KR20020013280A - 유도 동기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도 동기기에 관한 것으로, 본 발명은 소정 형상으로 형성된 고정자 몸체의 가운데 삽입구멍이 형성되고 그 삽입구멍의 내주면에 다수개의 개구홈이 구비된 고정자와, 상기 고정자의 개구홈에 위치하는 권선 코일과, 소정의 길이를 갖는 환봉 형태로 형성된 회전자 몸체의 가운데 모터축이 압입되는 축 결합구멍이 형성되고 그 축 결합구멍의 중심 선상을 기준으로 하여 양측에 상기 축 결합구멍의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 영구자석이 각각 결합되고 그 영구자석들의 각 단부에 플럭스를 차단하는 베리어가 각각 형성되며 상기 회전자 몸체의 가장자리에 다수개의 도체가 구비되어 상기 고정자의 삽입구멍에 삽입되는 회전자를 포함하도록 구성하여 운전시 제1,2 영구자석에 의해 형성되는 플럭스의 자기 포화를 최소화하으로써 상기 영구자석들에 의해 형성되는 플럭스의 손실을 방지할 뿐만 아니라 그 플럭스의 흐름을 원활하게 하여 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

유도 동기기{SYNCHRONOUS INDUCTION MECHINE}

본 발명은 유도 동기기에 관한 것으로, 특히 회전자를 구성하는 영구자석에 의한 플럭스의 자기 포화를 최소화할 수 있도록 한 유도 동기기에 관한 것이다.

일반적으로 유도 전동기는 고정자의 권선 코일에 흐르는 교번 전류에 의해 발생하는 회전 자기장과 상기 고정자에 삽입되는 회전자에 발생하는 유도 전류와의 상호 작용에 의해 회전력을 발생시키게 된다.

도 1은 상기 유도 전동기의 변형된 형태인 유도 동기기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 유도 동기기는 소정 형상으로 형성되는 고정자(Stator)(10)와 그 고정자(10)에 권선되는 권선 코일(20)과 상기 고정자(10)의 내부에 회전 가능하도록 삽입되는 회전자(Rotor)(30)로 구성된다.

상기 고정자(10)는 소정 형상으로 형성된 고정자 몸체(11)의 가운데 일정 크기의 내경을 갖는 삽입구멍(12)이 형성되고 그 삽입구멍(12)의 내주면에 입구측이 개구된 개구홈(13)이 다수개 형성되며 그 개구홈(13)과 개구홈(13)에 의해 그사이에 코일이 권선되는 티스(Teeth)(14)가 각각 형성된다. 상기 고정자(10)는 상기 삽입구멍(12)과 다수개의 개구홈(13)이 형성된 다수개의 박판이 적층된 적층체로 형성된다.

상기 권선 코일(20)은 상기 티스(14)에 코일이 각각 권선되어 이루어진다.

상기 회전자(30)는 상기 고정자(10)의 삽입구멍(12) 내경과 상응하는 외경과 일정길이를 갖도록 형성된 회전자 몸체(31)와 그 회전자 몸체(31)의 중심을 지나는 선상(a)의 양측에 각각 결합되는 일정 폭과 길이를 갖는 원호 형태의 제1,2 영구자석(32)(33)과 그 제1,2 영구자석(32)(33)의 양단사이에 각각 형성되어 플럭스(Flux)를 차단하는 베리어(34)와 상기 회전자 몸체(31)의 가장자리측에 일정 간격을 두고 삽입되는 다수개의 도체(35)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1,2 영구자석(32)(33)은 회전자 몸체(31)의 중심을 기준으로 한 동일 원 선상에 위치하게 되며 그 제1,2 영구자석(32)(33)의 단부사이에 베리어(34)가 형성된다. 상기 베리어(34)는 외측이 곡률 반경이 크고 내측이 곡률 반경이 작은 유선 형태의 관통구멍으로 형성되며 그 베리어(34)는 상기 제1,2 영구자석(32)(33)의 단부 사이에 두개씩 각각 형성된다. 상기 도체(35)는 일정 외경 및 길이를 갖는 환봉 형태로 형성되며 그 도체는 알루미늄으로 이루어진다.

그리고 상기 회전자의 중심에 모터축(40)이 압입된다.

상기한 바와 같은 유도 동기기의 작동은 먼저, 상기 권선 코일(20)에 전류가 인가되면 그 전류에 의해 발생되는 회전 자기장과 상기 회전자(30)에 발생하는 유도 전류와의 상호 작용에 의해 회전자(30)가 회전하게 된다. 그리고 상기 회전자(30)가 동기속도에 이르게 되면 회전자의 제1,2 영구자석(32)(33)에 의한 토크와 회전자(30) 구조에 기인한 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)가 발생하여 회전하게 된다. 즉, 기동시부터 동기속도까지는 유도 전동기의 원리로 작동하고 동기속도에 이르러서는 제1,2 영구자석(32)(33)에 의한 토크와 회전자(30) 구조에 기인한 릴럭턴스 토크가 발생하여 회전하게 된다.

이와 같은 유도 동기기는 유도 전동기와는 달리 여자전류가 필요없고 동기속도에서의 정격시에는 2차측(회전자)의 도체에 전류가 흐르지 않기 때문에 동손부분이 없어서 효율이 높다. 또한 부가적인 위치센서나 드라이브 없이 상용전원의 직입으로 운전시킬 수 있게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 유도 동기기는 상기 회전자의 제1,2 영구자석(32)(33)에 의해 형성되는 플럭스 분포가, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1,2 영구자석(32)(33)의 반경 방향으로 폐곡선 형태를 이루면서 형성되는데, 이때 상기 제1,2 영구자석(32)(33)사이에 위치하는 베리어(34)와 모터축사이의 플럭스 패스(Path)가 좁아 자기 포화가 발생하게 됨으로써 상기 영구자석의 기자력 손실로 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 회전자를 구성하는 영구자석에 의한 플럭스의 자기 포화를 최소화할 수 있도록 한 유도 동기기를 제공함에 있다.

도 1은 종래 유도 동기기의 일예를 도시한 평면도,

도 2는 상기 유도 동기기의 영구자석에 의해 형성되는 플럭스의 분포를 도시한 평면도,

도 3은 본 발명의 유도 동기기를 도시한 평면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

50 ; 고정자 51 ; 고정자 몸체

52 ; 삽입구멍 53 ; 개구홈

60 ; 권선 코일 70 ; 회전자

71 ; 회전자 몸체 72 ; 축 결합구멍

73,74 ; 영구자석 75 ; 베리어

76 ; 도체

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 소정 형상으로 형성된 고정자 몸체의 가운데 삽입구멍이 형성되고 그 삽입구멍의 내주면에 다수개의 개구홈이 구비된 고정자와, 상기 고정자의 개구홈에 위치하는 권선 코일과, 소정의 길이를 갖는 환봉 형태로 형성된 회전자 몸체의 가운데 모터축이 압입되는 축 결합구멍이 형성되고 그 축 결합구멍의 중심 선상을 기준으로 하여 양측에 상기 축 결합구멍의곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 영구자석이 각각 결합되고 그 영구자석들의 각 단부에 플럭스를 차단하는 베리어가 각각 형성되며 상기 회전자 몸체의 가장자리에 다수개의 도체가 구비되어 상기 고정자의 삽입구멍에 삽입되는 회전자를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 유도 동기기가 제공된다.

이하, 본 발명의 유도 동기기를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 유도 동기기의 일실시예를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 본 발명의 유도 동기기는 소정 형상으로 형성된 고정자 몸체(51)의 가운데 삽입구멍(52)이 형성되고 그 삽입구멍(52)의 내주면에 다수개의 개구홈(53)이 구비된 고정자(50)의 개구홈(53)에 권선 코일(60)이 장착된다. 상기 고정자(50)의 개구홈(53)과 개구홈(53)에 의해 그사이에 티스(54)가 형성되며 그 티스(54)에 코일이 권선되어 상기 권선 코일(60)을 이루게 된다.

그리고 상기 고정자(50)의 삽입구멍(52)에 회전자(70)가 삽입되며 그 회전자(70)는 소정의 길이를 갖는 환봉 형태로 형성된 회전자 몸체(71)의 가운데 축 결합구멍(72)이 형성되고 그 축 결합구멍(72)의 중심 선상(a)을 기준으로 하여 양측에 상기 축 결합구멍(72)의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 제1 영구자석(73)과 제2 영구자석(74)이 각각 결합되고 그 제1,2 영구자석(73)(74)들의 각 단부에 플럭스를 차단하는 베리어(75)가 각각 형성되며 상기 회전자 몸체(71)의 가장자리에 다수개의 도체(76)가 구비되어 이루어진다.

상기 제1,2 영구자석(73)(74)은 일정 두께와 일정 곡률 반경의 길이를 갖는 원호형태로 형성되며 그 곡률 반경은 상기 축 결합구멍(72)의 곡률 반경보다 크게 형성된다. 상기 축 결합구멍(72)의 중심 선상의 양측에 각각 결합되는 제1,2 영구자석(73)(74)은 그 중심 선상(a)을 기준으로 하여 서로 대칭되도록 결합되며 그 형태는 상기 축 결합구멍(72)을 감싼 형태가 된다. 즉, 상기 제1,2 영구자석(73)(74)이 이루는 형태는 타원을 이루게 되며 그 안에 축 결합구멍(72)이 위치하게 된다.

상기 제1,2 영구자석(73)(74)의 각 단부에 형성되는 베리어(75)는 상기 영구자석 단부에 접면되도록 다각 형태로 형성된다. 상기 베리어(75)는 회전자 몸체(71)에 다각 형태로 관통 형성되어 이루어진다. 그리고 상기 제1 영구자석(73)의 양측에 각각 형성되는 베리어(75)와 상기 제2 영구자석(74)의 양측에 각각 형성되는 베리어(75)는 서로 일정 간격을 두고 위치하게 된다. 상기 도체(76)는 환봉 형태의 알루미늄으로 형성됨이 바람직하고 그 도체(76)는 상기 제1 영구자석(73)의 외측면 및 제2 영구자석(74)의 외측면에 위치하도록 회전자 몸체(71)의 가장자리에 다수개 결합된다.

그리고 상기 회전자(70)의 축 결합구멍(72)에 모터축(80)이 압입된다.

이하, 본 발명의 유도 동기기의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 유도 동기기는 종래와 같은 방식으로 먼저, 상기 권선 코일(60)에 전류가 인가되면 그 전류에 의해 발생되는 회전 자기장과 상기 회전자(70)에 발생하는 유도 전류와의 상호 작용에 의해 회전자(70)가 회전하게 된다. 그리고 상기 회전자(70)가 동기속도에 이르게 되면 회전자(70)의 제1,2 영구자석(73)(74)에 의한 토크와 회전자(70) 구조에 기인한 릴럭턴스 토크가 발생하여 회전하게 된다.

상기 과정에서 상기 회전자(70)의 제1,2 영구자석(73)(74)에 의해 플럭스가 형성되며 그 플럭스는 상기 제1,2 영구자석(73)(74)의 반경 방향으로 폐곡선 형태를 이루면서 형성되는데 이때 상기 제1,2 영구자석(73)(74)이 타원 형태를 이루게 되므로 그 제1,2 영구자석(73)(74)의 연장 선상에 위치하는 베리어(75)와 축 결합구멍(72)사이, 즉 타원의 장축에 해당되는 거리(d)가 제1,2 영구자석(73)(74)과 상기 축 결합구멍(72)사이, 즉 타원의 단축(e)에 해당되는 거리보다 크게 되므로 플럭스가 흐르는 패스가 커지게 되어 자기 포화가 방지됨으로써 상기 제1,2 영구자석(73)(74)에 의해 형성되는 기자력의 손실을 방지하게 될 뿐만 아니라 플럭스의 흐름이 원활하게 이루어지게 된다.

물론, 본 발명의 유도 동기기는 유도 전동기와는 달리 여자전류가 필요없고 동기속도에서의 정격시에는 2차측(회전자)의 도체에 전류가 흐르지 않기 때문에 동손부분이 없어서 효율이 높다. 또한 부가적인 위치센서나 드라이브 없이 상용전원의 직입으로 운전시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 유도 동기기는 운전시 제1,2 영구자석에 의해 형성되는 플럭스의 자기 포화가 최소화됨으로써 제1,2 영구자석에 의해 형성되는 플럭스의 손실을 방지하게 될 뿐만 아니라 그 플럭스의 흐름을 원활하게 이루어지게 되어 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 소정 형상으로 형성된 고정자 몸체의 가운데 삽입구멍이 형성되고 그 삽입구멍의 내주면에 다수개의 개구홈이 구비된 고정자와, 상기 고정자의 개구홈에 위치하는 권선 코일과, 소정의 길이를 갖는 환봉 형태로 형성된 회전자 몸체의 가운데 모터축이 압입되는 축 결합구멍이 형성되고 그 축 결합구멍의 중심 선상을 기준으로 하여 양측에 상기 축 결합구멍의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 영구자석이 각각 결합되고 그 영구자석들의 각 단부에 플럭스를 차단하는 베리어가 각각 형성되며 상기 회전자 몸체의 가장자리에 다수개의 도체가 구비되어 상기 고정자의 삽입구멍에 삽입되는 회전자를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 유도 동기기.
2. 제1항에 있어서, 상기 영구자석들의 각 단부에 형성되는 베리어는 상기 영구자석 단부에 접면되도록 그 연장선상에 다각 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 유도 동기기.
3. 제1항에 있어서, 상기 축 결합구멍의 중심 선상의 양측에 각각 결합되는 영구자석은 그 중심 선상을 기준으로 하여 서로 대칭되도록 결합된 것을 특징으로 하는 유도 동기기.