KR101061006B1 - 축방향 유도전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 구조의 레디얼 타입 전동기와 평판형 전동기의 특성을 조합한 축방향 유도전동기에 관한 것이다.

본 발명은 고정자 슬롯에 집중권선의 코일을 적용하고, 회전자에 알루미늄이나 구리 재질의 도체바를 적용하는 등 원통형 유도전동기의 단점을 보완하고, 영구자석을 사용하지 않으면서 평판형 유도전동기의 장점을 살릴 수 있는 새로운 형태의 유도전동기를 구현함으로써, 기존 영구자석 타입의 평판형 유도전동기에서 열에 의한 영구자석 감자 현상을 방지할 수 있는 등 견고하고 유지보수가 간편한 축방향 유도전동기를 제공한다.

유도전동기, 레디얼 타입, 평판형, 고정자, 회전자, 분포권선, 집중권선, 도체바, 축방향, 이중 농형바

Description

축방향 유도전동기{Axial induction motor}

본 발명은 축방향 유도전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원통형 구조의 레디얼 타입 전동기와 평판형 전동기의 특성을 조합한 축방향 유도전동기에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 공장자동화, 산업자동화, 사무자동화 등의 분야와 가정용 전자제품 등에 매우 다양한 구조와 형태로 개발되어 광범위하게 이용되고 있으며, 인가되는 전류의 종류에 따라 직류전동기와 교류전동기로 대별되고 있다.

이러한 전동기는 자기장 속에 자기장과 직각으로 도체를 배치하고, 도체에 전류를 인가하면 직각방향으로 전자기력이 발생되어 도체를 회전시키는 전자유도(Electromagnetic induction)를 원리로 하고 있다.

이와 같이, 전동기는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전동력을 얻도록 한 것으로서, 교류전동기와 직류전동기로 구분될 수 있고, 그 중에서도 유도전동기는 교류전동기의 일종이다.

상기 유도전동기는 고정자(stator)와 회전자(rotor)로 구성되며, 고정자 권선에 교류가 흐를 때 발생하는 회전자기장(rotating magnetic field)에 의해서 회전자에 토크가 발생하고, 이에 따라 전동기가 회전 구동을 하게 되는 방식으로 이루어져 있다.

예를 들면, 고정자의 코일에 전류가 인가되면 고정자계가 형성되고, 회전자의 코일에 전류가 인가되면 회전자계가 형성되며, 두 자계들의 상호 작용에 의하여 회전자가 회전될 수 있다.

이러한 전동기들 중에는 일반적으로 널리 사용되고 있는 것으로, 레디얼 전동기와 평판형 전동기가 있다.

기존의 원통형 구조로 이루어진 레디얼 타입의 유도전동기는 고정자 슬롯에 회전자계를 발생시키도록 코일을 분포권선 형태로 감는 것이 일반적이어서 코일 엔드가 증가되고, 이로 인해 코일의 저항이 증가하고 손실이 증가하는 단점을 가지고 있다.

한편, 평판형 전동기는 이러한 일반 원통형 구조의 레디얼 타입 유도전동기에 비해 회전자 및 고정자의 축방향 다층 구성이 가능하여 단위 체적당 고 토크를 발생시킬 수 있으며, 축방향 흡인력이 평형을 이루고 고정자 권선에서 발생하는 온도 상승 제거가 용이한 구조로서, 주로 영구자석을 많이 사용하고 있다.

따라서, 본 발명은 레디얼 타입의 유도전동기 특성과 평판형 유도전동기 특성을 고려한 복합형태의 유도전동기를 그 안출의 대상으로 한다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 고정자 슬롯에 집중권선의 코일을 적용하고, 기존의 단락환과 도체바 구성을 대체하여 회전자의 다수의 도체바 형상의 홀에 알루미늄이나 구리 재질의 도체바 및 내외측 단락환을 적용하는 등 원통형 유도전동기의 단점을 보완하고, 영구자석을 사용하지 않으면서 평판형 유도전동기의 장점을 살릴 수 있는 새로운 형태의 유도전동기를 구현함으로써, 기존 영구자석 타입의 평판형 유도전동기에서 열에 의한 영구자석 감자 현상을 방지할 수 있는 등 견고하고 유지보수가 간편한 축방향 유도전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 축방향 유도전동기는 한쪽 면에서 반경방향을 따라 연속되는 동시에 원주방향을 따라가면서 슬롯(10)을 사이에 두고 일정간격으로 배치되며 코일(11)이 감겨지는 다수의 치(12)를 가지는 상측 고정자(13) 및 하측 고정자(14)와, 상기 상하측 고정자(13,14) 사이에 위치되며 회전자 코어(15)에 삽입 설치되면서 내외측 단락환(16,17)과 연결되는 다수의 도체바(18)를 가지는 회전자(19)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도체바(18)는 방사상의 형태로 배치되며, 기동 및 정격에서 토크 특성을 개선하기 위해 상측 및 하측 고정자(13,14)와 자속을 쇄교할 수 있는 이중 도체바 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 코일(11)은 A, B, C 3상의 120°위상차를 가지는 전류에 의해 회전자계를 발생시키며, 코일 엔드의 길이를 저감할 수 있고 동손을 저감할 수 있는 집중권선으로 감기는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상하측 고정자(13,14)에 있는 치(12)와 슬롯(10)은 중심에서 반경방향을 따라 외곽으로 갈수록 폭이 증가되는 형태로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 유도전동기는 다음과 같은 장점을 제공한다.

첫째, 고정자 슬롯에 분포권선이 아닌 집중권선의 코일을 적용하여 슬롯 내부의 코일 점적율을 대폭 향상시키고, 코일 엔드 길이를 저감하여 코일 엔드 손실 저감 및 효율을 향상시킬 수 있으며, 슬롯 내에 코일 와인딩 작업을 간편하게 할 수 있다.

둘째, 회전자에 영구자석을 사용하지 않고, 알루미늄이나 구리와 같은 도체를 이중 바 형태로 구성하여, 전동기의 기동 및 운전시 토크 특성을 향상시킬 수 있다.

셋째, 영구자석을 사용하지 않음으로써 열에 의한 감자를 방지하는 등 전동기의 유지 보수 간편 및 내구성을 증가시킬 수 있고, 축방향 길이를 감소시켜 박형 구조의 제작이 가능하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 유도전동기를 나타내는 사시도와 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 유도전동기에서 외측 단락환을 분리한 상태의 회전자를 나타내는 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 축방향 유도전동기는 원통형 유도전동기의 단점을 보완하고 영구자석없이 평판형 유도전동기의 장점을 살린 구조로 이루어져 있다.

이를 위하여, 축방향 농형 유도전동기는 위아래 배치되는 상측 고정자(13) 및 하측 고정자(14)와, 상기 상측 고정자(13)와 하측 고정자(14) 사이에 배치되는 회전자(19)와, 상기 고정자측의 홀(20a)과 회전자측의 홀(20b)을 통해 삽입되는 샤프트(미도시) 등을 포함한다.

상기 상하측 고정자(13)는 전기강판을 상하방향으로 적층시킨 형태로서, 각 한쪽면에는 치(12)와 슬롯(10)이 형성되며, 이때의 치(12)와 슬롯(10)은 교대로 번갈아가면서 하나씩 배치되는 형태를 취하게 된다.

즉, 서로 이웃하는 치(12) 사이의 간격이 곧 슬롯(10)이 된다.

이러한 상하측 고정자(13)는 각자가 갖고 있는 치(12)와 슬롯(10)을 서로 마주보도록 한 상태로 배치된다.

특히, 상기 치(12)는 코일(11)이 감겨지는 부분으로서, 반경방향을 따라 연속되는 길이를 갖는 동시에 원주방향을 따라가면서 일정간격을 두고(슬롯을 사이에 두고)배치되는 다수 개로 이루어져 있다.

그 결과, 상기 치(12) 사이에 조성되는 슬롯(10) 또한 반경방향으로 통하는 형태가 된다.

그리고, 상기 치(12)와 슬롯(10)의 경우, 중심에서 반경방향을 따라 외곽으로 갈수록 폭이 증가되는 형태로 되어 있다.

또한, 상기 고정자의 치(12)에는 A, B, C 3상의 120°위상차를 가지는 전류에 의해 회전자계를 발생시키는 코일(11)이 감기게 되는데, 이때의 코일(11)은 슬롯 내부의 코일 점적율을 최대한 높이기 위해서 기존의 분포권선이 아닌 집중권선의 형태로 감기게 된다.

즉, 상기 코일(11)은 한 자극당 한 개의 치에 집중하여 감기는 집중권선 형태로 감길 수 있다.

이렇게 집중권선의 형태를 채용함으로써, 도 4에 도시한 바와 같이, 분포권선에 비해 코일 엔드의 길이를 저감할 수 있고, 따라서 코일 엔드 손실을 저감할 수 있고 동손을 줄여 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 회전자(19)는 전기강판을 원주방향으로 적층시켜 만든 회전자 코어(15)를 포함하는 형태로서, 전반적으로 원통형의 구조를 취하고 있으며, 영구자석을 사용하지 않는 대신에 내부에는 방사상으로 배치되는 도체바(18)가 다수 개 삽입 설치된다.

특히, 상기 도체바(18)는 구리나 알루미늄 재질로 구성할 수 있으며, 종단면의 상하방향 길이 중간이 잘록한 이중 도체바 형태, 예를 들면 2개의 도체바를 위 아래에 나란히 배치한 상태에서 서로 붙혀놓은 형태로 이루어져 있어서, 상측 고정자(13) 및 하측 고정자(14)와 자속을 쇄교할 수 있고, 결국 기동 및 정격에서 토크 특성을 개선할 수 있다.

여기서, 상기 도체바(18)는 별도 제작하여 회전자 코어(15)의 홀(이중 도체바 형상의 홀)에 삽입하는 방식으로 설치할 수 있거나, 또는 회전자 코어(15)의 홀에 용융 구리용액을 주입하여 성형하는 방식으로 설치할 수 있다.

그리고, 상기 회전자 코어(15)의 내주면과 외주면에는 도체바(18)와 전기적 및 기계적으로 연결하는 내측 단락환(16)과 외측 단락환(17)이 각각 설치되며, 이에 따라 방사상으로 회전자 코어(15)에 삽입 설치된 도체바(18)와 내측 단락환(16) 및 외측 단락환(17)이 전기적으로 단락된 구조를 갖게 된다.

따라서, 상측 고정자(13)와 하측 고정자(14)의 회전자계에 의해 회전자 도체에 2차 전류가 유도되어 내외측 단락환(16,17)을 통해 흘러가도록 할 수 있다.

여기서, 상기 내외측 단락환(17)은 웰딩에 의한 용접 가공이나 주물 등과 같은 방식으로 설치할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 축방향 유도전동기는 상측 고정자 및 하측 고정자, 그리고 회전자의 3 부분으로 이루어지며, 샤프트를 삽입하기 위한 고정자측 홀과 회전자측 홀이 고정자 몸체와 회전자 코어에 마련되어 있는 구조로 되어 있는 한편, 상측 고정자와 하측 고정자의 치나 슬롯이 방사상 구조로 되어 있으면서 이때의 코일은 집중권선 형태로 되어 있고, 또 회전자 코어 내부에 이중 농형 바 형상의 도체바가 방사상 구조로 되어 있으며, 그리고 회전자 코어 내측과 외측에 걸쳐 방사 상 구조로 삽입되어 있는 도체바와 전기적 및 기계적으로 연결하는 단락환이 접속되어 있으므로, 기존 분포권선 방식의 원통형 유도전동기가 가지고 있던 코일 엔드 증가로 인한 동손 증가 및 체적 증가 등의 단점을 보완할 수 있으며, 영구자석을 사용하지 않음으로써 기존 평판형 전동기에서 발생하는 영구자석 감자 문제를 원천적으로 방지할 수 있어 전동기가 사용되는 주위의 동작 환경(온도 상승 등)에 강인한 유지 보수가 우수한 장점을 살릴 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 유도전동기를 나타내는 사시도

도 2는 도 1의 A-A 선 단면도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 유도전동기에서 외측 단락환을 분리한 상태의 회전자를 나타내는 사시도

도 4는 고정자 슬롯에 감기는 코일의 분포권선 형태와 집중권선 형태를 나타내는 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 슬롯 11 : 코일

12 : 치 13 : 상측 고정자

14 : 하측 고정자 15 : 회전자 코어

16 : 내측 단락환 17 : 외측 단락환

18 : 도체바 19 : 회전자

20a,20b : 홀

Claims (4)

1. 한쪽 면에서 반경방향을 따라 연속되는 동시에 원주방향을 따라가면서 슬롯(10)을 사이에 두고 일정간격으로 배치되며 코일(11)이 감겨지는 다수의 치(12)를 가지는 상측 고정자(13) 및 하측 고정자(14);

   상기 상하측 고정자(13,14) 사이에 위치되는 회전자(19);를 포함하여 구성되되,

   상기 회전자(19)는 회전자 코어(15)의 내주면과 외주면에 걸쳐 방사상 형태로 배치되는 다수의 도체바 형상의 홀과, 상기 도체바 형상의 홀에 설치되는 다수의 도체바(18)와, 상기 내주면 및 외주면에 각각 설치되어 상기 도체바(18)를 전기적 및 기계적으로 연결하는 내외측 단락환(16,17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 유도전동기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 도체바(18)는 방사상의 형태로 배치되며, 기동 및 정격에서 토크 특성을 개선하기 위해 상측 및 하측 고정자(13,14)와 자속을 쇄교할 수 있는 이중 도체바 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 축방향 유도전동기.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 코일(11)은 A, B, C 3상의 120°위상차를 가지는 전류에 의해 회전자계를 발생시키며, 코일 엔드의 길이를 저감할 수 있고 동손을 저감할 수 있는 집중권선으로 감기는 것을 특징으로 하는 축방향 유도전동기.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 상하측 고정자(13,14)에 있는 치(12)와 슬롯(10)은 중심에서 반경방향을 따라 외곽으로 갈수록 폭이 증가되는 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 축방향 유도전동기.

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