KR200297580Y1 - 전동기용 계자 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전동기의 회전자나 고정자로 사용되는 전동기용 계자를 개시한다. 본 고안은 방사상으로 번갈아 형성되는 다수의 슬롯들과 돌극들을 갖는 다수의 얇은 강판들이 적층되어 구성되는 코어와, 코어의 슬롯들을 통하여 돌극들에 권선되는 다수의 코일들과, 돌극들의 말단을 제외한 코어의 표면 전체를 둘러싸도록 피복되는 절연체로 구성된다. 또한, 코어와 절연체는 인서트몰딩에 의하여 일체형으로 구성된다. 본 고안에 의하면, 다수의 강판들이 적층되어 구성되는 코어의 표면 전체에 절연체가 일체형으로 피복되어 절연특성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 절연체의 일체형 피복 구조에 의하여 코일의 손상 및 단선을 방지하여 권선할 수 있으며, 전류의 누설을 방지하여 효율을 향상시킬 수 있는 매우 실용적인 효과가 있다.

Description

전동기용 계자{FIELD MAGNET FOR ELECTRIC MOTOR}

본 고안은 전동기의 회전자나 고정자로 사용되는 전동기용 계자(界磁)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구조에 의하여 코어의 절연특성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전동기용 계자에 관한 것이다.

주지하고 있는 바와 같이, 공장자동화, 산업자동화 및 사무자동화 등 산업분야에 광범위하게 사용되고 있는 전동기는 매우 다양한 구조와 형태로 개발되어 있으며, 인가되는 전원의 종류에 따라 직류전동기와 교류전동기로 대별되고 있다. 전동기는 자기장 속에 자기장과 직각으로 도체를 배치하고, 도체에 전류를 인가하면 직각방향으로 전자기력이 발생되어 도체를 회전시키는 전자유도현상을 원리로 하고 있다.

일반적인 전동기의 구성을 일례로 살펴보면, 전동기의 계자는 코어(Core)와 이 코어에 설치되는 다수의 코일(Coil)들로 구성되어 있다. 코어는 다수의 슬롯 (Slot)들과 돌극(Salient pole)들이 방사상으로 형성되어 있는 다수의 강판(Steel plate)들을 적층하여 구성하고 있으며, 코일들은 코어의 슬롯들을 통하여 돌극들에 권선하고 있다.

이러한 계자는 고정자(Stator)와 이 고정자에 대하여 회전할 수 있도록 마련되는 회전자(Rotor)로 사용되고 있다. 고정자의 코일에 전류가 인가되면 고정자계가 형성되고, 회전자의 코일에 전류가 인가되면 회전자계가 형성되며, 두 자계들의 상호 작용에 의하여 회전자는 회전된다. 한편, 전동기의 고정자와 회전자 각각은 계자 대신에 전동기의 에너지 효율을 향상시키기 위하여 영구자석을 채택하고도 있다.

이와 같은 전동기의 계자에 있어서 코어와 코일들 사이의 절연이 반드시 필요하며, 코어는 그 상면과 하면에 에폭시수지(Epoxy resin) 등의 절연도료를 도포하여 절연하고 있다. 그런데 전동기의 코어와 코일들에는 코어와 코일들의 전기적인 손실로 고열이 발생되고 있기 때문에 절연도료의 도포에 의한 코어의 절연은 소형전동기에 적당하나, 대형전동기의 경우에는 고열에 의한 절연파괴가 수반되어 적용하기 곤란한 문제가 있다. 특히, 코어의 절연파괴는 단락을 수반하여 화재 등의 안전사고를 야기시키는 문제를 내포하고 있다. 따라서, 전동기의 계자는 절연물질의 종류에 따라 허용 온도가 규정되고 있는 실정이다.

또한, 코어의 강판들은 프레스가공에 의하여 제조하고 있기 때문에 강판들의 가장자리에 버(Burr)가 발생하는 바, 강판들의 에지(Edge)와 버에 의하여 코어의 슬롯들을 통하여 돌극들에 권선되는 코일들의 손상 및 단선이 발생하는 문제가 있다. 한편, 코어의 상면과 하면에 별도의 절연판을 접착제에 의하여 부착하여 절연하고도 있으나, 코어와 절연판 사이의 계면에 발생하는 미세한 공극(Air gap)을 통하여 전류가 누설되어 효율이 저하되는 문제가 있다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 코어의 표면 전체에 절연체가 일체형으로 피복되어 절연특성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 전동기용 계자를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 절연체의 일체형 피복 구조에 의하여 코일의 손상 및 단선을 방지하여 권선할 수 있는 전동기용 계자를 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 코어와 절연체의 일체형 피복 구조에 의하여 전류의 누설을 방지하여 효율을 향상시킬 수 있는 전동기용 계자를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 고안의 특징은, 방사상으로 번갈아 형성되는 다수의 슬롯들과 돌극들을 갖는 다수의 얇은 강판들이 적층되어 구성되는 코어와; 코어의 슬롯들을 통하여 돌극들에 권선되는 다수의 코일들과; 코어의 표면 전체를 둘러싸도록 피복되는 절연체로 이루어지는 전동기용 계자에 있다.

도 1은 본 고안에 따른 계자를 채용한 전동기의 구성을 일례로 나타낸 단면도,

도 2는 본 고안에 따른 계자의 구성을 나타낸 나타낸 사시도,

도 3은 본 고안에 따른 계자의 구성을 부분적으로 절제하여 나타낸 평면도,

도 4는 본 고안에 따른 계자의 구성을 부분적으로 절제하여 나타낸 사시도,

도 5는 본 고안에 따른 계자의 다른 예를 부분적으로 절제하여 나타낸 평면도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10, 110: 코어 11, 111: 강판

14, 114: 슬롯 15, 115: 돌극

20, 120: 절연체 30, 130: 코일

40, 140: 축 50, 150: 영구자석

이하, 본 고안에 따른 전동기용 계자에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 고안의 전동기용 계자는 코어(10)를 구비하며, 코어(10)는 다수의 얇은 강판(11)들, 예를 들어 자기적 특성과 저항율이 우수한 규소강판(Silicon steel plate)을 적층하여 구성한다. 강판(11)들은 원판형 베이스(12)를 가지며, 베이스(12)의 중앙에 구멍(13)이 형성되어 있다. 강판(11)들의 외측 가장자리에는 다수의 슬롯(14)들과 돌극(15)들이 방사상으로 번갈아 형성되어 있고, 슬롯(14)들과 돌극(15)들 각각은 서로 동일한 간격을 이루도록 형성되어 있다. 그리고 돌극(15)들의 말단에는 자계의 형성을 위한 돌극면(16)이 형성되어 있다.

도 2 내지 도 4를 모두 참조하면, 구멍(13)의 내면과 돌극(15)들의 돌극면 (16)을 제외한 코어(10)의 표면 전체, 즉 코어(10)의 최상측과 최하측에 배치되어 있는 강판(11)의 상면과 하면, 그리고 돌극(15)들의 외면을 둘러싸도록 절연체(20)가 피복되어 있다. 절연체(20)는 전기절연성과 내열성이 우수한 열경화성 플라스틱 (Thermosetting plastics)이나 기타의 절연재를 사용하여 코어(10)의 표면 전체를 둘러싸도록 피복하며, 절연체(20)의 피복은 잘 알려진 사출성형기를 이용하는 인서트몰딩(Insert molding)에 의하여 실시할 수 있다.

본 고안의 전동기용 계자에 있어서 코어(10)와 절연체(20)의 인서트몰딩에 대하여 살펴보면, 강판(11)들을 적층하여 구성한 코어(10)를 잘 알려진 금형의 캐버티(Cavity)에 안치한다. 이때, 코어(10)의 구멍(11)에는 유동성 절연재의 충전되지 못하도록 코어금형을 끼우고, 코어(10)의 돌극면(16)은 캐버티의 내면에 긴밀하게 밀착시킨다. 코어(10)의 상면과 하면, 그리고 돌극(15)들과 캐버티의 내면 사이에 절연체(20)의 두께 만큼 간격을 유지시켜 유동성 절연재가 충전될 수 있게 한다. 코어(10)가 안치되어 있는 금형의 캐버티에 유동성 절연재, 예를 들어 열경화성 플라스틱을 용융시켜 충전한다. 금형의 캐버티에 충전되는 유동성 절연재는 코어(10)의 표면 전체에 둘러싸면서 성형된다. 코어(10)와 절연재의 성형품을 금형의 캐버티로부터 취출한 후, 유동성 절연재를 경화시키면 코어(10)는 절연체(20)에 내장되는 일체형의 구조로 제조된다. 인서트몰딩에 의해서는 코어(10)와 절연체(20)와 일체형의 구조로 간편하게 제조할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 돌극(15)들의 말단을 제외한 코어(10)의 표면 전체를 둘러싸는 절연체(20)의 일체형 피복 구조에 의하여 코어(10)의 절연특성을 크게 향상시킬 수 있으며, 특히 열경화성 플라스틱을 소재로 이루어지는 절연체(20)는 고열에 강한 특성으로 절연파괴를 효과적으로 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 절연체(20)의 일체형 피복 구조에 의하여 코어(10)와 절연체(20) 사이의 공극을 없앨 수 있으므로, 공극을 통한 전류의 누설을 방지하여 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1을 참조하면, 코어(10)의 돌극(15)들에는 슬롯(14)들을 통하여 다수의 코일(30)들이 권선된다. 코일(30)들의 권선시 코어(10)의 표면 전체에 피복되어 있는 절연체(20)에 의하여 기존에 코일(30)들이 강판(11)들의 에지나 버에 접촉되어 손상 및 단선되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 코어(10)의 구멍(13)에는 축(40)이 결합되어 있고, 축(40)의 일측에는 코일(30)들과 연결되는 정류자(41)가 장착되어 있다. 코어(10)의 외측에 돌극면(16)과 일정한 공극을 유지할 수 있도록 고정자로 영구자석(50)이 장착되어 있으며, 영구자석(50)은 하우징(51)의 내측에 고착되어 있다. 축(40)은 잘 알려진 베어링에 의하여 하우징(51)의 양측에 지지되어 있다.

한편, 코어(10)의 코일(30)들에 정류자(41)를 통하여 전류가 인가되면, 코어 (10)의 자화에 의하여 돌극면(16)에는 자계가 형성된다. 코어(10)의 자계와 영구자석(50)의 자계가 상호 작용되는 것에 의하여 코어(10)는 축(40)을 중심으로 회전된다. 이 경우, 전동기에서 코어(10)는 회전자로 되며, 영구자석(50)은 고정자로 되고, 이것을 인너로터형(Inner rotor type) 전동기라 부르고 있다. 이와 반대로, 축(40)을 삭제한 코어(10)를 고정시키고, 코어(10)에 대하여 영구자석(50)이 고착되어 있는 하우징(51)이 회전할 수 있도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 코어(10)는 고정자로 되며, 영구자석(50)과 하우징(51)은 고정자로 되고, 이것을 아웃터로터형 (Outer rotor type) 전동기라 부르고 있다.

도 5에는 본 고안에 따른 계자의 다른 예가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 코어(110)를 구성하는 얇은 강판(111)들은 링(Ring: 112)을 가지며, 링(112)의 내측 가장자리에는 내측의 공간(112)을 향하여 다수의 슬롯(114)들과 돌극(115)들이 방사상으로 번갈아 형성되어 구성된다. 돌극(115)들의 말단에는 자계를 형성하기 위한 돌극면(116)이 형성되어 있다.

또한, 돌극(115)의 돌극면(116)을 제외한 코어(110)의 표면 전체는 앞에서 설명한 것과 마찬가지로 일체형으로 피복되어 있는 절연체(120)에 의하여 둘러싸여져 있다. 코어(110)의 돌극(115)들에는 슬롯(114)들을 통하여 다수의 코일(130)들이 권선되어 있고, 코어(110)의 내측에는 영구자석(150)이 일정한 공극을 유지할 수 있도록 배치되어 있다. 영구자석(150)은 축(140)을 중심으로 회전하는 하우징 (151)에 고착되어 있다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 코어(110)의 공간(122)에 회전자, 즉 영구자석(150)과 하우징(151)이 축(140)을 중심으로 회전할 수 있는 형태는 인너로터형 전동기의 대표적인 예이다. 코어(110)의 표면 전체가 절연체(120)에 의하여 완벽하게 피복되는 일체형 구조에 의해서는 앞에서 설명한 것과 마찬가지로 절연특성과 신뢰성의 향상, 코일의 손상 및 단선 방지, 그리고 전류의 누설을 효과적으로 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 실시예는 본 고안의 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 고안의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 등록청구범위내에서 적절하게 변경가능한 것이다. 예를 들어 본 고안의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 전동기용 계자에 의하면, 다수의 강판들이 적층되어 구성되는 코어의 표면 전체에 절연체가 일체형으로 피복되어 절연특성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 절연체의 일체형 피복 구조에 의하여 코일의 손상 및 단선을 방지하여 권선할 수 있으며, 전류의 누설을 방지하여 효율을 향상시킬 수 있는 매우 실용적인 효과가 있다.

Claims (2)

1. 방사상으로 번갈아 형성되는 다수의 슬롯들과 돌극들을 갖는 다수의 얇은 강판들이 적층되어 구성되는 코어와;

   상기 코어의 슬롯들을 통하여 상기 돌극들에 권선되는 다수의 코일들과;

   상기 돌극들의 말단을 제외한 상기 코어의 표면 전체를 둘러싸도록 피복되는 절연체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동기용 계자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코어와 상기 절연체는 인서트몰딩에 의하여 일체형으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기용 계자.