KR20060036014A

KR20060036014A - 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기

Info

Publication number: KR20060036014A
Application number: KR1020040085123A
Authority: KR
Inventors: 신현정; 한승도; 안재홍
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-10-23
Filing date: 2004-10-23
Publication date: 2006-04-27
Also published as: EP1650851B1; JP2006121896A; CN100588087C; CN1764045A; US20060087190A1; JP5059314B2; US7294949B2; KR100619751B1; DE602005021290D1; EP1650851A1

Abstract

본 발명은 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기에 관한 것으로, 본 발명은 메인코일과 셰이딩코일을 구비하는 고정자와; 고정자의 안쪽에 소정의 공극을 구비하여 회전 가능하게 삽입하고, 그 내부에 제1 도체바를 농형 형태로 매입함과 아울러 일측 외주면에는 제2 도체바를 농형 형태로 매입하는 도체수용부를 단차지게 형성하며, 그 회전중심에 회전력을 전달하도록 회전축을 구비하는 회전자와; 고정자와 회전자 사이의 공극에 제2 도체바와 평행하게 마그네트를 개재하여 상기한 회전축의 일정 위치에서 자유롭게 회전할 수 있도록 결합하는 동기자;를 포함함으로써, 회전자가 고정자의 자기장에 의해 직접 기동되는 동시에 마그네트에 의해서도 기동되어 회전자의 기동토오크를 크게 줄일 수 있고 이를 통해 회전자를 용이하게 기동할 수 있을 뿐만 아니라 마그네트의 사용량을 줄여 동기/유도 전동기의 생산비용을 절감할 수 있다.

Description

셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기{SHADING COIL TYPE SINGLE-PHASE HYBRIDE INDUCTION MOTOR}

도 1은 종래 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기의 일례를 보인 정면도,

도 2 및 도 3은 종래 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기에서 동기자와 회전자를 보인 사시도 및 종단면도,

도 4는 본 발명 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기의 일례를 보인 사시도,

도 5는 본 발명 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기의 일례를 보인 종단면도,

도 6은 본 발명 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기에서 제1 농형도체바와 제2 농형도체바의 배열상태를 보인 개략도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

1 : 고정자 4 : 회전축

5 : 메인코일 6 : 셰이딩코일

8 : 축베어링 10 : 회전자

10a : 제1 도체구멍 10b : 도체수용부

10c : 제2 도체구멍 11 : 제1 농형도체바

12 : 제2 농형도체바 20 : 동기자

21 : 마그네트프레임 22 : 마그네트

30 : 누설방지용 스토퍼

본 발명은 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기에 관한 것으로서, 특히 기동토오크를 줄이고 영구자석에 대한 비용을 절감할 수 있는 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장치로서, 사용전원에 따라 직류전동기와 교류전동기로 구분할 수 있다. 그 중 교류전동기에는 유도전동기, 동기전동기, 정류자전동기 등이 있으며, 최근 유도전동기와 동기전동기의 특성을 결합한 동기/유도 전동기가 소개되고 있다.

동기/유도 전동기는 고정자와 회전자 사이의 공극에 동기자인 영구자석을 자유회전 상태로 설치하여 이중공극을 형성하는 것으로, 고정자의 자계가 동기자를 회전시켜 동기자가 동기속도로 회전을 함과 동시에 그 동기자의 영구자석에서 발생하는 자속이 회전자에 대해 회전자계 역할을 하면서 상기한 회전자가 회전을 하도록 하는 원리이다.

도 1은 종래 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기의 일례를 보인 정면도이고, 도 2 및 도 3은 종래 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기에서 동기자와 회전 자를 보인 사시도 및 종단면도이다

이에 도시한 바와 같이 종래 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기(이하, 동기/유도 전동기로 약칭함)는, 케이싱(미도시)의 내부에 고정 설치하는 고정자(1)와, 고정자(1)의 안쪽에 소정의 공극을 두고 회전 가능하게 삽입하는 회전자(2)와, 고정자(1)와 회전자(2) 사이의 공극에 회전 자유 상태로 개재하는 동기자(3)와, 회전자(2)에 압입하여 회전력을 전달하는 회전축(4)을 포함하고 있다.

고정자(1)는 도 1에서와 같이 평면투영시 사각띠 또는 원띠 모양으로 형성하되 그 중앙부 일측에는 소정의 공극을 두고 상기한 동기자(3)와 회전자(2)를 수용하는 회전체수용홈(1a)을 형성하고, 회전체수용홈(1a)의 일측에는 그 고정자(1)가 N극 또는 S극의 극성을 갖도록 메인코일(5)을 감아 설치하는 코일수용부(1b)를 형성하며, 회전체수용홈(1a)의 주변에는 상기한 메인코일(5)과 공간적으로 적당한 각도에 위치시켜 타원형의 회전자계가 발생하도록 셰이딩코일(6)을 감아 설치하는 그루브(1c)를 소정의 각도로 경사지게 형성하고 있다.

회전자(3)는 도 2 및 도 3에서와 같이 원봉 모양으로 형성하되 그 중심에는 상기한 회전축(4)을 압입하는 축구멍(2a)을 형성하고, 그 외주연에는 축방향으로 긴 농형도체(7)를 몰딩하는 수 개의 도체구멍(2b)을 원주방향을 따라 등간격으로 형성하고 있다.

동기자(3)는 도 2 및 도 3에서와 같이 원판모양으로 형성하여 그 중앙에 회전축(4)이 회전 가능하게 결합하는 마그네트프레임(3a)과, 마그네트프레임(3a)의 끝단에 원주방향을 따라 고정 결합하여 고정자(1)의 자계에 따라 회전하면서 상기 한 회전자(2)를 회전시키는 수 개의 마그네트(3b)로 이루어져 있다.

마그네트프레임(3a)은 원판모양으로 형성하되 그 중앙부에는 오일리스베어링과 같은 축베어링(8)을 구비하여 상기한 회전축(4)을 삽입 결합하고 있다.

마그네트(3b)는 원주방향을 따라 N극과 S극을 교번 자화시켜 단일 원통 모양으로 형성하고 있다.

상기와 같은 종래 동기/유도 전동기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 고정자(1)의 메인코일(5)에 1차 전류가 순차적으로 인가되어 N극과 S극의 교번 자계가 형성되는 동시에 셰이딩코일(6)에 2차 전류가 인가되어 회전 자계가 형성되면, 이 자계에 동기자(3)가 동기되어 회전을 하면서 그 동기자(3)의 마그네트(3b)에서 자속이 발생하고, 이 자속이 회전자계 역할을 하여 회전자(2)가 슬립을 가지면서 가속되어 동기속도로 회전을 하며, 이 회전자(2)에 결합하는 회전축(5)이 메인코일(7)의 자계를 따라 회전을 하면서 팬과 같은 다른 부품에 회전력을 전달하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 영구자석 동기전동기에 있어서는, 동기자(3)의 마그네트(3b)를 대략 고정자(1)의 축방향 길이와 동일하게 형성함에도 불구하고 기동가능 운전 전압범위가 제한적이어서 기동 토오크를 과도하게 높일 수 없으므로 결국 기동 신뢰성을 확보하는데 한계가 있을 뿐만 아니라 마그네트의 사용량이 많아 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 동기/유도 전동기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 마그네트를 용이하게 기동시킬 수 있을 뿐만 아니라 마그네트의 사용량을 줄여 비용을 절감할 수 있는 동기/유도 전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 메인코일과 셰이딩코일을 구비하는 고정자와; 고정자의 안쪽에 소정의 공극을 구비하여 회전 가능하게 삽입하고, 그 내부에 제1 도체바를 농형 형태로 매입함과 아울러 일측 외주면에는 제2 도체바를 농형 형태로 매입하는 도체수용부를 단차지게 형성하며, 그 회전중심에 회전력을 전달하도록 회전축을 구비하는 회전자와; 고정자와 회전자 사이의 공극에 제2 도체바와 평행하게 마그네트를 개재하여 상기한 회전축의 일정 위치에서 자유롭게 회전할 수 있도록 결합하는 동기자;를 포함한 것을 특징으로 하는 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 동기/유도 전동기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기의 일례를 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기의 일례를 보인 종단면도이며, 도 6은 본 발명 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기에서 제1 농형도체바와 제2 농형도체바의 배열상태를 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 동기/유도 전동기는, 케이싱(미도시)의 내부에 고정 설치하는 고정자(1)와, 고정자(1)의 안쪽에 회전 가능하게 설치하 고 그 중앙에 회전축을 결합하는 회전자(10)와, 고정자(1)와 회전자(10)의 사이에 회전축(4)의 일정 위치에서 회전 자유 상태로 개재하여 상기한 회전자(10)를 동기시키는 한 개의 동기자(20)로 구성한다.

고정자(1)는 도 1에서와 같이 평면투영시 사각띠 또는 원띠 모양으로 형성하되 그 중앙부 일측에는 소정의 공극을 두고 상기한 동기자(20)와 회전자(10)를 수용하는 회전체수용홈(1a)을 형성하고, 회전체수용홈(1a)의 일측에는 그 고정자(1)가 N극 또는 S극의 극성을 갖도록 메인코일(5)을 감아 설치하는 코일수용부(1b)를 형성하며, 회전체수용홈(1a)의 주변에는 상기한 메인코일(5)과 공간적으로 적당한 각도에 위치시켜 타원형의 회전자계가 발생하도록 셰이딩코일(6)을 감아 설치하는 그루브(1c)를 소정의 각도로 경사지게 형성한다.

회전자(10)는 도 4 및 도 5에서와 같이 원봉 모양으로 형성하되 그 외주연에는 축방향으로 긴 제1 농형도체바(11)를 몰딩하는 수 개의 제1 도체구멍(10a)을 원주방향을 따라 등간격으로 형성한다. 또, 회전자(10)의 일측 외주면에는 소정의 높이만큼 연장하여 도체수용부(10b)를 형성하고, 그 도체수용부(10b)에는 제2 농형도체바(12)를 몰딩하는 수 개의 제2 도체구멍(10c)을 원주방향을 따라 등간격으로 형성한다.

또, 제2 농형도체바(12)는 그 길이가 길수록 후술할 마그네트의 길이를 줄일 수 있어 기동에 유리하나 후술할 마그네트(22)의 길이가 과도하게 짧아지면 안정적인 마그네트 플럭스를 형성할 수 없으므로 대략 고정자(1)의 축방향 길이 대비 50% 이내로 형성하는 것이 바람직하다.

또, 제1 농형도체바(11)와 제2 농형도체바(12)는 도 6의 (a)에서와 같이 모두 축방향으로 나란하게 형성하거나, 도 6의 (b)에서와 같이 제1 농형도체바(11)는 축방향으로 나란하고 제2 농형도체바(12)는 소정의 각도로 경사지게 형성하거나, 도 6의 (c)에서와 같이 제1 농형도체바(11)는 소정의 각도로 경사지고 제2 농형도체바(12)는 축방향으로 나란하게 형성하거나, 도 6의 (d)에서와 같이 두 농형도체바(11)(12)를 모두 소정의 각도로 경사지게 형성할 수도 있다.

동기자(20)는 도 4 및 도 5에서와 같이 원판모양으로 형성하여 그 중앙에 회전축(4)이 회전 가능하게 결합하는 마그네트프레임(21)과, 마그네트프레임(21)의 끝단에 원주방향을 따라 고정 결합하여 고정자(1)의 자계에 따라 회전하면서 상기한 회전자(10)를 회전시키는 수 개의 마그네트(22)로 이루어진다.

마그네트프레임(21)은 원판모양으로 형성하되 그 중앙부에는 오일리스베어링과 같은 축베어링(8)을 구비하여 상기한 회전축(4)에 자유 회전 가능하게 결합한다. 또, 마그네트프레임(21)의 안쪽에는 상기한 마그네트(22)가 제2 도체바(12)에 붙는 것을 방지하도록 오일리스베어링과 같은 누설방지용 스토퍼(30)를 상기한 회전축(4)에 결합하는 것이 바람직하다.

마그네트(22)는 원주방향을 따라 N극과 S극을 교번 자화시켜 단일 원통 모양으로 형성하고, 그 양측 끝단에는 상기한 마그네트프레임(21)에 얹어 접착 고정하되, 상기한 제2 농형도체바(12)와 대략 수평선상에 배치되도록 결합하는 것이 모터 성능을 높이는데 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 동기/유도 전동기는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

즉, 고정자(1)의 메인코일(도 1에 도시)(5)과 셰이딩코일(6)에 전원이 인가되어 자계가 형성되면, 이 자계에 따라 제1 동기자(11)와 제2 동기자(12)가 동기되어 회전을 하면서 양쪽 동기자(11)(12)의 마그네트(11b)(12b)에서 자속이 발생하고, 이 자속이 회전자계 역할을 하여 회전자(2)가 슬립을 가지면서 가속 회전을 하며, 이 회전자(2)에 결합한 회전축(4)이 메인코일(5)의 자계에 따라 회전을 하면서 팬 등을 시킨다.

이때, 마그네트(22)가 없는 공극 부근에 회전자(10)에서 반경방향으로 확대한 도체수용부(10b)를 형성하고 그 도체수용부(10b)에 제2 농형도체바(12)를 추가 배치함에 따라 상기한 회전자(10)가 고정자(1)의 자기장을 받아 회전을 시작함과 아울러 마그네트(22) 역시 고정자(1)에 동기되어 기동을 함으로써 회전자(10)의 기동이 용이하게 된다. 예컨대, 마그네트(22)가 회전자(10) 전체를 감싸는 경우에는 그 마그네트(10)에 의한 브레이킹 토오크가 발생하여 회전자(10)의 기동이 늦어질 우려가 있으나, 본 발명에서와 같이 회전자(10)의 일부를 마그네트(22)의 바깥으로 노출시키는 경우에는 그 회전자(10)가 고정자(1)에 의해 직접 유도되어 회전을 하려는 힘이 발생함으로써 상기한 마그네트(22)에 의한 브레이킹 토오크를 크게 낮출 수 있어 회전자(10)의 기동이 용이하게 되는 것이다.

또, 고가인 마그네트(22)의 사용량을 줄일 수 있어 모터를 생산하는데 소요되는 비용을 낮춰 저가의 동기/유도 전동기를 제공할 수 있는 것이다.

본 발명에 의한 동기/유도 전동기는, 고정자에 직접 대향하도록 회전자의 일부를 마그네트의 외곽에 노출 형성하고 그 노출된 부위에 별도의 도체바를 매입함으로써, 회전자가 고정자의 자기장에 의해 직접 기동되는 동시에 마그네트에 의해서도 기동되어 회전자의 기동토오크를 크게 줄일 수 있고 이를 통해 회전자를 용이하게 기동할 수 있을 뿐만 아니라 마그네트의 사용량을 줄여 동기/유도 전동기의 생산비용을 절감할 수 있다.

Claims

메인코일과 셰이딩코일을 구비하는 고정자와;

고정자의 안쪽에 소정의 공극을 구비하여 회전 가능하게 삽입하고, 그 내부에 제1 도체바를 농형 형태로 매입함과 아울러 일측 외주면에는 제2 도체바를 농형 형태로 매입하는 도체수용부를 단차지게 형성하며, 그 회전중심에 회전력을 전달하도록 회전축을 구비하는 회전자와;

고정자와 회전자 사이의 공극에 제2 도체바와 평행하게 마그네트를 개재하여 상기한 회전축의 일정 위치에서 자유롭게 회전할 수 있도록 결합하는 동기자;를 포함한 것을 특징으로 하는 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기.
제1항에 있어서,

제2 도체바의 축방향 길이는 고정자의 축방향 길이 대비 50% 이내인 것을 특징으로 하는 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기.
제2항에 있어서,

제1 도체바와 제2 도체바는 축방향으로 나란하게 배열하는 것을 특징으로 하는 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기.
제2항에 있어서,

제1 도체바와 제2 도체바 중에서 적어도 어느 한 개는 축방향에 대해 소정의 각도로 경사지게 배열하는 것을 특징으로 하는 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기.
제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,

마그네트는 링 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 셰이딩 코일형 단상 동기/유도 전동기.