KR100709301B1 - Two or four poles rotor structure and design method of synchronous reluctance motor manufactured by anisotropy material - Google Patents

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KR100709301B1 KR1020050105243A KR20050105243A KR100709301B1 KR 100709301 B1 KR100709301 B1 KR 100709301B1 KR 1020050105243 A KR1020050105243 A KR 1020050105243A KR 20050105243 A KR20050105243 A KR 20050105243A KR 100709301 B1 KR100709301 B1 KR 100709301B1
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이중호
홍정표
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창원대학교 산학협력단
이중호
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Abstract

본 발명은 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자의 재질을 이방성 재질을 사용하여 q축 인덕턴스를 감소시키면서 d 축의 인덕턴스를 증가시켜 전동기의 토크 및 역률이 향상된 전동기회전자구조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전동기회전자의 재질을 이방성 재질을 사용하여 q 축의 인덕턴스를 감소시키면서 d 축의 인덕턴스를 증가시킨 2극 또는 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 토크 및 역률이 향상된 전동기회전자구조에 관한 것으로 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 재질을 등방성 재질이 아닌 이방성 재질을 사용하여 회전자 립 부분에 흐르는 누설자속(

Figure 112006080945949-pat00030
)를 감소시켜 회전자의 q 축의 인덕턴스를 감소시키고 d축의 인덕턴스를 증가시키도록 구성된 2극 또는 4극 단편형 동기 릴럭턴스 회전자구조를 구현하므로 2극 또는 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 토크 및 역률을 향상시키는데 그 특징이 있다.The present invention relates to a motor rotor structure in which the torque and power factor of the motor is improved by increasing the inductance of the d- axis while reducing the q- axis inductance by using an anisotropic material as the material of the fragmentary synchronous reluctance motor rotor. More specifically, the present invention uses an anisotropic material as the material of the motor rotor to reduce the inductance of the q- axis while increasing the torque and power factor of the two-pole or four-pole fragmentary synchronous reluctance motor that increased the inductance of the d- axis It is related to the structure, and the leakage magnetic flux flowing in the rotor lip part using anisotropic material rather than isotropic material as the rotor material of the fragmentary synchronous reluctance motor (
Figure 112006080945949-pat00030
Torque in a two or four pole piece synchronous reluctance motor by implementing a two pole or four pole piece synchronous reluctance rotor structure configured to reduce the q- axis inductance of the rotor and increase the inductance of the d- axis. And improving the power factor.

전동기회전자, 이방성재질 Motor rotor, anisotropic material

Description

이방성재질로 제작된 2극 또는 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자구조 및 설계방법{Two or Four Poles Rotor Structure and Design Method of Synchronous Reluctance Motor Manufactured by Anisotropy Material} Two or Four Poles Rotor Structure and Design Method of Synchronous Reluctance Motor Manufactured by Anisotropy Material}

도1 : 본 발명에 따른 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자를 제작하기 위한 이방성 재질의 구조1: Structure of anisotropic material for manufacturing a two-pole fragment type synchronous reluctance motor rotor according to the present invention

도2 : 본 발명에 따른 이방성재질을 사용한 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자구조2: Rotor structure of a two-pole fragment type synchronous reluctance motor using an anisotropic material according to the present invention

도3 : 본 발명에 따른 이방성재질로 회전자를 구성 시에 자속이 흐르는 방향과 립의 측면도Figure 3: Side view of the direction of the magnetic flux and the lip when the rotor is made of an anisotropic material according to the invention

도4 : 본 발명에 따른 이방성재질로 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자에 형성한 자계의 방향을 도시한 이방성재질의 구조4 is an anisotropic material structure showing an orientation of a magnetic field formed in a four-pole fragment type synchronous reluctance motor rotor according to the present invention.

도5 : 본 발명에 따른 이방성재질을 사용하여 설계 제작된 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자구조의 단면도5 is a cross-sectional view of a rotor structure of a four-pole fragment type synchronous reluctance motor designed and manufactured using an anisotropic material according to the present invention.

도6 : 본 발명에 따른 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자의 자속장벽의 형상변화를 위한 변수(W)와 변화 방향6: Variable ( W ) and direction of change for the shape change of the magnetic flux barrier of the rotor of the fragmentary synchronous reluctance motor according to the present invention

<도면부호의 간단한 설명><Brief Description of Drawings>

11; 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자 11; 2-pole fragment type synchronous reluctance motor rotor

12; 이방성재질로 제작된 세그먼트12; Segments made of anisotropic materials

13; 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자의 자기장벽(공극)13; Magnetic Barrier (gauge) of 2-pole single-piece synchronous reluctance motor rotor

21; 자계의 중심점 22; d21; Center of magnetic field 22; d axis

23; q 축 24; 4극 전동기회전자 외경(원주)23; q axis 24; 4-pole Motor Rotor Outer Diameter (Wonju)

25; 이방성재질을 가진 4극 회전자 재질의 형상25; Shape of 4-pole rotor material with anisotropic materials

26; 자계의 중심점을 연결한 정사각형26; Square connecting the center of magnetic field

31; 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자31; 4-pole single-piece synchronous reluctance motor rotor

32; 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자에 형성된 자기장벽(공극)32; Magnetic barriers (voids) formed on 4-pole single-piece synchronous reluctance motor rotors

33; d 축 34; q 축33; d axis 34; q axis

본 발명은 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자의 재질을 2극 또는 4극의 이방성 재질을 사용하여 q 축의 인덕턴스를 감소시키면서 d 축의 인덕턴스를 증가시키는 회전자 구조로 제작하여 전동기의 토크 및 역률을 향상시킨 전동기회전자구조에 관한 것이다.The present invention improves the torque and power factor of the motor by manufacturing the material of the synchronous reluctance motor rotor of the short-type synchronous reluctance motor by increasing the inductance of the d- axis while reducing the inductance of the q- axis by using an anisotropic material of 2-pole or 4-pole. Motor rotor structure.

종래의 일반적으로 단편형 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; SynRM)는 등방성의 금속재질로 회전자를 구성하되, 성층방법에 따라 축방향 성층형과, 횡 방향 성층형으로 분류되며, 축방향 성층형의 경우에 돌극비는 증가하지만 구조가 복잡하고 축에 회전자 철심을 고정시켜야 하는 문제 등 횡 방향 성층형에 비하여 제작하기가 어렵고 자속을 인가할 경우에 d 축의 인덕턴스 값은 증가하고 q 축의 인덕턴스의 값은 감소하거나 거의 발생하지 않도록 구성하여 전동기의 토크와 역률을 향상시키는데 한계가 있고 제작비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.Conventionally, a fragmentary synchronous reluctance motor (SYNRM) is composed of an isotropic metallic material, and is classified into an axial stratification type and a lateral stratification type according to the stratification method. In the case of the die, the pore ratio increases, but it is more difficult to manufacture than the lateral stratification type such as the complicated structure and the problem of fixing the rotor core to the axis.In case of applying magnetic flux, the inductance value of the d axis increases and the inductance of the q axis The value of is reduced or hardly generated so that there is a limit to improve the torque and power factor of the motor and there is a problem that the manufacturing cost is high.

또한 상기 횡 방향 성층형에 해당하는 단편형 SynRM은 제작이 비교적 용이하고, 고정자의 슬롯으로 인해 발생하는 토크 리플을 스큐를 이용해 개선시킬 수 있으며, 축 방향 성층형 구조 못지않은 높은 돌극비를 갖도록 설계 제작할 수 있으므로 많이 이용되고 있으나, 단편형 SynRM에서는 전동기 특성에 영향을 미치는 변수들인 자속 장벽의 수, 자속 장벽의 폭, 자기장벽, 슬롯 및 립 등의 다수의 변수에 의하여 전동기회전자의 토크와 역률이 달라지므로 최적화된 회전자를 설계 제작하는 것이 용이하지 않으며, 등방성 재질로 회전자를 설계하는 경우에 d방향의 인덕턴스 값은 증가하고 q 축의 인덕턴스의 값은 감소하거나 거의 발생하지 않도록 구성하는데 한계가 있다는 문제점이 있다.In addition, the piece-type SynRM corresponding to the lateral stratification is relatively easy to manufacture, and can improve torque ripple caused by the slots of the stator using skew, and designed to have a high breakthrough ratio no less than an axial stratification structure. It is widely used because it can be manufactured, but the torque and power factor of the motor rotor is affected by a number of variables such as the number of magnetic flux barriers, the width of magnetic flux barriers, magnetic barriers, slots and ribs, which are variables affecting motor characteristics. Because of this difference, it is not easy to design and manufacture the optimized rotor, and when designing the rotor with isotropic material, the inductance value in the d direction increases and the value of the inductance in the q axis decreases or hardly occurs. There is a problem.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 인식하고 이를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 설계 시에 전동기의 역률과 토크를 향상시키기 위하여 전동기회전자의 q 축의 누설 자속을 감소시키거나 거의 발생하지 않도록 구성하여 q 축 자기 인덕턴스 값을 최소화하면서 d 축의 자기 인덕턴스의 값이 증가하도록 2극 또는 4극의 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자 재질을 이방성으로 설계 제작하여 구성함으로써 전동기의 역률과 토크가 크게 향상된 전동기회전자구조를 구현하는데 그 목적이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to solve the problem of the prior art as described above to solve the problem, to improve the power factor and torque of the motor rotor in the design of the short-type synchronous reluctance motor q-axis leakage while reducing the magnetic flux to or configured to not substantially occur to minimize the q-axis self-inductance value of d-axis two-pole, the value of the self-inductance so as to increase or piece-synchronization of the four-pole reluctance electric opportunity designing electronic material anisotropically The purpose of the present invention is to realize a motor rotor structure with greatly improved power factor and torque of the motor.

본 발명의 또 다른 목적은 단편형 동기 릴럭턴스 전동기를 2극 또는 4극을 가진 이방성 금속재질을 설계 제작하여 회전자를 구성하되, 2극의 경우에는 이방성재질로 제작된 회전자의 세그먼트의 수를 홀수로 구성하고, 세그먼트사이에는 자기장벽을 형성하여 설계 제작하여 중심에 세그먼트가 위치할 수 있도록 구성하고, 4극의 경우에는 회전자를 형성하는 재질을 이방성으로 구성함에 있어서 원하는 크기의 회전자를 외경(원주) 상에 동일한 세기를 가진 자계(Magnetic Field)의 중심점을 정사각형의 모서리에 4개를 형성한 구조에서 q 축으로 자기장벽을 형성하여 자기 인덕턴스를 최소화하면서 d 축의 자기 인덕턴스를 극대화하여 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 토크와 역률을 크게 향상시킨 회전자 구조를 이루는데 있다.Yet another object of the present invention is to design and manufacture the anisotropic metal material having a 2-pole or 4-pole fragmentary synchronous reluctance motor, and in the case of 2-pole, the number of segments of the rotor made of anisotropic material. Is composed of an odd number, and a magnetic barrier is formed between the segments to design and manufacture so that the segment can be located at the center.In the case of 4-pole, the rotor having the desired size is formed in anisotropically forming material. In the structure where four center points of the magnetic field having the same intensity on the outer diameter (circumference) are formed at the corners of the square, the magnetic barrier is formed on the q- axis to minimize the magnetic inductance while maximizing the magnetic inductance on the d- axis. It is to achieve a rotor structure that greatly improves the torque and power factor of a fragmentary synchronous reluctance motor.

본 발명의 또 다른 목적은 설계하고자하는 4극 전동기회전자를 원주 상에 동일한 세기를 가진 자계(Magnetic Field)의 중심점을 정사각형의 모서리에 4개를 형성한 구조에서 d 축의 자기 인덕턴스를 더 증가시키고 q 축으로 자기장벽을 형성하여 자기 인덕턴스를 최소화하기 위하여 q 축으로 자기장벽을 형성함에 있어서 유한요소법과 순차 비제약 최소화기법을 사용하여 공기에 의하여 형성되는 자속장벽(Flux barrier)의 개수와, 전체자속장벽의 폭과 전체철심영역의 폭의 비(Kw)를 변수로 두고 이를 최적화하여 설계하는 방법으로 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 토크와 역률을 더욱 향상시킨 회전자 구조를 이루는데 있다.Another object of the present invention is to further increase the magnetic inductance of the d- axis in a structure in which the four poles of the magnetic field having the same intensity on the circumference of the four-pole electric motor rotor to be designed are formed at the corners of the square Due to the q-axis to form a magnetic barrier self to the number in as a q-axis forming a magnetic barrier, using the finite element method and successively unconstrained minimization techniques flux barriers (flux barrier) formed by the air in order to minimize the inductance, the whole The ratio of the width of the magnetic flux barrier to the width of the entire core area ( Kw ) is a variable and optimized design to achieve a rotor structure that further improves the torque and power factor of the synchronous reluctance motor.

본 발명은 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자의 재질을 2극 또는 4극의 이방성 재질을 사용하여 q축 인덕턴스를 감소시키면서 d방향의 인덕턴스를 증가시킨 회전자 구조를 제작하여 전동기의 토크 및 역률을 향상시킨 전동기회전자구조에 관한 것이다. The present invention uses a two-pole or four-pole anisotropic material as the material of the short-acting synchronous reluctance motor rotor to manufacture a rotor structure that increases the inductance in the d-direction while reducing the q- axis inductance, thereby improving torque and power factor of the motor. It relates to an improved motor rotor structure.

종래의 일반적으로 단편형 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; SynRM)는 등방성의 금속재질로 회전자를 구성하되, 성층방법에 따라 축방향 성층형과, 횡 방향 성층형으로 분류되며, 축방향 성층형의 경우에 돌극비는 증가하지만 구조가 복잡하고 축에 회전자 철심을 고정시켜야 하는 문제 등 횡 방향 성층형에 비하여 제작하기가 어렵고 자속(Magnetic Flux)을 인가할 경우에 d방향의 인덕턴스 값은 증가하고 q 축의 인덕턴스의 값은 감소하거나 거의 발생하지 않도록 구성하여 전동기의 토크와 역률을 향상시키는데 한계가 있고 제작비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.Conventionally, a fragmentary synchronous reluctance motor (SYNRM) is composed of an isotropic metallic material, and is classified into an axial stratification type and a lateral stratification type according to the stratification method. In case of mold, the pore ratio increases, but it is more difficult to manufacture than the lateral stratification type such as the complicated structure and the problem of fixing the rotor core to the axis.In case of applying magnetic flux, the inductance value in the d direction is Increasing and reducing the value of the inductance of the q- axis is configured to decrease or hardly occur, there is a limit to improve the torque and power factor of the motor and there is a problem that the manufacturing cost is high.

또한 상기 횡 방향 성층형에 해당하는 단편형 SynRM은 제작이 비교적 용이하고, 고정자의 슬롯으로 인해 발생하는 토크 리플을 스큐를 이용해 개선시킬 수 있으며, 축 방향 성층형 구조 못지않은 높은 돌극비를 갖도록 설계 제작할 수 있으므로 많이 이용되고 있으나, 단편형 SynRM에서는 전동기 특성에 영향을 미치는 변수들인 자속 장벽의 수, 자속 장벽의 폭, 자기장벽, 슬롯 및 립 등의 다수의 변수에 의하여 전동기회전자의 토크와 역률이 달라지므로 최적화된 회전자를 설계 제작하는 것이 용이하지 않으며, 등방성 재질로 회전자를 설계하는 경우에 d방향의 인덕턴스 값은 증가하고 q 축의 인덕턴스의 값은 감소하거나 거의 발생하지 않도록 구성하는데 한계가 있다는 문제점이 있다.In addition, the piece-type SynRM corresponding to the lateral stratification is relatively easy to manufacture, and can improve torque ripple caused by the slots of the stator using skew, and designed to have a high breakthrough ratio no less than an axial stratification structure. It is widely used because it can be manufactured, but the torque and power factor of the motor rotor is affected by a number of variables such as the number of magnetic flux barriers, the width of magnetic flux barriers, magnetic barriers, slots and ribs, which are variables affecting motor characteristics. Because of this difference, it is not easy to design and manufacture the optimized rotor, and when designing the rotor with isotropic material, the inductance value in the d direction increases and the value of the inductance in the q axis decreases or hardly occurs. There is a problem.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 인식하고 창안된 것이다. 본 발명의 이해를 용이하게 하는 도면에 대하여 살펴본다. 도1은 본 발명에 따른 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자를 제작하기 위한 이방성 재질의 구조를 도시한 것이며, 도2는 본 발명에 따른 이방성재질을 사용한 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자구조를 나타낸 것이다. 도3은 본 발명에 따른 이방성재질로 회전자를 구성 시에 자속(Magnetic Flux)이 흐르는 방향과 립의 측면도를 도시한 것이다. 도4는 본 발명에 따른 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자에 설계 제작하기 위하여 형성한 자계(Magnetic Field)의 방향을 도시한 이방성재질의 구조를 도시한 것이며, 도5는 본 발명에 따른 이방성재질을 사용하여 설계 제작된 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자구조의 단면도를 도시한 것이다. 도6은 본 발명에 따른 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자의 자속장벽의 형상변화를 위한 변수(W)와 변화 방향을 도시한 것이다.The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above. It looks at the drawings to facilitate the understanding of the present invention. 1 illustrates a structure of an anisotropic material for manufacturing a two-pole fragment synchronous reluctance motor rotor according to the present invention, Figure 2 is a two-pole fragment synchronous reluctance motor using an anisotropic material according to the present invention It shows the rotor structure. Figure 3 shows a side view of the granules in the direction in which magnetic flux (Magnetic Flux) flows when the rotor is made of an anisotropic material according to the present invention. Figure 4 shows the structure of an anisotropic material showing the direction of the magnetic field (Magnetic Field) formed for designing and manufacturing a four-pole fragment type synchronous reluctance motor rotor according to the present invention, Figure 5 is Fig. 1 shows a cross-sectional view of the rotor structure of a four pole piece synchronous reluctance motor designed and manufactured using anisotropic materials. Figure 6 shows the variable W and the direction of change for the shape change of the magnetic flux barrier of the rotor of the fragmentary synchronous reluctance motor according to the present invention.

본 발명에 따른 2극 또는 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자의 구성요소들에 대하여 구체적으로 살펴본다. 먼저, 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자의 구성요소들에 대하여 살펴본다. 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 구성하기 위한 이방성재질의 구성은 도1에서와 같이 d방향의 자속은 강하게 나타나고, q방향의 자속은 약하게 나타나도록 형성되어 있다. 상기와 같은 이방성재질로 회전자의 세그먼트를 제작하고 세그먼트사이에 자기장벽을 형성하여 설계 제작한 회전자의 하나의 예가 도2에 도시되어 있다. 본 발명에 따른 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 재질을 등방성 재질이 아닌 이방성 재질로 사용하여 설계 제작할 경우에 전동기회전자 립(Rib) 부분에 흐르는 누설자속

Figure 112006080945949-pat00031
(수식1)를 감소시켜 q축 인덕턴스를 크게 줄이고, d축 인덕턴스를 크게 증가시켜 전동기의 토크와 역률을 증가시킨다. 전동기회전자를 등방성 재질로 구성할 경우에는 도3에서 보는 것과 같이 누설자속(
Figure 112006080945949-pat00032
)이 회전자의 립 부분으로 흐르게 되어 식 (3)의 뒷부분 (
Figure 112006080945949-pat00033
)이 증가하여 q축 인덕턴스를 증가시켜 토크 및 역률이 감소하는 현상이 나타난다. 이러한 점을 착안하여 본 발명에서는 단편형 동기 릴럭턴스 전동기(SynRM)의 회전자를 이방성 재질(도1)로 구성하여 도3의 누설자속(
Figure 112006080945949-pat00034
)이 흐르지 못하거나 아주 미세하게 흐르도록 구성하여 Lq 를 크게 줄이고, d 축은 회전자표면으로 흐르는 자속을 증가시켜 d축의 자기 인덕턴스 값을 증가시켜 전동기의 토크와 역률을 향상시킬 수 있으며, 회전자 립 부분을 다소 넓게 형성할 수 있어 구조적으로 회전자를 견고하게 할 수 있다.The components of the two-pole or four-pole fragmentary synchronous reluctance motor rotor according to the present invention will be described in detail. First, the components of the rotor of the two-pole fractional synchronous reluctance motor will be described. In the configuration of the anisotropic material for constituting the rotor of the two-pole fragment type synchronous reluctance motor, the magnetic flux in the d direction is strong and the magnetic flux in the q direction is weak as shown in FIG. One example of a rotor manufactured by manufacturing a segment of the rotor using the anisotropic material as described above and forming a magnetic barrier between the segments is illustrated in FIG. 2. Leakage flux flowing in the rotor rip (Rib) part when the rotor material of the two-pole fragment type synchronous reluctance motor according to the present invention is designed and manufactured using an anisotropic material rather than an isotropic material
Figure 112006080945949-pat00031
By reducing Equation 1, the q- axis inductance is greatly reduced, and the d- axis inductance is greatly increased to increase the torque and power factor of the motor. When the motor rotor is made of isotropic material, as shown in FIG.
Figure 112006080945949-pat00032
) Flows into the lip of the rotor,
Figure 112006080945949-pat00033
) Increases to increase the q- axis inductance, resulting in a decrease in torque and power factor. With this in mind, in the present invention, the rotor of the fragmentary synchronous reluctance motor (SynRM) is composed of an anisotropic material (FIG. 1), and the leakage magnetic flux of FIG.
Figure 112006080945949-pat00034
) Are not, or configured to a very fine flow significantly reduce the L q flow, d axis is time to increase the magnetic flux flowing in the electron surface to increase the self-inductance value of d-axis can improve the torque and power factor of the electric motor, the rotor The lip portion can be made somewhat wider to structurally solidify the rotor.

Figure 112006080945949-pat00035
(1)
Figure 112006080945949-pat00035
(One)

Figure 112006080945949-pat00036
(2)
Figure 112006080945949-pat00036
(2)

Figure 112006080945949-pat00037
(3)
Figure 112006080945949-pat00037
(3)

Figure 112006080945949-pat00038
(4)
Figure 112006080945949-pat00038
(4)

본 발명에서는 2극 또는 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기(SynRM)의 회전자를 이방성재질로 구성하되, 상기 수식(4)에서 전동기회전자의 d 축의 인덕턴스와 q 축의 인덕턴스 값은 유한요소법으로 연산하여 구하고 이로부터 설계된 전동기회전자의 d축과 q축 인덕턴스의 차(Ld-Lq )와 돌극비(Ld/Lq )를 구하여 이들을 크게 향상시킬 수 있는 전동기회전자를 설계 제작한다. 즉, 식 (3)의 뒷부분(

Figure 112006080945949-pat00039
)을 최소화할 수 있도록 d축과 q축 인덕턴스의 차(Ld-Lq )와 돌극비(Ld/Lq )를 최대한 크게 할 수 있도록 이방성 재질을 사용하여 구성하고, 필요한 수의 자기장벽의 가진 2극 또는 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기(SynRM)의 회전자를 구성한다.In the present invention, the rotor of the 2-pole or 4-pole single-piece synchronous reluctance motor (SynRM) is composed of anisotropic materials, but the inductance of the d- axis and the q- axis inductance of the motor rotor are calculated by the finite element method in Equation (4). From this, the difference between the d- axis and q- axis inductance ( L d -L q ) and the pole-pole ratio ( L d / L q ) of the designed motor rotor is obtained and designed and manufactured. That is, the latter part of equation (3)
Figure 112006080945949-pat00039
To minimize the difference between the d- axis and q- axis inductance ( L d -L q ) and the pole-pole ratio ( L d / L q ) to minimize the The rotor consists of a two-pole or four-pole fragmentary synchronous reluctance motor (SynRM).

본 발명에 따른 이방성 재질로 구성된 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기(SynRM)의 회전자의 구성에 대하여 살펴본다. 도4는 본 발명에 따른 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 구성하기 위하여 형성시킨 이방성재질의 자계(Magnetic Field)의 방향을 나타낸 것이다. 보다 구체적으로, 설계하고자하는 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 형성하기 위한 회전자 외경(원주) 상에 동일한 세기를 가진 자계(Magnetic Field)의 중심점을 도4에서와 같이 정사각형의 모서리에 4개를 형성하여 4극 전동기회전자를 위한 이방성재질을 설계 제작한다. 이와 같이 설계 제작된 4극 전동기회전자를 위한 이방성재질로 도5에서 도시한 d 축의 자기 인덕턴스(Ld )를 더 증가시키면서 q 축의 자기 인덕턴스(Lq )를 최소화할 수 있도록 q 축으로 자기장벽을 형성함에 있어서 유한요소법과 순차 비제약 최소화기법을 사용하여 공기에 의하여 형성되는 자속장벽(Flux barrier)의 개수와, 전체자속장벽의 폭과 전체철심영역의 폭의 비(Kw)를 변수로 두고, 이를 최적화하여 설계하는 방법으로 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 토크와 역률을 더욱 향상시킨 회전자 구조를 이루는데 있다. 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다. The configuration of the rotor of the four-pole fragmental synchronous reluctance motor (SynRM) made of an anisotropic material according to the present invention will be described. Figure 4 shows the direction of the magnetic field (Magnetic Field) of the anisotropic material formed to constitute the rotor of the four-pole fragment type synchronous reluctance motor according to the present invention. More specifically, the square corner of the magnetic field (Magnetic Field) having the same intensity on the rotor outer diameter (circumference) for forming the rotor of the four-pole fractional synchronous reluctance motor to be designed as shown in FIG. Four are formed in the design and fabrication of anisotropic materials for the four-pole motor rotor. The anisotropic material for the 4-pole motor rotor designed as described above has a magnetic barrier on the q- axis so as to minimize the magnetic inductance ( L q ) of the q- axis while further increasing the magnetic inductance ( L d ) of the d- axis shown in FIG. 5. The finite element method and the sequential unconstrained minimization method are used to define the number of flux barriers formed by air and the ratio of the width of the total magnetic flux barrier to the width of the total core area ( Kw ). In order to achieve the optimal design, the rotor structure is improved to improve the torque and power factor of the fragmentary synchronous reluctance motor. It looks at a specific embodiment according to the present invention.

[실시 예] EXAMPLES

[실시 예1] Example 1

본 발명에 따른 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자의 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다. 일반적으로 회전자는 두 가지의 조건을 만족하도록 설계 제작되어야 한다. 하나는 d 축의 자속이 d 축으로 보다 큰 자기 인덕턴스를 얻도록 회전자의 극 표면을 가로질러 흐도록 설계하여야 한다. 다른 하나는 q 축의 자속이 q 축의 자기 인덕턴스를 최소화할 수 있도록 구성해야 한다. 상기 2가지 조건을 만족시키기 위하여 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자(11)를 구성하는 세그먼트의 재질을 이방성재질(도1)로 구성한다. 이방성재질로 구성된 물질은 도1에서와 같이 d방향의 자속(Magnetic Flux)은 강하게 나타나고, q방향의 자속(Magnetic Flux)은 약하게 나타나도록 구성되어 있다. 상기와 같은 이방성재질(도1)로 회전자의 세그먼트(12)를 제작하고 세그먼트사이에 자기장벽(13)을 형성한 회전자의 하나의 예가 도2에 도시되어 있다. 본 발명에 따른 전동기회전자를 설계 제작하기 위한 이방성 재질로 이루어진 세그먼트(12)와 세그먼트사이에 존재하는 자기장벽의 수(13)가 증가할수록 d축과 q 축의 인덕턴스의 차(Ld-Lq )와 (비(Ld/Lq )가 증가하여 상기 회전자 설계 조건을 만족하게 되나, 세그먼트와 자기장벽(13)의 수를 증가시키는데 한계가 있으므로 적당한 수로 제한함이 바람직하며, 세그먼트(12)의 수는 홀수로 형성하여 회전자 중앙에 세그먼트(12)가 위치하도록 구성한다. 상기와 같이 단편형 동기 릴럭턴스 전동기(SynRM)의 회전자를 이방성 재질(도1)로 구성할 경우에 도3의 누설자속(

Figure 112006080945949-pat00040
)이 흐르지 못하거나 아주 미세하게 흐르게 되어 Lq 를 크게 감소시키고, 상기와 같이 형성한 이방성재질의 특성상 d 축의 인덕턴스(Ld )가 증가하여 토크와 역률이 크게 향상된 전동자회전자를 구성할 수 있고, 회전자 립 부분을 다소 넓게 형성할 수 있어 구조적으로 회전자를 견고하게 제작할 수 있다. A detailed embodiment of a rotor of a two-pole fragment type synchronous reluctance motor according to the present invention will be described based on the drawings. In general, the rotor must be designed and manufactured to satisfy two conditions. One should be designed so blurred across the electrode surface of the rotor d-axis magnetic flux to obtain a larger inductance than the d-axis. And one must be configured so that the q-axis magnetic flux can minimize the self-inductance q axis. In order to satisfy the above two conditions, the material of the segment constituting the rotor 11 of the two-pole fragment type synchronous reluctance motor is composed of an anisotropic material (Fig. 1). As shown in FIG. 1, the material composed of the anisotropic material is configured such that the magnetic flux in the d-direction is strong and the magnetic flux in the q-direction is weak. One example of a rotor in which the segment 12 of the rotor is made of the above anisotropic material (FIG. 1) and the magnetic barrier 13 is formed between the segments is shown in FIG. The difference between the inductance of the d- axis and the q-axis ( L d -L ) as the segment 12 made of anisotropic materials and the number 13 of magnetic barriers existing between the segments increases for designing and manufacturing the motor rotor according to the present invention. q ) and (the ratio ( L d / L q ) is increased to meet the rotor design conditions, but there is a limit to increase the number of segments and the magnetic barrier 13, it is preferable to limit to an appropriate number, segment ( The number of 12 is formed to be an odd number so that the segment 12 is positioned at the center of the rotor, as described above, when the rotor of the fragmentary synchronous reluctance motor (SynRM) is made of anisotropic material (Fig. 1). Leakage flux of Figure 3
Figure 112006080945949-pat00040
) Can not flow or very fine flow and L q is greatly reduced, and the inductance ( L d ) of the d- axis increases due to the characteristics of the anisotropic material formed as described above can form a rotor rotor with significantly improved torque and power factor As a result, the rotor lip portion can be formed slightly wider, so that the rotor can be manufactured in a rigid structure.

즉, 본 발명에 따른 2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자구조는 전동기의 역률과 토크를 향상시키기 위하여 d 축의 자속이 강하고 q 축의 자속이 약한 이방성재질로 일정 수의 세그먼트를 구비하며, q 축의 누설자속을 감소시키기 위하여 상기 세그먼트 사이에 형성되는 자기장벽을 형성한다. 상기 세그먼트의 수는 회전자의 크기를 고려하여 최대한 많은 수로 형성하되, 홀수로 형성하여 중앙에 세그먼트가 위치하도록 구성한다.That is, the rotor structure of the two-pole short type synchronous reluctance motor according to the present invention is provided with a predetermined number of segments of a weak anisotropy material the d-axis magnetic flux strong and q-axis magnetic flux to improve the power factor and the torque of the motor, q A magnetic barrier is formed between the segments to reduce the leakage magnetic flux of the shaft. The number of segments is formed as many as possible in consideration of the size of the rotor, it is formed in an odd number so that the segment is located in the center.

[실시 예2] Example 2

본 발명에 따른 이방성 재질로 구성된 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기(SynRM)의 회전자의 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다. 도4는 본 발명에 따른 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 구성하기 위하여 형성시킨 이방성재질의 자계(Magnetic Field)의 방향을 표시하는 4개의 동심원형상을 나타낸 것이다. 보다 구체적으로, 설계하고자하는 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 형성하기 위한 외경(24, 원주) 상에 동일한 세기를 가진 자계(Magnetic Field)의 중심점(21)을 도4에서와 같이 정사각형(26)의 모서리에 4개를 형성한 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기(SynRM)의 회전자용 이방성재질(25)을 설계 제작한다. 이와 같이 제작한 이방성 회전자의 재질로 전동기회전자를 구성하고, 도5에서 도시한 q 축(34)의 자기 인덕턴스(Lq )를 최소화하고, d 축(33)의 자기 인덕턴스(Ld )를 더 증가시키기 위하여 q 축(34)으로 자기장벽을 형성함에 있어서 유한요소법과 순차 비제약 최소화기법(Sequential Unconstrained Minimization Technique, SUMT)을 사용하여 공기에 의하여 형성되는 자속장벽(Flux barrier)의 개수와, 전체자속장벽의 폭과 전체철심영역의 폭의 비를 결정하여 제작한다. 상기 수식(3)은 도5에서 전동기 회전자의 d축과 q축을 중심으로 볼 때 A detailed embodiment of a rotor of a four-pole fragment type synchronous reluctance motor (SynRM) made of an anisotropic material according to the present invention will be described based on the drawings. 4 shows four concentric circles indicating the direction of an anisotropic magnetic field formed to constitute a rotor of a four-pole fragment type synchronous reluctance motor according to the present invention. More specifically, the center point 21 of the magnetic field having the same intensity on the outer diameter 24 (circumference) for forming the rotor of the 4-pole fragment synchronous reluctance motor to be designed as shown in FIG. A rotor anisotropic material 25 of four-pole fragmentary synchronous reluctance motor (SynRM) formed with four at the corners of the square 26 is designed and manufactured. The motor rotor is made of a material of the anisotropic rotor manufactured as described above, the magnetic inductance L q of the q axis 34 shown in FIG. 5 is minimized, and the magnetic inductance L d of the d axis 33 is minimized. The number of flux barriers formed by air using the finite element method and the sequential unconstrained minimization technique (SUMT) in forming the magnetic barrier along the q axis 34 to further increase the The ratio between the width of the total magnetic flux barrier and the width of the total core area is determined. Equation (3) is seen in the center of the d- axis and q- axis of the motor rotor in Figure 5

Figure 112006080945949-pat00041
(5)
Figure 112006080945949-pat00041
(5)

수식(5)과 같이 표현할 수 있다.It can be expressed as Equation (5).

상기 실시 예1에서 전동기회전자 설계 시 필요한 2가지의 요구조건을 최대한 만족시키기 위하여서는 상기 수식(4)과 (5)를 통해서 알 수 있듯이 d축(33)의 자기 인덕턴스 값을 최대한 크게 할 수 있도록 회전자 극 표면으로 자속이 흐르도록 유도하고, q축(34)으로는 자기 인덕턴스의 값을 최대한 감소시킬 수 있도록 누설자속을 최소화시키는 것이 필요하다. 이를 이루기 위하여 도4와 같이 4개의 중심원(21)을 가진 자계를 형성한 이방성 재질(25)로 전동기회전자를 구성함은 물론이고, 상기 공기에 의하여 형성되는 자속장벽(32, Flux barrier)의 개수와, 전체자속장벽의 폭과 전체철심영역의 폭의 비(Kw)를 변수로 두고, 유한요소법과 순차 비제약 최소화기법를 이용하여 이를 최적화하여 설계 제작함으로써 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 토크와 역률이 더욱 향상된 회전자 구조를 이룰 수 있다. 상기 전체자속장벽의 폭과 전체철심영역의 폭의 비(Kw)는 In order to satisfy the two requirements necessary for the design of the motor rotor in the first embodiment as described above through Equation (4) and (5), the magnetic inductance value of the d- axis 33 can be made as large as possible. It is necessary to induce magnetic flux to flow to the rotor pole surface, and to minimize leakage magnetic flux to the q axis 34 so as to reduce the value of magnetic inductance as much as possible. To achieve this, as well as configuring the motor rotor from the anisotropic material 25 having a magnetic field having four center circles 21 as shown in Figure 4, as well as the magnetic flux barrier (32, Flux barrier) formed by the air The number and the ratio of the total flux barrier width and the total width of the core area ( Kw ) are variables, and the design and fabrication are optimized by using the finite element method and the sequential nonconstrained minimization technique. A rotor structure with improved power factor can be achieved. The ratio Kw between the width of the total magnetic flux barrier and the width of the total core area is

Figure 112006080945949-pat00042
(6)
Figure 112006080945949-pat00042
(6)

여기서,

Figure 112006080945949-pat00043
; 전체 자속 장벽의 폭here,
Figure 112006080945949-pat00043
; Width of total flux barrier

Figure 112006080945949-pat00044
; 전체 철심 영역의 폭
Figure 112006080945949-pat00044
; The width of the entire iron core area

식(6)과 표현된다. It is expressed by equation (6).

본 발명에서는 보다 정확한 해석을 위하여 자기적 비선형성 및 복잡한 형상의 전동기를 정확하게 해석할 수 있는 장점을 가지고 있는 유한요소법(Finite Element Method; FEM)을 이용하여 자기 인덕턴스의 값을 구하였으며, 유한요소법으로 각상의 자속을 구하는 식은 다음과 같다.In the present invention, the magnetic inductance value was obtained by using the Finite Element Method (FEM), which has the advantage of accurately analyzing the nonlinearity of a motor and a complicated shape. The formula for calculating the magnetic flux of each phase is as follows.

Figure 112006080945949-pat00045
(7)
Figure 112006080945949-pat00045
(7)

여기서, Lc 는 1차측 적층폭Where L c is the primary stacking width

고정자에 감긴 N 은 코일 턴수 N wound on stator coil turns

A1,A2 는 회전자축의 슬롯에서의 자기벡터 포텐셜이다. A 1 and A 2 are magnetic vector potentials in the slots of the rotor shaft.

식 (7)을 이용하여 각 상에서의 쇄교 자속을 구한 후 텐서(Tensor) 변환을 이용하여, 각각 d축과 q축의 자속을 계산한다. 마찬가지로, 전류도 텐서(Tensor)변환을 이용하여 d, q 축 성분을 계산한 후, 인덕턴스 값을 앞서 제시한 식(4)에 의하여 계산한다. 계산된 d 축과 q 축의 인덕턴스의 차(Ld-Lq )의 값이 최대가 되는 값에서 Kw값을 연산하여 도6에서 회전자의 1/4 모델에서 자속장벽의 폭과 면적을 변화시키기 위하여 필요한 각각 한 쌍이 되는 변수들{(W1, W10),(W2, W9),(W3, W8), (W4, W7), (W5, W6), (P1, P2), (P3,P4), (P5, P6), (P7, P8), (P9, P10)}을 변화시키면서 최적의 위치를 구하여 전동기의 회전자를 설계 제작한다. Equation (7) is used to find the linkage magnetic flux in each phase and then tensor (Tensor) transformation to calculate the magnetic flux on the d and q axes, respectively. Similarly, after calculating the d and q- axis components using the Tensor transformation, the inductance value is calculated by Equation (4). Changing the width and area of the magnetic flux barrier in the 1/4 model of the rotor in Fig. 6 by calculating the Kw value at the maximum value of the calculated difference between the d- axis and q- axis inductance ( L d -L q ). Pairs of variables (W1, W10), (W2, W9), (W3, W8), (W4, W7), (W5, W6), (P1, P2), (P3, P4) Design and manufacture the rotor of motor by changing the position of (P5, P6), (P7, P8), (P9, P10) }.

본 발명에 따른 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자구조는 전동기의 역률과 토크를 향상시키기 위하여 d 축(33)의 자속이 강하고 q 축(34)의 자속이 약한 이방성재질을 얻기 위하여 설계하고자하는 회전자의 직경을 고려하여 4개의 동심원형상의 자계를 형성하며, 상기 4개의 동심원형상의 자속이 형성된 이방성재질에서 4개의 동심원의 중심(21)을 통과하는 원주의 크기를 가진 회전자를 형성하고, 상기 이방성재질로 형성된 전동기회전자의 q 축(도5의 34)의 누설자속을 감소시키기 위하여 상기 동심원 중심(도4의 21)과 회전자의 중심을 연결하는 q 축 상에 형성되는 자기장벽(32)으로 구성된다. 상기 자속이 형성된 4개의 동심원의 중심(도4의 21)과 회전자의 중심을 연결하는 q 축 상의 회전자에 형성되는 자기장벽의 수와 폭은 d 축(33)의 자기인덕턴스 값을 증가시키고 q 축의 자기인덕턴스 값을 감소시키는 구조로 이루어진다.The rotor structure of the four-pole single-piece synchronous reluctance motor according to the present invention is designed to obtain anisotropic materials with strong magnetic flux on the d- axis 33 and weak magnetic flux on the q- axis 34 to improve the power factor and torque of the motor. In consideration of the diameter of the rotor to form a four concentric circular magnetic field, the rotor having a size of a circumference passing through the center 21 of the four concentric circles in the anisotropic material in which the four concentric magnetic flux is formed formation, and to reduce the magnetic force of the anisotropic material transmission opportunity q axis of electrons (34 in Fig. 5) formed of a formed on a q-axis connecting the center of the concentric center (21 4) and the rotor It is composed of a magnetic barrier (32). The number and width of magnetic barriers formed on the rotor on the q- axis connecting the centers of the four concentric circles (21 in FIG. 4) where the magnetic fluxes are formed increases the magnetic inductance value of the d- axis 33 It has a structure to reduce the magnetic inductance value of the q- axis.

도6은 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기(SynRM)의 회전자용 이방성재질을 이용하여 전동기 회전자의 최적설계를 위한 회전자의 1/4 모델를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a view showing a 1/4 model of a rotor for optimal design of a motor rotor using an anisotropic material for a rotor of a four-pole fragment type synchronous reluctance motor (SynRM).

상기 도4와 같이 형성한 이방성재질로 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 모델에 따라 고정자의 슬롯 수(예를 들면, 24개), 자기장벽(예를 들면, 0.4 ㎜) 및 립을 일정한 상수 값으로 입력하는 단계와, 도6에서 회전자의 1/4 모델에서 자속장벽의 폭과 면적을 변화시키기 위하여 필요한 변수들을{(W1, W10),(W2, W9),(W3, W8), (W4, W7), (W5, W6), (P1, P2), (P3,P4), (P5, P6), (P7, P8), (P9, P10)} q축을 기준으로 하여 대칭적으로 변화시키면서 상기 수식에 기초하여 유한요소법에 의하여 (Ld-Lq )가 최대가 되는 값을 찾는 단계와, 상기 (Ld-Lq )가 최대가 되는 값을 구하고, 최대가 되는 값에서 상기 수식(6)에 정의된 Kw값을 순차 비제약 최소화 기법으로 연산하는 단계와, 상기 연산된 Kw 값에 의하여 회전자의 자속장벽의 수와 전체자속장벽의 폭을 결정하는 단계를 거쳐서 이방성재질로 구성된 4극 단편형 SynRM의 회전자 설계가 이루어진다.The anisotropic material formed as shown in FIG. 4 is a constant constant for the number of slots of the stator (for example, 24), the magnetic barrier (for example, 0.4 mm), and the lip according to the model of the four-pole fragmentary synchronous reluctance motor. In step 6, the parameters required to change the width and area of the magnetic flux barrier in the 1/4 model of the rotor in Fig. 6 are represented by { (W1, W10), (W2, W9), (W3, W8), (W4, W7), (W5, W6), (P1, P2), (P3, P4), (P5, P6), (P7, P8), (P9, P10) } Symmetrically about the q axis Finding the maximum value of ( L d -L q ) by the finite element method based on the above formula, changing the maximum value of ( L d -L q ), and calculating the maximum value from the maximum value. Anisotropy is obtained by calculating the Kw value defined in Equation (6) by a sequential non-constrained minimization technique and determining the number of magnetic flux barriers and the width of the total magnetic flux barrier based on the calculated Kw values. Rotor design of 4-pole piece-piece SynRM consists of material.

상기 순차 비제약 최소화 기법으로 연산한 Kw값에 기초하여 도6의 변수들{(W1, W10),(W2, W9),(W3, W8), (W4, W7), (W5, W6), (P1, P2), (P3,P4), (P5, P6), (P7, P8), (P9, P10)}의 최적의 값을 결정하여 역률과 토크가 향상된 최적의 전동기회전자구조를 얻는다. Based on the Kw value computed by the sequential non-constrained minimization technique, the variables of FIG. 6 { (W1, W10), (W2, W9), (W3, W8), (W4, W7), (W5, W6), Determine the optimum values of (P1, P2), (P3, P4), (P5, P6), (P7, P8), (P9, P10) } to obtain the optimum motor rotor structure with improved power factor and torque .

상기 이방성재질로 구성된 4극 단편형 SynRM의 회전자 설계 방법에 의하여 얻은 최적의 Kw 값으로부터 얻은 W값과 P값에 기초하여 설계된 이방성재질로 형성된 4극 단편형 SynRM의 회전자구조 역시 본 발명의 보호범위에 속한다.The rotor structure of the 4-pole fragment SynRM formed of the anisotropic material designed based on the W value and the P value obtained from the optimum Kw value obtained by the rotor design method of the 4-pole fragment SynRM made of the anisotropic material is also the present invention. It is within the scope of protection.

본 발명은 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 설계 시에 전동기의 역률과 토크를 향상시키기 위하여 전동기회전자의 q 축의 누설 자속을 감소시키거나 거의 발생하지 않도록 구성하여 q 축 자기 인덕턴스 값을 최소화하면서 d 축의 자기 인덕턴스의 값은 증가하도록 이방성재질로 2극 또는 4극 전동기회전자를 설계 제작함으로써 전동기의 역률과 토크가 크게 향상시키는 작용효과가 있다.The present invention is designed to reduce or hardly occur the leakage flux of the q- axis of the motor rotor in order to improve the power factor and torque of the motor in the design of the short-type synchronous reluctance motor to minimize the q- axis magnetic inductance value of the d- axis By designing and manufacturing a 2-pole or 4-pole motor rotor with anisotropic materials to increase the value of magnetic inductance, the power factor and torque of the motor are greatly improved.

본 발명의 또 다른 효과는 2극 또는 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 이방성 금속재질로 구성하되, 2극의 경우에는 이방성재질로 제작된 회전자의 세그먼트의 수를 홀수로 구성하고, 세그먼트사이에는 자기장벽을 형성하여 설계 제작하여 중심에 세그먼트가 위치할 수 있도록 구성하며, 4극의 경우에는 회전자를 형성하는 재질을 이방성으로 구성함에 있어서 원하는 크기의 회전자를 원주 상에 동일한 세기를 가진 자계의 중심점을 정사각형의 모서리에 4개를 형성한 구조에서 q 축으로 자기장벽을 형성하여 자기 인덕턴스를 최소화하고, d 축의 자기 인덕턴스를 극대화하여 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 토크와 역률을 크게 향상시키는데 있다.Another effect of the present invention is to configure the rotor of the two-pole or four-pole fragmentary synchronous reluctance motor of anisotropic metal material, in the case of two poles of the number of segments of the rotor made of anisotropic material to an odd number In the case of 4 poles, the rotor of the desired size is the same on the circumference. In the structure where four center points of the magnetic field with intensity are formed at the corners of the square, the magnetic barrier is formed on the q axis to minimize the magnetic inductance, and the magnetic inductance on the d axis is maximized to reduce the torque and power factor of the synchronous reluctance motor. To greatly improve.

본 발명의 또 다른 효과는 설계하고자하는 크기의 회전자를 원주 상에 동일한 세기를 가진 자계의 중심점을 정사각형의 모서리에 4개를 형성한 구조에서 q 축으로 자기장벽을 형성하여 자기 인덕턴스를 최소화하고, d 축의 자기 인덕턴스를 더 증가시키기 위하여 q 축으로 자기장벽을 형성함에 있어서 유한요소법과 순차 비제약 최소화기법을 사용하여 공기에 의하여 형성되는 자속장벽(Flux barrier)의 개수와, 전체자속장벽의 폭과 전체철심영역의 폭의 비(Kw)를 변수로 두고 이를 최적화하여 설계하는 방법으로 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 토크와 역률을 더욱 향상시키는데 있다.Another effect of the present invention is to minimize the magnetic inductance by forming a magnetic barrier along the q- axis in a structure in which four center points of a magnetic field having the same intensity on the circumference are formed at the corners of the square on the circumference In order to further increase the magnetic inductance of the d- axis, the number of flux barriers formed by air using the finite element method and the sequential unconstrained minimization technique in forming the q- axis, and the width of the total magnetic flux barrier It is to improve the torque and power factor of the fragmentary synchronous reluctance motor by optimizing and designing the ratio ( Kw ) of the width of the total core area as a variable.

Claims (7)

2극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자구조에 있어서,In the rotor structure of a two-pole fractional synchronous reluctance motor, 전동기의 역률과 토크를 향상시키기 위한 회전자를 구성하기 위하여 d 축의 자속이 강하고 q 축의 자속이 약한 이방성재질로 제작된 일정 수의 세그먼트와,A certain number of segments made of anisotropic materials with strong magnetic flux on the d- axis and weak magnetic flux on the q- axis to construct a rotor for improving the power factor and torque of the motor, q 축의 누설자속을 감소시키기 위하여 상기 세그먼트 사이에 형성한 자기장벽으로 이루어진 이방성재질로 제작된 회전자구조.Rotor structure made of anisotropic materials consisting of magnetic barriers formed between the segments to reduce the leakage magnetic flux of the q- axis. 청구항1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 세그먼트의 수는 회전자의 크기를 고려하여 최대한 많은 수로 형성하되, 홀수로 형성하여 중앙에 세그먼트가 위치하도록 구성된 이방성재질로 제작된 회전자구조.The number of segments is formed in as many as possible in consideration of the size of the rotor, the rotor structure is made of an anisotropic material formed in an odd number so that the segment is located in the center. 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자구조에 있어서,In the rotor structure of a four-pole fractional synchronous reluctance motor, 전동기의 역률과 토크를 향상시키기 위하여 d 축의 자속이 강하고 q 축의 자속이 약한 이방성재질을 얻기 위하여 설계하고자하는 회전자의 외경을 고려하여 4개의 동심원형상의 자계를 형성하는 수단과,Means for forming four concentric magnetic fields in consideration of the outer diameter of the rotor to be designed to obtain anisotropic materials having strong magnetic fluxes on the d- axis and weak magnetic fluxes on the q- axis to improve the power factor and torque of the motor; 상기 4개의 동심원형상의 자계가 형성된 이방성재질에서 4개의 동심원의 중심을 통과하는 원주의 크기를 가진 회전자를 형성하는 수단과,Means for forming a rotor having a size of a circumference passing through the centers of four concentric circles in the anisotropic material in which the four concentric circular magnetic fields are formed; 상기 이방성 재질로 형성된 전동기회전자의 q 축의 누설자속을 감소시키기 위하여 상기 동심원의 중심과 회전자의 중심을 연결하는 q 축 상에 하나 이상의 자속장벽을 구비한 이방성재질로 제작된 회전자구조.And a rotor structure made of an anisotropic material having at least one magnetic flux barrier on the q axis connecting the center of the concentric circle and the center of the rotor to reduce the leakage magnetic flux of the q axis of the motor rotor formed of the anisotropic material. 청구항3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 자계가 형성된 4개의 동심원의 중심과 회전자의 중심을 연결하는 q 축 상의 회전자에 형성되는 자기장벽의 수와 폭은 d 축의 자기인덕턴스 값은 증가시키고 q 축의 자기인덕턴스 값을 감소시키는 구조로 이루어진 이방성재질로 제작된 회전자구조.The number and width of magnetic barriers formed in the rotor on the q- axis connecting the centers of the four concentric circles and the rotor where the magnetic field is formed increases the magnetic inductance value of the d- axis and decreases the magnetic inductance value of the q- axis. Rotor structure made of anisotropic materials. 유한요소법과 순차 비제약 최소화 기법을 이용한 4극 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 설계 방법에 있어서,In the rotor design method of the 4-pole fractional synchronous reluctance motor using finite element method and sequential unconstrained minimization technique, 설계하고자하는 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 모델에 따라 고정자의 슬롯 수, 자기장벽 및 립을 일정한 상수 값으로 입력하는 단계와, Inputting the number of slots, the magnetic barrier and the lip of the stator according to a model of the short-phase synchronous reluctance motor to be designed with a constant value; 전동기의 역률과 토크를 향상시키기 위하여 d 축의 자속은 강하고 q 축의 자속은 약한 이방성재질을 얻기 위하여 설계하고자하는 회전자의 직경을 고려하여 4개의 동심원형상의 자계를 형성하는 단계와,And the step of magnetic flux d-axis q-axis magnetic flux is strong, it is considering the diameter of the rotor to be designed in order to obtain a weakly anisotropic material formed of the four concentric magnetic field in order to improve the power factor and the torque of the motor, 상기 4개의 동심원형상의 자계가 형성된 이방성재질에서 4개의 동심원의 중심을 통과하는 원주의 크기를 가진 전동기회전자를 형성하는 단계와,Forming an electric motor rotor having a size of a circumference passing through the centers of the four concentric circles in the anisotropic material in which the four concentric magnetic fields are formed; 상기 형성된 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자의 1/4 모델에서 자속장벽의 폭과 면적을 변화시키기 위하여 필요한 변수(W, P)들을 규(q)축을 기준으로 하여 대칭적으로 변화시키면서 유한요소법에 의하여 디(d)방향 인덕턴스 값과 규(q)방향 인덕턴스의 차이 값(Ld-Lq )이 최대가 되는 값을 찾는 단계와,In the 1/4 model of the formed fragmentary synchronous reluctance motor rotor, the parameters ( W , P ) necessary to change the width and area of the magnetic flux barrier are symmetrically changed with respect to the ( q ) axis and are applied to the finite element method. Finding a value at which the difference ( L d -L q ) between the di ( d ) direction inductance value and the gyu (q) direction inductance is maximum; 상기 디(d)방향 인덕턴스 값과 규(q)방향 인덕턴스의 차이 값(Ld-Lq )이 최대가 되는 값에서 전체자속장벽의 폭과 전체철심영역의 폭의 비(Kw)를 순차 비제약 최소화 기법으로 연산하는 단계와,The ratio ( Kw ) of the width of the total magnetic flux barrier and the width of the total core area is sequentially determined at a value at which the difference ( L d -L q ) between the di ( d ) direction inductance value and the quartz (q) direction inductance becomes maximum. Computing with the constraint minimization technique, 상기 연산된 전체자속장벽의 폭과 전체철심영역의 폭의 비(Kw)의 값에 의하여 회전자의 자속장벽의 수와 폭을 결정하는 하는 단계로 이루어진 이방성재질을 가진 단편형 동기 릴럭턴스 전동기 회전자 설계 방법. The calculated total magnetic flux barrier width and the whole core region width ratio (Kw) value on by a rotor of a flux barrier fragment type synchronous reluctance motor once with anisotropic material made of a step of determining the number and width of the Electronic design method.
Figure 112006080945949-pat00046
Figure 112006080945949-pat00046
청구항5에 있어서, The method according to claim 5, 상기 단편형 동기 릴럭턴스 전동기회전자의 1/4 모델에서 자속장벽의 폭과 면적을 변화시키기 위하여 필요한 변수(W, P)들의 수는 각각 한 쌍으로 이루어지며, 자속장벽의 수가 증가함에 따라 변수(W, P)를 증가시켜 순차 비제약 최소화 기법에 의하여 해를 구하는 이방성재질을 가진 단편형 동기 릴럭턴스 전동기 회전자 설계 방법. In the 1/4 model of the fragment type synchronous reluctance motor rotor, the number of variables ( W , P ) necessary to change the width and the area of the magnetic flux barrier is composed of a pair, and the variable as the number of magnetic flux barriers increases. A method of designing a fractional synchronous reluctance motor rotor with anisotropic material which is solved by sequential unconstrained minimization techniques by increasing ( W , P ). 청구항5 또는 청구항6의 단편형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 설계 방법에 의하여 이방성재질로 설계 제작된 이방성재질을 가진 단편형 동기 릴럭턴스 전동기 회전자 구조.A fragmented synchronous reluctance motor rotor structure having anisotropic materials designed and manufactured by an anisotropic material by the rotor design method of the fragmentary synchronous reluctance motor of claim 5.
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