KR102285277B1 - 회전자 및 이를 갖는 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고정자와 회전자 간의 간극인 공극 크기 증가로 인한 제품의 부피 증가를 억제하면서 기동 특성을 개선할 수 있는 회전자 및 이를 갖는 전동기에 관한 것으로, 회전자 축과, 상기 회전자 축으로부터 연장되는 폴 캡(pole cap)과, 상기 폴 캡의 표면에 형성되는 복수의 홈을 가지고, 상기 복수의 홈 중 적어도 일부 홈의 깊이가 조정되어 기동 토크 및 기동 전류를 조절하는 홈부를 포함할 수 있다.

Description

회전자 및 이를 갖는 전동기{ROTATOR AND MOTOR HAVING THE SAME}

본 발명은 회전자 및 이를 갖는 전동기에 관한 것이다.

일반적으로, 회전기 중에는 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기와, 반대로 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 전동기가 있다.

이러한 회전기의 내부에는 고정자와 회전자가 설치되며, 고정자와 회전자 각각에는 유도전류 생성 또는 자기력 생성을 위한 코일이 구비된다. 일반적으로 코일은 코어에 권취된다.

한편, 상술한 전동기 중 동기 전동기는 고정자에(전기자) 분포권선이 배치되어 있고 기동시 교류전원이 인가되면 회전자계가 만들어지고 이 회전자계에 의해 회전자 폴 캡(pole cap) 또는 댐퍼(damper) 권선에 전류가 유기되고, 유기된 전류에 의해 자기력이 발생되어 고정자의 회전자계를 추종하려는 방향으로 토크가 발생되어 회전을 할 수 있는 전동기이다.

이러한 동기 전동기는 기동 특성 개선을 위해, 고정자와 회전자 간의 간극인 공극을 넓게하였으나, 이는 회전자 권선의 열손실을 증가시키는 문제점이 있으며, 고정자의 권선 턴수를 증가시켜 기동 특성을 개선시킬 수 있으나, 이 또한 고정자 권선의 열손실을 증가시키는 문제점이 있어 전동기 부피를 증가시킬 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0111680호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정자와 회전자 간의 간극인 공극에 의한 제품의 부피 증가를 억제하면서 기동 특성을 개선할 수 있는 회전자 및 이를 갖는 전동기가 제공된다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 및 전동기는 회전자 축과, 상기 회전자 축으로부터 연장되는 폴 캡(pole cap)과, 상기 폴 캡의 표면에 형성되는 복수의 홈을 가지고, 상기 복수의 홈 중 적어도 일부 홈의 깊이가 조정되어 기동 토크 및 기동 전류를 조절하는 홈부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정자와 회전자 간의 공극을 줄여, 회전자 권선의 열손실 증가를 억제하여 전동기 부피 증가를 억제하면서도, 기동 시 발생하는 토크 맥동을 억제하여 축의 비틀림을 최소화할 수 있는 효과가 있으며, 또한 고정자의 권선 턴수 증가에 의한 열손실 없이 기동전류를 억제할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전자의 부분 확대도이다.
도 5는 종래와 본 발명의 전동기의 특성을 나타내는 표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기(100)은 회전자(120)와, 회전자(120)가 회전 가능하게 삽입 설치되는 고정자(110)를 포함한다.

고정자(110)는 삽입부(111)에 형성된 고정자 철심(112)과, 고정자 철심(112)의 삽입부(111)의 내주면을 따라서 권선된 코일(S1)을 포함한다. 이때 삽입부(111)의 내경은 회전자(120)의 외경보다는 크게 형성되며, 삽입부(111)의 내경과 회전자(120)의 외경의 차이가 공극(d)을 형성한다. 고정자 철심(112)은 고정자의 가상축을 중심으로 돌출될 수 있고, 고정자 철심(112)의 끝단을 잇는 가상선에 삽입부(111)의 내주면을 형성할 수 있다.

코일(S1)에 교류 전원이 인가되면 고정자(110)의 구조로 인해 회전 자속을 발생시킨다.

회전자(120)는 고정자(110)의 삽입부(111)에 삽입되어 회전 가능하게 설치될 수 있으며, 회전자 축(121)과, 전자석(123)을 포함한다. 복수의 전자석(123)은 회전자 축(121)으로부터 연장되어 각각 N극과 S극을 형성한다. 여기서 복수의 전자석(123)이 형성하는 자극은 회전자 자극을 의미한다. 복수의 전자석(123) 끝단에는 폴캡(pole cap)(122)이 형성될 수 있고, 복수의 전자석(123)의 외주면에는 코일(S2)가 권선될 수 있다.

예를 들어, 회전축을 중심으로 4개의 전자석(123)이 배치되고, 한 쌍의 전자석(123a,123d)이 S극을 형성하고, 다른 한 쌍의 전자석(123b,123c)이 N극을 형성할 수 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 서로 다른 극성을 갖는 2개의 전자석이 배치될 수도 있고, 4개 이상의 짝수의 전자석이 회전자 축에 형성되거나, 이웃하는 복수의 전자석은 서로 다른 극성을 갖도록 회전자 축에 형성될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자의 사시도이다.

도 1과 함께, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자(120)는 기동시 맴돌이 전류(eddy cuurrent)에 의한 전류(A,B)가 표피효과에 의해 폴캡(122)과 전자석(123)의 표면(122a)으로 흐를 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자의 부분 확대도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자의 폴 캡(122)의 표면(122a)에는 홈부(124)가 형성될 수 있다.

홈부(124)는 일정 깊이(h)를 갖는 복수의 홈(124b)을 포함할 수 있으며, 복수의 홈(124b)의 깊이가 조정되어, 기동시 폴캡(122)의 표면(122a)에 표피효과에 의해 흐르는 전류를 방해하여 폴 캡(122)의 복수의 홈(124b)의 하부로 전류(C)가 흐르도록 할 수 있다.

이에 따라, 삽입부의 내경과 회전자의 외경의 차이인 공극을 줄여, 회전자 권선의 열손실 증가를 억제하면서도, 전류(C)의 위치를 고정자(110) 내경으로부터의 거리를 멀게 함으로서 공극이 큰 조건에서의 기동 특성을 확보할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전자의 부분 확대도이다.

도 4를 참조하면, 홈부(124)는 복수의 제1 및 제2 홈(124a, 124b)를 포함할 수 있다.

복수의 제1 홈(124a)은 일정 깊이(h1)를 갖도록 폴캡(122)의 표면(122a)에 형성될 수 있고, 폴캡(122)의 표면(122a)에 흐르는 전류의 표면 손실 저감을 위해 와전류(eddy current)를 억제할 수 있다.

복수의 제2 홈(124b)는 일정 깊이(h2)를 갖도록 폴캡(122)의 표면(122a)에 형성될 수 있고, 복수의 제2 홈(124b)의 깊이(h2)는 복수의 제1 홈(124a)의 깊이(h1)보다 더 깊게 형성될 수 있다. 복수의 제2 홈(124b)은 폴캡(122)의 표면(122a)에 흐르는 전류의 흐름을 방해하여 폴 캡(122)의 하부로 전류(C)가 흐르도록 할 수 있다.

복수의 제1 홈(124a)과 복수의 제2 홈(124b)은 서로 번갈아 폴캡(122)의 표면(122a)에 형성될 수 있다.

도 5는 종래와 본 발명의 전동기의 특성을 나타내는 표이다.

도 5를 참조하면, 종래 전동기의 공극이 32mm, 33mm로 형성되는 경우의 기동 토크와 기동 전류에 비교하여 본 발명의 전동기는 공극이 12.5mm로 형성되어 부피가 저감되어도, 기동 토크 및 기동 전류는 각각 110%, 530%로 충분히 확보할 수 있고, 토크 맥동은 65%로 저감시킬 수 있다. 이때의 본 발명의 전동기는 7MW급의 용량을 갖고, 4극의 회전자를 가지며, 회전수는 1800RPM으로 설정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고정자와 회전자 간의 공극을 줄여, 회전자 권선의 열손실 증가를 억제하면서도, 충분한 기동 토크와 기동 전류를 확보할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 전동기
110: 고정자
111: 삽입부
112: 고정자 철심
120: 회전자
121: 회전자 축
122: 폴캡
122a: 폴캡 표면
123: 영구 자석
124: 홈부
124a: 복수의 제1 홈
124b: 복수의 제2 홈

Claims (10)

1. 회전자 축;
   상기 회전자 축으로부터 연장되는 폴 캡(pole cap); 및
   상기 폴 캡의 표면에 상기 폴 캡의 폭 방향으로 형성되는 복수의 홈을 가지고, 상기 복수의 홈 중 적어도 일부 홈의 깊이가 조정되어 기동 토크 및 기동 전류를 조절하는 홈부를 포함하고,
   상기 홈부의 복수의 홈은
   각각 제1 깊이를 갖는 복수의 제1 홈을 구비하여 와전류(eddy current)를 억제하는 제1 홈 그룹; 및
   각각 상기 제1 깊이 보다 깊이가 깊은 제2 깊이를 갖는 복수의 제2 홈을 구비하여 표면 전류 흐름을 방해하는 제2 홈 그룹
   을 포함하는 회전자.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 홈 그룹의 복수의 제1 홈과 상기 제2 홈 그룹의 복수의 제2 홈은 각각 서로 번갈아 형성되는 회전자.
   
6. 삽입부를 갖는 고정자; 및
   상기 고정자의 삽입부에 삽입되어 회전하는 회전자 축, 상기 회전자 축으로부터 연장되는 폴 캡(pole cap)과, 상기 폴 캡의 표면에 상기 폴 캡의 폭 방향으로 형성되는 복수의 홈을 가지고, 상기 복수의 홈 중 적어도 일부 홈의 깊이가 조정되어 기동 토크 및 기동 전류를 조절하는 홈부를 갖는 회전자를 포함하고,
   상기 홈부의 복수의 홈은
   각각 제1 깊이를 갖는 복수의 제1 홈을 구비하여 와전류(eddy current)를 억제하는 제1 홈 그룹; 및
   각각 상기 제1 깊이 보다 깊이가 깊은 제2 깊이를 갖는 복수의 제2 홈을 구비하여 표면 전류 흐름을 방해하는 제2 홈 그룹
   을 포함하는 전동기.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 홈 그룹의 복수의 제1 홈과 상기 제2 홈 그룹의 복수의 제2 홈은 각각 서로 번갈아 형성되는 전동기.
    

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