KR102256827B1 - 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영구자석을 포함하는 고속회전자인 내측회전부; 및 저속회전자이며 원주방향을 따라 서로 특정간격 이격되어 배치되고, 축 길이방향으로 분할된 복수의 폴피스로 구성된 외측회전부;를 포함하고, 상기 폴피스에는 축 길이방향으로 관통되는 관통홀이 형성되고, 상기 축 길이방향으로 분할된 폴피스 사이에 구비되며 상기 관통홀과 대응되는 위치에 체결홀이 형성된 비틀림 강성 확보용 링; 및 상기 관통홀과 상기 비틀림 강성 확보용 링의 체결홀에 삽입되어 상기 폴피스를 축 길이방향에 대해 고정시키는 막대 구조물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기에 관한 것이다.

Description

폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기{Application of ring for securing torsional stiffness in the pole-piece of dual-rotor-structured synchronous motor}

본 발명은 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기에 관한 것이다. 본 발명에 대한 기술분야는 트램, 도시철도용의 전기철도차량용 상세설계 및 시제품 제작 분야, 전기철도차량용 구동 및 추진시스템 중 이중 회전자 구조 동기전동기 설계 분야, 무기어 추진시스템 구현을 위한 이중 회전자 구조 동기전동기 제어 및 제작 분야, 이중 회전자 구조 동기전동기 비틀림 강성확보를 위한 기술 분야, 저속 회전자 내의 폴피스에서의 비틀림 강성확보를 위한 기술분야 등일 수 있다.

일반적인 영구자석 전동기는 회전자가 단일 구조로 되어있지만, 이중 회전자 구조 동기전동기는 회전자가 영구자석이 포함된 고속회전자와 폴피스로 구성된 저속회전자로 나누어져 있다.

도 1은 이중회전자 구조 동기전동기의 전체 모델형상을 보여준다. 일반적인 영구자석 동기전동기와는 다르게, 이중회전자 구조 동기전동기(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자가 이중으로 존재하며 영구자석이 포함된 고속회전자인 내측회전부(10)와, 저속회전자인 폴피스(21)로 이루어진 외측회전부(20)로 구성된다.

도 2는 종래 이중회전자 구조 동기전동기의 분해 사시도를 도시한 것이다. 도 3은 종래 이중회전자 구조의 동기전동기의 외측회전부의 사시도를 도시한 것이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 이중 회전자 구조 동기전동기는 제작 시 폴피스(21)에 관통홀(22)을 뚫어 긴 막대 구조물(23)을 삽입 후 상단과 하단에 고정 덮개(24)를 씌우고 체결부재(25)인 너트로 고정하게 됨을 알 수 있다.

그러나 이는 폴피스(21)를 하나의 막대 구조물(23)로만 고정되어 있기 때문에, 실제 회전하는 과정에서 막대 구조물(23)만으로는 강성에 취약한 부분이 존재하게 된다.

즉, 이중 회전자 구조 동기전동기(1)는 내측의 고속회전자인 내측회전부(10)가 회전하게 되면 폴피스(21)의 자계변조로 인해 감속비에 따라 저속회전자인 외측회전부(20)가 회전하게 된다. 폴피스(21)는 자성체로 이루어져 있으며 각 폴피스(21) 사이의 사이 공간이 존재한다.

이를 제작하기 위해 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 이중 회전자 구조 동기전동기(1)는 폴피스 고정 덮개(24)와 폴피스(21)에 관통홀(22)을 뚫은 후 막대구조물(23)을 넣어 체결하게 된다. 그러나 이는 저속부에 대한 회전 비틀림이 크게 발생하여 강성에 취약한 구조이다.

지속적인 회전이 필요한 전동기에 있어 폴피스(21)에서의 비틀림 강성문제는 응력이 누적되어 더 큰 문제를 야기할 확률이 높다.

또한 기계적 기어를 대체하여 유지보수가 유리한 이중 회전자 구조 동기전동기의 폴피스 비틀림 강성 문제는 곧 유지보수의 장점이 사라지게 되는 치명적인 단점을 가지게 된다.

한국등록특허 제10-1426169호 한국등록특허 제10-1525222호 한국등록특허 제10-1600835호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 이중 회전자 구조의 동기전동기에서 폴피스에 대한 비틀림 강성확보할 수 있고, 폴피스의 비틀림 강성을 확보하여 기계적 특성 저하를 방지할 수 있으며, 이중 회전자 구조의 동기전동기가 가진 장점인 유지보수성을 그대로 유지 가능하고, 안전성을 확보하여 새로운 기술에 대한 신뢰성 확보할 수 있는, 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은, 이중회전자 구조 동기전동기에 있어서, 영구자석을 포함하는 고속회전자인 내측회전부; 및 저속회전자이며 원주방향을 따라 서로 특정간격 이격되어 배치되고, 축 길이방향으로 분할된 복수의 폴피스로 구성된 외측회전부;를 포함하고, 상기 폴피스에는 축 길이방향으로 관통되는 관통홀이 형성되고, 상기 축 길이방향으로 분할된 폴피스 사이에 구비되며 상기 관통홀과 대응되는 위치에 체결홀이 형성된 비틀림 강성 확보용 링; 및 상기 관통홀과 상기 비틀림 강성 확보용 링의 체결홀에 삽입되어 상기 폴피스를 축 길이방향에 대해 고정시키는 막대 구조물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기로서 달성될 수 있다.

그리고 비틀림 강성 확보용 링의 체결홀과 체결홀 사이에 주조용 홀이 더 형성되며, 상기 주조용 홀은 원주방향으로 나열된 폴피스 사이에 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 외측회전부의 상부측과 하부측 각각에 체결부재에 의해 결합되는 폴피스 고정덮개;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 원주방향으로 나열된 폴피스 사이 공간에 구비되어, 폴피스의 비틀림 응력을 분산시키는 비틀림 강성보강부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 비틀림 강성보강부는 비전도성 및 비자성 재질로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 비틀림 강성보강부는 상기 외측회전부를 주조용 틀에 삽입 후, 주조재료를 상기 사이 공간에 공급하여 메우고 응고시켜 제작되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기에 따르면, 이중 회전자 구조의 동기전동기에서 폴피스에 생기는 비틀림 응력을 해결하기 위한 것으로써, 비틀림 강성확보를 위한 링을 적층 부 사이에 삽입하는 방식으로 제작의 용이성을 가지며 종래의 이중 회전자 구조 동기전동기와 구조적 또는 전자계적으로 큰 차이가 없기 때문에 취부 가능성 또한 문제될 것이 없으며, 막대 구조물이 폴피스와 비틀림 강성 확보용 링을 같이 체결시켜 저속회전자가 회전할 때의 폴피스에서의 비틀림을 비틀림 강성 확보용 링이 잡아주게 되고, 또한 막대 구조물이 지나가게 되는 관통홀 외에 각 폴피스 사이의 작은 주조용 홀을 추가하여, 폴피스 사이를 부자재로 채움으로써 비틀림을 2차적으로 방지 할 수 있어, 이로 인해 종래 이중 회전자 구조 동기전동기에 비해 신뢰성 확보가 가능한 장점이 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 이중회전자 구조 동기전동기의 전체 모델형상,
도 2는 종래 이중회전자 구조 동기전동기의 분해 사시도,
도 3은 종래 이중회전자 구조의 동기전동기의 외측회전부의 사시도,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 강성 보강용 링의 평면도,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 강성 보강용 링의 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기의 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 외측회전부의 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주조용 틀에 삽입된 외측회전부의 사시도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 주조에 의해 형성된 비틀림 강성보강부를 갖는 외측회전부의 사시도와 정면도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 실시예에 따른 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기(100)는, 영구자석(11)을 포함하는 고속회전자인 내측회전부(10), 및 저속회전자이며 원주방향을 따라 서로 특정간격 이격되어 배치되고, 축 길이방향으로 분할된 복수의 폴피스(21)로 구성된 외측회전부(20)를 포함하여 구성된다.

또한, 각각의 폴피스(21)에는 축 길이방향으로 관통되는 관통홀(22)이 형성된다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 강성 보강용 링의 평면도를 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 비틀림 강성 보강용 링의 사시도를 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기(100)는, 축 길이방향으로 분할된 폴피스(21) 사이에 구비되며 관통홀(22)과 대응되는 위치에 체결홀(31)이 형성된 비틀림 강성 확보용 링(30)을 포함하여 구성된다.

그리고 관통홀(22)과 비틀림 강성 확보용 링(30)의 체결홀(31)에 막대구조물(23)이 삽입되어 폴피스(21)를 축 길이방향에 대해 고정시키게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 비틀림 강성 확보용 링(30)에서 상대적으로 큰 홀인 체결홀(31)은 폴피스(21)를 통해 체결되는 막대 구조물(23)을 위해 천공된 것이며 사이즈도 관통홀(22)에 맞는 사이즈로 천공된다. 큰 홀인 체결홀(31) 사이의 각각의 작은 홀인 주조용 홀(32)들은 각 폴피스(21) 사이의 빈 공간에 위치하게 되는 홀이다. 이는 제작 시 주조재료를 넣을 때, 주조 작업을 하게 되는 부분이다. 주조용 홀(32) 사이로 부자재간의 연결을 해주며 비틀림 강성에 대한 취약점을 한층 보완해줄 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기의 분해 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 외측회전부의 사시도를 도시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 각 폴피스(21) 적층부에 비틀림 강성 확보용 링(30)을 삽입하게 된다. 비틀림 강성 확보용 링(30)이 상대적으로 얇기 때문에 저속회전자인 폴리스(21)가 회전할 때, 구조 및 전자계 특성적으로 큰 차이 없이 적용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 기존의 외측회전부에서 비틀림 강성 보강용 링(30)만 추가된 것임을 알 수 있다. 링과 링이 막대 구조물(23)로 연결되어 전보다 비틀림 강성에 유리하다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 비틀림 강성 확보용 링(30)에서 상대적으로 큰 천공인 체결홀(31)의 경우, 폴피스(21)의 관통홀(22)과 같은 사이즈의 홀이 천공되어, 이를 이중 회전자 동기전동기의 각 적층부에 삽입한 후 막대구조물(23)과 함께 체결되는 구조를 갖도록 한다. 반면 작은 크기의 천공인 주조용 홀(32)은 각 폴피스 사이의 빈 공간(사이공간)을 주조하여 비틀림 강성 보강부(40)를 형성하기 위한 것이다.

또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바아와 같이, 저속회전자인 폴피스(21)가 회전함에 따라 비틀림 강성 확보용 링(30)이 폴피스(21) 간의 비틀림 응력을 잡아줌으로써 비틀림 현상을 효과적으로 방지하는 역할을 하게 된다. 또한 단순한 구조로써 제작이 용이하며, 두께가 얇아 차량 대차의 취부 및 전자계 특성에 있어 거의 영향을 주지 않게 된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주조용 틀에 삽입된 외측회전부의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 주조에 의해 형성된 비틀림 강성보강부를 갖는 외측회전부의 사시도와 정면도를 도시한 것이다.

즉, 도 7은 각 폴피스(21) 사이의 빈 공간을 주조하기 위해 만든 주조용 틀(3)이며 도 8a 및 도 8b은 주조 작업을 마친 후의 모델 형상이다.

먼저, 전동기의 상하를 연결해주는 막대 구조물(23)을 체결한 후 주조용 틀(3)에 삽입하여 사이 공간에 주조 작업을 하게 된다. 이 때, 주조 재료는 비전도성 및 비자성 특성의 재료이며 폴피스(21) 사이공간에 위치되는 주조용 홀(32)에 의해 각 폴피스(21) 적층 부 사이가 메워져 응고하게 되어 각 주조물을 상하로 연결시켜주게 된다.

폴피스(21) 사이의 빈 공간에 대해 주조를 통해 비틀림 강성 보강부(40)가 메워질 경우, 비틀림 응력을 분산시킬 수 있다. 또한 비틀림 강성 보강용 링(30)의 홀 사이로 응고된 기둥이 생겨 상하로 연결 시켜주는 역할을 해주게 되며 이로 인해 더욱 강성을 효과적으로 확보할 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:종래 이중회전자 구조 동기전동기
2:1차측 고정자
3:주조용 틀
10:내측회전부
11:영구자석
20:외측회전부
21:폴피스
22:관통홀
23:막대구조물
24:고정덮개
25:체결부재
30:비틀림 강성 보강용 링
31:체결홀
32:주조용 홀
40:비틀림 강성 보강부
100:폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기

Claims (6)

1. 이중회전자 구조 동기전동기에 있어서,
   영구자석을 포함하는 고속회전자인 내측회전부; 및
   저속회전자이며 원주방향을 따라 서로 특정간격 이격되어 배치되고, 축 길이방향으로 분할된 복수의 폴피스로 구성된 외측회전부;를 포함하고,
   상기 폴피스에는 축 길이방향으로 관통되는 관통홀이 형성되고,
   상기 축 길이방향으로 분할된 폴피스 사이에 구비되며 상기 관통홀과 대응되는 위치에 체결홀이 형성된 비틀림 강성 확보용 링;
   상기 관통홀과 상기 비틀림 강성 확보용 링의 체결홀에 삽입되어 상기 폴피스를 축 길이방향에 대해 고정시키는 막대 구조물;
   상기 외측회전부의 상부측과 하부측 각각에 체결부재에 의해 결합되는 폴피스 고정덮개; 및
   상기 원주방향으로 나열된 폴피스 사이 공간에 구비되어, 폴피스의 비틀림 응력을 분산시키는 비틀림 강성보강부;를 포함하고,
   상기 비틀림 강성 확보용 링의 체결홀과 체결홀 사이에 주조용 홀이 더 형성되며, 상기 주조용 홀은 원주방향으로 나열된 폴피스 사이에 위치되며,
   상기 비틀림 강성보강부는 비전도성 및 비자성 재질로 구성되고,
   상기 비틀림 강성보강부는 상기 외측회전부를 주조용 틀에 삽입 후, 주조재료를 상기 사이 공간에 공급하여 메우고 응고시켜 제작되는 것을 특징으로 하는 폴피스 비틀림 강성 확보를 위한 링이 적용된 이중회전자 구조 동기전동기.
   
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