each lead of the stator 110 sequentially plays the role of an electromagnet, and the rotor 120 disposed therein is rotated by the leads of the stator 110 changed into an electromagnet. In particular, the permanent magnet 129 of the first polarity can be rotated in a predetermined direction by forming a predetermined magnetic path with each of the leads of the stator 110. In the drawings, the structure of the lead 12 is shown as an example, but the present invention is not limited thereto. That is, the leads provided in the stator 110 may be formed with a greater number of leads or with fewer leads according to the purpose of the electric motor of the present invention or the intention of the designer.

회전자(120)는 고정자(110)의 중심에 배치되데 고정자(110)에 대면되어 일정 방향으로 회전할 수 있도록 고정자(110)와 일정 간격 이격된 형태로 배치될 수 있다. 이러한 회전자(120)는 중심에 배치되는 회전축(125), 상기 회전축(125)을 감싸며 일정 폭을 가지는 회전자 철심부(121), 회전자 철심부(121) 외벽에서 회전자 철심부(121)에 연장되어 돌출되는 돌기부(123)들, 상기 회전자 철심부(121) 외벽에 부착되는 제1 극성의 영구자석(129)들을 포함하여 구성될 수 있다.The rotor 120 may be disposed at the center of the stator 110 and may be disposed to be spaced apart from the stator 110 at a predetermined interval so as to face the stator 110 and rotate in a predetermined direction. The rotor 120 has a rotating shaft 125 disposed in the center, the rotor iron core 121 having a predetermined width surrounding the rotating shaft 125, the rotor iron core 121 on the outer wall of the rotor iron core 121 It may be configured to include a projection 123 extending to the protruding portion), the permanent magnet 129 of the first polarity attached to the outer wall of the rotor core portion 121.

상기 회전축(125)은 일정 직경을 가지며 회전자(120)의 중심을 관통하도록 배치된다. 이러한 회전축(125)은 회전자(120)가 회전함에 따라 의해 형성되는 회전력을 회전축(125)에 연결된 타 연결부에 전달하며, 영구자석 전동기(100)를 지지하는 역할을 수행한다. 이러한 회전축(125)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 회전자 철심부(121) 중심에 고정될 수 있다.The rotating shaft 125 has a predetermined diameter and is disposed to penetrate the center of the rotor 120. The rotation shaft 125 transmits the rotational force formed by the rotation of the rotor 120 to the other connection portion connected to the rotation shaft 125, and serves to support the permanent magnet electric motor 100. The rotating shaft 125 may be formed of a metal material and may be fixed to the center of the rotor iron core 121.

회전자 철심부(121)는 중앙에 회전축(125)이 배치되는 홀이 형성되며, 일정 폭을 가지는 원통형의 형상으로 마련될 수 있다. 회전자 철심부(121)는 일정 두께를 가지며 중앙에 홀이 형성된 원판들이 다수개가 적층되어 형성될 수 있다. 회전자 철심부(121)는 철제 또는 자로 형성이 가능한 금속 재질로 형성될 수 있다. 특히 본 발명의 회전자 철심부(121)는 도시된 바와 같이 외주면에서 외벽 방향으로 일정 폭과 두께를 가지며 돌출되는 돌기부(123)들을 포함할 수 있다. The rotor iron core 121 has a hole in which the rotation shaft 125 is disposed at the center thereof, and may be provided in a cylindrical shape having a predetermined width. The rotor core portion 121 may have a predetermined thickness and may be formed by stacking a plurality of discs having holes formed in the center thereof. The rotor iron core 121 may be formed of iron or a metal material that may be formed of a ruler. In particular, the rotor iron core 121 of the present invention may include protrusions 123 protruding with a predetermined width and thickness in the outer wall direction from the outer circumferential surface as shown.

상기 돌기부(123)들은 회전자 철심부(121)에 연장되어 형성되며, 회전자 철심부(121) 외주면에서 일정 간격마다 형성될 수 있다. 실질적으로 돌기부(123)들은 종래 영구자석 전동기의 제2 극성의 영구자석이 형성될 위치에 마련될 수 있다. 또한 돌기부(123)들의 형상은 제2 극성의 영구자석과 유사한 형상으로 마련될 수 있다. 또는 돌기부(123)는 제1 극성의 영구자석(129)과 유사한 형상으로 마련되데 배치되는 위치만 상이하도록 마련될 수 있다. 상기 돌기부(123)들은 제1 극성의 영구자석(129)에서 나오는 자로의 연결 선상에 놓이며, 결과적으로 회전자 철심부(121)와 동일 재질로 형성되지만 제2 극성의 영구자석 역할을 수행하게 된다. 즉 제1 극성의 영구자석(129)에서 자속이 유출되는 경우 상기 돌기부(123)는 제1 극성의 영구자석(129)에서 유출된 자속이 유입되는 첨단 역할을 수행한다. 돌기부(123)에 유입된 자속은 제1 극성의 영구자석(129) 회전자 철심부(121) 부착면 방향으로 전달된다.The protrusions 123 may be formed to extend on the rotor iron core 121 and may be formed at predetermined intervals on the outer circumferential surface of the rotor iron core 121. Substantially the protrusions 123 may be provided at a position where the permanent magnet of the second polarity of the conventional permanent magnet motor is to be formed. In addition, the shape of the protrusions 123 may be provided in a shape similar to the permanent magnet of the second polarity. Alternatively, the protrusion 123 may be provided in a shape similar to that of the permanent magnet 129 of the first polarity, but may be provided to be different from only the positions of the protrusions 123. The protrusions 123 are placed on the connection line of the magnetic poles coming out of the permanent magnet 129 of the first polarity, and as a result, are formed of the same material as the rotor iron core 121 but serve as the permanent magnet of the second polarity. do. That is, when the magnetic flux flows out of the permanent magnet 129 of the first polarity, the protrusion 123 plays a leading role in which the magnetic flux flowed out of the permanent magnet 129 of the first polarity flows in. The magnetic flux introduced into the protrusion 123 is transmitted in the direction of the attachment surface of the rotor iron core 121 of the permanent magnet 129 of the first polarity.

제1 극성의 영구자석(129)들은 회전자 철심부(121) 외주면에 일정 간격을 가지며 배치될 수 있다. 특히 제1 극성의 영구자석(129)들은 회전자 철심부(121)로부터 일정 간격을 가지며 돌출된 돌기부(123)들 사이사이에 각각 배치될 수 있다. 제1 극성의 영구자석(129)들은 회전자 철심부(121)의 외주면에 접착제 등을 이용하여 부착되거나 기타 체결 구조에 의하여 부착될 수 있다. 제1 극성의 영구자석(129)들은 실질적으로 고정자(110)의 각 리드들과 자로를 형성하여 회전자(120)를 회전시키는 역할을 수행한다. 회전자 철심부(121) 외주면에 배치되는 제1 극성의 영구자석(129)들은 전체적으로 납작한 막대 형상으로 마련될 수 있다. 특히 제1 극성의 영구자석(129)들은 고정자(110)에 대면되는 방향이 N극으로 형성될 수 있다. 결과적으로 제1 극성의 영구자석(129) 부분에서 회전자 철심부(121)에 부착되는 면은 S극으로 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 극성의 영구자석(129)의 회전자 철심부(121) 부착면은 자로가 유입되는 방향이 되며, 제1 극성의 영구자석(129)의 고정자(110) 대면부는 자로가 유출되는 방향이 될 수 있다. 본 발명의 영구자석 전동기(100)의 자로 형성에 대하여 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.The permanent magnets 129 of the first polarity may be disposed at a predetermined interval on the outer circumferential surface of the rotor iron core 121. In particular, the permanent magnets 129 of the first polarity may be disposed between the protruding protrusions 123 having a predetermined interval from the rotor iron core 121. The permanent magnets 129 of the first polarity may be attached to the outer circumferential surface of the rotor core portion 121 using an adhesive or the like, or may be attached by other fastening structures. The permanent magnets 129 of the first polarity substantially serve to rotate the rotor 120 by forming a magnetic path with each lead of the stator 110. The permanent magnets 129 of the first polarity disposed on the outer circumferential surface of the rotor iron core 121 may be provided in a flat bar shape as a whole. In particular, the permanent magnets 129 of the first polarity may be formed as the N pole in a direction facing the stator 110. As a result, the surface attached to the rotor core portion 121 in the permanent magnet 129 of the first polarity may be formed as an S pole. Accordingly, the rotor core 121 attaching surface of the permanent magnet 129 of the first polarity is in the direction in which the magnetic path flows in, and the stator 110 facing the stator 110 of the permanent magnet 129 of the first polarity has the magnetic path flowing out. Can be direction. The magneto formation of the permanent magnet motor 100 of the present invention will be described with reference to FIG. 4.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기(100)의 자로 형성을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the formation of the magnetic path of the permanent magnet motor 100 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 극성의 영구자석(129)은 N극이 고정자(110)와 대면되는 방향에 배치될 수 있다. 이에 따라 제1 극성의 영구자석(129) 고정자 대면부에 형성된 N극에서 유출된 자속은 고정자(110)의 일측 리드를 통하여 흐르고, 고정자(110)의 타측 리드를 통하여 돌기부(123) 방향으로 유입될 수 있다. 돌기부(123)로 유입된 자속은 회전자 철심부(121)의 가장자리를 통하여 흐른 후 다시 제1 극성의 영구자석(129) 회전자 철심부(121) 부착면으로 흐르게 된다. 결과적으로 제1 극성의 영구자석(129)은 고정자(110) 대면부 방향에 N극이 배치되어 종래 영구자석 전동기(100)의 N극 영구자석과 동일한 역할을 수행한다. 그리고 돌기부(123)는 고정자(110)를 통하여 흐르는 자속이 유입되는 역할을 수행함으로써 종래 영구자석 전동기(100)의 S극 영구자석과 동일한 역할을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 4, the permanent magnet 129 of the first polarity of the present invention may be disposed in a direction in which the N pole faces the stator 110. Accordingly, the magnetic flux flowing out of the N pole formed on the stator face portion of the permanent magnet 129 having the first polarity flows through one lead of the stator 110 and flows in the direction of the protrusion 123 through the other lead of the stator 110. Can be. The magnetic flux introduced into the protrusion 123 flows through the edge of the rotor iron core 121 and then flows to the attachment surface of the rotor core 121 of the permanent magnet 129 of the first polarity. As a result, the first pole of the permanent magnet 129 has an N pole disposed in the direction of the stator 110 facing the same role as the N pole permanent magnet of the conventional permanent magnet electric motor 100. The protrusion 123 may play the same role as the S pole permanent magnet of the conventional permanent magnet electric motor 100 by performing a role of introducing magnetic flux flowing through the stator 110.

한편 상술한 설명에서 제1 극성의 영구자석(129)들은 고정자(110) 대면부에 N극이 배치되어 제1 극성의 영구자석(129)들의 노출면에서 자속이 유출되어 상기 돌기부(123)들로 유입되는 것을 설명하였지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 제1 극성의 영구자석(129)들은 고정자(110) 대면부가 S극이 배치될 수 있으며, 결과적으로 제1 극성의 영구자석(129)들의 N극은 회전자 철심부(121)의 외주면에 부착되는 면에 배치될 수 있다. 이 경우 제1 극성의 영구자석(129)들의 자속은 회전자 철심부(121)를 타고 돌기부(123) 방향에서 유출되며, 유출된 자속은 고정자(110)를 거쳐 제1 극성의 영구자석(129)들의 노출면에 배치된 S극을 통하여 유입될 수 있다. 이 경우 제1 극성의 영구자석(129)들의 노출면에 N극이 형성되는 때와 자로가 반대 방향으로 형성될 수 있다. Meanwhile, in the above-described description, the permanent magnets 129 of the first polarity are disposed on the surface of the stator 110 so that the magnetic pole flows out from the exposed surface of the permanent magnets 129 of the first polarity so that the protrusions 123 may be formed. Although described as being introduced into the present invention is not limited thereto. That is, the permanent magnets 129 of the first polarity may have the S pole disposed at the surface of the stator 110. As a result, the N poles of the permanent magnets 129 of the first polarity may be the outer circumferential surface of the rotor core 121. It may be disposed on the side attached to. In this case, the magnetic flux of the permanent magnets 129 of the first polarity is discharged from the direction of the protrusion 123 by the rotor iron core 121, and the flux of the flux is passed through the stator 110 to the permanent magnets 129 of the first polarity. It may be introduced through the S pole disposed on the exposed surface of the). In this case, when the N pole is formed on the exposed surface of the permanent magnets 129 of the first polarity, the magnetic path may be formed in the opposite direction.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기(100)는 제2 극성의 영구자석을 회전자(120)에서 제거함으로써, 영구자석의 사용률을 절반으로 줄일 수 있다. 이에 따라 본 발명의 영구자석 전동기(100)는 사용되는 영구자석을 저감하여 생산성을 개선할 수 있다. 또한 본 발명의 영구자석 전동기(100)는 제2 극성의 영구자석에 대응하는 돌기부를 회전자 철심부(121) 재질의 돌기부(123)로 형성함으로써, 제2 극성의 영구자석 역할을 수행하도록 하여 적절한 성능 보장을 달성할 수 있다.As described above, the permanent magnet electric motor 100 according to the embodiment of the present invention can remove the permanent magnet of the second polarity from the rotor 120, thereby reducing the use rate of the permanent magnet in half. Accordingly, the permanent magnet motor 100 of the present invention can improve the productivity by reducing the permanent magnet used. In addition, the permanent magnet electric motor 100 of the present invention forms a protrusion corresponding to the permanent magnet of the second polarity by the protrusion 123 made of the rotor iron core 121, thereby serving as a permanent magnet of the second polarity. Appropriate performance guarantees can be achieved.

한편 상술한 설명에서 돌기부(123)는 회전자 철심부(121)와 동일한 재질을 가지며 회전자 철심부(121)에 연장되어 형성되는 구조로 설명하였지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 돌기부(123)는 회전자 철심부(121)와 동일한 재질의 금속재질이되 상기 제1 극성의 영구자석(129)과 유사한 형상으로 마련한 뒤, 회전자 철심부(121) 외주면에 일정 간격을 가지며 제1 극성의 영구자석(129)과 교번되게 부착될 수도 있다. 이때 상기 돌기부(123)는 상기 회전자 철심부(121)와 다른 재질로 형성될 수도 있으며, 제1 극성의 영구자석(129)에서 유출된 자속이 보다 용이하게 흐를 수 있는 특정 금속 재질로 형성될 수 도 있다. 돌기부(123)들과 제1 극성의 영구자석(129)들이 교번되게 배치됨으로써 본 발명의 영구자석 전동기(100)는 힘의 균형을 가지도록 배치될 수 있다. 여기서, 제2 극성의 영구자석을 대체하여 배치되는 돌기부(123)의 크기는 제1 극성의 영구자석(129)의 크기와 다소 다르게 구성될 수 있으며, 예를 들어 돌기부(123)의 크기 및 고정자(110)와의 간격은 영구자석 전동기(100)가 사용될 목적에 따른 해석 정격 출력, 출력 토크 등을 고려하여 적절히 조정될 수 있을 것이다.Meanwhile, in the above description, the protrusion 123 has the same material as the rotor iron core 121 and is described as having a structure extending from the rotor iron core 121, but the present invention is not limited thereto. That is, the protrusion 123 is made of the same material as the rotor core portion 121 but provided in a shape similar to the permanent magnet 129 of the first polarity, and then a predetermined interval on the outer circumferential surface of the rotor core portion 121. And may be alternately attached to the permanent magnet 129 of the first polarity. In this case, the protrusion 123 may be formed of a material different from that of the rotor iron core 121, and the magnetic flux flowing out of the permanent magnet 129 of the first polarity may be formed of a specific metal material. Can also be. Since the protrusions 123 and the permanent magnets 129 having the first polarity are alternately disposed, the permanent magnet electric motor 100 of the present invention may be arranged to have a balance of power. Here, the size of the protrusion 123 disposed to replace the permanent magnet of the second polarity may be configured to be somewhat different from the size of the permanent magnet 129 of the first polarity, for example, the size and stator of the protrusion 123. The interval with the 110 may be appropriately adjusted in consideration of the analysis rated output, output torque, etc. according to the purpose of the permanent magnet motor 100 is to be used.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기(100)의 코깅(Cogging) 토크와 종래 영구자석 전동기와의 해석 결과를 나타낸 것이다.5 illustrates an analysis result of the cogging torque of the permanent magnet motor 100 and the conventional permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 정격 토크가 15Nm인 영구자석 전동기로 크기 자체가 N극 영구자석 및 S극 영구자석을 동시 적용한 전동기와 N극 영구자석만 적용한 본 발명의 영구자석 전동기에서 큰 차이를 나타내지 않음을 알 수 있다. 즉 본 발명의 영구자석 전동기(100)에서와 같이 제2 극성 영구자석을 제거하고 이를 회전자 철심부(121)의 일부로 대체하더라도 종래 영구자석 전동기에서의 코깅 토크와 유사한 성능을 코깅 토크 해석이 나옴을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, the permanent magnet electric motor having a rated torque of 15 Nm does not show a large difference in the permanent magnet electric motor of the present invention in which only the N pole permanent magnet and the N pole permanent magnet are applied at the same time. It can be seen. That is, even if the second polar permanent magnet is removed and replaced with a part of the rotor core portion 121 as in the permanent magnet motor 100 of the present invention, the cogging torque analysis has a performance similar to that of the cogging torque in the conventional permanent magnet motor. It can be seen.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기(100)와 종래 영구자석 전동기의 상 역기전력 해석 결과를 나타낸 도면이다.6 is a diagram showing the results of the phase electromotive force analysis of the permanent magnet motor 100 and the conventional permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, N극 영구자석 및 S극 영구자석을 동시 적용한 종래 영구자석 전동기의 곡선이 N극 영구자석만을 적용한 본 발명의 영구자석 전동기(100)에 비하여 상하 진폭도가 대략 10%정도 큰 상태임을 알 수 있다. 즉 본 발명의 N극 영구자석만을 적용한 영구자석 전동기(100)가 종래 영구자석 전동기에 비하여 10%정도 상 역기전력이 감소됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, the curve of the conventional permanent magnet motor to which the N pole permanent magnet and the S pole permanent magnet are simultaneously applied is approximately 10% higher and lower in amplitude than the permanent magnet motor 100 of the present invention to which only the N pole permanent magnet is applied. You can see that it is in a large state. That is, the permanent magnet electric motor 100 to which the N pole permanent magnet of the present invention is applied can be seen that the reverse electromotive force is reduced by about 10% compared to the conventional permanent magnet electric motor.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 전동기와 종래 영구자석 전동기의 평균 토크 비교 결과를 나타낸 도면이다.7 is a view showing the average torque comparison results of a permanent magnet motor and a conventional permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, N극 영구자석 및 S극 영구자석을 모두 적용한 종래 영구자석 전동기에 비하여 N극 영구자석만을 적용한 본 발명의 영구자석 전동기의 평균 토크가 10%정도 저감되는 현상이 발생함을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, a phenomenon in which the average torque of the permanent magnet motor of the present invention using only N-pole permanent magnets is reduced by about 10% compared to the conventional permanent magnet motors to which both N-pole permanent magnets and S-pole permanent magnets are applied. Able to know.

한편, 상술한 설명에서 상 역기전력의 감소 및 평균 토크의 감소는 고정자(110)에 감겨지는 코일의 증대로부터 충분히 극복할 수 있는 문제이다. 즉 제1 극성 영구자석만을 적용한 영구자석 전동기는 종래 영구자석 전동기에 비하여 대략적으로 10% 정도의 코일 증대를 통하여 제2 극성 영구자석 제거에 따른 성능 보상을 지원할 수 있다. 여기서 성능 보장을 위하여 10% 정도의 코일 증대를 언급하였으나, 실질적으로 전동기의 크기나 형태 등에 따라, 그리고 제거된 영구자석을 대체하기 위해 마련된 돌기부의 형태, 제1 극성의 영구자석의 크기와 배치 형태 변화 등에 따라 코일 증대량은 달라질 수 있을 것이다. 결과적으로 코일 증대량은 실제 영구자석 전동기를 적용할 분야에 따라 실험적으로 검측되고, 검측된 결과에 따라 코일 증대량이 결정될 수 있다. 한편 코일 증대의 경우라 하더라도 영구자석을 50% 저감하는 것에 비해서는 상대적으로 작은 손실에 해당하기 때문에, 본 발명 적용에 따라 보다 개선된 생산비 절감을 달성하면서도 성능 보장을 지원할 수 있다.On the other hand, in the above description, the decrease in the counter electromotive force and the decrease in the average torque are problems that can be sufficiently overcome from the increase in the coil wound around the stator 110. That is, the permanent magnet motor using only the first polar permanent magnet may support performance compensation by removing the second polar permanent magnet by increasing the coil approximately 10% compared to the conventional permanent magnet motor. Although 10% of coils are mentioned to guarantee the performance, the size and shape of the protrusions and the shape of the permanent magnets of the first polarity are substantially changed according to the size and shape of the motor and the replacement of the removed permanent magnets. Coil increase may vary according to the change. As a result, the amount of coil increase is experimentally detected according to the field to which the permanent magnet motor is applied, and the amount of coil increase can be determined according to the detected result. On the other hand, even in the case of coil increase, since it corresponds to a relatively small loss compared to reducing the permanent magnet by 50%, the present invention can support performance guarantee while achieving more improved production cost reduction.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다. While the present invention has been described with reference to several preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.

100 : 영구자석 전동기
110 : 고정자
120 : 회전자
121 : 회전자 철심부
123 : 돌기부
125 : 회전축
129 : 제1 극성의 영구자석100: permanent magnet motor
110: stator
120: rotor
121: rotor iron core
123: projection
125:
129: permanent magnet of the first polarity

Claims (8)

영구자석을 이용한 전동기에 있어서,
상기 전동기의 외주부를 형성하며 일정 두께를 가지고 중앙이 빈 형상으로 마련되는 고정자;
상기 고정자의 중앙에 배치되는 회전자;를 포함하며,
상기 회전자는
중심에 배치되는 회전축;
중앙에 상기 회전축이 배치되는 홀이 형성되며, 일정 폭을 가지는 원통형의 형상을 갖는 회전자 철심부;
상기 회전자 철심부의 외주면에 일정 간격으로 배치되며, 상기 고정자와 대면되는 방향에 제1 극성이 위치하는 영구자석들;
상기 회전자 철심부의 외주면에서 상기 고정자와 대면되는 방향으로 돌출되어 형성되며, 상기 영구자석들과 교번되게 배치되되 상기 영구자석에서 나오는 자로의 연결 선상에 배치되어 제2 극성의 영구자석 역할을 수행하는 돌기부들;을 포함하며,
상기 돌기부들은 상기 회전자 철심부로부터 연장되어 형성되고, 상기 영구자석들에 대응되는 형상으로 형성되고,
상기 영구자석들과 상기 돌기부들은 각각 상기 고정자와 대면되는 방향으로 중심 부분이 양쪽의 가장자리 부분에 비해서 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 표면부착형 영구자석 전동기.In a motor using a permanent magnet,
A stator forming an outer circumference of the electric motor and having a predetermined thickness and having an empty center;
And a rotor disposed at the center of the stator.
The rotor
A rotation axis disposed in the center;
A rotor iron core having a cylindrical shape having a hole formed at a center thereof with the rotation shaft disposed therein;
Permanent magnets disposed on the outer circumferential surface of the iron core part at predetermined intervals and having a first polarity in a direction facing the stator;
It is formed to protrude in the direction facing the stator from the outer circumferential surface of the rotor core portion, it is arranged alternately with the permanent magnets are arranged on the connection line of the magnetic poles coming out of the permanent magnet to serve as a permanent magnet of the second polarity Including protrusions;
The protrusions extend from the rotor core and are formed in a shape corresponding to the permanent magnets.
The permanent magnets and the projections are surface-mounted permanent magnet motor, characterized in that the central portion is convexly formed compared to the edge portion of both sides in the direction facing the stator, respectively. 제1항에 있어서,
상기 영구자석들은
상기 고정자와 대면되는 방향에 N극 및 S극 중에 하나의 제1 극성이 배치되며, 상기 회전자 철심부에 부착되는 면에 상기 제1 극성에 반대되는 제2 극성이 배치되는 것을 특징으로 하는 표면부착형 영구자석 전동기.The method of claim 1,
The permanent magnets
The first polarity of one of the N pole and the S pole is disposed in the direction facing the stator, and the second polarity opposite to the first polarity is disposed on the surface attached to the rotor core portion Attachable permanent magnet motor. 제1항에 있어서,
상기 회전자 철심부와 돌기부들은
중앙에 홀이 형성된 원판들이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 표면부착형 영구자석 전동기.The method of claim 1,
The rotor core and the protrusions
Surface-mounted permanent magnet motor, characterized in that the disc is formed by laminating a hole formed in the center. 삭제delete 삭제delete 영구자석 전동기의 회전자에 있어서,
중심에 배치되는 회전축;
중앙에 상기 회전축이 배치되는 홀이 형성되며, 일정 폭을 가지는 원통형의 형상을 갖는 회전자 철심부;
상기 회전자 철심부의 외주면에 일정 간격으로 배치되며, 고정자와 대면되는 방향에 제1 극성이 위치하는 영구자석들;
상기 회전자 철심부의 외주면에서 상기 고정자와 대면되는 방향으로 돌출되어 형성되며, 상기 영구자석들과 교번되게 배치되되 상기 영구자석에서 나오는 자로의 연결 선상에 배치되어 제2 극성의 영구자석 역할을 수행하는 돌기부들;을 포함하며,
상기 돌기부들은 상기 회전자 철심부로부터 연장되어 형성되고, 상기 영구자석들에 대응되는 형상으로 형성되고,
상기 영구자석들과 상기 돌기부들은 각각 상기 고정자와 대면되는 방향으로 중심 부분이 양쪽의 가장자리 부분에 비해서 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 표면부착형 영구자석 전동기에 포함되는 회전자.In the rotor of a permanent magnet motor,
A rotation axis disposed in the center;
A rotor iron core having a cylindrical shape having a hole formed at a center thereof with the rotation shaft disposed therein;
Permanent magnets disposed on the outer circumferential surface of the rotor core at regular intervals and having a first polarity in a direction facing the stator;
It is formed to protrude in the direction facing the stator from the outer circumferential surface of the rotor core portion, it is arranged alternately with the permanent magnets are arranged on the connection line of the magnetic poles coming out of the permanent magnet to serve as a permanent magnet of the second polarity Including protrusions;
The protrusions extend from the rotor core and are formed in a shape corresponding to the permanent magnets.
The permanent magnets and the projections are a rotor included in the surface-mounted permanent magnet motor, characterized in that the central portion is convexly formed in comparison with the edge portion of both sides in the direction facing the stator, respectively. 제6항에 있어서,
상기 영구자석들은
상기 고정자와 대면되는 방향에 N극 및 S극 중에 하나의 제1 극성이 배치되며, 상기 회전자 철심부에 부착되는 면에 상기 제1 극성에 반대되는 제2 극성이 배치되는 것을 특징으로 하는 표면부착형 영구자석 전동기에 포함되는 회전자.The method according to claim 6,
The permanent magnets
The first polarity of one of the N pole and the S pole is disposed in the direction facing the stator, the second polarity opposite to the first polarity is disposed on the surface attached to the rotor core portion Rotor included in a permanent magnet motor. 제6항에 있어서,
상기 회전자 철심부와 돌기부들은
중앙에 홀이 형성된 원판들이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 표면부착형 영구자석 전동기에 포함되는 회전자.The method according to claim 6,
The rotor core and the protrusions
Rotor included in the surface-attached permanent magnet motor, characterized in that the disc is formed by laminating a hole formed in the center.
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