KR20100069792A

KR20100069792A - 동기모터의 회전자

Info

Publication number: KR20100069792A
Application number: KR1020080128319A
Authority: KR
Inventors: 박채호; 이형철; 성춘모; 안상용
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-06-25
Also published as: US20100148614A1; CN101752921A

Abstract

본 발명은 동기모터의 회전자에 관한 것으로서, 중심부에는 샤프트홀, 외곽부에는 원주방향을 따라 배치된 복수의 유도전도체슬롯, 상기 샤프트홀 및 상기 유도전도체슬롯 사이에는 복수의 마그네트슬롯이 각각 형성되어 있는 메인코어와; 상기 유도전도체슬롯 각각에 결합되는 유도전도체와; 서로 다른 극성을 갖는 하나 이상의 제1영구자석 및 제2영구자석을 가지며, 상기 샤프트홀을 중심으로 상기 제1영구자석 및 제2영구자석이 상기 마그네트슬롯에 각각 대향하며 결합되는 제1영구자석부 및 제2영구자석부와; 상기 제1영구자석부 및 제2영구자석부 사이에 형성되어, 자속의 손실을 차단하는 자속손실방지부를 포함하며, 상기 유도전도체슬롯의 간격은 상기 각 영구자석부의 중심으로부터 상기 자속손실방지부를 향할수록 작아지는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 구동시 토크 리플의 발생을 억제하여 진동 및 소음 발생을 줄일 수 있다.

Description

동기모터의 회전자{ROTOR FOR SYNCHRONOUS MOTOR}

본 발명은 동기모터의 회전자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유도전도체슬롯의 배치 구조를 개선한 동기모터의 회전자에 관한 것이다.

모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전력을 얻는 장치이다.

모터는 크게 교류모터와 직류모터로 구분된다.

교류모터의 일종인 LSPM 동기모터(Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor)는 입력주파수에 동기된 안정적인 회전특성을 얻을 수 있고, 전원주파수를 가변함으로써, 모터의 회전수를 자유롭게 가변할 수 있는 특성을 가진다.

LSPM 동기모터는 고정자 내부에 권선된 코일에 전원이 인가되면, 고정자 내주면에 소정 간격의 공극을 두고 설치된 회전자가 회전하게 된다.

모터의 시동시에는 고정자측의 도체와 회전자에 인고트되어 있는 복수의 유도전도체 사이에 발생되는 자기적 작용에 의하여 회전자가 회전을 시작한다.

이후, 고정자가 만드는 자장의 회전속도인 동기속도에 회전자의 회전속도가 도달하면, 고정자 측의 1차도체와 회전자 측의 영구자석 사이에 생기는 자기적 작용에 의하여 회전자가 동기속도로 회전한다.

한편, 종래의 동기모터의 회전자는 복수의 유도전도체슬롯이 영구자석의 위치와 무관하게 일정하게 배치되므로, 동기모터의 구동시 토크 리플이 발생하여 진동 및 소음이 발생하고, 또한 영구자석에서 고정자 측으로 향하는 자속의 양이 감소하여 동기모터의 효율이 저하된다.

본 발명은, 구동시 토크 리플의 발생을 억제하여 진동 및 소음 발생을 줄일 수 있는 동기모터의 회전자를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은, 영구자석의 삽입 유효 면적을 증가시키고, 자속의 손실을 최소화하며 동기모터의 효율을 향상시킬 수 있는 동기모터의 회전자를 제공하는 것이다.

본 발명은, 동기모터의 회전자에 있어서, 중심부에는 샤프트홀, 외곽부에는 원주방향을 따라 배치된 복수의 유도전도체슬롯, 상기 샤프트홀 및 상기 유도전도체슬롯 사이에는 복수의 마그네트슬롯이 각각 형성되어 있는 메인코어와; 상기 유도전도체슬롯 각각에 결합되는 유도전도체와; 서로 다른 극성을 갖는 하나 이상의 제1영구자석 및 제2영구자석을 가지며, 상기 샤프트홀을 중심으로 상기 제1영구자석 및 제2영구자석이 상기 마그네트슬롯에 각각 대향하며 결합되는 제1영구자석부 및 제2영구자석부와; 상기 제1영구자석부 및 제2영구자석부 사이에 형성되어, 자속의 손실을 차단하는 자속손실방지부를 포함하며, 상기 유도전도체슬롯의 간격은 상기 각 영구자석부의 중심으로부터 상기 자속손실방지부를 향할수록 작아지는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 유도전도체슬롯은 상기 샤프트홀의 중심에 대해 타원을 이루며 상기 샤프트홀의 둘레를 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 마그네트슬롯은 상기 복수의 유도전도체슬롯이 배치되며 형성하는 타원의 둘레를 따라 배치됨으로써, 영구자석의 삽입 유효 면적을 증가시킬 뿐만 아니라 고정자에 전달되는 자력의 손실을 줄일 수 있게 된다.

상기 복수의 유도전도체슬롯이 배치되며 형성하는 타원은 상기 각 영구자석부의 중심에서 최대곡률반경을 가지며, 상기 각 영구자석부의 중심을 잇는 선과 수직을 이루는 선상에서 최소곡률반경을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 최대곡률반경은 메인코어 반경의 0.707∼0.861배의 크기를 가지며, 상기 최소곡률반경은 메인코어 반경의 0.631∼0.707배의 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 유도전도체슬롯의 단면적의 크기는 상기 각 영구자석부의 중심으로부터 상기 자속손실방지부를 향할수록 증가하는 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 상기 복수의 유도전도체슬롯은 동일한 단면형상 및 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기모터의 회전자가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동기모터의 회전자(10)는 메인코어(11)와, 유도전도체(21)와, 제1영구자석부(31) 및 제2영구자석부(35)와, 자속손실방지부(41)를 포함한다.

메인코어(11)는 복수의 박판이 적층된 원통형의 구조를 가지며, 메인코어(11)에는 샤프트홀(13)과, 복수의 유도전도체슬롯(15)과, 복수의 마그네트슬롯(17)이 형성되어 있다.

메인코어(11)의 중심부에는 샤프트홀(13)이 관통 형성되어 있으며, 샤프트홀(13)에는 메인코어(11)의 회전에 의해 연동되는 샤프트(미도시)가 결합된다.

메인코어(11)의 외곽부에는 원주방향을 따라 복수의 유도전도체슬롯(15)이 형성되어 있다. 복수의 유도전도체슬롯(15)은 샤프트홀(13)의 중심에 대해 타원을 이루며 샤프트홀(13)의 둘레를 따라 배치되어 있다. 복수의 유도전도체슬롯(15)이 배치되며 형성하는 타원은, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 영구자석부(31,35)의 중심에서 최대곡률반경(Ra)을 가지며, 각 영구자석부(31,35)의 중심을 잇는 선과 수직을 이루는 선상에서 최소곡률반경(Rb)을 가진다. 복수의 유도전도체슬롯(15)이 형성하는 타원의 최대곡률반경(Ra)은 메인코어 반경(R)의 0.707∼0.861배의 크기를 가지며, 최소곡률반경(Rb)은 메인코어 반경(R)의 0.631∼0.707배의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 복수의 유도전도체슬롯(15)의 간격은 각 영구자석부(31,35)의 중심으로부터 자속손실방지부(41)를 향할수록 일정 비율로 감소한다.

그리고, 복수의 유도전도체슬롯(15)은 각 영구자석부(31,35)의 중심으로부터 자속손실방지부(41)를 향할수록 단면형상이 바뀌면서 단면적이 증대하는, 즉 각 영구자석부(31,35)의 중심으로부터 자속손실방지부(41)를 향할수록 원형의 단면형상에서 타원형의 단면형상을 가진다. 여기서, 각 유도전도체슬롯(15)의 배치형태 및 설치개수는 동기모터의 특성에 의해 달라질 수 있다.

한편, 도 4에는 일 예로서, 회전자의 유도전도체슬롯(15)의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

제1영구자석부(31)의 중심으로부터 자속손실방지부(41)의 중심 사이에 7개의 슬롯이 있는 경우, 제1영구자석부(31)의 중심으로부터 첫 번째 유도전도체슬롯(15) 사이의 간격이 'A'라고 할 때, n번째의 유도전도체슬롯(15) 사이의 간격(S)은 아래의 [수식1]과 같이 나타낼 수 있다.

[수식1]

S = A·0.9^n-1

이에, 복수의 유도전도체슬롯(15)은 각 영구자석부(31,35)의 중심으로부터 자속손실방지부(41)를 향할수록 그 간격이 일정 비율로 감소하며 배치된다.

한편, 이러한 유도전도체슬롯(15)에는 유도전도체(21)가 결합되며, 유도전도체(21)는 고정자로부터 유도된 유도전류가 원활하게 흐르도록 한다. 유도전도체(21)의 재질은 비자성체이면서 도전성을 가진 여러 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있지만, 가공성 및 작업성 등이 우수한 알루미늄재질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

메인코어(11)의 샤프트홀(13) 및 각 유도전도체슬롯(15) 사이에는 복수의 마그네트슬롯(17)이 형성되어 있다. 복수의 마그네트슬롯(17)은 샤프트홀(13)을 중심으로 각각 대향되게 형성됨과 동시에, 각 영구자석부(31,35)의 중심에 대해 대칭을 이루며 형성되어 있다. 특히, 본 발명에 따른 복수의 마그네트슬롯(17)은 복수의 유도전도체슬롯(15)이 형성하는 타원의 둘레를 따라 배치되며, 이에 영구자석(33,37)의 삽입 유효 면적을 증가시키고 자속의 손실 최소화하며, 동기모터의 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 여기서, 각 마그네트슬롯(17)의 배치형태 및 설치개수는 동기모터의 특성에 의해 달라질 수 있음은 물론이다.

한편, 이러한 마그네트슬롯(17)은 샤프트홀(13)을 중심으로 서로 다른 극성을 갖는 제1영구자석부(31) 및 제2영구자석부(35)로 구획된다. 제1영구자석부(31)에는 제1영구자석(33)이 결합되고, 제2영구자석부(35)에는 제1영구자석(33)과는 극성이 다른 제2영구자석(37)이 결합된다. 제1영구자석(33) 및 제2영구자석(37)은 메인코어(11)의 외측방향으로 자속 경로를 형성한다.

또한, 제1영구자석부(31) 및 제2영구자석부(35) 사이에는 자속손실방지부(41)가 마련되고, 자속손실방지부(41)에는 에어가 충진되어 각 영구자석(33,37)의 자속의 손실을 차단한다. 본 실시예에서는 장공의 형상을 갖는 두 쌍의 자속손실방지부(41)가 샤프트홀(13)을 사이에 두고 대향 배치되어 있지만, 자속손실방지부(41)의 형상 및 설치개수는 동기모터의 특성에 따라 달라질 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 고정자 내부에 권선된 코일에 전원이 인가되면, 고정자 내주면에 소정 간격의 공극을 두고 설치된 회전자(10)가 회전하게 된다.

모터의 시동시에는 고정자측의 도체와 회전자(10)에 인고트되어 있는 복수의 유도전도체(21) 사이에 발생되는 자기적 작용에 의하여 회전자(10)가 회전을 시작한다. 즉, 유도모터의 원리로 회전을 시작한다.

이 때, 자력이 제일 강한 각 영구자석부(31,35)의 중심으로부터 자력이 제일 약한 자속손실방지부(41)를 향할수록 유도전도체슬롯(15)의 간격이 감소됨에 따라, 유도전도체(21)에 자체적으로 유기되는 2차유도전류를 증가시키거나, 또는 유도전도체(21)에 유기되는 2차유도전압과 영구자석(33,37)의 자속과의 상호 작용에 의해 유기되는 2차유도전류를 증가시킴으로써, 회전자(10)의 회전각에 따라 회전자(10) 측에 유기되는 2차유도전압의 변화를 원만해지도록 하여, 영구자석(33,37)의 극성이 변화되는 부분에서 발생하는 토크 리플(torque ripple)을 억제하여 진동 및 소음 발생을 줄일 수 있게 된다. 또한, 유도전도체슬롯(15)의 간격이 각 영구자석부(31,35)의 중심으로 향할수록 상대적으로 크게 형성되고, 영구자석(33,37)이 각 영구자석부(31,35)의 중심으로 향할수록 고정자와 상대적으로 가까이 배치되므로, 고정자 및 회전자(10) 사이의 공극으로 향하는 자속의 양이 증가하여, 동기모터의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이후, 고정자가 만드는 자장의 회전속도인 동기속도에 회전자(10)의 회전속도가 도달하면, 고정차 측의 도체와 회전자(10) 측의 영구자석(33,37) 사이에 생기는 자기적 작용에 의하여 회전자(10)가 동기속도로 회전한다. 즉, 동기모터의 원리로 회전자(10)가 회전하기 때문에 회전자(10)의 회전속도가 안정된다.

도 5에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동기모터 회전자의 단면도가 도시되 어 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 동기모터 회전자(10')는 전술한 일 실시예와는 달리, 복수의 유도전도체슬롯(15)이 동일한 단면형상 및 크기를 가진다.

또한, 복수의 유도전도체슬롯(15)은 샤프트홀(13)의 중심에 대해 타원을 이루며 샤프트홀(13)의 둘레를 따라 배치될 뿐만 아니라 각 유도전도체슬롯(15)의 간격은 각 영구자석부(31,35)의 중심으로부터 자속손실방지부(41)를 향할수록 감소하는 형상을 가진다.

그 외의 구성은 전술한 일 실시예와 동일하므로, 이하에서는 그 설명을 생략한다.

이에, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동기모터 회전자(10')는 전술한 일 실시예와 마찬가지로, 토크 리플을 억제하여 진동 및 소음 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 영구자석(33,37)의 삽입 유효 면적을 증가시키고 동기모터의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 유도전도체가 결합되는 유도전도체슬롯의 간격이 각 영구자석부의 중심으로부터 자속손실방지부를 향할수록 작아지게 형성됨으로써, 동기모터의 구동시 영구자석의 극성이 변화되는 부분에서 발생하는 토크 리플을 억제하여 진동 및 소음 발생을 줄일 수 있게 된다.

또한, 샤프트홀의 중심에 대해 타원을 이루며 배치된 복수의 유도전도체슬롯을 따라 복수의 마그네트슬롯이 배치됨으로써, 영구자석의 삽입 유효 면적을 증가시키고, 자속의 손실을 최소화하여 동기모터의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기모터 회전자의 사시도,

도 2는 도 1의 단면도,

도 3은 유도전도체슬롯의 배치 관계를 설명하기 위해 영구자석부가 미표시된 도 1의 단면도,

도 4는 유도전도체슬롯 배치 관계를 설명하기 위한 도 2의 요부 확대 단면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동기모터 회전자의 단면도이다.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊

10,10' : 회전자 11 : 메인코어

13 : 샤프트홀 15 : 유도전도체슬롯

17 : 마그네트슬롯 21 : 유도전도체

31 : 제1영구자석부 33 : 제1영구자석

35 : 제2영구자석부 37 : 제2영구자석

41 : 자속손실방지부

Claims

동기모터의 회전자에 있어서,

중심부에는 샤프트홀, 외곽부에는 원주방향을 따라 배치된 복수의 유도전도체슬롯, 상기 샤프트홀 및 상기 유도전도체슬롯 사이에는 복수의 마그네트슬롯이 각각 형성되어 있는 메인코어와;

상기 유도전도체슬롯 각각에 결합되는 유도전도체와;

서로 다른 극성을 갖는 하나 이상의 제1영구자석 및 제2영구자석을 가지며, 상기 샤프트홀을 중심으로 상기 제1영구자석 및 제2영구자석이 상기 마그네트슬롯에 각각 대향하며 결합되는 제1영구자석부 및 제2영구자석부와;

상기 제1영구자석부 및 제2영구자석부 사이에 형성되어, 자속의 손실을 차단하는 자속손실방지부를 포함하며,

상기 유도전도체슬롯의 간격은 상기 각 영구자석부의 중심으로부터 상기 자속손실방지부를 향할수록 작아지는 것을 특징으로 하는 동기모터의 회전자.
제1항에 있어서,

상기 복수의 유도전도체슬롯은 상기 샤프트홀의 중심에 대해 타원을 이루며 상기 샤프트홀의 둘레를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 동기모터의 회전자.
제2항에 있어서,

상기 복수의 마그네트슬롯은 상기 복수의 유도전도체슬롯이 배치되며 형성하는 타원의 둘레를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 동기모터의 회전자.
제2항에 있어서,

상기 복수의 유도전도체슬롯이 배치되며 형성하는 타원은 상기 각 영구자석부의 중심에서 최대곡률반경을 가지며, 상기 각 영구자석부의 중심을 잇는 선과 수직을 이루는 선상에서 최소곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 동기모터의 회전자.
제4항에 있어서,

상기 최대곡률반경은 메인코어 반경의 0.707∼0.861배의 크기를 가지며, 상기 최소곡률반경은 메인코어 반경의 0.631∼0.707배의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 동기모터의 회전자.
제1항에 있어서,

상기 유도전도체슬롯의 단면적의 크기는 상기 각 영구자석부의 중심으로부터 상기 자속손실방지부를 향할수록 증가하는 것을 특징으로 하는 동기모터의 회전자.
제1항에 있어서,

상기 복수의 유도전도체슬롯은 동일한 단면형상 및 크기를 갖는 것을 특징으 로 하는 동기모터의 회전자.