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WO2018169203A1 - 가변자속 모터 - Google Patents

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WO2018169203A1
WO2018169203A1 PCT/KR2018/001297 KR2018001297W WO2018169203A1 WO 2018169203 A1 WO2018169203 A1 WO 2018169203A1 KR 2018001297 W KR2018001297 W KR 2018001297W WO 2018169203 A1 WO2018169203 A1 WO 2018169203A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnet
variable
stator
rotor
magnetic flux
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/KR2018/001297
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
고효진
오승석
김도선
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.)
LG Electronics Inc
Original Assignee
LG Electronics Inc
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 LG Electronics Inc filed Critical LG Electronics Inc
Priority to US16/489,868 priority Critical patent/US11165322B2/en
Priority to CN201890000590.XU priority patent/CN210246428U/zh
Publication of WO2018169203A1 publication Critical patent/WO2018169203A1/ko
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H02K1/246—Variable reluctance rotors
    • 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
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
    • H02K21/028—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the magnetic circuit within the field or the armature, e.g. by using shunts, by adjusting the magnets position, by vectorial combination of field or armature sections
    • H02K21/029—Vectorial combination of the fluxes generated by a plurality of field sections or of the voltages induced in a plurality of armature sections
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    • 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
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    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a variable flux motor.
  • a motor is a device that converts electrical energy into mechanical energy.
  • Motors are classified into direct current, single-phase alternating current, and three-phase alternating current depending on the electricity supply system.
  • Such a motor is normally comprised with the stator and the rotor provided with relative movement with respect to the said stator.
  • Some of the rotors include a rotor core, a plurality of conductor bars inserted axially into the rotor core, and end rings for shorting the conductor bars.
  • the other part of the rotor is configured with a permanent magnet.
  • variable magnetic flux motor having a fixed magnet having a relatively small change in magnetic flux of the permanent magnet of the rotor and a variable magnet capable of varying the magnetic flux has been disclosed.
  • the stator magnet is formed using a magnetic material having a high coercive force
  • the variable magnet is also formed using a magnetic material that can be easily magnetized and potato. There is a problem that is increased significantly.
  • a first magnet and a second magnet having a lower coercive force than the first magnet are arranged in the same circumference along the circumferential direction, and a plurality of magnets are provided on both sides of the second magnet, respectively.
  • the first magnet is disposed, the second magnet is made of an expensive magnet material that can be easily magnetized and potato, thereby increasing the manufacturing cost.
  • an object of the present invention is to provide a variable flux motor capable of eliminating the use of expensive permanent magnets.
  • another object of the present invention is to provide a variable magnetic flux motor capable of concentrating the magnetic flux at the time of increasing the magnetization and the potato of the variable magnet, thereby improving the efficiency of increasing the capital and the potato efficiency.
  • Another object of the present invention is to provide a variable flux motor that can reduce the number of permanent magnets and can be easily manufactured.
  • a stator having a stator coil; And a rotor rotatably disposed with respect to the stator, wherein the rotor comprises: a rotor core; A fixed magnet disposed along the radial direction of the rotor core, the one end of which is disposed close to the gap; And a variable magnet disposed inside the stator magnet in a radial direction of the rotor core, wherein the variable magnet has a variable magnetic flux that varies in magnetic flux when a preset current is applied to the stator coil.
  • stator magnets and the variable magnets are disposed in a straight line along the radial direction of the rotor, and the stator magnets are disposed outside the variable magnets.
  • variable magnet is configured to have a lower coercive force than the stationary magnet.
  • stator magnets and the variable magnets are magnetized so that different magnetic poles are disposed along the circumferential direction of the rotor.
  • the rotor core includes an intermagnetic flux barrier having one end disposed at a boundary between the stator magnet and the variable magnet and the other end disposed close to the gap.
  • the rotor core includes a variable magnet flux barrier having one end disposed close to the variable magnet and the other end disposed close to the gap.
  • the rotor is disposed inside the stator, and the stator includes: a stator core having a plurality of slots and a plurality of teeth, respectively; And a stator coil wound around the stator core.
  • the stator core has 36 slots, and the rotor has six stator and variable magnets, respectively.
  • variable magnet is formed to have a longer radial length than the stationary magnet.
  • the rotor core may include an inter-magnetic flux barrier and one end of which is disposed close to the boundary region of the stator and the variable magnet, and the other end of which is located close to the gap. And a variable magnet flux barrier disposed proximate to the other end and disposed proximate to the void.
  • the end of the stator magnet when the end of the stator magnet is disposed to correspond to the first tooth which is one of the plurality of teeth, the end of the inter-magnetic flux barrier is a second tooth close to the first tooth. And a slot between the third teeth.
  • the end of the stator magnet when the end of the stator magnet is disposed to correspond to the first tooth, the end of the variable magnet flux barrier is formed to correspond to the slot between the third and fourth teeth. .
  • the rotor core is further provided with an inter-stimulus flux barrier respectively formed along the radial direction of the rotor core between the variable magnets continuously arranged along the circumferential direction.
  • the inter-stimulus flux barrier is formed such that the inner width gradually increases toward the center of the rotor core.
  • the rotor core includes a stator magnet inserting portion into which the stator magnet is inserted,
  • the stator magnet insert is formed to be cut in communication with the void.
  • the stator magnet is a neodymium magnet
  • the variable magnet is composed of a ferrite magnet
  • stator magnet and the variable magnet are integrally injection molded.
  • variable magnet is configured to be increased by the stator coil so that the magnetic flux is increased before the rotor is operated at a first predetermined speed.
  • variable magnet is configured to be demagnetized by the stator coil so that the magnetic flux is reduced before the rotor is operated at a second speed which is faster than the first speed.
  • the fixed magnet and the variable magnet are formed integrally, the number of installation of the permanent magnet can be reduced, so that the manufacture of the rotor can be facilitated.
  • the passage of the magnetic flux can be secured when the variable magnet is increased and the potato is increased, thereby increasing the efficiency of the capital increase and the potato.
  • variable magnet one end of the variable magnet is arranged close to the variable magnet and the other end is configured to have a variable magnetic flux barrier that is disposed close to the gap, the passage of the magnetic flux when the increase and decrease of the variable magnet is secured and Potato efficiency can be further improved.
  • variable magnet is configured to be increased by the stator coil so that the magnetic flux is increased before the rotor is operated at a first predetermined speed, so that the torque is increased during the first speed driving, thereby enabling high torque operation. Can be done.
  • variable magnet is configured to be demagnetized by the stator coil so that the magnetic flux is reduced before the rotor is operated at a second speed faster than the first speed, so that the torque is reduced during the second speed operation. Operation efficiency can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable flux motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the stator and rotor of FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the stator and variable magnet of FIG.
  • FIG. 4 is a side view of the fixed magnet and the variable magnet of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating magnetic flux densities and magnetic field intensities of the stationary and variable magnets of FIG. 3;
  • FIG. 6 is a view showing a coupling state of a stator and a variable magnet according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a coupling region of the stationary magnet and the variable magnet of FIG. 6;
  • FIG. 8 is an enlarged view illustrating main parts of a coupling area between the stator and the rotor of FIG. 2;
  • FIG. 9 is a control block diagram of the motor of FIG.
  • FIG. 10 is a view for explaining magnetization of the variable magnet of FIG.
  • FIG. 11 is a view for explaining the potato of the variable magnet of FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable flux motor according to an embodiment of the present invention.
  • the variable magnetic flux motor includes a stator 130 having a stator coil 141; And a rotor 160 rotatably disposed with a space G with respect to the stator 130, wherein the rotor 160 includes: a rotor core 171; A stator magnet 181 disposed along the radial direction of the rotor core 171, the one end of which is disposed close to the gap G; And a variable magnet 191 disposed inside the stator magnet 181 along the radial direction of the rotor core 171.
  • the stator 130 may be configured to be supported by the frame 110.
  • the frame 110 may have, for example, a cylindrical shape having an accommodation space therein.
  • the frame 110 may be configured to open at both sides.
  • Covers 115 may be provided at both sides of the frame 110, respectively.
  • the cover 115 may be configured to be detachable with respect to the frame 110.
  • the rotor 160 may be provided inside the stator 130.
  • the rotor 160 may be configured to be rotatable about a central rotation shaft 161.
  • Both sides of the rotation shaft 161 may be rotatably supported by the bearing 119.
  • the bearings 119 may be provided in the cover 115, for example.
  • the cover 115 may be provided with a bearing coupling portion 117 so that the bearing 119 can be coupled to each other.
  • the stator 130 may include, for example, a stator core 131 having a rotor accommodating hole 135 formed therein and a stator coil 141 wound around the stator core 131.
  • the stator core 131 may be formed by, for example, insulating stacking a plurality of electrical steel plates 132 having the rotor accommodation hole 135 formed at the center thereof.
  • the frame 110 may be, for example, a cylindrical shape such that at least one region of the outer surface of the stator core 131 may be in surface contact.
  • the rotor 160 may include a rotor core 171; A stator magnet 181 disposed along the radial direction of the rotor core 171, the one end of which is disposed close to the gap G; And a variable magnet 191 disposed inside the stator magnet 181 along the radial direction of the rotor core 171.
  • the rotor 160 may be rotatably disposed to have a predetermined gap G (air gap) inside the stator 130.
  • the rotor core 171 may be configured by, for example, insulating stacking a plurality of electrical steel plates 172 having a rotating shaft hole 174 formed therein so that the rotating shaft 161 may be inserted into the center thereof.
  • the stator 130 may be implemented, for example, in a cylindrical shape.
  • FIG. 2 is a plan view of a coupled state of the stator and the rotor of FIG. 1.
  • the stator 130 may include a plurality of teeth 136 and slots 137 formed along the circumferential direction around the rotor accommodation hole 135.
  • stator 130 may be configured to include 36 slots 137.
  • the stator 130 may include 36 teeth 136.
  • the stator coil 141 may be configured of, for example, a distribution winding wound in the plurality of slots 137.
  • the rotor 160 may be configured to include a plurality of stator magnets 181 and variable magnets 191 disposed along the radial direction and spaced along the circumferential direction.
  • the stator magnet 181 and the variable magnet 191 may be arranged in a straight line along the radial direction of the rotor 160.
  • stator magnet 181 may be provided on the outside along the radial direction of the rotor core 171, and the variable magnet 191 may be disposed inside the stator magnet 181 to maintain a straight shape.
  • the rotating shaft hole 174 may be formed to penetrate through the rotation shaft 161 is inserted.
  • FIG. 3 is a perspective view of the stationary magnet and the variable magnet of FIG. 2
  • FIG. 4 is a side view of FIG. 3
  • FIG. 5 is a graph showing the magnetic flux density and the intensity of the magnetic field of the stationary magnet and the variable magnet of FIG. 2.
  • stator magnet 181 and the variable magnet 191 may be formed in one body.
  • the stator magnet 181 and the variable magnet 191 may be integrally formed by injection.
  • the staging magnets 181 and the variable magnets 191 may be easily manufactured.
  • the rotor core 171 and the stator magnet 181 and the variable magnet 191 may be easily coupled.
  • the thickness t1 of the stator magnet 181 may be formed to be the same as the thickness t2 of the variable magnet 191.
  • variable magnet 191 may be configured to have, for example, a longer radial length Lr2 than the radial length Lr1 of the stator magnet 181.
  • the radial length Lr2 of the variable magnet 191 may be 1.7 to 2.3 times the radial length Lr2 of the stator magnet 181.
  • the axial length La1 of the stator magnet 181 may be formed to be the same as the axial length La2 of the variable magnet 191, for example, as illustrated in FIG. 4.
  • the stator magnet 181 and the variable magnet 191 may be configured to have different coercive force.
  • variable magnet 191 may be configured to have a lower coercive force than the coercive force of the stator magnet 181.
  • variable magnet 191 may be configured to have a residual magnetic density of about 30 to 48% of the residual magnetic density of the stator magnet 181.
  • variable magnet 191 may be configured to have a coercive force of 8 to 12% of the stator magnet 181.
  • the stator magnet 181 may be implemented with, for example, a neodymium (Nd) magnet.
  • variable magnet 191 may be implemented by, for example, a ferrite magnet.
  • the stator magnet 181 is composed of a neodymium magnet, and the variable magnet 191 is exemplified by a ferrite magnet implemented in different materials, but this is only an example, the stator magnet ( The 181 and the variable magnet 191 may be made of the same magnet material but may have different coercive forces.
  • the stator magnet 181 and the variable magnet 191 may be configured such that different magnetic poles (N pole, S pole) are alternately disposed along the circumferential direction of the rotor core 171.
  • the stator magnet 181 and the variable magnet 191 may be magnetized to form different magnetic poles (N pole, S pole) respectively along the thickness direction.
  • FIG. 6 is a view illustrating a region in which a stator magnet and a variable magnetic flux are coupled according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is an enlarged view of a coupling region of the stator magnet and the variable magnet of FIG. 6.
  • stator magnet 181a and the variable magnet 191a may be formed independently of each other.
  • stator magnets 181a and the variable magnets 191a are each formed independently of each other in a predetermined size (individually), and the stator magnets 181a are disposed outside when the stator magnets 181 and the variable magnets are coupled to each other. 191a may be disposed inside the stator magnet 181a.
  • stator magnet 181a and the variable magnet 191a are integrally coupled to each other by a bonding material or an adhesive 195 before bonding of the rotor core 171, for example, as illustrated in FIG. 7. May be applied.
  • FIG. 8 is an enlarged view illustrating main parts of a coupled state of the stator and the rotor of FIG. 2.
  • the rotor 160 may be configured such that different magnetic poles (N pole, S pole) are alternately disposed along the circumferential direction.
  • the rotor 160 may be configured to have six poles.
  • the rotor core 171 may be provided with a plurality of permanent magnet receiving portions 201 spaced apart in the circumferential direction.
  • the rotor core 171 is formed with six permanent magnet receiving parts 201 spaced along the circumferential direction.
  • the permanent magnet accommodating part 201 may be, for example, penetratingly spaced apart from each other at an equiangular interval (for example, at a 60 degree interval).
  • the permanent magnet accommodating part 201 may be formed to be opened (opened) to the outside.
  • the permanent magnet accommodating part 201 may be provided with support protrusions 203 formed to support the outer edges of the stator magnet 181, respectively, when the stator magnet 181 is coupled.
  • An opening (OPEN) 202 may be formed between the support protrusion 203 so that the rotor accommodation hole 135 and the permanent magnet accommodation portion 201 may be cut in communication with each other.
  • the flow of the magnetic flux in the outer edge region of the stator magnet 181 can be suppressed, so that the generation of potatoes in the outer corner of the stator magnet 181 can be suppressed.
  • the lifespan of the stator magnet 181 may be extended.
  • the rotor 160 (rotor core 171) may include an inter-magnetic flux barrier 211 provided at a boundary between the stator magnet 181 and the variable magnet 191.
  • the inter-magnetic flux barrier 211 for example, one end is disposed in the boundary region of the stator magnet 181 and the variable magnet 191 and the other end is close to the gap (G). Can be deployed.
  • the intermagnetic flux barrier 211 has one end proximate to the permanent magnet receiving portion 201 and the other end extends outward so as to be close to the outer edge (outer peripheral surface, outer diameter surface) of the rotor core 171. It may be formed through the rotor core 171.
  • the intermagnetic flux barrier 211 may be embodied in an arc shape concave toward the gap G, for example.
  • the intermagnetic flux barrier 211 may be formed at both sides of the permanent magnet accommodating part 201, for example.
  • the rotor 160 (rotor core 171) may include a variable magnet flux barrier 221 for guiding a magnetic flux directed toward the variable magnet 191.
  • variable magnet flux barrier 221 may be formed such that one end thereof is disposed close to the variable magnet 191 and the other end thereof is disposed close to the gap G.
  • variable magnet flux barrier 221 has one end formed to be close to the permanent magnet accommodating portion 201 and the other end thereof to be close to the outer edge of the rotor core 171. It can be formed through.
  • variable magnet flux barrier 221 may be implemented, for example, in an arc shape concave toward the gap G side.
  • variable magnet flux barrier 221 may be formed at substantially the same interval as, for example, the inter-magnetic flux barrier 211.
  • the permanent magnet receiving portion 201 when the permanent magnet receiving portion 201 is disposed to correspond to any one of the plurality of teeth 136 of the stator 130, the first teeth 136a.
  • the intermagnetic flux barrier 211 has an end portion disposed on the gap G side close to both sides of the first tooth 136a along the circumferential direction of the stator 130 in the clockwise and counterclockwise directions, respectively.
  • the second slot 137b may be formed to correspond to the second slot 137b formed between the second teeth 136b and the third teeth 136c.
  • the permanent magnet receiving portion 201 is disposed to correspond to the first tooth 136a, which is one of the plurality of teeth 136 of the stator 130, the variable magnetic flux barrier 221,
  • the third teeth 136c and the fourth teeth 136d disposed at the third and fourth ends of the gap G are disposed in the clockwise and counterclockwise directions of the first teeth 136a, respectively.
  • the second slot 137c may be formed to correspond to each other.
  • the rotor 160 (rotor core 171) may include an inter-pole flux barrier 231 provided between different magnetic poles formed along the circumferential direction of the rotor 160.
  • the inter-stimulus flux barrier 231 may be disposed along the radial direction of the rotor core 171 between the variable magnets 191 continuously disposed along the circumferential direction of the rotor core 171, for example. It may be formed through the rotor core 171.
  • the inter-stimulus flux barrier 231 may be formed such that the inner width gradually increases toward the center of the rotor core 171.
  • the inter-pole flux barrier 231 may have straight sections on both sides that are inclined with respect to the radial direction, respectively.
  • magnetic flux passages 236 each of which has a reduced magnetic path to the outside along the radial direction may be formed at both sides of the inter-stimulus flux barrier 231.
  • the magnetic flux generated in the stator coil 141 and the variable magnet 191 passing through (via) the variable magnet 191 is suppressed from moving along the circumferential direction of the rotation shaft hole 174.
  • the magnetic flux path may be shortened since the variable magnetic flux barrier 221 moves along the variable magnet flux barrier 221.
  • variable magnetic flux barrier 221 the dispersion of the magnetic flux passing through both sides (upper and lower side in the drawing) of the variable magnetic flux barrier 221 is suppressed and is moved along the shortened path, thereby increasing the volume of the variable magnet 191 and Potato increase and the potato efficiency of the variable magnet 191 can be respectively improved.
  • an opening may be formed in the inter-pole flux barrier 231 such that one end (inner end) communicates with the rotation shaft hole 174.
  • variable magnet 191 may be suppressed to move along the circumference of the rotating shaft hole 174.
  • variable magnet 191 the loss of the magnetic flux passing through (via) the variable magnet 191 is suppressed and moved along the variable magnetic flux barrier 221, whereby the increase in steam and potato efficiency may be increased, respectively.
  • Expansion portions 235 protruding along the circumferential direction of the rotor core 171 may be formed at inner ends (both sides of the opening) of the inter-pole flux barrier 231.
  • FIG. 9 is a control block diagram of the variable magnet motor of FIG. 1
  • FIG. 10 is a view for explaining magnetization of the variable magnet of FIG. 3
  • FIG. 11 is a view for explaining the potato of the variable magnet of FIG. 3.
  • variable magnet motor of the present embodiment may include a control unit 250 implemented as a microprocessor with a control program.
  • the stator 130 may be controllably connected to the controller 250.
  • the signal input unit 255 may be communicatively connected to the controller 250 so that a control signal for controlling the rotational speed of the rotor 160 may be input.
  • variable magnet motor of the present embodiment may be implemented as, for example, a wheel driving motor of an electric vehicle.
  • variable magnet motor of the present embodiment may be implemented by, for example, a driving motor (drum driving motor) of the clothes treating apparatus.
  • the controller 250 may be configured to control the stator 130 to increase the variable magnet 191 to increase torque when the rotor 160 operates at a low speed.
  • the controller 250 controls the stator 130 (stator coil 141) so that the variable magnet 191 can be increased before the rotor 160 is driven at a first predetermined speed. It can be configured to control.
  • the first speed may be, for example, a slope climbing speed of the electric vehicle.
  • the first speed may be, for example, a rotational speed during the washing stroke and the rinsing stroke of the clothes treating apparatus.
  • the controller 250 may be configured to control the stator 130 such that the variable magnet 191 may be demagnetized so that the torque may be reduced when the rotor 160 operates at high speed.
  • the controller 250 is the stator 130 (stator coil (stator coil (S) coil) so that the variable magnet 191 can be potato before the rotor 160 is operated at a second speed faster than the first speed 141) can be controlled.
  • the second speed may be, for example, a flat traveling speed of the electric vehicle faster than the first speed.
  • the second speed may be a dehydration speed of the clothes treating apparatus.
  • the controller 250 may control the stator 130 so that the variable magnet 191 may be increased before the rotor 160 is driven at the first speed.
  • the controller 250 supplies current to the stator 130 (stator coil 141) such that magnetic flux in the same direction as the initial magnetization direction of the variable magnet 191 may be formed. You can control the direction.
  • the controller 250 may control such that when the variable magnet 191 is increased, a current (magnetizing current) having a predetermined size may be applied to the stator coil 141.
  • the controller 250 may include a current set in advance in the stator coil 141. Magnetizing current) can be controlled to be instantaneously applied.
  • each tooth 136 of the stator core 131 passes through the air gap G from the stator core 131 to pass through the rotor core 171.
  • the magnetic flux of each passing magnetic flux is formed.
  • the magnetic flux moved from the teeth 136 through the gap G to the rotor core 171 is the magnetic flux passing through the stator magnet 181 by the inter-magnetic flux barrier 211 and the variable magnet ( Each can be partitioned with magnetic flux via 191.
  • the magnetic flux passing through the variable magnet 191 may also be appropriately divided by the variable magnet flux barrier 221 to evenly pass through the entire region of the variable magnet 191.
  • each of the variable magnets 191 may be increased by the magnetic flux generated by the stator coil 141.
  • the inter-stimulus flux barrier 231 suppresses the magnetic flux passing through the variable magnet 191 from moving along the circumferential direction of the rotating shaft hole 174, and moves along the variable magnet flux barrier 221. As a result, the increase in efficiency can be increased.
  • the controller 250 may control the rotor 160 to be rotated at the first speed by controlling the stator 130 when the increase of the variable magnet 191 is completed.
  • the rotor 160 may be driven at the first speed with the torque increased by the increase of the variable magnet 191.
  • controller 250 may control the stator 130 so that the variable magnet 191 may be potato before the rotor 160 is rotated at the second speed.
  • the control unit 250 may allow the magnetic flux in the opposite direction to the magnetization direction of the variable magnet 191 to be formed in the stator coil 141 before the rotor 160 is operated at the second speed. 130 can be controlled.
  • the controller 250 instantaneously applies a current (potato current) of a preset magnitude to the stator coil 141, as shown in FIG. Can be controlled.
  • each tooth 136 of the stator core 131 is moved to the rotor core 171 through the gap G.
  • the magnetic path of the magnetic flux is formed.
  • each of the variable magnet 191 is demagnetized, respectively, the magnetic force can be significantly reduced.
  • the rotor 160 can be rotated by the interaction of the magnetic flux generated in the stator coil 141 with the magnetic flux generated in the stator magnet 181 have.
  • the controller 250 may reduce the power input of the stator coil 141 by controlling the magnetic flux generated by the stator coil 141 to correspond to the magnetic flux generated by the stator magnet 181. .
  • the present invention can be used and applied in the industrial field using a variable flux motor including a permanent magnet.

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  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
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Abstract

본 발명은 가변자속 모터에 관한 것으로서, 스테이터코일을 구비한 스테이터; 및 상기 스테이터에 대하여 공극을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터;를 포함하고, 상기 로터는, 로터코어; 상기 로터코어의 반경방향을 따라 배치되되 일 단부가 상기 공극에 근접 배치되는 고정자석; 및 상기 로터코어의 반경방향을 따라 상기 고정자석의 내측에 배치되는 가변자석;을 구비하고, 상기 가변자석은 상기 스테이터코일에 미리 설정된 전류 인가 시 자속이 가변될 수 있게 구성된다. 이에 의해, 고가의 영구자석의 사용을 배제할 수 있다.

Description

가변자속 모터
본 발명은, 가변자속 모터에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 모터는, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치이다.
모터는, 전기 공급 방식에 따라 직류용, 단상 교류용 및 3상 교류용으로 구별된다.
이러한 모터는, 통상 스테이터와, 상기 스테이터에 대해 상대 운동 가능하게 구비되는 로터를 구비하여 구성된다.
상기 로터 중 일부는, 로터코어, 상기 로터코어에 축방향으로 삽입되는 복수의 도체바 및 상기 도체바를 단락시키는 엔드링을 구비하여 구성된다.
상기 로터 중 다른 일부는 영구자석을 구비하여 구성된다.
그런데, 이러한 종래의 모터에 있어서는, 미리 설정된 특정의 속도구간에서 미리 설정된 토크로 운전되도록 되어 있어, 상기 특정의 속도보다 낮은 속도로 운전되거나, 상기 특정의 속도보다 높은 속도로 운전될 경우, 운전 효율이 저하될 수 있다.
이러한 문제점을 고려하여 일부의 영구자석을 구비한 모터에 있어서는, 로터의 영구자석의 자속의 변화가 상대적을 적은 고정자석 및 자속을 가변시킬 수 있는 가변자석을 구비한 소위 가변자속 모터가 공개되어 있다.
그런데 이러한 종래의 가변자속 모터에 있어서는, 고정자석이 높은 보자력을 가지는 자성재료를 이용하여 형성되고, 가변자석 또한 착자 및 감자가 용이하게 될 수 있는 자성재료를 이용하여 형성되도록 하고 있어, 제작 비용이 현저하게 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한, 일부의 가변자속 모터에 있어서는, 제1마그네트와, 상기 제1마그네트에 비해 낮은 보자력을 가지는 제2마그네트를 원주방향을 따라 동일 원주에 배치하되, 상기 제2마그네트의 양 측에 각각 복수의 제1마그네트를 배치하되, 상기 제2마그네트는 착자 및 감자가 용이하게 될 수 있는 고가의 자석재료를 사용하도록 되어 있어, 제조비용이 증가하게 된다고 하는 문제점이 있다.
또한, 스테이터코어의 각 티스에 이어 및 홈부를 각각 형성하도록 되어 있어스테이터의 구성이 복잡하여 제작 공수가 증가하게 된다고 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은, 고가의 영구자석의 사용을 배제할 수 있는 가변자속 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 가변자석의 증자 및 감자시 자속을 집중할 수 있어 증자 효율 및 감자 효율을 제고시킬 수 있는 가변자속 모터를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 영구자석의 개수를 줄일 수 있어 제작이 용이하게 될 수 있는 가변자속 모터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 스테이터코일을 구비한 스테이터; 및 상기 스테이터에 대하여 공극을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터;를 포함하고, 상기 로터는, 로터코어; 상기 로터코어의 반경방향을 따라 배치되되 일 단부가 상기 공극에 근접 배치되는 고정자석; 및 상기 로터코어의 반경방향을 따라 상기 고정자석의 내측에 배치되는 가변자석;을 구비하고, 상기 가변자석은 상기 스테이터코일에 미리 설정된 전류 인가 시 자속이 가변되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터를 제공한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 고정자석 및 가변자석은 상기 로터의 반경방향을 따라 직선형으로 배치되되, 상기 고정자석이 상기 가변자석의 외측에 배치된다.
본 발명과 관련된 일예에 의하면, 상기 가변자석은 상기 고정자석에 비해 낮은 보자력을 구비하게 구성된다.
본 발명과 관련된 일예에 의하면, 상기 고정자석 및 가변자석은 상기 로터의 원주방향을 따라 서로 다른 자극이 각각 배치되게 착자된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터코어는 일 단부는 상기 고정자석과 가변자석의 경계에 배치되고 타 단부는 상기 공극에 근접되게 배치되는 자석간플럭스배리어를 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터코어는 일 단부는 상기 가변자석에 근접배치되고 타 단부는 상기 공극에 근접 배치되는 가변자석플럭스배리어를 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터는 상기 스테이터의 내측에 배치되고, 상기 스테이터는, 복수의 슬롯 및 복수의 티스를 각각 구비한 스테이터코어; 및 상기 스테이터코어에 권선되는 스테이터코일;을 구비하여 구성된다.
상기 스테이터코어는 36슬롯을 구비하고, 상기 로터는 6개의 고정자석 및 가변자석을 각각 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 가변자석은 상기 고정자석에 비해 긴 반경방향 길이를 구비하게 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터코어는, 일 단부는 상기 고정자석과 가변자석의 경계영역에 근접 배치되고 타 단부는 상기 공극에 근접 배치되는 자석간플럭스배리어 및 일 단부는 상기 가변자석에 근접 배치되고 타 단부는 상기 공극에 근접 배치되는 가변자석플럭스배리어를 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 고정자석의 단부가 상기 복수의 티스에서 어느 하나인 제1티스에 대응되게 배치될 때, 상기 자석간플럭스배리어의 단부는 상기 제1티스에 근접한 제2티스 및 제3티스 사이의 슬롯에 대응되게 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 고정자석의 단부가 상기 제1티스에 대응되게 배치될 때, 상기 가변자석플럭스배리어의 단부는 상기 제3티스와 제4티스 사이의 슬롯에 대응되게 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터코어는 원주방향을 따라 연속으로 배치된 상기 가변자석 사이에 상기 로터코어의 반경방향을 따라 각각 형성되는 자극간플럭스배리어를 더 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 자극간플럭스배리어는 상기 로터코어의 중심을 향해 내폭이 점진적으로 증가되게 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터코어는, 상기 고정자석이 삽입되는 고정자석삽입부를 구비하고,
상기 고정자석삽입부는 상기 공극과 연통되게 절취 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 고정자석은 네오디뮴 자석이고, 상기 가변자석은 페라이트 자석으로 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 고정자석 및 가변자석은 일체로 사출 성형되게 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 가변자석은, 상기 로터가 미리 설정된 제1속도로 운전 되기 전에, 자속이 증가되게 상기 스테이터코일에 의해 증자되게 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 가변자석은, 상기 로터가 상기 제1속도에 비해 빠른 제2속도로 운전되기 전에, 자속이 감소되게 상기 스테이터코일에 의해 감자되게 구성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 영구자석의 적절한 배치를 통해 증감자 효율을 제고시킴으로써, 고가의 영구자석의 사용을 배제할 수 있다. 이에 의해, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 고정자석 및 가변자석이 일체로 형성되도록 함으로써, 영구자석의 설치 개수를 줄일 수 있어 로터의 제작이 용이하게 될 수 있다.
또한, 고정자석과 가변자석의 경계에 배치되는 자석간플럭스배리어를 구비함으로써, 가변자석의 증자 및 감자시, 자속의 통로가 확보되어 증자 및 감자 효율을 제고시킬 수 있다.
또한, 가변자석의 일 측에 일 단부는 상기 가변자석에 근접배치되고 타 단부는 공극에 근접 배치되는 가변자석플럭스배리어를 구비하도록 구성함으로써, 가변자석의 증감자 시 자속의 통로가 확보되어 증가 및 감자 효율이 더욱 제고될 수 있다.
또한, 상기 가변자석은, 상기 로터가 미리 설정된 제1속도로 운전 되기 전에, 자속이 증가되게 상기 스테이터코일에 의해 증자되게 구성함으로써, 상기 제1속도 운전 시, 토크가 증대되어 고토크 운전이 가능하게 될 수 있다.
또한, 상기 가변자석은, 상기 로터가 상기 제1속도에 비해 빠른 제2속도로 운전되기 전에, 자속이 감소되게 상기 스테이터코일에 의해 감자되게 구성됨으로써, 상기 제2속도 운전 시, 토크가 감소되어 운전 효율이 제고될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변자속 모터의 단면도,
도 2는 도 1의 스테이터 및 로터의 평면도,
도 3은 도 2의 고정자석 및 가변자석의 사시도,
도 4는 도 3의 고정자석 및 가변자석의 측면도,
도 5는 도 3의 고정자석 및 가변자석의 자속밀도 및 자계의 세기를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정자석 및 가변자석의 결합상태를 도시한 도면,
도 7은 도 6의 고정자석 및 가변자석의 결합영역의 확대도
도 8은 도 2의 스테이터 및 로터의 결합영역의 요부확대도,
도 9는 도 1의 모터의 제어블록도
도 10은 도 3의 가변자석의 착자를 설명하기 위한 도면,
도 11은 도 3의 가변자석의 감자를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 본 명세서는, 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변자속 모터의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변자속 모터는, 스테이터코일(141)을 구비한 스테이터(130); 및 상기 스테이터(130)에 대하여 공극(G)을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터(160);를 포함하고, 상기 로터(160)는, 로터코어(171); 상기 로터코어(171)의 반경방향을 따라 배치되되 일 단부가 상기 공극(G)에 근접 배치되는 고정자석(181); 및 상기 로터코어(171)의 반경방향을 따라 상기 고정자석(181)의 내측에 배치되는 가변자석(191);을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터(130)는 프레임(110)에 의해 지지될 수 있게 구성될 수 있다.
상기 프레임(110)은, 예를 들면, 내부에 수용공간이 구비된 통 형상을 구비할 수 있다.
상기 프레임(110)은 양 측이 개구되게 구성될 수 있다.
상기 프레임(110)의 양 측에는 커버(115)가 각각 구비될 수 있다.
상기 커버(115)는 상기 프레임(110)에 대해 착탈 가능하게 구성될 수 있다.
상기 스테이터(130)의 내측에는 로터(160)가 구비될 수 있다.
상기 로터(160)는 중앙의 회전축(161)을 중심으로 회전 가능하게 구성될 수 있다.
상기 회전축(161)은 양 측이 베어링(119)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
상기 베어링(119)은, 예를 들면, 상기 커버(115)에 각각 구비될 수 있다.
상기 커버(115)에는 상기 베어링(119)이 결합될 수 있게 베어링결합부(117)가 각각 구비될 수 있다.
상기 스테이터(130)는, 예를 들면, 내부에 로터수용공(135)이 형성되는 스테이터코어(131) 및 상기 스테이터코어(131)에 권선되는 스테이터코일(141)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코어(131)는, 예를 들면, 중앙에 상기 로터수용공(135)이 형성된 복수의 전기강판(132)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
상기 프레임(110)은, 예를 들면, 상기 스테이터코어(131)의 외면과 적어도 일 영역이 면접촉이 가능하게 원통 형상으로 구현될 수 있다.
상기 로터(160)는, 로터코어(171); 상기 로터코어(171)의 반경방향을 따라 배치되되 일 단부가 상기 공극(G)에 근접 배치되는 고정자석(181); 및 상기 로터코어(171)의 반경방향을 따라 상기 고정자석(181)의 내측에 배치되는 가변자석(191);을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 로터(160)는 상기 스테이터(130)의 내측에 미리 설정된 공극(G)(에어갭)을 두고 회전 가능하게 수용 배치될 수 있다.
상기 로터코어(171)는, 예를 들면, 중앙에 상기 회전축(161)이 삽입될 수 있게 회전축공(174)이 형성된 복수의 전기강판(172)을 절연 적층하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터(130)는, 예를 들면, 원통 형상으로 구현될 수 있다.
도 2는 도 1의 스테이터 및 로터의 결합 상태의 평면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터(130)는, 상기 로터수용공(135)의 둘레에 원주방향을 따라 형성되는 복수의 티스(136) 및 슬롯(137)를 구비하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 스테이터(130)는 36개의 슬롯(137)을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 스테이터(130)는 36개의 티스(136)를 구비할 수 있다.
상기 스테이터코일(141)은, 예를 들면, 복수의 슬롯(137)에 권선되는 분포권으로 구성될 수 있다.
상기 로터(160)는, 반경방향을 따라 배치되고 원주방향을 따라 이격된 복수의 고정자석(181) 및 가변자석(191)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 고정자석(181) 및 가변자석(191)은, 상기 로터(160)의 반경방향을 따라 직선형으로 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 로터코어(171)의 반경방향을 따라 외측에 고정자석(181)이 구비되고 상기 고정자석(181)의 내측에 가변자석(191)이 직선형을 유지하게 배치될 수 있다.
상기 로터코어(171)의 중앙에는 상기 회전축(161)이 삽입 결합될 수 있게 회전축공(174)이 관통 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 고정자석 및 가변자석의 사시도이고, 도 4는 도 3의 측면도이며, 도 5는 도 2의 고정자석 및 가변자석의 자속밀도 및 자계의 세기를 도시한 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고정자석(181) 및 가변자석(191)은, 일체(1 body)로 형성될 수 있다.
상기 고정자석(181) 및 가변자석(191)은, 사출에 의해 일체로 형성될 수 있다.
이에 의해, 고정자석(181) 및 가변자석(191)의 제작이 용이하게 될 수 있다.
또한, 상기 로터코어(171)과 상기 고정자석(181) 및 가변자석(191)의 결합이 용이하게 될 수 있다.
상기 고정자석(181)의 두께(t1)는 상기 가변자석(191)의 두께(t2)와 동일하게 형성될 수 있다.
상기 가변자석(191)은, 예를 들면, 상기 고정자석(181)의 반경방향 길이(Lr1)에 비해 긴 반경방향 길이(Lr2)를 구비하게 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 가변자석(191)의 반경방향 길이(Lr2)는 상기 고정자석(181)의 반경방향 길이(Lr2)의 1.7 내지 2.3배로 구성될 수 있다.
상기 고정자석(181)의 축방향 길이(La1)는, 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가변자석(191)의 축방향 길이(La2)와 서로 동일하게 형성될 수 있다.
상기 고정자석(181) 및 가변자석(191)은 서로 다른 보자력을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 가변자석(191)은, 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 고정자석(181)의 보자력에 비대 더 낮은 보자력을 구비하게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 가변자석(191)은 상기 고정자석(181)의 잔류자기밀도의 30 내지 48% 정도의 잔류자기밀도를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 가변자석(191)은 상기 고정자석(181)의 8 내지 12%의 보자력을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 고정자석(181)은, 예를 들면, 네오디뮴(Nd) 자석으로 구현될 수 있다.
상기 가변자석(191)은, 예를 들면, 페라이트(Ferrite) 자석으로 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 고정자석(181)이 네오디뮴 자석으로 구성되고, 상기 가변자석(191)이 페라이트 자석으로 서로 다른 재질로 구현된 경우를 예시하고 있지만, 이는 예시에 불과하며, 상기 고정자석(181) 및 가변자석(191)은 동일한 자석 재질로 구성되되 서로 다른 보자력을 구비하게 구성될 수도 있다.
상기 고정자석(181) 및 가변자석(191)은 상기 로터코어(171)의 원주방향을 따라 서로 다른 자극(N극, S극)이 교호적으로 배치되게 구성될 수 있다.
상기 고정자석(181) 및 가변자석(191)은 두께방향을 따라 서로 다른 자극(N극, S극)이 각각 형성되게 착자될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정자석 및 가변자속이 결합된 영역을 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 고정자석 및 가변자석의 결합영역의 확대도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 고정자석(181a) 및 가변자석(191a)은, 서로 독립적으로 형성될 수 있다.
상기 고정자석(181a) 및 가변자석(191a)은, 미리 설정된 크기로 각각 독립적(개별적)으로 형성되고, 상기 로터코어(171)와 결합 시 상기 고정자석(181a)이 외측에 배치되고 상기 가변자석(191a)이 상기 고정자석(181a)의 내측에 배치될 수 있다.
또한, 상기 고정자석(181a) 및 가변자석(191a)은, 예를 들면 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 로터코어(171)의 결합 전에 결합재 또는 접착제(195)에 의해 서로 일체로 결합(접착)될 수도 있다.
도 8은 도 2의 스테이터 및 로터의 결합상태의 요부확대도이다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 상기 로터(160)는, 원주방향을 따라 서로 다른 자극(N극, S극)이 교호적으로 배치되게 구성될 수 있다.
상기 로터(160)는 6극을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 로터코어(171)에는 원주방향을 따라 이격된 복수의 영구자석수용부(201)가 구비될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 로터코어(171)에는 원주방향을 따라 이격된 6개의 영구자석수용부(201)가 형성되어 있다.
상기 영구자석수용부(201)는, 예를 들면, 등각도 간격(예를 들면 60도 간격)으로 서로 이격되게 관통 형성될 수 있다.
상기 영구자석수용부(201)는, 외측으로 개방(개구)되게 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 영구자석수용부(201)는 상기 고정자석(181)의 결합 시 상기 고정자석(181)의 외측 모서리를 각각 지지할 수 있게 형성된 지지돌기(203)를 각각 구비할 수 있다.
상기 지지돌기(203)의 사이에는 상기 로터수용공(135)과 상기 영구자석수용부(201)가 서로 연통되게 절취된 개구(OPEN)(202)가 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기 고정자석(181)의 외측 모서리 영역의 자속의 흐름이 억제되어, 상기 고정자석(181)의 외측 모서리의 감자 발생이 억제될 수 있다.
이에 의해, 상기 고정자석(181)의 수명이 연장될 수 있다.
한편, 상기 로터(160)(로터코어(171))는 상기 고정자석(181)과 가변자석(191)의 경계에 구비되는 자석간플럭스배리어(211)를 구비할 수 있다.
이에 의해, 상기 가변자석(191)의 증자 및 감자 시 필요한 자속의 통로가 확보될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 자석간플럭스배리어(211)는, 예를 들면, 일 단부는 상기 고정자석(181)과 가변자석(191)의 경계영역에 배치되고 타 단부는 상기 공극(G)에 근접되게 배치될 수 있다.
상기 자석간플럭스배리어(211)는, 일 단부는 상기 영구자석수용부(201)에 근접 배치되고 타 단부는 외측으로 연장되어 상기 로터코어(171)의 외측 테두리(외주면,외경면)에 근접 되게 상기 로터코어(171)에 관통 형성될 수 있다.
상기 자석간플럭스배리어(211)는, 예를 들면, 상기 공극(G)측으로 오목한 원호 형상으로 구현될 수 있다.
상기 자석간플럭스배리어(211)는, 예를 들면, 상기 영구자석수용부(201)의 양 측에 각각 형성될 수 있다.
상기 로터(160)(로터코어(171))는 상기 가변자석(191)을 향하는 자속을 안내하는 가변자석플럭스배리어(221)를 구비할 수 있다.
상기 가변자석플럭스배리어(221)는, 일 단부는 상기 가변자석(191)에 근접 배치되고 타 단부는 상기 공극(G)에 근접 배치되게 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 가변자석플럭스배리어(221)는 일 단부는 상기 영구자석수용부(201)에 근접되게 형성되고 타 단부는 상기 로터코어(171)의 외측 테두리에 근접되게 상기 로터코어(171)를 관통 하여 형성될 수 있다.
상기 가변자석플럭스배리어(221)는, 예를 들면, 상기 공극(G)측으로 오목한 원호 형상으로 구현될 수 있다.
상기 가변자석플럭스배리어(221)는, 예를 들면, 상기 자석간플럭스배리어(211)와 거의 동일한 간격으로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 영구자석수용부(201)가 상기 스테이터(130)의 복수의 티스(136) 중 어느 하나인 제1티스(136a)에 대응되게 배치될 때, 상기 자석간플럭스배리어(211)는 상기 공극(G)측에 배치되는 단부가 상기 스테이터(130)의 원주방향을 따라 상기 제1티스(136a)의 양 측에 시계방향 및 반시계방향으로 각각 근접배치되는 제2티스(136b) 및 제3티스(136c) 사이에 형성되는 제2슬롯(137b)에 대응되게 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 영구자석수용부(201)가 상기 스테이터(130)의 복수의 티스(136) 중 어느 하나인 제1티스(136a)에 대응되게 배치될 때, 상기 가변자석플럭스배리어(221)는, 상기 공극(G)측에 배치되는 단부가 상기 제1티스(136a)의 시계방향 및 반시계방향을 따라 각각 3번째 및 4번째에 각각 배치되는 제3티스(136c) 및 제4티스(136d)에 사이에 형성되는 제3슬롯(137c)에 대응되게 각각 형성될 수 있다.
한편, 상기 로터(160)(로터코어(171))는, 상기 로터(160)의 원주방향을 따라 이격 형성된 서로 다른 자극 사이에 구비되는 자극간플럭스배리어(231)를 구비할 수 있다.
상기 자극간플럭스배리어(231)는, 예를 들면, 상기 로터코어(171)의 원주방향을 따라 연속으로 배치된 상기 가변자석(191) 사이에 상기 로터코어(171)의 반경방향을 따라 배치되게 상기 로터코어(171)에 관통 형성될 수 있다.
상기 자극간플럭스배리어(231)는, 예를 들면, 상기 로터코어(171)의 중심을 향해 내폭이 점진적으로 증가되게 형성될 수 있다.
상기 자극간플럭스배리어(231)는, 양 측에 반경방향에 대해 각각 경사진 직선구간을 각각 구비할 수 있다.
이에 의해, 상기 자극간플럭스배리어(231)의 양 측에는 반경방향을 따라 외측으로 자로가 감소되는 자속 통로(236)가 각각 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 스테이터코일(141) 및 상기 가변자석(191)에서 각각 발생되어 상기 가변자석(191)을 통과(경유)하는 자속이 상기 회전축공(174)의 둘레방향을 따라 이동되는 것이 억제되고, 상기 가변자석플럭스배리어(221)를 따라 이동하게 되므로 자속 경로가 단축될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기 가변자석플럭스배리어(221)의 양 측(도면상 상측 및 하측)을 통과하는 자속의 분산이 억제되고 단축된 경로를 따라 이동하게 됨으로써, 상기 가변자석(191)의 증자 및 감자 시 상기 가변자석(191)의 증자 및 감자 효율이 각각 제고될 수 있다.
상기 자극간플럭스배리어(231)는, 예를 들면, 일 단부(내측 단부)가 상기 회전축공(174)과 연통되게 개구가 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 가변자석(191)을 통과(경유)한 자속이 상기 회전축공(174)의 둘레를 따라 이동되는 것이 억제될 수 있다.
또한, 상기 가변자석(191)을 통과(경유)한 자속의 손실 발생이 억제되며 상기 가변자석플럭스배리어(221)를 따라 이동됨으로써, 증자 및 감자 효율이 각각 증대될 수 있다.
상기 자극간플럭스배리어(231)의 내측 단부(상기 개구의 양 측)에는 상기 로터코어(171)의 원주방향을 따라 돌출된 확장부(235)가 각각 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 회전축공(174)의 둘레방향을 따른 자속의 이동이 억제됨과 아울러 상기 확장부(235)에 의해 상기 로터코어(171)와 상기 회전축(161)의 결합력이 증대될 수 있다.
도 9는 도 1의 가변자석 모터의 제어블록도이고, 도 10은 도 3의 가변자석의 착자를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 3의 가변자석의 감자를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 가변자석 모터는, 제어프로그램을 구비하여 마이크로프로세서로 구현되는 제어부(250)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제어부(250)에는 상기 스테이터(130)가 제어가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(250)에는 상기 로터(160)의 회전속도를 제어하는 제어신호가 입력될 수 있게 신호입력부(255)가 통신 가능하게 연결될 수 있다.
본 실시예의 가변자석 모터는, 예를 들면, 전기차량의 휠 구동용 모터로 구현될 수 있다.
본 실시예의 가변자석 모터는, 예를 들면, 의류처리장치의 구동모터(드럼구동모터)로 구현될 수 있다.
상기 제어부(250)는, 상기 로터(160)의 저속 운전 시 토크가 증대될 수 있게 상기 가변자석(191)을 증자되게 상기 스테이터(130)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(250)는 상기 로터(160)가 미리 설정된 제1속도로 운전되기 전에, 상기 가변자석(191)이 증자될 수 있게 상기 스테이터(130)(스테이터코일(141))를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제1속도는, 예를 들면, 상기 전기차량의 경사지 등판 속도일 수 있다.
상기 제1속도는, 예를 들면, 상기 의류처리장치의 세탁 행정 및 헹굼 행정 시 회전 속도일 수 있다.
상기 제어부(250)는 상기 로터(160)가 고속 운전 시 토크가 감소될 수 있게 상기 가변자석(191)이 감자될 수 있게 상기 스테이터(130)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(250)는 상기 로터(160)가 상기 제1속도보다 빠른 제2속도로 운전되기 전에, 상기 가변자석(191)이 감자될 수 있게 상기 스테이터(130)(스테이터코일(141))를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제2속도는, 예를 들면, 상기 제1속도보다 빠른 상기 전기차량의 평지 주행 속도일 수 있다.
상기 제2속도는, 상기 의류처리장치의 탈수 속도일 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 제어부(250)는, 상기 로터(160)가 상기 제1속도로 운전되기 전에, 상기 가변자석(191)이 증자될 수 있게 상기 스테이터(130)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(250)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 가변자석(191)의 최초 착자방향과 동일한 방향의 자속이 형성될 수 있게 상기 스테이터(130)(스테이터코일(141))의 전류 공급방향을 제어할 수 있다.
상기 제어부(250)는, 상기 가변자석(191)의 증자 시, 상기 스테이터코일(141)에 미리 설정된 크기의 전류(착자전류)가 인가될 수 있게 제어할 수 있다.
상기 제어부(250)는, 예를 들면, 상기 가변자석(191)이 수용된 영구자석수용부(201)가 상기 제1티스(136a)에 위치될 때, 상기 스테이터코일(141)에 미리 설정된 전류(착자전류)가 순간적으로 인가되게 제어할 수 있다.
상기 스테이터코일(141)에 미리 설정된 크기의 전류가 인가되면, 상기 스테이터코어(131)의 각 티스(136)는 상기 스테이터코어(131)에서 상기 공극(G)을 지나 상기 로터코어(171)를 지나는 자속의 자로를 각각 형성하게 된다.
상기 각 티스(136)에서 상기 공극(G)을 지나 상기 로터코어(171)로 이동된 자속은 상기 자석간플럭스배리어(211)에 의해 상기 고정자석(181)을 경유하는 자속 및 상기 가변자석(191)을 경유하는 자속으로 각각 구획될 수 있다.
상기 가변자석(191)을 경유하는 자속은, 또한 상기 가변자석플럭스배리어(221)에 의해 적절히 분할되어 상기 가변자석(191)의 전 영역을 골고루 경유(통과)하게 될 수 있다.
이에 의해, 상기 각 가변자석(191)은 상기 스테이터코일(141)에서 발생된 자속에 의해 각각 증자가 이루어질 수 있다.
이때, 상기 자극간플럭스배리어(231)는 상기 가변자석(191)을 통과한 자속이 상기 회전축공(174)의 둘레 방향을 따라 이동되는 것을 억제하고, 상기 가변자석플럭스배리어(221)를 따라 이동되게 함으로써 증자효율이 증대될 수 있다.
여기서, 상기 고정자석(181)은 상기 가변자석(191)에 비해 보자력이 현저하게 크기 때문에 상기 착자전류에도 불구하고, 착자 전류 인가 전후 자속의 크기에는 거의 변동이 발생되지 아니한다.
상기 제어부(250)는 상기 가변자석(191)의 증자가 완료되면 상기 스테이터(130)를 제어하여 상기 로터(160)가 상기 제1속도로 회전될 수 있게 제어할 수 있다.
이에 의해, 상기 로터(160)는 상기 가변자석(191)의 증자에 의해 증대된 토크로 상기 제1속도로 운전될 수 있다.
한편, 상기 제어부(250)는, 상기 로터(160)가 상기 제2속도로 회전되기 전에, 상기 가변자석(191)이 감자될 수 있게 상기 스테이터(130)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(250)는 상기 로터(160)가 상기 제2속도로 운전되기 전에, 상기 스테이터코일(141)에 상기 가변자석(191)의 착자방향과 반대방향의 자속이 형성될 수 있게 상기 스테이터(130)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(250)는, 상기 로터(160)가 상기 제2속도로 운전되기 전에, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터코일(141)에 미리 설정된 크기의 전류(감자전류)가 순간적으로 인가되게 제어할 수 있다.
상기 스테이터코일(141)에 상기 미리 설정된 크기의 전류(감자전류)가 인가되면, 상기 스테이터코어(131)의 각 티스(136)에는 상기 공극(G)을 지나 상기 로터코어(171)로 이동되는 자속의 자로가 형성된다.
상기 스테이터(130)에서 발생된 자속이 상기 가변자석(191)을 통과하여 이동되면, 상기 각 가변자석(191)은 각각 감자되어 자기력이 현저하게 저감될 수 있다.
이에 의해, 상기 각 가변자석(191)의 감자 후, 상기 로터(160)는, 상기 고정자석(181)에서 발생된 자속과 상기 스테이터코일(141)에서 발생된 자속의 상호 작용에 의해 회전될 수 있다.
상기 제어부(250)는, 상기 스테이터코일(141)에서 발생되는 자속을 상기 고정자석(181)에서 발생된 자속에 대응하여 형성되게 제어함으로써, 상기 스테이터코일(141)의 전원 입력을 저감할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
본 발명은, 영구자석을 포함하는 가변자속 모터를 이용하는 산업분야에서 사용 및 응용될 수 있다.

Claims (17)

  1. 스테이터코일을 구비한 스테이터; 및
    상기 스테이터에 대하여 공극을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터;를 포함하고,
    상기 로터는,
    로터코어;
    상기 로터코어의 반경방향을 따라 배치되되 일 단부가 상기 공극에 근접 배치되는 고정자석; 및
    상기 로터코어의 반경방향을 따라 상기 고정자석의 내측에 배치되는 가변자석;을 구비하고,
    상기 가변자석은 상기 고정자석에 비해 낮은 보자력을 구비하고,
    상기 가변자석은 상기 스테이터코일에 미리 설정된 전류 인가 시 자속이 가변되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정자석 및 가변자석은 상기 로터의 원주방향을 따라 서로 다른 자극이 각각 배치되게 착자되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 로터코어는 일 단부는 상기 고정자석과 가변자석의 경계에 배치되고 타 단부는 상기 공극에 근접되게 배치되는 자석간플럭스배리어를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로터코어는 일 단부는 상기 가변자석에 근접배치되고 타 단부는 상기 공극에 근접 배치되는 가변자석플럭스배리어를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 상기 스테이터의 내측에 배치되고,
    상기 스테이터는, 복수의 슬롯 및 복수의 티스를 각각 구비한 스테이터코어; 및 상기 스테이터코어에 권선되는 스테이터코일;을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스테이터코어는 36슬롯을 구비하고,
    상기 로터는 6개의 고정자석 및 가변자석을 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가변자석은 상기 고정자석에 비해 긴 반경방향 길이를 구비하게 형성되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로터코어는, 일 단부는 상기 고정자석과 가변자석의 경계영역에 근접 배치되고 타 단부는 상기 공극에 근접 배치되는 자석간플럭스배리어 및 일 단부는 상기 가변자석에 근접 배치되고 타 단부는 상기 공극에 근접 배치되는 가변자석플럭스배리어를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고정자석의 단부가 상기 복수의 티스에서 어느 하나인 제1티스에 대응되게 배치될 때, 상기 자석간플럭스배리어의 단부는 상기 제1티스에 근접배치되는 제2티스 및 제3티스 사이의 슬롯에 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고정자석의 단부가 상기 제1티스에 대응되게 배치될 때, 상기 가변자석플럭스배리어의 단부는 상기 제3티스와 제4티스 사이의 슬롯에 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 로터코어는 원주방향을 따라 연속으로 배치되는 상기 가변자석 사이에 상기 로터코어의 반경방향을 따라 각각 형성되는 자극간플럭스배리어를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자극간플럭스배리어는 상기 로터코어의 중심을 향해 내폭이 점진적으로 증가되게 형성되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 로터코어는, 상기 고정자석이 삽입되는 고정자석삽입부를 구비하고,
    상기 고정자석삽입부는 상기 공극과 연통되게 절취 형성되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 고정자석은 네오디뮴 자석이고, 상기 가변자석은 페라이트 자석인 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자석 및 가변자석은 일체로 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변자석은, 상기 로터가 미리 설정된 제1속도로 운전 되기 전에, 자속이 증가되게 상기 스테이터코일에 의해 증자되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가변자석은, 상기 로터가 상기 제1속도에 비해 빠른 제2속도로 운전되기 전에, 자속이 감소되게 상기 스테이터코일에 의해 감자되는 것을 특징으로 하는 가변자속 모터.
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