KR20080081540A

KR20080081540A - 자기 착자 모터

Info

Publication number: KR20080081540A
Application number: KR1020070021664A
Authority: KR
Inventors: 이성호; 최재학; 박진수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2008-09-10
Also published as: US20080218025A1; WO2008108519A1; KR101228454B1; US7659650B2

Abstract

본 발명은 자기 착자 모터에 관한 것으로서, 스테이터와 소정의 공극을 두고 배치되는 코어와, 코어의 외주로부터 공극보다 큰 이격 거리를 가지도록 상기 코어에 삽입되는 복수의 도체바를 구비한 로터부와, 로터부의 외면에 착자 가능하게 형성되는 자석부를 구비한 로터를 구비하도록 함으로써, 자석부의 착자 수준을 높일 수 있어 기동 특성 및 성능을 제고시킬 수 있다.

Description

자기 착자 모터{SELF MAGNETIZING MOTOR}

도 1은 종래의 자기 착자 모터의 평단면도,

도 2는 도 1의 요부확대도,

도 3은 도 1의 로터의 사시도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 착자 모터의 평단면도,

도 5는 도 4의 로터코어의 확대도,

도 6은 도 5의 리브의 두께 변화에 따른 기동전압 및 효율의 변화를 도시한 도면,

도 7은 도 5의 리브의 두께 변화에 따른 주권선 및 보조권선의 기전력의 변화를 도시한 도면,

도 8은 도 4의 도체바의 개수 변화에 따른 기동전압 및 효율의 변화를 도시한 도면,

도 9는 도 4의 도체바의 단면적의 변화에 따른 기동전압 및 효율의 변화를 도시한 도면,

도 10은 도 4의 로터의 자석부의 분리사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 스테이터 111 : 스테이터코어

121 : 스테이터코일 135 : 착자부

137 : 착자폴 139 : 착자코일

140 : 로터 141 : 로터부

143 : 로터코어 145 : 외주

146 : 리브 147 : 삽입공

151 : 도체바 153 : 엔드링

160 : 자석부 162a~162c : 세그먼트

본 발명은, 자기 착자 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 기동 및 성능을 제고시킬 수 있도록 한 자기 착자 모터에 관한 것이다.

도 1은 종래의 자기 착자 모터의 평단면도이고, 도 2는 도 1의 요부확대도이며, 도 3은 도 1의 로터의 사시도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 자기 착자 모터는, 스테이터(10)와, 상기 스테이터(10)에 대해 회전가능하게 배치되는 로터(40)를 구비한다.

상기 로터(40)는, 유도기 로터부(41)와, 상기 유도기 로터부(41)의 외경면에 착자(magnetization) 가능하게 영구자석물질로 형성되는 자석부(51)를 구비한다. 상기 유도기 로터부(41)는, 회전축(42)에 결합되는 로터코어(43)와, 상기 로터코어(43)의 원주방향을 따라 배치되는 복수의 도체바(45)를 구비하고 있다. 상기 로 터코어(43)의 중앙에는 상기 회전축(42)이 수용될 수 있도록 축공(44)이 형성되어 있으며, 상기 로터코어(43)의 양 단에는 상기 도체바(45)가 서로 전기적으로 연결되도록 상기 도체바(45)와 일체로 엔드링(47)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 도체바(45)는 누설자속을 저감시킬 수 있도록 상기 로터코어(43)의 외주에 근접되게(예를 들면, 상기 로터코어(43)의 외주 사이의 두께가 0.3㎜이하) 배치되어 있다.

상기 스테이터(10)는, 복수의 티스부(13) 및 슬롯(14)을 구비한 스테이터코어(11)와, 상기 스테이터코어(11)에 권선되는 스테이터코일(미도시)을 구비한다. 상기 스테이터코어(11)에는 상기 자석부(51)를 착자할 수 있도록 착자부(31)가 형성되어 있다. 상기 착자부(31)는 상기 스테이터코어(11)에 형성되는 착자폴(33)과, 상기 착자폴(33)에 권선되는 착자코일(35)을 구비하고 있다.

이러한 구성에 의하여, 상기 스테이터코일에 전원이 인가되면 회전 자계가 형성되고, 이에 의해 상기 유도기 로터부(41)에는 유도 전류가 흐르게 되어 상기 회전 자계와 상호 작용하면서 상기 유도기 로터부(41)가 회전하게 된다. 상기 유도기 로터부(41)가 일정 속도에 도달하면 상기 착자부(31)에 의해 착자된 상기 자석부(51)에 의해 상기 로터(40)는 동기 속도로 회전된다.

그런데, 이러한 종래의 자기 착자 모터에 있어서는, 1개의 착자폴(33)을 이용하여 상기 자석부(51) 전체를 착자하도록 되어 있어, 상기 자석부(51)의 착자 시 상대적으로 큰 전류가 소요되는 데, 상용 전원을 입력 전원으로 하는 경우, 착자 시 소요되는 전류에 비해 전류의 제한이 발생되어 상기 자석부(51)의 착자 수준을 충분히 확보할 수 없게 되어 기동특성이 저하될 뿐만 아니라 모터의 효율이 저하된 다고 하는 문제점이 있다. 특히, 상용 전원을 입력 전원으로 하는 냉장고용 압축기 모터로 이용되는 경우, 기동 시 초기 부하가 크기 때문에 기동 불량이 발생된다고 하는 문제점이 있다.

또한, 상기 자석부(51)는 누설자속을 방지하기 위해 상기 로터코어(43)의 외주측에 아주 근접되게 배치하도록 되어 있어 상기 자석부(51)의 착자 수준을 높이는 데에는 한계가 있다고 하는 문제점이 있다.

또한, 상기 자석부(51)는 단일의 원통체로 구성하거나, 상기 로터코어(43)의 외면에 도포 형식으로 층(layer)을 형성하는 방법으로 형성하도록 되어 있어, 상기 자석부(51)의 자석밀도(magnetic density)를 높이는 데 한계가 있다고 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은, 기동 및 성능을 제고시킬 수 있는 자기 착자 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 상용 전원에서 충분한 착자 수준을 확보할 수 있는 자기 착자 모터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 스테이터와; 상기 스테이터와 소정의 공극을 두고 배치되는 로터코어와, 상기 로터코어의 외주로부터 상기 공극보다 큰 이격 거리를 가지도록 상기 코어에 삽입되는 복수의 도체바를 구비한 로터부와, 상기 로터부의 외면에 착자 가능하게 형성되는 자석부를 구비한 로 터를 포함하는 자기 착자 모터를 제공한다.

여기서, 상기 자석부는 복수 개로 형성되어 축선 방향을 따라 결합되게 구성하는 것이 바람직하다.

상기 자석부는 네오디뮴(Nd) 본드 자석으로 구성하는 것이 효과적이다.

상기 도체바의 이격 거리는 상기 공극의 2 내지 5배로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 도체바는 반경방향으로 더 긴 길이를 가지는 단면 형상으로 형성되는 것이 효과적이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 착자 모터의 평단면도이고, 도 5는 도 4의 로터코어의 확대도이며, 도 6은 도 5의 리브의 두께 변화에 따른 기동전압 및 효율의 변화를 도시한 도면이고, 도 7은 도 5의 리브의 두께 변화에 따른 주권선 및 보조권선의 기전력의 변화를 도시한 도면이며, 도 8은 도 4의 도체바의 개수 변화에 따른 기동전압 및 효율의 변화를 도시한 도면이고, 도 9는 도 4의 도체바의 단면적의 변화에 따른 기동전압 및 효율의 변화를 도시한 도면이며, 도 10은 도 4의 로터의 자석부의 분리사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 자기 착자 모터는, 스테이터(110)와; 상기 스테이터(110)와 소정의 공극(air gap)을 두고 배치되는 로터코어(143)와, 상기 로터코어(143)의 외주(145)로부터 상기 공극보다 큰 이격 거리를 가지도록 상기 로터코어(143)에 삽입되는 복수의 도체바(151)를 구비한 로터부(141)와, 상기 로터부(141)의 외면에 착자 가능하게 형성되는 자석 부(160)를 구비한 로터(140)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 스테이터(110)는, 스테이터코어(111)와, 상기 스테이터코어(111)에 권선되는 스테이터코일(121)을 구비하고 있다. 상기 스테이터코어(111)에는 상기 로터(140)가 내부에 소정의 공극(air gap)을 두고 수용되어 있으며, 상기 스테이터코어(111)의 내경측에는 복수의 티스부(112) 및 슬롯(114)이 상호 교호적으로 형성되어 있다. 상기 스테이터코어(111)의 일 측에는 상기 자석부(160)를 착자할 수 있도록 착자부(135)가 형성되어 있다.

상기 착자부(135)는, 상기 티스부(112)의 사이에 상기 자석부(160)를 향해 돌출되게 형성되는 착자폴(137)과, 상기 착자폴(137)에 권선되는 착자코일(139)을 가진다.

상기 로터(140)는, 회전축(42)을 구비한 로터부(141)와, 상기 로터부(141)의 표면에 착자 가능하게 형성되는 자석부(160)를 구비하고 있다. 상기 로터부(141)는, 중앙에 상기 회전축(142)이 수용 결합될 수 있도록 축공(144)이 형성되어 있는 로터코어(143)와, 상기 로터코어(143)의 외주(145)와 판면방향을 따라 소정 거리 이격되어 형성되고 원주방향을 따라 이격 배치되는 복수의 도체바(151)를 구비하고 있다. 상기 로터코어(143)의 양 단부에는 상기 도체바(151)와 일체로 엔드링(153)이 각각 형성되어 있다.

한편, 상기 로터코어(143)에는 상기 도체바(151)가 내부에 삽입/형성될 수 있도록 삽입공(147)이 형성되어 있으며, 상기 삽입공(147)과 상기 로터코어(143)의 외주(145) 사이에는 소정 두께(t)로 리브(rib)(146)가 형성되어 있다. 여기서, 상 기 리브(146)의 두께(t)는 상기 공극(air gap) 보다 큰 길이, 즉 상기 공극 길이의 2배 내지 5배 길이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 공극이 0.3㎜ 인 경우, 상기 리브(146)의 두께(t)는 0.6㎜ 내지 1.5㎜로 형성된다. 이는 상기 자석부(160)의 착자 수준을 높임과 아울러 모터의 기동 특성 및 성능을 향상시키기 위함이다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 상기 리브(146)의 두께(t)의 변화에 따른 모터의 효율 및 기동 전압(starting voltage)의 변화와 상기 스테이터코일(121)의 기전력(EMF: electromotive force)의 변화에 대해 각각 설명한다.

상기 리브(146)의 두께의 변화에 따른 모터의 효율 및 기동전압은, 도 6에 도시된 바와 같이, 효율은 곡선 L1을 따라 변화하며, 기동전압은 곡선 L2를 따라 변화된다. 상기 리브(146)의 두께가 상기 공극(0.3㎜)의 3배(0.9㎜) 내지 4배(1.2㎜)인 경우, 기동전압이 크게 감소되고 효율이 매우 상승되는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 리브(146)의 두께의 변화에 따른 상기 스테이터코일(121)의 기전력(EMF)의 변화를 도 7을 참조하여 살펴 보면 다음과 같다. 상기 스테이터코일(121)은 메인코일 및 서브코일로 구성되어 있으며, 곡선 L3는 메인코일의 기전력을 변화를 도시한 곡선이고, 곡선 L4는 서브코일의 기전력을 변화를 도시한 곡선이다. 상기 스테이터코일(121)의 기전력(EMF)은 상기 리브(146)의 두께(t)가 증가하면 점진적으로 상승함을 알 수 있다.

한편, 상기 도체바(151)는 반경방향을 따른 폭이 원주방향을 따른 폭보다 크도록 내측을 향해 긴 길이를 가지는 타원 단면 형상을 가지도록 형성되어 있다. 이 는 상기 도체바(151)가 상기 로터코어(143)의 외주(145)로부터 상기 공극에 비해 큰 이격 거리를 가지고 내측으로 이동 배치되어 누설 자속 등에 기인한 기동 특성이 저하되는 것을 보상하기 위함이다. 상기 도체바(151)는 상기 스테이터(110)의 슬롯(114)이 24개인 경우, 24개 내지 30개로 구성되며, 상기 각 도체바(151)의 단면적은 20㎟ 내지 25㎟로 구성하는 것이 인덕션 토크(induction torque) 확보에 있어 바람직하다.

상기 도체바(151)의 개수 변화 및 단면적의 변화에 따른 모터의 기동전압 및 효율 변화를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 8에 도시된 바와 같이, 모터의 효율(L5)은 상기 도체바(151)의 개수가 증가하여도 크게 감소하지 아니하는 반면, 기동전압(L6)은 점진적으로 하강하여 상대적으로 낮은 기동전압에서도 기동이 가능함을 알 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 도체바(151)의 단면적이 증가하면 모터의 효율(L7)은 약간 감소하지만 기동전압(L8)이 상대적으로 크게 감소하여 낮은 전압에서도 기동이 용이하게 된다.

한편, 상기 자석부(160)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 로터코어(143)의 높이에 비해 축소된 크기를 가지고 축선방향을 따라 결합되는 복수의 세그먼트(162a~162c)로 구성되어 있다. 이는 자석부(160)의 영구자석물질의 밀도(density)를 증가시켜 잔류자속밀도를 제고시키기 위함이다. 상기 각 세그먼트(162a~162c)는 네오디뮴 본드 자석(Nd bonded magnet)을 이용하여 3개 내지 5개로 구성하는 것이 바람직하다. 이는 상기 자석부(160)의 착/탈 자(magnetization/demagnetization) 가 용이하도록 하기 위함이다.

이러한 구성에 의하여, 상기 스테이터코일(121)에 전원이 인가되면 상기 스테이터코일(121)에 의해 회전자계가 형성되고, 상기 도체바(151)에는 유도전류가 흐르게 된다. 이에 의해 상기 로터(140)가 회전된다. 상기 로터(140)가 소정 속도에 도달하면 상기 착자부(135)에 의해 상기 자석부(160)의 착자가 이루어진다. 상기 로터(140)가 동기 속도로 회전하면 상기 도체바(151)에는 유도 전류가 흐르지 아니하게 되어 동기 모터로 동작하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 로터코어의 외주로부터 공극보다 큰 이격 거리를 가지도록 상기 로터코어에 복수의 도체바를 삽입하고, 상기 로터코어의 외주에는 착자 가능하게 영구자석물질로 자석부를 형성함으로써, 상기 자석부의 착자 수준을 높일 수 있어 기동 특성 및 성능을 제고시킬 수 있는 자기 착자 모터가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 자기 착자 모터는, 기동 전압을 낮출 수 있고 성능을 제고시킬 수 있어 착자 시 큰 전류가 소요되어 상용 전원을 입력 전원으로 하는 경우, 전류의 제한이 발생되어 자석부의 착자 수준을 충분히 확보할 수 없던 종래와는 달리, 상용 전원에서 자석부의 착자 수준을 충분히 확보할 수 있으며 상대적으로 낮은 전압에서 기동이 가능하여 기동 특성이 우수하며 성능이 제고되는 효과가 제공된다.

Claims

스테이터와;

상기 스테이터와 소정의 공극을 두고 배치되는 로터코어와, 상기 로터코어의 외주로부터 상기 공극보다 큰 이격 거리를 가지도록 상기 로터코어에 삽입되는 복수의 도체바를 구비한 로터부와, 상기 로터부의 외면에 착자 가능하게 형성되는 자석부를 구비한 로터를 포함하는 자기 착자 모터.
제1항에 있어서,

상기 자석부는 복수 개로 형성되어 축선 방향을 따라 결합되는 것을 특징으로 하는 자기 착자 모터.
제1항에 있어서,

상기 자석부는 네오디뮴(Nd) 본드 자석인 것을 특징으로 하는 자기 착자 모터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 도체바의 이격 거리는 상기 공극의 2 내지 5배인 것을 특징으로 하는 자기 착자 모터.
제4항에 있어서,

상기 도체바는 반경방향으로 더 긴 길이를 가지는 단면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 착자 모터.