WO2016013837A1

WO2016013837A1 - 유도 기동 장치가 필요 없는 lspm 동기전동기의 권선 방법

Info

Publication number: WO2016013837A1
Application number: PCT/KR2015/007525
Authority: WO
Inventors: 노순창
Original assignee: 노순창
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2016-01-28

Abstract

본 발명은 유도기동장치가 필요없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LSPM동기전동기 회전자에 유도기동을 위한 별도의 장치 없이, 교류전류 인가만으로 영구자석으로 이루어진 회전자를 기동하고, 운전할 수 있도록 하는 삼상 권선 방법에 관한 것이다. 본 발명인 유도기동장치가 필요없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법은 유도 전동기처럼 완전한 정현파를 구현하지는 못하지만 정현파에 가까운 삼상 권선을 구현하는 효과를 제공하게 된다. 또한, 본 발명을 통해 개시된 영구자석 극수와 슬롯수의 조합은 코깅토크를 최소화시켜 영구자석으로 이루어진 회전자를 갖는 발전기 혹은 전동기의 진동과 소음을 대폭 감소시키는 효과를 제공한다.

Description

유도 기동 장치가 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법

본 발명은 유도 기동 장치가 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LSPM 동기전동기 회전자에 유도 기동을 위한 별도의 장치 없이, 교류전류 공급만으로 영구자석으로 이루어진 회전자를 기동하고, 운전할 수 있도록 하는 삼상 권선 방법에 관한 것이다.

전동기는 국가 전기 생산량의 60% 이상을 소비하기 때문에 전세계적으로 고효율 전동기를 개발하기 위한 경쟁이 치열한데, 그 중에서 대표적인 것이 영구자석 전동기 개발이다.

영구자석 전동기는 역률 및 효율, 그리고 출력 밀도가 높기 때문에 전기에너지 절감 효과가 매우 우수하고, 소형, 경량화도 가능하지만, 기동 및 운전을 위해서는 반드시 드라이버가 필요하기 때문에 가격이 매우 높은 단점을 가지고 있다.

영구자석 전동기에 사용되는 드라이버는 소형인 경우 영구자석 전동기 가격과 비슷하지만, 영구자석 전동기가 대형화될 수록 드라이버 가격이 영구자석 전동기 가격보다 비싸진다.

따라서, 영구자석을 사용하는 BLDC 전동기 및 AC 동기 전동기의 경우 대형화가 쉽지 않아, 소형 전동기 분야 혹은 정밀 제어 분야에 한정되어 사용되고 있는 실정이다.

그러므로, 영구자석 전동기를 광범위하게 사용하기 위해서는 유도 전동기처럼 드라이버 없이 교류 전류만으로 기동 및 운전이 가능해야 한다.

한국과 일본의 경우 2015년 5월부터 단계적으로 최저효율제 고효율 전동기 사용법제화 및 대상 모델 확대, 효율기준 강화 등이 시행된다.

따라서, 유도 전동기 분야는 현재 생산하고 있는 고효율 전동기 생산이 단계적으로 중단되기 때문에, 프리미엄급 전동기 및 슈퍼프리미엄급 전동기를 개발해야 하는 과제를 안고 있다.

프리미엄급 유도 전동기는 종래의 알루미늄 다이캐스팅 회전자를 동다이캐스팅 회전자로 대체해야 하는데, 현재 동다이캐스팅 회전자 기술을 자체적으로 보유하고 있는 기업은 프랑스의 파비와 독일의 지멘스 정도이다.

국내의 경우, 한국전기연구원과 전자부품연구원에서 일부 제품에 대하여 동다이캐스팅 기술을 개발하여 전동기 제조업체에 기술이전을 추진하고 있으나, 유도 전동기 전 모델을 동다이캐스팅 회전자를 사용한 프리미엄급 전동기로 개발하는 것은 당분간 쉽지 않을 전망이다.

따라서, 최근에는 유도전동기의 기동성과 영구자석 전동기의 고효율성을 결합한 유도기동형 영구자석 전동기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

유도기동형 영구자석 전동기는 LSPMSM(Line-Start Permanent Magnet Synchronous Motor)이라고도 하는데, 기동할 때는 유도 전동기처럼 하고, 동기속도에 도달하면 영구자석 전동기로 운전을 하는 방식의 전동기로 슈퍼프리미엄급 전동기로 불리울 만큼 효율이 높다.

LSPM 동기전동기의 고정자는 종래의 유도전동기의 고정자와 동일하며 회전자는 유도전동기와 영구자석 동기기와의 혼합 구조로서 출력특성은 유도기와 동기기의 혼합된 특성을 갖는다.

또한, 기동 시에는 회전자 바에 의해 유도기 토크가 발생하는데, 이때, 자석에 의한 방해 토크가 동시에 발생한다.

그러나, 일단 정상속도에 도달하면 영구자석 동기기로 운전하기 때문에 기존의 고효율 유도기에 비해 발생손실을 대폭 줄일 수 있으므로 높은 효율적 특성을 갖는다.

그러나, LSPM 동기전동기는 회전자를 이중으로 구성해야 하는 어려움이 있고, 역률 및 효율, 출력 밀도 또한 영구자석 동기기보다 낮아 드라이버를 사용하는 영구자석 동기전동기에 비해서 가격적인 면에서는 경쟁력이 있지만 전체적인 성능면에서는 충분히 만족할 정도는 아닌 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 영구자석 동기전동기의 권선 방법을 개선하여 유도 기동이 필요없는 LSPM 동기전동기를 구현하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 유도 기동이 필요 없는 LSPM 동기전동기를 구현하는 권선 방법을 적용하기 위한 슬롯 및 극수의 조합을 도출하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 드라이버가 필요 없는 영구자석 동기전동기를 구현하여 영구자석 동기 전동기의 가격을 대폭 낮추는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고효율의 영구자석 동기전동기를 유도 전동기처럼 사용할 수 있게 하여 유도 전동기에 소모되는 전기 에너지를 대폭 절감할 수 있게 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전동기의 소형, 경량화를 구현하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명인 유도 기동이 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법은, 샤프트(110)와;

중앙에 샤프트가 결합되어 있으며, 복수 개의 영구자석(210)이 일정 간격으로 형성되어 있는 회전자(200)와;

복수 개의 슬롯(310)이 일정 간격으로 형성되어 있으며, 각각의 슬롯에 코일이 권선되는 스테이터코어부(300);를 포함하여 구성되는 영구자석 회전장치의 코일 권선 방법에 있어서,

코깅 토크를 최소화하기 위하여 영구자석의 극수와 슬롯의 개수는

[계산식]

P = S/3 - 2 (P = 극수 , S = 슬롯수), 에 의해 정해지는 것을 특징으로 하며,

삼상 권선을 위해서는,

각 상의 코일 뭉치 합이 슬롯수가 되도록 구성하고,

1상, 2상, 3상을 한 그룹으로 하여 극 수만큼 조를 구성하며,

구성된 조 중 적어도 한 개 이상의 조에는 각 상 중 하나의 상이 2번 연달아 배치되는 조를 구성하며,

상기 하나의 상이 2번 연달아 배치된 조는 60도 간격을 유지하며, 설정된 순서에 따라 배치되며,

동일한 상이 2번 배치된 조는 180도씩 대칭을 이루게 권선하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 유도 기동이 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법으로 제작된 영구자석 전동기의 회전자는 각 상의 위상각이 정현파에 최대한 근접하기 때문에 영구자석의 위치에 상관없이 교류 전류만으로도 기동 및 운전이 가능한 효과를 제공한다.

또한, 코깅 토크를 최소화하면서도 정현파에 최대한 근접하게 위상각을 만들 수 있는 슬롯과 극수의 조합에 의해 도출된 극수이기 때문에 코깅토크가 최소화되어 기동 전류 및 토크리플를 최소화할 수 있으며, 진동과 소음을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 드라이버 혹은 유도 기동이 필요 없는 영구자석동기전동기가 되는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 의해 개발된 영구자석 전동기는 역률이 0.99이며, 효율이 유도 전동기에 비해 5~30% 정도 높기 때문에, 유도 전동기처럼 사용할 경우 역률이 0.60~0.85인 유도 전동기와 비교하면 전동기 소비전력이 최소 19%에서 최대 69%정도까지 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 기동을 위한 드라이버 및 유도 기동 장치를 추가로 설치하지 않아도 되기 때문에 가격을 대폭 낮출 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 소형, 경량화가 가능하기 때문에 전동기 크기 및 무게를 제한받는 여러 용도에 적합하게 사용할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 종래의 3상 권선 방법을 나타낸 예시도이다.

도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 유도기동이 필요 없는 LSPM 동기 전동기의 삼상 권선법을 위하여 각 상의 코일 뭉치를 조 단위로 나누는 것을 나타낸 예시도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유도기동이 필요 없는 LSPM 동기 전동기의 코일을 순서대로 권선하는 방법을 나타낸 예시도이다.

도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 유도기동이 필요 없는 LSPM 동기 전동기의 삼상 권선 방법에 의해 권선된 각 상이 180도로 마주보는 예를 나타낸 것이다.

본 발명인 유도 기동 장치가 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법은,

샤프트(110)와;

[계산식]

삼상 권선을 위해서는,

각 상의 코일 뭉치 합이 슬롯수가 되도록 구성하고,

1상, 2상, 3상을 한 그룹으로 하여 극 수만큼 조를 구성하며,

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.

다만, 본 발명의 권리범위는 실시예들에만 한정되지 않고 특허청구범위와 균등수준의 발명의 범위를 포함한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 유도 기동 장치가 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법은,

샤프트(110)와;

복수 개의 슬롯(310)이 일정 간격으로 형성되어 있으며, 각각의 슬롯에 코일이 권선되는 스테이터코어부(300);를 포함하여 구성되는 영구자석 회전장치의 권선 방법에 있어서,

코깅토크를 최소화하기 위한 영구자석의 극수와 슬롯의 개수는 하기의 계산식에 의해 정해지는 것을 특징으로 하며,

[계산식]

P = S/3 - 2

상기 계산식에서, P = 극수 , S = 슬롯수.

3상 코일 권선시,

1상 ~ 3상을 한 조로 하여 10조를 이루며, 각 상 중 어느 한 상에서 2개가 포함되는 조가 180 각도로 마주보게 권선하는 것을 특징으로 한다.

한편, 다른 실시예에 따른 유도기동이 필요 없는 LSPM동기전동기의 권선 방법은,

샤프트(110)와;

코깅 토크를 최소화하기 위한 영구자석의 극수와 슬롯의 개수는 하기의 계산식에 의해 정해지는 것을 특징으로 한다.

[계산식]

P = S/3 - 4

상기 계산식에서, P = 극수 , S = 슬롯수.

한편, 또 다른 실시예에 따른 유도기동이 필요 없는 LSPM동기전동기의 권선 방법은,

샤프트(110)와;

[계산식]

3상 권선을 위해서는,

각 상의 코일 뭉치 합이 슬롯수가 되도록 구성하고,

1상, 2상, 3상을 한 그룹으로 하여 극 수만큼 조를 구성하며,

한편, 또 다른 실시예에 따른 유도기동이 필요없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법은,

샤프트(110)와;

코깅토크를 최소화하기 위하여 영구자석의 극수와 슬롯의 개수는,

[계산식]

P = S/3 - 4 (P = 극수 , S = 슬롯수), 에 의해 정해지는 것을 특징으로 하며,

3상 권선을 위해서는,

각 상의 코일 뭉치 합이 슬롯수가 되도록 구성하고,

1상, 2상, 3상을 한 그룹으로 하여 극 수만큼 조를 구성하며,

상기 하나의 상이 2번 연달아 배치된 조는 30도 간격을 유지하며, 설정된 순서에 따라 배치되며,

동일한 상이 2번 배치된 조는 90도씩 4개조로 대칭을 이루게 권선하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명인 유도기동이 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 유도기동이 필요 없는 LSPM동기 전동기의 권선 방법은 샤프트(110)와; 중앙에 샤프트가 결합되어 있으며, 복수 개의 영구자석(210)이 일정 간격으로 형성되어 있는 회전자(200)와; 복수 개의 슬롯(310)이 일정 간격으로 형성되어 있으며, 각각의 슬롯에 코일이 권선되는 스테이터코어부(300);를 포함하여 구성되되,

유도 기동이 필요 없는 LSPM동기전동기의 권선 방법은,

코깅토크를 최소화하는 슬롯과 극수의 조합에 의해 도출된 영구자석의 극수를 기준으로 하여 각 상의 코일 뭉치 합이 슬롯수가 되도록 구성하고, 1상, 2상, 3상을 한 그룹으로 하여 극수만큼 조를 구성하며, 구성된 조 중 몇 개의 조에는 각 상 중 하나의 상이 반드시 2번 연달아 배치되는 조를 구성하며, 하나의 상이 2번 연달아 배치된 조는 동일한 간격을 유지하며, 정해진(설정된) 순서에 따라 배치되며, 이때, 동일한 상이 2번 배치된 조는 180도로 대칭을 이루게 권선하는 것을 특징으로 하는 것이다.

전동기 혹은 발전기 권선법은 명확한 이론으로 정립되어 있는 것이 아니고 대부분 전동기 혹은 발전기 제조사의 경험에 의해 정립된 것이기 때문에 제조사마다 조금씩 다르다.

도 2에 도시한 바와 같이, 유도전동기는 특수한 경우를 제외하면 위상각을 일치시키는 삼상 권선을 기본으로 한다.

삼상 권선은 슬롯의 개수에 의해 극수를 결정하게 되는데 슬롯 개수의 1/3에 해당하는 극수가 위상각 120도의 기본 삼상 권선을 위한 극수이고, 이 기본 극수를 2 혹은 3으로 나누어 짝수가 나오면 그 극수 역시 삼상 권선이 가능하다.

예를 들어, 슬롯이 24개이면 위상각 120도를 갖는 삼상 권선이 가능한 기본 극수는 슬롯의 1/3인 8극이 되고, 기본 극수인 8극을 2로 나누면 4극이 되고, 4극을 2로 나누면 2극이 되므로 24슬롯에서 삼상 권선이 가능한 극수는 8극, 4극, 2극이 된다. 이 때, 4극의 위상각은 60도가 되고, 2극의 위상각은 30도가 되어 동일한 주파수에서 RPM이 각각 2배, 4배 증가하게 된다.

동일한 원리로 36슬롯을 계산하면 삼상 권선이 가능한 극수는 12극, 6극, 2극이 된다.

대부분의 유도전동기는 12슬롯, 24슬롯, 36슬롯, 48슬롯 등을 사용하기 때문에 삼상 권선이 가능한 극수는 2극, 4극, 6극, 8극 등으로 이루어져 있다.

구체적으로 36슬롯일 경우에 권선을 해보면, 삼상 권선을 위해서는 12극이 필요하므로 도면 2와 같이, 피치가 4일 경우에 1상의 1코일, 2상의 1코일, 삼상의 1코일을 1조로 하여 1슬롯에 1상의 1코일을 시작으로 4슬롯까지 권선하게 되며, 2슬롯에 2상의 1코일을 시작으로 5슬롯까지 권선하게 되며, 3슬롯에 3상의 1코일을 시작으로 6슬롯까지 권선하는 식으로 12조까지 권선하면 위상각 120도를 갖는 삼상 권선이 완결되는 것이다.

이러한 삼상 권선법은 일반적으로 알려진 기술이므로 상기한 정도의 설명으로도 충분히 이해할 수 있을 것이다.

삼상 권선은 각 상의 위상각을 일정하게 하여 자계가 평형 및 대칭상태를 이루어지게 하여 출력과 효율을 높이고, 진동과 소음을 최소화한다.

그런데, 영구자석을 회전자로 갖는 대부분의 영구자석 전동기는 코깅토크 때문에 자계가 평형 및 대칭상태를 이루는 삼상 권선이 가능한 극수를 가질 수가 없다. 자계가 평형 및 대칭상태를 이루는 삼상 권선이 가능한 극수는 코깅토크가 최대가 되어 토크리플이 증가하고 진동과 소음의 주요 원인이 되기 때문이다.

따라서, 대부분의 영구자석 전동기는 코깅토크를 최소화하는 극수와 슬롯의 조합으로 이루어져 있어 각 상의 위상각이 일치하지 않기 때문에 삼상 권선이 불가능한 것처럼 보이는 것이다.

영구자석 전동기에서 각 상의 위상각이 일치하지 않으면 자계의 불균형 및 비대칭이 발생하게 되어 기동이 불가능해지고 운전 시에서 진동과 소음을 초래하게 되어 내구성을 떨어뜨리는 주요 요인으로 작용하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 영구자석 전동기에 있어 코깅토크를 최소화시키는 극수와 슬롯수의 조합에 의해 도출된 영구자석 극수에서도 각 상의 위상각이 정현파에 가까운 위상각을 가질 수 있는 권선법을 제안하고 있는 것이다.

본 발명이 제안하고 있는 권선법으로 권선된 영구자석 전동기는 유도 전동기처럼 삼상 권선이 가능한 극수는 아니지만, 삼상 권선을 통하여 각 상의 위상각을 정현파에 가깝게 유지하여, 추가 기동 장치 없이 유도 전동기처럼 기동하고, 운전할 수 있다.

영구자석 전동기 기동시 기동 전류를 최소화하고, 운전 시 소음과 진동을 줄이기 위해서는 코깅토크를 최소화해야 하는데, 코깅토크를 최소화하는 여러 기법들이 이미 상용화되어 있다.

본 발명에서는 단순히 코깅토크를 최소화하는 것이 목적이 아니라, 코깅토크를 현저하게 감소시키면서 동시에 삼상 권선이 가능토록 하여야 한다.

정현파에 가까운 삼상 권선이 가능한 극수는 슬롯수의 1/3을 초과할 수 없다. 슬롯수의 1/3을 초과하게 되면 코일 뭉치가 슬롯수보다 많아지게 되어 코일 뭉치가 슬롯수를 초과하여 권선 자체가 불가능하기 때문이다.

따라서, 정현파에 가까운 삼상 권선이 가능한 극수는 슬롯수의 1/3 이내이면서 짝수이어야 하는데, 이 조건을 충족하면서 최소공배수가 가장 높은 조합은 하기의 계산식에 의해 정해진다.

[계산식]

P = S/3 - 2

상기 계산식에서, P = 극수 , S = 슬롯수.

여기서, 삼상 권선이 가능하고 자계 불균형 및 비대칭을 최소화하기 위해서는 슬롯 수가 3의 배수가 되어야 하고 짝수이어야 한다.

3의 배수이면서 짝수인 슬롯수를 S라고 할 때, 정현파에 가까운 삼상 권선도 가능하면서 동시에 최소공배수가 가장 높아 코깅토크를 최소화할 수 있는 극수 P는 상기 계산식에서 보면 S/3 - 2이다.(여기서 P = 극수, S = 슬롯수)

즉, 슬롯수가 36이면 극수는 36/3 - 2로 10극이 되는 것이다.

이때, 극수 계산식 S/3-2을 응용한 계산식 S/3-4에 의한 8극도 정현파에 가까운 삼상 권선이 가능한 극수이기는 하나 최소공배수가 10극보다 작아 코깅토크 저감 효과가 적고, 권선도 복잡하기 때문에 권장할 만 것은 아니다.

지금까지 밝혀진 바에 의하면, 3의 배수이면서 짝수인 슬롯에서 코깅토크를 최소화하면서, 삼상 권선이 가능한 극수는 계산식 S/3-2와 S/3-4에 의해 도출된 2개의 극수가 전부이다.

본 발명의 유도 기동이 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법은 기본적으로 코일 피치가 자극 피치보다 큰 장절권이며, 코일이 2개 이상의 슬롯에 감기는 분포권이며, 코일 개수가 슬롯 수와 동일한 이층권이다.

영구자석 동기전동기에서 유도 전동기처럼 정현파 삼상 권선이 가능한 극수는 코깅토크를 극대화하기 때문에 사용할 수가 없다.

따라서, 코깅토크를 최소화하는 극수는 극수와 슬롯수의 최소공배수를 극대화해야 하기 때문에 삼상 권선이 어려운 극수가 대부분이다.

따라서, 각 상의 위상각을 정현파에 가깝게 유지하고 자계의 불평형을 최소화하고, 자계의 비대칭성을 해소하기 위해서는 극수의 감소로 인해 발생한 여분의 코일을 적절한 간격으로 배열해 주어야 한다.

구체적으로 설명하자면, 영구자석 동기 전동기 36슬롯의 경우 코깅토크를 최소화하면서 삼상 권선이 가능한 극수는 계산식 S/3-2이므로 10극이 되는데, 도 4에 도시한 바와 같이, 권선 방법이 분포권이며, 이층권이기 때문에 각 상 당 코일 뭉치는 12개가 필요하며, 총 코일 뭉치는 슬롯수와 동일한 36개이다.

여기서, 극수가 12극이면 1상, 2상, 3상을 한 그룹으로 하여 12그룹으로 만들어 순서대로 권선하면 위상각 120도의 완벽한 정현파를 갖는 삼상 권선이 완성될 수 있는데, 영구자석 동기전동기의 극수는 10극이기 때문에 12그룹으로 만들어 권선하게 되면 자계 불균형과 비대칭으로 교류전류 인가 시 기동이 불가능하거나, 심한 진동과 소음을 가져오게 된다.

따라서, 10극 삼상 권선을 위해서는 1상, 2상, 3상을 한 그룹으로 하고, 이것을 10개조로 적절하게 배분하는 것이 필요한데, 각 상 당 12뭉치의 코일을 10개조로 배분하기 위해서는 6개조에 각 상 중 하나의 상이 반드시 2번 배치되어야 한다.

또한, 하나의 상이 2번 배치되는 조의 순서와 간격이 일정해야 하며, 동일한 상이 2번 배치되는 조는 반드시 180도로 대칭을 이루도록 권선해야만 한다.

도 5을 설명하면, 360도와 마주보는 180도에 각각 2상을 2번 배치시키게 되며, 60도와 마주보는 240도에 각각 1상을 2번 배치시키게 되며, 120도에 마주보는 300도에 각각 3상을 2번 배치시키게 되는 것이다.

그리고, 각 상을 2번 배치시키는 조는 도 5와 같이, 1상, 3상, 2상의 순서로 배열되게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 유도기동이 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법은,

슬롯 대 극수가 36 : 10의 조합을 갖는 영구자석 동기전동기 경우 삼상 권선을 이용하되, 1상 ~ 3상을 한 그룹으로 하여 10개조를 이루는 것을 특징으로 하며,

1조는 1상의 1코일, 2상의 1코일, 3상의 1코일을 순서대로 권선하며, 2조는 1상의 2~3코일, 2상의 2코일, 3상의 2코일을 순서대로 권선하며, 3조는 1상의 4코일, 2상의 3코일, 3상의 3~4코일을 순서대로 권선하며, 4조는 1상의 5코일, 2상의 4코일, 3상의 5코일을 순서대로 권선하며, 5조는 1상의 6코일, 2상의 5~6코일, 3상의 6코일을 순서대로 권선하며, 6조는 1상의 7코일, 2상의 7코일, 3상의 7코일을 순서대로 권선하며, 7조는 1상의 8~9코일, 2상의 8코일, 3상의 8코일을 순서대로 권선하며, 8조는 1상의 10코일, 2상의 9코일, 3상의 9~10코일을 순서대로 권선하며, 9조는 1상의 11코일, 2상의 10코일, 3상의 11코일을 순서대로 권선하며, 10조는 1상의 12코일, 2상의 11~12코일, 3상의 12코일을 순서대로 권선하는 것을 특징으로 한다.

도 4를 참조하여 설명하자면, 4 피치일 경우에 1조는 1상의 1코일을 1슬롯을 시작으로 4슬롯까지 권선하며, 2상의 1코일을 2슬롯을 시작으로 5슬롯까지 권선하며, 3상의 1코일을 3슬롯을 시작으로 6슬롯까지 권선하여 1조 권선을 마무리한다.

이후, 2조는 1상의 2코일을 4슬롯을 시작으로 7슬롯까지 권선하며, 1상의 3코일을 5슬롯을 시작으로 8슬롯까지 권선하며, 2상의 2코일을 6슬롯을 시작으로 9슬롯까지 권선하며, 3상의 2코일을 7슬롯을 시작으로 10슬롯까지 권선하여 2조 권선을 마무리하는 것이다.

이렇게 순차적으로 각 상이 2번 배치되는 간격을 동일하게 권선하게 되면, 각 상이 2번 배치되는 각도는 60도를 이루게 되고 동일한 상이 2번 배치되는 그룹은 반드시 180도로 대칭이 이루어진다.

이때, 동일한 상이 2번 배치되는 그룹의 권선 순서는 1상, 3상, 2상의 순서로 일정한 간격을 두고 배치되게 되는 것이다.

또한, 동일한 상이 2번 배치되는 그룹의 수와 순서는 슬롯과 극수의 조합에 따라서 달라지게 되는데, 예들 들면 슬롯대 극수가 36 : 8의 조합에서는 동일한 상이 2번 배치되는 그룹의 수는 12개조가 되고, 동일한 상이 2번 배치되는 순서는 1상, 3상, 2상의 순서가 된다.

결국, 상기한 권선 방법을 이용하여 10조까지 권선함으로써, 본 발명의 유도기동장치가 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법은 완성되는 것이다.

상기와 같은 권선법은 영구자석 회전자가 10극임에도 불구하고 삼상 권선을 통하여 각 상의 위상각을 정현파에 가깝도록 할 수 있기 때문에 자계의 균형과 대칭이 가능해져, 교류전류만으로 기동 및 운전이 가능하고, 진동과 소음을 최소화할 수 있는 LSPM 동기전동기가 가능해지는 것이다.

따라서, 본 발명의 삼상 권선법은 영구자석 회전자를 갖는 동기 전동기 및 영구자석 발전기에 널리 활용할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 발명의 상세한 설명, 사용예 및 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

본 발명의 유도 기동 장치가 필요 없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법은 영구자석 회전자를 갖는 동기 전동기 및 영구자석 발전기에 널리 활용될 수 있을 것이다.

Claims

샤프트(110)와;

중앙에 샤프트가 결합되어 있으며, 복수 개의 영구자석(210)이 일정 간격으로 형성되어 있는 회전자(200)와;

복수 개의 슬롯(310)이 일정 간격으로 형성되어 있으며, 각각의 슬롯에 코일이 권선되는 스테이터코어부(300);를 포함하여 구성되는 영구자석 회전장치의 권선 방법에 있어서,

코깅토크를 최소화하기 위한 영구자석의 극수와 슬롯의 개수는 하기의 계산식에 의해 정해지는 것을 특징으로 하며,

[계산식]

P = S/3 - 2

상기 계산식에서, P = 극수 , S = 슬롯수.

3상 코일 권선시,

1상 ~ 3상을 한 조로 하여 10조를 이루며, 각 상 중 어느 한 상에서 2개가 포함되는 조가 180 각도로 마주보게 권선하는 것을 특징으로 하는 유도기동이 필요 없는 LSPM동기전동기의 권선 방법.
샤프트(110)와;

중앙에 샤프트가 결합되어 있으며, 복수 개의 영구자석(210)이 일정 간격으로 형성되어 있는 회전자(200)와;

복수 개의 슬롯(310)이 일정 간격으로 형성되어 있으며, 각각의 슬롯에 코일이 권선되는 스테이터코어부(300);를 포함하여 구성되는 영구자석 회전장치의 권선 방법에 있어서,

코깅 토크를 최소화하기 위한 영구자석의 극수와 슬롯의 개수는 하기의 계산식에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는, 유도기동이 필요 없는 LSPM동기전동기의 권선 방법.

[계산식]

P = S/3 - 4

상기 계산식에서, P = 극수 , S = 슬롯수.
샤프트(110)와;

중앙에 샤프트가 결합되어 있으며, 복수 개의 영구자석(210)이 일정 간격으로 형성되어 있는 회전자(200)와;

복수 개의 슬롯(310)이 일정 간격으로 형성되어 있으며, 각각의 슬롯에 코일이 권선되는 스테이터코어부(300);를 포함하여 구성되는 영구자석 회전장치의 코일 권선 방법에 있어서,

코깅 토크를 최소화하기 위하여 영구자석의 극수와 슬롯의 개수는

[계산식]

P = S/3 - 2 (P = 극수 , S = 슬롯수), 에 의해 정해지는 것을 특징으로 하며,

3상 권선을 위해서는,

각 상의 코일 뭉치 합이 슬롯수가 되도록 구성하고,

1상, 2상, 3상을 한 그룹으로 하여 극 수만큼 조를 구성하며,

구성된 조 중 적어도 한 개 이상의 조에는 각 상 중 하나의 상이 2번 연달아 배치되는 조를 구성하며,

상기 하나의 상이 2번 연달아 배치된 조는 60도 간격을 유지하며, 설정된 순서에 따라 배치되며,

동일한 상이 2번 배치된 조는 180도씩 대칭을 이루게 권선하는 것을 특징으로 하는, 유도기동이 필요 없는 LSPM동기전동기의 권선 방법.
샤프트(110)와;

중앙에 샤프트가 결합되어 있으며, 복수 개의 영구자석(210)이 일정 간격으로 형성되어 있는 회전자(200)와;

복수 개의 슬롯(310)이 일정 간격으로 형성되어 있으며, 각각의 슬롯에 코일이 권선되는 스테이터코어부(300);를 포함하여 구성되는 영구자석 회전장치의 코일 권선 방법에 있어서,

코깅토크를 최소화하기 위하여 영구자석의 극수와 슬롯의 개수는

[계산식]

P = S/3 - 4 (P = 극수 , S = 슬롯수), 에 의해 정해지는 것을 특징으로 하며,

3상 권선을 위해서는,

각 상의 코일 뭉치 합이 슬롯수가 되도록 구성하고,

1상, 2상, 3상을 한 그룹으로 하여 극 수만큼 조를 구성하며,

구성된 조 중 적어도 한 개 이상의 조에는 각 상 중 하나의 상이 2번 연달아 배치되는 조를 구성하며,

상기 하나의 상이 2번 연달아 배치된 조는 30도 간격을 유지하며, 설정된 순서에 따라 배치되며,

동일한 상이 2번 배치된 조는 90도씩 4개조로 대칭을 이루게 권선하는 것을 특징으로 하는 유도기동이 필요없는 LSPM 동기전동기의 권선 방법.