KR100569502B1 - 2중 배면 권선 구조를 가진 모터 스테이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2중 배면 권선 구조를 가진 모터 스테이터에 관한 것으로, 이너 로터형과 아우터 로터형 모터에 각각 공동으로 적용 가능한 스테이터를 개시하며 나아가 이너 로터형과 아우터 로터형 모터의 작용을 겸하는 이중 로터형 모터에 사용가능한 스테이터를 개시하기 위하여, 전류가 인가되는 1차 도체이며 소정의 제 1로터 코어와 제 1공극을 유지하는 제 1스테이터 철심과, 제 1스테이터 철심과 배면 방향으로 형성되며, 소정의 제 2로터 코어와 제 2공극을 유지하는 제 2스테이터 철심을 포함하며, 제 1스테이터 철심은 방사상 내측 방향으로 1차 회전 자계를 발생시킴과 동시에 제 2스테이터 철심이 제 1스테이터 철심과 대칭 방향인 방사상 외측 방향으로 2차 회전 자계를 형성하는 2중 배면 권선 구조를 가진 모터 스테이터를 제공하여, 스테이터가 양측으로 각각 다른 슬롯을 가지고 이중 형성되어 각 방향으로 로터가 설치 가능하여, 자속의 중심과 유도 기전력간의 거리가 증가되어 토크가 증가되므로 소비 전력을 절감할 수 있으며 내부 공간의 활용도가 증대되어 원가가 절감되는 효과가 있는 것이다.

모터, 이중 권선, 이차 전류, 스테이터

Description

2중 배면 권선 구조를 가진 모터 스테이터{Double winding coil in the back to back type stator for the induction motor}

도 1은 종래 이너 로터형 모터의 개략 단면도.

도 2는 본 발명의 이중 배면 권선 구조를 가진 스테이터의 평면도.

도 3은 본 발명의 스테이터가 설치된 모터의 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 스테이터 11a, 11b: 슬롯

12a :제 1스테이터부 12b: 제 2스테이터부

13a: 제 1스테이터 철심 13b: 제 2스테이터 철심

14a: 제 1코일 14b: 제 2코일

15: 끼움 고정부

본 발명은 2중 배면 권선 구조를 가진 모터 스테이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터에 설치되는 스테이터가 방사상 대칭으로 2중 배면 권선되어 있어 아우터 로터형 모터와 이너 로터형 모터에 모두 사용가능하여 모터의 효율과 신뢰 성을 향상시키는 스테이터를 가진 모터에 관한 것이다.

다양한 모터의 기동 방식중, 유도 기전력에 의해 동기되는 유도 기전력형 모터는, 스테이터에서 발생하는 회전 자계와 로터에 생기는 유도 자계와의 상호 작용으로 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 스테이터와 동심원을 이루며 스테이터의 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 저하되 는 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.

그러나, 상기와 같은 이너 로터형 및 아우터 로터형의 가장 큰 차이는 스테이터(10)의 권선 방향이 방사상 내측과 외측으로 구성되는 큰 차이가 있으므로, 각각의 다른 형태의 유도 모터마다 다른 스테이터를 제조하여야 하며, 각각 다른 극수에 따른 슬롯의 형성 갯수도 차이가 있게 된다. 이는, 슬롯의 위치나 개구부의 형태 등에 의해 모터의 생산 단가를 증가시키는 요인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 이너 로터형과 아우터 로터형 모터에 각각 공동으로 적용 가능한 스테이터를 개시하며 나아가 이너 로터형과 아우터 로터형 모터의 작용을 겸하는 이중 스테이터형 모터에 사용가능한 스테이터를 개시하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 모터에 설치되며 베이스에 고정 설치되는 스테이터에 있어서, 전류가 인가되는 1차 도체이며 소정의 제 1로터 코어와 제 1공극을 유지하는 제 1스테이터 철심과, 제 1스테이터 철심과 배면 방향 으로 형성되며, 소정의 제 2로터 코어와 제 2공극을 유지하는 제 2스테이터 철심을 포함하며, 제 1스테이터 철심은 방사상 내측 방향으로 1차 회전 자계를 발생시킴과 동시에 제 2스테이터 철심이 제 1스테이터 철심과 대칭 방향인 방사상 외측 방향으로 2차 회전 자계를 형성하는 2중 배면 권선 구조를 가진 유도 모터 스테이터를 제공한다.

특히, 본 발명의 스테이터는 제 1스테이터 철심과 제 2스테이터 철심이 다수의 강판이 적층 형성되며 슬롯을 통해 제 1코일과 제 2코일이 각각 권선되어 형성되고, 제 1스테이터 철심과 제 2스테이터 철심의 슬롯은 각각 다른 갯수로 형성되어 상이한 극수를 동시에 갖는다.

본 발명은 환상형으로 형성되는 스테이터의 외주부와 내주부에 스테이터 철심과 스테이터 코일이 각 방향으로 배면 권선되는 2중 스테이터를 개시하고 있다.

이로부터, 스테이터와 상호 전자기 유도 작용하는 2차 도체인 로터를 방사상 대칭의 내측과 외측 양방향으로 설치 가능하므로, 이는 이너 로터형과 아우터 로터형 모두에게 적용이 가능한 구조적 특징을 가진다.

이러한 특징을 가지는 본 발명에 의한 모터의 스테이터를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 스테이터의 개략 단면도로서, 모터에서 모터 외형을 이루는 베이스에는 볼트 등에 의해 스테이터(10)가 고정 설치된다.

상기 스테이터(10)는 전류가 인가되는 1차 도체로서, 소정의 제 2로터 코어(30)와 제 1공극(v1)을 유지하는 제 1스테이터부(12a)와, 제 1스테이터부(12a)와 배면 방향으로 형성되며, 소정의 제 1로터 코어(20)와 제 2공극(v2)을 유지하는 제 2스테이터부(12b)로 구성된다.

상기 스테이터(10)는 2차 도체인 제 1로터 코어(20) 및 제 2로터 코어(30)로 구성된 로터 각각과 상호 작용을 하여 회전 자계를 발생시키는 것으로, 상기 제 1스테이터부(12a)는 방사상 내측 방향으로 1차 회전 자계를 발생시킴과 동시에 상기 제 2스테이터부(12b)가 상기 제 1스테이터부(12a)와 대칭 방향인 방사상 외측 방향으로 2차 회전 자계를 형성하는 것이다.

그리고, 상기 제 1스테이터부(12a)와 제 2스테이터부(12b)는 다수의 강판이 각각 적층 형성되는 제 1스테이터 철심(13a) 및 제 2스테이터 철심(13b)으로 이루어져 슬롯(11a, 11b)을 통해 제 1코일(14a)과 제 2코일(14b)이 권선되어 형성된다.

또한, 상기 제 1스테이터부(12a)와 제 2스테이터부(12b)의 슬롯(11a, 11b)은 각각 다른 갯수로 형성되어 양 배면 방향에서 상이한 극수를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 상기 제 1스테이터 철심(13a)은 4극을 위한 16개의 슬롯(11a)으로 형성되며, 상기 제 2스테이터 철심(13b)은 6극을 위한 36개의 슬롯(11b)으로 형성되고, 또한 이와는 다른 변형이 가능하다.

상기와 같이 각각 다른 슬롯(11a, 11b)의 개수를 가진 스테이터(10)를 위하여, 바람직하게는 스테이터(10)에서 코일(14a, 14b)의 권선을 용이하게 하며 조립을 간단하게 하도록, 본 발명의 스테이터(10)는 제 1스테이터 철심(13a)과 제 2스테이터 철심(13b)의 경계면을 기준으로 양방향으로 분리 형성하여 코일을 권선한 후에 조립하는 것이 가능하다.

이를 위해, 상기 제 1스테이터 철심(13a)이 일체로 형성되는 제 1스테이터부(12a)와, 제 2스테이터 철심(13b)이 일체로 형성되는 제 2스테이터부(12b)가 각각 분리 형성되어 코일(14a, 14b)을 권선한 후에 조립이 가능하도록 각각의 스테이터부에는 끼움 고정부(15)가 형성된다.

한편, 본 발명의 스테이터(10)는 제 1스테이터부(12a)와 제 2스테이터부(12b)의 양측으로 로터가 설치되는 것이 바람직한데, 이는 스테이터(10)의 양측으로 각각 다른 슬롯(11a, 11b) 갯수에 따른 다른 극수를 가짐으로서 스테이터(10)의 양 방향으로 회전 자계를 형성하여 이중의 토크를 발생시킬 수 있는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 스테이터(10)가 설치되는 모터중 유도 모터의 실시예를 설명한다.

도 3에서, 본 발명에 따른 스테이터(10)는 36개의 외측 슬롯(11b)과 16개의 내측 슬롯(11a)으로 형성되는 스테이터(10)가 설치된 유도 모터로서, 상기 스테이터(10)에는 교류 전류가 인가되는 방식으로 외부 전원이 인가되는데, 상기 외부 전원은 슬롯(11a, 11b)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 2스테 이터 철심(12b)은 일정한 자속의 회전에 따른 회전 자계를 형성한다.

상기와 같이 스테이터(10)의 제 1스테이터 철심(12a)에 의하여 발생된 회전 자계는 2차 도체인 제 1로터 코어(20)에 유도 전류를 발생시켜 회전 토크가 발생한다.

또한, 스테이터(10)의 제 2스테이터 철심(12b)에서 발생된 회전 자계에 의하여 또 다른 2차 도체, 예컨데 상기 제 1로터 코어(20)와 방사상 내측으로 대칭 형성되는 제 2로터 코어(30)에는 유도 전류가 발생하여 역시 회전 토크가 발생한다.

상기와 같이 이중으로 발생하는 회전 토크는 그 합력에 의하여 구동축(35)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(20)와 제 2로터 코어(30)에 각각 유도 전류를 발생시켜 이중의 토크를 출력시킨다.

이와 같이, 본 발명은 스테이터(10)가 방사상 대칭으로 슬롯(11a, 11b)이 형성되며 1차 코일(14a)과 2차 코일(14b)이 각각 권선 형성되는 제 1스테이터 철심(12a)과 제 2스테이터 철심(12b)으로 구성되어, 스테이터(10) 양 방향으로 회전 자계가 발생하게 되므로, 스테이터(10) 양 방향으로 로터를 이중 설치하는 경우 각각 이중의 회전 자계가 개별적으로 로터를 작용시켜 토크를 발생시키므로 이중 자계에 의한 증가된 토크가 발생하여, 통상의 이너 로터형 모터와 아우터 로터형 모터의 토크 합보다 증가된 토크를 발생할 수 유도 모터를 구성할 수 있게 된다.

본 발명의 2중 배면 권선 구조를 가진 모터 스테이터에 의하여, 스테이터가 양측으로 각각 다른 슬롯을 가지고 이중 형성되어 각 방향으로 로터가 설치 가능하여, 자속의 중심과 유도 기전류간의 거리가 증가되어 토크가 증가되므로 소비 전력을 절감할 수 있으며 내부 공간의 활용도가 증대되어 원가가 절감되는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 모터에 설치되는 스테이터(10)에 있어서,

   전류가 인가되는 1차 도체로서, 내측의 제 2로터 코어(30)와 제 1공극(v1)을 유지하도록 다수의 강판이 적층 형성되는 제 1 스테이터 철심(13a)으로 이루어져, 슬롯(11a)을 통해 제 1 코일(14a)이 권선되어 형성되는 제 1스테이터부(12a)와,

   상기 제 1스테이터부(12a)와 분리되어 배면 방향으로 형성되며, 외측의 제 1로터 코어(30)와 제 2공극(v2)을 유지하도록 다수의 강판이 적층 형성되는 제 2 스테이터 철심(13b)으로 이루어져, 슬롯(11b)을 통해 제 2 코일(14b)이 권선되어 형성되는 제 2스테이터부(12b)와,

   상기 제 1 및 제 2 스테이터부(12a,12b)가 서로 조립되도록 상기 제 1 및 제 2 스테이터부(12a,12b)에 각각 형성된 끼움 고정부(15)를 포함하며,

   상기 제 1스테이터부(12a)는 방사상 내측 방향으로 1차 회전 자계를 발생시킴과 동시에 상기 제 2스테이터부(12b)가 상기 제 1스테이터부(12a)와 대칭 방향인 방사상 외측 방향으로 2차 회전 자계를 형성하되,

   상기 제 1 및 제 2 스테이터 철심(13a,13b)의 슬롯(11a,11b)은 각각 다른 개수로 형성되어 상이한 극수를 동시에 가지는 것을 특징으로 하는 2중 배면 권선 구조를 가진 모터 스테이터.
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5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1스테이터 철심(12a)은 4극의 위한 16개의 슬롯(11a)으로 형성되며, 상기 제 2스테이터 철심(12b)은 6극을 위한 36개의 슬롯(11b)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 2중 배면 권선 구조를 가진 모터 스테이터.

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