KR20030063897A - 유도전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정자에 권선되는 코일 중 전동기의 성능과 무관한 다량의 엔드턴(end-turn)을 절감함으로써 고정자 동손을 줄여 효율을 높일 수 있는 유도전동기에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 코일(120)이 고정자 철심(110)의 내주연측에 축에 수직한 원주방향으로 권선되어 축과 평행한 방향으로 자계가 형성되는 고정자(100)와, 상기 고정자와 동심원을 이루는 회전자 철심(210)에 다수의 회전자 도체(220)가 고정자 철심의 내주연으로부터 소정의 공극을 유지하면서 축과 수직한 반경방향으로 구비되어 상기 코일의 축방향 자속에 의해 회전자 도체에 전류가 유기되어 회전하는 회전자(200)를 포함하는 유도전동기를 제공한다.

Description

유도전동기{induction motor}

본 발명은 유도전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고정자에 권선되는 코일 중 전동기의 성능과 무관한 다량의 엔드턴(end-turn)을 절감함으로써 고정자동손을 줄여 효율을 높일 수 있는 유도전동기에 관한 것이다.

일반적으로, 전동기라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전동력을 얻는 기계로서, 크게 교류전동기와 직류전동기로 대별되며 그 중에서도 유도전동기는 교류전동기의 일종이다.

이러한 유도전동기는 전원에 접속된 1차 권선의 전자유도로 2차 권선에 전류가 유기되며, 2차 권선에 유기된 전류와 회전자계의 상호작용으로 회전 토오크를 얻는 대표적인 교류전동기의 일종이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한 유도전동기의 구조를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 일반적인 유도전동기의 구조를 개략적으로 도시한 단면도로서, 상기 유도전동기는 고정자(10)와, 상기 고정자와 동심원을 이루며 고정자의 내주연에 소정의 공극(a)을 유지하는 회전자(20)와, 상기 회전자의 중심부에 압입되어 회전자의 회전력을 종동축에 전달하는 샤프트(30)로 크게 구성된다.

상기 고정자(10)는 교류전원을 인가받아 회전자계를 형성하는 코일(15)과, 회전자계에 의해 발생된 자속의 통로를 형성하는 자성체의 고정자 철심(11)으로 이루어진다. 이 때, 상기 고정자 철심(11)은 내주연에 다수의 고정자 슬롯(13)이 방사형으로 형성되는 원형의 규소강판(11a)을 상기 고정자 슬롯이 축방향을 따라 연속되도록 다수개 적층하여 구성되며, 상기 고정자 슬롯(13)을 통해 코일(15)이 다양한 방법으로 권선된다. 이 때, 상기 코일(15)은 축방향과 나란한 고정자 슬롯(13)에 의해 축방향과 평행하게 권선되며, 권선되는 방법은 분포권, 집중권,동심권 등 여러 방법이 있다.

상기 회전자(20)는 코일(15)에 의해 유기된 전류와 자속의 상호작용에 의해 토오크를 발생시키는 회전자 도체(25)와, 자속의 통로를 형성하는 자성체의 회전자 철심(21)으로 이루어진다. 이 때, 상기 회전자 철심(21)은 외주연측에 다수의 회전자 슬롯(23)이 소정이 간격을 두고 방사형으로 형성되는 원형의 규소강판(21a)을 상기 회전자 슬롯이 축방향을 따라 연속되도록 다수개 적층하여 구성되며, 상기 회전자 슬롯(23)에 전도성이 높은 알루미늄이나 구리와 같은 금속이 삽입되어 회전자 도체(25)를 형성하게 된다. 따라서, 상기 회전자 도체(25) 역시 코일(15)과 마찬가지로 축방향과 나란한 회전자 슬롯(23)에 의해 축방향과 평행하게 구비된다. 또한, 상기 회전자 도체(25)의 양단에 회전자 도체를 서로 연결하여 하나의 회로를 구성하는 엔드링(27)이 각각 구비된다. 이 때, 상기 회전자 도체(25)와 엔드링(27)은 일반적으로 다이캐스팅 공법이 가능한 알루미늄이 많이 적용된다.

이와 같이 구성된 유도전동기의 작용을 개략적으로 설명하면, 상기 코일(15)에 교류전원이 인가되면서 축에 수직한 방향으로 자계가 발생하여 상기 고정자 철심(11)을 통해 자속이 회전하게 되고, 이러한 회전 자속이 공극(a)을 통해 회전자 도체(25)와 쇄교함으로써 상기 회전자 도체(25)에 전류를 유기하게 된다. 이 때, 상기 회전자 도체(25)에 유기된 전류는 자속과 함께 플레밍의 왼손법칙에 따라 토오크를 발생하게 된다. 즉, 전술한 기존의 유도전동기는 대부분 축에 수직한 방향의 자속으로부터 회전자 도체(25)에 전류가 유기되는 반경방향 자속형(radial flux type) 유도전동기이다.

그런데, 전술한 바와 같은 유도전동기는 상기 고정자에 권선되는 코일(15) 중 유효 자속을 생성하지 않는 부분이 상당히 존재하게 되었다. 즉, 상기 코일 중 고정자 철심(11)의 양단부에는 고정자 슬롯간의 코일(15)을 서로 연결함으로써 하나의 회로를 이루는 엔드턴(end-turn,15a)이 형성되는데, 상기 엔드턴은 고정자 슬롯을 지나지 않기 때문에 회전자 도체(25)에 영향을 미치는 자속을 생성할 수 없었다. 따라서, 상기 엔드턴(15a)으로 인해 코일 자체의 저항인 동손(銅損)이 증가하여 전동기의 효율이 저하되는 문제점이 야기되었다.

상기 엔드턴(15a)은 권선방법에 따라 그 길이가 달라질 수는 있으나 기존의 권선방법에 있어서 필연적으로 존재할 수 밖에 없었다. 이것은 회전자계를 형성하기 위해 상기 고정자에 다수의 극이 형성되어야 하는데, 이를 위해 상기 코일(15)은 인접한 고정자 슬롯(13)끼리 권선되는 것이 아니라 몇 개의 고정자 슬롯을 건너뛰어 권선되기 때문이다. 특히, 분포권의 경우 유효 자속을 생성하는 코일과 엔드턴의 비율이 대략 50:50일 정도로 그 길이가 상당하였다.

요컨대, 기존의 반경방향 자속형 유도전동기에 있어서 엔드턴의 생성은 불가피하였으며, 그 길이 또한 상당하여 전동기의 특성을 향상시키는데 상당한 제약이 되었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고정자에 권선되는 코일 중 전동기의 성능과 무관한 다량의 엔드턴(end-turn)을 절감함으로써 고정자 동손을 줄여 효율을 높일 수 있는 유도전동기를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 유도전동기의 구조를 도시한 단면도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기를 도시한 사시도

도 3은 도 2에 따른 유도전동기의 분해 사시도

도 4는 도 2에 따른 유도전동기의 작용을 도시한 부분 단면도

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도전동기를 도시한 절개 사시도

도 6은 도 5에 따른 유도전동기의 코일 권선방법을 도시한 도면

도 7은 도 5에 따른 유도전동기의 작용을 도시한 부분 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 고정자 철심120 : 코일

210 : 상부 회전자 철심220 : 상부 회전자 도체

310 : 하부 회전자 철심320 : 하부 회전자 도체

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 코일이 고정자 철심의 내주연측에 축에 수직한 원주방향으로 권선되어 축과 평행한 방향으로 자계가 형성되는 고정자와, 상기 고정자와 동심원을 이루는 회전자 철심에 다수의 회전자 도체가 고정자 철심의 내주연으로부터 소정의 공극을 유지하면서 축과 수직한 반경방향으로 구비되어 상기 코일의 축방향 자속에 의해 회전자 도체에 전류가 유기되어 회전하는 회전자를 포함하는 유도전동기를 제공한다.

본 발명은 전술한 특징을 갖는 유도전동기를 보다 구체화된 두 가지 형태로 제시하며, 그 중 본 발명의 일 형태에 따른 유도전동기는 고정자 슬롯이 내주연을 따라 원주방향으로 형성되는 자성체의 환형 고정자 철심과, 상기 고정자 슬롯을 따라 권선되며 다수의 부분으로 분할되어 교류전원 인가시 축과 평행한 방향으로 자계를 형성하는 코일과, 상기 고정자 철심과 동심원을 이루며 중심부에 샤프트가 압입되고 내부에 다수의 회전자 슬롯이 반경방향으로 형성되는 자성체의 환형 회전자 철심과, 전도성을 지닌 부재로서 상기 회전자 슬롯에 구비되며 양단부가 각각 엔드링에 의해 연결되어 하나의 회로를 이루는 회전자 도체를 포함하여 구성된다.

그리고, 본 발명의 다른 형태에 따른 유도전동기는 상하로 위치하는 고정자 슬롯이 내주연을 따라 원주방향으로 나란하게 형성되고 상기 상부 고정자 슬롯과 하부 고정자 슬롯을 연결하기 위해 축방향으로 연결 슬롯이 소정의 각도를 두고 다수개 형성되는 자성체의 환형 고정자 철심과, 상기 상부 고정자 슬롯과 이에 대응하는 하부 고정자 슬롯 및 상기 상부 고정자 슬롯과 하부 고정자 슬롯의 양단에 위치하는 연결 슬롯을 따라 권선되어 교류전원 인가시 축과 평행한 방향으로 자계를 형성하는 코일과, 상기 고정자 철심과 동심원을 이루며 중심부에 샤프트가 압입되고 내부에 상기 상부 고정자 슬롯의 코일과 하부 고정자 슬롯의 코일에 각각 대응하도록 다수의 상부 회전자 슬롯과 하부 회전자 슬롯이 반경방향으로 형성되는 자성체의 환형 회전자 철심과, 전도성을 지닌 부재로서 상기 상부 회전자 슬롯에 구비되며 양단부가 각각 엔드링에 의해 연결되어 하나의 회로를 이루는 상부 회전자 도체와, 전도성을 지닌 부재로서 상기 하부 회전자 슬롯에 구비되며 양단부가 각각 엔드링에 의해 연결되어 하나의 회로를 이루는 하부 회전자 도체를 포함하여 구성된다.

요컨대, 본 발명에 따른 유도전동기는 고정자 철심에 권선되는 코일과 회전자 도체를 모두 축에 수직한 방향으로 장착함으로써, 상기 회전자 도체에 전류를 유기하는 자속이 축과 평행한 방향으로 생성되는 축방향 자속형(axial flux type) 유도전동기이다. 이와 같이 구성된 유도전동기는 기존의 반경방향 자속형 유도전동기에 비해 엔드턴의 길이를 상당부분 절감할 수 있으며, 결국 고정자 동손을 줄여 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도전동기를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 유도전동기의 분해 사시도이며, 도 4는 도 2에 따른 유도전동기의 작용을 도시한 부분 단면도이다.

도 2에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기는 코일이 고정자 철심(110)의 내주연측에 축에 수직한 원주방향으로 권선되는 고정자(100)와, 상기 고정자와 동심원을 이루는 회전자 철심(210)의 내부에 다수의 회전자 도체가 고정자 철심의 내주연으로부터 소정의 공극을 유지하면서 축에 수직한 반경방향으로 구비되는 회전자(200)로 크게 구성된다.

이와 같이 구성된 유도전동기의 각 부분을 보다 자세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기는 고정자 슬롯(115)이 내주연을 따라 원주방향으로 형성되는 자성체의 환형 고정자 철심(110)과, 상기 고정자 철심과 동심원을 이루며 중심부에 샤프트가 설치되는 압입공(219)이 형성되고 내부에 상기 압입공을 중심으로 반경방향으로 다수의 회전자 슬롯(215)이 형성되는 자성체의 환형 회전자 철심(210)과, 전도성을 지닌 부재로서 상기 회전자 슬롯에 구비되며 양단부가 각각 엔드링(225)에 의해 연결되어 하나의 회로를 이루는 회전자 도체(220)로 구성된다.

이 때, 도시되진 않았으나, 전원을 공급받아 회전자계를 형성하는 코일은 상기 고정자 슬롯(115)을 따라 축에 수직한 원주방향으로 권선되며, 따라서 교류전원 인가시 축에 평행한 방향으로 자계를 형성하게 된다. 상기 코일은 회전자계를 형성하기 위해 다수의 부분으로 분할되어야 하며, 일례로 주 코일이 두 부분으로 분할되어 고정자 슬롯(115)을 180°씩 분할하여 감고 있으며, 기동력을 제공하는 보조코일 역시 두 부분으로 분할되며 상기 주 코일과 90°의 위상차를 가지면서 고정자 슬롯을 180°씩 분할하여 감고 있는 형태를 제시한다. 전술한 코일의 권선 형태는 후기에 도면을 참조하여 다시 설명하기로 한다.

상기 고정자 철심(110)은 다수의 규소강판을 적층하여 구성할 수 있으며, 상기 코일의 권선작업을 용이하게 하기 위해 분리가능한 상부 부재(111)와 하부 부재(113)로 이루어짐이 바람직하다. 이 때, 상기 상부 부재(111)와 하부 부재(113)는 서로 대응하는 형상이며, 결합되었을 때 내주연측에 고정자 슬롯(115)이 형성되도록 각각 원주방향을 따라 고정자 슬롯을 위한 홈이 형성된다.

상기 회전자 철심(210) 역시 다수의 규소강판을 적층하여 구성할 수 있으며, 회전자 도체의 설치를 용이하게 할 수 있도록 분리가능한 상부 부재(211)와 하부 부재(213)로 이루어짐이 바람직하다. 이 때, 상기 상부 부재(211)와 하부 부재(213) 역시 서로 대응하는 형상이며, 각각의 결합면에 회전자 슬롯(215)을 형성하기 위한 다수의 홈이 압입공을 중심으로 반경방향으로 형성된다. 또한, 상기 상부 부재(211)와 하부 부재(213)의 내주연측과 외주연측에는 각각 회전자 도체(220)를 하나의 회로로 연결하는 엔드링(225)이 설치될 수 있도록 소정 폭과 높이를 갖는 절개면(217)이 형성된다.

상기 회전자 도체(220)는 일반적으로 전도성이 높은 알루미늄이나 구리로 만들어질 수 있다. 이 때, 상기 회전자 도체(220)로서 알루미늄을 이용할 경우 상기 상부 부재(211)와 하부 부재(213)가 결합된 상태에서 회전자 슬롯(215)과 엔드링을 위한 절개면(217)에 알루미늄 용융액을 투입하는 다이캐스팅 공법으로 회전자도체(220)를 엔드링(225)과 함께 형성할 수 있다. 또한, 상기 회전자 도체(220)로서 구리를 이용할 경우 구리는 알루미늄과는 달리 다이캐스팅 공법이 사실상 불가능하기 때문에 적절한 금속가공을 통해 미리 그 형태가 제작되어야 한다. 즉, 상기 회전자 슬롯(215)에 대응하는 회전자 도체(220)와 상기 회전자 도체와 연결되며 상부 부재와 하부 부재의 내주연측 절개면(217)과 외주연측 절개면에 대응하는 2개의 엔드링(225)을 미리 형성한 다음, 이를 사이에 두고 상부 부재(211)와 하부 부재(213)를 결합함으로써 전체 회전자를 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기는 상기 회전자 도체 및 엔드링으로서 전도성이 더 높은 구리가 후자의 방법에 의해 제작된 것을 제시한다.

이와 같이 구성된 유도전동기의 작용을 첨부된 도 4를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 도 2에 따른 유도전동기 중 하나의 회전자 도체를 중심으로 그 주변에 자계가 형성되는 형태를 도시한 것으로서, 상기 코일(120)에 지면(紙面)으로부터 나오는 방향으로 전류가 흐르게 되면 자속이 상기 코일을 중심으로 반시계방향으로 회전하는 자계가 형성된다. 이러한 자속 중 축(30)에 평행한 방향으로 흐르는 자속이 회전자 도체(220)에 전류를 유기하게 되며, 상기 회전자 도체에 유기된 전류는 자속과 함께 플레밍의 왼손법칙에 따라 토오크를 발생하게 된다.

요컨대, 본 발명에 따른 유도전동기는 기존의 유도전동기와는 달리 축방향과 평행한 자계가 형성되며, 이러한 자계가 회전자 도체에 전류를 유기하게 된다. 이러한 특성을 갖는 본 발명에 따른 유도전동기를 축에 수직한 방향으로 자계가 형성되는 반경방향 자속형(radial flux type) 유도전동기와 대비하여 축방향 자속형(axial flux type) 유도전동기라 칭한다. 상기 축방향 자속형 유도전동기는 기존의 반경방향 자속형 유도전동기에 비해 유효 자속을 생성하지 않는 코일의 엔드턴을 줄일 수 있는 장점을 제공한다.

그런데, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전동기의 경우 상기 코일(120) 중 상당부분은 전류의 리턴패스(return path)를 형성하기 위해 고정자 철심(110)의 외주연측에 위치하게 되며, 이러한 영역을 점선으로 도시하였다. 이 경우, 상기 코일(120) 중 고정자 슬롯(115)에 위치하지 않는 나머지 부분은 유효 자속을 생성하지 않는 엔드턴이 되며, 비록 기존의 반경방향 자속형 유도전동기에 비해 그 길이가 줄어들었다 하더라도 무시할 수 없는 정도가 된다. 따라서, 본 발명은 엔드턴의 길이를 좀더 줄일 수 있는 보다 개선된 형태의 유도전동기를 제시하며, 그 구체적인 형태는 다음과 같다.

먼저, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도전동기를 도시한 절개 사시도이고, 도 6은 도 5에 따른 유도전동기의 코일 권선방법을 도시한 도면이며, 도 7은 도 5에 따른 유도전동기의 작용을 도시한 부분 단면도이다.

도 5에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도전동기는 도 2에 따른 유도전동기의 회전자 철심을 상하 2단으로 구비하고, 고정자 철심의 내주연에 각각의 회전자 철심에 대응하도록 코일이 원주방향을 따라 상하로 권선되는 것이 특징이다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 고정자 철심(110)은 환형으로 다수의규소강판이 적층되어 구성되며, 그 내주연에 원주방향을 따라 고정자 슬롯(115a,115b)이 상하로 나란하게 형성되고, 상기 상부 고정자 슬롯과 하부 고정자 슬롯을 연결하기 위해 축방향을 따라 다수의 연결 슬롯(115c)이 소정의 각도를 두고 형성된다. 이 때, 상기 고정자 철심(110)은 코일의 권선작업을 용이하게 할 수 있도록 서로 대응하는 상부 부재(111)와 하부 부재(113)로 구성됨이 바람직하다. 이 경우, 상기 상부 부재(111)의 내주연에는 상부 고정자 슬롯(115a)이 형성되고, 상기 하부 부재(113)의 내주연에는 하부 고정자 슬롯(115b)이 형성된다.

상기 고정자 철심(110)에 권선되는 코일(120)은 고정자 슬롯을 따라 축에 수직한 원주방향으로 권선되기 때문에 교류전원 인가시 축에 평행한 방향으로 자계를 형성하게 된다. 이 때, 상기 코일(120)은 회전자계를 형성하기 위해 다수의 부분으로 분할되며, 이렇게 분할된 코일은 각각 상부 고정자 슬롯(115a)과 이에 대응하는 하부 고정자 슬롯(115b) 및 상기 상부 고정자 슬롯과 하부 고정자 슬롯의 양단에 위치하는 연결 슬롯(115c)을 따라 고정자 철심의 내주연에 모두 권선된다. 따라서, 상기 코일(120) 중 연결 슬롯(115c)에 권선되는 부분을 제외한 나머지 부분은 모두 축에 수직한 원주방향으로 권선되기 때문에, 교류전원 인가시 축에 평행한 방향으로 자계를 형성할 수 있다.

이를 구체적으로 설명하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 코일(120)은 고정자 철심의 내주연을 각각 180°씩 분할하여 권선되는 직렬로 연결된 2개의 주 코일(121)과, 상기 주 코일과 병렬로 연결되고 90°의 위상차를 가지면서 고정자 철심의 내주연을 각각 180°씩 분할하여 권선되는 직렬로 연결된 2개의 보조코일(123)로 구성된다. 상기 보조 코일(123)은 유도전동기의 기동시 기동력을 제공한다. 이 때, 상기 주 코일(121)과 보조 코일(123)의 양단은 각각 연결 슬롯에 권선되는 부분이며, 이를 위해 상기 연결 슬롯(115c)은 90°의 각도로 총 4개가 형성되어야 한다.

상기 회전자 철심은 고정자 철심(110)과 동심원을 이루며 중심부에 샤프트가 압입되는 상부 회전자 철심(210)과 하부 회전자 철심(310)으로 구성된다. 이 때, 상기 상부 회전자 철심(210)의 내부에는 상부 고정자 슬롯(115a)의 코일에 대응하는 다수의 회전자 도체가 축에 수직한 반경방향으로 구비되고, 상기 하부 회전자 철심(310)의 내부에는 하부 고정자 슬롯(115b)의 코일에 대응하는 다수의 회전자 도체가 축에 수직한 반경방향으로 구비된다. 이를 위해, 상기 상부 회전자 철심(210)과 하부 회전자 철심(310)의 내부에는 각각 다수의 회전자 슬롯이 축에 수직한 반경방향으로 형성된다.

이러한 구성을 갖는 상부 회전자 철심과 하부 회전자 철심은 도 3에 도시된 회전자 철심의 구조와 동일하며, 일례로 상기 상부 회전자 철심의 구조를 다시 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상부 회전자 철심(210)은 다수의 규소강판을 적층하여 구성할 수 있으며, 내부에 회전자 도체가 구비될 수 있도록 다수의 상부 회전자 슬롯(215)이 반경방향으로 형성된다. 이 때, 상기 상부 회전자 철심(210)은 회전자 도체의 설치를 용이하게 할 수 있도록 상부 회전자 슬롯(215)을 중심으로 분리가능한 상부 부재(211)와 하부 부재(213)로 구성됨이 바람직하다. 상기 상부부재(211)와 하부 부재(213)는 서로 대응하는 형상이며, 각각의 결합면에 상부 회전자 슬롯(215)을 형성하기 위한 다수의 홈이 반경방향으로 형성된다. 또한, 상기 상부 부재(211)와 하부 부재(213)의 내주연측과 외주연측에는 각각 회전자 도체를 하나의 회로로 연결하는 엔드링이 설치될 수 있도록 소정 폭과 높이를 갖는 절개면(217)이 형성된다.

전술한 구조는 하부 회전자 철심(310)에도 동일하게 적용된다.

이 때, 상기 상부 회전자 슬롯(215)에 구비되는 상부 회전자 도체(220)와 상기 하부 회전자 슬롯에 구비되는 하부 회전자 도체는 전도성을 지닌 부재로서 각각 양단부가 엔드링(225)에 의해 연결되어 하나의 회로를 이룬다. 이를 위해, 상기 상부 회전자 도체(220)와 하부 회전자 도체는 일반적으로 전도성이 높은 알루미늄이나 구리가 적용되는데, 알루미늄을 적용할 경우 상부 또는 하부 회전자 철심을 구성하는 상부 부재(211)와 하부 부재(213)가 결합된 상태에서 알루미늄 다이캐스팅 공법에 의해 회전자 도체와 엔드링을 함께 형성할 수 있으며, 구리를 적용할 경우 적절한 금속가공을 통해 미리 회전자 도체와 엔드링의 형태를 제작한 다음 이를 사이에 두고 상부 부재와 하부 부재를 결합함으로써 전체 회전자를 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도전동기는 상기 회전자 도체 및 엔드링으로서 전도성이 더 높은 구리가 적용되는 것을 제시한다.

이와 같이 구성된 유도전동기의 작용을 첨부된 도 7을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 7은 도 5에 따른 유도전동기 중 상하로 위치하는 한쌍의 회전자도체(220,320)를 중심으로 그 주변에 자계가 형성되는 형태를 도시한 것으로서, 상부 고정자 슬롯(115a)의 코일(120a)에는 지면(紙面)으로부터 나오는 방향으로 전류가 흐르고 하부 고정자 슬롯(115b)의 코일(120b)에는 지면으로 들어가는 방향으로 전류가 흐르고 있다. 이 경우, 상기 상부 고정자 슬롯의 코일(120a)을 중심으로 자속이 반시계방향으로 회전하는 자계가 형성되고, 상기 하부 고정자 슬롯의 코일(120b)을 중심으로 자속이 시계방향으로 회전하는 자계가 형성된다. 이러한 자속 중 축(30)에 평행한 방향으로 흐르는 자속이 각각 상부 회전자 도체(220)와 하부 회전자 도체(320)에 전류를 유기하게 되며, 상기 회전자 도체에 유기된 전류는 자속과 함께 플레밍의 왼손법칙에 따라 토오크를 발생하게 된다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도전동기 역시 축방향과 평행한 자계가 형성되며 이러한 자계가 회전자 도체에 전류를 유기하는 축방향 자속형 유도전동기이다. 따라서, 상기 고정자 철심(110)에 권선되는 코일 중 축방향과 나란하게 권선되는 부분만이 유효 자속을 생성하지 않는 엔드턴이 되는데, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도전동기에 있어서 연결 슬롯(115c)에 권선되는 코일(120c)만이 유효 자속을 생성하지 않는 엔드턴이 된다. 이 때, 전체 고정자 슬롯 중에서 상기 연결 슬롯(115c)이 차지하는 부분은 아주 미미하기 때문에, 이에 비례하여 전체 코일 중 엔드턴이 차지하는 부분 역시 상당히 미미할 수 밖에 없다.

요컨대, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도전동기는 전류의 리턴패스를 위한 코일을 고정자 철심의 내주연에 원주방향으로 권선하고 이에 대응하는 회전자 도체를 더 구비함으로써, 리턴패스를 위한 코일 마저 회전자 도체에 전류를 유기하는데 이용할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 변형된 형태의 실시예를 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위에 있는 변형된 형태는 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 유도전동기는 고정자 철심에 권선되는 코일을 축에 수직한 원주방향으로 장착하고 회전자 철심에 구비되는 회전자 도체를 축에 수직한 반경방향으로 장착하여 상기 회전자 도체에 전류를 유기하는 자속이 축과 평행한 방향으로 생성되는 축방향 자속형(axial flux type) 유도전동기이다. 이와 같이 구성된 유도전동기는 기존의 반경방향 자속형 유도전동기에 비해 엔드턴의 길이를 상당부분 절감할 수 있으며, 결국 고정자 동손을 줄여 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (12)

1. 코일이 고정자 철심의 내주연측에 축과 수직한 원주방향으로 권선되어 축과 평행한 방향으로 자계가 형성되는 고정자;

   상기 고정자와 동심원을 이루는 회전자 철심에 다수의 회전자 도체가 고정자 철심의 내주연으로부터 소정의 공극을 유지하면서 축과 수직한 반경방향으로 구비되어, 상기 코일의 축방향 자속에 의해 회전자 도체에 전류가 유기되어 회전하는 회전자를 포함하는 유도전동기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 코일은 회전자계를 형성하기 위해 다수의 부분으로 분할되는 것을 특징으로 하는 유도전동기.
3. 고정자 슬롯이 내주연을 따라 원주방향으로 형성되는 자성체의 환형 고정자 철심;

   상기 고정자 슬롯을 따라 권선되며 다수의 부분으로 분할되어 교류전원 인가시 축과 평행한 방향으로 자계를 형성하는 코일;

   상기 고정자 철심과 동심원을 이루며 중심부에 샤프트가 압입되고 내부에 다수의 회전자 슬롯이 반경방향으로 형성되는 자성체의 환형 회전자 철심;

   전도성을 지닌 부재로서 상기 회전자 슬롯에 구비되며, 양단부가 각각 엔드링에 의해 연결되어 하나의 회로를 이루는 회전자 도체를 포함하는 유도전동기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 고정자 철심은 서로 대응하는 2개의 부재가 상하로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 회전자 철심은 회전자 슬롯을 중심으로 서로 대응하는 2개의 부재가 상하로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 회전자 도체는 구리인 것을 특징으로 하는 유도전동기.
7. 상하로 위치하는 고정자 슬롯이 내주연을 따라 원주방향으로 나란하게 형성되고, 상기 상부 고정자 슬롯과 하부 고정자 슬롯을 연결하기 위해 축방향으로 형성되는 연결 슬롯이 소정의 각도를 두고 다수개 형성되는 자성체의 환형 고정자 철심;

   상기 상부 고정자 슬롯과 이에 대응하는 하부 고정자 슬롯 및 상기 상부 고정자 슬롯과 하부 고정자 슬롯의 양단에 위치하는 연결 슬롯을 따라 권선되어, 교류전원 인가시 축과 평행한 방향으로 자계를 형성하는 코일;

   상기 고정자 철심과 동심원을 이루며 중심부에 샤프트가 압입되고, 내부에 상기 상부 고정자 슬롯의 코일과 하부 고정자 슬롯의 코일에 각각 대응하도록 다수의 상부 회전자 슬롯과 하부 회전자 슬롯이 반경방향으로 형성되는 자성체의 환형 회전자 철심;

   전도성을 지닌 부재로서 상기 상부 회전자 슬롯에 구비되며 양단부가 각각 엔드링에 의해 연결되어 하나의 회로를 이루는 상부 회전자 도체;

   전도성을 지닌 부재로서 상기 하부 회전자 슬롯에 구비되며 양단부가 각각 엔드링에 의해 연결되어 하나의 회로를 이루는 하부 회전자 도체를 포함하는 유도전동기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 연결 슬롯은 90°의 각도로 총 4개가 형성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 코일은 마주보는 연결 슬롯을 기준으로 두 부분으로 분할되는 주 코일과, 상기 주 코일과 90°의 위상차를 두기 위해 나머지 두 개의 연결 슬롯을 기준으로 두 부분으로 분할되는 보조 코일로 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 고정자 철심은 서로 대응하는 2개의 부재가 상하로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 회전자 철심은 상부 회전자 슬롯을 중심으로 서로 대응하는 2개의 부재가 상하로 결합되고, 하부 회전자 슬롯을 중심으로 서로 대응하는 2개의 부재가 상하로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 유도전동기.
12. 제 7 항에 있어서,

    상기 상부 회전자 도체와 하부 회전자 도체는 구리인 것을 특징으로 하는 유도전동기.