KR100594174B1 - 균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터 - Google Patents

Abstract

유도기 회전자의 외주면과 자유회전마그넷의 내주면 사이 공간에 자유회전마그넷을 지지하기 위한 마그넷지지부를 설치한 균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터(Hybrid Induction Motor)에 관한 것으로서,

이를 위해 본 발명은, 하우징 내부에 고정되며, 전원이 인가됨에 따라 자기장을 발생시키는 고정자와; 상기 고정자의 내주면과 소정의 거리로 이격되어 설치되며, 상기 고정자가 발생시키는 자기장에 따라 자유롭게 회전하는 영구자석으로 이루어지는 자유회전마그넷과; 상기 자유회전마그넷의 내주면과 소정의 거리로 이격되어 설치되며, 상기 자유회전마그넷이 회전하면서 발생시키는 자속의 변화에 의해 회전하는 유도기 회전자; 및 상기 자유회전마그넷의 내주면과 유도기 회전자의 외주면 사이의 공간에 위치되고, 상기 자유회전마그넷이 이탈하지 않도록 지지하면서 자유롭게 회전하도록 하는 링 혹은 원통 형상의 마그넷지지부로 이루어지며, 이에 따라 자유회전마그넷과 유도기 회전자 사이 및 자유회전마그넷과 고정자 사이의 공극을 균일하게 유지하고, 소음을 감소시키고, 모터의 소형화가 가능하도록 하며 구조적 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

하이브리드인덕션모터, 자유회전마그넷, 자기장, 베어링, 공극, 볼베어링

Description

균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터{Hybrid Induction Motor with Uniform Dual Air Gap}

도 1은 일반적인 하이브리드 인덕션 모터의 구조를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터의 구조를 도시한 도면,

도 3은 도 2의 마그넷지지부, 자유회전마그넷 및 유도기 회전자의 결합관계의 일예를 도시한 일부확대횡단면도,

도 4는 도 2의 마그넷지지부, 자유회전마그넷 및 유도기 회전자의 결합관계의 일예를 도시한 일부확대종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200 : 고정자 201 : 자유회전마그넷

202 : 유도기 회전자 203 : 마그넷지지부

204 : 축베어링부 205 : 회전축

206 : 하우징

본 발명은 유도기 회전자의 외주면과 자유회전마그넷의 내주면 사이 공간에, 자유회전마그넷을 자유롭게 회전하도록 하면서 이탈하지 않도록 지지하기 위한 마그넷지지부를 구비하여, 이중공극을 균일하게 하며 구조적 신뢰성이 향상된 균일한 이중 공극(Dual Air Gap)을 가지는 하이브리드 인덕션 모터(Hybrid Induction Motor)에 관한 것이다.

하이브리드 인덕션 모터는, 단상 유도전동기의 고정자와 회전자 사이에 자유롭게 회전할 수 있는 영구자석(이하, '자유회전마그넷' 이라 칭함)을 구비하여 이중 공극을 갖는 모터로서, 이러한 하이브리드 인덕션 모터를 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 일반적인 하이브리드 인덕션 모터의 구조를 도시한 도면으로서, 원통형상으로 외주면이 모터의 하우징(106) 내부와 접촉, 고정되며, 전원이 인가됨에 따라 소정 크기의 자기장을 발생시키는 고정자(100)와; 외주면이 상기 고정자(100)의 내주면과 마주보면서 서로 이격되어 설치되며, 상기 고정자가 발생시키는 자기장에 의해 회전하는 원통형상의 영구자석인 자유회전마그넷(Free Rotating Magnet, 101)과; 원통형상으로, 외주면이 상기 자유회전마그넷(101)의 내주면과 마주보면서 서로 이격되어 설치되고 상기 자유회전마그넷(101)이 회전함에 따라 발생하는 자속의 변화에 의해 회전하는 유도기 회전자(102)와; 상기 자유회전마그넷(101)을 자유롭게 회전하도록 하면서 동시에 지지하기 위해 그 양끝단이 상기 자유회전마그넷(101)의 일측과 회전축(105)에 연결된 마그넷이탈방지부(103)와; 상기 유도기 회전자(102)를 관통하여 설치되고, 그 유도기 회전자(102)에 고정되어 상기 유도기 회전자(102)가 회전할 경우에 같이 회전함으로써, 모터의 회전력을 외부로 전달하는 회전축(105)으로 이루어진다.

상기 각 구성요소들은 하우징(106) 내에 설치되며, 회전축(105)은 일단이 하우징(106)의 일측에 고정되고 타단은 하우징(106)의 타측을 관통하여 외부로 노출된다.

그리고, 상기 회전축(105)과 하우징(106)의 접촉면 및 상기 회전축(105)과 마그넷이탈방지부(103) 사이에는 회전축(105)이 자유롭게 회전할 수 있도록 베어링부(104)가 개재된다.

또한, 상기 마그넷이탈방지부(103)는 원판형으로서, 중앙을 관통하는 모터 회전축(105)과 관통공 사이에는 베어링부(104)가 개재되어 있으며, 그 주연부에는 상기 자유회전마그넷(101)과 연결하기 위한 플랜지가 일체로 구비된 구조이다.

그리고, 상기 자유회전마그넷(101)의 내주면과 유도기 회전자(102)의 외주면 사이 및 자유회전마그넷(101)의 외주면과 고정자(100)의 내주면 사이에는 공극(Air Gap)이 각각 형성되어, 이른바 이중공극(Dual Air Gap)을 이루고 있다.

이와 같은 구성을 가지는 종래의 하이브리드 인덕션 모터는, 전원이 상기 고정자(100)로 인가되면, 고정자(100)는 인가되는 전원에 따른 자기장을 생성한다.

상기 고정자(100)가 자기장을 생성하면, 상기 자유회전마그넷(101)이 상기 고정자(100)가 생성한 자기장에 의해 동기기 원리와 같이 동기속도로 회전하게 된다.

상기 자유회전마그넷(101)이 회전하면 소정 크기의 자속이 발생하게 되고, 이렇게 발생한 자속이 상기 유도기 회전자(102)의 회전자계 역할을 함으로써, 상기 유도기 회전자(102)가 슬립을 갖고 유도기 회전원리와 같이 회전하게 된다. 여기서, 상기 자유회전마그넷(101)의 일측 끝단을 마그넷이탈방지부(103)의 주연부가 단단히 잡아주므로, 상기 자유회전마그넷(101)의 이탈을 방지하며 상기 자유회전마그넷(101)의 내주면과 유도기 회전자(102)의 외주면 사이 및 자유회전마그넷(101)의 외주면과 상기 고정자(100)의 내주면 사이의 공극을 최대한 균일하게 유지할 수 있다.

그러나 이러한 종래의 구성에서는, 상기 마그넷이탈방지부(103)가 상기 자유회전마그넷(101)의 일측만을 지지하게 됨으로써, 모터의 구동시, 상기 자유회전마그넷(101)이 회전하면서 진동하게 되고, 이에 따라 상기 자유회전마그넷(101)의 내주면과 유도기 회전자(102)의 외주면 사이의 공극 및 자유회전마그넷(101)의 외주면과 고정자(100)의 내주면 사이의 공극이 불균일해져서 모터의 소음이 증가되며, 그 구조의 신뢰성이 저하된다는 문제점이 있었다.

그리고, 하우징(106) 내에서 모터의 회전축(105)에 마그넷이탈방지부(103)를 설치함으로써, 축방향의 공간이 증가되고 따라서 모터 체의 크기가 커지는 문제점이 있었다.

상기한 공극 불균형 문제를 해결하기 위해, 전술한 마그넷이탈방지부(103)를 상기 자유회전마그넷(101)의 양끝단에 모두 장착하는 기술이 제시되었으나, 이럴경우 이중공극이 균일해 진다는 효과는 있지만, 상기 마그넷이탈방지부(103)가 축방향으로 차지하는 공간이 추가적으로 증가하기 때문에 모터자체의 크기가 커지고 또 한 그 무게가 증가하는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 고정자와 자유회전마그넷 및 자유회전마그넷과 유도기 회전자 사이의 공극을 균일하게 유지하고, 모터 구동시 소음을 감소시키고, 모터의 소형화를 가능하게 하며 또한, 구조적 신뢰성을 향상시킨 균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징 내부에 고정되며, 전원이 인가됨에 따라 자기장을 발생시키는 고정자;

상기 고정자의 내주면과 소정의 거리로 이격되어 설치되며, 상기 고정자가 발생시키는 자기장에 따라 자유롭게 회전하는 영구자석으로 이루어지는 자유회전마그넷;

상기 자유회전마그넷의 내주면과 소정의 거리로 이격되어 설치되며, 상기 자유회전마그넷이 회전하면서 발생시키는 자속의 변화에 의해 회전하는 유도기 회전자; 및

상기 자유회전마그넷의 내주면과 유도기 회전자의 외주면 사이의 공간에 위치되고, 상기 자유회전마그넷이 이탈하지 않도록 지지하면서 자유롭게 회전하도록 하는 링 혹은 원통 형상의 마그넷지지부로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 균일한 이중(Dual) 공극(Air Gap) 을 가지는 하이브리드 인덕션 모터(Hybrid Induction Motor)를 상세히 설명한다.

먼저, 도 2는 본 발명의 하이브리드 인덕션 모터의 구조를 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 모터의 하우징(206) 내에 고정된 고정자(200)와 유도기 회전자(202) 사이의 공간에 위치하는 자유회전마그넷(201)을 자유롭게 회전하도록 하면서 동시에 지지하기 위해, 상기 자유회전마그넷(201)의 내주면과 유도기 회전자(202)의 외주면 사이의 공간에 유도기 회전자를 감싸는 링 혹은 원통 형상의 마그넷지지부(203)가 설치되는 구조를 가진다.

상기 마그넷지지부(203)는 바람직하게는, 소정의 베어링으로서 상기 원통형상의 유도기 회전자(202)와 원통 형상의 자유회전마그넷(201) 사이 공간의 양측가장자리에 각각 설치된다. 그 각각 설치되는 마그넷지지부(203)는 서로 동일한 직경을 가지고, 그 중심이 상기 유도기 회전자(202)의 중심과 일치되도록 설치된다. 결과적으로, 유도기 회전자(202)와 자유회전마그넷(201) 사이 공간의 양끝단의 폭이 동일하도록 상기 마그넷지지부(203)가 설치되는 것이다.

그리고, 상기 마그넷지지부(203), 예컨대 소정의 볼베어링은 상기 유도기 회전자(202)와 자유회전마그넷(201)가 서로 마주보는 지점 각각을 소정의 깊이로 깎은 다음에 그 지점에 상기 볼베어링을 끼워넣는 방법으로 설치될 수 있다. 이러한 방법으로 상기 마그넷지지부(203)를 설치한 일예는 뒤에 도 4를 설명하는 과정에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

다음으로는, 이러한 구조를 가지는 본 발명의 균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터의, 마그넷지지부(203), 자유회전마그넷(201) 및 유도기 회전 자(202)의 구조 및 결합관계의 일예를 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도 3은 도 2의 마그넷지지부(203), 자유회전마그넷(201) 및 유도기 회전자(202)의 결합관계의 일예를 도시한 확대횡단면도로서, 이에 도시된 바와 같이(여기서는 상기 마그넷지지부(203)로 소정의 볼베어링이 적용된 일예를 도시하고 설명한다), 상기 자유회전마그넷(201)의 내주면에 상기 마그넷지지부(203), 예컨대 볼베어링의 외륜(300)이 결합되어 있고, 상기 외륜(300)이 위치한 지점에 대응되는 상기 유도기 회전자(202)의 외주면상의 지점에 마그넷지지부(203)의 내륜(301)이 결합되어 있고, 상기 외륜(300)과 내륜(301)의 사이에는 볼(302)이 끼워져 있다. 그리고 상기 마그넷지지부(203)의 내륜(301)의 내측에는 유도기 회전자(202)가 위치하고, 상기 유도기 회전자(202)의 중앙 통공에는 회전축(205)이 관통, 결합되어 있다.

다음, 도 4는 자유회전마그넷 및 유도기 회전자의 결합관계의 일예를 도시한 확대종단면도로서, 이를 살펴보면 자유회전마그넷(201)의 내주면과 유도기 회전자(202)의 외주면 사이의 공간 양끝단에 각각 마그넷지지부(203)가 구비되어 있는 상태를 쉽게 알 수 있을 것이다.

그리고, 상기 마그넷지지부(203)의 설치방법은 상기 자유회전마그넷(201)의 양끝단을 동일한 깊이로 깎고, 또한 거기에 대응되는 상기 유도기 회전자(202)의 양끝단도 동일한 깊이로 깍은 다음에, 그 사이에 마그넷지지부(203), 예컨대 볼베이링을 끼워넣는 것이다. 여기서 주의할 점은, 공극을 생성하기 위해 상기 유도기 회전자(202)의 깎아낸 깊이와 상기 자유회전마그넷(201)의 깎아낸 깊이를 합친 것보다 더 넓은 폭을 가지는 마그넷지지부(203)를 끼워넣어야 한다는 것이다.

이러한 구성의 본 발명은, 인가되는 전원에 따라 고정자(200)가 발생하는 소정 크기의 자기장으로 자유회전마그넷(201)이 회전하게 되는데, 상기 자유회전마그넷(201)은 상기 유도기 회전자(202)와 자유회전마그넷(201) 사이 공간에 설치되는 마그넷지지부(203)에 의해 이탈하지 않고 자유롭게 회전할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 자유회전마그넷(201)이 회전함에 따라 발생되는 소정 크기의 자속으로 상기 유도기 회전자(202)가 회전하고 이에 따라 상기 유도기 회전자(202)에 결합된 회전축(205)이 회전하면서 동작하는 것이다. 즉, 상기 자유회전마그넷(201)과 유도기 회전자(202)의 사이 및 자유회전마그넷(201)과 고정자(200) 사이의 공극이 변화되지 않고 균일하게 유지되는 상태로 동작하는 것이다.

그리고, 본 발명의 균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터는, 종래기술에서 전술한 바와 같이, 상대적으로 많은 공간을 차지하는 마그넷이탈방지부가 필요치 않기 때문에, 그 마그넷지지부가 차지하던 공간 만큼의 크기를 회전축방향으로 줄임으로써, 상대적으로 작은 크기로 제작될 수 있는 것이다.

또한, 모터의 크기가 증가하면 그 코어의 길이도 회전축방향으로 비례하여 증가하여 그 자유회전마그넷(201)의 길이도 증가하게 되는데, 이러한 경우에도 그 이중 공극은 일정하게 유지되며, 만일 그 코어의 길이가 과도하게 증가한다면, 이러한 경우에는 공극의 가장자리에 설치되는 상기 마그넷지지부(203)의 갯수를 증가시키거나 혹은 보다 넓은 면적을 가지는 것을 사용하면 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터는 자유회전마그넷과 유도기 회전자 사이 공간의 양끝단에 마그넷지지부를 설치함으로써, 자유회전마그넷과 유도기 회전자 사이 및 자유회전마그넷과 고정자 사이의 공극을 균일하게 유지하며, 이에 따라 모터의 구동시에 발생하는 소음을 줄이고, 모터의 소형화를 가능하게 하며 구조적인 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 하우징 내부에 고정되며, 전원이 인가됨에 따라 자기장을 발생시키는 고정자;

   상기 고정자의 내주면과 소정의 거리로 이격되어 설치되며, 상기 고정자가 발생시키는 자기장에 따라 자유롭게 회전하는 영구자석으로 이루어지는 자유회전마그넷;

   상기 자유회전마그넷의 내주면과 소정의 거리로 이격되어 설치되며, 상기 자유회전마그넷이 회전하면서 발생시키는 자속의 변화에 의해 회전하는 유도기 회전자; 및

   상기 자유회전마그넷의 내주면과 유도기 회전자의 외주면 사이의 공간에 위치되고, 상기 자유회전마그넷이 이탈하지 않도록 지지하면서 자유롭게 회전하도록 하는 링 혹은 원통 형상의 마그넷지지부로 이루어지는 균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 마그넷지지부는;

   자유회전마그넷의 내주면과 유도기 회전자의 외주면 사이의 공간 가장자리 양끝단에 각각 하나 이상 설치된 것을 특징으로 하는 균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 마그넷지지부는;

   베어링인 것을 특징으로 하는 균일한 이중 공극을 가지는 하이브리드 인덕션 모터.

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