KR200489510Y1 - 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터 - Google Patents

24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터 Download PDF

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Abstract

본 고안은, 코어부 및 상기 코어부에 권선되는 코일을 구비한 스테이터; 상기 스테이터의 내주면과 소정 간격을 두고 설치되며 회전축에 일체로 결합되어 회전하는 로터; 상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 회전 가능하도록 상기 회전축에 결합되며, 그 회전축의 축방향으로 소정 길이를 갖는 영구자석이 구비된 변속부; 상기 로터를 상기 회전축에 회전 가능하게 결합시키는 베어링; 및 상기 베어링과 상기 회전축 사이에 유격이 발생되는 것을 방지하는 이탈방지부를 포함하고, 상기 스테이더는, 24슬롯으로 구성되고, 상기 로터는, 8극으로 구성된 규칙적인 삽입 패턴으로 감긴 24슬롯 상기 스테이터와 8극의 상기 로터로 구성되어 상기 코일이 감긴 상기 코어부의 중심 내측에 상기 회전축과 결합되며; 상기 24슬롯에서 R상의 상기 코일은 1번 슬롯에서부터 4번, 7번, 10번, 13번, 16번, 19번, 22번의 순서로 상기 코일 삽입 패턴이 형성되고, S상의 상기 코일은 3번 슬롯에서부터 6번, 9번, 12번, 15번, 18번, 21번, 24번의 순서로 상기 코일 삽입 패턴이 형성되고, T상의 상기 코일은 5번 슬롯에서부터 8번, 11번, 14번, 17번, 20번, 23번, 2번의 순서로 상기 코일 삽입 패턴이 형성되고; 상기 24슬롯에 R상, S상, T상의 상기 코일이 모두 결선된 상태는 1번인 Rs는 R상 상기 코일의 결선이 시작하는 것을 의미하고, 22번인 RL은 R상 상기 코일의 결선이 끝나는 부분을 의미하며, 3번인 Ss는 S상 상기 코일의 결선이 시작하는 것을 의미하고, 24번인 SL은 S상 상기 코일의 결선이 끝나는 부분을 의미하며, 5번인 Ts는 T상 상기 코일의 결선이 시작하는 것을 의미하고, 2번인 TL은 T상 상기 코일의 결선이 끝나는 부분을 의미하며; 각 상의 상기 코일은 색상을 달리하여 결선하여 결선의 혼동을 방지할 수 있도록 하는 것으로 R상 코일의 시작지점에 백색선을 연결하고, 끝지점에 황색선을 연결하며, S상 상기 코일의 시작지점에 청색선을 연결하고, 끝지점에 적색선을 연결하며, T상 상기 코일의 시작지점에 녹색선을 연결하고, 끝지점에 흑색선을 연결하여 6개의 선이 최종적으로 모터의 전원 연결선으로 구성되고; 전원 연결선으로 공급되는 전원은 AC220V를 사용할 때는 델타 결선으로 사용하고, AC380V를 사용할 때는 와이 결선으로 사용하며; 상기 코일이 감긴 상기 코어부의 중심 내측에 축과 결합된 상기 로터가 삽입 설치되어 구성되는 삼상 교류 모터는 삼상 교류 전류가 상기 코어부의 상기 코일을 통하여 흐르며 로터계가 형성되면 상기 로터에 유도 전자가 발생됨으로 동력이 발생되고 전류의 세기에 따라 자계의 강/약이 형성되며 이에 상응하는 유도 전기가 발생되고 또한 이에 상응하는 운동에너지가 발생되고, 상기 이탈방지부는, 상기 베어링이 상기 회전축을 따라 슬라이딩되는 것을 방지하도록 상기 회전축에 결합되는 고정링; 및 상기 베어링을 상기 회전축에 가압하며 고정시키는 가압플랜지를 포함하고, 상기 가압플랜지는, 모터케이싱에 일체로 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터 {3-Phase AC Induction Motor with 24slot and 8pole}
본 고안은 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼상의 교류 전원을 사용하여 스테이터가 24슬롯이고, 로터가 8극으로 구성된 24슬롯과 8극 구조를 이루어 전류 및 전압이 안전운전 대역에 포함되고, 소음 및 진동이 저감되는 구동을 행할 수 있으며, 전기에너지를 절감할 수 있고, 가변속특성을 개선하여 모터의 효율을 향상시킬 수 있으며, 모터의 장기간 사용으로 베어링이 이탈되는 것을 방지할 수 있는 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터에 관한 것이다.
일반적으로 삼상 교류 모터는, 삼상 교류 전류가 코어상의 코일을 통하여 흐르며 로터계가 형성되면 로터(로터)에 유도 전자가 발생됨으로 동력이 발생되고, 전류의 세기(양)에 따라 자계의 강/약이 형성되며 이에 상응하는 유도 전기가 발생되고 또한 이에 상응하는 운동에너지가 발생된다.
기존에 많은 생산 업체에서는 24슬롯에서 8극 모터의 적용이 절실히 요구되어 왔으나 연구 개발의 미비로 인하여 이를 적용하지 못하고, 6극 모터를 사용하여 여러 문제점을 가지면서 세트(set) 제품을 생산하고 있는 실정이다.
8극 모터의 동기 속도는 900rpm이고, 6극 모터는 1200rpm이며, 400~850rpm 대역을 사용하고 있는 제품에 있어서 8극 모터를 적용한다면, 6극 모터에 비하여 안전 운전 대역에 있으므로 전류, 전압, 소음 진동 등의 면에서 6극 모터와 대비하여 월등한 모터의 성능을 구비하고 있다.
특히, 냉동기 모터의 소음을 중요하게 적용되는 set에서는 월등한 성능을 얻는 구성으로써, 보다 안정적으로 모터를 기동시킬 수 있는 8극 모터의 개발이 절실히 필요하게 되었다.
본 고안의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0454556호(2004년 11월 05일 공고, 고안의 명칭 : 세그먼트형 스테이터 코어를 이용한 비엘디씨 모터용 스테이터 및 그의 제조방법과 비엘디씨 모터)에 개시되어 있다.
종래기술에 따른 모터는, 8극 모터의 제조가 용이치 않으므로 안전 운전 대역을 제공하기 어렵고, 소음 진동을 저감시키기 어려운 문제점이 있고, 모터의 구동속도를 조절하기 어려워 가변속 특성을 개선하기 어려운 문제점이 있으며, 모터를 장기간 사용한 경우에 회전축과 베어링 사이에 유격이 발생되어 모터의 오작동 및 파손이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 고안은 삼상의 교류 전원을 사용하여 스테이터가 24슬롯이고, 로터가 8극으로 구성된 24슬롯과 8극 구조를 이루어 전류 및 전압이 안전운전 대역에 포함되고, 소음 및 진동이 저감되는 구동을 행할 수 있으며, 전기에너지를 절감할 수 있고, 가변속 특성을 개선하여 모터의 효율을 향상시킬 수 있으며, 모터의 장기간 사용으로 베어링이 이탈되는 것을 방지할 수 있는 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 고안은, 코어부 및 상기 코어부에 권선되는 코일을 구비한 스테이터; 상기 스테이터의 내주면과 소정 간격을 두고 설치되며 회전축에 일체로 결합되어 회전하는 로터; 상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 회전 가능하도록 상기 회전축에 결합되며, 그 회전축의 축방향으로 소정 길이를 갖는 영구자석이 구비된 변속부; 상기 로터를 상기 회전축에 회전 가능하게 결합시키는 베어링; 및 상기 베어링과 상기 회전축 사이에 유격이 발생되는 것을 방지하는 이탈방지부를 포함하고, 상기 스테이더는, 24슬롯으로 구성되고, 상기 로터는, 8극으로 구성된 규칙적인 삽입 패턴으로 감긴 24슬롯 상기 스테이터와 8극의 상기 로터로 구성되어 상기 코일이 감긴 상기 코어부의 중심 내측에 상기 회전축과 결합되며; 상기 24슬롯에서 R상의 상기 코일은 1번 슬롯에서부터 4번, 7번, 10번, 13번, 16번, 19번, 22번의 순서로 상기 코일 삽입 패턴이 형성되고, S상의 상기 코일은 3번 슬롯에서부터 6번, 9번, 12번, 15번, 18번, 21번, 24번의 순서로 상기 코일 삽입 패턴이 형성되고, T상의 상기 코일은 5번 슬롯에서부터 8번, 11번, 14번, 17번, 20번, 23번, 2번의 순서로 상기 코일 삽입 패턴이 형성되고; 상기 24슬롯에 R상, S상, T상의 상기 코일이 모두 결선된 상태는 1번인 Rs는 R상 상기 코일의 결선이 시작하는 것을 의미하고, 22번인 RL은 R상 상기 코일의 결선이 끝나는 부분을 의미하며, 3번인 Ss는 S상 상기 코일의 결선이 시작하는 것을 의미하고, 24번인 SL은 S상 상기 코일의 결선이 끝나는 부분을 의미하며, 5번인 Ts는 T상 상기 코일의 결선이 시작하는 것을 의미하고, 2번인 TL은 T상 상기 코일의 결선이 끝나는 부분을 의미하며; 각 상의 상기 코일은 색상을 달리하여 결선하여 결선의 혼동을 방지할 수 있도록 하는 것으로 R상 코일의 시작지점에 백색선을 연결하고, 끝지점에 황색선을 연결하며, S상 상기 코일의 시작지점에 청색선을 연결하고, 끝지점에 적색선을 연결하며, T상 상기 코일의 시작지점에 녹색선을 연결하고, 끝지점에 흑색선을 연결하여 6개의 선이 최종적으로 모터의 전원 연결선으로 구성되고; 전원 연결선으로 공급되는 전원은 AC220V를 사용할 때는 델타 결선으로 사용하고, AC380V를 사용할 때는 와이 결선으로 사용하며; 상기 코일이 감긴 상기 코어부의 중심 내측에 축과 결합된 상기 로터가 삽입 설치되어 구성되는 삼상 교류 모터는 삼상 교류 전류가 상기 코어부의 상기 코일을 통하여 흐르며 로터계가 형성되면 상기 로터에 유도 전자가 발생됨으로 동력이 발생되고 전류의 세기에 따라 자계의 강/약이 형성되며 이에 상응하는 유도 전기가 발생되고 또한 이에 상응하는 운동에너지가 발생되고, 상기 이탈방지부는, 상기 베어링이 상기 회전축을 따라 슬라이딩되는 것을 방지하도록 상기 회전축에 결합되는 고정링; 및 상기 베어링을 상기 회전축에 가압하며 고정시키는 가압플랜지를 포함하고, 상기 가압플랜지는, 모터케이싱에 일체로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 고안의 상기 변속부는, 상기 스테이터의 일측으로 일정 길이만큼 돌출되는 제1영구자석과, 상기 회전축에 회전가능하게 결합 되어 상기 제1영구자석을 지지하는 제1홀더를 구비하는 제1회전부; 및 상기 회전축의 축방향으로 상기 제1영구자석과 맞닿으며 상기 스테이터의 타측으로 일정 길이만큼 돌출되는 제2영구자석과, 상기 제1홀더와 대칭되도록 상기 회전축에 회전가능하게 결합 되어 상기 제2영구자석을 지지하는 제2홀더를 구비하는 제2회전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 고안은, 상기 코일에 연결되어 상기 코일에 인가되는 전압의 크기를 변화시키는 전압 가변부를 더 포함하고; 상기 전압 가변부는, 변압기 및 위상제어기 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터는, 규칙적인 코일 삽입 패턴으로 감긴 24슬롯 스테이터와 8극의 로터로 구성된 삼상 교류 인덕션 모터가 제공되며, 6극 모터에 비하여 안전 운전 대역에 있으므로 전류, 전압, 소음 진동 등의 면에서 모터가 장착된 제품의 품질 향상과 에너지를 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 고안에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터는, 고가의 인버터 구동장치를 별도로 설치하지 않더라도 가변속 특성을 발휘할 수 있으므로 모터의 제조비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 고안에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터는, 가압 플랜지가 스테이터의 중심축에 결합된 베어링의 외륜을 지지하는 구조로 이루어져 있어서 베어링의 외륜 이탈 방지를 위한 별도의 락킹 워셔가 불필요하여 모터 조립 공정에서 프레스 설비 없이 조립이 가능하므로 조립성이 모터 장치의 조립성이 현저하게 향상될 뿐 아니라 조립비용이 현저하게 절감되는 이점이 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터가 도시된 단면도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 스테이터가 도시된 평면도이다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 R상 코일 패턴을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 S상 코일 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 T상 코일 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 완성된 코일 패턴을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 회로를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터가 도시된 측단면도이다.
도 9는 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 이탈방지부가 도시된 단면도이다.
도 10은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬록과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 수용홈부가 도시된 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 일 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 고안에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터가 도시된 단면도이고, 도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 스테이터가 도시된 평면도이고, 도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 R상 코일 패턴을 나타낸 도면이다.
또한, 도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 S상 코일 패턴을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 T상 코일 패턴을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 완성된 코일 패턴을 나타낸 도면이다.
또한, 도 7은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 회로를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터가 도시된 측단면도이고, 도 9는 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 이탈방지부가 도시된 단면도이고, 도 10은 본 고안의 일 실시예에 따른 24슬록과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 수용홈부가 도시된 사시도이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 코어부(332) 및 상기 코어부(332)에 권선되는 코일(358)을 구비한 스테이터(350)와, 스테이터(350)의 내주면과 소정 간격을 두고 설치되며 회전축(314)에 일체로 결합되어 회전하는 로터(330)와, 스테이터(350)와 로터(330) 사이에서 회전 가능하도록 회전축(314)에 결합되며, 그 회전축(314)의 축방향으로 소정 길이를 갖는 영구자석이 구비된 변속부(370)와, 로터(330)를 회전축(314)에 회전 가능하게 결합시키는 베어링과, 베어링과 회전축(314) 사이에 유격이 발생되는 것을 방지하는 이탈방지부(390)를 포함한다.
본 실시예의 스테이터(350)는, 24슬롯(356)(slot)으로 구성되고 로터(330)가 8극으로 구성되는 것으로, 코일(358)의 결선이 형성되는 위치에 번호를 붙여 결선도를 설명하기 용이하도록 표시하였다.
스테이터(350)에 어떠한 순서로 결선을 어떻게 하는가에 따라 모터의 특성을 변화 시킬 수 있는 것이다.
24개의 슬롯(356)에서 R상의 코일(358)은, 1번 슬롯(356)에서부터 4번, 7번, 10번, 13번, 16번, 19번, 22번의 순서로 코일(358) 삽입 패턴이 형성되고, S상의 코일(358)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 3번 슬롯(356)에서부터 6번, 9번, 12번, 15번, 18번, 21번, 24번의 순서로 코일(358) 삽입 패턴이 형성되고, T상의 코일(358)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 5번 슬롯(356)에서부터 8번, 11번, 14번, 17번, 20번, 23번, 2번의 순서로 코일(358) 삽입 패턴이 형성된다.
24개 슬롯(356)에 R상, S상, T상의 코일(358)이 모두 결선된 상태는, Rs는 R상 코일(358)의 결선이 시작하는 것을 의미하고, RL은 R상 코일(358)의 결선이 끝나는 부분을 의미하며, Ss는 S상 코일(358)의 결선이 시작하는 것을 의미하고, SL은 S상 코일(358)의 결선이 끝나는 부분을 의미하며, Ts는 T상 코일(358)의 결선이 시작하는 것을 의미하고, TL은 T상 코일(358)의 결선이 끝나는 부분을 의미한다.
이때, 각 상의 코일(358)은 색상을 달리하여 결선함으로써, 결선의 혼동을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 24슬롯(356) 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터의 결선도는, R상 코일(358)(80)의 시작지점에 백색선(40)을 연결하고, 끝지점에 황색선(50)을 연결하며, S상 코일(358)(100)의 시작지점에 청색선(70)을 연결하고, 끝지점에 적색선(60)을 연결하며, T상 코일(358)(90)의 시작지점에 녹색선(30)을 연결하고, 끝지점에 흑색선(20)을 연결하며, 이렇게 함으로써 6개의 선이 최종적으로 모터의 전원 연결선으로 구성될 수 있다.
전원 연결선으로 공급되는 전원은 AC220V를 사용할 때는 델타(Δ)결선으로 사용하고, AC380V를 사용할 때는 와이(Y)결선으로 사용한다.
로터(330)는 금속 철심으로 회전축(314)로 구성되어 있으며 농형 유도 아마추어로 불리는 통상적으로 사용되는 형식을 취하고 있다.
본 고안에 따른 24슬롯(356)과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터를 적용한 가전 및 냉동기 기계 장치는 6극 구조의 모터에 비하여 안전 운전 대역에 있으므로, 전류, 전압, 소음, 진동 등의 면에서 6극 모터에 비하여 기계 장치의 소음 감소의 효과와 소비 전력 감소로 인한 에너지 절감 및 제품의 안정 운행으로 인한 품질의 향상을 얻을 수 있으며, 본 고안에 따른 24슬롯(356)과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터를 실제 양산 set에 시험한 결과(6극 -> 8극 변경) 소음 진동의 감소 효과 및 약 15%의 소비 전력 감소 효과를 나타내었다.
본 실시예의 변속부(370)는, 종래 단일체로 구성되어 있던 영구자석을 복수 개로 분할하고 각각의 영구자석들이 회전축(314) 상에서 회전 가능하도록 구성되어, 각 영구자석 간극의 배열이 변화됨에 따라 그로부터 발생되는 자속이 변화하는 것을 이용하여 제1로터(330)의 회전속도를 가변시킬 수 있게 된다.
제1영구자석(378) 및 제2영구자석(388)에는 각각 N극과 S극이 교번적으로 착자되어 있고, 제1홀더(374)와 제2홀더(384)에는 각각 베어링과 같은 회전 지지수단이 구비되어 각 홀더들이 상기 회전축(314) 상에서 자유롭게 회전할 수 있도록 구성되므로, 제1홀더(374) 및 제2홀더(384)의 회전위치에 따라서 제1영구자석(378) 및 제2 영구자석들 사이에 N극-N극, N극-S극 또는 그 중간 위치에서의 배열이 가능하게 되며, 각각의 배열 위치마다 자속이 변화하게 되어 결국 제1로터(330)의 회전속도 변화가 가능하게 된다.
영구자석들의 외측에 배치된 스테이터(350)는 코일(358)에 전원이 인가되는 경우 그 자체가 극성을 띄는 전자석으로서 기능하게 되므로, 코일(358)에 높은 전압이 인가되는 경우 스테이터(350)는 강한 자기력으로 상기 영구자석을 당기거나 밀치게 된다.
스테이터(350)에 S극이 형성되는 경우, 이는 상기 제1, 제2영구자석(388)의 N극이 착자된 부분을 당기는 동시에 상기 각 영구자석의 S극으로 착자된 부분을 밀쳐내게 되는데, 이와 같은 경우 상기 영구자석들은 N극-N극으로 배열되는 것이다.
상기한 바와 같이 각 영구자석 간에도 척력이 발생되고, 코일(358)에 인가되는 전압이 충분히 높은 경우, 스테이터(350)와 영구자석 사이에서 발생되는 인력이 영구자석간의 척력보다 강하므로 위와 같이 동일한 극끼리의 배열이 가능하게 되는 것이다.
이처럼 두 영구자석들이 같은 극으로 배열되는 경우 각 영구자석에서 발생되는 자속의 손실이 최소가 되므로 제1로터(330)에 가장 큰 회전자계를 부여할 수 있게 되며, 이때 그 제1로터(330)는 가장 빠른 속도로 회전할 수 있게 된다.
스테이터(350)의 코일(358)에 인가되는 전압이 낮아질수록 스테이터(350)에서 발생되는 자기력 점차 약해지므로, 스테이터(350)가 영구자석을 당기려는 경향은 점점 작아지는 반면 영구자석 간에 서로 반대극 끼리 배열되려는 경향은 점점 강해지게 되어 제1영구자석(378) 및 제2영구자석(388)이 상대회전하게 된다.
이와 같이 제1영구자석(378) 및 제2영구자석(388)이 N극-N극에서 N극-S극으로 재배열되는 과정에서 자속의 손실은 점점 커지게 되며, 그에 따라 영구자석에 의한 회전자계도 점점 작아지게 되므로 로터(330)의 회전속도는 점점 감소하게 된다.
여기서, 코일(358)에 인가되는 전압의 크기를 가변시키는 것은 위상제어기와 같은 저가의 전압 가변수단만으로도 가능한 것이므로, 고가의 인버터구동장치를 별도로 사용하지 않더라도 로터(330)의 회전속도를 가변시킬 수 있게 된다.
한편, 위와 같이 로터(330)의 회전속도가 점차적으로 가변되기 위해서는 제1영구자석(378) 및 제2영구자석(388)에서 발생되는 자속이 점차적으로 변화되어야 하는 바, 이와 같이 자속이 점차적으로 변화되기 위해서는, 서로 맞닿아 있는 각 영구자석 간에 일정크기 이상의 마찰력이 작용 되어야 한다.
이는 각 영구자석 사이에는 서로 상반되는 극끼리 배열되려는 경향이 끊임없이 존재하기 때문에 요구되는 것이며, 특히 코일(358)에 인가되는 전압이 일정 값 이하로 낮아지는 경우에는 그 마찰력의 중요성이 더욱 커진다.
코일(358)에 인가되는 전압이 충분히 높은 경우에는 스테이터(350)에서 발생되는 자기력에 의하여 영구자석 간에 서로 반대극 끼리 배열되려는 경향이 저지될 수 있게 되고, 이에 의하여 전압의 변화에 따른 자속의 변화가 거의 선형적으로 이루어 질 수 있게 된다.
반면에 코일(358)에 인가되는 전압이 일정 수준 이하로 낮아짐에 따라 스테이터(350)에서 발생되는 자기력보다 영구자석 간에 서로 반대극 끼리 배열되려는 경향이 커지게 되는 경우에는, 각 영구자석의 접촉부분에 일정 크기 이상의 마찰력이 존재하지 않는 이상, 각 영구자석은 급속히 반대극 끼리 배열되어 더 이상 전압의 변화에 따라 자속이 변화할 수 없게 되고, 결국 모터의 속도도 가변시킬 수 없게 되는 것이다.
여기서, 제1영구자석(378) 및 제2영구자석(388)이 스테이터(350)의 양측 끝단으로부터 각각 일정길이만큼 돌출되도록 구성함으로써 위와 같은 마찰력의 구현이 가능해지는바, 이는 상기한 바와 같이 스테이터(350) 자체가 전자석으로서 기능하게 된다는 원리를 이용한 것이다.
스테이터(350) 자체가 전자석으로 기능하게 됨에 따라, 각 영구자석 중 스테이터(350) 외측으로 돌출된 부분에는 스테이터(350) 내측을 향하는 자기력이 작용 되고, 이러한 힘에 의하여, 두 영구자석들이 접촉하는 부분에서는 각각의 영구자석에 대한 수직항력이 증가하게 된다.
마찰력의 크기는 접촉되는 물체의 마찰계수와 수직항력의 곱으로 나타나며, 마찰계수는 물체의 재질에 따라 결정되는 상수이므로, 수직항력이 증가하게 되면 제1영구자석(378) 및 제2 영구자석 사이의 마찰력도 증가하게 되는 것이다.
결국, 이와 같은 구조에 의하여 코일(358)에 인가되는 전압이 점차적으로 변화함에 따라 모터의 속도도 거의 선형적으로 변화할 수 있게 되며, 전압의 크기가 일정 수준 이하로 낮아지더라도 여전히 가변속 특성을 유지할 수 있게 된다.
제1영구자석(378)과 제2영구자석(388)은 서로 맞닿아 있는 상태에서 스테이터(350)의 양측으로 동일한 길이만큼 돌출되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 각각의 영구자석에 대하여 같은 크기의 수직항력이 작용 되도록 하여, 보다 안정적인 가변속 특성을 낼 수 있도록 하기 위함이다.
본 실시예는, 모터케이싱(310)에 고정된 스테이터(350)와, 스테이터(350)의 내주면과 소정 간격을 두고 설치되며, 회전축(314)에 일체로 결합되는 코어부(332)와, 로터(330)코어 내에 삽입되는 도체바(334)를 구비한 로터(330)와, 로터(330)와 스테이터(350) 사이에서 회전 가능하도록 회전축(314)에 결합 되며, 그 회전축(314)의 축방향으로 소정 길이를 갖는 영구자석을 구비한 변속부(370)를 포함하며, 변속부(370)에 구비되는 영구자석은 회전축(314)의 축방향을 기준으로 스테이터(350)의 양측 끝단으로부터 각각 일정 길이만큼 돌출되도록 구성된다.
모터케이싱(310)은 통형의 용기로서, 그 일측에는 회전축(314)를 회전가능하게 지지하는 베어링이 설치된다.
로터(330)는 일정 길이를 갖는 환봉 형태로 형성되는 코어부(332)와, 코어부(332) 내에 삽입되는 도체바(334)를 포함하고, 코어부(332)는, 다수 장의 시트가 적층된 적층체이며 그 코어부(332)의 가운데로 회전축(314)가 고정 결합되어 회전축(314)와 로터(330)는 일체로 회전한다.
스테이터(350)는 일정 길이를 갖도록 형성된 요크부(352)와, 요크부(352)의 내부에 원주 방향으로 권선되는 코일(358)과, 코일(358)이 권취되도록 요크부(352)로부터 돌출되는 복수 개의 티스(354)를 포함한다.
코어는 시트가 복수 개 적층된 적층체로, 일정폭을 갖는 링 형상으로 형성되는 요크부(352)와, 요크부(352)의 내주면에 일정 길이를 갖도록 연장 형성되는 다수 개의 티스(354)들을 포함하여 이루어진다.
코일(358)은 티스(354)에 다수회 권선되며, 티스(354)와 티스(354)에 의해 형성되는 슬롯(356)에 위치하게 되고, 기동 초기 시 코일(358)에 교류 전원이 인가되면 회전자계가 발생하고, 이때 로터(330)의 도체바(334)에 유도 전류가 흐르게 되고 로터(330)가 회전을 시작한다.
변속부(370)의 제1회전부(372)는, 회전축(314)의 축방향을 기준으로 스테이터(350)의 일측 끝단으로부터 일정 길이만큼 돌출되는 제1영구자석(378)과, 컵 형태로 형성되어 제1영구자석(378)을 지지하는 제1홀더(374)를 포함한다.
제1영구자석(378)은 스테이터(350)의 내주면과 로터(330)의 외주면 사이에서 회전 가능하게 삽입되고, 제1홀더(374)의 일측에는 제1베어링(376)이 결합되며, 제1베어링(376)이 회전축(314)에 결합됨으로서, 제1홀더(374)가 회전축(314) 상에서 자유롭게 회전할 수 있다.
변속부(370)의 제2회전부(382)는 회전축(314)의 축방향으로 제1영구자석(378)과 맞닿으며 스테이터(350)의 타측 끝단으로부터 일정 길이만큼 돌출되는 제2영구자석(388)과, 제1홀더(374)와 대칭되도록 회전축(314)에 회전가능하게 결합되어 제2영구자석(388)을 지지하는 컵 형태의 제2홀더(384)를 포함한다.
제2영구자석(388)은 제1영구자석(378)과 마찬가지로 스테이터(350)의 내주면과 로터(330)의 외주면사이에 회전 가능하게 삽입되고, 제2홀더(384)의 일측에는 제2베어링(386)이 결합되며 제2베어링(386)이 회전축(314)에 결합됨으로서, 제2홀더(384)가 회전축(314) 상에서 자유롭게 회전할 수 있다.
제1영구자석(378)과 제2영구자석(388)의 축방향 길이는 각각 스테이터(350)의 축방향 길이의 1/2보다 길게 형성되며, 두 영구자석들은 서로 맞닿아 있는 상태에서 스테이터(350)의 양측으로 동일한 길이(ΔX)만큼 돌출되도록 구성된다.
돌출된 부분은 스테이터(350)에서 형성되는 자기력에 의하여 화살표 방향으로 힘을 받게 되며, 그 힘에 의하여 각 영구자석의 접촉부분에서 마찰력이 증가하게 되므로, 상기한 바와 같이 모터의 가변속 특성이 향상될 수 있게 된다.
스테이터(350)의 코일(358)에는, 코일(358)에 인가되는 전압의 크기를 변화시켜주는 전압가변수단이 연결되고, 전압가변수단은 코일(358)에 인가되는 전압의 주파수를 그대로 유지하면서 그 크기만을 변화시켜주는 것으로서, 위상제어기 또는 변압기 방식으로 제어될 수 있다.
스테이터(350)의 코일(358)에 전원이 인가되면 스테이터(350)는 회전자계를 형성하고, 이렇게 형성된 회전자계에 의하여 변속부(370)를 이루는 제1회전부(372)와 제2회전부(382)가 동기속도로 회전하게 되며, 제1회전부(372) 및 제2회전부(382)에 각각 결합된 영구자석들에 의하여 다시 강한 자속을 갖는 회전자계가 형성되어 로터(330)를 회전시키게 된다.
이때, 코일(358)에 인가되는 전압에 의하여 스테이터(350)는 그 자체로서 극성을 띄는 전자석으로 기능하게 되고, 제1회전부(372) 및 제2 회전부에 각각 결합된 영구자석들에는 N극과 S극이 교번적으로 착자되어 있으므로, 스테이터(350)와 각각의 영구자석들 사이에서는 자기력이 발생된다.
스테이터(350)에 S극이 형성되는 경우에는, 스테이터(350)와 제1영구자석(378) 및 제2영구자석(388)의 N극 사이에 인력이 작용하여, 각 영구자석들이 같은 극끼리 배열되게 된다.
이때, 각 영구자석들 사이에는 그 특성상 서로 반대되는 극끼리 배열되려는 성향이 끊임없이 존재하나, 코일(358)에 인가되는 전압이 충분히 높은 경우에는 스테이터(350)에서 발생되는 자기력이 강력하므로 위와 같이 각 영구자석들이 같은 극끼리 배열될 수 있는 것이다.
이와 같이 각 영구자석이 같은 극끼리 배열되는 경우 자속의 손실은 최소가 되므로, 그로부터 발생되는 회전자계는 최대가 되어 로터(330)는 고속으로 회전할 수 있게 된다.
그러나, 전압 가변수단에 의하여 코일(358)에 인가되는 전압의 크기가 점차로 낮아지는 경우 스테이터(350)에서 발생되는 자기력도 점차로 작아지게 되므로, 상대적으로 상기 영구자석들이 서로 반대되는 극끼리 배열되려는 성향은 점차로 커지게 된다. 이러한 성향에 의하여, 두 영구자석들은 조금씩 상대회전하면서 서로 반대되는 극끼리 배열되는 위치로 이동하게 되며, 그 과정에서 자속의 손실이 점차로 증가함과 동시에 회전자계는 점차로 작아져 로터(330)의 회전속도가 점차 감소하게 된다.
이때, 상기와 같이 각 영구자석들이 스테이터(350)의 양측 끝단으로부터 일정 길이(ΔX) 만큼 돌출되도록 구성함으로써, 두 영구자석들의 접촉부분에서 마찰력을 증가시킬 수 있게 된다.
이러한 마찰력에 의하여 전압의 크기가 일정 수준 이하로 낮아지는 경우에도 각 영구자석들이 급속히 같은 극끼리 배열되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 낮은 전압에서도 여전히 가변속 특성을 유지할 수 있게 되므로 모터의 운전효율이 증가하게 되는 것이다.
최초에 인가된 전압으로부터 전압의 크기를 점차로 낮춤에 따라 모터의 회전속도가 거의 선형적으로 감소될 뿐만 아니라, 낮은 전압에서도 가변속 특성이 유지됨을 확인할 수 있다.
본 실시예의 이탈방지부(390)는, 가압플랜지(391)를 포함하고, 베어링의 외륜이 로터(330)로부터 이탈되지 않도록 베어링의 외륜을 가압하도록 배치되며, 가압플랜지(391)는 모터케이싱(310)에 일체로 형성된다.
가압플랜지(391)는 회전축(314)이 관통하는 관통홀부(312)의 테두리부가 베어링의 외륜쪽을 향해 오목하게 굴곡된 구조이고, 가압플랜지(391)는 원형 링 형태로 구성될 수 있다.
가압플랜지(391)는 복수의 보강리브(396)을 구비하고, 보강리브(396)은 가압플랜지(391)의 표면으로부터 회전축(314)를 향해 돌출된 기둥 형태의 구조물이며, 보강리브(396)의 일측면은 가압플랜지(391)와 일체로 형성되며, 보강리브(396)는 회전축(314)의 길이 방향으로 연장된다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 포함한 모터에서 회전축(314)에 설치되는 베어링과, 모터케이싱(310)을 조립하는 과정을 예로 들어 설명하면서 본 고안의 작용 효과를 상세하게 서술하기로 한다.
먼저, 스테이터(350)가 완성되어 있는 상태에서 스테이터(350)에 형성된 회전축(314)에 로터(330)를 결합하기 위해 먼저 모터케이싱(310)의 베어링수용부(392)에 베어링을 결합한다.
베어링수용부(392)에는 통상적으로 2개의 베어링이 일정한 간격을 유지하도록 스페이서를 사이에 두고 배치되고, 베어링을 회전축(314)에 결합한다.
베어링과 회전축(314)가 결합 된 상태에서 고정링(394)으로 베어링의 외륜이 회전축(314)으로부터 이탈되지 않도록 고정하고, 모터케이싱(310)을 로터(330)에 고정한다.
또한, 회전축(314)에는 고정링(394)이 삽입되어 안착되는 결합홈부(316)가 형성되므로 결합홈부(316)에 고정링(394)을 삽입하여 안착시키면 고정링(394)이 베어링의 외면에 밀착된 상태로 결합홈부(316)에 삽입되므로 고정링(394)이 회전축(314)을 따라 슬라이딩되는 것을 방지함과 동시에 베어링 및 모터케이싱(310)이 회전축(314)을 따라 슬라이딩되는 것을 방지하여 베어링 및 모터케이싱(310)을 회전축(314)에 효과적으로 고정시킬 수 있게 된다.
모터케이싱(310)에 구비된 가압플랜지(391)가 베어링수용부(392)에 배치된 베어링의 외륜을 가압하고, 보강리브(396)에 의해 가압플랜지(391)의 강성은 현저하게 증가하므로 종래의 락킹 와셔와 같은 별도의 부재 없이 베어링이 베어링수용부(392)로부터 이탈되는 것을 효과적으로 방지된다.
이로써, 삼상의 교류 전원을 사용하여 스테이터가 24슬롯이고, 로터가 8극으로 구성된 24슬롯과 8극 구조를 이루어 전류 및 전압이 안전운전 대역에 포함되고, 소음 및 진동이 저감되는 구동을 행할 수 있으며, 전기에너지를 절감할 수 있고, 가변속특성을 개선하여 모터의 효율을 향상시킬 수 있으며, 모터의 장기간 사용으로 베어링이 이탈되는 것을 방지할 수 있는 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터를 제공할 수 있게 된다.
본 고안은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터가 아닌 다른 제품에도 본 고안의 모터가 사용될 수 있다.
따라서 본 고안의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 실용신안등록청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 결선도 20:흑색선
30:녹색선 40:백색선
50:황색선 60:적색선
70:청색선 80: R상 코일
90: T상 코일 100: S상 코일
310 : 모터케이싱 312 : 관통홀부
314 : 회전축 316 : 결합홈부
330 : 로터 332 : 코어부
334 : 도체바 350 : 스테이터
352 : 요크부 354 : 티스
356 : 슬롯 358 : 코일
370 : 변속부 372 : 제1회전부
374 : 제1홀더 376 : 제1베어링
378 : 제1영구자석 382 : 제2회전부
384 : 제2홀더 386 : 제2베어링
388 : 제2영구자석 390 : 이탈방지부
392 : 베어링수용부 394 : 고정링
396 : 보강리브

Claims (3)

  1. 코어부 및 상기 코어부에 권선되는 코일을 구비한 스테이터;
    상기 스테이터의 내주면과 소정 간격을 두고 설치되며 회전축에 일체로 결합되어 회전하는 로터;
    상기 스테이터와 상기 로터 사이에서 회전 가능하도록 상기 회전축에 결합되며, 그 회전축의 축방향으로 소정 길이를 갖는 영구자석이 구비된 변속부;
    상기 로터를 상기 회전축에 회전 가능하게 결합시키는 베어링; 및
    상기 베어링과 상기 회전축 사이에 유격이 발생되는 것을 방지하는 이탈방지부를 포함하고,
    상기 스테이더는, 24슬롯으로 구성되고, 상기 로터는, 8극으로 구성된 규칙적인 삽입 패턴으로 감긴 24슬롯 상기 스테이터와 8극의 상기 로터로 구성되어 상기 코일이 감긴 상기 코어부의 중심 내측에 상기 회전축과 결합되며;
    상기 24슬롯에서 R상의 상기 코일은 1번 슬롯에서부터 4번, 7번, 10번, 13번, 16번, 19번, 22번의 순서로 상기 코일 삽입 패턴이 형성되고, S상의 상기 코일은 3번 슬롯에서부터 6번, 9번, 12번, 15번, 18번, 21번, 24번의 순서로 상기 코일 삽입 패턴이 형성되고, T상의 상기 코일은 5번 슬롯에서부터 8번, 11번, 14번, 17번, 20번, 23번, 2번의 순서로 상기 코일 삽입 패턴이 형성되고;
    상기 24슬롯에 R상, S상, T상의 상기 코일이 모두 결선된 상태는 1번인 Rs는 R상 상기 코일의 결선이 시작하는 것을 의미하고, 22번인 RL은 R상 상기 코일의 결선이 끝나는 부분을 의미하며, 3번인 Ss는 S상 상기 코일의 결선이 시작하는 것을 의미하고, 24번인 SL은 S상 상기 코일의 결선이 끝나는 부분을 의미하며, 5번인 Ts는 T상 상기 코일의 결선이 시작하는 것을 의미하고, 2번인 TL은 T상 상기 코일의 결선이 끝나는 부분을 의미하며;
    각 상의 상기 코일은 색상을 달리하여 결선하여 결선의 혼동을 방지할 수 있도록 하는 것으로 R상 코일의 시작지점에 백색선을 연결하고, 끝지점에 황색선을 연결하며, S상 상기 코일의 시작지점에 청색선을 연결하고, 끝지점에 적색선을 연결하며, T상 상기 코일의 시작지점에 녹색선을 연결하고, 끝지점에 흑색선을 연결하여 6개의 선이 최종적으로 모터의 전원 연결선으로 구성되고;
    전원 연결선으로 공급되는 전원은 AC220V를 사용할 때는 델타 결선으로 사용하고, AC380V를 사용할 때는 와이 결선으로 사용하며;
    상기 코일이 감긴 상기 코어부의 중심 내측에 축과 결합된 상기 로터가 삽입 설치되어 구성되는 삼상 교류 모터는 삼상 교류 전류가 상기 코어부의 상기 코일을 통하여 흐르며 로터계가 형성되면 상기 로터에 유도 전자가 발생됨으로 동력이 발생되고 전류의 세기에 따라 자계의 강/약이 형성되며 이에 상응하는 유도 전기가 발생되고 또한 이에 상응하는 운동에너지가 발생되고,
    상기 이탈방지부는,
    상기 베어링이 상기 회전축을 따라 슬라이딩되는 것을 방지하도록 상기 회전축에 결합되는 고정링; 및
    상기 베어링을 상기 회전축에 가압하며 고정시키는 가압플랜지를 포함하고,
    상기 가압플랜지는, 모터케이싱에 일체로 구비되고,
    상기 변속부는,
    상기 스테이터의 일측으로 일정 길이만큼 돌출되는 제1영구자석과, 상기 회전축에 회전가능하게 결합 되어 상기 제1영구자석을 지지하는 제1홀더를 구비하는 제1회전부; 및
    상기 회전축의 축방향으로 상기 제1영구자석과 맞닿으며 상기 스테이터의 타측으로 일정 길이만큼 돌출되는 제2영구자석과, 상기 제1홀더와 대칭되도록 상기 회전축에 회전가능하게 결합 되어 상기 제2영구자석을 지지하는 제2홀더를 구비하는 제2회전부를 포함하고,
    상기 코일에 연결되어 상기 코일에 인가되는 전압의 크기를 변화시키는 전압 가변부를 더 포함하고;
    상기 전압 가변부는, 변압기 및 위상제어기 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 제1영구자석(378)은 상기 스테이터(350)의 내주면과 상기 로터(330)의 외주면 사이에서 회전 가능하게 삽입되고, 상기 제1홀더(374)의 일측에는 제1베어링(376)이 결합되며, 상기 제1베어링(376)이 상기 회전축(314)에 결합됨으로서, 상기 제1홀더(374)가 상기 회전축(314) 상에서 자유롭게 회전할 수 있고,
    상기 제2영구자석(388)은 상기 스테이터(350)의 내주면과 상기 로터(330)의 외주면사이에 회전 가능하게 삽입되고, 상기 제2홀더(384)의 일측에는 제2베어링(386)이 결합되며, 상기 제2베어링(386)이 상기 회전축(314)에 결합됨으로서, 상기 제2홀더(384)가 상기 회전축(314) 상에서 자유롭게 회전할 수 있고,
    상기 제1영구자석(378)과 상기 제2영구자석(388)의 축방향 길이는 각각 상기 스테이터(350)의 축방향 길이의 1/2보다 길게 형성되며, 상기 제1영구자석 및 상기 제2영구자석은 서로 맞닿아 있는 상태에서 스테이터(350)의 양측으로 동일한 길이(ΔX)만큼 돌출되는 것을 특징으로 하는 24슬롯과 8극 구조의 삼상 교류 인덕션 모터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0149709B1 (ko) * 1994-07-16 1998-12-15 석진철 3상 전동기의 고정자 권선구조
KR200387956Y1 (ko) * 2005-04-04 2005-06-28 한건인 16슬릿과 6극구조의 교류 인덕션 모터
KR20080010226A (ko) * 2006-07-26 2008-01-30 엘지전자 주식회사 하이브리드 유도 전동기

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