KR100459144B1 - 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부의 온도상승을 최대한 억제함으로써 소비전력을 낮추고 제품의 신뢰성과 수명을 향상시킬 수 있는 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 프레임(50)에 고정되며 다수의 고정자 슬롯이 형성되는 고정자 철심(30)과, 상기 고정자 슬롯에 권선되는 코일(40)과, 상기 고정자 철심의 외측에 고정자 철심과 소정의 공극을 유지하도록 구비되고 그 저면 중심을 통해 구동축(60)이 결합되는 회전자 하우징(100)과, 상기 회전자 하우징의 내주면에 압입되는 회전자 도체(20)로 구성되는 아우터 로터형 유도전동기에 있어서; 상기 코일의 온도상승을 억제하기 위해 상기 회전자 하우징의 저면에 다수의 통풍구(130)가 형성되고, 상기 회전자 하우징의 저면에 공기의 강제 순환을 유도하기 위해 내측으로 직립된 하부 블레이드(140)가 구비되며, 상기 회전자 하우징의 측면 단부에 공기의 강제 순환을 유도하기 위해 소정의 간격을 두고 직립된 다수의 상부 블레이드(150)가 구비되는 것을 특징으로 하는 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기를 제공한다.

Description

세탁기용 아우터 로터형 유도전동기{outer rotor type induction motor}

본 발명은 세탁기용 유도전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고정자의 외측에 회전자가 존재하는 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기에 관한 것이다.

일반적으로, 전동기라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전동력을 얻는 기계로서, 크게 교류전동기와 직류전동기로 대별되며 그 중에서도 유도전동기는 교류전동기의 일종이다.

이러한 유도전동기는 전원에 접속된 1차 권선의 전자유도로 2차 권선에 전류가 유기되며, 2차 권선에 유기된 전류와 회전자계의 상호작용으로 회전 토크를 얻는 것이다. 이러한 유도전동기는 고정자와 회전자의 상대위치에 따라 인너 로터형 유도전동기(inner rotor type induction motor)와, 아우터 로터형 유도전동기(outer rotor type induction motor)로 다시 분류된다. 상기 인너 로터형 유도전동기는 일반적으로 세탁기 등에 널리 적용되는 유도전동기의 일종으로, 고정자의 내부에 회전자가 구비되는 형태이다.

그런데, 상기 인너 로터형 유도전동기는 회전자가 고정자의 내부을 통해 회전함에 따라 회전자의 반경이 제한되어 동일 체적에서 생산되는 토크가 적은 단점이 제기되었다. 이와 더불어, 내부공간의 활용성이 저하되는 단점도 제기되었다. 따라서, 최근에는 회전자가 고정자의 외측에 구비되어 동일 체적에서 토크를 증대시키고, 고정자의 내부공간을 다른 용도로 활용할 수 있는 유도전동기가 제시되었다. 이러한 유도전동기를 아우터 로터형 유도전동기라 칭한다.

이하, 상기 아우터 로터형 유도전동기의 일반적인 구조에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 아우터 로터형 유도전동기의 구조를 개략적으로 도시한 단면도로서, 상기 아우터 로터형 유도전동기는 중심을 관통하여 구동축(60)이 결합되는 자성체의 회전자 하우징(10)과, 상기 회전자 하우징의 내주면에 구비되며 폐회로를 이루는 회전자 도체(20)와, 상기 회전자 하우징의 내부에 회전자 도체와 소정의 공극을 유지하도록 다수의 강판이 적층되어 구비되는 고정자 철심(30)과, 상기 고정자 철심에 구비되며 교류전원을 인가받아 회전자계를 형성하는 코일(40)로 구성된다.

이 때, 상기 회전자 하우징(10)의 저면 중심부에 구동축이 관통하는 삽입구(11)가 형성되고, 그 내주면 상에 회전자 도체(20)의 압입깊이를 결정하는 지지단(13)이 형성된다.

상기 고정자 철심(30)은 회전자 하우징(10)과 동심원을 이루며, 구동축(60)이 관통되도록 중심부가 빈 다수의 전기강판이 적층되어 구성된다. 이 때, 상기 각각의 전기강판에는 외주면측에 다수의 고정자 슬롯(31)이 방사형으로 형성되고, 내주면측에 상기 고정자 철심을 고정시키기 위한 체결나사 삽입구(33)가 형성된다.

이 때, 상기 고정자 철심(30)은 별도의 체결나사(35)를 통해 프레임(50)에 고정되며, 상기 프레임(50)의 중심부에는 구동축(60)을 지지하는 베어링(55)이 구비된다.

이와 같이 구성된 유도전동기의 작용을 개략적으로 설명하면, 상기 코일(40)에 교류전원이 인가되면서 회전자계가 발생하여 상기 고정자 철심(30)을 통해 자속이 회전하게 되고, 이러한 회전 자속이 공극을 통해 회전자 도체(20)와 쇄교함으로써 상기 회전자 도체에 전류를 유기하게 된다. 이 때, 상기 회전자 도체(20)에 유기된 전류는 자속과 함께 플레밍의 왼손법칙에 따라 토크를 발생하게 된다.

한편, 유도전동기의 특성상 그 작용 중 코일(40)의 전기저항에 의한 동손(銅損)과 고정자 철심(30)의 자속누설에 의한 철손(鐵損)이 야기되는 것은 필수 불가결하며, 이러한 동손과 철손은 상당한 열을 발생하게 되었다. 이 경우, 유도전동기 내의 온도가 상승하여 코일(40)의 저항이 커지게 되며, 이로 인해 전력손실이 증가하게 되었다. 특히, 유도전동기 내의 온도가 코일(40)의 절연계급보다 높을 경우, 코일 표면에 형성된 절연피막이 파괴되어 유도전동기의 수명이 단축되는 심각한 문제가 야기되었다.

이러한 문제점은 전술한 아우터 로터형 유도전동기에 있어서 더욱 크게 대두되었다. 특히, 상기 아우터 로터형 유도전동기가 세탁축에 직접 결합된 세탁기에 있어서 문제의 정도가 심각하였다. 왜냐하면, 세탁축에 직접 결합된 아우터 로터형 유도전동기의 경우, 벨트와 풀리를 통해 세탁축에 간접적으로 결합된 기존의 인너 로터형 유도전동기보다 전동기의 체적당 부하 토크가 크게 작용하는데, 이러한 부하 토크는 곧 코일의 온도상승으로 이어지기 때문이었다.

요컨대, 아우터 로터형 유도전동기에 있어서, 소비전력을 낮추고 제품의 신뢰성과 수명을 향상시키기 위해서는 전동기 내의 온도상승을 최대한 억제할 필요가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내부의 온도상승을 최대한 억제함으로써, 소비전력을 낮추고 제품의 신뢰성과 수명을 향상시킬 수 있는 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기의 구조를 개략적으로 도시한 단면도

도 2는 본 발명에 따른 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기의 구조를 개략적으로 도시한 단면도

도 3은 도 2에 따른 유도전동기의 회전자 하우징을 도시한 사시도

도 4는 본 발명에 따른 아우터 로터형 유도전동기의 작용을 도시한 단면도

도 5는 본 발명에 따른 아우터 로터형 유도전동기의 상부 블레이드 중 다른 형태를 도시한 평면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 회전자 도체 30 : 고정자 철심

40 : 코일 50 : 프레임

60 : 구동축 100 : 회전자 하우징

130 : 저면 통풍구 140 : 하부 블레이드

150 : 상부 블레이드 160 : 측면 통풍구

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 프레임에 고정되며 다수의 고정자 슬롯이 형성되는 고정자 철심과, 상기 고정자 슬롯에 권선되는 코일과, 상기 고정자 철심의 외측에 고정자 철심과 소정의 공극을 유지하도록 구비되고 그 저면 중심을 통해 구동축이 결합되는 회전자 하우징과, 상기 회전자 하우징의 내주면에 압입되는 회전자 도체로 구성되는 아우터 로터형 유도전동기에 있어서; 상기 코일의 온도상승을 억제하기 위해 상기 회전자 하우징의 저면에 다수의 통풍구가 형성되고, 상기 회전자 하우징의 저면에 공기의 강제 순환을 유도하기 위해 내측으로 직립된 하부 블레이드가 구비되며, 상기 회전자 하우징의 측면 단부에 공기의 강제 순환을 유도하기 위해 소정의 간격을 두고 직립된 다수의 상부 블레이드가 구비되는 것을 특징으로 하는세탁기용 아우터 로터형 유도전동기를 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 아우터 로터형 유도전동기는 상부 블레이드 및 하부 블레이드의 작용으로 강제 순환하는 공기에 의해 코일의 상 하부를 냉각시킴으로써, 상기 코일의 온도상승으로 인한 소비전력의 증가나 수명단축 등의 문제점을 일시에 해결할 수 있는 장점을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아우터 로터형 유도전동기를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2는 본 발명에 따른 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에 따른 유도전동기의 회전자 하우징을 도시한 사시도이다.

도 2에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 따른 아우터 로터형 유도전동기는 중심을 관통하여 구동축(60)이 결합되는 자성체의 회전자 하우징(100)과, 상기 회전자 하우징의 내주면에 구비되며 폐회로를 이루는 회전자 도체(20)와, 상기 회전자 하우징의 내부에 회전자 도체와 소정의 공극을 유지하도록 다수의 강판이 적층되어 구비되는 고정자 철심(30)과, 상기 고정자 철심에 구비되며 교류전원을 인가받아 회전자계를 형성하는 코일(40)로 구성된다.

상기 회전자 하우징(100)은 상부면이 개방된 원통형상으로, 저면 중심부에 구동축이 관통하는 삽입구(110)이 형성되고, 측면 소정 높이에 압입된 회전자 도체(20)를 지지하는 지지단(120)이 내주면을 따라 형성된다. 이 때, 상기 지지단(120)은 회전자 도체(20)의 압입깊이를 결정한다.

상기 회전자 도체(20)는 회전자 하우징(100)의 내주면을 따라 지지단(120)까지 압입되며, 상기 코일(40)로부터 전류가 유기되어 회전 토크를 생성한다. 이를 위해, 상기 회전자 도체(20)는 고정자 철심(30)과 같이 다수의 강판이 적층되어 만들어진다.

상기 고정자 철심(30)은 회전자 하우징(100)과 동심원을 이루며, 회전자계에 의해 발생된 자속의 통로를 형성한다. 이를 위해, 상기 고정자 철심(30)은 구동축(60)이 관통되도록 중심부가 빈 다수의 전기강판이 적층되어 구성된다. 이때, 상기 각각의 전기강판에는 외주면측에 다수의 고정자 슬롯(31)이 방사형으로 형성되고, 내주면측에 상기 고정자 철심을 고정시키기 위한 체결나사 삽입구(33)가 형성된다. 따라서, 상기 고정자 철심(30)은 고정자 슬롯(31)과 체결나사 삽입구(33)가 축방향을 따라 연속되도록 적층되어 구성된다.

이 때, 상기 고정자 철심(30)은 별도의 체결나사(35)를 통해 프레임(50)에 고정된다. 상기 프레임(50)은 회전자 하우징(100)의 상부에 구비되며, 그 중심부에 구동축(60)의 외주면에 구비되는 베어링(55)을 지지하기 위한 베어링 설치부가 형성된다.

한편, 상기 코일(40)의 온도상승을 방지하기 위해, 도 3에 도시된 바에 따르면, 상기 회전자 하우징(100)의 저면에는 외부 공기가 회전자 하우징의 내부로 유입되는 다수의 통풍구(130)가 형성됨과 동시에 공기의 강제 순환을 유도하기 위해 내측으로 직립된 하부 블레이드(140)가 구비된다.

이 때, 상기 통풍구(130)는 각각 반경방향으로 길게 형성된 장방형으로서, 구동축을 중심으로 방사상으로 배열된다. 또한, 상기 하부 블레이드(140) 역시 구동축을 중심으로 방사상으로 배열된다. 이 때, 상기 하부 블레이드(140)는 회전자 하우징(100)의 일부로서 상기 통풍구(130)의 일측에 구비된다. 이를 위해, 상기 통풍구(130)를 랜싱(lancing)가공을 통해 제작할 경우, 상기 통풍구의 어느 일측에 하부 블레이드(140)가 자연스럽게 구비될 수 있다.

이와 같이 구성된 하부 블레이드(140)와 통풍구(130)는 고정자 철심의 하부 또는 이보다 낮게 위치하는 코일의 하부를 냉각시키게 된다.

그리고, 상기 회전자 하우징(100)의 측면 단부에 공기의 강제 순환을 유도하기 위해 소정 간격을 두고 직립된 다수의 상부 블레이드(150)가 더 구비된다. 상기 상부 블레이드(150)는 회전자 하우징(100)의 개방된 상부의 원주면을 따라 상부로 직립되어 있다. 이 때, 상기 상부 블레이드(150)는 하부 블레이드(140)와 같이 방사상으로 배열될 수도 있고, 공기의 유입을 돕기 위해 방사상의 방향으로부터 일정 각도만큼 경사지게 배열될 수도 있다. 이것은 도 5에 잘 도시되어 있다.

이와 같이 구성된 상부 블레이드(150)는 고정자 철심의 상부 및 코일과 고정자 철심의 내부를 냉각시키게 된다.

한편, 상기 회전자 하우징(100)의 측면에 저면 통풍구(130)를 통해 유입된 공기가 배출될 수 있는 다수의 측면 통풍구(160)가 더 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 측면 통풍구(160)는 저면 통풍구(130)를 통해 유입된 공기가 다시 저면 통풍구를 통해 배출되면서 서로 간섭되는 것을 방지하게 된다. 이 때, 상기 측면 통풍구(160)는 회전자 하우징의 지지단(120) 아래면에 형성되어야 한다.

이와 같이 구성된 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 아우터 로터형 유도전동기의 작용을 도시한 단면도로서, 이에 따르면 상기 코일(40)에 교류전원이 인가되어 회전자 도체(20)에 전류가 유기되면, 상기 회전자 도체(20)에 유기된 전류는 고정자 철심(30)을 통해 회전하는 자속과 함께 플레밍의 왼손법칙에 따라 토크를 발생하게 되며, 이로 인해 회전자 하우징(100)이 회전하게 된다.

이 경우, 상기 회전자 하우징(100)의 저면에 구비된 하부 블레이드(140)가 회전하게 되며, 이로 인해 공기가 저면 통풍구(130)를 통해 회전자 하우징의 내부로 강제 흡입된다. 이렇게 흡입된 공기는 고정자 철심(30)의 하부, 특히 코일(40)의 하부를 지나 측면 통풍구(160)를 통해 외부로 배출된다. 이러한 공기의 순환 과정 중, 상기 코일(40)의 하부가 순환 공기에 노출되어 충분히 냉각됨에 따라, 결국 전체 코일의 온도가 일정 수준 이하로 유지될 수 있다.

이와 동시에, 상기 회전자 하우징(100)의 상부에 구비된 상부 블레이드(150)가 회전하게 되며, 이 때 공기가 상기 상부 블레이드 사이의 공간을 통해 회전자 하우징의 내부로 강제 흡입된다. 이렇게 흡입된 공기는 고정자 철심(30)의 상부, 특히 코일(40)의 상부를 지나 상기 고정자 철심(30)과 회전자 도체(20) 사이의 공간과, 고정자 철심의 비어있는 중심부를 거쳐 측면 통풍구(160)를 통해 외부로 배출된다. 이러한 공기의 순환 과정 중, 상기 코일(40)의 상부가 순환 공기에 노출되어 충분히 냉각됨에 따라, 결국 전체 코일의 온도가 일정 수준 이하로 유지될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 변형된 형태의 실시예를 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위에 있는 변형된 형태는 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 아우터 로터형 유도전동기는 회전자 하우징에 구비된 상부 블레이드 및 하부 블레이드와 다수의 통풍구를 통하여 코일이 위치하는 회전자 하우징의 내부에 냉각공기의 순환이 이루어짐에 따라, 상기 코일의 온도상승을 최대한 억제할 수 있다.

따라서, 상기 코일의 온도를 일정수준 이하로 유지할 수 있기 때문에, 소비전력을 절감하고 수명을 연장할 수 있다. 또한, 전동기의 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 프레임에 고정되며 다수의 고정자 슬롯이 형성되는 고정자 철심과, 상기 고정자 슬롯에 권선되는 코일과, 상기 고정자 철심의 외측에 고정자 철심과 소정의 공극을 유지하도록 구비되고 그 저면 중심을 통해 구동축이 결합되는 회전자 하우징과, 상기 회전자 하우징의 내주면에 압입되는 회전자 도체로 구성되는 아우터 로터형 유도전동기에 있어서;

   상기 코일의 온도상승을 억제하기 위해, 상기 회전자 하우징의 측면 단부에 공기의 강제 순환을 유도하기 위해 소정의 간격을 두고 직립된 다수의 상부 블레이드가 구비되고,

   상기 회전자 하우징의 저면에는 다수의 통풍구가 형성됨과 더불어, 공기의 강제 순환을 유도하기 위해 내측으로 직립된 하부 블레이드가 더 구비되며,

   상기 회전자 하우징의 측면에는 상기 상부 블레이드 또는 하부 블레이드에 의해 유입된 공기가 배출될 수 있는 다수의 측면 통풍구가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 블레이드는 구동축을 중심으로 방사상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 블레이드는 공기의 강제 유입을 위해 구동축을 중심으로 방사상의 방향으로부터 일정 각도만큼 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전자 하우징의 저면 통풍구는 구동축을 중심으로 방사상으로 형성되며, 각각의 저면 통풍구는 반경방향으로 긴 장방형이고, 상기 하부 블레이드는 구동축을 중심으로 방사상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 세탁기용 아우터 로터형 유도전동기.