KR20020095348A - 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기 - Google Patents

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KR20020095348A
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Abstract

본 발명은 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기에 관한 것으로서, 내경면에 반경방향을 따라 중심으로 소정 돌출되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 복수의 티스를 가지는 스테이터코어와, 상기 스테이터코어에 권취되는 코일을 구비한 스테이터와; 상기 스테이터코어의 중앙영역에 배치되는 회전축과, 상기 회전축에 일체로 회전가능하게 결합되는 로터코어와, 상기 로터코어에 일체로 회전가능하게 결합되는 복수의 영구자석과, 상기 로터코어의 둘레에 상기 회전축과 나란하게 배치되는 이차도체를 구비하여 상기 회전축을 중심으로 회전가능하게 상기 스테이터코어의 내부에 배치되는 로터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 효율을 제고시킬 수 있으며 콤팩트한 구성이 가능하고 제조비용을 절감시킬 수 있는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기가 제공된다.

Description

단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기{SINGLE PHASE LINE START PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}
본 발명은, 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 효율을 제고시킬 수 있으며 콤팩트한 구성이 가능하고 제조비용을 절감시킬 수 있도록 한 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고, 전자레인지, 가습기, 소형 환풍기 등의 팬모터로는 구조가 간단하여 콤팩트한 구성이 가능하고 비용이 저렴한 소위 비엘디시 모터(Brushless Direct Current Motor)라고 하는 무정류자 직류전동기가 이용되고 있다.
이러한 무정류자 직류전동기는 교류전동기에 비해 상대적으로 효율이 높고, 인가 전원의 조절로 속도가변이 가능하며, 신뢰성이 높고 수명이 길어 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 무정류자 직류전동기의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 무정류자 직류전동기의 배면도이며, 도 3은 도 1의 스테이터코어의 정면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 무정류자 직류전동기는, 로터(111)와, 로터(111)와의 사이에 소정의 공극을 두고 배치되는 스테이터(121)와, 구동회로를 형성하는 피씨비(136)를 구비하고 있다.
로터(111)는 영구자석으로 원형단면형상을 가지도록 형성되며, 축심에는 회전축(112)이 일체로 회전가능하게 결합되어 있다. 회전축(112)의 축선방향을 따라로터(111)의 양측에는 회전축(112)을 회전지지할 수 있도록 베어링(115)을 각각 구비한 한 쌍의 베어링하우징(113)이 각각 결합되어 있다.
스테이터(121)는, 로터(111)를 사이에 두고 상호 대향배치되는 제1폴슈(123) 및 제2폴슈(125)가 일체로 형성된 제1스테이터코어(122)와, 제1스테이터코어(122)의 일측에 일체로 결합되는 제2스테이터코어(132)와, 제2스테이터코어(132)에 결합되는 보빈(133)과, 보빈(133)의 둘레에 권취되는 한 쌍의 코일(135)을 구비하고 있다.
제1스테이터코어(122) 및 제2스테이터코어(132)는 복수의 강판을 절연적층하여 상호 일체로 고정결합되며, 제1스테이터코어(122)에는 로터(111)의 초기 기동을 위해 로터(111)의 외경면으로부터 반경방향을 따라 이격되고 둘레방향을 따라 소정 연장된 제1디텐트그루브(127) 및 제2디텐트그루브(129)가 각각 형성되어 있다.
로터(111)의 회전축선방향을 따라 보빈의 일측에는 피씨비(136)를 수용지지하는 피씨비커버(137)가 일체로 결합되어 있으며, 피씨비커버(137)에는 보빈(133)과 로터(111)사이에 배치되어 로터(111)의 회전위치를 검출하는 위치검출센서를 수용지지할 수 있도록 센서수용부(139)가 형성되어 있다.
그런데, 이러한 종래의 무정류자 직류전동기에 있어서는, 로터(111)의 초기기동을 위해 전기적인 토르크가 0인 위치에 로터(111)가 배치되지 않도록 제1폴슈(123) 및 제2폴슈(125)에 각각 디텐트그루브(127,129)를 형성하도록 되어 있어, 공극의 증가에 기인한 유효자석의 감소로 효율이 상대적으로 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상용 전원을 입력 전원으로 하여 구동하기 위해서는 부피가 크고 비교적 가격이 높은 별도의 직류 전원 공급장치(미도시)를 구비하여야 하고, 로터(111)의 구동을 위한 구동회로 및 로터(111)의 위치를 검출하기 위한 위치검출센서 등을 구비하여야 하므로 부피 및 가격이 증가하게 된다고 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 효율을 제고시킬 수 있으며 콤팩트한 구성이 가능하고 제조비용을 절감시킬 수 있는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 무정류자 직류전동기의 종단면도,
도 2는 도 1의 무정류자 직류전동기의 배면도,
도 3은 도 1의 스테이터코어의 정면도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 단면도,
도 5는 도 4의 스테이터 및 로터의 평면도,
도 6은 도 5의 로터의 사시도,
도 7은 도 5의 이차도체의 사시도,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 스테이터 코일의 결선상태를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 권선 상태를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 로터의 개략적인 평단면도,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 로터의 개략적인 평단면도,
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 코일의 권선상태를 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 코일의 결선상태를 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 코일의 결선상태를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 스테이터13 : 스테이터코어
14a : 요크부14b : 티스부
15 : 돌기수용부17 : 돌기부
21 : 노치부25 : 보빈
27 : 코일28a : 메인코일
28b : 써브코일29 : 결선용 회로기판
31 : 로터32 : 회전축
43 : 로터코어46 : 영구자석
47 : 이차도체49 : 슬롯
상기 목적은, 본 발명에 따라, 내경면에 반경방향을 따라 중심으로 소정 돌출되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 복수의 티스를 가지는 스테이터코어와, 상기 스테이터코어에 권취되는 코일을 구비한 스테이터와; 상기 스테이터코어의 중앙영역에 배치되는 회전축과, 상기 회전축에 일체로 회전가능하게 결합되는 로터코어와, 상기 로터코어에 일체로 회전가능하게 결합되는 복수의 영구자석과, 상기 로터코어의 둘레에 상기 회전축과 나란하게 배치되는 이차도체를 구비하여 상기 회전축을 중심으로 회전가능하게 상기 스테이터코어의 내부에 배치되는 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기에 의해 달성된다.
여기서, 상기 로터코어는 원형단면형상을 가지며, 상기 영구자석은 상기 로터코어의 외경면에 접촉가능하게 호형상을 가지고 상기 로터코어의 외경면에 일체로 결합되는 것이 바람직하다.
상기 이차도체는 상기 회전축과 나란하게 둘레방향을 따라 소정 거리를 두고 상호 이격배치되고 상기 회전축선방향을 따라 양 단부영역이 일체로 연결된 원통형상을 가지는 것이 효과적이다.
또한, 상기 로터코어는 외경면에 반경방향을 따라 돌출되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 복수의 돌출부를 포함하며, 상기 이차도체는 상기 돌출부사이에 상기 회전축선방향을 따라 배치되는 것이 바람직하다.
상기 로터코어에는 상기 회전축선방향을 따라 상기 영구자석을 수용할 수 있도록 영구자석수용부가 형성되어 있는 것이 효과적이다.
그리고, 상기 영구자석은 상기 회전축선방향에 가로로 절단시 일측 연부가 호형상을 이루며, 상기 영구자석수용부는 상기 영구자석의 호형상을 이루는 연부가 상기 회전축을 향하게 수용될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 로터는 상기 회전축과 나란하게 배치되고 상기 로터코어의 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 농형도체를 포함하며, 상기 로터코어는 원형단면형상을 가지며 상기 회전축선방향을 따라 관통되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치되어 상기 농형도체를 수용하는 농형도체수용부와, 반경방향을 따라 상기 농형도체수용부의 내측에 상기 회전축선방향을 따라 상기 영구자석을 수용할 수 있도록 형성되는 영구자석수용부를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 영구자석은 일측 연부가 호형상을 이루는 단면형상을 가지며, 상기 영구자석수용부는 상기 영구자석의 호형상이 상기 회전축을 향하게 반경방향을 따라 내측연부가 호형상을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 스테이터코어는 원형고리형상을 가지는 요크부와, 상기 요크부의 내측에 반경방향을 따라 돌출되고 둘레방향을 따라 상호 이격되게 배치되도록 결합되는 복수의 티스부를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 티스부의 돌출방향을 따라 끝단부에는 반경방향을 따라 함몰되고 상기 회전축선방향을 따라 연장된 적어도 하나의 노치부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 요크부와 상기 티스부의 상호 접촉면중 어느 하나에는 다른 하나를 향해 돌출된 돌기부가 형성되어 있으며, 상기 요크부와 상기 티스부중 다른 하나에는 상기 돌기부를 수용할 수 있도록 함몰된 돌기수용부가 형성되도록 구성하는 것이 효과적이다.
상기 돌기부는 상기 돌기수용부에 압입결합되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 코일의 결선을 위해 상기 스테이터의 일측에 결합되는 결선용 회로기판을 더 포함하는 것이 효과적이다.
상기 스테이터 및 상기 로터의 둘레에 배치되는 하우징과, 상기 회전축의 축선방향을 따라 상기 하우징에 각각 결합되어 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 코일은 상기 스테이터의 둘레방향을 따라 소정의 위상차를 가지고 상기 티스에 권취되고 상호 직렬연결되는 복수의 코일부를 가지는 메인코일과, 상기 스테이터의 둘레방향을 따라 상기 메인코일의 각 코일부사이에 배치되고 상호 직렬연결되는 복수의 코일부를 가지고 상기 메인코일에 대해 병렬연결되는 써브코일을 포함하는 것이 효과적이다.
상기 메인코일과 상기 써브코일사이에 전기적으로 연결되어 상기 로터를 기동 및 운전시키는 운전콘덴서를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
상기 메인코일과 상기 써브코일사이에 전기적으로 연결되는 운전콘덴서와, 일단은 상기 메인코일과 상기 운전콘덴서사이에 전기적으로 연결되고 타단은 상기 운전콘덴서 및 상기 써브코일사이에 전기적으로 연결되는 기동콘덴서와, 상기 기동콘덴서와 상기 써브코일사이에 직렬연결되어 상기 로터의 기동후 상기 로터가 소정의 속도에 도달하는 경우 상기 기동콘덴서의 전원을 자동적으로 차단하는 스위치를 포함하는 것이 효과적이다.
일단은 상기 메인코일에 전기적으로 연결되고 타단은 상기 써브코일에 전기적으로 연결되는 기동콘덴서와, 상기 기동콘덴서와 상기 써브코일사이에 직렬연결되어 상기 기동콘덴서의 전원을 자동으로 차단하는 전원자동차단수단을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 메인코일 및 상기 써브코일의 각 코일부는 상기 각 티스에 집중적으로 권취되는 것이 효과적이다.
상기 메인코일 및 상기 써브코일의 각 코일부는 상기 스테이터의 둘레방향을 따라 상호 인접된 티스에 동시에 권취되는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 단면도이고, 도 5는 도 4의 스테이터 및 로터의 평면도이며, 도 6은 도 5의 로터의 사시도이고, 도 7은 도 5의 이차도체의 사시도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 내경면에 반경방향을 따라 중심으로 소정 돌출되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 복수의 티스부(14b)를 가지는 스테이터코어(13)와 스테이터코어(13)에 권취되는 코일(27)을 구비한 스테이터(11)와, 스테이터코어(13)의 중앙영역에 배치되는 회전축(32)과 회전축(32)에 일체로 회전가능하게 결합되는 로터코어(43)와 로터코어(43)에 일체로 회전가능하게 결합되는 복수의 영구자석(45)과 로터코어(43)의 둘레에 회전축(32)과 나란하게 배치되는 이차도체(47)를 구비하여 회전축(32)을 중심으로 회전가능하게 스테이터코어(13)의 내부에 배치되는 로터(31)를 포함하여 구성되어 있다.
회전축(32)의 축선방향을 따라 회전축(32)의 양 단부영역에는 회전축(32)을 회전지지할 수 있도록 베어링(33)이 각각 배치되어 있으며, 각 베어링(33)은 제1하우징(35) 및 제2하우징(37)에 각각 일체로 수용결합되어 있다. 제1하우징(35)은 일측이 개방된 원통형상을 가지며, 중앙영역에는 베어링(33)을 수용할 수 있도록 베어링수용부(39)가 형성되어 있다. 제2하우징(37)은 제1하우징(35)의 개구영역을 차단하도록 캡형상을 가지도록 형성되어 있으며, 중앙영역에는 베어링(33)을 수용할 수 있도록 베어링수용부(41)가 형성되어 있다.
스테이터(11)는, 제1하우징(35)의 내부에 압입 등의 방법으로 결합될 수 있도록 제1하우징(35)의 내경에 비해 축소된 외경을 가지는 원형고리형상을 이루며 내부에 반경방향을 따라 돌출되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치되는 복수의 티스부(14b)를 구비한 스테이터코어(13)와, 각 티스부(14b)에 결합되는 보빈(25)과, 각보빈(25)의 둘레에 권취되는 코일(27)을 포함하여 구성되어 있다.
스테이터코어(13)는 환테형상의 강판을 절연적층하여 리벳(23) 등에 의해 일체로 고정결합하여 형성된 요크부(14a)와, 강판을 절연적층하여 리벳(24) 등에 의해 일체로 결합되어 요크부(14a)의 내부에 반경방향을 따라 돌출되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치되는 티스부(14b)를 가진다. 요크부(14a)의 내경면에는 반경방향을 따라 함몰된 복수의 돌기수용부(15)가 형성되어 있으며, 티스부(14b)의 일측에는 돌기수용부(15)에 압입 등의 방법으로 일체로 결합될 수 있도록 돌기부(17)가 각각 형성되어 있다.
티스부(14b)의 돌기부(17)의 대향측에는 폭방향을 따라 연장되고 로터(31)의 외경면과 소정의 공극을 두고 배치될 수 있게 소정의 곡률을 가지는 극부(19)가 형성되어 있으며, 로터(31)의 둘레방향을 따라 각 극부(19)의 중심영역에는 로터(31)의 반경방향을 따라 함몰되고 회전축선방향을 따라 연장된 노치부(21)가 형성되어 있다.
각 티스부(14b)에는 보빈(25)이 결합되어 있으며, 보빈(25)의 둘레에는 자기장을 형성할 수 있도록 코일(27)이 권취되어 있다. 각 코일(27)은 로터(31)의 회전축선방향을 따라 스테이터(11)의 일측에 결합된 결선용 회로기판(29)에 각각 전기적으로 연결되어 있다.
한편, 로터(31)는, 원형단면형상을 가지는 로터코어(43)와, 로터코어(43)의 외경면에 접촉되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 복수의 영구자석(45)과, 영구자석(45)의 둘레에 일체로 회전가능하게 결합되는 이차도체(47)를 포함하여 구성되어 있다.
로터코어(43)는 중심에 회전축(32)을 수용할 수 있도록 축공(44)이 형성된 복수의 강판을 절연적층하여 리벳(46) 등으로 일체로 결합하여 형성된다.
영구자석(45)은 로터코어(43)의 외경면 및 이차도체(47)의 내경면에 동시에 접촉가능하게 호형상의 단면을 이루도록 형성되어 접착제 등의 결합수단에 의해 로터코어(43)의 외경면에 일체로 결합되어 있다.
이차도체(47)는 스테이터(11)의 각 코일(27)에 의해 형성된 자기장에 직각으로 배치되고 회전축선을 중심으로 일체로 회전할 수 있게 둘레면에 내외로 관통되고 회전축선방향을 따라 연장된 복수의 슬롯(49)을 구비한 원통형상을 가지도록 형성되어 있다. 여기서, 이차도체(47)는 알루미늄 또는 황동중 적어도 어느 하나를 주성분으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 스테이터코일의 결선상태를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 권선 상태를 도시한 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 스테이터(11)의 코일(27)은 각 티스부(14b)에 권취된 복수의 코일부(M1~M4,S1~S4)를 가지고 전원에 상호 병렬로 연결되는 메인코일(28a) 및 써브코일(28b)을 구비하고 있다. 메인코일(28a) 및 써브코일(28b)의 각 코일부(M1~M4,S1~S4)는 각 티스부(14b)에 결합된 보빈(25)의 둘레에 집중적으로 권취된 소위 돌극 집중권의 형태로 형성되어 있으며, 상호 전기적으로 90°의 위상차를 가지도록 형성되어 있다.
메인코일(28a)의 끝단과 써브코일(28b)의 끝단에는 운전콘덴서(Cr)가 직렬연결되어 있으며, 메인코일(28a)의 끝단과 운전콘덴서(Cr)사이에는 상호 직렬연결된 기동콘덴서(Cs) 및 피티씨 써미스터(Positive Temperature Coefficient Thermister; PTC)의 일측이 연결되어 있다. 피티씨 써미스터(PTC)의 타단은 운전콘덴서(Cr)와 써브코일(28b)의 끝단사이에 전기적으로 연결되어 있다. 여기서, 기동콘덴서(Cs)의 전원을 차단할 수 있는 스위치로 피티씨 써미스터(PTC)로 구성된 경우를 예를 들고 있으나, 로터(31)가 소정의 속도에 도달될 경우, 기동콘덴서(Cs)의 전원을 차단할 수 있는 원심력 스위치 등으로 구성할 수도 있다.
이러한 구성에 의하여, 로터코어(43)의 축심에 회전축(32)을 일체로 회전가능하게 결합하고, 로터코어(43)의 양측에 베어링(33)을 각각 결합한다. 제1하우징(35)의 내부 소정 위치에 스테이터(11)를 압입결합하고, 베어링수용부(39)에 출력측의 베어링(33)을 압입하여 결합되도록 한다. 다음, 제2하우징(37)의 베어링수용부(41)에 대향측 베어링(33)이 압입되도록 하면 제2하우징(37)은 제1하우징(35)의 개구영역을 차단하도록 일체로 결합된다.
한편, 기동시에는 단상 교류 전원이 코일(27)에 인가되면 써브코일(28b)에 직렬연결된 운전콘덴서(Cr)와, 기동콘덴서(Cs) 및 피티씨 써미스터(PTC)를 통해 큰 기동 회전자계가 발생되고, 이차도체(47)에는 유도전류에 의한 기전력이 발생되어 자기장이 형성된다. 이에 따라, 로터(31)는 코일(27)에 의해 형성된 자기장과 상호 작용에 의해 회전축(32)을 중심으로 회전하게 된다.
회전이 개시되어 로터(31)가 동기속도의 근체에 도달하게 되면 피티씨 써미스터(PTC)는 자체 발열에 의해 저항이 상승되어 전류값이 상대적으로 낮아져 오픈됨으로써 기동콘덴서(Cs)의 전원을 차단하게 된다. 이에 따라, 로터(31)는 운전콘덴서(Cr), 메인코일(28a) 및 써브코일(28b)에 의한 자기장과 영구자석(45)의 자기장의 상호 작용에 의해 동기속도로 고효율운전을 계속하게 된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 로터의 개략적인 평단면도이다. 전술 및 도시한 실시 예와 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도시된 바와 같이, 본 실시 예의 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기는, 내부에 반경방향을 따라 돌출된 복수의 티스부(14b)와 각 티스부(14b)에 권취되는 코일(27)을 구비한 스테이터(11)와, 외경면에 복수의 돌출부(56)가 형성된 로터코어(53)와 로터코어(53)에 회전축선방향을 따라 삽입결합되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 복수의 영구자석(59)과 로터코어(53)의 외경면에 일체로 결합되는 이차도체(61)를 구비한 로터(51)를 포함하여 구성되어 있다.
로터코어(53)의 중앙영역에는 회전축(32)을 수용할 수 있도록 축공(54)이 형성되어 있으며, 축공(54)의 둘레에는 영구자석(59)을 수용할 수 있도록 회전축선방향을 따라 복수의 영구자석수용부(58)가 형성되어 있다.
이차도체(61)는 스테이터(11)의 코일(27)에 의해 형성된 자기장에 직각으로 배치되어 회전축(32)을 중심으로 일체로 회전할 수 있게 둘레면에 회전축선방향을 따라 복수의 슬롯(62)이 형성된 원통형상을 가지며, 각 슬롯(62)의 내부에 로터코어(53)의 각 돌출부(56)가 수용되도록 일체로 결합되어 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 로터의 개략적인 평단면도이다. 전술 및 도시한 실시 예와 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하며, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 실시 예의 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기는, 내부에 반경방향을 따라 돌출된 복수의 티스부(14b)와 각 티스부(14b)에 권취되는 코일(27)을 구비한 스테이터(11)와, 스테이터(11)의 내부에 각 코일(27)에 의해 형성된 자기장에 직각되게 배치되어 회전하는 농형도체(미도시)와 스테이터(11)의 반경방향을 따라 농형도체의 내측에 배치되는 복수의 영구자석(79)과 농형도체를 수용할 수 있도록 회전축선방향을 따라 관통되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 농형도체수용부(76)와 영구자석(79)을 수용할 수 있도록 영구자석수용부(78)가 형성되어 있는 로터코어(73)를 구비한 로터(71)를 포함하여 구성되어 있다.
로터코어(73)는 중심에 회전축(32)을 수용할 수 있도록 축공(74)이 형성되고, 축공(74)의 둘레에 영구자석수용부(78) 및 농형도체수용부(76)가 형성된 강판을 절연적층하고 이들이 일체로 고정되도록 결합하여 형성되어 있다. 영구자석(79)은 일측이 호형상을 가지는 단면형상을 이루며, 영구자석수용부(78)는 영구자석(79)의 호형상측 연부가 회전축(32)을 향하게 수용될 수 있도록 형성되어 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 코일의 권선상태를 도시한 도면이다. 전술 및 도시한 실시 예와 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은생략하기로 한다. 도시된 바와 같이, 코일(27)은 스테이터(11)의 둘레방향을 따라 90°의 위상차를 가지고 상호 직렬연결된 복수의 코일부(M1~M4)를 가지는 메인코일(28a)과, 메인코일(28a)에 대해 병렬연결되는 써브코일(28b)을 구비하고 있다. 메인코일(28a) 및 써브코일(28b)의 각 코일부(M1~M4,S1~S4)는 상대적으로 적은 턴수(권회수)로 높은 유기전압특성을 얻을 수 있도록 상호 인접된 티스부(14b)에 동시에 권취형성된 소위 분포권의 형태로 되어 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 코일의 결선상태를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 코일(27)은 상호 직렬연결된 복수의 코일부(M1~M4,S1~S4)를 가지고 상호 병렬연결되는 메인코일(28a) 및 써브코일(28b)을 구비하고 있으며, 메인코일(28a)의 끝단 및 써브코일(28b)의 끝단에는 운전콘덴서(Cr) 및 피티씨 써미스터(PTC)가 각각 직렬연결되어 있다.
이러한 구성에 의하여, 코일(27)에 상용 교류 전원이 인가되면 메인코일(28a)과, 기동콘덴서(Cs) 및 피티씨 써미스터(PTC)를 통해 써브코일(28b)에 전원이 인가되어 상대적으로 큰 기동 회전자계가 형성되어 로터(31,51,71)는 회전축(32)을 중심으로 회전하게 된다. 로터(31,51,71)의 회전속도가 동기속도 근체에 도달하게 되면 피티씨 써미스터(PTC)는 자체 발열에 의해 저항이 증가되어 전류값이 낮아짐으로써 회로를 오픈하게 되고, 이에 따라 로터(31,51,71)는 메인코일(28a)에 의해 동기속도로 회전을 계속하게 된다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기의 코일의 결선상태를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 코일(27)은 복수의 코일부(M1~M4,S1~S4)를 가지고 상호 병렬연결되는 메인코일(28a) 및 써브코일(28b)을 구비하고 있으며, 써브코일(28b)에는 운전콘덴서(Cr)가 직렬연결되어 있다. 여기서, 운전콘덴서(Cr)는 별도의 기동콘덴서(Cs) 및 피티씨 써미스터(PTC)없이 기동 및 운전이 가능하도록 전술한 운전콘덴서(Cr)에 비해 상대적으로 큰 용량을 가지며, 전술한 기동콘덴서(Cs)에 비해서는 상대적으로 작은 용량을 가지도록 구성되어 있다.
도 10과 관련하여 전술 및 도시한 실시 예에서는, 영구자석이 사각 단면형상을 가지는 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 도 11에 도시된 바와 같이, 영구자석의 내측 연부가 호형상을 가지도록 구성할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 내경면에 반경방향을 따라 배치되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 복수의 티스와 각 티스에 권취되는 코일을 구비한 스테이터와, 회전축과 회전축의 둘레에 일체로 회전가능하게 결합되는 로터코어와 로터코어의 둘레에 일체로 회전가능하게 결합되는 복수의 영구자석과 영구자석의 둘레에 배치되는 이차도체를 구비한 로터를 마련하여, 코일과 이차도체의 자기장의 상호 작용에 의해 초기 기동을 개시하고, 회전이 개시되면 각 코일과 영구자석의 상호 작용에 의해 정상 운전되도록 함으로써, 직류 전원 공급을 위한 별도의 직류 전원 공급장치와, 로터의 회전위치를 검출하는 위치검출센서와, 구동회로를 배제할 수 있어 콤팩트한 구성이 가능하고 비용을 절감할 수 있는 단상 라인스타트 영구자석 동기전동기가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 기동을 위해 디텐트그루브를 형성하여 공극이 증대되던 무정류자 직류전동기와는 달리, 디텐트그루브를 배제하여 효율을 제고시킬 수 있는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기가 제공된다.

Claims (20)

  1. 내경면에 반경방향을 따라 중심으로 소정 돌출되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 복수의 티스를 가지는 스테이터코어와, 상기 스테이터코어에 권취되는 코일을 구비한 스테이터와; 상기 스테이터코어의 중앙영역에 배치되는 회전축과, 상기 회전축에 일체로 회전가능하게 결합되는 로터코어와, 상기 로터코어에 일체로 회전가능하게 결합되는 복수의 영구자석과, 상기 로터코어의 둘레에 상기 회전축과 나란하게 배치되는 이차도체를 구비하여 상기 회전축을 중심으로 회전가능하게 상기 스테이터코어의 내부에 배치되는 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로터코어는 원형단면형상을 가지며, 상기 영구자석은 상기 로터코어의 외경면에 접촉가능하게 호형상을 가지고 상기 로터코어의 외경면에 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이차도체는 상기 회전축과 나란하게 둘레방향을 따라 소정 거리를 두고 상호 이격배치되고 상기 회전축선방향을 따라 양 단부영역이 일체로 연결된 원통형상을 가지는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로터코어는 외경면에 반경방향을 따라 돌출되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치된 복수의 돌출부를 포함하며, 상기 이차도체는 상기 돌출부사이에 상기 회전축선방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 로터코어에는 상기 회전축선방향을 따라 상기 영구자석을 수용할 수 있도록 영구자석수용부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 영구자석은 상기 회전축선방향에 가로로 절단시 일측 연부가 호형상을 이루며, 상기 영구자석수용부는 상기 영구자석의 호형상을 이루는 연부가 상기 회전축을 향하게 수용될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 상기 회전축과 나란하게 배치되고 상기 로터코어의 둘레방향을따라 상호 이격배치된 농형도체를 포함하며, 상기 로터코어는 원형단면형상을 가지며 상기 회전축선방향을 따라 관통되고 둘레방향을 따라 상호 이격배치되어 상기 농형도체를 수용하는 농형도체수용부와, 반경방향을 따라 상기 농형도체수용부의 내측에 상기 회전축선방향을 따라 상기 영구자석을 수용할 수 있도록 형성되는 영구자석수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영구자석은 일측 연부가 호형상을 이루는 단면형상을 가지며, 상기 영구자석수용부는 상기 영구자석의 호형상이 상기 회전축을 향하여 배치되게 반경방향을 따라 내측연부가 호형상을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  9. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이터코어는 원형고리형상을 가지는 요크부와, 상기 요크부의 내측에 반경방향을 따라 돌출되고 둘레방향을 따라 상호 이격되게 배치되도록 결합되는 복수의 티스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 티스부의 돌출방향을 따라 끝단부에는 반경방향을 따라 함몰되고 상기 회전축선방향을 따라 연장된 적어도 하나의 노치부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 요크부와 상기 티스부의 상호 접촉면중 어느 하나에는 다른 하나를 향해 돌출된 돌기부가 형성되어 있으며, 상기 요크부와 상기 티스부중 다른 하나에는 상기 돌기부를 수용할 수 있도록 함몰된 돌기수용부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 돌기수용부에 압입결합되는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  13. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일의 결선을 위해 상기 스테이터의 일측에 결합되는 결선용 회로기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  14. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이터 및 상기 로터의 둘레에 배치되는 하우징과, 상기 회전축의 축선방향을 따라 상기 하우징에 각각 결합되어 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  15. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 스테이터의 둘레방향을 따라 소정의 위상차를 가지고 상기 티스에 권취되고 상호 직렬연결되는 복수의 코일부를 가지는 메인코일과, 상기 스테이터의 둘레방향을 따라 상기 메인코일의 각 코일부사이에 배치되고 상호 직렬연결되는 복수의 코일부를 가지고 상기 메인코일에 대해 병렬연결되는 써브코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 메인코일과 상기 써브코일사이에 전기적으로 연결되어 상기 로터를 기동 및 운전시키는 운전콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 메인코일과 상기 써브코일사이에 전기적으로 연결되는 운전콘덴서와, 일단은 상기 메인코일과 상기 운전콘덴서사이에 전기적으로 연결되고 타단은 상기 운전콘덴서 및 상기 써브코일사이에 전기적으로 연결되는 기동콘덴서와, 상기 기동콘덴서와 상기 써브코일사이에 직렬연결되어 상기 로터의 기동후 상기 로터가 소정의 속도에 도달하는 경우 상기 기동콘덴서의 전원을 자동적으로 차단하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  18. 제15항에 있어서,
    일단은 상기 메인코일에 전기적으로 연결되고 타단은 상기 써브코일에 전기적으로 연결되는 기동콘덴서와, 상기 기동콘덴서와 상기 써브코일사이에 직렬연결되어 상기 기동콘덴서의 전원을 자동으로 차단하는 전원자동차단수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 메인코일 및 상기 써브코일의 각 코일부는 상기 각 티스에 집중적으로 권취되는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 메인코일 및 상기 써브코일의 각 코일부는 상기 스테이터의 둘레방향을 따라 상호 인접된 티스에 동시에 권취되는 것을 특징으로 하는 단상 라인 스타트 영구자석 동기전동기.
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