KR20080094124A - 엔드턴을 활용하는 유도전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔드턴을 활용하는 유도전동기에 관한 것으로서, 코일이 권선되어 엔드턴을 형성하는 스테이터와, 스테이터에 공극을 두고서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터를 포함하는 유도전동기에 있어서, 엔드턴으로부터 발생하는 자속에 대한 자기저항을 가짐으로써 기동토오크를 유발시키는 엔드턴활용디스크가 엔드턴과 마주 대하여 로터로부터 이격되도록 회전축에 설치된다. 따라서, 본 발명은 엔드턴의 자속에 대하여 자기저항을 가지는 엔드턴활용디스크를 구비함으로써 엔드턴으로부터 발생되는 유도전류를 활용하여 기동토오크의 증대를 가져오고, 엔드턴활용디스크가 로터와는 공극을 가지도록 설치됨으로써 기동토오크의 증대에도 불구하고 로터의 회전자도체에 영향을 미치지 않게 되어 효율의 증대에 기여하는 효과를 가지고 있다.

엔드턴, 로터, 스테이터, 기동토오크, 디스크

Description

엔드턴을 활용하는 유도전동기{INDUCTION MOTOR UTILIZING AN END-TURN}

도 1은 종래의 기술에 따른 유도전동기를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 엔드턴을 활용하는 유도전동기를 도시한 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 엔드턴을 활용하는 유도전동기의 엔드턴활용디스크를 도시한 평면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 스테이터 111 : 코일

112 : 스테이터 코어 113 : 엔드턴

120 : 로터 121 : 회전자도체

122 : 로터 코어 123 : 회전축홀

130 : 회전축 140 : 엔드턴활용디스크

141 : 개구 142 : 축고정부

150 : 케이싱 151 : 홀더

152 : 베어링 160 : 스페이서

본 발명은 엔드턴을 활용하는 유도전동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔드턴의 자속을 기동토오크 증가에 이용할 뿐만 아니라 효율을 증대시킬 수 있는 엔드턴을 활용하는 유도전동기에 관한 것이다.

일반적으로, 전동기라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용되는데, 크게 교류전동기와 직류전동기로 나뉘어진다.

한편, 교류전동기의 일종인 유도전동기는 전원에 접속된 코일의 1차 권선의 전자유도로 2차 권선에 전류가 유기되며, 2차 권선에 유기된 전류와 회전 자계의 상호작용으로 회전 토오크를 얻는다.

종래의 유도전동기를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 유도전동기를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 유도전동기(10)는 케이싱(14)에 고정되는 스테이터(stator; 11)와, 스테이터(11) 내부에 공극을 두고서 회전 가능하게 설치되는 로터(rotor; 12)와, 로터(12)의 중심부에 압입되어 로터(12)와 함께 회전하는 회전축(13)을 포함한다.

스테이터(11)는 교류전원을 인가받아 회전 자계를 형성하는 코일(11a)과, 코일(11a)의 회전 자계에 의해 발생된 자속의 통로를 형성하는 자성체의 스테이터 코어(11b)로 이루어진다.

스테이터 코어(11b)는 동일한 형상의 규소 강판을 축방향을 따라 다수개로 적층함으로써 형성되고, 내주면을 따라 일정 간격을 두고서 다수의 슬롯(미도시)이 방사형으로 형성되며, 슬롯에 코일(11a)이 분포권, 집중권, 동심권 등의 방법으로 권선된다.

로터(12)는 코일(11a)에 의해 유기된 전류와 자속의 상호작용에 의해 토오크를 발생시키는 회전자도체(12a)와, 회전자도체(12a)가 설치됨과 아울러 자속의 통로를 제공하는 자성체의 로터 코어(12b)로 이루어진다.

회전체도체(12a)는 전도성이 높은 알루미늄이나 구리와 같은 금속 또는 마그네트가 사용된다.

로터 코어(12b)는 동일한 형상의 규소 강판을 축방향을 따라 다수개로 적층함으로써 형성되고, 외주면 또는 내측에 축방향과 나란한 다수의 슬롯(미도시)이 일정한 간격을 두고서 방사형으로 형성되며, 슬롯에 회전체도체(12a)가 코일(11a)과 마찬가지로 축방향과 평행하도록 설치된다.

로터 코어(12b)는 내측에 설치되는 회전자도체(12a)를 서로 연결하여 하나의 회로를 구성하기 위하여 엔드링(12c)이 양단에 마련된다.

엔드링(12c)은 로터 코어(12b) 내측에 설치되는 회전자도체(12a)가 금속일 경우 회전자도체(12a)와 함께 다이캐스팅 공법이 가능한 알루미늄(Al)으로 제작됨이 일반적이다.

회전축(13)은 로터 코어(12b)를 관통하여 고정됨으로써 케이싱(14)의 양측에 위치하는 홀더(14a)에 베어링(14b)을 매개로 회전 가능하게 설치된다.

이와 같은 종래의 기술에 따른 유도전동기(10)의 동작은 다음과 같다.

코일(11a)에 교류전원이 인가되면서 축에 수직한 방향으로 자계가 발생하여 스테이터 코어(11b)를 통해 자속이 회전하게 되고, 이러한 회전 자속이 공극을 통 해서 로터(12)의 회전자도체(12a)와 쇄교함으로써 회전자도체(12a)에 전류를 유기하게 된다. 이 때, 회전자도체(12a)에 유기된 전류는 자속과 함께 플레밍의 왼손법칙에 따라 로터(12)에 토오크를 발생시킨다.

이러한 종래의 유도전동기(10)는 코일(11a)중에서 스테이터 코어(11b)의 양단에 스테이터 코어(11b) 슬롯간의 코일(11a)을 서로 연결함으로써 하나의 회로를 이루는 엔드턴(end-turn; 11c)이 형성되는데, 유도전동기(10)는 회전 자계를 형성하기 위하여 스테이터(11)에 다수의 극이 형성되어야 하며, 이를 위해 코일(11a)이 인접한 스테이터 코어(11b)의 슬롯끼리 권선되는 것이 아니라 몇 개의 스테이터 코어(11b)의 슬롯을 건너뛰어서 권선되기 때문에 엔드턴(11c)은 코일(11a)의 권선 방법에 따라 그 길이만의 변화를 가질 뿐 필연적으로 존재할 수밖에 없다.

그러나, 유도전동기(10)에서 엔드턴(11c)은 발생되는 자속이 공기에 노출됨으로써 로터(12)의 토오크에 영향을 미치는 자속, 즉 유효 자속을 생성할 수 없음에도 불구하고, 스테이터(11)에 권선되는 코일(11a)중에서 상당한 부분을 차지하고 있다. 따라서, 엔드턴(11c)은 코일(11a) 자체의 저항인 동손(銅損)을 증가시킬 뿐 유도전동기(10)의 효율 향상에 도움이 되지 못하는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 유도전동기(10)는 그 특성상 초기에 기동토오크의 저하가 문제되는 바, 이러한 기동토오크의 증가는 구동 목적에 있어서 매우 중요하다. 그러나, 유도전동기(10)의 기동토오크를 증가시킬 경우 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 기동토오크와 효율의 증가를 가져오는 유도전동기의 개발이 필요하게 되었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 엔드턴의 자속에 대하여 자기저항을 가지는 엔드턴활용디스크를 구비함으로써 엔드턴으로부터 발생되는 유도전류를 활용하여 기동토오크의 증대를 가져오고, 엔드턴활용디스크가 로터와는 공극을 가지도록 설치됨으로써 기동토오크의 증대에도 불구하고 로터의 회전자도체에 영향을 미치지 않게 되어 효율의 증대에 기여하는 엔드턴을 활용하는 유도전동기를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 코일이 권선되어 엔드턴을 형성하는 스테이터와, 스테이터에 공극을 두고서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터를 포함하는 유도전동기에 있어서, 엔드턴으로부터 발생하는 자속에 대한 자기저항을 가짐으로써 기동토오크를 유발시키는 엔드턴활용디스크가 엔드턴과 마주 대하여 로터로부터 이격되도록 회전축에 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 엔드턴을 활용하는 유도전동기를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔드턴을 활용하는 유도전동기(100)는 코일(111)이 권선되어 엔드턴(113)을 형성하는 스테이터(stator; 110)와, 스테이터(110)에 공극을 두고서 설치되는 로터(rotor; 120)와, 로터(120)의 중심부에 압 입되어 로터(120)를 함께 회전 가능하도록 지지하는 회전축(130)과, 엔드턴(113)과 마주 대하여 로터(120)로부터 이격되도록 회전축(130)에 설치되는 엔드턴활용디스크(140)를 포함한다.

스테이터(110)는 교류전원을 인가받아 회전 자계를 형성하는 코일(111)과, 코일(111)의 회전 자계에 의해 발생된 자속의 통로를 형성하는 자성체의 스테이터 코어(112)를 포함하며, 코일(111)이 스테이터 코어(112)의 내주면을 따라 방사형으로 형성되는 다수의 슬롯(미도시)에 권선되어 스테이터 코어(112) 양측에 엔드턴(113)이 형성된다.

로터(120)는 코일(111)에 의해 유기된 전류와 자속의 상호작용에 의해 토오크를 발생시키는 회전자도체(121)와, 회전자도체(121)가 설치됨과 아울러 자속의 통로를 제공하는 자성체의 로터 코어(122)로 이루어진다.

회전자도체(121)는 전도성이 높은 알루미늄(Al)이나 구리(Cu)와 같은 금속 또는 마그네트(magnet)가 사용되며, 축방향과 나란한 로터 코어(122)의 슬롯에 설치됨으로써 축방향과 평행을 이루는데, 로터 코어(122)의 외주면을 따라 설치되거나 로터 코어(122) 내측에 설치된다.

회전축(130)은 로터 코어(122)의 중심에 형성되는 회전축홀(123)에 압입되어 로터 코어(122)와 일체를 이루며, 케이싱(150)의 홀더(151)에 베어링(152)을 매개로 회전 가능하도록 설치된다.

엔드턴활용디스크(140)는 바람직하게는 단일 또는 다수로 적층되는 규소강판으로 이루어지고, 엔드턴(113)으로부터 발생하는 자속에 대한 자기저항을 가짐으로 써 기동토오크를 유발시키는데, 로터(120)와 공극을 가지게 이격되도록 설치됨으로써 로터(120)의 회전자도체(121)에 미치는 영향이 없도록 하여 기동토오크의 증가에도 불구하고 유도전동기(100)의 효율을 증대시키도록 한다.

엔드턴활용디스크(140)는 기동토오크의 증가를 배가시키기 위하여 로터(120)의 양측에 공극을 두고서 설치된다. 즉, 엔드턴활용디스크(140)는 로터(120)의 양측에 위치하도록 회전축(130)에 고정된다.

엔드턴활용디스크(140)와 로터(120) 사이에 스페이서(160)가 설치됨이 바람직하다.

스페이서(160)는 엔드턴활용디스크(140)와 로터(120) 사이의 회전축(130)에 삽입 설치되며, 이로 인해 엔드턴활용디스크(140)가 로터(120)로부터 유격을 일정하게 유지함으로써 회전시 고정 위치의 이탈이나 편심에 의한 회전시 진동을 억제한다.

엔드턴활용디스크(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 자기저항의 조절을 통한 기동토오크를 조절하기 위하여 개구(141)가 형성된다. 즉, 개구(141)의 크기에 따라 엔드턴활용디스크(140)의 체적 변경에 따른 자기저항의 조절을 가져오며, 이로 인해 기동토오크를 조절할 수 있다. 이 때, 엔드턴활용디스크(140)는 중심부에 가장자리와 연결되는 축고정부(142)를 형성하여 축고정부(142)를 통해서 회전축(130)에 고정된다.

또한, 엔드턴활용디스크(140)는 두께, 예를 들면 규소강판의 두께 또는 규소강판의 적층 개수를 조절하여 체적을 변경함으로써 자기저항을 조절할 수도 있으 며, 이로 인해 기동토오크를 변화시킬 수 있다. 이 때, 엔드턴활용디스크(140)는 기동 효율을 위하여 마주 대하는 엔드턴(113)을 벗어나지 않는 범위 내에서 두께의 최대값을 제한시킴이 바람직하다.

이와 같은 구조로 이루어진 엔드턴을 활용하는 유도전동기의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

코일(111)에 교류전원이 인가되면, 스테이터 코어(112)를 통해 회전 자속을 형성하고, 회전 자속이 공극을 통해 회전자도체(121)와 쇄교함으로써 회전자도체(121)에 전류가 유기되며, 회전자도체(121)에 유기된 전류는 자속과 함께 토오크를 발생하게 된다. 한편, 기동 초기시, 엔드턴(113)으로부터 발생되는 자속이 공극을 통해 엔드턴활용디스크(140)로 이동하여 엔드턴활용디스크(140)의 자기저항으로 인해 회전축(130)에 기동토오크를 전달하게 됨으로써 유도전동기(100)에 대한 기동토오크를 증대시키며, 이로 인해 엔드턴(113)으로부터 발생되는 자속이 기동토오크의 증대에 유효하게 활용되어 비효율적인 부분을 개선한다.

유도전동기(100)의 기동토오크는 로터(120) 양측에 각각 마련되는 엔드턴활용디스크(140)에 의해 배가되며, 엔드턴활용디스크(140)의 개구(141) 크기에 의한 자기저항의 조절을 통해서 조절이 가능하다.

이러한 기동토오크의 증가에도 불구하고, 엔드터활용디스크(140)가 로터(120)로부터 공극을 가지도록 이격됨으로써 로터(120)의 회전자도체(121)에 영향을 미치지 않게 되어 효율의 증대를 가져오며, 이로 인해 소비전력을 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 엔드턴을 활용하는 유도전동기는 엔드턴의 자속에 대하여 자기저항을 가지는 엔드턴활용디스크를 구비함으로써 엔드턴으로부터 발생되는 유도전류를 활용하여 기동토오크의 증대를 가져오고, 엔드턴활용디스크가 로터와는 공극을 가지도록 설치됨으로써 기동토오크의 증대에도 불구하고 로터의 회전자도체에 영향을 미치지 않게 되어 효율의 증대에 기여하는 효과를 가지고 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 엔드턴을 활용하는 유도전동기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (4)

1. 코일이 권선되어 엔드턴을 형성하는 스테이터와, 상기 스테이터에 공극을 두고서 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터를 포함하는 유도전동기에 있어서,

   상기 엔드턴으로부터 발생하는 자속에 대한 자기저항을 가짐으로써 기동토오크를 유발시키는 엔드턴활용디스크가 상기 엔드턴과 마주 대하여 상기 로터로부터 이격되도록 회전축에 설치되는 것

   을 특징으로 하는 엔드턴을 활용하는 유도전동기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 엔드턴활용디스크는,

   상기 로터의 양측에 각각 설치되는 것

   을 특징으로 하는 엔드턴을 활용하는 유도전동기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 엔드턴활용디스크와 상기 로터 사이의 회전축에 유격 유지를 위한 스페이서가 설치되는 것

   을 특징으로 하는 엔드턴을 활용하는 유도전동기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 엔드턴활용디스크는,

   자기저항의 조절을 통한 기동토오크를 조절하기 위하여 개구가 형성되는 것

   을 특징으로 하는 엔드턴을 활용하는 유도전동기.

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