KR20130056980A - 유도전동기의 농형 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업용 고속 유도전동기 농형 회전자에서, 2차 도체 역할을 하는 알루미늄이 충진되는 회전자의 슬롯 형상을 단락환에 근접한 부분에서 증가시켜 단락환과 슬롯부분에 형성된 도체바와의 결합력을 높여 줌으로써, 고속회전시 원심력에 의한 이탈을 방지하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에서는 유도전동기의 농형 회전자에 있어서, 원통형 강판의 가장자리에 둘레방향을 따라 이격되어 축선방향을 따라 다수의 슬롯이 관통 형성된 다수의 강판이 적층되어 형성하는 제1코어와 상기 제1코어의 슬롯의 면적을 증가시킨 슬롯이 관통 형성된 다수의 강판이 상기 제1코어의 양단으로부터 각각 적층되어 형성하는 제2코어로 이루어진 회전자 코어를 포함하고, 상기 회전자 코어의 중심부에 압입 결합되는 회전축과 상기 회전자 코어의 양단부에 배치되는 단락환을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 농형 회전자를 제공함으로써, 유도전동기의 고속회전시 농형 회전자의 안전성을 확보할 수 있다.

Description

유도전동기의 농형 회전자{Squirrel cage rotor of induction motor}

본 발명은 산업용 고속 유도전동기 농형 회전자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2차 도체 역할을 하는 알루미늄이 충진되는 회전자의 슬롯 형상을 개선하여 단락환과 도체바 간의 결합력을 높일 수 있는 유도전동기의 농형 회전자에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전동력을 얻도록 한 것으로서, 이러한 전동기는 교류전동기와 직류전동기로 대별될 수 있으며, 그 중에서 특히 유도전동기는 교류전동기의 일종이다.

상기 유도전동기는 고정자(stator)와 회전자(rotor)로 구성되며, 고정자 권선에 교류가 흐를 때 발생하는 회전 자기장(rotating magnetic field)에 의해서 회전자에 토오크가 발생하여 전동기가 회전 구동을 하게 된다.

대개, 상기 유도전동기는 회전자의 권선 형태에 따라 구리나 알루미늄 환봉이 회전자 도체를 형성하는 농형 유도전동기(squirrel cage induction motor)와, 회전자에도 고정자와 마찬가지로 권선이 결선되어 있는 권선형 유도 전동기(wound-rotor induction motor)로 구분되고 있다.

이하, 첨부한 도면을 토대로 종래의 농형 유도전동기에 대한 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 유도전동기의 구조를 도시한 종단면도이고, 도 2는 종래 유도전동기의 구조를 도시한 횡단면도이다.

도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 종래 유도전동기는 모터 하우징이나 프레임 등에 고정 설치되는 고정자(stator)(10)와, 상기 고정자(10)의 내부에 회전 가능하게 삽입되는 회전자(rotor)(20)와, 상기 회전자(20)의 중심부에 압입 결합되는 회전축(30)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 고정자(10)는 복수개의 강판이 적층되어 형성되는 고정자 코어(11)와, 상기 고정자 코어(11)의 중앙부에 관통 형성된 수용공(11a)의 둘레 방향을 따라 일정간격을 두고 이격됨과 아울러 그 내측으로 돌출 형성되는 복수 개의 티스(12)에 권회되어 인가되는 전원에 의해 전자기력을 형성시키는 고정자 코일(13)을 포함하여 구성되어 있다.

이와 같은 종래 유도전동기는 고정자 코일(13)에 전류가 교번되게 인가되면 고정자 코일(13)에 흐르는 전류에 의해 유도자기가 발생되고, 이와 같이 형성된 유도자기와의 상호 작용에 의해 회전자(20)가 회전하게 되며, 이에 따라 상기 회전자(20)와 함께 회전축(30)이 회전을 하게 된다.

한편, 상기와 같은 종래 유도전동기의 회전자(20)의 제작 방법을 살펴보면, 먼저 복수개의 강판을 적층하여 복수 개의 슬롯(22)이 형성된 회전자 코어(21)를 제조하고, 이와 같이 제조된 회전자 코어(21)를 다이캐스팅 금형의 내부에 배치시킨 후, 알루미늄 다이캐스팅을 실시하여 회전자 코어(21)의 각 슬롯(22)에 용융된 알루미늄이 충진되게 함으로써, 충진된 알루미늄은 도체바(23)로 형성되고, 또한 상기 도체바(23)에 단락환(24)이 일체로 연결되는 순서로 제조된다.

이러한 유도전동기를 고속회전기에 적용할 경우, 고속회전에 따른 원심력으로 인해 회전자(20)의 단락환(24)과 도체바(23)의 결합력이 중요한 특성이 된다.

이때의 결합력이 부족할 경우에는 원심력으로 인해 단락환(24)의 이탈이 발생하게 되고, 결국 전동기 소손이 발생할 우려가 커진다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 2차 도체 역할을 하는 알루미늄이 충진되는 회전자의 슬롯 형상을 단락환에 근접한 부분에서 증가시킴으로써, 단락환과 슬롯부분에 형성된 도체바와의 결합력을 높일 수 있고, 이에 따라 고속회전시 원심력에 의한 단락환의 이탈을 방지할 수 있는 유도전동기의 농형 회전자를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 유도전동기의 농형 회전자는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 유도전동기의 농형 회전자는 원통형 강판의 가장자리에 둘레방향을 따라 이격되어 축선방향을 따라 다수의 슬롯이 관통 형성된 다수의 강판이 적층되어 형성하는 제1코어와, 상기 제1코어의 슬롯의 면적을 증가시킨 슬롯이 관통 형성된 다수의 강판이 상기 제1 코어의 양단으로부터 각각 적층되어 형성하는 제2코어로 이루어진 회전자 코어를 포함하고, 상기 회전자 코어의 중심부에 압입 결합되는 회전축과, 상기 회전자 코어의 양단부에 배치되는 단락환을 더 포함하는 형태로 이루어진다.

특히, 상기 회전자 코어의 대부분을 이루는 제1코어 대비 상기 제2코어의 슬롯은 면적이 증가되어 단락환에 근접한 회전자 가장자리 부분의 회전자 부분을 형성하는 특징이 있다.

따라서, 본 발명에서 제공하는 유도전동기의 농형 회전자는 상이한 단면 구조로 형성된 강판을 적층하여, 축선 방향의 위치에 따라 서로 다른 슬롯 형상을 갖도록 구성된 회전자 코어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 유도전동기의 농형 회전자는 회전자의 2차 도체 역할을 하는 알루미늄이 충진되는 회전자의 슬롯 형상을 단락환에 근접한 부분에서 증가시키는 구조 개선을 통해서 단락환과 슬롯부분에 형성된 도체바와의 결합력을 높여줌으로써, 고속회전시 원심력에 의한 이탈을 방지할 수 있고, 따라서 고속회전시 농형 회전자의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 유도전동기의 구조를 도시한 종단면도
도 2는 종래 유도전동기의 구조를 도시한 횡단면도
도 3은 본 발명에 따른 유도전동기의 농형 회전자에서 회전자 코어 배치구조를 도시한 정면도
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 유도전동기의 농형 회전자의 단면 형상을 도시한 단면도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 아래와 같다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 유도전동기의 농형 회전자의 회전자 코어 배치도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 유도전동기의 농형 회전자의 단면 형상을 도시한 단면도이다.

도 3과 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 상기 유도전동기는 고정자(110)와 회전자(120)를 포함하며, 상기 회전자(120)에는 회전자 코어(121) 및 이 회전자 코어(121)와 함께 회전하는 회전축(130)이 구비되고, 특히 상기 회전자(130)의 경우에 적층되어 있는 각각의 회전자 코어(121)가 서로 상이한 단면 구조의 슬롯 형상을 가짐으로써, 복수의 단면 형상을 가지는 회전자 코어의 조합 구조로 이루어지는 특징이 있다.

상기 고정자(110)는 전술한 바와 같이 모터 하우징이나 프레임 등에 고정 설치되는 부품으로서, 복수 개의 강판이 적층되어 형성되는 고정자 코어(111)와, 상기 고정자 코어(111)의 복수 개의 티스에 권회되어 인가되는 전원에 의해 전자기력을 형성시키는 고정자 코일, 즉 엔드코일(113)을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 회전자(120)는 복수 개의 강판이 적층되어 구성되는 회전자 코어(121)를 포함하는 바, 이 회전자 코어(121)의 가장자리에는 둘레방향을 따라 이격됨과 아울러 축선 방향을 따라 복수 개의 슬롯(125)이 관통 형성되며, 상기 회전자 코어(121)의 각 슬롯(125)의 내부에는 복수 개의 알루미늄 도체바(123)가 충진된다.

이 경우, 상기 회전자 코어(121)의 각 슬롯(125) 내부에 충진되는 복수 개의 알루미늄 도체바(123)는 상기 회전자 코어(121)의 양단부에 배치되는 단락환(124)과 함께 다이캐스팅을 통하여 회전자 코어 슬롯 내부에 충진되는 형태로 형성될 수 있으며, 상기 회전자 코어(121)의 중심부에는 회전축(130)이 압입 결합된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 구현예를 도시하고 있는 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 유도전동기의 농형 회전자는 다수의 강판이 적층되어 이루어지는 회전자 코어(121)에서, 회전축(130)에 대한 축방향으로 소정의 구간을 설정하고, 설정된 각각의 구간에 대하여 상이한 횡단면 상 슬롯의 형상을 갖도록 구성된 제1코어(121a) 및 제2코어(121b)가 위치하도록 구성할 수 있다.

예를 들면, 종단면도 상 축방향의 중심으로 구간 S₁ 에 대하여 제1코어(121a)가 배치되고, 상기 제1코어(121a)의 양 단부로부터 구간 S₂ 및 S₃에 해당하는 구간에서 제2코어(121b)가 적층되도록 구성하여, 상이한 슬롯의 형상을 가지는 제1코어(121a) 및 제2코어(121b)가 순차적으로 배열됨에 따라 다양한 단면의 형상을 갖는 슬롯 및 이에 충진되는 알루미늄 도체바(123)를 포함하도록 형성된다.

일 예로서, 회전축(130)의 축방향을 따라가면서 회전자 코어(121)들이 적층되어 있는 형태로 이루어진 회전자(120)의 길이를 세 구간으로 나누고, 이렇게 나눈 세 구간 중에서 길이 중간부분에 위치하는 가운데 구간(S₁)에는 제1코어(121a)를, 길이 단부부분에 위치하는 나머지 양단 구간(S₂,S₃)에는 제2코어(121b)를 각각 배치한 형태로 회전자 코어(121)를 구성할 수 있다.

이때, 상기 회전자(120)의 가운데 구간(S₁)의 길이는 양단 구간(S₂,S₃)의 길이의 합과 같은 길이로 이루어질 수 있다.

이러한 제1코어와 제2코어의 구체적인 형상은 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다.

도 4a는 본 발명에 따른 유도전동기의 농형 회전자를 구성하는 제1코어의 횡단면 형상의 바람직한 구현예를 도시하고 있으며, 도 4b는 본 발명에 따른 유도전동기의 농형 회전자를 구성하는 제2코어의 횡단면 형상의 바람직한 구현예를 도시하고 있다.

도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 여기서는 서로 다른 슬롯의 형상을 가지는, 다시 말해 단면적의 크기가 서로 다른 슬롯을 가지는 제1코어와 제2코어를 보여주고 있다.

즉, 상기 제1코어(121a)의 슬롯(125a)의 단면적은 제2코어(121b)의 슬롯(125b)의 단면적에 비해 상대적으로 작은 면적을 가지고 있으며, 이때의 제1코어(121a)는 전동기의 요구특성에 부합하도록 설계된 것으로 회전자의 길이 중간 구간에 배치되면서 회전자 코어의 대부분을 차지한다.

그리고, 상기 제2코어(121b)의 경우에는 슬롯(125b)의 단면적을 증가시켜(제1코어가 갖는 슬롯의 단면적에 비해 상대적으로 크게 증가시켜) 그 속에 채워져 형성되는 도체바(123)의 단면적을 증가시켜줌으로써, 단락환(124)과의 접합력을 증가시킬 수 있고, 결국 고속회전시 단락환(124)의 이탈을 방지할 수 있다.

예를 들면, 회전자(120)의 단부쪽으로 위치되는 회전자 코어(121), 즉 제2코어(121b)가 가지는 슬롯(125b)의 단면적을 크게 하여 그 만큼 도체바(123)의 단면적 크기 또한 증가되도록 함으로써, 단락환(124)과 접촉되는 도체바(123)의 충분한 면적을 확보할 수 있고, 결국 단락환(124)과 도체바(123) 간의 결합력 강화에 따라 고속회전시 단락환(124)이 이탈될 우려를 말끔히 해소할 수 있게 된다.

여기서, 상기 제2코어(121b)의 적층 길이(S₂,S₃)를 최소화하여 전동기의 특성저하를 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따른 유도전동기의 농형 회전자는 엔드코일(113)에 전류가 교번되게 인가되면 엔드코일(113)에 흐르는 전류에 의해 유도자기가 발생되고, 이와 같이 형성된 유도자기와의 상호 작용에 의해 회전자 코어(121)가 회전하게 됨에 따라 회전축(130)이 함께 회전하게 되며, 이때 상술한 바와 같은 상이한 단면의 형상을 갖는 제1코어(121a)와 제2코어(121b)가 각 구간별로 교대로 배치되어 적층되는 본 발명의 회전자 코어의 구조에 따라 유도전동기의 효율 향상과 함께 충분한 기동 특성을 확보할 수 있다.

다만, 상기 제1코어 및 상기 제2코어의 단면의 형상과 관련하여, 본 발명의 상세한 설명에서 설명하고 있는 실시예는 그 바람직한 실시 예일 뿐이며, 본 발명은 이에 제한되지 아니하고, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 통상의 지식의 범위 내에서 그 변형이나 개량이 가능하다.

본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.

110 : 고정자 111 : 고정자 코어
112 : 엔드코일 113 : 엔드코일
120 : 회전자 121 : 회전자 코어
121a : 제1코어 121b : 제2코어
123 : 도체바 124 : 단락환
125,125a,125b : 슬롯
130 : 회전축

Claims (3)

1. 고정자(110)와 회전자(120)를 포함하는 유도전동기의 농형 회전자에 있어서,
   상기 회전자(120)는 복수 개의 회전자 코어(121)가 적층 조합되는 구조로 이루어지되, 상기 회전자 코어(121)는 서로 단면이 상이한 서로 다른 형상의 슬롯(125a,125b)을 갖는 제1코어(121a)와 제2코어(121b)로 구성하여, 단락환과 연결되는 부위의 도체바 면적을 증가시킴으로써, 단락환과 도체바 간의 결합력이 증가될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 유도전동기의 농형 회전자.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 회전자(120)의 가운데 구간(S₁)에는 제1코어(121a)를 배치하는 동시에 양단 구간(S₂,S₃)에는 상기 제1코어(121a)가 갖는 슬롯(125a)의 단면적에 비해 상대적으로 큰 단면적의 슬롯(125b)을 갖는 제2코어(121b)를 배치하여, 상기 제2코어(121b)의 슬롯(125b)에 채워지는 도체바(123)의 단면적을 증가시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 유도전동기의 농형 회전자.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 제2코어(121b)가 배치되는 앙단 구간(S₂,S₃)은 전동기의 요구특성을 고려하여 최소한의 구간으로 설정되는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 농형 회전자.

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