KR102397230B1 - 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 전동기의 회전자 설계 방법 - Google Patents

동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 전동기의 회전자 설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자는 회전축공이 형성된 회전자몸체;를 포함하고, 상기 회전자몸체에는, 그 반경방향으로 상호 이격된 다수의 자속 배리어 및 상기 자속 배리어를 둘러싼 다수의 코어 세그먼트가 형성되되, 상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자몸체의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭(W1), 상기 회전축공으로부터 i번째에 위치한 상기 자속 배리어의 폭(Wi), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자몸체의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트의 폭(S1), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자몸체의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트 이후로 i번째에 위치한 상기 코어 세그먼트의 폭(Si)은
Figure 112021147486355-pat00046
이 되도록 형성될 수 있다.

Description

동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 전동기의 회전자 설계 방법{Rotor for motor and Design method for rotor of motor}
본 발명은 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 전동기의 회전자 설계 방법에 관한 것이다.
전동기 특히, 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm)는 영구자석이 없는 형태의 전동기이다.
도 1에는 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자(10)가 도시되어 있다.
회전자(10)에 나타난 2개의 자기적 축은 회전자(10)의 반경방향의 q축(q-axis)과 d축(d-axis)이고, 상기 q축과 d축은 자속 방향을 나타낸다.
동기 릴럭턴스 전동기의 토크는 d축과 q축의 자기저항의 차이(돌극성)에 의해 발생한다.
따라서 동기 릴럭턴스 전동기의 토크를 높이기 위해서 d축과 q축의 자기저항의 차이를 증가시켜야 하는데 d축과 q축의 자기저항을 증가시키기 위해서는 d축 방향의 자속 흐름을 용이하게 함과 동시에, q축 방향의 자속 흐름을 억제하도록 자속 배리어를 성형하는 방법이 적용될 수 있다.
도 2에서 보이듯, 자속 배리어(11)는 회전자(10)에 나타나는 자속 경로와 같은 부드러운 유선형으로 형성됨과 동시에, 회전자(10)의 반경방향으로 복수개가 형성되는 것이 높은 토크 발생에 효과적이다.
그러나 이와 같은 자속 배리어(11)를 회전자(10) 상에 설계하고, 형성하기 위해서는 다수의 설계 변수가 필요하기 때문에 회전자 제조 효율 및 회전자 설계 효율이 저하된다는 문제가 있다.
KR 10-2019-0098503 A (2019.08.22)
본 발명은 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자의 제조 효율 및 설계 효율을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자의 제조 및 설계에 필요한 변수들을 최소화하고, 전동기의 성능을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 전동기의 회전자 설계 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자는 회전축공이 형성된 회전자몸체;를 포함하고, 상기 회전자몸체에는, 그 반경방향으로 상호 이격된 다수의 자속 배리어 및 상기 자속 배리어를 둘러싼 다수의 코어 세그먼트가 형성되되, 상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자몸체의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭(W1), 상기 회전축공으로부터 i번째에 위치한 상기 자속 배리어의 폭(Wi), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자몸체의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트의 폭(S1), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자몸체의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트 이후로 i번째에 위치한 상기 코어 세그먼트의 폭(Si)은
Figure 112021147486355-pat00001
이 되도록 형성되고, 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트의 폭은 S1/2으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 회전자몸체는, 상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자몸체의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서, 다수의 상기 자속 배리어의 폭 중, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭(W1)이 가장 두껍고, 상기 회전축공에서 가장 멀게 배치된 상기 자속 배리어의 폭이 가장 얇게 구비될 수 있다.
또한, 상기 회전자몸체는,
Figure 112020042972550-pat00002
일 때,
Figure 112020042972550-pat00003
이 되도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 회전자몸체에서 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 외주는, 상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자몸체의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서
Figure 112020042972550-pat00004
,
Figure 112020042972550-pat00005
의 위치에 형성되되, q1은 상기 회전축공의 외주에서부터 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 중심까지의 거리이고, W1은 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭일 수 있다.
한편 다른 측면으로서의 본 발명은 전동기의 회전자를 설계하도록, 회전자의 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 자속 배리어의 폭(W1), 상기 회전축공으로부터 i번째에 위치한 상기 자속 배리어의 폭(Wi), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트의 폭(S1), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트 이후로 i번째에 위치한 상기 코어 세그먼트의 폭(Si)이
Figure 112021147486355-pat00006
이 되도록 형성하고, 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트의 폭은 S1/2으로 형성하는 전동기의 회전자 설계 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 회전자 설계 방법은 상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서, 다수의 상기 자속 배리어의 폭 중, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭(W1)이 가장 두껍고, 상기 회전축공의 중심에서 가장 멀게 배치된 상기 자속 배리어의 폭이 가장 얇게 할 수 있다.
또한, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 자속 배리어의 폭(W1)과 상기 회전축공으로부터 i번째에 위치한 상기 자속 배리어의 폭(Wi)의 비가
Figure 112020042972550-pat00007
일 때,
Figure 112020042972550-pat00008
이 되도록 할 수 있다.
또한, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 외주는, 상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서
Figure 112020042972550-pat00009
,
Figure 112020042972550-pat00010
의 위치에 존재하도록 하되, q1은 상기 회전축공의 외주에서부터 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 중심까지의 거리이고, W1은 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭일 수 있다.
본 발명에 따르면 전동기의 회전자의 제조 효율 및 설계 효율이 향상된다.
또한, 전동기의 회전자의 제조 및 설계에 필요한 변수들이 최소화되고, 전동기의 성능이 향상된다.
도 1은 통상의 회전자 및 자속 배리어를 부분적으로 도시한 것이다.
도 2는 통상의 회전자 및 자속 배리어를 부분적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 회전자 및 자속 배리어를 부분적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 회전자 및 자속 배리어를 부분적으로 도시한 것이다.
도 5는 회전자의 축 방향 자속을 도시한 것이다.
도 6은 회전자의 코어 세그먼트를 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 회전자의 코어 세그먼트에 따른 축방향 기자력을 도시한 것이다.
도 8은 회전자의 코어 세그먼트를 도시한 것이다.
도 9는 도 8의 회전자의 코어 세그먼트에 따른 축방향 기자력을 도시한 것이다.
본 발명의 실시 예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시 예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.
도 3에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전자(100)의 일부가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 회전자(100)는 전체 회전자의 1/4에 해당하는 영역을 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회전자(100)는 회전자몸체(110)를 포함하고, 상기 회전자몸체(110)에는 회전축공(111)이 구비될 수 있다.
상기 회전축공(111)은 상기 회전자몸체(110)를 관통하는 구멍으로 제공될 수 있다.
상기 회전자몸체(110)의 상기 회전축공(111)의 중심에서부터 상기 회전자몸체(110)의 반경방향으로 연장된 축을 q축(q-axis)이라 하고, 상기 q축은 자속방향일 수 있다.
상기 회전자몸체(110)의 반경(Q)은 회전자몸체(110)에서 회전축공(111)을 제외한 영역의 직선거리이다.
상기 회전자몸체(110)에는 그 반경방향으로 다수의 자속 배리어(barrier)가 형성될 수 있다. 자속 배리어는 자속 장벽일 수 있다.
다수의 자속 배리어는 q축 방향으로 상호 일정거리 이격될 수 있고, q축에 수직한 방향으로 라운드지게 구비되어 부드러운 유선형의 형태를 가질 수 있다.
다수의 자속 배리어는 회전축공(111)에 가장 가깝게 배치된 제1 자속 배리어(A1), q축 방향으로 상기 제1 배리어에 후행되게 배치되는 제2 자속 배리어(A2), q축 방향으로 상기 제2 자속 배리어(A2)에 후행되게 배치되는 제3 자속 배리어(A3) 및 q축 방향으로 상기 제3 자속 배리어(A3)에 후행되게 배치되는 제4 자속 배리어(A4)를 포함할 수 있다.
자속 배리어의 개수는 반드시 본 발명에 의해 한정되지 않으며, 전동기의 규격, 사양 등에 의해 적절히 선택되어 적용될 수 있는 사항이다.
회전자몸체(110)에는 다수의 코어 세그먼트(segment)가 형성될 수 있다.
다수의 코어 세그먼트는 다수의 자속 배리어의 외주를 둘러싸는 형태 또는 감싸는 형태로 회전자몸체(110)에 존재할 수 있다.
상기 코어 세그먼트는 q축 방향 및 q축 방향이 아닌 방향으로도 상기 자속 배리어의 외주를 둘러싸거나 감쌀 수 있다. 따라서 자속 배리어의 전체 외주는 코어 세그먼트에 의해 둘러싸이게 된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 코어 세그먼트는 회전축공(111)에 가장 가깝게 배치되어 상기 회전축공(111)을 기준으로 최초의 코어 세그먼트가 되는 최초 코어 세그먼트(미도시), q축 방향으로 상기 최초 코어 세그먼트에 후행되게 배치되는 제1 코어 세그먼트(B1), q축 방향으로 상기 제1 코어 세그먼트(B1)에 후행되게 배치되는 제2 코어 세그먼트(B2), q축 방향으로 상기 제2 코어 세그먼트(B2)에 후행되게 배치되는 제3 코어 세그먼트(B3) 및 q축 방향으로 상기 제3 코어 세그먼트(B3)에 후행되게 제4 코어 세그먼트(B4)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회전자몸체(110)는 상기 q축 상에서 상기 회전축공(111)에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어인 제1 자속 배리어(A1)의 폭(W1), 상기 회전축공(111)으로부터 i번째에 위치한 상기 자속 배리어의 폭(Wi), 상기 제1 코어 세그먼트의 폭(S1), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자몸체의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트 이후로 i번째에 위치한 상기 코어 세그먼트의 폭(Si)이 아래 관계식 1을 만족하도록 구비될 수 있다.
[관계식 1]
Figure 112020042972550-pat00011
이때, [관계식 1]에서 오차범위는 ±10%일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회전자몸체(110)는 제1 자속 배리어(A1)의 q축 방향 폭(W1)과 q축 방향으로 i번째에 존재하는 자속 배리어(미도시)의 폭(미도시)의 비율이, 제1 코어 세그먼트의 폭(S1)과 상기 제1 코어 세그먼트 이후로 q축 방향으로 i번째에 존재하는 코어 세그먼트(미도시)의 폭(미도시)의 비율이 같도록 구비될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전자몸체(110)에 형성된 모든 자속 배리어에서 회전축공(111)에 가장 가깝게 존재하는 자속 배리어 즉, 제1 자속 배리어(A1)의 폭(W1)에 대한 q축방향으로의 i번째의 자속 배리어의 폭(미도시)의 비는 제1 코어 세그먼트의 폭(S1)에 대한 q축방향으로 상기 제1 코어 세그먼트 이후로 i번째에 존재하는 코어 세그먼트의 폭(미도시)의 비와 같을 수 있다.
이에 따르면 자속 포화가 일어나는 것을 방지할 수 있고, 전동기의 토크를 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회전자몸체(110)는 q축 상에 존재하는 다수의 자속 배리어들의 폭들 중, 상기 회전축공(111)에 가장 가깝게 배치된 자속 배리어 즉, 제1 자속 배리어(A1)의 폭(W1)이 q축 방향으로 가장 두껍게 구비될 수 있다.
그리고 상기 회전축공(111)에서 가장 멀게 배치된 자속 배리어 즉 제4 자속 배리어(A4)의 폭(W4)이 q축 방향으로 가장 얇게 구비될 수 있다.
이에 따르면 자속 포화가 일어나는 것을 방지할 수 있고, 전동기의 토크를 높일 수 있으며, 토크/토크리플을 최적화할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 회전자몸체(110)에 q축 방향으로 i번째에 형성된 자속 배리어의 폭(Wi)과 상기 회전자몸체(110)에 형성된 제1 자속 배리어의 폭(W1)이 아래 [관계식 2]에 따를 수 있다.
[관계식 2]
Figure 112020042972550-pat00012
상기 회전자몸체(110)에 q축 방향으로 i번째에 형성된 자속 배리어의 폭(Wi)과 상기 회전자몸체(110)에 형성된 제1 자속 배리어의 폭(W1)이 위의 [관계식 2]에 따를 때, 본 발명에 따른 회전자몸체(110)에 형성된 다수의 자속 배리어의 폭들은 아래 [관계식 3]을 만족하도록 상기 회전자몸체(110)에 형성될 수 있다.
[관계식 3]
Figure 112020042972550-pat00013
본 발명에 따른 회전자몸체(110)에 형성된 다수의 자속 배리어의 폭들이 위의 [관계식 2] 및 [관계식 3]을 만족할 때, 본 발명의 회전자몸체(110)에 형성된 다수의 자속 배리어의 폭들은 회전축공(111)에서 멀어질수록 순차적으로 얇아질 수 있다.
도 4에서 보이듯, 제1 자속 배리어의 외주는 제1 위치 및 제2 위치에 존재할 수 있다.
제1 위치는 q축 상에서 아래 [관계식 4]를 만족하는 위치이고, 제2 위치는 아래 [관계식 5]를 만족하는 위치이다. 아래 [관계식 4] 및 [관계식 5]에 있어서, q1은 회전축공(111)의 외주에서부터 제1 자속 배리어의 q축 방향으로의 중심까지의 거리이고, W1은 제1 자속 배리어의 q축 상에서의 폭의 두께이다.
[관계식 1], [관계식 2]를 만족시키는 경우, [관계식 4]와 같이 q1이 특정된다. [관계식 4]에서 Q는 회전자(100)의 반경방향 길이로서 도 3에 도시되어 있고, n은 자속 배리어의 수를 나타낸다.
[관계식 4]
Figure 112020042972550-pat00014
[관계식 5]
Figure 112020042972550-pat00015
[관계식 6]
Figure 112020042972550-pat00016
위 [관계식 4] 내지 [관계식 6]에 의해 회전자몸체(110) 상에서 제1 자속 배리어의 외주가 q축 상에 놓이는 위치를 설정할 수 있다. 그런 다음에 회전자몸체(110) 상에 나타나는 자속선을 따라 제1 자속 배리어의 외주의 위치를 잡아나갈 수 있다.
즉, 제1 자속 배리어의 외주의 q축 상에서의 제1 위치 및 제2 위치를 정했으면 q축이 아닌 곳에서서 제1 자속 배리어의 외주의 위치를 회전자몸체(110) 상에 나타나는 자속선을 따라 유선형으로 완성해나갈 수 있다.
이와 같은 원리로 제2 자속 배리어(A2)의 외주가 q축 상에서 놓이는 위치는 아래 [관계식 7] 내지 [관계식 9]에 의해 결정할 수 있다. 제2 자속 배리어(A2)의 외주는 제3 위치 및 제4 위치에 존재할 수 있고, 제2 자속 배리어(A2)의 제3 위치는 아래 [관계식 8]을 만족하고, 제2 자속 배리어의 제4 위치는 아래 [관계식 9]를 만족한다.
[관계식 7]
Figure 112020042972550-pat00017
[관계식 8]
Figure 112020042972550-pat00018
[관계식 9]
Figure 112020042972550-pat00019
위 [관계식 7] 내지 [관계식 9]에 있어서, q2는 회전축공(111)의 외주에서부터 제2 자속 배리어(A2)의 q축 방향으로의 중심까지의 거리이고, W2은 제2 자속 배리어(A2)의 q축 상에서의 폭의 두께이다.
이와 같은 원리로 회전자몸체(110) 상에서 제3 자속 배리어(A3)의 위치는 아래 [관계식 10] 내지 [관계식 12]에 의해 결정할 수 있고, 상기 제4 자속 배리어(A4)의 위치는 아래 [관계식 13] 내지 [관계식 15]에 의해 결정할 수 있다.
[관계식 10]
Figure 112020042972550-pat00020
[관계식 11]
Figure 112020042972550-pat00021
[관계식 12]
Figure 112020042972550-pat00022
[관계식 13]
Figure 112020042972550-pat00023
[관계식 14]
Figure 112020042972550-pat00024
[관계식 15]
Figure 112020042972550-pat00025
본 발명의 일 실시 예에서 회전자몸체(110)의 반경(Q) 대비 총 배리어의 q축으로의 폭의 비율(Kwq)은 아래 [관계식 16]에 따른다.
[관계식 16]
Figure 112020042972550-pat00026
위와 같이 [관계식 1], [관계식 2], [관계식 16]을 활용하여 자속 배리어의 폭 W1 내지 W4를 결정할 수 있다.
[관계식 17]
Figure 112020042972550-pat00027
[관계식 18]
Figure 112020042972550-pat00028
[관계식 19]
Figure 112020042972550-pat00029
[관계식 20]
Figure 112020042972550-pat00030
[관계식 1] 내지 [관계식 20]을 이용하여 회전자몸체(110)에 다수의 자속 배리어를 형성할 경우, 설계에 필요한 변수가 자속 배리어의 개수 n개(Kwq, β21 ,…, βn1)로 현저히 감소되므로 적은 양의 데이터만으로 높은 토크/전류, 토크/리플을 내는 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자를 설계하고 제작할 수 있다.
따라서 전동기의 회전자의 제조 효율 및 설계 효율이 향상된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회전자몸체(110)는 도 5에서 보이듯, d축(d-axis) 방향의 자속 흐름을 용이하게 함과 동시에 q축(q-axis) 방향의 자속 흐름을 억제한다.
따라서 회전자의 돌극성 및 토크를 높일 수 있다.
도 6 및 도 7에는 d축 방향에 최대 기자력(magnetomotive force; MMF)을 인가할 때, 자속의 경로와 원주방향(도 5의 D1)으로의 기자력이 도시되어 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면 d축 근처에서의 기자력이 크기 때문에 d축 근처에서 코어 세그먼트를 넓게 할수록 자속의 경로가 충분히 확보되어 자속 흐름이 원활해지는 것을 알 수 있다.
즉, 회전자몸체(110)의 원주방향으로 임의의 코어 세그먼트들(S'1,S'2,S'3,S'4)을 할당하고, 상기 코어 세그먼트들(S'1,S'2,S'3,S'4)의 면적을 S'1>S'2>S'3>S'4를 만족하게 하면 d축 자속이 효과적으로 흐를 수 있게 된다.
도 8 및 도 9에는 q축 방향에 최대 기자력을 인가시의 자속 경로와 회전자몸체(110)의 원주방향을 따른 기자력이 도시되어 있다.
q축 방향의 자속 흐름을 억제하기 위해서는 자기 절연 역할을 하는 배리어를 배치해야 하는데 임의로 회전자몸체(110)의 원주방향으로 다수의 코어 세그먼트(W'1,W'2,W'3,W'4)를 할당하고, 상기 코어 세그먼트들의 면적을 W'1>W'2>W'3>W'4를 만족하게 하면 기자력의 강하가 효과적으로 일어나 자기 절연 효과가 커지게 된다. 따라서 q축 자속 흐름을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.
그러므로 상기와 같은 기자력의 분포를 고려하면 회전축공(111)에 가까울수록 자속 배리어의 두께를 최대값으로 하면 높은 돌극비 및 높은 토크를 달성하는 것에 더욱 효과적일 수 있다.
한편, 다른 측면으로서의 본 발명은 전동기의 회전자 설계 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 회전자 설계 방법은, 도 4에서 보이듯, 회전자의 회전축공(111)의 중심에서부터 상기 회전자의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축인 q축(q-axis)상에서, 상기 회전축공(111)에 가장 가깝게 배치된 자속 배리어의 폭(W1), 상기 회전축공으로부터 q축 방향으로 i번째에 위치한 상기 자속 배리어의 폭(Wi), 회전축공(111)에 가장 가깝게 배치되어 상기 회전축공(111)을 기준으로 최초의 코어 세그먼트가 되는 최초 코어 세그먼트(미도시)에 대해 q축 방향으로 후행되게 배치되는 제1 코어 세그먼트(B1)의 폭(S1), q축 방향으로 상기 제1 코어 세그먼트 이후로 i번째에 위치한 코어 세그먼트의 폭(Si)의 관계가
Figure 112021147486355-pat00031
을 만족하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 회전자 설계 방법은 다수의 상기 자속 배리어의 q축으로의 폭 중, 상기 회전축공(111)에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭(W1)이 가장 두껍고, 상기 회전축공(111)의 중심에서 가장 멀게 배치된 상기 자속 배리어의 폭이 가장 얇도록 할 수 있다.
또한 일 실시 예에서,
Figure 112020042972550-pat00032
일 때,
Figure 112020042972550-pat00033
을 만족하도록 회전자를 설계할 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 회전축공(111)에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 일측 외주는 q축 상에서
Figure 112020042972550-pat00034
의 위치에 존재하고, 타측 외주는 q축 상에서
Figure 112020042972550-pat00035
의 위치에 존재하도록 할 수 있다.
이때, q1은 상기 회전축공(111)의 외주에서부터 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 중심까지의 거리이고, W1은 상기 회전축공(111)에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 q축 방향 폭이다.
이와 같은 방법으로 회전자를 설계 하면 회전자 설계에 필요한 변수를 최소화할 수 있다.
또한, 높은 돌극비 및 높은 토크를 달성할 수 있다.
이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시 예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 회전자 110 : 회전자몸체
111 : 회전축공

Claims (8)

  1. 회전축공이 형성된 회전자몸체;를 포함하고,
    상기 회전자몸체에는,
    그 반경방향으로 상호 이격된 다수의 자속 배리어 및 상기 자속 배리어를 둘러싼 다수의 코어 세그먼트가 형성되되, 상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자몸체의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭(W1), 상기 회전축공으로부터 i번째에 위치한 상기 자속 배리어의 폭(Wi), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자몸체의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트의 폭(S1), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자몸체의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트 이후로 i번째에 위치한 상기 코어 세그먼트의 폭(Si)은
    Figure 112021147486355-pat00036
    이 되도록 형성되고, 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트의 폭은 S1/2으로 형성된 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자몸체는,
    상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자몸체의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서, 다수의 상기 자속 배리어의 폭 중, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭(W1)이 가장 두껍고, 상기 회전축공에서 가장 멀게 배치된 상기 자속 배리어의 폭이 가장 얇게 구비된 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전자몸체는,
    Figure 112020042972550-pat00037
    일 때,
    Figure 112020042972550-pat00038
    이 되도록 구비된 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 회전자몸체에서 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 외주는,
    상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자몸체의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서
    Figure 112020042972550-pat00039
    ,
    Figure 112020042972550-pat00040
    의 위치에 형성되되, q1은 상기 회전축공의 외주에서부터 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 중심까지의 거리이고, W1은 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭인 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자.
  5. 전동기의 회전자를 설계하도록,
    회전자의 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 자속 배리어의 폭(W1), 상기 회전축공으로부터 i번째에 위치한 상기 자속 배리어의 폭(Wi), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트의 폭(S1), 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트에 대해 상기 회전자의 반경반향으로 후행되게 배치된 상기 코어 세그먼트 이후로 i번째에 위치한 상기 코어 세그먼트의 폭(Si)이
    Figure 112021147486355-pat00041
    이 되도록 형성하고, 상기 회전축공을 기준으로 최초의 상기 코어 세그먼트의 폭은 S1/2으로 형성하는 전동기의 회전자 설계 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서, 다수의 상기 자속 배리어의 폭 중, 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭(W1)이 가장 두껍고, 상기 회전축공의 중심에서 가장 멀게 배치된 상기 자속 배리어의 폭이 가장 얇게 하는 전동기의 회전자 설계 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 자속 배리어의 폭(W1)과 상기 회전축공으로부터 i번째에 위치한 상기 자속 배리어의 폭(Wi)의 비가
    Figure 112020042972550-pat00042
    일 때,
    Figure 112020042972550-pat00043
    이 되도록 하는 전동기의 회전자 설계 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 외주는,
    상기 회전축공의 중심에서부터 상기 회전자의 반경방향으로 연장된 자속방향의 축 상에서
    Figure 112020042972550-pat00044
    ,
    Figure 112020042972550-pat00045
    의 위치에 존재하도록 하되, q1은 상기 회전축공의 외주에서부터 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 중심까지의 거리이고, W1은 상기 회전축공에 가장 가깝게 배치된 상기 자속 배리어의 폭인 전동기의 회전자 설계 방법.

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