KR101166426B1 - 투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기에 관한 것으로서, 다수로 배열되는 투스(111)에 모터코일(112)이 권선되는 스테이터(110)와, 스테이터(110)로부터 회전하도록 설치되며 다수의 도체(122)가 설치되는 로터(120)와, 로터(120)에 투스(111)와 공극을 가지도록 설치되며 재자화가 가능한 자성체로 이루어지는 마그넷 레이어(130)와, 마그넷 레이어(130)와 마주 보도록 마련되고 여자코일(141)이 권선되며 근접하는 투스(111)와 일체로 형성되는 익사이팅 폴(140)을 포함한다. 따라서, 본 발명은 익사이팅 폴을 근접하는 투스와 일체를 이루도록 형성시킴으로써, 착자시 익사이팅 폴의 고정 위치를 유지하도록 하는 효과를 가지고 있다.

극변환식 동기전동기, 익사이팅 폴, 투스, 일체

Description

투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기{POLE CHANGE TYPE SYNCHRONOUS MOTOR HAVING EXCITATION POLE BEING INTEGRATED WITH TOOTH}

도 1은 종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기를 도시한 평단면도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기를 도시한 평단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 스테이터 111 : 투스

112 : 모터코일 113 : 가이드홈

120 : 로터 121 : 샤프트홀

122 : 도체 130 : 마그넷 레이어

140 : 익사이팅 폴 141 : 여자코일

142 : 간격대

본 발명은 극변환식 동기전동기의 익사이팅 폴에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 익사이팅 폴을 근접하는 투스들과 일체로 형성시켜서 익사이팅 폴의 고정 위치를 유지하도록 한 극변환식 동기전동기에 관한 것이다.

일반적으로, 모터라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용되는데, 크게 직류전동기와 교류전동기로 나뉘어진다.

직류전동기에서 정류자와의 접촉에 의해 코일에 전류를 흐르도록 하는 브러쉬의 마모로 인한 단점을 극복하기 위하여 브러쉬를 사용하지 않는 BLDC(Brushless DC) 모터가 사용되고 있는데, 이러한 BLDC 모터는 토크가 크고 제어성이 우수할 뿐만 아니라 신속성을 도모할 수 있는 반면, 전류의 방향 전환을 위하여 인버터를 사용함으로써 가격이 비싸다는 단점을 가진다.

한편, 교류전동기의 일종인 LSPM 동기모터(Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor)는 BLDC 모터와 달리 인버터를 이용하지 않고, 로터(rotor)의 도체에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와 스테이터(stator)의 권선에 의하여 발생되는 자속의 상호작용에 의하여 발생되는 토오크로 구동되며, 이 때, 토오크는 케이지에 의한 토오크선분과 릴럭턴스 토오크 및 마그네트 토오크의 합성토오크에 의하여 기동된다. 또한, 기동되어 정격운전시 로터에 설치된 마그네트의 자속과 스테이터에서 발생되는 자속이 상호 동기화되어 스테이터의 회전자계의 속도로써 운전된다.

이와 같은 LSPM 동기모터는 마그네트가 항상 자속을 가지고 있기 때문에 초기 기동시 마그네트가 부토오크를 생성시켜서 초기 기동의 성능을 저하시키는 단점을 가지며, 이러한 단점을 극복하기 위하여 WPM(Written Pole Motor)이라고 하는 극변환식 동기전동기가 개발되었다.

종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기를 도시한 평단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 극변환식 동기전동기(10)는 모터코일(11a)이 각각 권선되는 다수의 투스(tooth; 11b)가 내주면을 따라 배열되도록 마련되는 스테이터(stator; 11)와, 스테이터(11)의 내측에 회전 가능하게 설치됨과 아울러 가장자리를 따라 다수의 도체(12a)가 삽입되는 로터(rotor; 12)와, 투스(11b)와 공극을 가지도록 로터(12)의 외주면에 설치됨과 아울러 재자화 가능한 자성체로 이루어지는 마그넷 레이어(magnet layer; 13)와, 스테이터(11)의 투스(11b) 사이에서 마그넷 레이어(13)와 마주보게 설치됨과 아울러 여자코일(14a)이 권선되는 익사이팅 폴(exciting pole; 14)을 포함한다.

이러한 종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기(10)는 구동을 위하여 모터코일(11a)에 전원을 인가함으로써 스테이터(11)측에 발생하는 1차 유기전압과 이로 인해 로터(12)의 도체(12a)로부터 발생되는 2차 유기전압의 상호작용에 의하여 스타트 토오크를 발생시켜서 로터(12)가 회전하게 되며, 로터(12)의 회전속도가 일정 속도에 도달하면 여자코일(14a)에 교류전원을 인가하여 익사이팅 폴(14)에 의해 마그넷 레이어(13)에 정해진 수의 N극과 S극이 원주방향을 따라 교대로 형성되도록 마그넷 레이어(13)를 자화시킴으로써 마그넷 레이어(13)에서 발생되는 자속과 스테이터(11)에서 발생되는 자속이 동기화되어 로터(12)가 동기속도에 도달하게 된다.

로터(12)가 동기속도에 도달하면, 여자코일(14a)로 인가되는 교류전원을 차단시키고, 마그넷 레이어(13)는 구동토오크 발생을 위한 자화상태를 유지하게 된다.

이와 같은 종래의 기술에 따른 극변환식 동기전동기(10)는 익사이팅 폴(14)에 의해 마그넷 레이어(13)를 자화시킴으로써 마그넷 레이어(13)가 자화 상태가 된다.

그런데, 종래에 스테이터(11)의 형성시, 원주 방향을 따라 형성되는 복수의 투스 중 그 어느 투스의 사이에 익사이팅 폴(14)을 일체로 형성시키기가 어려웠고, 더욱이, 투스(11b)간의 정중앙에 익사이팅 폴(14)을 위치 고정시키기가 까다로운 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 익사이팅 폴을 근접하는 투스와 일체를 이루도록 형성시킴으로써, 착자시 익사이팅 폴의 고정 위치를 유지하도록 하는 투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기에 관한 것이다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 다수로 배열되는 투스에 모터코일이 권선되는 스테이터와, 스테이터로부터 회전하도록 설치되며 다수의 도체가 설치되는 로터와, 로터에 투스와 공극을 가지도록 설치되며 재자화가 가능한 자성체로 이루어지는 마그넷 레이어와, 마그넷 레이어와 마주 보도록 마련되고 여자코일이 권선되며 근접하는 투스와 일체로 형성되는 익사이팅 폴을 포함하는 투스와 일 체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기를 도시한 평단면도이다.

본 발명에 따른 극변환식 동기전동기(100)는 도 2에서와 같이, 복수의 투스(111)에 모터코일(112)이 권선되는 스테이터(stator; 110)와, 스테이터(110)로부터 회전하도록 설치됨과 아울러 다수의 도체(122)가 설치되는 로터(rotor; 120)와, 로터(120)에 설치되는 재자화 가능한 자성체로 이루어지는 마그넷 레이어(magnet layer; 130)와, 마그넷 레이어(130)를 자화시키는 익사이팅 폴(exciting pole; 140)을 포함한다.

본 발명에 따른 극변환식 동기전동기(100)는 이너 로터(inner rotor) 방식뿐만 아니라 아웃터 로터(outer rotor) 방식으로 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 이너 로터 방식을 예를 들어 설명하기로 하겠다.

여기서 스테이터(110)는 내주면을 따라 투스(111)가 다수로 배열되도록 마련되고, 투스(111) 각각에 모터코일(112)이 권선되며, 내측에 로터(120)가 설치된다.

로터(120)는 중심에 형성되는 샤프트홀(121)에 샤프트(미도시)가 고정되고, 샤프트(미도시)가 하우징이나 쉘 등의 케이스에 베어링을 매개로 결합됨으로써 스 테이터(110)로부터 회전 가능하도록 설치되며, 샤프트홀(121)의 주위로 가장자리를 따라 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등과 같은 도체(122)가 다수로 삽입되며, 외주면에 마그넷 레이어(130)가 설치된다.

마그넷 레이어(130)는 일체화된 링 형상을 이루거나 다수의 파트에 의해 링형상을 이루고, 접착 방식, 억지 끼움 방식 또는 별도 결합부재의 사용에 의해 로터(120)의 외주면에 투스(111)와 공극을 가지도록 설치되고, 재자화가 가능한 자성체로 이루어지는데, 경질 자성체는 물론 연질 자성체로도 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 특징에 따른 익사이팅 폴(140)은, 스테이터(110)의 투스(111) 사이에서 마그넷 레이어(130)와 마주 보도록 마련되는데, 근접하는 투스(111)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면, 익사이팅 폴(140)은, 투스(111)와 일체로 연결되는 양측의 간격대(142)를 통하여 투스(111)의 사이에서 정중앙에 위치 고정되도록 형성된다.

더욱 바람직하게 익사이팅 폴(140)의 일단은 스테이터(110)와도 이격되어 마주하며, 스테이터(110)의 성형시 일체로 제작된다.

이러한 익사이팅 폴(140)에는 여자코일(141)이 권선되어 마그넷 레이어(130)의 자화를 실시된다.

이와 같은 구조로 이루어진 투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기에 따른 동작은 다음과 같이 이루어진다.

다시 도 2를 참고하면, 극변환식 동기전동기(100)의 구동을 위하여 투 스(111)에 권선된 모터코일(112)에 전원을 인가하여 회전 자속을 발생시킴으로써 스테이터(110)측에 발생하는 1차 유기전압과, 이로 인해 로터(120)의 도체(122)로부터 발생되는 2차 유기전압의 상호작용에 의하여 발생되는 스타트 토오크에 의해 로터(120)는 회전하며, 이 때, 마그넷 레이어(130)가 감자 내지 탈자된 상태로 인해 초기 기동시 마그넷 레이어(130)에 의한 부토오크가 발생하지 않게 됨으로써 초기 기동 성능의 저하를 방지할 수 있다.

로터(120)가 회전하여 일정한 회전 속도, 예컨대 동기속도의 75%～80%에 도달하게 되면 여자코일(141)에 미리 프로그램된 파형의 펄스들을 발생시키기 위한 교류 전원을 인가함으로써 스테이터(110)에 결합된 익사이팅 폴(140)에 의해 마그넷 레이어(130)에 자극을 형성시키며, 이로 인해 마그넷 레이어(130)에서 발생되는 자속과 스테이터(110)에서 발생되는 자속이 동기화되어 로터(120)의 회전속도가 동기 속도에 도달하게 된다. 로터(120)가 동기속도에 도달하면, 여자코일(141)로 인가되는 교류전원을 차단하고, 마그넷 레이어(130)는 자화된 상태를 유지하게 됨으로써 계속적인 구동토오크를 발생시킨다.

따라서 투스(111)의 사이에서 정중앙에 위치하도록 간격대(142)를 통하여 투스(111)와 일체로 형성된 익사이팅 폴(140)은, 마그넷 레이어(130)의 착자시 중앙의 고정된 위치로 하여 안정적인 착자를 이룰 수 있게 되어 모터 출력 향상을 가져올 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명 은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기는, 익사이팅 폴을 근접하는 투스와 일체를 이루도록 형성시킴으로써, 착자시 익사이팅 폴의 고정 위치를 유지하도록 하는 효과를 가지고 있다.

Claims (2)

1. 다수로 배열되는 투스에 모터코일이 권선되는 스테이터와,

   상기 스테이터로부터 회전하도록 설치되며, 다수의 도체가 설치되는 로터와,

   상기 로터에 상기 투스와 공극을 가지도록 설치되며, 재자화가 가능한 자성체로 이루어지는 마그넷 레이어와,

   상기 마그넷 레이어와 마주 보도록 마련되고, 여자코일이 권선되며 근접하는 상기 투스와 일체로 형성되는 익사이팅 폴,

   을 포함하는 투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 일체의 익사이팅 폴은, 상기 투스와 일체로 연결되는 간격대를 통하여 상기 투스의 사이에서 정중앙에 위치 고정되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 투스와 일체의 익사이팅 폴을 가지는 극변환식 동기전동기.

Images