KR20070092804A

KR20070092804A - Ｌｓｐｍ 동기모터의 로터

Info

Publication number: KR20070092804A
Application number: KR1020060022080A
Authority: KR
Inventors: 조규홍
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2007-09-14

Abstract

본 발명은 LSPM 동기모터(Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor)의 로터(rotor)에 관한 것이다.

본 발명은, 스테이터 내측에 회전 가능하게 설치되며, 중심에는 샤프트홀을 통해 샤프트가 구비되고, 가장자리를 따라 형성되는 다수개 도체삽입홀을 통해서는 도체가 각기 구비되며, 상기 샤프트홀과 상기 도체삽입홀 사이에 형성되는 다수개 자석장착홀을 통해서는 영구자석이 각기 구비되는 LSPM 동기모터의 로터에 있어서, 상기 영구자석을 다수개의 세그먼트부로 분할되게 구성하고 착자세기를 다르게 하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 다양한 모터 특성의 구현이 가능하여 동일한 규격으로 여러 제품에 적용될 수 있어 제조단가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 구동시의 토오크 리플(torque ripple)의 발생도 억제 가능하여 진동 및 소음 발생을 최소화하여 성능도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

모터, LSPM, 동기, 로터

Description

ＬＳＰＭ 동기모터의 로터{ROTOR OF A LINE START PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}

도 1은 종래의 LSPM 동기모터를 보여주는 평면도,

도 2는 종래의 LSPM 동기모터에서 그 로터의 유도전압 특성을 보여주는 그래프,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LSPM 동기모터의 로터를 보여주는 일부 개략도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LSPM 동기모터에서 그 로터의 유도전압 특성을 보여주는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 로터 110 : 로터코어

111 : 샤프트 112 : 샤프트홀

114 : 도체삽입홀 116 : 자석장착홀

120 : 도체 130 : 영구자석

130-1~3 : 세그먼트부

본 발명은 LSPM 동기모터(Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor)의 로터(rotor)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 영구자석의 착자세기를 부분적으로 다르게 함과 아울러 이에 대응되도록 도체의 크기나 형상을 다르게 함으로써 다양한 특성의 구현이 가능하면서 토오크 리플(torque ripple)의 발생도 억제할 수 있는 LSPM 동기모터의 로터에 관한 것이다.

일반적으로, 모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품 뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용되고 있으며, 크게 교류전동기와 직류전동기로 구분된다.

교류전동기의 일종인 LSPM 동기모터(Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor)는 로터(rotor)의 도체에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와 스테이터(stator)의 권선에 의하여 발생되는 자속의 상호 작용에 의하여 발생되는 토오크로 회전 구동되게 되되, 케이지에 의한 토오크선분과 릴럭턴스 토오크(reluctance torque) 및 마그네트 토오크의 합성 토오크에 의해 기동되게 되고, 또한 기동되어 정격운전시에는 로터에 설치된 영구자석의 자속과 스테이터에서 발생되는 자속이 상호 동기화되어 스테이터의 회전 자계의 속도로서 운전되게 된다.

도 1은 종래의 LSPM 동기모터를 도시한 평면도이다.

LSPM 동기모터(10)는 미도시된 케이싱(casing)이나 쉘(shell) 등에 고정되는 스테이터(11)와, 스테이터(11)에 권선되는 코일(12)과, 스테이터(11)의 내측에 공극(air gap)을 사이에 두고 회전 가능하게 설치되는 로터(13)를 포함한다.

스테이터(11)는 그 내측에 로터(13)가 위치하도록 홀이 형성되고, 내주면을 따라 일정간격마다 투스(11a)가 형성되어 투스(11a) 사이마다 슬롯(11b)이 형성되게 된다.

코일(12)은 투스(11a) 각각에 권선됨으로써 교류전원이 인가되는 경우 스테이터(11)의 구조로 인해 회전 자속을 발생시키게 된다.

로터(13)는 스테이터(11) 중심에 회전 가능하게 설치되며, 중심의 삽입홀에는 샤프트(13a)가 삽입 고정되게 되고, 가장자리를 따라 바(bar) 형태의 다수개의 도체(13b)가 수직되게 구비되게 되며, 샤프트(13a)의 외측 주위에는 다수개의 장착홀(13c)이 형성되어 있어 이 장착홀(13c)마다 영구자석(13d)이 삽입 구비되게 된다.

샤프트(13a)는 케이스를 이루는 케이싱이나 쉘에 대하여 베어링(미도시)을 매개로 회전 가능하게 설치되며, 한편 도체(13b)는 통상적으로 전도성이 우수하고 다이캐스팅 공법이 가능한 알루미늄(Al) 재질로 이루어지고, 영구자석(13d)은 코일(12)에서 발생되는 자속과의 상호 작용에 의해 토오크를 발생시키게 된다.

이러한 종래의 LSPM 동기모터(10)에서는 코일(12)에 전류가 인가되면, 스테이터(11)의 구조로 인해 발생되는 회전 자속과 로터(13)의 도체(13b)에서 발생되는 유도전류와의 상호 작용에 의해 로터(13)가 기동되어 회전되게 되고, 로터(13)가 동기 속도에 이르게 되면 영구자석(13d)에 의한 토오크와 로터(13)의 구조에 기인하는 릴럭턴스 토오크가 발생되어 로터(13)가 회전되게 된다.

그러나, 이상과 같은 종래의 LSPM 동기모터(10)에서는 그 작용시, 로터(13) 의 회전각에 따라 로터(13)측에 유기되는 2차 유도전압(V₂)을 나타낸 도 2의 그래프에서 보여지는 바와 같이, 영구자석(13d)의 극성이 변화되는 "a" 부분에서 토오크 리플(torque ripple)이 발생되게 되며, 이러한 토오크 리플에 의해 로터(13)는 진동하게 되고, 이러한 진동은 소음을 유발시켜 성능을 저하시키게 되는 원인이 되고 있다.

그리고, 종래의 LSPM 동기모터(10)에서는 다른 모든 모터에서와 마찬가지로 에어컨, 세탁기 등과 같이 그 사용되는 제품의 용도나 기능에 따라서 그 토오크 등의 특성이 달라져야 하기 때문에, 사용되는 제품마다 서로 다른 규격으로 새롭게 제조되게 됨에 따라 제품의 제조단가를 상승시키고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 토오크 리플의 발생을 억제하여 진동 및 소음의 발생을 최소화시킬 수 있음과 아울러 그 토오크 등의 특성을 용이하게 가변시킬 수 있어 다양한 제품에 적용 가능하여 제조단가를 절감시킬 수 있는 LSPM 동기모터의 로터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LSPM 동기모터의 로터는, 스테이터 내측에 회전 가능하게 설치되며, 중심에는 샤프트홀을 통해 샤프트가 구비되고, 가장자리를 따라 형성되는 다수개 도체삽입홀을 통해서는 도체가 각기 구비되며, 상기 샤프트홀과 상기 도체삽입홀 사이에 형성되는 다수개 자석장착홀을 통해서는 영구자석이 각기 구비되는 LSPM 동기모터의 로터에 있어서, 상기 영구자석을 다수개 의 세그먼트부로 분할되게 구성하고 착자세기를 다르게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LSPM 동기모터의 로터를 보여주는 일부 개략도이다.

로터(100)는 스테이터(11)의 내측에 회전 가능하게 설치되는 것으로, 그 로터코어(110)는 중심에 샤프트(111)가 삽입되어 고정되는 샤프트홀(112)을 구비하며, 가장자리를 따라 일정간격마다 형성되는 도체삽입홀(114)에는 알루미늄 등과 같이 전도성이 뛰어난 재질의 도체(120)가 삽입되어 구비되게 되고, 또한 내측의 샤프트홀(112)과 외측의 도체삽입홀(114) 사이에 형성되는 다수개의 자석장착홀(116)에는 영구자석(130)이 삽입되어 구비되게 된다.

본 발명에 따르면, 하나의 영구자석(130)을 다수개(2개 이상)의 세그먼트부(130-1~3)로 분할하여 구성하고 그 착자세기가 서로 다르게 함으로써, 작용시의 로터(100)의 회전각에 따라 로터(100)측에 유기되는 2차 유도전압(V₂)의 변화를 완만해지도록 조정하여, 영구자석(130)의 극성이 변화되는 부분("a" 부분)에서 발생되 던 토오크 리플(torque ripple)을 최대한 억제시키게 된다.

이를 위해, 바람직하게는 도 3에 나타낸 바와 같이, 하나의 영구자석(130)을 3개의 세그먼트(segment)부(130-1~3)로 나누어 구성하고, 이 3개의 세그먼트부(130-1~3)의 착자세기를 다르게 하여, 토오크 리플을 억제시키게 된다.

즉, 예컨대, 3개의 세그먼트부(130-1~3)중 좌우 외측의 세그먼트부(130-1, 130-3)는 상대적으로 착자세기를 약하게 하고, 중간의 세그먼트부(130-2)는 상대적으로 착자세기를 강하게 하여, 도 4의 그래프에 나타낸 바와 같이, 로터(100)의 회전에 따라 로터(100)측에 유기되는 2차 유도전압(V₂)의 변화가 극성이 변화되는 부분측에서 보다 완만해지도록 함으로써, 극성 변화 부분("a" 부분)에서 토오크 리플이 발생되는 것을 최대한 방지시키게 된다.

여기서, 다수개의 세그먼트부(130-1~3)의 착자세기의 조정은 각 세그먼트부(130-1~3)가 접속되는 착자전원측과의 도중에 설치되는 스위치를 제어장치에 의해 적절히 제어하는 것에 의해 투입되는 전류의 세기를 조절하는 것에 의해 구현될 수 있을 것이다.

나아가, 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 영구자석(130)을 다수개의 세그먼트부(130-1~3)로 분할하여 구성함에 따라서 바람직하지 않게 변화될 수 있는 모터(10)의 토오크 출력 특성 등을 보정하기 위하여, 서로 착자세기를 달리하는 세그먼트부(130-1~3)에 대응하는 도체들(120)의 크기(즉, 단면적) 및/또는 형상을 변화시키게 된다.

즉, 전술한 바와 같이 하나의 영구자석(130)을 3개의 세그먼트부(130-1~3)로 분할하여 구성함에 있어, 좌우 외측의 상대적으로 착자세기가 약한 세그먼트부(130-1, 130-3)에 대응되는 도체(120)는 그 크기를 크게 하거나 또는 그 형상을 타원형으로 하여 보다 세그먼트부(130-1, 130-3)에 근접되도록 함으로써, 그 크기 변경에 따라 자체적으로 유기되는 2차 유도전류를 증가시키거나 또는 그 거리 변경에 따라 상호 작용(즉, 도체(120)측에 유기되는 2차 유도전압과 영구자석(120)의 자속과의 상호 작용)에 의해 유기되는 2차 유도전류를 증가시킴으로써, 해당 세그먼트부(130-1, 130-3)의 착자세기가 상대적으로 약해져 토오크 출력이 약화되는 만큼을 도체(120)측에서 2차 유도전류를 증가시켜 보정하게 되는 것이다.

반대로, 중앙의 상대적으로 착자세기가 강한 세그먼트부(130-2)에 대응되는 도체(120)는 그 크기를 작게 하거나 또는 그 형상을 원형으로 하여 보다 세그먼트부(130-2)로부터 이격되도록 함으로써, 그 크기 변경에 따라 자체적으로 유기되는 2차 유도전류를 감소시키거나 또는 그 거리 변경에 따라 상호 작용에 의해 유기되는 2차 유도전류를 감소시킴으로써, 해당 세그먼트부(130-2)의 착자세기가 상대적으로 강해져 토오크 출력이 강화되는 만큼을 도체(120)측에서 2차 유도전류를 감소시켜 보정하게 되는 것이다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 LSPM 동기모터(10)의 로터(100)의 작용에 대해 이하 설명한다.

스테이터(11)측의 코일(12)에 교류전원이 인가됨에 따라 발생되는 1차 유도전압에 의해 로터코어(110)측에는 2차 유도전압이 유기되어 로터(100)가 회전되게 되며, 이때 부분적으로 서로 다른 착자세기를 갖는 영구자석(130)에 의해 로터코어(110)에 유기되는 2차 유도전압의 변화가 보다 완만하게 형성되게 됨으로써, 영구자석(130)의 극성이 변화되게 되는 부분에서 토오크 리플이 발생되는 것을 최대한 방지시킬 수 있게 된다.

그리고, 이와 같이 영구자석(130)의 다수개의 세그먼트부(130-1~3)로의 분할 구성됨에 따라 착자세기가 상대적으로 약한 세그먼트부(130-1, 130-3)에서는 토오크 출력이 상대적으로 저하되게 되는데, 이에 대해 대응되는 도체(120)의 크기나 형상이 변경되어 있어 그에 따라 토오크 출력이 증가되게 됨으로써 토오크 출력이 적정하도록 보정되게 되는 것이며, 반대로 착자세기가 상대적으로 강한 세그먼트부(130-2)에 대해서는 대응되는 도체(120)에 의해 토오크 출력이 적정하게 보정되게 되는 것이다.

이로써, 로터코어(110) 규격을 변경하지 않고서도 전술한 바와 같이 영구자석(130) 및 도체(120)측만을 간단히 변형하여 다양한 모터 특성의 구현이 가능하게 되므로, 동일한 규격으로 여러 제품에 적용될 수 있어 제품의 제조단가를 절감할 수 있도록 하게 된다.

또한, 구동시의 토오크 리플도 억제되게 되므로 진동 및 소음 발생이 최소화되어 성능도 향상시킬 수 있게 된다.

물론, 이상과 같이 영구자석(130)을 부분적으로 그 착자세기가 다르도록 하고, 또한 대응되는 도체(120)의 크기나 형상이 다르도록 구성함에 있어, 전술한 바람직한 실시예 이외에도 여러 변형 가능한 조합이 있을 수 있음은 물론이다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 다양한 모터 특성의 구현이 가능하여 동일한 규격으로 여러 제품에 적용될 수 있어 제조단가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 구동시의 토오크 리플(torque ripple)의 발생도 억제 가능하여 진동 및 소음 발생을 최소화하여 성능도 향상시킬 수 있는 효과가 달성될 수 있다.

Claims

스테이터 내측에 회전 가능하게 설치되며, 중심에는 샤프트홀을 통해 샤프트가 구비되고, 가장자리를 따라 형성되는 다수개 도체삽입홀을 통해서는 도체가 각기 구비되며, 상기 샤프트홀과 상기 도체삽입홀 사이에 형성되는 다수개 자석장착홀을 통해서는 영구자석이 각기 구비되는 LSPM 동기모터의 로터에 있어서,

상기 영구자석을 다수개의 세그먼트부로 분할되게 구성하고 착자세기를 다르게 하는 것을 특징으로 하는 LSPM 동기모터의 로터.
제 1 항에 있어서,

상기 도체는,

상기 세그먼트부에 대응되도록 크기 또는 형상이 다르게 구비되는 것을 특징으로 하는 LSPM 동기모터의 로터.
제 1 항에 있어서,

상기 다수개 세그먼트부중,

좌우 외측의 것은 착자세기를 약하게 하고,

중앙의 것은 착자세기를 상대적으로 강하게 하는 것을 특징으로 하는 LSPM 동기모터의 로터.
제 2 항에 있어서,

상기 다수개 세그먼트부중 착자세기가 약한 것에 대응되는 상기 도체는 크기가 크거나 그 형상이 상기 세그먼트부에 근접되는 형상을 갖고,

착자세기가 상대적으로 강한 것에 대응되는 상기 도체는 크기가 작거나 그 형상이 상기 세그먼트부에 보다 이격되는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 LSPM 동기모터의 로터.