KR20150048938A - 반폐형 유도전동기 - Google Patents

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KR20150048938A
KR20150048938A KR1020130128335A KR20130128335A KR20150048938A KR 20150048938 A KR20150048938 A KR 20150048938A KR 1020130128335 A KR1020130128335 A KR 1020130128335A KR 20130128335 A KR20130128335 A KR 20130128335A KR 20150048938 A KR20150048938 A KR 20150048938A
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Abstract

공기가 내부로 유통될 수 있는 구조의 회전자를 통해 회전자 및 고정자의 냉각효율이 향상되는 반폐형 유도전동기가 개시된다.
개시되는 반폐형 유도전동기는 방사상의 덕트홈이 구비된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 권취된 고정자 코일을 구비하는 고정자; 및 상기 고정자의 중공에 배치되어 상기 고정자 코일이 발생시키는 자력을 통해 회전가능하며, 회전축과, 상기 회전축의 축방향으로 적층되어 상기 회전축에 결합되는 복수의 회전자 철심과, 상기 복수의 회전자 철심에 결합되는 회전자 코일과, 상기 복수의 회전자 철심 각각의 사이에 적층되며 상기 회전자 철심 내측의 공기를 외측으로 배출시키는 덕트 플레이트를 구비하는 회전자;를 포함한다.
이러한 반폐형 유도전동기에 의하면, 회전자와 고정자의 내부로 공기가 유동할 수 있는 구조를 통해, 회전자와 고정자의 공기에 의한 냉각효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

반폐형 유도전동기 {OPEN TYPE MOTOR}
본 발명은 반폐형 유도전동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기가 내부로 유통될 수 있는 구조의 회전자를 통해 회전자 및 고정자의 냉각효율이 향상되는 반폐형 유도전동기에 관한 것이다.
유도전동기는 회전자를 지지하기 위한 샤프트와, 상기 샤프트에 의해 지지되어 회전하는 회전자와, 회전자와 대향되게 위치하여 회전자가 회전하도록 자력이 발생하는 고정자와, 고정자를 압입하여 보호지지하기 위한 프레임과, 프레임의 전면과 후면에 체결되는 브라켓과, 상기 전면 브라켓에 형성되어 외부의 공기를 흡입하기 위한 흡입구와, 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기를 외부로 배출시키기 위해 후면 브라켓에 형성된 배출구와, 상기 프레임의 내부온도를 냉각시키기 위해 공기가 흡입 및 배출되도록 회전하는 후면 브라켓의 내부에 설치된 통풍팬으로 구성된다.
이러한 유도전동기는 전원을 인가하면 샤프트에 지지된 회전자가 고정자에서 발생한 자력에 의해 고속으로 회전하므로서 유도전동기가 구동하게 된다.
이때, 회전자가 회전함으로써 유도전동기 내부의 온도가 상승하게 된다.
따라서, 유도전동기 내부를 냉각시키기 위해, 프레임의 후면 브라켓 내부에 구비된 통풍팬이 구동되어 전면 브라켓에 형성된 흡입구를 통해 외부의 공기가 흡입되어 회전자와 고정자 사이를 통과하게 된다.
이와 같이 통풍팬의 회전에 의해 외부의 공기가 흡입되어 회전자와 고정자 사이를 통과함으로써 상승된 유도전동기의 내부 온도를 냉각시켰으면 계속적인 통풍팬의 회전에 의해 프레임의 후면 브라켓에 형성된 배출구를 통해 흡입된 공기가 외부로 배출되어 계속적인 유도전동기의 고출력을 극대화시킬 수 있게 된다.
이러한 반폐형 유도전동기는 대한민국 공개특허공보 제2001-0036665호에 개시되어 있다.
그러나 종래의 기술에 의한 반폐형 유도전동기는 회전자를 축방향으로 관통하여 형성된 통풍구멍 및 회전자와 고정자 사이의 간격을 통해 공기가 축방향으로만 통풍되므로, 회전자와 고정자의 냉각효율이 낮다는 단점이 있다.
또한, 종래의 기술에 의한 반폐형 유도전동기는 회전자와 고정자로 외부공기를 유입시키기 위해 별도의 통풍팬이 필요하므로, 장치의 제작비용이 많이 소요되며, 통풍팬 구동에 의한 기계손이 발생하여 전동기의 효율이 감소되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 회전자와 고정자의 냉각효율이 향상된 반폐형 유도전동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 방사상의 덕트홈이 구비된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 권취된 고정자 코일을 구비하는 고정자; 및 상기 고정자의 중공에 배치되어 상기 고정자 코일이 발생시키는 자력을 통해 회전가능하며, 회전축과, 상기 회전축의 축방향으로 적층되어 상기 회전축에 결합되는 복수의 회전자 철심과, 상기 복수의 회전자 철심에 결합되는 회전자 코일과, 상기 복수의 회전자 철심 각각의 사이에 적층되며 상기 회전자 철심 내측의 공기를 외측으로 배출시키는 덕트 플레이트를 구비하는 회전자;를 포함하는 반폐형 유도전동기를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 회전자 철심은 상기 회전축의 축방향으로 공기가 유통가능한 에어홀이 구비되고, 상기 덕트 플레이트는 방사상으로 형성된 복수의 블레이드부와, 상기 복수의 블레이드부 각각의 사이에 형성되어 상기 회전자 철심의 에어홀에 연통되고 상기 회전자 철심의 외곽측으로 연장 절개된 덕트 슬릿부를 구비할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 덕트 슬릿부는 상기 회전자 철심에 구비된 복수의 에어홀에 일대일로 대응하며, 상기 덕트 플레이트의 내측에서 외곽측으로 방사상으로 형성될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 덕트 플레이트는 상기 블레이드부의 끝단이 테이퍼지게 형성되어 상기 덕트 슬릿부의 외측 끝단의 폭이 확장되는 슬릿 확장부를 구비할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 회전자 철심과 덕트 플레이트에는 회전자 코일이 결합되는 코일 결함홈이 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 덕트 플레이트는 상기 회전축의 축방향에 대해 상기 고정자 철심의 덕트홀과 어긋나는 위치에 배치되도록 구성될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 고정자와 회전자가 내장되며, 외부 공기가 내부로 유입되는 공기유입구를 구비하는 프레임이 더 포함될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 프레임의 내측 양단에 구비되며, 상기 프레임의 공기유입구를 통해 유입된 공기를 상기 회전자 측으로 안내하는 에어 가이드가 더 포함될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 회전자와 고정자의 내부로 공기가 유동할 수 있는 구조를 통해, 회전자와 고정자의 공기에 의한 냉각효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 외부 공기 도입을 위한 별도의 송풍팬을 필요로 하지 않고 회전자의 회전에 의해 자동으로 외부공기가 회전자 및 고정자로 유입될 수 있는 구성을 통해, 장치의 구성이 간단해지고, 장치의 제작 비용이 감소되며, 기계손이 발생하지 않는다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반폐형 유도전동기의 부분 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 반폐형 유도전동기의 부분 단면 사시도.
도 3의 (a) 및 (b)는 도 1에 도시된 반폐형 유도전동기에 포함되는 회전자 철심의 평면도 및 덕트 플레이트의 평면도.
도 4는 도 3에 도시된 회전자 철심과 덕트 플레이트가 중첩된 상태를 나타내는 평면도.
도 5는 도 1에 도시된 반폐형 유도전동기 내부의 공기흐름을 나타내는 부분 단면도.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 반폐형 유도전동기에 대해서 살펴본다.
여기서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반폐형 유도전동기의 부분 단면도이며, 도 2는 반폐형 유도전동기의 부분 단면 사시도, 도 3의 (a) 및 (b)는 회전자 철심의 평면도 및 덕트 플레이트의 평면도, 도 4는 회전자 철심과 덕트 플레이트가 중첩된 상태를 나타내는 평면도, 도 5는 반폐형 유도전동기 내부의 공기흐름을 나타내는 부분 단면도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반폐형 유도전동기(100)는 프레임(110), 고정자(S), 회전자(R) 및 에어 가이드(170)를 포함할 수 있다.
상기 프레임(110)은 본 발명의 일 실시예에 따른 반폐형 유도전동기(100)의 외관을 구성하며, 후술할 고정자(S), 회전자(R) 및 에어 가이드(170)가 설치될 수 있는 내부공간을 구비할 수 있다.
이러한 프레임(110)에는 외부 공기가 프레임(110) 내부로 유입될 수 있는 공기유입구(112)를 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 공기유입구(112)는 프레임(110)의 양단에 결합되는 별도의 브라켓(미도시)에 구비될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 공기유입구(112)는 프레임(110)의 양단에 구비되어, 후술할 고정자(S) 및 회전자(R)의 축방향으로 외부 공기가 유입될 수 있는 통로를 구성할 수 있다.
또한, 상기 고정자(S)는 프레임(110)의 내부에 고정된 고정자 철심(122)과 상기 고정자 철심(122)에 권취된 고정자 코일(126)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 고정자 철심(122)에는 도 2에 도시된 바와 같이 방사상의 덕트홈이 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 덕트홈은 고정자 철심(122)의 축방향으로 복수개가 간격을 가지고 구비될 수 있다.
이러한 덕트홈은 고정자 철심(122)의 외곽으로 연장되어, 고정자 철심(122)의 내측으로 유입된 공기가 고정자 철심(122)의 내부를 통과한 뒤 외곽으로 배출될 수 있는 경로를 구성할 수 있다.
고정자 철심(122)은 덕트홈에 유동하는 공기에 의해 냉각될 수 있게 된다.
한편, 상기 회전자(R)는 원통형태인 상기 고정자(S)의 중공에 배치되어, 고정자 코일(126)이 발생시키는 자력을 통해 회전될 수 있다.
이러한 회전자(R)는 회전축(130), 회전자 철심(140), 회전자 코일(150) 및 덕트 플레이트(160)를 포함할 수 있다.
상기 회전축(130)은 프레임(110)의 양단에 구비된 베어링(114)에 회전가능하게 지지되며, 적어도 일단이 프레임(110)의 외측으로 노출되도록 연장되어 회전력을 외부요소에 전달할 수 있다.
또한, 상기 회전자 철심(140)은 복수개가 회전축(130)의 축방향으로 적층되어 회전축(130)에 결합될 수 있다. 회전자 철심(140)은 각각이 원반형태로 구성될 수 있으며, 복수개가 적층되어 원통형태의 철심을 구성할 수 있다.
이러한 회전자 철심(140)은 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 몸체가 폭 방향으로 관통되어 형성된 다수의 에어홀을 구비할 수 있다.
상기 에어홀은 적층된 복수의 회전자 철심(140)의 내측에 회전축(130)의 축방향으로 공기가 유통될 수 있는 경로를 구성할 수 있다.
또한, 회전자 철심(140)의 테두리 부분에는 후술할 회전자 코일(150)이 권취되는 코일 결합홈(142)이 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 회전자 철심(140)은 정밀도가 높고 고온에서의 강도 및 내마모성이 높은 알루미늄 다이캐스팅(Al diecasting)으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 회전자 코일(150)은 복수의 회전자 철심(140)에 구비된 코일 결합홈(142)을 통해 복수의 회전자 철심(140)에 권취될 수 있다.
회전자 코일(150)은 회전자 철심(140)이 권취되어 전류가 흐르면 자력을 발생시켜서 회전자 철심(140)을 자화시킬 수 있다.
한편, 상기 덕트 플레이트(160)는 서로 적층되는 회전자 철심(140)과 회전자 철심(140) 사이에 적층되어 회전자 철심(140)과 회전거동이 일치되는 원판형태의 부재로 구성될 수 있다.
이러한 덕트 플레이트(160)는 회전자 철심(140) 내측의 공기를 외측으로 배출시킬 수 있다.
즉, 덕트 플레이트(160)는 회전자 철심(140)의 에어홀에 유통되는 공기를 회전자 철심(140)의 외측으로 배출시킬 수 있다.
이를 위해, 일 실시예에서, 덕트 플레이트(160)는 블레이드부(162), 덕트 슬릿부(164) 및 슬릿 확장부(168)를 구비할 수 있다.
상기 블레이드부(162)는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 덕트 플레이트(160)의 몸체 중에서 덕트 플레이트(160)의 몸체가 중심에서 방사상으로 형성된 부분에 해당한다.
이러한 블레이드부(162)의 끝단 부분에는 회전자 철심(140)에 구비된 코일 결합홈(142)에 대응하는 코일 결합홈(166)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 덕트 슬릿부(164)는 복수의 블레이드부(162) 각각의 사이에 형성되며, 공기가 유통될 수 있는 유로로 구성될 수 있다.
즉, 덕트 슬릿부(164)는 블레이드부(162)와 블레이드부(162) 사이의 간격에 해당할 수 있다.
이러한 덕트 슬릿부(164)는 회전자 철심(140)의 외곽측으로 연장 절개된 구조를 통해, 회전자 철심(140)의 에어홀로 유통되는 공기가 회전자 철심(140)의 외부로 배출되는 경로를 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 덕트 슬릿부(164)는 회전자 철심(140)에 구비된 복수의 에어홀에 일대일로 대응하며, 덕트 플레이트(160)의 내측에서 외곽측으로 방사상으로 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 회전자 철심(140)과 덕트 플레이트(160)가 중첩된 경우, 덕트 플레이트(160)의 덕트 슬릿부(164)는 회전자 철심(140)의 에어홀에 연통될 수 있다.
이와 같이 덕트 슬릿부(164)가 에어홀에 연통된 경우, 에어홀로 유통되는 공기의 일부는 덕트 슬릿부(164)를 통해 회전자 철심(140)과 덕트 플레이트(160)의 외곽으로 배출될 수 있게 된다.
또한, 상기 슬릿 확장부(168)는 도 3의 (b)의 부분 확대도에 도시된 바와 같이 블레이드부(162)의 끝단이 테이퍼지게 형성되어 덕트 슬릿부(164)의 외측 끝부분의 폭이 확장된 부분에 해당한다.
즉, 슬릿 확장부(168)는 블레이드부(162) 끝단의 양측에 형성된 경사면으로 구성될 수 있다.
이러한 슬릿 확장부(168)는 회전자(R)의 고속 회전시에 덕트 슬릿부(164)를 통해 배출되는 공기가 블레이드부(162)의 끝단에서 경사면을 통해 회전자 철심(140)의 원주방향으로 부드럽게 배출되도록 할 수 있다.
이와 같은 슬릿 확장부(168)를 통해 고속회전하는 블레이드부(162)의 공기저항이 감소됨으로써, 전동기 효율이 증대될 수 있으며, 작동 소음이 감소될 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 전술한 바와 같은 덕트 플레이트(160)는 도 1에 도시된 바와 같이 회전축(130)의 축방향에 대해 고정자 철심(122)의 덕트홀(123)과 어긋나는 위치에 배치되도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 덕트 플레이트(160)의 덕트 슬릿부(164)를 통해 배출되는 공기가 고정자 철심(122)의 덕트홀(123)을 통해 곧바로 배출되지 않고, 회전자 철심(140)과 고정자 철심(122) 사이의 간격에 유입되어 회전자 철심(140)과 고정자 철심(122)을 냉각한 후 덕트홀(123)로 유입될 수 있게 된다.
한편, 상기 에어 가이드(170)는 프레임(110)의 내측 양단에 구비되며, 프레임(110)의 공기유입구(112)를 통해 유입된 공기를 회전자(R) 측으로 안내할 수 있다.
일 실시예에서, 이러한 에어 가이드(170)는 공기유입구(112) 측에서 회전자(R) 측으로 연장된 깔때기 형태의 부재로 구성될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 반폐형 유도전동기(100)의 공기 냉각 동작에 대해서 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반폐형 유도전동기(100)가 구동되어 회전자(R)가 회전하면, 회전자 철심(140)의 에어홀에 수용된 공기가 회전자 철심(140)의 회전에 의한 원심력을 받아서 덕트 슬릿부(164)를 통해 덕트 플레이트(160)의 외곽으로 이동하게 된다.
이때, 덕트 플레이트(160)의 블레이드부(162)는 덕트 슬릿부(164)에 수용된 공기에 원심력을 가하도록 공기를 밀어내는 날개 기능을 수행할 수 있다.
덕트 슬릿부(164)를 통해 이동한 공기는 덕트 플레이트(160)의 외곽으로 배출되어, 회전자 철심(140)과 고정자 철심(122) 사이의 간격으로 유입된다.
그리고, 회전자 철심(140)과 고정자 철심(122) 사이의 간격에 수용된 공기는 회전자 철심(140)의 회전에 의해 발생하는 공기의 압력에 의해 고정자 철심(122)의 외곽 방향으로 힘을 받게 되어, 고정자 철심(122)에 구비된 덕트홀(123)로 유입되게 된다.
덕트홀(123)로 유입된 공기는 고정자 철심(122)의 내부에서 고정자 철심(122)을 냉각시킨 후 고정자 철심(122)의 외측으로 배출되어 프레임(110) 내부로 이동하게 된다.
한편, 상기와 같이 회전자 철심(140)의 회전에 의해 에어홀에 수용된 공기가 빠져 나가면, 에어홀의 기압이 낮아지므로 프레임(110) 외부의 공기가 공기유입구(112)를 통해 에어홀로 유입되게 된다.
이때, 에어 가이드(170)는 공기유입구(112)를 통해 유입되는 공기를 회전자(R) 측으로 안내하여, 공기가 회전자 철심(140)의 에어홀로 이동하도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 반폐형 유도전동기(100)는 회전자 철심(140)과 고정자 철심(122) 내부에 공기가 유입되어, 회전자(R)와 고정자(S)가 공기와 접촉하는 면적이 증가하므로, 회전자(R)와 고정자(S)의 냉각효율이 향상된다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반폐형 유도전동기(100)는 덕트 플레이트(160)의 회전을 통해 공기가 자동으로 회전자(R) 내부로 유입될 수 있어서, 회전자(R)로 외부공기를 유입시키기 위한 별도의 송풍팬(fan)을 필요로 하지 않으므로, 장치의 제작비용이 감소하고, 송풍팬 구동에 따른 기계손이 발생하지 않는다는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
100 : 반폐형 유도전동기
S : 고정자
R : 회전자
110 : 프레임 112 : 공기유입구
114 : 베어링 122 : 고정자 철심
123 : 덕트홀 126 : 고정자 코일
130 : 회전축 140 : 회전자 철심
142 : 코일 결합홈 150 : 회전자 코일
160 : 덕트 플레이트 162 : 블레이드부
164 : 덕트 슬릿부 166 : 코일 결합홈
168 : 슬릿 확장부 170 : 에어 가이드

Claims (8)

  1. 방사상의 덕트홈이 구비된 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 권취된 고정자 코일을 구비하는 고정자; 및
    상기 고정자의 중공에 배치되어 상기 고정자 코일이 발생시키는 자력을 통해 회전가능하며, 회전축과, 상기 회전축의 축방향으로 적층되어 상기 회전축에 결합되는 복수의 회전자 철심과, 상기 복수의 회전자 철심에 결합되는 회전자 코일과, 상기 복수의 회전자 철심 각각의 사이에 적층되며 상기 회전자 철심 내측의 공기를 외측으로 배출시키는 덕트 플레이트를 구비하는 회전자;
    를 포함하는 반폐형 유도전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 철심은 상기 회전축의 축방향으로 공기가 유통가능한 에어홀이 구비되고,
    상기 덕트 플레이트는 방사상으로 형성된 복수의 블레이드부와, 상기 복수의 블레이드부 각각의 사이에 형성되어 상기 회전자 철심의 에어홀에 연통되고 상기 회전자 철심의 외곽측으로 연장 절개된 덕트 슬릿부를 구비하는 반폐형 유도전동기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 덕트 슬릿부는 상기 회전자 철심에 구비된 복수의 에어홀에 일대일로 대응하며, 상기 덕트 플레이트의 내측에서 외곽측으로 방사상으로 형성된 반폐형 유도전동기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 덕트 플레이트는 상기 블레이드부의 끝단이 테이퍼지게 형성되어 상기 덕트 슬릿부의 외측 끝단의 폭이 확장되는 슬릿 확장부를 구비하는 반폐형 유도전동기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 철심과 덕트 플레이트에는 회전자 코일이 결합되는 코일 결함홈이 구비된 반폐형 유도전동기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 덕트 플레이트는 상기 회전축의 축방향에 대해 상기 고정자 철심의 덕트홀과 어긋나는 위치에 배치되도록 구성되는 반폐형 유도전동기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고정자와 회전자가 내장되며, 외부 공기가 내부로 유입되는 공기유입구를 구비하는 프레임을 더 포함하는 반폐형 유도전동기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프레임의 내측 양단에 구비되며, 상기 프레임의 공기유입구를 통해 유입된 공기를 상기 회전자 측으로 안내하는 에어 가이드를 더 포함하는 반폐형 유도전동기.
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