KR102297448B1 - 전기기기의 철심구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기기기의 고정자 및 회전자 중 적어도 하나에 설치되는 전기기기의 철심구조에 관한 것으로서, 철심의 형상을 유지하도록 지지하는 지지부와, 이 지지부에 결합되어 자속이 집중되되 지지부 보다 자속의 손실이 적은 치주위부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 전기기기의 철심을 지지부와 치주위부로 분리해서 결합하도록 구성하며 자속이 집중되는 치주위부에서 자속의 손실을 적게 함으로써, 저가격으로 전기기기의 전체 철심의 손실을 감소시키는 동시에 전기기기의 효율과 출력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

전기기기의 철심구조{IRON CORE STRUCTURE OF ELECTRIC MACHINERY}

본 발명은 전기기기의 철심구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기기기에서 자속이 통과하도록 고정자 또는 회전자에 설치되는 전기기기의 철심구조에 관한 것이다.

일반적으로, 전기기기는 전기에너지를 입력받아 기계에너지로 변환하는 전동기, 기계에너지를 입력받아 전기에너지로 변환하는 발전기 및 교류전압의 변환을 하는 변압기 등을 통칭한다.

전기기기 중 전동기는 전동모터라고 하며, 자기장 속에 도체를 직각으로 놓고 여기에 전류를 통하면 자기장에 직각방향으로 전자기적인 힘이 발생하는 전자유도현상을 응용한 동력수단이다.

이와 같은 전동기는 산업용 전동기 또는 고속 전동기 등이 있으며, 도 1에 나타낸 바와 같이, 프레임 내부에 원통형으로 고정 설치되고 코일을 감아 권선시킨 고정자(100)와, 이 고정자(100)의 안쪽 또는 바깥쪽에 위치하여 코일 주변에 형성되는 유도자기에 의해 회전하면서 동력을 전달하는 회전자(200)로 구분되어 있다.

종래의 전동기의 고정자(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이 고정자의 요크와 고정자의 치형이 하나의 철심(110)으로 이루어져 있고, 고정자의 치형 사이에는 코일(120)이 감겨져 있다.

즉, 고정자 요크의 내주면 상에 다수의 고정자 치형이 형성되며, 고정자 치형 사이의 슬롯에 코일(120)을 감아 권선시키는 구조이다. 이때, 고정자 요크와 고정자 치형은, 일체로 형성되며 하나의 재질로 구성되고, 일반적으로 무방향성 전기 강판을 이용하여 구성되어 있다.

또한, 회전자(200)는 도체봉(220)이 삽입된 하나의 철심(210)으로 이루어진다. 이때, 회전자(200)는 일체로 형성되며 하나의 재질로 구성되고, 일반적으로 무방향성 전기 강판을 이용하여 구성되어 있다.

그러나, 전동기의 효율향상을 위해서 철심 손실이 낮은 철심 재료를 사용할 경우 가격이 향상되어 실용화되기까지는 많은 어려움이 있다.

또한 종래의 전동기 철심의 슬롯에 권선할 경우 도체의 점적율이 치와 슬롯의 형상에 따라 한계가 있다는 문제점이 있었다.

종래의 전동기에 사용되는 철심은, 규소강판이나 기타 소재를 사용하여 얇은 철편을 구성하고 이것을 겹쳐 쌓은 적층된 철심에 권선을 감던지, 영구자석을 접착 또는 삽입하는 구조로 되어 있으며, 적층된 철심은 권선과 영구자석을 안정되게 고정시켜주는 기능과 자속의 통로 역할을 한다.

그러나, 이때 고정자 혹은 회전자 철심을 일체로 형성하면 철손(Eddy current loss)도 증가하여 전동기의 효율을 저하시키는 단점이 있었다.

또한, 종래의 전기기기의 철심구조는, 전동기 철심의 몸체부에 권선봉이 일체 성형되므로 인하여 코일의 권회시 복잡할 뿐만 아니라 그 권선시간이 너무 오래 걸려 제조상의 효율이 크게 떨어지는 문제점도 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0928554호 (2009년 11월 24일)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 자속이 많이 포화해서 손실이 많은 부분은 고가격의 저손실 재료를 사용하고 그 외의 부분은 저가격 철심재료를 사용하여 전기기기의 철심 전체에 대한 제조비용을 절감할 수 있는 전기기기의 철심구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 지지부와 치주위부 사이의 결합을 용이하게 하는 동시에 지지부와 치주위부 사이의 결합지지력을 향상시킬 수 있는 전기기기의 철심구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 지지부와 치주위부 사이의 결합부위에서 냉각성능을 향상시키는 동시에 전기기기의 발열을 감소시켜 전기기기의 효율과 출력을 향상시킬 수 있는 전기기기의 철심구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 치주위부에 자속을 집중시키는 동시에 치주위부의 지지강성을 향상시킬 수 있는 전기기기의 철심구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 권선의 점적율을 향상시킴에 따라 전기기기의 크기를 감소시켜 치주위부의 사이즈를 감소시키고 고가의 치주위부 설치비용을 절감할 수 있는 전기기기의 철심구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 치주위부의 지지강성을 향상시킬 수 있는 전기기기의 철심구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전기기기의 고정자 및 회전자 중 적어도 하나에 설치되는 전기기기의 철심구조로서, 철심의 형상을 유지하도록 지지하는 지지부(10); 및 상기 지지부(10)에 결합되어 자속이 집중되되 상기 지지부(10) 보다 자속의 손실이 적은 치주위부(20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 지지부(10)는 철재로 이루어지고, 상기 치주위부(20)는 철재 보다 자속의 손실이 적은 재료로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 지지부(10)와 상기 치주위부(20)는, 홈과 돌기의 끼워맞춤에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 지지부(10)와 상기 치주위부(20)는, 상기 홈과 돌기 사이의 결합부위에 냉각을 위한 이격공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 치주위부(20)에는 코일의 권취를 위한 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 슬롯은, 둘레가 개방된 개방형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 슬롯은, 둘레가 폐쇄된 폐쇄형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 치주위부(20)는, 상기 지지부(10)에 등간격으로 이격 설치되는 복수개의 치형으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 치형은 일부면이 서로 연장 형성되어, 이들 치형 사이에 형성된 슬롯은 둘레가 폐쇄된 폐쇄형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전기기기의 철심을 지지부와 치주위부로 분리해서 결합하도록 구성하며 자속이 집중되는 치주위부에서 자속의 손실을 적게 함으로써, 전기기기의 자속의 손실을 감소시키는 동시에 전기기기의 효율과 출력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 치주위부에만 지지부의 철재 철심 보다 자속의 손실이 적은 재료를 사용함으로써, 전기기기의 철심 전체에 대한 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 지지부와 치주위부가 홈과 돌기의 끼워맞춤에 의해 결합됨으로써, 지지부와 치주위부 사이의 결합을 용이하게 하는 동시에 지지부와 치주위부 사이의 결합지지력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 지지부와 치주위부 사이의 결합부위에 냉각공간을 형성함으로써, 지지부와 치주위부 사이의 결합부위에서 냉각성능을 향상시키는 동시에 전기기기의 발열을 감소시켜 전기기기의 효율과 출력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 치주위부에 코일을 권취하도록 둘레가 개방된 슬롯이나 둘레가 폐쇄된 슬롯을 형성함으로써, 치주위부에 자속을 집중시키는 동시에 치주위부의 지지강성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 치주위부로서 지지부에 이격 설치되는 복수개의 치형을 구비함으로써, 치주위부의 사이즈를 감소시켜 고가의 치주위부 설치비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 치주위부의 치형의 일부면을 서로 연장하여 연결시켜 치주위부에 슬롯의 둘레를 폐쇄형으로 구성함으로써, 치주위부의 지지강성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 종래의 전기기기의 철심구조를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 슬롯을 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 치주위부의 다른예를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 슬롯의 다른예를 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 다른 설치예를 나타내는 구성도.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 지지부와 치주위부 사이의 다양한 결합부위를 나타내는 구성도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조를 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 슬롯을 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 치주위부의 다른예를 나타내는 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 슬롯의 다른예를 나타내는 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 다른 설치예를 나타내는 구성도이고, 도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 지지부와 치주위부 사이의 다양한 결합부위를 나타내는 구성도이다.

도 2 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 전기기기의 철심구조는, 지지부(10)와 치주위부(20)를 포함하여 이루어져, 전기기기의 고정자(100) 및 회전자(200) 중 적어도 하나에 설치되는 전기기기의 철심구조이다.

본 실시예의 전기기기로는 회전형 전동기, 선형 전동기, 회전형 발전기 및 선형 발전기 등과 같이 철심을 사용하는 다양한 전기기기가 사용되는 것이 가능함은 물론이다

지지부(10)는, 철심의 형상을 유지하도록 지지하는 지지부재로서, 회전형 전동기 및 회전형 발전기의 원형상이나 선형 전동기 및 선형 발전기의 선형상의 철재로 제작된 철심으로 이루어지며, 지지편(11)과 결합홈(12)으로 이루어져 있다.

지지편(11)은, 회전형 전동기 및 회전형 발전기의 원형이나 선형 전동기 및 선형 발전기의 선형의 철재로 이루어진 철심부재로서, 이러한 지지편(11)은 단면이 원형이나 선형으로 형성된 복수매의 판부재가 적층되어 원형이나 선형의 성층철심을 구성하게 된다.

결합홈(12)은, 지지부(10)에 치주위부(20)를 결합시키기 위해 지지부(10)의 일면에 형성된 결합부위로서, 지지편(11)의 일방 측면에 오목하게 절취형성된 홈부위로 형성되어 여기에 치주위부(20)의 돌기부위가 끼워맞춤되어 결합된다.

치주위부(20)는, 지지부(10)의 둘레 전체면에 접촉하도록 결합되어 자속이 집중되되 지지부(10) 보다 자속의 손실이 적은 철심부재로서, 지지편(11)의 재료 보다 자속의 손실이 적은 재료로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

이러한 치주위부(20)는, 치(21)와 결합돌기(22)로 이루어지되, 지지부(10)에 홈과 돌기 사이의 끼워맞춤 결합에 의해 결합되는 철심부재로 이루어져, 고가의 치주위부 재료의 사이즈를 감소시켜 철심의 제작비용을 절감하는 동시에 자속의 손실을 감소시켜 전기기기의 효율과 출력을 향상시킬 수 있게 된다.

치(21)는, 회전형 전동기 및 회전형 발전기의 원형상이나 선형 전동기 및 선형 발전기의 선형상의 치주위부 재료로 이루어진 철심부재로서, 이러한 치(21)는 단면이 원형이나 선형으로 형성된 복수매의 판부재가 적층되어 원형이나 선형의 철심부재를 구성하게 된다.

또한, 치(21)는 지지편(11)의 철재 보다 자속의 손실이 적은 재료로 이루어져, 지지부(10)의 지지편(11) 보다 자속의 손실을 감소시켜 전기기기의 효율과 출력을 향상시킬 수 있게 된다.

결합돌기(22)는, 지지부(10)에 치주위부(20)를 결합시키기 위해 치주위부(20)의 일면에 형성된 결합부위로서, 치(21)의 일방 측면에 볼록하게 돌출형성된 돌기부위로 형성되어 지지부(10)의 홈부위에 끼워맞춤되어 결합된다.

이러한 결합돌기(22)는, 도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 쇄기형상의 결합돌기(22a), 쇄기와 "T"자의 복합형상의 결합돌기(22b), "T"자 형상의 결합돌기(22c) 등과 같이 다양한 형상으로 이루어지는 것도 가능함은 물론이다.

또한, 지지부(10)의 결합홈(12)과 치주위부(20)의 결합돌기(22) 사이의 결합부위에는, 말단이 절취된 "T"자 형상의 결합돌기(22d)가 형성되어 있거나, 도 10에 나타낸 바와 같이 결합홈 부위의 단부가 길이방향으로 연장형성되어 철심의 냉각을 위한 이격공간(23)이 형성되어 있는 것도 가능함은 물론이다.

또한, 치주위부(20)의 치(21)에는 코일의 권취를 위한 복수개의 슬롯(30)을 형성하도록 절취된 절취부위가 등간격으로 이격 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 슬롯(30)은, 도 2에 나타낸 바와 같이 둘레의 일부가 개방된 개방형상으로 이루어져 있거나, 도 3에 나타낸 바와 같이 둘레가 폐쇄된 폐쇄형상으로 이루어져 있는 것도 가능함은 물론이다.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 치주위부(20)는, 지지부(10)에 등간격으로 이격 설치되는 복수개의 치형으로 이루어져 있는 것도 가능함은 물론이다. 이러한 각각의 치주위부(20)의 치형 사이의 이격공간에는 코일의 권취를 위한 복수개의 슬롯(30)을 형성된다.

이러한 치주위부(20)는 도 5에 나타낸 바와 같이 치형의 일부면이 서로 연장 형성되므로, 이들 치주위부(20) 사이에 형성된 슬롯(30)은 둘레가 폐쇄된 폐쇄형상으로 이루어져 있는 것도 가능함은 물론이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 전기기기의 철심구조의 다른 설치예는, 지지부(10)와 치주위부(20)를 포함하여 이루어져, 전기기기의 회전자(200)에 설치되는 전기기기의 철심구조이다.

이와 같이 회전자(200)에 설치되는 지지부(10) 및 치주위부(20)는, 고정자(100)에 설치되는 지지부(10) 및 치주위부(20)와 동일한 형상으로 형성되며 지지부(10)와 치주위부(20)의 설치위치만 상이하므로, 구체적인 설명은 생략하고 상이한 구성에 대해서만 설명한다.

회전자(200)의 지지부(10)는 회전자(200)의 내곽부위에 설치되어 있고, 회전자(200)의 치주위부(20)는 회전자(200)의 외곽부위에 설치되어 있다. 이와 반대로 고정자(100)의 지지부(10)는 고정자(100)의 외곽부위에 설치되어 있고, 고정자(100)의 치주위부(20)는 고정자(100)의 내곽부위에 설치되어 있다.

또한, 회전자(200)의 치주위부(20)에는 알루미늄이나 구리로 제작된 막대형상의 철심봉(220)이 복수개 등간격으로 이격되어 삽입 설치되는 것도 가능함은 물론이다.

이와 같이, 본 실시예의 지지부(10)와 치주위부(20)는, 전기기기의 고정자(100)에만 설치되거나, 회전자(200)에만 설치되거나, 고정자(100)와 회전자(200) 모두에 각각 설치되어 있는 것도 가능함은 물론이다.

또한, 본 실시예의 지지부(10)와 치주위부(20)는, 회전형 전동기 및 회전형 발전기의 고정자(100)와 회전자(200) 중 적어도 하나에 설치되거나, 선형 전동기 및 발전기의 고정자(100)와 회전자(200) 중 적어도 하나에 설치되는 것도 가능함은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전기기기의 철심을 지지부와 치주위부로 분리해서 결합하도록 구성하며 자속이 집중되는 치주위부에서 자속의 손실을 적게 함으로써, 저가격으로 전기기기의 자속의 손실을 감소시키는 동시에 전기기기의 효율과 출력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 치주위부에만 지지부의 철재 철심 보다 자속의 손실이 적은 재료를 사용함으로써, 전기기기의 철심 전체에 대한 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 지지부와 치주위부가 홈과 돌기의 끼워맞춤에 의해 결합됨으로써, 지지부와 치주위부 사이의 결합을 용이하게 하는 동시에 지지부와 치주위부 사이의 결합지지력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 지지부와 치주위부 사이의 결합부위에 냉각공간을 형성함으로써, 지지부와 치주위부 사이의 결합부위에서 냉각성능을 향상시키는 동시에 전기기기의 발열을 감소시켜 전기기기의 효율과 출력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 치주위부에 코일을 권취하도록 둘레가 개방된 슬롯이나 둘레가 폐쇄된 슬롯을 형성함으로써, 치주위부에 자속을 집중시키는 동시에 치주위부의 지지강성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 치주위부로서 지지부에 이격 설치되는 복수개의 치형을 구비함으로써, 치주위부의 사이즈를 감소시켜 고가의 치주위부 설치비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 치주위부의 치형의 일부면을 서로 연장하여 연결시켜 치주위부에 슬롯의 둘레를 폐쇄형으로 구성함으로써, 치주위부의 지지강성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

10: 지지부 20: 치주위부
30: 슬롯

Claims (9)

1. 전기기기의 고정자(100) 및 회전자(200) 중 적어도 하나에 설치되는 전기기기의 철심구조로서,
   철심의 형상을 유지하도록 지지하는 지지부(10); 및
   상기 지지부(10)의 둘레 전체면에 접촉하도록 결합되어 자속이 집중되되 상기 지지부(10) 보다 자속의 손실이 적은 치주위부(20);를 포함하고,
   상기 지지부(10)는 성층철심으로 이루어지고, 상기 치주위부(20)는 성층철심 보다 자속의 손실이 적은 재료로 이루어져 있고,
   상기 치주위부(20)에는 코일의 권취를 위한 슬롯(30)이 형성되어 있고,
   상기 슬롯(30)은, 둘레가 개방된 개방형상으로 이루어져 있거나, 둘레가 폐쇄된 폐쇄형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전기기기의 철심구조.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지부와 상기 치주위부는, 홈과 돌기의 끼워맞춤에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전기기기의 철심구조.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 지지부와 상기 치주위부는, 상기 홈과 돌기 사이의 결합부위에 냉각을 위한 이격공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기기기의 철심구조.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 치주위부는, 상기 지지부에 등간격으로 이격 설치되는 복수개의 치형으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전기기기의 철심구조.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 치형은 일부면이 서로 연장 형성되어, 이들 치형 사이에 형성된 슬롯은 둘레가 폐쇄된 폐쇄형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전기기기의 철심구조.

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