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KR101198232B1 - 하이브리드 인덕션모터 - Google Patents

하이브리드 인덕션모터 Download PDF

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KR101198232B1
KR101198232B1 KR1020060025001A KR20060025001A KR101198232B1 KR 101198232 B1 KR101198232 B1 KR 101198232B1 KR 1020060025001 A KR1020060025001 A KR 1020060025001A KR 20060025001 A KR20060025001 A KR 20060025001A KR 101198232 B1 KR101198232 B1 KR 101198232B1
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KR
South Korea
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rotor
synchronous
magnet
induction
stator
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Inventor
오승석
한승도
신현정
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Priority to EP06126864A priority patent/EP1835601B1/en
Priority to CN2007100020950A priority patent/CN101039056B/zh
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
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Abstract

하이브리드 인덕션모터가 개시된다. 본 발명에 따른 하이브리드 인덕션모터는, 모터케이싱; 상기 모터케이싱에 회전가능하게 결합된 회전축; 상기 회전축과 일체로 결합되어 회전하는 로터코어와 상기 로터코어내에 삽입되는 도체바를 구비한 유도로터; 상기 유도로터가 삽입되는 중공을 구비하며 상기 회전축 방향으로 소정길이를 가지고 설치된 스테이터; 상기 스테이터와 상기 유도로터 사이에 삽입되며, 상기 회전축에 자유롭게 회전가능하게 결합된 제1동기로터; 상기 제1동기로터와 대칭되도록 상기 스테이터와 상기 유도로터 사이에 삽입되며, 상기 회전축에 자유롭게 회전가능하게 결합된 제2동기로터; 및 상기 제1동기로터 및 상기 제2동기로터 사이에 삽입된 마그네틱스페이서;를 포함한다.
하이브리드 인덕션모터, 마그네틱스페이서, 제1동기로터, 제2동기로터

Description

하이브리드 인덕션모터{HYBRID INDUCTION MOTOR}
도 1은 본 출원인이 연구개발중인 하이브리드 인덕션모터의 종단면도,
도 2는 도 1의 제1동기로터와 제2동기로터가 기동중 상호 붙은 상태를 나타낸 하이브리드 인덕션모터의 횡단면도,
도 3은 도 1의 제1동기로터와 제2동기로터가 기동중 상호 떨어진 상태를 나타낸 하이브리드 인덕션모터의 횡단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인덕션모터의 제1동기로터, 제2동기로터, 마그네틱스페이서, 회전축의 조립 사시도,
도 5는 도 4의 마그네틱스페이서의 사시도,
도 6은 도 4의 제1동기로터와 제2동기로터가 기동중 마그네틱스페이서에 붙은 상태를 나타낸 하이브리드 인덕션모터의 횡단면도,
도 7은 도 4의 제1동기로터와 제2동기로터가 기동중 마그네틱스페이서로부터 떨어진 상태를 나타낸 하이브리드 인덕션모터의 횡단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 모터케이싱 11: 회전축
20: 유도로터 40: 제1동기로터
41: 제1마그네트 50: 제2동기로터
51: 제2마그네트 70: 스테이터
100: 마그네틱스페이서
본 발명은 가변속 및 기동특성의 향상을 위해 제1 및 제2동기로터를 구비한 하이브리드 인덕션모터로서, 보다 상세하게는 모터의 기동 및 고장시 제1동기로터와 제2동기로터가 상호 접촉 또는 분리되면서 발생하는 진동 및 소음을 줄인 하이브리드 인덕션모터에 관한 것이다.
도 1은 본 출원인이 연구개발중인 하이브리드 인덕션모터의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 제1동기로터와 제2동기로터가 기동중 상호 붙은 상태를 나타낸 하이브리드 인덕션모터의 횡단면도이고, 도 3은 도 1의 제1동기로터와 제2동기로터가 기동중 상호 떨어진 상태를 나타낸 하이브리드 인덕션모터의 횡단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 출원인이 연구개발중인 하이브리드 인덕션모터는 모터케이싱(10); 상기 모터케이싱(10)에 회전가능하게 결합된 회전축(11); 상기 회전축(11)과 일체로 결합되어 회전하는 로터코어(21)와 상기 로터코어(21)내에 삽입되는 도체바(22)를 구비한 유도로터(20); 상기 유도로터(20)가 삽입되는 중공(70a)을 구비하며 상기 회전축(11) 방향으로 소정길이를 가지고 설치된 스테이터(70); 상기 스테이터(70)와 상기 로터코어(21) 사이에 삽입되며, 상기 회전축(11)에 자유롭게 회전가능하게 결합 된 제1동기로터(40); 및 제1동기로터(40)와 대칭되 도록 스테이터(70)와 유도로터(20) 사이에 삽입되며, 회전축(11)에 자유롭게 회전가능하게 결합된 제2동기로터(50)를 포함한다.
상기 모터케이싱(10)은 개구가 형성된 통형의 용기로서, 이러한 모터케이싱(10)에는 개구를 막는 커버(10a)가 결합되어 있다. 상기 커버(10a)에는 회전축(11)을 회전가능하게 지지하는 베어링(12)이 설치되는 장착홈(10b)이 형성되어 있다.
상기 유도로터(20)는 일정 길이를 갖는 환봉 형태로 형성되는 로터코어(21)와 로터코어(21)내에 삽입되는 도체바(22)를 포함하여 구성된다. 상기 로터코어(21)는 다수장의 시트가 적층된 적층체이며 그 로터코어(21)의 가운데로 회전축(11)이 고정결합된다. 따라서, 회전축(11)이 회전하면 유도로터(20)도 일체로 회전한다.
상기 스테이터(70)는 일정 길이를 갖도록 형성된 스테이터코어(71)와, 스테이터코어(71)의 내부에 원주 방향으로 권선되는 메인권선과 서브권선을 구비한 권선코일(72)을 포함한다.
상기 스테이터코어(71)는 시트가 복수개 적층된 적층체로, 일정 폭을 갖는 링 형상으로 형성되는 요크부(71a)와, 그 요크부(71a)의 내주면에 일정 길이를 갖도록 연장 형성되는 다수개의 티스(71b)들을 포함하여 이루어진다. 이러한 티스(71b)와 티스(71b)사이에 슬롯(73)이 형성되며, 티스(71b)들의 끝면에 의해 스테이터코어(71)의 내부에 유도로터(20)가 삽입되는 중공(70a)이 형성된다.
상기 권선코일(72)은 티스(71b)에 다수회 권선되며, 티스(71b)와 티스(71b)에 의해 형성되는 슬롯(73)에 위치한다. 기동 초기 시 메인권선과 서브권선에 교류 전원이 인가되면 회전자계가 발생한다. 이때 유도로터(20)의 도체바(22)에 유도 전류가 흐르게 되고 유도로터(20)가 회전을 시작한다. 여기서, 유도로터(20)는 슬립(slip)되면서 회전을 하게 되는 데, 이때 서브권선에 흐르는 전류는 전류 차단장치에 의해 차단되고, 메인권선에만 전류가 흐르게 된다.
상기 제1동기로터(40)는 일정 두께를 갖는 원통 형태의 제1마그네트(41)와, 컵 형태로 형성되어 제1마그네트(41)를 지지하는 제1홀더(42)를 포함하여 구성된다. 제1마그네트(41)는 제1스테이터(70)의 내주면과 유도로터(20)의 외주면사이에 회전 가능하게 삽입된다. 제1홀더(42)의 일측에는 제1베어링(43)이 결합되는 제1베어링홈(42a)이 형성된다. 제1베어링(43)에 회전축(11)이 결합됨으로서, 제1홀더(42)가 회전축(11)상에서 자유롭게 회전할 수 있다.
상기 제2동기로터(50)는 상기 제1동기로터(40)와 일정간격 떨어져 설치되며, 일정 두께를 갖는 원통 형태의 제2마그네트(51)와, 컵 형태로 형성되어 제2마그네트(51)를 지지하는 제2홀더(52)를 포함하여 구성된다. 제2마그네트(51)는 제2스테이터(80)의 내주면과 유도로터(20)의 외주면사이에 회전 가능하게 삽입된다. 제2홀더(52)의 일측에는 제2베어링(53)이 결합되는 제2베어링홈(52a)이 형성된다. 제2베어링(53)에 회전축(11)이 결합됨으로서, 제2홀더(53)가 회전축(11)상에서 자유롭게 회전할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 상술한 바와 같은 하이브리드 인덕션모터의 동작을 설명하면 다음과 같다.
스테이터(70)의 권선코일(72)에 전원이 인가되면 회전자계(rotating magnet field)가 형성된다. 이렇게 형성된 회전자계에 의해 제1동기로터(40)와 제2동기로터(50)가 동기속도로 회전하게 된다.
도 2를 참조하면, 모터의 기동중에 제1마그네트(41)의 S극과 제2마그네트(51)의 N극이 도 2에 도시된 위치에 위치할 경우, 제1마그네트(41)의 S극과 제2마그네트(51)의 N극은 상호 끌어당기게 된다. 이때, 제1동기로터(40)는 화살표 A방향으로 이동하고, 제2동기로터(50)는 화살표 B방향으로 이동하면서 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)는 달라붙게 된다. 이때, 달라붙으면서 진동 및 소음이 발생하게 된다.
도 3을 참조하면, 모터의 기동중에 제1마그네트(41)의 S극과 제2마그네트(51)의 S극이 도 3의 도시된 위치에 위치할 경우, 제1마그네트(41)의 S극과 제2마그네트(51)의 S극은 상호 밀어내게 된다. 이때, 제1동기로터(40)는 화살표 C방향으로 이동하고, 제2동기로터(50)는 화살표 D방향으로 이동하면서 상호 떨어지게 된다. 이때, 떨어지면서 진동 및 소음이 발생하게 된다.
결과적으로, 모터의 기동중에 제1동기로터(40)와 제2동기로터(50)가 계속적으로 붙었다 떨어졌다 하면서 진동 및 소음을 발생시킨다. 이로 인해 하이브리드 인덕션모터의 운전신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 상술한 문제점은 모터의 기동시 뿐만 아니라 모터가 고장났을 경우에도 마찬가지로 발생한다. 즉, 모터가 고장나 스테이터(70)에 전원공급이 갑자기 중단될 경우에, 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)사이의 상호위치에 따라 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)가 떨어지거나 붙으면서 진동 및 소음을 발생시킨다. 이로 인해 하이브리드 인덕션모터의 운전신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가변속 및 기동특성의 향상을 위해 제1동기로터 및 제2동기로터를 구비한 하이브리드 인덕션모터에 있어서, 기동 및 고장시 제1동기로터와 제2동기로터에서 발생하는 진동 및 소음을 줄인 하이브리드 인덕션모터을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 인덕션모터는, 모터케이싱; 상기 모터케이싱에 회전가능하게 결합된 회전축; 상기 회전축과 일체로 결합되어 회전하는 로터코어와 상기 로터코어내에 삽입되는 도체바를 구비한 유도로터; 상기 유도로터가 삽입되는 중공을 구비하며 상기 회전축 방향으로 소정길이를 가지고 설치된 스테이터; 상기 스테이터와 상기 유도로터 사이에 삽입되며, 상기 회전축에 자유롭게 회전가능하게 결합된 제1동기로터; 상기 제1동기로터와 대칭되도록 상기 스테이터와 상기 유도로터 사이에 삽입되며, 상기 회전축에 자유롭게 회전가능하게 결합된 제2동기로터; 및 상기 제1동기로터 및 상기 제2동기로터 사이에 삽입된 마그네틱스페이서;를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 일 실시예에 따른 하이브리드 인덕션모터를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인덕션모터의 제1동기로터, 제2동기로터, 마그네틱스페이서, 회전축의 조립 사시도이고, 도 5는 도 4의 마그네 틱스페이서의 사시도이고, 도 6은 도 4의 제1동기로터와 제2동기로터가 기동중 마그네틱스페이서에 붙은 상태를 나타낸 하이브리드 인덕션모터의 횡단면도이고, 도 7은 도 4의 제1동기로터와 제2동기로터가 기동중 마그네틱스페이서로부터 떨어진 상태를 나타낸 하이브리드 인덕션모터의 횡단면도이다. 전술 및 도시한 구성과 동일 또는 동일 상당한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인덕션모터는 모터케이싱(10); 모터케이싱(10)에 회전가능하게 결합된 회전축(11); 회전축(11)과 일체로 결합되어 회전하는 로터코어(21)와 로터코어(21)내에 삽입되는 도체바(22)를 구비한 유도로터(20); 유도로터(20)가 삽입되는 중공(70a)을 구비하며 회전축(11) 방향으로 소정길이를 가지고 설치된 스테이터(70); 스테이터(70)와 로터코어(21) 사이에 삽입되며, 회전축(11)에 자유롭게 회전가능하게 결합 된 제1동기로터(40); 제1동기로터(40)와 대칭되도록 스테이터(70)와 유도로터(20) 사이에 삽입되며, 회전축(11)에 자유롭게 회전가능하게 결합된 제2동기로터(50); 제1동기로터(40)와 제2동기로터(50)사이에 삽입된 마그네틱스페이서(100)를 포함한다.
모터케이싱(10), 유도로터(20), 제1동기로터(40), 제2동기로터(50), 스테이터(70)에 대한 구성 및 작용은 도 1 내지 도 3에 도시된 본 출원인이 연구개발중인 하이브리드 인덕션모터과 동일하므로 그 설명을 생략하고 본 발명의 핵심구성요소인 마그네틱스페이서(100)에 대해야 집중적으로 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 마그네틱스페이서(100)는 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)사이에 삽입된다. 이를 위해 마그네틱스페이서(100)는 유도로터(20)가 관통하기 위한 관통공(101)을 구비한다. 관통공(101)은 마그네틱스페이서(100)가 유도로터(20, 도 6참조) 외주면에서 자유롭게 회전가능하도록 유도로터(20, 도 6참조)의 직경보다 크게 형성된다.
상기 마그네틱스페이서(100)는 두께(t)를 변화시키면서 실험한 결과, 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)의 결합력을 높이기 위해 0.5 내지 1mm의 두께(t)를 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 마그네틱스페이서(100)는 자화되기 쉬운 물질인 철,니켈,코발트중 어느 하나로 제조되거나, 둘 이상을 혼합하여 제조한다. 물론 이외 자화되기 쉬운 물질을 가지고 마그네틱스페이서(100)를 제조하는 것도 가능할 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인덕션모터의 작동을 설명하면 다음과 같다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 스테이터(70)의 권선코일(72)에 전원이 인가되면 스테이터(70)는 회전자계(rotating magnet field)를 형성한다. 이렇게 형성된 회전자계에 의해 제1동기로터(40)와 제2동기로터(50)가 동기속도로 회전하게 된다.
모터의 기동중에 제1마그네트(41)의 S극과 제2마그네트(51)의 N극이 도 6의 도시된 위치에 위치할 경우, 제1마그네트(41)의 S극과 제2마그네트(51)의 N극은 상호 끌어당기게 되어, 제1동기로터(40)는 화살표 A방향으로 이동하고, 제2동기로터(50)는 화살표 B방향으로 이동하면서 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)는 마그네틱스페이서(100)의 양측에 달라붙게 된다. 이때, 제1마그네트(41)와 제2마그네트 (51)가 상호 직접 달라붙지 않고, 마그네틱스페이서(100)을 매개로 간접적으로 붙어 있으므로 마그네틱스페이서(100)가 없는 경우보다 상대적으로 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)의 붙는 거리가 짧아져 충돌로 인한 진동 및 소음이 감소한다. 또한, 마그네틱스페이서(100)가 매개됨으로서 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)의 결합력이 커져 상호 분리가 어려워져, 떨어졌다 붙었다 하면서 발생하는 진동 및 소음이 줄어든다.
한편, 모터의 기동중에 제1마그네트(41)의 S극과 제2마그네트(51)의 S극이 도 7의 도시된 위치에 위치할 경우, 제1마그네트(41)의 S극과 제2마그네트(51)의 S극은 상호 밀어내게 되어, 제1동기로터(40)는 화살표 C방향으로 이동하고, 제2동기로터(50)는 화살표 D방향으로 이동하면서 상호 떨어지게 된다. 이때, 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)가 상호 직접 달라붙지 않고, 마그네틱스페이서(100)을 매개로 간접적으로 붙어 있으므로 마그네틱스페이서(100)가 없는 경우보다 상대적으로 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)의 분리거리가 짧아져 분리로 인한 진동 및 소음이 감소한다. 또한, 마그네틱스페이서(100)가 매개됨으로서 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)의 결합력이 커져 상호 분리가 어려워져, 떨어졌다 붙었다 하면서 발생하는 진동 및 소음의 발생이 줄어든다.
한편, 마그네틱스페이서(100)는 모터의 기동시 뿐만 아니라 모터가 고장났을 경우에도 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)가 떨어지거나 붙으면서 발생시키는 진동 및 소음을 줄인다. 즉, 모터가 고장나서 스테이터(70)에 전원공급이 갑자기 중단될 경우에, 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)사이의 상호위치에 따라 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)가 떨어지거나 붙으면서 진동 및 소음을 발생시킨다. 이때, 마그네틱스페이서(100)가 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)에 삽입되어 있어 제1마그네트(41)와 제2마그네트(51)가 떨어지거나 붙으면서 발생하는 진동 및 소음을 줄일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절히 변경 가능한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인덕션모터에 의하면, 제1동기로터 및 제2동기로터 사이에 마그네틱스페이서가 삽입되어 있어 제1동기로터와 제2동기로터의 결합력이 커져 상호 분리가 어렵다. 이로 인해 모터의 기동시 및 고장시에 제1동기로터와 제2동기로터사이의 분리 및 접촉으로 인한 진동 및 소음이 줄일 수 있다. 따라서, 하이브리드 인덕션모터의 운전신뢰성이 향상된다.

Claims (3)

  1. 모터케이싱;
    상기 모터케이싱에 회전가능하게 결합된 회전축;
    상기 회전축과 일체로 결합되어 회전하는 로터코어와 상기 로터코어내에 삽입되는 도체바를 구비한 유도로터;
    상기 유도로터가 삽입되는 중공을 구비하며 상기 회전축 방향으로 소정길이를 가지고 설치된 스테이터;
    상기 스테이터와 상기 유도로터 사이에 삽입되며, 상기 회전축에 자유롭게 회전가능하게 결합된 제1동기로터;
    상기 제1동기로터와 대칭되도록 상기 스테이터와 상기 유도로터 사이에 삽입되며, 상기 회전축에 자유롭게 회전가능하게 결합된 제2동기로터; 및
    상기 제1동기로터 및 상기 제2동기로터 사이에 삽입된 마그네틱스페이서;를 포함하는 하이브리드 인덕션모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네틱스페이서는,
    0.5 내지 1mm의 두께를 가진 하이브리드 인덕션모터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네틱스페이서는,
    자화되기 쉬운 물질인 철,니켈,코발트 중 어느 하나의 물질로 제조되는 하이 브리드 인덕션모터.
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