KR102457142B1 - 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류전기로 구동되는 단상 인버터 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전자의 자석과 대면하는 고정자의 코어가 삼각형 모양으로 이루어진 단상 인버터 모터로서, 토크가 향상되고, 토크리플이 개선되고, 구조가 단순하고 그에 따라 제조원가가 절감된 고성능의 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터는 회전자; 상기 회전자의 양측으로 배치되는 고장자;를 포함하되, 상기 고정자의 코어는 돌출되어서 발생되는 자기장의 세기가 강한 세 꼭지점부와, 인접하는 두 꼭지점부를 연결하여 비돌출되어서 발생되는 자기장의 세기가 약한 세 변부로 구성되는 삼각형 모양으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터{Single phase inverter motor with a core in triangular shape}

본 발명은 교류전기로 구동되는 단상 인버터 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전자의 자석과 대면하는 고정자의 코어가 삼각형 모양으로 이루어진 단상 인버터 모터로서, 토크가 향상되고, 토크리플이 개선되고, 구조가 단순하고 그에 따라 제조원가가 절감된 고성능의 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터에 관한 것이다.

현재 가정용, 산업용, 군수용 모터시장은 저렴한 유지비, 높은 효율, 우수한 내구성을 요하는 모터를 선호하는 추세이며, 그 추세에 부합되는 모터로는 교류 인버터 모터와 직류 브러시리스(BLDC) 모터이다.

교류전원을 사용하는 인버터 모터는 효율이 높고, 수명이 길다는 장점이 있어 작업용 기계와 가정용 가전제품에 주로 사용되고, 직류전원을 사용하는 브러시리스 직류 모터(BLDC MOTOR)는 회전속도 제어가 쉽고, 발열이 적고, 소음이 적으며, 내구성이 좋은 점으로 1.5Kw이하 소형 모터시장 점유율이 30%정도로 높다.

하지만 BLDC 모터는 속도제어를 하기 위한 전자변속기가 고가이기 때문에 기기에 장착하게 되면 장착한 기기의 가격상승 요인이 크기 때문에 최근에는 교류인버터 모터로 바뀌는 추세이다.

그런데 교류 인버터 모터는 엔코더의 높은 가격, 배선의 번거로움, 노이즈 발생 문제 등으로 고성능이 필요한 분야에 한정되어 사용되고 있다.

그래서 구조를 단순화하여 생산성이 향상되며 제조원가는 절감되고, 토크가 향상된 인버터 모터가 필요하다.

참고로, 인버터 모터에 관한 종래기술로 공개특허 10-1998-0053841 "인버터모터의 회전자 결합구조", 공개특허 10-2011-0097061 "인버터 모터 제어 장치", 등록특허 10-1550232 "인버터 모터를 이용한 대차 이송시스템" 등 다양하게 개시되었다.

본 발명은 이러한 필요성에 의해 개발된 제품으로서, 구조를 단순화하여 생산성이 향상되며 제조원가는 절감되고, 토크는 향상되고, 토크리플은 줄어든 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터를 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터는

회전자;

상기 회전자의 양측으로 배치되는 고장자;를 포함하되,

상기 고정자의 코어는 돌출되어서 발생되는 자기장의 세기가 강한 세 꼭지점부와, 인접하는 두 꼭지점부를 연결하여 비돌출되어서 발생되는 자기장의 세기가 약한 세 변부로 구성되는 삼각형 모양으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 회전자는 샤프트에 고정결합되어서 함께 회전하고,

상기 고정자는 샤프트에 회전 가능하게 결합되며 케이스에 고정결합되고, 상기 회전자의 상부와 하부에 각각 배치되는 상부 고정자와 하부 고정자로 구성되는 것을 특징으로 하고,

상기 고정자는 삼각형 모양의 코어와, 상기 코어와 마주보는 받침판과, 상기 코어와 받침판을 연결하는 권선기판과, 상기 권선기판에 권선되는 코일을 포함하고,

상기 코어와 권선기판은 규소강판, 페라이트 소결체, 퍼멀로이 소결체 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하고,

상기 고정자는 상기 코어, 받침판 및 코일의 측면을 감싸는 고정링을 더 포함하고,

상기 받침판과 고정링은 내열성 플라스틱이나 베크라이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 한다.

본 발명에 따른 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터는

고정자의 코어삼각형 모양으로 구조가 단순하고 코일의 권선작업이 간편신속하고, 회전자와 고정자가 모두 샤프트에 관통하여 마주모도록 배치되고 회전자는 샤프트의 축방향으로 회전하여 회전반경이 커서 토크가 크고, 토크가 커지거 작아지는 토크리플이 현저히 적고, 회전자의 자석은 평판형으로 C타입 자석 보다 저렴하다.

고정자는 회전자로부터 받는 자속의 면적이 넓고, 고정계자가 회전계자로부터 받는 자기장에 의해 스스로 자속을 생성하기 때문에 계자 자속을 만들기 위해 추가적인 전력소모가 작아서 효율이 기존의 인버터모터 보다 높다.

고정자의 코어는 적층구조가 아니고, 상하로 배치되는 2개를 사용하여 저소음으로 구동된다.

회전자를 회전축방향으로 샤프트에 장착하여 회전반경이 커져서 토크는 기존의 인버터 모터 보다 축바퀴원리에 위해 크지만 고정자 또한 축방향으로 장착하여 모터에 체적을 작게할 수 있어 소형화에 유리하다.

고정자의 코어를 규소강판 또는 분말형태로 만들어서 압착시킨 페라이트 소결체나 퍼멀로이 소결체 사용하여 고주파로 인하여 코어에서 발생되는 와전류손실이 철심 코어를 사용한 기존의 인버터 모터 보다 와전류손실이 작아서 효율이 상승 된다.

기존의 인버터 모터와 비교하여 회전자의 자기장이 커서 기존의 인버터 모터 보다 전기에너지 소모량이 작다.

도 1 은 본 발명에 따른 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터의 개략적인 평면 구조도.
도 2 는 본 발명에 따른 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터의 측면 구조도.
도 3 은 본 발명에 따른 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터의 분해 단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 고정자의 구성요소들의 분해 평면도 및 정면도.
도 5 는 본 발명에 따른 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터의 구동원리를 설명하는 도면.
도 6 은 종래기술에 따른 인버터 모터와 본 발명에 따른 인버터 모터에서 샤프트와 회전자와 고정자의 장칙구조 차이를 보여주는 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터에 관하여 보다 구체적으로 설명하기에 앞서,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명에 따른 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터는 회전자(10), 고정자(20A, 20B), 샤프트(30), 케이스(40)를 포함하여 이루어진다.

상기 회전자(10)는 상기 샤프트(30)에 고정결합되어서 샤프트(30)와 함께 회전하는 회전체(11)와, 상기 회전체(11)의 가장자리에서 방사상으로 배치되어 결합되는 자석(13)들을 포함하여 이루어진다.

상기 회전체(11)는 원판 구조로 이루어지고, 알루미늄, 스테인레스, 내열성 플라스틱, 베크라이트 중 한 가지를 선택하여 제조할 수 있다.

상기 자석(13)은 원판 구조로 이루어지고, 페라이트, 네오듐, 알리코, 사마륨 자석 중에서 한 가지를 선택하여 사용할 수 있다. 상기 자석(13)은 N극과 S극이 교호적으로 배치되도록 상기 회전체(11)의 가장자리에 방사상으로 장착된다.

상기 자석(13)은 코어(21)가 삼각형 모양으로 이루어지는 것에 대응하도록 6개가 방사상을 배치되어거, 3개의 자석이 코어(21)의 꼭지점부(21a)에 위치할 때 나머지 3개의 자석은 코어(21)의 변부(21b)에 위치한다.

도4는 상기 고정자고정자(20A, 20B)의 주요 구성요소들의 평면도([A] 참조)와 정면도([B] 참조)를 도시한 것으로서, 도3의 분해도와 도4를 참조하면,

상기 고정자(20A, 20B)는 상기 회전자(10)의 상부측에 배치되는 상부 고정자(20A)와 하부측에 배치되는 하부 고정자(20B)로 구성되고, 상기 상부 고정자(20A)와 하부 고정자(20B)는 각각 상기 샤프트(30)에 회전 가능하게 결합되어 상기 케이스(40)에 고정결합된다. 상기 상부 고정자(20A)와 하부 고정자(20B)는 동일한 구성으로 이루어진다.

상기 고정자(20A, 20B)는 상기 샤프트(30)에 회전 가능하게 결합되며 삼각형 모양으로 이루어지는 코어(21)와, 상기 코어(21)와 마주보는 받침판(22)와, 상기 코어(21)와 받침판(22)을 연결하며 코일(24)이 권선되는 권선기판(23)과, 상기 권선기판(23)에 조밀하게 권선되는 코일(24)과, 상기 코일(24)과 코어(21)와 받침판(22)의 측면을 덮어서 코일(24)을 고정시키는 고정링(25)과, 상기 코어(21)와 받침판(22)과 권선기판(23)을 체결하여 고정시키는 고정핀(26)을 포함하여 이루어진다.

상기 코어(21)와 권선기판(23)은 규소강판, 페라이트 소결체, 퍼멀로이 소결체 중의 하나로 제작된다. 이들은 와전류손실을 저감하고, 제조원가를 절감하는에 유리하다.

삼각형 모양의 상기 코어는 중심부에서 멀어 상대적으로 돌출되며 방사상으로 배치되는 세 꼭지점부(21a)와, 인접하는 두 꼭지점부(21a)를 연결하며 중심부에서 가까워 상대적으로 비돌출되며 방사상으로 배치되는 세 변부(21b)로 구성된다.

상기 코어(21)의 삼각형 모양은 정삼각형일 수 있고, 도1과 같이 정삼각형의 꼭지점 부위가 외부로 더 길게 연결되는 삼각형 모양일 수 있다.

상기 상부 고정자(20A)와 하부 고정자(20B)는 엇갈리도록 배치된다. 즉, 상부 고정자(20A)의 꼭지점부(21a)는 하부 고정자(20B)의 변부(21b)와 마주보도록 배치된다.

상기 받침판(22)은 내열성 플라스틱 또는 베크라이트로 제작하고, 상기 고정핀(26)은 열융착이 가능한 플라스틱 봉 또는 금속부싱을 사용할 수 있고,

상시 샤프트(30)의 양측은 베어링(31)을 통해 상기 케이스(40)의 하단과 케이스(40)를 덮는 덮개(50)에 회전 가능하게 결합된다.

상기 샤프트(30)는 스테인레스 봉을 사용할 수 있다.

상기 샤프트(30)에 관통 결합된 상기 회전자(10)와 상부 고정자(20A)와 하부 고정자(20B)의 외주연은 간격유지링(60)이 덮는다.

상기 간격유지링(60)은 이들의 간격이 유지되도록 하고, 회전자(10)가 회전할 수 있는 공간을 혀성한다.

상기 간격유지링(60)은 플라스틱 또는 베크라이트로 제작할 수 있다.

도5를 참조하면, 회전자(10)의 자석(13)들과 대면하는 고정자(20)의 삼각형 모양의 코어(21)에서 꼭지점부(21a)는 자석(13)과 대면하는 면적이 넓고, 변부(21b)는 자석(13)과 대면하는 면적이 좁다. 여기서, 대면하는 면적이 넓으면 전자기력의 영향을 더 많이 받는다.

그래서 삼각형 모양의 코어(21)에서 꼭지점부(21a)에 자석(13)이 마주보도록 배치되면(대면하면) 집중하게 되면 코일(24)에서 발생되는 전자기장은 꼭지점부(21a)에 집중되어(전자기력의 영향을 많이 받아) 인력 또는 척력이 강하게 발생되고, 삼각형 모양의 코어(21)에서 변부(21b)는 전자기력의 영향을 적게 받아 인력 또는 척력이 약하게 발생되어서, 단상 인버터 주파수에 의해 코일에서 발생되는 N극과 S극이 교번하는 전자기장에 의해 회전자(10)는 회전하게 된다.

다시 설명하면, 코어(21)의 꼭지점부(21a)에 회전자(10)의 자석(13)이 대면하게 되면 대면 면적이 넓어 전자기장 강한부분(1)이 되고, 코어(21)의 변부(21b) 회전자(10)의 자석(13)이 대면하게 되면 대면면적이 작아 전자기장 약한부분(2)이 되어서, 삼각형 모양의 코어(21)의 꼭지점부(21a)의 강한 전자기장과 자석(13)의 전자기장이 같은 극성(N극, S극)이면 자석(13)을 전자기장이 약한부분(2)으로 밀어내는 척력(3)이 발생되며, 다른 극성(N극, S극)이면 자석(13)을 당기는 인력(4)이 발생되어 회전자(10)는 회전하게 된다.

도6의 [A]를 참조하면 종래기술에 따른 인버터 모터는 고정자(2A, 2B)가 샤프트(3) 주변에 일정거리 이격되어 배치되고, 샤프트(3)에 결합되어 함께 회전하는 회전자(1)는 경방향으로 회전하여 회전 반경이 작고, [B]를 참고하면 본 발명에 따른 인버터 모터는 고정자(20A, 20B)가 샤프트(30)를 관통하여 회전자(10)의 양측에 배치되는 구조로서, 회전자(10)는 축방향으로 회전하여 회전반경이 크다. 그래서 본 발명에 따른 인버터 모터는 종래기술에 따른 인버터 모터 보다 토크가 5~15% 상승된다. 그리고 회전자(10)의 회전반경은 크지만 고정자(20A, 20B)를 회전자(10)의 상하부에 배치하여서 모터의 체적을 작게 할 수 있어서 소형화에 유리하다.

그리고 종래기술에 따른 인버터 모터는 고정자(2A, 2B)가 회전자(1)와 접하는 자속의 면적이 작고, 본 발명은 고정자(20A, 20B)가 회전자(10)로부터 받는 자속의 면적이 넓어서, 본 발명은 고정계자가 회전계자로부터 받는 자기장에 의해 스스로 자속을 생성하기 때문에 계자 자속을 만들기 위해 추가적인 전력소모가 작아서 효율이 종래기술의 인버터 모터 보다 높다.

종래기술에 따른 인버터 모터는 자석(1a)이 고가의 C타입을 사용해야되고, 본 발명에 따른 인버터 모터의 자석(13)은 저가의 평판형을 사용한다. 그래서 본 발명의 인버터 모터의 제조원가가 저렴하다.

종래기술에 따른 인버터 모터에서 고정자(2A, 2B)의 코어(2a)는 얇은 판형 코어(2a)들을 적층하여 구성하고, 코어(2a)에는 방사상으로 배치되는 슬롯들이 형성되고, 각각의 슬롯에 코일이 권선된다. 반면, 본 발명에 따른 인버터 모터는 적층이 필요없는 하나의 판형 코어(21)(상부 고정자(20A)와 하부 고정자(20B)를 포함하면 두개의 판형 코어(21))를 사용하고, 코에서 코일(24)이 삼각형 모양으로 한번 권선된다. 그래서 본원발명은 고정자(20A, 20B)의 조립시간이 획기적으로 단축되고 제조원가가 저렴하다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 회전자 11 : 회전체
13 : 자석 20A, 20B : 상하부 고정자
21 : 코어 23 : 코일
25 : 고정체 30 : 샤프트
40 : 케이스 50 : 덮개
60 : 간격유지링

Claims (4)

1. 회전자;
   상기 회전자의 양측으로 배치되는 고정자;를 포함하되,
   상기 고정자의 코어는 돌출되어서 발생되는 자기장의 세기가 강한 세 꼭지점부와, 인접하는 두 꼭지점부를 연결하여 비돌출되어서 발생되는 자기장의 세기가 약한 세 변부로 구성되는 삼각형 모양으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전자는 샤프트에 고정결합되어서 함께 회전하고,
   상기 고정자는 샤프트에 회전 가능하게 결합되며 케이스에 고정결합되고, 상기 회전자의 상부와 하부에 각각 배치되는 상부 고정자와 하부 고정자로 구성되는 것을 특징으로 하는 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 고정자는 삼각형 모양의 코어와, 상기 코어와 마주보는 받침판과, 상기 코어와 받침판을 연결하는 권선기판과, 상기 권선기판에 권선되는 코일을 포함하고,
   상기 코어와 권선기판은 규소강판, 페라이트 소결체, 퍼멀로이 소결체 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 고정자는 상기 코어, 받침판 및 코일의 측면을 감싸는 고정링을 더 포함하고,
   상기 받침판과 고정링은 내열성 플라스틱이나 베크라이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼각형 모양의 코어를 이용한 단상 인버터 모터.

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