KR20220033894A - 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자에 관한 것으로, 회전자 철심에 매립되는 영구자석들이 회전자의 회전에 의해 수평 방향으로 미끄러지는 문제를 효율적으로 방지할 수 있으며, 영구자석을 회전자 철심에 접착하는 접착제의 잉여분을 효율적으로 수집할 수 있도록 한 것이다.

Description

영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자{Rotor for preventing to be sliding a plurality of permanent magnets}
본 발명은 모터의 회전자 구조에 관련한 것으로, 특히 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자에 관한 것이다.
최근 친환경 자동차에 대한 관심이 날로 커지면서 기존 내연기관의 엔진 대신에 전기로 자동차를 구동할 수 있는 견인용 모터 설계에 대한 중요성도 크게 증가하고 있다. EV(Electric Vehicle)용 견인용 모터 설계의 중요한 가치는 자동차의 연비와 동일한 개념으로 인지되는 1회 충전당 주행거리의 증가이며, 이는 모터의 자체 효율도 중요하지만 모터의 무게 또한 중대한 변수가 된다.
이 때문에 모터의 회전자에 에너지 밀도가 높은 영구자석을 사용하여 고정자 회전자계와 합성하여 토크(Torque)를 발생시키는 영구자석형 동기 모터가 큰 인기를 얻고 있다. 대한민국 공개특허 제10-2005-0069055호(2005.07.05)에 회전자의 회전축을 중심으로 외향하는 하나 이상의 매립홈 쌍이 대칭하여 형성되고, 이 매립홈들에 영구자석들이 매립되는 다층 매립형 영구자석 모터의 로터 구조에 대해 기재되어 있다.
도 1 은 종래의 2층 V타입 영구자석 동기 모터의 회전자 구조를 예시한 도면이다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 회전자(10)의 회전자 철심(11)에 형성되는 수직형 매립홈(12)들 영구자석(20)들을 삽입하고 이를 통해 발생하는 자속(Flux)의 경로인 자로(Flux path)를 제어하여 고정자(도면 도시 생략)에서 발생하는 회전 자계와 공극에서 합성시키면 토크(Torque)가 발생된다.
이때, 최적의 자로를 형성하기 위해 회전자 철심(11)의 형상을 다양하게 설계할 수 있으며, 특히 토크에 기여하지 못하고 누설되거나 핵심 자로에 자속이 밀집되어 철심이 포화되는 현상을 회피하여야 원하는 성능을 구현할 수 있다. 이처럼 영구자석을 사용하여 토크를 발생할 때는 회전자 철심의 형상에 항시 유의하여야 하며 영구자석을 매립하는 방법과 구조에 따라 성능이 좌우된다.
이러한 회전자 철심에 영구자석들이 매립되는 형태의 매립형 영구자석 동기 모터(IPMSM: Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 경우, 회전자 철심의 회전에 의해 회전자 철심에 매립되는 영구자석들이 회전자 철심으로부터 수직 방향으로 이탈하여 비산하거나 수평 방향으로 미끄러지는 문제가 발생한다.
회전자 철심에 매립되는 영구자석들이 회전자 철심으로부터 수직 방향으로 이탈하여 비산하거나 수평 방향으로 미끄러지는 문제는 도 2 에 도시한 바와 같이 에폭시(Epoxy) 또는 본드(Bond) 등과 같은 접착제를 사용하여 영구자석을 회전자 철심에 부착함으로써 방지할 수 있다. 도 2 는 종래의 영구자석 미끄럼 방지를 위해 접착제를 사용하여 영구자석을 회전자 철심에 부착한 것을 예시한 도면이다.
그런데, 에폭시(Epoxy) 또는 본드(Bond) 등과 같은 접착제를 사용하여 영구자석을 회전자 철심에 부착할 경우, 아주 미미 하지만 특정한 두께의 물리적인 접착제층이 형성되므로, 접착제층에 의한 공차 누적 및 치수 변동(*C = A - B)이 발생하여 조립성에 악영향을 미치고, 잉여분의 접착제 누설에 의해 오염되어 자속(Flux)의 경로인 자로(Flux path)에 영향을 주게 된다.
따라서, 본 발명자는 회전자 철심에 매립되는 영구자석들이 회전자의 회전에 의해 수평 방향으로 미끄러지는 문제를 효율적으로 방지할 수 있으며, 영구자석을 회전자 철심에 접착하는 접착제의 잉여분을 효율적으로 수집할 수 있는 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자의 개선된 구조에 대한 연구를 하였다.
대한민국 공개특허 제10-2005-0069055호(2005.07.05)
본 발명은 회전자 철심에 매립되는 영구자석들이 회전자의 회전에 의해 수평 방향으로 미끄러지는 문제를 효율적으로 방지할 수 있으며, 영구자석을 회전자 철심에 접착하는 접착제의 잉여분을 효율적으로 수집할 수 있는 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자가 중앙 부위에 회전축이 삽입되는 회전축 삽입홈이 형성되고, 외연 주변을 따라 다수의 수직형 매립홈들이 형성되는 회전자 철심과; 회전자 철심에 형성되는 수직형 매립홈들에 매립되는 다수의 영구자석편들과; 회전자 철심에 형성되는 수직형 매립홈들에서 영구자석편 넓이 간격으로 각각 수직 방향으로 돌출되어 영구자석편의 수평방향 미끄럼을 방지하는 한쌍의 영구자석 고정돌기를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자가 수직형 매립홈들에서 영구자석편 넓이 간격으로 각각 수직 방향으로 돌출되는 한쌍의 영구자석 고정돌기 사이의 수직형 매립홈들에서 각각 수직 방향으로 절개되어 영구 자석을 접착하는 접착제의 잉여분을 수집하여 수납하는 한쌍의 접착제 수집홀을 더 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 한쌍의 접착제 수집홀이 한쌍의 영구자석 고정돌기와 연하여 형성되어, 한쌍의 영구자석 고정돌기에 의해 억류되는 접착제의 잉여분을 효율적으로 수집한다.
본 발명은 회전자 철심에 매립되는 영구자석들이 회전자의 회전에 의해 수평 방향으로 미끄러지는 문제를 효율적으로 방지할 수 있으며, 영구자석을 회전자 철심에 접착하는 접착제의 잉여분을 효율적으로 수집할 수 있으므로, 모터를 안정적으로 고속 운전할 수 있으면서도, 모터의 진동과 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 종래의 2층 V타입 영구자석 동기 모터의 회전자 구조를 예시한 도면이다.
도 2 는 종래의 영구자석 미끄럼 방지를 위해 접착제를 사용하여 영구자석을 회전자 철심에 부착한 것을 예시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자의 영구자석 미끄럼 방지 구조를 확대한 일부 절개 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자의 자속을 예시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 3 은 본 발명에 따른 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이고, 도 4 는 본 발명에 따른 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자의 영구자석 미끄럼 방지 구조를 확대한 일부 절개 단면도이다.
도 3 및 도 4 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자(100)는 회전자 철심(110)과, 다수의 영구자석편(120)들과, 한쌍의 영구자석 고정돌기(130)를 포함한다.
회전자 철심(110)은 중앙 부위에 회전축(도면 도시 생략)이 삽입되는 회전축 삽입홈(111)이 형성되고, 외연 주변을 따라 다수의 수직형 매립홈(112)들이 형성된다. 예컨대, 다수의 수직형 매립홈(112)들이 회전자 철심(110) 외연 주변을 따라 2층 V타입 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다수의 영구자석편(120)들은 회전자 철심(110)에 형성되는 수직형 매립홈(112)들에 매립된다. 예컨대, 영구자석편(120)들의 크기는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 한편, 영구자석편(120)들의 형상은 직육면체 형상일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
한쌍의 영구자석 고정돌기(130)는 회전자 철심(110)에 형성되는 수직형 매립홈(112)들에서 영구자석편 넓이 간격으로 각각 수직 방향으로 돌출되어 영구자석편의 수평방향 미끄럼을 방지한다.
회전자(100)가 회전하면, 회전자(100)의 회전 방향인 수평 방향으로 토크가 발생하여, 수직형 매립홈(112)들에 매립된 영구자석편(120)들이 수평 방향으로 미끄러진다.
그러나, 회전자 철심(110)에 형성되는 수직형 매립홈(112)들에서 영구자석편 넓이 간격으로 각각 수직 방향으로 돌출되는 한쌍의 영구자석 고정돌기(130)가 스토퍼(Stopper) 역할을 하여 수직형 매립홈(112)들에 매립된 영구자석편(120)들이 수평 방향으로 미끄러지는 것을 방지한다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 회전자 철심에 매립되는 영구자석들이 회전자의 회전에 의해 수평 방향으로 미끄러지는 문제를 효율적으로 방지할 수 있으므로, 모터를 안정적으로 고속 운전할 수 있으면서도, 모터의 진동과 소음을 줄일 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자(100)가 한쌍의 접착제 수집홀(140)을 더 포함한다. 한쌍의 접착제 수집홀(140)은 수직형 매립홈(112)들에서 영구자석편 넓이 간격으로 각각 수직 방향으로 돌출되는 한쌍의 영구자석 고정돌기(130) 사이의 수직형 매립홈들에서 각각 수직 방향으로 절개되어 영구 자석을 접착하는 접착제의 잉여분을 수집하여 수납한다.
예컨대, 한쌍의 접착제 수집홀(140)이 한쌍의 영구자석 고정돌기(130)와 연하여 형성되어, 한쌍의 영구자석 고정돌기(130)에 의해 억류되는 접착제의 잉여분을 효율적으로 수집하도록 구현될 수 있다. 이 때, 한쌍의 접착제 수집홀(140)의 형상이 음각된 반원 형태일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
영구자석편 넓이 간격으로 각각 수직 방향으로 돌출되는 한쌍의 영구자석 고정돌기(130) 사이의 수직형 매립홈(112)에 에폭시(Epoxy) 또는 본드(Bond) 등과 같은 접착제를 도포한 후 영구자석편(120)을 부착하면, 접착면에 특정한 두께의 물리적인 접착제층이 형성되면서 잉여분의 접착제는 접착면 이외로 밀려나 누출되고, 누출되는 잉여분의 접착제에 의해 오염 물질이 부착되어 자로(Flux path)에 영향을 주게 된다.
그런데, 본 발명의 경우 접착면 이외로 밀려나 누출되는 잉여분의 접착제가 한쌍의 영구자석 고정돌기(130)에 의해 억류되면서, 한쌍의 접착제 수집홀(140)로 잉여분의 접착제가 유입되어 수집되면서 수납되고, 한쌍의 접착제 수집홀(140)에 수납되는 접착제가 굳으면서 주변의 오염없이 영구자석편(120)의 모서리 부분에 부가적인 접착력을 제공한다.
도 5 는 본 발명에 따른 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자의 자속을 예시한 도면이다. 도 5 를 참조해 보면, 영구자석편(120)의 모서리 부분에서 한쌍의 접착제 수집홀(140)에 의해 잉여분의 접착제가 유입되어 수집되므로, 접착제가 사용되지 않아 한쌍의 접착제 수집홀이 형성되지 않은 경우와 대비할 때 자속 변화가 거의 없음을 볼 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 회전자 철심에 매립되는 영구자석들이 회전자의 회전에 의해 수평 방향으로 미끄러지는 문제를 효율적으로 방지할 수 있으며, 영구자석을 회전자 철심에 접착하는 접착제의 잉여분을 효율적으로 수집할 수 있으므로, 모터를 안정적으로 고속 운전할 수 있으면서도, 모터의 진동과 소음을 줄일 수 있다.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 매립형 영구자석 동기 모터(IPMSM: Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 회전자
110 : 회전자 철심
111 : 회전축 삽입홈
112 : 수직형 매립홈
120 : 영구자석편
130 : 영구자석 고정돌기
140 : 접착제 수집홀

Claims (3)

  1. 중앙 부위에 회전축이 삽입되는 회전축 삽입홈이 형성되고, 외연 주변을 따라 다수의 수직형 매립홈들이 형성되는 회전자 철심과;
    회전자 철심에 형성되는 수직형 매립홈들에 매립되는 다수의 영구자석편들과;
    회전자 철심에 형성되는 수직형 매립홈들에서 영구자석편 넓이 간격으로 각각 수직 방향으로 돌출되어 영구자석편의 수평방향 미끄럼을 방지하는 한쌍의 영구자석 고정돌기를;
    포함하는 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자가:
    수직형 매립홈들에서 영구자석편 넓이 간격으로 각각 수직 방향으로 돌출되는 한쌍의 영구자석 고정돌기 사이의 수직형 매립홈들에서 각각 수직 방향으로 절개되어 영구 자석을 접착하는 접착제의 잉여분을 수집하여 수납하는 한쌍의 접착제 수집홀을;
    더 포함하는 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    한쌍의 접착제 수집홀이:
    한쌍의 영구자석 고정돌기와 연하여 형성되어, 한쌍의 영구자석 고정돌기에 의해 억류되는 접착제의 잉여분을 효율적으로 수집하는 영구 자석 미끄럼 방지 구조를 구비한 회전자.
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