KR100479080B1 - 유도 동기기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 유도 동기기는 마그네트가 로터 코어에 축방향으로 착자되어 마그네트의 자속이 스테이터의 자속과 직교되는 방향으로 형성되기 때문에 기동시 코일에 갑자기 큰 전류가 흐르더라도 마그네트 자속이 스테이터의 자속의 영향을 받지 않으므로 전자감응으로 인한 자력 감속이 방지되어 모터의 성능 및 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

유도 동기기{Line-Started Permanent Magnet Motor}

본 발명은 유도 동기기에 관한 것으로서, 특히 마그네트가 로터의 축방향으로 착자되어 마그네트의 자속이 스테이터의 자속과 직교되는 방향으로 형성되는 유도 동기기에 관한 것이다.

일반적으로 유도 동기기는 기존의 유도 전동기의 로터에 마그네트를 착자한 구조로서, 기동시에는 유도 전동기의 특성에 의해서 구동되고, 기동 후 동기 속도에 도달한 운전시에는 동기 전동기의 특성에 의해서 구동된다.

따라서, 이와 같은 유도 동기기는 부가적인 위치센서나 드라이브 없이 상용 전원의 직입으로 운전시킬 수 있는 장점이 있고, 유도 전동기와는 달리 여자 전류가 필요없고, 동기속도에서 로터의 도체에 전류가 흐르지 않기 때문에 동력 손실을 저감할 수 있어 전체적인 전동기의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 유도 동기기의 평면도이다.

종래 기술에 따른 유도 동기기는 전류가 흐르면 회전 자기장이 형성되는 스테이터(2)와, 상기 스테이터(2)의 내부에 회전 가능하게 배치되어 기동시 기동토크에 의해 회전되고, 동기 속도에 도달하면 릴럭턴스 토크에 의해 회전되는 로터(10)로 이루어진다.

좀 더 자세히 설명하면, 상기 스테이터(2)는 상기 로터(10)의 외측에 배치된 스테이터 코어(2a)와, 상기 스테이터 코어(2a)의 내주면에 원주방향으로 소정의 슬롯(Slot)(2b)을 두고 복수개 돌출 형성된 티스(Teeth)(2c)와, 상기 티스(2c)에 권선된 코일(미도시)로 이루어진다.

상기 로터(10)는 중앙에 외부로 유도 동기기의 구동력을 출력하는 회전축(4)이 축설된 로터 코어(12)와, 상기 로터 코어(12)의 가장자리에 원주방향으로 복수개 삽입된 케이지 바(Cage bar)(14)와, 상기 케이지 바(14)의 상/하단에 각각 부착되어 전류가 흐를 수 있도록 각 케이지 바(14)를 연결하는 엔드링(16)과, 상기 케이지 바(14)와 회전축(4) 사이의 로터 코어(12)에 원주방향으로 복수개 삽입된 마그네트(18)와, 서로 다른 극을 갖는 마그네트(18) 사이에 장착되어 자속의 누설을 방지하는 자속장벽(19)으로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

기동시 코일에 전류가 흐르면 교번전류에 의해 상기 스테이터(2)에 회전 자기장이 형성되고, 이 회전 자기장에 의해 상기 케이지 바(14)에 유도 전류가 발생되기 때문에 스테이터(2)와 케이지 바(14) 사이에 전자기력 즉, 기동토크가 발생되어 상기 로터(10)가 회전된다.

이후, 상기 로터(10)의 회전속도가 일정하게 되면 스테이터(2)와 마그네트(18) 사이에 발생되는 전자기력에 의해 상기 로터(10)가 회전되고, 상기 회전축(4)을 통해 모터의 구동력이 외부로 출력된다.

그러나, 종래 기술에 따른 유도 동기기는 스테이터의 자속(m1)과 마그네트의 자속(m2)의 위상차가 2πn(n은 0을 포함한 자연수)이기 때문에 기동시 상기 코일에 상용전원이 직입되어 큰 전류가 흐르면 상기 스테이터의 자속(m1)에 의한 전자감응에 의해 마그네트(18)의 자력이 감소되어 모터의 성능 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 보자력이 큰 재질로 성형된 마그네트를 사용하는 방안이 도출되었으나, 보자력이 큰 마그네트는 비교적 비싸기 때문에 제조비의 상승을 초래하는 문제점이 있다.

또한, 마그네트의 두께를 두껍게 하는 방안이 도출되었으나, 이는 로터의 체적을 크게 하는 요인이고, 로터 코어에 마그네트를 삽입할 수 있는 공간이 한정적이기 때문에 체적 효율이 낮아 고출력을 내는데 한계가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기동시 스테이터의 자속으로 인해 마그네트의 자력이 감속되는 것을 방지할 수 있는 유도 동기기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 유도 동기기는 스테이터와; 상기 스테이터의 내부에 회전 가능하게 배치된 로터 코어와; 상기 로터 코어의 가장자리에 원주방향으로 복수개 배치되어 외부 전원이 인가되면 상기 스테이터와 상호 작용되어 상기 로터 코어를 기동시키는 케이지 바와; 상기 스테이터의 자속과 직교되는 방향으로 자속이 형성되도록 상기 로터 코어에 축방향으로 착자되어, 상기 로터 코어가 일정 속도에 도달하면 상기 스테이터와 상호 작용되어 상기 로터 코어를 동기 운전시키는 마그네트와; 상기 마그네트의 자속이 스테이터에 쇄교한 후 로터로 회귀될 수 있도록 상기 스테이터의 상/하측면에 각각 축방향으로 연결되고, 상기 마그네트와 대향될 수 있도록 수직하게 절곡된 자성체을 포함하여 구성된다.

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

상기 본 발명에 따른 유도 동기기는 외부 전원이 인가되면 회전 자기장이 형성되는 스테이터(50)와, 상기 스테이터(50)의 내부에 회전 가능하게 배치되고 중앙에 회전축(52)이 축설된 로터 코어(54)와, 상기 로터 코어(54)의 가장자리에 원주방향으로 복수개 배치되어 상기 스테이터(50)와 상호 작용되어 상기 로터 코어(54)를 기동시키는 케이지 바(56)와, 상기 스테이터(50)의 자속(M1)과 직교되는 방향으로 자속(M2)이 형성되도록 상기 로터 코어(54)에 축방향으로 착자되어 상기 로터 코어(54)가 일정 속도에 도달하면 상기 스테이터(50)와 상호 작용되어 상기 로터 코어(54)를 동기 운전시키는 마그네트(58)와, 상기 마그네트의 자속(M2)이 스테이터(50)에 쇄교한 후 로터 코어(54)로 회귀될 수 있도록 상기 스테이터(50)의 양단에서 상기 로터 코어(54)를 향해 돌출 형성된 자성체(60)를 포함하여 구성된다.

상기 스테이터(50)는 상기 로터 코어(54)의 외측에 배치되어 외관을 형성하는 스테이터 코어(50a)와, 상기 스테이터 코어(50a)의 내주면에 원주방향으로 소정의 슬롯(Slot)(50b)을 두고 복수개 돌출 형성된 티스(Teeth)(50c)와, 상기 티스(50c)에 권선되어 외부 전원과 연결된 코일(미도시)로 이루어진다.

상기 로터 코어(54)는 중앙에 상기 회전축(52)이 축방향으로 축설되는 축설홀(54a)이 형성되고, 가장자리에 상기 케이지 바(56)가 축방향으로 삽입되는 삽입홀(54b)이 형성된다.

상기 케이지 바(56)는 상기 스테이터(50)에 회전 자기장이 형성되면 유도 전류가 용이하게 발생될 수 있도록 알루미늄 재질로 형성되고, 양단에 복수개의 케이지 바(56)를 전기적으로 연결하는 엔드 링(62)이 장착된다.

상기 마그네트(58)는 페라이트 재질로 아크형으로 형성되고 N극과 S극이 축방향으로 배치되어 자속(M2)이 회전축(52)과 직교되는 방향을 중심으로 형성된다. 따라서, 상기 코일에 전류가 흐르면 스테이터의 자속(M1)이 축방향으로 중심으로 형성되기 때문에 마그네트의 자속(M2)은 상기 스테이터의 자속(M1)과 직교되는 방향으로 형성되어 상기 스테이터의 자속(M1)의 영향을 받지 않는다.

또한, 상기 마그네트(58)는 상기 회전축(52)을 중심으로 대칭됨과 아울러 원주방향으로 서로 이격되어 한 쌍을 이루고, 상기 한 쌍의 마그네트(58)가 축방향으로 이격되어 한 조를 이루되, 마그네트의 자속(M2)이 서로 상쇄되지 않도록 축방향 또는 반경방향으로 서로 대향되는 자극이 반대의 극성을 띄도록 배치된다.

상기와 같은 마그네트(58)는 상기 로터 코어(54)의 상/하측면에 각각 배치되어 상기 로터 코어(54) 외측으로 돌출된 상기 엔드 링(62)의 측면에 각각 본드 결합되거나 볼트 결합된다.

상기 자성체(60)는 상기 스테이터 코어(50a)의 양단에서 각각 축방향으로 일정 길어 돌출되어, 끝단이 상기 마그네트(58)의 상부를 덮도록 수직하게 절곡된 형상으로 형성된다. 즉, 상기 자성체(60)는 일측단면이 '┏'와 같은 형으로 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

외부 전원이 인가되면, 코일에 흐르는 교번전류에 의해 상기 스테이터(50)에 회전 자기장이 형성되고, 이 회전 자기장에 의해 상기 케이지 바(56)에 유도 전류가 발생되어 스테이터(50)와 케이지 바(56) 사이에 전자기력 즉, 기동토크가 발생됨으로써 상기 로터 코어(54)가 일방향으로 회전된다. 이 때, 상기 스테이터(50)와 마그네트(58) 사이에는 슬립(Slip)이 발생되기 때문에 상기 로터 코어(54)는 상기 기동토크에 의해서만 회전된다.

그리고, 상기 마그네트(58)는 자속(M2)이 스테이터의 자속(M1)과 직교되는 방향으로 형성되기 때문에 상기 코일에 상용전원이 직입되어 큰 전류가 흐르더라도 상기 스테이터의 자속(M1)의 영향을 받지 않아 전자감응되지 않으므로 자력이 감소되는 것이 방지된다.

이후, 상기 로터 코어(54)의 회전속도가 일정하게 되면, 스테이터(50)와 마그네트(58) 사이에 발생되는 전자기력에 의해 상기 로터 코어(54)가 동기 속도로 회전되고, 상기 회전축(52)을 통해 모터의 구동력이 외부로 출력된다.

여기서, 상기 로터 코어(54)가 동기 속도에 도달하면 상기 케이지 바(56)에 더 이상 유도 전류가 발생하지 않기 때문에 스테이터(50)와 케이지 바(56) 사이에 전자기력이 발생되지 않고, 아울러 상기 스테이터(50)와 마그네트(58)의 슬립이 발생되지 않으므로 상기 로터 코어(54)는 상기 스테이터(50)와 마그네트(58) 사이에 발생되는 전자기력에 의해 회전된다.

한편, 본 발명에 따라 마그네트의 자속이 스테이터의 자속과 직교되는 방향으로 형성되도록 마그네트를 축방향으로 착자하는 것은 본 발명에 한정되지 않고 본 발명에 따른 사상의 범위 내에서 로터에 마그네트를 부착하여 마그네트와 스테이터 사이의 상호 작용에 의해 구동력을 얻는 모터에 적용할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 유도 동기기는 마그네트가 로터 코어에 축방향으로 착자되어 마그네트의 자속이 스테이터의 자속과 직교되는 방향으로 형성되기 때문에 기동시 코일에 갑자기 큰 전류가 흐르더라도 마그네트 자속이 스테이터의 자속의 영향을 받지 않으므로 전자감응으로 인한 자력 감속이 방지되어 모터의 성능 및 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 유도 동기기의 요부 구성이 도시된 평면도,

도 2는 종래 기술에 따른 유도 동기기의 요부 구성이 도시된 측단면도,

도 3은 본 발명에 따른 유도 동기기의 요부 구성이 도시된 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 유도 동기기의 요부 구성이 도시된 측단면도,

도 5는 본 발명에 따른 마그네트의 자속이 도시된 도면이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 스테이터 52 : 회전축

54 : 로터 코어 56 : 케이지 바

58 : 마그네트 60 : 자성체

M1 : 스테이터의 자속 M2 : 마그네트의 자속

Claims (5)

1. 스테이터와; 상기 스테이터의 내부에 회전 가능하게 배치된 로터 코어와; 상기 로터 코어의 가장자리에 원주방향으로 복수개 배치되어 외부 전원이 인가되면 상기 스테이터와 상호 작용되어 상기 로터 코어를 기동시키는 케이지 바와; 상기 스테이터의 자속과 직교되는 방향으로 자속이 형성되도록 상기 로터 코어에 축방향으로 착자되어, 상기 로터 코어가 일정 속도에 도달하면 상기 스테이터와 상호 작용되어 상기 로터 코어를 동기 운전시키는 마그네트와; 상기 마그네트의 자속이 스테이터에 쇄교한 후 로터로 회귀될 수 있도록 상기 스테이터의 상/하측면에 각각 축방향으로 연결되고, 상기 마그네트와 대향될 수 있도록 수직하게 절곡된 자성체를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유도 동기기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마그네트는 아크형으로 형성된 것을 특징으로 하는 유도 동기기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 마그네트는 원주방향으로 이격되어 한 쌍을 이루고, 상기 한 쌍의 마그네트가 축방향으로 이격되어 한 조를 이루어 서로 대향되는 자극이 반대의 극성을 띄는 것을 특징으로 하는 유도 동기기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 마그네트는 상기 로터 코어의 상/하측면에서 각각 상기 케이지 바의 양끝단을 각각 연결하는 엔드링의 단부에 본드 접착되는 것을 특징으로 하는 유도 동기기.
5. 삭제