KR20060105996A - 동기 릴럭턴스 모터의 로터 - Google Patents

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KR20060105996A
KR20060105996A KR1020050028162A KR20050028162A KR20060105996A KR 20060105996 A KR20060105996 A KR 20060105996A KR 1020050028162 A KR1020050028162 A KR 1020050028162A KR 20050028162 A KR20050028162 A KR 20050028162A KR 20060105996 A KR20060105996 A KR 20060105996A
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 코어에 플럭스 배리어가 다수 구비되고, 상기 플럭스 배리어의 가장자리가 개구되며, 상기 코어의 반경방향으로 상기 플럭스 배리어를 중심으로 구획된 코어를 연결토록 적어도 하나 이상의 브리지가 구비되기 때문에 상기 플럭스 배리어와 코어의 외곽 사이 리브가 없어짐으로써 회전시 외형 변화가 방지될 수 있고, q축 인덕턴스가 감소되어 성능이 향상될 수 있다.
모터, 동기 릴럭턴스 모터, 플럭스 배리어, 브리지

Description

동기 릴럭턴스 모터의 로터{Synchronizer Reluctance Motor's Rotor }
도 1은 종래 기술에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터가 도시된 평면도,
도 2는 종래 기술에 동기 릴럭턴스 모터의 로터의 변형 상태가 도시된 평면도,
도 3은 종래 기술에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터에서의 자속 흐름을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터가 도시된 평면도,
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터가 도시된 평면도,
도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터가 도시된 평면도,
도 7은 본 발명의 제4실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터가 도시된 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
50 : 코어 50a : 절개 홈
60 : 플럭스 배리어 72 : 센터 브리지
74 : 사이드 브리지
본 발명은 동기 릴럭턴스 모터의 로터에 관한 것으로서, 특히 플럭스 배리어의 코어의 외곽 측 가장자리가 개구된 동기 릴럭턴스 모터의 로터에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터가 도시된 평면도이다.
도 1에 도시된 동기 릴럭턴스 모터는 스테이터(2)와, 상기 스테이터(2)의 내부에 일정 에어 갭(Air-gap)(G)을 두고 회전 가능하게 위치되어 상기 스테이터(2)와의 상호 작용에 의해 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 동기 회전되는 로터(4)를 포함하여 이루어진다.
상기 스테이터(2)는 링형의 요크(2a)와, 상기 요크(2a)의 내벽에 방사형으로 배치된 다수개의 티스(2b)와, 상기 티스(2b)에 권선되고 전원이 연결된 계자 코일(2c)로 이루어진다.
상기 로터(4)는 상기 스테이터(2)의 내부에 회전 가능토록 위치된 원통형의 코어(4a)와, 상기 코어(4a)에 원주방향 및 반경방향으로 다수 구비되어 자속의 흐 름을 방해하는 공극인 플럭스 배리어(4b)로 이루어진다.
통상 상기 로터(4)는 상기 코어(4a)의 원주방향으로 상기 플럭스 배리어(4b)가 형성되지 않은 부위를 d축, 상기 플럭스 배리어(4b)가 형성되어 상기 d축보다 상대적으로 인덕턴스가 작은 부위를 q축이라 하며, 상기 스테이터(2)와의 상호 작용시 상기 d축과 q축의 인덕턴스의 차이에 의해 회전될 수 있다.
여기서, 상기 로터(4)는 상기 d축과 q축의 인덕턴스의 차이가 클수록 상기 릴럭턴스 토크가 커져서 효율이 좋아진다. 따라서, 상기 d축과 q축의 인덕턴스의 차이가 크게 하기 위해서는 상기 코어(4a)의 단면적 대비 상기 플럭스 배리어(4b)의 단면적 비율을 크게 하여 상기 q축의 인덕턴스를 최소화하면 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터(4)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 코어(4a)의 외곽과 플럭스 배리어(4b) 사이를 리브(rib)(4c)라고 하는데, 이 리브(4c)가 매우 얇기 때문에 회전시 원심력에 의해 상기 코어(4a)의 외형이 변형되기 쉽게 때문에 회전시 상기 코어(4a)의 외형 변화로 인해 상기 스테이터(2)와 마찰되지 않도록 설계시 상기 스테이터(2)와의 에어 갭(G)이 충분히 확보되도록 설계될 필요가 있다. 하지만, 상기 스테이터(2)와 로터(4)와의 에어 갭(G)이 커질수록 상기 로터(4)의 용량이 작게 되어 성능 저하의 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터(4)는 회전시 상기 d축 부위와 q축 부위의 변형률이 상이하기 때문에 고속으로 회전될수록 상기 스테이터 (2)와의 에어 갭(G)이 불균일하게 되어 소음, 진동이 커지는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터(4)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 자속(F)이 상기 리브(4c)를 통해 누설됨으로써 q축 인덕턴스가 커져 성능이 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 회전시 코어의 외형 변형을 방지할 수 있고, 성능을 향상시킬 수 있는 동기 릴럭턴스 모터의 로터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는 코어(Core)에 공극(Air-gap)인 플럭스 배리어(Flux Barrier)가 원주방향으로 다수 구비되고; 상기 플럭스 배리어는 상기 플럭스 배리어와 코어의 외곽 사이에 리브(rib)가 없도록 상기 코어의 외곽 측 가장자리가 개구되고, 상기 코어의 반경방향으로 상기 플럭스 배리어를 중심으로 구획된 코어를 연결토록 적어도 하나 이상의 브리지(Bridge)가 구비된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터가 도시된 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 단면이 원형인 코어(50)에 공극(Air-gap)인 플럭스 배리어(Flux Barrier)(60)가 상기 코어(50)의 원주방향 및 반경방향으로 다수개 구비된다.
상기 플럭스 배리어(60)는 상기 코어(50)의 반경방향으로 다단 배열되어 하나의 군을 이루고, 다수 군의 플럭스 배리어(60)가 상기 코어(50)의 원주방향으로 방사형으로 배열될 수 있다. 참고로 본 실시 예에서는 상기 각 군의 플럭스 배리어(60)가 3단 배열되고, 4개의 d축과 4개의 q축을 갖도록 총 4개의 군으로 이루어진 것으로 한정하여 설명한다.
상기 각각의 플럭스 배리어(60)는 상기 코어(50)의 외곽을 향해 절곡된 아크형 또는 'V'자 형상으로 형성된다.
특히, 상기 각각의 플럭스 배리어(60)는 상기 코어(50)의 외곽 사이에 리브(rib)가 없도록 상기 코어(50)의 외곽 측 가장자리(60a)가 개구되고, 반경방향으로 상기 플럭스 배리어(60)를 중심으로 구획된 코어(50)가 일체로 연결될 수 있도록 적어도 하나 이상의 브리지가 구비된다. 참고로 상기 브리지는 상기 플럭스 배리어(60)에 구비되는 위치에 따라 센터 브리지(72)와 사이드 브리지(74)로 구분될 수 있고, 그 형상에 따라 일자형과 'L'자형으로 구분될 수 있다.
상기 각 군의 플럭스 배리어(60) 중 상기 코어(50)의 반경방향으로 최 외곽에 위치된 플럭스 배리어(60')는 중앙에 일자형 센터 브리지(72)가 구비되고, 중앙을 중심으로 양쪽에 각각 일자형 사이드 브리지(74)가 구비된다.
그리고, 각 군의 플럭스 배리어(60) 중 최 외곽 플럭스 배리어(60')를 제외한 나머지 2개의 플럭스 배리어(60'')에는 중앙에 일자형 센터 브리지(72)가 구비되고, 중앙을 중심으로 양쪽에 각각 'L'자형 사이드 브리지(74)가 구비된다.
여기서 'L'자형 사이드 브리지(74)는 상기 사이드 브리지(74)와 반경방향으로 일정 간격 이격된 코어(50)의 일부위에 일측이 상기 플럭스 배리어(60)와 연결된 서브 플럭스 배리어(61)가 구비됨으로써 'L'자형을 이룬다. 상기 서브 플럭스 배리어(61)는 상기 코어(50)의 반경방향으로 상기 사이드 브리지(74)보다 안쪽에 위치된다.
한편, 상기 코어(50)에는 원주방향으로 상기 플럭스 배리어(60)가 위치된 코어(50)의 일부 외곽에는 q축 인덕턴스가 최소화될 수 있도록 반경방향으로 파인 형태의 절개 홈(50a)이 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 스테이터와 전자기적으로 상호 작용되면, d축과 q축의 인덕턴스 차이에 의해 일정 토크로 회전된다.
이 때 본 발명의 제1실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 상기 플럭스 배리어(60)와 코어(50)의 외곽 사이에 리브가 없기 때문에 회전시 외형 변화가 거의 없어서, 설계시 스테이터와의 에어 갭을 최소화할 수 있게됨으로써 성능이 향상될 수 있고, 회전시 상기 스테이터와의 에어 갭 불균일로 인한 소음 및 진동이 방지될 수 있을 뿐만 아니라 고속으로 회전되더라도 상기 스테이터와 마찰되지 않 는다.
또한, 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 상기 플럭스 배리어(60)와 코어(50)의 외곽 사이에 리브가 없고, 상기 코어(50)의 q축 부위의 외곽에 절개홈(50a)이 형성되기 때문에 q축 인덕턴스가 최소화됨으로써 d축과 q축의 인덕턴스 차이가 증가되어 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 상기 플럭스 배리어(60)에 'L'자형 사이드 브리지(74)가 구비되기 때문에 기계적 강성이 보강될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 코어(50)의 반경방향으로 상기 'L'자형 사이드 브리지(74)로부터 일정 간겨 이격되어 상기 서브 플럭스 배리어(61)가 위치됨으로써 자속이 상기 'L'자형 사이드 브리지(74)로 흐를 수 없기 때문에 상기 q축의 인덕턴스가 줄어들 수 있어서 성능이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예들을 설명함에 있어서, 후술될 본 발명의 다른 실시 예들은 본 발명의 제1실시 예와 기본적인 구조가 동일하므로 일부 상세한 설명이 생략될 수 있는 바, 생략되는 상세한 설명 및 도면은 상술한 본 발명의 제1실시 예를 참조한다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터가 도시된 평면도이다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 코어(100)에 4군의 플럭스 배리어(110)가 방사형으로 구비되고, 각 군의 플럭스 배리어(110)가 3 단 배열로 구비되며, 각 플럭스 배리어(110)의 코어(100) 측 가장자리(110a)가 개구되고, 상기 코어(100)의 q축 외곽에 절개 홈(100a)이 형성된다.
특히, 각 군의 플럭스 배리어(110) 중 최 외곽 플럭스 배리어에는 중앙에 센터 브리지(112)가 구비된다. 아울러, 상기 코어(100)에는 반경방향으로 상기 최 외곽 플럭스 배리어의 센터 브리지(112)로부터 상기 코어(100)의 내부를 향해 이격된 부위에, 자속이 상기 최 외각 플럭스 배리어(110)의 센터 브리지(112)로 흐리지 못하도록 서브 플럭스 배리어(112')가 구비된다.
그리고, 각 군의 플럭스 배리어(110) 중 최 외곽 플럭스 배리어(110)를 제외한 나머지 2개의 플럭스 배리어(110)에는, 중앙을 중심으로 양쪽에 각각 일자형 제1 사이드 브리지(114)가 구비되고, 더불어 상기 제1사이드 브리지(114)보다 중앙으로부터 더 먼 거리에 'L'자형 제2사이드 브리지(116)가 구비된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제2실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 상기 플럭스 배리어(110)와 코어(100)의 외곽 사이에 리브가 없기 때문에 회전시 외형 변화가 거의 없다.
또한, 상기 플럭스 배리어(110)와 코어(100)의 외곽 사이에 리브가 없고 상기 코어(100)의 q축 부위의 외곽에 절개홈(100a)이 형성됨으로써 q축 인덕턴스가 최소화되고, 브리지에 의해 기계적 강성이 보강될 수 있고 아울러, 서브 플럭스 배리어(112')에 의해 상기 q축의 인덕턴스가 더욱 줄어들 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터가 도시된 평면도이다.
본 발명의 제3실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 코어(120)에 4군의 플럭스 배리어(130)가 방사형으로 구비되고, 각 군의 플럭스 배리어(130)가 3단 배열로 구비되며, 상기 코어(120)의 q축 외곽에 절개 홈(120a)이 형성된다.
특히, 각각의 플럭스 배리어(130)는 코어(120) 측 가장자리(130a)가 개구되고, 중앙 및 그 중앙을 중심으로 양쪽에 각각 일자형 브리지(132)가 구비됨과 아울러, 상기 코어(120)에는 반경방향으로 상기 각각의 브리지(132)로부터 상기 코어(120)의 내부를 향해 일정 간격 이격된 부위에 자속의 흐름을 방해하는 서브 플럭스 배리어(130')가 구비된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제3실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 상기 플럭스 배리어(130)와 코어(120)의 외곽 사이에 리브가 없기 때문에 회전시 외형 변화가 거의 없다.
또한, 상기 플럭스 배리어(130)와 코어(120)의 외곽 사이에 리브가 없고 상기 코어(120)의 q축 부위의 외곽에 절개홈(120a)이 형성됨으로써 q축 인덕턴스가 최소화되고, 상기 플럭스 배리어(130)에 다수의 브리지(132)가 구비됨으로써 기계적 강성이 보강될 수 있음과 아울러 상기 서브 플럭스 배리어(130')에 의해 상기 q축의 인덕턴스가 줄어들 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터가 도시된 평면도이다.
본 발명의 제4실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 코어(140)에 4군의 플럭스 배리어(150)가 방사형으로 구비되고, 각 군의 플럭스 배리어(150)가 3단 배열로 구비되며, 상기 코어(140)의 q축 외곽에 절개 홈(140a)이 형성된다.
특히, 각각의 플럭스 배리어(150)는 코어(140) 측 가장자리(150a)가 개구되고, 중앙에 일자형 센터 브리지(152)가 구비되며, 그 중앙을 중심으로 양쪽에 각각 일자형 사이드 브리지(154)가 구비된다.
상기 각 플럭스 배리어(150)의 사이드 브리지(154)는, 자속의 흐름을 방해토록 반경방향으로 이웃한 플럭스 배리어(150)의 사이드 브리지(154)와 엇갈리게 배치된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제4실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 상기 플럭스 배리어(150)와 코어(140)의 외곽 사이에 리브가 없기 때문에 회전시 외형 변화가 거의 없고, 상기 플럭스 배리어(150)와 코어(140)의 외곽 사이에 리브가 없고 상기 코어(140)의 q축 부위의 외곽에 절개홈(140a)이 형성됨으로써 q축 인덕턴스가 최소화될 수 있다. 또한, 상기 플럭스 배리어(150)에 다수의 센터 브리지(152) 또는 사이드 브리지(154)가 구비됨으로써 기계적 강성이 보강될 수 있고 아울러, 상기 사이드 브리지(154)를 통해 자속이 흐르지 못하기 때문에 q축 인덕턴스가 줄어들 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 코어에 플럭스 배리어가 다수 구비되고, 상기 플럭스 배리어의 가장자리가 개구되며, 상기 코어의 반경방향으로 상기 플럭스 배리어를 중심으로 구획된 코어를 연결토록 적어도 하나 이상의 브리지가 구비되기 때문에 상기 플럭스 배리어와 코어의 외곽 사이 리브가 없어짐으로써 회전시 외형 변화가 방지될 수 있고, q축 인덕턴스가 감소되어 성능이 향상될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 상기 코어의 q축 부위의 외곽에 절개 홈이 형성됨으로써, 상기 코어의 q축 인덕턴스가 감소되어 성능이 향상될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 모터의 로터는, 상기 플럭스 배리어의 중앙 및 그 중앙을 중심으로 양쪽에 브리지가 구비됨으로써 기계적 강성이 보강될 수 있을 뿐만 아니라, 반경방향으로 브리지로부터 일정 간격 이격된 부위에 플럭스 배리어 또는 서브 플럭스 배리어가 위치되어 상기 브리지로의 자속 흐름이 방해됨으로써 q축 인덕턴스가 더욱 감소될 수 있는 이점이 있다.

Claims (10)

  1. 코어(Core)에 공극(Air-gap)인 플럭스 배리어(Flux Barrier)가 원주방향으로 다수 구비되고;
    상기 플럭스 배리어는 상기 플럭스 배리어와 코어의 외곽 사이에 리브(rib)가 없도록 상기 코어의 외곽 측 가장자리가 개구되고, 상기 코어의 반경방향으로 상기 플럭스 배리어를 중심으로 구획된 코어를 연결토록 적어도 하나 이상의 브리지(Bridge)가 구비된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 로터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 일부 플러스 배리어에는 중앙에 센터 브리지(Center Bridge)가 구비된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 로터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 일부 플럭스 배리어에는 중앙을 중심으로 양쪽에 각각 사이드 브리지(Side Bridge)가 구비되고;
    상기 코어에는 반경방향으로 상기 사이드 브리지로부터 일정 간격 이격된 부위에 상기 플럭스 배리어와 연결된 서브 플럭스 배리어(Sub Flux Barrier)가 구비된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 로터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플럭스 배리어는 반경방향으로 다단 배열되어 하나의 군을 이루고 아울러, 원주방향으로 다수 군이 방사형으로 배열되며;
    각 군의 플럭스 배리어 중 반경방향으로 최 외곽 플럭스 배리어는 중앙에 일자형 센터 브리지가 구비되고;
    각 군의 플럭스 배리어 중 그 나머지 플럭스 배리어는 중앙에 일자형 센터 브리지가 구비되고, 중앙을 중심으로 양쪽에 각각 'L'자형 사이드 브리지가 구비된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플럭스 배리어는 반경방향으로 다단 배열되어 하나의 군을 이루고 아울러, 원주방향으로 다수 군이 방사형으로 배열되며;
    각 군의 플럭스 배리어 중 반경방향으로 최 외곽 플럭스 배리어는 중앙에 센터 브리지가 구비되고;
    각 군의 플럭스 배리어 중 그 나머지 플럭스 배리어는 중앙을 중심으로 양쪽에 일자형 제1 사이드 브리지가 구비되고, 상기 제1 사이드 브리지보다 중앙으로부터 더 먼 거리에 'L'자형 제2 사이드 브리지가 구비되며;
    상기 코어에는 상기 최 외곽 플럭스 배리어의 센터 브리지로부터 반경방향으로 상기 코어의 내부를 향해 일정 간격 이격된 부위에 서브 플럭스 배리어가 구비된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 로터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플럭스 배리어는 반경방향으로 다단 배열되어 하나의 군을 이루고 아울러, 원주방향으로 다수 군이 방사형으로 배열되고;
    상기 플럭스 배리어에는 중앙 및 그 중앙을 중심으로 양쪽에 각각 일자형 브리지가 구비되며;
    상기 코어에는 반경방향으로 상기 브리지로부터 일정 간격 이격된 부위에 서브 플럭스 배리어가 구비된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 로터.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 군의 플럭스 배리어는 3단 배열로 이루어지고;
    상기 코어에는 4개 군의 플럭스 배리어가 구비된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 로터.
  8. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브 플럭스 배리어는 상기 코어의 반경방향으로 상기 사이드 브리지보다 안쪽에 위치된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 로터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플럭스 배리어는 반경방향으로 다단 배열되어 하나의 군을 이루고 아울 러, 원주방향으로 다수 군이 방사형으로 배열되며;
    상기 각 플럭스 배리어에는 중앙에 센터 브리지가 구비되고, 중앙을 중심으로 양쪽에 각각 사이드 브리지가 구비되며;
    상기 각 플럭스 배리어의 사이드 브리지는 반경방향으로 이웃한 플럭스 배리어의 사이드 브리지와 엇갈리게 배치된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 로터.
  10. 제 1,2,3,4,5,6,9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어에는 원주방향으로 상기 플럭스 배리어가 위치된 외곽에 반경방향으로 파인 형태의 절개 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 동기 릴럭턴스 모터의 로터.
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