KR100556250B1 - 동기모터 - Google Patents

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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 복수의 유도전도체슬롯(44)이 형성되어 있는 메인코어(40)와; 메인코어(40)의 유도전도체슬롯(44) 각각에 결합되는 유도전도체(50)와; 메인코어(40)의 외주면에 부착되는 복수의 마그네트(60)를 포함하여 구성된다. 이에 따라, 마그네트의 착자가 쉽고 용이할 뿐 아니라 자속누설을 최소화하여, 동기모터의 기능성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
동기모터, 고정자, 회전자, 메인코어, 유도전도체, 마그네트

Description

동기모터 {SYNCHRONOUS MOTOR}
도 1은 종래 동기모터의 회전자 구조를 도시한 횡단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 동기모터가 적용된 왕복동식 압축기를 개략적으로 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 동기모터의 회전자 구조를 도시한 횡단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 동기모터의 회전자 구조를 도시한 종단면도이고,
도 5는 본 발명에 다른 동기모터의 회전자 구조의 다른 실시예를 도시한 횡단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20 : 고정자 30 : 회전자
40 : 메인코어 42 : 샤프트홀
44 : 유도전도체슬롯 48 : 자속누설방지슬롯
50 : 유도전도체 60 : 마그네트
70 : 보조유도전도체
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 구조의 회전자(10)는 고정자의 도체와 복수의 유도전도체(4) 사이에 발생되는 자기적 작용에 의해 회전이 시작되며, 그 회전속도가 동기속도에 도달하게 되면 고정자의 도체와 마그네트(6) 사이에 발생되는 자기적 작용에 의해 지속적으로 회전되는 구조를 지 니고 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 구조를 지닌 동기모터는 마그네트(6)가 메인코어(2)의 내부에 결합됨으로써 공극자속밀도의 파형이 구형파 형태로 발생될 뿐 아니라 누설자속이 상당히 많다는 문제점이 있으며, 이는 고정자로부터 야기되는 역기전압의 값을 감소시켜 토크 특성이 저하되는 결과를 초래한다.
또한, 마그네트(6) 착자를 위해 자장을 가하였을 때 유도전도체(4)에 유도전류가 발생되어, 마그네트(6)의 원활한 착자를 방해함과 아울러 마그네트(6)의 잔류자속밀도 값을 떨어뜨린다. 이처럼 마그네트(6)가 제대로 착자되지 않으면 동기모터의 효율 및 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 마그네트의 착자가 용이할 뿐 아니라 자속누설을 최소화할 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 복수의 유도전도체슬롯이 형성되어 있는 메인코어와; 상기 메인코어의 유도전도체슬롯 각각에 결합되는 유도전도체와; 상기 메인코어의 외주면에 부착되는 복수의 마그네트를 포함하여 구성되는 데 그 특징이 있다.
상기 마그네트는 착자된 상태에서 상기 메인코어의 외주면에 부착되거나, 상기 메인코어의 외주면에 부착된 상태에서 착자되는 것이 바람직하다.
상기 유도전도체는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 메인코어에는 상기 마그네트의 자속누설을 방지할 수 있는 자속누설방지슬롯이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 자속누설방지슬롯에 결합되는 보조유도전도체를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보조유도전도체는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 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, 동기 모터는 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 3은 본 발명에 따른 동기모터의 회전자 구조를 도시한 횡단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 동기모터의 회전자 구조를 도시한 종단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동기모터의 회전자(30)는 중심부에 샤프트홀(42), 외곽부에는 복수의 유도전도체슬롯(44)이 형성되어 있는 메인코어(40)와; 메인코어(40)의 유도전도체슬롯(44) 각각에 결합되는 유도전도체(50)와; 메인코어(40)의 외주면에 부착되는 복수의 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)은 메인코어(40)의 외곽부를 관통하여 상호 일정 간격을 두고 원형 구조로 배치되며, 그 크기와 형상 및 배치형태는 필요에 따라 다양하게 변경 가능하다.
유도전도체(50)는 유도전도체슬롯(44)의 내부에 인고트(ingot)되며, 그 재질은 비자성체이면서 도전성을 가진 여러 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있지만, 가공성 및 작업성 등이 상대적으로 우수한 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 유도전도체(50)의 설치개수는 동기모터의 용도 등과 같은 여러 조건에 의해 적절하게 조절 가능하다.
마그네트(60)는 메인코어(40)의 회전에 의해 이탈되지 않도록 접착부재에 의해 메인코어(40)의 외주면에 견고히 결합된다. 필요에 따라 메인코어(40)의 상·하부면에 이탈방지커버(미도시)를 장착하거나, 고정자의 내주면 및 회전자(30)의 메인코어(40) 외주면 중 어느 하나에 마그네트(60)가 안착되는 마그네트안착홈(미도시)을 형성하여, 마그네트(60)의 결합력을 보다 견고하게 유지시킬 수 있다.
마그네트(60)는 착자된 상태에서 메인코어(40)의 외주면에 부착되거나 또는 메인코어(40)의 외주면에 부착된 상태에서 착자됨으로써 기존에 비해 마그네트(60)의 착자가 쉽고 용이할 뿐 아니라 자속누설을 최소화하여 공극자속밀도를 높일 수 있다. 따라서, 동기모터의 기능성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
메인코어(40)에는 마그네트(60)의 자속 누설을 효율적으로 방지할 수 있도록 자속누설방지슬롯(48)이 대칭구조로 형성되어 있으며, 필요에 따라 자속누설방지슬롯(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 향상시킬 수 있다. 보조유도전도체(70)는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
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.
도 5는 본 발명에 다른 동기모터 회전자 구조의 다른 실시예를 도시한 횡단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동기모터의 회전자(30)는 중심부에 샤프트홀(42), 외곽부에는 복수의 유도전도체슬롯(44)이 형성되어 있는 메인코어(40)와; 메인코어(40)의 유도전도체슬롯(44) 각각에 결합되는 유도전도체(50)와; 메인코어(40)의 외주면에 부착되는 복수의 마그네트(60)를 포함하여 구성된다.
상기에서는 마그네트(60)가 4극으로 형성된다는 것을 제외하면 도 3 및 도 4 에서 설명한 동기모터와 동일하므로 그 구성 및 기능에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 미설명 참조번호 48,70은 자속누설방지슬롯 및 보조유도전도체를 각각 도시한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 마그네트를 메인코어의 외주면에 부착시킴으로써 착자가 쉽고 용이할 뿐 아니라 자속누설을 최소화하여 공극자속밀도를 높일 수 있다.
그로 인해, 동기모터의 기능성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 고정자와; 상기 고정자에 대해 회전 가능하도록 설치되는 회전자를 포함하는 동기모터에 있어서,
    상기 회전자는,
    중심부에는 샤프트홀, 외곽부에는 복수의 유도전도체슬롯이 원주방향을 따라 동일한 간격으로 형성되어 있는 메인코어와;
    상기 메인코어의 유도전도체슬롯 각각에 결합되는 유도전도체와;
    상기 메인코어의 외주면에 부착되는 복수의 마그네트와;
    상기 마그네트의 자속누설을 방지할 수 있도록 상기 마그네트가 부착되지 않은 영역에 마련된 자속누설방지슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트는 착자된 상태에서 상기 메인코어의 외주면에 부착되는 것을 특징으로 하는 동기모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트는 상기 메인코어의 외주면에 부착된 상태에서 착자되는 것을 특징으로 하는 동기모터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도전도체는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동기모터.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자속누설방지슬롯에 결합되는 보조유도전도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보조유도전도체는 알루미늄 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동기모터.
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