KR20160119424A - 고출력을 위한 돌극비 최대 구조를 갖는 전동기 및 이를 구성하는 회전자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

고출력을 위한 돌극비 최대 구조를 갖는 전동기 및 이를 구성하는 회전자의 제조 방법이 개시된다. 개시된 제조 방법은 다수의 배리어를 가지는 회전자의 제조 방법에 있어서, 다수의 세그먼트를 포함하는 상기 회전자의 코어를 제조하는 단계; 다수의 제1 절연 물질을 3D 프린터를 이용하여 제조하는 단계; 및 상기 다수의 세그먼트가 상기 다수의 제1 절연 물질 사이에 삽입되는 단계를 포함한다.

Description

고출력을 위한 돌극비 최대 구조를 갖는 전동기 및 이를 구성하는 회전자의 제조 방법{Motor with maximum saliency ratio for high power and Method for manufacturing rotor composing the same}

본 발명의 실시예들은 고출력을 위한 돌극비 최대 구조를 갖는 전동기 및 이를 구성하는 회전자의 제조 방법에 관한 것이다.

동기 릴럭턴스 전동기(SynRM: Synchronous Reluctance Motor)은 유도 전동기를 대체하기 위한 전동기로서, 회전자의 회전에 따른 자기저항의 변화에 의해서 회전력이 발생되는 원리를 이용한 것이다. 이는 유도 전동기에 비해 구조가 간단하고 2차 동손이 발생하지 않는 장점이 있지만, 그 구조가 국한되어 있기 때문에 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)에 비해 출력밀도가 저조한 단점이 있다.

도 1은 종래의 동기 릴럭턴스 전동기를 구성하는 회전자의 상세한 구성을 도시한 도면으로서, 도 1의 (a)는 회전자의 사시도를 도시한 도면이고, 도 1의 (b)는 회전자의 단면도를 도시한 도면이다.

종래의 동기 릴럭턴스 전동기를 구성하는 회전자의 경우, 큰 돌극비를 주기 위하여 배리어를 도 1에서 도시된 바와 같이 제작하여 d축과 q축의 인덕턴스 차이를 두었다. 또한, 배리어와 배리어 사이의 세그먼트를 통해 고정자에서 발생되는 자속이 회전자에서 쇄교될 수 있는 형상으로 제작되었다.

하지만, 고속 회전 시, 회전자가 비산될 수 있어 회전자의 구조가 국한되어 있다는 단점이 있다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 큰 돌극비를 갖는 회전자의 구조에서, 강성을 보완하여 고속운전에서 적합한 구조를 가지는 고출력을 위한 돌극비 최대 구조를 갖는 전동기 및 이를 구성하는 회전자의 제조 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 전동기를 구성하며, 다수의 배리어를 가지는 회전자의 제조 방법에 있어서, 다수의 세그먼트를 포함하는 상기 회전자의 코어를 제조하는 단계; 다수의 제1 절연 물질을 3D 프린터를 이용하여 제조하는 단계; 및 상기 다수의 세그먼트가 상기 다수의 제1 절연 물질 사이에 삽입되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자의 제조 방법이 제공된다.

상기 전동기는 동기 릴럭턴스 전동기일 수 있다.

상기 회전자는 원기둥 형상이고, 상기 다수의 세그먼트 및 상기 다수의 제1 절연 물질은 상기 회전자의 단면도 상에서 플럭스 형상을 가질 수 있다.

상기 코어는 상기 원기둥의 외부에 위치하는 상기 다수의 세그먼트의 중심에 위치하는 상기 회전자의 중심부를 포함하고, 상기 삽입되는 단계는 상기 중심부가 상기 다수의 제1 절연 물질의 중심부에 삽입될 수 있다.

상기 3D 프린터를 이용하여 제조하는 단계는 제2 절연 물질을 더 제조하되, 상기 제2 절연 물질이 상기 회전자의 립(Rip)을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고정자; 및 다수의 세그먼트, 다수의 배리어 및 립을 포함하는 회전자를 포함하되, 상기 다수의 배리어에는 제1 절연 물질이 채워져 있고, 상기 제1 절연 물질은 3D 프린터에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전동기가 제공된다.

본 발명에 따른 전동기는 큰 돌극비를 갖는 회전자의 구조에서, 강성을 보완하여 고속운전에서 적합한 구조를 가지는 고출력을 위한 돌극비 최대 구조를 가지게 되는 장점이 있다.

도 1은 종래의 동기 릴럭턴스 전동기를 구성하는 회전자의 상세한 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 릴럭턴스 전동기를 구성하는 회전자의 제조 방법의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자의 코어의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 회전자의 중심부 및 층 모양으로 쌓인 다수의 세그먼트의 형상을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 절연 물질의 단면도를 도시한 도면이다.
도 6은 층 형상의 세그먼트를 일체형의 다수의 절연 물질에 삽입하는 개념을 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 전동기의 구조를 개략적으로 설명하면, 동기 릴럭턴스 전동기는 회전자의 회전에 따른 자기저항의 변화에 의해서 회전력이 발생되는 원리를 이용한 것으로서, 축방향 성층형(Axially laminated)의 동기 릴럭턴스 전동기일 수 있다.

보다 상세하게, 본 발명에 따른 동기 릴럭턴스 전동기는 고정자 및 회전자로 구성된다.

고정자에는 코일이 권선되어 있다. 그리고, 회전자는, 고정자의 내측에 회동가능하게 설치되고 다수 개의 강판이 적층되어 이루어진 스틸부 및 스틸부에 통공 형성되어 자로를 형성하는 다수의 배리어(플럭스 배리어)로 이루어지며, 스틸부에는 베리어 사이에 형성되는 다수의 세그먼트가 형성된다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 릴럭턴스 전동기를 구성하는 회전자의 제조 방법의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

이하, 도 2를 참조하여, 각 단계별로 수행되는 과정을 설명하기로 한다.

먼저, 단계(210)에서는 회전자의 코어(core)를 제조한다.

도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자의 코어(300)의 단면도를 도시하고 있다. 이 때, 회전자는 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 원기둥 형상을 가질 수 있다.

코어(300)는 일례로, 전기 강판을 이용하여 제조되는 것으로서, 공극(310)의 주변에 위치하는 회전자의 중심부(320) 및 다수의 세그먼트(330)를 포함할 수 있다. 즉, 중심부(320)는 다수의 세그먼트(330)의 중심에 위치한다.

그리고, 하나의 세그먼트(330-1) 및 이와 인접한 세그먼트(330-2) 사이에는 공기층인 배리어(340)가 형성되어 있다. 이 때, 다수의 세그먼트(330)는 단면도 상에서 방사 형상 즉, 플럭스 형상으로 형성될 수 있다.

따라서, 단계(210)에서는 회전자의 중심부(320) 및 층 모양으로 쌓인 다수의 세그먼트(330)를 제조할 수 있다. 이는 도 4에 도시된 바와 같다.

다음으로, 단계(220)에서는 절연 물질을 제조한다.

도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 물질(410)의 단면도를 도시하고 있다.

여기서, 절연 물질(410)는 플럭스 형상으로 배치되는 다수의 제1 절연 물질(410-1) 및 회전자의 립을 구성하기 위한 제2 절연 물질(410-2)을 포함한다.

이 때, 절연 물질(410)은 수지 계열의 물질, 일례로, 카본 파이프일 수 있으며, 제1 절연 물질(410-1)과 제2 절연 물질(410-2)을 동일한 재질일 수 있다.

본 발명에 따르면, 다수의 제1 절연 물질(410-1)과 제2 절연 물질(410-2)은 3D 프린터를 이용하여 제조될 수 있다.

3차원 프린팅 기술은 연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어내는 것을 의미하는 것으로서, 제조 공정 기술 개발로 인하여 3D 프린터를 이용하여 제작 상 복잡한 구조의 형상을 금형없이 저비용으로 생산 가능해졌다.

따라서, 본 발명의 경우, 3D 프린터를 이용하여 다수의 제1 절연 물질(410-1) 및 제2 절연 물질(410-2)를 제조할 수 있으며, 이는 일체형으로 형성된다.

계속하여, 단계(230)에서는 다수의 세그먼트(330)가 다수의 제1 절연 물질(410-1) 사이에 삽입된다. 즉, 다수의 제1 절연 물질(410-1) 각각은 공기층인 다수의 배리어(340) 상에 삽입될 수 있다.

다시 말해, 층 형상의 세그먼트(330)를 일체형의 다수의 제1 절연 물질(410-1) 사이에 집어넣음으로써 다수의 세그먼트(330)와 다수의 제1 절연 물질(410-1)의 조립이 수행된다. 이는 도 6에 도시된 바와 같다.

마지막으로, 단계(240)에서는 회전자의 중심부(320)를 다수의 절연 물질(410)의 중심부에 삽입한다. 이에 따라 동기 릴럭턴스 전동기를 구성하는 회전자의 제조가 완료되며, 제2 절연 물질(410-2)이 회전자의 립을 형성한다.

정리하면, 본 발명을 통해 종래의 회전자와는 달리 세그먼트(330)를 축 방향으로 성층할 수 있다. 이와 같이 제작했을 경우의 효과는 다음과 같다.

첫째로, 본 발명에 따른 회전자는 축 방향으로 성층하는 방식으로서, 종래에 강판을 적층하여 쌓아 올렸던 방식과 같이 와류손을 줄여주는 효과가 있다.

둘째로, 구조적으로 빈 공간인 배리어(340)에 제1 절연 물질(410-1)을 채워 넣음으로써, 고속 회전시에 강성을 보완해주는 장점이 있다.

마지막으로, 종래의 회전자에서 립(rib)은 강판이기 때문에 이 부분을 통하여 발생하는 누설자속이 있었지만, 본 발명에 따른 회전자의 경우 코어(200)에는 립이 제2 절연 물질(410-2)로 채워져 있기 때문에 누설을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 그만큼의 철손을 줄일 수 있으므로 출력밀도와 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 명세서에서는 동기 릴럭턴스 전동기를 예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 배리어를 가지는 모든 전동기에 모두 적용 가능하다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

1. 전동기를 구성하며, 다수의 배리어를 가지는 회전자의 제조 방법에 있어서,
   다수의 세그먼트를 포함하는 상기 회전자의 코어를 제조하는 단계;
   다수의 제1 절연 물질을 3D 프린터를 이용하여 제조하는 단계; 및
   상기 다수의 세그먼트가 상기 다수의 제1 절연 물질 사이에 삽입되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전동기는 동기 릴럭턴스 전동기인 것을 특징으로 하는 회전자의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 회전자는 원기둥 형상이고, 상기 다수의 세그먼트 및 상기 다수의 제1 절연 물질은 상기 회전자의 단면도 상에서 플럭스 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 회전자의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 코어는 상기 원기둥의 외부에 위치하는 상기 다수의 세그먼트의 중심에 위치하는 상기 회전자의 중심부를 포함하고,
   상기 삽입되는 단계는 상기 중심부가 상기 다수의 제1 절연 물질의 중심부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 회전자의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 3D 프린터를 이용하여 제조하는 단계는 제2 절연 물질을 더 제조하되,
   상기 제2 절연 물질이 상기 회전자의 립(Rip)을 형성하는 것을 특징으로 하는 회전자의 제조 방법.
6. 고정자; 및
   다수의 세그먼트, 다수의 배리어 및 립을 포함하는 회전자를 포함하되,
   상기 다수의 배리어에는 제1 절연 물질이 채워져 있고, 상기 제1 절연 물질은 3D 프린터에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전동기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 회전자는 원기둥 형상이고, 상기 다수의 세그먼트 및 상기 다수의 배리어는 상기 회전자의 단면도 상에서 플럭스 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전동기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 립은 제2 절연 물질로 구성되되, 상기 제2 절연 물질은 3D 프린터에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전동기.

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