WO2024076035A1 - 매입 영구자석 동기모터 - Google Patents

매입 영구자석 동기모터 Download PDF

Info

Publication number
WO2024076035A1
WO2024076035A1 PCT/KR2023/013840 KR2023013840W WO2024076035A1 WO 2024076035 A1 WO2024076035 A1 WO 2024076035A1 KR 2023013840 W KR2023013840 W KR 2023013840W WO 2024076035 A1 WO2024076035 A1 WO 2024076035A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
slit
rotor
permanent magnet
synchronous motor
magnet synchronous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2023/013840
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
구본길
고병수
김홍석
이형철
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Priority to EP23875103.6A priority Critical patent/EP4507169A4/en
Priority to US18/386,756 priority patent/US20240128815A1/en
Publication of WO2024076035A1 publication Critical patent/WO2024076035A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Definitions

  • the present invention relates to an embedded permanent magnet motor that reduces iron loss of stator teeth.
  • an embedded permanent magnet synchronous motor a plurality of permanent magnets are embedded inside the rotor at regular intervals.
  • Embedded permanent magnet synchronous motors have a rotor core adjacent to an air gap within the arc angle where the permanent magnets exist.
  • Embedded permanent magnet synchronous motors form slits in the rotor core within the arc angle to reduce torque ripple or increase power density.
  • This type of embedded permanent magnet synchronous motor had a problem in that the saturation of the stator value increased due to additional magnetic flux, resulting in increased iron loss.
  • an embedded permanent magnet synchronous motor includes: a stator including a plurality of teeth and a coil wound around the plurality of teeth; and a rotor rotatable in the hollow of the stator.
  • the rotor includes a plurality of permanent magnets provided within the rotor; And it may include a slit disposed within the polar arc angle ( ⁇ ) toward the top of the polar arc angle and inclined in a direction opposite to the rotation direction of the rotor.
  • the extreme arc angle ( ⁇ ) may satisfy the following equation.
  • P refers to the number of poles of the rotor.
  • the slit may be located in a slit arrangement range ( ⁇ ) included in the extreme arc angle ( ⁇ ) and may be inclinedly disposed within a slit inclination range ( ⁇ ).
  • the slit arrangement range ( ⁇ ) and the slit inclination range ( ⁇ ) may each satisfy the following equation.
  • one phase of permanent magnets may be arranged in a V-shape within the polar arc.
  • the slit may be disposed adjacent to a first permanent magnet located at the top of a pair of permanent magnets based on the rotation direction of the rotor.
  • At least three permanent magnets may be arranged in a U-shape within the polar arc.
  • the slit may be disposed adjacent to a first permanent magnet located at the front among the three permanent magnets based on the rotation direction of the rotor.
  • a first permanent magnet may be arranged in an I-shape within the polar arc.
  • the slit may be disposed adjacent to a portion of the first permanent magnet corresponding to the top based on the rotation direction of the rotor.
  • the slit may include a plurality of slits arranged at intervals.
  • the plurality of slits may have different lengths.
  • the plurality of slits may have the same width.
  • the plurality of slits may have different widths.
  • the slit may be formed to gradually narrow in width from the first end of the slit to the second end of the slit in a direction opposite to the rotation direction of the rotor.
  • the slit may be formed to gradually widen from the first end of the slit to the second end of the slit in a direction opposite to the rotation direction of the rotor.
  • the slit may be formed to be convexly curved in the rotation direction of the rotor.
  • the slit may be convexly curved in a direction opposite to the rotation direction of the rotor.
  • an embedded permanent magnet synchronous motor includes a stator; and a rotor rotatably installed in the hollow of the stator.
  • the rotor includes a plurality of permanent magnets provided within the rotor; And it may include a slit disposed within the polar arc ( ⁇ ) toward the top of the polar arc.
  • the slit may be disposed inclined within the slit inclination range ( ⁇ ).
  • the polar arc angle ( ⁇ ) and the slit inclination range ( ⁇ ) may each satisfy the following equation.
  • P refers to the number of poles of the rotor.
  • the slit may be located in a slit arrangement range ( ⁇ ) included in the extreme arc angle ( ⁇ ).
  • the slit arrangement range ( ⁇ ) may satisfy the following equation.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • Figure 2 is a diagram showing the arrangement range of slits of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram showing the angle range of a slit of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • Figure 4 is a graph showing the change in iron loss according to the inclination angle of the slit formed in the rotor of the embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • Figure 5 is a graph showing a change in torque depending on the position of a slit formed in the rotor of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • Figure 6 is a graph showing iron loss per unit torque of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a graph showing the efficiency of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • Figure 8 is a diagram illustrating an example in which magnetic flux is forced by a slit in an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • Figure 9 is a graph comparing the magnetic flux density formed in the stator teeth of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure and an embedded permanent magnet synchronous motor according to a comparative example.
  • Figure 10 is a graph comparing the core loss of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure and an embedded permanent magnet synchronous motor according to a comparative example.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which permanent magnets embedded in the rotor of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure are arranged in an I-shape.
  • Figure 12 is a diagram showing an example in which permanent magnets embedded in the rotor of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure are arranged in a U shape.
  • 13 to 16 are diagrams showing the shapes of slits formed in the rotor of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms may be used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the present disclosure.
  • the expression 'same' used in the present disclosure means not only complete matching, but also including a degree of difference taking into account the processing error range.
  • An embodiment of the present disclosure can provide an embedded permanent magnet synchronous motor that reduces iron loss by lowering the saturation of the stator teeth by forcing the direction of magnetic flux flowing to the stator teeth.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • an embedded permanent magnet synchronous motor 10 may include a stator 30 and a rotor 50.
  • the stator 30 may include a yoke portion 33 formed in a cylindrical shape and a plurality of teeth 31 on the inner surface of the yoke portion 33 that protrude toward the center of the stator 30.
  • a plurality of teeth 31 are installed at regular intervals in the circumferential direction on the inner surface of the stator 30.
  • a plurality of coil grooves in which the coil 40 can be accommodated may be formed between the plurality of teeth 31 .
  • a coil 40 may be wound around each of the plurality of teeth 31.
  • the rotor 50 may be formed in a cylindrical shape.
  • the rotor 50 may be rotatably installed on the stator 30 concentrically with the stator 30 .
  • the rotor 50 may be inserted into the center of the stator 30 with the outer peripheral surface 501 spaced at a certain distance from the tip portion 311 of the teeth 31 of the stator 30.
  • the rotation shaft 70 may be coupled to the shaft hole 55 formed at the center of the rotor 50.
  • a plurality of permanent magnets 51 and 52 may be installed inside the rotor 50.
  • a plurality of permanent magnets 51 and 52 may be disposed between the outer peripheral surface 501 of the rotor 50 and the shaft hole 55.
  • the rotor 50 is formed of an iron core, and a plurality of magnet insertion holes 57 in which permanent magnets 51 and 52 are installed may be formed in the iron core of the rotor 50 in the circumferential direction of the rotor 50. .
  • the plurality of magnet insertion holes 57 may be V-shaped.
  • a plurality of permanent magnets 51 and 52 may be arranged in pairs in each magnet insertion hole 57.
  • a pair of first permanent magnets 511 and 512 may be disposed in one magnet insertion hole 57
  • a pair of second permanent magnets 511 and 512 may be disposed in another magnet insertion hole 57.
  • Permanent magnets 521 and 522 may be disposed.
  • a pair of permanent magnets (511, 512; 521, 522) each inserted into the magnet insertion hole 57 may be arranged in a V-shape.
  • the plurality of permanent magnets 51 and 52 have different polarities.
  • a pair of first permanent magnets (511, 512) have an N polarity
  • a pair of second permanent magnets (521) disposed adjacent to the pair of first permanent magnets (511, 512). , 522) may have the polarity of the S pole.
  • the plurality of permanent magnets 51 and 52 may be made of rare earth materials, such as neodymium (Nd) or ferrite.
  • a plurality of slits 53 may be formed in the rotor 50 at regular intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of slits 53 may be formed from one end to the other end of the rotor 50 parallel to the rotation axis 70.
  • the plurality of slits 53 blocks the flow of magnetic flux flowing to the plurality of teeth 31 of the stator 30 to improve saturation of the magnetic flux density in the plurality of teeth 31, thereby reducing the iron loss of the stator 30. You can.
  • a plurality of slits 53 may be provided in the rotor 50, one each corresponding to a pair of permanent magnets. For example, when six pairs of permanent magnets are disposed on the rotor 50 as shown in FIG. 1, the plurality of slits 53 may be provided. Each slit 53 may be disposed adjacent to a permanent magnet corresponding to the leading edge of the rotation direction (counterclockwise in FIG. 1) of the rotor 50. In this case, each slit 53 may be disposed inclined in a direction opposite to the rotation direction of the rotor 50.
  • the plurality of slits 53 can achieve the effect of reducing iron loss of the stator 30 depending on the point and arrangement angle formed on the rotor 50.
  • the effective arrangement range and effective arrangement angle range of the plurality of slits on the rotor for reducing the iron loss of the stator 30 will be described.
  • Figure 2 is a diagram showing the arrangement range of slits of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • Figure 3 is a diagram showing the arrangement angle range of slits of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • a pair of permanent magnets 511 and 512 have a first axis A1 that passes through the center point C of the rotor 50 and is arranged vertically, and a center point C of the rotor 50. ) and may be disposed between the second axis (A2) rotated clockwise from the first axis (A1) by an extreme angle ( ⁇ ).
  • the slit 53 may be disposed adjacent to the permanent magnet 511 located on the left among the pair of first permanent magnets 511 and 512 disposed within the polar arc ⁇ .
  • the slit 53 may be disposed to be inclined at a predetermined angle in the opposite direction (clockwise in FIG. 2) to the rotation direction R (counterclockwise in FIG. 2) in which the rotor 50 rotates.
  • the slit 53 may have a predetermined length, with one end (53a) adjacent to the outer peripheral surface 501 of the rotor 50 and the other end (53b) adjacent to the left permanent magnet 511.
  • the slit 53 disposed within the polar arc angle ( ⁇ ) may be located within the slit arrangement range ( ⁇ ) as shown in Equation 2 below.
  • the slit arrangement range ( ⁇ ) included within the extreme angle ( ⁇ ) is the third axis (A3) and the first axis (A1) rotated clockwise by the first angle ( ⁇ 1) from the first axis (A1). ) may be an area between the fourth axis A4 rotated clockwise by a second angle ⁇ 2.
  • the slit 53 located within the slit arrangement range ( ⁇ ) may be disposed inclined within the slit inclination range ( ⁇ ) as shown in Equation 3 below.
  • P is the number of poles of the rotor 50.
  • the minimum value of the slit inclination range ⁇ may be the third angle ⁇ 1, which is the angle from the first axis A1 to the fifth axis A5 parallel to the third axis A3.
  • the slit 53 When the slit 53 is inclined at the third angle ⁇ 1 as in 53-1 shown in FIG. 3, the slit 53 may be disposed along the fifth axis A5.
  • the third angle ⁇ 1 may correspond to 180°/P.
  • the maximum value of the slit inclination range ⁇ may be the fourth angle ⁇ 2, which is the angle from the first axis A1 to the sixth axis A6 orthogonal to the fifth axis A5.
  • the slit 53 When the slit 53 is inclined at the fourth angle ⁇ 2 as shown in 53-2 shown in FIG. 3, the slit 53 may be disposed along the sixth axis A6.
  • the fourth angle may be 180°/P plus 90° in the opposite direction to the rotation direction (R) of the rotor 50.
  • Figure 4 is a graph showing the change in iron loss according to the inclination angle of the slit formed in the rotor of the embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • the slit 53 is located in a slit arrangement range corresponding to D1 among the slit arrangement ranges ⁇ ( ), it can be seen that the iron loss decreases as the inclination angle of the slit 53 increases in the direction opposite to the rotation direction (R) of the rotor 50.
  • Figure 5 is a graph showing a change in torque depending on the position of a slit formed in the rotor of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • the position of the slit 53 within the slit arrangement range ⁇ increases in the direction adjacent to the first axis A1 to the third axis A3, that is, toward the center of the pole of the embedded permanent magnet synchronous motor. It can be seen that the torque in (10) decreases.
  • Figure 6 is a graph showing iron loss per unit torque of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • the slit 53 is located in the slit arrangement range ( ⁇ ) corresponding to D2. ), it can be seen that the iron loss per unit torque is minimum.
  • FIG. 7 is a graph showing the efficiency of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • the slit 53 is located in the slit arrangement range ( ⁇ ) corresponding to D3. ), it can be seen that the efficiency of the embedded permanent magnet synchronous motor is maximum.
  • Figure 8 is a diagram illustrating an example in which magnetic flux is forced by a slit in an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • Figure 9 is a graph comparing the magnetic flux density formed in the stator teeth of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure and an embedded permanent magnet synchronous motor according to a comparative example.
  • Figure 10 is a graph comparing the core loss of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure and an embedded permanent magnet synchronous motor according to a comparative example.
  • the slit 53 when the slit 53 is disposed within the slit arrangement range ⁇ and has an inclination angle within the slit inclination range ⁇ , the magnetic fluxes B1 and B2 flowing into the teeth 31 of the stator 30 Some of them (B2) may be blocked by the slit (53). Accordingly, the iron loss of the stator 30 can be reduced by preventing the magnetic flux density from being saturated in the teeth 31 of the stator 30.
  • the graph of the comparative example (dotted line) shown in FIGS. 9 and 10 shows a case where the slit formed in the rotor is disposed inclined in the rotation direction of the rotor.
  • the slit 53 is disposed inclined in the opposite direction of the rotation direction (R) of the rotor 50, among the magnetic fluxes B1 and B2 flowing to the teeth 31 of the stator 30, as shown in FIG. A portion (B2) may be blocked by the slit (53).
  • the slit formed in the rotor may be disposed inclined in a direction similar to the direction of the magnetic fluxes B1 and B2 flowing through the teeth 31 of the stator 30. Accordingly, most of the magnetic fluxes B1 and B2 flowing to the teeth 31 of the stator 30 are not blocked by the slits in the comparative example and flow to the teeth of the stator.
  • one or more embodiments of the present disclosure have a lower saturated magnet density of the stator than the comparative example in the entire position angle range of the rotor.
  • the maximum value of magnetic flux density that saturates the teeth of the stator is 1.62T in the case of the present disclosure, whereas it is 1.7T in the comparative example. Therefore, it can be seen that the tooth saturation of the present disclosure is reduced by about 4.7% compared to the comparative example.
  • the iron loss according to the current angle is overall lower in one or more embodiments of the present disclosure than the comparative example in the entire current angle range.
  • Table 1 corresponding to FIG. 10 it can be seen that the reduction rate of iron loss in the present disclosure is reduced by about 18% compared to the comparative example in the entire current angle range.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which permanent magnets embedded in the rotor of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure are arranged in an I-shape.
  • Figure 12 is a diagram showing an example in which permanent magnets embedded in the rotor of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure are arranged in a U shape.
  • permanent magnets embedded in the rotor 50 may be arranged in an I-shape (or straight shape). In this case, there may be one permanent magnet disposed within the polar arc ( ⁇ ).
  • the magnet insertion hole 57-1 formed in the rotor 50 may be formed in an I-shape (or straight shape).
  • the permanent magnet 51-1 inserted into the magnet insertion hole 57-1 on the right and the permanent magnet 52-1 inserted into the magnet insertion hole 57-1 on the left have different magnetic poles. You can.
  • the slits 53 corresponding to each permanent magnet 51-1 and 52-1 are as described above. As described above, it may be located within the slit arrangement range ( ⁇ ) and inclined at a predetermined inclination angle within the slit inclination range ( ⁇ ). Accordingly, even when the permanent magnets (51-1, 52-1) embedded in the rotor (50) are arranged in an I-shape, the slit (53) can block the magnetic flux flowing to the teeth (31) of the stator. By lowering the degree of saturation of the dentures 31, iron loss can be reduced.
  • permanent magnets embedded in the rotor 50 may be arranged in a U-shape (or straight shape). In this case, there may be three permanent magnets arranged within the polar arc ( ⁇ ).
  • the magnet insertion hole 57-2 formed in the rotor 50 may be approximately U-shaped.
  • three permanent magnets (514, 515, 516) inserted into the magnet insertion hole (57-2) on the right and three permanent magnets (524, 525, 525, 516) inserted into the magnet insertion hole (57-2) on the left. 526) may have different stimuli.
  • the three permanent magnets (514, 515, 516) on the right have N-pole magnetic poles
  • the three left-hand permanent magnets (524, 525, 526) may have S-pole magnetic poles.
  • the slit 53 corresponding to the one permanent magnet 514 located on the leftmost of the three permanent magnets 514, 515, and 516 on the right is located within the slit arrangement range ⁇ and the slit inclination range ⁇ . It is disposed inclined at a predetermined inclination angle within.
  • the slit 53 corresponding to the one permanent magnet 524 located on the leftmost of the three permanent magnets 524, 525, and 526 on the right is located within the slit arrangement range ⁇ and has a slit inclination range ⁇ as described above. ) is disposed inclined at a predetermined inclination angle within the space.
  • the slit 53 allows the magnetic flux flowing to the teeth 31 of the stator. Since it can be blocked, the iron loss can be reduced by lowering the saturation of the stator teeth 31.
  • the slit 53 provided in the rotor 50 has approximately a predetermined length and is described as having a straight line with one end and the other end having the same width, the one or more embodiments are not limited thereto.
  • the slit may have various shapes.
  • 13 to 16 are diagrams showing the shapes of slits formed in the rotor of an embedded permanent magnet synchronous motor according to one or more embodiments of the present disclosure.
  • the slit 53-3 may be located within the slit arrangement range ⁇ and inclined at a predetermined inclination angle within the slit inclination range ⁇ .
  • the slit 53-3 may include a first slit 531 and a second slit 532.
  • the first slit 531 and the second slit 532 may have different lengths.
  • the first slit 531 which is disposed closer to the center of the pole (the part where the pair of first permanent magnets 511 and 512 are in contact) than the second slit 532, has a length of may be formed to be longer than the length of the second slit 532.
  • first slit 531 and the second slit 532 are shown to have the same inclination angle, but the present invention is not limited thereto.
  • the first slit 531 and the second slit 532 may be arranged at different angles within the slit inclination range ⁇ .
  • first slit 531 and the second slit 532 are shown to have the same width, but the present invention is not limited thereto.
  • the first slit 531 and the second slit 532 may have different widths.
  • the slit 53-3 is described as including two slits 531 and 532, but is not limited thereto.
  • the slit 53-3 may include three or more slits.
  • the width of each slit and the spacing between the slits can be appropriately adjusted so that three or more slits are located within the slit arrangement range ( ⁇ ).
  • the slit 53-4 may be located within the slit arrangement range ⁇ and inclined at a predetermined inclination angle within the slit inclination range ⁇ .
  • the slit 53-4 has a predetermined length, and the widths of one end 534 and the other end 535 may be different.
  • the width of one end 534 of the slit 53-4 adjacent to the outer peripheral surface 501 of the rotor 50 is the slit 53-4 adjacent to the first permanent magnet 511. It may be formed wider than the width of the other end 535 of 4). In this case, the width of the slit 53-4 may gradually become narrower from one end 534 to the other end 535.
  • the slit 53-5 may be located within the slit arrangement range ⁇ and inclined at a predetermined inclination angle within the slit inclination range ⁇ .
  • the slit 53-5 has a predetermined length, and the widths of one end 536 and the other end 537 may be different.
  • the width of one end 536 of the slit 53-5 adjacent to the outer peripheral surface 501 of the rotor 50 is the slit 53-5 adjacent to the first permanent magnet 511. It may be formed to be narrower than the width of the other end 537 of 5). In this case, the width of the slit 53-5 may gradually widen from one end 536 to the other end 537.
  • the slit 53-6 may be located within the slit arrangement range ⁇ and inclined at a predetermined inclination angle within the slit inclination range ⁇ .
  • the slit 53-6 may have an overall curved shape.
  • the slit 53-6 may have one end 538 disposed adjacent to the outer peripheral surface 501 of the rotor 50 and the other end 539 may be disposed adjacent to the first permanent magnet 511.
  • the slit 53-6 may have a convex curved shape in the rotation direction (R, see FIG. 3) of the rotor 50. However, the slit 53-6 may have a convex curved shape in the opposite direction to the rotation direction (R) of the rotor 50.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

매입 영구자석 동기모터는 복수의 치와 복수의 치에 권선된 코일을 포함하는 고정자와, 고정자의 중공에 회전 가능한 회전자를 포함한다. 회전자는, 회전자에 마련된 복수의 영구 자석 및 극호각(τ=360°/P, 여기서, P는 회전자의 극 수를 말한다.) 내에서 상기 극호각의 선두를 향하도록 배치되고 회전자의 회전방향의 반대방향으로 경사지게 배치된 슬릿을 포함한다.

Description

매입 영구자석 동기모터
본 발명은 고정자의 치의 철손(iron loss)을 저감하는 매입 영구자석 모터에 관한 것이다.
일반적으로 매입 영구자석 동기모터는 회전자의 내부에 복수의 영구자석이 일정 간격으로 매입된다. 매입 영구자석 동기모터는 영구자석이 존재하는 극호각 내에 공극와 인접하는 회전자 코어가 존재한다.
매입 영구자석 동기모터는 토크 리플을 낮추거나 출력 밀도를 높이기 위해 극호각 내의 회전자 코어에 슬릿을 형성한다. 이와 같은 매입 영구자석 동기모터는 추가적인 자속으로 인해 고정자 치의 포화도가 상승하게 되어 철손이 증가하는 문제가 있었다.
본 개시의 실시 예들의 양태는 하기에서 부분적으로 설명될 것이고, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 또는 제시된 실시 예의 실시에 의해 학습될 수 있다.
하나 이상의 실시 예에 따르면, 매입 영구자석 동기모터는 복수의 치와 상기 복수의 치에 권선된 코일을 포함하는 고정자; 및 상기 고정자의 중공에 회전 가능한 회전자;를 포함할 수 있다. 상기 회전자는, 상기 로터 내에 마련된 복수의 영구자석; 및 극호각(τ) 내에서 상기 극호각의 선두를 향하도록 배치되고 상기 회전자의 회전방향의 반대방향으로 경사지게 배치된 슬릿을 포함할 수 있다. 상기 극호각(τ)은 다음 수학식을 만족할 수 있다.
τ= 360°/P
여기서, P는 상기 회전자의 극 수를 말한다.
하나 이상의 실시 예에 따르면, 상기 슬릿은 상기 극호각(τ)에 포함되는 슬릿 배치 범위(φ)에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내에 경사지게 배치될 수 있다. 상기 슬릿 배치 범위(φ)와 상기 슬릿 경사 범위(θ)는 각각 다음 수학식을 만족할 수 있다.
Figure PCTKR2023013840-appb-img-000001
Figure PCTKR2023013840-appb-img-000002
하나 이상의 실시 예에 따르면, 상기 복수의 영구자석 중에서, 한 상의 영구자석은 상기 극호각 내에 V자 형태로 배치될 수 있다. 상기 슬릿은 한 쌍의 영구자석 중에서 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 위치한 제1 영구자석 인접하게 배치될 수 있다.
하나 이상의 실시 예에 따르면, 상기 복수의 영구자석 중에서, 적어도 3개의 영구자석은 상기 극호각 내에 U자 형태로 배치될 수 있다. 상기 슬릿은 상기 3개의 영구자석 중에서 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 위치한 제1 영구자석 인접하게 배치될 수 있다.
하나 이상의 실시 예에 따르면, 상기 복수의 영구자석 중에서, 제1 영구자석은 상기 극호각 내에 I자 형태로 배치될 수 있다. 상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 대응하는 상기 제1 영구자석의 일부에 인접하게 배치될 수 있다.
하나 이상의 실시 예에 따르면, 상기 슬릿은 간격을 두고 배치되는 복수개의 슬릿을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 슬릿은 길이가 상이할 수 있다. 상기 복수개의 슬릿은 동일한 폭을 가질 수 있다. 상기 복수개의 슬릿은 상이한 폭을 가질 수 있다.
하나 이상의 실시 예에 따르면, 상기 슬릿은 상기 슬릿의 제1 단으로부터 상기 회전자의 회전 방향의 반대 방향인 상기 슬릿의 제2 단으로 갈수록 폭이 점차 좁아지게 형성될 수 있다.
하나 이상의 실시 예에 따르면, 상기 슬릿은 상기 슬릿의 제1 단으로부터 상기 회전자의 회전 방향의 반대 방향인 상기 슬릿의 제2 단으로 갈수록 폭이 점차 넓어지게 형성될 수 있다.
하나 이상의 실시 예에 따르면, 상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향으로 볼록하게 커브드 형성될 수 있다. 상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향의 반대방향으로 볼록하게 커브드 형성될 수 있다.
하나 이상의 실시 예에 따르면, 매입 영구자석 동기모터는 고정자; 및 상기 고정자의 중공에 회전 가능하게 설치된 회전자;를 포함할 수 있다. 상기 회전자는, 상기 로터 내에 마련된 복수의 영구자석; 및 극호각(τ) 내에서 상기 극호각의 선두를 향해 배치된 슬릿을 포함할 수 있다. 상기 슬릿은 슬릿 경사 범위(θ) 내에 경사지게 배치될 수 있다. 상기 극호각(τ) 및 상기 슬릿 경사 범위(θ)는 각각 다음 수학식을 만족할 수 있다.
τ= 360°/P
Figure PCTKR2023013840-appb-img-000003
여기서, P는 상기 회전자의 극 수를 말한다.
상기 슬릿은 상기 극호각(τ)에 포함되는 슬릿 배치 범위(φ)에 위치할 수 있다. 상기 슬릿 배치 범위(φ)는 다음 수학식을 만족할 수 있다.
Figure PCTKR2023013840-appb-img-000004
본 개시 내용의 이들 및/또는 다른 실시 예는 첨부 도면과 함께 취해진 실시 예의 하기 설명으로부터 명백해지고 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿의 배치 범위를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿의 각도 범위를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 경사 각도에 따른 철손 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 위치에 따른 토크가 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 단위 토크 당 철손을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 효율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿에 의해 자속이 강제되는 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터와 비교예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 고정자의 치에 형성되는 자속 밀도를 비교하는 그래프이다.
도 10은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터와 비교예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 철손을 비교하는 그래프이다.
도 11은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 매입된 영구자석이 I자 형상으로 배치된 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 매입된 영구자석이 U자 형상으로 배치된 예를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 도 16은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 형상들을 나타낸 도면들이다.
이하에서 설명되는 실시예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 개시의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 개시의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 개시에서 사용한 '선단', '후단', '상부', '하부', '상단', '하단' 등의 용어는 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의해 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
본 개시에서 사용한 '동일하다'는 표현은 완전하게 일치하는 것뿐만 아니라, 가공 오차 범위를 감안한 정도의 상이함을 포함한다는 것을 의미한다.
그 밖에도, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
본 개시의 실시 예는 고정자의 치로 흐르는 자속의 방향을 강제하여 고정자의 치의 포화도를 낮춤으로써 철손을 감소시키는 매입 영구자석 동기 모터를 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터에 대해 설명한다.
도 1은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터(10)는 고정자(30)와 회전자(50)를 포함할 수 있다.
고정자(30)는 원통 형상으로 형성되는 요크부(33)와 요크부(33)의 내면에는 고정자(30)의 중심을 향해 돌출되는 복수의 치(teeth)(31)를 포함할 수 있다.
복수의 치(31)는 고정자(30)의 내면의 원주방향으로 일정 간격 이격되어 설치되어 있다. 복수의 치(31) 사이에는 코일(40)이 수용될 수 있는 복수의 코일 홈이 형성될 수 있다. 복수의 치(31) 각각에는 코일(40)이 감길 수 있다.
회전자(50)는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 회전자(50)는 고정자(30)와 동심으로 고정자(30)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 회전자(50)는 외주면(501)이 고정자(30)의 치(31)의 선단부(311)와 일정 간격을 두고 고정자(30)의 중심에 삽입될 수 있다. 회전자(50)의 중심에 형성된 축 구멍(55)에는 회전축(70)이 결합될 수 있다.
회전자(50)의 내부에는 복수의 영구자석(51, 52)이 설치될 수 있다. 예를 들면, 회전자(50)의 외주면(501)과 축 구멍(55)의 사이에 복수의 영구자석(51, 52)이 배치될 수 있다.
회전자(50)는 철심으로 형성되며 회전자(50)의 철심에는 영구자석(51, 52)이 설치되는 복수의 자석 삽입구멍(57)이 회전자(50)의 원주방향으로 형성될 수 있다. 복수의 자석 삽입구멍(57)은 V자 형상으로 이루어질 수 있다.
복수의 영구자석(51, 52)은 각 자석 삽입구멍(57)에 한 쌍씩 배치될 수 있다. 예를 들면, 하나의 자석 삽입구멍(57)에 한 쌍의 제1의 영구자석(511, 512)이 배치될 수 있고, 한 쌍의 제2 다른 자석 삽입구멍(57)에 한 쌍의 제2 영구자석(521, 522)이 배치될 수 있다. 자석 삽입구멍(57)에 각각 한 쌍씩 삽입된 영구자석(511, 512; 521, 522)은 V자 형상으로 배치될 수 있다.
복수의 영구자석(51, 52)은 서로 다른 극성을 갖는다. 예를 들면, 한 쌍의 제1 영구자석(511, 512)은 N극의 극성을 가지며, 한 쌍의 제1 영구자석(511, 512)에 인접하게 배치된 한 쌍의 제2 영구자석(521, 522)은 S극의 극성을 가질 수 있다. 복수의 영구자석(51, 52)은 희토류, 예를 들면, 네오듐(Nd) 또는 페라이트로 형성할 수 있다.
회전자(50)에는 복수의 슬릿(53)이 원주 방향으로 일정한 간격을 두고 형성될 수 있다. 복수의 슬릿(53)은 회전축(70)에 평행하게 회전자(50)의 일단에서 타단까지 형성될 수 있다. 복수의 슬릿(53)은 고정자(30)의 복수의 치(31)로 흐르는 자속의 흐름을 차단하여 복수의 치(31)에 자속 밀도가 포화되는 것을 개선함으로써 고정자(30)의 철손을 저감할 수 있다.
복수의 슬릿(53)은 한 쌍의 영구자석에 각각 1개씩 대응하도록 회전자(50)에 마련될 수 있다. 예를 들면, 복수의 슬릿(53)은 도 1과 같이 회전자(50)에 6쌍의 영구자석이 배치되는 경우, 6개의 슬릿이 마련될 수 있다. 각 슬릿(53)은 회전자(50)의 회전방향(도 1에서 반시계 방향)의 선두에 대응하는 영구자석에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 각 슬릿(53)은 회전자(50)의 회전방향의 반대방향으로 경사지게 배치될 수 있다.
복수의 슬릿(53)은 회전자(50)에서 형성되는 지점 및 배치 각도에 따라 고정자(30)의 철손 저감 효과를 얻을 수 있다. 이하에서, 고정자(30)의 철손 저감을 위한 회전자 상에서의 복수의 슬릿의 유효한 배치 범위와 유효한 배치 각도 범위에 대해 설명한다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿의 배치 범위를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿의 배치 각도 범위를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 한 쌍의 영구자석(511, 512)은 회전자(50)의 중심점(C)을 지나고 수직으로 배치되는 제1 축(A1)과, 회전자(50)의 중심점(C)을 지나고 제1 축(A1)으로부터 극호각(τ)만큼 시계 방향으로 회전한 제2 축(A2) 사이에 배치될 수 있다.
슬릿(53)은 극호각(τ) 내에 배치된 한 쌍의 제1 영구자석(511, 512) 중에서 좌측에 위치한 영구자석(511)에 인접하게 배치될 수 있다. 극호각(τ)은 회전자(50)의 극 수가 P개인 경우 한 극에 대응하는 극호각을 다음의 수학식 1과 같이 나타낸다.
[수학식 1]
τ= 360°/P
슬릿(53)은 회전자(50)가 회전하는 회전방향(R)(도 2에서 반시계 방향)의 반대방향(도 2에서 시계 방향)으로 소정 각도 기울어지게 배치될 수 있다. 슬릿(53)은 소정 길이를 가질 수 있으며, 일단(53a)이 회전자(50)의 외주면(501)에 인접하고 타단(53b)이 좌측 영구자석(511)에 인접하게 배치될 수 있다.
극호각(τ) 내에 배치된 슬릿(53)은 다음의 수학식 2와 같은 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2023013840-appb-img-000005
예를 들면, 극호각(τ) 내에 포함되는 슬릿 배치 범위(φ)는 제1 축(A1)으로부터 시계 방향으로 제1 각도(φ1)만큼 회전한 제3 축(A3)과 제1 축(A1)으로부터 시계 방향으로 제2 각도(φ2)만큼 회전한 제4 축(A4) 사이의 영역일 수 있다.
도 3을 참조하면, 슬릿 배치 범위 (φ) 내에 위치한 슬릿(53)은 다음의 수학식 3과 같은 슬릿 경사 범위(θ) 내에서 경사지게 배치될 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2023013840-appb-img-000006
여기서, P는 회전자(50)의 극 수이다.
예를 들면, 슬릿 경사 범위(θ)의 최소 값은 제1 축(A1)에서부터 제3 축(A3)에 평행한 제5 축(A5)까지의 각도인 제3 각도(θ1)일 수 있다. 슬릿(53)이 도 3에 도시된 53-1과 같이 제3 각도(θ1)로 경사지는 경우, 슬릿(53)은 제5 축(A5)을 따라 배치될 수 있다. 제3 각도(θ1)는 180°/P에 대응할 수 있다.
슬릿 경사 범위(θ)의 최대 값은 제1 축(A1)에서부터 제5 축(A5)에 직교하는 제6 축(A6)까지의 각도인 제4 각도(θ2)일 수 있다. 슬릿(53)이 도 3에 도시된 53-2와 같이 제4 각도(θ2)로 경사지는 경우, 슬릿(53)은 제6 축(A6)을 따라 배치될 수 있다. 제4 각도는 180°/P 에 회전자(50)의 회전방향(R)의 반대방향으로 90°더한 값일 수 있다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 경사 각도에 따른 철손 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 슬릿(53)이 슬릿 배치 범위(φ) 중에서 D1에 해당하는 슬릿 배치 범위(
Figure PCTKR2023013840-appb-img-000007
)에 있을 때, 회전자(50)의 회전방향(R)의 반대방향으로 슬릿(53)의 경사 각도가 증가될수록 철손이 감소하는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 위치에 따른 토크가 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 슬릿 배치 범위(φ) 내에서 슬릿(53)의 위치가 제1 축(A1)에서 제3 축(A3)으로 인접하는 방향 즉, 극의 중앙으로 갈수록 매입 영구자석 동기모터(10)의 토크가 감소하는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 단위 토크 당 철손을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 슬릿(53)이 슬릿 배치 범위(φ) 중에서 D2에 해당하는 슬릿 배치 범위(
Figure PCTKR2023013840-appb-img-000008
)에 있을 때, 단위 토크당 철손이 최소인 것을 알 수 있다.
도 7은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 슬릿(53)이 슬릿 배치 범위(φ) 중에서 D3에 해당하는 슬릿 배치 범위(
Figure PCTKR2023013840-appb-img-000009
)에 있을 때, 매입 영구자석 동기모터의 효율이 최대인 것을 알 수 있다.
도 8은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 슬릿에 의해 자속이 강제되는 예를 나타내는 도면이다. 도 9는 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터와 비교예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 고정자의 치에 형성되는 자속 밀도를 비교하는 그래프이다. 도 10은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터와 비교예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 철손을 비교하는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 슬릿(53)이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 배치되고 슬릿 경사 범위(θ) 내 경사 각도를 가지는 경우, 고정자(30)의 치(31)로 흐르는 자속(B1, B2) 중 일부(B2)는 슬릿(53)에 의해 차단될 수 있다. 이에 따라 고정자(30)의 치(31)에 자속 밀도가 포화되는 것을 방지하여 고정자(30)의 철손을 감소시킬 수 있다.
도 9 및 도 10에 표시된 비교예(점선)의 그래프는 회전자에 형성된 슬릿이 회전자의 회전방향으로 경사지게 배치된 경우를 나타낸다.
슬릿(53)이 회전자(50)의 회전방향(R)의 역방향으로 경사지게 배치된 본 개시는 도 8에 도시된 바와 같이 고정자(30)의 치(31)로 흐르는 자속(B1, B2) 중 일부(B2)가 슬릿(53)에 의해 차단될 수 있다.
하지만, 비교예의 경우 회전자에 형성된 슬릿이 고정자(30)의 치(31)로 흐르는 자속(B1, B2)의 방향과 유사한 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 이에 따라, 고정자(30)의 치(31)로 흐르는 자속(B1, B2)은 대부분 비교예의 슬릿에 의해 차단되지 않고 고정자의 치로 흐르게 된다.
이에 따라, 도 9와 같이, 본 개시의 하나 이상의 실시 예는 전체 회전자의 위치각 범위에서 비교예 보다 고정자의 포화된 자석 밀도가 낮다는 것을 알 수 있다. 또한, 고정자의 치에 포화되는 자속 밀도의 최대값은 본 개시의 경우 1.62T인데 반해, 비교예의 경우 1.7T로 나타난다. 따라서, 본 개시의 치 포화도가 비교예보다 약 4.7% 감소된다는 것을 알 수 있다.
도 10을 참조하면, 전류각에 따른 철손은 전체 전류각 범위에서 본 개시의 하나 이상의 실시 예가 비교예보다 전체적으로 낮은 것을 알 수 있다. 구체적으로, 도 10에 대응하는 표 1을 참조하면, 전체 전류각 범위에서 본 개시의 철손의 감소율은 비교예보다 약 18% 정도 감소되는 것을 알 수 있다.
전류각(°) 비교예의 철손(W) 본 개시의 철손(W) 감소율(%)
0 41.6 36.7 -11.8
15 37 31.2 -15.7
30 30.9 24.9 -19.4
45 24.2 19.2 -20.7
55 20.1 16.1 -19.9
60 18.3 14.7 -19.7
평균: -17.9
도 11은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 매입된 영구자석이 I자 형상으로 배치된 예를 나타내는 도면이다. 도 12는 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 매입된 영구자석이 U자 형상으로 배치된 예를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터는 회전자(50)에 매입된 영구자석이 I자 형상(또는 직선 형상)으로 배치될 수 있다. 이 경우, 극호각(τ) 내에 배치된 영구자석은 1개일 수 있다.
회전자(50)에 형성된 자석 삽입구멍(57-1)은 I자 형상(또는 직선 형상)으로 이루어질 수 있다. 도 11에서 우측의 자석 삽입구멍(57-1)에 삽입되는 영구자석(51-1)과 좌측의 자석 삽입구멍(57-1)에 삽입되는 영구자석(52-1)은 서로 다른 자극을 가질 수 있다.
이와 같이, 영구자석(51-1, 52-1)이 회전자(50)에 I자 형상으로 매입되는 경우, 각 영구자석(51-1, 52-1)에 대응하는 슬릿(53)은 전술한 바와 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치될 수 있다. 이에 따라, 회전자(50)에 매입된 영구자석(51-1, 52-1)이 I자 형상으로 배치된 경우에도 슬릿(53)은 고정자의 치(31)로 흐르는 자속을 차단할 수 있으므로 고정자의 치(31)의 포화도를 낮춰 철손을 저감시킬 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터는 회전자(50)에 매입된 영구자석이 U자 형상(또는 직선 형상)으로 배치될 수 있다. 이 경우, 극호각(τ) 내에 배치된 영구자석은 3개일 수 있다.
회전자(50)에 형성된 자석 삽입구멍(57-2)은 대략 U자 형상으로 이루어질 수 있다. 도 12에서 우측의 자석 삽입구멍(57-2)에 삽입되는 3개의 영구자석(514, 515, 516)과 좌측의 자석 삽입구멍(57-2)에 삽입되는 3개의 영구자석(524, 525, 526)은 서로 다른 자극을 가질 수 있다. 예를 들면, 우측 3개의 영구자석(514, 515, 516)이 N극의 자극을 가지는 경우, 좌측 3개의 영구자석(524, 525, 526)은 S극의 자극을 가질 수 있다.
우측 3개의 영구자석(514, 515, 516) 중 가장 좌측에 위치한 하나의 영구자석(514)에 대응하는 슬릿(53)은 전술한 바와 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치된다. 마찬가지로 우측 3개의 영구자석(524, 525, 526) 중 가장 좌측에 위치한 하나의 영구자석(524)에 대응하는 슬릿(53)은 전술한 바와 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치된다.
이에 따라, 회전자(50)에 매입된 영구자석(514, 515, 516; 524, 525, 526)이 U자 형상으로 배치된 경우에도 슬릿(53)은 고정자의 치(31)로 흐르는 자속을 차단할 수 있으므로 고정자의 치(31)의 포화도를 낮춰 철손을 저감시킬 수 있다.
회전자(50)에 마련되는 슬릿(53)은 대략 소정 길이를 가지며 일단과 타단의 폭이 동일한 직선 형태로 이루어지는 것으로 설명하였으나, 하나 이상의 실시 예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 13 내지 도 16에 도시된 바와 같이 슬릿은 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 13 내지 도 16은 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따른 매입 영구자석 동기모터의 회전자에 형성된 슬릿의 형상들을 나타낸 도면들이다.
도 13을 참조하면, 슬릿(53-3)은 전술한 슬릿(53)과 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치될 수 있다.
슬릿(53-3)은 제1 슬릿(531)과 제2 슬릿(532)을 포함할 수 있다. 제1 슬릿(531)과 제2 슬릿(532)은 서로 길이가 다를 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 슬릿(532)보다 극의 중심(한 쌍의 제1 영구자석(511,512)이 접하는 부분)에 더 가깝게 배치되는 제1 슬릿(531)은 길이가 제2 슬릿(532)의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
도 13에서 제1 슬릿(531) 및 제2 슬릿(532)이 동일한 경사각을 가지는 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 제1 슬릿(531) 및 제2 슬릿(532)은 슬릿 경사 범위(θ) 내에서 서로 상이한 각도로 배치될 수 있다.
도 13에서 제1 슬릿(531) 및 제2 슬릿(532)이 동일한 폭을 가지는 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 제1 슬릿(531) 및 제2 슬릿(532)은 서로 상이한 폭을 가질 수 있다.
슬릿(53-3)은 2개의 슬릿(531, 532)을 포함하는 것으로 설명하지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 슬릿(53-3)은 3개 이상의 슬릿을 포함할 수 있다. 이 경우, 3개 이상의 슬릿은 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하도록 각 슬릿의 폭과 슬릿들 사이의 간격을 적절히 조절할 수 있다.
도 14를 참조하면, 슬릿(53-4)은 전술한 슬릿(53)과 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치될 수 있다.
슬릿(53-4)은 소정 길이를 가지며 일단(534)과 타단(535)의 폭이 상이할 수 있다. 예를 들면, 슬릿(53-4)은 회전자(50)의 외주면(501)에 인접한 슬릿(53-4)의 일단(534)의 폭이 제1 영구자석(511)에 인접한 슬릿(53-4)의 타단(535)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다. 이 경우, 슬릿(53-4)의 폭은 일단(534)으로부터 타단(535)으로 갈수록 점차 좁아질 수 있다.
도 15를 참조하면, 슬릿(53-5)은 전술한 슬릿(53)과 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치될 수 있다.
슬릿(53-5)은 소정 길이를 가지며 일단(536)과 타단(537)의 폭이 상이할 수 있다. 예를 들면, 슬릿(53-5)은 회전자(50)의 외주면(501)에 인접한 슬릿(53-5)의 일단(536)의 폭이 제1 영구자석(511)에 인접한 슬릿(53-5)의 타단(537)의 폭보다 좁게 형성될 수 있다. 이 경우, 슬릿(53-5)의 폭은 일단(536)으로부터 타단(537)으로 갈수록 점차 넓어질 수 있다.
도 16을 참조하면, 슬릿(53-6)은 전술한 슬릿(53)과 같이 슬릿 배치 범위(φ) 내에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내의 소정 경사각으로 경사지게 배치될 수 있다.
슬릿(53-6)은 전체적으로 커브드(curved) 형상을 가질 수 있다. 슬릿(53-6)은 일단(538)이 회전자(50)의 외주면(501)에 인접하게 배치되고 타단(539)이 제1 영구자석(511)에 인접하게 배치될 수 있다.
슬릿(53-6)은 회전자(50)의 회전방향(R, 도 3 참조)으로 볼록하게 휘어진 형상을 가질 수 있다. 하지만 슬릿(53-6)은 회전자(50)의 회전방향(R)의 반대방향으로 볼록하게 휘어진 형상을 가질 수도 있다.
상기에서 본 개시는 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 개시의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 개시는 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 복수의 치와 상기 복수의 치에 권선된 코일을 포함하는 고정자; 및
    상기 고정자의 중공에 회전 가능하게 설치된 회전자;를 포함하고,
    상기 회전자는,
    상기 회전자에 마련된 복수의 영구 자석; 및
    극호각(τ) 내에서 상기 극호각의 선두를 향하도록 배치되고 상기 회전자의 회전방향의 반대방향으로 경사지게 배치된 슬릿을 포함하고,
    상기 극호각(τ)은 다음 수학식을 만족하는, 매입 영구자석 동기모터.
    τ= 360°/P
    여기서, P는 상기 회전자의 극 수를 말한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 극호각(τ)에 포함되는 슬릿 배치 범위(φ)에 위치하고 슬릿 경사 범위(θ) 내에 경사지게 배치되며,
    상기 슬릿 배치 범위(φ)와 상기 슬릿 경사 범위(θ)는 각각 다음 수학식을 만족하는, 매입 영구자석 동기모터.
    Figure PCTKR2023013840-appb-img-000010
    Figure PCTKR2023013840-appb-img-000011
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 중에서, 상기 극호각(τ) 내에 V자 형태로 배치되는 한 쌍의 영구자석을 포함하고,
    상기 슬릿은 한 쌍의 영구자석 중에서 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 위치한 제1 영구자석 인접하게 배치되는, 매입 영구자석 동기모터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 중에서, 상기 극호각(τ) 내에 U자 형태로 배치되는 적어도 3개의 영구자석을 포함하고,
    상기 슬릿은 상기 적어도 3개의 영구자석 중에서 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 위치한 제1 영구자석 인접하게 배치되는, 매입 영구자석 동기모터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 중에서, 제1 영구자석은 상기 극호각(τ) 내에 I자 형태로 배치되고,
    상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 선두에 대응하는 상기 제1 영구자석의 일부에 인접하게 배치되는, 매입 영구자석 동기모터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은 간격을 두고 배치되는 복수개의 슬릿을 포함하는, 매입 영구자석 동기모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 슬릿은 길이가 상이한, 매입 영구자석 동기모터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 슬릿은 동일한 폭을 가지는, 매입 영구자석 동기모터.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 슬릿은 상이한 폭을 가지는, 매입 영구자석 동기모터.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 슬릿의 제1 단으로부터 상기 회전자의 회전 방향의 반대 방향인 상기 슬릿의 제2 단으로 갈수록 폭이 점차 좁아지게 형성되는, 매입 영구자석 동기모터.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 슬릿의 제1 단으로부터 상기 회전자의 회전 방향의 반대 방향인 상기 슬릿의 제2 단으로 갈수록 폭이 점차 넓어지게 형성되는, 매입 영구자석 동기모터.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향으로 볼록하게 커브드 형성된, 매입 영구자석 동기모터.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 회전자의 회전방향의 반대방향으로 볼록하게 커브드 형성된, 매입 영구자석 동기모터.
  14. 고정자; 및
    상기 고정자의 중공에 회전 가능하게 설치된 회전자;를 포함하고,
    상기 회전자는,
    상기 로터 내에 마련된 복수의 영구자석; 및
    극호각(τ) 내에서 상기 극호각의 선두를 향해 배치된 슬릿을 포함하고,
    상기 슬릿은 슬릿 경사 범위(θ) 내에 경사지게 배치되며,
    상기 극호각(τ) 및 상기 슬릿 경사 범위(θ)는 각각 다음 수학식을 만족하는, 매입 영구자석 동기모터.
    τ= 360°/P
    Figure PCTKR2023013840-appb-img-000012
    여기서, P는 상기 회전자의 극 수를 말한다.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 극호각(τ)에 포함되는 슬릿 배치 범위(φ)에 위치하며,
    상기 슬릿 배치 범위(φ)는 다음 수학식을 만족하는, 매입 영구자석 동기모터.
    Figure PCTKR2023013840-appb-img-000013
PCT/KR2023/013840 2022-10-05 2023-09-14 매입 영구자석 동기모터 Ceased WO2024076035A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23875103.6A EP4507169A4 (en) 2022-10-05 2023-09-14 INTERNAL PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR
US18/386,756 US20240128815A1 (en) 2022-10-05 2023-11-03 Interior permanent magnet synchronous motor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0127108 2022-10-05
KR1020220127108A KR20240047723A (ko) 2022-10-05 2022-10-05 매입 영구자석 동기모터

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/386,756 Continuation US20240128815A1 (en) 2022-10-05 2023-11-03 Interior permanent magnet synchronous motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024076035A1 true WO2024076035A1 (ko) 2024-04-11

Family

ID=90608707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/013840 Ceased WO2024076035A1 (ko) 2022-10-05 2023-09-14 매입 영구자석 동기모터

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240128815A1 (ko)
EP (1) EP4507169A4 (ko)
KR (1) KR20240047723A (ko)
WO (1) WO2024076035A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20250062649A1 (en) * 2022-05-10 2025-02-20 Kone Corporation Elevator motor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1283889A (zh) * 1999-08-06 2001-02-14 爱德利工业股份有限公司 永磁式电动机
JP2007174738A (ja) * 2005-12-19 2007-07-05 Daikin Ind Ltd 電動機並びにその回転子及び回転子用磁心
JP2008278591A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Toshiba Industrial Products Manufacturing Corp 回転電機の回転子及び回転電機
KR20150059974A (ko) * 2013-11-25 2015-06-03 삼성전자주식회사 전동기
JP2015119547A (ja) * 2013-12-18 2015-06-25 三菱電機株式会社 永久磁石式回転電機

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8350435B2 (en) * 2006-04-14 2013-01-08 Emerson Electric Co. Interior magnet machine with reduced cogging
JP5260563B2 (ja) * 2010-01-07 2013-08-14 株式会社日立製作所 永久磁石式発電機またはモータ
JP2015208053A (ja) * 2014-04-17 2015-11-19 日立アプライアンス株式会社 永久磁石式回転電機及びそれを用いた圧縮機
JP6407456B2 (ja) * 2016-01-27 2018-10-17 三菱電機株式会社 回転子、着磁方法、電動機およびスクロール圧縮機
WO2019064801A1 (ja) * 2017-09-28 2019-04-04 三菱電機株式会社 永久磁石式回転電機
KR102351792B1 (ko) * 2020-01-22 2022-01-17 엘지전자 주식회사 전동기 및 이를 구비한 압축기

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1283889A (zh) * 1999-08-06 2001-02-14 爱德利工业股份有限公司 永磁式电动机
JP2007174738A (ja) * 2005-12-19 2007-07-05 Daikin Ind Ltd 電動機並びにその回転子及び回転子用磁心
JP2008278591A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Toshiba Industrial Products Manufacturing Corp 回転電機の回転子及び回転電機
KR20150059974A (ko) * 2013-11-25 2015-06-03 삼성전자주식회사 전동기
JP2015119547A (ja) * 2013-12-18 2015-06-25 三菱電機株式会社 永久磁石式回転電機

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4507169A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20250062649A1 (en) * 2022-05-10 2025-02-20 Kone Corporation Elevator motor

Also Published As

Publication number Publication date
EP4507169A4 (en) 2025-11-05
KR20240047723A (ko) 2024-04-12
US20240128815A1 (en) 2024-04-18
EP4507169A1 (en) 2025-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017105147A1 (ko) 영구자석 매립형 전동기를 위한 로터 및 그를 이용한 전동기
WO2015065088A1 (ko) 자석 매립형 모터 및 자석 매립형 모터를 가지는 압축기
WO2011158993A1 (ko) 슬롯리스 고정자를 갖는 브러시리스 직류 모터
WO2013085231A1 (ko) 두께가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터
WO2016003014A1 (ko) 복합 자속을 이용한 모터
WO2024076035A1 (ko) 매입 영구자석 동기모터
WO2019156419A1 (ko) 스테이터 구조를 개선한 듀얼 로터 타입 모터 및 이를 포함하는 압축기
WO2016024777A1 (en) Washing machine
WO2020145538A1 (ko) 모터
WO2018026207A1 (ko) 드론용 모터 및 이를 포함하는 드론
WO2015190719A1 (en) Brushless motor
WO2019151783A1 (ko) 토크리플 감소를 위한 듀얼 로터 타입 모터 및 이를 포함하는 압축기
WO2020197138A1 (ko) 모터
WO2018012885A1 (ko) 로터 및 이를 포함하는 모터
WO2022231127A1 (ko) 브러쉬리스 모터
WO2016122235A1 (en) Bldc motor and cleaner having the same
WO2016171439A1 (en) Laundry treatment apparatus and magnetic gear device
WO2024232543A2 (ko) 모터
WO2023090600A1 (ko) 고정자 및 이를 포함하는 흡입모터
WO2021182783A1 (ko) 전기모터
WO2018226040A1 (ko) 모터
WO2020226323A1 (ko) 모터의 회전자 및 이를 포함한 모터
WO2025173878A1 (ko) 영구자석 회전기
WO2019124950A1 (ko) Ipm bldc 전동기
WO2025014047A1 (ko) 영구자석 모터, 그 영구자석 모터의 스테이터 구조 및 그 영구자석 모터의 로터 구조

Legal Events

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

Ref document number: 23875103

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023875103

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023875103

Country of ref document: EP

Effective date: 20241105

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE