WO2022114360A1 - 출력 특성을 고려하여 q축 슬롯 구조를 개선한 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자 - Google Patents

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WO2022114360A1
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WO
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slot
rotor
connection part
barrier
line
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PCT/KR2020/018382
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이주
김현우
박예지
오승택
강준호
김정원
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한양대학교 산학협력단
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Publication date
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    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a rotor of a line start synchronous reluctance motor, and more specifically, to a line start synchronous reluctance motor that improves output characteristics by improving the q-axis slot structure. It's about the rotor.
  • line-started synchronous reluctance motors are motors using the principle that rotational force is generated by a change in magnetoresistance according to rotation of a rotor, and are widely used in industrial applications such as fans and pumps.
  • the rotor of a line-started synchronous reluctance motor has a plurality of barrier and conductor-filled rotor slots.
  • the flow of magnetic flux is hampered by the barrier, so that the direction between each barrier group in the barrier lateral direction, that is, the q-axis and the circumferential direction of the rotor, that is, the d-axis magnetoresistance changes,
  • the reluctance torque is generated by the difference in magnetoresistance along the d-axis. Since the reluctance torque is synchronized with the magnetic flux of the stator, the rotor rotates at a synchronous speed by the reluctance torque.
  • the output of a line-started synchronous reluctance motor is determined by the number and structure of barriers, but the number and thickness of barriers are limited by the number, thickness, and depth of rotor slots.
  • the number of barriers is limited by the number of rotor slots and has a limit in output characteristics.
  • An object of the present invention is to provide a rotor of a line-started synchronous reluctance motor that breaks away from the shape of an existing induction motor and improves the number of barriers.
  • Another object of the present invention is to provide a rotor of a line-started synchronous reluctance motor with improved salient pole ratio and output characteristics.
  • a rotor of a line-started synchronous reluctance motor having a shaft hole formed at the center thereof is disposed in the circumferential direction around the shaft hole, and a first barrier disposed closest to the circumference and the shaft
  • a plurality of barriers including a second barrier disposed closest to the hole, a plurality of first slots facing opposite ends of each of the plurality of barriers, and located at both ends of the first barrier among the plurality of first slots a second slot positioned between two first slots, wherein the barrier includes a body part, a first connection part, and a second connection part, and the first connection part and the second connection part are at both ends of the body part and an angle formed by the body portion and the first connection portion and the body portion and the second connection portion is greater than or equal to 90 degrees, and the second slot includes a slot body portion, a first slot connection portion and a second slot connection portion, The first slot connection part and the second slot connection part are located at both ends of the slot body part to have a shape similar
  • a rotor of a line-started synchronous reluctance motor with improved salient pole ratio and output characteristics can be provided.
  • FIG. 1 is a view for explaining a line-started synchronous reluctance motor having a rotor according to the prior art.
  • FIG. 2 is a view for explaining the rotor of the line-started synchronous reluctance motor according to the prior art.
  • FIG. 3 is a view for explaining a rotor of a line-started synchronous reluctance motor according to an embodiment
  • FIG. 4 is a view for explaining a rotor of a line-started synchronous reluctance motor according to another embodiment.
  • FIG. 5 is a view for explaining a line-started synchronous reluctance motor having a rotor according to the structure of FIG. 3 .
  • FIG. 6 is a view showing a comparison result of analysis results for a rotor of a line-started synchronous reluctance motor according to the structure of FIG. 3 and the related art using a finite element analysis technique.
  • a component When a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it can be understood that other components may exist in between. .
  • the first barrier in the rotor of a line-started synchronous reluctance motor having a shaft hole formed at the center, the first barrier is disposed in the circumferential direction around the shaft hole and disposed closest to the circumference and a plurality of barriers including a second barrier disposed closest to the shaft hole, a plurality of first slots facing opposite ends of each of the plurality of barriers, and both ends of the first barrier among the plurality of first slots and a second slot positioned between two first slots positioned at It is located at both ends and the angle between the body part and the first connection part and the body part and the second connection part is 90 degrees or more, and the second slot includes a slot body part, a first slot connection part, and a second slot connection part.
  • the first slot connection part and the second slot connection part are located at both ends of the slot body part to have a shape similar to that of the barrier, and the slot body part and the first slot connection part and the slot body part and the second
  • the angle formed by the slot connection part may be 90 degrees or more.
  • the slot body part may be disposed to be spaced apart from the circumference by a predetermined distance, and the first slot connection part may be disposed in a direction from one end of the slot body part toward the circumference of the rotor.
  • the second slot connection part may be disposed in a direction from the other end of the slot body toward the circumference of the rotor.
  • a conductor may be inserted into the first slot and the second slot.
  • Ends of the first slot connection part and the second slot connection part that are not connected to the slot body part may be formed to be round.
  • the second slot may be positioned on a q-axis that is an axis that crosses the center of the barrier.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a line-started synchronous reluctance motor according to the prior art
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a rotor of a line-started synchronous reluctance motor according to the prior art.
  • the rotor 90 of the line-started synchronous reluctance motor has a circular shape with a shaft hole 100 formed in the center, and the shaft hole 100 is the center of the rotor 90.
  • a plurality of barriers 200 are disposed in the circumferential direction, and the barrier 200 includes a body portion 203 , a first connection portion 201 , and a second connection portion 202 .
  • the first connection part 201 and the second connection part 202 are connected to both ends of the body part 203 to form an angle of 90 degrees or more, and have ends extending to the vicinity of the circumference of the rotor 90 .
  • the barrier 200 may penetrate in the axial direction of the rotor 90 and may be filled with air.
  • Such a barrier 200 is when a rotating magnetic field is formed in the stator, the rotor 90 is magnetized by the rotating magnetic field, so that a flow of magnetic flux is generated between the stator and the rotor 90. to increase the magnetic resistance.
  • the rotor slot 300 is disposed in a radial direction along a circumference adjacent to the first connection part 201 and the second connection part 202 .
  • a part of the rotor slot 300 is the q-axis outermost slot 300a located on the q-axis, which is an axis crossing the center of the barrier 200 .
  • the line-started synchronous reluctance motor according to the structures of FIGS. 1 and 2 may have a problem in that the number of barriers 200 is limited by the number of rotor slots 300 .
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a rotor structure of a line-started synchronous reluctance motor including a second slot having a shape similar to a barrier according to an embodiment of the present invention.
  • the rotor 91 of the illustrated line-driven synchronous reluctance motor has a plurality of barriers 40 arranged in the circumferential direction with respect to the shaft hole 100 and opposite ends of each of the plurality of barriers 40 .
  • the beam includes a plurality of first slots 30 and a second slot 20 having a shape similar to that of the barrier 40 .
  • the barrier 40 may include a first barrier 40a disposed closest to the circumference and a second barrier 40b disposed closest to the shaft hole 100 .
  • the barrier 40 may penetrate in the axial direction of the rotor 90 and may be filled with air.
  • Such a barrier 40 when a rotating magnetic field is formed in the stator, the rotor 90 is magnetized by the rotating magnetic field, so that a flow of magnetic flux occurs between the stator and the rotor 90, which prevents the flow of magnetic flux to increase the magnetic resistance.
  • the barrier 40 may include a body part 43 , a first connection part 41 , and a second connection part 42 .
  • the first connection part 41 and the second connection part 42 are connected to both ends of the body part 43 , and the angle formed between the first connection part 41 and the body part 43 and the second An angle between the connecting portion 42 and the body portion 43 may be greater than or equal to 90 degrees.
  • the first slot 30 may be disposed in a radial direction along a circumference.
  • the second slot 20 may be positioned between two first slots 30 positioned at both ends of the first barrier 40a among the plurality of first slots 30 .
  • the second slot 20 may be positioned on the q-axis, which is a direction crossing the center of the barrier 40 .
  • the second slot 20 may include a slot body part 23 , a first slot connection part 21 , and a second slot connection part 22 .
  • the first slot connection part 21 and the second slot connection part 22 are connected to both ends of the slot body part 23, and the first slot connection part 21 and the slot body part 23 form The angle and the angle between the second slot connection part 22 and the slot body part 23 may be 90 degrees or more. Accordingly, the second slot 30 may have a shape similar to that of the barrier 40 as a whole.
  • the ends of the first slot connection part 21 and the second slot connection part 22 that are not connected to the slot body part 23 may be rounded.
  • the slot body 23 may be disposed to be spaced apart from the circumference by a predetermined distance.
  • the first slot connection part 21 may be disposed in a direction from one end of the slot body part 22 toward the circumference of the rotor 91 .
  • the second slot connection part 21 may be disposed in a direction from the other end of the slot body part 22 toward the circumference of the rotor 91 .
  • the first slot 30 and the second slot 20 may be filled with a conductor such as aluminum or copper.
  • FIG. 4 is a rotor structure of a line-started synchronous reluctance motor including a second slot disposed in a direction in which a first connection portion and a second connection portion of a barrier extend in a direction other than a radial direction according to an embodiment of the present invention; is a cross-sectional view showing
  • the rotor 92 of the illustrated line-started synchronous reluctance motor includes a plurality of barriers 40 arranged in the circumferential direction with respect to the shaft hole 100 and each of the barriers 40 . It includes a plurality of first slots 50 facing both ends and a second slot 20 having a shape similar to that of the barrier 40 .
  • the barrier 40 may include a first barrier 40a disposed closest to the circumference and a second barrier 40b disposed closest to the shaft hole 100 .
  • the barrier 40 may penetrate in the axial direction of the rotor 92 and may be filled with air.
  • the barrier 40 may include a body part 43 , a first connection part 41 , and a second connection part 42 .
  • the first connection part 41 and the second connection part 42 are connected to both ends of the body part 43 , and the angle formed between the first connection part 41 and the body part 43 and the second An angle between the connecting portion 42 and the body portion 43 may be greater than or equal to 90 degrees.
  • the first slot 50 adjacent to the first connection part 41 may be disposed in a direction in which the first connection part 41 extends.
  • the first slot 50 adjacent to the second connection part 42 may be disposed in a direction in which the second connection part 42 extends.
  • the barrier 40 and the first slot 50 by disposing the first slot 50 in a direction in which the first connection part 41 and the second connection part 42 of the barrier 40 extend, not in a radial direction.
  • the magnetic flux paths of the poles become the same, so that the salient pole ratio and output characteristics can be improved.
  • the second slot 20 may be positioned between two first slots 50 positioned at both ends of the first barrier 40a among the plurality of first slots 50 .
  • the second slot 20 may be positioned on the q-axis, which is a direction crossing the center of the barrier 40 .
  • the second slot 20 may include a slot body part 23 , a first slot connection part 21 , and a second slot connection part 22 .
  • the first slot connection part 21 and the second slot connection part 22 are connected to both ends of the slot body part 23, and the first slot connection part 21 and the slot body part 23 form The angle and the angle between the second slot connection part 22 and the slot body part 23 may be 90 degrees or more.
  • the second slot 20 may have a shape similar to that of the barrier 40 as a whole.
  • the ends of the first slot connection part 21 and the second slot connection part 22 that are not connected to the slot body part 23 may be rounded.
  • the slot body 23 may be disposed to be spaced apart from the circumference by a predetermined distance.
  • the first slot connection part 21 may be disposed in a direction toward the circumference from one end of the slot body part 22 .
  • the second slot connection part 21 may be disposed in a direction toward the circumference from the other end of the slot body part 22 .
  • the first slot 50 and the second slot 20 may be filled with a conductor such as aluminum or copper.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a line-started synchronous reluctance motor including a rotor having the structure of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
  • the line-started synchronous reluctance motor includes a plurality of barriers 40 arranged in a circumferential direction around a shaft hole 100 and both ends of the plurality of barriers 40 and It may include a rotor including a plurality of first slots 30 facing each other and a second slot 20 having a shape similar to that of the barrier 40 .
  • the barrier 40, the first slot 30 and the second slot 20 are divided into first, second, third, and fourth quarters divided by 90 degrees from the center of the rotor. They are each placed in the same shape in equal parts.
  • the line-started synchronous reluctance motor according to FIG. 5 may have improved output, salient pole ratio, efficiency, and power factor compared to the line-started synchronous reluctance motor according to the prior art of FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a comparison result of analysis results for a line-started synchronous reluctance motor having a rotor according to the conventional structure of FIG. 1 and a rotor according to the structure of FIG. 3 using a finite element analysis technique. .
  • the salient pole ratio which is the ratio of the q-axis inductance and the d-axis inductance, is improved from 6.64 to 7.54 compared to the related art.
  • the second slot has a shape similar to that of the barrier, so that the number of barriers is substantially increased, and the q-axis inductance is reduced.
  • the second slot having a barrier shape as shown in the figure effectively reduces the q-axis inductance, thereby improving the salient pole ratio and efficiency.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

일 실시예에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자에 있어서, 샤프트홀을 중심으로 원주 방향으로 배치되며 제1 배리어 및 제2 배리어를 포함한 복수의 배리어, 상기 복수의 배리어 각각의 양 끝단과 마주보는 복수의 제1 슬롯, 상기 제1 배리어의 양 끝단에 위치하는 두 개의 제1 슬롯들 사이에 위치하는 제2 슬롯을 포함하고, 상기 배리어는 몸체부 및 상기 몸체부의 양 끝단에 위치하되 상기 몸체부와 이루는 각도가 90도 이상이 되는 제1 연결부 및 제2 연결부를 포함하고, 상기 제2 슬롯은 상기 배리어와 유사한 형상을 갖도록 제1 슬롯연결부 및 제2 슬롯연결부가 슬롯몸체부의 양 끝단에 위치하며 상기 슬롯몸체부와 상기 제1 슬롯연결부 및 상기 슬롯몸체부와 상기 제2 슬롯연결부가 이루는 각도가 90도 이상인 회전자가 제공될 수 있다.

Description

출력 특성을 고려하여 q축 슬롯 구조를 개선한 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자
본 발명은 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기(Line Start Synchronous Reluctance Motor)의 회전자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 q축 슬롯 구조를 개선하여 출력 특성을 향상시키는 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자에 관한 것이다.
일반적으로 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기는 회전자의 회전에 따른 자기 저항의 변화에 의해서 회전력이 발생되는 원리를 이용한 전동기로서, 팬, 펌프와 같은 산업용 어플리케이션 등에 널리 사용되고 있다. 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자는 복수 개의 배리어 및 도체가 채워진 회전자 슬롯을 갖는다.
상기 회전자가 기동되면, 자속의 흐름이 상기 배리어에 의해 방해되어 상기 배리어 측 방향, 즉 q축과 상기 회전자의 원주 방향으로 각 배리어군 사이 방향, 즉 d축 자기 저항이 달라지는데, 상기 q축과 d축의 자기 저항 차이에 의해 릴럭턴스 토크가 발생한다. 릴럭턴스 토크는 고정자의 자속과 동기되므로 회전자가 릴럭턴스 토크에 의해 동기 속도로 회전한다.
일반적으로 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 출력은 배리어의 수와 구조에 의해 결정되지만 회전자 슬롯의 개수, 두께, 깊이에 따라 배리어의 수, 두께 등이 제약을 받는다. 특히 배리어 수의 경우 회전자 슬롯 개수에 의해 제한되며 출력 특성의 한계를 가진다는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 기존 유도 전동기의 형상을 탈피하고 배리어의 수를 향상시킨 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 과제는 돌극비 및 출력 특성이 향상된 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 중심에 샤프트홀이 형성되는 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자는 상기 샤프트홀을 중심으로 원주 방향으로 배치되며, 원주와 가장 가깝게 배치되는 제1 배리어 및 상기 샤프트홀과 가장 가깝게 배치되는 제2 배리어를 포함한 복수의 배리어, 상기 복수의 배리어 각각의 양 끝단과 마주보는 복수의 제1 슬롯, 상기 복수의 제1 슬롯들 중 상기 제1 배리어의 양 끝단에 위치하는 두 개의 제1 슬롯들 사이에 위치하는 제2 슬롯을 포함하고, 상기 배리어는 몸체부, 제1 연결부 및 제2 연결부를 포함하고, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부가 상기 몸체부의 양 끝단에 위치하며 상기 몸체부와 상기 제1 연결부 및 상기 몸체부와 상기 제2 연결부가 이루는 각도가 90도 이상이고, 상기 제2 슬롯은 슬롯몸체부, 제1 슬롯연결부 및 제2 슬롯연결부를 포함하고, 상기 배리어와 유사한 형상을 갖도록 상기 제1 슬롯연결부 및 상기 제2 슬롯연결부가 상기 슬롯몸체부의 양 끝단에 위치하며 상기 슬롯몸체부와 상기 제1 슬롯연결부 및 상기 슬롯몸체부와 상기 제2 슬롯연결부가 이루는 각도가 90도 이상일 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 기존 유도 전동기의 형상을 탈피하고 배리어의 수를 향상시킨 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자가 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 돌극비 및 출력 특성이 향상된 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자가 제공될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 회전자를 구비한 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자를 설명하기 위한 도면이다
도 4는 다른 일 실시 예에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자를 설명하기 위한 도면이다.
도 5은 도 3의 구조에 따른 회전자를 구비한 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 유한요소 해석 기법을 이용하여 종래와 도 3의 구조에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자에 대한 해석 결과를 비교한 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별 기호에 불과하다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 각 실시 예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 중심에 샤프트홀이 형성되는 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자에 있어서, 상기 샤프트홀을 중심으로 원주 방향으로 배치되며, 원주와 가장 가깝게 배치되는 제1 배리어 및 상기 샤프트홀과 가장 가깝게 배치되는 제2 배리어를 포함한 복수의 배리어, 상기 복수의 배리어 각각의 양 끝단과 마주보는 복수의 제1 슬롯, 상기 복수의 제1 슬롯들 중 상기 제1 배리어의 양 끝단에 위치하는 두 개의 제1 슬롯들 사이에 위치하는 제2 슬롯을 포함하고, 상기 배리어는 몸체부, 제1 연결부 및 제2 연결부를 포함하고, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부가 상기 몸체부의 양 끝단에 위치하며 상기 몸체부와 상기 제1 연결부 및 상기 몸체부와 상기 제2 연결부가 이루는 각도가 90도 이상이고, 상기 제2 슬롯은 슬롯몸체부, 제1 슬롯연결부 및 제2 슬롯연결부를 포함하고, 상기 배리어와 유사한 형상을 갖도록 상기 제1 슬롯연결부 및 상기 제2 슬롯연결부가 상기 슬롯몸체부의 양 끝단에 위치하며 상기 슬롯몸체부와 상기 제1 슬롯연결부 및 상기 슬롯몸체부와 상기 제2 슬롯연결부가 이루는 각도가 90도 이상일 수 있다.
상기 슬롯몸체부는 상기 원주로부터 일정거리 이격되어 배치되고, 상기 제1 슬롯연결부는 상기 슬롯몸체부의 일단부에서 상기 회전자의 원주를 향하는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제2 슬롯연결부는 상기 슬롯몸체부의 타단부에서 상기 회전자의 원주를 향하는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제1 슬롯 및 상기 제2 슬롯에는 도체가 삽입될 수 있다.
상기 제1 슬롯연결부 및 상기 제2 슬롯연결부의 상기 슬롯몸체부와 연결되지 않은 말단은 라운드지게 형성될 수 있다.
상기 제2 슬롯은 상기 배리어의 중심을 가로지르는 축인 q축에 위치할 수 있다.
아래에서는 도면을 참조하여, 상술한 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자의 구성에 대해 살펴보기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기를 도시한 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자(90)는 중심에 샤프트홀(100)이 형성된 원형 형상으로, 상기 샤프트홀(100)을 중심으로 원주 방향으로 복수의 배리어(200)가 배치되며, 상기 배리어(200)는 몸체부(203)와 제1 연결부(201) 및 제2 연결부(202)로 구성된다.
상기 제1 연결부(201)와 상기 제2 연결부(202)는 상기 몸체부(203)의 양 끝단과 90도 이상의 각을 이루도록 연결되며 회전자(90)의 원주 부근까지 연장된 말단을 갖는다.
상기 배리어(200)는 상기 회전자(90)의 축 방향으로 관통됨과 아울러 내부에 공기가 채워질 수 있다.
이와 같은 배리어(200)는 고정자에 회전 자기장이 형성되면 상기 회전 자기장에 의해 상기 회전자(90)가 자화되어 고정자와 회전자(90) 사이에 자속의 흐름이 생기는데, 이 자속의 흐름을 방해하여 자기 저항이 커지도록 한다.
상기 제1 연결부(201) 및 상기 제2 연결부(202)와 인접하게 원주를 따라 방사 방향으로 회전자 슬롯(300)이 배치됨을 알 수 있다.
상기 회전자 슬롯(300) 중 일부는 상기 배리어(200)의 중심을 가로지르는 축인 q축에 위치한 q축 최외각 슬롯(300a)이다.
도 1 및 도 2의 구조에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기는 회전자 슬롯(300)의 개수에 의해 배리어(200)의 수에 제한을 받는 문제점이 존재할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 배리어와 유사한 형상을 갖는 제2 슬롯을 포함하는 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자 구조를 도시한 단면도이다.
도시된 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자(91)는 샤프트홀(100)을 중심으로 원주 방향으로 배치되는 복수의 배리어(40)와 상기 복수의 배리어(40) 각각의 양 끝단과 마주보는 복수의 제1 슬롯(30)과 상기 배리어(40)와 유사한 형상을 갖는 제2 슬롯(20)을 포함한다.
상기 배리어(40)는 원주와 가장 가깝게 배치되는 제1 배리어(40a)와 샤프트홀(100)과 가장 가깝게 배치되는 제2 배리어(40b)를 포함할 수 있다.
상기 배리어(40)는 상기 회전자(90)의 축 방향으로 관통됨과 아울러 내부에 공기가 채워질 수 있다.
이와 같은 배리어(40)는 고정자에 회전 자기장이 형성되면 상기 회전 자기장에 의해 상기 회전자(90)가 자화되어 고정자와 회전자(90) 사이에 자속의 흐름이 생기는데, 이 자속의 흐름을 방해하여 자기 저항이 커지도록 한다.
도 3의 확대 도면에서와 같이 상기 배리어(40)는 몸체부(43), 제1 연결부(41) 및 제2 연결부(42)를 포함할 수 있다.
상기 제1 연결부(41) 및 상기 제2 연결부(42)는 상기 몸체부(43)의 양 끝단과 연결되며, 상기 제1 연결부(41)와 상기 몸체부(43)가 이루는 각도 및 상기 제2 연결부(42)와 상기 몸체부(43)가 이루는 각도는 90도 이상일 수 있다.
상기 제1 슬롯(30)은 원주를 따라 방사 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제2 슬롯(20)은 상기 복수의 제1 슬롯(30)들 중 상기 제1 배리어(40a)의 양 끝단에 위치하는 두 개의 제1 슬롯(30)들 사이에 위치할 수 있다.
상기 제2 슬롯(20)은 상기 배리어(40)의 중심을 가로지르는 방향인 q축에 위치할 수 있다.
도 3의 확대 도면에서와 같이 상기 제2 슬롯(20)은 슬롯몸체부(23), 제1 슬롯연결부(21) 및 제2 슬롯연결부(22)를 포함할 수 있다.
상기 제1 슬롯연결부(21) 및 상기 제2 슬롯연결부(22)는 상기 슬롯몸체부(23)의 양 끝단과 연결되며, 상기 제1 슬롯연결부(21)와 상기 슬롯몸체부(23)가 이루는 각도 및 상기 제2 슬롯연결부(22)와 상기 슬롯몸체부(23)가 이루는 각도는 90도 이상일 수 있다. 따라서 상기 제2 슬롯(30)은 전체로써 상기 배리어(40)와 유사한 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 슬롯연결부(21) 및 상기 제2 슬롯연결부(22)의 상기 슬롯몸체부(23)와 연결되지 않은 말단은 라운드지게 형성될 수 있다.
상기 슬롯몸체부(23)는 원주로부터 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 슬롯연결부(21)는 상기 슬롯몸체부(22)의 일단부에서 회전자(91)의 원주를 향하는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제2 슬롯연결부(21)는 상기 슬롯몸체부(22)의 타단부에서 회전자(91)의 원주를 향하는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제1 슬롯(30) 및 상기 제2 슬롯(20)은 알루미늄이나 구리와 같은 도체로 채워질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 방사 방향이 아닌, 배리어의 제1 연결부 및 제2 연결부가 연장되는 방향으로 배치된 제2 슬롯을 포함하는 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자 구조를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 도시된 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자(92)는 샤프트홀(100)을 중심으로 원주 방향으로 배치된 복수의 배리어(40)와 상기 배리어(40) 각각의 양 끝단과 마주보는 복수의 제1 슬롯 (50)과 상기 배리어(40)와 유사한 형상을 갖는 제2 슬롯(20)을 포함한다.
상기 배리어(40)는 원주와 가장 가깝게 배치되는 제1 배리어(40a)와 샤프트홀(100)과 가장 가깝게 배치되는 제2 배리어(40b)를 포함할 수 있다.
상기 배리어(40)는 상기 회전자(92)의 축 방향으로 관통됨과 아울러 내부에 공기가 채워질 수 있다.
도 4의 확대 도면에서와 같이 상기 배리어(40)는 몸체부(43), 제1 연결부(41) 및 제2 연결부(42)를 포함할 수 있다.
상기 제1 연결부(41) 및 상기 제2 연결부(42)는 상기 몸체부(43)의 양 끝단과 연결되며, 상기 제1 연결부(41)와 상기 몸체부(43)가 이루는 각도 및 상기 제2 연결부(42)와 상기 몸체부(43)가 이루는 각도는 90도 이상일 수 있다.
상기 제1 연결부(41)에 인접한 제1 슬롯(50)은 상기 제1 연결부(41)가 연장되는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제2 연결부(42)에 인접한 제1 슬롯(50)은 상기 제2 연결부(42)가 연장되는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제1 슬롯(50)이 방사 방향이 아닌 상기 배리어(40)의 제1 연결부(41) 및 제2 연결부(42)가 연장되는 방향으로 배치됨으로써 배리어(40)와 제1 슬롯(50) 사이의 자속 경로가 동일하게 되어 돌극비 및 출력 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 제2 슬롯(20)은 상기 복수의 제1 슬롯(50)들 중 상기 제1 배리어(40a)의 양 끝단에 위치하는 두 개의 제1 슬롯(50)들 사이에 위치할 수 있다.
상기 제2 슬롯(20)은 상기 배리어(40)의 중심을 가로지르는 방향인 q축에 위치할 수 있다.
도 4의 확대 도면에서와 같이 상기 제2 슬롯(20)은 슬롯몸체부(23), 제1 슬롯연결부(21) 및 제2 슬롯연결부(22)를 포함할 수 있다.
상기 제1 슬롯연결부(21) 및 상기 제2 슬롯연결부(22)는 상기 슬롯몸체부(23)의 양 끝단과 연결되며, 상기 제1 슬롯연결부(21)와 상기 슬롯몸체부(23)가 이루는 각도 및 상기 제2 슬롯연결부(22)와 상기 슬롯몸체부(23)가 이루는 각도는 90도 이상일 수 있다.
따라서 상기 제2 슬롯(20)은 전체로써 상기 배리어(40)와 유사한 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 슬롯연결부(21) 및 상기 제2 슬롯연결부(22)의 상기 슬롯몸체부(23)와 연결되지 않은 말단은 라운드지게 형성될 수 있다.
상기 슬롯몸체부(23)는 원주로부터 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 슬롯연결부(21)는 상기 슬롯몸체부(22)의 일단부에서 원주를 향하는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제2 슬롯연결부(21)는 상기 슬롯몸체부(22)의 타단부에서 원주를 향하는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제1 슬롯(50) 및 상기 제2 슬롯(20)은 알루미늄이나 구리와 같은 도체로 채워질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3의 구조를 갖는 회전자를 포함하는 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도 5에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기는 샤프트홀(100)을 중심으로 원주 방향으로 배치되는 복수의 배리어(40)와 상기 복수의 배리어(40) 각각의 양 끝단과 마주보는 복수의 제1 슬롯(30)과 상기 배리어(40)와 유사한 형상을 갖는 제2 슬롯(20)을 포함하는 회전자를 포함할 수 있다.
도 5에 따르면, 상기 배리어(40)와 제1 슬롯(30) 및 제2 슬롯(20)은 상기 회전자의 중심에서 90도로 4등분 된 제1 등분, 제2 등분, 제3 등분, 제4 등분에 각각 동일한 형태로 배치된다.
도 5에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기는 도 1의 종래 기술에 따른 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기 에 비해 출력, 돌극비, 효율 및 역률이 모두 개선될 수 있다.
도 6은 유한요소 해석 기법을 이용하여 도 1의 종래 구조에 따른 회전자와 도 3의 구조에 따른 회전자를 구비한 라인 기동형 동기 릴럭턴스 전동기에 대한 해석 결과를 비교한 결과가 도시한 도면이다.
도 6은 7.5kW 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기를 기준으로 출력 특성을 해석한 결과이다.
도 3의 구조에 따르면 종래에 비해 출력이 7.61[kW]에서 7.62[kW]로 향상되었음을 알 수 있다.
도 3의 구조에 따르면 종래에 비해 q축 인덕턴스와 d축 인덕턴스의 비율인 돌극비가 6.64에서 7.54로 개선되었음을 알 수 있다.
도 3의 구조에 따르면 종래에 비래 효율이 94.45[%]에서 94.67[%]로, 역률이 76.29[%]에서 77.54[%]로 개선되었음을 알 수 있다.
이는 제2 슬롯이 배리어와 유사한 형상을 가짐으로써 실질적으로 배리어의 수가 늘어나 q축 인덕턴스가 감소한 데에서 기인한 것이다.
즉, 도시한 형태의 배리어의 형상을 갖는 제2 슬롯은 효과적으로 q축 인덕턴스를 감소시켜 돌극비 및 효율을 개선시킴을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
전술한 바와 같이, 상기 발명의 실시를 위한 최선의 형태에서, 관련된 사항을 기술하였다.

Claims (6)

  1. 중심에 샤프트홀이 형성되는 라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자에 있어서,
    상기 샤프트홀을 중심으로 원주 방향으로 배치되며, 원주와 가장 가깝게 배치되는 제1 배리어 및 상기 샤프트홀과 가장 가깝게 배치되는 제2 배리어를 포함한 복수의 배리어;
    상기 복수의 배리어 각각의 양 끝단과 마주보는 복수의 제1 슬롯, 상기 복수의 제1 슬롯들 중 상기 제1 배리어의 양 끝단에 위치하는 두 개의 제1 슬롯들 사이에 위치하는 제2 슬롯;을 포함하고,
    상기 배리어는 몸체부, 제1 연결부 및 제2 연결부를 포함하고, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부가 상기 몸체부의 양 끝단에 위치하며 상기 몸체부와 상기 제1 연결부 및 상기 몸체부와 상기 제2 연결부가 이루는 각도가 90도 이상이고,
    상기 제2 슬롯은 슬롯몸체부, 제1 슬롯연결부 및 제2 슬롯연결부를 포함하고, 상기 배리어와 유사한 형상을 갖도록 상기 제1 슬롯연결부 및 상기 제2 슬롯연결부가 상기 슬롯몸체부의 양 끝단에 위치하며 상기 슬롯몸체부와 상기 제1 슬롯연결부 및 상기 슬롯몸체부와 상기 제2 슬롯연결부가 이루는 각도가 90도 이상인,
    라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯몸체부는 상기 원주로부터 일정거리 이격되어 배치되고, 상기 제1 슬롯연결부는 상기 슬롯몸체부의 일단부에서 상기 회전자의 원주를 향하는 방향으로 배치되는,
    라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 슬롯연결부는 상기 슬롯몸체부의 타단부에서 상기 회전자의 원주를 향하는 방향으로 배치되는
    라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 슬롯 및 상기 제2 슬롯에는 도체가 삽입되는
    라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 슬롯연결부 및 상기 제2 슬롯연결부의 상기 슬롯몸체부와 연결되지 않은 말단은 라운드지게 형성된
    라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 슬롯은 상기 배리어의 중심을 가로지르는 축인 q축에 위치하는
    라인 기동식 동기형 릴럭턴스 전동기의 회전자.
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