KR101801125B1 - 유도 전동기의 회전자 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전자의 도체바 형상을 최적화하여 유도 전동기의 효율을 향상시키는 것이다. 즉, 본 발명은 회전자의 도체바에 소정의 이중 농형 형상을 도입하여 저압에서 고출력으로 구동하는 유도 전동기의 회전자 구조에 관한 것이다.
본 발명의 유도 전동기의 회전자 구조는 유도 전동기의 회전자에 있어서, 이중 농형 형상의 제 1 도체바 및 전체적으로 길쭉한 사각바 형상으로 이루어진 제 2 도체바를 포함하고, 제 1 도체바는 적어도 제 2 도체바의 3배의 개수로 회전자에 배치된다.

Description

유도 전동기의 회전자 구조{Structure of induction motor rotor}
본 발명은 유도 전동기의 회전자 구조에 관한 것으로, 상세하게는, 회전자의 도체바 형상을 최적화하여 유도 전동기의 효율을 향상시키는 것이다. 즉, 본 발명은 회전자의 도체바에 소정의 이중 농형 형상을 도입하여 저압에서 고출력으로 구동할 수 있는 유도 전동기의 회전자 구조에 관한 것이다.
통상적으로 모터(motor, 또는 전동기)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전력을 발생시키는 장치로서, 가정용 및 산업용으로 널리 사용되고 있다. 이러한 모터는 크게 교류 모터(AC motor)와 직류 모터(DC motor)로 구분할 수 있다.
한편, 교류 모터 중 유도 전동기는 고정자의 유도 회전 자계와 회전자에 설치된 자석으로 회전자의 유도자계에 의해 회전할 수 있으며, 또한, 회전자의 도체바에 유기되는 전압에 의하여 생성되는 2차 전류와, 고정자의 권선에 의하여 발생하는 자속의 상호작용에 의하여 발생하는 토크에 의해 회전자가 회전을 시작하고, 기동되어 운전할 수 있다.
이때, 고정자의 구조로 인해 발생하는 회전 자속과 회전자의 도체바에서 발생하는 유도 전류와의 상호 작용에 의해 회전자 회전 효율을 높일 수도 있어 유도 전동기의 회전 효율을 높이기 위한 도체바의 구조에 대해 많은 연구가 진행되어 왔다.
그 일례로, 대한민국 특허공보 제10- 2005-0016291호에서는 유도 전동기의 회전자에서, 내측 슬롯의 내부에 형성되되 외 측 도체보다 높은 도전율을 갖는 금속으로 형성되는 내 측 도체로 이루어지는 도체바를 포함하는 유도 전동기의 회전자 구조를 제시하였다.
그러나 이 경우에서도 저압에서 고출력으로 동작하는 유도 전동기의 효율을 충분히 올리지 못하는 문제가 있다.
대한민국 특허공보 제10- 2005-0016291호(2005.02.26)
본 발명의 목적은, 회전자의 도체바 형상을 최적화하여 유도 전동기의 효율을 향상시키는 유도 전동기의 회전자 구조를 제공하는 데에 있다.
본 발명은 회전자의 도체바에 소정의 이중 농형 형상을 도입하여 저압에서 고출력으로 구동할 수 있는 한편, 정격에서의 단위 전류당 토크 밀도 향상, 역률 증가, 및 기동 특성을 개선하는 유도 전동기의 회전자 구조를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 유도 전동기의 회전자 구조는 유도 전동기의 회전자에서, 이중 농형 형상의 제 1 도체바 및 전체적으로 길쭉한 사각바 형상으로 이루어진 제 2 도체바를 포함하고, 제 1 도체바는 적어도 제 2 도체바의 3배의 개수로 회전자에 배치될 수 있다.
여기서, 제 1 도체바는 제 2 도체바와 동일한 길이로 형성될 수 있다.
또한, 제 1 도체바는 제 2 도체바가 적어도 연속 3 개 이상 배치된 후 배치될 수 있다.
여기서, 유도 전동기는 저압 고출력에 적용될 수 있다.
또한, 제 1 도체바는 임피던스가 높고 회전자의 외 측에 구성된 상부 도체바 및 임피던스가 낮고 회전자의 내측에 구성된 하부 도체바로 이루어질 수 있다.
여기서, 제 1 도체바는 축 부근의 일측이 둥글게 이루어질 수 있다.
또한, 제 1 도체바는 정격에서 회전자의 각 가속도를 최대로 하기 위해 제 2 도체바 대비 길이를 1 이하로 사용하고 제 2 도체바 대비 개수를 3배 이상으로 사용할 수 있다.
여기서, 제 1 도체바는 정격에서 역률을 최대로 하기 위해 제 2 도체바 대비 길이를 1이하로 사용할 수 있다.
또한, 제 1 도체바는 기동상태에서 회전자의 각 가속도를 최대로 하기 위해 제 2 도체바 대비 길이를 1 이하로 사용하고 제 2 도체바 대비 개수를 3배 이상으로 사용할 수 있다.
본 발명에 의한 유도 전동기의 회전자 구조는 회전자의 도체바 형상을 최적화하여 유도 전동기의 효율을 향상시키는 장점이 있다.
또는 본 발명에 의한 유도 전동기의 회전자 구조는 회전자의 도체바에 소정의 이중 농형 형상을 도입하여 저압에서 고출력으로 구동하여 정격에서의 단위 전류당 토크 밀도 향상, 역률 증가, 및 기동 특성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 전동기의 회전자 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 제 2 도체바 및 제 1 도체바의 구조를 상세히 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 제 1 도체바의 길이 및 개수에 따른 정격에서의 T/I비에 대한 등고선도이다.
도 4는 도 1의 제 1 도체바의 길이 및 개수에 따른 역률에 대한 등고선도이다.
도 5는 도 1의 제 1 도체바의 길이 및 개수에 따른 기동 상태에서의 T/I비에 대한 등고선도이다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유도 전동기의 회전자 구조에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 전동기의 회전자 구조를 나타낸 도면이며, 도 2 내지 도 5는 도 1을 상세히 설명하기 위한 도면 및 등고선도이다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 전동기의 회전자 구조를 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 전동기의 회전자 구조는 유도 전동기의 회전자에서, 이중 농형 형상의 제 1 도체바(100) 및 전체적으로 길쭉한 사각바 형상으로 이루어진 제 2 도체바(200)를 포함하고, 제 1 도체바(100)는 적어도 제 2 도체바(200)의 3배의 개수로 회전자(300)에 배치된다.
제 2 도체바(200)는 전체적으로 길쭉한 형상의 사각바로서 축 부근에는 둥글게 구성한 것으로, 기동 시 실효저항을 크게 하기 위해 제 2 도체바(200)의 상부 측으로 전류가 흐르며 정격에서는 제 2 도체바(200) 전체적으로 고르게 분포될 수 있다. 따라서, 기동시에 사용되지 않는 축 부근에 대해 둥글게 구성하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제 1 도체바(100)는 상부 도체바(110)와 하부 도체바(120)로 구성되고 기동시 고저항으로 구성된 상부 도체바(110)로 흐르게 되어 낮은 전압으로 고출력을 낼 수 있는 효과가 있으며, 정격 운행 시에는 임피던스가 낮은 하부 도체바(120)로 흐르게 되어 열손실을 적게할 수 있는 장점이 있다.
상부 도체바(110)와 하부 도체바(120)는 도체바 삽입구멍을 통해 다이캐스팅으로 형성할 수도 있고 별도로 만들어 삽입될 수도 있다.
본 발명에서는, 유도 전동기의 회전자(300)에 이중 농형 형상의 제 1 도체바(100)를 전체적으로 길쭉한 타원 형상으로 이루어진 제 2 도체바(200)와 3:1의 비율로 교대로 배치함으로써 유도 전동기의 효율을 극대화 한다.
여기서, 제 1 도체바(100)와 제 2 도체바(200)는 회전자(300)에 설치되어, 고정자의 코일에 전류가 인가될 때 고정자의 구조로 인해 발생하는 회전 자속과 회전자(300)의 제 1 도체바(100) 및 제 2 도체바(200)에서 발생하는 유도 전류와의 상호 작용에 의해 회전자(300)가 고효율로 회전한다.
도 2는 도 1의 제 2 도체바(200) 및 제 1 도체바(100)의 구조를 상세히 나타낸 도면이다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 도체바(100)는 제 2 도체바(200)와 동일한 길이로 형성된다.
또한, 제 2 도체바(200)는 제 1 도체바(100)가 적어도 연속 3 개 이상 배치된 후 배치된다.
또한, 제 1 도체바(100)는 임피던스가 높고 회전자(300)의 외 측에 구성된 상부 도체바(110) 및 임피던스가 낮고 회전자(300)의 내측에 구성된 하부 도체바(120)로 이루어진다.
여기서, 제 1 도체바(100)는 축 부근의 일측이 둥글게 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 제 1 도체바(100)와 제 2 도체바(200)는 등간격으로 형성될 수 있으며, 제 1 도체바(100)와 제 2 도체바(200)의 도체 폭도 동일하게 사용한다.
이와 같이 제 1 도체바(100)가 제 2 도체바(200)와 동일한 길이로 형성되고 제 2 도체바(200)의 3배수를 사용함으로써, 이하에서 설명하는 바와 같이 정격 및 운행 중 회전자(300)의 각가속도인 T/I(Torque / moment of Inertia)비를 높일 수 있는 장점이 있으며, 정격에서의 역률을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 3은 도 1의 제 1 도체바(100)의 길이 및 개수에 따른 정격에서의 T/I비에 대한 등고선도이다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 도체바(100)는 정격에서 회전자의 각 가속도를 최대로 하기 위해 제 2 도체바(200) 대비 길이를 1 이하로 사용하고 제 2 도체바(200) 대비 개수를 3배 이상으로 사용한다.
여기서, 제 1 도체바(100)의 길이와 개수는 정격에서의 회전자(300)의 각 가속도 성능에 대해 영향을 미칠 수 있다.
예를 들어, 제 1 도체바(100)의 개수가 제 2 도체바(200)의 3배이나 제 1 도체바(100)의 길이가 제 2 도체바(200)와 같은 경우에서 그 길이가 두 배로 증가할 때 회전자(300)의 각 가속도 성능은 3.8이상에서 3.6 이하로 떨어진다.
또한, 제 1 도체바(100)의 길이가 제 2 도체바(200)와 동일하나 제 1 도체바(100)의 개수가 제 2 도체바(200)의 3배수에서 제 2 도체바(200)와 동일한 비율로 사용할 경우 회전자(300)의 각 가속도 성능은 3.8 이상에서 3.8 이하로 떨어진다.
따라서, 제 1 도체바(100)의 개수가 제 2 도체바(200)의 3배 이상이고 제 1 도체바(100)의 길이가 제 2 도체바(200)의 길이 이하로 형성될 경우가 최적 영역(400)으로서, 회전자(300)의 정격에서의 각 가속도 성능이 최대가 되는 효과가 있다.
도 4는 도 1의 제 1 도체바(100)의 길이 및 개수에 따른 역률에 대한 등고선도이다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 도체바(100)는 정격에서 역률을 최대로 하기 위해 제 2 도체바(200) 대비 길이를 1이하로 사용한다.
여기서, 제 1 도체바(100)의 길이는 정격에서의 역률에 대해 영향을 미친다.
예를 들어, 제 1 도체바(100)의 개수가 제 2 도체바(200)의 3배이나 제 1 도체바(100)의 길이가 제 2 도체바(200)와 같은 경우에서 그 길이가 두 배로 증가할 때 역률은 0.94이상에서 0.92 이하로 떨어진다.
한편, 제 1 도체바(100)의 길이가 제 2 도체바(200)와 동일할 경우 제 1 도체바(100)의 개수에 따라 역률 변화가 거의 없다.
따라서, 제 1 도체바(100)의 개수와 무관하게 제 1 도체바(100)의 길이는 제 2 도체바(200)의 길이 이하로 형성될 경우가 최적 영역(500)으로서, 정격에서의 역률이 최대가 되는 효과가 있다.
도 5는 도 1의 제 1 도체바(100)의 길이 및 개수에 따른 기동 상태에서의 T/I비에 대한 등고선도이다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 도체바(100)는 기동상태에서 회전자의 각 가속도를 최대로 하기 위해 제 2 도체바(200) 대비 길이를 1 이하로 사용하고 제 2 도체바(200) 대비 개수를 3배 이상으로 사용한다.
여기서, 제 1 도체바(100)의 길이와 개수는 기동 상태에서의 회전자(300)의 각 가속도 성능에 대해 영향을 미친다.
예를 들어, 제 1 도체바(100)의 개수가 제 2 도체바(200)의 3배이나 제 1 도체바(100)의 길이가 제 2 도체바(200)와 같은 경우에서 그 길이가 두 배로 증가할 때 회전자(300)의 기동 상태에서 각 가속도 성능은 0.99 이상에서 0.98 이하로 떨어진다.
또한, 제 1 도체바(100)의 길이가 제 2 도체바(200)와 동일하나 제 1 도체바(100)의 개수가 제 2 도체바(200)의 3배수에서 제 2 도체바(200)와 동일한 개수로 사용할 경우 회전자(300)의 각 가속도 성능은 0.99 이상에서 0.95 이하로 떨어진다.
따라서, 제 1 도체바(100)의 개수가 제 2 도체바(200)의 3배 이상이고 제 1 도체바(100)의 길이가 제 2 도체바(200)의 길이 이하로 형성될 경우가 최적 영역(600)으로서, 회전자(300)의 기동 상태에서의 각 가속도 성능이 최대가 되는 효과가 있다.
이상에서와같이, 본 발명에서는 유도 전동기의 회전자(300)에 이중 농형 형상의 제 1 도체바(100)를 전체적으로 길쭉한 사각바 형상의 제 2 도체바(200)와 3:1의 비율로 배치하고 동일한 길이로 형성함으로써 유도 전동기의 저압 고출력 특성을 최대화하고 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 유도 전동기의 회전자 구조는 회전자의 도체바 형상을 최적화하여 유도 전동기의 효율을 향상시키는 장점이 있으며, 회전자의 도체바에 소정의 이중 농형 형상을 도입하여 저압에서 고출력으로 구동하여 정격에서의 단위 전류당 토크 밀도 향상, 역률 증가, 및 기동 특성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
상술한 것은 하나 이상의 실시예의 실례를 포함한다. 물론, 상술한 실시예들을 설명할 목적으로 컴포넌트들 또는 방법들의 가능한 모든 조합을 기술할 수 있는 것이 아니라, 당업자들은 다양한 실시예의 많은 추가 조합 및 치환할 수 있음을 인식할 수 있다. 따라서 설명한 실시예들은 첨부된 청구범위의 진의 및 범위 내에 있는 모든 대안, 변형 및 개조를 포함하는 것이다.

Claims (9)

  1. 유도 전동기의 회전자에 있어서,
    이중 농형 형상의 제 1 도체바; 및
    상기 회전자의 내측으로 긴 사각바 형상으로 이루어진 제 2 도체바;를 포함하고,
    상기 제 1 도체바는 적어도 상기 제 2 도체바의 3배의 개수로 회전자에 배치되고,
    상기 제 1 도체바는, 하부 도체바 대비 임피던스가 높고 상기 회전자의 외 측에 구성된 상부 도체바; 및
    상기 상부 도체바 대비 임피던스가 낮고 상기 회전자의 내측에 구성된 상기 하부 도체바;를 포함하고,
    상기 상부 도체바는 기동시 전류가 흐르게 되고, 상기 하부 도체바는 정격 운행 시 전류가 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 도체바는, 상기 제 2 도체바와 동일한 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 도체바는, 상기 제 1 도체바가 적어도 연속 3 개 이상 배치된 후 배치되는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 구조.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유도 전동기는, 저압 고출력에 적용되는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 구조.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 도체바는, 축 부근의 일측이 둥글게 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 구조.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 도체바는, 정격에서 회전자의 각 가속도를 최대로 하기 위해 상기 제 2 도체바 대비 길이를 1 이하로 사용하고 상기 제 2 도체바 대비 개수를 3배 이상으로 사용하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 구조.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 도체바는, 정격에서 역률을 최대로 하기 위해 상기 제 2 도체바 대비 길이를 1이하로 사용하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 구조.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 도체바는, 기동상태에서 회전자의 각 가속도를 최대로 하기 위해 상기 제 2 도체바 대비 길이를 1 이하로 사용하고 상기 제 2 도체바 대비 개수를 3배 이상으로 사용하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 구조.
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