KR100340321B1 - Motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전동기에 관한 것으로, 회전축과 수평 상태에서의 회전자와 고정자의 형상은 적어도 서로 인접하여 상호 작용하는 면이 회전축을 중심으로 원형 형상으로 형성되고, 상기 회전축과 수직 상태에서의 회전자와 고정자의 단면 형상은 회전자와 고정자가 서로 인접하여 상호 작용하는 면이 원형 형상으로 형성되어 상기 회전자와 고정자의 사이에 형성되는 공극이 회전축을 중심으로 환형을 이루도록 형성되므로써 전동기를 구성하는 고정자측의 코일 엔드링부의 길이를 최소화시킬 수 있어서 전동기의 구동 효율을 크게 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전동기의 출력 증가에 따른 체적 변화율을 낮추어 크기를 콤팩트화시킬 수 있어서 전동기를 사용하는 산업 분야의 범위를 더욱 확대시킬 수 있으며, 산업 전반에 걸친 성에너지화에 기여할 수 있게 된다.The present invention relates to an electric motor, wherein a shape of a rotor and a stator in a horizontal axis and a horizontal axis is at least adjacent to each other and is formed in a circular shape around a rotation axis, and the rotor and the rotor in a vertical state. The cross-sectional shape of the stator is formed in a circular shape in which the rotor and the stator interact with each other in a circular shape, and the air gap formed between the rotor and the stator forms an annular shape around the rotation axis, thereby forming the motor. The length of the coil end ring of the motor can be minimized to greatly increase the driving efficiency of the motor, and the size can be made compact by reducing the volume change rate according to the increase of the output of the motor. To expand and contribute to gender-energy across industries It is good.
Description
본 발명은 전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동기를 구성하는 고정자측의 코일 엔드링부의 길이를 최소화시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an electric motor, and more particularly, to minimize the length of the coil end ring portion on the stator constituting the electric motor.
일반적으로, 전동기는 전기 에너지를 입력원으로 하고 회전 운동과 같은 운동 에너지를 출력으로 하는 일종의 에너지 변환장치로서, 회전 운동이나 왕복 운동과 같은 반복 작업이 필요한 산업 현장이나 생활 주변에서 동력원으로 주로 사용되고 있다.In general, a motor is a kind of energy conversion device that uses electrical energy as an input source and outputs kinetic energy such as rotational motion, and is mainly used as a power source in an industrial site or surroundings where repetitive work such as rotational motion or reciprocating motion is required. .
전동기의 에너지 변환 과정에는 도선에 흐르는 전기로부터 유도되는 자기장과 유도 전류의 상호 작용과 같은 전기 공학적인 메커니즘과 회전이나 이동과 같은 기계 공학적인 메커니즘이 동시에 작용하게 되는 데, 전기 공학적인 측면에서는 도선에 흐르는 전류로 인한 동손과 유도 자기장과 관련된 철손이, 기계 공학적인 측면에서는 마찰과 같은 기계손이 전동기의 에너지 변환작용에 있어서 손실로 작용하게 된다.In the energy conversion process of an electric motor, an electrical engineering mechanism such as a magnetic field induced from electricity flowing through the conductor and an induction current is simultaneously operated, and a mechanical engineering mechanism such as rotation or movement is operated at the same time. Copper loss due to flowing current and iron loss related to induced magnetic field, mechanical damage such as friction in mechanical engineering aspect is a loss in the energy conversion of the motor.
따라서, 고효율 전동기를 개발하는 것은 이와 같은 손실항을 다양한 기법들을 통해 최소화하는 것으로, 현재까지의 전동기 구조는 이미 수십년 전에 안정화되었고, 고효율 전동기의 개발은 신 소재 또는 신 물질 적용을 통해 손실항을 줄이는 쪽으로 이루어져 왔다.Therefore, developing a high efficiency motor minimizes such a loss term through various techniques. To date, the structure of the motor has been stabilized decades ago, and the development of a high efficiency motor can be achieved by applying a new material or a new material. It has been towards reducing.
이러한 방향으로 기울여져 온 노력의 결과 전동기의 효율은 90%에 육박하는수준으로 발전하였으며, 현재에도 고효율 전동기에 적용하기 위한 새로운 소재에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있으나, 이런 방법은 고효율 전동기를 개발하기 위해서 새로운 물질에 대한 화학적인 접근이 먼저 이루어져야만 하는 어려움과 새로운 물질 개발에 대한 불확실성으로 인해 그 한계가 있다.As a result of the efforts made in this direction, the efficiency of the motor has developed to nearly 90%, and research on new materials for applying to the high efficiency motor is ongoing. The limitations are due to the difficulty that a chemical approach to a new material must be made in order to do so and the uncertainty of new material development.
일반적인 전동기는 공극의 형태에 따라 경방향 공극형 전동기와 축방향 공극형 전동기로 크게 구분되며, 경방향 공극형 전동기는 다시 회전자와 고정자의 공간적 위치에 따라 외전형과 내전형으로 구분되는 데, 이 중 산업적인 목적으로 가장 널리 사용되는 것이 내전형 경방형 공극형 전동기로서, 그 구조는 크게 1차측과 2차측으로 구분할 수 있고, 외부에서 전류를 흘려주는 것과 같은 직접적인 입력이 있는 부분을 1차측이라 지칭하며, 1차측으로부터 유도되는 전류가 흐르거나 자체적인 에너지를 가지고 있는 부분을 2차측이라 지칭한다.The general motor is classified into a radial air type motor and an axial air type electric motor according to the shape of the air gap, and the radial air type electric motor is further divided into the abduction type and the electric resistance type according to the spatial position of the rotor and the stator. Among them, the most widely used for industrial purposes is the electric warp radial air gap type motor, whose structure can be largely divided into the primary side and the secondary side, and the part with direct input such as flowing current from the outside is the primary side. It is referred to as, and the portion in which the current flowing from the primary side flows or has its own energy is referred to as the secondary side.
1차측에 전류를 흘려주는 것을 '급전' 이라 하는 데, 급전의 편의성을 위해 보통의 경우 1차측을 고정자로 구성하고, 2차측을 회전자로 구성하는 전동기가 대부분이다.The supply of current to the primary side is called 'feeding'. For the convenience of feeding, most of the electric motors are composed of a stator and a rotor as a secondary side.
종래의 내전형 경방향 공극형 전동기는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 고정자(1차측)와 회전자(2차측)의 전자기적 상호 작용에 의해 힘이 발생하게 되는 데, 발생하는 힘이 회전 토오크로서 나타날 수 있게 구성된 것을 회전형 전동기라 하고, 발생하는 힘이 밀거나 당기는 추력으로 나타날 수 있게 구성된 것을 선형 전동기라고 한다.As shown in Figs. 1 and 2, the conventional electric propulsion type radial air gap type motor generates a force by electromagnetic interaction between the stator (primary side) and the rotor (secondary side). The rotating motor is configured to appear as this rotating torque, and the linear motor is configured to appear as a pushing or pulling thrust.
상기 고정자(2a)의 고정자 코어(3a)에 권선된 고정자 코일(5a)에 전류가 흐르면 플레밍의 오른손 법칙에 의해 고정자 코일(5a) 주위로 자기장이 발생하게 되는 데, 전동기에는 이 자기장이 시간에 따라 한점에서는 크기와 극성이 변화하면서 고정자(2a) 전체에 대해서는 회전 자기장 또는 이동 자기장이 되도록 상기 고정자 코일(5a)을 배치한다.When a current flows through the stator coil 5a wound around the stator core 3a of the stator 2a, a magnetic field is generated around the stator coil 5a by Fleming's right-hand rule. Accordingly, at one point, the stator coils 5a are disposed so that the stator 2a becomes a rotating magnetic field or a moving magnetic field with respect to the entire stator 2a.
상기 자기장은 고정자 코어(3a)와 고정자 코어(3a)로부터 일정한 거리만큼 떨어진 회전자 코어(6a)로 폐회로를 구성한 자기 회로를 따라 흐르고, 유도된 자기장이 시간에 따라 한점에서 그 크기와 극성이 변화하게 되면 렌츠의 법칙에 따라 자기장의 변화를 방해하려는 방향으로 유도 전류가 발생하게 된다.The magnetic field flows along a magnetic circuit consisting of a closed circuit with a stator core 3a and a rotor core 6a separated by a certain distance from the stator core 3a, and the induced magnetic field changes in magnitude and polarity at one point with time. This leads to induced currents in the direction of disturbing the change in the magnetic field according to Lenz's law.
이때, 상기 전동기의 출력이 되는 회전력 또는 추력은 전동기 내부에서 발생하는 자기장의 세기와 유도 전류의 크기에 비례하므로 고효율 전동기라고 하면 상기 고정자 코일(5a)로부터 자기장이 유도되는 과정과 자기장이 자기 회로를 흐르는 과정 및 자기장으로부터 유도 전류가 발생되는 과정 등에서 에너지 손실을 최소화하며, 발생된 회전력과 추력으로 회전자(1a)를 움직이는 데 있어서 마찰을 최소화하여야 한다.At this time, the rotational force or thrust which is the output of the motor is proportional to the magnitude of the magnetic field generated in the motor and the magnitude of the induction current. Therefore, a high-efficiency motor is a process in which a magnetic field is induced from the stator coil 5a and a magnetic field forms a magnetic circuit. Energy loss is minimized during the flow and the induced current is generated from the magnetic field, and the friction in moving the rotor 1a with the generated rotational force and thrust should be minimized.
상기 고정자 코일(5a)로부터 자기장이 유도되는 과정에서 발생하는 손실은 대부분 도선에 전류가 흐르면서 발생하는 전압 강하분으로 도선의 길이를 짧게 하거나, 도선의 면적을 크게 하여 도선의 저항을 줄여야 되며, 자기장이 자기 회로를 흐르는 과정에서의 손실분은 대부분 자기 회로를 구성하는 고정자 및 회전자 코어(3a)(6a)의 물성과 적층 두께 및 공극의 길이에 따라 결정되는 데, 고정자 및 회전자 코어(3a)(6a)의 물성을 개선하는 것은 신물질 개발이 선행되어야 하는 문제이다.The loss generated in the process of inducing the magnetic field from the stator coil 5a is a voltage drop generated by the current flowing through the wire, and the length of the wire is shortened or the area of the wire is increased to reduce the resistance of the wire. The loss in the course of the flow of the magnetic circuit is largely determined by the physical properties of the stator and rotor cores 3a and 6a constituting the magnetic circuit, the lamination thickness, and the length of the pores. The stator and rotor core 3a Improving the properties of (6a) is a problem that requires the development of new materials.
또한, 상기 고정자 및 회전자 코어(3a)(6a)의 적층 작업은 실용성이나, 생산성을 고려한다면 더 이상의 개선의 여지가 없으며, 공극의 길이를 작게 하는 것은 회전 운동 또는 직선 운동을 보장하기 위해 확보해야 하는 구조 역학적 여유 또는 가공 및 조립의 정밀도 측면에서 한계가 있고, 자기장으로부터 유도 전류가 발생하는 과정에서의 손실분을 줄이기 위해서는 유도 전류가 흐르는 부분을 동박 또는 알루미늄 다이케스팅을 사용하므로써 발생된 유도 전류가 실제 유용하게 사용될 수 있도록 고려되고 있으며, 현재로서는 전동기의 회전자 코어(6a) 외주면에 잔류 자속밀도가 큰 영구 자석(7a)을 부착시키게 되면 유도 전류가 발생하는 과정의 손실을 고려하지 않아도 되므로 획기적인 효율 향상이 가능한 것으로 알려져 있다.Further, the lamination work of the stator and rotor cores 3a and 6a is practical, but there is no room for further improvement in consideration of productivity, and the reduction in the length of the void is ensured to ensure the rotational motion or the linear motion. There are limitations in terms of structural mechanical margin or precision of machining and assembly, and induction current generated by using copper foil or aluminum die casting is applied to the part where the induced current flows to reduce the loss in the process of generating induced current from the magnetic field. It is considered to be usefully used. At present, when the permanent magnet 7a having a large residual magnetic flux density is attached to the outer circumferential surface of the rotor core 6a of the motor, it is not necessary to take into account the loss of the process of generating an induced current. It is known that improvement is possible.
도 1 및 도 2와 같은 종래의 전동기 구조는 오랜 기간동안 사용되어 오면서 기구적으로는 상당히 안정화된 구조로서 특수한 목적에 사용하기 위한 구조 변경을 제외하고는 그다지 큰 변화가 없었다. 기존의 전동기 구조에는 고정자 코일(5a)을 고정자 코어(3a)에 권선하는 과정에서 이동 자계 또는 회전 자계를 형성하기 위해 전동기 내부를 가로지르는 부분 이외에 엔드링 부분이 존재하게 되는 데, 이 부분은 전혀 전동기의 출력에 기여하지 못하는 순손실항이다.Conventional electric motor structures such as FIGS. 1 and 2 have been used for a long period of time, and are mechanically significantly stabilized, and have not changed much except for structural modifications for use for special purposes. In the existing motor structure, in the process of winding the stator coil 5a to the stator core 3a, an end ring portion exists in addition to a portion that traverses the inside of the motor to form a moving magnetic field or a rotating magnetic field. This is the net loss term that does not contribute to the output of the motor.
또한, 현재의 구조상 이 부분의 길이는 전동기 내부를 가로 지르는 부분의 길이에 상관없이 고정자 코일(5a)의 굵기와 양에 따라 일정 길이를 필요로 하므로 전동기의 적층폭이 큰 대용량의 전동기에서는 전체 손실분에서의 기여도가 작지만, 전동기의 적층폭이 작은 대용량의 전동기에 있어서는 전체 손실분의 상당양을 차지하고 있어 고효율 전동기를 개발하는 데 상당한 문제점으로 인식되고 있다.In addition, due to the current structure, the length of this part requires a certain length depending on the thickness and quantity of the stator coil 5a irrespective of the length of the part that crosses the inside of the motor. Although a small contribution from, the large-capacity motor with a small stacking width of the motor occupies a considerable amount of total losses, and is considered to be a significant problem in developing a high efficiency motor.
또한, 상기 전동기의 출력은 보통 회전 토오크와 회전 속도 또는 추력과 이동 속도의 곱으로 표현되는 데, 회전 토오크와 추력은 다른 기타 조건을 일정하게 한 경우 공극의 면적에 비례함에 따라서 고 추력 또는 고 토오크가 필요한 경우 종래의 전동기 구조에서는 공극의 면적을 크게 하기 위해 회전자(1a)와 고정자(2a)측의 반경을 키워 고정자와 회전자측 사이의 공간, 즉 공극의 평균 반경을 키우거나, 전동기의 적층 방향 길이를 길게 해야만 하는 데, 이런 경우 토오크의 증가에 따른 전동기의 체적 변화가 심해 상당히 육중한 전동기가 되는 등의 많은 문제점이 있었다.In addition, the output of the motor is usually expressed as a product of rotational torque and rotational speed or thrust and moving speed, where the rotational torque and thrust are proportional to the area of the void when other conditions are constant, and thus high thrust or high torque. In the conventional motor structure, in order to increase the area of the air gap, the radius of the rotor 1a and the stator 2a is increased to increase the space between the stator and the rotor, that is, the average radius of the air gap, In this case, the length of the stacking direction should be increased. In this case, there are many problems such as a large weight of the motor due to a severe change in the volume of the motor according to the increase of the torque.
따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전동기를 구성하는 고정자측의 코일 엔드링부의 길이를 최소화시킬 수 있도록 하여 전동기의 구동 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전동기의 출력 증가에 따른 체적 변화율을 낮추어 크기를 콤팩트화시킬 수 있는 전동기를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, it is possible to minimize the length of the coil end ring portion of the stator constituting the motor to improve the driving efficiency of the motor, as well as to increase the output of the motor It is an object of the present invention to provide an electric motor capable of compacting a size by lowering a rate of volume change.
도 1은 종래의 전동기를 나타낸 단면도1 is a cross-sectional view showing a conventional electric motor
도 2는 도 1의 A-A선 단면도2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 3은 본 발명의 전동기를 나타낸 단면도3 is a cross-sectional view showing the electric motor of the present invention.
도 4는 도 3의 B-B선 단면도4 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도Figure 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1,11; 회전자 2,22; 고정자1,11; Rotor 2,22; Stator
3; 고정자 코어 4; 지지 부재3; Stator core 4; Support member
5; 고정자 코일 6; 회전자 코어5; Stator coils 6; Rotor core
7; 영구 자석 8; 연결 부재7; Permanent magnets 8; Connecting member
9; 베어링 12; 모터 프레임9; Bearing 12; Motor frame
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 축중심을 따라 중공부를 가지는 모터 프레임; 상기 모터 프레임의 일단에 동축 상으로 회전 가능하게 설치되는 회전축과; 상기 모터 프레임을 중심으로 환형으로 형성되며 회전축과 평행한 면으로 절단한 단면이 원형이고 모터 프레임에 고정 결합되는 고정자 코어와, 이 고정자 코어의 외주면에 구비되며 그 코일 엔드가 상기 모터 프레임의 중공부를 통해 인출되는 고정자 코일로 구성되는 고정자; 상기 고정자의 원형 단면을 감싸는 원형 단면을 가지며 상기 회전축에 연결 부재로 연결되어 회전하는 회전자 코어와, 이 회전자 코어의 내주면에 구비되는 영구자석으로 구성되는 회전자;로 구성되며, 상기 고정자의 고정자 코어 외주면에는 일정 간격 이격되어 고정자 코어를 지지하기 위한 복수개의 지지 부재가 방사형으로 형성되며, 복수개의 지지 부재가 형성된 부분을 제외한 고정자 코어의 외주면에는 고정자 코일이 권선된 것을 특징으로 하는 전동기를 제공한다.또한 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 축중심을 따라 중공부를 가지는 모터 프레임; 상기 모터 프레임의 일단에 동축 상으로 회전 가능하게 설치되는 회전축과; 상기 모터 프레임을 중심으로 환형으로 형성되며 회전축과 평행한 면으로 절단한 단면이 사각형이고 모터 프레임에 고정 결합되는 고정자 코어와, 이 고정자 코어의 외주면에 구비되며 그 코일 엔드가 상기 모터 프레임의 중공부를 통해 인출되는 고정자 코일로 구성되는 고정자; 상기 고정자의 사각형 단면을 감싸는 사각형 단면을 가지며 상기 회전축에 연결 부재로 연결되어 회전하는 회전자 코어와, 이 회전자 코어의 내주면에 구비되는 영구자석으로 구성되는 회전자;로 구성되며, 상기 고정자의 고정자 코어 외주면에는 일정 간격 이격되어 고정자 코어를 지지하기 위한 복수개의 지지 부재가 방사형으로 형성되며, 복수개의 지지 부재가 형성된 부분을 제외한 고정자 코어의 외주면에는 고정자 코일이 권선된 것을 특징으로 하는 전동기를 제공한다.The present invention to achieve the above object is a motor frame having a hollow along the axis; A rotating shaft rotatably installed coaxially at one end of the motor frame; A stator core formed in an annular shape around the motor frame and cut in a plane parallel to the rotating shaft has a circular shape and is fixedly coupled to the motor frame, and is provided on an outer circumferential surface of the stator core, and a coil end of the hollow part of the motor frame. A stator composed of a stator coil drawn through; A rotor core having a circular cross section surrounding the circular cross section of the stator, the rotor core being connected to the rotating shaft to be rotated by a connecting member and a permanent magnet provided on an inner circumferential surface of the rotor core; The outer circumferential surface of the stator core is spaced apart at regular intervals and a plurality of supporting members for supporting the stator core is formed radially, and the stator coil is wound on the outer circumferential surface of the stator core except for a portion where the plurality of supporting members are formed. The present invention also provides a motor frame having a hollow portion along an axial center; A rotating shaft rotatably installed coaxially at one end of the motor frame; The stator core is formed in an annular shape and is cut in a plane parallel to the rotating shaft, and has a rectangular cross section and is fixedly coupled to the motor frame. A stator composed of a stator coil drawn through; Rotor core having a rectangular cross section surrounding the rectangular cross section of the stator and connected to the rotating shaft by a connecting member and a rotor consisting of a permanent magnet provided on the inner peripheral surface of the rotor core; The outer circumferential surface of the stator core is spaced apart at regular intervals and a plurality of supporting members for supporting the stator core is formed radially, and the stator coil is wound on the outer circumferential surface of the stator core except for a portion where the plurality of supporting members are formed. do.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention for achieving the above object will be described in detail.
도 3은 본 발명의 전동기를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 B-B선 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the electric motor of the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG.
본 발명은 전동기의 회전축과 수평 상태에서의 회전자(1)와 고정자(2)의 형상은 적어도 서로 인접하여 상호 작용하는 면이 회전축을 중심으로 원형 형상으로 형성되고, 상기 회전축과 수직 상태에서의 회전자(1)와 고정자(2)의 단면 형상은 회전자(1)와 고정자(2)가 서로 인접하여 상호 작용하는 면이 원형 형상으로 형성되어 상기 회전자(1)와 고정자(2)의 사이에 형성되는 공극이 회전축(미도시)을 중심으로 환형을 이루도록 형성된다.상기 회전자(1)와 고정자(2)는 중공부(12a)를 가지는 모터 프레임(12)을 중심으로 하여 환형으로 형성되며, 축중심선에 평행한 면에 따라 절단한 단면이 원형으로 형성된다.According to the present invention, the shape of the rotor 1 and the stator 2 in a horizontal state with the rotating shaft of the electric motor is formed in a circular shape around the rotating shaft with at least the mutually adjacent surfaces interacting with each other. The cross-sectional shape of the rotor 1 and the stator 2 is formed in a circular shape where the rotor 1 and the stator 2 are adjacent to each other and interact with each other to form a circular shape. The voids formed therebetween are formed to have an annular shape around a rotating shaft (not shown). The rotor 1 and the stator 2 are annularly formed around the motor frame 12 having the hollow portion 12a. It is formed, the cross section cut along the plane parallel to the axial center line is formed in a circular shape.
또한, 상기 고정자(2)의 고정자 코어(3) 외주면에는 일정 간격 이격되어 고정자 코어(3)를 지지하기 위한 복수개의 지지 부재(4)가 방사형으로 형성되며, 복수개의 지지 부재(4)가 형성된 부분을 제외한 고정자 코어(3)의 외주면에는 고정자 코일(5)이 권선되고, 상기 고정자 코어(2)를 감싸는 회전자(1)의 회전자 코어(6) 내주면에는 영구 자석(7)이 부착되며, 상기 회전자 코어(6)에는 회전자 코어(6)를 회전축에 결합시키기 위한 연결 부재(8)가 체결 부재에 의해 고정되고, 상기 고정자 코어(3)의 외주면과 연결 부재(8)의 내주면 사이에는 회전자 코어(6)의 회전을 원활하게 지지하기 위한 베어링(9)이 삽입되어 구성된다.상기 연결부재(8)에는 회전축(미도시)이 상기 모터 프레임(12)에 대하여 동축 상으로 결합될 수 있다.In addition, a plurality of support members 4 for supporting the stator cores 3 are radially formed on the outer circumferential surface of the stator cores 3 of the stator 2 to be radially formed, and the plurality of support members 4 are formed. A stator coil 5 is wound around the outer circumferential surface of the stator core 3 except for the portion, and a permanent magnet 7 is attached to the inner circumferential surface of the rotor core 6 of the rotor 1 surrounding the stator core 2. In the rotor core 6, a connecting member 8 for coupling the rotor core 6 to the rotating shaft is fixed by a fastening member, and an outer circumferential surface of the stator core 3 and an inner circumferential surface of the connecting member 8 are fixed to the rotor core 6. A bearing 9 for smoothly supporting rotation of the rotor core 6 is inserted therebetween. A rotating shaft (not shown) is coaxially mounted with respect to the motor frame 12 in the connecting member 8. Can be combined.
상기와 같이 구성된 본 발명은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 전동기의 동작은 종래 전동기의 원리와 동일한 회전자측과 고정자측의 전자기적 상호 작용에의해 동작되며, 그 구조상 공극의 형상이 원통형이 아닌 환형으로 형성된 점이 특징으로, 2차측인 환형의 회전자 코어(6)의 내부에 위치한 1차측인 고정자 코어(3)는 상기 회전자 코어(6)의 내주면에 형성된 홈(10)을 통해 고정자 코어(3)의 외주면에 형성된 복수개의 지지 부재(4)와 연결된다.3 and 4 of the present invention configured as described above, the operation of the motor is operated by the electromagnetic interaction of the rotor side and the stator side the same as the principle of the conventional electric motor, the shape of the void Characterized in that it is formed in an annular rather than cylindrical shape, the stator core (3) located on the inside of the rotor core (6) of the secondary side has a groove (10) formed on the inner circumferential surface of the rotor core (6). It connects with the several support member 4 formed in the outer peripheral surface of the stator core 3 via.
이때, 상기 복수개의 지지 부재(4)는 고정자 코어(3)의 외주면에 권선되는 고정자 코일(5)의 권선 작업시 불편함이 없도록 고정자 코어(3)와의 부착면이 최소한의 공간만을 차지하도록 고정자 코어(3)의 외주면에 일정 간격 이격되어 방사형으로 형성되고, 상기 고정자 코일(5)은 고정자 코어(3)의 외주면을 감싸는 형태로 복수개의 지지 부재(4)를 제외하여 권선된다.상기 고정자 코일(5)의 코일 엔드는 상기 모터 프레임(12)에 형성된 중공부(12a)를 통해 인출된다.At this time, the plurality of support members 4 are stator so that the attachment surface with the stator core 3 occupies only a minimum space so that there is no inconvenience in winding the stator coil 5 wound around the outer circumferential surface of the stator core 3. The stator coils 5 are radially spaced apart from the outer circumferential surface of the core 3 at a predetermined interval, and the stator coils 5 are wound to remove the plurality of support members 4 in a form surrounding the outer circumferential surface of the stator core 3. The coil end of 5 is drawn out through the hollow portion 12a formed in the motor frame 12.
따라서, 이런 구조의 권선은 상기 고정자 코어(3)의 복수개 지지 부재(4)가 회전자 코어(6)를 통과하기 위해 형성된 홈(10)의 폭 만큼이 권선 엔드부의 길이가 되므로 결국 상기 고정자 코일(5)의 엔드부의 길이가 종래의 전동기에 비해 상당히 짧게 되어 동손에 의한 손실분중 상당량을 줄일 수 있게 된다.Therefore, the winding of this structure is the length of the winding end part as much as the width of the groove 10 formed for the plurality of support members 4 of the stator core 3 to pass through the rotor core 6, so that the stator coil The length of the end portion of (5) is considerably shorter than that of the conventional electric motor, so that a considerable amount of loss due to copper loss can be reduced.
본 발명의 전동기 고정자측 및 회전자측 전자기적 상호 작용은 회전축 방향과 수직인 방향에서 절단한 단면, 즉 회전축 쪽에서 본 단면인 도 4를 기준으로 설명하면 다음과 같다.The electromagnetic stator side and rotor side electromagnetic interactions of the present invention will be described with reference to FIG. 4, which is a cross section cut in a direction perpendicular to the rotation axis direction, that is, a cross section viewed from the rotation axis side.
상기 회전자 축방향과 수직인 방향에서 절단한 단면은 전동기의 고정자측과 회전자측 모두 회전축을 중심으로 원의 형상을 이루게 되는 데, 마치 양측식 선형 전동기의 구조와 유사하게 양쪽에 회전자측이 위치하고, 회전자측의 사이에 각각 회전자측에 대응하는 고정자측 2개가 대칭되도록 위치하고 있는 것을 원형으로 말아놓은 형태로서, 고정자측의 고정자 코일(5)에 흐르는 전류는 평면에 대해 수직 방향으로 흐르며, 자속은 평면과 수평되도록 고정자측에서 회전자측으로 다시 회전자측에서 고정자측으로 폐경로를 형성하며 발생하게 된다.The cross section cut in the direction perpendicular to the rotor axial direction forms a circle shape around the rotating shaft on both the stator side and the rotor side of the motor, similar to the structure of a two-sided linear motor, on both sides of the rotor. In which the two stator sides corresponding to the rotor side are positioned symmetrically between the rotor sides, and are rolled in a circle. The current flowing through the stator coils 5 on the stator side is perpendicular to the plane. The magnetic flux is generated by forming a closed path from the stator side to the rotor side to the stator side so that the magnetic flux is horizontal with the plane.
이때, 자속에 의한 유도 전류 역시 평면과 수직되는 방향으로 발생하게 됨에 따라서 전류와 자속의 상호 작용에 의한 힘은 고정자측 또는 회전자측을 회전축을 중심으로 회전시키는 방향으로 발생하여 고정자측이 고정된 경우에는 회전자측이, 회전자측이 고정된 경우에는 고정자측이 회전하게 되며, 이와 같은 상황이 고정자 코어(3)의 중심선을 축으로 하여 360도 회전 방향으로 동일하게 나타나게 된다.At this time, the induced current caused by the magnetic flux is also generated in a direction perpendicular to the plane, so the force generated by the interaction between the current and the magnetic flux is generated in the direction in which the stator side or the rotor side is rotated about the rotation axis, and thus the stator side is fixed. In this case, the rotor side is rotated, and when the rotor side is fixed, the stator side is rotated. Such a situation appears to be the same in the direction of rotation 360 degrees around the center line of the stator core 3.
본 발명과 같은 구조의 전동기는 동일 체적에서 발생하는 토오크량을 결정하는 고정자측과 회전자측이 마주보는 면적인 공극 면적이 종래의 일반 전동기 구조보다 월등히 크므로 같은 토오크를 필요로 하는 경우 훨씬 체적인 작은 작동기를 제작할 수 있게 된다.The motor having the structure of the present invention has a much larger area than the conventional general motor structure because the area of the air gap between the stator side and the rotor side, which determines the amount of torque generated in the same volume, is much larger than that of the conventional motor, and thus requires a much larger volume. Small actuators can be manufactured.
여기서, 상기한 고정자측과 회전자측의 면적을 근사적으로 계산하면 다음과 같다.Here, if the area of the stator side and the rotor side is approximately calculated, it is as follows.
회전체의 외반경은 D, 회전체의 내반경을 d 라 하면, 본 발명의 전동기의 공극 면적은 π²( D²-d²) 이고, 이때 회전체의 축방향 길이는 (D-d)이므로 동일한 축방향 길이를 고려하여 계산한 일반 전동기의 공극 면적은 2π·D (D-d)가 되므로 회전체의 내경을 0 이라 가정하더라도 본 발명 전동기의 대향 면적을 일반 전동기에 비해 1.5배 이상 크게 형성할 수 있게 된다.When the outer radius of the rotor is D and the inner radius of the rotor is d, the pore area of the electric motor of the present invention is π² (D²-d²), and the axial length of the rotor is (Dd), so the same axial length Since the pore area of the general motor calculated in consideration of 2 is 2π · D (Dd), even if the inner diameter of the rotor is 0, the opposing area of the motor of the present invention can be formed to be 1.5 times larger than that of the general motor.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서 도 5에 도시한 바와 같이, 전동기의 회전축과 수평 상태에서의 회전자(11)와 고정자(22)의 형상은 적어도 서로 인접하여 상호 작용하는 면이 회전축을 중심으로 원형 형상으로 형성하고, 상기 회전축과 수직 상태에서의 회전자(11)와 고정자(22)의 단면 형상은 사각형으로 형성한 경우인 데, 이 경우와 같이 회전축과 수직인 방향에서의 단면을 사각형으로 형성하면, 원형으로 형성한 경우와 비교하여 손실항으로 작용하는 코일 엔드부의 길이는 다소 증가하는 단점이 있지만, 철손을 줄이기 위한 고정자 코어의 적층 작업은 훨씬 수월해지는 장점이 있게 된다.On the other hand, as shown in FIG. 5 as another embodiment of the present invention, the shape of the rotor 11 and the stator 22 in the horizontal state and the rotation axis of the electric motor at least adjacent to each other and interact with each other centered around the rotation axis And a cross-sectional shape of the rotor 11 and the stator 22 in a circular shape perpendicular to the rotation axis is formed in a quadrangular shape. As in this case, the cross section in a direction perpendicular to the rotation axis is formed in a quadrangular shape. When formed as, the length of the coil end portion acting as a loss term compared to the case formed in a circular shape is slightly increased, but the lamination work of the stator core for reducing the iron loss has an advantage that is much easier.
그 외에도 전동기의 고정자측과 회전자측의 상대 위치를 변경한 또 다른 실시예를 고려할 수 있는 데, 이 경우에는 1차측으로 된 회전자측의 회전에 따른 급전 문제를 해결하기 위하여 브러쉬와 같은 별도의 급전 장치가 회전자측 지지 수단에 부가되어야 한다.In addition, another embodiment in which the relative positions of the stator side and the rotor side of the motor are changed may be considered. In this case, in order to solve the feeding problem caused by the rotation of the rotor side to the primary side, a separate brush such as a brush may be considered. The feeding device of should be added to the rotor side supporting means.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 전동기를 구성하는 고정자측의 코일 엔드링부의 길이를 최소화시킬 수 있으므로써 전동기의 구동 효율을 크게 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전동기의 출력 증가에 따른 체적 변화율을 낮추어 크기를 콤팩트화시킬 수 있어서 전동기를 사용하는 산업 분야의 범위를 더욱 확대시킬 수 있으며, 산업 전반에 걸친 성에너지화에 기여할 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.As described above, the present invention can minimize the length of the coil end ring portion of the stator constituting the motor, thereby not only significantly increasing the driving efficiency of the motor, but also increasing the volume change rate according to the increase in the output of the motor. It is a very useful invention that has many advantages, such as being able to compact the size to further expand the scope of the industrial field using the electric motor, and contribute to the energy energy throughout the industry.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 의해 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the above-described claims, and the present invention is generally defined in the technical field to which the present invention pertains without departing from the scope of the present invention. Anyone with knowledge of the world will be able to make various changes.
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