KR102120361B1 - A rotor having a conductor bar of a different length and a synchronous motor comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동기형 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역기전력의 고조파 성분에 따른 진동 발생을 억제할 수 있는 길이가 다른 도체바를 구비하는 회전자 및 그를 포함하는 동기형 모터에 관한 것이다. The present invention relates to a synchronous motor, and more particularly, to a rotor having a conductor bar of different length capable of suppressing the generation of vibrations according to harmonic components of back EMF and a synchronous motor including the same.
통상적으로 모터(motor, 또는 전동기)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전력을 발생시키는 장치로서, 가정용 및 산업용으로 널리 사용되고 있다. 이러한 모터는 크게 교류 모터(AC motor)와 직류 모터(DC motor)로 구분할 수 있다.Typically, a motor (motor, or electric motor) converts electrical energy into mechanical energy to generate a rotational force, and is widely used for home and industrial use. These motors can be broadly classified into an AC motor and a DC motor.
직류 모터는 직류 전원으로 운전되며, 입력 전압에 변화를 주어 원하는 출력을 얻는 모터로서, 속도의 조절이 비교적 쉬워 전차, 엘리베이터 등의 구동에 사용되고 있다. 직류 모터는 브러시 직류 모터(brush DC motor)와 브러시리스 직류 모터(brushless DC motor)로 구분할 수 있다. 브러시리스 직류 모터는 브러시 직류 모터에 비해 브러시와 정류자라는 기계적 접촉부가 없다는 특징을 가지고 있으며, 이에 따라 기기의 고성능화, 경박단소화, 장수명화 등을 달성할 수 있다. 또한 브러시리스 직류 모터는 고정자에 권선이 감겨 있고, 회전자에 영구자석이 매입된 구조를 갖는다. 이러한 브러시리스 직류 모터는 반도체 기술 및 부품이나 재료의 발전에 따라 다양한 기기에 많이 사용되고 있다.The DC motor is driven by a DC power supply, and is a motor that obtains a desired output by changing the input voltage. It is relatively easy to adjust speed and is used for driving vehicles, elevators, and the like. The DC motor can be divided into a brush DC motor and a brushless DC motor. The brushless DC motor has a feature that there is no mechanical contact part between the brush DC motor and the brush commutator, and accordingly, it is possible to achieve high performance of the device, reduction in light weight, and long life. In addition, the brushless DC motor has a structure in which a winding is wound around the stator and a permanent magnet is embedded in the rotor. These brushless DC motors are widely used in various devices according to the development of semiconductor technology and components and materials.
교류 모터는 교류 전원으로 운전되며, 생활 주변에서 가장 널리 사용되는 모터의 일종이다. 교류 모터는 기본적으로 외부의 고정자(stator)와, 내부의 회전자(rotor)로 구성되며, 교류 전류가 고정자 권선에 공급되면 전자기유도에 의해 전기장이 변환하고, 회전자에서 회전하는 전기장에 의해 유도 전류가 생기고 토크에 의해 회전자에 있는 회전축에서 회전력이 발생하는 모터이다.The AC motor is driven by AC power and is one of the most widely used motors around life. The AC motor basically consists of an external stator and an internal rotor, and when AC current is supplied to the stator winding, the electric field is converted by electromagnetic induction and induced by the electric field rotating in the rotor. It is a motor that generates electric current and generates rotational force on the rotating shaft in the rotor due to torque.
이러한 교류 모터는 크게 단상식과 삼상식으로 구분하며, 다시 회전자의 유형에 따라 유도모터, 동기모터, 정류자모터로 구분할 수 있다.These AC motors are largely classified into a single-phase type and a three-phase type, and can be further classified into an induction motor, a synchronous motor, and a commutator motor according to the type of rotor.
LSPM(Line Start Permanent Magnet) 모터(또는 '단상 유도동기모터'라고도 함)와 같은 동기형 모터(synchronous motor)는 단상 유도모터와 동기모터의 장점만을 적용한 교류 모터의 일종이다.Synchronous motors, such as LSPM (Line Start Permanent Magnet) motors (also referred to as'single-phase induction synchronous motors'), are a type of AC motor that applies only the advantages of single-phase induction motors and synchronous motors.
이와 같은 동기형 모터는 회전자의 도체바에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와, 고정자의 권선에 의하여 발생되는 자속의 상호작용에 의하여 발생되는 토크에 의해 회전자가 회전을 시작하고, 기동되어 정격 운전시에는 회전자에 설치된 영구자석의 자속과 고정자에서 발생되는 자속의 상호 동기화되어 고정자의 회전자계의 속도로써 운전하는 모터이다. 즉 고정자의 권선에 전류가 인가되면, 고정자의 구조로 인해 발생되는 회전 자속과 회전자의 도체바에서 발생되는 유도 전류와의 상호 작용에 의해 회전자가 회전하게 된다. 그리고 회전가가 동기 속도에 이르게 되면 영구자석에 의한 토크와 회전자의 구조에 기인한 릴럭턴스 토크(reluctance torque)가 발생하여 회전자가 회전한다.In such a synchronous motor, the rotor starts to rotate and is started by the torque generated by the interaction of the secondary current generated by the voltage induced on the conductor bar of the rotor and the magnetic flux generated by the stator winding. At rated operation, the motor operates at the speed of the stator's magnetic field in synchronization with the magnetic flux of the permanent magnet installed on the rotor and the magnetic flux generated by the stator. That is, when a current is applied to the stator winding, the rotor rotates by the interaction of the rotating magnetic flux generated by the structure of the stator and the induced current generated in the conductor bar of the rotor. And when the rotational speed reaches the synchronous speed, the torque caused by the permanent magnet and the reluctance torque due to the structure of the rotor are generated, and the rotor rotates.
이러한 동기형 모터의 회전자는 원통형의 회전자 철심과, 회전자 철심의 가장자리 둘레에 복수의 도체바가 삽입되어 있고, 도체바 안쪽에 복수의 영구자석이 삽입되어 설치된 구조를 갖는다.The rotor of the synchronous motor has a cylindrical rotor core and a plurality of conductor bars are inserted around the edges of the rotor core, and a plurality of permanent magnets are inserted and installed inside the conductor bar.
이로 인해 동기형 모터는 슬롯 및 영구자석의 개수, 형상에 따라서 역기전력에 고조파가 발생하고, 이러한 고조파 성분은 전류의 고조파 성분을 발생시키며 결과적으로 진동 소음을 유발한다. Due to this, the synchronous motor generates harmonics in the back EMF depending on the number and shape of slots and permanent magnets, and these harmonic components generate harmonic components of the current and consequently cause vibration noise.
따라서 본 발명의 목적은 역기전력의 고조파 성분을 줄여 진동 발생을 억제할 수 있는 길이가 다른 도체바를 구비하는 회전자 및 그를 포함하는 동기형 모터를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotor having a conductor bar having a different length to suppress vibration generation by reducing a harmonic component of back EMF and a synchronous motor including the same.
본 발명의 다른 목적은 역기전력이 정현파에 근접하게 구현하여 입력전류의 왜곡이 적어지고 진동 발생을 억제할 수 있는 길이가 다른 도체바를 구비하는 회전자 및 그를 포함하는 동기형 모터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a synchronous motor including a rotor having a conductor bar of different lengths capable of suppressing the occurrence of vibration and reducing the distortion of input current by implementing a back electromotive force close to a sinusoidal wave.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고정자의 회전자 삽입구멍에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 동기형 모터용 회전자로서, 중심 부분에 회전축이 삽입되는 회전자 철심; 상기 회전축 둘레의 상기 회전자 철심에 삽입되어 N극과 S극의 회전자 자극을 형성하는 복수의 영구자석; 및 상기 복수의 영구자석과 상기 회전자 철심 외곽 사이의 간격에 대응되는 길이로 상기 회전자 철심에 삽입되는 복수의 도체바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기형 모터용 회전자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a rotor for a synchronous motor that is rotatably installed by being inserted into a rotor insertion hole of a stator, a rotor iron core having a rotating shaft inserted in a central portion; A plurality of permanent magnets inserted into the rotor core around the rotation axis to form rotor poles of the N and S poles; And a plurality of conductor bars inserted into the rotor core at a length corresponding to the distance between the plurality of permanent magnets and the outer periphery of the rotor core.
상기 회전자 철심은, 중심 부분에 상기 회전축이 삽입되는 회전축 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전축 삽입구멍의 둘레에 복수의 영구자석이 삽입되는 복수의 영구자석 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 복수의 영구자석 삽입구멍과 상기 회전자 철심 외곽 사이의 간격에 대응되는 길이로 상기 복수의 도체바가 삽입되는 상기 도체바 삽입구멍이 형성될 수 있다.In the rotor core, a rotational shaft insertion hole in which the rotational shaft is inserted is formed in a central portion, and a plurality of permanent magnet insertion holes in which a plurality of permanent magnets are inserted around the rotational shaft insertion hole are formed, and the plurality of The conductor bar insertion hole into which the plurality of conductor bars are inserted may be formed to have a length corresponding to a gap between the permanent magnet insertion hole and the outer periphery of the rotor core.
상기 복수의 영구자석은, 상기 회전축 삽입구멍을 중심으로 양쪽에 각각 배치되어 S극을 형성하는 복수의 제1 및 제2 영구자석; 및 상기 회전축 삽입구멍을 중심으로 복수의 제1 및 제2 영구자석과 수직한 방향으로 각각 배치되어 N극을 형성하는 복수의 제3 및 제4 영구자석;을 포함할 수 있다.The plurality of permanent magnets, a plurality of first and second permanent magnets respectively disposed on both sides of the rotary shaft insertion hole to form an S pole; And a plurality of third and fourth permanent magnets respectively disposed in a direction perpendicular to the plurality of first and second permanent magnets around the insertion hole of the rotation shaft to form an N pole.
상기 제1 내지 제4 영구자석은 각각, 상기 회전축을 중심으로 둔각을 이루도록 V자형으로 배치된 제1 부분 영구자석과 제2 부분 영구자석을 포함할 수 있다.Each of the first to fourth permanent magnets may include a first partial permanent magnet and a second partial permanent magnet arranged in a V shape so as to form an obtuse angle around the rotation axis.
상기 복수의 도체바는 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 배치된다.The plurality of conductor bars are disposed radially around the rotation axis.
상기 복수의 도체바는, 상기 제1 및 제2 부분 영구자석의 양쪽 끝에서 이웃하는 쪽으로 갈수록 길이가 길어진다.The lengths of the plurality of conductor bars increase as they move toward the neighbors from both ends of the first and second partial permanent magnets.
상기 복수의 도체바는 상기 회전자 철심 외곽에서 상기 회전축의 중심으로 갈수록 폭이 줄어든다.The width of the plurality of conductor bars decreases toward the center of the rotating shaft from the outer core of the rotor.
그리고 본 발명은 상기 회전자; 및 중심 부분에서 상기 회전자가 삽입 설치되는 회전자 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전자 삽입구멍의 내주면에 권선이 권취된 고정자;를 포함하는 동기형 모터를 제공한다.And the present invention is the rotor; And a stator in which a rotor insertion hole in which the rotor is inserted is formed at a central portion, and a winding is wound on an inner circumferential surface of the rotor insertion hole.
본 발명에 따르면, 영구자석과 회전자 철심의 외곽 사이의 간격에 대응되는 길이가 다른 도체바들이 회전자 철심에 배치된 구조를 갖기 때문에, 역기전력의 고조파 성분을 줄여 진동 발생을 억제할 수 있다.According to the present invention, since the conductor bars having different lengths corresponding to the distance between the outer periphery of the permanent magnet and the rotor core have a structure arranged in the rotor core, it is possible to suppress the occurrence of vibration by reducing the harmonic component of the back EMF.
그리고 본 발명에 따른 동기형 모터는 역기전력이 정현파에 근접하게 구현되기 때문에, 입력전류의 왜곡이 적어지고 진동 발생을 억제할 수 있다.In addition, in the synchronous motor according to the present invention, since the back electromotive force is implemented close to the sinusoidal wave, distortion of the input current is reduced and vibration can be suppressed.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 길이가 다른 도체바를 구비하는 동기형 모터용 회전자를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 회전자를 포함하는 동기형 모터를 보여주는 평면도이다.
도 3은 비교예에 따른 동기형 모터를 보여주는 평면도이다.
도 4 및 도 5는 비교예에 따른 동기형 모터의 유한요소해석 결과를 보여주는 도면들이다.
도 6 및 도 7은 실시예에 따른 동기형 모터의 유한효소해석 결과를 보여주는 도면들이다.
도 8은 비교예 및 실시예에 따른 동기형 모터의 역기전력 해석 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 비교예 및 실시예에 따른 동기형 모터의 역기전력을 고조파 분석한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10은 비교예 및 실시예에 따른 동기형 모터의 입력전류 해석 결과를 보여주는 그래프이다.
도 11은 비교예 및 실시예에 따른 동기형 모터의 입력전류를 고조파 분석한 결과를 보여주는 그래프이다.1 is a plan view showing a rotor for a synchronous motor having a conductor bar having a different length according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a synchronous motor including the rotor of FIG. 1.
3 is a plan view showing a synchronous motor according to a comparative example.
4 and 5 are diagrams showing the results of finite element analysis of a synchronous motor according to a comparative example.
6 and 7 are diagrams showing finite enzyme analysis results of a synchronous motor according to an embodiment.
8 is a graph showing the results of back EMF analysis of a synchronous motor according to Comparative Examples and Examples.
9 is a graph showing the results of harmonic analysis of back EMF of a synchronous motor according to Comparative Examples and Examples.
10 is a graph showing an input current analysis result of a synchronous motor according to a comparative example and an embodiment.
11 is a graph showing the results of harmonic analysis of the input current of a synchronous motor according to Comparative Examples and Examples.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention are described, and descriptions of other parts will be omitted without detracting from the gist of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to ordinary or lexical meanings, and the inventor is appropriate as a concept of terms to describe his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and a concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined as such. Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in this specification is only a preferred embodiment of the present invention, and does not represent all of the technical spirit of the present invention, and various equivalents that can replace them at the time of this application It should be understood that there may be and variations.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 길이가 다른 도체바를 구비하는 동기형 모터용 회전자를 보여주는 평면도이다. 도 2는 도 1의 회전자를 포함하는 동기형 모터를 보여주는 평면도이다.1 is a plan view showing a rotor for a synchronous motor having a conductor bar having a different length according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a synchronous motor including the rotor of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 동기형 모터(100)는 회전자(20)와, 회전자(20)가 회전 가능하게 삽입 설치되는 고정자(10)를 포함한다. 고정자(10)는 중심 부분에 회전자 삽입구멍(18)이 형성되어 있으며, 회전자 삽입구멍(18)의 내주면에 권선(16)이 권취되어 있다. 그리고 회전자(20)는 고정자(10)의 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 회전 가능하게 설치된다.1 and 2, the
고정자(10)는 회전자 삽입구멍(18)이 형성된 고정자 철심(11)과, 고정자 철심(11)의 회전자 삽입구멍(18)의 내주면을 따라서 권취된 권선(16)을 포함한다. 이때 회전자 삽입구멍(18)의 내경은 회전자(20)의 외경보다는 크게 형성되며, 회전자 삽입구멍(18)의 내경과 회전자(20)의 외경의 차이가 공극을 형성한다.The
고정자 철심(11)은 동일한 형상의 고정자 철판(12) 복수 개를 축방향으로 적층하여 형성할 수 있다. 고정자 철심(11)은 내측에 회전자(20)가 삽입되어 위치할 수 있는 회전자 삽입구멍(18)이 형성되어 있다. 고정자 철심(11)은 내주면을 따라서 일정 간격으로 복수의 투스(14)가 형성되어 있다. 복수의 투스(14)는 고정자 철심(11)의 내주면에서 고정자 철심(11)의 중심축을 향하여 돌출되며, 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 설치되는 회전자(20)의 외주면에 근접하게 배치된다. 이때 고정자 철판(12)으로는 규소 철판이 사용될 수 있다. 고정자 철심(11)의 안쪽의 투스(14)의 끝단이 형성하는 가상면 안쪽이 회전자 삽입구멍(18)을 형성한다.The
그리고 권선(16)은 복수의 투스(14)에 각각 권취됨으로써, 교류 전원이 인가되면 고정자(10)의 구조로 인해 회전 자속을 발생시킨다.In addition, the
한편 도시하진 않았지만, 회전축(30)은 동기형 모터(100)의 케이스를 이루는 케이싱(casing)이나 쉘(shell)에 베어링을 매개로 회전 가능하게 설치된다.On the other hand, although not shown, the rotating
회전자(20)는 고정자(10)의 회전자 삽입구멍(18)에 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 동기형 모터(100)의 회전자로서, 회전자 철심(21)과, 복수의 영구자석(22), 및 복수의 도체바(23)를 포함한다. 회전자 철심(21)은 중심 부분에 회전축(30)이 삽입 설치된다. 복수의 영구자석(22)은 회전축(30) 둘레의 회전자 철심(21)에 삽입되어 N극과 S극의 회전자 자극을 형성한다. 그리고 복수의 도체바(23)는 복수의 영구자석(22)과 회전자 철심(21) 외곽 사이의 간격에 대응되는 길이로 회전자 철심(21)에 삽입된다.The
이와 같이 복수의 영구자석(22)과 회전자 철심(21) 외곽 사이의 간격에 대응되는 길이의 복수의 도체바(23)를 형성하는 이유는, 역기전력의 고조파 성분을 줄여 진동 발생을 억제하기 위해서이다. 이로 인해 본 실시예에 따른 동기형 모터(100)는 역기전력이 정현파에 근접하게 구현되기 때문에, 입력전류의 왜곡이 적어지고 진동 발생을 억제할 수 있다.The reason for forming a plurality of conductor bars 23 having a length corresponding to the gap between the outer periphery of the plurality of
이와 같은 본 실시예에 따른 회전자(20)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The
전술된 바와 같이 회전자(20)는 회전자 철심(21), 복수의 영구자석(22) 및 복수의 도체바(23)를 포함한다.As described above, the
회전자 철심(21)은 동일한 형상의 회전자 철판(24) 복수 개를 축방향으로 적층하여 형성한다. 회전자 철심(21)은 중심 부분에 회전축(30)이 삽입되는 회전축 삽입구멍(25)이 형성되어 있다. 회전자 철심(21)은 회전축 삽입구멍(25)의 외곽에 복수의 영구자석 삽입구멍(26)이 형성되어 있다. 그리고 회전자 철심(21)은 복수의 영구자석 삽입구멍(26)의 외측의 가장자리 둘레에 복수의 도체바 삽입구멍(27)이 형성되어 있다.The
이때 회전자 철판(24)으로는 규소 강판이 사용될 수 있다. 회전축 삽입구멍(25) 및 영구자석 삽입구멍(26) 및 도체바 삽입구멍(27)은 회전자 철심(21)의 상부면에 대해서 수직 방향으로 형성될 수 있다.At this time, a silicon steel plate may be used as the
본 실시예에서는 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 외곽에 회전축 삽입구멍(25)의 축 방향에 대해서 단면이 사각인 영구자석(22)이 설치되는 8개의 영구자석 삽입구멍(26)이 회전자 철심(21)에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 이때 8개의 영구자석 삽입구멍(26)은 2개씩 쌍으로 영문자 V자형으로 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 4군데 형성될 수 있다. V자형으로 배치된 4개의 영구자석 삽입구멍(41,42,43,44)이 이루는 각도는 둔각이고, 이웃하는 V자형으로 배치된 4개의 영구자석 삽입구멍(41,42,43,44) 간에 이루는 각도는 예각일 수 있다.In this embodiment, eight permanent magnet insertion holes 26 in which a
즉 복수의 영구자석 삽입구멍(26)은 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 양쪽에 각각 배치되어 S극을 형성되는 복수의 제1 및 제2 영구자석(51,52)이 삽입되는 복수의 제1 및 제2 영구자석 삽입구멍(41,42)과, 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 복수의 제1 및 제2 영구자석 삽입구멍(41,42)과 수직한 방향으로 각각 배치되어 N극을 형성하는 복수의 제3 및 제4 영구자석(53,54)이 삽입되는 복수의 제3 및 제4 영구자석 삽입구멍(43,44)을 포함한다.That is, the plurality of permanent magnet insertion holes 26 are disposed on both sides around the rotation
복수의 제1 내지 제4 영구자석 삽입구멍(41,42,43,44)은 각각, 회전축 삽입구멍(25)을 중심으로 둔각을 이루도록 V자형으로 형성된 제1 및 제2 부분 영구자석 삽입구멍(46,47)을 포함한다. 이로 인해 제1 및 제2 부분 영구자석 삽입구멍(46,47)에 각각 삽입되는 제1 및 제2 부분 영구자석(56,57)은 서로 둔각을 이루도록 배치된다.The plurality of first to fourth permanent magnet insertion holes 41, 42, 43, and 44, respectively, the first and second partial permanent magnet insertion holes formed in a V shape to form an obtuse angle around the rotation shaft insertion hole 25 ( 46,47). For this reason, the first and second partial
그리고 회전축 삽입구멍(25)을 향하는 쪽으로, 서로 이웃하는 제1 및 제2 부분 영구자석 삽입구멍(46,27)은 서로 예각을 이루도록 형성된다. 이로 인해 서로 이웃하는 제1 및 제2 부분 영구자석 삽입구멍(46,27)에 삽입되는 제1 및 제2 부분 영구자석(56,57)은 서로 예각을 이루도록 배치된다.Then, toward the rotation
복수의 영구자석(22)은 각각 회전자 철심(21)의 복수의 영구자석 삽입구멍(26)에 삽입되어 N극과 S극의 회전자 자극을 형성한다. 이때 복수의 영구자석(22)은 권선(16)에서 발생되는 자속과의 상호작용에 의해 토크를 발생시킨다. 영구자석(22)으로는 희토류 자석이 사용될 수 있다.The plurality of
복수의 영구자석(22)은 제1 및 제2 영구자석 삽입구멍(41,42)에 삽입되어 S극을 형성하는 제1 및 제2 영구자석(51,52)과, 제3 및 제4 영구자석 삽입구멍(43,44)에 삽입되어 N극을 형성하는 제3 및 제4 영구자석(53,54)을 포함한다.The plurality of
복수의 제1 내지 제4 영구자석(51,52,53,54)은 각각, 제1 및 제2 경사 영구자석 삽입구멍(46,47)에 각각 삽입되는 제1 및 제2 부분 영구자석(56,57)을 포함한다.The plurality of first to fourth
본 실시예에서는 역기력전의 고조파 성분을 줄이기 위해서, 아래와 같이 도체바(23) 및 도체바 삽입구멍(27)이 형성된다.In this embodiment, the
복수의 도체바(23)는 복수의 영구자석(22)과 회전자 철심(21) 외곽 사이의 간격에 대응되는 길이로 회전자 철심(21)에 삽입된다. 즉 회전축(30)을 중심으로 회전자 철심(21)의 외곽과 영구자석(22) 간의 거리는 차이가 발생하기 때문에, 영구자석(22)과 회전자 철심(21)의 외곽 사이에 형성된 복수의 도체바(23)의 길이는 서로 상이하다.The plurality of conductor bars 23 are inserted into the
복수의 도체바(23)는 회전축을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다. 복수의 도체바(23)는 제1 및 제2 부분 영구자석의 양쪽 끝에서 이웃하는 쪽으로 갈수록 길이가 길어진다. 그리고 복수의 도체바(23)는 회전자 철심(21) 외곽에서 회전축(30)의 중심으로 갈수록 폭이 줄어든다.The plurality of conductor bars 23 may be disposed radially around the rotation axis. The plurality of conductor bars 23 are lengthened toward the neighboring sides at both ends of the first and second partial permanent magnets. And the width of the plurality of conductor bars 23 decreases toward the center of the
이러한 복수의 도체바(27)는 복수의 제1 및 제2 도체바(27a,27b)와, 복수의 제3 및 제4 도체바(27c,27d)를 포함한다. 복수의 제1 및 제2 도체바(27a,27b)는 복수의 제1 및 제2 영구자석(51,52)이 형성된 쪽에 형성된다. 복수의 제3 및 제4 도체바(27c,27d)는 복수의 제3 및 제4 영구자석(53,54)이 형성된 쪽에 형성된다.The plurality of conductor bars 27 includes a plurality of first and second conductor bars 27a and 27b, and a plurality of third and fourth conductor bars 27c and 27d. The plurality of first and second conductor bars 27a and 27b are formed on the side where the plurality of first and second
복수의 제1 내지 제4 도체바(27a,27b,27c,27d)는 V자형의 제1 내지 제4 영구자석(51,52,53,54)의 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 길이가 짧아지게 형성된다.The plurality of first to fourth conductor bars 27a, 27b, 27c, and 27d are formed to be shorter in length toward the edge from the center of the V-shaped first to fourth
그리고 복수의 제1 내지 제4 도체바(27a,27b,27c,27d)가 각각 삽입되는 복수의 제1 내지 제4 도체바 삽입구멍(23a,23b,23c,23d)이 회전자 철심(22)에 형성된다.In addition, a plurality of first to fourth conductor
이와 같은 본 실시예에 따른 동기형 모터(100)에 있어서, 길이가 다른 도체바(23)를 구비함으로써, 역기전력의 고조파 성분이 줄고, 역기전력이 정현파에 근접하게 구현되어 입력전류의 왜곡이 줄어들어 진동 발생되는 억제되는 것을, 도 3에 도시된 비교예의 동기형 모터(200)와 대비한, 유한요소해석(Finite Elements Method; FEM), 역기전력 해석, 입력전류 해석 및 전류 고조파 해석을 통해서 확인하였다. 도 8 내지 도 11에서 "Old"는 비교예에 따른 동기형 모터를 나타내고, "New"는 실시예에 따른 동기형 모터를 나타낸다.In the
도 3은 비교예에 따른 동기형 모터를 보여주는 평면도이다.3 is a plan view showing a synchronous motor according to a comparative example.
도 3을 참조하면, 비교예에 따른 동기형 모터(200)는 회전자 철심의 가장자리 둘레에 단면이 원형이 일정한 크기의 복수의 도체바가 삽입된 것을 제외하면, 본 실시예에 따른 동기형 모터(도 2의 100)와 동일한 구조를 갖는다.Referring to Figure 3, the
실시예 및 비교예에 따른 동기형 모터로는 LSPM 모터를 사용하였다. 실시예 및 비교예에 따른 동기형 모터는 4극, 36슬롯, 44개의 도체바를 포함한다.LSPM motors were used as synchronous motors according to Examples and Comparative Examples. Synchronous motors according to Examples and Comparative Examples include 4 poles, 36 slots, and 44 conductor bars.
도 4 및 도 5는 비교예에 따른 동기형 모터의 유한요소해석 결과를 보여주는 도면들이다. 도 6 및 도 7은 실시예에 따른 동기형 모터의 유한효소해석 결과를 보여주는 도면들이다.4 and 5 are diagrams showing the results of finite element analysis of a synchronous motor according to a comparative example. 6 and 7 are diagrams showing finite enzyme analysis results of a synchronous motor according to an embodiment.
도 4 및 도 5는 비교예에 따른 동기형 모터의 자속분포를 나타낸다. 도 6 및 도 7은 실시예에 따른 동기형 모터의 자속분포를 나타낸다.4 and 5 show the magnetic flux distribution of the synchronous motor according to the comparative example. 6 and 7 show the magnetic flux distribution of the synchronous motor according to the embodiment.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 실시예에 따른 동기형 모터의 자속분포가 비교예에 따른 동기형 모터의 자속분포에 비해서 균일하게 분포한 것을 확인할 수 있다.4 to 7, it can be seen that the magnetic flux distribution of the synchronous motor according to the embodiment is uniformly distributed compared to the magnetic flux distribution of the synchronous motor according to the comparative example.
도 8은 비교예 및 실시예에 따른 동기형 모터의 역기전력 해석 결과를 보여주는 그래프이다.8 is a graph showing the results of back EMF analysis of a synchronous motor according to Comparative Examples and Examples.
도 8을 참조하면, 비교예에 따른 동기형 모터의 경우, 슬롯에 의한 리플(Ripple) 성분이 높은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, in the case of the synchronous motor according to the comparative example, it can be seen that the ripple component due to the slot is high.
반면에 실시예에 따른 동기형 모터의 경우, 비교예에 따른 동기형 모터와 비교할 때, 리플 성분이 적은 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the synchronous motor according to the embodiment, it can be seen that when compared with the synchronous motor according to the comparative example, the ripple component is small.
도 8의 역기전력 해석 결과를 도 9와 같이 고조파 분석을 통해서 확인하면 다음과 같다. 여기서 도 9는 비교예 및 실시예에 따른 동기형 모터의 역기전력을 고조파 분석한 결과를 보여주는 그래프이다.The results of the back EMF analysis of FIG. 8 are confirmed through harmonic analysis as shown in FIG. 9. 9 is a graph showing the results of harmonic analysis of the back EMF of the synchronous motor according to the comparative example and the embodiment.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 동기형 모터는 기본파 역기전력이 줄기는 했지만, 3고조파와 17고조파가 확연하게 줄어든 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, in the synchronous motor according to the embodiment, although the fundamental EMF is reduced, it can be seen that the 3rd harmonic and the 17th harmonic are significantly reduced.
도 10은 비교예 및 실시예에 따른 동기형 모터의 입력전류 해석 결과를 보여주는 그래프이다. 도 11은 비교예 및 실시예에 따른 동기형 모터의 입력전류를 고조파 분석한 결과를 보여주는 그래프이다.10 is a graph showing an input current analysis result of a synchronous motor according to a comparative example and an embodiment. 11 is a graph showing the results of harmonic analysis of the input current of a synchronous motor according to Comparative Examples and Examples.
도 10 및 도 11을 참조하면, 실시예에 따른 동기형 모터는, 입력전류 해석 결과 및 입력전류의 고조파 분석 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전류 고조파에서 5고조파, 7고조파 및 17고조파 성분이 확연하게 줄어든 것을 확인할 수 있다.10 and 11, in the synchronous motor according to the embodiment, as can be seen from the input current analysis result and the harmonic analysis result of the input current, 5 harmonics, 7 harmonics, and 17 harmonics components of the current harmonic are pronounced. You can see that it has been reduced.
이와 같이 실시예에 따른 동기형 모터는, 비교예에 따른 동기형 모터와 비교할 때, 길이가 다른 도체바를 구비함으로써, 역기전력의 고조파 성분이 줄고, 역기전력이 정현파에 근접하게 구현되어 입력전류의 왜곡이 줄어들어 진동 발생되는 억제되는 것으로 판단된다.In this way, the synchronous motor according to the embodiment has a conductor bar having a different length when compared with the synchronous motor according to the comparative example, thereby reducing harmonic components of back EMF and implementing back EMF close to sinusoidal distortion. It is judged that the vibration is reduced and suppressed.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments disclosed in the specification and the drawings are merely presented as specific examples to help understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
10 : 고정자 11 : 고정자 철심
12 : 고정자 철판 14 : 투스
16 : 권선 18 : 회전자 삽입구멍
20 : 회전자 21 : 회전자 철심
22 : 영구자석 23 : 도체바
23a : 제1 도체바 23b : 제2 도체바
23c : 제3 도체바 23d : 제4 도체바
24 : 회전자 철판 25 : 회전축 삽입구멍
26 : 영구자석 삽입구멍 27 : 도체바 삽입구멍
27a : 제1 도체바 삽입구멍 27b : 제2 도체바 삽입구멍
27c : 제3 도체바 삽입구멍 27d : 제4 도체바 삽입구멍
30 : 회전축 41 : 제1 영구자석 삽입구멍
42 : 제2 영구자석 삽입구멍 43 : 제3 영구자석 삽입구멍
44 : 제4 영구자석 삽입구멍 46 : 제1 부분 영구자석 삽입구멍
47 : 제2 부분 영구자석 삽입구멍 51 : 제1 영구자석
52 : 제2 영구자석 53 : 제3 영구자석
54 : 제4 영구자석 56 : 제1 부분 영구자석
57 : 제2 부분 영구자석 100 : 동기형 모터10: stator 11: stator iron core
12: stator iron plate 14: Tooth
16: Winding 18: Rotor insertion hole
20: rotor 21: iron core of the rotor
22: permanent magnet 23: conductor bar
23a:
23c:
24: rotor plate 25: rotation shaft insertion hole
26: permanent magnet insertion hole 27: conductor bar insertion hole
27a: 1st conductor
27c: 3rd conductor
30: rotating shaft 41: first permanent magnet insertion hole
42: second permanent magnet insertion hole 43: third permanent magnet insertion hole
44: fourth permanent magnet insertion hole 46: first part permanent magnet insertion hole
47: second part permanent magnet insertion hole 51: first permanent magnet
52: second permanent magnet 53: third permanent magnet
54: fourth permanent magnet 56: first part permanent magnet
57: second part permanent magnet 100: synchronous motor
Claims (12)
중심 부분에 회전축이 삽입되는 회전자 철심;
상기 회전축 둘레의 상기 회전자 철심에 삽입되어 N극과 S극의 회전자 자극을 형성하는 복수의 영구자석; 및
상기 복수의 영구자석과 상기 회전자 철심 외곽 사이의 간격에 대응되는 길이로 상기 회전자 철심에 삽입되고, 상기 회전자 철심 외곽에서 상기 회전축의 중심으로 갈수록 폭이 줄어드는 복수의 도체바;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기형 모터용 회전자.A rotor for a synchronous motor that is inserted into the rotor insertion hole of the stator and is rotatably installed.
A rotor iron core in which a rotation axis is inserted in a central portion;
A plurality of permanent magnets inserted into the rotor core around the rotation axis to form rotor poles of the N and S poles; And
A plurality of conductor bars that are inserted into the rotor core with a length corresponding to the distance between the plurality of permanent magnets and the outer periphery of the rotor, and decrease in width toward the center of the rotation axis from the outer periphery of the rotor;
Rotor for a synchronous motor, characterized in that it comprises a.
중심 부분에 상기 회전축이 삽입되는 회전축 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전축 삽입구멍의 둘레에 복수의 영구자석이 삽입되는 복수의 영구자석 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 복수의 영구자석 삽입구멍과 상기 회전자 철심 외곽 사이의 간격에 대응되는 길이로 상기 복수의 도체바가 삽입되는 상기 도체바 삽입구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 동기형 모터용 회전자.According to claim 1, The rotor core,
A rotating shaft insertion hole in which the rotation shaft is inserted is formed in a central portion, and a plurality of permanent magnet insertion holes in which a plurality of permanent magnets are inserted are formed around the rotation shaft insertion hole, and the plurality of permanent magnet insertion holes and the A rotor for a synchronous motor, characterized in that the conductor bar insertion hole into which the plurality of conductor bars are inserted is formed with a length corresponding to the distance between the outer edges of the rotor core.
상기 회전축 삽입구멍을 중심으로 양쪽에 각각 배치되어 S극을 형성하는 복수의 제1 및 제2 영구자석; 및
상기 회전축 삽입구멍을 중심으로 복수의 제1 및 제2 영구자석과 수직한 방향으로 각각 배치되어 N극을 형성하는 복수의 제3 및 제4 영구자석;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기형 모터용 회전자.According to claim 2, The plurality of permanent magnets,
A plurality of first and second permanent magnets respectively disposed on both sides of the rotary shaft insertion hole to form an S pole; And
A plurality of third and fourth permanent magnets each disposed in a direction perpendicular to the plurality of first and second permanent magnets around the insertion hole of the rotation shaft to form an N pole;
Rotor for a synchronous motor, characterized in that it comprises a.
상기 회전축을 중심으로 둔각을 이루도록 V자형으로 배치된 제1 부분 영구자석과 제2 부분 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기형 모터용 회전자.According to claim 3, Each of the first to fourth permanent magnets,
And a first partial permanent magnet and a second partial permanent magnet arranged in a V-shape to form an obtuse angle around the rotation axis.
상기 복수의 도체바는 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 동기형 모터용 회전자.The method of claim 4,
The plurality of conductor bars are a rotor for a synchronous motor, characterized in that arranged radially around the rotation axis.
상기 제1 및 제2 부분 영구자석의 양쪽 끝에서 이웃하는 쪽으로 갈수록 길이가 길어지는 특징으로 하는 동기형 모터용 회전자.The method of claim 5, wherein the plurality of conductor bars,
A rotor for a synchronous motor, characterized in that the length of the first and second partial permanent magnets increases from each end toward the neighboring side.
중심 부분에서 상기 회전자가 삽입 설치되는 회전자 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 회전자 삽입구멍의 내주면에 권선이 권취된 고정자;를 포함하며,
상기 회전자는,
중심 부분에 회전축이 삽입되는 회전자 철심;
상기 회전축 둘레의 상기 회전자 철심에 삽입되어 N극과 S극의 회전자 자극을 형성하는 복수의 영구자석; 및
상기 복수의 영구자석과 상기 회전자 철심 외곽 사이의 간격에 대응되는 길이로 상기 회전자 철심에 삽입되고, 상기 회전자 철심 외곽에서 상기 회전축의 중심으로 갈수록 폭이 줄어드는 복수의 도체바;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기형 모터.With the rotor;
Includes a stator in which a rotor insertion hole in which the rotor is inserted is formed at a central portion, and a winding is wound on an inner circumferential surface of the rotor insertion hole.
The rotor,
A rotor iron core in which a rotation axis is inserted in a central portion;
A plurality of permanent magnets inserted into the rotor core around the rotation axis to form rotor poles of the N and S poles; And
A plurality of conductor bars that are inserted into the rotor core with a length corresponding to the distance between the plurality of permanent magnets and the outer periphery of the rotor, and decrease in width toward the center of the rotation axis from the outer periphery of the rotor;
Synchronous motor comprising a.
상기 복수의 영구자석은,
상기 회전축을 중심으로 양쪽에 각각 배치되어 S극을 형성하는 복수의 제1 및 제2 영구자석; 및
상기 회전축을 중심으로 상기 복수의 제1 및 제2 영구자석과 수직한 방향으로 각각 배치되어 N극을 형성하는 복수의 제3 및 제4 영구자석;을 포함하고,
상기 복수의 제1 내지 제4 영구자석은 각각,
상기 회전축을 중심으로 둔각을 이루도록 V자형으로 배치된 제1 부분 영구자석과 제2 부분 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기형 모터.According to claim 8,
The plurality of permanent magnets,
A plurality of first and second permanent magnets respectively disposed on both sides of the rotation axis to form an S pole; And
It includes; a plurality of third and fourth permanent magnets respectively disposed in a direction perpendicular to the plurality of first and second permanent magnets around the rotation axis to form an N pole;
Each of the plurality of first to fourth permanent magnets,
And a first partial permanent magnet and a second partial permanent magnet arranged in a V-shape to form an obtuse angle around the rotation axis.
상기 복수의 도체바는 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 동기형 모터.The method of claim 9,
The plurality of conductor bars are synchronous motors, characterized in that arranged radially around the rotation axis.
상기 제1 및 제2 부분 영구자석의 양쪽 끝에서 이웃하는 쪽으로 갈수록 길이가 길어지는 특징으로 하는 동기형 모터.The method of claim 10, wherein the plurality of conductor bars,
A synchronous motor characterized in that the length of the first and second partial permanent magnets increases from each end toward the neighboring side.
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