KR100991490B1 - 냉각기능을 갖는 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기의 고정자의 내측이나 회전자에 슬롯을 경사로 형성하거나, 고정자와 회전자에 형성된 슬롯에 유체 안내부재를 설치하여 회전자와 고정자의 사이에 형성된 공극으로 유체를 강제로 불어넣어 고속으로 회전하는 회전자와 고정자 사이에서 발생되는 열의 냉각을 향상시키기 위한 냉각기능을 갖는 전동기에 관한 것이다.

본 발명은, 관통공의 내측에 복수의 개구부와 코일설치부를 갖는 슬롯이 일정 간격으로 형성되는 철편이 다수개 적층되고, 상기 복수의 슬롯이 연속적으로 연결되는 고정자와, 상기 고정자의 내주면과 일정한 공간으로 형성되는 공극부를 갖고 설치되어 회전되는 회전자와, 상기 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 전동기에 있어서, 상기 개구부는 상기 고정자의 중심선을 기준으로 고정자의 관통공에 경사지게 경사개구부로 형성되고, 상기 회전자의 회전시 상기 공극부의 유체가 상기 경사개구부에 안내되어 밖으로 배출되도록 된 냉각기능을 갖는 전동기를 제공한다.

고정자, 회전자, 전동기, 유체안내, 냉각장치, 발전기

Description

냉각기능을 갖는 전동기{MOTOR WITH A COOLING FUNCTION}

본 발명은 전동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동기의 고정자의 내측이나 회전자에 슬롯개구부를 경사로 형성하거나, 고정자와 회전자에 형성된 경사개구부에 유체 안내부재를 설치하여 회전자와 고정자의 사이에 형성된 공극으로 유체를 강제로 불어넣어 고속으로 회전하는 회전자와 고정자 사이에서 발생되는 열을 냉각시키는 성능을 향상시키기 위한 냉각기능을 갖는 전동기에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로서, 고정자와 회전자라로 불리는 2개의 부분으로 구성된다.

회전자는 도체, 자성체로 구성되고, 대부분의 경우 슬립 링 또는 정류자라 불리는 접촉용 소자를 가지고 있다. 이것은 회전자를 외부 회로와 연결시켜준다.

또한, 회전자에는 그밖에도 베어링, 지지축, 냉각용 팬 등이 갖추어져 있다.

고정자는 전동기 전체를 지탱하는 외틀 외에 회전자와 마찬가지로 자기장을 만들기 위해서 필요한 도체, 자성체로 구성되어 있다. 이 도체들을 어떻게 배열하 는가에 따라 전동기의 형태와 그 특성이 결정되는 것이다.

이러한 전동기는 프레임 내부에 원통형으로 고정 설치되고 코일을 감아 권선시킨 고정자와, 이 고정자의 안쪽에 위치하여 코일 주변에 형성되는 유도자기에 의해 회전하는 회전자 또는 영구자석으로 구성되는 회전자, 회전자에 고정되어 회전자와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전축으로 크게 구성된다.

고정자는 복수의 철편이 적층되어 형성되는 구성이다.

여기에서, 철편은 원형의 얇은 판재로 중앙에 관통공이 형성되고, 이 관통공의 가장자리로 복수의 홈이 형성되는 구성이다.

이러한 철편이 수십개나 수백개가 적층되어 고정자를 형성하게 되며, 복수의 홈에 의해 코일이 권선되는 슬롯이 형성된다.

이 슬롯은 고정자의 내주를 따라 복수로 형성되며, 슬롯의 내주에는 슬롯에 끼워지는 코일의 절연을 위한 절연지가 끼워진다.

그리고, 코일의 권선된 슬롯에는 코일의 이탈을 방지하며 코일을 절연시키기 위한 웨지가 삽입되어 있다.

회전자는 고정자의 중앙에 형성된 통공에 설치되는데, 고정자의 내주면과 일정거리 이격되어 설치되어, 고정자와 회전자 사이에는 일정한 공간인 공극부가 형성된다.

이와 같은 일반적인 전동기에서는 회전자가 고속으로 회전함에 따라 고정자에 권선된 코일의 동손, 고정자의 철손과 회전자의 풍손 및 손실로 인하여, 고정자와 회전자 사이인 공극부에 열이 발생되는데, 이 열로 인하여 전동기의 수명이 짧 아지는 문제점이 있었다.

이렇게 공극부의 열을 냉각시키기 위한 다양한 시도가 있었는데, 회전자와 고정자 근방에 냉각팬을 설치하여, 냉각팬에서 발생하는 공기를 공극부로 강제가 밀어 넣어서 공극부의 열을 냉각시키는 구조이나, 공극부의 공간이 매우 작게 형성되기 때문에, 고정자의 내측에서 고속으로 회전하는 회전자의 회전력으로 인하여 공극부의 공간으로 냉각팬에서 발생되는 공기가 제대로 전달되지 못하여 공극부의 열을 완전히 냉각시키지 못한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 공극부를 형성하는 회전자나 고정자의 내면에 공극부의 유체를 공극부의 밖으로 안내하는 경사개구부를 구비하여, 회전자의 고속회전으로 인하여 발생되는 열에 의해 가열되는 공극부의 유체를 밖으로 신속하게 배출시켜서 공극부의 냉각을 향상시킬 수 있도록 한 냉각기능을 갖는 전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 관통공의 내측에 복수의 개구부와 코일설치부를 갖는 슬롯이 일정 간격으로 형성되는 철편이 다수개 적층되고, 상기 슬롯이 연속적으로 연결되는 고정자와, 상기 고정자의 내주면과 일정한 공간으로 형성되는 공극부를 갖고 설치되어 회전되는 회전자와, 상기 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 전동기에 있어서, 상기 개구부는 상기 고정자의 중심선을 기준으로 고정자의 관통공에 경사지게 경사개구부로 형성되고, 상기 회전자의 회전시 상기 공극부의 유체가 상기 경사개구부에 안내되어 밖으로 배출되도록 되도록 구성되고, 상기 경사개구부에는 상기 공극부의 유체를 밖으로 안내하는 유체안내부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 전동기를 제공한다.

또한, 상기 경사개구부는 상기 회전자의 외주에 방사상으로 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유체 안내부재는, 상기 경사개구부에 끼워지는 본체와, 상기 본체의 양측에 돌출 형성되고, 코일이 감기는 권선돌기부의 이탈방지돌기에 걸림되는 걸림돌부 및 상기 본체에 돌출 형성되며 상기 경사개구부 앞으로 돌출 형성되는 안내돌부로 구성되는 것이 바람직하다.

삭제

또한, 상기 안내돌부에는 유체를 안내하는 유체안내부가 냉각방향에 맞추어 경사져서 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 관통공의 내측에 복수의 개구부와 코일설치부를 갖는 슬롯이 일정 간격으로 형성되는 철편이 다수개 적층되고, 상기 슬롯이 연속적으로 연결되는 고정자와, 상기 고정자의 내주면과 일정한 공간으로 형성되는 공극부를 갖고 설치되어 회전되는 회전자와, 상기 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 전동기에 있어서, 상기 슬롯에 끼워지는 유체 안내부재가 구비되고, 상기 유체 안내부재에는 상기 회전자의 회전시 상기 공극부의 유체를 밖으로 안내하는 경사 유체안내부가 구비되는 냉각기능을 갖는 전동기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 고정자의 성형시 슬롯을 냉각방향에 맞추어 경사지게 형성하거나 회전자의 외주에 경사진 경사개구부를 형성하고, 고정자에 형성된 경사진 개구부에 별도로 구비되는 유체안내부재를 설치하여, 고정자의 안쪽에 설치된 회전자가 고속으로 회전시 고정자와 회전자 사이에 형성된 공간인 공극부의 유체를 밖으로 신속하게 배출하여 공극부에서 발생되는 열을 신속하게 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각기능을 갖는 전동기의 구성 및 작용을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 회전자와 고정자를 보인 분해사시도이고, 도 2는 도1의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유체안내 부재가 설치된 전동기의 고정자와 회전자를 보인 분해사시도이고, 도 4는 도3의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 유체안내부재를 보인 사시도이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 고정자와 회전자를 보인 분해사시도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 고정자와 회전자를 보인 분해사시도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전동기는 고정자(100), 회전자(200), 공극부(300), 코일(20)로 크게 구성된다.

고정자(100)는 관통공의 내측에 복수의 개구부와 코일설치부를 갖는 슬롯을 방사상으로 구비하는 철편(10)이 다수개 적층되어 형성되는 구성이다.

즉, 고정자(100)는 그 중심선을 기준으로 관통공(110)에 경사개구부(122)가 경사져서 형성되고, 이 경사개구부(122)의 안쪽으로 코일설치부(121)가 형성된다.

본 발명의 일실시예에서는 경사개구부(122)와 코일설치부(121)로 된 슬롯(120)이 별도의 지그에 의해 다수의 철편(10)이 적층되는 것으로 경사져서 형성된 구성이다.

여기에서, 지그는 다수의 철편이 적층될 때, 경사개구부(122)가 경사져서 형성될 수 있도록 하는 별도의 경사돌부가 형성되어 있다. 즉, 경사돌부에 철편의 개구부가 끼워지면서 철편이 적층되어 개구부가 연속적으로 연결되면서 경사개구부(122)를 형성하는 것이다.

한편, 경사개구부(122)는 개구부을 형성한 별도의 철편을 구비하고, 이 철편 이 적층될 때 개구부가 연속적으로 연결되어 경사개구부(122)를 형성하는 별도의 고정자부재를 구비한 후에, 코일설치부(121)만이 형성된 슬롯을 갖는 고정자의 내측에 고정자부재를 끼워 고정하는 구성도 적용하다.

고정자(100)의 관통공(110)에는 코일(20)이 감기는 권선돌기부(130)가 형성된다.

권선돌기부(130)의 단부 양쪽에는 코일설치부(121)에 권선된 코일(20)의 이탈을 방지하는 이탈방지돌기(132)가 형성된다.

슬롯(120)의 코일설치부(121)에는 권선돌기부(130)에 권선되는 코일(20)을 절연하는 절연지(30)가 끼워져 있고, 권선돌기부(130)에 코일(20)이 권선 된 후 코일(20)의 이탈을 방지하는 웨지(40)가 슬롯(120)에 끼워진다.

회전자(200)는 고정자(100)의 관통공(110)에 끼워지되, 외주가 고정자(100)의 통공(110) 내주와 일정한 간격으로 이격 설치된다.

고정자(100)의 내주와 회전자(200)의 외주 사이에는 일정한 간격의 공간으로 된 공극부(300)가 형성된다.

이 공극부(300)는 고정자(100)의 내측에서 회전자(200)가 회전하기 위한 최소의 공간으로서, 회전자(200)가 고속으로 회전할 때 공극부(300)에 있는 유체에 의해 회전자(200)와 고정자(100) 사이에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 것이다.

고정자(100)의 관통공(110)에 형성되는 경사개구부(122)는 회전자(200)가 고속으로 회전할 때, 공극부(300) 사이에 있는 유체가 경사개구부(122)를 따라 밖으로 신속하게 배출되도록 하여 고정자(100)와 회전자(200) 사이에서 발생되는 열의 냉각을 보다 신속하게 하기 위한 것이다.

여기에서, 고정자(100) 내주에 형성된 경사개구부(122)는 회전자(200)의 외주에 일정높이로 형성되거나 상단에서 하단까지 형성되는 것도 적용 가능하다.

또한, 회전자(200)의 외주에 형성되는 경사개구부(220)는 상단이나 하단에서 일정높이로 형성되어, 회전자(200)의 회전시 와류를 일으켜 공극부(300)의 유체를 밖으로 신속하게 안내하여 공극부(300)에서 발생되는 열을 신속하게 냉각할 수 있다.

한편, 경사개구부(122)에는 공극부(300)에 있는 유체를 안내하여 외부로 배출시키기 위한 별도의 유체 안내부재(400)가 더 구비된다.

여기에서, 유체 안내부재(400)는 고정자(100)나 회전자(200)에 형성된 경사개구부(122)에 모두 끼워질 수 있지만, 경사개구부(122)중 일부만 설치하는 것도 적용 가능하다.

즉, 경사개구부(122)중에서 유체안내부재(400)가 설치된 경사개구부(122)의 양쪽의 경사개구부(122)에는 유체안내부재(400)가 설치되지 않고 다음 경사개구부(122)에 설치되는 것, 즉 경사개구부(122)를 하나 건너서 유체안내부재(400)를 설치하는 것도 적용가능하다.

또한, 유체안내부재(400)가 설치된 경사개구부(122)를 기준으로 두 개의 경사개구부(122)에는 설치되지 않고 3번째 경사개구부(122)에 설치되고, 다시 3번째 경사개구부(122)에서 다음 두 개의 슬롯인 4번, 5번째 경사개구부(122)에는 설치되지 않고, 6번째 경사개구부(122)에 설치되는 즉, 두 번은 설치되지 않고 3번째 설 치되는(3의 배수에 해당하는 경사개구부에 설치되는) 것도 적용 가능하다.

이 유체 안내부재(400)는 경사개구부(122)에 끼워질 수 있도록 경사진 상태로 성형되되, 회전자(200)의 회전에 의해 발생되는 열과 고정자(100)에 권선된 코일 등에서 발생되는 열에 잘 견딜 수 있는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

유체 안내부재(400)는 경사개구부(122)에 끼워지는 본체(410)와, 본체(410)의 뒤쪽 단부에 돌출 형성되며 권선돌기부(130)의 이탈방지돌기(132)에 걸림되는 걸림돌기(420)와, 본체(410)의 앞쪽에 돌출 형성되어 고정자(100)의 관통공(110) 내주면보다 돌출되는 안내돌부(430)로 구성된다.

안내돌부(430)의 양측면에는 회전자(200)의 회전시 공극부(300)에 있는 유체를 안내하는 경사 유체안내부(432)가 경사져서 형성된다.

경사 유체안내부(432)는 안내돌부(430)의 양측면에 일정간격으로 움푹패여서 형성되는 다수의 유체안내홈인 것이 바람직하다. 유체안내홈은 회전자(200)의 회전시 공극부(300)의 유체가 와류에 의해 신속하게 외부로 배출되도록 된 것이 바람직하다.

경사 유체안내부(432)는 안내돌부(430)의 양측면에 일정간격으로 돌출되어 경사져서 형성되는 유체안내돌기로 구성하는 것도 적용 가능하다.

한편, 유체안내부재(432)는 코일설치부(121)에 끼워져 코일(20)의 이탈을 방지하는 웨지(40)와 일체로 형성하여 구성하는 것도 적용가능하다.

여기에서, 공극부(300)의 유체를 밖으로 안내하기 위한 경사개구부(122)가 고정자(100)와 회전자(200)에 모두 형성하는 구성도 적용 가능하다.

또한, 유체안내부(432)가 형성되지 않은 유체안내부재(400)를 고정자(100)의 경사개구부(122)에 설치하고, 이 고정자(100)에 경사개구부(220)가 형성된 회전자(200)를 설치하여 공극부(300)의 유체를 밖으로 안내하는 구성도 적용 가능하다.

또한, 유체안내부(432)가 형성된 유체안내부재(400)를 고정자(100)의 경사개구부(122)에 설치하고, 이 고정자(100)에 경사개구부(220)가 형성되지 않은 회전자(200)를 설치하거나 경사개구부(220)가 형성된 회전자(200)를 설치하여 공극부(300)의 유체를 밖으로 안내하는 구성도 적용 가능하다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기는 관통공의 내측에 복수의 홈이 방사상으로 형성된 복수의 철편(10)이 적층되어 성형되는 고정자(100)와, 고정자(100)의 안쪽에 설치되되 고정자(100)의 내측과 일정간격의 공극부(300)를 갖고 설치되는 회전자(200)를 포함한다.

고정자(200)의 중앙에는 철심(10)의 관통공에 의해 상하로 유통되는 관통공(110)이 형성되고, 관통공(100)의 내주에는 복수의 홈에 연결되어 그 상단과 하단까지 일직선으로 된 슬롯(120')이 형성된다.

슬롯(120')에는 회전자(200)의 회전시 공극부(300)의 유체를 밖으로 안내하기 위한 유체 안내부재(400)가 각각 끼워지며, 유체 안내부재(400)에는 회전자(200)의 회전시 공극부(300)의 유체가 와류를 일으키도록 하는 경사 유체안내부(432)가 형성된다.

경사 유체안내부(432)는 슬롯(120)'에 끼워지는 유체 안내부재(400)가 슬롯(120')의 밖으로 돌출되어 고정자(100)의 관통공(110) 내측보다 돌출 형성되는 안내돌부(430)의 양측면에 일정한 경사로 움푹패인 안내홈으로 형성되거나 돌출되는 안내돌기로 형성된다.

여기에서, 경사 유체안내부(432)가 형성된 유체안내부재(400)를 직선의 슬롯(120')이 형성된 고정자(100)에 설치하고, 이 고정자(100)에 경사개구부(220)가 형성된 회전자(200)를 설치하여 공극부(300)의 유체를 밖으로 안내하는 구성도 적용 가능하다.

또한, 유체안내부재(432)를 회전자(200)에 형성된 경사개구부(220)에 설치하고, 이 회전자(200)를 직선의 슬롯(120')이 형성된 고정자(100)에 설치하여 공극부(300)의 유체를 밖으로 안내하는 구성도 적용 가능하다.

본 발명의 실시예에서는 전동기를 예를 들어 설명하였으나, 고정자의 내주에 슬롯이 경사져서 형성되고, 경사진 슬롯에 유체안내부재가 끼워져 고정자와 회전자 사이의 공극부에 발생되는 유체의 열을 냉각하는 구조는, 고정자 안쪽에서 회전자가 고속으로 회전하는 구성을 갖는 장치이면, 전동기, 발전기, 압축기, 펌프 등 모든 장치에 적용 가능한 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 작용을 살펴보기로 한다.

먼저 고정자용 다수의 철편(10)을 지그에 끼워서 적층시키고, 적층된 다수의 철편(10)을 서로 고정하여 원통형태의 고정자(100)를 성형한다. 고정자(100)에 형성된 다수의 슬롯(120)의 코일설치부(121)에 각각 절연지를 끼운 후에, 각 슬롯(120)에 코일(20)을 권선하게 권선한다. 그런 다음, 코일(20)이 권선된 슬 롯(120)의 코일권선부(121)에 슬롯웨지(40)를 각각 끼워 고정한 다음, 이 다수의 슬롯(120)중 일부분이나 전체에 유체 안내부재(400)를 설치한다.

이렇게 고정자(100)에 유체 안내부재(400)의 설치가 완료되면 고정자(100)의 관통공(110)에 미리 조립된 회전자(200)를 설치하고, 기타 다른 부품 들을 설치하여 전동기의 조립을 완료하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기의 회전자와 고정자를 보인 분해사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기를 보인 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체안내부재가 설치된 전동기의 회전자와 고정자를 보인 분해사시도이다.

도 4는 도 3의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 유체안내부재를 보인 사시도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기의 회전자와 고정자를 보인 분해사시도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동기의 회전자와 고정자를 보인 분해사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 철심 20 : 코일

100 : 고정자 110 : 관통공

120 : 슬롯 200 : 회전자

300 : 공극부 400 : 유체안내부재

Claims (6)

1. 관통공의 내측에 복수의 개구부와 코일설치부를 갖는 슬롯이 일정 간격으로 형성되는 철편이 다수개 적층되고, 상기 슬롯이 연속적으로 연결되는 고정자와, 상기 고정자의 내주면과 일정한 공간으로 형성되는 공극부를 갖고 설치되어 회전되는 회전자와, 상기 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 전동기에 있어서,

   상기 개구부는 상기 고정자의 중심선을 기준으로 고정자의 관통공에 경사지게 경사개구부로 형성되고,

   상기 회전자의 회전시 상기 공극부의 유체가 상기 경사개구부에 안내되어 밖으로 배출되도록 구성되고,

   상기 경사개구부에는 상기 공극부의 유체를 밖으로 안내하는 유체안내부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 전동기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 경사개구부는 상기 회전자의 외주에 방사상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 전동기.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 유체 안내부재는 상기 슬롯에 끼워지는 본체;

   상기 본체의 양측에 돌출 형성되고, 코일이 감기는 권선돌기부의 이탈방지돌기에 걸림되는 걸림돌부; 및

   상기 본체에 돌출 형성되며 상기 경사개구부 앞으로 돌출 형성되는 안내돌부로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 전동기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 안내돌부에는 유체를 안내하는 유체안내부가 경사져서 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 전동기.
6. 관통공의 내측에 복수의 개구부와 코일설치부를 갖는 슬롯이 일정 간격으로 형성되는 철편이 다수개 적층되고, 상기 슬롯이 연속적으로 연결되는 고정자와, 상기 고정자의 내주면과 일정한 공간으로 형성되는 공극부를 갖고 설치되어 회전되는 회전자와, 상기 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 전동기에 있어서,

   상기 슬롯에 끼워지는 유체 안내부재가 구비되고,

   상기 유체 안내부재에는 상기 회전자의 회전시 상기 공극부의 유체를 밖으로 안내하는 경사 유체안내부가 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 전동기.

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