KR100420638B1 - 유도전동기및그회전자 - Google Patents

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KR100420638B1
KR100420638B1 KR10-1998-0705862A KR19980705862A KR100420638B1 KR 100420638 B1 KR100420638 B1 KR 100420638B1 KR 19980705862 A KR19980705862 A KR 19980705862A KR 100420638 B1 KR100420638 B1 KR 100420638B1
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쇼이치 마루야마
히로유키 미카미
미요시 다카하시
하루오 고하라기
게이지 아라이
모토야 이토
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은, 회전자 철심에 설치하는 슬롯개구부 치수를 적정한 범위로 설정함으로써, 역률향상이나 소음, 표류손을 저감할 수 있는 고성능의 유도전동기 및 그 회전자를 제공하는 것을 목적으로 하며, 회전자 철심(2)의 외주쪽에 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수개의 슬롯(3)의 상부에 설치된 슬롯의 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하의 범위, 슬롯의 개구부의 지름방향의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm의 범위로 설정한다.

Description

유도전동기 및 그 회전자
회전자 철심의 표면부에 슬롯개구부를 가지는 유도전동기의 종래의 기술로서는, 일본국 특개 소56-86060호 공보, 일본국 특개 소56-145753호 공보, 일본국 특개 소56-35665호 공보, 일본국 특개 소58-207848호 공보, 일본국 특개 소57-28556호 공보에 기재된 것이 있다.
일본국 특개 소56-86060호 공보, 일본국 특개 소56-145753호 공보에 기재된 것은, 도전성 재료를 주입하면서도, 누출자속 저감을 위하여 설치한 슬롯개구부에 도전성 재료가 존재하지 않도록 한 구조를 개시하고 있고, 일본국 특개 소56-35665호 공보에는, 개구부를 이용한 알루미늄다이캐스트의 가스빼기를 겸하여 회전자 홈의 개구부의 크기를 약 0.1mm로 하는 것이 개시되어 있다. 또, 일본국 특개 소58-207848호 공보에는, 회전자 코어의 슬롯을 0.2 내지 0.6mm의 개구치수로 하는 것이 개시되어 있다. 또, 일본국 특개 소57-28556호 공보에는, 회전자 코어의 개구 치수를 폭 0.8mm 이하의 테이퍼형상으로 하고, 높이 0.8mm 이하로 하는 것이 개시되어 있다.
상기 일본국 특개 소56-86060호 공보, 일본국 특개 소56-145753호 공보에 기재된 종래의 기술은, 회전자 철심에 설치된 슬롯에 미리 슬롯개구부를 설치하고, 이 슬롯에 도전성 재료를 주입한 후에 슬롯개구부에 존재하는 도전성 재료를 제거하는 것을 개시한 것으로서, 이에 의해, 슬롯개구부 내에 도전성 재료, 즉 2차도체가 존재하지 않고, 역률(力率)의 향상이나 표류손(漂遊損)의 저감을 도모하는 것을 노린 것이다.
또, 일본국 특개 소56-35665호 공보에 개시된 것은, 역률 변화를 적게 함과 동시에, 덕트 구성의 지장을 없애는 것이고, 일본국 특개 소58-207848호 공보에 개시된 것은, 효율 및 생산성을 향상하기 위한 것이며, 일본국 특개 소57-28556호 공보에 개시된 것은, 소음에 대하여 시준되어 있기는 하나 슬롯의 불규칙에 대해서만 검토한 것으로서, 주로 효율 향상을 위한 것이다.
그러나, 발명자들의 실험 등에 의하면, 일본국 특개 소56-86060호 공보, 일본국 특개 소56-145753호 공보에 기재된 것과 같은 슬롯개구부를 설치하더라도, 또, 일본국 특개 소56-35665호 공보, 일본국 특개 소58-207848호 공보, 일본국 특개 소57-28556호 공보에 기재된 것과 같은 치수의 슬롯개구부를 설치하더라도, 공칭출력이 40kW급 내지 1000kW급의 범위의 유도전동기에 있어서는, 반드시 특성개선에 도달하지 않는 경우가 있음을 발견하였다.
즉, 슬롯개구부의 둘레방향 치수가 되는 폭(w)이나, 회전자 철심 표면부부터 회전자 바까지의 지름방향 치수가 되는 슬롯개구부의 높이(h)의 치수에 따라서는, 소음이나 표류손의 일부를 차지하는 고조파 2차동손(銅損)이 증가하는 것이 판명되었다. 이들은, 슬롯개구부의 영향에 의한 갭 자속의 맥동성분이 증가하는 것에 부가하여, 회전자 철심부의 자속의 흐름방법이 자기포화 등에 의해 복잡하게 변화하는 것에 기인하는 것이다.
이와 같이, 상기 종래의 기술은, 소음저감을 위한 구체적인 개구치수에 대해서는 배려되어 있지 않고, 고조파 2차동손에 대해서도 배려되어 있지 않은 것이었다. 최근, 유도전동기에 있어서는, 저소음의 것 또는 머신크기의 소형인 것이 중시되고 있으나, 상기 종래의 기술은, 특히 고조파 2차동손이 증가하는 것에 배려되어 있지 않고, 단순히 슬롯개구부를 설치하는 것만으로는, 소음이나 머신크기의 소형화를 저해하는 손실이 증가한다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이상의 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 회전자 철심에 설치하는 슬롯개구부 치수를 적정한 범위로 설정함으로써, 역률 향상이나 소음, 표류손을 저감할 수 있는 고성능의 유도전동기 및 그 회전자를 제공하는 데에 있다.
본 발명은, 유도전동기 및 그 회전자에 관한 것으로서, 특히 회전자 철심의 표면부에 슬롯개구부를 가지는 유도전동기 및 그 회전자에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 유도전동기의 회전자의 종단면도,
도 2는 도 1에 나타난 유도전동기의 회전자의 슬롯 주변을 나타낸 횡단면도,
도 3은 갭의 자속밀도분포를 나타낸 모식도,
도 4는 슬롯개구부 주변의 자속의 흐름을 나타낸 모식도,
도 5는 공칭출력 40kW급의 유도전동기의 역률비를 나타낸 도,
도 6은 공칭출력 600kW급의 유도전동기의 역률비를 나타낸 도,
도 7은 공칭출력 40kW급의 유도전동기의 소음비를 나타낸 도,
도 8은 공칭출력 600kW급의 유도전동기의 소음비를 나타낸 도,
도 9는 공칭출력 40kW급의 유도전동기의 고조파 2차동손비를 나타낸 도,
도 10은 공칭출력 600kW급의 유도전동기의 고조파 2차동손비를 나타낸 도,
도 11은 도 2의 회전자 슬롯개구부 치수의 범위를 나타낸 설명도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예의 유도전동기의 회전자의 슬롯주변을 나타낸 횡단면도.
본 발명자들은, 실험에 실험을 거듭하여, 회전자 철심에 설치된 슬롯개구부에 역률을 향상시키고, 소음, 표류손을 저감할 수 있는 적정한 범위의 치수가 존재함을 발견하였다. 즉, 슬롯개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 지름방향의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm로 설정함으로써, 역률을 향상시키고, 소음, 표류손을 저감할 수 있음을 발견하였다. 더욱이, 공칭출력 40kW급 내지 1000kW급의 유도전동기에 유효하다는 것이 판명되었다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하는 유도전동기를 얻기 위하여, 고정자와, 상기 고정자의 내주부에 소정의 간극을 사이에 두고 상기 고정자와 동심원형상으로 배치됨과 동시에, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되며, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자를 구비한 유도전동기에 있어서, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하는 개구부를 설치함과 동시에, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 지름방향의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm의 범위로 설정하였다.
또, 고정자와, 상기 고정자의 내주부에 소정의 간극을 사이에 두고 상기 고정자와 동심원형상으로 배치됨과 동시에, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자를 구비한 공칭출력 40kW급 내지 600kW급의 유도전동기에 있어서, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하는 개구부를 설치함과 동시에, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 지름방향의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm의 범위로 설정하였다.
또한, 본 발명에 있어서는, 공칭출력이 40kW급 내지 1000kW급의 유도전동기여도 좋다.
또, 고정자와, 상기 고정자의 내주부에 소정의 간극을 사이에 두고 상기 고정자와 동심원형상으로 배치된 회전자를 구비하고, 상기 회전자는, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자 철심과, 상기 슬롯에 수납된 2차도체를 가지는 유도전동기에 있어서, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하는 개구부를 설치함과 동시에, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 회전자 표면으로부터 상기 2차도체까지의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm로 설정하였다.
또, 고정자와, 상기 고정자의 내주부에 소정의 간극을 사이에 두고 상기 고정자와 동심원형상으로 배치된 회전자를 구비하고, 상기 회전자는, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자 철심과, 상기 슬롯에 수납된 2차도체를 가지는 유도전동기에 있어서, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하고, 또한, 수납되어 있는 상기 2차도체에 오목부가 형성되도록 개구부를 설치함과 동시에, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 회전자 표면으로부터 상기 오목부의 바닥부까지의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm로 설정하였다.
또, 고정자와, 상기 고정자의 내주부에 소정의 간극을 사이에 두고 상기 고정자와 동심원형상으로 배치된 회전자를 구비하고, 상기 회전자는, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자 철심과, 상기 슬롯에 수납된 2차도체를 가지는 유도전동기에 있어서, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하고, 또한, 수납되어 있는 상기 2차도체에 오목부가 형성되도록 개구부를 설치함과 동시에, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 회전자 표면으로부터 상기 오목부의 바닥부까지의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm, 상기 오목부의 높이 치수를 0.5mm 내지 2.0mm로 설정하였다.
또, 본 발명은, 상기 목적을 달성하는 유도전동기의 회전자를 얻기 위하여, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 유도전동기의 회전자에 있어서, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하는 개구부를 설치함과 동시에, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 지름방향의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm로 설정하였다.
또, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 공칭출력 40kW급 내지 600kW급의 유도전동기의 회전자에 있어서, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하는 개구부를 설치함과 동시에, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 지름방향의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm로 설정하였다.
또한, 본 발명에 있어서는, 공칭출력이 40kW급 내지 1000kW급의 유도전동기의 회전자여도 좋다.
또, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자 철심과, 상기 슬롯에 수납된 2차도체를 가지는 유도전동기의 회전자에 있어서, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하는 개구부를 설치함과 동시에, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 회전자 표면으로부터 상기 2차도체까지의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm로 설정하였다.
또, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자 철심과, 상기 슬롯에 수납된 2차도체를 가지는 유도전동기의 회전자에 있어서, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하고, 또한, 수납되어 있는 상기 2차도체에 오목부가 형성되도록 개구부를 설치함과 동시에, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 회전자 표면으로부터 상기 오목부의 바닥부까지의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm로 설정하였다.
또, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자 철심과, 상기 슬롯에 수납된 2차도체를 가지는 유도전동기의 회전자에 있어서, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하고, 또한, 수납되어 있는 상기 2차도체에 오목부가 형성되도록 개구부를 설치함과 동시에, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 회전자 표면으로부터 상기 오목부의 바닥부까지의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm, 상기 오목부의 높이 치수를 0.5mm 내지 2.0mm로 설정하였다.
또한, 이상 서술한 본 발명에 있어서, 상기 개구부는, 기계가공에 의하여 형성된다. 또한, 상기 슬롯에 상기 2차도체를 수납하고 나서 기계가공에 의하여 형성된다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예인 유도전동기의 회전자의 종단면도, 도 2는 도 1의 회전자의 슬롯주변의 횡단면도, 도 3은 갭의 자속밀도분포를 나타낸 모식도, 도 4는 슬롯개구부 주변의 자속의 흐름을 나타낸 모식도, 도 5, 도 6은 각각 공칭출력 40kW급, 공칭출력 600kW급의 유도전동기의 역률비를 나타낸 도, 도 7, 도 8은 각각 공칭출력 40kW급, 공칭출력 600kW급의 유도전동기의 소음비를 나타낸 도, 도 9, 도 10은 각각 공칭출력 40kW급, 공칭출력 600kW급의 유도전동기의 고조파 2차동손비를 나타낸 도, 도 11은 본 실시예의 유도전동기의 회전자 슬롯개구부 치수의 범위를 나타낸 설명도이다.
유도전동기는, 도시생략한 원통 위의 고정자와, 이 고정자의 내주부의 대향하는 위치에 소정의 간극(갭)을 사이에 두고 고정자와 동심형상으로 배치되고, 또한, 그 동심축상에서 회전 자유로운 회전자(1)를 구비하고 있다.
이 중, 고정자는, 상부에 냉각통풍상자를 구비한 고정자프레임에 끼워 맞추어진 원통형상의 고정자 철심을 구비하고 있고, 이 고정자 철심에는 고정자 권선이 감겨져 있다. 또, 고정자프레임 내에는, 도시생략한 팬이 설치되어 있고, 회전자(1) 및 고정자로부터 발생하는 열을 냉각하게 되어 있다.
회전자(1)는, 그 중심부에 설치된 회전축(6)(샤프트)에 끼워 맞추어진 회전자 철심(2)을 구비하고 있다. 회전축(6)은, 고정자프레임의 양 끝단에 브래킷을 사이에 두고 설치된 베어링에 의하여 축받이 지지되어 있고, 회전자(1)는 이 축받이 지지에 의하여 회전 자유롭게 고정자에 유지되어 있다.
회전자 철심(2)의 외주쪽에는, 둘레방향에 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수개의 슬롯(3)이 설치되어 있으며, 이 복수개의 슬롯(3)의 각각에는, 도전성 재료가 주입되고, 회전자 도체(4), 즉 회전자 권선이 형성되어 있다. 회전자 도체(4)의 각각은, 회전자 철심(2)의 양 끝단부에 설치된 단락환(5a, 5b)에 의하여 결합되고, 회전자 전류의 유로가 형성되어 있다.
회전자 철심(2)의 외주쪽에 설치된 복수의 슬롯(3)의 회전자 표면쪽에는, 축방향으로 연속하여 형성되고, 또한, 그 슬롯과 연통한 슬롯개구부(8)가 설치되어 있다. 이 슬롯개구부(8)를 형성하는 타이밍으로서는, 복수개의 슬롯(3)을 형성하고, 도전성 재료를 주입하여 회전자 도체(4)를 형성한 후에, 각각의 슬롯(3)의 상부를 기계가공하여 형성한다. 이 경우, 회전자 철심에 형성한 슬롯에 미리 슬롯개구부를 설치하고, 그 후, 복수의 슬롯 각각에 도전성 재료를 주입하는 방법도 있으나, 이 방법에서는, 슬롯의 상부에 형성된 슬롯개구부에도 도전성 재료가 주입되게 되어, 결과적으로 소음이나 고조파 2차전류에 의한 표류손이 현저히 증가하게 된다. 이와 같은 점에서, 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이 슬롯개구부(8)를 형성하고, 슬롯개구부(8) 내에 도전성 재료가 존재하지 않도록 하고 있는 것으로서, 그 물성치는, 도시하고 있지 않으나 고정자와 회전자(1) 사이에 존재하는 공극부와 동일하게 된다.
또한, 전폐슬롯구조의 경우에는, 일반적으로, 회전자 도체(4)의 두부에 상당하는 철심부가 자기브리지로 되기 위하여 누출자속이 증가하여, 필요 이상의 역률 저하나 1차, 2차전류의 증가에 따른 온도상승을 피하기 위하여, 자기브릿지부의 높이를 기계강도를 유지하면서 가능한 한 낮게 한다는 방책이 취해지고 있다. 유도전동기의 역률은, 회전자(1)의 슬롯(3)의 단면형상을 제외한 다른 구조가 동일하면, 주로 회전자 슬롯(3)의 단면형상으로 정해지는 슬롯누출리액턴스에 의존한다. 슬롯누출리액턴스에 한정하지 않고, 누출리액턴스가 필요 이상으로 큰 경우, 1차전류나 2차전류가 증가하여 역률이나 효율이 악화한다. 특히, 슬롯개구부(8)가 존재하지 않는 경우에는, 자기브리지부가 자기적으로 단락상태가 되기 때문에 누출자속이 증가하여 슬롯누출리액턴스도 증대한다. 이에 대하여, 슬롯개구부(8)를 설치하는 경우에는, 개구부(8)가 존재하지 않는 경우에 비하여 슬롯누출자속을 각별히 저감할 수 있기 때문에, 역률을 향상하는 것이 가능해진다.
그러나, 슬롯개구부를 설치하였을 경우에는, 이하와 같은 문제를 생기게 한다. 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 슬롯개구부(8)를 설치하였을 경우에는, 갭의 퍼미언스분포가 불균일해지기 때문에, 개구부(8)를 설치하지 않은 경우에 비하여 갭자속의 맥동성분이 증가한다. 이 결과, 고조파 전자가진력이 현저해져 소음을 증대시키게 된다.
또, 도 4에 나타낸 바와 같이, 유도전동기의 부하시에 있어서는, 자속(9)(9a, 9b)이 회전자의 지름방향이 아니라, 지름방향에 대하여 기울어진 방향으로 입사하는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 슬롯개구부(8)가 존재하는 경우, 회전자에 입사하는 고조파성분을 포함하는 자속(9)은, 회전자 철심(2)을 통과하여 회전자 도체(4)에 입사하는 자속성분(9a)과, 회전자 철심(2)을 통과하지 않고 직접 회전자 도체(4)의 헤드부에 입사하는 자속성분(9b)으로 나뉘어진다. 철심(2)을 통과하는 자속성분(9a)에 대해서는, 회전자철심(2)에 있어서의 표피효과에 의하여 고조파성분이 감쇠하나, 직접 회전자 도체(4)에 입사하는 자속성분(9b)에 대해서는 고조파성분의 감쇠가 적기 때문에, 회전자 도체(4)에 생기는 고조파 2차동손을 증가시키게 된다.
이와 같은 소음이나 고조파 2차동손은, 도 2에 나타낸 회전자 철심 표면으로부터 2차도체까지의 지름방향거리, 즉 회전자 슬롯개구부 높이(h)를 증가시킴으로써 저감할 수 있다. 이것은, 소음에 대해서는 회전자 기자력의 영향을 억제하고, 자속밀도 중의 맥동성분을 저감할 수 있기 때문이며, 고조파 2차동손에 대해서는, 고조파성분을 포함하는 자속이 직접 회전자 도체의 헤드부로 입사하는 것을 방해하기 때문이다. 그러나, 회전자 슬롯개구부 높이(h)를 증가하면, 2차 누출리액턴스가 증가하여 역률의 향상을 바랄 수 없게 될 가능성이 있다.
이와 같은 점에서 발명자들은, 회전자의 슬롯개구부의 치수를 파라미터로 하여 역률, 소음, 고조파 2차동손의 측정을 행하였다. 그 결과, 회전자의 슬롯개구부의 폭(w)과 높이(h)에는, 이들 역률, 소음, 고조파 2차동손의 특성을 개선할 수 있는 적정한 범위가 존재하는 것을 실험적으로 발견하였다. 또, 그것이 공칭출력 40kW급 내지 1000kW급의 유도전동기에 유효하다는 것이 판명되었다.
이하, 본 실시예에서는, 공칭출력 40kW급 및 공칭출력 600kW급의 유도전동기의 각각에 대하여, 역률, 소음, 고조파 2차동손을 측정한 결과에 대하여 설명한다. 이들의 측정에 있어서는, 각각의 유도전동기에 대하여, 슬롯개구부의 폭(w)과 높이(h)를 파라미터로 하고 있다. 여기에서, 폭(w)에 관해서는 개구부를 설치하지 않은 0.0mm에 부가하여, 1.0mm 내지 4.0mm까지 0.5mm 피치로 8케이스를, 높이(h)에 관해서는 0.5mm 내지 3.0mm까지로, 0.5mm, 1.0mm, 2.5mm, 3.0mm의 4케이스를 기계가공에 의해 설정하였다.
도 5, 도 6에서는, 종축을 슬롯개구부의 폭(w)이 0mm, 높이가 0.5mm인 슬롯개구부를 설치하지 않은 유도전동기에 채용되는 일반적인 치수인 경우를 기준치로 잡고, 각 측정치를 이 기준치에 대한 비율로 환산하여 나타내고 있다. 또, 기준치에 대한 비율이 1.0 이상이 되는 측정치 사이는 실선으로, 그 이외는 점선으로 표기하고 있다.
공칭출력 40kW급의 유도전동기에 대한 실험결과인 도 5에 나타낸 바와 같이, 각 슬롯개구부의 높이(h)에 대하여, 슬롯개구부를 설치함으로써 누출리액턴스가 저감하고, 역률이 각각 향상하고 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 높이(h)가 2.5mm를 넘으면 기준치 이상의 역률로는 되지 않고, 높이(h)가 2.5mm일 때는, 슬롯개구부의 폭(w)이 2.0mm를 약간 넘으면 기준치 이상의 역률이 되는 것이 인정되었다. 이것은, 공칭출력 600kW급의 유도전동기에 대해서도 동일하며, 도 6에 나타낸 실험결과와 같이, 절대치는 다르나, 도 5에 나타낸 실험결과와 거의 동일한 경향으로 되어 있다.
따라서, 역률을 기준치 이상으로 하기 위해서는, 슬롯개구부의 폭(w)을 2.0mm를 넘고, 또한 슬롯개구부 높이(h)를 0.5mm 내지 2.5mm의 범위로 설정하면 된다.
이어서, 소음에 대한 실험결과를 설명한다. 도 7, 도 8은, 도 5 및 도 6과 동일한 기준치를 설정하여, 이 기준치에 대한 소음비를 기준치 이하로 되는 측정치 사이는 실선으로, 그 이외는 점선으로 표기한 공칭출력 40kW급 및 공칭출력 600kW급 유도전동기 각각에 대한 실험결과를 나타내고 있다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 공칭출력 40kW급의 유도전동기에 있어서, 각 슬롯개구부의 높이(h)에 대하여, 슬롯개구부를 설치하여 폭(w)을 늘리면, 상술한 바와 같이 슬롯개구부의 폭(w)을 늘림으로써 갭자속밀도의 맥동성분이 증가하기 때문에, 소음이 증가함을 알 수 있다. 그러나, 슬롯개구부의 높이(h)가 1.0mm를 넘으면 기준치 이하의 소음비로 되고, 높이(h)가 1.0mm일 때에는, 슬롯개구부의 폭(w)이 3.5mm 이하가 되면 기준치 이하의 소음비로 되는 것이 인정되었다. 이것은, 공칭출력 600kW급의 유도전동기에 있어서도 동일하며, 도 8에 나타낸 실험결과와 같이, 절대치는 다르나, 도 7에나타낸 실험결과와 거의 동일한 경향으로 되어 있다.
따라서, 소음비를 기준치 이하로 하기 위해서는, 슬롯개구부의 높이(h)를 1.0mm 이상, 또한, 슬롯개구부의 폭(w)을 3.5mm 이하로 설정하면 좋다.
이어서, 고조파 2차동손비의 실험결과를 역률 및 소음측정결과의 경우와 마찬가지로 설명한다. 도 9, 도 10은, 상술한 역률 및 소음측정결과의 경우와 마찬가지로 기준치를 설정하여, 이 기준치에 대한 고조파 2차동손비를 기준치 이하로 되는 측정치 사이는 실선으로, 그 이외는 점선으로 표기한 공칭출력 40kW급 및 공칭출력 600kW급 유도전동기 각각에 대한 실험결과를 나타내고 있다.
도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 슬롯개구부의 높이(h)의 각각에 대하여, 고조파 2차동손은 슬롯개구부의 폭(w)에 대하여 최소치를 가짐을 알 수 있다. 이 이유로서는 다음의 2가지를 들 수 있다. 먼저, 슬롯개구부를 설치하여 고조파 2차동손비가 최소치를 취할 때까지의 범위에 대해서는, 슬롯개구부를 설치함으로써, 누출리액턴스가 감소하여 1차전류가 저하하기 때문에, 회전자 도체를 흐르는 2차전류 자체가 작아진 것에 기인한다. 한편, 고조파 2차동손비가 최소치로부터 다시 증가하여 가는 범위에 대해서는, 도 4에서 나타낸 바와 같이 슬롯개구부의 폭(w)을 늘림으로써 회전자 도체(4)에 직접 입사하는 자속성분(9b)의 영향이 증가하였기 때문이라고 할 수 있다.
이와 같은 점에서, 도 9에 있어서는, 슬롯개구부의 높이(h)에 대한 고조파 2차동손비의 최소치는, 슬롯개구부의 폭(w)이 1.0mm 이상 3.5mm 이하의 범위에 존재하고 있고, 그 범위에서 기준치 이하로 되어 있는 것은, 슬롯개구부의 높이(h)가1.0mm 이상일 때임이 인정되었다. 이것은, 공칭출력 600kW급의 유도전동기에 있어서도 마찬가지이며, 도 10에 나타낸 실험결과와 같이, 절대치는 다르나, 도 9에 나타낸 실험결과와 거의 동일한 경향으로 되어 있다.
따라서, 고조파 2차동손비를 기준치 이하로 하기 위해서는, 슬롯개구부의 높이(h)를 1.0mm 이상, 또한, 슬롯개구부의 폭(w)을 1.0mm 내지 3.5mm의 범위로 설정하면 된다.
이상과 같이, 회전자의 슬롯개구부의 치수에는, 역률, 소음, 고조파 2차동손 각각의 특성을 개선할 수 있는 적정한 범위가 존재하는 것을 알 수 있었으나, 다음에, 도 5 내지 도 10으로 나타낸 각 회전자 슬롯개구부의 치수에 대한 역률, 소음, 고조파 2차동손의 특성을 정리하여 보기로 한다. 도 11은 그것을 정리한 도면이다.
도 11은, 횡축에 슬롯개구부의 폭(w), 종축에 슬롯개구부의 높이(h)를 취하고, 각 특성에 있어서의 회전자 슬롯개구부 치수의 범위를 달리하는 3가지의 빗금으로 나타내고 있는 도면이다. 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 역률, 소음, 고조파 2차동손의 각 특성을 동시에 개선할 수 있는 슬롯개구부의 치수범위는, 개구부의 폭(w)이 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하, 높이(h)가 1.0mm 내지 2.5mm의 범위이다. 즉, 다른 3가지의 빗금이 서로 겹치는 점(a, b, c, d)에 의하여 둘러싸인 부분 내이면, 역률, 소음, 고조파 2차동손의 각 특성을 동시에 개선할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
여기에서, 이 범위 중, 개구부의 폭(w)의 최소치는, 역률의 측정결과로부터,최대치는, 소음 및 고조파 2차동손의 측정결과로부터 각각 규정되는 값이다. 또, 개구부의 높이(h)의 최소치는 소음 및 고조파 2차동손의 측정결과로부터, 최대치는 역률의 측정결과로부터 각각 규정되는 값이다.
또한, 도시하고 있지 않으나, 본 실시예에서 나타낸 측정예 외에, 160kW급 및 400kW급 및 1000kW급의 유도전동기에 대해서도 동일한 측정을 행하였다. 그 결과, 각 특성의 절대치는 다르나 적정한 슬롯개구부의 치수범위는, 상기한 40kW급 및 600kW급의 치수범위와 동일해짐을 확인하고 있다.
이상 본 실시예에 의하면, 공칭출력이 40kW급 내지 1000kW급의 유도전동기에 있어서, 회전자 철심(2)에 설치된 슬롯개구부(8)의 폭(w), 즉, 회전자 철심(2)의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하의 범위 내로, 높이(h), 즉, 회전자 철심(2)의 지름방향의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm의 범위 내로 설정하였으므로, 역률의 개선, 소음의 저감과, 고조파 2차동손의 저감을 도모할 수 있다. 즉, 역률을 향상하면서 소음, 표류손을 저감할 수 있고, 특성개선을 도모하는 것이 가능해진다. 따라서, 유도전동기의 회전자 슬롯개구부 치수를 공칭출력이 40kW 내지 1000kW급의 범위에 있어서의 유도전동기에 대하여 적용하면, 역률향상이나 소음, 표류손을 저감할 수 있는 고성능의 유도전동기 및 그 회전자를 제공할 수 있다.
이어서, 본 발명의 다른 실시예를 도 12를 이용하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예인 유도전동기의 회전자의 슬롯 주변을 나타낸 횡단면도이다. 본 실시예의 회전자는, 상술한 도 2와 같이, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수개의슬롯(3)이 회전자 철심(2)의 외주쪽에 설치되어 있고, 이 복수개의 슬롯(3)의 각각에는, 도전성 재료가 주입되고, 회전자 도체(4), 즉 회전자 권선이 형성되어 있다.
그리고, 회전자 철심(2)의 외주쪽에 설치된 복수의 슬롯(3)의 회전자 표면쪽에는, 축방향으로 연속하여 형성되고, 또한, 그 슬롯과 연통한 슬롯개구부(8)가 기계가공에 의하여 설치되나, 본 실시예에 있어서는, 회전자 도체(4)에 오목부가 형성되도록 슬롯개구부(8)를 설치하고, 이 슬롯개구부(8)의 폭(w)의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하의 범위 내로, 회전자 도체(4)에 형성된 오목부의 높이(ha)의 치수를 0.5mm 내지 2.0mm의 범위 내로, 슬롯개구부(8)의 높이(h)의(회전자 도체 4에 형성된 오목부의 높이 ha를 포함함) 치수를 1.0mm 내지 2.5mm의 범위 내로 설정하고 있다.
이와 같이, 회전자 도체(4)에 오목부가 형성되도록 슬롯개구부(8)를 설치하면, 회전자 철심(2) 바깥표면으로부터 회전자 도체(4) 바깥표면까지의 치수, 즉 h-ha의 치수가, 앞의 예의 회전자의 회전자 철심(2) 바깥표면으로부터 회전자 도체(4) 바깥표면까지의 치수보다 작아진다. 이에 따라, 슬롯개구부(8)의 회전자 도체(4) 바깥표면까지의 치수(h-ha)를 슬롯개구부(8)의 폭(w)으로 나누어 얻어진 값에 0.66을 더하여 얻어지는 값, 즉 비(比)퍼미언스가 앞의 예의 회전자보다 감소하고, 이에 비례하는 슬롯누출리액턴스가 저감한다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 앞의 예와 마찬가지로, 역률을 향상하면서 소음, 표류손을 저감할 수 있고, 특성개선을 도모하는 것이 가능해짐과 동시에, 앞의예보다 슬롯누출리액턴스를 저감할 수 있으므로, 역률의 개선이 더욱 도모된다.
또한, 이상 서술한 실시예의 설명에 있어서는, 회전자 철심 내의 슬롯에 도전성 재료를 주입하여 회전자 도체를 구성하는 소위 다이캐스트 회전자를 대상으로 하여 설명하였으나, 슬롯 내에 도체를 쳐서 넣어 회전자 도체를 구성하는 회전자에 대해서도 동등한 효과가 얻어짐은 물론이다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 회전자 슬롯개구부의 치수를 적정한 범위로 설정함으로써, 역률향상이나 소음, 표류손을 저감할 수 있는 고성능의 유도전동기 및 그 회전자를 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 고정자와, 상기 고정자의 내주부에 소정의 간극을 사이에 두고 상기 고정자와 동심원형상으로 배치됨과 동시에, 둘레방향에 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자를 구비한 공칭출력 40㎾급 내지 600㎾급의 유도전동기에 있어서,
    상기 슬롯을 형성하고 도전성재료를 주조한 후에, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하는 개구부를 설치하며, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하로 일정하게 하고, 지름방향의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 유도전동기.
  2. 고정자와, 상기 고정자의 내주부에 소정의 간극을 사이에 두고 상기 고정자와 동심원형상으로 배치된 회전자를 구비하고, 상기 회전자는, 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자 철심과, 상기 슬롯에 수납된 2차도체를 가지는 유도전동기에 있어서,
    상기 슬롯을 형성하고 상기 2차 도체를 주조한 후에, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하는 개구부를 설치하며, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하로 일정하게 하고, 회전자 표면으로부터 상기 2차도체까지의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm로 설정한 것을 특징으로 하는 유도전동기.
  3. 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 공칭출력 40kW급 내지 600kW급의 유도전동기의 회전자에 있어서,
    상기 슬롯을 형성하고 도전성 재료를 주조한 후에, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하는 개구부를 설치하며, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0mm를 넘어 3.5mm 이하로 일정하게 하고, 지름방향의 치수를 1.0mm 내지 2.5mm로 설정한 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전자.
  4. 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자철심과, 상기 슬롯에 수납된 2차도체를 가지는 유도전동기의 회전자에 있어서,
    상기 슬롯을 형성하고 상기 2차도체를 주조한 후에, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하는 개구부를 설치하며, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0㎜를 넘어 3.5㎜ 이하로 일정하게 하고, 회전자 표면으로부터 상기 2차도체까지의 치수를 1.0㎜ 내지 2.5㎜로 설정하고,
    상기 개구부는, 상기 슬롯에 상기 2차도체를 수납하고 난 후에 기계가공에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전자.
  5. 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자 철심과, 상기 슬롯에 수납된 2차도체를 가지는 유도전동기의 회전자에 있어서,
    상기 슬롯을 형성하고 상기 2차도체를 주조한 후에, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하고, 또한, 수납되어 있는 상기 2차도체에 오목부가 형성되도록 개구부를 설치하며, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0㎜를 넘어 3.5㎜이하로 일정하게 하고, 회전자 표면으로부터 상기 오목부의 바닥부까지의 치수를 1.0㎜ 내지 2.5㎜로 설정하고,
    상기 개구부는, 상기 슬롯에 상기 2차도체를 수납하고 난 후에 기계가공에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전자.
  6. 둘레방향으로 소정의 간격을 가지고 배치되고, 또한, 축방향으로 연속하여 형성된 복수의 슬롯을 가지는 회전자 철심과, 상기 슬롯에 수납된 2차도체를 가지는 유도전동기의 회전자에 있어서,
    상기 슬롯을 형성하고 상기 2차도체를 주조한 후에, 상기 슬롯의 회전자 표면쪽에 상기 슬롯과 연통하고, 또한, 수납되어 있는 상기 2차도체에 오목부가 형성되도록 개구부를 설치하며, 상기 개구부의 둘레방향의 치수를 2.0㎜를 넘어 3.5㎜이하로 일정하게 하고, 회전자 표면으로부터 상기 오목부의 바닥부까지의 치수를 1.0㎜ 내지 2.5㎜, 상기 오목부의 높이 치수를 0.5㎜ 내지 2.0㎜로 설정하고,
    상기 개구부는, 상기 슬롯에 상기 2차도체를 수납하고 난 후에 기계가공에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 회전자.
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