モータ及びモータ用ローター
【課題】 モータ及びモータ用ローターを提供する。
【解決手段】 ステータの両側に離隔して形成される第1ローター、及び第2ローターを含み、第1ローター及び第2ローターは、離隔して形成される一対の第1永久磁石と、第1永久磁石の一端を互いに連結する第1連結部で構成された多数のモジュールとを含むモータが開示される。
【解決手段】 ステータの両側に離隔して形成される第1ローター、及び第2ローターを含み、第1ローター及び第2ローターは、離隔して形成される一対の第1永久磁石と、第1永久磁石の一端を互いに連結する第1連結部で構成された多数のモジュールとを含むモータが開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高速運転時にも、出力を高く保持することができるモータ及びモータ用ローターに関する。
【背景技術】
【0002】
モータは、PMSM(Permanent magnet synchronous motor)、induction motor、SRM(Switched Reluctance Motor)などに区分されうる。PMSMは、永久磁石を使い、小型化が可能である。また、PMSMは、出力密度が高いだけではなくて、効率が高い。したがって、PMSMは、現在のハイブリッド自動車や電気自動車などに広く使われている。
【0003】
一般的に、PMSMに使われる永久磁石は、希土類物質を使って製作される。例えば、永久磁石は、残留磁気(residual magnetism)及び保磁力(coercive force)に優れたネオジム(NdFeB)磁石などであり得る。但し、希土類物質は、特定の国家に重点的に埋蔵されており、その埋蔵量も非常に少ない。これにより、希土類物質の価格が高いだけではなく、価格変動も激しい。
【0004】
したがって、希土類物質に対する依存性から抜け出すために、希土類物質を代替しうる物質を発掘するか、希土類物質を使わずとも、希土類物質を使った場合と同じ性能を発揮することができる駆動モータの関連技術が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、高速運転時にも、出力を高く保持することができるモータ及びモータ用ローターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面によるモータは、ステータの第1側面に形成される第1ローター、及び前記第1側面の反対側である前記ステータの第2側面に形成される第2ローターを含み、前記第1ローターは、離隔して形成される一対の第1永久磁石と、前記第1永久磁石の一端を互いに連結する第1連結部で構成された多数の第1モジュールとを含み、前記第2ローターは、離隔して形成される一対の第2永久磁石と、前記第2永久磁石の一端を互いに連結する第2連結部で構成された多数の第2モジュールを含む第2ローターとを含みうる。
【0007】
前記第1モジュールのそれぞれは、前記第1永久磁石の間に形成される第1コアをさらに含み、前記第2モジュールのそれぞれは、前記第2永久磁石の間に形成される第2コアをさらに含みうる。
【0008】
前記第1ローターは、一対の隣接した第1モジュールの間に形成される第3コアをさらに含み、前記第2ローターは、一対の隣接した第2モジュールの間に形成される第4コアをさらに含みうる。
【0009】
前記第1ローターは、前記第1モジュールの一側に形成される第5コアをさらに含み、前記第2ローターは、前記第2モジュールの一側に形成される第6コアをさらに含みうる。
【0010】
前記複数の第1モジュールは、偶数個の相互離隔して形成された前記第1モジュールであり、前記複数の第2モジュールは、偶数個の相互離隔して形成された前記第2モジュールであり得る。
【0011】
前記第1連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び前記外側部分の間に永久磁石で構成される中心部分を含み、前記第2連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び前記外側部分の間に永久磁石で構成される中心部分を含みうる。
【0012】
前記複数の第1連結部のそれぞれ及び前記複数の第2連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成させうる。
【0013】
複数の前記第1コアのそれぞれ及び複数の前記第2コアのそれぞれは、磁性物質で構成させうる。
【0014】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配され、前記第1モジュールは、複数の前記第2モジュールから周り方向にずれている。
【0015】
複数の前記第1モジュールのそれぞれは、前記第1ローターの円周方向に延び、複数の前記第2モジュールのそれぞれは、前記第2ローターの円周方向に延びることができる。
【0016】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配され、前記第1永久磁石は、前記第1ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延び、前記第2永久磁石は、前記第2ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延びることができる。
【0017】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配置される。
【0018】
他の側面によるモータのローターは、前記ローターの周り方向に複数のモジュールが配され、複数の前記モジュールのそれぞれは、相互離隔して形成される一対の永久磁石、及び前記永久磁石の末端を連結する連結部を含みうる。
【0019】
この際、複数のコアをさらに含み、複数の前記コアのそれぞれは、複数の前記モジュールの隣接した対の間に形成されうる。
【0020】
また、複数のコアをさらに含み、前記コアのそれぞれは、複数の前記モジュールの隣接した対の間に形成されうる。
【0021】
また、複数の前記モジュールの一側上に形成されるコアをさらに含みうる。また、複数の前記モジュールは、偶数個のモジュールを含みうる。また、前記連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び永久磁石からなる中心部分を含みうる。
【0022】
また、複数の前記モジュールのそれぞれは、前記ローターの円周方向に延びることができる。また、複数の前記モジュールは、前記ローターの周りに配され、前記永久磁石は、前記ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延びることができる。
【0023】
本発明の一実施形態によるモータは、ステータ(stator)の一側に離隔して形成され、離隔して形成される一対の第1永久磁石と、第1永久磁石の一端を互いに連結する第1連結部で構成された多数の第1モジュールを含む第1ローターと、ステータの他側に離隔して形成され、離隔して形成される一対の第2永久磁石と、第2永久磁石の一端を互いに連結する第2連結部で構成された多数の第2モジュールを含む第2ローターと、を含む。
モータは、第1永久磁石の間に形成される第1コア、及び第2永久磁石の間に形成される第2コアをさらに含む。
【0024】
モータは、相互離隔して形成される第1モジュールの間に形成される第3コアと、相互離隔して形成される第2モジュールの間に形成される第4コアと、をさらに含む。モータは、第1連結部の一側に形成される第5コア、及び第2連結部の一側に形成される第6コアをさらに含む。
【0025】
第1モジュール及び第2モジュールは、偶数個であり、第1モジュールは、相互離隔して形成され、第2モジュールも、相互離隔して形成されうる。
【0026】
第1連結部及び第2連結部のうちの中心部分は、永久磁石で構成され、その他の部分は、非磁性物質または空気で構成することができる。第1連結部及び第2連結部は、非磁性物質または空気で構成することができる。
【0027】
コアは、磁性物質で構成することができる。
【0028】
第1モジュール及び第2モジュールは、ローターの回転軸を基準にずれるように配置される。第1モジュール及び第2モジュールは、回転軸方向に垂直である半径方向に延設される。
【0029】
前記永久磁石は、前記第1ローターの中心と前記ローターの外周とを連結した線と平行ではないように形成され、前記永久磁石は、前記線を基準に同じ方向に形成されうる。
【0030】
本発明の一実施形態によるモータのローターは、離隔して形成される一対の永久磁石と、永久磁石の一端を互いに連結する連結部で構成された多数のモジュールとを含むが、モジュールは、ローターの回転軸方向に形成されうる。
【0031】
モータのローターは、一対の永久磁石の間に形成されるコアをさらに含みうる。モータのローターは、相互離隔して形成されるモジュールの間に形成されるコアをさらに含みうる。モータのローターは、連結部の一側に形成されるコアをさらに含みうる。
【0032】
モジュールは偶数個であり、偶数個のモジュールは、相互離隔して形成されうる。
【0033】
連結部のうちの中心部分は、永久磁石で構成され、その他の部分は、非磁性物質または空気で構成することができる。モジュールは、回転軸方向に垂直である半径方向に延設される。
【0034】
前記永久磁石は、前記第1ローターの中心と前記ローターの外周とを連結した線と平行ではないように形成され、前記永久磁石は、前記線を基準に同じ方向に形成されうる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の一実施形態と関連したモータの斜視図である。
【図2A】図1のモータを分離した図である。
【図2B】図1のモータを分離した図である。
【図3A】本発明の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【図3B】本発明の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【図4A】本発明のさらに他の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【図4B】本発明のさらに他の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【図5A】本発明の一実施形態と関連したモジュールの形態を説明する図である。
【図5B】本発明の一実施形態と関連したモジュールの形態を説明する図である。
【図5C】本発明の一実施形態と関連したモジュールの形態を説明する図である。
【図6】図1の永久磁石を通過する磁化方向を説明するモータ側面図である。
【図7】d軸及びq軸の磁束の経路を説明する駆動モータの断面図の一部を示す図である。
【図8A】本発明によるモータの性能を説明する図である。
【図8B】本発明によるモータの性能を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
以下、添付した図面を参照して、発明を実施するための具体的な内容について詳細に説明する。
【0037】
図1は、本発明の一実施形態と関連したモータの斜視図である。図1を参照すると、モータ100は、ステータ110、第1ローター120、及び第2ローター130を含む。モータ100は、軸方向空隙(air gap)モータであり得る。
【0038】
ステータ110は、少なくとも1つのスロット(slot)111、及びスロット111に巻かれうるコイル112を含みうる。スロット111は、モータ100の周りに放射状に配置される。スロット111のうちの一部は、モータに含まれた構成要素を収容するハウジング(housing)などに結合されて固定されうる。したがって、シャフトと結合されたローター120、130が軸と共に回転する場合にも、ステータ110は、ハウジングなどにのみ結合されているために、回転しないこともある。
【0039】
第1ローター120は、ステータ110の一側に離隔して形成されうる。第1ローター120は、多数の第1モジュール123を含みうる。第1モジュール123は、離隔して形成される一対の第1永久磁石121と、第1永久磁石121の一端を互いに連結する第1連結部122とを含みうる。第1モジュール123は、回転軸140の周りに形成されうる。回転軸140の方向は、図1に示したように、ローター120、130が回転する軸に対応する方向を意味する。図1を基準に説明すれば、第1モジュール123は、回転軸140の方向である縦方向に形成されうる。
【0040】
第2ローター130は、ステータ110の他側に離隔して形成されうる。すなわち、第1ローター120及び第2ローター130は、ステータ110の両側に離隔して形成されうる。第2ローター130は、多数の第2モジュール133を含みうる。第2モジュール133は、離隔して形成される一対の第2永久磁石131と、第2永久磁石131の一端を互いに連結する第2連結部132とを含みうる。第2モジュール133は、回転軸140の周りに形成されうる。
【0041】
一対の第1永久磁石121は、平行に位置するか、“V”字状に位置するなどのように多様に形成されうる。一対の第2永久磁石131も、平行に位置するか、“V”字状に位置するなどのように多様に形成されうる。
【0042】
第1連結部122は、第1永久磁石121の一端を互いに連結することができる。例えば、第1連結部122は、第1永久磁石121のうちのステータ110で最も遠い側に位置する部分を互いに連結することができる。第1連結部122及び第2連結部132は、非磁性物質または空気で構成することができる。空気である場合、連結部122、132は、何も含まれていない空き空間であり得る。この場合、第1永久磁石121及び第2永久磁石131は、他の要素によって連結されうる。
【0043】
第1ローター120は、第1永久磁石121の間に形成される第1コア124をさらに含みうる。第2ローター130は、第2永久磁石131の間に形成される第2コア134をさらに含みうる。第1ローター120は、第1モジュール123の間に形成される第3コア125をさらに含みうる。第2ローター130は、第2モジュール133の間に形成される第4コア135をさらに含みうる。
【0044】
第1ローター120は、第1連結部122の一側に形成される第5コア126をさらに含みうる。例えば、第5コア126は、板状(plate−shaped)に第1コア124の対向側の第1モジュール上に形成されうる。
【0045】
第2ローター130は、第2連結部132の一側に形成される第6コア136をさらに含みうる。例えば、第6コア136は、板状に第2コア134の対向側の第1モジュール上に形成されうる。
【0046】
図1及び図2Aに示すように、第3コア125及び第5コア126は、単一結合体であり、第4コア135及び第6コア136も、単一結合体であり得る。
【0047】
第1ローター120は、シャフト(図示せず)と結合される第1ホール127を含みうる。第2ローター130は、シャフト(図示せず)と結合される第2ホール137を含みうる。
【0048】
第1コア124、第2コア134、第3コア125、第4コア135、第5コア126、及び第6コア136は、ソフト磁性物質であり得る。
【0049】
第2モジュール133の部分を拡大した図面150を参照すると、第2永久磁石131の周辺の磁化方向は、外部で第2永久磁石131を通過して第2モジュールの内部に移動する方向160であるか、内部で第2永久磁石131を通過して第2モジュールの外部に移動する方向161であり得る。第1モジュール123の磁化方向も、第2モジュール133と同一であり得る。永久磁石は、ハード(hard)磁性材料であり得る。
【0050】
第1モジュール123及び第2モジュール133は、偶数個であり得る。偶数個のモジュールのうちの1つのモジュールは、N極を形成し、隣接したモジュールは、S極を形成しうる。また、偶数個存在するモジュールは、一定間隔で離隔して位置しうる。
【0051】
モジュールを離隔させて形成することによって、モジュールの間に存在するコア125、126、135、136を通じて磁束が円滑に流れることができる。したがって、モジュールの間を通過するq軸のインダクタンスが増加し、連結部によって磁束の漏れが防止されることによって、モータが高速運転時にも、高出力を保持することができる。
【0052】
図2A及び図2Bは、図1のモータを分離した図である。図2Aは、モータのうちのローターのみを示す図である。
【0053】
図1及び図2Aを参照すると、第1ローター120は、多数の第1モジュール123を含みうる。第1モジュール123は、離隔して形成される一対の第1永久磁石121と、第1永久磁石121の一端を互いに連結する第1連結部122とを含みうる。第1モジュール123は、第1ローター120の回転軸200の周りに形成されうる。
【0054】
第2ローター130は、多数の第2モジュール133を含みうる。第2モジュール133は、離隔して形成される一対の第2永久磁石131と、第2永久磁石131の一端を互いに連結する第2連結部132とを含みうる。第2モジュール133は、第2ローター130の回転軸200の周りに形成されうる。
【0055】
第1モジュール123は、回転軸140の方向に垂直である半径方向210に延びて、楔状に形成されうる。例えば、第1モジュール123は、第1ローター120の外周面から内周面まで延びることができる(220)。また他の例を挙げれば、第1モジュール123は、第1ローター120の外周面から内周面のうちの一部に部分的にのみ延びることもある。
【0056】
第2モジュール133も、第1モジュール123と同様に回転軸方向200に垂直である半径方向210に延びて、楔状に形成されうる。
【0057】
図2Bは、モータのうちのステータのみを示す図である。図1及び図2Bを参照すると、ステータ110は、少なくとも1つのスロット111、及びスロット111に巻かれうるコイル112を含みうる。
【0058】
スロット111は、ステータ110の周りに配置される。スロット111は、モータ100に含まれた構成要素を収容するハウジング230に固定されうる。例えば、スロット111のうちの一部240が、ハウジング230に固定されうる。スロット111は、ハウジングなどに多様な形態で固定されうる。シャフトと結合されたローター120、130が軸と共に回転する場合にも、ステータ110は、ハウジング230に固定されているので、回転しない。
【0059】
図3A及び図3Bは、本発明の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【0060】
図3Aを参照すると、モータ300は、ステータ110、第1ローター120、及び第2ローター130を含みうる。
【0061】
第1ローター120に含まれた第1モジュール123及び第2ローター120に含まれた第2モジュール133は、回転軸140を基準にずれるように配置される。言い換えれば、第1モジュール123及び第2モジュール133は、回転軸140上に一直線に配されずに平行に配置される。このように、モジュール123、133がずれるように配されることによって、第1ローター120及び第2ローター130で生成されるトルク(torque)のサイズと位相とが経時的に変わる。
【0062】
図3Bには、第1ローター120で生成されるトルクのサイズ及び第2ローター130で生成されるトルクのサイズを経時的に示した。また、第1ローター120及び第2ローター130で生成されたトルクを合算した値(total value)を示した。このように、第1ローター120及び第2ローター130で生成されるトルクのサイズは、経時的に異なるために、第1ローター120及び第2ローター130で生成されたトルクを合算した値は、リップル(ripple)が小さくなるということが分かる。本実施形態によれば、モータで生成されるトルクリップルを減らすことができる。
【0063】
図4A及び図4Bは、本発明のさらに他の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【0064】
図4Aは、本実施形態によるローター400の斜視図であり、図4Bは、ローター400の平面図である。図4A及び図4Bを参照すると、ローター400は、一対の永久磁石410、411を含んでいる。
【0065】
第1線420及び第2線421は、ローター400の中心とローター400の外周とに存在する2つの点412をそれぞれ連結した線である。
【0066】
第1永久磁石410は、第1線420と平行ではないように形成されうる。言い換えれば、第1永久磁石410は、第1線420と平行ではない所定の角度を成しながら形成されうる。
【0067】
第2永久磁石411は、第2線421と平行ではないように形成されうる。言い換えれば、第2永久磁石411は、第2線421と平行ではない所定の角度を成しながら形成されうる。
【0068】
一対の永久磁石410、411は、図4Bに示したように、互いに平行であり、ローター400の半径と所定の角度を成すようにそれぞれ形成されうる。ローター400には、一対の永久磁石410、411と同様に配される多数の永久磁石対が反復的に形成されうる。
【0069】
このように、永久磁石410、411が、第1線及び第2線420、421を基準にローター400の半径方向と所定の角度を成すように形成されるために、モータで生成されるトルクリップルを減らすことができる。
【0070】
図5A、図5B及び図5Cは、本発明の一実施形態と関連したモジュールの形態を説明する図である。
【0071】
図5Aを参照すると、ローター500aは、一対の第1永久磁石510a及び第1連結部520aで構成される多数のモジュールを含みうる。第1連結部520aは、一対の第1永久磁石510aの一端を互いに連結することができる。この際、磁化方向は、第1永久磁石510aの外部から第1永久磁石510aを通過して、モジュールの内部に移動する方向530aであるか、その反対であり得る。
【0072】
図5Bを参照すると、ローター500bは、一対の第1永久磁石510b及び第1連結部511b、512bで構成される多数のモジュールを含む。
【0073】
第1連結部511b、512bは、一対の第1永久磁石510bの端部を互いに連結することができる。第1連結部511b、512bの中心部分511bは、永久磁石であり、周辺部分512bは、非磁性物質または空気であり得る。この際、磁化方向は、モジュールの外部から永久磁石510b、511bを通過して、モジュールの内部に移動する方向530bであるか、その反対であり得る。
【0074】
図5Aの永久磁石に比べて、永久磁石511bがさらに含まれるために、永久磁石510b、511bによって生成される磁束をさらに増加させることができる。これにより、モータの性能が向上する。
【0075】
図5Cを参照すると、ローター500cは、一対の第1永久磁石510c、第1連結部520c、一対の第2永久磁石511c、及び第2連結部521cを含む。
【0076】
第1連結部520cは、一対の第1永久磁石510cの一端を互いに連結することができる。本実施形態による第1連結部520cは、中心部分が永久磁石である連結部(‘図5Bの511b’)でもあり得る。
【0077】
一対の第2永久磁石511cは、一対の第1永久磁石510cと離隔して配置することができる。
【0078】
第2連結部521cは、一対の第2永久磁石511cの一端を互いに連結することができる。この際、磁化方向は、外部から永久磁石510c、511cを通過して、内部に移動する方向530cであるか、その反対であり得る。
【0079】
図5Aの永久磁石に比べて、永久磁石の個数を増加させることによって、追加された永久磁石510c、511cによって生成されるほどの磁束をさらに増加させることができる。これにより、モータの性能を向上させることができる。
【0080】
図6は、図1の永久磁石を通過する磁化方向を説明するモータ側面図である。
【0081】
図1及び図6を参照すると、モータ100は、ステータ110、第1ローター120、及び第2ローター130を含む。以下で、q軸は、モジュールの間を通過する軸を意味し、d軸は、モジュールの内部を通過する軸を意味する。
【0082】
ステータ110は、第1スロット611、第2スロット612、第3スロット613、及び第4スロット614を含む。
【0083】
第1ローター120は、第1モジュール621、第2モジュール622、第3モジュール623、及び第4モジュール624を含む。第2ローター130は、第5モジュール631、第6モジュール632、第7モジュール633、及び第8モジュール634を含む。
【0084】
第1コア120の第1モジュール621の周辺の磁化方向を説明すれば、磁束は、第1モジュール120の外部で第1モジュール621の一対の永久磁石を通過して内部に移動した後、ステータ110の第1スロット611に移動することができる。ステータ110の第1スロット611を通じて移動した磁束は、第2コア130の第5モジュール631に移動することができる。第1コア120の第1モジュール621は、N極の役割を果たし、第2コア130の第5モジュール631は、S極の役割を果たせる。
【0085】
第2コア130の第5モジュール631の周辺の磁化方向を説明すれば、磁束は、ステータ110の第1スロット611から第5モジュール631の内部に移動し、内部で第5モジュール631の一対の永久磁石を通過して第6モジュール632に移動することができる。第6モジュール632に移動した磁束は、ステータ110の第2スロット612に移動することができる。第2コア130の第5モジュール631は、S極の役割を果たし、第2コア130の第6モジュール632は、N極の役割を果たせる。
【0086】
第2コア130の第6モジュール632の周辺の磁化方向を説明すれば、磁束は、第5モジュール631及び第7モジュール633から第6モジュール632の一対の永久磁石を通過して第6モジュール632の内部に移動することができる。第6モジュール632の内部に移動した磁束は、ステータ110の第2スロット612に移動することができる。第2コア130の第6モジュール632は、N極の役割を果たせる。
【0087】
第1コア120の第2モジュール622の周辺の磁化方向を説明すれば、磁束は、ステータ110の第2スロット612から第2モジュール622の内部に移動することができる。第2モジュール622の内部に移動した磁束は、第1モジュール621及び第3モジュール623に移動することができる。第2モジュール622は、S極の役割を果たし、第1モジュール621及び第3モジュール623は、N極の役割を果たせる。
【0088】
ステータ110、第1コア120及び第2コア130の磁化方向は、前述した通りである。
【0089】
図7は、d軸及びq軸の磁束の経路を説明する駆動モータの断面図の一部を示す図である。図1及び図7を参照すると、モータ100は、ステータ110、第1ローター120、及び第2ローター130を含む。以下で、q軸は、モジュールの間を通過する軸を意味し、d軸は、モジュールの内部を通過する軸を意味する。
【0090】
モータ100のトルクは、数式(1)によって計算されうる。
【0091】
【数1】
ここで、Pn:永久磁石双極数、f:永久磁石による鎖交磁束量、id:d軸電流、Ld:d軸インダクタンス、iq:q軸電流、Lq:q軸インダクタンスを意味する。
【0092】
ここで、f*iqターム(term)は、マグネチックトルクを意味し、(Ld−Lq)*id*iqタームは、磁気抵抗(reluctance)トルクを意味する。低速運転では、ほとんどq軸電流のみが使われるために、駆動モータのトルクは、マグネチックトルクの影響を多く受ける。一方、高速運転では、q軸電流を減少させ、負(−)のd軸電流を次第に増加させるために、駆動モータのトルクは、磁気抵抗トルクによりかなり影響を受ける。
【0093】
ここで、Lq>Ld、idは、負(−)の値であり、iqは、正(+)の値である。Lq値がLd値より大きいために、(Ld−Lq)値は、負(−)の値を有する。idが負(−)の値であり、iqが正(+)の値を有するので、磁気抵抗トルク値は、正の値を有する。
【0094】
図1及び図7を参照して、Lqと関連した磁束の経路を説明すれば、Lqと関連した磁束の経路は、ステータ100と第1ローター120との間に存在する空隙、ステータ100と第2ローター130との間に存在する空隙、第1ローター120の第1コア124、第2コア134、第3コア125、第4コア135、第5コア126、及び第6コア136の部分を通過することが分かる。すなわち、Lqの経路上には、非磁性物質または磁石のように磁束の流れを妨害するほどの要素で空隙のみが存在するために、大きなLq値が生成されうる。
【0095】
Ldと関連した磁束の経路を説明すれば、Ldと関連した磁束の経路は、ステータ100と第1ローター120との間に存在する空隙、ステータ100、ステータ100と第2ローター130との間に存在する空隙、第1ローター120の永久磁石及び第2ローター130の永久磁石を通過することが分かる。すなわち、Ldの経路上には、非磁性物質または磁石のように磁束の流れを妨害するほどの要素で空隙及び4つの永久磁石が存在するために、小さなLd値が生成されうる。4つの永久磁石が磁束の流れをかなり妨害しうる。
【0096】
前述したように、Lqの経路上には、非磁性物質または永久磁石のように磁束の流れを妨害するほどの要素で空隙のみが存在するために、大きなLq値が生成されうる。したがって、(Ld−Lq)値が大きくなり、磁気抵抗トルクも大きくなる。高速運転時にモータのトルクに大きな影響を及ぼす磁気抵抗トルクが大きいために、モータ100が高速運転時にも、高出力を保持することができる。
【0097】
また、ローター120、130のモジュールには、非磁性物質または空気である連結部122、132が含まれているために、永久磁石によって生成される磁束が、連結部122、132を通過して漏れ(leakage)ることを防止することができる。このように、磁束の漏れを防止することによって、モータ100の性能を向上させることができる。
【0098】
図8A及び図8Bは、本発明によるモータの性能を説明する図である。図8Aを参照すると、本発明によるモータは、RPMが大きくなっても、一般的なモータに比べて、急激にトルクが小さくならない。すなわち、本発明によるモータは、RPMが大きくなっても、大きなトルクを保持することができる。一方、一般的なモータは、RPMが大きくなるにつれて急激にトルクが小さくなる。
【0099】
このように、本発明によるモータは、高速運転時にも、大きなトルクを保持することができる。
【0100】
図8Bを参照すると、本発明によるモータは、RPMが大きくなっても、一般的な駆動モータに比べて、急激に出力が小さくならない。すなわち、本発明による駆動モータは、RPMが大きくなっても、大きな出力を保持することができる。一方、一般的な駆動モータは、RPMが大きくなるにつれて急激に出力が小さくなる。
【0101】
このように、本発明による駆動モータは、高速運転時にも、高出力を保持することができる。
【0102】
説明された実施形態は、多様な変形がなされるように、各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成することもできる。
【0103】
また、実施形態は、その説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに注意しなければならない。また、当業者ならば、本発明の技術思想の範囲で多様な実施形態が可能であるということを理解できるであろう。
【産業上の利用可能性】
【0104】
本発明は、モータ及びモータ用ローター関連の技術分野に適用可能である。
【技術分野】
【0001】
本発明は、高速運転時にも、出力を高く保持することができるモータ及びモータ用ローターに関する。
【背景技術】
【0002】
モータは、PMSM(Permanent magnet synchronous motor)、induction motor、SRM(Switched Reluctance Motor)などに区分されうる。PMSMは、永久磁石を使い、小型化が可能である。また、PMSMは、出力密度が高いだけではなくて、効率が高い。したがって、PMSMは、現在のハイブリッド自動車や電気自動車などに広く使われている。
【0003】
一般的に、PMSMに使われる永久磁石は、希土類物質を使って製作される。例えば、永久磁石は、残留磁気(residual magnetism)及び保磁力(coercive force)に優れたネオジム(NdFeB)磁石などであり得る。但し、希土類物質は、特定の国家に重点的に埋蔵されており、その埋蔵量も非常に少ない。これにより、希土類物質の価格が高いだけではなく、価格変動も激しい。
【0004】
したがって、希土類物質に対する依存性から抜け出すために、希土類物質を代替しうる物質を発掘するか、希土類物質を使わずとも、希土類物質を使った場合と同じ性能を発揮することができる駆動モータの関連技術が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、高速運転時にも、出力を高く保持することができるモータ及びモータ用ローターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面によるモータは、ステータの第1側面に形成される第1ローター、及び前記第1側面の反対側である前記ステータの第2側面に形成される第2ローターを含み、前記第1ローターは、離隔して形成される一対の第1永久磁石と、前記第1永久磁石の一端を互いに連結する第1連結部で構成された多数の第1モジュールとを含み、前記第2ローターは、離隔して形成される一対の第2永久磁石と、前記第2永久磁石の一端を互いに連結する第2連結部で構成された多数の第2モジュールを含む第2ローターとを含みうる。
【0007】
前記第1モジュールのそれぞれは、前記第1永久磁石の間に形成される第1コアをさらに含み、前記第2モジュールのそれぞれは、前記第2永久磁石の間に形成される第2コアをさらに含みうる。
【0008】
前記第1ローターは、一対の隣接した第1モジュールの間に形成される第3コアをさらに含み、前記第2ローターは、一対の隣接した第2モジュールの間に形成される第4コアをさらに含みうる。
【0009】
前記第1ローターは、前記第1モジュールの一側に形成される第5コアをさらに含み、前記第2ローターは、前記第2モジュールの一側に形成される第6コアをさらに含みうる。
【0010】
前記複数の第1モジュールは、偶数個の相互離隔して形成された前記第1モジュールであり、前記複数の第2モジュールは、偶数個の相互離隔して形成された前記第2モジュールであり得る。
【0011】
前記第1連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び前記外側部分の間に永久磁石で構成される中心部分を含み、前記第2連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び前記外側部分の間に永久磁石で構成される中心部分を含みうる。
【0012】
前記複数の第1連結部のそれぞれ及び前記複数の第2連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成させうる。
【0013】
複数の前記第1コアのそれぞれ及び複数の前記第2コアのそれぞれは、磁性物質で構成させうる。
【0014】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配され、前記第1モジュールは、複数の前記第2モジュールから周り方向にずれている。
【0015】
複数の前記第1モジュールのそれぞれは、前記第1ローターの円周方向に延び、複数の前記第2モジュールのそれぞれは、前記第2ローターの円周方向に延びることができる。
【0016】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配され、前記第1永久磁石は、前記第1ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延び、前記第2永久磁石は、前記第2ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延びることができる。
【0017】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配置される。
【0018】
他の側面によるモータのローターは、前記ローターの周り方向に複数のモジュールが配され、複数の前記モジュールのそれぞれは、相互離隔して形成される一対の永久磁石、及び前記永久磁石の末端を連結する連結部を含みうる。
【0019】
この際、複数のコアをさらに含み、複数の前記コアのそれぞれは、複数の前記モジュールの隣接した対の間に形成されうる。
【0020】
また、複数のコアをさらに含み、前記コアのそれぞれは、複数の前記モジュールの隣接した対の間に形成されうる。
【0021】
また、複数の前記モジュールの一側上に形成されるコアをさらに含みうる。また、複数の前記モジュールは、偶数個のモジュールを含みうる。また、前記連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び永久磁石からなる中心部分を含みうる。
【0022】
また、複数の前記モジュールのそれぞれは、前記ローターの円周方向に延びることができる。また、複数の前記モジュールは、前記ローターの周りに配され、前記永久磁石は、前記ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延びることができる。
【0023】
本発明の一実施形態によるモータは、ステータ(stator)の一側に離隔して形成され、離隔して形成される一対の第1永久磁石と、第1永久磁石の一端を互いに連結する第1連結部で構成された多数の第1モジュールを含む第1ローターと、ステータの他側に離隔して形成され、離隔して形成される一対の第2永久磁石と、第2永久磁石の一端を互いに連結する第2連結部で構成された多数の第2モジュールを含む第2ローターと、を含む。
モータは、第1永久磁石の間に形成される第1コア、及び第2永久磁石の間に形成される第2コアをさらに含む。
【0024】
モータは、相互離隔して形成される第1モジュールの間に形成される第3コアと、相互離隔して形成される第2モジュールの間に形成される第4コアと、をさらに含む。モータは、第1連結部の一側に形成される第5コア、及び第2連結部の一側に形成される第6コアをさらに含む。
【0025】
第1モジュール及び第2モジュールは、偶数個であり、第1モジュールは、相互離隔して形成され、第2モジュールも、相互離隔して形成されうる。
【0026】
第1連結部及び第2連結部のうちの中心部分は、永久磁石で構成され、その他の部分は、非磁性物質または空気で構成することができる。第1連結部及び第2連結部は、非磁性物質または空気で構成することができる。
【0027】
コアは、磁性物質で構成することができる。
【0028】
第1モジュール及び第2モジュールは、ローターの回転軸を基準にずれるように配置される。第1モジュール及び第2モジュールは、回転軸方向に垂直である半径方向に延設される。
【0029】
前記永久磁石は、前記第1ローターの中心と前記ローターの外周とを連結した線と平行ではないように形成され、前記永久磁石は、前記線を基準に同じ方向に形成されうる。
【0030】
本発明の一実施形態によるモータのローターは、離隔して形成される一対の永久磁石と、永久磁石の一端を互いに連結する連結部で構成された多数のモジュールとを含むが、モジュールは、ローターの回転軸方向に形成されうる。
【0031】
モータのローターは、一対の永久磁石の間に形成されるコアをさらに含みうる。モータのローターは、相互離隔して形成されるモジュールの間に形成されるコアをさらに含みうる。モータのローターは、連結部の一側に形成されるコアをさらに含みうる。
【0032】
モジュールは偶数個であり、偶数個のモジュールは、相互離隔して形成されうる。
【0033】
連結部のうちの中心部分は、永久磁石で構成され、その他の部分は、非磁性物質または空気で構成することができる。モジュールは、回転軸方向に垂直である半径方向に延設される。
【0034】
前記永久磁石は、前記第1ローターの中心と前記ローターの外周とを連結した線と平行ではないように形成され、前記永久磁石は、前記線を基準に同じ方向に形成されうる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の一実施形態と関連したモータの斜視図である。
【図2A】図1のモータを分離した図である。
【図2B】図1のモータを分離した図である。
【図3A】本発明の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【図3B】本発明の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【図4A】本発明のさらに他の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【図4B】本発明のさらに他の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【図5A】本発明の一実施形態と関連したモジュールの形態を説明する図である。
【図5B】本発明の一実施形態と関連したモジュールの形態を説明する図である。
【図5C】本発明の一実施形態と関連したモジュールの形態を説明する図である。
【図6】図1の永久磁石を通過する磁化方向を説明するモータ側面図である。
【図7】d軸及びq軸の磁束の経路を説明する駆動モータの断面図の一部を示す図である。
【図8A】本発明によるモータの性能を説明する図である。
【図8B】本発明によるモータの性能を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
以下、添付した図面を参照して、発明を実施するための具体的な内容について詳細に説明する。
【0037】
図1は、本発明の一実施形態と関連したモータの斜視図である。図1を参照すると、モータ100は、ステータ110、第1ローター120、及び第2ローター130を含む。モータ100は、軸方向空隙(air gap)モータであり得る。
【0038】
ステータ110は、少なくとも1つのスロット(slot)111、及びスロット111に巻かれうるコイル112を含みうる。スロット111は、モータ100の周りに放射状に配置される。スロット111のうちの一部は、モータに含まれた構成要素を収容するハウジング(housing)などに結合されて固定されうる。したがって、シャフトと結合されたローター120、130が軸と共に回転する場合にも、ステータ110は、ハウジングなどにのみ結合されているために、回転しないこともある。
【0039】
第1ローター120は、ステータ110の一側に離隔して形成されうる。第1ローター120は、多数の第1モジュール123を含みうる。第1モジュール123は、離隔して形成される一対の第1永久磁石121と、第1永久磁石121の一端を互いに連結する第1連結部122とを含みうる。第1モジュール123は、回転軸140の周りに形成されうる。回転軸140の方向は、図1に示したように、ローター120、130が回転する軸に対応する方向を意味する。図1を基準に説明すれば、第1モジュール123は、回転軸140の方向である縦方向に形成されうる。
【0040】
第2ローター130は、ステータ110の他側に離隔して形成されうる。すなわち、第1ローター120及び第2ローター130は、ステータ110の両側に離隔して形成されうる。第2ローター130は、多数の第2モジュール133を含みうる。第2モジュール133は、離隔して形成される一対の第2永久磁石131と、第2永久磁石131の一端を互いに連結する第2連結部132とを含みうる。第2モジュール133は、回転軸140の周りに形成されうる。
【0041】
一対の第1永久磁石121は、平行に位置するか、“V”字状に位置するなどのように多様に形成されうる。一対の第2永久磁石131も、平行に位置するか、“V”字状に位置するなどのように多様に形成されうる。
【0042】
第1連結部122は、第1永久磁石121の一端を互いに連結することができる。例えば、第1連結部122は、第1永久磁石121のうちのステータ110で最も遠い側に位置する部分を互いに連結することができる。第1連結部122及び第2連結部132は、非磁性物質または空気で構成することができる。空気である場合、連結部122、132は、何も含まれていない空き空間であり得る。この場合、第1永久磁石121及び第2永久磁石131は、他の要素によって連結されうる。
【0043】
第1ローター120は、第1永久磁石121の間に形成される第1コア124をさらに含みうる。第2ローター130は、第2永久磁石131の間に形成される第2コア134をさらに含みうる。第1ローター120は、第1モジュール123の間に形成される第3コア125をさらに含みうる。第2ローター130は、第2モジュール133の間に形成される第4コア135をさらに含みうる。
【0044】
第1ローター120は、第1連結部122の一側に形成される第5コア126をさらに含みうる。例えば、第5コア126は、板状(plate−shaped)に第1コア124の対向側の第1モジュール上に形成されうる。
【0045】
第2ローター130は、第2連結部132の一側に形成される第6コア136をさらに含みうる。例えば、第6コア136は、板状に第2コア134の対向側の第1モジュール上に形成されうる。
【0046】
図1及び図2Aに示すように、第3コア125及び第5コア126は、単一結合体であり、第4コア135及び第6コア136も、単一結合体であり得る。
【0047】
第1ローター120は、シャフト(図示せず)と結合される第1ホール127を含みうる。第2ローター130は、シャフト(図示せず)と結合される第2ホール137を含みうる。
【0048】
第1コア124、第2コア134、第3コア125、第4コア135、第5コア126、及び第6コア136は、ソフト磁性物質であり得る。
【0049】
第2モジュール133の部分を拡大した図面150を参照すると、第2永久磁石131の周辺の磁化方向は、外部で第2永久磁石131を通過して第2モジュールの内部に移動する方向160であるか、内部で第2永久磁石131を通過して第2モジュールの外部に移動する方向161であり得る。第1モジュール123の磁化方向も、第2モジュール133と同一であり得る。永久磁石は、ハード(hard)磁性材料であり得る。
【0050】
第1モジュール123及び第2モジュール133は、偶数個であり得る。偶数個のモジュールのうちの1つのモジュールは、N極を形成し、隣接したモジュールは、S極を形成しうる。また、偶数個存在するモジュールは、一定間隔で離隔して位置しうる。
【0051】
モジュールを離隔させて形成することによって、モジュールの間に存在するコア125、126、135、136を通じて磁束が円滑に流れることができる。したがって、モジュールの間を通過するq軸のインダクタンスが増加し、連結部によって磁束の漏れが防止されることによって、モータが高速運転時にも、高出力を保持することができる。
【0052】
図2A及び図2Bは、図1のモータを分離した図である。図2Aは、モータのうちのローターのみを示す図である。
【0053】
図1及び図2Aを参照すると、第1ローター120は、多数の第1モジュール123を含みうる。第1モジュール123は、離隔して形成される一対の第1永久磁石121と、第1永久磁石121の一端を互いに連結する第1連結部122とを含みうる。第1モジュール123は、第1ローター120の回転軸200の周りに形成されうる。
【0054】
第2ローター130は、多数の第2モジュール133を含みうる。第2モジュール133は、離隔して形成される一対の第2永久磁石131と、第2永久磁石131の一端を互いに連結する第2連結部132とを含みうる。第2モジュール133は、第2ローター130の回転軸200の周りに形成されうる。
【0055】
第1モジュール123は、回転軸140の方向に垂直である半径方向210に延びて、楔状に形成されうる。例えば、第1モジュール123は、第1ローター120の外周面から内周面まで延びることができる(220)。また他の例を挙げれば、第1モジュール123は、第1ローター120の外周面から内周面のうちの一部に部分的にのみ延びることもある。
【0056】
第2モジュール133も、第1モジュール123と同様に回転軸方向200に垂直である半径方向210に延びて、楔状に形成されうる。
【0057】
図2Bは、モータのうちのステータのみを示す図である。図1及び図2Bを参照すると、ステータ110は、少なくとも1つのスロット111、及びスロット111に巻かれうるコイル112を含みうる。
【0058】
スロット111は、ステータ110の周りに配置される。スロット111は、モータ100に含まれた構成要素を収容するハウジング230に固定されうる。例えば、スロット111のうちの一部240が、ハウジング230に固定されうる。スロット111は、ハウジングなどに多様な形態で固定されうる。シャフトと結合されたローター120、130が軸と共に回転する場合にも、ステータ110は、ハウジング230に固定されているので、回転しない。
【0059】
図3A及び図3Bは、本発明の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【0060】
図3Aを参照すると、モータ300は、ステータ110、第1ローター120、及び第2ローター130を含みうる。
【0061】
第1ローター120に含まれた第1モジュール123及び第2ローター120に含まれた第2モジュール133は、回転軸140を基準にずれるように配置される。言い換えれば、第1モジュール123及び第2モジュール133は、回転軸140上に一直線に配されずに平行に配置される。このように、モジュール123、133がずれるように配されることによって、第1ローター120及び第2ローター130で生成されるトルク(torque)のサイズと位相とが経時的に変わる。
【0062】
図3Bには、第1ローター120で生成されるトルクのサイズ及び第2ローター130で生成されるトルクのサイズを経時的に示した。また、第1ローター120及び第2ローター130で生成されたトルクを合算した値(total value)を示した。このように、第1ローター120及び第2ローター130で生成されるトルクのサイズは、経時的に異なるために、第1ローター120及び第2ローター130で生成されたトルクを合算した値は、リップル(ripple)が小さくなるということが分かる。本実施形態によれば、モータで生成されるトルクリップルを減らすことができる。
【0063】
図4A及び図4Bは、本発明のさらに他の一実施形態によるトルクリップルを減らすための構造を説明する図である。
【0064】
図4Aは、本実施形態によるローター400の斜視図であり、図4Bは、ローター400の平面図である。図4A及び図4Bを参照すると、ローター400は、一対の永久磁石410、411を含んでいる。
【0065】
第1線420及び第2線421は、ローター400の中心とローター400の外周とに存在する2つの点412をそれぞれ連結した線である。
【0066】
第1永久磁石410は、第1線420と平行ではないように形成されうる。言い換えれば、第1永久磁石410は、第1線420と平行ではない所定の角度を成しながら形成されうる。
【0067】
第2永久磁石411は、第2線421と平行ではないように形成されうる。言い換えれば、第2永久磁石411は、第2線421と平行ではない所定の角度を成しながら形成されうる。
【0068】
一対の永久磁石410、411は、図4Bに示したように、互いに平行であり、ローター400の半径と所定の角度を成すようにそれぞれ形成されうる。ローター400には、一対の永久磁石410、411と同様に配される多数の永久磁石対が反復的に形成されうる。
【0069】
このように、永久磁石410、411が、第1線及び第2線420、421を基準にローター400の半径方向と所定の角度を成すように形成されるために、モータで生成されるトルクリップルを減らすことができる。
【0070】
図5A、図5B及び図5Cは、本発明の一実施形態と関連したモジュールの形態を説明する図である。
【0071】
図5Aを参照すると、ローター500aは、一対の第1永久磁石510a及び第1連結部520aで構成される多数のモジュールを含みうる。第1連結部520aは、一対の第1永久磁石510aの一端を互いに連結することができる。この際、磁化方向は、第1永久磁石510aの外部から第1永久磁石510aを通過して、モジュールの内部に移動する方向530aであるか、その反対であり得る。
【0072】
図5Bを参照すると、ローター500bは、一対の第1永久磁石510b及び第1連結部511b、512bで構成される多数のモジュールを含む。
【0073】
第1連結部511b、512bは、一対の第1永久磁石510bの端部を互いに連結することができる。第1連結部511b、512bの中心部分511bは、永久磁石であり、周辺部分512bは、非磁性物質または空気であり得る。この際、磁化方向は、モジュールの外部から永久磁石510b、511bを通過して、モジュールの内部に移動する方向530bであるか、その反対であり得る。
【0074】
図5Aの永久磁石に比べて、永久磁石511bがさらに含まれるために、永久磁石510b、511bによって生成される磁束をさらに増加させることができる。これにより、モータの性能が向上する。
【0075】
図5Cを参照すると、ローター500cは、一対の第1永久磁石510c、第1連結部520c、一対の第2永久磁石511c、及び第2連結部521cを含む。
【0076】
第1連結部520cは、一対の第1永久磁石510cの一端を互いに連結することができる。本実施形態による第1連結部520cは、中心部分が永久磁石である連結部(‘図5Bの511b’)でもあり得る。
【0077】
一対の第2永久磁石511cは、一対の第1永久磁石510cと離隔して配置することができる。
【0078】
第2連結部521cは、一対の第2永久磁石511cの一端を互いに連結することができる。この際、磁化方向は、外部から永久磁石510c、511cを通過して、内部に移動する方向530cであるか、その反対であり得る。
【0079】
図5Aの永久磁石に比べて、永久磁石の個数を増加させることによって、追加された永久磁石510c、511cによって生成されるほどの磁束をさらに増加させることができる。これにより、モータの性能を向上させることができる。
【0080】
図6は、図1の永久磁石を通過する磁化方向を説明するモータ側面図である。
【0081】
図1及び図6を参照すると、モータ100は、ステータ110、第1ローター120、及び第2ローター130を含む。以下で、q軸は、モジュールの間を通過する軸を意味し、d軸は、モジュールの内部を通過する軸を意味する。
【0082】
ステータ110は、第1スロット611、第2スロット612、第3スロット613、及び第4スロット614を含む。
【0083】
第1ローター120は、第1モジュール621、第2モジュール622、第3モジュール623、及び第4モジュール624を含む。第2ローター130は、第5モジュール631、第6モジュール632、第7モジュール633、及び第8モジュール634を含む。
【0084】
第1コア120の第1モジュール621の周辺の磁化方向を説明すれば、磁束は、第1モジュール120の外部で第1モジュール621の一対の永久磁石を通過して内部に移動した後、ステータ110の第1スロット611に移動することができる。ステータ110の第1スロット611を通じて移動した磁束は、第2コア130の第5モジュール631に移動することができる。第1コア120の第1モジュール621は、N極の役割を果たし、第2コア130の第5モジュール631は、S極の役割を果たせる。
【0085】
第2コア130の第5モジュール631の周辺の磁化方向を説明すれば、磁束は、ステータ110の第1スロット611から第5モジュール631の内部に移動し、内部で第5モジュール631の一対の永久磁石を通過して第6モジュール632に移動することができる。第6モジュール632に移動した磁束は、ステータ110の第2スロット612に移動することができる。第2コア130の第5モジュール631は、S極の役割を果たし、第2コア130の第6モジュール632は、N極の役割を果たせる。
【0086】
第2コア130の第6モジュール632の周辺の磁化方向を説明すれば、磁束は、第5モジュール631及び第7モジュール633から第6モジュール632の一対の永久磁石を通過して第6モジュール632の内部に移動することができる。第6モジュール632の内部に移動した磁束は、ステータ110の第2スロット612に移動することができる。第2コア130の第6モジュール632は、N極の役割を果たせる。
【0087】
第1コア120の第2モジュール622の周辺の磁化方向を説明すれば、磁束は、ステータ110の第2スロット612から第2モジュール622の内部に移動することができる。第2モジュール622の内部に移動した磁束は、第1モジュール621及び第3モジュール623に移動することができる。第2モジュール622は、S極の役割を果たし、第1モジュール621及び第3モジュール623は、N極の役割を果たせる。
【0088】
ステータ110、第1コア120及び第2コア130の磁化方向は、前述した通りである。
【0089】
図7は、d軸及びq軸の磁束の経路を説明する駆動モータの断面図の一部を示す図である。図1及び図7を参照すると、モータ100は、ステータ110、第1ローター120、及び第2ローター130を含む。以下で、q軸は、モジュールの間を通過する軸を意味し、d軸は、モジュールの内部を通過する軸を意味する。
【0090】
モータ100のトルクは、数式(1)によって計算されうる。
【0091】
【数1】
ここで、Pn:永久磁石双極数、f:永久磁石による鎖交磁束量、id:d軸電流、Ld:d軸インダクタンス、iq:q軸電流、Lq:q軸インダクタンスを意味する。
【0092】
ここで、f*iqターム(term)は、マグネチックトルクを意味し、(Ld−Lq)*id*iqタームは、磁気抵抗(reluctance)トルクを意味する。低速運転では、ほとんどq軸電流のみが使われるために、駆動モータのトルクは、マグネチックトルクの影響を多く受ける。一方、高速運転では、q軸電流を減少させ、負(−)のd軸電流を次第に増加させるために、駆動モータのトルクは、磁気抵抗トルクによりかなり影響を受ける。
【0093】
ここで、Lq>Ld、idは、負(−)の値であり、iqは、正(+)の値である。Lq値がLd値より大きいために、(Ld−Lq)値は、負(−)の値を有する。idが負(−)の値であり、iqが正(+)の値を有するので、磁気抵抗トルク値は、正の値を有する。
【0094】
図1及び図7を参照して、Lqと関連した磁束の経路を説明すれば、Lqと関連した磁束の経路は、ステータ100と第1ローター120との間に存在する空隙、ステータ100と第2ローター130との間に存在する空隙、第1ローター120の第1コア124、第2コア134、第3コア125、第4コア135、第5コア126、及び第6コア136の部分を通過することが分かる。すなわち、Lqの経路上には、非磁性物質または磁石のように磁束の流れを妨害するほどの要素で空隙のみが存在するために、大きなLq値が生成されうる。
【0095】
Ldと関連した磁束の経路を説明すれば、Ldと関連した磁束の経路は、ステータ100と第1ローター120との間に存在する空隙、ステータ100、ステータ100と第2ローター130との間に存在する空隙、第1ローター120の永久磁石及び第2ローター130の永久磁石を通過することが分かる。すなわち、Ldの経路上には、非磁性物質または磁石のように磁束の流れを妨害するほどの要素で空隙及び4つの永久磁石が存在するために、小さなLd値が生成されうる。4つの永久磁石が磁束の流れをかなり妨害しうる。
【0096】
前述したように、Lqの経路上には、非磁性物質または永久磁石のように磁束の流れを妨害するほどの要素で空隙のみが存在するために、大きなLq値が生成されうる。したがって、(Ld−Lq)値が大きくなり、磁気抵抗トルクも大きくなる。高速運転時にモータのトルクに大きな影響を及ぼす磁気抵抗トルクが大きいために、モータ100が高速運転時にも、高出力を保持することができる。
【0097】
また、ローター120、130のモジュールには、非磁性物質または空気である連結部122、132が含まれているために、永久磁石によって生成される磁束が、連結部122、132を通過して漏れ(leakage)ることを防止することができる。このように、磁束の漏れを防止することによって、モータ100の性能を向上させることができる。
【0098】
図8A及び図8Bは、本発明によるモータの性能を説明する図である。図8Aを参照すると、本発明によるモータは、RPMが大きくなっても、一般的なモータに比べて、急激にトルクが小さくならない。すなわち、本発明によるモータは、RPMが大きくなっても、大きなトルクを保持することができる。一方、一般的なモータは、RPMが大きくなるにつれて急激にトルクが小さくなる。
【0099】
このように、本発明によるモータは、高速運転時にも、大きなトルクを保持することができる。
【0100】
図8Bを参照すると、本発明によるモータは、RPMが大きくなっても、一般的な駆動モータに比べて、急激に出力が小さくならない。すなわち、本発明による駆動モータは、RPMが大きくなっても、大きな出力を保持することができる。一方、一般的な駆動モータは、RPMが大きくなるにつれて急激に出力が小さくなる。
【0101】
このように、本発明による駆動モータは、高速運転時にも、高出力を保持することができる。
【0102】
説明された実施形態は、多様な変形がなされるように、各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成することもできる。
【0103】
また、実施形態は、その説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに注意しなければならない。また、当業者ならば、本発明の技術思想の範囲で多様な実施形態が可能であるということを理解できるであろう。
【産業上の利用可能性】
【0104】
本発明は、モータ及びモータ用ローター関連の技術分野に適用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステータの第1側面に形成される第1ローター、及び前記第1側面の反対側である前記ステータの第2側面に形成される第2ローターを含むモータであって、
前記第1ローターは、離隔して形成される一対の第1永久磁石と、前記第1永久磁石の一端を互いに連結する第1連結部で構成された多数の第1モジュールとを含み、
前記第2ローターは、離隔して形成される一対の第2永久磁石と、前記第2永久磁石の一端を互いに連結する第2連結部で構成された多数の第2モジュールを含む第2ローターとを含むモータ。
【請求項2】
前記第1モジュールのそれぞれは、前記第1永久磁石の間に形成される第1コアをさらに含み、
前記第2モジュールのそれぞれは、前記第2永久磁石の間に形成される第2コアをさらに含む請求項1に記載のモータ。
【請求項3】
前記第1ローターは、一対の隣接した第1モジュールの間に形成される第3コアをさらに含み、
前記第2ローターは、一対の隣接した第2モジュールの間に形成される第4コアをさらに含む請求項1に記載のモータ。
【請求項4】
前記第1ローターは、前記第1モジュールの一側に形成される第5コアをさらに含み、
前記第2ローターは、前記第2モジュールの一側に形成される第6コアをさらに含む請求項3に記載のモータ。
【請求項5】
前記複数の第1モジュールは、偶数個の相互離隔して形成された前記第1モジュールであり、前記複数の第2モジュールは、偶数個の相互離隔して形成された前記第2モジュールである請求項1に記載のモータ。
【請求項6】
前記第1連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び前記外側部分の間に永久磁石で構成される中心部分を含み、
前記第2連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び前記外側部分の間に永久磁石で構成される中心部分を含む請求項1に記載のモータ。
【請求項7】
前記複数の第1連結部のそれぞれ及び前記複数の第2連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される請求項1に記載のモータ。
【請求項8】
複数の前記第1コアのそれぞれ及び複数の前記第2コアのそれぞれは、磁性物質で構成される請求項2に記載のモータ。
【請求項9】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配され、前記第1モジュールは、複数の前記第2モジュールから周り方向にずれている請求項1に記載のモータ。
【請求項10】
複数の前記第1モジュールのそれぞれは、前記第1ローターの円周方向に延び、複数の前記第2モジュールのそれぞれは、前記第2ローターの円周方向に延びる請求項1に記載のモータ。
【請求項11】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配され、
前記第1永久磁石は、前記第1ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延び、前記第2永久磁石は、前記第2ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延びる請求項1に記載のモータ。
【請求項12】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配される請求項1に記載のモータ。
【請求項13】
モータのローターであって、
前記ローターの周り方向に複数のモジュールが配され、複数の前記モジュールのそれぞれは、相互離隔して形成される一対の永久磁石、及び前記永久磁石の末端を連結する連結部を含むモータのローター。
【請求項14】
複数のコアをさらに含み、複数の前記コアのそれぞれは、複数の前記モジュールの隣接した対の間に形成される請求項13に記載のモータのローター。
【請求項15】
複数のコアをさらに含み、前記コアのそれぞれは、複数の前記モジュールの隣接した対の間に形成される請求項13に記載のモータのローター。
【請求項16】
複数の前記モジュールの一側上に形成されるコアをさらに含む請求項13に記載のモータのローター。
【請求項17】
複数の前記モジュールは、偶数個のモジュールを含む請求項13に記載のモータのローター。
【請求項18】
前記連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び永久磁石からなる中心部分を含む請求項13に記載のモータのローター。
【請求項19】
複数の前記モジュールのそれぞれは、前記ローターの円周方向に延びる請求項13に記載のモータのローター。
【請求項20】
複数の前記モジュールは、前記ローターの周りに配され、前記永久磁石は、前記ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延びる請求項19に記載のモータのローター。
【請求項1】
ステータの第1側面に形成される第1ローター、及び前記第1側面の反対側である前記ステータの第2側面に形成される第2ローターを含むモータであって、
前記第1ローターは、離隔して形成される一対の第1永久磁石と、前記第1永久磁石の一端を互いに連結する第1連結部で構成された多数の第1モジュールとを含み、
前記第2ローターは、離隔して形成される一対の第2永久磁石と、前記第2永久磁石の一端を互いに連結する第2連結部で構成された多数の第2モジュールを含む第2ローターとを含むモータ。
【請求項2】
前記第1モジュールのそれぞれは、前記第1永久磁石の間に形成される第1コアをさらに含み、
前記第2モジュールのそれぞれは、前記第2永久磁石の間に形成される第2コアをさらに含む請求項1に記載のモータ。
【請求項3】
前記第1ローターは、一対の隣接した第1モジュールの間に形成される第3コアをさらに含み、
前記第2ローターは、一対の隣接した第2モジュールの間に形成される第4コアをさらに含む請求項1に記載のモータ。
【請求項4】
前記第1ローターは、前記第1モジュールの一側に形成される第5コアをさらに含み、
前記第2ローターは、前記第2モジュールの一側に形成される第6コアをさらに含む請求項3に記載のモータ。
【請求項5】
前記複数の第1モジュールは、偶数個の相互離隔して形成された前記第1モジュールであり、前記複数の第2モジュールは、偶数個の相互離隔して形成された前記第2モジュールである請求項1に記載のモータ。
【請求項6】
前記第1連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び前記外側部分の間に永久磁石で構成される中心部分を含み、
前記第2連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び前記外側部分の間に永久磁石で構成される中心部分を含む請求項1に記載のモータ。
【請求項7】
前記複数の第1連結部のそれぞれ及び前記複数の第2連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される請求項1に記載のモータ。
【請求項8】
複数の前記第1コアのそれぞれ及び複数の前記第2コアのそれぞれは、磁性物質で構成される請求項2に記載のモータ。
【請求項9】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配され、前記第1モジュールは、複数の前記第2モジュールから周り方向にずれている請求項1に記載のモータ。
【請求項10】
複数の前記第1モジュールのそれぞれは、前記第1ローターの円周方向に延び、複数の前記第2モジュールのそれぞれは、前記第2ローターの円周方向に延びる請求項1に記載のモータ。
【請求項11】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配され、
前記第1永久磁石は、前記第1ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延び、前記第2永久磁石は、前記第2ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延びる請求項1に記載のモータ。
【請求項12】
複数の前記第1モジュールは、前記第1ローターの周りに配され、複数の前記第2モジュールは、前記第2ローターの周りに配される請求項1に記載のモータ。
【請求項13】
モータのローターであって、
前記ローターの周り方向に複数のモジュールが配され、複数の前記モジュールのそれぞれは、相互離隔して形成される一対の永久磁石、及び前記永久磁石の末端を連結する連結部を含むモータのローター。
【請求項14】
複数のコアをさらに含み、複数の前記コアのそれぞれは、複数の前記モジュールの隣接した対の間に形成される請求項13に記載のモータのローター。
【請求項15】
複数のコアをさらに含み、前記コアのそれぞれは、複数の前記モジュールの隣接した対の間に形成される請求項13に記載のモータのローター。
【請求項16】
複数の前記モジュールの一側上に形成されるコアをさらに含む請求項13に記載のモータのローター。
【請求項17】
複数の前記モジュールは、偶数個のモジュールを含む請求項13に記載のモータのローター。
【請求項18】
前記連結部のそれぞれは、非磁性物質または空気で構成される外側部分、及び永久磁石からなる中心部分を含む請求項13に記載のモータのローター。
【請求項19】
複数の前記モジュールのそれぞれは、前記ローターの円周方向に延びる請求項13に記載のモータのローター。
【請求項20】
複数の前記モジュールは、前記ローターの周りに配され、前記永久磁石は、前記ローターの半径に対して0ではない所定の角度で延びる請求項19に記載のモータのローター。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【公開番号】特開2013−85462(P2013−85462A)
【公開日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−224440(P2012−224440)
【出願日】平成24年10月9日(2012.10.9)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung−ro,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do,Republic of Korea
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年10月9日(2012.10.9)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung−ro,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do,Republic of Korea
【Fターム(参考)】
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