WO2016122050A1 - 권선계자형 모터의 회전자 - Google Patents

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WO2016122050A1
WO2016122050A1 PCT/KR2015/003458 KR2015003458W WO2016122050A1 WO 2016122050 A1 WO2016122050 A1 WO 2016122050A1 KR 2015003458 W KR2015003458 W KR 2015003458W WO 2016122050 A1 WO2016122050 A1 WO 2016122050A1
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이주
이재준
정동훈
설현수
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit

Definitions

  • the present invention relates to a wound field-type motor rotor.
  • Wind Field Synchronous Motor is typically composed of a stator and a rotor, the stator is wound is installed is fixed to the outer rotor.
  • the rotor is wound with a wound (teeth) instead of the permanent magnet.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to provide a winding field-type motor rotor that effectively prevents the scattering of the winding by extending the width of the shoe more broadly around the teeth of the rotor (teeth) do.
  • the motor rotor includes a tooth to be wound (teeth) and a shoe (shoe) protruding left and right symmetrical to one end of the tooth, It is characterized by being formed in a step shape.
  • FIG. 1 and 2 illustrate a motor rotor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a graph showing the change in inductance according to the rotor shoe width according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing a torque change according to the width of the rotor shoe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 and 2 illustrate a motor rotor according to an embodiment of the present invention.
  • the motor rotor 100 may include a tooth 110 and a shoe 120.
  • the shoe 120 may extend in the left and right widths of the teeth 110, and may have a stepped shape as illustrated in FIG. 1.
  • the rotor outermost shoe 121 increases the inductance difference between the dq axes and maintains a width capable of securing a high output density, while widening the shoe 122 inside the rotor to spread the rotor windings. You can prevent it.
  • the q-axis inductance if the d-axis sikindamyeon reduce the q-axis inductance (L q), while maintaining the inductance (Ld) may increase the inductance difference of the dq axes, shorten the width of the rotor outermost shoe 121 ( L q ) can be reduced.
  • the longer the width of the rotor inner shoe 122 is advantageous.
  • the motor rotor 100 has a shape of the shoe 120 as stepped as shown in FIG.
  • the width of the electron inner shoe 122 By increasing the width of the electron inner shoe 122 to increase the inductance difference between the dq axis to ensure the output density as well as to prevent the scattering of the winding.
  • the intermediate shoe 123 is formed between the outermost shoe 121 and the inner shoe 122 to reduce the gap gap as shown in FIG. 2 to reduce ripple generation and to remove (reduce) harmonics.
  • the motor can be stably operated by keeping the constant.
  • a width ratio of the outermost shoe 121 of the rotor, a width of the inner shoe 122 of the rotor, and a width of the intermediate shoe 123 formed therebetween may be variously set depending on the embodiment.
  • the number of intermediate shoes 123 may also be set to a plurality according to an embodiment.
  • rare earth such as neodymium (Nd), dysprosium (Dy) It can reduce the dependence of materials, and can bring the effect of developing and developing eco-friendly motors for vehicles.
  • Figure 3 is a graph showing the change in inductance according to the rotor shoe width according to an embodiment of the present invention.
  • the width of the rotor shoe was expressed in degrees (deg), and the width of the shoe used in the experiment of FIG. 2 was 19 ° and 23 °.
  • FIG. 4 is a graph showing a torque change according to the width of the rotor shoe according to an embodiment of the present invention.
  • the width of the rotor shoe is represented by an angle (deg), and the widths of the shoe used in the experiment of FIG. 4 are 19 ° and 23 °.
  • the width of the shoe can be extended left and right in a stepped shape while keeping the width of the outermost shoe 121 narrow, thereby increasing the inductance difference between the dq axes to secure the output density and preventing the winding from scattering. .
  • each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

권선계자형 모터 회전자가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 회전자는 권선되는 티스(teeth) 및 상기 티스의 일단에 좌·우 대칭으로 돌출된 슈(shoe)를 포함하되, 상기 슈는 계단형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

권선계자형 모터의 회전자
본 발명은 권선계자형 모터 회전자에 관한 것이다.
권선계자형 모터(Wound Field Synchronous Motor;WFSM)는 통상적으로 고정자와 회전자로 구성되며, 고정자는 권선되어 회전자 외곽에 고정되어 설치된다.
그리고 회전자는 영구자석형 모터와 달리 영구자석 대신 권선이 감겨져 있는 티스(teeth)가 배열된다.
종래의 경우, 회전자 권선의 비산을 방지하기 위해 각 회전자 티스에 슈(shoe)를 형성하지만, 슈의 폭을 일정 값 이상으로 증가시킬 경우 출력 밀도가 감소하므로, 회전자 권선의 비산을 방지하는 목적으로 슈의 폭을 연장하는데 한계가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 회전자의 티스(teeth)를 중심으로 슈의 폭을 더욱 넓게 연장하여 권선의 비산을 효율적으로 방지하는 권선계자형 모터 회전자를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 회전자는 권선되는 티스(teeth) 및 상기 티스의 일단에 좌·우 대칭으로 돌출된 슈(shoe)를 포함하되, 상기 슈는 계단형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전자의 각 티스(teeth)를 중심으로 슈(shoe)의 폭을 좌우 대칭으로 계단형으로 증가시킴으로써, 회전자 권선의 비산을 방지하면서 출력 밀도를 증가시킬 수 있다.
또한, 종래의 권선계자형 모터보다 더욱 높고 안정된 출력을 제공함으로써, 네오디뮴(Nd), 디스프로슘(Dy)과 같은 희토류 재료의 의존성을 감소시킬 수 있다.
또한, 친환경 차량용 전동기 개발 및 발전 효과를 가져올 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 회전자를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 슈 폭에 따른 인덕턴스 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 슈의 폭에 따른 토크 변화를 도시한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 회전자를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 회전자(100)는 티스(teeth)(110) 및 슈(shoe)(120)를 포함할 수 있다.
여기서 슈(120)는 티스(110)를 중심으로 좌·우 폭이 연장될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 계단형으로 형성될 수 있다.
그리고 회전자 최외각 슈(121)는 d-q축간의 인턱턴스 차를 크게 하여 높은 출력 밀도를 확보할 수 있는 폭을 유지하면서, 회전자 내측의 슈(122) 폭은 넓게 하여 회전자 권선의 비산을 방지할 수 있다.
아래의 수학식은 모터의 출력을 나타낸 것으로서, 각 변수에 대한 설명은 아래와 같다.
T = P n ψ a i q + P n (L d - L q )i d i q
T : 출력(토크)
P n : 극쌍수
ψ a : 계자 전류에 의한 전기자 쇄교자속
L d : d축 인덕턴스
L q : q축 인덕턴스
i d : d축 전류
i q : q축 전류
위 수학식으로부터, d-q축간의 인덕턴스 차, 즉, (L d - L q )를 증가시키는 경우 출력 밀도가 증가됨을 알 수 있다.
따라서, d축 인덕턴스(Ld)를 유지하면서 q축 인덕턴스(L q )를 감소시킨다면 d-q축간의 인덕턴스 차를 증가시킬 수 있는데, 회전자 최외각 슈(121)의 폭을 짧게 하는 경우 q축 인덕턴스(L q )를 감소시킬 수 있다.
한편, 권선의 비산을 방지하기 위해서는 회전자 내측 슈(122)의 폭이 길수록 유리하다.
그러나, d-q축간의 인덕턴스 차를 증가시키기 위해 회전자 최외각 슈(121)의 폭을 짧게 하고, 권선의 비산을 방지하기 위해 회전자 내측 슈(122)의 폭을 길게 하는 경우, 도 2와 같이 공극 간격이 길어지게 되므로 회전자가 회전 시 리플(ripple)이 발생하여 고조파가 발생하고 모터의 출력이 불규칙해짐으로써 모터의 동작 안정성이 감소하게 된다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 회전자(100)는 도 1a에 도시된 바와 같이 슈(120)의 형상을 계단형으로 하여, 회전자 최외각 슈(121)의 폭을 짧게 하고 회전자 내측 슈(122)의 폭을 길게 하여 d-q축간의 인덕턴스 차를 증가시켜 출력 밀도를 확보함은 물론 권선의 비산도 함께 방지할 수 있다.
그리고, 회전자 최외각 슈(121)와 내측 슈(122) 사이에 중간 슈(123)를 형성하여 도 2와 같이 공극 간격을 줄임으로써 리플 발생 감소는 물론 고조파를 제거(감소)함으로서 모터의 출력을 일정하게 하여 모터가 안정적으로 동작하도록 할 수 있다.
참고로, 회전자 최외각 슈(121)의 폭과, 회전자 내측 슈(122)의 폭 및 그 사이에 형성되는 중간 슈(123)의 폭 비율은 실시예에 따라서 얼마든지 다양하게 설정될 수 있으며, 중간 슈(123)의 개수 또한 실시예에 따라서 복수로 설정될 수 있다.
따라서, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 회전자(100)를 이용 시, 종래의 권선 계자형 동기 전동기 보다 더욱 높고 안정된 출력을 제공함으로써, 네오디뮴(Nd), 디스프로슘(Dy)과 같은 희토류 재료의 의존성을 감소시킬 수 있으며, 친환경 차량용 전동기 개발 및 발전 효과를 가져올 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 슈 폭에 따른 인덕턴스 변화를 도시한 그래프이다.
회전자 슈의 폭은 각도(deg)로 나타냈으며, 도 2의 실험에 사용한 슈의 폭은 19°와 23°이다.
도 3의 그래프를 통해, 슈의 폭이 커지면 d-q축간의 인덕턴스 차가 감소함을 알 수 있다.
즉, 슈의 폭이 19°인 경우의 d-q축간 인덕턴스 차가 슈의 폭이 23°인 경우보다 더 큰 것을 알 수 있으며, 이는 전술한 회전자 최외각 슈(121)의 폭을 짧게 할수록 d-q축간의 인덕턴스 차가 증가된다는 내용을 뒷받침한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 슈의 폭에 따른 토크 변화를 도시한 그래프이다.
도 4 역시, 회전자 슈의 폭은 각도(deg)로 나타냈으며, 도 4의 실험에 사용한 슈의 폭은 19°와 23°이다.
도 4의 그래프를 통해, 슈의 폭이 19°인 경우가 슈의 폭이 23°인 경우보다 더 높은 토크를 출력하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 회전자 최외각 슈(121)의 폭을 좁게 유지하면서 계단형으로 슈의 폭을 좌·우로 연장하여, d-q축간의 인덕턴스 차를 증가시켜 출력 밀도를 확보하고 권선의 비산을 방지할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
친환경 차량용 전동기 개발 및 발전 효과를 가져올 수 있다.

Claims (1)

  1. 모터 회전자에 있어서,
    권선되는 티스(teeth); 및
    상기 티스의 일단에 좌·우 대칭으로 돌출된 슈(shoe)
    를 포함하되,
    상기 슈는 계단형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 회전자.
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