KR20080018380A - Pole change type synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
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 발명에 따른 극변환식 동기전동기를 도시한 평단면도이고,Figure 2 is a plan sectional view showing a pole conversion synchronous motor according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 극변환식 동기전동기의 요부를 도시한 분해사시도이고,Figure 3 is an exploded perspective view showing the main part of the pole conversion synchronous motor according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 극변환식 동기전동기의 요부를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing main parts of a pole conversion synchronous motor according to 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
123 : 상부결합홈 124 : 하부결합홈123: upper coupling groove 124: lower coupling groove
130 : 마그넷 레이어 131 : 외부 마그넷 레이어130: magnet layer 131: outer magnet layer
132 : 내부 마그넷 레이어 132a : 상부 마그넷 링132:
132b : 하부 마그넷 링 140 : 익사이팅 폴132b: Lower magnet ring 140: Exciting pole
141 : 여자코일 141: Coil for Women
본 발명은 극변환식 동기전동기에 관한 것으로서, 여자코일의 양을 줄이더라도 마그넷 레이어의 자속이 증대되는 극변환식 동기전동기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pole conversion synchronous motor, wherein the magnetic flux of a magnet layer is increased even if the amount of excitation coil is reduced.
일반적으로, 모터라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용되는데, 크게 직류전동기와 교류전동기로 나뉘어진다.In general, a motor is a device that obtains rotational force 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 초 기 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 the initial startup, and has a disadvantage of degrading the performance of the initial startup.To overcome this disadvantage, the WPM (Written Pole Motor) is called. Extremely convertible synchronous motors have been developed.
종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 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
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
로터(12)가 동기속도에 도달하면, 여자코일(14a)로 인가되는 교류전원을 차단시키고, 마그넷 레이어(13)는 구동토오크 발생을 위한 자화상태를 유지하게 된다.When the
그러나, 이와 같은 종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기(10)는 구동에 필요한 토오크의 발생을 위해 마그넷 레이어(13)를 일정 크기 이상으로 착자시키기 위하여 익사이팅 폴(14)의 외주면에 권선되는 여자코일(14a)의 양이 증가하게 되며, 이로 인해 투스(11b)사이의 많은 공간을 차지하게 되고, 투스(11b)의 동일 간격의 배열을 해치게 되어 로터(12)의 균일한 회전에 나쁜 영향을 미치는 문제점을 가지고 있었다.However, the pole-converted
그러므로, 여자코일(14a)의 양을 줄임으로써 익사이팅 폴(14)이 위치하는 투스(11b)사이가 간격을 최소화하면서도 마그넷 레이어(13)가 원하는 크기 이상으로 착자됨으로써 구동 토오크의 증가를 통한 고출력 및 고효율을 구현할 수 있는 극변환식 동기전동기(10)의 개발이 필요하게 되었다.Therefore, by reducing the amount of the
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 여자코일의 양을 줄이더라도 마그넷 레이어의 자속이 증대됨으로써 익사이팅 폴이 위치하는 공간을 최소화하여 투스들간의 간격을 균일하도록 하는데 기여하고, 이로 인한 모터의 회전 특성을 향상시키며, 구동 토오크의 증가를 통한 고출력 및 고효율을 구현하는 극변환식 동기전동기를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention is to increase the magnetic flux of the magnet layer even if the amount of the excitation coil is increased to minimize the space where the exciting pole is located to make the spacing between the teeth uniform. It contributes to improve the rotational characteristics of the motor, thereby providing a pole conversion synchronous motor that realizes high power and high efficiency through increased driving torque.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 극변환식 동기전동기에 있어서, 다수로 배열되는 투스에 모터코일이 권선되는 스테이터와, 스테이터로부터 회전하도록 설치되며, 외주면에 인접하여 가장자리를 따라 다수의 도체가 설치되는 로터와, 로터의 외주면에 투스와 공극을 가지도록 설치되는 외부 마그넷 레이어와 로터에서 도체들 내측으로 설치되는 내부 마그넷 레이어로 이루어지며, 재자화가 가능한 자성체로 이루어지는 마그넷 레이어와, 스테이터의 투스 사이에 마그넷 레이어를 향하도록 마련되고, 여자 코일이 권선되며, 마그넷 레이어에 극을 교대로 배열시키기 위한 자화를 실시하는 익사이팅 폴을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a stator in which a motor coil is wound around a plurality of teeth arranged in a pole-converted synchronous motor, and is provided to rotate from the stator. It consists of a rotor to be installed, an outer magnet layer installed to have a tooth and a void on the outer circumferential surface of the rotor, and an inner magnet layer installed inside the conductors in the rotor, and a magnet layer made of a magnetic material that can be remagnetized, and a tooth of the stator. It is characterized in that it comprises an exciting pole which is provided to face the magnet layer, the excitation coil is wound, and performs magnetization for alternately arranging the poles in the magnet layer.
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.
도 2는 본 발명에 따른 극변환식 동기전동기를 도시한 평단면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 극변환식 동기전동기의 요부를 도시한 분해사시도 및 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 극변환식 동기전동기(100)는 다수의 투스(111)에 모터코일(112)이 권선되는 스테이터(stator; 110)와, 스테이터(110)로부터 회전하도록 설치됨과 아울러 다수의 도체(122)가 외주면에 인접하도록 설치되는 로터(rotor; 120)와, 로터(120)의 외주면에 설치되는 외부 마그넷 레이어(131)와 로터(120)에서 도체(122)의 내측으로 설치되는 내부 마그넷 레이어(132)로 이루 어짐과 아울러 재자화 가능한 자성체로 이루어지는 마그넷 레이어(magnet layer; 130)와, 스테이터(110)의 투스(111)사이에 마련되어 마그넷 레이어(130)를 자화시키는 익사이팅 폴(exciting pole; 140)을 포함한다.2 is a cross-sectional plan view showing a pole conversion synchronous motor according to the present invention, Figures 3 and 4 is an exploded perspective view and a cross-sectional view showing the main part of the pole conversion synchronous motor according to the present invention. As shown, the pole-type
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
스테이터(110)는 내주면을 따라 투스(111)가 다수로 배열되도록 마련되고, 투스(111) 각각에 모터코일(112)이 권선되며, 내측에 로터(120)가 설치된다.The
로터(120)는 중심에 형성되는 샤프트홀(121)에 샤프트(미도시)가 고정되고, 샤프트(미도시)가 하우징이나 쉘 등의 케이스에 베어링을 매개로 결합됨으로써 투스(111)와 공극을 가지고서 스테이터(110)로부터 회전 가능하도록 설치되며, 외주면에 인접하도록 가장자리를 따라 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등과 같은 도체(122)가 다수로 삽입 설치된다.The
마그넷 레이어(130)는 재자화가 가능한 자성체로 이루어지는데, 경질 자성체는 물론 연질 자성체로도 이루어질 수 있고, 로터(120)에 도체(122)를 사이에 두고 각각 설치되는 외부 마그넷 레이어(131)와 내부 마그넷 레이어(132)로 이루어진다.The
외부 마그넷 레이어(131)는 로터(120)의 외주면에 압입되거나 다수의 파트로 분할되어 접착에 의해 설치될 수 있다.The
내부 마그넷 레이어(132)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 로터(120)에서 도체(122)들의 내측으로 가장자리를 따라 설치되며, 로터(120)에 설치를 용이하 게 하기 위하여 로터(120)의 상측과 하측으로부터 각각 삽입 장착되는 상부 및 하부 마그넷 링(132a,132b)으로 이루어진다.The
로터(120)는 상부 및 하부 마그넷 링(132a,132b)이 각각 장착되도록 상하로 상부 및 하부결합홈(123,124)이 각각 형성된다.The
로터(120)는 내부 마그넷 레이어(132)가 투스(111)측에 최대한 가깝도록 하는데 유리하도록 함과 아울러 도체(122)가 투스(111)를 향하는 면적을 증가시키는데 유리하도록 도체(122)는 슬림화가 가능한 직사각형 형상으로 형성된다. The
익사이팅 폴(140)은 스테이터(110)의 투스(111)사이에 마그넷 레이어(130)를 향하도록 마련되고, 외주면에 여자코일(141)이 권선되며, 마그넷 레이어(130)에 극을 교대로 배열시키기 위한 자화를 실시하며, 마그넷 레이어(130)의 자화를 위하여 여자코일(141)에 폭, 상 및 진폭 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 변하도록 하는 프로그램된 파형의 교류가 공급됨으로써 마그넷 레이어(130)를 원하는 수만큼의 극이 교대로 배열되도록 자화시킨다.The
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.
본 발명에 따른 극변환식 동기전동기(100)의 구동을 위하여 투스(111)에 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. The primary induced voltage generated on the
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 익사이팅 폴(140)에 의해 마그넷 레이어(130)에 정해진 수의 N극과 S극이 원주방향을 따라 교대로 배열되도록 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
한편, 익사이팅 폴(140)에 의해 마그넷 레이어(130)가 자화시 외부 마그넷 레이어(131)와 함께 내부 마그넷 레이어(132)도 함께 자화되며, 이로 인해 마그넷 레이어(131)의 자속량이 증가되어 마그넷 레이어(132)의 착자 효율을 높임으로써 여자코일(141)의 양을 줄일 수 있게 된다. Meanwhile, when the
그러므로, 여자코일(141)의 양을 줄이게 되더라도 마그넷 레이어(130)가 외부 및 내부 마그넷 레이어(131,132)의 이중 레이어로 이루어져서 착자에 의한 자속이 증대됨으로써 익사이팅 폴(140)이 위치하는 공간을 최소화하여 투스(111)들간의 간격을 균일하도록 하는데 기여하고, 이로 인한 모터의 회전 특성을 향상시키며, 구동 토오크의 증가를 통한 고출력 및 고효율을 구현할 수 있도록 한다.Therefore, even if the amount of the
또한, 내부 마그넷 레이어(132)는 상하로 분할된 상부 및 하부 마그넷 링(132a,132b)이 로터(120)의 상부 및 하부결합홈(123,124)에 각각 삽입되어 고정됨으로써 상부 및 하부 마그넷 링(132a,132b)에 설치를 위한 무리한 힘을 가할 필요가 없을 뿐만 아니라 과도한 팽창을 피하게 됨으로써 내부 마그넷 레이어(132)의 조립시 발생되는 손상을 방지한다. In addition, the
또한, 도체(122)가 슬림화에 유리한 직사각형 형상을 가짐으로써 도체(122) 및 내부 마그넷 레이어(132)를 투스(111)에 가깝게 위치할 수 있도록 하여 고출력 및 고효율을 구현할 수 있다.In addition, since the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 극변환식 동기전동기는 여자코일의 양을 줄이더라도 마그넷 레이어의 자속이 증대됨으로써 익사이팅 폴이 위치하는 공간을 최소화하여 투스들간의 간격을 균일하도록 하는데 기여하고, 이로 인한 모터의 회전 특성을 향상시키며, 구동 토오크의 증가를 통한 고출력 및 고효율을 구현하는 효과를 가진다.As described above, the polarized synchronous motor according to the present invention contributes to the uniformity between the teeth by minimizing the space where the exciting pole is located by increasing the magnetic flux of the magnet layer even though the amount of the excitation coil is reduced. It improves the rotational characteristics of the motor, and has the effect of realizing high power and high efficiency by increasing driving torque.
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