KR101218676B1 - 자기 착자 모터 - Google Patents

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KR101218676B1
KR101218676B1 KR1020060037848A KR20060037848A KR101218676B1 KR 101218676 B1 KR101218676 B1 KR 101218676B1 KR 1020060037848 A KR1020060037848 A KR 1020060037848A KR 20060037848 A KR20060037848 A KR 20060037848A KR 101218676 B1 KR101218676 B1 KR 101218676B1
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김재민
이성호
박진수
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 자기 착자 모터에 관한 것으로, 액사이터 코일에 동일 전류가 흐르고, 동일 턴 수가 권회되는 조건하에서는, 회전자의 원주방향을 따라 액사이터 폴의 폭과 액사이터 슬롯의 폭이 클수록 그리고 여자슬롯에 인접하는 티쓰의 폭이 작을수록, 반면에 회전자와 고정자 사이의 공극에서의 쇄교 자속은 액사이터 슬롯의 폭과 여자슬롯에 인접하는 티쓰의 폭이 작을수록 액사이터 착자부의 자계 세기가 커지는 원리를 이용하여, 회전자의 원주방향을 따라 액사이터 폴의 폭과, 액사이터 슬롯의 폭과, 여자슬롯에 인접하는 티쓰의 폭을 7.0～8.6 : 3.8～4.6 : 2.7～3.3 비율로 구성함으로써, 액사이터 착자부의 자계 세기와 쇄교 자속을 대폭 높여 모터의 성능을 효율적으로 향상시킬 수 있다.
자기 착자, 액사이터 폴, 액사이터 코일, 액사이터 착자부

Description

자기 착자 모터{SELF MAGNETIZING MOTOR}
도 1은 본 발명에 따른 자기 착자 모터를 보인 분리 사시도
도 2는 본 발명에 따른 자기 착자 모터를 보인 횡단면도
도 3은 도 2에서 메인 권선을 설명하기 위한 횡단면도
도 4는 도 2에서 보조 권선을 설명하기 위한 횡단면도
도 5는 도 2의 요부발췌 확대도
도 6은 액사이터 폴의 폭(Pw)에 따른 기전력의 크기를 나타내는 그래프
도 7은 액사이터 폴의 폭(Pw)에 대한 액사이터 슬롯의 폭(So)에 따른 기전력의 크기를 나타내는 그래프
도 8은 액사이터 폴의 폭(Pw)에 대한 티쓰의 폭(Tw)에 따른 기전력의 크기를 나타내는 그래프
*주요부분에 대한 도면부호*
110:고정자 111:고정자 슬롯
112:액사이터 슬롯 113:티쓰
113a:폴 슈 114:액사이터 폴
120:메인 권선 130:서브 권선
140:액사이터 코일 150:액사이터 착자부
160:회전자 161:도체 바
Pw:액사이터 폴의 폭 So:액사이터 슬롯의 폭
Tw:티쓰의 폭
본 발명은 자기 착자 모터, 자기 착자 모터의 고정자 및 그 자기 착자 모터 제조방법에 관한 것으로, 특히 기동 초기부터 동기속도 직전까지는 메인/서브권선과 회전자의 도체 바에 의해 발생되는 유도 기전력에 의해 작동되고, 동기속도에서는 액사이터 폴과 액사이터 착자부에 의해 발생되는 기자력에 의해 구동되는 자기 착자 모터, 자기 착자 모터의 고정자 및 그 자기 착자 모터 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동기는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장치로서, 사용 전원에 따라 직류전동기와 교류 전동기로 나누어질 수 있다.
교류 전동기에는 유도 전동기, 동기 전동기 및 정류자 전동기 등이 있으며, 유도 전동기는 다시 단상 유도 전동기와 3상 유도 전동기로 구분된다.
단상 유도 전동기는 일반적으로 구조가 간단하고 견고하며, 단상 전원을 얻기가 비교적 용이하여 가정용, 사무용, 공업용, 농업용 전기기기의 구동전동기로 널리 이용되고 있다.
단상 유도 전동기는 스스로 기동할 수 없어 기동토오크를 발생하기 위하여 메인권선 이외에 메인권선 보다 90도 앞선 전류위상을 갖는 서브 권선을 구비하며, 상기 메인 권선과 서브 권선은 고정자 슬롯에 일정한 권선 방법에 의해 권취되어 있다.
종래 단상 유도 전동기에 있어서는, 기동 초기 고정자 슬롯에 권취된 메인 권선과 서브 권선에 교류 전원이 인가되면, 고정자의 회전 자계가 발생한다. 이때 회전자의 도체 바에 유도 전류가 흐르게 되고, 회전자가 회전을 시작한다. 여기서, 회전자는 슬립(Slip)되면서 회전하는 데, 이때 서브 권선에 흐르는 전류는 전류 차단장치에 의해 차단되고, 메인 권선에만 전류가 흐르게 된다.
그러나, 종래 단상 유도 전동기에 있어서는, 유도작용에 의해서 회전자가 회전하기 때문에 회전자의 슬립이 발생하고, 이로 인하여 모터의 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 회전자의 외주면에 액사이터 착자부를 구비하여 모터의 성능을 향상시킬 수 있는 자기 착자 모터, 자기 착자 모터의 고정자 및 그 자기 착자 모터 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은 회전자의 원주방향을 따라 액사이터 폴의 폭과, 액사이터 슬롯의 폭과, 여자슬롯에 인접하는 티쓰의 폭을 7.0～8.6 : 3.8～4.6 : 2.7～3.3 비율로 적절히 조절함으로써, 액사이터 착자부의 자계 세기와 쇄교 자속을 대폭 높여 모터의 성능을 향상시킬 수 있는 자기 착자 모터, 자기 착자 모터의 고정자 및 그 자기 착자 모터 제조방법을 제공함에 있다.
따라서 전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자기 착자 모터는, 내주 면을 따라 일정간격을 두고 다수의 고정자 슬롯과 액사이터 슬롯이 형성되며, 상기 고정자 슬롯 사이에 티쓰가 형성되고, 상기 액사이터 슬롯 사이에 액사이터 폴이 형성되는 고정자와; 상기 액사이터 슬롯에 권선되는 액사이터 코일과; 상기 고정자의 센터 부에 회전 가능하게 삽입 설치되며, 상기 액사이터 코일에 의해 착자될 수 있도록 외주 면에 액사이터 착자부가 구비된 회전자를 포함하며, 상기 회전자의 원주방향을 따라 상기 액사이터 폴의 폭과, 상기 액사이터 슬롯의 폭과, 상기 액사이터 슬롯과 인접하는 티쓰의 폭이 일정한 비율, 즉 7.0～8.6 : 3.8～4.6 : 2.7～3.3 비율로 구성된다.
여기서, 상기 액사이터 폴의 폭(Pw)에 대한 상기 액사이터 슬롯의 폭(So)의 비(So/Pw)는 0.53~0.54로 구성될 수 있다.
또한, 상기 액사이터 폴의 폭(Pw)에 대한 상기 액사이터 슬롯에 인접한 티스의 폭(Tw)의 비(Tw/Pw)는 0.38~0.39로 구성될 수 있다.
또, 본 발명에 따른 자기 착자 모터의 고정자는, 기전력을 높일 수 있도록 회전자의 원주방향을 따라 액사이터 폴의 폭과, 액사이터 슬롯의 폭과, 그 액사이터 슬롯과 인접하는 티쓰의 폭이 일정한 비율로 구성된다.
또, 본 발명에 따른 자기 착자 모터 제조방법은, 얇은 시트로 적층된 구조를 가지며, 내주 면을 따라 일정간격을 두고 다수의 고정자 슬롯과 액사이터 슬롯이 형성되고, 상기 고정자 슬롯 사이에 티쓰가 형성되며, 상기 액사이터 슬롯 사이에 액사이터 폴이 형성된 고정자를 제조하되, 기전력을 높일 수 있도록 상기 액사이터 폴의 폭과, 상기 액사이터 슬롯의 폭과, 상기 액사이터 슬롯과 인접하는 티쓰의 폭을 일정한 비율로 구성하는 단계와; 액사이터 코일에 의해 착자될 수 있도록 외주 면에 액사이터 착자부가 구비된 회전자를 상기 고정자의 센터 부에 회전 가능하게 삽입 설치하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 자기 착자 모터에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 착자 모터를 보인 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자기 착자 모터를 보인 횡단면도이며, 도 3은 도 2에서 메인권선을 설명하기 위한 횡단면도이고, 도 4는 도 2에서 보조권선을 설명하기 위한 횡단면도이며, 도 5는 도 2의 요부발췌 확대도이고, 도 6은 액사이터 폴의 폭(Pw)에 따른 기전력의 크기를 나타내는 그래프이며, 도 7은 액사이터 폴의 폭(Pw)에 대한 액사이터 슬롯의 폭(So)에 따른 기전력의 크기를 나타내는 그래프이고, 도 8은 액사이터 폴의 폭(Pw)에 대한 티쓰의 폭(Tw)에 따른 기전력의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기 착자 모터(100)에서는 회전자(160)의 외주 면에 액사이터 착자부(150)가 설치되고, 고정자(110)의 내주 면에 액사이터 착자부(150)를 선택적으로 착자시키는 액사이터 폴(114)(Exciter Pole or teeth)이 설치됨으로써, 기동 초기부터 동기속도 직전까지는 고정자 코일, 즉 메인 권선(120)/보조 권선(130)과 회전자(160)의 도체 바(161)에 의해 발생되는 유도 기전력에 의해 작동되고, 동기속도에서는 액사이터 폴(114)과 액사이터 착자부(150)에 의해 발생되는 기자력에 의해 구동되는 구조로 이루어져 있다. 여기서, 고정자(110), 회전자(160)는 다수의 라미네이션 시트로 적층된 구조로 이루어져 있으며, 자기 착자 모터(100)는 단상 2극 24개의 고정자 슬롯(111)을 갖는 구조를 일례로 설명한다.
즉, 본 발명에 따른 자기 착자 모터(100)는, 내주 면을 따라 일정간격을 두고 다수의 고정자 슬롯(111)과 액사이터 슬롯(112)이 형성되며 고정자 슬롯(111) 사이에 티쓰(113)가 형성되고 액사이터 슬롯(112) 사이에 액사이터 폴(114)이 형성되는 고정자(110)와, 상기 고정자 슬롯(111)에 권선되는 고정자 코일(120)(130)과, 상기 액사이터 슬롯(112)에 권선되는 액사이터 코일(140)과, 상기 고정자(110)의 센터 부에 회전 가능하게 삽입 설치되며 액사이터 코일(140)에 의해 착자될 수 있도록 외주 면에 액사이터 착자부(150)가 구비되는 회전자(160)로 구성된다.
상기 액사이터 착자부(150)는 액사이터 폴(114)에 권취된 액사이터 코일(140)을 흐르는 전류에 의해 선택적으로 마그네트될 수 있는 물질(Magnetizable Material), 즉 착자 또는 탈자될 수 있는 물질, 또는 재료로 이루어져 있다.
여기서 상기 액사이터 착자부(150)는 회전자(160)와는 별도의 몸체로 구성된 후, 회전자(160)의 외주면에 부착될 수 있으며, 이때 상기 액사이터 착자부(150)는 원통 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 액사이터 착자부(150)는 회전자(160)의 외주 면에 층(Layer) 형태로 도포될 수도 있다.
일반적으로, 상기 액사이터 코일(140)에 동일 전류가 흐르고, 동일 턴 수가 권회되는 조건하에서는, 상기 액사이터 착자부(150)의 자계 세기는 회전자의 원주 방향을 따라 액사이터 폴의 폭(Pw)과 액사이터 슬롯의 폭(So)이 클수록 그리고 여자슬롯(112)에 인접하는 티쓰의 폭(Tw)이 작을수록 커진다. 반면에, 회전자(160)와 고정자(110) 사이의 공극(X)에서의 쇄교 자속은 액사이터 슬롯의 폭(So)과 여자슬롯(112)에 인접하는 티쓰의 폭(Tw)이 작을수록 커진다.
따라서, 본 발명에 따른 자기 착자 모터(100)의 고정자(110)에서는, 회전자(160)의 원주방향을 따라 액사이터 폴의 폭(Pw)과, 액사이터 슬롯의 폭(So)과, 여자슬롯에 인접하는 티쓰, 액사이터 폴의 폭(Tw)을 적절히 조절함으로써, 액사이터 착자부(150)의 자계 세기와 쇄교 자속을 효율적으로 높일 수 있는 것이다.
즉, 회전자(160)의 원주방향을 따라 액사이터 폴의 폭(Pw)과, 상기 여자 슬롯의 폭(So)과, 상기 여자 슬롯과 인접하는 티쓰의 폭(Tw)은 일정한 비율, 예를 들어 7.0～8.6 : 3.8～4.6 : 2.7～3.3 비율로 구성하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 따른 자기 착자 모터 제조방법은 얇은 시트로 적층된 구조를 가지며, 내주 면을 따라 일정간격을 두고 다수의 고정자 슬롯과 액사이터 슬롯이 형성되고, 고정자 슬롯 사이에 티쓰가 형성되며, 액사이터 슬롯 사이에 액사이터 폴이 형성된 고정자를 제조하되, 기전력을 높일 수 있도록 액사이터 폴의 폭과, 액사이터 슬롯의 폭과, 액사이터 슬롯과 인접하는 티쓰의 폭을 일정한 비율로 구성하는 단계와; 액사이터 코일에 의해 착자될 수 있도록 외주 면에 액사이터 착자부가 구비된 회전자를 고정자의 센터 부에 회전 가능하게 삽입 설치하는 단계를 포함한다. 여기서 액사이터 폴의 폭과, 액사이터 슬롯의 폭과, 티쓰의 폭을 각각 7.0～8.6 : 3.8～4.6 : 2.7～3.3 비율로 구성하는 것이 바람직하다.
이하, 액사이터 폴의 폭(Pw)과, 상기 여자 슬롯의 폭(So)과, 상기 여자 슬롯과 인접하는 티쓰의 폭(Tw)을 위에서 언급한 일정한 비율로 한정할 경우 이들과 기전력과의 관계를 도 6 내지 도 8에 도시된 그래프를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 Pw에 따른 기전력의 크기를 나타내는 그래프로서, 횡축은 액사이터 폴의 폭의 크기를 나타내며, 종축은 기전력의 크기를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, Pw이 대략 7.0～8.6mm 일 때 기전력(EMF)이 대략 194～197 V로 가장 높게 유지됨을 확인할 수 있다.
또, 도 7은 So/Pw에 따른 기전력의 크기를 나타내는 그래프로서, 횡축은 So/Pw의 크기를 나타내며, 종축은 기전력의 크기를 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, So/Pw가 대략 0.53～0.54 일 때, 다시 말해 Pw가 대략 7.0～8.6mm이고, So가 3.8～4.6mm 일 때, 기전력이 대략 194～197 V로 가장 높게 유지됨을 확인할 수 있다.
도 8은 Tw/Pw에 따른 기전력의 크기를 나타내는 그래프로서, 횡축은 Tw/Pw의 크기를 나타내며, 종축은 기전력의 크기를 나타낸다.
도 8에 도시된 바와 같이, Tw/Pw가 대략 0.38～0.39 일 때, 다시 말해 Pw이 대략 7.0～8.6mm이고, Tw가 2.7～3.3mm 일 때, 기전력이 대략 194～197 V로 가장 높게 유지됨을 확인할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 상기 액사이터 폴의 폭과, 상기 액사이터 슬롯의 폭과, 상기 티쓰의 폭을 각각 7.0～8.6 : 3.8～4.6 : 2.7～3.3 비율로 구성함으로 써, 기전력을 가장 높게 유지하여, 즉 자계 세기와 쇄교 자속을 대폭 높여 모터의 성능을 효율적으로 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 다수의 티쓰 중 액사이터 슬롯(112)과 인접하는 티쓰는 나머지 티쓰와는 달리 그 끝단 부의 일부(일명, 폴 슈)(113a)가 제거된 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 액사이터 슬롯(112)의 열림(Opening)을 크게 하여 액사이터 착자부(150)의 자계 세기를 높이기 위해서이다. 또, 상기 액사이터 폴(114)의 끝단에는 테이퍼 부(114a)가 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 자기 착자 모터에 있어서는, 기동 초기 고정자 슬롯(111)에 권취된 메인 권선(120)과, 그 메인 권선(120) 보다 90도 앞선 전류위상을 갖는 서브 권선(130)에 외부의 교류 전원이 인가되면, 고정자(110)에 회전 자계가 발생한다.
이때, 고정자(110)의 회전 자계에 의해 회전자(160)의 도체 바(161)에 유도 전류가 흐르게 되고, 유도 전류에 회전자(160)가 회전을 시작한다.
여기서, 회전자(160)는 기동 시작 이후에 슬립되면서 회전을 하게 되는 데, 이때 서브 권선(130)에 흐르는 전류는 전류 차단장치에 의해 차단되고, 메인 권선(120)에만 전류가 흐르게 된다.
회전자(160)가 회전하는 과정에서, 고정자(110)의 회전 자계에 의해 회전자(160)의 외주 면에 설치된 액사이터 착자부(150)가 저밀도로 자화되는 효과, 즉 히스테리 효과가 발생하여 결국, 회전자(160)는 히스테리효과에 의한 히스테리 토크와, 위에서 언급한 유도전류에 의한 유도 토크에 의해 회전을 하게 된다.
회전자(160)가 회전하여 고정자의 회전 자기장의 동기속도의 70-80% 정도의 속도인 2,520-2,880 rpm이 될 때, 액사이터 코일(140)에 전류를 인가하면, 이 액사이터 코일(140)에 의해 발생되는 자속이 액사이터 착자부(150)에 전달되어, 결국 액사이터 착자부(150)가 고밀도로 자화된다. 이 상태에서 회전자(160)가 동기속도로 회전한다.
한편, 전술한 바와 같이, 상기 액사이터 코일(140)에 동일 전류가 흐르고, 동일 턴 수의 조건하에서는, 상기 액사이터 착자부(150)의 자계 세기는 원주방향을 따라 액사이터 폴의 폭(Pw)과 액사이터 슬롯의 폭(So)이 클수록 그리고 여자슬롯에 인접하는 티쓰의 폭(Tw)이 작을수록 커진다.
반면에, 회전자(160)와 고정자(110) 사이의 공극(X)에서의 쇄교 자속은 액사이터 슬롯의 폭(Sw)과 여자슬롯에 인접하는 티쓰의 폭(Tw)이 작을수록 커진다.
따라서, 본 발명에 따른 자기 착자 모터(100)에 있어서는 회전자(160)의 원주방향을 따라 액사이터 폴의 폭(Pw)과, 액사이터 슬롯의 폭(Sw)과, 여자슬롯에 인접하는 티쓰의 폭(Tw)을, 예를 들어 7.0～8.6 : 3.8～4.6 : 2.7～3.3 비율로 구성함으로써, 액사이터 착자부(150)의 자계 세기와 쇄교 자속을 대폭 높일 수 있다.
또, 상기 다수의 티쓰 중 액사이터 슬롯(112)과 인접하는 티쓰 (Teeth)(113)의 끝단 부의 일부(일명, 폴 슈)(113a)가 제거되어 있고, 또 상기 액사이터 폴(114)의 끝단에 테이퍼 부(114a)가 형성되어 있기 때문에 상기 액사이터 코일(140))에 의해 발생되는 자속이 누설되지 않아 액사이터 착자부(150)의 착자 효율을 더 효과적으로 높일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 기동 초기부터 동기속도 직전까지는 메인,서브 권선과 회전자의 도체 바에 의해 발생되는 유도 기전력에 의해 작동되고, 동기속도에서는 액사이터 폴과 액사이터 착자부에 의해 발생되는 기자력에 의해 구동된다.
또, 회전자의 원주방향을 따라 액사이터 폴의 폭과, 액사이터 슬롯의 폭과, 여자슬롯에 인접하는 티쓰의 폭을 7.0～8.6 : 3.8～4.6 : 2.7～3.3 비율로 구성함으로써, 액사이터 착자부의 자계 세기와 쇄교 자속을 대폭 높여 모터의 성능을 효율적으로 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 내주 면을 따라 일정간격을 두고 다수의 고정자 슬롯과 액사이터 슬롯이 형성되며, 상기 고정자 슬롯 사이에 티쓰가 형성되고, 상기 액사이터 슬롯 사이에 액사이터 폴이 형성되는 고정자와;
    상기 액사이터 슬롯에 권선되는 액사이터 코일과;
    상기 고정자의 센터 부에 회전 가능하게 삽입 설치되며, 상기 액사이터 코일에 의해 착자될 수 있도록 외주 면에 액사이터 착자부가 구비된 회전자를 포함하며,
    상기 회전자의 원주방향을 따라 상기 액사이터 폴의 폭(Pw)과, 상기 액사이터 슬롯의 폭(So)과, 상기 액사이터 슬롯과 인접하는 티쓰의 폭(Tw)은 각각 상기 회전자의 원주방향을 따라 7.0～8.6 : 3.8～4.6 : 2.7～3.3 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 착자 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액사이터 폴의 폭(Pw)에 대한 상기 액사이터 슬롯의 폭(So)의 비(So/Pw)는 0.53~0.54로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 착자 모터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액사이터 폴의 폭(Pw)에 대한 상기 액사이터 슬롯에 인접한 티스의 폭(Tw)의 비(Tw/Pw)는 0.38~0.39로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 착자 모터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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