KR20060131541A - 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기에 관한 것으로서, 엔드턴 코일의 길이를 저감시켜 효율 및 출력을 향상 시킬 수 있음은 물론 하이브리드 유도전동기의 소형/콤팩트화를 실현할 수 있는 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 중앙부에 관통 형성된 수용공의 내주면에 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 이격됨과 아울러 반경 방향을 따라 내측으로 돌출되게 복수개의 티스부가 형성되어 있는 고정자와; 상기 각 티스부의 사이에 해당되는 고정자의 내주면과 외주면에 축 방향을 따라 권선되는 구동코일과; 상기 수용공의 내부에 소정 공극을 두고 이격되며 회전 가능하게 삽입되는 유도회전자와; 상기 유도회전자의 중심에 압입 결합되어 상기 유도회전자의 회전력을 외부로 출력하는 회전축과; 원주 방향을 따라 복수개의 극성을 갖는 마그네트를 구비하여 상기 고정자와 상기 유도회전자의 사이에 소정 공극을 두고 이격되며 독립적으로 회전 가능하게 설치되는 동기회전자;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기를 제공한다.

하이브리드 유도전동기, 토로이달 스테이터, 소형, 동기회전자, 마그네트

Description

토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기{HYBRIDE INDUCTION MOTOR APPLIED TOROIDAL WINDING METHODE}

도 1은 종래 하이브리드 유도전동기의 구조를 도시한 종단면도

도 2는 도 1의 A-A선 단면도

도 3 내지 5는 종래 하이브리드 유도전동기로서, 플럭스라인 및 플럭스밀도와 역기전력 파형을 도시한 도면

도 6은 본 발명에 따른 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기의 구조를 도시한 단면도

도 7은 본 발명에 따른 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기로서, 토로이달 스테이터의 구조를 도시한 평면도

도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기로서, 플럭스라인 및 플럭스밀도와 역기전력 파형을 도시한 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 고정자 3 : 유도회전자

5 : 회전축 6 : 동기회전자

7 : 절연부재 22 : 티스부

23 : 구동코일 61 : 마그네트

62 : 마그네트프레임 63 : 베어링

본 발명은 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔드턴 코일의 길이를 저감시켜 효율 및 출력을 향상 시킬 수 있음은 물론 하이브리드 유도전동기의 소형/콤팩트화를 실현할 수 있는 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장치로서, 사용전원에 따라 직류전동기와 교류전동기로 구분할 수 있다. 그 중 교류전동기에는 유도전동기, 동기전동기, 정류자전동기 등이 있으며, 최근 유도전동기와 동기전동기의 특성을 결합한 동기/유도 전동기가 소개되고 있다.

동기/유도 전동기는 고정자와 회전자 사이의 공극에 동기자인 영구자석을 자유회전 상태로 설치하여 이중공극을 형성하는 것으로, 고정자의 자계가 동기자를 회전시켜 동기자가 동기속도로 회전을 함과 동시에 동기자의 영구자석에서 발생하는 자속이 회전자에 대해 회전자계 역할을 하면서 상기한 회전자가 회전을 하도록 하는 원리이다.

첨부한 도 1은 종래 하이브리드 유도전동기의 구조를 도시한 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.

또한, 도 3 내지 5는 종래 하이브리드 유도전동기로서, 플럭스라인 및 플럭 스밀도와 역기전력 파형을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 종래 하이브리드 유도전동기는, 내부 수용공간을 갖는 하우징(1)과, 회전자계가 생성되도록 구동코일(21)이 권선되며 하우징(1)의 내주면에 고정 설치되는 고정자(2)와, 상기 고정자(2)의 내측에 일정 간격을 유지하며 회전 가능하게 설치되는 동기회전자(6)와, 상기 동기회전자(6)의 내측에 일정 간격을 유지하며 회전 가능하게 설치되는 유도회전자(3) 및 상기 유도회전자(3)의 중심(3b)에 압입 결합되어 유도회전자(3)의 회전력을 외부로 출력하는 회전축(5)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 고정자(2)는 복수개의 규소강판으로 형성된 적층철심으로, 그 중앙부에 관통 형성된 수용공(21)의 내주면에는 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 이격됨과 아울러 반경 방향을 따라 내측으로 돌출되게 복수개의 티스부(22)가 형성되어 있고, 상기 티스부(22)에는 회전자계를 생성하는 구동코일(23)이 권선되어 있다.

상기 구동코일(23)은 메인코일(도시하지 않음)과 기동을 위한 서브코일(도시하지 않음)로 이루어져 있다.

상기 유도회전자(3)는 규소강판으로 된 적층철심에 봉도체(32)를 삽입하는 소위 농형의 유도회전자(squirrel cage rotor)로 이루어져 있다.

상기 동기회전자(6)는 고정자(2)와 유도회전자(3) 각각에 대하여 전자기력으로 결합되는 것으로서, 고정자(2)와 유도회전자(3)의 사이에 자유롭게 회전 가능하게 설치되는 마그네트(61)와, 상기 마그네트(61)를 지지하는 마그네트프레임(62)과, 상기 마그네트프레임(62)이 회전축(5) 상을 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하 는 베어링(63)을 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같은 종래 하이브리드 유도전동기는 다음과 같이 동작한다.

상기 고정자(2)의 구동코일(23)에 1차 전류가 순차적으로 인가되어 회전자계가 형성되면, 이 회전자계에 의해 동기회전자(6)가 동기되어 동기속도로 회전을 하게 되는 바, 상기 동기회전자(6)의 마그네트(61)에서 내측자속이 유도회전자(3)에 대해 회전자계 역할을 하며 유도회전자(3)가 회전될 수 있게 함으로써, 상기 유도회전자(3)에 결합되는 회전축(5)이 유도회전자(3)와 함께 회전을 하면서 회전축(5)에 연결된 각종 부품에 회전력을 전달하게 된다.

그런데, 전술한 바와 같은 하이브리드 유도전동기에 있어서는, 상기 고정자(2)에 권선되는 구동코일(23) 중 유효 자속을 생성하지 않는 부분이 상당히 존재하게 되는 문제점이 있었다.

즉, 상기 구동코일(23) 중 고정자의 양단부에는 각 티스부(22)간의 코일을 서로 연결 함으로써 하나의 회로를 이루는 엔드턴(end-turn)(23a)이 형성되는데, 상기 엔드턴(23a)은 티스부(22)를 지나지 않기 때문에 동기회전자(6)에 영향을 미치는 회전자계를 생성할 수 없었고, 이에 따라 코일 자체의 저항인 동손(銅損)이 증가하여 효율 및 출력이 저하되는 문제점이 야기되었다.

이 엔드턴의 길이가 증가함에 따라

또한, 상기 엔드턴(23a)은 권선방법에 따라 그 길이가 달라질 수는 있으나 기존의 권선방법에 있어서는 필연적으로 존재할 수 밖에 없었다.

즉, 구동코일(23)에 회전자계를 형성하기 위해서는 고정자(2)에 다수의 극이 형성되어야 하는데, 이를 위해 상기 구동코일(23)은 인접한 티스부(22)끼리 권선되는 것이 아니라 몇개의 티스부(22)를 건너뛰어 권선되기 때문에 불가피하게 엔드턴(23a)의 길이가 증가되고 이에 따라 하이브리드 유도전동기 전체의 크기가 커지고 원가가 상승되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 엔드턴 코일의 길이를 저감시켜 효율 및 출력을 향상 시킬 수 있음은 물론 하이브리드 유도전동기의 소형/콤팩트화를 실현할 수 있는 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중앙부에 관통 형성된 수용공의 내주면에 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 이격됨과 아울러 반경 방향을 따라 내측으로 돌출되게 복수개의 티스부가 형성되어 있는 고정자와; 상기 각 티스부의 사이에 해당되는 고정자의 내주면과 외주면에 축 방향을 따라 권선되는 구동코일과; 상기 수용공의 내부에 소정 공극을 두고 이격되며 회전 가능하게 삽입되는 유도회전자와; 상기 유도회전자의 중심에 압입 결합되어 상기 유도회전자의 회전력을 외부로 출력하는 회전축과; 원주 방향을 따라 복수개의 극성을 갖는 마그네트를 구비하여 상기 고정자와 상기 유도회전자의 사이에 소정 공극을 두고 이격되며 독립적으로 회전 가능하게 설치되는 동기회전자;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 동기회전자는 상기 마그네트에 결합되는 마그네트프레임과, 상기 마그네트프레임이 회전축 상을 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 티스부 사이의 구동코일이 서로 절연될 수 있도록 형성되는 절연부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 6은 본 발명에 따른 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기의 구조를 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기로서, 토로이달 스테이터의 구조를 도시한 평면도이다.

또한, 도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기로서, 플럭스라인 및 플럭스밀도와 역기전력 파형을 도시한 도면이다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 6 내지 도 10에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 토로이달 권선 방식이 적용한 하이브리드 유도전동기는, 중앙부에 관통 형성된 수용공의 내주면에 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 이격됨과 아울러 반경 방향을 따라 내측으로 돌출되게 복수개의 티스부(22)가 형성되어 있는 고정자(2)와, 상기 각 티스부(22)의 사이에 해당되는 고정자(2)의 내주면과 외주면에 축 방향을 따라 토로이달 방식으로 권선되는 구동코일(23)과, 상기 수용공의 내부에 소정 공극을 두고 이격되며 회 전 가능하게 삽입되는 유도회전자(3)와, 상기 유도회전자(3)의 중심에 압입 결합되어 유도회전자(3)의 회전력을 외부로 출력하는 회전축(5)과, 원주 방향을 따라 복수개의 극성을 갖는 마그네트(61)를 구비하여 고정자(2)와 유도회전자(3)의 사이에 소정 공극을 두고 이격되며 독립적으로 회전 가능하게 설치되는 동기회전자(6)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 고정자(2)는 복수개의 규소강판으로 형성된 적층철심으로, 그 중앙부에 관통 형성된 수용공(21)의 내주면에는 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 이격됨과 아울러 반경 방향을 따라 내측으로 돌출되게 복수개의 티스부(22)가 형성되어 있고, 상기 각 티스부(22)의 사이에 해당되는 고정자(2)의 내주면과 외주면에는 축 방향을 따라 토로이달 방식으로 회전자계를 생성하는 구동코일(23)이 권선되어 있다.

상기 구동코일(23)은 메인코일(도시하지 않음)과 기동을 위한 서브코일(도시하지 않음)로 이루어져 있다.

또한, 상기 고정자(2)에는 각 티스부(22) 사이의 구동코일(23)이 서로 절연될 수 있도록 절연부재(7)가 일체로 몰딩 형성되어 있다.

상기 유도회전자(3)는 규소강판으로 된 적층철심에 봉도체(32)를 삽입하는 소위 농형의 유도회전자(squirrel cage rotor)(3)로 이루어져 있다.

상기 동기회전자(6)는 고정자(2)와 유도회전자(3) 각각에 대하여 전자기력으로 결합되는 것으로서, 고정자(2)와 유도회전자(3)의 사이에 자유롭게 회전 가능하게 설치되는 마그네트(61)와, 상기 마그네트(61)를 지지하는 마그네트프레임(62) 과, 상기 마그네트프레임(62)이 회전축(5) 상을 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 베어링(63)을 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기는 다음과 같이 동작한다.

상기 고정자(2)의 구동코일(23)에 1차 전류가 순차적으로 인가되어 회전자계가 형성되면, 이 회전자계에 의해 동기회전자(6)가 동기되어 동기속도로 회전을 하게 되는 바, 상기 동기회전자(6)의 마그네트(61)에서 내측자속이 유도회전자(3)에 대해 회전자계 역할을 하며 유도회전자(3)가 회전될 수 있게 함으로써, 상기 유도회전자(3)에 결합되는 회전축(5)이 유도회전자(3)와 함께 회전을 하면서 회전축(5)에 연결된 각종 부품에 회전력을 전달하게 된다.

이와 같이 본 발명은, 고정자(2)의 권선되는 구동코일(23)을 고정자(2)의 각 티스부(22)의 사이에 해당되는 내주면과 외주면에 축 방향을 따라 토로이달 방식으로 권선함으로써, 따라 종래 대비 전기/자기적인 성능 저하없이 엔드턴의 길이를 최소화 할 수 있게 하며, 그에 따른 효율 및 출력 저하를 방지할 수 있게 함은 물론 원가를 절감하고, 하이브리드 유도전동기의 소형/콤팩트화를 실현할 수 있게 한다.

또한, 이와 같은 구조는 구동코일(23)이 티스부(22)에 권선되는 구조에 비해 역기전력(逆起電力)이 커질 수 있게 함으로써, 종래 대비 효율을 향상 시킬 수 있게 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명 의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절히 변경 가능한 것이다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기에 의하면, 하이브리드 유도전동기에 토로이달 권선 방식을 적용함으로써, 엔드턴 코일의 길이를 저감시켜 효율 및 출력을 향상 시킬 수 있음은 물론 하이브리드 유도전동기의 소형/콤팩트화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 중앙부에 관통 형성된 수용공의 내주면에 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 이격됨과 아울러 반경 방향을 따라 내측으로 돌출되게 복수개의 티스부가 형성되어 있는 고정자와;

   상기 각 티스부의 사이에 해당되는 고정자의 내주면과 외주면에 축 방향을 따라 권선되는 구동코일과;

   상기 수용공의 내부에 소정 공극을 두고 이격되며 회전 가능하게 삽입되는 유도회전자와;

   상기 유도회전자의 중심에 압입 결합되어 상기 유도회전자의 회전력을 외부로 출력하는 회전축과;

   원주 방향을 따라 복수개의 극성을 갖는 마그네트를 구비하여 상기 고정자와 상기 유도회전자의 사이에 소정 공극을 두고 이격되며 독립적으로 회전 가능하게 설치되는 동기회전자;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 동기회전자는 상기 마그네트에 결합되는 마그네트프레임과, 상기 마그네트프레임이 상기 회전축 상을 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 각 티스부 사이의 구동코일이 서로 절연될 수 있도록 형성되는 절연부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 토로이달 권선 방식을 적용한 하이브리드 유도전동기.

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