KR101035057B1 - 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 여자코일이 권선된 익사이팅 폴 및 모터코일이 권선된 한 쌍의 역기전력 측정티쓰가 설치되는 고정자와, 고정자의 내부에 고정자와 일정 간격 이격되게 설치되고 중심에 샤프트가 설치되는 회전자와, 회전자의 외주면에 설치되고 여자코일에 흐르는 여자전류에 의해 착자되는 영구자석과, 익사이팅 폴에 권선된 여자코일에 전원을 공급하는 착자 전원부와, 샤프트에 연결되어 회전자를 동기속도에 도달하도록 회전시키는 회전자 구동부와, 역기전력 측정티쓰에 권선된 모터코일에 연결되어 영구자석의 착자에 의해 유도되는 역기전력을 검출하는 역기전력 측정부를 포함하여 구성된다. 본 발명에 따르면, 동기전동기의 제작을 완료하기 전에 모터코일에 유도되는 역기전력의 크기 및 파형을 분석함으로써 영구자석의 착자 성능을 평가할 수 있으므로 제품의 생산성 증대 및 제작비용의 절감을 실현할 수 있다.

극변환식 동기전동기, 고정자, 익사이팅 폴, 여자코일, 역기전력 측정티쓰, 모터코일, 영구자석, 착자, 역기전력 측정부, 회전자, 회전자 구동부

Description

극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치 및 방법{Apparatus and method for test magnetizing state of synchronous electric motor}

본 발명은 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제작 완료 전에 극변환식 동기전동기의 영구자석 착자 성능을 평가하기 위한 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

일반적으로, WPM(Written pole motor) 등과 같은 전형적인 동기전동기는 입력 주파수와 회전 주파수를 동기시키는 방식으로 회전력을 발생하는 것으로, 이러한 동기전동기는 에어컨, 냉장고 등의 가전제품용 전동기로 주로 사용되고 있다.

특히 극변환식 동기전동기는 크게 구분해 볼 때, 고정자와 회전자로 구성되며, 고정자에는 그 내벽 측에 하나의 익사이팅 폴과 다수의 티쓰가 설치되는데, 익사이팅 폴과 각 티쓰들은 고정자의 내벽을 따라 원주 방향으로 일정 간격을 두고 돌출 형성되는 구조를 갖는다. 이러한 구조의 동기전동기는 내부 회전자 방식이라 하며, 익사이팅 폴은 연질의 저손실 자성체를 쓰는 것이 일반적이다.

그리고, 고정자의 익사이팅 폴에는 여자코일이 일정 방향으로 권선되어 있으 며, 고정자의 각 티쓰들에는 모터코일이 일정 방향으로 권선되어 있다. 이때, 여자코일과 모터코일에는 각각 여자전류와 구동전류가 공급된다. 여자전류는 영구자석을 착자시킬 때 순간적으로 공급되는 전류이고, 구동전류는 회전자를 회전시키는 토크를 발생시키는 전류이다.

상기와 같이 구동되는 동기전동기는 제작을 완료한 후 제품의 성능 테스트, 즉 영구자석이 정상적으로 착자되는지의 여부를 체크하는 테스트 과정을 거치게 된다.

따라서 제품 제작 후 영구자석이 정상적으로 착자되지 않는 경우, 제품을 다시 제작하고 다시 테스트를 하는 과정을 반복해야 하는 단점이 있다.

즉 영구자석이 정상적으로 착자되는 익사이팅 폴의 형상 및 크기, 여자코일의 권선 수, 영구자석의 재질 등의 정보를 동기전동기의 제작 완료 전에 확인할 수 있는 장치 및 방법이 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 극변환식 동기전동기의 제작을 완료하기 전 영구자석의 착자 성능을 평가할 수 있는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치는 여자코일이 권선된 익사이팅 폴 및 모터코일이 권선된 한 쌍의 역기전력 측정티쓰가 설치되는 고정자와, 상기 고정자의 내부에 상기 고정자와 일정 간격 이격되게 설치되고 중심에 샤프트가 설치되는 회전자와, 상기 회전자의 외주면에 설치되고 상기 여자코일에 흐르는 여자전류에 의해 착자되는 영구자석과, 상기 익사이팅 폴에 권선된 상기 여자코일에 전원을 공급하는 착자 전원부와, 상기 샤프트에 연결되어 상기 회전자를 동기속도에 도달하도록 회전시키는 회전자 구동부와, 상기 역기전력 측정티쓰에 권선된 상기 모터코일에 연결되어 상기 영구자석의 착자에 의해 유도되는 역기전력을 검출하는 역기전력 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 한 쌍의 역기전력 측정티쓰는 상기 익사이팅 폴을 기준으로 대칭적으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정자의 내주면에는 원주 방향으로 일정 간격으로 이격된 복수의 삽입홈이 형성되고, 상기 역기전력 측정티쓰는 복수의 삽입홈 중에 어느 하나에 삽입되 는 것을 특징으로 한다.

상기 고정자는 상기 익사이팅 폴을 삽입하는 익사이팅 폴 결합부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치는 상기 익사이팅 폴의 일단에는 가이드돌기가 형성되고, 상기 익사이팅 폴 결합부에는 상기 가이드돌기와 대응하는 가이드홈이 형성되며, 상기 익사이팅 폴의 상기 가이드돌기를 상기 가이드홈에 끼움으로써 상기 익사이팅 폴을 인입 및 인출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 방법은 익사이팅 폴을 고정자에 결합하는 결합단계와, 회전자에 부착된 영구자석이 동기속도에 도달하도록 일정 속도로 회전시키는 회전단계와, 상기 익사이팅 폴에 권선된 여자코일에 전원을 공급하여 상기 영구자석을 착자시키는 착자단계와, 역기전력 측정티쓰에 권선된 모터코일에 유도되는 역기전력을 측정하는 측정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 측정단계는, 상기 영구자석의 착자에 의해 자속이 쇄교함에 따라 상기 모터코일에 유도되는 역기전력을 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 측정단계는, 상기 역기전력 측정티쓰의 위치를 변화시키면서 상기 모터코일의 역기전력을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 측정단계는, 상기 영구자석의 재질을 변화시키면서 상기 모터코일의 역기전력을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 측정단계는, 상기 여자코일의 권선수를 변화시키면서 상기 모터코일의 역기전력을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 측정단계는, 상기 익사이팅 폴의 형태를 변화시키면서 상기 모터코일의 역기전력을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 극변환식 동기전동기의 제작을 완료하기 전에, 고정자에 익사이팅 폴 및 한 쌍의 역기전력 측정티쓰만 설치한 후, 회전자를 회전시키고 여자코일에 전원을 공급하여 영구자석을 착자시키고, 영구자석의 착자에 의해 역기전력 측정티쓰에 권선된 모터코일에 유도되는 역기전력을 측정함으로써 영구자석의 착자 성능을 평가할 수 있다.

따라서, 제품의 제작을 완료한 후 영구자석의 착자 성능을 테스트하고, 성능이 좋지 않은 경우 다시 제작하는 불편함을 해소할 수 있고, 성능 테스트에 소요되는 시간 및 경비와 제작에 소요되는 시간 및 경비를 절감할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

한편, 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개 략적으로 도시되며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 첨부 도면을 통틀어 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여한다.

본 발명의 실시예에 의한 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 익사이팅 폴 및 익사이팅 폴 결합부의 분해 사시도이다.

본 발명의 실시예에 의한 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치(100)는 극변환식 동기전동기의 제작을 완료하기 전에 영구자석의 착자 성능을 평가하는 장치이다. 본 발명의 실시예에 의한 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치(100)는 고정자(10), 익사이팅 폴(20), 영구자석(30), 회전자(40), 착자 전원부(50), 회전자 구동부(60) 및 역기전력 측정부(70)를 포함하여 구성된다.

고정자(10)는 일정 두께를 갖고 내부가 빈 원기둥 형상을 갖는다. 고정자(10)는 지름을 중심으로 두 부분으로 나뉘어 두께가 서로 다르게 형성되는 것이 바람직하다. 고정자(10)에는 익사이팅 폴 결합부(11) 및 삽입홈(19)이 형성된다.

익사이팅 폴 결합부(11)는 고정자(10)의 두께가 두꺼운 부분에 형성되며, 고정자(10)의 내주면에서 바깥쪽으로 형성된 홈 형상을 갖는다. 익사이팅 폴 결합부(11)에는 익사이팅 폴(20)이 결합된다. 그리고 익사이팅 폴 결합부(11)에는 익사이팅 폴(20)의 결합을 용이하게 하기 위한 가이드홈(13)이 형성된다.

고정자(10)의 두께가 얇은 부분에는 일정 간격으로 삽입홈(19)이 형성된다. 삽입홈(19)은 역기전력 측정티쓰(15)의 삽입을 용이하게 하기 위한 홈이다.

역기전력 측정티쓰(15)는 삽입홈(19)에 삽입되며, 고정자(10)의 내주면에서 원기둥의 중심 방향으로 돌출되게 설치된다. 역기전력 측정티쓰(15)는 익사이팅 폴 결합부(11)를 중심으로 좌, 우에 대칭되도록 배치되며, 돌출된 부분에 모터코일(17)이 권선된다. 역기전력 측정티쓰(15)가 설치되는 위치는 영구자석(30)의 착자 성능 평가 후 극변환식 동기전동기의 제작 시에 형성되는 티쓰의 위치에 대응된다.

역기전력 측정티쓰(15)는 고정자(10)에 형성된 삽입홈(19)에 삽입되는데, 역기전력 측정티쓰(15)가 삽입되는 위치는 영구자석(30)의 착자 극 수에 따라 달라진다. 즉 영구자석(30)의 착자 극 수에 따라 역기전력 측정티쓰(15)의 각도가 달라진다.

또한, 익사이팅 폴(20)에는 여자코일(27)이 권선된다. 여자코일(27)에 전류가 흐르면 영구자석(40)이 자화된다. 익사이팅 폴(20)은 영구자석(30)의 자속량 변화를 위하여 다양한 형상 및 크기를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 영구자석(30)이 어떤 조건에서 착자 성능이 가장 우수한지 평가하기 위하여 익사이팅 폴(20)은 형상 및 크기를 달리하여 익사이팅 폴 결합부(11)에 결합될 수 있으며 이에 따른 영구자석(30)의 자속량 변화로 동기속도 및 토오크에 영향을 줄 수 있다.

익사이팅 폴(20)은 규소강판의 다수 적층에 의해 제작되거나 연자성 분말의 압축에 의해 제작될 수 있고, 여자코일(27)이 권선된 상태에서 고정자(10)에 분리 가능하게 결합될 수 있다.

이때, 익사이팅 폴(20)에는 가이드돌기(23)가 돌출되게 형성된다. 따라서 익사이팅 폴(20)은 가이드돌기(23)를 가이드홈(13)에 끼우는 슬라이딩 방식으로 익사이팅 폴 결합부(11)에 결합된다.

회전자(40)는 고정자(10)의 내부에 고정자(10)와 일정 간격 이격되게 설치되고 중심에 샤프트(41)가 설치된다. 회전자(40)는 샤프트(41)를 중심으로 회전한다.

영구자석(30)은 일체화된 링 형상을 이루거나 다수의 파트에 의해 링 형상을 이루고, 접착 방식, 억지 끼움 방식 또는 별도 결합부재의 사용에 의해 회전자(40)의 외주면에 고정자(10)와 일정 간격 이격되게 설치된다. 영구자석(30)은 여자코일(27)에 흐르는 여자전류에 의해 착자된다. 영구자석(30)은 일반적으로 재자화가 가능한 자성체로 이루어지는데 경질 자성체는 물론 연질 자성체로도 이루어질 수 있다.

착자 전원부(30)는 익사이팅 폴(20)에 권선된 여자코일(27)에 전원을 공급한다. 여자코일(27)에 공급된 전원에 의해 여자코일(27)에 전류가 흐르면 영구자석(30)이 자화된다.

회전자 구동부(60)는 회전자(40)의 샤프트(41)에 연결되어 회전자(40)를 회전시킨다. 이때, 회전자 구동부(60)는 회전자(40)를 동기속도에 도달하도록 회전시킨다. 동기속도는 동기전동기나 유도전동기에서 만들어지는 회전자기장의 회전속도를 말하는 것으로, 일반적으로 동기속도는 전원의 주파수에 비례하고 자극의 수에 반비례한다. 예컨대, 동기속도가 3600rpm인 경우 회전자 구동부(60)는 3550rpm까지 회전자(40)를 회전시키는 것이 바람직하다.

역기전력 측정부(50)는 역기전력 측정티쓰(15)에 권선된 모터코일(17)에 연결되어 영구자석(40)의 착자에 의해 유도되는 역기전력을 검출한다. 이와 같이 검출된 역기전력은 오실로스코프 등의 장치를 통해 크기 및 형태를 모니터링할 수 있다. 이때, 영구자석(40)이 착자되지 않으면 모터코일(17)에는 전류가 흐르지 않게 되어 역기전력은 검출되지 않는다. 즉, 역기전력 측정부(50)를 통해 측정한 역기전력의 크기 및 형태를 통해 영구자석(40)의 착자 성능을 평가할 수 있다.

즉, 회전자 구동부(60)에 의해 회전자(40)가 동기속도에 가까운 일정 속도로 회전을 할 때, 착자 전원부(50)에 의해 익사이팅 폴(20)의 여자코일(27)에 전원이 공급되면 영구자석(40)은 착자된다. 이때 영구자석(40)의 착자 성능을 평가하기 위해 역기전력 측정부(50)는 역기전력 측정티쓰(15)에 권선된 모터코일(17)에 연결되어 역기전력을 검출한다.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 방법은 먼저 익사이팅 폴(20)을 고정자(10)에 결합한다. 다음으로 회전자 구동부(60)에 의해 회전자(40)를 동기속도에 도달하도록 일정 속도로 회전시킨다. 이때, 회전자(40)가 회전함에 따라 회전자(40)에 접촉되어 있는 영구자석(30)도 함께 회전하게 된다.

영구자석(30)이 회전할 때 착자 전원부(50)를 통해 익사이팅 폴(20)에 권선된 여자코일(27)에 전원을 공급하면 영구자석(30)은 착자된다.

영구자석(30)이 착자된 후, 착자 성능을 평가하기 위해 역기전력 측정부(70)를 역기전력 측정티쓰(15)에 권선된 모터코일(17)에 연결하여 모터코일(17)에 유도 되는 역기전력을 측정한다. 이때, 역기전력은 익사이팅 폴(20)의 형상 및 크기, 익사이팅 폴(20)에 감긴 여자코일(27)의 권선 수에 의해 크기 및 파형이 달리 나타난다. 또한, 역기전력은 영구자석(30)의 재질에 의해 크기 및 파형이 달리 나타난다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의한 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 방법은 익사이팅 폴(20)의 형상 및 크기와 여자코일(27)의 권선 수와 영구자석(30)의 재질을 달리하면서 역기전력을 측정하여 원하는 익사이팅 폴(20)의 형상 및 크기, 여자코일(27)의 권선수와 영구자석(30)의 재질에 대한 정보를 얻을 수 있다.

따라서, 극변환식 동기전동기의 제작을 완료하지 않고도 익사이팅 폴(20)의 형상 및 크기, 모터코일(17)의 권선 수, 영구자석(30)의 재질 등을 평가할 수 있으므로 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 및 제작에 있어서 시간과 비용을 절감할 수 있다.

지금까지 실시예를 통하여 본 발명에 따른 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치 및 방법에 대하여 설명하였다. 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식의 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1은 본 발명의 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1의 익사이팅 폴 및 익사이팅 폴 결합부의 분해 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 고정자 20 : 익사이팅 폴

30 : 영구자석 40 : 회전자

50 : 착자 전원부 60 : 회전자 구동부

70 : 역기전력 측정부

100 : 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치

Claims (11)

1. 여자코일이 권선된 익사이팅 폴 및 모터코일이 권선된 한 쌍의 역기전력 측정티쓰가 설치되는 고정자와;

   상기 고정자의 내부에 상기 고정자와 일정 간격 이격되게 설치되고 중심에 샤프트가 설치되는 회전자와;

   상기 회전자의 외주면에 설치되고 상기 여자코일에 흐르는 여자전류에 의해 착자되는 영구자석과;

   상기 익사이팅 폴에 권선된 상기 여자코일에 전원을 공급하는 착자 전원부와;

   상기 샤프트에 연결되어 상기 회전자를 동기속도에 도달하도록 회전시키는 회전자 구동부와;

   상기 역기전력 측정티쓰에 권선된 상기 모터코일에 연결되어 상기 영구자석의 착자에 의해 유도되는 역기전력을 검출하는 역기전력 측정부;를 포함하며,

   상기 고정자의 내주면에는 원주 방향으로 일정 간격으로 이격된 복수의 삽입홈이 형성되고,

   상기 역기전력 측정티쓰는 상기 복수의 삽입홈 중에 어느 하나에 삽입되는 것을 특징으로 하는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 한 쌍의 역기전력 측정티쓰는 상기 익사이팅 폴을 기준으로 대칭적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,

   상기 고정자는 상기 익사이팅 폴을 삽입하는 익사이팅 폴 결합부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 익사이팅 폴의 일단에는 가이드돌기가 형성되고,

   상기 익사이팅 폴 결합부에는 상기 가이드돌기와 대응하는 가이드홈이 형성되며,

   상기 익사이팅 폴의 상기 가이드돌기를 상기 가이드홈에 끼움으로써 상기 익사이팅 폴을 인입 및 인출하는 것을 특징으로 하는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 장치.
6. 여자코일이 권선된 익사이팅 폴을 고정자에 결합하고, 모터코일이 권선된 한 쌍의 역기전력 측정티쓰를 상기 고정자의 내주면의 원주 방향으로 일정 간격으로 이격되게 형성된 복수의 삽입홈에 결합하는 결합단계와;

   회전자에 부착된 영구자석이 동기속도에 도달하도록 일정 속도로 회전시키는 회전단계와;

   상기 익사이팅 폴에 권선된 여자코일에 전원을 공급하여 상기 영구자석을 착자시키는 착자단계와;

   상기 역기전력 측정티쓰에 권선된 모터코일에 유도되는 역기전력을 측정하는 측정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 측정단계는,

   상기 영구자석의 착자에 의해 자속이 쇄교함에 따라 상기 모터코일에 유도되는 역기전력을 측정하는 것을 특징으로 하는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 측정단계는,

   상기 역기전력 측정티쓰의 위치를 변화시키면서 상기 모터코일의 역기전력을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 측정단계는,

   상기 영구자석의 재질을 변화시키면서 상기 모터코일의 역기전력을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 측정단계는,

    상기 여자코일의 권선수를 변화시키면서 상기 모터코일의 역기전력을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 측정단계는,

    상기 익사이팅 폴의 형태를 변화시키면서 상기 모터코일의 역기전력을 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극변환식 동기전동기의 착자 성능 평가 방법.

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