KR100539151B1 - 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자에 관한 것으로서, 특히 바가 삽입되지 않은 바 삽입구를 포함함으로써, 역토크를 방지하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자에 관한 것이다.
본 발명인 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자는 샤프트가 결합되는 방향으로 형성된 축 결합구와, 주변부를 따라 형성된 다수의 바 삽입구를 포함하는 코어와, 상기 바 삽입구 일부에 삽입되는 다수의 바와, 일단부와 타단부는 상기 결합 방향에 수직인 코어 평면 상의 제1축을 향하도록 배열된 다수의 자속장벽으로 이루어진다.

Description

단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자{ROTOR FOR LINE-START RELUCTANCE MOTOR}
본 발명은 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자에 관한 것으로서, 특히 바가 삽입되지 않은 바 삽입구를 포함함으로써, 역토크를 방지하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자에 관한 것이다.
이러한 단상 기동형 릴럭턴스 모터는 정속 운전을 하는 단상 전원용 교류 모터로서, 유도 모터와 릴럭턴스 모터의 혼합 형태이다. 단상 기동형 릴럭턴스 모터는 권선에 인가된 교류전원에 의해 회전자계를 형성하는 고정자와, 이 고정자 내부에 위치되어 고정자에 의해 형성된 회전자계에 의해 회전하는 회전자로 이루어진다. 이때, 이 단상 기동형 릴럭턴스 모터는 고정자의 자속이 회전자를 통과할 때 릴럭턴스(자기저항)가 작아지는 방향으로 회전자가 이동할 때의 회전력을 이용한 것이다. 즉, 기동시에는 유도 전동기와 같이 고정자 자속 변화와 이에 의해 바에 유기되는 전류와의 상호작용에 의해 기동 토오크가 생성되어, 회전되기 시작하고, 기동후에는 고정자의 자속이 회전자 내부의 코어 부분으로만 흐르려고 하는 릴럭턴스 토오크를 활용하여 정속으로 회전한다.
종래 기술로서, 미국 특허공보 제3,862,446호에 개시된 2극 동기 릴럭턴스 모터용 회전자는 릴럭턴스 모터의 초기기동특성을 개선하기 위하여, 반대로 위치된 한 쌍의 극들을 지닌 코어와, 주요 극 권선을 형성하며 주변부에 인접하는 각 극 부분 내에서 주위와 일정 간격으로 연결되고, 코어 각각의 90도를 둘러싸는 다수의 주요 도체들과, 극 권선 주위와 일정 간격을 지닌 단부들을 지니면서 코어 내에 형성되고 극 권선들 사이의 코어로 확장하는 자속장벽 및, 코어의 주변부에 인접한 자속장벽의 각 단부와 극의 각 단부 사이의 공간에 위치한 제2도체를 지니고, 극 권선들의 단부들과 가장 인접한 제2도체 사이의 공간은 어느 2개의 인접한 주요 도체들 간의 공간보다 크고, 도체는 서로 연결되어 농형 권선을 형성한다.
또한, 미국 특허공보 제6,064,134호에 개시된 동기 릴럭턴스 모터용 회전자 어셈블리는 샤프트와, 샤프트에 설치되고 다수의 채널들을 한정하도록 구성되고 위치된 다수의 지지부들을 포함하는 코어와, 코어의 각 채널 내에 각각 고정된 다수의 활모양의 로터 섹션들 및, 코어에 로터 섹션들을 고정시키기 위해 로터 섹션들 주위를 둘러싸여 놓여진 다수의 밴드들을 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 릴럭턴스 모터의 회전자의 평면도이다. 도 1은 미국 특허공보 제6,066,904호에 개시된 회전자를 도시하며, 도시된 회전자(1)는 가장 높은 자기 투과율의 방향을 지닌 방향성 자기 물질로 이루어지고 축(3)방향으로 쌓인 코어(2)와, 이 코어(1) 주위에 일정한 간격을 두고 다수의 바 삽입구(4)와 이에 삽입된 바(5)와, 이 코어 상에 적어도 한 쌍의 내부 슬롯(7)을 지니고, 이 내부 슬롯(7)은 평면에 적어도 평행한 방향으로 정렬되고, 적어도 한 쌍의 내부 슬롯은 평면에 대칭이며, 이 내부 슬롯(7) 사이의 통로(7)를 통하여 고정자로부터의 자속이 흐른다.
상술된 바와 같이, 릴럭턴스 모터는 기동시에 유도 전동기의 원리로 동작하며, 이때, 바(5)에 전류가 유기됨으로써 기동시 유도 전동기의 역할을 수행하게 된다. 이어서 동기속도(즉, 정격속도)에 도달하면 내부 슬롯(6)이 돌극의 역할을 수행하고 그에 따른 토오크 발생의 원리로 동작하여 동기속도를 유지하게 된다.
이때, 동기속도에 도달한 후에도, d축과 고정자 자속 축(도시되지 않음)의 사이각인 부하각에 해당하는 바(2)에서 주로 전류가 유도된다.
도 2는 도 1의 회전자의 속도-토오크 특성 그래프이다.
동기속도가 3600RPM인 경우, 모터(즉, 회전자(1))의 운전속도가 3600RPM에 도달하면, 이상적인 경우에는 토오크가 '0'이 되어야 하나, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 모터의 속도가 3600RPM에 도달한 때, 바(5)의 전류 유도로 인하여 상당한 역토오크가 발생하여, 그 속도가 3600RPM에 도달하지 못하게 되어 효율이 저하되게 된다.
또한, 이러한 종래 기술에 따른 회전자는 상술된 바와 같이 복잡한 다수의 구성요소들을 포함하여, 회전자의 제작에 상당한 시간과 비용이 요구되는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 회전자는 특수한 성질(예를 들면, 자기물질을 지닌 도체 등)을 지닌 구성요소를 요구하고 있다.
또한, 종래 기술은 고투과 방향(예를 들면, d축)에서의 자속밀도와 저투과 방향(예를 들면, q축)에서의 자속밀도 사이의 차이를 활용한 회전자의 최대의 출력과 효율을 제공하고 있지 못하다.
또한, 종래 기술은 회전자가 효율적인 출력 특성을 지니도록 하는 바의 배치 형태를 제공하고 있지 못하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 동기속도에서 발생되는 역토오크를 제거하여 최대 출력 및 효율을 야기하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 단순한 구성요소로 이루어져서, 회전자의 제작에 시간과 비용을 절감할 수 있도록 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일반적인 코어를 적층하여 사용하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고투과 방향에서의 자속밀도와 저투과 방향에서의 자속밀도 사이의 차이를 최대화하여 회전자의 뛰어난 출력과 효율을 제공하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 바의 형상과 대조적인 배치를 사용하여 회전자가 효율적인 기동 특성을 지니도록 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자는 샤프트가 결합되는 방향으로 형성된 축 결합구와, 주변부를 따라 형성된 다수의 바 삽입구를 포함하는 코어와, 상기 바 삽입구 일부에 삽입되는 다수의 바와, 일단부와 타단부는 상기 결합 방향에 수직인 코어 평면 상의 제1축을 향하도록 배열된 다수의 자속장벽으로 이루어진다.
또한, 상기 자속장벽은 상기 제1축을 중심선으로 하여 제1각도를 지닌 서로 마주하는 제1영역 및 제2영역 내에 형성된 바 삽입구에 각각 근접하되, 중앙부는 적어도 일부분이 상기 축 결합구를 일정한 간격으로 감싸면서 상기 제1영역과 제2영역 사이의 제3영역 또는 제4영역을 통과하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자속장벽은 상기 제1축에 수직인 코어 평면 상의 제2축에 대해서 대칭인 것이 바람직하다.
또한, 상기 바가 상기 제1 및 제2영역 내의 대칭적인 제2각도 내의 바 삽입구에 삽입되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2각도는 상기 제1축과 고정자의 자속축 간의 부하각인 것이 바람직하고, 상기 부하각은 상기 제1축을 기준으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 제3 및 제4영역 내의 바들의 면적은 상기 제1 및 제2 영역 내의 바들의 면적보다 더 작은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3 및 제4영역 내의 바들 간의 간격은 상기 제1 및 제2영역 내의 바들 간의 간격보다 더 작은 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3 및 제4영역 내의 바들의 외주면의 폭은 상기 제1 및 제2영역 내의 바들의 외주면의 폭보다 더 긴 것이 바람직하다.
또한, 본 발명인 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자는 샤프트가 결합되는 방향으로 형성된 축 결합구와 상기 코어의 주변부를 따라 형성된 다수의 바 삽입구를 포함하는 코어와, 상기 바 삽입구 일부에 삽입되는 다수의 바와, 양단부가 상기 바들과 각각 근접하도록 일방향으로 배열되어 형성된 다수의 자속장벽으로 이루어지고, 상기 바의 상기 코어의 중심부를 향하는 중심선과 상기 자속장벽의 양단부의 중심선이 동일방향이다.
또한, 샤프트가 결합되는 방향으로 형성된 축 결합구와 상기 코어의 주변부를 따라 형성된 다수의 바 삽입구를 포함하는 코어와, 상기 바 삽입구 일부에 삽입되는 다수의 바와, 양단부가 상기 바들과 각각 근접하도록 일방향으로 배열되어 형성된 다수의 자속장벽으로 이루어지고, 상기 자속장벽의 폭은 상기 자속장벽의 양단부가 근접한 바의 폭보다 작거나 같다.
또한, 샤프트가 결합되는 방향으로 형성된 축 결합구와 상기 코어의 주변부를 따라 형성된 다수의 바 삽입구를 포함하는 코어와, 상기 바 삽입구 일부에 삽입되는 다수의 바와, 일방향으로 배열된 다수의 자속장벽으로 이루어지고, 상기 자속장벽의 배열방향에 있는 바들의 길이는 상기 자속장벽의 배열방향에 대해 수직방향에 있는 바들의 길이보다 더 길다.
이하에서, 본 발명을 본 발명의 일실시예 및 첨부 도면에 기초하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자의 평면도이다. 회전자(10)는 샤프트(도시되지 않음)가 결합되는 방향으로 형성된 축 결합구(12)를 포함하는 코어(11)로 이루어지며, 이 코어(11)는 주변부에 다수의 바 삽입구(13)를 포함하고, 일부의 바 삽입구(13)에 다수의 바(14)가 삽입된다. 또한, 이 코어(11)는 샤프트가 결합되는 방향(이하, '결합 방향'이라 함)에 수직인 제1축을 향하여 확장하되 이 제1축에 수직인 제2축에 서로 대칭적으로 위치되는 다수의 자속장벽(15, 15a)을 포함한다. 이 다수의 자속장벽(15, 15a) 사이에 있는 자속이 흐르는 코어(11) 부분이 자속통로(16)가 된다.
자세하게는, 이 회전자(10)는 다수의 적층된 코어(11) 평판으로 구성되며, 이 코어(11)는 특정의 자기 물질을 포함할 필요가 없다.
또한, 바(14)는 이 코어(11)의 바 삽입구(13)에 삽입되되, 이 적층된 코어(11) 평판의 동일한 위치로 확장하며, 일반적으로 알루미늄 성분을 포함한다. 이때, 바 삽입구(13a)에는 바(14)가 삽입되지 않고, 홀 상태로 유지된다. 자세하게는, 특히 제1축방향으로부터 회전자(10)와 고정자(도시되지 않음) 자속축의 사이각인 부하각(α) 이내에 있는 바 삽입구(13a)에는 바(14)가 삽입되지 않도록 되어, 회전자(10)가 동기속도에 도달할 때 바(14)에서 야기될 수 있는 전류 유도를 방지하게 된다.
또한, 자속장벽(15, 15a)은 코어(11)의 일부분이 제거되어 공기로 채워지는 부분으로서, 그 일단부와 타단부는 제1축 방향으로 배열되어 확장하되, 그 중앙부의 적어도 일부분이 축 결합구(12)를 일정한 간격으로 감싸면서 확장하여, 이 제1축 방향으로 자속을 용이하게 통과시키고, 제2축 방향으로는 자속이 통과되는 밀도를 최소화하는 일종의 장벽(barrier) 역할을 하는 형태를 지닌다. 즉, 이 자속장벽(15, 15a)은 제1축 방향으로는 최대의 자속밀도를, 이 제1축 방향과 수직인 제2축 방향으로는 최소의 자속밀도를 야기함으로써, 회전자(10)의 기동력을 현저하게 향상시킨다.
또한, 이 자속장벽(15, 15a)은 축 결합구(12)를 원호형으로 감싸면서 진행하도록 되어, 고정자(도시되지 않음)로부터 유입되는 자속의 흐름을 방해하지 않도록 하면서, 회전자(10)의 회전력을 향상시켜 회전자(10)의 기동성을 개선한다.
또한, 상술된 종래 기술에서는 자속장벽이 도시된 바와 같이 연속적이지 않고, 그 중간에 브리지(bridge)가 형성되어 단속적인 형태를 지님으로써, 이 브리지가 형성된 부분에서 자기포화현상이 발생하여, 자속의 흐름을 방해하였다. 이러한, 자기포화현상을 해결하기 위해, 본 발명은 도시된 바와 같이, 코어(11)가 연속적인 형태의 자속장벽(15, 15a)을 포함하도록 된다. 이러한 연속적인 자속장벽(15, 15a)은 자기포화현상을 방지하여, 자속의 흐름을 원활하도록 하여, 회전자(10)의 기동성을 향상시키게 된다. 또한, 이러한 연속적인 자속장벽(15, 15a)은 회전자(10)의 제작 상에서 그 시간과 비용을 감소시킬 수 있도록 한다.
이러한 자속장벽(15)이 회전자(10)의 코어(11) 면적 중에서 차지하는 면적이 많아지면, 제1축 방향으로 자속이 흐를 수 있는 코어(11)의 면적이 감소되는 것을 의미하므로, 코어(11)에서 자기포화가 야기될 수 있게 된다. 이러한 점에서, 자속장벽(15, 15a)의 면적과 코어(11)의 면적(또는 자속통로(16)의 면적)의 비를 조절할 필요가 있게 된다. 또한, 이 면적비와 함께, 자속의 원활한 흐름을 위해서는 자속장벽의 폭도 중요한 인자가 된다. 즉, 자속장벽의 폭이 과도하게 넓으면, 자속이 흐를 수 있는 코어의 폭이 감소되는 것이고, 자속장벽의 폭이 과도하게 좁으면, 제1축 방향과 제2축 방향에서의 자속밀도의 차이를 최대화시키는 점에서 문제가 야기될 수도 있다. 이러한 점에서, 축 결합구(12)와 코어(11)의 외주면 간의 폭에 대한 자속장벽(15, 15a)의 전체 폭의 비를 조절할 필요가 있게 된다.
또한, 바(14) 중에서 일부의 바는 자속장벽(15, 15a)이 근접하지 않도록 형성될 수 있다. 이것은 상술된 자속장벽(15, 15a)의 면적을 고려한 것이기도 하며, 도시된 바와 같이, 자속장벽(15,15a)이 제1축 방향에 대해서 서로 대칭적으로 형성될 때, 이를 위해서 일부의 바에 자속장벽(15, 15a)이 근접하지 않을 수 있다.
도 4a는 도 3의 회전자의 영역이 구분된 평면도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 회전자(10)는 결합 방향에 수직인 코어(11) 평면 상의 제1축을 중심선으로 하여 소정의 각도를 지닌 서로 마주하는 제1영역 및 제2영역으로 구분되고, 제1영역과 제2영역 사이의 제3영역 및 제4영역으로 구분될 수 있다. 또한, 도 3에서 제1축으로 기재된 축인 d축은 자속의 고투과 방향을 나타내는 축이고, 제2축으로 기재된 축인 q축은 자속의 저투과 방향을 나타내는 축이다.여기서, 제1영역 및 제2영역을 구분하는 각도는 예를 들면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 약101°정도이다. 제1영역 및 제2영역은 도 3의 부하각(α)에 대응하는 영역을 적어도 포함하여야 하므로, 이러한 소정의 각도는 부하각(α)의 2배 이상이 됨은 도 3 및 4a로부터 당연히 도출되는 것이다.
자세하게는, 이 제1 및 제2영역 내의 바 삽입구(13, 13a)는 자속장벽(15, 15a)의 일단부와 타단부에 근접하도록 형성되어, 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a) 사이 및 그로부터 확장되는 코어(11)의 자속통로(16)로 자속(굵은 실선)이 용이하게 흐를 수 있도록 하므로, 제1축인 d축은 자속의 고투과 방향의 축이 된다. 또한, 자속장벽(15, 15a)의 중앙부는 축 결합구(12)를 일정한 간격으로 감싸면서 제3영역 또는 제4영역을 통과하므로, 제3 및 제4영역 내의 바(14) 및 바 삽입구(13)는 자속장벽(15, 15a)에 의해 자속의 흐름이 없게 되므로, 제2축인 q축은 자속의 저투과 방향의 축이 된다.
도 4b는 도 3과 동일한 도면으로서, 설명을 위해 첨부된 것으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명인 회전자(11)는 제1축(d축) 방향에서의 자속밀도와 제2축(q축) 방향에서의 자속밀도의 차이를 더욱 크게 하기 위해, 제1축 방향 부근(즉, 제1 및 제2영역)의 바(14) 간의 간격 또는 바 삽입구(13, 13a) 간의 간격(a), (b)보다 제2축 방향 부근(즉, 제3 및 제4영역)의 바(14) 간의 간격(c)이 더 작도록 하여, 제2축 방향으로 코어(11)로 고정자로부터의 자속의 흐름을 최소화하기 위해 자기포화가 이 간격(c) 부분에서 일어나도록 한다. 즉, 제2축 방향 부근의 바(14)가 일종의 자속장벽과 같은 역할을 수행하도록 한다.
또한, 본 발명의 자속장벽(15)의 일단부와 타단부는 각각 제2축에 대해서 서로 대칭인 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)에 근접하도록 형성된다. 이 자속장벽(15, 15a)과 바(14) 및/또는 바 삽입구(13, 13a) 간의 간격(d)은 일정하도록 되어, 제1축 방향으로 흐르는 자속이 이 간격(d)에서 포화되는 현상의 발생을 최소화하면서 회전자(10)의 강도로 유지하도록 한다. 따라서, 바 삽입구(13, 13a) 및/또는 바(14)의 내주면(정확하게는, 자속장벽(15, 15a)의 일단부 및 타단부와 근접하는 면)의 형태에 대응하도록 자속장벽(15, 15a)의 일단부와 타단부의 형태가 형성된다. 이때, 이 간격(d)은 바람직하게는 0.35mm 이하이다.
또한, 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)와 코어(11)의 외주면 간의 간격(e)은 모두 동일하도록 바 삽입구(13, 13a) 및/또는 바(14)가 형성된다.
제1 및 제2영역 내의 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)의 외주면의 폭(f)은 제3 및 제4영역 내의 바(14)의 외주면의 폭(g)보다 작거나 같도록 형성된다. 이것은 제1 및 제2영역 내의 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)의 주위로는 자속이 용이하게 흐를 수 있도록 하고, 제3 및 제4영역 내의 바(14)의 주위로는 자속이 최대한 적게 흐르도록 하여, 이 제3 및 제4영역 내의 바(14)가 자속장벽(15, 15a)과 같은 기능을 수행하도록 한다.
상술된 제3 및 제4영역 내의 바(14)의 면적과 폭에 대한 특징은 제3 및 제4영역 내의 바(14)의 간격에 대한 특징과 동시에 또는 별개로 작용하여, 제3 및 제4영역 내의 바(14)가 자속장벽(15, 15a)과 같은 기능을 수행하도록 하여, d축의 자속밀도와 q축의 자속밀도 간의 차이를 현저하게 크게 하는 작용을 한다.
또한, 축 결합구(12) 방향을 기준으로 하여, 제1 및 제2영역 내의 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)의 길이(h), (i)는 제3 및 제4영역 내의 바(14)의 길이(j)보다 더 길도록 형성된다. 이것은 상술된 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)의 면적 및 폭의 특징에 영향을 미치면서도, 제3 및 제4영역 내에서 바(14)가 전체적으로 차지하는 면적을 최소화하여, 코어(11) 면적의 효율성을 향상시킨다. 이에 더하여 제1 및 제2영역 내의 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)의 내주면의 공통접선(I) 또는 (II)과 제3 및 제4영역 내의 바(14)의 내주면의 공통접선(III) 사이에 적어도 하나의 자속장벽(15a)이 형성될 수 있다. 이러한 자속장벽(15a)은 근접한 제3 및 제4영역 내의 바(14)가 일종의 자속장벽(15)과 같은 기능을 수행함과 함께 작용하여, d축의 자속밀도와 q축의 자속밀도 간의 차이를 현저하게 크게 하는 작용을 한다.
또한, 상술된 바와 같이, 자속장벽(15, 15a)이 회전자(10)의 코어(11) 면적 중에서 차지하는 면적이 많아지면, d축 방향으로 자속이 흐를 수 있는 코어(11) 및/또는 자속통로(16)의 면적이 감소되는 것을 의미하므로, 코어(11)에서 자기포화가 야기될 수 있게 된다. 이러한 점에서, 자속장벽(15, 15a)의 면적과 코어(11)의 면적의 비를 조절할 필요가 있게 된다. 본 발명에 따른 회전자(10)에서는 코어(11) 평면의 전체면적에 대한 자속장벽(15, 15a)의 전체면적의 비는 0.35 내지 0.45인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 이 면적의 비는 0.39인 것이다.
또한, 상술된 면적비와 함께, 자속의 원활한 흐름을 위해서는 자속장벽의 폭도 중요한 인자가 된다. 즉, 자속장벽의 폭이 과도하게 넓으면, 자속이 흐를 수 있는 코어의 폭이 감소되는 것이고, 자속장벽의 폭이 과도하게 좁으면, d축 방향과 q축 방향에서의 자속밀도의 차이를 최대화시키는 점에서 문제가 야기될 수도 있다. 이에, 본 발명에서는 축 결합구(12)와 코어(11)의 외주면 간의 폭(L)에 대한 자속장벽(15, 15a)의 전체 폭(L1)(즉, 폭(L) 내에 형성된 자속장벽(15, 15a) 각 폭의 합= La + Lb + Lc + Ld + Le)의 비는 0.35 내지 0.45가 되도록 한다. 더욱 바람직하게는, 폭의 비(L1/L)는 0.405이다.
도 4c는 도 4a의 부분 확대도이다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 자속장벽(15)의 일단부 및/또는 타단부의 중심선(IV)과, 자속장벽(15)이 근접하는 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)의 중심선(V)(바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)의 면적을 균등분할하면서 코어(11)의 중심부를 향하는 선)이 동일 선상에 놓인다. 이러한 배치는 고정자로부터의 자속이 코어(11)를 통하여 흐르는 과정에 자속장벽(15)과 충돌하여 그 흐름이 방해되는 것을 방지하여, 코어(11) 및/또는 자속통로(16)로 자속이 용이하게 흐르도록 하기 위한 것이다.
또한, 도시된 바와 같이, 자속장벽(15)의 폭(k)이 자속장벽(15)이 근접하는 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)의 폭(m)보다 작거나 같도록 형성된다. 이러한 폭 간의 차이는 고정자로부터의 자속이 자속장벽(15)의 양단부에 의해 그 흐름이 방해되는 것을 방지하여, 코어(11) 및/또는 자속통로(16)로 자속이 용이하게 흐르도록 하기 위한 것이다.
자세하게는, 바(44)의 코어(41)의 외주면에 근접하는 외주면의 폭(n)은 바(44)의 자속장벽(45)에 근접하는 내주면의 폭(m)보다 크거나 같도록 형성된다. 특히, 제1 및 제2영역 내의 바(14) 및 바 삽입구(13, 13a)가 이러한 구성을 지니도록 형성된다. 이러한 구성으로 인하여, 코어(1)로 유입되는 자속이 바(14) 및/또는 바 삽입구(13, 13a) 사이에서 충분한 간격을 확보하여, 자기포화현상이 야기되는 것을 방지하여, 코어(11) 내로 유입되는 자속의 흐름을 원활하게 할 수 있게 된다. 또한, 바(14)의 내주면의 폭(m)이 감소됨으로써, 바(14)와 자속장벽(15) 사이(17)의 면적도 상대적으로 감소되어, 이 사이(17)에서 야기될 수 있는 자기포화현상도 방지된다.
도 5는 본 발명에 따른 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자의 제2실시예의 평면도이다. 도 5에 도시된 회전자(50)는 도 3의 회전자(10)의 모든 특징을 포함하면서, 추가적인 특징을 지닌다.
자세하게는, 회전자(50)의 코어(51)는 제3 및 제4영역 내의 바(54)가 자속장벽(55b) 내에 설치되도록 하는 구조를 지닌다. 즉, 제3 및 제4영역 내의 바(54) 사이에 자속장벽(55b)이 형성된 것과 같은 구조가 되어, 이 바(54) 사이로 유입이 되었던 자속이 자속장벽(55b)으로 인하여, 코어(51) 내로 유입되지 않도록 하게 된다. 그럼으로써, d축의 자속밀도와 q축의 자속밀도 간의 차이가 현저하게 증가되게 된다.
상술된 회전자(10), (50)의 각 특징은 모두 회전자에 반영될 수도 있으며, 또한, 그 일부의 특징이 선택적으로 채택되어 적용될 수 있다.
도 6은 도 3의 회전자의 속도-토오크 특성 그래프이다. 도시된 바와 같이, 동기속도가 3600RPM인 경우, 모터(즉, 회전자(10))의 운전속도가 3600RPM에 도달하여도, 미세한 역토오크만이 짧은 시간동안 생성되었다가 소멸되면서, 토오크가 '0'에 도달하거나 아주 근접하게 된다.
이러한 구성의 본 발명은 동기속도에서 발생되는 역토오크를 제거하여 최대 출력 및 효율을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 단순한 구성요소로 이루어져서, 회전자의 제작에 시간과 비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 일반적인 코어를 적층하여 사용하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 코어 내에서 자기포화가 야기되는 것을 방지하여 자속의 흐름을 원활하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 d축 방향의 자속밀도와 q축 방향에서의 자속밀도 사이의 차이를 최대화하여 회전자의 뛰어난 출력과 효율을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 d축의 바의 배치와 q축의 바의 배치를 다르게 하여 회전자가 효율적인 출력 특성을 지니도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 코어 내의 자속장벽의 면적 및/또는 폭을 조절하여 코어 내부로 자속이 흐를 수 있는 통로를 충분히 확보할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 릴럭턴스 모터의 회전자의 평면도이다.
도 2는 도 1의 회전자의 속도-토오크 특성 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자의 평면도이다.
도 4a 내지 4c는 도 3의 회전자의 영역이 구분된 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자의 제2실시예의 평면도이다.
도 6은 도 3의 회전자의 속도-토오크 특성 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 회전자 11: 코어
12: 축 결합구 13: 바 삽입구
14: 바 15, 15a: 자속장벽
16: 자속통로

Claims (24)

  1. 샤프트가 결합되는 방향으로 형성된 축 결합구와, 주변부를 따라 형성된 다수의 바 삽입구를 포함하는 코어와;
    상기 바 삽입구 일부에 삽입되는 다수의 바와;
    일단부와 타단부는 상기 결합 방향에 수직인 코어 평면 상의 제1축을 향하도록 배열된 다수의 자속장벽으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자속장벽은 상기 제1축을 중심선으로 하여 제1각도를 지닌 서로 마주하는 제1영역 및 제2영역 내에 형성된 바 삽입구에 각각 근접하되, 중앙부는 적어도 일부분이 상기 축 결합구를 일정한 간격으로 감싸면서 상기 제1영역과 제2영역 사이의 제3영역 또는 제4영역을 통과하는 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자속장벽은 상기 제1축에 수직인 코어 평면 상의 제2축에 대해서 대칭인 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 바가 상기 제1 및 제2영역 내의 대칭적인 제2각도 내의 바 삽입구에 삽입되지 않는 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2각도는 상기 제1축과 고정자의 자속축 간의 부하각인 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 부하각은 상기 제1축을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제3 및 제4영역 내의 바들의 면적은 상기 제1 및 제2 영역 내의 바들의 면적보다 더 작은 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제3 및 제4영역 내의 바들 간의 간격은 상기 제1 및 제2영역 내의 바들 간의 간격보다 더 작은 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제3 및 제4영역 내의 바들의 외주면의 폭은 상기 제1 및 제2영역 내의 바들의 외주면의 폭보다 더 긴 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  10. 샤프트가 결합되는 방향으로 형성된 축 결합구와 상기 코어의 주변부를 따라 형성된 다수의 바 삽입구를 포함하는 코어와;
    상기 바 삽입구 일부에 삽입되는 다수의 바와;
    양단부가 상기 바들과 각각 근접하도록 일방향으로 배열되어 형성된 다수의 자속장벽으로 이루어지고, 상기 바의 상기 코어의 중심부를 향하는 중심선과 상기 자속장벽의 양단부의 중심선이 동일방향인 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 바의 중심선과 상기 자속장벽의 양단부의 중심선이 동일선상에 있는 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  12. 제10항에 있어서, 상기 바가 상기 자속장벽의 배열방향에 있는 바 삽입구들 중에서 상기 코어의 중심에 대해서 서로 대칭적인 소정의 각도 내의 바 삽입구에 삽입되지 않는 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 각도는 상기 자속장벽의 배열방향과 고정자의 자속축 간의 부하각인 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  14. 제13항에 있어서, 상기 부하각은 상기 자속장벽의 배열방향을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  15. 샤프트가 결합되는 방향으로 형성된 축 결합구와 상기 코어의 주변부를 따라 형성된 다수의 바 삽입구를 포함하는 코어와;
    상기 바 삽입구 일부에 삽입되는 다수의 바와;
    양단부가 상기 바들과 각각 근접하도록 일방향으로 배열되어 형성된 다수의 자속장벽으로 이루어지고, 상기 자속장벽의 폭은 상기 자속장벽의 양단부가 근접한 바의 폭보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  16. 제15항에 있어서, 상기 바가 상기 자속장벽의 배열방향에 있는 바 삽입구 중에서 상기 코어의 중심에 대해서 서로 대칭적인 소정의 각도 내의 바 삽입구에 삽입되지 않는 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  17. 제16항에 있어서, 상기 각도는 상기 자속장벽의 배열방향과 고정자의 자속축 간의 부하각인 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  18. 제17항에 있어서, 상기 부하각은 상기 자속장벽의 배열방향을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  19. 샤프트가 결합되는 방향으로 형성된 축 결합구와 상기 코어의 주변부를 따라 형성된 다수의 바 삽입구를 포함하는 코어와;
    상기 바 삽입구 일부에 삽입되는 다수의 바와;
    일방향으로 배열된 다수의 자속장벽으로 이루어지고, 상기 자속장벽의 배열방향에 있는 바들의 길이는 상기 자속장벽의 배열방향에 대해 수직방향에 있는 바들의 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  20. 제19항에 있어서, 상기 자속장벽의 배열방향에 있는 바들의 내주면의 공통접선과 상기 자속장벽의 배열방향에 대해 수직방향에 있는 바들의 내주면의 공통접선 사이에 적어도 하나의 자속장벽이 형성된 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 자속장벽의 배열방향에 대해 수직방향에 있는 바들 사이에 자속장벽이 형성된 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  22. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 바가 상기 자속장벽의 배열방향에 있는 바 삽입구 중에서 상기 코어의 중심에 대해서 서로 대칭적인 제2각도 내의 바 삽입구에 삽입되지 않는 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제2각도는 상기 자속장벽의 배열방향과 고정자의 자속축 간의 부하각인 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
  24. 제23항에 있어서, 상기 부하각은 상기 자속장벽의 배열방향을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 단상 기동형 릴럭턴스 모터의 회전자.
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