KR102234071B1 - 비대칭 립 구조의 회전자 및 이를 포함하는 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비대칭 립 구조의 회전자 및 이를 포함하는 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기를 개시한다. 본 발명에 따르면, 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자에 있어서, 상기 회전자의 중심 방향으로 만곡 또는 절곡된 형상으로 형성되는 복수의 배리어; 상기 복수의 배리어 사이에 배치되어 고정자에서 생성된 자속이 흐르도록 하는 세그먼트; 및 상기 복수의 배리어 중 일부의 끝단에 형성되는 복수의 립을 포함하되, 상기 복수의 립 중 q축에 인접한 제1 립보다 d축에 인접한 제2 립이 더 큰 두께를 갖는 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자가 제공된다.

Description

비대칭 립 구조의 회전자 및 이를 포함하는 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기{Asymmetrical rib structure rotor and line start synchronous reluctance motor including the same}

본 발명은 비대칭 립 구조의 회전자 및 이를 포함하는 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기에 관한 것이다.

라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기는 유도 전동기의 기동 토크로 기동을 하고 동기 속도에서는 동기 릴럭턴스 전동기로 동작하는 전동기이다.

기동 특성은 유도 전동기와 동일하게 농형바에 의해서 결정되고, 동기 속도에서 특성은 동기 릴럭턴스 전동기에 의해 결정된다.

일반적으로 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 출력을 향상시키기 위해서는 돌극차를 크게 설계해야 하며, 전동기의 출력은 배리어의 수, 배리어 두께, 세그먼트 두께, 립 두께 등 여러 가지 변수에 의해서 결정된다.

배리어의 수를 늘리고 립 두께를 작게 하면 동기 속도 특성이 향상되나 기계적 강성이 취약하게 되고 전동기의 신뢰성이 낮아진다.

즉, 기존 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 출력 향상을 위해서는 립에서 발생하는 누설자속을 줄이기 위해 립 두께를 얇게 설계해야 한다. 하지만 립 두께가 얇아지게 되면 기계적 강성이 약해져 립 부분이 찢어질 수 있고, 전동기의 신뢰성이 낮아진다.

한국등록특허공보 제10-1525222호

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 출력은 높이고 기계적 강성을 확보할 수 있는 비대칭 립 구조의 회전자 및 이를 포함하는 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기를 제안하고자 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자에 있어서, 상기 회전자의 중심 방향으로 만곡 또는 절곡된 형상으로 형성되는 복수의 배리어; 상기 복수의 배리어 사이에 배치되어 고정자에서 생성된 자속이 흐르도록 하는 세그먼트; 및 상기 복수의 배리어 중 일부의 끝단에 형성되는 복수의 립을 포함하되, 상기 복수의 립 중 q축에 인접한 제1 립보다 d축에 인접한 제2 립이 더 큰 두께를 갖는 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자가 제공된다.

상기 d축에 인접한 제2 립의 두께는 상기 제1 립 두께의 2.6 내지 3배 범위를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 회전자를 갖는 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기가 제공된다.

본 실시예에 따르면, q축에서 d축으로 갈수록 립 두께를 비대칭적으로 설계하여 출력은 높이면서도 기계적 강성을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비대칭 립 구조를 갖는 회전자를 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 도시한 도면이다.
도 3은 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 강성 해석을 나타낸 것이다.
도 4a는 일반적인 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 상당응력을 도 4b는 본 실시예에 따른 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 상당응력을 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비대칭 립 구조를 갖는 회전자를 도시한 도면이다.

본 실시예에 따른 회전자를 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기에 적용되는 회전자로서, 세그먼트(segment, 100), 복수의 배리어(barrier, 102) 및 립(rib, 104)을 포함할 수 있다.

회전자는 금속박판을 금형으로 원형판재의 형상이 되도록 펀칭하여 제조된 복수의 전기강판이 적층되어 형성될 수 있다.

회전자는 고정자에서 생성된 자속이 흐를 수 있도록 하는 세그먼트(100)와 자속 장벽이 되는 복수의 배리어(102)가 번갈아 연속적으로 배치된다.

복수의 배리어(102)는 회전자의 중심을 향해 절곡 또는 만곡 형상으로 형성되며 서로 다른 길이를 가질 수 있다.

세그먼트(100)는 복수의 배리어(102) 사이에 형성된다.

복수의 배리어(102) 중 일부의 끝단에는, 복수의 립(104)이 형성되며, 립(104)은 회전자의 외주면과 이격되도록 배치된다.

도 1에서, 제1 내지 제4 배리어(102-1 내지 102-4)가 제공되며, 제1 배리어(102-1) 및 제3 배리어(102-3)의 양단에 각각 립이 배치된다.

도 2는 일반적인 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 도시한 것으로서, 일반적으로 종래의 립은 그 위치에 관계 없이 동일한 두께를 가진다.

자속밀도를 높이기 위해서는 가능한 립을 없는 것이 좋으나, 회전자의 강성을 고려하여 립이 제공되어야 한다.

종래의 립의 두께는 0.1 내지 0.5mm 사이에서 고정된 값으로 설정된다.

라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기는 농형바 구조로 인해 배리어 수가 한정되며, 농형바를 제외한 배리어에서 기계적 강성이 취약하다.

특히 배리어(102) 끝단의 립(104)의 기계적 강성은 q축에서 d축으로 취약해진다.

이러한 점을 고려하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자는 q축에서 d축 방향으로 립의 두께를 비대칭으로 설계한다.

도 1에 도시된 바와 같이, q축에 인접한 제1 립(104-1)보다 d축에 인접한 제2 립(104-2)의 두께를 더 크게 설정할 수 있다.

바람직하게, d축에 인접한 제2 립(104-2)의 두께는 q축에 인접한 제1 립(104-1) 두께의 2.6 내지 3배 범위로 제공될 수 있다.

도 3은 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 강성 해석을 나타낸 것이다.

도 3은 출력이 2.12kW이고, 정격속도가 1800RPM인 전동기를 대상으로 실험한 결과를 나타낸 것이다.

또한, 립의 비율(Ratio of Rib)은 제1 립(104-1)과 제2 립(104-2)의 두께 비율을 나타낸 것이며, 제2 립(104-2)의 두께를 제1 립(104-1) 두께보다 1 내지 3.4 배로 변경하여 실험한 결과를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기에서, 안전율(Safety Factor)이 1.5 이상 되어야 기계적으로 안전하다고 할 수 있다.

이처럼 기계적 강성과 전동기 출력을 고려할 때, d축에 인접한 제2 립(104-2)의 두께가 q축에 인접한 제1 립(104-1)의 두께보다 2.6 내지 3배 범위를 가지는 경우 안전율이 1.5 이상이 되면서도 출력이 2.12kW 이상이되는 것을 확인할 수 있다.

도 4a는 일반적인 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 상당응력을 도 4b는 본 실시예에 따른 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 상당응력을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 회전자를 적용하면 상당응력(equivalent stress)가 기존 구조에 비해 작아져 안정성이 향상되는 것을 확인할 수 았다.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (3)

1. 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자에 있어서,
   상기 회전자의 중심 방향으로 만곡 또는 절곡된 형상으로 형성되는 복수의 배리어;
   상기 복수의 배리어 사이에 배치되어 고정자에서 생성된 자속이 흐르도록 하는 세그먼트; 및
   상기 복수의 배리어 중 일부의 끝단에 형성되는 복수의 립을 포함하되,
   상기 복수의 립 중 q축에 인접한 제1 립보다 d축에 인접한 제2 립이 더 큰 두께를 가지며,
   상기 d축에 인접한 제2 립의 두께는 상기 제1 립 두께의 2.6 내지 3배 범위를 갖는 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
2. 삭제
3. 제1항에 따른 회전자를 갖는 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기.
   
   

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