KR100452380B1

KR100452380B1 - 동기 릴럭턴스 모터

Info

Publication number: KR100452380B1
Application number: KR10-2002-0061857A
Authority: KR
Inventors: 이경훈; 정달호; 오재윤; 원준희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-10-12
Also published as: KR20040032646A

Abstract

본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터는 슬롯에 브리지가 최소의 폭을 갖도록 형성됨으로써 회전자에 회전축을 열박음할 때, 슬롯의 변형 및 회전자의 리브부위의 응력 집중을 최소화할 수 있기 때문에 상기 브리지로 인한 돌극비 감소율이 모터의 효율이 크게 영향을 미치지 않도록 함과 더불어 열변형을 방지할 수 있다.

Description

동기 릴럭턴스 모터{Synchronizer Reluctance Motor}

본 발명은 동기 릴럭턴스 모터에 관한 것으로서, 특히 회전축의 열박음시 열변형을 방지토록 회전자의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 슬롯에 브리지가 구비된 동기 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 동기 릴럭턴스 모터는 고정자(2)와, 상기 고정자(2)의 내부에 회전 가능하게 위치되어 상기 고정자(2)에 전원이 인가되면 상기 고정자(2)와 상호 작용되어 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 자기저항이 최소가 되는 방향으로 동기 회전되는 회전자(4)를 포함하여 이루어진다.

상기 고정자(2)는 중앙에 상기 회전자(4)가 회전 가능하게 위치될 수 있도록 회전자 삽입홀(h)이 형성된 얇은 강판이 축방향으로 복수개가 적층되어 이루어진 철심(2a)과, 상기 철심(2a)의 내주면에서 원주방향으로 일정 간격을 유지하면서 상기 회전자(4)를 향해 돌출 형성된 복수개의 돌극(2b)과, 상기 돌극(2b)에 각각 권선되어 전원이 인가되면 전류가 흐르는 계자 코일(2c)로 이루어진다.

상기 회전자(4)는 얇은 강판이 축방향으로 복수개가 적층되어 이루어진 철심(4a)과, 상기 철심(4a)에 원주방향 및 반경방향으로 복수개가 형성되어 자속의 흐름을 방해하는 자속장벽인 슬롯(4b)으로 이루어진다.

상기에서, 회전자(4)의 철심(4a)은 상기 고정자(2)에 전원이 인가되어 회전 자기장이 형성되면 이 회전 자기장에 의해 유도 전류가 발생되어 자성을 갖게 되는데, 원주방향으로 상기 슬롯(4b)이 형성된 부위(화살표 q방향)은 상기 슬롯(4b)으로 인해 자속의 흐름이 방해되기 때문에 상대적으로 상기 슬롯(4b)이 형성되지 않은 부위(화살표 d방향)보다 자기저항이 크다.

따라서, 상기 회전자(4)의 철심(4a)에서 원주방향으로 상기 슬롯(4b)이 형성되지 않은 부위는 상기 고정자(2)의 돌극(2b)과 동일한 기능을 갖으며, 상기 회전자(4)는 상기 고정자(2)에 전원이 인가되면 원주방향으로 상기 슬롯(4b)이 형성된 부위(화살표 q)와 상기 슬롯(4b)이 형성되지 않은 부위(화살표 d)의 자기저항의 차이에 의해 회전된다.

여기서, 상기 회전자(4)의 자기저항의 차이를 돌극비라 하며, 동기 릴럭턴스 모터는 돌극비가 클수록 적은 전류로 큰 릴럭턴스 토크를 얻을 수 있기 때문에 효율이 좋아진다.

한편, 상기 회전자(4)의 철심(4a) 중앙에는 상온에서 그 직경이 회전축(6)과 같거나 작은 회전축 끼움홀(4c)이 형성되고, 상기 회전축(6)이 상기 회전자(4)와 일체로 회전되도록 상기 회전축 끼움홀(4c)에 열박음된다.

즉, 상기 회전축 끼움홀(4c)의 직경이 상기 회전축(6)보다 커지도록 상기 회전자(4)의 철심(4a)을 고온에서 팽창시키고, 상기 팽창된 회전축 끼움홀(4c)에 회전축(6)을 끼워 넣은 다음, 상기 회전축(6)이 끼워진 회전자(4)의 철심(4a)을 상온에서 자연 수축시키면 상기 회전축(6)이 상기 회전축 끼움홀(4c)에 압입된다.

그러나, 종래 기술은 상기 회전축(6)이 열박음되는 과정에서, 상기 회전자(4)의 철심(4a)이 고온에서 팽창될 때 상기 슬롯(4b)과 회전자(4)의 철심(4a)의 외측단 사이에 위치된 리브(4d)의 면적이 좁기 때문에 상기 리브(4d)에 다른 부위보다 더 큰 응력이 작용되어 소성 변형되고, 상기 회전자(4)의 철심(4a)이 자연 수축될 때 상기 슬롯(4b)의 내측단(I)과 외측단(O)이 반경방향으로 상호 연결되어 있지 않기 때문에 상기 슬롯(4b)의 외측단(O)에 반경방향으로 수축력이 작용하지 않는다.

따라서, 종래 기술은 상기 회전자(4)의 철심(4a)에서 상기 회전축(6)이 열박음된 후 상기 슬롯이 형성된 부위(화살표 q)가 외측으로 변형되어 상기 고정자(2)의 삽입홀(h)에 삽입되지 못하거나, 상기 고정자(2)의 돌극(2b)과 간섭되어 모터의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술은 상기 슬롯(4b)의 변형으로 인해 원주방향으로 상기 슬롯이 형성된 부위(화살표 q)의 자기저항이 균일하지 않기 때문에 상기 회전자(4)가 일정 속도로 회전되지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 회전자에 회전축이 열박음된 후 상기 회전자의 외형 및 슬롯의 변형률을 최소화함과 아울러 돌극비에 영향을 미치지 않는 동기 릴럭턴스 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 요부 구성이 도시된 평면도,

도 2는 종래 기술에 있어서, 회전축이 열박음된 후 회전자의 열변형 상태가 도시된 평면도,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 요부 구성이 도시된 평면도,

도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예 2 내지 실시예 8에 따른 회전자의 일부가 도시된 평면도,

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 고정자 12 : 회전축

14 : 브리지 20 : 회전자

22a,22b : 슬롯

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터는 고정자와; 상기 고정자에 전원이 인가되면 릴럭턴스 토크에 의해 회전될 수 있도록 원주방향 및 반경방향으로 복수개의 슬롯이 형성되고, 중앙에 회전축이 열박음된 회전자와; 상기 회전축의 열박음시 열변형을 방지토록, 상기 회전자의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 슬롯의 반경방향 내,외 둘레를 연결하는 브리지를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터는 외부 전원과 연결된 고정자(10)와, 상기 고정자(10)에 전원이 인가되면 릴럭턴스 토크에 의해 회전될 수 있도록 원주방향 및 반경방향으로 복수개의 슬롯(22a,22b)이 형성되고, 중앙에 회전축(12)이 열박음되는 축 홀(20a)이 형성된 회전자(20)와, 상기 회전축(12)의 열박음시 열변형을 방지토록 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 슬롯(22a)의 반경방향 내,외 둘레(I,O)을 연결하는 브리지(14)를 포함하여 구성된다.

상기에서, 고정자(10)는 내부에 상기 회전자(20)가 회전 가능하게 위치되는 링 형상의 철심(10a)과, 상기 철심(10a)의 내주면에서 상기 회전자(20)를 향해 돌출되고 원주방향으로 상호 이격된 4개의 돌극(10b)과, 상기 4개의 돌극(10b)에 각각 권선되고 외부 전원과 연결된 계자 코일(10c)로 이루어져, 상기 계자 코일(10c)에 전류가 흐르면 자화되어 회전 자기장이 형성된다.

상기 슬롯(22a,22b)은 상기 회전자(20)의 축방향으로 관통됨과 아울러 상기 회전자(20)의 중심을 향해 만곡된 아크형으로 형성되어 내부에 공기가 채워지고, 상기 회전자(20)의 중심에 대하여 반경방향으로 상호 이격된 3개가 하나의 군을 형성하여 원주방향으로 상호 이격된 4개의 군으로 이루어진다.

여기서, 상기 회전자(20)는 원주방향으로 상기 슬롯(22a,22b)의 군 사이의 부위가 상기 고정자(10)의 돌극(10b)과 같은 역할을 수행하는 돌극(20b)이 된다.

이와 같은 슬롯(22a,22b)은 상기 고정자(10)에 회전 자기장이 형성되면 상기 회전 자기장에 의해 상기 회전자(20)가 자화되어 고정자(10)와 회전자(20) 사이에 자속의 흐름이 생기는데, 이 자속의 흐름을 방해하여 자기저항이 커지도록 한다.

따라서, 상기 고정자(10)에 전원이 인가되면, 상기 회전자(20)에는 상기 슬롯(22a,22b)이 형성된 부위와 돌극(20b)의 자기저항이 차이가 나기 때문에 이로인해 릴럭턴스 토크가 발생되어, 상기 회전자(20)가 자기저항이 최소가 되는 방향으로 회전된다.

상기 브리지(14)는, 상기 회전자(20)와 동일한 열 응력을 갖도록 상기 회전자(20)와 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 브리지(14)는, 상기 회전축(12)의 열박음시 상기 슬롯(22a,22b)의 원주방향 양 끝단과 회전자(20)의 외측단 사이의 리브부위(20c)의 열 응력이 최소가 될 수 있도록 형성됨으로써 열변형을 방지할 수 있다.

또한, 종래 기술과 같이 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)에 상기 브리지(14)가 형성되지 않은 경우, 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)의 원주방향 중앙 측에서 변형률이 가장 크다, 따라서, 상기 브리지(14)는 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)의 변형을 최소화할 수 있도록 형성됨으로써 열변형을 방지할 수 있다.

한편, 동기 릴럭턴스 모터는 상기 슬롯(22a,22b)과 상기 회전자(20)의 돌극(20b)의 자기저항의 차이, 즉 돌극비가 클수록 큰 토크가 발생되는데, 상기 브리지(14)가 상기 회전자(20)와 동일 재질로 형성되기 때문에 상기 브리지(14)를 통해 자속이 용이하게 흐를 수 있으므로 상기 브리지(14)로 인해 상기 돌극비가 감소된다.

따라서, 상기 브리지(14)는 그 폭(L)이 가공이 가능할 정도의 최소값을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 상기 회전자(20)의 직경이 60mm인 경우, 상기 브리지(14)는 그 폭(L)이 약 0.3~0.6mm이도록 형성되는 것이 좋다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

(제1 실시예)

도 3의 확대부위에 도시된 바와 같이, 상기 브리지(14)가 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)의 원주방향 중앙에 형성될 수 있다. 그러면, 상기 회전축(12)의 열박음시 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)의 변형을 최소화함으로써 열변형을 방지할 수 있다. 이 때, 종래 기술 대비 돌극비 감소율은 1.3%이다.

(실시예 2)

도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 브리지(14)가 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)의 원주방향 중앙에 형성되고, 더불어 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)을 제외한 나머지 슬롯(22b)의 원주방향 양 끝단 측에 각각 형성될 수 있다, 그러면, 상기 회전축(12)의 열박음시 슬롯(22a,22b)의 변형을 최소화함과 아울러 상기 회전자(20)의 리브부위(20c)의 응력 집중을 줄일 수 있기 때문에 열변형을 방지할 수 있다.

(실시예 3)

도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 브리지(14)가 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)의 원주방향 양 끝단 측에 각각 형성될 수 있다. 그러면, 상기 회전축(12)의 열박음시 슬롯(22a,22b)의 변형을 줄일 수 있고, 상기 회전자(20)의 리브부위(20c)의 응력 집중을 줄일 수 있기 때문에 열변형을 방지할 수 있다. 이 때, 종래 기술 대비 돌극비 감소율이 2.0%이다.

(실시예 4)

도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 브리지(14)가 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)의 원주방향 양 끝단 측에 각각 형성되고, 더불어 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)을 제외한 나머지 슬롯(22b)의 원주방향 중앙에 각각 형성될 수 있다. 마찬가지로, 상기 회전축(12)의 열박음시 슬롯(22a,22b)의 변형을 줄일 수 있고, 상기 회전자(20)의 리브부위(20c)의 응력 집중을 줄일 수 있기 때문에 열변형을 방지할 수 있다. 이 때, 종래 기술 대비 돌극비 감소율은 5.1%이다.

(실시예 5)

도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 브리지(14)가 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a) 및 나머지 슬롯(22b)의 원주방향 중앙에 각각 형성될 수 있다. 그러면, 상기 회전축(12)의 열박음시 슬롯(22a,22b)의 변형을 최소화함으로써 열변형을 방지할 수 있다. 이 때, 종래 기술 대비 돌극비 감소율은 11.8%이다.

(실시예 6)

도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 브리지(14)가 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a) 및 나머지 슬롯(22b)의 원주방향 양 끝단 측에 각각 형성될 수 있다. 그러면, 상기 회전축(12)의 열박음시 슬롯(22a,22b)의 변형을 줄일 수 있고, 상기 회전자(20)의 리브부위(20c)의 응력 집중을 줄일 수 있기 때문에 열변형을 방지할 수 있다.

(실시예 7)

도 4f에 도시된 바와 같이, 상기 브리지(14)가 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)을 제외한 나머지 슬롯(22b)의 원주방향 중앙에 각각 형성될 수 있다. 그러면, 상기 회전축(12)의 열박음시 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)을 제외한 나머지 슬롯(22b)의 변형을 최소화할 수 있기 때문에 열변형을 방지할 수 있다.

(실시예 8)

도 4g에 도시된 바와 같이, 상기 브리지(14)가 상기 회전자(20)의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 상기 슬롯(22a)을 제외한 나머지 슬롯(22b)의 원주방향 양 끝단 측에 각각 형성될 수 있다. 그러면, 상기 회전축(12)의 열박음시 상기 회전자(20)의 리브부위(20c)의 응력 집중을 최소화할 수 있기 때문에 열변형을 방지할 수 있다.

상기에서, 실시예 2와 실시예4 내지 실시예 8은 상기 브리지(14)의 전체 면적은 종래 대비 돌극비 감소율이 실시예 1과 실시예 3보다 더 큼을 쉽게 추정할 수 있다. 따라서, 실시예 1과 실시예 3를 제외한 나머지 실시예는 브리지(14)로 인해 종래 대비돌극비 감소율이 너무 커 모터의 효율이 저하될 수 있으므로 실시예 1과 실시예 3이 가장 적합한 구조이다.

한편, 실시예 1의 경우 변형률이 약 50%정도 감소되었다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터는 슬롯에 브리지가 최소의 폭을 갖도록 형성됨으로써 회전자에 회전축을 열박음할 때, 슬롯의 변형 및 회전자의 리브부위의 응력 집중을 최소화할 수 있기 때문에 상기 브리지로 인한 돌극비 감소율이 모터의 효율이 크게 영향을 미치지 않도록 함과 더불어 열변형을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims

고정자와; 상기 고정자에 전원이 인가되면 릴럭턴스 토크에 의해 회전될 수 있도록 원주방향 및 반경방향으로 복수개의 슬롯이 형성되고, 중앙에 회전축이 열박음된 회전자와; 상기 회전축의 열박음시 열변형을 방지토록, 상기 회전자의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 슬롯의 반경방향 내,외 둘레를 연결하는 브리지를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 브리지는 상기 회전자와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 브리지는 상기 회전자의 원주방향으로 상기 슬롯의 중앙에 위치된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터.
제 3 항에 있어서,

상기 브리지는 상기 회전자의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 슬롯을 제외한 나머지 슬롯의 원주방향 양 끝단 측에 더 형성된 것을 특징으로 동기 릴럭턴스 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 브리지는 상기 회전자의 원주방향으로 상기 슬롯의 양 끝단 측에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터.
제 5 항에 있어서,

상기 브리지는 상기 회전자의 반경방향으로 가장 바깥쪽에 형성된 슬롯을 제외한 나머지 슬롯의 원주방향 중앙에 더 형성된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터.
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