KR20020007883A - 유도전동기의 고정자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도전동기 고정자의 구조에 대한 것으로서, 특히, 유효자기회로 단면적과 권선 효율이 향상되도록 고정자의 슬롯 구조를 변경하여 유도전동기의 회전력을 향상시킨 것이다.

이를 위해, 본 발명은 유도전동기의 고정자에 있어서, 상기 고정자는 양극을 이루도록 권선되는 코일의 최외각이 동일한 하나의 슬롯내에 위치되도록 면적이 증가된 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 고정자가 제공되도록 한 것이다.

Description

유도전동기의 고정자{stator of induction motor}

본 발명은 유도전동기에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 유도전동기 고정자의 슬롯 구조 개선에 대한 것이다.

일반적으로, 유도전동기는 고정자 또는 회전자중 어느 한쪽에 전류를 인가하여 다른 한 쪽은 전자기력에 의해 회전되도록 함으로써, 기계적인 동력을 발생시키는 장치이다.

유도전동기는 중공이 형성되고, 상기 내원주면에 일정한 간격으로 슬롯(11)이 형성된 고정자 코어(12)에 코일(2a,2b)을 권선하여 형성된다.

이와 같은 유도전동기의 고정자와 코일의 권선방법은 코일 권선 순서가 표시된 종래 고정자 코어의 단면도인 도 1과, 슬롯의 위치마다 권선되는 코일을 나타내는 예시도인 도 2에서 나타난다.

종래 고정자 코어(12)는 내원주면에 일정한 간격으로 동일한 면적으로 형성된 24개의 슬롯(11)을 구비하고, 각 슬롯에 권선되는 주 권선코일(2a)의 직경이 보조 권선코일(2b)의 직경보다 더 굵다.

임의적으로 번호가 부여된 상기 코어 슬롯(11)에 먼저 주 권선코일(2a,실선 표시)을 권선하되, N극(4)이 형성되도록 24번 슬롯(21a, 주권선 코일 입인)에 코일(2a)을 투입하여, 이와 대향되는 13번 슬롯을 통해 빼낸다.

그리고, 상기 13번 슬롯의 코일을 다시 24번 슬롯으로 이송시켜 13번 슬롯으로 빼내어 유도전동기의 요구 출력만큼 권선한 후, 23번 슬롯으로 투입하여 14번 슬롯으로 빼내 권선하고, 순차적으로 22번 슬롯과 15번 슬롯, 21번 슬롯과 16번 슬롯, 20번 슬롯과 17번 슬롯을 권선한다.

또, S극(5)이 형성되도록 N극을 권선한 코일을 1번 슬롯으로 투입하여, 1번 슬롯과 12번 슬롯, 2번과 11번 슬롯, 3번과 10번 슬롯, 4번과 9번 슬롯, 5번과 8번 슬롯을 요구출력만큼 권선하고,12번 슬롯(22a, 주권선 코일 배출)을 통해 외부로 빼낸다.

상기 고정자 코어에 권선된 코일의 공간적 위상차가 전동기 출력의 시간적 위상차로 나타나므로 상기 고정자(1)의 출력 전압이 시간적 위상차를 형성하도록 주 권선코일(2a)과 90。의 위상차로 보조 권선코일(2b)을 상기와 동일한 방법으로 권선 한다.

즉, 보조 권선코일(2b,점선으로 도시)이 N극을 형성하도록, 코일을 18번 슬롯(23b, 보조 권선코일 입인)에 투입하여 7번 슬롯으로 빼내어 권선하고,17번과 8번 슬롯, 16번과 9번 슬롯, 15번 슬롯과 10번 슬롯을 권선 한다.

그리고, 상기 코일을 S극(5)의 시작인 19번 슬롯으로 투입하여 6번 슬롯으로 코일(2b)을 빼내어, 20번 슬롯과 5번 슬롯, 21번 슬롯과 4번 슬롯을 차례로 권선한 후, 22번 슬롯과 3번 슬롯을 권선 하는 것을 마지막으로 5번 슬롯을 통해(24b, 보조 권선코일 배출) 보조 권선코일을 외부로 빼낸다.

이는 도 2에서 도시된 것과 같이, 차츰 슬롯간의 간격을 줄여가면서, 코일이 권선되고, 1번과 12번 슬롯, 2번과 10번 슬롯과 같은 양 슬롯간의 간격을 스팬(6)이라 칭한다.

이와 같은 방버버으로 코일이 권선된 종래 고정자에 전류가 인가되면, N극은반시계방향으로 자기장을 형성하고, S극은 시계방향으로 자기장을 형성하여, 상기 고정자의 자기력과 전기력에 의해 회전력이 발생된다.

그러나, 종래 유도전동기의 고정자(1)는 코일이 권선되는 슬롯과 슬롯간의 간격인 스팬(6)이 좁아서, N극과 S극 사이의 간격(3)이 넓다.

따라서, 서로를 밀어내는 힘인 두 극사이의 정전력은 두 전하의 곱에 비례하고, 두 전하사이의 거리에 반비례하기 때문에 두 극(N극, S극)사이의 정전력이 적고, 회전자를 회전시키는 회전력 또한 낮다.

그리고, 슬롯을 반반씩 나누어 극이 형성되도록 코일을 권선하기 때문에 권선효용도가 낮아, 많은 코일이 권선되지 못하기 때문에 회전력이 크게 발생되지 않는다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 유도전동기 고정자의 구조를 개선함으로써, 유효자기회로 단면적과 권선효율을 향상시키는 한편, 회전력이 향상되는 유도전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 코일 권선 순서가 표시된 종래 고정자 코어의 단면도

도 2는 코일이 권선된 슬롯을 나타내는 예시도

도 3은 본 발명에 따른 고정자 코어에 코일이 권선되는 순서를 나타내는 개략 단면도

도 4는 본 발명에 따른 고정자의 각 슬롯 위치에 코일이 권선된 형태를 나타내는 예시도

도 5는 종래와 본 발명의 유도전동기의 회전력을 대비한 그래프

<도면 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고정자 11 : 슬롯

2a, 2b : 코일 4 : N극

5 : S극 6 : 스팬

3 : 최외곽 코일간의 간격 12 : 코어

21a : 주권선 코일 입인 22a : 주권선 코일 배출

23b : 보조권선 코일 입인 24b : 보조 권선코일 배출

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유도전동기의 고정자에 있어서, 상기 고정자는 양극을 이루도록 권선되는 코일의 최외각이 동일한 하나의 슬롯내에 위치되도록 면적이 증가된 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 고정자가 제공되도록 한 것이다.

본 발명을 첨부도면에 따라 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 유도전동기의 고정자에 주권선 코일(2a, 실선 표기)과 보조 권선코일(2b, 점선 표기)이 고정자(1)의 슬롯(11)에 권선 되는 순서를 나타내는 개략적인 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고정자의 각 슬롯 위치에 코일이 권선된 형태를 나타내는 예시도이다.

유도전동기는 코일이 권선된 고정자에 전류를 인가시켜, 자기장과 전류의 상호작용에 의하여 상기 고정자의 내부에 설치되는 회전자를 회전시킴으로써, 기계적인 동력을 얻는 장치이다.

본 발명에 따른 일실시예로써, 고정자 코어(12)는 내주면에 일정한 간격(3)으로 24개의 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯중 90。의 위상차로 다른 슬롯보다 상대적으로 큰 단면적을 가지는 슬롯(11)이 구비된다.

상기 코어는 센서 감지에 의해 슬롯(11)의 위치가 조정되도록 임의적으로 번호가 부여되고, 지그에 의해 코일이 권선될 수 있도록 고정된다.

이 때, 반시계방향으로 임의로 부여된 번호에 의하면 1번, 7번, 13번 및 19번 슬롯의 단면적이 상대적으로 다른 슬롯에 비하여 더 넓다.

한편, 상기 고정자 코어에 권선되는 주 권선코일(2a)과 보조 권선코일(2b)은 서로 직경이 다르고, 직경의 차는 전기력의 차로 나타나므로, 직경이 작은 보조 권선코일의 전기력이 더 적다.

도 3에서 도시된 것과 같이, 실선으로 표시되는 주 권선코일(2a)을 1번 슬롯(21a,주 권선코일 입인)에 투입하여, 이와 대향되는 13번 슬롯을 통해 빼낸 후, 다시 1번 슬롯으로 이송시켜 13번 슬롯으로 빼내는 방식으로 유도전동기의 고정자를 권선한다.

이와 동일하게, 상기 코일을 24번 슬롯으로 투입하여 14번 슬롯으로 빼내어 권선하고, 다시 23번 슬롯과 15번 슬롯, 22번 슬롯과 16번 슬롯을 차례로 권선한 후, 마지막으로 21번과 17번 슬롯을 권선하여 N극(4)을 형성한다.

상기 주 권선코일(2a)을 다시 타슬롯보다 면적이 넓은 1번 슬롯으로 투입시켜, 17번 슬롯으로 빼내 타슬롯보다 권선하고, 차례로, 2번 슬롯과 16번 슬롯, 3번 슬롯과 15번 슬롯, 4번 슬롯과 14번 슬롯, 5번과 13번 슬롯을 권선하여 S극(5)을 형성한 후, 12번 슬롯(22a, 주 권선코일 배출)을 통해 외부로 빼낸다.

이에 따라, N극과 S극을 형성하는 주 권선코일의 최외각이 하나의 동일한 슬롯내에 위치되고, 이는 첨부도면에서 권선면적이 상대적으로 증가된 1번과 13번 슬롯으로 표시된다.

상기 코일(2a,2b)권선의 공간적 위상차가 전동기 출력의 시간적 위상차로 나타나기 때문에 상기 고정자(1)의 출력 전압이 시간적 위상차를 형성하도록 주 권선코일(2a)과 90。의 위상차로 보조 권선코일(2b)을 권선하여 유도전동기내의 공간적 위상차가 향상시킨다.

보조 권선코일(2b,점선 표기)이 N극(4)을 형성하도록 19번 슬롯(23b, 보조 권선코일 입인)으로 투입하여 7번 슬롯으로 빼내고, 차차 슬롯을 간격을 좁혀가도록, 18번 슬롯과 8번 슬롯, 17번과 9번 슬롯, 16번과 10번 슬롯을 권선한다.

N극과 대향되는 S극이 형성되도록, 상기 보조 권선코일(2b)을 다시 단면적이 넓은 19번 슬롯에 코일을 투입하여, 7번 슬롯으로 빼내어 다수번 권선하고, 차례로, 20번과 6번 슬롯, 21번과 5번 슬롯, 22번과 4번 슬롯을 권선한 후, 6번 슬롯(24b,보조 권선코일 배출)을 통해 외부로 빼낸다.

이에 따라, 보조 권선코일 또한 N극과 S극을 형성하는 최외각 코일이 17번 슬롯과 19번 슬롯내에 같이 권선된다.

상기와 같이 형성된 유도전동기의 코일을 통해 전류가 인가되면, 전류와 두 극사이에 발생되는 자기장에 의해 회전력이 발생되고, 상기 회전력은 권선된 코일의 90。의 위상차와 서로 다른 직경으로 인하여 효과적으로 회전자를 회전시키며, 이를 운전 토크라 한다.

도 4에 도시된 것은 슬롯에 권선된 코일(2)의 위치를 나타낸 것으로써, 코일의 최외곽이 모두 동일한 슬롯(1번, 13번, 7번, 19번)에 위치하기 때문에 반시계방향으로 작용되는 N극과 시계방향으로 작용되는 S극사이의 자기장이 나타나는 두 극 사이의 간격(3)이 좁아진다.

따라서, 1번과 13번 슬롯간의 거리로 표시되는 두 지점의 사이인 스팬(6)이 1번과 12번 슬롯간의 거리로 표시되는 종래 스팬보다 연장된다.

이로써, 극 사이의 간격(3)이 좁기 때문에 두 전하의 곱에 비례하고, 전하사이의 간격(3)의 제곱에 반비례하는 쿨롱의 법칙에 의한 두 극사이의 정전력은 향상된다.

본 발명에 따른 고정자와 이에 권선되는 코일 권선방법으로 구성된 유도전동기의 운전 토크는 도 5에서 도시된 그래프에서 종래의 유도전동기 운전 토크와 비교된다.

여기서, 좌표축 X는 전류의 세기를 나타내고, 좌표축 Y는 자기력을 나타낸다.

그래프의 아래쪽 선은 종래 방법으로 코일이 권선된 고정자(1)가 설치된 유도전동기의 회전력인 운전 토크를 나타내고, 위쪽선은 본 발명의 방법으로 코일이 권선되어 스팬(6)이 증가된 고정자(1)를 장착한 유도전동기의 운전 토크를 나타낸다.

즉, 고정자 코어 슬롯의 권선자로 단면적이 증가되고, 슬롯에 권선된 코일(2)의 권선 위치가 변화되어 스팬의 길이가 길어지기 때문에, 권선자로 증가하여 유도전동기의 회전력인 운전 토크가 향상된 것을 볼 수 있다.

그리고, 상기 최외곽코일(2)이 동시에 위치하는 슬롯의 단면적이 증가하므로 유효 자기회로 단면적이 증가하여 권선자로 증가되기 때문에 전류와 자기력에 의해 발생되는 회전력이 향상된 것이 도시된다.

이는 동일한 슬롯에 코일이 한 번 더 권선됨으로써, 동일한 고정자의 슬롯에 대하여 코일의 권선효율이 향상됨으로써, 유도전동기의 운전 토크가 향상된 것이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 최외각 코일이 함께 권선될 수 있도록 권선면적이 증가된 슬롯을 구비하기 때문에 코어의 권선자로가 증가되므로 유도전동기의 운전 토크가 향상된다.

또, 상기 특정 슬롯에 두 극을 형성하는 코일의 최외곽이 동일하게 슬롯내에위치되므로 두 극사이의 거리가 좁혀져, 두 극사이의 정전력이 증가되고, 회전력이 향상되므로 운전 토크가 향상된다.

그리고, 동일한 슬롯 내에 코일이 권선되기 때문에 코일의 권선효율이 향상되어, 회전 효율이 또한 향상된다.

Claims (3)

1. 유도전동기의 고정자에 있어서,

   상기 고정자는 양극을 이루도록 권선되는 코일의 최외각이 동일한 하나의 슬롯내에 위치되도록 면적이 증가된 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 고정자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정자는 상대적으로 타슬롯에 비하여 면적이 증가된 슬롯이 90。의 위상차로 형성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 고정자.
3. 코일이 상기 고정자 코어에 권선될 때, 양극을 이루는 코일의 최외각이 증가된 면적을 가진 하나의 슬롯에 권선되도록 하는 유도전동기 고정자의 코일 권선방법.