KR20080018351A

KR20080018351A - Pole change type synchronous motor

Info

Publication number: KR20080018351A
Application number: KR1020060080331A
Authority: KR
Inventors: 한만승
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-02-28

Abstract

A pole change type synchronous electric motor is provided to reduce torque ripple and noise by preparing an exciting pole while arranging teeth in equal spacing. A stator(110) has a number of teeth(111) arranged along the inner circumference in equal spacing, and each tooth is wound with a motor coil(112). A rotor(120) is installed to rotate from the stator, and has a number of conductors(122). A magnet layer(130) is installed to have air gap with the tooth in the rotor, and has a magnet material to be re-magnetized. An exciting pole(140) faces the magnet layer adjacently to the tooth of the stator, and is wound with an excitation coil.

Description

Pole CHANGE TYPE SYNCHRONOUS MOTOR

도 1은 종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기를 도시한 평단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a polar conversion synchronous motor according to the prior art,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 극변환식 동기전동기를 도시한 평단면도이다.2 is a plan sectional view showing a polar conversion synchronous motor according to an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

110 : 스테이터 111 : 투스110: Stator 111: Tooth

112 : 모터코일 120 : 로터112: motor coil 120: rotor

121 : 샤프트홀 122 : 도체121: shaft hole 122: conductor

130 : 마그넷 레이어 140 : 익사이팅 폴130: magnet layer 140: exciting pole

141 : 여자코일141: Coil for Women

본 발명은 극변환식 동기전동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테이터의 내주면에 배치되는 투스들이 등간격으로 배치되도록 한 극변환식 동기전동기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pole conversion synchronous motor, and more particularly, to a pole conversion synchronous motor in which teeth arranged on an inner circumferential surface of a stator are arranged at equal intervals.

일반적으로, 모터라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전 력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용되는데, 크게 직류전동기와 교류전동기로 나뉘어진다.In general, a motor is a device that obtains rotational power by converting electrical energy into mechanical energy, and is widely used in home appliances as well as industrial equipment. The motor is largely divided into a DC motor and an AC motor.

직류전동기에서 정류자와의 접촉에 의해 코일에 전류를 흐르도록 하는 브러쉬의 마모로 인한 단점을 극복하기 위하여 브러쉬를 사용하지 않는 BLDC(Brushless DC) 모터가 사용되고 있는데, 이러한 BLDC 모터는 토크가 크고 제어성이 우수할 뿐만 아니라 신속성을 도모할 수 있는 반면, 전류의 방향 전환을 위하여 인버터를 사용함으로써 가격이 비싸다는 단점을 가진다.Brushless brushless DC (BLDC) motors are used to overcome the drawbacks of brush wear, which causes current to flow in coils by contact with commutators in DC motors. These brushless DC motors have high torque and controllability. While not only this is excellent but also can be achieved quickly, the cost of using an inverter to change the direction of the current is expensive.

한편, 교류전동기의 일종인 LSPM 동기모터(Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor)는 BLDC 모터와 달리 인버터를 이용하지 않고, 로터(rotor)의 도체에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와 스테이터(stator)의 권선에 의하여 발생되는 자속의 상호작용에 의하여 발생되는 토오크로 구동되며, 이 때, 토오크는 케이지에 의한 토오크선분과 릴럭턴스 토오크 및 마그네트 토오크의 합성토오크에 의하여 기동된다. 또한, 기동되어 정격운전시 로터에 설치된 마그네트의 자속과 스테이터에서 발생되는 자속이 상호 동기화되어 스테이터의 회전자계의 속도로써 운전된다. On the other hand, the LSPM Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor, which is a kind of AC motor, does not use an inverter, unlike a BLDC motor, and a secondary current and a stator generated by a voltage induced in a conductor of a rotor. It is driven by the torque generated by the interaction of the magnetic flux generated by the winding of the), wherein the torque is started by the torque line segment by the cage, the combined torque of the reluctance torque and the magnet torque. In addition, the magnetic flux of the magnet installed in the rotor and the magnetic flux generated in the stator during the rated operation are synchronized with each other to operate at the speed of the stator's rotating magnetic field.

이와 같은 LSPM 동기모터는 마그네트가 항상 자속을 가지고 있기 때문에 초기 기동시 마그네트가 부토오크를 생성시켜서 초기 기동의 성능을 저하시키는 단점을 가지며, 이러한 단점을 극복하기 위하여 WPM(Written Pole Motor)이라고 하는 극변환식 동기전동기가 개발되었다.Since the LSPM synchronous motor always has magnetic flux, the magnet generates negative torque during initial startup and thus has a disadvantage of degrading the performance of the initial startup.A pole called WPM (Written Pole Motor) is used to overcome this disadvantage. Convertible synchronous motors have been developed.

종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기를 첨부된 도면을 참조하여 설명하 면 다음과 같다.When described with reference to the accompanying drawings a pole-conversion synchronous motor according to the prior art as follows.

도 1은 종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기를 도시한 평단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 극변환식 동기전동기(10)는 모터코일(11a)이 각각 권선되는 다수의 투스(tooth; 11b)가 내주면을 따라 배열되도록 마련되는 스테이터(stator; 11)와, 스테이터(11)의 내측에 회전 가능하게 설치됨과 아울러 가장자리를 따라 다수의 도체(12a)가 삽입되는 로터(rotor; 12)와, 투스(11b)와 공극을 가지도록 로터(12)의 외주면에 설치됨과 아울러 재자화 가능한 자성체로 이루어지는 마그넷 레이어(magnet layer; 13)와, 스테이터(11)의 투스(11b) 사이에서 마그넷 레이어(13)와 마주보게 설치됨과 아울러 여자코일(14a)이 권선되는 익사이팅 폴(exciting pole; 14)을 포함한다. 1 is a cross-sectional view showing a polar conversion synchronous motor according to the prior art. As shown, the conventional pole-transformed synchronous motor 10 has a stator 11 and a stator 11 in which a plurality of teeth 11b on which the motor coil 11a is wound are arranged along an inner circumferential surface thereof. The rotor 12 is rotatably installed inside the rotor 11 and a plurality of conductors 12a are inserted along the edge, and the rotor 12 is provided on the outer circumferential surface of the rotor 12 to have a gap with the tooth 11b. Exciting poles are provided between the magnet layer 13 made of a remagnetizable magnetic material and the magnet layer 13 between the teeth 11b of the stator 11 and the female coil 14a is wound. pole 14).

이러한 종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기(10)는 구동을 위하여 모터코일(11a)에 전원을 인가함으로써 스테이터(11)측에 발생하는 1차 유기전압과 이로 인해 로터(12)의 도체(12a)로부터 발생되는 2차 유기전압의 상호작용에 의하여 스타트 토오크를 발생시켜서 로터(12)가 회전하게 되며, 로터(12)의 회전속도가 일정 속도에 도달하면 여자코일(14a)에 교류전원을 인가하여 익사이팅 폴(14)에 의해 마그넷 레이어(13)에 정해진 수의 N극과 S극이 원주방향을 따라 교대로 형성되도록 마그넷 레이어(13)를 자화시킴으로써 마그넷 레이어(13)에서 발생되는 자속과 스테이터(11)에서 발생되는 자속이 동기화되어 로터(12)가 동기속도에 도달하게 된다.The pole conversion synchronous motor 10 according to the related art has a primary induced voltage generated on the stator 11 side by applying power to the motor coil 11a for driving, and thus, the conductor 12a of the rotor 12. The rotor 12 rotates by generating a start torque by the interaction of the secondary induced voltage generated from the side. When the rotational speed of the rotor 12 reaches a certain speed, the AC power is applied to the excitation coil 14a. The magnetic flux and stator generated by the magnet layer 13 are magnetized by magnetizing the magnet layer 13 so that a predetermined number of N poles and S poles are alternately formed along the circumferential direction by the exciting pole 14. The magnetic flux generated at 11 is synchronized so that the rotor 12 reaches the synchronous speed.

로터(12)가 동기속도에 도달하면, 여자코일(14a)로 인가되는 교류전원을 차단시키고, 마그넷 레이어(13)는 구동토오크 발생을 위한 자화상태를 유지하게 된 다.When the rotor 12 reaches the synchronous speed, the AC power applied to the excitation coil 14a is cut off, and the magnet layer 13 maintains the magnetization state for generating drive torque.

이와 같은 종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기(10)는 익사이팅 폴(14)에 의해 마그넷 레이어(13)를 자화시킴으로써 마그넷 레이어(13)가 자화 상태가 된다.In the polar conversion synchronous motor 10 according to the related art, the magnet layer 13 is magnetized by magnetizing the magnet layer 13 by the exciting pole 14.

그런데, 종래에는 익사이팅 폴(14)을 중앙에 설치하기 위하여 근접하는 양측의 투스(11b)의 이격 간격이 기타 투스(11b)들과 차이가 나고 있다. 이는 결과적으로 투스(11b)들간의 불규칙한 배치로 인하여 모터의 토오크가 불규칙하고, 소음이 발생하는 문제점을 안고 있었다.However, in the related art, the spacing between the teeth 11b on both sides adjacent to each other in order to install the exciting pole 14 is different from the other teeth 11b. As a result, the torque of the motor is irregular and noise is generated due to irregular arrangement between the teeth 11b.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 투스의 배치를 등간격으로 구현하면서도 익사이팅 폴이 마련됨으로써 토오크 리플 및 소음 저감을 가져올 수 있는 극변환식 동기전동기에 관한 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention relates to a pole conversion synchronous motor that can bring a torque ripple and noise reduction by providing an exciting pole while implementing the arrangement of the tooth at equal intervals.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 내주면을 따라 다수로 배열되는 투스들이 등간격으로 배치되며 각 투스들에는 모터코일이 권선되는 스테이터와, 스테이터로부터 회전하도록 설치되며 다수의 도체가 설치되는 로터와, 로터에 투스와 공극을 가지도록 설치되며 재자화가 가능한 자성체로 이루어지는 마그넷 레이어와, 스테이터의 투스 사이에 서로 인접하여 마그넷 레이어와 마주 보도록 마련되고 여자코일이 권선되 익사이팅 폴을 포함하는 극변환식 동기전동기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for realizing the above object, a plurality of teeth arranged along the inner circumference is arranged at equal intervals and each tooth is a stator to which the motor coil is wound, and a rotor installed to rotate from the stator and a plurality of conductors are installed And a pole layer synchronous magnet including a magnet layer made of a magnetic material capable of being remagnetized and provided with magnets in the rotor and adjacent to the magnet layer adjacent to each other between the teeth of the stator, and having an excitation pole wound with an excitation coil. It characterized in that it comprises an electric motor.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

본 발명에 따른 극변환식 동기전동기(100)는 도 2에서와 같이, 복수의 투스(111)에 모터코일(112)이 권선되는 스테이터(stator; 110)와, 스테이터(110)로부터 회전하도록 설치됨과 아울러 다수의 도체(122)가 설치되는 로터(rotor; 120)와, 로터(120)에 설치되는 재자화 가능한 자성체로 이루어지는 마그넷 레이어(magnet layer; 130)와, 마그넷 레이어(130)를 자화시키는 익사이팅 폴(exciting pole; 140)을 포함한다.As shown in FIG. 2, the pole conversion synchronous motor 100 according to the present invention is installed to rotate from a stator 110 and a stator 110 in which a motor coil 112 is wound around a plurality of teeth 111. In addition, the rotor 120 is provided with a plurality of conductors (122), the magnet layer (130) consisting of a re-magnetic material is installed in the rotor 120 (excitation) to magnetize the magnet layer 130 And an exiting pole 140.

본 발명에 따른 극변환식 동기전동기(100)는 이너 로터(inner rotor) 방식뿐만 아니라 아웃터 로터(outer rotor) 방식으로 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 이너 로터 방식을 예를 들어 설명하기로 하겠다.The pole-type synchronous motor 100 according to the present invention may be configured not only as an inner rotor type but also as an outer rotor type. In this embodiment, the inner rotor type will be described as an example.

여기서 스테이터(110)는 내주면을 따라 투스(111)가 다수로 배열되도록 마련되되, 이들 투스(111)들이 등간격으로 배치되며, 그리고 각 투스(111)들에는 모터코일(112)이 권선된다.Here, the stator 110 is provided such that a plurality of teeth 111 are arranged along the inner circumferential surface, these teeth 111 are arranged at equal intervals, and the motor coil 112 is wound around each tooth 111.

나아가, 투스(111)들 중 어느 투스(111a, 111b)의 사이에는 인접하여 마그넷 레이어(130)와 마주 보도록 여자코일(141)이 권선되어 마그넷 레이어(130)의 자화를 실시하는 익사이팅 폴(140)이 마련된다.Furthermore, the excitation pole 140 which magnetizes the magnet layer 130 by winding the excitation coil 141 so as to face the magnet layer 130 adjacent to each other between the teeth 111a and 111b of the teeth 111. ) Is provided.

특히, 바람직하게 익사이팅 폴(140)이 중앙에 마련되어 근접하는 투스(111a, 111b)들도 기타 투스(111)등과 같이 스테이터(110)의 내주면에서 등간격으로 배치된다.Particularly, the teeth 111a and 111b, which are preferably provided in the center and are adjacent to each other, are also disposed at equal intervals on the inner circumferential surface of the stator 110 like the other teeth 111.

그리고 스테이터(110)의 내측에 로터(120)가 설치된다.And the rotor 120 is installed inside the stator 110.

로터(120)는 중심에 형성되는 샤프트홀(121)에 샤프트(미도시)가 고정되고, 샤프트(미도시)가 하우징이나 쉘 등의 케이스에 베어링을 매개로 결합됨으로써 스테이터(110)로부터 회전 가능하도록 설치되며, 샤프트홀(121)의 주위로 가장자리를 따라 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등과 같은 도체(122)가 다수로 삽입되며, 외주면에 마그넷 레이어(130)가 설치된다.The rotor 120 is fixed to a shaft (not shown) in the shaft hole 121 formed at the center thereof, and the shaft (not shown) is rotatable from the stator 110 by being coupled to a case such as a housing or a shell through a bearing. A plurality of conductors such as aluminum (Al), copper (Cu), or the like are inserted into the circumference of the shaft hole 121, and a magnet layer 130 is installed on an outer circumferential surface thereof.

마그넷 레이어(130)는 일체화된 링 형상을 이루거나 다수의 파트에 의해 링형상을 이루고, 접착 방식, 억지 끼움 방식 또는 별도 결합부재의 사용에 의해 로터(120)의 외주면에 투스(111)와 공극을 가지도록 설치되고, 재자화가 가능한 자성체로 이루어지는데, 경질 자성체는 물론 연질 자성체로도 이루어질 수 있다.The magnet layer 130 forms an integrated ring shape or a ring shape by a plurality of parts, and the tooth 111 and the air gap on the outer circumferential surface of the rotor 120 by an adhesive method, an interference fit method, or a separate coupling member. It is installed to have a magnetic material capable of remagnetization, and may be made of a hard magnetic material as well as a soft magnetic material.

이와 같은 구조로 이루어진 극변환식 동기전동기의 동작은 다음과 같이 이루어진다.The operation of the pole conversion synchronous motor having such a structure is performed as follows.

다시 도 2를 참고하면, 종래에 익사이팅 폴을 중앙에 설치하기 위하여 근접하는 양측의 투스의 이격 간격이 기타 투스들과 차이가 나는 불규칙한 투스의 배치로 인하여 모터의 토오크가 불규칙하고, 소음이 발생하는 문제점을 해소하고자, 본원 발명에서는 투스(111)중 특히 익사이팅 폴(140)과 이웃하여 근접하는 투스(111a, 111b)의 간격도 기타 투스(111)들의 간격과 동일한 등간격을 유지하도록 배치하였다. Referring to FIG. 2 again, the torque of the motor is irregular and noise is generated due to the arrangement of an irregular tooth in which a distance between two teeth adjacent to each other in order to install an exciting pole in the center is different from other teeth. In order to solve the problem, in the present invention, the spacing of the teeth 111a and 111b adjacent to and adjacent to the exciting pawl 140 among the teeth 111 is also arranged to maintain the same spacing as the spacing of the other teeth 111.

이는 투스(111)의 간격 균일하를 통해 회전의 균일화로 이어져 모터의 회전 특성 향상을 가져오며, 모터의 소형화기기에 적용이 가능하게 된다.This leads to the uniformity of rotation through the uniform spacing of the tooth 111, thereby improving the rotation characteristics of the motor, and can be applied to the miniaturization device of the motor.

따라서 극변환식 동기전동기(100)의 구동은, 등간격으로 배치된 투스(111)들에 권선된 모터코일(112)에 전원을 인가하여 회전 자속을 발생시킴으로써 스테이터(110)측에 발생하는 1차 유기전압과, 이로 인해 로터(120)의 도체(122)로부터 발생되는 2차 유기전압의 상호작용에 의하여 발생되는 스타트 토오크에 의해 로터(120)는 회전하며, 이 때, 마그넷 레이어(130)가 감자 내지 탈자된 상태로 인해 초기 기동시 마그넷 레이어(130)에 의한 부토오크가 발생하지 않게 됨으로써 초기 기동 성능의 저하를 방지할 수 있다. Therefore, the driving of the pole conversion type synchronous motor 100 generates a rotating magnetic flux by applying power to the motor coils 112 wound on the teeth 111 arranged at equal intervals, thereby generating the primary magnetic flux generated on the stator 110. The rotor 120 is rotated by the start torque generated by the interaction of the induced voltage and the secondary induced voltage generated from the conductor 122 of the rotor 120, whereby the magnet layer 130 is rotated. Due to the potato or demagnetized state, since no torque is generated by the magnet layer 130 during initial startup, it is possible to prevent a decrease in initial startup performance.

로터(120)가 회전하여 일정한 회전 속도, 예컨대 동기속도의 75%∼80%에 도달하게 되면 여자코일(141)에 미리 프로그램된 파형의 펄스들을 발생시키기 위한 교류 전원을 인가함으로써 스테이터(110)의 익사이팅 폴(140)에 의해 마그넷 레이어(130)에 자극을 형성시키며, 이로 인해 마그넷 레이어(130)에서 발생되는 자속과 스테이터(110)에서 발생되는 자속이 동기화되어 로터(120)의 회전속도가 동기 속도에 도달하게 된다. 로터(120)가 동기속도에 도달하면, 여자코일(141)로 인가되는 교류전원을 차단하고, 마그넷 레이어(130)는 자화된 상태를 유지하게 됨으로써 계속적인 구동토오크를 발생시킨다.When the rotor 120 rotates to reach a constant rotational speed, for example, 75% to 80% of the synchronous speed, the excitation coil 141 is applied with an AC power source for generating pulses of a pre-programmed waveform. The excitation pole 140 forms a magnetic pole in the magnet layer 130, which causes the magnetic flux generated in the magnet layer 130 and the magnetic flux generated in the stator 110 to be synchronized, thereby synchronizing the rotational speed of the rotor 120. Speed is reached. When the rotor 120 reaches the synchronous speed, the AC power applied to the excitation coil 141 is cut off, and the magnet layer 130 maintains the magnetized state, thereby generating continuous driving torque.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 극변환식 동기전동기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이 하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. What has been described above is just one embodiment for implementing a pole conversion synchronous motor according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and as claimed in the following claims, the gist of the present invention Without departing from the technical spirit of the present invention to the extent that any person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains various modifications can be made.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 극변환식 동기전동기는, 투스의 배치를 등간격으로 구현하면서도 익사이팅 폴이 마련됨으로써 토오크 리플 및 소음 저감을 가져오며, 이로 인해 소형화 기기에 적합한 효과를 가지고 있다. As described above, the pole converting synchronous motor according to the present invention, while implementing the arrangement of the tooth at equal intervals is provided with an exciting pole, thereby reducing the torque ripple and noise, thereby having a suitable effect for miniaturized equipment.

Claims

Tooth arranged in a plurality along the inner circumference is arranged at equal intervals, each tooth is a stator winding motor coil,

A rotor installed to rotate from the stator and having a plurality of conductors installed therein;

A magnet layer installed in the rotor to have a gap with the tooth and made of a magnetic material capable of remagnetization;

Exciting poles are provided to face the magnet layer adjacent to each other between the teeth of the stator, the excitation coil is wound,

Polar conversion synchronous motor comprising a.

The method of claim 1,

And the tooth that the exciting pole is provided at the center thereof is also arranged at equal intervals on the inner circumferential surface of the stator like the other tooth.