KR100748953B1 - 유도 동기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석을 각기 다른 특성을 갖는 두가지 종류로 구성하여 두 자석이 상호 장단점을 보환할 수 있도록 함으로써, 전동기의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 경제적인 측면에서 유리한 유도 동기기를 제공하기 위한 것이다.

이러한 유도 동기기는 스테이터의 중앙측에 일정 간격을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터 코어와, 상기 로터 코어의 원주방향으로 배치되어 동기속도까지 유도기로 동작하는 도체와, 상기 도체와 로터 사이에 삽입되어 자력을 발생시키는 영구자석을 포함하여 이루어지고, 상기 영구자석은 서로 성질이 다른 종류의 자석이 적층되어 형성된다.

유도전동기, 전동기, 유도동기기, 영구자석, 도체, 스테이터, 로터

Description

유도 동기기 {Line bar started permanent magnet motor }

도 1은 종래 기술에 따른 유도 동기기의 단면도이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 동기기의 단면도이고,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 동기기의 영구자석에 의한 자속 분포도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 스테이터 코어 4 : 로터 코어

6 : 스테이터 슬롯 10 : 도체

12 : 영구자석 16 : Nd 계열 희토류 자석

18 : 페라이트 자석

본 발명은 유도 동기 전동기에 관한 것으로, 특히 영구자석으로부터 발생되는 자속을 최대한 이용할 수 있도록 하여 전동기의 효율, 역률 및 신뢰성을 향상시 키고 경제적인 면에서 유리한 유도 동기 전동기에 관한 것이다.

일반적으로 유도 동기기는 기존의 유도 전동기에 영구자석을 삽입한 구조로서, 기동부터 동기속도까지는 동기 작용에 의해 동작되고, 동기속도에서부터는 영구자석과 스테이터 사이에서 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 구동되는 모터이다.

이러한 유도 동기기는 부가적인 위치센서나 드라이브 없이 상용 전원의 직입으로 운전시킬 수 있는 장점이 있고, 유도 전동기와는 달리 여자 전류가 필요없고, 동기속도에서의 회전자의 도체에 전류가 흐르지 않기 때문에 동력 손실을 저감할 수 있어 전체적인 전동기의 효율을 향상시킬 수 있다.

그러므로, 현재 유도 전동기를 대신하여 가전용 및 기타 구동부에 사용할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 유도 동기기의 단면도이다.

종래의 유도 전동기는 중앙측에 공간을 갖는 스테이터와, 이 스테이터의 중앙측에 일정 간격을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터로 이루어진다.

상기 스테이터는 외측에 형성되는 스테이터 코어(106)와, 이 스테이터 코어(106)의 중앙측 공간부 둘레방향으로 일정 간격으로 다수개의 형성되어 스테이터 코일이 감겨지는 스테이터 슬롯(108)으로 구성된다.

상기 로터는 중앙측에 구동력이 전달되는 샤프트(110)가 장착되는 로터 코어(112)와, 상기 로터 코어(112)의 원주방향으로 외측면에 설치되어 동기속도까지 유도기로 동작하는 도체(116)와, 상기 도체(116)와 로터 코어(112) 사이에 삽입된 영구자석(118)으로 구성된다.

그리고, 상기 영구자석(118)의 양 끝단에는 자속장벽(120)이 설치되어 영구자석(118)에 의한 자속의 누설을 방지한다.

상기와 같은 종래의 유도 동기기는 기동시부터 동기속도에 이르기까지는 도체(116)의 작용에 따라 유도기로 동작하고, 동기 속도에서부터는 영구자석(118)과 스테이터 코일(108) 사이의 작용에 의해 동작된다.

여기에서, 상기 영구자석(118)은 대개의 경우 페라이트(ferrite) 자석이 주로 되는 데, 이러한 페라이트 자석은 보자력이 작기 때문에 기동시 발생하는 큰 전류의 영향으로 자석의 자력이 감소하는 문제가 발생하므로 자석의 두께를 가능하면 두껍게 형성한다. 그러나, 로터 코어에 자석을 삽입하는 공간이 한정되어 있고 자석의 두께를 증가시킴으로 릴럭턴스에 의한 토크 성분을 증대시키는 데 한계가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 Nd 계열의 희토류 자석을 이용하면 자석의 보자력이 페라이트 자석에 비해 크기 때문에 자석의 두께를 얇게 할 수 있고 자속의 세기도 페라이트 자석에 비해 크므로 로터 코어의 공간을 효율적으로 이용하고 릴럭턴스 토크를 크게 할 수 있어 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

그러나, 상기한 Nd 계열의 희토류 자석은 그 가격면에서 페라이트 자석에 비해 상당히 비싸기 때문에 경제적인 측면에서 상당히 불리한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목 적은 영구자석을 각기 다른 특성을 갖는 두가지 종류로 구성하여 두 자석이 상호 장단점을 보환할 수 있도록 함으로써, 전동기의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 경제적인 측면에서 유리한 유도 동기기를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 유도 동기기는 스테이터의 중앙측에 일정 간격을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터 코어와, 상기 로터 코어의 원주방향으로 배치되어 동기속도까지 유도기로 동작하는 도체와, 상기 도체와 로터 사이에 삽입되어 자력을 발생시키는 영구자석을 포함하는 유도 동기기에 있어서, 상기 영구자석은 서로 성질이 다른 종류의 자석이 적층되어 형성되어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 유도 동기기의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 동기기는 스테이터와, 이 스테이터의 중앙측에 일정 간격을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터로 이루어진다.

상기 스테이터는 외측에 형성되는 스테이터 코어(2)와, 이 스테이터 코어(2)의 중앙측 공간부 둘레방향으로 일정 간격으로 다수개의 형성되어 스테이터 코일이 감겨지는 스테이터 슬롯(6)으로 구성된다.

상기 로터는 중앙측에 구동력이 전달되는 샤프트(8)가 장착되는 로터 코어(4)와, 상기 스테이터와 상호 작용되어 상기 로터 코어(4)를 기동시켜 동기 속도까지 유도할 수 있도록 상기 로터 코어(4)에 구비된 도체(10)와, 상기 스테이터와 상호 작용되어 상기 로터 코어(4)를 동기 회전시킬 수 있도록 상기 로터 코어(4)의 원주방향을 따라 복수 개 형성된 영구자석 홈(4A)에 삽입된 영구자석(12)과, 자속을 누설을 방지할 수 있도록 상기 로터 코어(4)의 원주방향을 따라 상기 영구자석 홈(4A) 사이에 위치되도록 상기 로터 코어(4)에 구비된 자속 장벽(20)을 포함하여 구성된다.

상기 도체(10)는 상기 로터 코어(4)의 반경방향으로 상기 로터 코어(4)의 외곽 측에 위치될 수 있다. 상기 도체(10)는 상기 로터 코어(4)의 원주 방향을 따라 이격된 복수 개로 이루어질 수 있다. 상기 도체(10)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.

여기에서, 영구자석(12)은 로터의 원주방향으로 다수개로 분할된 형태로 배치되고, 그 두께 방향 즉, 반경방향으로 서로 성질이 다른 종류의 자석이 각각 적층되어 형성된다.

즉, 영구자석(12)은 그 일 실시예로서, 내측면에 경제적인 측면에서 유리한 페라이트 자석(18)을 배치하고, 이 페라이트 자석(18)의 외측면에 효율 및 신뢰성이 우수한 Nd계열 희토류 자석(16)을 적층시켜 형성하여 경제적인 측면과 효율 및 신뢰성을 동시에 만족시킨다.

상기 페라이트 자석(18)의 경우 경제적인 측면에서는 유리하나 보자력이 작은 단점이 있고, 상기 Nd 계열 희토류 자석(16)은 보자력이 큰 반면에 경제적인 측면에서 불리하므로, 두 종류의 자석을 함께 사용하여 경제적인 측면을 만족시킴과 아울러 전동기의 효율 및 신뢰성을 만족시킬 수 있다.

여기에서, 영구자석(12)은 본 발명의 일 실시예에 한정되지 않고, 그 종류에 따라 각기 다른 성질을 갖는 여러 종류의 자석 중 효율 적인 면 및 신뢰성 등에서 상호 보완이 가능하도록 두 종류 또는 그 이상의 종류를 적층하여 사용할 수 있다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 유도 동기기의 작용을 다음에서 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 유도 동기기의 영구자석에 의한 자속 분포도이다.

먼저 기동시부터 동기속도까지는 도체(10)와 스테이터와의 상호 작용에 따라 유도기의 원리로 동작하고, 동기속도에 도달된 시점에서부터는 영구자석(12)에서 발생되는 자속과 스테이터 코일의 상호 작용에 따라 릴럭턴스 토크를 발생하여 구동된다.

여기에서, 영구자석(12)은 두 종류의 자석이 적층된 형태로 구성되어 상호 보완작용에 의해 자력을 발생시킨다.

즉, 내측에 페라이트 자석(18)을 배치하고, 외측에 Nd 계열 희토류 자석(16)을 배치하여 그 두께를 작게 할 수 있어 로터 코어의 공간을 효율적으로 이용함과 아울러 릴럭턴스 토크를 증대시킬 수 있어 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있고 경제성을 확보할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 유도 동기기는 내측에 페이트 자석을 배치시키고 외측에 Nd 계열 희토류 자석을 적층시켜 영구 자석을 구성함으로써, 두 자석의 상호 작용으로 자속을 효율적으로 이용하여 전동기의 효율 및 역률을 높일 수 있고 신뢰성을 향상시키며, 경제적인 측면에서 유지한 이점이 있다.

Claims (2)

1. 스테이터와 대응되고 회전 가능토록 구비된 로터 코어와;

   상기 스테이터와 상호 작용되어 상기 로터 코어를 기동시킬 수 있도록 상기 로터 코어에 구비된 도체와;

   상기 스테이터와 상호 작용되어 상기 로터 코어를 동기 회전시킬 수 있도록, 상기 로터 코어의 원주방향을 따라 복수 개 형성된 영구자석 홈에 삽입되고, 서로 성질이 다른 종류의 복수 개로 이루어진 영구자석과;

   상기 로터 코어의 원주방향을 따라 상기 영구자석 홈 사이에 위치되도록 상기 로터 코어에 구비된 자속 장벽을 포함하는 유도 동기기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수 개의 영구자석은 페라이트 자석과, 상기 페라이트 자석과 상기 스테이터 사이에 위치된 Nd계열 희토류 자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도 동기기.

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