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KR102038084B1 - 전동기의 위치 검출용 회전자 구조 - Google Patents

전동기의 위치 검출용 회전자 구조 Download PDF

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KR102038084B1
KR102038084B1 KR1020180071095A KR20180071095A KR102038084B1 KR 102038084 B1 KR102038084 B1 KR 102038084B1 KR 1020180071095 A KR1020180071095 A KR 1020180071095A KR 20180071095 A KR20180071095 A KR 20180071095A KR 102038084 B1 KR102038084 B1 KR 102038084B1
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KR
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rotor
detecting
auxiliary
motor
electric motor
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강동우
설현수
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계명대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전동기의 위치 검출용 회전자 구조로서, 중심에 회전축이 압입되고, 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되어 회전 반경을 갖는 회전자 코어에 복수의 영구자석이 배치되는 회전자; 및 상기 회전자의 중심에 압입된 회전축의 상부에 압입 고정되어, 전동기의 위치 검출용으로 기능하는 보조 회전자를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에 따르면, BLDC(Brushless DC) 전동기의 위치 검출을 위한 회전자 형상 구조를 구현하되, 회전자와 보조 회전자의 q축에 각각의 노치(Notch)를 배치 구성함으로써, 신호 왜곡 요인을 제거함과 동시에 토크 상승 및 토크 리플이 저감될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전동기의 위치 검출용의 보조 회전자 및 회전자의 q축에 노치를 삽입하여 배치 구성함으로써, q축의 자기저항이 커지게 되고 이를 통한 자기저항과 공극 자속을 제어하여 토크리플을 감소시킬 수 있으며, 특히 홀 센서에서의 신호 왜곡 현상이 제거될 수 있도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은, IPM 타입의 위치 검출용 보조 회전자 및 회전자를 동일한 형상으로 구성함으로써, 제작 공정 감소 및 단가 절감을 통한 비용 절감이 향상됨은 물론, 기존의 IPM 타입에 비해 토크가 증가하고, 토크 리플이 감소하는 현저한 효과를 얻을 수 있다.

Description

전동기의 위치 검출용 회전자 구조{A ROTOR STRUCTURE FOR DETECTING POSITION OF MOTOR}
본 발명은 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 BLDC(Brushless DC) 전동기의 위치 검출을 위한 회전자 형상 구조를 구현하되, 회전자와 보조 회전자의 q축에 노치(Notch)를 배치 구성함으로써, 신호 왜곡 요인을 제거함과 동시에 토크 상승 및 토크 리플을 저감시킬 수 있도록 하는 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에 관한 것이다.
일반적으로 BLDC 전동기는 DC 전동기에서 정류자 역할을 하는 브러시를 제거하고 DC 전동기의 성질은 그대로 유지되도록 하는 것으로, 3상 코일로 이루어진 고정자, 영구 자석으로 이루어진 회전자, 및 위치 검출 소자를 포함하게 된다. 이러한 BLDC 전동기는 BLDC 전동기의 고정자 측 코일의 각 상으로 전류를 흘려주고, 이 전류에 의해 코일에 자계가 발생하도록 함으로써 회전자를 회전시키게 된다. 이때, BLDC 전동기는 회전자의 자계의 세기를 검출하고, 검출된 자계의 세기에 따라 코일의 각 상에 흐르는 전류의 방향을 전환시키기 위한 스위칭 소자들을 순차적으로 온/오프 시킴으로써 회전자가 한쪽 방향으로 계속해서 회전하도록 하게 된다.
즉, BLDC 전동기는 브러시를 사용하지 않고, 브러시가 수행하던 회전자의 위치 검출을 회전자의 자계와 세기를 이용하는 홀 센서를 통해 검출하며, 이렇게 검출된 신호를 이용하여 BLDC 전동기의 회전자의 위치를 제어하는 위치 제어용 신호를 발생시키게 된다.
이와 같이 회전자의 위치 검출을 위해 홀 센서를 사용하는 BLDC 전동기의 구조는 크게 2가지 종류로 나누어질 수 있다. 첫 번째는 회전자의 적층길이를 고정자 보다 조금 높게 설계하는 방법으로, 이 경우 3개의 홀 센서를 고정자에 전기적으로 120도 간격으로 배치하여 회전자의 위치를 검출 하게 된다. 두 번째는 보조 회전자를 적용하여 활용하는 방식으로, 이 경우에는 주로 링 마그넷(Ring Magnet) 또는 SPM(Surface Permanent Magnet) 타입의 형상을 이용하고, 전자와 동일하게 전기각 120도 간격으로 홀 센서를 배치하게 된다.
또한, 종래에는 BLDC 전동기의 위치 검출 시 보조 회전자를 활용하는 경우, 회전자 형상에 따라 크게 2가지로 나뉠 수 있다. 첫 번째는 회전자의 형상과 상관없이 링 마그넷(Ring Magnet) 또는 SPM 타입의 보조 회전자를 이용하는 경우이다. 두 번째는 회전자의 형상과 동일한 타입을 이용하는 경우로서, 이때 만일 회전자의 형상이 IPM(Interior Permanent Magnet) 타입이라면, 회전자와 위치 검출용 회전자는 동일한 형상을 갖게 된다.
도 1은 종래의 위치 검출용 보조 회전자를 구비하는 회전자 구조의 사시도 구성을 도시한 도면으로, 도 1의 (a)는 링 마그넷 타입의 위치 검출용 보조 회전자를 구비하는 회전자 구조의 구성을 나타내고 있으며, 도 1의 (b)는 IPM 타입의 위치 검출용 보조 회전자를 구비하는 회전자 구조의 구성을 나타내고 있다. 도 2는 종래의 IPM 타입 위치 검출용 보조 회전자의 공극자속밀도의 파형을 도시한 도면이고, 도 3은 종래의 IPM 타입 위치 검출용 보조 회전자의 홀 센서 파형을 도시한 도면이다.
종래의 위치 검출용 회전자 구조로, IPM 타입을 사용할 때의 문제점은 누설 자속으로 인한 신호 왜곡의 발생이다. 즉, 누설 자속으로 인한 문제는 센서의 오작동을 유발 시키게 된다. 홀 센서는 특정 자속 값이 측정 되면 출력이 ‘1’이 되는 센서로서, 누설 자속으로 인한 공극자속밀도 파형의 왜곡(도 2 참조)이 홀 센서 신호의 왜곡(도 3 참조)을 일으키게 된다.
이와 같은 종래기술과 같이 위치 검출용 회전자의 형상을 회전자의 형상과 동일하게 하면, 제작 공정 단순화 및 비용 절감 효과를 얻을 수 있지만, 회전자의 형상이 IPM 타입일 경우에 홀 센서의 신호 왜곡현상을 초래하게 되는 문제점이 있었다. 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0109693호가 선행기술 문헌으로 개시되고 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, BLDC(Brushless DC) 전동기의 위치 검출을 위한 회전자 형상 구조를 구현하되, 회전자와 보조 회전자의 q축에 각각의 노치(Notch)를 배치 구성함으로써, 신호 왜곡 요인을 제거함과 동시에 토크 상승 및 토크 리플이 저감될 수 있도록 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 전동기의 위치 검출용의 보조 회전자 및 회전자의 q축에 노치를 삽입하여 배치 구성함으로써, q축의 자기저항이 커지게 되고 이를 통한 자기저항과 공극 자속을 제어하여 토크리플을 감소시킬 수 있으며, 특히 홀 센서에서의 신호 왜곡 현상이 제거될 수 있도록 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, IPM 타입의 위치 검출용 보조 회전자 및 회전자를 동일한 형상으로 구성함으로써, 제작 공정 감소 및 단가 절감을 통한 비용 절감이 향상됨은 물론, 기존의 IPM 타입에 비해 토크가 증가하고, 토크 리플이 감소하는 현저한 효과를 얻을 수 있는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조는,
전동기의 위치 검출용 회전자 구조로서,
중심에 회전축이 압입되고, 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되어 회전 반경을 갖는 회전자 코어에 복수의 영구자석이 배치되는 회전자; 및
상기 회전자의 중심에 압입된 회전축의 상부에 압입 고정되어, 전동기의 위치 검출용으로 기능하는 보조 회전자를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 회전자는,
상기 복수의 영구자석이 IPM(Interior Permanent Magnet) 타입으로 매립 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 회전자는,
전동기의 토크 상승 및 토크 리플 저감을 위해 회전자 코어의 q축에 노치를 삽입 형성하는 구조로 구성될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 회전자는,
상기 노치를 통해 q축의 자기저항이 커지게 되고, 이를 통해 자기저항과 공극 자속을 제어하여 토크리플이 감소되도록 기능할 수 있다.
바람직하게는, 상기 보조 회전자는,
전동기의 위치 검출을 위해 구비되는 홀 센서의 신호 왜곡현상을 제거하기 위해 보조 회전자 코어의 q축에 노치(Notch)를 삽입 형성하는 구조로 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 보조 회전자는,
상기 노치를 통해 q축의 자기저항이 커지게 되고, 이를 통해 자기저항과 공극 자속을 제어하여 토크리플이 감소되도록 기능할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 보조 회전자는,
상기 회전자와 동일한 형상 구조를 갖도록 구성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 보조 회전자는,
상기 회전자의 중심에 압입된 회전축의 상부에 압입 고정하되, 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되어 회전 반경을 갖는 보조 회전자 코어에 복수의 보조 영구자석이 배치되는 구조로 구성할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 보조 회전자는,
상기 복수의 보조 영구자석이 IPM(Interior Permanent Magnet) 타입으로 매립 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 보조 회전자는,
상기 회전자와 동일한 형상 구조를 갖도록 구성되어, 제작 공정 감소 및 단가 절감이 가능하도록 할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 보조 회전자는,
전동기에 구비되는 3개의 홀 센서를 통해 위치 검출이 가능하도록 고정자보다 높은 위치에 배치될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 고정자는,
3개의 홀 센서를 전기적으로 120도 간격으로 배치하여 보조 회전자의 위치를 검출할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 회전자 구조는,
상기 회전자의 회전자 코어에 삽입 형성되는 노치와, 상기 보조 회전자의 보조 회전자 코어에 삽입 형성되는 노치의 위치가 동일하게 위치될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 회전자 코어는,
전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로 구성하되, 상기 회전자 코어의 전기강판은 무방향성의 규소 강판 소재로 구성될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 보조 회전자 코어는,
전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로 구성하되, 상기 보조 회전자 코어의 전기강판은 무방향성의 규소 강판 소재로 구성될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 복수의 영구자석은,
희토류 영구자석으로 구성할 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 복수의 영구자석은,
희토류 영구자석으로 매립 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재로 구성될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 복수의 보조 영구자석은,
희토류 영구자석으로 구성할 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 복수의 보조 영구자석은,
희토류 희토류 영구자석으로 매립 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재로 구성될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 회전자 구조는,
전동기의 모터 하우징 내에 고정 설치되는 고정자의 내측 중심에 배치되어 설치될 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 고정자는,
원통형의 고정자 바디에 코일이 권선되는 고정자 코어로 구성될 수 있다.
더더욱 더 바람직하게는, 상기 회전자 구조는,
전동기의 모터 하우징 내에 고정 설치되는 고정자의 내측 중심에 배치되어, 홀 센서를 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 BLDC 전동기 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에 따르면, BLDC(Brushless DC) 전동기의 위치 검출을 위한 회전자 형상 구조를 구현하되, 회전자와 보조 회전자의 q축에 각각의 노치(Notch)를 배치 구성함으로써, 신호 왜곡 요인을 제거함과 동시에 토크 상승 및 토크 리플이 저감될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전동기의 위치 검출용의 보조 회전자 및 회전자의 q축에 노치를 삽입하여 배치 구성함으로써, q축의 자기저항이 커지게 되고 이를 통한 자기저항과 공극 자속을 제어하여 토크리플을 감소시킬 수 있으며, 특히 홀 센서에서의 신호 왜곡 현상이 제거될 수 있도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은, IPM 타입의 위치 검출용 보조 회전자 및 회전자를 동일한 형상으로 구성함으로써, 제작 공정 감소 및 단가 절감을 통한 비용 절감이 향상됨은 물론, 기존의 IPM 타입에 비해 토크가 증가하고, 토크 리플이 감소하는 현저한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 위치 검출용 보조 회전자를 구비하는 회전자 구조의 사시도 구성을 도시한 도면.
도 2는 종래의 IPM 타입 위치 검출용 보조 회전자의 공극자속밀도의 파형을 도시한 도면.
도 3은 종래의 IPM 타입 위치 검출용 보조 회전자의 홀 센서 파형을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조의 사시도 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조의 보조 회전의 평면도 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에서, IPM 타입 위치 검출용 보조 회전자의 공극자속밀도 파형을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에서, IPM 타입 위치 검출용 보조 회전자의 홀 센서 파형을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에 적요된 IPM 타입 회전자 모델과 종래의 IPM 타입 회전자 모델의 토크 파형의 비교를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조의 사시도 구성을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조의 보조 회전의 평면도 구성을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에서, IPM 타입 위치 검출용 보조 회전자의 공극자속밀도 파형을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에서, IPM 타입 위치 검출용 보조 회전자의 홀 센서 파형을 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에 적요된 IPM 타입 회전자 모델과 종래의 IPM 타입 회전자 모델의 토크 파형의 비교를 도시한 도면이다. 도 4 및 도 5에 각각 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조(100)는, 회전자(110), 및 보조 회전자(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
회전자(110)는, 중심에 회전축(111)이 압입되고, 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되어 회전 반경을 갖는 회전자 코어(112)에 복수의 영구자석(113)이 배치되는 구성이다. 이러한 회전자(110)는 복수의 영구자석(113)이 IPM(Interior Permanent Magnet) 타입으로 매립 구성될 수 있다. 여기서, 회전자(110)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전동기의 토크 상승 및 토크 리플 저감을 위해 회전자 코어(112)의 q축에 노치(114)를 삽입 형성하는 구조로 구성될 수 있다. 이때, 회전자(110)는 노치(114)를 통해 q축의 자기저항이 커지게 되고, 이를 통해 자기저항과 공극 자속을 제어하여 토크리플이 감소되도록 기능하게 된다.
또한, 회전자(110)의 회전자 코어(112)는 전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로 구성하되, 회전자 코어(112)의 전기강판은 무방향성의 규소 강판 소재로 구성될 수 있다.
또한, 회전자(110)의 복수의 영구자석(113)은 희토류 영구자석으로 구성할 수 있다. 바람직하게는, 복수의 영구자석(113)은 희토류 영구자석으로 매립 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재로 구성될 수 있다.
보조 회전자(120)는, 회전자(110)의 중심에 압입된 회전축(111)의 상부에 압입 고정되어, 전동기의 위치 검출용으로 기능하는 구성이다. 이러한 보조 회전자(120)는 도 4 및 도 5에 각각 도시된 바와 같이, 전동기의 위치 검출을 위해 구비되는 홀 센서의 신호 왜곡현상을 제거하기 위해 보조 회전자 코어(121)의 q축에 노치(Notch)(123)를 삽입 형성하는 구조로 구성될 수 있다. 여기서, 보조 회전자(120)는 노치(123)를 통해 q축의 자기저항이 커지게 되고, 이를 통해 자기저항과 공극 자속을 제어하여 토크리플이 감소되도록 기능하게 된다.
또한, 보조 회전자(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 회전자(110)와 동일한 형상 구조를 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 보조 회전자(120)는 회전자(110)의 중심에 압입된 회전축(111)의 상부에 압입 고정하되, 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되어 회전 반경을 갖는 보조 회전자 코어(121)에 복수의 보조 영구자석(122)이 배치되는 구조로 구성할 수 있다.
또한, 보조 회전자(120)는 회전자(110)의 복수의 영구자석(113)과 같이 복수의 보조 영구자석(122)이 IPM(Interior Permanent Magnet) 타입으로 매립 구성될 수 있다. 이러한 보조 회전자(120)는 회전자(110)와 동일한 형상 구조를 갖도록 구성됨에 따라 제작 공정 감소 및 단가 절감이 가능하도록 할 수 있게 된다.
또한, 보조 회전자(120)는 전동기에 구비되는 3개의 홀 센서(미도시)를 통해 위치 검출이 가능하도록 고정자(미도시)보다 높은 위치에 배치됨이 바람직하다. 이때, 고정자는 전동기의 일반적인 구성으로, 3개의 홀 센서를 전기적으로 120도 간격으로 배치하여 보조 회전자(120)의 위치를 검출할 수 있다. 또한, 고정자는 원통형의 고정자 바디에 코일이 권선되는 고정자 코어로 구성될 수 있다. 여기서, 3개의 홀 센서 및 고정자는 전동기의 통상의 구성에 해당하므로 불필요한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 보조 회전자(120)의 보조 회전자 코어(121)는 전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로 구성하되, 보조 회전자 코어(121)의 전기강판은 무방향성의 규소 강판 소재로 구성될 수 있다.
또한, 보조 회전자(120)의 복수의 보조 영구자석(122)은 희토류 영구자석으로 구성할 수 있다. 이때, 복수의 보조 영구자석(122)은 희토류 희토류 영구자석으로 매립 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재로 구성될 수 있다.
또한, 회전자 구조(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 회전자(110)의 회전자 코어(112)에 삽입 형성되는 노치(114)와, 보조 회전자(120)의 보조 회전자 코어(121)에 삽입 형성되는 노치(123)의 위치가 동일하게 위치될 수 있다.
또한, 회전자 구조(100)는 전동기의 모터 하우징 내에 고정 설치되는 고정자의 내측 중심에 배치되어 설치되는 구성으로, 전동기의 모터 하우징 내에 고정 설치되는 고정자의 내측 중심에 배치되어, 홀 센서를 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 BLDC 전동기 시스템에 적용될 수 있다. 즉, 회전자 구조(100)는 가정용 세탁기, 에어컨, 차량용 전장용품과 같은 분야에서 BLDC 전동기가 사용되는 시스템으로 적용 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에서, IPM 타입 위치 검출용 보조 회전자의 공극자속밀도 파형을 나타내고 있으며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에서, IPM 타입 위치 검출용 보조 회전자의 홀 센서 파형을 나타내고 있다. 즉, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 BLDC(Brushless DC) 전동기의 위치 검출을 위한 회전자 형상 구조를 구현하되, 회전자와 보조 회전자의 q축에 각각의 노치(Notch)를 배치 구성함으로써, 누설 자속으로 인한 공극자속밀도의 파형과 홀 센서의 측정되는 신호의 왜곡이 제거됨을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조에 적요된 IPM 타입 회전자 모델과 종래의 IPM 타입 회전자 모델의 토크 파형의 비교를 나타내고 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 개선된 IPM 타입 모델이 적용된 회전자 구조와 종래의 IPM 타입 모델을 유한요소해석으로 비교한 결과를 아래의 [표 1]로 나타내고 있다.
Figure 112018060790690-pat00001
즉, 본 발명에 따른 회전자 구조는 [표 1]에서 볼 수 있듯이 종래의 IPM 타입의 모델보다 토크가 증가하고, 토크 리플이 감소하는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조는, BLDC(Brushless DC) 전동기의 위치 검출을 위한 회전자 형상 구조를 구현하되, 회전자와 보조 회전자의 q축에 각각의 노치(Notch)를 배치 구성함으로써, 신호 왜곡 요인을 제거함과 동시에 토크 상승 및 토크 리플이 저감될 수 있도록 할 수 있으며, 또한, 전동기의 위치 검출용의 보조 회전자 및 회전자의 q축에 노치를 삽입하여 배치 구성함으로써, q축의 자기저항이 커지게 되고 이를 통한 자기저항과 공극 자속을 제어하여 토크리플을 감소시킬 수 있으며, 특히 홀 센서에서의 신호 왜곡 현상이 제거될 수 있도록 할 수 있게 된다. 특히, IPM 타입의 위치 검출용 보조 회전자 및 회전자를 동일한 형상으로 구성함으로써, 제작 공정 감소 및 단가 절감을 통한 비용 절감이 향상됨은 물론, 기존의 IPM 타입에 비해 토크가 증가하고, 토크 리플이 감소하는 현저한 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 위치 검출용 회전자 구조
110: 회전자
111: 회전축
112: 회전자 코어
113: 영구자석
114: 노치(notch)
120: 보조 회전자
121: 보조 회전자 코어
122: 보조 영구자석
123: 노치(notch)

Claims (22)

  1. 전동기의 위치 검출용 회전자 구조(100)로서,
    중심에 회전축(111)이 압입되고, 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되어 회전 반경을 갖는 회전자 코어(112)에 복수의 영구자석(113)이 배치되는 회전자(110); 및
    상기 회전자(110)의 중심에 압입된 회전축(111)의 상부에 압입 고정되어, 전동기의 위치 검출용으로 기능하는 보조 회전자(120)를 포함하되,
    상기 회전자(110)는,
    전동기의 토크 상승 및 토크 리플 저감을 위해 회전자 코어(112)의 q축에 노치(114)를 삽입 형성하는 구조로 구성되고,
    상기 회전자(110)는,
    상기 노치(114)를 통해 q축의 자기저항이 커지게 되고, 이를 통해 자기저항과 공극 자속을 제어하여 토크리플이 감소되도록 기능하며,
    상기 보조 회전자(120)는,
    전동기의 위치 검출을 위해 구비되는 홀 센서의 신호 왜곡현상을 제거하기 위해 보조 회전자 코어(121)의 q축에 노치(Notch)(123)를 삽입 형성하는 구조로 구성되고,
    상기 보조 회전자(120)는,
    상기 노치(123)를 통해 q축의 자기저항이 커지게 되고, 이를 통해 자기저항과 공극 자속을 제어하여 토크리플이 감소되도록 기능하며,
    상기 보조 회전자(120)는,
    상기 회전자(110)의 중심에 압입된 회전축(111)의 상부에 압입 고정하되, 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되어 회전 반경을 갖는 보조 회전자 코어(121)에 복수의 보조 영구자석(122)이 배치되는 구조로 구성하고,
    상기 회전자 구조(100)는,
    상기 회전자(110)의 회전자 코어(112)에 삽입 형성되는 노치(114)와, 상기 보조 회전자(120)의 보조 회전자 코어(121)에 삽입 형성되는 노치(123)의 위치가 동일하게 위치되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전자(110)는,
    상기 복수의 영구자석(113)이 IPM(Interior Permanent Magnet) 타입으로 매립 구성되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 보조 회전자(120)는,
    상기 회전자(110)와 동일한 형상 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 보조 회전자(120)는,
    상기 복수의 보조 영구자석(122)이 IPM(Interior Permanent Magnet) 타입으로 매립 구성되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  10. 제1항에 있어서, 상기 보조 회전자는,
    상기 회전자와 동일한 형상 구조를 갖도록 구성되어, 제작 공정 감소 및 단가 절감이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  11. 제1항에 있어서, 상기 보조 회전자(120)는,
    전동기에 구비되는 3개의 홀 센서를 통해 위치 검출이 가능하도록 고정자보다 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  12. 제11항에 있어서, 상기 고정자는,
    3개의 홀 센서를 전기적으로 120도 간격으로 배치하여 보조 회전자(120)의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서, 상기 회전자 코어(112)는,
    전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로 구성하되, 상기 회전자 코어(112)의 전기강판은 무방향성의 규소 강판 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  15. 제1항에 있어서, 상기 보조 회전자 코어(121)는,
    전기강판을 사용한 일체형의 적층 구조로 구성하되, 상기 보조 회전자 코어(121)의 전기강판은 무방향성의 규소 강판 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  16. 제1항에 있어서, 상기 복수의 영구자석(113)은,
    희토류 영구자석으로 구성하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수의 영구자석(113)은,
    희토류 영구자석으로 매립 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  18. 제1항에 있어서, 상기 복수의 보조 영구자석(122)은,
    희토류 영구자석으로 구성하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 보조 영구자석(122)은,
    희토류 희토류 영구자석으로 매립 구성하되, 네오디뮴(NdFeB) 자석 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  20. 제1항에 있어서, 상기 회전자 구조(100)는,
    전동기의 모터 하우징 내에 고정 설치되는 고정자의 내측 중심에 배치되어 설치되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  21. 제20항에 있어서, 상기 고정자는,
    원통형의 고정자 바디에 코일이 권선되는 고정자 코어로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
  22. 제21항에 있어서, 상기 회전자 구조(100)는,
    전동기의 모터 하우징 내에 고정 설치되는 고정자의 내측 중심에 배치되어, 홀 센서를 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 BLDC 전동기 시스템에 적용되는 것을 특징으로 하는, 전동기의 위치 검출용 회전자 구조.
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