KR102080633B1 - 유도 모터용 엔드링 및 이를 적용한 회전자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도 모터의 엔드링에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유도 모터의 회전자를 구성하는 회전자 바와 결합되는 엔드링의 구조에 대한 것이다.
여기서, 상기 유도 모터용 엔드링은, 외측으로 삽입홈이 형성되며 각각 독립적인 다수의 조각으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전자 바에 삽입되기 쉬운 "ㄷ"자 형태의 동조각으로 엔드링을 구성함으로써 엔드링 면적을 늘릴 수 있기 때문에 2차측 동손을 저감시킬 수 있으며, 손실 저감에 따른 열발생이 감소하여 냉각 시스템의 부담을 줄여주므로 전체 시스템의 성능을 향상시키는 것이 가능하다.

Description

유도 모터용 엔드링 및 이를 적용한 회전자{End-ring for induction mortor, Rotator having the same}
본 발명은 유도 모터의 엔드링에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유도 모터의 회전자를 구성하는 회전자 바와 결합되는 엔드링의 구조에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 엔드링과 회전자 바로 구성되는 회전자에 대한 것이다.
유도 모터의 회전자는 전기강판, 회전자 바, 엔드링으로 구성된다. 일반적인 유도기의 경우 회전자 바와 엔드링은 알류미늄 재질을 사용하기 때문에 알루미늄 다이캐스팅을 통해 회전자 바와 엔드링 일체형을 위해 회전자 바와 엔드링을 동시에 제작을 한다. 최근 유도 모터의 효율을 개선하기 위해 알루미늄 대신 저항율이 낮은 구리를 사용하려는 추세이다.
하지만, 알루미늄 대신 구리를 사용할 경우 동(Cu) 다이캐스팅으로 제작하는 것은 매우 어렵다. 그 이유는 알루미늄의 끊는 점은 700℃인 반면 구리의 끊는 점은 1300℃이기 때문이다. 동(구리) 다이캐스팅으로 유도 모터를 제작할 경우 고가의 다이캐스팅 장비가 필요하고, 동(구리) 다이캐스팅 만의 제작기술이 필요하기 때문에 국내/외 제작할 수 있는 곳이 매우 한정되어 있다.
이러한 문제 때문에 주로 동(구리) 회전자 바가 사용된다. 이 경우, 전기강판 형상에 맞는 동회전자 바를 제작하여 전기강판에 삽입후 상/하 동 회전자 바와 엔드링 부분을 브레이징을 통해 연결한다.
엔드링 형상을 환형(도넛) 형태로 하여 동 회전자 바와 연결하는 것이 가장 간단한 방법이나 친환경차량용 구동모터의 경우 고속으로 운전되는 모터이기 때문에 환형 엔드링을 적용할 경우 고속에서 엔드링이 이탈될 우려가 있다. 이러한 문제로 동 회전자 바 형상에 맞는 성(星)형 타입으로 엔드링을 제작하여 동회전자 바와 연결하는 방식이 주로 사용되었다.
이를 보여주는 도면이 도 1에 도시된다. 도 1의 (a)를 참조하면, 동 회전자 바(110)를 삽입하고 이 동회전자 바(110)의 상/하 부분에 성형 타입 엔드링(120)을 삽입한 후 브레이징을 통해 결합시킨다. 이러한 결합 구조를 보여주는 도면이 도 1의 (b)이다.
도 1의 (c)는 이러한 성형 타입 엔드링(120)의 구조를 보여주는 도면이다. 엔드링 형상을 성(星)형 타입으로 만들기 위해서는 와이어 컷팅으로 제작해야 하기 때문에 추가적인 시간 및 비용이 발생되었다.
부연하면, 이러한 구조는 고속운전 시 엔드링이 이탈되는 것을 방지하는 구조이나 성(星)형 타입 엔드링을 와이어 컷팅해야 하기 때문에 가공비가 비싸고 많은 가공시간이 필요하다. 즉, 양산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
물론, 다른 엔드링 구조로서는 엔드링을 사각 형상의 동조각들을 모아 형성하는 방식이었다. 부연하면, 다수의 사각 형상의 동조각들을 각각 동회전자 바 사이에 끼워 넣은 방식으로 엔드링과 동회전자 바를 결합시키는 방식이었다.
그러나, 이러한 엔드링 구조는 많은 수의 동조각을 동회전자 바 사이에 일일이 삽입해야 되므로 제작 시간이 길어지며, 엔드링 면적이 작아지는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 엔드링 면적의 감소로 인해 동손이 증가한다는 문제점이 있었다.
부연하면, 일반적으로 여러 동 회전자 바에서 흐르는 전류는 엔드링을 통해 다른 동 회전자 바로 흐르기 때문에 동 회전자 바 면적보다 동회전자 바 사이의 엔드링 면적이 커야한다. 하지만, 동 조각을 사용할 경우 동회전자 바 면적과 엔드링 면적이 동일할 수밖에 없기 때문에 동 회전자 바에 비해 엔드링에서 더 많은 열이 발생되고 효율이 떨어지는 결점이 있었다.
또한, 브레이징 이후 엔드링 부 안쪽 및 회전자 바깥쪽 모두 가공을 해줘야 하는 단점이 있었다.
또한, 동 회전자 바를 적용할 경우 알루미늄 대비 밀도가 3.3배이기 때문에 회전자 안전율 확보를 위해 동회전자 바의 개수가 많아지게 된다. 따라서, 회전자 동 회전자 바수가 68개일 경우, 동조각은 회전자 상/하 모두 필요하기 때문에 136개가 필요하며 136개의 동조각을 사람이 동 회전자 바 사이에 끼워야 하기 때문에 엄청난 시간이 소요되며 제작성에 많은 문제가 있었다.
1. 한국공개특허번호 제10-2009-0007050호 2. 한국공개특허번호 제10-2010-0087865호 3. 한국등록실용신안번호 제20-0243456호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 고가의 성(星)형 타입 엔드링을 사용하지 않고 회전자를 구성하는 유도 모터용 엔드링 및 이를 적용한 회전자를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 동조각 방식의 엔드링을 적용하더라도 동회전자 바를 적용한 유도 모터의 양산성을 향상시키는 유도 모터용 엔드링 및 이를 적용한 회전자를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 고가의 성(星)형 타입 엔드링을 사용하지 않고 회전자를 구성하는 유도 모터용 엔드링을 제공한다. 본 발명은, 회전축을 갖는 회전자 코어, 상기 회전자 코어에 상기 회전축의 반경 방향을 따라 결합되는 다수의 회전자 바, 및 상기 회전자 코어의 양단에 결합되어 상기 다수의 회전자 바를 고정하는 엔드링을 포함하며, 상기 엔드링은 삽입홈을 각각 갖는 "ㄷ"자 형상의 금속 재질의 다수의 조각이 반경 방향을 따라 상기 삽입홈이 외측을 향하도록 모여서 원형으로 형성되며, 상기 다수의 회전자 바는 상기 삽입홈과 이웃하는 조각들 사이에 각각 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 모터용 엔드링을 제공한다.
상기 유도 모터용 엔드링은,
유도 모터용 엔드링에 있어서,
상기 엔드링은 외측으로 삽입홈이 형성되며 각각 독립적인 다수의 조각으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 다수의 조각의 재질은 동(Cu)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 조각의 재질은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 조각은 "ㄷ"자 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 위에서 기술된 한 쌍의 유도 모터용 엔드링; 상기 다수의 조각의 삽입홈들에 결합되는 다수의 회전자 바; 및 상기 다수의 회전자 바와 결합되는 회전자 코어;를 포함하는 회전자를 제공한다.
이때, 상기 회전자 바의 재질은 구리(Cu)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회전자 바의 재질은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 조각은 회전자 바와 회전자 바 사이에 상기 삽입홈들이 안쪽 방향에서 회전자 바깥쪽 방향으로 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 엔드링과 다수의 회전자 바간의 접합은 브레이징을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전자 바에 삽입되기 쉬운 "ㄷ"자 형태의 동조각으로 엔드링을 구성함으로써 엔드링 면적을 늘릴 수 있기 때문에 2차측 동손을 저감시킬 수 있으며, 손실 저감에 따른 열발생이 감소하여 냉각 시스템의 부담을 줄여주므로 전체 시스템의 성능을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 동조각을 회전자 바 사이에 삽입하는 구조이므로 동조각의 갯수가 회전자 바의 갯수 만큼만 요구되므로 공정이 단순화되고 양산 시간이 단출될 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 고가의 성형 타입 엔드링을 적용하지 않기 때문에 생산 비용이 절감된다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 성형 타입 엔드링을 이용한 회전자 바와 엔드링의 결합 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엔드링의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 X-X'축으로 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엔드링(421,422)을 회전자 바(410)에 결합하는 조립도이다.
도 5는 도 4에 따라 회전자 바에 결합된 엔드링의 면적을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 엔드링 구조가 적용된 회전자의 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 유도 모터용 엔드링 및 이를 적용한 회전자를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엔드링의 사시도이다. 도 2를 참조하면, 엔드링(200)은 다수의 조각(210)이 모여서 형성된다. 물론 이들 다수의 조각(210)은 서로 연결되어 있는 것이 아니라 서로 간 독립적으로 별개이다. 또한, 이들 다수의 조각(210)이 조립되는 형상은 원형이 된다. 또한, 이들 다수의 조각(210)의 재질은 동(Cu)이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 알루미늄(Al)이 사용될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 X-X'축으로 절개한 단면도이다. 도 3을 참조하면, "ㄷ" 자 형상의 조각(210)에는 삽입홈(310)이 형성되며, 이 삽입홈(310)은 외측 방향으로 형성된다. 따라서, 상기 다수의 조각(210)에 형성되는 상기 삽입홈(310)들은 회전자 바와 회전자 바 사이에 안쪽 방향에서 회전자 바깥쪽 방향으로 결합되며, 이를 보여주는 도면이 도 5에 도시된다. 도 5에 대하여는 후술하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엔드링(421,422)을 회전자 바(410)에 결합하는 조립도이다. 도 4를 참조하면, 도 2 내지 도 3에 도시된 엔드링(200)이 한 쌍으로 구성되어 회전자 바(410)의 상하단과 결합된다. 즉, 제 1 엔드링(421)은 회전자 바(410)의 하단에 결합되고, 제 2 엔드링(422)은 회전자 바(410)의 상단에 결합된다. 물론, 회전자 바(410)도 다수의 개수가 되며, 재질은 동(Cu)이 주로 사용되나, 이에 한정되지는 않고 알루미늄(Al)이 사용될 수 있다.
일반적으로, 유도모터의 회전자(도 5에 도시되며, 후술하기로 한다)는 크게 회전자 코어(달리 전기강판으로도 불린다), 회전자 바(410), 엔드링(421,422)으로 구성된다.
따라서, 회전자 코어에 회전자 바(410)를 삽입하고 회전자 바(410)와 회전자 바 사이에 “ㄷ”자 형태의 조각(210)을 안쪽에서 회전자 바깥쪽으로 끼운 후 회전자 바깥쪽 부분에서 브레이징을 함으로써 회전자 바(410)와 엔드링(421,422)이 접합된다.
이와 같은 방식으로 회전자 상/하 부분에 동일한 작업을 통해 동회전자 바를 적용하면 유도모터의 회전자를 제작할 수 있다. 이러한 회전자를 보여주는 도면이 도 5에 도시된다. 특히 도 5는 도 4에 따라 회전자 바에 결합된 엔드링의 면적을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 회전자 바(410)의 내면에 회전자 코어(520)가 조립되고, 상단 부분에 조립된 엔드링(421)상에 엔드링 면적(500)을 볼 수 있다. 이 엔드링 면적(500)은 회전자 바의 길이(520)와 조각(210)의 내측 길이(520)의 합이 된다.
도 5에 도시된 회전자 바와 같이 “ㄷ”자 형태의 조각(210)은 회전자 바(410) 개수에 절반만 필요하기 때문에 조각을 끼우는데 걸리는 작업 시간이 줄어들어 생산성이 향상된다.
또한, 전류가 흐르는 엔드링 면적(500)을 회전자 바 면적보다 크게 할 수 있기 때문에 엔드링(421,422)에서의 전류밀도를 낮출 수 있어 열발생이 적고 효율을 개선된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 엔드링 구조가 적용된 회전자의 사시도이다. 유도모터 1차측 고정자(미도시)에 전기적으로 120도 위상차를 갖는 상 평형 전류가 인가되면 고정자에 권선이 기계적으로 120도 위상차를 가지고 권선되어 있기 때문에 회전자계가 발생된다.
이 회전자계를 회전자 바가 자속을 끊는, 즉 회전자계의 자속을 변화시키기 때문에 전압이 유도되고 “ㄷ”자 형태의 조각이 폐회로를 구성해 주기 때문에 전류가 흐르게 된다.
이 전류와 회전자계에 의해 회전자는 힘을 받아 회전하게 된다. 따라서 회전자에 폐회로를 구성해 주기 위한 “ㄷ”자 형태의 조각은 반드시 필요하다
200: 엔드링
210: 조각
310: 삽입홈
410: 회전자 바
421: 제 1 엔드링 422: 제 2 엔드링
500: 엔드링 면적
520: 회전자 코어

Claims (9)

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  5. 회전축을 갖는 회전자 코어;
    상기 회전자 코어에 상기 회전축의 반경 방향을 따라 결합되는 다수의 회전자 바; 및
    상기 회전자 코어의 양단에 결합되어 상기 다수의 회전자 바를 고정하는 엔드링을 포함하며,
    상기 엔드링은 삽입홈을 각각 갖는 "ㄷ"자 형상의 금속 재질의 다수의 조각이 반경 방향을 따라 상기 삽입홈이 외측을 향하도록 모여서 원형으로 형성되며, 상기 다수의 회전자 바는 상기 삽입홈과 이웃하는 조각들 사이에 각각 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 모터용 엔드링.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회전자 바의 재질은 구리(Cu)인 것을 특징으로 하는 회전자.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 회전자 바의 재질은 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 하는 회전자.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 조각은 회전자 바와 회전자 바 사이에 상기 삽입홈들이 안쪽 방향에서 회전자 바깥쪽 방향으로 결합되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 엔드링과 다수의 회전자 바간의 접합은 브레이징을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전자.
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