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KR102647099B1 - 내부 영구자석 모터 - Google Patents

내부 영구자석 모터 Download PDF

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KR102647099B1
KR102647099B1 KR1020180065894A KR20180065894A KR102647099B1 KR 102647099 B1 KR102647099 B1 KR 102647099B1 KR 1020180065894 A KR1020180065894 A KR 1020180065894A KR 20180065894 A KR20180065894 A KR 20180065894A KR 102647099 B1 KR102647099 B1 KR 102647099B1
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rotor
magnet motor
stator
internal
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김준석
이형철
고병수
김홍석
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삼성전자주식회사
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Priority to US16/432,658 priority patent/US11177704B2/en
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Abstract

본 개시는 영구자석의 개수를 줄일 수 있는 내부 영구자석 모터에 관한 것이다. 본 개시에 의한 내부 영구자석 모터는, 복수의 슬롯을 구비한 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 설치된 회전자; 상기 회전자의 내부에 원주 방향으로 등간격으로 설치되며 동일 극성을 갖는 복수의 영구자석; 및 상기 회전자의 외주면에 인접한 상기 복수의 영구자석 각각의 일단의 좌측과 우측에 마련된 복수의 플럭스 배리어;를 포함하며, 상기 고정자의 복수의 슬롯의 개수와 상기 회전자의 자극수의 비는 3:2 또는 3:4이며, 상기 회전자에 설치된 상기 복수의 영구자석의 개수는 상기 회전자의 자극수의 1/2이다.

Description

내부 영구자석 모터{Interior permanent magnet motor}
본 개시는 내부 영구자석 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 의사자극을 갖는 내부 영구자석 모터에 관한 것이다.
일반적으로 내부 영구자석 모터는 코일이 감긴 복수의 티스가 마련된 고정자와 복수의 영구자석이 삽입된 회전자를 포함한다.
종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터(1000)는 고정자(1110)와 회전자(1120)를 포함한다.
고정자(1110)의 내면은 원통 형상으로 형성되며, 고정자(1110)의 내면에서 복수의 티스(teeth)(1113)가 고정자(1110)의 중심을 향해 돌출되어 있다. 복수의 티스(1113)는 고정자(1110)의 원주방향으로 일정 간격 이격되어 있으며, 복수의 티스(1113) 각각에는 코일(미도시)이 집중적으로 감겨 있다.
회전자(1120)는 원통 형상으로 형성되며, 고정자(1110)와 동심상으로 회전 가능하게 설치된다. 회전자(1120)의 내부에는 복수의 영구자석(1130,1131)이 원주방향으로 일정 간격으로 설치되어 있다. 복수의 영구자석(1130,1131)은 서로 다른 극을 갖는 P개의 영구자석을 포함한다. 복수의 영구자석(1130,1131)은 인접한 2개의 영구자석이 서로 다른 극을 갖도록 배치된다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자(1120)의 원주방향으로 N극의 영구자석(1130)과 S극의 영구자석(1131)이 번갈아 설치된다.
이와 같은 구조를 갖는 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터(1000)의 복수의 코일에 전류를 인가하면 고정자(1110)의 복수의 코일과 회전자(1120)의 복수의 영구자석(1130,1131) 사이에 발생하는 인력과 척력에 의해 회전자(1120)가 회전하게 된다.
이와 같은 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터는 성능을 향상시키기 위해 자속량을 증가시킬 필요가 있다. 모터의 자속량을 증가시키기 위해서는 영구자석의 두께를 증가시키거나 높은 잔류자속밀도를 갖는 희토류 소재로 제작된 영구자석을 사용할 수 있다.
그러나, 이와 같이 영구자석의 두께를 증가시키거나 희토류 영구자석을 사용하는 것은 재료비를 상승시킨다는 문제점이 있다.
따라서, 시장에서 요구되는 성능을 만족시키면서도 영구자석의 사용량을 줄일 수 있는 모터의 개발이 요구되고 있다.
본 개시는 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 영구자석의 개수를 줄일 수 있으면서, 높은 성능을 발휘할 수 있는 내부 영구자석 모터와 관련된다.
본 개시의 일 측면에 의한 내부 영구자석 모터는, 복수의 슬롯을 구비한 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 설치된 회전자; 상기 회전자의 내부에 원주 방향으로 등간격으로 설치되며 동일 극성을 갖는 복수의 영구자석; 및 상기 회전자의 외주면에 인접한 상기 복수의 영구자석 각각의 일단의 좌측과 우측에 마련된 복수의 플럭스 배리어;를 포함하며, 상기 고정자의 복수의 슬롯의 개수와 상기 회전자의 자극수의 비는 3:2 또는 3:4이며, 상기 회전자에 설치된 상기 복수의 영구자석의 개수는 상기 회전자의 자극수의 1/2일 수 있다.
이때, 상기 복수의 영구자석 각각의 극호각(θm)은 다음 관계를 만족할 수 있다.
θn ≤ θm < θm + θs/2
θn = 360/P
θs = 360/S
여기서, P는 회전자의 자극수, S는 고정자의 슬롯의 개수이다.
또한, 상기 복수의 영구자석 각각의 극호각(θm)과 상기 복수의 플럭스 배리어는 다음 관계를 만족할 수 있다.
θs/2 ≤θib < θn
θn ≤ θm < θob
θm < θob < θm + θs
θn = 360/P
θs = 360/S
여기서, θib는 영구자석의 내측 플럭스 배리어 각도, θob는 영구자석의 외측 플럭스 배리어 각도, P는 회전자의 자극수, S는 고정자의 슬롯의 개수이다.
또한, 상기 복수의 영구자석 중 인접한 2개의 영구자석 사이에 형성되는 의사자극의 각도(θcp)는 다음의 관계를 만족할 수 있다.
θib/2 < θcp < θob
또한, 상기 회전자의 자극수(P)는 다음 관계를 만족할 수 있다.
P = 2N
여기서, N은 자연수 이며, 2≤N≤8을 만족한다.
또한, 상기 회전자는 원통 형상으로 형성되며, 상기 복수의 플럭스 배리어는 상기 회전자의 외주면에 인접하며, 상기 회전자의 원주방향으로 일정 간격으로 마련된 복수의 공극으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 회전자는 상기 복수의 영구자석이 설치되는 복수의 자석 삽입구멍을 포함하며, 상기 복수의 자석 삽입구멍 각각의 양단의 좌측과 우측에는 좌측 플럭스 배리어와 우측 플럭스 배리어가 마련되며, 상기 자석 삽입구멍과 상기 좌측 플럭스 배리어와 상기 우측 플럭스 배리어는 연통될 수 있다.
또한, 상기 자석 삽입구멍과 상기 좌측 플럭스 배리어와 상기 우측 플럭스 배리어 사이에는 격벽이 마련될 수 있다.
또한, 상기 고정자는 원통 형상의 요크의 내주면에 상기 고정자의 중심을 향해 돌출되도록 형성된 복수의 티스(teeth)를 포함하며, 상기 고정자는 상기 복수의 티스 각각에 코일이 집중적으로 감기는 집중권 타입일 수 있다.
또한, 상기 복수의 티스 각각은 상기 회전자를 마주하는 면에 적어도 한 개의 단차면을 포함하는 단차부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 회전자의 중심에는 회전 샤프트가 설치되며, 상기 회전 샤프트와 상기 복수의 영구자석 사이에는 복수의 내부 플럭스 배리어가 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 영구자석은 페라이트 또는 희토류로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 영구자석 각각은 V형상, C형상, U형상, 바(Bar) 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르는 내부 영구자석 모터는, 복수의 슬롯을 구비한 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 설치된 회전자; 상기 회전자의 내부에 원주 방향으로 등간격으로 설치되며 동일 극성을 갖는 복수의 영구자석; 상기 회전자의 중심에 설치되는 회전 샤프트; 및 상기 회전자의 외주면에 인접한 상기 복수의 영구자석 각각의 일단의 좌측과 우측에 마련된 복수의 좌측 플럭스 배리어와 복수의 우측 플럭스 배리어;를 포함하며, 상기 회전자에 설치된 상기 복수의 영구자석의 개수는 상기 회전자의 자극수의 1/2일 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터에 의하면, 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터에 비해 영구자석의 개수를 반으로 하고도 유효 자속량을 극대화할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터는 영구자석의 일단의 좌측과 우측에 플럭스 배리어를 마련하여 누설자속을 저감시키고 회전자에서 고정자로 이동하는 자속흐름의 급격한 변화를 완화시켜, 역기전력의 왜곡률 및 토크 리플이 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터와 거의 동일하게 구현될 수 있다.
따라서, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터에 의하면, 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터보다 영구자석의 개수는 절반으로 줄이면서 동등한 성능을 발휘할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터를 나타내는 단면도;
도 2는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 나타내는 단면도;
도 3은 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도;
도 4는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 고정자의 티스를 나타내는 도면;
도 5는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자가 자화된 상태를 나타내는 도면;
도 6은 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 없는 경우를 나타내는 부분 확대 단면도;
도 7은 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터에 유기되는 전압의 파형을 나타내는 그래프;
도 8은 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터의 토크 리플을 나타내는 그래프;
도 9는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터의 역기전력의 왜곡률을 나타내는 그래프;
도 10은 회전자의 내측 플럭스 배리어 각도 및 외측 플럭스 배리어 각도와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 역기전력의 왜곡률과의 관계를 나타내는 분포도;
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도;
도 12는 도 11의 내부 영구자석 모터의 고정자의 티스를 나타내는 도면;
도 13은 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 없는 경우를 나타내는 부분 확대 단면도;
도 14는 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터에 유기되는 전압의 파형을 나타내는 그래프;
도 15는 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터의 토크 리플을 나타내는 그래프;
도 16은 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터의 역기전력의 왜곡률을 나타내는 그래프;
도 17은 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도;
도 18은 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도;
도 19는 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도;
도 20은 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도;
도 21은 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터에 유기되는 전압의 파형을 나타내는 그래프;
도 22는 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 토크 리플을 나타내는 그래프;
도 23은 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 모터 효율을 나타내는 그래프;
도 24는 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 시스템 효율을 나타내는 그래프;
도 25는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기를 나타내는 단면도;
도 26은 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기의 냉방능력을 나타내는 그래프;
도 27은 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기의 노이즈를 나타내는 그래프;이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 의한 내부 영구자석 모터의 실시예들에 대해 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 실시 예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시 예들과 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 안된다. 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.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 나타내는 단면도이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도이다. 도 4는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 고정자의 티스를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)는 고정자(10)와 회전자(20)를 포함할 수 있다.
고정자(10)는 내면이 원통 형상으로 형성되는 요크부(11)와 요크부(11)의 내면에는 고정자(10)의 중심을 향해 돌출되는 복수의 티스(teeth)(13)를 포함한다. 복수의 티스(13)는 고정자(10)의 내면의 원주방향으로 일정 간격 이격되어 설치되어 있어, 복수의 티스(13) 사이에는 코일이 수용될 수 있는 복수의 슬롯(15)이 형성된다. 복수의 티스(13) 각각에는 코일이 집중적으로 감겨 있다. 즉, 고정자(10)는 집중권(concentrated winding) 타입 고정자로 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고정자(10)의 티스(13)의 회전자(20)를 마주하는 면에는 단차부(14)가 마련될 수 있다. 단차부(14)는 고정자(10)의 티스(13)의 길이방향의 중심선에 대해 좌측부와 우측부가 대칭이 되도록 형성된다.
단차부(14)는 고정자(10)의 중심으로부터의 반지름이 다른 적어도 2개의 단차면(14-1,14-2)을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 고정자(10)의 티스(13)의 단차부(14)는 2개의 단차면, 즉 제1단차면(14-1)과 제2단차면(14-2)을 포함한다. 제1단차면(14-1)의 반지름(R1)은 제2단차면(14-2)의 반지름(R2)보다 작도록 형성된다. 제1단차면(14-1)의 좌측단과 우측단은 경사면(14a)으로 제2단차면(14-2)과 연결된다. 경사면(14a)의 경사는 90도 이상으로 할 수 있다. 이와 같이, 고정자(10)의 티스(13)에 단차부(14)를 형성하면, 회전자(20)의 표면으로부터 자속의 급격한 변화를 완화할 수 있다.
회전자(20)는 원통 형상으로 형성되며, 고정자(10)와 동심상으로 회전 가능하게 설치된다. 회전자(20)는 고정자(10)의 티스(13)의 단차부(14)와 일정 간격을 두고 고정자(10)의 중심을 중심으로 회전할 수 있도록 설치된다. 이를 위해, 회전자(20)의 중심에는 회전 샤프트(미도시)가 설치되는 관통공(21)이 형성된다.
회전자(20)의 내부에는 복수의 영구자석(30)이 원주방향으로 일정 간격으로 설치되어 있다. 구체적으로, 회전자(20)의 외주면과 관통공(21)의 사이에 복수의 영구자석(30)이 설치된다. 복수의 영구자석(30)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 자속 집중형인 C 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 영구자석(30)은 페라이트 또는 희토류로 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 영구자석(30)은 네오듐(Nd)으로 형성할 수 있다.
회전자(20)는 철심으로 형성되며, 철심에는 영구자석(30)이 설치되는 복수의 자석 삽입구멍(23)이 회전자(20)의 원주방향으로 등간격으로 형성된다. 복수의 자석 삽입구멍(23)은 영구자석(30)의 형상에 대응하도록 C 형상으로 형성된다.
회전자(20)에 설치되는 복수의 영구자석(30)은 모두 동일한 극성을 갖는다. 동일 극성을 갖는 복수의 영구자석(30)을 회전자(20)에 설치하면, 인접한 2개의 영구자석(30) 사이의 회전자(20)의 부분(22), 즉 철심의 일 부분이 영구자석(30)의 극성과 반대 극성으로 자화된다. 회전자(20)가 자화되는 예가 도 5에 도시되어 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자가 자화된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5의 실시예의 경우에는, 회전자(20)에는 3개의 N극 영구자석(30)이 삽입되어 있으며, N극 영구자석(30)과 N극 영구자석(30) 사이의 철심 부분(22)은 S극으로 자화되어 의사자극(consequent pole)을 형성한다. 따라서, 회전자(20)에 동일한 극성을 갖는 복수의 영구자석(30)을 사용하여도 극성이 다른 복수의 영구자석을 사용하는 종래의 모터와 동일한 자계가 형성된다.
회전자(20)의 자극의 개수(또는 자극수)는 영구자석(30)의 개수와 의사자극(22)의 개수를 포함한다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 회전자(20)에 영구자석(30)이 3개 설치된 경우에는, 3개의 영구자석(30)의 사이에 3개의 의사자극(22)이 형성되므로 회전자(20)의 자극의 개수는 6개이다. 따라서, 본 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)는 회전자(20)에 설치되는 영구자석(30)의 개수가 회전자(20)의 자극의 개수의 1/2이 된다.
본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)에 사용되는 회전자(20)의 자극의 개수(P)는 다음 관계를 만족할 수 있다.
P = 2N
여기서, N은 자연수 이며, 2≤N≤8을 만족한다.
따라서, 회전자(20)에 설치되는 영구자석(30)의 개수는 P/2이다.
한편, 회전자(20)의 자극의 개수는 고정자(10)의 슬롯(15)의 개수와 일정한 관계를 가질 수 있다. 예를 들면, 고정자(10)의 슬롯(15)의 개수와 회전자(20)의 자극의 개수의 비는 3:2 또는 3:4일 수 있다. 일 예로서, 고정자(10)의 슬롯 개수가 9개이고, 회전자(20)의 자극 개수가 6개일 때, 고정자(10)의 슬롯(15)의 개수와 회전자(20)의 자극의 개수의 비는 3:2이다.
다른 예로서, 고정자(10)의 슬롯 개수가 6개이고, 회전자(20)의 자극 개수가 8개일 때, 고정자(10)의 슬롯(15)의 개수와 회전자(20)의 자극의 개수의 비는 3:4이다.
회전자(20)의 외주면에 인접한 영구자석(30)의 양단, 즉 제1단(31)과 제2단(32) 각각의 좌측과 우측에는 플럭스 배리어(25,26)(27,28)가 마련될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전자(20)의 외주면에 인접한 복수의 영구자석(30) 각각의 일단의 좌측과 우측에 복수의 플럭스 배리어(25,26)(27,28)가 마련될 수 있다.
복수의 플럭스 배리어(25,26)(27,28)는 회전자(20)의 외주면에 인접하며, 회전자(20)의 원주방향으로 일정 간격으로 마련된 복수의 공극으로 형성될 수 있다. 즉, 각 플럭스 배리어(25,26)(27,28)는 소정의 폭과 길이를 갖고 회전자(20)의 외주면을 따라 형성된다. 따라서, 플럭스 배리어(25,26)(27,28)는 고정자(10)의 티스(13)를 향해 개방되지 않으며, 플럭스 배리어(25,26)(27,28)와 고정자(10)의 티스(13) 사이에는 회전자(20)의 외주면을 형성하는 철심(20a)이 존재한다.
복수의 플럭스 배리어(25,26)(27,28)는 회전자(20)에 형성되는 복수의 자석 삽입구멍(23)과 연통된다. 복수의 플럭스 배리어(25,26)(27,28)는 모두 동일한 구조를 갖고 있으므로 이하 한 개의 자석삽입구멍(23)의 양단에 마련되는 2개의 플럭스 배리어(25,26)(27,28)에 대해 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
자석 삽입구멍(23)에 영구자석(30)을 삽입하면, 영구자석(30)의 일단(31,32)이 플럭스 배리어(25,26)(27,28)에 위치하게 된다. 따라서, 영구자석(30)의 일단(31,32)의 좌측과 우측에는 좌측 플럭스 배리어(25,27)와 우측 플럭스 배리어(26,28)가 위치할 수 있다. 즉, 영구자석(30)의 제1단(31)의 좌측과 우측에 좌측 플럭스 배리어(25)와 우측 플럭스 배리어(26)가 마련된다. 또한, 영구자석(30)의 제2단(32)의 좌측과 우측에도 좌측 플럭스 배리어(27)와 우측 플럭스 배리어(28)가 마련된다. 좌측 플럭스 배리어(25,27)와 우측 플럭스 배리어(26,28)는 모두 자석 삽입구멍(23)과 연통된다.
이하, 도 3을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)에 사용되는 영구자석(30)과 플럭스 배리어(25,26)(27,28)의 치수 관계를 설명한다. 참고로, 복수의 영구자석(30)과 이에 대응하는 복수의 플럭스 배리어(25,26)(27,28)는 모두 동일하게 형성되므로 이하에서는 한 개의 영구자석(30)과 그 양단에 마련되는 2개의 플럭스 배리어(25,26)(27,28)를 기준으로 영구자석(30)과 플럭스 배리어(25,26)(27,28)의 치수 관계를 설명한다.
영구자석(30)의 극호각(θm)은 다음 관계를 만족하도록 형성될 수 있다. 여기서, 극호각(θm)은 회전자(20)의 중심(C)과 영구자석(30)의 양단을 연결하는 2개의 직선 사이의 각도를 말한다.
θn ≤ θm < θm + θs/2
θn = 360/P
θs = 360/S
여기서, P는 회전자(20)의 자극의 개수, S는 고정자(10)의 슬롯(15)의 개수이다.
따라서, θn은 회전자(20)의 자극 각도라고 할 수 있으며, θs는 고정자(10)의 슬롯 각도라고 할 수 있다.
자극수가 6개인 종래기술에 의한 내부 영구자석 모터에서 영구자석의 극호각은 60도 이하이다. 따라서, 본 개시과 같이 영구자석(30)의 극호각(θm)이 상기 조건을 만족하면, 유효 자속량을 극대화할 수 있다.
또한, 영구자석(30)의 극호각(θm), 플럭스 배리어(25,26)(27,28), 및 고정자(10)의 슬롯(15)은 다음 관계를 만족하도록 형성될 수 있다.
θs/2 ≤θib < θm < θob
θs/2 ≤θib < θn
θn ≤ θm < θob
θm < θob < θm + θs
θn = 360/P
θs = 360/S
여기서, θib는 영구자석(30)의 내측 플럭스 배리어 각도, θob는 영구자석(30)의 외측 플럭스 배리어 각도, P는 회전자(20)의 자극의 개수, S는 고정자(10)의 슬롯(15)의 개수이다.
영구자석(30)의 내측 플럭스 배리어 각도(θib)는 영구자석(30)의 양단에 마련된 2개의 플럭스 배리어(26,27)의 가장 가까운 일단과 회전자(20)의 중심(C)을 연결하는 2개의 직선 사이의 각도를 말한다. 즉, 도 3에서, 영구자석(30)의 내측 플럭스 배리어 각도(θib)는 회전자(20)의 중심(C)과 영구자석(30)의 제1단(31)에 마련된 우측 플럭스 배리어(26)의 우측단을 연결하는 제1직선(L1)과 회전자(20)의 중심(C)과 영구자석(30)의 제2단(32)에 마련된 좌측 플럭스 배리어(27)의 좌측단을 연결하는 제2직선(L2) 사이의 각도를 말한다.
영구자석(30)의 외측 플럭스 배리어 각도(θob)는 영구자석(30)의 양단에 마련된 2개의 플럭스 배리어(25,28)의 가장 먼 일단과 회전자(20)의 중심(C)을 연결하는 2개의 직선 사이의 각도를 말한다. 즉, 도 3에서, 영구자석(30)의 외측 플럭스 배리어 각도(θob)는 회전자(20)의 중심(C)과 영구자석(30)의 제1단(31)에 마련된 좌측 플럭스 배리어(25)의 좌측단을 연결하는 제1직선(L3)과 회전자(20)의 중심(C)과 영구자석(30)의 제2단(32)에 마련된 우측 플럭스 배리어(28)의 우측단을 연결하는 제2직선(L4) 사이의 각도를 말한다.
플럭스 배리어(25,26)(27,28)가 상기 조건을 만족하면, 플럭스 배리어(25,26)(27,28)가 고정자(10)의 오픈 슬롯(16)에 위치하게 된다. 여기서, 오픈 슬롯(16)은 고정자(10)의 인접한 2개의 티스(13) 사이로 슬롯(15)이 개방된 부분을 말한다. 도 3의 경우에는 내측 플럭스 배리어(26,27)가 고정자(10)의 오픈 슬롯(16)에 위치하고 있다. 따라서, 플럭스 배리어(25,26)(27,28)는 누설 자속을 감소시켜 자속의 급격한 변화를 완화하고 모터(1)에 유기되는 전압을 정현적으로 할 수 있다. 여기서, 내측 플럭스 배리어(26,27)는 회전자(20)의 외주면과 영구자석(30)의 사이에 위치하는 플럭스 배리어를 의미한다. 즉, 도 3에서 영구자석(30)의 제1단(31)의 우측 플럭스 배리어(26)와 제2단(32)의 좌측 플럭스 배리어(27)가 내측 플럭스 배리어에 해당한다.
또한, 영구자석(30)의 외측에 위치하는 플럭스 배리어(25,28)는 외측 플럭스 배리어라고 할 수 있다. 즉, 도 3에서 영구자석(30)의 제1단(31)의 좌측 플럭스 배리어(25)와 제2단(32)의 우측 플럭스 배리어(28)가 외측 플럭스 배리어에 해당한다.
회전자(20)의 복수의 영구자석(30) 중 인접한 2개의 영구자석(30) 사이에 형성되는 의사자극(22)의 각도(θcp)는 다음의 관계를 만족할 수 있다.
θib/2 < θcp < θob
여기서, 의사자극(22)의 각도(θcp)는 인접한 2개의 영구자석(30)의 일단에 마련된 플럭스 배리어(25,28)의 가장 가까운 일단과 회전자(20)의 중심(C)을 연결하는 2개의 직선 사이의 각도를 말한다. 예를 들면, 도 3에서, 의사자극 각도(θcp)는 회전자(20)의 중심(C)과 제1영구자석(30)의 일단(31)에 마련된 좌측 플럭스 배리어(25)의 좌측단을 연결하는 제1직선(L3)과 회전자(20)의 중심(C)과 제2영구자석(30)의 일단(32)에 마련된 우측 플럭스 배리어(28)의 우측단을 연결하는 제2직선(L5) 사이의 각도를 말한다.
상기와 같이 영구자석(30)의 양단에 플럭스 배리어(25,26)(27,28)를 마련하면, 모터(1)에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이되고, 역기전력의 왜곡률(THD; total harmonic distortion)과 토크 리플이 작게 된다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 없는 경우를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 6을 참조하면, 도 2 및 도 3과 달리 회전자(20')의 영구자석(30)의 양단에 플럭스 배리어가 없는 것을 알 수 있다. 도 2 및 도 3과 같이 영구자석(30)의 양단에 플럭스 배리어(25,26)(27,28)가 있는 내부 영구자석 모터(1)와 도 6과 같이 영구자석(30)의 양단에 플럭스 배리어가 없는 내부 영구자석 모터(1')에 대해 모터에 유기되는 전압의 파형, 토크 리플, 및 역기전력의 왜곡률을 비교한 그래프를 도 7 내지 도 9에 도시하였다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터에 유기되는 전압의 파형을 나타내는 그래프이다. 도 7에서 수평축은 회전자 각도(도)를 나타내고, 수직축은 전압(V)을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 플럭스 배리어(25,26)(27,28)가 있는 회전자(20)를 구비한 내부 영구자석 모터(1)의 경우에는 모터(1)에 유기되는 전압의 파형이 정현적이고 좌우 대칭이되나, 플럭스 배리어가 없는 회전자(20')를 구비한 내부 영구자석 모터(1')는 모터(1')에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이 되지 않는 것을 알 수 있다.
도 8은 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터의 토크 리플을 나타내는 그래프이다. 도 8에서 수평축은 회전자 각도(도)를 나타내고, 수직축은 토크(Nm)를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 플럭스 배리어(25,26)(27,28)가 있는 회전자(20)를 구비한 내부 영구자석 모터(1)의 경우에는 모터(1)에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이 되어 토크 리플이 작으나, 플럭스 배리어가 없는 회전자(20')를 구비한 내부 영구자석 모터(1')는 모터에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이 되지 않아 토크 리플이 크다는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터의 역기전력의 왜곡률을 나타내는 그래프이다. 도 9에서 수평축은 차수를 나타내며, 수직축은 진폭(V)을 나타낸다. 또한, 도 9에서 내부에 있는 그래프는 외부 그래프의 차수 2 에서 20에 대응하는 진폭을 확대하여 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 플럭스 배리어(25,26)(27,28)가 있는 회전자(20)를 구비한 내부 영구자석 모터(1)의 경우에는 모터(1)에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이 되어 역기전력의 왜곡율이 작으나, 플럭스 배리어가 없는 회전자(20')를 구비한 내부 영구자석 모터(1')는 모터에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이 되지 않아 역기전력의 왜곡율이 크다는 것을 알 수 있다.
왜곡률은 내측 플럭스 배리어 각도(θib)와 외측 플럭스 배리어 각도(θob)에 따라 변화할 수 있다.
도 10은 회전자의 내측 플럭스 배리어 각도 및 외측 플럭스 배리어 각도와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 역기전력의 왜곡률과의 관계를 나타내는 분포도이다. 도 10에서 수평축은 내측 플럭스 배리어 각도(θib)의 1/2을 나타내고, 수직축은 외측 플럭스 배리어 각도(θob)의 1/2을 나타내며, 내부의 선들은 왜곡률을 나타낸다.
따라서, 회전자(20)의 내측 플럭스 배리어 각도(θib) 및 외측 플럭스 배리어 각도(θob)는 도 10에서 0.038로 표시된 선의 안쪽에 위치하도록 결정할 수 있다.
이상에서는 C형 영구자석이 사용된 내부 영구자석 모터(1)에 대해 설명하였으나, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)에 사용되는 영구자석(30)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 다양한 형상의 영구자석이 적용된 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도이고, 도 12는 도 11의 내부 영구자석 모터의 고정자의 티스를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(100)는 고정자(110)와 회전자(120)를 포함할 수 있다.
고정자(110)는 내면이 원통 형상으로 형성되는 요크부(111)와 요크부(111)의 내면에서 고정자(110)의 중심을 향해 돌출되는 복수의 티스(113)를 포함한다. 복수의 티스(113)는 고정자(110)의 내면의 원주방향으로 일정 간격 이격되어 설치되어 있어, 복수의 티스(113) 사이에는 코일이 수용될 수 있는 복수의 슬롯(115)이 형성된다. 복수의 티스(113) 각각에는 코일이 집중적으로 감겨 있다. 즉, 고정자(110)는 집중권 타입 고정자로 형성될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 고정자(110)의 티스(113)의 회전자(120)를 마주하는 면에는 단차부(114)가 마련될 수 있다. 단차부(114)는 고정자 티스(113)의 길이방향의 중심선에 대해 좌측부와 우측부가 대칭이 되도록 형성된다.
단차부(114)는 고정자(110)의 중심으로부터의 반지름이 다른 적어도 2개의 단차면(114-1,114-2,114-3)을 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 고정자(110)의 티스(113)의 단차부(114)는 3개의 단차면, 즉 제1단차면(114-1), 제2단차면(114-2), 및 제3단차면(114-3)을 포함한다. 제1단차면(114-1)의 반지름(R1)은 제2단차면(114-2)의 반지름(R2)보다 작도록 형성되고, 제2단차면(114-2)의 반지름(R2)은 제3단차면(114-3)의 반지름(R3)보다 작도록 형성된다. 제1단차면(114-1)의 좌측단과 우측단은 경사면(114a)으로 제2단차면(114-2)과 연결된다. 또한, 제2단차면(114-2)의 좌측단과 우측단도 경사면(114a)으로 제3단차면(114-3)과 연결된다. 경사면(114a)의 경사는 90도 이상으로 할 수 있다. 이와 같이, 고정자(110)의 티스(113)에 단차부(114)를 형성하면, 회전자(120)의 표면으로부터 자속의 급격한 변화를 완화할 수 있다.
회전자(120)는 원통 형상으로 형성되며, 고정자(110)와 동심상으로 회전 가능하게 설치된다. 회전자(120)는 고정자(110)의 티스(113)의 단차부(114)와 일정 간격을 두고 고정자(110)의 중심을 기준으로 회전할 수 있도록 설치된다. 이를 위해, 회전자(120)의 중심에는 회전 샤프트가 설치되는 관통공(121)이 형성된다.
회전자(120)의 내부에는 복수의 영구자석(130)이 원주방향으로 일정 간격으로 설치되어 있다. 구체적으로, 회전자(120)의 외주면과 관통공(121)의 사이에 복수의 영구자석(130)이 설치된다. 복수의 영구자석(130)은 도 11에 도시된 바와 같이, 자속 집중형인 V 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 2개의 바(bar)형 자석이 V자 형상으로 배치될 수 있다.
또한, 복수의 영구자석(130)은 페라이트 또는 희토류로 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 영구자석(130)은 네오듐(Nd)으로 형성할 수 있다.
회전자(120)는 철심으로 형성되며, 철심에는 영구자석(130)이 설치되는 복수의 자석 삽입구멍(123)이 회전자(120)의 원주방향으로 등간격으로 형성된다. 복수의 자석 삽입구멍(123)은 영구자석(130)의 형상에 대응하도록 V 형상으로 형성된다.
회전자(120)에 설치되는 복수의 영구자석(130)은 모두 동일한 극성을 갖는다. 동일 극성을 갖는 복수의 영구자석(130)을 회전자(120)의 자석 삽입구멍(123)에 삽입하면, 인접한 2개의 영구자석(130) 사이의 회전자의 부분(122), 즉 철심의 일 부분이 영구자석(130)의 극성과 반대 극성으로 자화된다.
도 11에 도시된 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(100)에 사용되는 회전자(120)의 자극수(P)는 다음 관계를 만족할 수 있다.
P = 2N
여기서, N은 자연수 이며, 2≤N≤8을 만족한다.
따라서, 회전자(120)에 설치되는 영구자석(130)의 개수는 회전자(120)의 자극수(P)의 1/2이다.
한편, 회전자(120)의 자극수는 고정자(110)의 슬롯(115)의 개수와 일정한 관계를 가질 수 있다. 도 11에 도시된 내부 영구자석 모터(100)는 고정자(110)의 슬롯(115)의 개수와 회전자(120)의 자극수의 비는 3:2이다. 즉, 고정자(110)의 슬롯 개수가 9개이고, 회전자(120)의 자극수가 6개이다.
회전자(120)의 외주면에 인접한 영구자석(130)의 양단, 즉 제1단(131)과 제2단(132) 각각의 좌측과 우측에는 플럭스 배리어(125,126)(127,128)가 마련될 수 있다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 회전자(120)의 외주면에 인접한 복수의 영구자석(130) 각각의 일단의 좌측과 우측에 복수의 플럭스 배리어(125,126)(127,128)가 마련될 수 있다.
복수의 플럭스 배리어(125,126)(127,128)는 회전자(120)의 외주면에 인접하며, 회전자(120)의 원주방향으로 일정 간격으로 마련된 복수의 공극으로 형성될 수 있다. 즉, 각 플럭스 배리어(125,126)(127,128)는 소정의 폭과 길이를 갖고 회전자(120)의 외주면을 따라 형성된다. 따라서, 플럭스 배리어(125,126)(127,128)는 고정자(110)의 티스(113)를 향해 개방되지 않으며, 플럭스 배리어(125,126)(127,128)와 고정자(110)의 티스(113) 사이에는 회전자(120)의 외주면을 형성하는 철심의 일 부분(120a)이 존재한다.
복수의 플럭스 배리어(125,126)(127,128)는 회전자(120)에 형성되는 복수의 자석 삽입구멍(123)과 연통된다. 복수의 플럭스 배리어(125,126)(127,128)는 모두 동일한 구조를 갖고 있으므로 이하 한 개의 자석삽입구멍(123)의 양단에 마련되는 2개의 플럭스 배리어(125,126)(127,128)에 대해 도 11을 참조하여 상세하게 설명한다.
자석 삽입구멍(123)에 영구자석(130)을 삽입하면, 영구자석(130)의 일단(131,132)이 플럭스 배리어(125,126)(127,128)에 위치하게 된다. 따라서, 영구자석(130)의 일단(131,132)의 좌측과 우측에는 좌측 플럭스 배리어(125,127)와 우측 플럭스 배리어(126,128)가 위치할 수 있다. 즉, 영구자석(130)의 제1단(131)의 좌측과 우측에 좌측 플럭스 배리어(125)와 우측 플럭스 배리어(126)가 마련된다. 또한, 영구자석(130)의 제2단(132)의 좌측과 우측에도 좌측 플럭스 배리어(127)와 우측 플럭스 배리어(128)가 마련된다. 좌측 플럭스 배리어(125,127)와 우측 플럭스 배리어(126,128)는 모두 자석 삽입구멍(123)과 연통된다.
이하, 도 11을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(100)에 사용되는 영구자석(130)과 플럭스 배리어(125,126)(127,128)의 치수 관계를 설명한다. 참고로, 복수의 영구자석(130)와 이에 대응하는 복수의 플럭스 배리어(125,126)(127,128)는 모두 동일하게 형성되므로 이하에서는 한 개의 영구자석(130)과 그 양단에 마련되는 2개의 플럭스 배리어(125,126)(127,128)를 기준으로 영구자석(130)과 플럭스 배리어(125,126)(127,128)의 치수 관계를 설명한다.
영구자석(130)의 극호각(θm)은 다음 관계를 만족하도록 형성될 수 있다. 여기서, 극호각(θm)은 회전자(120)의 중심(C)과 영구자석(130)의 양단을 연결하는 2개의 직선 사이의 각도를 말한다.
θn ≤ θm < θm + θs/2
θn = 360/P
θs = 360/S
여기서, P는 회전자(120)의 자극의 개수, S는 고정자(110)의 슬롯(115)의 개수이다.
따라서, 영구자석(130)의 극호각(θm)이 상기 조건을 만족하면, 유효 자속량을 극대화할 수 있다.
또한, 영구자석(130)의 극호각(θm), 플럭스 배리어(125,126)(127,128), 및 고정자(110)의 슬롯(115)은 다음 관계를 만족하도록 형성될 수 있다.
θs/2 ≤θib < θm < θob
θs/2 ≤θib < θn
θn ≤ θm < θob
θm < θob < θm + θs
θn = 360/P
θs = 360/S
여기서, θib는 영구자석(130)의 내측 플럭스 배리어 각도, θob는 영구자석(130)의 외측 플럭스 배리어 각도, P는 회전자(120)의 자극의 개수, S는 고정자(110)의 슬롯(115)의 개수이다.
영구자석(130)의 내측 플럭스 배리어 각도(θib)는 영구자석(130)의 양단에 마련된 2개의 플럭스 배리어(126,127)의 가장 가까운 일단과 회전자(120)의 중심(C)을 연결하는 2개의 직선 사이의 각도를 말한다. 즉, 도 11에서, 영구자석(130)의 내측 플럭스 배리어 각도(θib)는 회전자(120)의 중심(C)과 영구자석(130)의 제1단(131)에 마련된 우측 플럭스 배리어(126)의 우측단을 연결하는 제1직선(L1)과 회전자(120)의 중심(C)과 영구자석(130)의 제2단(132)에 마련된 좌측 플럭스 배리어(127)의 좌측단을 연결하는 제2직선(L2) 사이의 각도를 말한다.
영구자석(130)의 외측 플럭스 배리어 각도(θob)는 영구자석(130)의 양단에 마련된 2개의 플럭스 배리어(25,28)의 가장 먼 일단과 회전자(120)의 중심(C)을 연결하는 2개의 직선 사이의 각도를 말한다. 즉, 도 11에서, 영구자석(130)의 외측 플럭스 배리어 각도(θob)는 회전자(120)의 중심(C)과 영구자석(130)의 제1단(131)에 마련된 좌측 플럭스 배리어(125)의 좌측단을 연결하는 제1직선(L3)과 회전자(120)의 중심(C)과 영구자석(130)의 제2단(132)에 마련된 우측 플럭스 배리어(128)의 우측단을 연결하는 제2직선(L4) 사이의 각도를 말한다.
플럭스 배리어(125,126)(127,128)가 상기 조건을 만족하면, 플럭스 배리어(125,126)(127,128)가 고정자(110)의 오픈 슬롯(116)에 위치하게 된다. 도 11의 경우에는 내측 플럭스 배리어(126,127)가 고정자(110)의 오픈 슬롯(116)에 위치하고 있다. 따라서, 플럭스 배리어(125,126)(127,128)는 누설 자속을 감소시켜 자속의 급격한 변화를 완화하고 모터(100)에 유기되는 전압을 정현적으로 할 수 있다.
회전자(120)의 복수의 영구자석(130) 중 인접한 2개의 영구자석(130) 사이에 형성되는 의사자극(122)의 각도(θcp)는 다음의 관계를 만족할 수 있다.
θib/2 < θcp < θob
여기서, 의사자극(122)의 각도(θcp)는 인접한 2개의 영구자석(130)의 일단에 마련된 플럭스 배리어(125,128)의 가장 가까운 일단과 회전자(120)의 중심(C)을 연결하는 2개의 직선 사이의 각도를 말한다. 예를 들면, 도 11에서, 의사자극 각도(θcp)는 회전자(120)의 중심(C)과 제1영구자석(130)의 일단에 마련된 좌측 플럭스 배리어(125)의 좌측단을 연결하는 제1직선(L1)과 회전자(120)의 중심(C)과 제2영구자석의 일단에 마련된 우측 플럭스 배리어의 우측단을 연결하는 제2직선 사이의 각도를 말한다.
상기와 같이 영구자석(130)의 양단에 플럭스 배리어(125,126)(127,128)를 마련하면, 모터(100)에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이되고, 역기전력의 왜곡률(THD; total harmonic distortion)과 토크 리플이 작게 된다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 없는 경우를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 13을 참조하면, 도 11과 달리 회전자(120')의 영구자석(130)의 양단에 플럭스 배리어가 없는 것을 알 수 있다. 도 11과 같이 영구자석(130)의 양단에 플럭스 배리어(125,126)(127,128)가 있는 내부 영구자석 모터(100)와 도 13과 같이 영구자석(130)의 양단에 플럭스 배리어가 없는 내부 영구자석 모터(100')에 대해 모터에 유기되는 전압의 파형, 토크 리플, 및 역기전력의 왜곡률을 비교한 그래프를 도 14 내지 도 16에 도시하였다.
도 14은 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터에 유기되는 전압의 파형을 나타내는 그래프이다. 도 14에서 수평축은 회전자 각도(도)를 나타내고, 수직축은 전압(V)을 나타낸다.
도 14를 참조하면, 플럭스 배리어(125,126)(127,128)가 있는 회전자(120)를 구비한 내부 영구자석 모터(100)의 경우에는 모터(100)에 유기되는 전압의 파형이 정현적이고 좌우 대칭이되나, 플럭스 배리어가 없는 회전자(120')를 구비한 내부 영구자석 모터(100')는 모터에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이 되지 않는 것을 알 수 있다.
도 15는 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터의 토크 리플을 나타내는 그래프이다. 도 15에서 수평축은 회전자 각도(도)를 나타내고, 수직축은 토크(Nm)를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 플럭스 배리어(125,126)(127,128)가 있는 회전자(120)를 구비한 내부 영구자석 모터(100)의 경우에는 모터(100)에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이 되어 토크 리플이 작으나, 플럭스 배리어가 없는 회전자(120')를 구비한 내부 영구자석 모터(100)는 모터에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이 되지 않아 토크 리플이 크다는 것을 알 수 있다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 회전자에 플럭스 배리어가 있는 경우와 없는 경우에 모터의 역기전력의 왜곡률을 나타내는 그래프이다. 도 16에서 수평축은 차수를 나타내며, 수직축은 진폭(V)을 나타낸다. 또한, 도 16에서 내부에 있는 그래프는 외부 그래프의 차수 2 에서 20에 대응하는 진폭을 확대하여 나타낸 것이다.
도 16을 참조하면, 플럭스 배리어(125,126)(127,128)가 있는 회전자(120)를 구비한 내부 영구자석 모터(100)의 경우에는 모터(100)에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이 되어 역기전력의 왜곡율이 작으나, 플럭스 배리어가 없는 회전자(120')를 구비한 내부 영구자석 모터(100')는 모터에 유기되는 전압의 파형이 좌우 대칭이 되지 않아 역기전력의 왜곡율이 크다는 것을 알 수 있다.
다시, 도 11을 참조하면, 회전자(120)의 회전 샤프트가 설치되는 관통공(121)과 복수의 영구자석(130) 사이에는 복수의 내부 플럭스 배리어(129)가 형성될 수 있다. 내부 플럭스 배리어(129)는 관통공(121)의 외주면에서 일정 거리 이격되며, 관통공(121)의 외주면을 따라 소정의 폭과 길이를 갖도록 형성된다. 복수의 내부 플럭스 배리어(129)는 회전자(120) 내부로 누설되는 자속을 방지하여 고정자(110)의 코일과 쇄교하는 자속을 증가시킬 수 있다.
도 17은 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도이다.
도 17을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(200)는 고정자(210)와 회전자(220)를 포함할 수 있다.
고정자(210)는 도 11의 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(100)의 고정자(110)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
회전자(220)는 도 11의 상술한 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(100)의 회전자(120)와 유사하게 형성된다. 회전자(220)에 삽입되는 복수의 영구자석(230)은 도 11의 실시예와 동일하게 V 형상이다.
그러나, 회전자(220)의 영구자석(230)의 양단에 마련되는 플럭스 배리어가 상이하다.
도 17을 참조하면, 영구자석(230)의 양단에 마련되는 플럭스 배리어는 격벽(241,242)에 의해 3개의 영역으로 구획된다.
구체적으로, 영구자석(230)의 일단에 마련되는 플럭스 배리어는 자석 삽입구멍(223)과 연통되는 중앙 플럭스 배리어(241), 중앙 플럭스 배리어(241)의 좌측에 마련되는 좌측 플럭스 배리어(225), 및 중앙 플럭스 배리어(241)의 우측에 마련되는 우측 플럭스 배리어(226)를 포함한다. 중앙 플럭스 배리어(241)와 좌측 플럭스 배리어(225) 사이에는 회전자(220)를 형성하는 철심으로 형성된 격벽(220b)이 개재된다. 또한, 중앙 플럭스 배리어(241)와 우측 플럭스 배리어(226) 사이에도 회전자(220)를 형성하는 철심으로 형성된 격벽(220b)이 개재된다. 따라서, 좌측 플럭스 배리어(225)와 우측 플럭스 배리어(226)는 중앙 플럭스 배리어(241)에서 일정 간격 이격되어 마련된다.
또한, 영구자석(230)의 타단에 마련되는 플럭스 배리어도 자석 삽입구멍(223)과 연통되는 중앙 플럭스 배리어(242), 중앙 플럭스 배리어(242)의 좌측에 마련되는 좌측 플럭스 배리어(227), 및 중앙 플럭스 배리어(242)의 우측에 마련되는 우측 플럭스 배리어(228)를 포함한다. 중앙 플럭스 배리어(242)와 좌측 플럭스 배리어(227) 사이에는 격벽(220b)이 개재된다. 또한, 중앙 플럭스 배리어(242)와 우측 플럭스 배리어(228) 사이에도 격벽(220b)이 개재된다. 따라서, 좌측 플럭스 배리어(227)와 우측 플럭스 배리어(228)는 중앙 플럭스 배리어(242)에서 일정 간격 이격되어 마련된다.
따라서, 도 17에 도시된 내부 영구자석 모터(200)는 좌측 플럭스 배리어(225,227)와 우측 플럭스 배리어(226,228)가 자석 삽입구멍(223)과 연통되지 않는다.
도 18은 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도이다.
도 18을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(300)는 고정자(310)와 회전자(320)를 포함할 수 있다.
고정자(310)는 상술한 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)의 고정자(10)와 동일하거나 유사하게 형성할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
회전자(320)는 상술한 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)의 회전자(20)와 유사하게 형성된다. 다만, 영구자석(330)의 형상이 U 형상이라는 점에서 상이하다. 일 예로서, 영구자석(330)은 3개의 바(bar)형 자석(331,332,333)을 U자 형상으로 배치할 수 있다. 즉, 중앙의 영구자석(331)의 좌우측으로 2개의 바형상의 영구자석(332,333)을 경사지게 배치할 수 있다. 이를 위해, 회전자(320)에 마련되는 자석 삽입구멍(323)도 영구자석(330)에 대응하는 U 형상으로 형성된다.
영구자석(330)의 양단의 좌측과 우측에 플럭스 배리어(325,326)(327,328)가 마련되는 것은 상술한 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 영구자석(330)의 극호각(θm), 플럭스 배리어(325,326)(327,328), 및 고정자(310)의 슬롯(315)은 상술한 실시예와 동일하게 다음 관계를 만족하도록 형성될 수 있다.
θn ≤ θm < θm + θs/2
θs/2 ≤θib < θm < θob
θs/2 ≤θib < θn
θn ≤ θm < θob
θm < θob < θm + θs
θn = 360/P
θs = 360/S
여기서, θib는 영구자석(330)의 내측 플럭스 배리어 각도, θob는 영구자석(330)의 외측 플럭스 배리어 각도, P는 회전자(320)의 자극의 개수, S는 고정자(310)의 슬롯(315)의 개수이다.
도 19는 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도이다.
도 19를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(400)는 고정자(410)와 회전자(420)를 포함할 수 있다.
고정자(410)는 상술한 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)의 고정자(10)와 동일하거나 유사하게 형성할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
회전자(420)는 상술한 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)의 회전자(20)와 유사하게 형성된다. 다만, 영구자석(430)의 형상이 바(bar) 형상, 즉 막대 형상이라는 점에서 상이하다. 따라서, 회전자(420)에 마련되는 자석 삽입구멍(423)도 영구자석(420)에 대응하는 바 형상으로 형성된다.
영구자석(430)의 양단의 좌측과 우측에 플럭스 배리어(425,426)(427,428)가 마련되는 것은 상술한 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
회전자(420)의 회전 샤프트가 설치되는 관통공(421)과 복수의 영구자석(430) 사이에 복수의 내부 플럭스 배리어(429)가 마련되는 것은 상술한 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 영구자석(430)의 극호각(θm), 플럭스 배리어(425,426)(427,428), 및 고정자(410)의 슬롯(415)은 상술한 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)와 동일하게 다음 관계를 만족하도록 형성될 수 있다.
θn ≤ θm < θm + θs/2
θs/2 ≤θib < θm < θob
θs/2 ≤θib < θn
θn ≤ θm < θob
θm < θob < θm + θs
θn = 360/P
θs = 360/S
여기서, θib는 영구자석(430)의 내측 플럭스 배리어 각도, θob는 영구자석(430)의 외측 플럭스 배리어 각도, P는 회전자(420)의 자극의 개수, S는 고정자(410)의 슬롯(415)의 개수이다.
도 20은 본 개시의 다른 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 부분 확대 단면도이다.
도 20을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(500)는 고정자(510)와 회전자(520)를 포함할 수 있다.
고정자(510)는 도 11의 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(100)의 고정자(110)와 유사하게 형성된다.
회전자(520)는 도 11의 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(100)의 회전자(120)와 유사하게 형성된다. 회전자(520)에 삽입되는 복수의 영구자석(530)은 도 11의 실시예의 영구자석(130)과 동일하게 V 형상이다.
그러나, 도 20에 도시된 내부 영구자석 모터(500)는 고정자(510)의 슬롯(515)의 개수와 회전자(520)의 자극수의 비가 도 11의 내부 영구자석 모터(100)와 상이하다.
도 20에 도시된 내부 영구자석 모터(500)는 고정자(510)의 슬롯(515)의 개수와 회전자(520)의 자극수의 비가 3:4이다. 구체적으로, 고정자(510)는 6개의 슬롯(515)을 가지며, 회전자(520)는 8개의 자극수를 갖는다.
또한, 도 20에 도시된 내부 영구자석 모터(500)는 영구자석(530)의 극호각(θm), 플럭스 배리어(525,526)(527,528), 및 고정자(510)의 슬롯(515)이 상술한 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(100)와 동일하게 다음 관계를 만족하도록 형성될 수 있다.
θn ≤ θm < θm + θs/2
θs/2 ≤θib < θm < θob
θs/2 ≤θib < θn
θn ≤ θm < θob
θm < θob < θm + θs
θn = 360/P
θs = 360/S
여기서, θib는 영구자석(530)의 내측 플럭스 배리어 각도, θob는 영구자석(530)의 외측 플럭스 배리어 각도, P는 회전자(520)의 자극의 개수, S는 고정자(510)의 슬롯(515)의 개수이다.
이하, 상기와 같은 구조를 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터와 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터의 특성을 비교한 실험 결과에 대해 설명한다.
도 21은 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터에 유기되는 전압의 파형을 나타내는 그래프이다. 도 21에서 수평축은 회전자 각도(도)이고, 수직축은 기전력(Electromotive force)(V)을 나타낸다.
도 21을 참조하면, 동일한 극성의 영구자석만을 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 유기전압의 파형이 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터보다 2배의 영구자석을 갖는 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터의 유기전압의 파형과 거의 동일한 것을 알 수 있다.
도 22는 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 토크 리플을 나타내는 그래프이다. 도 22에서 수평축은 회전자 각도(도)이고, 수직축은 토크(Nm)를 나타낸다.
도 22를 참조하면, 동일한 극성의 영구자석만을 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 토크 리플의 크기가 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터보다 2배의 영구자석을 갖는 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터의 토크 리플과 거의 동일한 것을 알 수 있다.
도 23은 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 모터 효율을 나타내는 그래프이다. 도 23에서 수평축은 모터의 회전수(rpm)이고, 수직축은 효율(%)을 나타낸다.
도 23을 참조하면, 동일한 극성의 영구자석만을 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 효율이 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터보다 2배의 영구자석을 갖는 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터의 효율과 동일하거나 더 좋은 것을 알 수 있다.
도 24는 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 시스템 효율을 나타내는 그래프이다. 여기서, 시스템 효율은 내부 영구자석 모터와 제어기를 포함하는 경우의 효율을 말한다. 도 23에서 수평축은 모터의 회전수(rpm)이고, 수직축은 효율(%)을 나타낸다.
도 24를 참조하면, 동일한 극성의 영구자석만을 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터의 시스템 효율이 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터보다 2배의 영구자석을 갖는 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터의 시스템 효율과 거의 동일한 것을 알 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터는 압축기에 사용할 수 있다.
도 25는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 왕복동 압축기를 나타내는 단면도이다.
도 25를 참조하면, 왕복동 압축기(600)는 케이싱(610), 프레임(620), 압축 기구부(630), 구동 모터(1), 회전 샤프트(640), 및 오일 공급부(650)를 포함할 수 있다.
케이싱(610)은 왕복동 압축기(600)의 외관을 형성하며, 내부에는 프레임(620), 압축 기구부(630), 구동 모터(1), 회전 샤프트(640), 및 오일 공급부(650)가 설치된다. 케이싱(610)에는 냉매가 들어오고 나가는 인입구와 배출구가 마련된다. 또한, 케이싱(610)의 하부에는 압축기(600)의 여러 구성 부품들의 윤활 및 냉각을 위한 오일 또는 윤활유(이하, 오일이라 한다)가 저유 되는 저유소(612)가 마련될 수 있다.
프레임(620)은 케이싱(610)의 내부에 고정되며, 케이싱(610) 내부의 여러 부품을 고정하거나 지지한다.
압축 기구부(630)는 프레임(620)의 상부에 마련되며, 냉매를 압축한다. 압축 기구부(630)는 냉매의 압축 공간을 형성하며, 프레임(620)에 고정되는 실린더(631)와 실린더(631)의 내부에서 직선 왕복 이동하며 냉매를 압축하는 피스톤(633)을 포함한다. 압축 기구부(630)에서 압축된 냉매는 배출구를 통해 케이싱(610)의 외부로 배출된다.
구동 모터(1)는 압축 기구부(630)의 피스톤(633)을 왕복동시키는 것으로서 상술한 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터(1)가 사용된다. 따라서, 내부 영구자석 모터(1)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
회전 샤프트(640)는 내부 영구자석 모터(1)의 회전력을 압축 기구부(630)로 전달하도록 마련된다. 즉, 회전 샤프트(640)는 내부 영구자석 모터(1)의 회전자(20)에 결합되어 회전자(20)와 함께 회전하여 압축 기구부(630)를 작동시킨다. 회전 샤프트(640)는 프레임(620)에 고정된 축 지지부(622)에 의해 회전 가능하도록 지지된다.
회전 샤프트(640)는 회전 샤프트(640)의 상부에 마련된 편심부(641)와 하부에 마련된 공동(643)을 포함할 수 있다.
편심부(641)는 회전 샤프트(640)의 회전 중심축에서 편심되도록 형성되며, 편심부(641)는 커넥팅 로드(635)에 의해 압축 기구부(630)의 피스톤(633)에 연결된다.
따라서, 회전 샤프트(640)가 회전하면, 피스톤(633)이 실린더(631)에 대해 직선 왕복 운동을 할 수 있다. 즉, 회전 샤프트(640)의 편심부(641)와 커넥팅 로드(635)에 의해 회전 샤프트(640)의 회전 운동이 피스톤(633)의 직선 왕복 운동으로 전환될 수 있다.
편심부(641)의 하측에는 반경 방향으로 연장되는 원판부(642)가 형성될 수 있다. 원판부(642)와 축 지지부(622)의 사이에는 회전 샤프트(640)의 회전을 지지하며, 회전 샤프트(640)의 축 방향 하중을 지지하는 베어링(624)이 마련될 수 있다.
회전 샤프트(640)에는 원판부(642)의 상면과 공동(643)을 연통시키는 오일 통로(644)가 마련된다. 따라서, 공동(643)을 통해 공급되는 오일은 오일 통로(644)를 통해 회전 샤프트(640)의 상부로 배출된다.
오일 공급부(650)는 회전 샤프트(640)의 하부에 마련되는 공동(643)에 설치되며, 케이싱(610)의 저유소(612)에 저장된 오일을 상승시킬 수 있도록 형성된다. 오일 공급부(650)는 회전 샤프트(640)의 공동(643)에 설치되는 오일 상승 부재(653)와, 오일 상승 부재(653)의 내부에 삽입되며 저유소(612)의 오일에 잠기도록 설치되는 고정 샤프트(651)를 포함한다.
따라서, 회전 샤프트(640)가 회전하면, 오일 공급부(650)에 의해 저유소(612)의 오일이 회전 샤프트(640)의 오일 통로(644)를 통해 회전 샤프트(640)의 상부로 공급된다.
오일 공급부(650)에 의해 공급된 오일은 압축 기구부(630)의 실린더(631), 피스톤(633), 커넥팅 로드(635)와 베어링(624)을 윤활하고 냉각한다.
도 26은 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기의 냉방능력을 나타내는 그래프이다. 도 26에서 수평축은 모터의 회전수이고, 수직축은 냉방능력(Btu/Wh)을 나타낸다.
도 26을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기의 냉방능력이 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기의 냉방능력과 동등한 것을 알 수 있다.
도 27은 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기와 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기의 노이즈를 나타내는 그래프이다. 도 27에서 수평축은 주파수(Hz)이고, 수직축은 소음(dB)을 나타낸다.
도 27을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기의 소음이 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터를 사용한 압축기의 소음과 거의 동일한 것을 알 수 있다.
상술한 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터를 적용한 압축기를 사용하여 냉동 사이클 장치를 구성할 수 있다. 냉동 사이클 장치는 냉매를 순환시켜 주위의 온도를 낮추는 장치로서, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 구조를 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터에 의하면, 영구자석의 극호각이 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터의 극호각보다 크므로, 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터에 비해 영구자석의 개수를 반으로 하고도 유효 자속량을 극대화할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터는 영구자석의 일단의 좌측과 우측에 플럭스 배리어를 마련하여 누설자속을 저감시키고 회전자에서 고정자로 이동하는 자속흐름의 급격한 변화를 완화하여 모터에 유기되는 전압의 파형이 정현적으로 되도록 하였다. 따라서, 역기전력의 왜곡률 및 토크 리플이 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터와 거의 동일하게 구현될 수 있다.
따라서, 본 개시의 일 실시예에 의한 내부 영구자석 모터에 의하면, 종래 기술에 의한 내부 영구자석 모터보다 영구자석의 개수는 절반으로 줄이면서 동등한 성능을 발휘할 수 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.
1,100,200,300,400,500,1000; 내부 영구자석 모터
10,110,210,310,410,510,1110; 고정자
15,115,215,315,415,515,1115; 슬롯
20,120,220,320,420,520,1120; 회전자
23,123,223,423; 자석 삽입구멍
25,26,27,28,125,126,127,128; 플럭스 배리어
30,130,230,330,430,530,1130; 영구자석
600; 압축기
610; 케이싱
620; 메인 프레임
630; 서브 프레임
640; 압축기구
650; 회전 샤프트

Claims (20)

  1. 복수의 슬롯을 구비한 고정자;
    상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 설치된 회전자;
    상기 회전자의 내부에 원주 방향으로 등간격으로 설치되며 동일 극성을 갖는 복수의 영구자석; 및
    상기 회전자의 외주면에 인접한 상기 복수의 영구자석 각각의 일단의 좌측과 우측에 마련된 복수의 플럭스 배리어;를 포함하며,
    상기 복수의 플럭스 배리어 각각은 상기 영구자석의 일단의 좌측과 우측에서 상기 회전자의 외주면을 따라 소정 길이로 돌출되며, 상기 복수의 플럭스 배리어 각각은 돌출된 전 길이가 동일한 폭을 갖도록 형성되며,
    상기 고정자의 복수의 슬롯의 개수와 상기 회전자의 자극수의 비는 3:2 또는 3:4이며,
    상기 회전자에 설치된 상기 복수의 영구자석의 개수는 상기 회전자의 자극수의 1/2인, 내부 영구자석 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 각각의 극호각(θm)은 다음 관계를 만족하는, 내부 영구자석 모터.
    θn ≤ θm < θm + θs/2
    θn = 360/P
    θs = 360/S
    여기서, P는 회전자의 자극수, S는 고정자의 슬롯의 개수이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 각각의 극호각(θm)과 상기 복수의 플럭스 배리어는 다음 관계를 만족하는, 내부 영구자석 모터.
    θs/2 ≤θib < θn
    θn ≤ θm < θob
    θm < θob < θm + θs
    θn = 360/P
    θs = 360/S
    여기서, θib는 영구자석의 내측 플럭스 배리어 각도, θob는 영구자석의 외측 플럭스 배리어 각도, P는 회전자의 자극수, S는 고정자의 슬롯의 개수이다.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 중 인접한 2개의 영구자석 사이에 형성되는 의사자극의 각도(θcp)는 다음의 관계를 만족하는, 내부 영구자석 모터.
    θib/2 < θcp < θob
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자의 자극수(P)는 다음 관계를 만족하는, 내부 영구자석 모터.
    P = 2N
    여기서, N은 자연수 이며, 2≤N≤8을 만족한다.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자는 원통 형상으로 형성되며,
    상기 복수의 플럭스 배리어는 상기 회전자의 외주면에 인접하며, 상기 회전자의 원주방향으로 일정 간격으로 마련된 복수의 공극으로 형성되는, 내부 영구자석 모터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자는 상기 복수의 영구자석이 설치되는 복수의 자석 삽입구멍을 포함하며,
    상기 복수의 자석 삽입구멍 각각의 양단의 좌측과 우측에는 좌측 플럭스 배리어와 우측 플럭스 배리어가 마련되며,
    상기 자석 삽입구멍과 상기 좌측 플럭스 배리어와 상기 우측 플럭스 배리어는 연통되는, 내부 영구자석 모터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 자석 삽입구멍과 상기 좌측 플럭스 배리어와 상기 우측 플럭스 배리어 사이에는 격벽이 마련되는, 내부 영구자석 모터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자는 원통 형상의 요크의 내주면에 상기 고정자의 중심을 향해 돌출되도록 형성된 복수의 티스(teeth)를 포함하며,
    상기 고정자는 상기 복수의 티스 각각에 코일이 집중적으로 감기는 집중권 타입인, 내부 영구자석 모터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 티스 각각은 상기 회전자를 마주하는 면에 적어도 한 개의 단차면을 포함하는 단차부가 형성되는, 내부 영구자석 모터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자의 중심에는 회전 샤프트가 설치되며,
    상기 회전 샤프트와 상기 복수의 영구자석 사이에는 복수의 내부 플럭스 배리어가 형성되는, 내부 영구자석 모터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석은 페라이트 또는 희토류로 형성되는, 내부 영구자석 모터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 각각은 V형상, C형상, U형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는, 내부 영구자석 모터.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 각각은 바(Bar) 형상의 영구자석으로 형성되는, 내부 영구자석 모터.
  15. 복수의 슬롯을 구비한 고정자;
    상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 설치된 회전자;
    상기 회전자의 내부에 원주 방향으로 등간격으로 설치되며 동일 극성을 갖는 복수의 영구자석;
    상기 회전자의 중심에 설치되는 회전 샤프트; 및
    상기 회전자의 외주면에 인접한 상기 복수의 영구자석 각각의 일단의 좌측과 우측에 마련된 복수의 좌측 플럭스 배리어와 복수의 우측 플럭스 배리어;를 포함하며,
    상기 복수의 플럭스 배리어 각각은 상기 영구자석의 일단의 좌측과 우측에서 상기 회전자의 외주면을 따라 소정 길이로 돌출되며, 상기 복수의 플럭스 배리어 각각은 돌출된 전 길이가 동일한 폭을 갖도록 형성되며,
    상기 회전자에 설치된 상기 복수의 영구자석의 개수는 상기 회전자의 자극수의 1/2인, 내부 영구자석 모터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 각각의 극호각(θm)은 다음 관계를 만족하는, 내부 영구자석 모터.
    θn ≤ θm < θm + θs/2
    θn = 360/P
    θs = 360/S
    여기서, P는 회전자의 자극의 개수, S는 고정자의 슬롯의 개수이다.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 각각의 극호각(θm)과 상기 복수의 플럭스 배리어는 다음 관계를 만족하는, 내부 영구자석 모터.
    θs/2 ≤θib < θn
    θn ≤ θm < θob
    θm < θob < θm + θs
    θn = 360/P
    θs = 360/S
    여기서, θib는 상기 영구자석의 내측 배리어 각도, θob는 상기 영구자석의 외측 배리어 각도, P는 상기 회전자의 자극의 개수, S는 상기 고정자의 슬롯의 개수이다.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석 중 인접한 2개의 영구자석 사이에 형성되는 의사자극의 각도(θcp)는 다음의 관계를 만족하는, 내부 영구자석 모터.
    θib/2 < θcp < θob
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항의 내부 영구자석 모터를 포함하는 압축기.
  20. 제 19 항의 압축기를 사용하는 냉동 사이클 장치.
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