KR100364705B1 - 동기유도 전동기의 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동기유도 전동기에 설치되는 회전자의 구조를 개선하여, 조립시 작업공수를 줄이고, 영구 자석의 설치 공간을 늘려 동기유도 전동기의 회전자 효율을 향상시키는 한편, 상기 영구 자석은 알루미늄 파이프에 형성된 이탈 방지 턱으로 지지시켜 회전시 이탈이 방지되도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 중공이 형성된 원판형 단위 코어들의 집합체인 코어와, 끝단 사이에 간격을 두고 서로 대칭되게 위치하며, 상기 코어의 외주면을 감싸도록 부착되는 단면상 반원형 구조의의 영구 자석과, 알루미늄 재질의 파이프 형상으로 상기 영구 자석의 외주면에 설치되며 원주면상에 다수개의 통공이 형성되는 망사형의 자성체 커버와, 상기 자성체 커버의 최소 어느 한 끝단면에 원주방향을 따라 내향 돌출형성된 이탈 방지턱을 포함하여 구성되는 동기유도 전동기의 회전자가 제공되도록 한 것이다.

Description

동기유도 전동기의 회전자{Synchronous Stator of Induction motor}

본 발명은 동기유도 전동기의 회전자에 대한 것으로서, 특히 회전자의 구조를 개선하여, 조립시 작업공수를 줄이는 한편, 회전력을 높여 회전효율을 향상시킨 것이다.

일반적으로, 동기유도 전동기는 고정자와, 회전축과 연결되어 고정자 내에서 회전되는 회전자로 구성되고, 전동기의 고정자에 전원이 인가되면, 회전자는 자기력의 유도에 의해 회전된다.

도 1은 고정자의 내부에 설치되는 회전자의 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I선으로 표시되는 회전자의 단면도이다.

도 1에서 도시된 것과 같이, 종래 회전자(1)는 환형 규소 강(5)이 길이방향으로 적층되어 중공(7)을 갖도록 형성된 코어(11)와, 180도의 위상 차로 형성된 2개의 공극(3)과, 상기 공극을 사이에 두고 삽입·부착되는 단면상 반원형을 이루는 2개의 영구 자석(2)및, 상기 영구 자석의 외주에 형성된 알루미늄 링(4a)으로 구성된다.

도 2에서 이를 더 자세히 살펴보면, 코어(11)의 원주방향으로 다수개의 관통공(6)이 형성되고, 상기 관통공(6)내에 알루미늄 바(4b)가 충진되며, 공극(3)을 사이에 두고, 단면상 반원형 영구 자석(2)이 상기 코어 내에 삽입·부착된다.

그리고, 상기 회전자는 코어의 끝단면에서 길이방향으로 형성되는 관통공(6)을 단면의 원주방향으로 다수개 구비하며, 상기 관통공(6)내에 다이캐스팅으로 알루미늄이 충진되어 알루미늄 바(4b)가 형성된다.

상기 알루미늄 바(4b)의 끝은 코어의 상·하 끝단면에서 서로 엮어져 알루미늄 링(4a)으로 형성된다.

그리고, 회전자 공극(3)을 사이에 두고, 영구 자석 삽입공을 통해 반원형 영구 자석(2)을 코어(11) 내부에 삽입·부착시킨다.

이 때, 알루미늄 바(4b)를 형성시키기 위한 다이캐스팅 작업은 고온에서 이루어지므로 영구 자석(2)이 먼저 코어 내에 설치되면, 고온에 의해 영구 자석이 열화 되어 자성을 잃게되기 때문에 다이캐스팅 작업 후에 삽입시켜야 한다.

이와 같은 종래 회전자를 고정자의 내부에 소정의 에어 갭을 두고 설치하여, 고정자의 코일에 전류를 인가시키면, 상기 고정자에 형성된 자기장에 따라, 회전자의 알루미늄 바(4b)에 전류가 인가된다.

그리고, 상기 알루미늄 바(4b)의 전류와 코어(11)에 의해 형성된 자기장의 상호작용으로 회전자를 회전시킬 수 있는 회전력인 기동 토크가 발생된다.

상기 기동토크에 의해 회전자(1)의 회전이 유지되면, 상기 알루미늄 바(4b)와 코어사이에 발생되는 기동토크보다 더 큰 회전력인 운전토크가 회전자의 영구 자석(2)에 의해 발생되고, 이 운전토크에 의해 전동기에서 기계적인 동력이 얻어진다.

그러나, 상기 운전토크는 영구 자석의 자속밀도와 회전자의 회전속도에 비례하는 회전력을 나타내고, 이 때 상기 알루미늄 바(4b)와 링(4a)은 공극으로 작용하기 때문에 전동기내에서 코어가 형성될 수 있는 체적이 작아, 자속밀도에 비례하는 회전력의 크기가 작다.

그리고, 관통공(6)내에 다이캐스팅 작업으로 도체인 알루미늄 바(4b)를 형성하므로 공정이 복잡하고, 비용이 고가이며, 생산성 또한 떨어진다.

또, 상기 코어 내에 영구 자석이 설치되므로 영구 자석의 부피가 한정되기 때문에 전동기의 출력을 높이기 위해서는 자속밀도가 높은 영구 자석을 사용하거나, 코어와 영구 자석의 부피를 늘여야 하므로 비용이 증가된다.

또한, 알루미늄 바(4a)와 알루미늄 링(4b)은 주기적으로 변화되는 자장 내에서 전자감응을 일으켜 와전류를 발생시키기 때문에 상기 와전류에 의해 운전 토크인 회전력이 감소된다.

회전시 이탈 방지를 위하여 영구 자석을 본드로 접착하거나, 원판으로 지지시키기 때문에 구조가 복잡하고, 생산성이 떨어지며, 소음이 발생된다.

본 발명은 상기 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로써, 동기유도 전동기에 설치되는 회전자의 구조를 개선하여, 조립시 작업 공수를 줄이는 한편, 영구 자석의 설치 공간을 늘려 동기유도 전동기의 회전자 효율을 향상시키는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 동기유도 전동기 회전자의 사시도

도 2는 도체로 알루미늄 바가 사용된 동기유도 전동기 회전자를 도 1의 I-I선으로 나타낸 종단면도

도 3은 도체로 알루미늄 파이프가 사용된 본 발명 동기유도 전동기 회전자의 사시도

도 4는 도 3의 I-I선을 나타내는 종단면도

도 5는 본 발명 자성체 커버인 알루미늄 파이프의 사시도

<도면 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 회전자 2 : 영구 자석

3 : 공극 4a : 알루미늄 링

4b : 알루미늄 바 4c : 알루미늄 파이프

6 : 관통공 7 : 중공

11 : 코어 8 : 통공

5 : 규소 강 41 : 이탈 방지턱

이를 위해, 본 발명은 중공이 형성된 원판형 단위 코어들의 집합체인 코어와, 끝단 사이에 간격을 두고 서로 대칭되게 위치하며, 상기 코어의 외주면을 감싸도록 부착되는 단면상 반원형의 영구 자석과, 알루미늄 재질의 파이프 형상으로 상기 영구 자석의 외주면에 설치되며 원주면상에 다수개의 통공이 형성되는 망사형의 자성체 커버와, 상기 자성체 커버의 최소 어느 한 끝단면에 원주방향을 따라 내향 돌출형성된 이탈 방지턱을 포함하여 구성되는 동기유도 전동기의 회전자가 제공되도록 한 것이다.

본 발명의 실시 예를 첨부도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 회전자의 사시도이고, 도 4는 도 3의 I-I선으로 표시된 회전자의 종단면도이며, 도 5는 알루미늄 파이프의 사시도이다.

동기유도 전동기는 고정자의 중공 내에 일정 에어 갭을 두고 설치되어, 회전축과 연결되는 회전자로 구성되며, 본 발명에 따른 회전자는 아래와 같다.

도 3에서 나타내어진 것과 같이, 본 발명의 회전자(1)는 끝단에 소정의 폭으로 이탈 방지턱(41)이 형성되고, 외원주면에는 길이방향과 원주방향으로 다수개의 통공(8)이 형성된 알루미늄 파이프(4c)가 설치된다.

그리고, 상기 알루미늄 파이프(4c)의 내에 중공(7)이 형성된 코어(11)가 설치되고, 상기 알루미늄 파이프(4c)의 통공(8) 사이로, 영구 자석(2)의 외주면이 외부로 노출된다.

또, 알루미늄 파이프(4c)끝단의 이탈 방지턱(41)에 의해 코어의 일부분이 덮여 진다.

이를 더욱 상세히 도 4에서 설명하면, 회전자는 일정 간격으로 통공(8)이 형성된 알루미늄 파이프(4c)와, 그 내부에서 끝단에 소정의 간격을 두고 설치된 2개의 단면상 반원형 영구 자석(2)과, 상기 영구 자석의 내부에 위치되고 중심에 중공(7)이 형성된 코어(11)로 구성된다.

이와 같은 회전자의 코어(11)는 환형 규소 강이 여러겹 길이 방향으로 적층되어 형성되고, 이의 중심에는 회전축이 연결될 수 있도록 길이방향으로 연장되는 중공(7)이 구비된다.

영구 자석(2)은 단면이 반원형으로 형성되어, 상기 코어의 길이만큼 연장되어 형성되고, 쇼트가 방지되도록 양 끝단 사이에 소정의 간격을 두고 코어 외부에 부착된다.

또, 알루미늄 파이프(4c)는 도 5의 사시도에서 도시된 것과 같이, 망사형을 이루게 되어 길이 방향과 원주 방향으로 일정 간격으로 복수개의 통공(8)이 구비되고, 그 끝단에는 영구 자석(2)의 방사상 폭보다 넓게 형성된 이탈 방지턱(41)이 구비된다.

따라서, 알루미늄 파이프(4c)의 이탈 방지턱(41)은 영구 자석(2)과 코어(11)의 끝단 일부분을 덮는다.

이상에서 설명한 회전자(1)는 코어(11)의 외원주면 상에 반원형인 2개의 영구 자석(2)을 부착하되, 두 영구 자석의 끝단면 사이에 소정의 간격을 두고 코어에 고정시킨다.

그리고, 상기 코어(11)가 부착된 영구 자석(2)을 망사형 알루미늄 파이프(4c) 내부에 끼우면, 영구 자석과 코어의 일부 끝단면이 이탈 방지턱(41)에 의해 고정되고, 통공(8)을 통해 영구 자석(2)의 외주면이 외부로 노출된다.

상기한 구성을 가진 회전자를 코어에 코일이 권선된 고정자의 중공 내에 소정의 에어 갭을 두고 설치한다.

본 발명에 따른 회전자가 설치된 동기유도 전동기를 구동시키기 위해, 고정자의 코일에 전류를 인가시키면, 회전자의 외주면에 설치된 도체인 알루미늄 파이프(4c)에 전류가 유기 되고, 망사형인 알루미늄 파이프(4c)의 망사 패스(path)를 따라, 전류가 흐른다.

상기 유기된 전류에 의해 코어에 자기장이 형성되어 상기 자기장과 전류의상호 작용으로 정지된 회전자(1)를 구동시킬 수 있는 기동 토크가 발생되며, 고정자의 코일을 흐르는 전류가 알루미늄 파이프(4c)를 통해 유기되지 않아도, 회전자의 회전이 유지된다.

이는, 회전자의 영구 자석(2)이 고정자의 자기장과 상호 작용하여 알루미늄 파이프(4c)에 유기되는 전류와 코어사이에서 발생되는 기동토크보다 큰 운전토크를 발생시키기 때문이다.

이에 따라, 전기에 의해 동기유도 전동기에서 기계적인 동력을 얻을 수 있다.

그리고, 동기유도 전동기에서, 망사형 도체가 외부에 설치되기 때문에 영구 자석이 종래 보다 고정자와 유기된 위치되므로 이들 사이에서 발생되는 자기장의 크기가 커지므로 회전력인 운전토크가 증가된다.

또한, 운전 토크는 영구 자석의 자속밀도와 회전속도에 따라 그 크기가 결정된다.

그러므로, 본 발명에서는 도체가 코어의 외부, 즉 영구 자석의 외주면에 설치되어, 종래와 같이 코어 상에 공극, 관통공 등이 형성되지 않기 때문에 코어의 크기를 줄일 수 있어, 동일한 크기의 회전자에서는 영구 자석의 크기가 커진다.

따라서, 동일한 크기의 회전자에서는 자속밀도의 증가로 인하여 회전력이 증가된다.

그리고, 종래와 같이 알루미늄 링(4a)과 바(4b)에 의해 코어에 공극이 형성되지 않으므로 자기저항이 감소되어 회전력의 손실이 줄어 코어에 발생되는 자기장에 의해 와전류가 발생되지 않는다.

본 발명은 원주면상에 다수개의 통공이 형성된 망사형 알루미늄 파이프(4c)를 영구 자석의 외주면에 설치하기 때문에 첫째, 다이캐스팅 작업으로 알루미늄 바를 형성하는 공정 등이 삭제되어 구조와 조립 공정이 단순화되고, 비용 또한 절감된다.

둘째, 동일한 크기의 동기유도 전동기내에서 설치되는 영구 자석의 부피를 키울수 있기 때문에 운전 토크가 커져 회전효율이 향상되고, 종래와 동일한 출력이 요구될 경우에는 동기유도 전동기가 소량화·경량화될 수 있다.

그리고, 셋째, 코어의 내부에 공극이 형성되지 않기 때문에 전자 감응에 의한 와전류가 방지되어 운전 토크가 손실되지 않는다.

따라서, 동일한 크기에서 본 발명의 동기유도 전동기는 종래 동기유도 전동기보다 회전력이 크게 발생되기 때문에 회전자 효율이 좋은 고효율의 동기유도 전동기를 제공할 수 있고, 동일한 출력의 동기유도 전동기에서는 자속밀도가 낮은 영구 자석의 사용이 가능하므로 제조원가를 낮출 수 있다.

그리고, 회전자의 회전시 알루미늄 파이프의 이탈 방지턱이 영구 자석의 원심력에 의한 이탈을 방지하기 때문에 원판 설치 등의 별도 작업을 삭제할 수 있고, 이로 인한 비용도 절감할 수 있으며, 소음도 방지된다.

Claims (3)

1. 중공이 형성된 원판형 단위 코어들의 집합체인 코어와,

   끝단 사이에 간격을 두고 서로 대칭되게 위치하며, 상기 코어의 외주면을 감싸도록 부착되는 단면상 반원형의 영구 자석과,

   알루미늄 재질의 파이프 형상으로 상기 영구 자석의 외주면에 설치되며 원주면상에 다수개의 통공이 형성되는 망사형의 자성체 커버와,

   상기 자성체 커버의 최소 어느 한 끝단면에 원주방향을 따라 내향 돌출형성된 이탈 방지턱을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 동기유도 전동기의 회전자.
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