KR100555768B1 - 이중 로터형 모터 - Google Patents

이중 로터형 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 토크의 출력을 향상시키면서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 이중 로터형 모터에 관한 것이다. 고정된 베이스에 축설되어 회전력을 출력시키는 구동축; 구동축의 외주부에 설치되는 제 1로터 철심과 제 1로터 도체를 포함하며 엔드링에 의해 자기 폐회로를 형성하는 코일이 권선되는 제 1로터 코어부와, 제 1로터 코어와 대향되면서 구동축과 연동하도록 요크로 연장 형성되어 제 2로터 도체를 포함하며 엔드링에 자기 폐회로를 형성하는 제 2로터 코어부를 포함하는 로터; 그리고 제 1로터 코어와 소정의 공극을 유지하면서 제 1로터 코어의 주위에 적층되고 내주를 따라 슬롯과 제 1코일이 권선된 제 1스테이터 철심이 번갈아 제공되는 제 1강판부재와, 제 2로터 코어와 소정의 공극을 유지하면서 제 1강판과 일부가 겹쳐 적층되고 외주를 따라 슬롯과 제 2코일이 권선된 제 2스테이터 철심이 번갈아 제공되는 제 2강판부재를 포함하는 스테이터를 구비한 이중 로터형 모터가 제공된다. 본 발명에 따르면, 자속의 중심과 유도 기전류간의 거리가 증가되어 토크가 증가되므로 소비 전력을 절감할 수 있으며 내부 공간의 활용도가 증대되어 원가가 절감되는 효과가 있는 것이다.
모터, 스테이터, 로터, 이너, 아우터

Description

이중 로터형 모터{Induction motor with in a double rotor}
도 1은 종래 이너 로터형 모터의 개략 단면도.
도 2는 종래 아우터 로터형 모터의 개략 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 이중 로터형 모터의 개략 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 이중 로터형 모터의 평단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 스테이터 20: 로터
22:로터 철심 24: 로터 도체
30: 구동축 40: 베이스
본 발명은 이중 로터형 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사상 양방향으로 2중 권선된 스테이터가 구비되며 각각 로터가 양측으로 작용하여 회전 토크가 향상되는 이중 로터형 모터에 관한 것이다.
다양한 모터의 기동 방식중, 유도 기전력에 의해 동기되는 유도 기전력형 모터는, 스테이터부에 발생하는 회전 자계와 로터부에 생기는 유도자계와의 상호 작 용으로 회전력이 발생하는 교류 모터의 일종으로서 회전 자계형에 속한다.
이는 단상 뿐만 아니라 3상 유도 모터, 3상 권선형 유도 모터 등으로 다양하게 설계가 가능하며 교류 모터 중에서도 가장 사용하기 쉬운 모터의 하나로서 일반 가정의 전기 제품에 많이 사용되고 있다. 이러한 유도 전동 모터는 부하에 따라 정속성을 가지는 회전수 특성과 긴 수명으로 인하여 동력용 모터로 적합하며 특히 소형 중에서는 단상형의 콘덴서 모터가 가장 많이 보급되고 있다.
상기한 유도 전동 모터의 기본 구성으로는 하우징과, 하우징에 고정되며 권선된 코일을 통해 외부로부터 전원을 인가받아 유도 자기를 발생하는 스테이터 및 하우징에 설치된 베어링에 회전축이 지지되어 스테이터로부터 발생된 유도자기에 의해 결합된 회전축과 함께 회전하는 로터를 구비한다.
이와같은 유도 전동 모터는 전원에 접속된 1차 권선의 전자 유도로 2차 권선에 전류가 유도되고, 2차 권선에 유도된 전류와 회전 자계의 상호 작용으로 회전력을 얻어내는 것으로, 스테이터와 로터의 상대 위치에 따라 이너 로터형과 아우터 로터형으로 구분된다.
상기와 같은 유도 모터중 도 1은 일반적인 이너 로터형 유도 모터의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
상기 유도 모터는 스테이터(10)와, 상기 스테이터(10)와 동심원을 이루며 내주연에 소정의 공극(v)을 유지하는 로터(20)와, 상기 로터(20)의 중심부에 압입되어 로터(20)의 회전력을 종동축에 전달하는 구동축(30)으로 크게 구성된다.
상기 스테이터(10)는 교류전원을 인가받아 로터계를 형성하는 코일(14)과, 로터계에 의해 발생된 자속의 통로를 형성하는 자성체의 스테이터 철심(12)으로 이루어진다.
상기 로터(20)는 코일(14)에 의해 유기된 전류와 자속의 상호작용에 의해 토크를 발생시키는 로터 도체(24)와, 자속의 통로를 형성하는 자성체의 로터 철심(22)으로 이루어진다.
또한, 상기 로터 도체(24)의 양단에는 로터 도체를 서로 연결하여 하나의 폐회로를 구성하는 엔드링(26)이 각각 구비된다.
이와 같이 구성된 이너 로터형 유도 모터의 동작은, 상기 스테이터(10)의 코일(14)에 교류전원이 인가되면서 회전 자계가 발생하면, 상기 스테이터 철심(12)을 통해 회전 자속계가 발생하게 되어 회전 자속에 의해 공극(v)을 통해 로터 도체(24)와 쇄교함으로써 상기 로터 도체(24)에 전류가 유도된다.
이 때, 상기 로터 도체(24)에 유도된 전류는 자속과 함께 플레밍의 왼손법칙에 따라 토크를 발생하게 되어 결과적으로 구동축(30)이 회전하게 된다.
그런데, 전술한 바와 같은 이너 로터형 유도 모터는 로터(20)가 스테이터(10)의 내부을 통해 회전함에 따라 로터(20)의 반경이 제한되며, 이로 인해 동일 체적에서 생산되는 토크가 적은 단점과 함께 내부 공간의 활용성이 저하되는 단점도 제기되었다.
따라서, 최근에는 로터가 스테이터의 외측에 구비되어 동일 체적에서 토크를 증대시키고, 스테이터의 내부 공간을 다른 용도로 활용할 수 있는 아우터 로터형 유도 모터가 개시되었다.
아우터 로터형 유도 모터는 구동축, 마그네트, 및 로터 케이스등으로 구성된 로터가 철심, 코어, 베이스, 베어링 등으로 구성된 스테이터 바깥쪽에서 회전하는, 즉, 로터가 스테이터 주위를 회전하는 특성을 가진다.
상기한 아우터 로터형 유도 모터가 도 2에 도시된다.
도 2에서, 스테이터(10)의 구성으로는 외부에 고정되는 베이스(40)와, 베이스(40)에 대해 고정되는 베어링(50)과, 스테이터 철심(12) 및, 스테이터 코일(14)로 구성되고, 로터(20)는 구동축(30), 요크(60) 및 마그네트(25)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 아우터 로터형 유도 모터는 그 원리가 이너 로터형 유도 모터와 동일하며 회전 자속이 발생하는 스테이터 철심(12)에서 토오크가 발생된다는 차이가 있으며, 이외에는 동일한 작용으로 동력을 발생시키므로, 첨부된 도면에서는 이너 로터형 구조와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하며 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같은 아우터 로터형 유도 모터에서는 스테이터 철심(12)을 제조하는 과정에서 스테이터에 형성되는 슬롯의 위치나 그 개구부의 위치 등에 의해서 권선 공정이 어려운 난점으로 생산 단가가 고가이지만, 이너 로터형 유도 모터의 문제를 극복하기 위하여 고가인 아우터 로터형을 사용하여야 하는 어려움이 있었다.
즉, 모터의 토크 효율이 적은 이너 로터형 모터의 단점에 따라 사용되는 아우터 로터형 모터는 소비 전력의 문제 등으로 인하여 가격 대비 효용성이 그리 만족스럽지 못한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 이너 로터형 모터의 장점과 아우터 로터형 모터의 장점을 가짐으로써 토크의 출력을 향상시키면서 에너지 효율이 향상되는 복합형 로터을 가진 모터를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 고정된 베이스에 축설되어 회전력을 출력시키는 구동축; 구동축의 외주부에 설치되는 제 1로터 철심과 제 1로터 도체를 포함하여 자기 폐회로를 형성하는 코일이 권선되는 제 1로터 코어부와, 제 1로터 코어와 대향되면서 구동축과 연동하도록 요크로 연결 형성되어 제 2도체가 되는 제 2로터 코어부를 포함하는 로터; 그리고 베이스에 고정되며 제 1로터 코어부와 소정의 공극을 유지하도록 다수의 강판이 적층 형성되며 슬롯을 통해 코일이 권선된 제 1스테이터 철심과, 제 1스테이터 철심과 일체로 베이스에 고정되고, 제 2로터 코어부와 소정의 공극을 유지하도록 다수의 강판이 적층 형성되며 슬롯을 통해 코일이 권선된 제 2스테이터 철심을 포함하는 이중 로터형 유도 모터를 제공한다.
본 발명은 통상적인 이너 로터형 모터와 아우터 로터형 모터의 장점을 가지기 위하여 1차 도체인 스테이터가 대칭으로 이중 형성되고, 이에 따른 스테이터의 자속이 전달되는 2차 도체인 로터가 스테이터의 양측으로 대칭 형성되는 2중 로터를 가지는, 로터와 스테이터가 각각 이중으로 설치되는 구조적 특징을 가진다.
보다 상세하게는, 본 발명에 의한 이중 로터형 모터는 소정의 베이스에 고정 되는 스테이터의 고정점을 중심으로 양측으로 스테이터 철심과 스테이터 코일이 권선되는 이중 스테이터가 구비되며, 상기 이중 스테이터로부터 상호작용하는 2차 도체인 로터가 이중 스테이터의 양측으로 대칭 형성되는 이중 로터가 구비되는 이중 스테이터 및 이중 로터의 구조를 가진다.
그리하여, 스테이터의 양측으로 각각 회전 자계가 유속되고, 유속되는 로터계는 각각의 이중 로터로 자기 회로를 형성하면서 회전 토크를 발생시키므로 발생되는 회전 토오크는 이중으로 발생되는 것이다. 즉, 토오크의 합은 이중 로터 및 스테이터에 의해 이중으로 발생이 되는 특징을 가진다.
한편, 본 발명은 유도 기전력에 의해 동력을 발생하는 유도 모터에 적용될 수 있으며, 이와는 달리 로터에 영구자석이 구비되는 직류형 모터에도 적용될 수 있으며, 또는 다양한 모터의 기동 방식과는 무관하게 로터 및 스테이터의 기본 특성에 의거하여 다양하게 적용가능함을 주지하여야 한다.
이러한 특징을 가지는 본 발명에 의한 모터를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명이 적용된 모터의 개략 단면도로서, 모터 본체가 되는 고정된 고정된 베이스(40)에는 회전력을 출력시키는 구동축(30)이 축설된다.
상기 구동축(30)에는 2차 도체로서 자기장에 의해 유도되는 기전력으로 인하여 플레밍의 왼손 법칙에 의해 회전 토오크를 발생하도록 로터(20)가 설치되는데, 상기 로터(20)는 원통 형상의 요크(60) 내측에서 구동축(30) 둘레에 구비되는 제 1로터 코어(20a)와, 상기 제 1로터 코어(20a)에 대향되는 방식으로 상기 요크(60) 내주부에 구비되는 제 2로터 코어(20b)로 구성된다.
이를 보다 상세히 설명하면, 상기 제 1로터 코어(20a)는 상기 구동축(30)의 외주부에서 통상 규소 강판으로 제조되는 다수의 철판이 구동축(30) 방향으로 적층되는 제 1로터 철심(22) 및 자속의 유동부가 되는 제 1로터 도체(24)를 포함하여 구성되어, 외주부에서 통상 알루미늄 재질로 형성되는 제 1로터 도체(24)에 의해 자기 폐회로를 형성한다.
또한, 상기 요크(60)의 내주부에서 상기 제 1로터 코어(20a)와 대향되는 방식으로 설치되는 제 2로터 코어(20b)는 제 2 도체로서 작용하여 자기 폐회로를 형성한다.
그리고, 상기 제 1로터 코어(20a) 및 제 2로터 코어(20b)로 구성된 로터(20) 각각과 상호 작용을 하도록 회전 자계를 발생시키는 스테이터(10)는 상기 구동축(30)이 축설된 베이스(40)에 볼트 등으로 고정설치되는 것인데, 이러한 스테이터(10)는 상기 제 1로터 코어(20a) 및 제 2로터 코어(20b)와 각각 자기 공극(v)을 유지하도록 설치된다.
이를 보다 상세히 설명하면, 상기 로터(20)의 제 1로터 코어(20a)와 제 2로터 코어(20b) 사이에는 상기 스테이터(10)가 고정되는데, 스테이터(10)의 일측, 즉 구동축(30)의 방향으로는 상기 제 1로터 코어(20a)와 소정의 자기 공극(v)을 유지하며, 슬롯(11)과 제 1코일(14a)이 권선된 제 1스테이터 철심(12a)이 번갈아 제공되도록 제 1로터 코어(20a)의 주위에 제 1강판부재가 적층된다.
또한, 상기 제 1스테이터 철심(12a)과는 방사상 대칭 방식으로 제 2스테이터 철심(12b)이 구비되어 상기 제 2로터 코어(20b)와 소정의 자기 공극(v)을 유지하며 슬롯(11)을 통해 제 2코일(14b)이 권선되는 제 2강판부재가 제 1로터 코어(20a)의 주위에 적층된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 모터의 작용을 설명한다.
상기 스테이터(10)에는 교류 전류가 인가되는 방식으로 외부 전원이 인가되는데, 상기 외부 전원은 슬롯(11)을 통해 권선된 제 1코일(14a)과 제 2코일(14b) 각각에 도통되어 제 1스테이터 철심(12a)과 제 2스테이터 철심(12b)에서 회전 자계를 형성한다.
즉, 외부 전원의 인가에 의하여 스테이터(10)에는 양방향 대칭으로 제 1스테이터 철심(12a)과 제 2스테이터 철심(12b)에서 회전 자계가 발생되는 것이다.
상기 발생된 회전 자계에 의하여 각각의 제 1스테이터 철심(12a)과 제 2스테이터 철심(12b)은 일정한 자속의 회전에 따른 회전 자계를 형성한다.
상기와 같이 스테이터(10)에서 발생된 회전 자계에 의하여, 제 1스테이터 철심(12a)과 자기 공극(v)을 이루며 위치되는 구동축(30)의 제 1로터 코어(20a)에는 상기 회전 자계에 의하여 전류가 유기되며 제 1로터 도체(24)에 의해 폐회로가 형성됨으로써 자속과의 상호 작용에 의해 제 1로터 코어(20a)에서 회전 토크가 발생한다.
또한, 스테이터(10)에서 발생된 회전 자계에 의하여, 제 2스테이터 철심(12b)과 자기 공극(v)을 이루며 요크(60) 내주부에 위치되는 제 2로터 코어(20b)에는 상기 회전 자계에 의하여 전류가 유기되어 자체가 제 2도체로서 작용함으로써 폐회로가 형성되어 회전 토크가 발생한다.
상기와 같이 제 1로터 코어(20a)와 제 2로터 코어(20b)에서 각각 발생된 회전 토크는 그 합력에 의하여 구동축(30)을 회전시켜 회전력을 발생시키게 된다.
상기와 같이 스테이터(10)의 양측에서 방사 대칭으로 구비된 제 1스테이터 철심(12a)과 제 2스테이터 철심(12b)은 서로 대면되어 구비되는 제 1로터 코어(20a)를 구성하도록 1차 권선됨으로써 1차 도체로서 작용하는데, 이에 의한 로터의 토크는 로터 체적에 비례하여 증가한다.
보다 상세하게는, 통상의 모터에서 발생하는 토크는 로터(20)의 체적에 비례하고, 이러한 로터(20) 체적은 제 1 및 2로터 코어(20a, 20b)에 권선된 제 1 및 제 2코일(14a, 14b)에서 발생되는 자속 중심과의 거리에 대한 제곱과, 코일의 권선 높이의 곱과 비례하는 크기를 가지게 되므로, 발생되는 토크는 코일의 권선 높이를 일정하다고 가정하는 경우 자속 중심과의 거리 제곱에 비례하는 크기의 토크가 발생된다.
그러므로, 본 발명에 따른 복합 로터형 모터에서 발생하는 토크는, 구동축(30)에 구비된 제 1로터 코어(20a)의 자속 중심과 제 1스테이터 철심(12a)과의 거리의 제곱과, 제 2로터 코어(20b)의 자속 중심과 제 2스테이터 철심(12b)과의 거리의 제곱에 대한 합산의 결과가 되므로, 통상의 이너 로터형에서 출력되는 토크 또는 아우터 로터형에서 출력되는 토크를 합산한 결과보다 제곱에 비례하는 크기로 증가된 토크가 발생하게 되는 것이다.
이와 같이, 본 발명은 고정된 베이스(40)에 설치된 스테이터(10)는 방사상 대칭으로 슬롯(11)이 배치되며 내측으로 1차 코일(14a)이 권선된 제 1스테이터 철심(12a)을 제공하도록 적층되는 제 1강판부재와 외측으로 2차 코일(14b)이 권선된 제 2스테이터 철심(12b)을 제공하도록 적층되는 제 2강판부재로 구성되어, 스테이터(10) 양 방향으로 회전 자계가 발생하게 되고, 발생된 회전 자계 범위내에서 상호작용하는 제 1로터 코어(20a)와 제 2로터 코어(20b)가 각각 구동축(30) 및 이에 대향되는 방식으로 요크(60) 상에 구비되어, 스테이터(10)를 중심으로 양 방향으로 발생하는 이중의 회전 자계가 개별적으로 로터를 작용시켜 토크를 발생시키므로 이중 자계에 의한 증가된 토크가 발생하므로, 통상의 이너 로터형 모터와 아우터 모터형 모터의 토그 합보다 증가된 토크를 발생할 수 있는 모터를 구성하는 것이다.
상기한 본 발명의 설명에서는 특정한 실시예에 한정하여 설명하였지만, 이는 예시적인 설명으로 이에 한정되지 아니하며, 공지된 균등물을 가지는 전체 또는 구성 일부를 참조하며, 이들 균등물은 본 명세서에 개별적으로 상세히 설명되어지지는 않았지만 본 명세서의 일부로 포함된다. 비록 본 발명은 실례와 가능한 실시예에 대한 참고로 설명하였지만, 개량 및/또는 개조는 본 발명의 범주로부터 분리되지 않는 실시예들로 만들어질 수 있는 것으로 평가되어야 한다.
본 발명의 이중 로터형 모터에 의하여, 로터가 상호 대면하는 방식으로 이중 형성되어 그 사이에 스테이터가 설치되므로, 자속의 중심과 유도 기전류간의 거리가 증가되어 토크가 증가되므로 소비 전력을 절감할 수 있으며 내부 공간의 활용도가 증대되어 원가가 절감되는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 고정된 베이스(40)에 축설되어 회전력을 출력시키는 구동축(30);
    상기 베이스(40)에 고정되며 전류가 인가되는 1차 도체로서, 상기 구동축(30) 방향인 방사상 내측 방향으로 1차 회전 자계 및 이와 대칭 방향인 방사상 외측 방향으로 2차 회전 자계를 형성하는 스테이터(10); 그리고
    상기 구동축(30)과 연동하며 상기 1차 도체와 상호 작용하는 2차 도체로서, 상기 스테이터(10)의 상기 1차 회전 자계와 상호 작용하는 제 1로터 코어(20a) 및 상기 제 1로터 코어(20a)와 대향되게 설치되어 상기 스테이터(10)의 2차 회전 자계와 상호 작용하는 제 2로터 코어(20b)로 구성되는 로터(20)를 포함하며,
    상기 스테이터(10)는,
    상기 제 1로터 코어(20a)와 소정의 공극(v)을 유지하면서 상기 제 1로터 코어(20a)의 주위에 배치되어 적층되고, 내주를 따라 슬롯(11)과 제 1스테이터 철심(12a)이 번갈아 제공되며, 상기 제 1스테이터 철심(12a)에는 제 1코일(14a)이 권선되는 제 1강판부재; 및
    상기 제 2로터 코어(20b)와 소정의 공극(v)을 유지하면서 상기 제 1강판과 일부가 겹쳐 적층되고, 외주를 따라 슬롯(11)과 제 2스테이터 철심(12b)이 번갈아 제공되며, 상기 제 2스테이터 철심(12b)에는 제 2코일(14b)이 권선되는 제 2강판부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 로터형 모터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 로터(20)는,
    상기 구동축(30)의 외주부에 설치되는 제 1로터 철심(22)과 제 1로터 도체(24)를 포함하여 자기 폐회로를 형성하는 제 1로터 코어(20a)와,
    상기 제 1로터 코어(20a)와 대향되면서 상기 구동축(30)과 연동하도록 요크(60)로 연결 형성되어 자기 폐회로를 형성하는 제 2로터 코어(20b)를 포함하는 이중 로터형 모터.
  4. 삭제
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