KR20220160155A - 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 배리어 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자에 관한 것으로, 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자에 있어서, 상기 회전자 중심에 형성된 축 홀; 상기 회전자의 둘레부에 형성된 복수의 바(bar) 홀; 상기 축 홀을 중심으로 대칭되게 꺽이도록 형성된 복수개의 배리어(barrier) 홀;을 포함하는 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 제공할 수 있다.

Description

라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 배리어 구조{Rotor Barrier Structure Of Line-Start Synchronous Reluctance Motor}

본 발명은 라인기동식 동기형 릴럭턴스 전동기(Line Start Synchronous Reluctance Motor)의 회전자에 관한 것으로서, 바 홀과 배리어 홀 사이의 간격을 일정하게 유지함으로써 특성이 개선되도록 한 라인기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자에 관한 것이다.

일반적으로 라인기동식 동기형 릴럭턴스 전동기는 회전자의 회전에 따른 자기저항의 변화에 의해서 회전력이 발생되는 원리를 이용한 전동기로서, 압축기 등에 널리 사용되고 있다. 라인기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자는 복수의 강판 시트가 적층되어 이루어진 코어를 포함하는데, 상기 코어는 수개의 플럭스 배리어 및 상기 플럭스 배리어가 형성되지 않은 스틸부를 갖는다.

상기 회전자가 기동되면, 자속의 흐름이 상기 플럭스 배리어에 의해 방해되어 상기 플럭스 배리어 측 방향, 즉 q축과 상기 회전자의 원주방향으로 각 플럭스 배리어군 사이 방향, 즉 d축의 자기저항이 달라지는데, 상기 q축과 d축의 자기저항 차이에 의해 릴럭턴스 토크가 발생한다. 릴럭턴스 토크는 고정자의 자속과 동기되므로 회전자 바에 의한 유도성 토크보다 지배적이어서 상기 회전자가 릴럭턴스 토크에 의해 동기속도로 회전한다. 한편, 유도형 전동기의 출력은 고정자에 형성된 슬롯 수와 회전자에 형성된 도체 바 수의 조합(combination)에 따라 변화된다. 이때, 4극을 갖는 회전자에 44도체 바가 구비되어 있을 경우, 요구되는 성능 특성에 만족한 반면, 동일한 4극 회전자에 42,48도체 바가 구비되어 있을 경우, 요구되는 성능 특성을 만족시키지 못하는 원인이 있었다. 이러한 성능을 만족시키기 위한 방안으로, 도4는 영구자석을 이용한 전동기의 회전자로서 도시된 바와 같이 도체 바(710)를 갖는 유도전동기 회전자(700)에 영구자석(permanent magnet)(720)을 삽입, Line-start(라인 스타트: 라인 기동)가 되는 PM 모터이므로 자 기동 후 동기 운전시 모터 효율이 유도전동기 보다 향상되도록 구성되어 있다.

등록특허공보 10-1006681호( 2010.12.30.)

종래 기술은 회전자 슬롯 구조에 의해서 배리어 홀의 형상 설계의 제한이 존재하였고, 이러한 이유는 전동기의 특성을 향상시키는데 한계가 존재하였다.

이에, 본 발명은 종래 기술 배리어 홀의 구조를 변형하여 돌극비 및 전동기의 특성을 향상시킬 수 있는 회전자의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자에 있어서, 상기 회전자 중심에 형성된 축 홀; 상기 회전자의 둘레를 따라 형성된 복수의 바(bar) 홀; 상기 축 홀을 중심으로 대칭되게 꺽이도록 형성된 복수의 제1 배리어 홀과 복수의 제2 배리어(barrier) 홀을 포함하고, 상기 제1 배리어 홀은 양 단부가 상기 바 홀 방향으로 형성되며, 상기 제2 배리어 홀은 양 단부가 상기 회전자 둘레를 향하며, 상기 회전자 둘레의 가상의 접선과 수직인 방향으로 형성된 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 배리어 홀은 제1 배리어 홀과 제2 배리어 홀을 포함하고, 상기 제1 배리어 홀은 양 단부가 상기 바 홀 방향으로 형성되고, 상기 제2 배리어 홀은 양 단부가 상기 회전자의 둘레 방향으로 형성된 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 제1 배리어 홀과 상기 제2 배리어 홀은 교대로 배치되는 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 제2 배리어 홀의 양 단부는 상기 회전자 테두리의 가상의 접선과 수직인 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 제2 배리어 홀의 양 단부는 상기 바 홀과 교대로 배치된 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 제2 배리어 홀은 인접하는 상기 바 홀과 이격된 거리가 일정한 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 제2 배리어 홀은 상기 제2 배리어 홀의 중심에서 길이 방향을 따라 양단부로 가면서 제1 꺽임부와 제2 꺽임부가 형성된 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 제2 꺽임부는 상기 제2 배리어의 단부가 회전자의 둘레에 수직인 방향으로 꺽이는 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 제공한다.

본 발명에 따른 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자는 배리어와 회전자 슬롯 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있어 자속 포화 현상을 방지할 수 있으며 돌극비, 역률 및 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 기동식 동기 릴럭턴스 모터의 회전자의 사분면을 도시한 것이다.
도 2는 기존의 라인 기동식 동기 릴럭턴스 모터의 일반적인 회전자 구조의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 회전자 구조의 특성을 개선한 회전자 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 회전자의 구조, 도 2의 회전자의 구조 및 도 3의 회전자의 구조의 유한요소 해석결과를 표로 나타낸 것이다.

이하 설명하는 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자의 구성이 도시되어 있다. 이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위해 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 하나의 구현예에 따른 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 회전자(10)는 축 홀(100), 바 홀(bar hall)(200), 배리어 홀(barrier hall)(300) 및 세그먼트(400)를 포함할 수 있다.

라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기(Line-Start Synchronous Reluctance Motor)는 회전자에 댐핑바(미도시)를 설치하여 유도전동기의 원리에 의해 기동 토크를 발생시켜 가속하여 동기 속도로 운전하는 방식이다. 댐핑바는 동기 속도 이상으로 되면 회전 방향과 반대 방향으로 힘을 발생되고 동기 속도 이하에서는 회전 방향으로 힘이 발생 되므로 동기전동기가 안정되게 운전하도록 도와줄 수 있다.

본 발명에 따른 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자(10)는 금속 박판을 금형으로 원형 판재의 형상이 되도록 펀칭하여 제조된 복수의 전기강판이 적층되어 형성될 수 있다.

회전자(10)의 중심에는 축 홀(100)이 형성될 수 있다. 축 홀(100)에는 회전축이 수용될 수 있다.

회전자(10)에는 고정자(미도시)에서 생성된 자속이 흐르는 세그먼트(400)와 자속 장벽 기능을 하는 복수의 배리어 홀(300)이 교대로 번갈아 가면서 연속적으로 배치될 수 있다.

라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자(10) 둘레부에 형성된 복수개의 바 홀(200)은 미리 정해진 규칙에 따라 배치될 수 있다. 복수개의 바 홀(200)중 일부는 제2 배리어 홀(320)의 단부와 교차적으로 배치될 수 있으며, 바 홀(200)과 인접하는 제2 배리어 홀(320)의 단부 사이의 이격 거리는 일정하게 유지될 수 있다. 바 홀(200)과 제2 배리어 홀(320)의 단부 사이의 이격 거리는 일정하게 배치하여 자속 포화 현상을 방지할 수 있어 전동기의 특성을 향상시킬 수 있다.

배리어 홀(300)은 회전자의 자속 장벽의 기능을 위한 구성으로써 축 홀(100)의 둘레에 대해 미리 정해진 거리 만큼 이격되도록 배치되고, 복수의 배리어 홀(300)은 축 홀(100)에서 점점 멀어지는 방향으로 미리 정해진 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.

배리어 홀(300)과 축 홀(100) 사이의 이격 거리는 복수의 배리어 홀(300) 사이의 이격 거리보다 멀 수 있다.

복수의 배리어 홀(300)은 축 홀(100)을 중심으로 대칭되게 배치될 수 있고, 각각의 배리어 홀(300)은 서로 다른 길이로 형성될 수 있다.

배리어 홀(300)은 제1 배리어 홀(310)과 제2 배리어 홀(320)을 포함할 수 있다.

제2 배리어 홀(320)에는 회전자(10) 둘레의 접선과 평행한 부분인 제2 평행부(321), 회전자(10) 둘레의 접선과 수직인 부분인 제2 수직부(322) 및 제2 평행부(321)와 제2 수직부(322)를 연결하는 제2 사선부(323)가 형성될 수 있다.

제2 배리어 홀(320)에는 제1 꺽임부(324) 및 제2 꺽임부(325)가 형성될 수 있다. 제1 꺽임부(324)는 제2 평행부(321)와 제2 사선부(323)사이에서 제2 평행부(321)와 제2 사선부(323) 사이에 미리 정해진 각도를 형성하며 꺽이도록 할 수 있다.

제2 꺽임부(325)는 제2 사선부(323)와 제2 수직부(322)사이에서 제2 사선부(323)와 제2 수직부(322) 사이에 미리 정해진 각도를 형성하며 꺽이도록 할 수 있다.

제2 수직부(322)의 길이 방향은 회전자(10)의 둘레의 접선과 수직을 형성할 수 있고, 제2 수직부(322)와 인접한 바 홀(200)은 사이의 간격이 일정하게 유지되도록 배치될 수 있다. 이러한 배치는 자속 포화 현상을 방지하여 누설 자속을 최소화 할 수 있다.

제2 배리어 홀(320)의 단부와 회전자(10)의 테두리 사이에 형성된 립(326)은 제2 배리어 홀(320)의 단부를 중심으로 대칭적으로 형성되고, 립(326)의 두께는 제2 수직부(322)와 바 홀(200) 사이의 간격보다 작게 형성되어 누설되는 자기장을 감소시킬 수 있다. 또한, 립(326)은 립(326)의 중심부에서 끝단으로 갈수록 두께가 점점 감소하는 형태로 형성될 수 있다. 립(326)의 중심심으로 갈수록 회전자의 기계적인 강성을 고려하여 두께가 두껍고, 립(326)의 끝단으로 갈수록 자속밀도를 높일 수 있도록 두께가 점점 감소하는 형태로 형성할 수 있다.

세그먼트(400)는 복수의 배리어(300) 사이에 배치될 수 있고, 고정자(미도시)에서 생성된 자속이 흐를 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 도 2에는 기존의 일반적인 회전자 구조가 도시되며, 도 3에는 기존의 일반적인 회전자 구조의 특성을 개선한 구조가 도시되며, 도 4에는 도 3의 특성을 개선한 회전자의 구조를 다시 개선한 본 발명에 따른 회전자 구조와 도 2의 회전자 구조 및 도 3의 회전자 구조의 유한요소 해석을 진행한 결과를 표로 나타낸 것이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 회전자는 제2 배리어 홀(320)의 제2 수직부(322)와 인접하는 바 홀(200) 사이의 이격 거리를 일정하게 배치하면 자속 포화 현상을 방지하여 누설자속을 최소화하므로 도 2의 회전자 구조, 도 3의 회전자 구조보다 돌극비(Ld/Lq)가 향상되며 전동기의 효율 및 역률이 향상되는 결과를 얻을 수 있었다. 상기의 결과를 통해 본 발명에 따른 회전자(10)는 종래 기술의 배리어 홀(300) 구조를 변형하여 전동기의 특성을 향상시킬 수 있다.

이상 실시예를 통해 본 기술을 설명하였으나, 본 기술은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 기술의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 기술에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

10 : 회전자 100 : 축 홀
200 : 바 홀 300 : 배리어 홀
310 : 제1 배리어 홀 311 : 제1 평행부
312 : 제1 수직부 313 : 제1 꺽임부
320 : 제2 배리어 홀 321 : 제2 평행부
322 : 제2 수직부 323 : 제2 사선부
324 : 제1 꺽임부 325 : 제2 꺽임부
326 : 립

Claims (8)

1. 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자에 있어서,
   상기 회전자 중심에 형성된 축 홀;
   상기 회전자의 둘레를 따라 형성된 복수의 바(bar) 홀;
   상기 축 홀을 중심으로 대칭되게 꺽이도록 형성된 복수의 제1 배리어 홀과 복수의 제2 배리어(barrier) 홀을 포함하고,
   상기 제1 배리어 홀은 양 단부가 상기 바 홀 방향으로 형성되며,
   상기 제2 배리어 홀은 양 단부가 상기 회전자 둘레를 향하고, 상기 회전자 둘레의 가상의 접선과 수직인 방향으로 형성된 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 배리어 홀과 상기 제2 배리어 홀은 교대로 배치되는 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 배리어 홀의 양 단부는 상기 바 홀과 교대로 배치된 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 배리어 홀은 인접하는 상기 바 홀과 이격된 거리가 일정한 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 배리어 홀은 상기 제2 배리어 홀의 중심에서 길이 방향을 따라 양단부로 가면서 제1 꺽임부와 제2 꺽임부가 형성된 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제2 꺽임부는 상기 제2 배리어 홀의 단부가 회전자의 둘레의 접선에 수직인 방향으로 향하게 하는 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제2 배리어의 단부에는 립(rib)이 형성된 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 립은 중심부에서 양끝단으로 갈수록 두께가 점점 감소하는 라인 기동식 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.

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