KR20010076182A - 고속회전용 농형 유도 전동기 - Google Patents

Abstract

회전자(10)는 회전자 코어(12)와 회전자 도체(14)를 포함하며, 회전자 코어(12)는 고투자율을 갖고 상대적으로 전기 전도율이 낮은 연자성 재료로 제조되며, 회전자 도체(14)는 저투자율을 갖고 상대적으로 전기 전도율이 높은 도전 재료로 제조된다. 또한, 상기 회전자 코어(12)와 회전자 도체(14)는 상호 일체로 성형되어 전체가 매끄럽고 균일한 원통면을 형성한다. 한편, 상기 고정자(20)는 축방향으로 적층된 복수의 고정자 판(22)과 고정자 권선(24)을 포함한다. 각각의 고정자 판은 내측 링부(22a)와 외측 링부(22b)가 폐쇄된 원형상이고, 그 사이를 관통하는 슬롯(23)이 구비되며, 상기 슬롯을 통해 고정자 권선이 수납된다.

Description

고속회전용 농형 유도 전동기{CAGE-TYPE INDUCTION MOTOR FOR HIGH ROTATIONAL SPEEDS}

본 발명은 고속회전에 적합한 고속회전용 농형 유도 전동기에 관한 것이다.

회전가능한 구리 원판을 마제(馬蹄)형 영구자석의 극사이에 위치시키고, 상기 자석을 일방향으로 회전시키면, 원판은 자석의 운동방향으로 회전하게 된다. 이러한 현상은 아라고(arago)의 원판이라 불리우며, 유도 전동기의 동작원리를 제공한다. 자석이 움직임에 따라, 원판에는 전류가 유도되며(플레밍의 오른손법칙), 상기 전류와 자석의 자속에 의해 회전력이 발생하여(플레밍의 왼손법칙), 원판은 자석의 운동방향과 동일한 방향으로 회전하게 된다.

다상 유도 전동기는 아라고의 원판에서의 영구자석의 운동을 다상교류에 의해 발생된 회전자계로 치환하고, 회전자계를 발생시키는 고정자와 회전하는 회전자를 포함한다. 아라고의 원판과는 달리, 자속의 방향이 회전자에 대해 수직하고 회전자의 유도전류의 방향이 회전축에 대해 평행하도록 배치된다. 따라서, 고정자와 회전자는 동축 원통이다.

상기 고정자는 다상전원으로부터 교류전력을 받아 회전자계를 발생시키고, 공극을 통한 유도작용으로 회전자의 2차 권선에 유도전류를 발생시키며, 상기 전류와 회전자계의 자속에 의해 회전력이 발생하고(플레밍의 왼손법칙), 회전자는 회전자계와 동일한 방향으로 회전하게 된다.

통상적으로, 고정자는 고정자 프레임내에 수용되는 고정자 철심과 고정자 권선을 포함한다. 고정자 철심은 철손을 경감시키기 위해 박판을 축방향으로 적층하여 제조하게 된다. 또한, 고정자 권선은 철심내의 슬롯에 위치되며, 다상전원과 접속하여 회전자계를 발생시킨다.

통상적으로, 회전자는 적층철심(회전자 코어) 및 회전자 권선을 포함한다. 회전자 권선은 철심내의 슬롯에 위치된다. 회전자는 농형 회전자와 권선형 회전자로 분류된다. 농형 회전자에서, 각각의 회전자 슬롯에는 구리막대가 내장되며, 구리막대의 양단은 단부링으로 결속된다.

농형 유도 전동기를 고속회전(예를 들어, 10만 rpm 이상)시킬 때, 예를 들어, 터보 압축기 등을 직접 회전구동시킬 때, 장치의 신뢰성을 높이고 장치를 소형화시키며 소비전력을 줄이기 위해서는 (1) 높은 주변속도를 견딜수 있는 강성구조, (2) 높은 효율 및 (3) 높은 역률이 필요하다.

종래의 농형 유도 전동기는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 일반적으로, 회전자 코어(1)에 적층강판이 사용되고, 도체(2)가 농형으로 형성되며, 고정자(3)의 치부(4a)가 반개구형이고, 공극이 작다(회전자 직경의 0.5 내지 1%).

그러나, 상기 구조의 농형 유도 전동기는, 주변속도의 제한이 크고, 국소적인 응력집중을 발생시키는 문제점이 있다. 특히, 고속회전으로 인한 원심력 때문에, 적층강판으로 이루어진 회전자 코어(1)의 중심부에 응력집중이 발생하게 되며, 회전자 코어의 파괴를 방지하기 위해 주변속도를 예를 들어, 200 내지 230m/s 정도로 억제할 필요가 있으며, 그 이상의 고속회전에는 적합하지 않다. 또한, 회전자 표면에 도체(2)의 일부가 돌출되기 때문에, 회전자 코어의 농형 박벽부(thin-wall portions)에 응력이 집중되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, "고속 유도 전동기의 농형 회전자"(특개평 06-253511호)와 "농형 유도 전동기용 괴상(solid) 회전자 및 그 제조방법"(특개평 10-127022호) 등은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 적층강판을 괴상화(일체화)하여 강도를 증대시키고 농형 막대가 보호되도록 한 구조의 회전자를 제안하였다.

그러나, 전술한 괴상 농형 회전자는 (1) 회전자 표면의 전기 전도율이 높고 회전자 표면에 와전류가 발생하며, (2) 표면의 와전류는 회전 토크에 기여하지 않으면서도 손실로 인해 효율을 저하시키고, (3) 와전류의 영향은 고정자 치단부의 자속분포가 불균일한 일부분에 집중되는 등의 문제점이 있다.

또한, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, "비동기 전동기와 그에 사용되는 회전자 및 고정자" (미국특허 제 5,473,211호)에는, 도 1c에 도시된 바와 같이, 도체를 회전자 표면에 연속적으로 배치하고, 회전자와의 공극을 크게 한 구조가 제안되어 있다. 특히, 상기 특허발명에는, 회전자 표면 전체를 고전도성 재료로 코팅한 일체구조로서 최대 100만 rpm의 고속회전이 가능하도록 하며, 회전자와 고정자 사이의 극간(공극)(δ)을 종래(회전자 직경의 0.5 내지 1%)보다 더 크게 설정함으로써, 상기 공극으로 인해 자속밀도분포의 고주파성분이 감소되고, 와전류손실이 감소되도록 한다.

그러나, 전술한 표면 연속 코팅형 회전자 구조에는, (1) 극간(6)(공극)(δ)이 크고 상기 회전자 표면이 고전도성 재료로 코팅되어 있기 때문에, 고정자 내면으로부터 회전자 코어의 자성체까지의 거리(표면 피막의 두께+ 공극)가 증가하여, 그 부분에서의 무효자속이 증가함으로써 역률이 저하되며, (2) 표면 도체의 전기 전도율이 균일하기 때문에, 파막 표면에 와전류가 발생하는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 (1) 회전자 구조를 일체화하여 국소적 응력집중을 제거함으로써 고속회전이 가능하며, (2) 회전자 표면에 발생하는 와전류를 저감시킴으로써 효율이 높고, (3) 고정자 내면으로부터 회전자 코어의 자성체까지의 거리를 단축시켜 그 사이의 무효자속을 저감시킴으로써, 역률이 향상될 수 있는 고속회전용 농형 유도 전동기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 회전자계를 발생시키는 고정자와 회전하는 회전자를 포함하는 농형 유도 전동기에 있어서, 상기 회전자(10)는 회전자 코어(12)와 회전자 도체(14)를 포함하며, 회전자 코어는 고투자율을 갖고 상대적으로 전기 전도율이 낮은 연자성 재료로 제조되며, 회전자 도체는 저투자율을 갖고 상대적으로 전기 전도율이 높은 도전 재료로 제조되며, 상기 회전자 코어(12)와 회전자 도체(14)는 상호 일체로 성형되어 전체가 매끄럽고 균일한 원통면을 형성하고, 상기 고정자(20)는 축방향으로 적층된 복수의 고정자 판(22)과 고정자 권선(24)을 포함하며, 각각의 고정자 판은 내측 링부(22a)와 외측 링부(22b)가 폐쇄된 원형상이고, 그 사이를 관통하는 슬롯(23)이 구비되며, 상기 슬롯을 통해 고정자 권선이 수납되는 것을 특징으로 하는 고속회전용 농형 유도 전동기를 제공한다.

전술한 본 발명의 구성에 따라, 회전자 코어(12)와 회전자 도체(14)는 상호 일체로 성형되고, 전체가 매끄럽고 균일한 원통면을 형성하기 때문에, 국소적인 응력집중이 없고, 원심력으로 인한 응력을 인장강도가 높은 회전자 코어에 원활하게전달할 수 있으며, 높은 주변속도에도 견딜수 있다.

또한, 축방향으로 적층된 고정자 판(22)의 내측 링부(22a)와 외측 링부(22b)가 폐쇄된 원형이고, 그 사이를 관통하는 슬롯(23)이 구비되며, 상기 슬롯을 통해 고정자 권선이 수납되기 때문에, 슬롯의 개구부가 없고, 내측 링부(22a)로부터 원주방향의 공극부에 발생하는 자속 밀도분포가 균일하여, 회전자 표면에 발생하는 와전류를 저감시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 슬롯(23) 사이로 반경방향으로 연장되어 내측 링부(22a)와 외측 링부(22b)를 연결하는 복수의 치부(22c)가 구비되고, 슬롯을 통해 치부에만 고정자 권선이 설치되며, 내측 링부(22a) 또는 외측 링부(22b)중 하나가 권선 설치후 다른 것과 결합된다.

이와 같은 구성에 따라, 내측 링부(22a) 또는 외측 링부(22b)중 하나를 분리한 상태에서, 슬롯을 통해 치부에만 고정자 권선이 설치되고, 권선 설치후 분리된 내측 링부(22a) 또는 외측 링부(22b)를 접합함으로써, 슬롯의 개구부가 없는 고정자를 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명의 기타 다른 목적과 유리한 특징은 첨부도면을 참조하여 하기된 설명으로부터 명료하게 알 수 있을 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 종래의 농형 유도 전동기의 고정자와 회전자의 개략도이고,

도 2는 본 발명의 고속회전용 농형 유도 전동기의 전체 단면도이며,

도 3a 내지 도 3c는 각각 도 2의 A-A, B-B, C-C 선을 따라 취한 단면도이고,

도 4a는 본 발명에 따른 고정자(22)와 자속밀도의 관계를 나타낸 도면이며, 도 4b 및 도 4c는 종래의 고정자(4)와 자속밀도의 관계를 나타낸 도면이고,

도 5a 및 도 5b는 해석에 사용된 종래예의 모델이며, 도 5c는 해석에 사용된 본 발명의 모델이고,

도 6a 내지 도 6c는 도체 코팅부의 전류밀도 해석결과이며,

도 7a 내지 도 7c는 회전자 코어부분의 전류밀도 해석결과이고,

도 8은 회전자부의 소비전력 해석결과이며,

도 9는 출력 토크의 해석결과이고,

도 10은 회전자 표면의 자속 밀도 분포의 해석결과이다.

농형 유도 전동기의 출력(P)은, P=mEIηcosα로 구한다. 여기서, m은 상의 수이고, E는 상전압이며, I는 상전류이고, η는 효율이며, cosα는 역율이다.

농형 유도 전동기를 고속회전(예를 들어, 10만 rpm 이상)시킬 때, 예를 들어, 터보 압축기 등을 직접 회전구동시키는 경우, 효율이 낮다면, 큰 입력(전류)이 필요하고, 구동장치(고속회전용 농형 유도 전동기)가 대형화될 뿐만 아니라 기계적 출력으로 변환되지 않은 일부가 전동기내에서 열로 사라지기 때문에, 다양한 문제점이 발생하게 된다. 또한, 역률이 낮다면, 전압과의 위상차가 있기 때문에, 유효한 입력이 되지 않는 부분, 전류를 크게 할 필요가 있으며, 더 큰 출력을 발생시키는 구동장치가 필요하다. 결과적으로, 농형 유도 저동기를 고속회전(예를 들어, 10만 rpm 이상)시킬 때, 터보 압축기 등을 직접 회전구동시키는 경우, 장치를 소형화하고, 소비전력을 작게하기 위해서는 고효율과 고역율이 필요하다.

또한, 농형 유도 전동기의 상전압(E)은 자속수(φ)와 주파수(f)에 비례한다. 또한, 자속수(φ)는 고정자 내경(Di)과 고정자 유효길이(Ls)에 비례한다. 따라서, 대형 터보 압축기 등을 직접 회전구동시키는 대출력(P)을 얻기 위해, 상전압(E), 즉 자속수(φ)를 크게 만들 필요가 있으며, 이를 위해, 고정자 내경(Di)과 고정자 유효길이(Ls)를 크게 만들 필요가 있다. 그러나, 고정자 유효길이(Ls)가 너무 길면 위험속도가 낮아지고, 고속회전이 곤란하다. 즉, 전동기의 안전성을 위해, 고정자 의 유효길이(Ls)를 짧게 하여 강성을 높이고, 사용할 고속회전보다 위험속도를 더 크게 만들 필요가 있다. 그 결과, 이에 비례하여 상기 고정자의 내경(Di)은 커지고, 주변속도도 상응하여 커짐으로써, 이를 견딜 수 있는 강성 구조가 필요하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 고속회전용 농형 유도 전동기의 전체 단면도이고, 도 3a 내지 도 3c는 각각 도 2의 A-A, B-B, C-C 선을 따라 취한 단면도이다.

도 2, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고속회전용 농형 유도 전동기는 회전자계를 발생시키는 고정자(20)와, 회전하는 회전자(10)를 포함한다. 고정자(20)와 회전자(10)는 동축으로 구성되며, 그 축심을 중심으로 회전자(10)는 도시되지 않은 베어링에 의해 양단이 지지된다. 고정자(20)는 다상전원으로부터 교류전원을 받아 축심을 중심으로 회전자계를 발생시키며, 공극을 통한 유도작용으로 회전자(10)의 2차 권선(하기된 봉상(棒狀) 도체(14b))에 유도전류를 발생시키고, 그 전류와 회전자계의 자속에 의해 회전력(플레밍의 왼손법칙)이 발생하며, 회전자계와 동일한 방향으로 회전자(10)가 회전하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 고정자(20)는 고정자 틀(미도시)내에 수용된 복수의 고정자 판(22)과 고정자 권선(24)을 포함한다. 고정자 판(22)은 철손을 경감시키기 위해 전자강판을 축방향으로 적층한 물품을 사용한다. 고정자 판(22)은 고정자 내경에 개구부를 갖지 않으며, 슬롯부분의 두께가 중심쪽으로 갈수록 얇아진다.

즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 각각의 고정자 판(22)은 내측 링부(22a), 외측 링부(22b) 및 복수(본 실시예에서는 12개)의 치부(22c)를 포함한다. 내측 링부(22a)와 외측 링부(22b)는 각각 내주연과 외주연이 폐쇄된 원형이며, 그 사이를 관통하는 복수(본 실시예에서는 12개)의 슬롯(23)이 형성된다.

또한, 각각의 치부(22c)는 인접한 슬롯(23) 사이를 반경방향으로 연장하여, 그 내측 단부가 내측 링부(22a)에 접속하고, 외측 단부는 외측 링부(22b)에 접속하여, 양자를 전기적으로 접속하게 된다.

고정자 권선(24)은 슬롯(23)을 통해 설치된다. 즉, 예를 들어, 내측링부(22a)와 외측 링부(22b)중 하나를 먼저 분리하여 제작하고, 슬롯(23)을 통해 치부(22c)에만 고정자 권선(24)을 설치하며, 권선 설치 후, 내측 링부(22a)와 외측 링부(22b)를 용접 등으로 접합하게 된다.

고정자 권선(24)은 동선(마그네틱 와이어) 또는 리쯔선으로 구성된다. 상기 고정자 권선(24)은 종래의 농형 유도 전동기와 동일하게 외부의 다상전원과 접속하여 회전자계를 발생시키게 된다.

또한, 고정자(20)와 회전자(10)의 극간(δ)(6)은 회전자 표면을 냉각시키는 공기가 흐를 수 있도록 하는 정도의 최소한도이며, 적어도 종래(회전자 직경의 0.5 내지 1%)와 동일하거나 그 이하로 설정된다.

이러한 구조에 의해, 공극(δ)(6)을 최소화할 수 있어서, 공극부의 자기저항이 감소됨과 아울러 기자력이 감소되기 때문에, 무효전류가 감소하고 역률의 향상을 기대할 수 있다.

도 2, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고속회전용 농형 유도 전동기의 회전자(10)는 회전자 코어(12)와, 회전자 도체(14)를 포함한다. 회전자 코어(12)는 고투자율을 갖고 상대적으로 전기 전도율이 낮은 연자성 재료, 예를 들어, 인장강도가 높은 크롬-몰리브덴강으로 제조된다. 또한, 회전자 도체(14)는 저투자율을 갖고 상대적으로 전기 전도율이 높은 도전 재료, 예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 제조된다.

회전자 코어(12)와 회전자 도체(14)는, 예를 들어, HIP장치(고온 등압압축 성형장치)에 의해 강고하게 접합되며, 상호 일체로 성형되어 전체가 매끄러운 원통면을 형성하게 된다.

그러나, 도 3b 및 도 3c의 실시예에서, 회전자 도체(14)는 고정자 외측의 링형상의 회전자 코어를 둘러싼 원통상의 1쌍의 단부링(14a)과, 단부링부(14a) 사이를 원주방향으로 격리하여 연결하는 복수의 봉상 도체(14b)를 포함한다. 단부링부(14a)는 복수의 봉상 도체(14b)의 양단부에 접속 설치된다. 또한, 단부링부(14a)의 축방향 길이(깊이)는 봉상 도체(14b)보다 크게 설정된다. 상기 단부링부(14a)는 종래의 농형 회전자의 단락환(short circuit rings)과 동일하게 기능한다.

그러나, 본 발명은 전술한 구성에 한정되지 아니하며, 도 1b 또는 도 1c에 도시된 구성도 사용될 수 있다.

전술한 본 발명의 구성에 따르면, 회전자 코어(12)와 회전자 도체(14)가 상호 일체로 성형되고, 전체가 매끄러운 원통면을 형성하기 때문에, 국소적인 응력집중이 없고, 원심력으로 인한 응력을 인장강도가 높은 회전자 코어에 원활하게 전달할 수 있으며, 높은 주변속도에도 견딜수 있다.

즉, 회전자 코어(12)와 회전자 도체(14)가 HIP장치 등으로 강고하게 접합되기 때문에, 원심력으로 인한 응력이 회전자 코어의 중심부에 집중되어, 높은 주변속도에도 견딜수 있다. 또한, 돌극부가 설치된 회전자는 효율 및 역률을 개선하는 효과를 기대할 수 있다.

도 4a는 본 발명에 따른 고정자(22)와 자속밀도의 관계를 나타낸 도면이다. 도 4b와 도 4c는 종래의 고정자(4)와 자속밀도의 관계를 나타낸 도면이다. 그러나,각각의 고정자는 회전자(10)(1)를 단절되지 않고 둘러싼 연속구조이나, 각 도면은 그 상부만을 도시한 것이다.

전술한 본 발명의 고정자(22)(고정자 판)은 고정자 내경에 개구부를 갖지 않으며, 슬롯부분의 두께가 중심쪽으로 갈수록 얇아진다. 이하, 그 구조를 무개구 슬롯이라 한다. 반면에, 도 4b는 반개구 슬롯, 도 4c는 전개구 슬롯을 나타내며, 슬롯의 내측단부가 개방되어 있다.

도 4a 내지 도 4c에서, 각 도면 아래의 그래프는 회전자 표면의 자속밀도를 개략적으로 도시한 것이다. 개구부가 구비된 고정자(도 4b 및 도 4c)에 있어서, (1) 고정자의 치부(4a)로부터 나온 자속(7)은 공극부분에서 불균일하고 조밀한 형상이며, (2) 공극을 짧게 할 경우, 회전자 표면의 자속분포의 불균일성이 증가하여 와전류가 증가하게 되고, (3) 공극을 길게 할 경우, 회전자 표면의 자속분포의 불균일성이 감소하여 와전류는 감소하나 역율은 저하된다. 따라서, 개구부가 구비된 고정자(도 4b 및 도 4c)에 있어서, 소밀한 자속분포 때문에, 와전류의 증가 또는 역률의 저하를 피할 수 없음을 알 수 있다.

역으로, 개구부가 없는 본 발명의 고정자(도 4a)에 있어서, 고정자(22)의 치부(22c)로부터 나온 자속(7)은 내측 링부(22a)의 존재로 인하여 공극부분에서 균일한 상태이다. 따라서, 공극을 짧게 하여도, 회전자 표면의 자속분포가 균일하여 와전류손실이 감소함과 아울러 역률도 높다.

즉, 본 발명에 따른 극간(δ)(6)은 회전자 표면을 냉각시키는 공기가 흐를 수 있도록 하는 정도의 최소한도이며, 적어도 종래(회전자 직경의 0.5 내지 1%)와동일하거나 그 이하로 설정되지만, 공극을 짧게 하여도 고정자 내경에 개구부가 없기 때문에, 자속분포가 균일하며 회전자 표면에 발생하는 와전류가 저감되고 효율의 향상을 기대할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 5a 및 도 5b는 해석에 사용된 종래예의 모델이고, 도 5c는 해석에 사용된 본 발명의 모델이다. 도 5a는 도 1c에 도시된 미국특허 제 5,473,211호(이하, HST특허라 함)의 예이며, 도 5b는 HST 특허보다 공극이 작은 모델이고, 도 5c는 도 5b와 공극이 동일한 본 발명의 모델이다.

도 6a 내지 도 6c는 도체 코팅부의 전류밀도 해석결과이며, 각각 도 5a 내지 도 5c에 대응한다. 상기 도면으로부터, HST특허보다 공극이 작은 모델(도 5b)은 전류밀도가 부분적으로 비정상적으로 강하여 와전류 손실이 증대되는 것을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 모델(도 5c)은 공극이 동일하면서도 도 6a와 동일한 정도의 대체로 균일한 전류밀도를 제공함으로 알 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 회전자 코어부분의 전류밀도 해석결과이며, 각각 도 5a 내지 도 5c에 대응한다. 상기 도면으로부터, 회전자 코어부분의 전류밀도는 도 7a 내지 도 7c과 대체로 동일하며, 회전자 코어부분의 전류밀도 차이가 작다는 것을 알 수 있다.

도 8은 회전자부의 소비전력 해석결과이다. 이 해석은 75㎾-104,000 rpm 모델에서 슬립 0.01로 실시하였다. 도면에서 횡축은 단계의 수이고, 종축은 소비전력이다. 또한, 도면에서 A, B, C는 도 5a, 도 5b, 도 5c에 대응하는 도체 코팅부의소비전력이며, a, b, c는 도 5a, 도 5b, 도 5c에 대응하는 회전자 코어부분의 소비전력이다.

상기 도면으로부터, 회전자 코어부분의 소비전력이 비정상적으로 작다는 것을 알 수 있다. 또한, HST 특허보다 공극이 작은 모델(도 5b)은 소비전력이 크다는 것을 알 수 있다. 반면에, 도 5a와 도 5c의 모델은 소비전력(A)(C)이 유사하며, 소비전력이 작다는 것을 알 수 있다. 특히, 상기 예에서 본 발명의 소비전력(C)이 가장 작은 수치를 보인다.

도 9는 출력 토크의 해석결과이다. 이 해석도 75㎾-104,000 rpm 모델에서 슬립 0.01로 실시하였다. 도면에서 횡축은 단계의 수이고, 종축은 출력 토크이다. 또한, 도면에서 A, B, C는 도 5a, 도 5b, 도 5c에 대응한다.

상기 도면으로부터, 도 5a의 출력 토크(A)는 공극이 커서 출력토크가 가장 작고, 도 5b의 출력 토크(B)는 출력 토크(A)보다 출력 토크가 크다는 것을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 출력 토크(C)가 가장 크다.

도 10은 회전자 표면의 자속 밀도 분포의 해석결과이다. 이 해석은 75㎾-104,000 rpm 모델의 제 1 단계에서 실시하였다. 도면에서 횡축은 각도이고, 종축은 자속밀도이다. 또한, 도면에서 A, B, C는 도 5a, 도 5b, 도 5c에 대응하고, D는 사인곡선을 나타낸다.

상기 도면으로부터, 도 5a의 자속밀도분포(A)는 공극이 커서 사인곡선(D)으로부터 크게 벗어남을 알 수 있다. 도 5b의 자속밀도분포(B)는 사인곡선(D)에 가깝지만 요철이 크다. 그러나, 본 발명의 자속밀도분포(C)는 사인곡선(D)에 가장 가까우며, 공극이 작음에도 불구하고 원활한 자속분포를 제공한다.

그러나, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명에 포함된 권리범위는 이 실시예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 반대로, 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구범위에 포함된 모든 개량, 수정 및 균등물을 포함한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 고속회전용 농형 유도 전동기는 (1) 회전자 구조를 일체화하여 국소적 응력집중을 제거함으로써 고속회전이 가능하며, (2) 회전자 표면에 발생하는 와전류를 저감시킴으로써 효율을 높일 수 있고, (3) 고정자 내면으로부터 회전자 코어의 자성체까지의 거리를 단축시켜 그 사이의 무효자속을 저감시킴으로써, 역률이 향상될 수 있는 등의 우수한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 회전자계를 발생시키는 고정자와 회전하는 회전자를 포함하는 농형 유도 전동기에 있어서,

   상기 회전자(10)는 회전자 코어(12)와 회전자 도체(14)를 포함하며, 회전자 코어는 고투자율을 갖고 상대적으로 전기 전도율이 낮은 연자성 재료로 제조되며, 회전자 도체는 저투자율을 갖고 상대적으로 전기 전도율이 높은 도전 재료로 제조되며, 상기 회전자 코어(12)와 회전자 도체(14)는 상호 일체로 성형되어 전체가 매끄럽고 균일한 원통면을 형성하고,

   상기 고정자(20)는 축방향으로 적층된 복수의 고정자 판(22)과 고정자 권선(24)을 포함하며, 각각의 고정자 판은 내측 링부(22a)와 외측 링부(22b)가 폐쇄된 원형상이고, 그 사이를 관통하는 슬롯(23)이 구비되며, 상기 슬롯을 통해 고정자 권선이 수납되는 것을 특징으로 하는 고속회전용 농형 유도 전동기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 슬롯(23) 사이로 반경방향으로 연장되어 내측 링부(22a)와 외측 링부(22b)를 연결하는 복수의 치부(22c)가 구비되고, 슬롯을 통해 치부에만 고정자 권선이 설치되며, 내측 링부(22a) 또는 외측 링부(22b)중 하나가 권선 설치후 다른 것과 결합되는 것을 특징으로 하는 고속회전용 농형 유도 전동기.