KR100520087B1

KR100520087B1 - 동기모터

Info

Publication number: KR100520087B1
Application number: KR10-2004-0000710A
Authority: KR
Inventors: 박찬배
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2004-01-06
Publication date: 2005-10-11
Also published as: KR20050072319A

Abstract

본 발명은 유도전도체 및 마그네트가 구비된 회전자를 통해 고정자 내에서의 회전운동을 보다 효율적으로 구현할 수 있도록 한 동기모터(synchronous motor)에 관한 것이다.

본 발명에 따른 동기모터의 회전자(30)는, 중심부에 샤프트홀(42), 외곽부에는 원주방향을 따라 배치된 복수의 유도전도체슬롯(44), 샤프트홀(42) 및 유도전도체슬롯(44) 사이에는 복수의 마그네트슬롯(46)이 각각 형성되어 있는 메인코어(40)와; 메인코어(40)의 유도전도체슬롯(44) 각각에 결합되는 유도전도체(50)와; 메인코어(40)의 마그네트슬롯(46) 각각에 결합되는 마그네트(60)를 포함하며, 메인코어(40)의 자속경로상에 자속경로변경홀(49)을 형성하여 고정자(20) 및 회전자(30) 사이 공극에서의 자속밀도분포를 조절하는 것을 그 특징으로 한다. 이에 따라, 공극자속밀도의 파형을 정현적인 형태를 개선할 수 있어, 동기모터의 기능성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

동기모터 {SYNCHRONOUS MOTOR}

본 발명은 동기모터(synchronous motor)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도전도체 및 마그네트가 구비된 회전자를 통해 고정자 내에서의 회전운동을 보다 효율적으로 구현할 수 있도록 한 동기모터에 관한 것이다.

일반적으로, 냉장고 또는 공기조화기 등과 같이 냉동사이클에 의해 작동되는 기기는 냉매를 압축하는 압축기가 필수적으로 구비되고, 이러한 압축기는 대부분 모터와 같은 동력수단에 의해 구동된다.

압축기에 주로 사용되는 모터로는 직류모터, 교류모터 또는 브러시리스모터 등이 있다.

특히, 교류모터의 일종인 동기모터(synchronous motor)는 입력주파수에 동기되어 안정적인 회전특성을 얻을 수 있을 뿐 아니라 전원주파수를 가변하는 것으로 모터의 회전수를 자유롭게 변화시킬 수 있는 장점이 있어, 최근에 들어 그 사용이 증가하고 있다.

종래의 동기모터는 도 1에 도시된 바와 같이, 고정자(미도시)와; 고정자 내에 회전 가능하도록 설치되는 회전자(10)를 포함하여 구성된다. 원통형 구조를 가진 회전자(10)는 고정자의 도체와 메인코어(2)에 인고트(ingot)되어 있는 복수의 유도전도체(4) 사이에 발생되는 자기적 작용에 의해 회전이 시작되며, 그 회전속도가 동기속도에 도달하게 되면 고정자의 도체와 메인코어(2)에 결합되어 있는 마그네트(6) 사이에 발생되는 자기적 작용에 의해 지속적으로 회전되는 구조를 지니고 있다. 그리고 메인코어(2)에는 마그네트(6)의 자속누설을 방지하기 위한 자속누설방지슬롯(8)이 형성되어 있다.

이와 같은 동기모터 구조는 이미 공지(한국특허공개 2002-0075993, 일본특허공개 평10-336927 등)되어 있는 기술과 유사하므로 그 자세한 내용은 생략하기로 한다.

그러나 상기와 같은 동기모터는 마그네트(6)의 위치와 무관하게 모두 동일한 간격으로 자속경로상에 배치되어 있는 유도전도체(4)의 영향으로 인해 고정자(미도시) 및 회전자 사이의 공극으로 향하는 자속밀도의 파형이 도 2의 자속밀도분포도에서와 같이 구형파 형태를 가지게 된다.

따라서, 고정자로부터 야기되는 역기전압의 값이 작게 발생하여 토크 특성이 저하되는 결과를 초래하며, 이를 해결하기 위해서는 마그네트(6)의 사용량을 증가해야 하므로 재료비가 상승되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 고정자 및 회전자 사이의 공극으로 향하는 자속의 경로를 변경시킴으로써 자속밀도분포를 개선시킬 수 있는 동기모터를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 고정자와; 상기 고정자에 대해 회전 가능하도록 설치되는 회전자를 포함하는 동기모터에 있어서, 상기 회전자는, 중심부에는 샤프트홀, 외곽부에는 원주방향을 따라 배치된 복수의 유도전도체슬롯, 상기 샤프트홀 및 상기 유도전도체슬롯 사이에는 복수의 마그네트슬롯이 각각 형성되어 있는 메인코어와; 상기 메인코어의 유도전도체슬롯 각각에 결합되는 유도전도체와; 상기 메인코어의 마그네트슬롯 각각에 결합되는 마그네트를 포함하며,

상기 메인코어의 자속경로상에 자속경로변경홀을 형성하여, 상기 고정자 및 상기 회전자 사이 공극에서의 자속밀도분포를 조절하는 것을 그 특징으로 한다.

상기 자속경로변경홀은 상기 마그네트와 대향되지 않는 상기 유도전도체슬롯간에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 유도전도체는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 메인코어는 상기 마그네트의 자속누설을 방지하는 자속누설방지슬롯이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 자속누설방지슬롯에 결합되는 보조유도전도체를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 보조유도전도체는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 메인코어의 상·하부면에 각각 결합되어, 상기 마그네트의 이탈을 방지하는 이탈방지커버를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 동기모터가 적용된 왕복동식 압축기를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 왕복동식 압축기는 내부를 밀폐시키는 상·하부케이싱(11,12)과; 상·하부케이싱(11,12)의 내부에 마련되며, 외부에서 전원을 공급받아 유도전류를 발생시키는 고정자(20)와; 고정자(20) 내에 설치되어, 고정자(20)로부터 발생되는 유도전류에 의해 회전하는 회전자(30)와; 회전자(30)와 연결되어, 회전자(30)의 회전에 의해 연동되는 크랭크축(13)과; 크랭크축(13)의 일단부에 연결되어, 크랭크축(13)의 회전운동을 왕복운동으로 전환시키는 커넥팅로드(14)와; 커넥팅로드(14)의 일단부에 연결되어, 커넥팅로드(14)의 유동에 의해 직선왕복운동하는 피스톤(15)과; 피스톤(15)이 삽입되며, 냉매가스를 흡입·압축시키는 공간이 형성되어 있는 실린더(16)를 포함하여 구성된다.

이러한 왕복동식 압축기는 전원이 인가되면 고정자(20) 내에 설치되어 있는 회전자(30)가 유도전류에 의해 회전되고, 이에 따라 크랭크축(13)이 연동됨과 동시에 커넥팅로드(14)가 회전왕복운동한다. 그리고 커넥팅로드(14)의 회전왕복운동에 의해 커넥팅로드(14)의 일단부와 연결된 피스톤(15)이 실린더(16)의 내부에서 직선왕복운동하게 된다.

이 때, 흡입머플러(17)를 통해 실린더헤드(18)의 흡입방으로 유입된 냉매가스가 밸브플레이트에 설치된 흡입밸브를 통과하여 실린더(16) 내부로 유입되고, 피스톤(15)이 흡입과정과 반대방향으로 이동함에 따라 흡입된 냉매가스가 실린더(16) 내부에서 고압이 되어 밸브플레이트에 마련된 토출밸브를 밀면서 실린더(16)의 외부로 배출된다.

고정자(20)와 회전자(30)를 포함한 것을 통상적으로 동기모터라 하며, 동기모터는 고정자(20)의 1차 도체와 회전자(30)의 2차 도체 사이에서 발생되는 자기적 작용에 의해 회전을 시작한다, 즉, 초기에는 유도모터의 원리에 의해 회전자(30)가 회전된다.

그리고 회전자(30)의 회전속도가 동기속도에 도달하면, 고정자(20)의 1차 도체와 회전자(30)의 마그네트(미도시) 사이에 발생되는 자기적 작용에 의해서 회전자(30)가 지속적으로 회전하게 된다.

한편, 동기모터의 회전자(30) 구성 및 기능에 대한 자세한 설명은 도 3 및 도 4를 참조하여 자세히 후술하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 동기모터의 회전자 구조를 도시한 횡단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 동기모터의 회전자 구조를 도시한 종단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 동기모터의 고정자 및 회전자 사이 공극에서의 자속밀도분포도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동기모터의 회전자(30)는 중심부에 샤프트홀(42), 외곽부에는 원주방향을 따라 배치된 복수의 유도전도체슬롯(44), 샤프트홀(42) 및 유도전도체슬롯(44) 사이에는 복수의 마그네트슬롯(46)이 각각 형성되어 있는 메인코어(40)와; 메인코어(40)의 유도전도체슬롯(44) 각각에 결합되는 유도전도체(50)와; 메인코어(40)의 마그네트슬롯(46) 각각에 결합되는 마그네트(60)를 포함하여 구성된다.

메인코어(40)는 복수개의 얇은 철판이 적층된 원통형 구조를 가지며, 중심부에 형성되어 있는 샤프트홀(42)에는 메인코어(40)의 회전에 의해 연동되는 샤프트(미도시)가 결합된다.

유도전도체슬롯(44)는 메인코어(40)의 외곽부를 관통하여 상호 일정 간격을 두고 원형 구조로 배치되며, 고정자 및 회전자(30) 사이의 공극으로 향하는 자속의 경로를 임의로 변경할 수 있도록 메인코어(40)의 자속경로상에는 복수의 자속경로변경홀(49)이 형성되어 있다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 기존에 비해 고정자(미도시) 및 회전자(30) 사이 공극에서의 자속밀도분포를 정현적인 형태를 개선할 수 있다.

자속경로변경홀(49)은 마그네트(60)와 대향되지 않는 유도전도체슬롯(44)간에 형성되는 것이 바람직하며, 그 구조는 다양하게 변경 가능하다.

또한, 유도전도체슬롯(44)의 크기와 형상 및 배치형태는 필요에 따라 변경할 수 있으며, 마그네트슬롯(46)의 구조는 마그네트(60)에 따라 결정됨은 물론이다.

유도전도체(50)는 마그네트슬롯(46)에 마그네트(60)를 결합시키고, 플레이트 형상의 이탈방지커버(80a,80b)를 메인코어(40)의 상·하부면에 각각 결합시킨 상태에서 인고트(ingot)된다.

유도전도체(50)의 재질은 비자성체이면서 도전성을 가진 여러 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있지만, 가공성 및 작업성 등이 우수한 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 유도전도체(50)의 설치개수는 동기모터의 용도 등과 같은 여러 조건에 의해 적절하게 조절 가능하다.

이탈방지커버(80a,80b)는 메인코어(40)의 회전에 따른 마그네트(60)의 이탈을 방지하는 역할을 수행하며, 메인코어(40)와 코킹(caulking) 결합된다. 이탈방지커버(80a,80b)의 결합구조는 마그네트(60)의 이탈을 방지할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경할 수 있다.

마그네트(60)는 대칭구조를 가지고 메인코어(40)의 외측 방향으로 자속경로를 형성하며, 그 배치형태 및 설치개수는 동기모터의 특성에 의해 달라질 수 있음은 물론이다.

메인코어(40)에는 마그네트(60)의 자속 누설을 효율적으로 방지할 수 있도록 마그네트(60)의 단부 및 자극 경계부근에 자속누설방지슬롯(48)이 형성되어 있으며, 필요에 따라 자석누설방지슬롯(48)에 보조유도전도체(70)를 선택적으로 결합할 수 있다.

보조유도전도체(70)는 자속의 누설을 방지하는 장벽의 역할을 수행함과 동시에 유도전도체(50)의 역할을 수행 가능하여 회전자(30)의 기동 토크를 상대적으로 향상시킬 수 있다. 보조유도전도체(70)는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 이상에서 설명한 동기모터는 2극 구조의 것을 일 실시예로 적용한 것으로, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 4극 구조 등에도 적용할 수 있음은 물론이다.

이하, 본 발명에 따른 동기모터의 작동과정을 간단하게 설명하면 하기와 같다.

먼저, 외부로부터의 전원공급에 의해 고정자(미도시)의 도체 및 회전자(30)의 유도전도체(50) 사이에 자기적 작용이 발생되고, 이러한 자기적 작용에 의해 회전자(30)가 회전하게 된다. 즉, 초기에는 유도모터의 원리에 의해 회전자(30)가 회전된다.

그리고 회전자(30)의 회전속도가 동기속도에 도달하게 되면, 고정자의 도체 및 회전자(30)의 마그네트(60) 사이에 발생되는 자기적 작용에 의해 회전자(30)가 지속적으로 회전하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 메인코어의 자속경로상에 자속경로변경홀을 형성시킴으로써 고정자 및 회전자 사이 공극에서의 자속밀도의 파형을 정현적인 형태로 개선할 수 있다.

그로 인해, 고정자에 야기되는 역기전압을 증가시켜 동기모터의 기능성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래 동기모터의 회전자 구조를 도시한 횡단면도이고,

도 2는 종래 동기모터의 고정자 및 회전자 사이 공극에서의 자속밀도분포도이고,

도 3은 본 발명에 따른 동기모터가 적용된 왕복동식 압축기를 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 4는 본 발명에 따른 동기모터의 회전자 구조를 도시한 횡단면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 동기모터의 회전자 구조를 도시한 종단면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 동기모터의 고정자 및 회전자 사이 공극에서의 자속밀도분포도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

20 : 고정자 30 : 회전자

40 : 메인코어 42 : 샤프트홀

44 : 유도전도체슬롯 46 : 마그네트슬롯

48 : 자속누설방지슬롯 49 : 자속경로변경홀

50 : 유도전도체 60 : 마그네트

70 : 보조유도전도체 80a,80b : 이탈방지커버

Claims

고정자와; 상기 고정자에 대해 회전 가능하도록 설치되는 회전자를 포함하는 동기모터에 있어서,

상기 회전자는,

중심부에는 샤프트홀, 외곽부에는 원주방향을 따라 배치된 복수의 유도전도체슬롯, 상기 샤프트홀 및 상기 유도전도체슬롯 사이에는 복수의 마그네트슬롯이 각각 형성되어 있는 메인코어와;

상기 메인코어의 유도전도체슬롯 각각에 결합되는 유도전도체와;

상기 메인코어의 마그네트슬롯 각각에 결합되는 마그네트를 포함하며,

상기 메인코어의 자속경로상에 자속경로변경홀을 형성하여, 상기 고정자 및 상기 회전자 사이 공극에서의 자속밀도분포를 조절하는 것을 특징으로 하는 동기모터.
제1항에 있어서,

상기 자속경로변경홀은 상기 마그네트와 대향되지 않는 상기 유도전도체슬롯간에 형성되는 것을 특징으로 하는 동기모터.
제2항에 있어서,

상기 유도전도체는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동기모터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 메인코어에는 상기 마그네트의 자속누설을 방지할 수 있는 자속누설방지슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동기모터.
제4항에 있어서,

상기 자속누설방지슬롯에 결합되는 보조유도전도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기모터.
제5항에 있어서,

상기 보조유도전도체는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동기모터.
제1항에 있어서,

상기 메인코어의 상·하부면에 각각 결합되어, 상기 마그네트의 이탈을 방지하는 이탈방지커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기모터.