KR20150120018A - 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기에 관한 것으로, 본 발명은 주전선과 셰이딩코일을 구비하는 고정자와; 상기 고정자의 안쪽에 소정의 공극을 구비하여 회전 가능하게 삽입되고, 반경방향의 바깥쪽에서 안쪽으로 감에 따라 전도체, 영구자석, 백요크, 샤프트로 구성되는 회전자; 를 포함함으로써, 회전자의 영구자석이 고정자의 자기장에 의해 직접 기동되는 동시에 전도체에 의해서도 기동되어 회전자의 기동토크를 크게 줄일 수 있고 이를 통해 회전자를 용이하게 기동할 수 있을 뿐만 아니라 줄여 유도형 동기전동기의 생산비용을 절감할 수 있다.

Description

직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기{Line-start Tpye Single Phase Permanent Magnet Synchronous Induction Motor}

본 발명은 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 회전자에 전도체와 영구자석을 이중으로 구조를 형성하여 기동토크 감소, 효율 증가, 제작의 간편화, 제작비용을 감소 할수 있도록 한 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기에 관한 것이다.

또한, 고정자 슬롯 잇날에 셰이딩 코일을 권선하여 인버터나 드라이브없이 상용교류전원에의해 기동과 운전이 가능하게 한 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기에 관한 것이다.

전동기는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장치로서, 사용전원에 따라 직류전동기와 교류전동기로 구분할 수 있다. 그 중 교류전동기에는 유도전동기, 동기전동기, 정류자전동기 등이 있으며, 유도전동기와 동기전동기의 특성을 결합한 유도형 동기전동기가 있다. 유도형 동기전동기는 회전자계에의해 동기자가 회전됨과 동시에 회전자의 전도체가 유도되어 회전되는 방식의 전동기다. 그런데, 이러한 종래의 유도형 동기전동기에 있어서는, 회전자 내부에 농형도체를 삽입하는 형태이기 때문에 과도한 제작비용, 제작의 어려움 등의 한계가 있다.

이에 본 발명에 따른 일 실시예는, 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 영구자석을 회전자에 적용하여 그 자속을 활용하여 전동기의 입력저감에 의한 고효율화를 얻고자 하며, 제작의 간편화, 제작비용의 감소, 기동토크 감소, 효율의 증가를 제고시킬 수 있는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 부토크 감소를 제고시킬 수 있는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기를 제공함에 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 회전자에 농형도체를 삽입하는대신 전도체를 둘러씌우고, 고정자 슬롯 잇날에 셰이딩코일을 권선하는 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기를 제공한다.

본 발명에 의한 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기는, 회전자 영구자석에 전도체를 씌움으로써 유도전동기와 같이 회전자에 농형도체를 삽입하는 효과를 가져와 구등드라이브 없이 직립 운전이 가능하며, 기동토크 감소, 효율 증가, 제작의 간편화, 제작비용 감소 등의 효과를 가져올 수 있다.

또한, 고정자 슬롯 잇날에 셰이딩 코일을 권선하여 전동기 구동시 발생하는 부토크를 감소하는 효과를 가져올 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기의 단면도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기의 사시도,
도3는 본 발명의 일 실시예에 따른 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기의 종단면도이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 주전선(3)과 셰이딩코일(4)을 구비하는 고정자와; 상기 고정자의 안쪽에 소정의 공극을 구비하여 회전 가능하게 삽입하고, 반경방향의 바깥쪽에서 안쪽으로 감에따라 전도체(2a), 영구자석(2b), 백요크(2c), 샤프트(2d)로 구성되는 회전자(2);를 포함한 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기는, 고정자(1)와, 고정자(1)의 안쪽에는 소정의 공극을 두고 회전 가능하게 삽입하는 회전자(2)로 구성된다. 회전자(2)는 반경방향의 바깥쪽에서 안쪽으로 감에따라 전도체(2a), 영구자석(2b), 백요크(2c), 샤프트(2d)로 구성될 수 있다.

고정자(1)는 도 1에서와 같이 2극의 구조에서는 그 중앙부 일측에는 소정의 공극을 두고 상기한 회전자(2)를 수용하는 회전체수용홈(1a)을 형성하고, 회전체수용홈(1a)의 일측에는 주전선(3)을 감아 설치하는 코일수용부(1b)를 형성하며, 회전체수용홈(1a)의 주변에는 상기한 주전선(3)과 공간적으로 적당한 각도에 위치시켜 회전자계가 발생하도록 셰이딩코일(4)을 감아 설치하는 슬롯(1c)이 구성될 수 있다. 셰이딩코일(4)은 슬롯(1c) 잇날에 2회 내지 3회로 단락될 수 있다.

회전자(2)는 도 2 및 도 3에서와 같이 원봉 모양으로 형성하되 그 중심에는 상기한 샤프트(2d)로 구성되고, 상기 샤프트(2c) 외주면으로 상기 백요크(2c)가 둘러싸고, 상기 백요크(2c) 외주면을 상기 영구자석(2b)이 둘러싸고, 상기 영구자석(2b) 외주면으로 상기전도체(2a)가 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다.

상기 샤프트(2d)는 회전자(2)의 회전력이 전달되어 피회전물체에 회전력을 전달하는 역할을 한다.

상기 영구자석(2b)은 2극의 경우, 반은 N극 영구자석(2b1)으로, 나머지 반은 S극 영구자석(2b2)으로, 각각 원주방향을 따라 N극과 S극을 교번 자화시켜 단일 원통 모양으로 형성하고 있고, 그 반경은 상기 회전자(2) 전체 반경의 1/3이상으로 구성될 수 있다.

상기 전도체(2a)의 축박향 길이는 상기 영구자석(2b)의 축방향 길이와 동일하게 또는, 일정 길이만큼 오버행(over hang)을 두어 더 길게 형성할 수 있다.

상기 전도체(2a)는 적어도 일부가 원주방향을 따라서 연속적으로 형성된 비자성체로서 알루미늄이나 비자성 SUS계열의 금속체를 포함할 수 있다.

상기 금속체는 하나의 원통형상으로, 일체형으로 드로우잉(Drawing)공법으로 만들거나 얇은판을 말아서 형성될 수 있다.

상기와 같은 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기는 다음과 같이 동작한다.

고정자(1)의 주전선(3)에 전류가 인가되면 N극과 S극의 교번 자계가 형성되는 동시에 셰이딩코일(4)에 2차 전류가 인가되어, 고정자(1)의 자극과 셰이딩코일(4)이 감긴 자극에 위상차를 가진 자속이 형성되어 회전 자계가 형성되고, 이 자계에 영구자석(2b)이 동기되어 회전력을 받음과 동시에, 상기 금속체가 유도되어 회전력을 받아, 이 회전자(2)의 샤프트(2d)가 같이 회전을 하면서 팬과 펌프같은 다른 부하에 회전력을 전달한다. 이때, 셰이딩코일(4)에의해 회전자계가 형성되고 회전자 전도체(2a)에 의해 유도토크가 발생되어 상용교류전원에 의해서도 기동이 된다. 그리고, 기동이후 동기속도까지 도달하게되면 회전자의 전도체(2a)에는 전류가 유기되지 않으며 영구자석(2b) 자속과 고정자(1)의 회전자계에의해 토크가 발생된다. 이때 회전자의 영구자석(2b)의 자속활용으로 전동기입력이 저감되어 고효율운전 특성을 가질 수 있다.

1 : 고정자 1a : 회전체수용홈 1b : 코일수용부 1c : 슬롯
2 : 회전자
2a : 전도체 2b : 영구자석 2c : 백요크 2d : 샤프트
2b1 : N극 영구자석 2b2 : S극 영구자석
3 : 주전선
4 : 셰이딩코일

Claims (9)

1. 주전선과 셰이딩코일을 구비하는 고정자와;
   상기 고정자의 안쪽에 소정의 공극을 구비하여 회전 가능하게 삽입되고, 반경방향의 바깥쪽에서 안쪽으로 감에 따라 전도체, 영구자석, 백요크, 샤프트로 구성되는 회전자; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전자는 중심부에 상기 샤프트가 위치하며, 상기 샤프트 외주면을 상기 백요크가 둘러싸고, 상기 백요크 외주면을 상기 영구자석이 둘러싸고, 상기 영구자석 외주면을 상기전도체가 둘러싸는 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 영구자석은, 반은 N극 영구자석으로, 나머지 반은 S극 영구자석으로 각각 형성된 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 전도체의 축박향 길이는 상기 영구자석의 축방향 길이 이상이고, 상기 백요크의 축박향 길이 이하인 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기.
5. 제2항에 있어서,
   상기 영구자석의 반경은 상기 회전자 전체 반경의 1/3이상인 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 고정자는 상기 회전자의 중심부를 기준으로 대칭하여 슬롯을 형성하며, 상기 슬롯 잇날에 셰이딩 코일을 권선하는 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전도체는 적어도 일부가 원주방향을 따라서 연속적으로 형성된 금속체를 포함하는 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 금속체는 하나의 원통형상으로 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기.
9. 제7항에 있어서,
   상기 금속체는 알루미늄 또는 비자성 스테인레스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 직립 운전형 영구자석형 단상 동기전동기.

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