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KR100377051B1 - 열역학적으로제어혹은제한된스페이스가열기를구비하는전동기 - Google Patents

열역학적으로제어혹은제한된스페이스가열기를구비하는전동기 Download PDF

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KR100377051B1
KR100377051B1 KR1019950021517A KR19950021517A KR100377051B1 KR 100377051 B1 KR100377051 B1 KR 100377051B1 KR 1019950021517 A KR1019950021517 A KR 1019950021517A KR 19950021517 A KR19950021517 A KR 19950021517A KR 100377051 B1 KR100377051 B1 KR 100377051B1
Authority
KR
South Korea
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temperature
heater
thermostat
winding
motor
Prior art date
Application number
KR1019950021517A
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English (en)
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KR960006227A (ko
Inventor
제임스로버트크로웰
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR960006227A publication Critical patent/KR960006227A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100377051B1 publication Critical patent/KR100377051B1/ko

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, moulding insulation, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • H02K15/125—Heating or drying of machines in operational state, e.g. standstill heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
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    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

본 발명은 회전 부품을 구동시키도록 동력원에 연결되는 장치에 관한 것이다. 전동기는 고정 조립체와 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조립체를 구비하며, 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동되며, 고정 조립체는 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력원에 의해 동력을 공급 받게 되고 최대의 희망 작동 온도와 선정된 최소 희망 온도 상승분을 지니는 와인딩을 포함한다. 가열기는 와인딩의 외측면과 열교환되며, 와인딩의 온도를 상승시키도록 와인딩으로 전달되는 열을 발생시키기 위해 전동기 와인딩이 동력을 공급받지 않을때에도 동력원에 연결되도록 채택된다. 선택적으로 항온기가 가열기와 동력원간에 직렬로 연결될 수 있다. 항온기는 가열기의 최대 온도를 제한하므로 발생된 열을 가열기를 과열시키기에 충분하지 못하며 전동기 와인딩에 동력이 공급되지 않는 동안 와인딩상의 열축적을 방지한다. 가열기는 이것에 의해 발생된 열이 전동기 와인딩에 동력이 공급되지 않는 동안 가열기의 온도를 최대 온도 보다 높게 상승시키지 않고 모든 잔여열이 전동기로 부터 분산되도록 하는 표면적과 동력 밀도를 구비한다. 또한, 이러한 전동기의 제조 방법도 제공한다.

Description

열역학적으로 제어 혹은 제한된 스페이스 가열기를 구비하는 전동기
본 발명은 일반적으로 전동기 와인딩(winding: 권선)상에서의 열축적 방지를 위해 사용되는 가열기를 구비한 전동기에 관한 것으로 특히, 열역학적으로 제어된 스페이스 가열기(space heater)를 구비한 전동기에 관한 것이다.
통상적으로 전동기는 작동 사이클 중에 온도가 증가된 후에 냉각될 때, 전동기 와인딩상에 열축적이 발생되는 경향이 있는 것으로 알려져 있다. 종래에는, 전동기의 작동이 중지될 때, 전동기 와인딩의 온도를 주위 온도 보다 높게 유지시키도록 사용되는 스페이스 가열기에 의해 상기와 같은 문제점이 발생되었다. 특히, 종래 기술에 의한 스페이스 가열기는 전동기 와인딩으로 전달되는 열을 발생시키도록 전동기 와인딩에 인접하게 장착된다. 이러한 스페이스 가열기는 전동기의 작동이 멈출 때 작동된다. 이러한 스페이스 가열기에 의해 생성된 높은 표면 온도로 인해, 스페이스 가열기와 전동기 와인딩 사이에는 단열층(thermally-insulated layer)이 배치된다. 이러한 구조에 의해 다소간의 열전달은 방지될 수 있지만, 전동기 와인딩과 스페이스 가열기간의 직접 접촉을 방해하게 된다. 스페이스 가열기의 높은 표면 온도 때문에 스페이스 가열기와 전동기 와인딩 사이의 직접 접촉은 와인딩 단열 물질을 용융시켜 전동기에 손상을 가져올 수 있으며, 그 밖에 와인딩의 열 특성을 저하시키게 된다.
위험한 환경에서 상기 전동기를 사용할 경우, 가스, 증기 혹은 먼지에 의한 자동 발화 가능성을 방지하거나 또는 억제하기 위해 최대 표면 온도를 제한하여야 한다. 이러한 환경에서, 스페이스 가열기를 구비하는 종래의 전동기는 스페이스 가열기에 의해 생성된 높은 표면 온도로 인해 사용되지 못할 경우도 발생한다.
따라서, 전동기 와인딩에 열적 손상을 방지하고, 위험한 환경에서도 사용 가능하도록 최대 표면 온도가 낮은 스페이스 가열기를 구비하는 전동기의 제공이 요구된다. 또한, 효율이 높으며, 전동기의 작동이 중지될 때, 스페이스 가열기를 운전하는데 필요로 하는 동력의 감소가 가능한 전동기의 제공이 또한 요구된다.
본 발명의 목적은, 위험한 환경에서 가스, 증기 혹은 먼지에 의한 자동 점화의 발생 가능성을 없애거나 최소화시키면서, 그러한 환경에서의 사용을 허용하도록하는, 최대 표면 온도를 지니고 열역학적으로 제어 혹은 제한된 스페이스 가열기를 구비하는 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고 전동기가 작동하지 않는 동안 가열기에 의해 발생된 열이 와인딩상에서 열축적되는 것을 억제하고, 가열기의 과열을 유발하기에 불충분하도록 가열기의 최대 온도를 제한하는, 열역학적으로 제어 혹은 제한된 스페이스 가열기를 구비하는 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가열기 및 전동기 와인딩 모두의 과열을 억제하는, 열역학적으로 제어 혹은 제한된 스페이스 가열기를 구비하는 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가열기 및 전동기의 과열을 억제하도록 전동기 온도가 전동기 최대 소망의 작동 온도에 근접한 온도가 될 때, 항온기가 가열기의 동력 공급을 중단시키는, 열역학적으로 제어 혹은 제한된 스페이스 가열기를 구비하는 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가열기와 와인딩 사이에 단열 물질을 배치시킬 필요가 없기 때문에 가열기와 전동기 와인딩간의 열전달을 향상시키게 되는, 열역학적으로 제어 혹은 제한된 스페이스 가열기를 구비하는 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고, 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 동안 항온기의 온도를 항온기의 개방 회로에서의 온도 보다 높게 상승시키지 않은 열을 발생하여 그 기간 중에 항온기의 사이클을 최소화시키게 되는, 전동기용 열적으로 제어 혹은 제한된 스페이스 가열기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 동안, 실질적으로 연속적으로 동력이 공급되어, 와인딩의 온도를 주위 온도에 예정된 최소 소망의 온도의 상승분을 합한 온도 이상으로 유지시키도록 하는, 열역학적으로 제어 혹은 제한된 스페이스 가열기를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 장치는 동력 공급원에 연결되어 회전 부품을 구동하도록 되어 있다. 전동기는 고정 조립체와, 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조 립체를 구비한다. 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동된다. 고정 조립체는, 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력 공급원에 의해 동력을 공급 받게 되어 있는 와인딩을 포함하며, 상기 와인딩은, 최대 소망의 작동 온도와 예정된 최소 소망의 온도 상승분을 갖게 된다. 와인딩의 외측면과 열교환 관계로 있는 가열기는, 최소한 와인딩이 동력을 공급 받지 않을 때 동력 공급원에 연결되도록 하여, 와인딩의 온도를 상승시키도록 와인딩으로 전달되는 열을 발생한다. 가열기와 동력 공급원 사이에 직렬로 접속되어 있는 항온기는 개방 온도와 폐쇄 온도를 가지며, 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 낮을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 폐쇄 회로를 제공하여 가열기에 동력을 공급하게 되며, 그리고 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 높을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 개방 회로를 제공하여 가열기에 동력 공급을 중단시키도록 되어 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 항온기의 개방 온도는 전동기 와인딩의 최대소망의 작동 온도 미만이기 때문에, 항온기는 개방 회로를 제공하게 되고, 그리고 가열기는, 전동기가 최대 소망의 작동 온도에 도달할 때 전동기 와인딩의 동력 공급이 차단된 직후에는 열을 발생시키지 않게 된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 항온기의 폐쇄 온도는 전동기의 주위 온도 보다 높기 때문에, 항온기는 폐쇄 회로를 제공하게 되고, 그리고 가열기는 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 낮을 때 열을 발생시키는데, 이 때 항온기는, 가열기를 과열시키기에는 충분하지 못하도록, 그리고 전동기 와인딩에 동력이 공급되지 않는 동안 와인딩상의 열축적을 억제하도록 가열기의 최대 온도를 제한하게 된다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 항온기의 개방 온도는, 전동기 와인딩에 동력공급이 중단되고 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 동안, 실질적으로 연속적으로 동력이 가열기에 공급되어, 와인딩의 온도를 주위 온도에 예정된 최소 소망의 온도의 상승분을 합한 온도 이상으로 유지시키는 결과를 초래하기 위해 폐쇄 회로를 제공하도록 설정된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 항온기의 폐쇄 온도는 전동기의 주위 온도 보다 더 높기 때문에, 항온기는 폐쇄 회로를 제공하며, 가열기는 항온기의 온도가 폐쇄 온도 미만일 때 열을 발생하는데, 이때 상기 가열기는, 전동기 와인딩에 동력이 공급되지 않는 동안 와인딩상에서 열축적되는 것을 억제하는 열을 발생한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 가열기는, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되는 동안 가열기에 의해 발생된 열이 일반적으로 최대 소망의 작동 온도 이상으로가열기의 온도를 상승시키지 않도록 하는 표면적 및 동력 밀도를 구비하며, 가열기와 와인딩 사이에 단열체를 설치하지 않아 이들 간의 열전달을 향상시키며, 가열기에 의해 발생된 열은 전동기 혹은 가열기의 온도가 최대 온도를 초과하지 못하게 하며, 전동기 와인딩에 동력 공급이 없는 동안 와인딩상에서의 열축적을 억제하게 된다.
또한, 본 발명은 전동기의 제조 방법을 제공하는데, 이 방법은 고정 조립체와, 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조립체를 구비하고, 상기 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동되며, 상기 고정 조립체는 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력 공급원에 의해 동력을 공급 받게 되어 있는 와인딩을 포함하며, 상기 와인딩은 최대 소망의 작동 온도와 예정된 최소 소망의 온도 상승분을 갖게 되어 있는, 전동기를 제공하는 단계와,
와인딩의 외측면과 열교환 관계로 있는 가열기는, 최소한 와인딩이 동력을 공급 받지 않을 때 동력 공급원에 연결되도록 하여, 와인딩의 온도를 상승시키기 위해 와인딩으로 전달되는 열을 발생하도록 되어 있는 가열기를, 와인딩의 외측면과 열교환 가능하게 장착하는 단계와,
항온기를 가열기와 동력 공급원 사이에 직렬로 접속하는 단계로, 상기 항온기는, 이 항온기의 온도가 개방 온도 보다 낮을 경우, 가열기와 동력 공급원 사이에 폐쇄 회로를 제공하여 가열기에 동력을 공급하게 되며, 그리고 항온기의 온도가 개방 온도 보다 높을 경우, 가열기와 동력 공급원 사이에 개방 회로를 제공하여 가열기에 동력 공급을 중단시키도록 개방 온도를 갖는, 항온기의 접속 단계와,
상기 항온기의 개방 온도를 전동기 와인딩의 최대 소망의 작동 온도 미만으로 하여, 항온기가 개방 회로를 제공하고, 그리고 가열기는, 전동기가 최대 소망의 작동 온도에 도달할 때 전동기 와인딩의 동력 공급이 차단된 직후에는 열을 발생시키지 않도록 상기 항온기의 개방 온도를 선택하는 단계와, 그리고
항온기의 폐쇄 온도를 전동기의 주위 온도 보다 높게 하여, 항온기가 폐쇄회로를 제공하고, 그리고 가열기는, 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 낮을 때 열을 발생시키는데, 이 때 항온기는, 가열기를 과열시키기에는 충분하지 못하도록, 그리고 전동기 와인딩에 동력이 공급되지 않는 동안 와인딩상의 열축적을 억제하도록 가열기의 최대 온도를 제한하게 되는 상기 항온기의 폐쇄 온도를 선택하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 전동기의 제조 방법을 제공하는데, 이 방법은 고정 조립체와, 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조립체를 구비하고, 상기 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동되며, 상기 고정 조립체는 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력 공급원에 의해 동력을 공급 받게 되어 있는 와인딩을 포함하며, 상기 와인딩은 최대 소망의 작동 온도와 예정된 최소 소망의 온도 상승분을 갖게 되어 있는, 전동기를 제공하는 단계와,
와인딩의 외측면과 열교환 관계로 있는 가열기는, 최소한 와인딩이 동력을 공급 받지 않을 때 동력 공급원에 연결되도록 하여, 와인딩의 온도를 상승시키기 위해 와인딩으로 전달되는 열을 발생하도록 되어 있는 가열기를, 와인딩의 외측면과 열교환 가능하게 장착하는 단계와, 항온기를 가열기와 동력 공급원 사이에 직렬로 접속하는 단계로, 상기 항온기는, 이 항온기의 온도가 개방 온도 보다 낮을 경우, 가열기와 동력 공급원 사이에 폐쇄 회로를 제공하여 가열기에 동력을 공급하게 되며, 그리고 항온기의 온도가 개방 온도 보다 높을 경우, 가열기와 동력 공급원 사이에 개방 회로를 제공하여 가열기에 동력 공급을 중단시키도록 개방 온도를 갖는, 항온기의 접속 단계와, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 동안, 실질적으로 연속적으로 동력이 가열기에 공급되어, 와인딩의 온도를 주위 온도에 예정된 최소 소망의 온도의 상승분을 합한 온도 이상으로 유지시키는 결과를 초래하기 위해 상기 항온기가 폐쇄 회로를 제공하도록 폐쇄 온도를 선택하는 단계를 포함하며, 상기 가열기는 전도기에 동력 공급이 중단되는 동안 와인딩상에서의 열축적을 억제하는 열을 발생하는 것을 특징으로 한다.
그 밖의 본 발명의 목적 및 특징들은 이하의 설명을 통해 더욱 명백해질 것이다.
제1도는, 본 발명에 따른 전동기(100)의 사시도를 도시한 도면이다. 비록 상기 전동기(100)는 산업용의 전동기로 도시되어 있지만, 가열될 와인딩을 구비하는 어떠한 전동기도 본 발명에 포함된다. 전동기(100)는 프레임의 일단부와 맞물리는 단부 실드(shield; 102)와, 고정자 조립체(104)를 포함한다. 고정자 조립체(104)는, 이것과 자기적 커플링 관계에 있는 회전성 조립체(106)를 수용하도록 고정식 조립체로 구성된다. 회전성 조립체(106)는 회전 요소(도시생략)와 구동 관계로 있게되는 샤프트(108)를 포함한다. 프레임과 고정자 조립체(104)는 회전성 조립체(106)를 회전시키도록 전자기장을 발생시키기 위해 라인(114)을 경유하여 동력 공급원(112)에 의해 동력이 공급되도록 제공되는 와인딩(110)을 포함한다. 제 2 단부 실드(116)는 조립체(104)의 타단부에 맞물린다. 단부 실드(102, 116)는 회전성 조립체(106)를 프레임과 고정자 조립체(104)내에 지지시키도록 베어링 또는 공지된 리테이너(retainer)를 포함한다. 선택적으로, 전동기(100)는 냉각 작용을 보조하고 전동기를 중심으로 공기를 유동시키도록 샤프트(108)와 접촉하는 외부 팬(118)과 팬 커버(120)를 포함할 수 있다.
전동기 와인딩(110)은 라인(114)을 경유하여 동력 공급원(112)에 연결될 때, 와인딩(110)을 통해 흐르는 전류로 인해 전동기의 작동 중에 가열되는 경향이 있다. 전동기의 작동이 정지될 때, 전동기내에 축적된 잔여열은 주위 온도 혹은 전동기 구조체의 온도와 동일하게 될 때까지 서서히 분산된다. 일반적으로, 잔여열은 전동기의 작동으로 인해 그 전동기에 추가되게 되는 열이다. 이러한 잔여열의 분산시 및 전동기의 냉각시, 전동기 와인딩상에 바람직하지 못한 열축적이 발생하게 된다. 이러한 열축적은 전동기 구성품의 성능을 저하시키며 전동기 및 그 구성품의 산화 및 단락을 유발시킨다. 결과적으로, 각각의 와인딩(110)은 주위 온도 보다 높은 예정된 소망의 최저 온도로 되어야 한다. 전동기 와인딩(110)이 예정된 최저소망의 온도에서 또는 그 이상으로 유지되는 한, 와인딩상의 열축적은 방지된다. 예정된 최저 소망의 온도와 주위 온도간의 차이는 예정된 최저 소망의 온도 상승분으로 언급하기도 한다.
와인딩(110)의 외측 표면에 열교환 관계로 있는 가열기(122)는 와인딩상에 배치된다. 이 가열기(122)는, 최소한 전동기 와인딩(110)에 동력 공급이 중단될 때에도 동력 공급원(112)에 연결하도록 되어 있다. 가열기(122)는 전동기(100)가 냉각될 때, 열축적을 피하기 위해 와인딩(110)의 온도를 높이도록 와인딩으로 전달되는 열을 발생한다.
제2도에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 가열기(122)는 전류가 흐르고 그 전류를 열로 전환시키는 저항 요소 본체(124)를 구비하는, 양호하게는 가요성의 스트립형 가열기이다. 상기 본체(124)는 그곳에 전류를 공급하는 단자(126, 128)에 연결된다. 양호하게는, 선택적인 항온기(130)가 가열기(122)의 본체 표면에 장착되고, 그리고 본체(124)와 단자(128) 사이에 직렬로 연결된다. 이 항온기는 후술하게 되는 방법에 따라 작동하도록 개방 온도와 폐쇄 온도를 가진다. 항온기(130)의 온도가 폐쇄 온도 미만일 경우, 항온기는 가열기(122)에 동력을 공급하도록 가열기와 동력 공급원 사이의 회로를 폐쇄시키며(제3도 참조), 항온기의 온도가 개방 온도 이상일 경우에는 가열기(122)에 동력 공급을 차단시키도록 가열기(122)와 동력 공급원(112) 사이의 회로를 개방시킨다.
전동기의 형상, 배치, 응용 및 주변 환경에 따라. 전동기는 초과해서는 안되는 최대의 작동 온도를 갖는다. 어떤 환경에서는, 상기 최대 작동 온도가 전동기의 정상 상태의 작동 온도일 수 있다, 전동기 및/또는 가열기(122)의 과열을 방지하기 위해, 항온기(130)의 개방 온도는 최대 작동 온도 미만이어야 한다. 예컨대, 항온기가 개방 회로를 제공하고, 그리고 가열기는, 전동기가 정상 상태의 작동 온도에 도달했을 때 전동기 와인딩으로의 동력 공급이 차단된 직후에 열을 발생시키지 않게 한다. 추가적으로, 항온기(130)의 폐쇄 온도는 전동기(100)의 주위 온도 보다더 높기 때문에, 항온기(130)는 폐쇄 회로를 제공하고, 그리고 가열기(122)는, 항온기의 온도가 폐쇄 온도 미만일 때 열을 발생시키게 한다. 그 결과, 항온기(130)는 가열기(122), 전동기 와인딩(110) 및 전동기(104)의 최대 온도를 제한하기 때문에, 가열기(122)에 의해 발생된 열은 가열기, 전동기 혹은 전동기 와인딩의 과열을 유발시키기에는 통상 불충분하게 된다. 이와 동시에, 가열기(122)에 의해 발생된 열은, 전동기 와인딩으로의 동력 공급이 차단되는 동안 와인딩상의 열축적을 방지하게 된다.
제3도에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 와인딩(110)은 최종 감김부(132)를 포함할 수 있으며, 또한 가열기(124)는 와인딩(110)의 최종 감김부(132)와 직접 접촉될 수 있다. 다시 말해서, 가열기(122)의 본체(124)는 가열기(122)와 전동기 와인딩(110)간의 열전달을 향상시키기 위해 와인딩의 외층에 직접 부착된다. 또한, 와인딩(110)의 와이어에 절연성 물질로 피복되는 것만 제외하고, 가열기(122)와 와인딩(110) 사이에는 단열체를 배치하지 않아도 된다.
더욱이, 항온기(130)는 가열기(122) 본체(122)의 표면(134)상에 배치된다. 이는, 항온기가 가열기의 온도를 정확히 측정하여 과열되는 것을 방지하도록 해준다. 항온기(130)의 폐쇄 온도는, 주위 온도에 전동기 와인딩(110)의 예정된 최소 소망의 온도 상승분을 합한 온도 이상이 바람직하다. 상기 폐쇄 온도는 열축적을 방지하기 위해 와인딩 온도의 상승분을 주위 온도 이상으로 유지시킬 수 있도록 해준다. 항온기(130)의 개방 온도는 최대 소망의 작동 온도 이하인 것이 바람직하다. 이러한 방법으로, 항온기의 온도가 개방 온도와 동일하게 될 때, 항온기에 의해 유발된 개방 회로는 가열기와 전동기 와인딩의 과열을 방지하게 된다. 본 발명의 양호한 일실시예에 있어서, 예정된 최소 소망의 온도 상승분은, 모든 잔여열이 전동기로부터 분산된 후 정상 상태 조건에서 가열기의 연속 작동에 의해 초래된 온도 상승분과 동일하게 된다.
본 발명에 따른 열역학적으로 제어 및 제한된 스페이스 가열기의 효율은 다음의 4가지 요인에 의해 결정된다. 첫째 요인은, 항온기는 반드시 적절한 위치에 설치되고 적절한 개방 및 폐쇄 온도를 지니도록 선택되어야 한다는 것이다. 전술한 바와 같이, 항온기(130)는 가열기(122)의 표면(134)상에 양호하게 장착되며, 가열기(122)와 동력 공급원(112) 사이에 직렬로 연결된다. 항온기(130)의 개방 온도는 가열기 표면(134)의 최대 표면 온도를 제한하도록 선택된다. 항온기 장착의 형태, 가열기 표면의 온도 변화 그리고 열전달 변화에 따라 항온기(130)의 개방 온도는 최대 소망의 온도와 상이해질 수 있다. 양호하게는, 기밀하게 밀봉된 항온기가 아크 및 스파크가 일어나지 않게 하는 장치의 규정에 응하도록 사용될 수 있다.
가열기의 효율을 결정하게 되는 두 번째 요인은 가열기(122)의 표면적으로서, 가열기는 대개 표준 면적보다 15 내지 225% 더 큰 표면적을 가진다, 이렇게 큰 표면적은 열축적을 방지하기에 충분한 열을 와인딩을 통해 분산시키고, 와인딩(110)을 효과적으로 가열시키는데 요구되는 동력을 발생한다.
효율을 결정하는 세 번째 요인은 가열기(122)의 동력 밀도이다. 양호하게는, 가열기(122)는 가열기 표면상에서 발생하는 온도 변화를 최소화시키는 낮은 동력밀도 1.0와트/in2을 지닌다. 또한, 낮은 동력 밀도는 표면 온도를 낮추며 가열기(122)가 전동기 와인딩의 최종 감김부(132)상에 직접 장착되도록 허용하며(제3도 참조), 이는 가열기(122)에서 와인딩(110)으로 전달되는 열전달율을 증가시킨다.
이하의 표 1 및 표 2는 본 발명에 따라 큰 표면적과 낮은 동력 밀도를 지닌 가열기와, 종래 기술에 따른 동력 밀도와 표준 표면적을 지닌 다양한 사이즈의 가열기를 비교하여 나타낸 것이다.
표 1
종래의 가열기와 본 발명의 가열기간의 표면적 비교
표 2
종래의 가열기와 본 발명의 가열기간의 동력 및 동력 밀도의 비교
표 1 및 표 2는 기존의 전동기 및 가열기의 공지의 비최적화 작동을 기초한 것이다. 일반적으로, 본 발명에 의한 표면적은 표준 표면적에 비해 약 2배이며, 동력은 표준 동력에 비해 약 절반이기 때문에, 본 발명의 동력 밀도는 표준 동력 밀도의 약 25%이다(여기서, 동력 밀도=동력/표면적). 다시 말해서, 이는 부분적으로 종래의 공지된 비최적화를 기초한 것이다. 실제 표면적과 동력은, 와인딩에 가열기의 열적 부착, 전동기 분산률 및 고정자/전동기 치수(이는 또한 분산률에 영향을 미침)의 함수에 따라 결정된다.
가열기(122)의 효율을 결정하는 네 번째 요인은, 정상 조작 동안의 작동 듀티 사이클(duty cycle)이다, 항온기의 개방 및 폐쇄 온도, 표면적을 더 크게 하는 것, 그리고 동력 밀도는 더 작게 하는 것으로 조합된 항온기(130)는, 본 발명의 스페이스 가열기가 정상 조건에서 연속적으로 작동되도록 해준다. 이러한 연속 작동은, 스페이스 가열기(122)가 열축적을 방지하도록 전동기 와인딩 내에 일정한 온도상승을 제공할 수 있게 해준다. 이러한 상황에서, 항온기의 기능은 과대한 온도를 제한하는 것이다. 개방 및 폐쇄 온도, 표면적 그리고 동력 밀도를 적절히 선택함으로써, 항온기의 사이클 동작을 최소화하여 항온기의 수명을 연장시킨다. 상기 연속동작은, 항온기가 사이클 동작을 하지 않고, 또 온-오프 상태로 스위칭(switching)하지 않는 것을 의미한다. 항온기가 설치되어 있지 않는 시스템에 있어서는, 상기 첫 번째 요인은 무시되고, 나머지 요인들이 더욱 중요하게 될 것이다.
제5도 내지 제8도에는 도시된 그래프는, 다양한 전동기의 작동과 관련하여 도시되어 있다. 제5도에서는 종래 전동기의 작동이 도시되어 있으며, 여기서 x축은 시간을 그리고 y축은 전동기 혹은 전동기 와인딩의 온도를 각각 나타낸다. 제5도의 그래프는, 종래 전동기가 전동기의 차단시에 일정하게 동력을 공급 받는 스페이스 가열기를 구비하고 있는 것으로 가정한다. 시간이 0 일 때, 전동기는 140℃의 정상 상태의 작동 온도에 도달한 후 정지되는 것으로 가정된다. 제5도에 있어서, 상기 종래의 전동기는, 주위 온도를 40℃로 가정하였기 때문에, 100℃의 작동온도 상승을 나타낸다. 이 그래프는 가열기 온도상승이 80℃로 가정한다. 시간이 0 일 때, 전동기는 정지하며, 가열기는 선 HS(가열기 표면)로 표시된 바와 같이 가열기 표면의 온도를 140℃에서 220℃로 상승시키도록 동력을 공급 받는다. 이것은 전동기 와인딩의 온도가 선 MWH(가열기를 구비한 전동기 와인딩)로 표시된 바와 같이 140℃에서 145℃로 증가되도록 한다. 전동기가 냉각되고 전동기의 잔여열이 분산될 때, 전동기는 시간 T에서 정상 상태의 정상 조건에 도달하게 된다. 이 때, 전동기 와인딩의 온도는, 선 MWH로 표시된 바와 같이 약 45℃이며, 가열기 표면 온도는, 선 HS로 표시된 바와 같이, 약 120℃가 된다. 선 MW(가열기를 구비하지 않는 전동기 와인딩)는, 가열기가 작동되지 않을 경우 전동기 와인딩의 온도를 나타내기 위해 제5도에 추가되어 있다. 그 후, 시간 T에서, 전동기 와인딩의 약 5℃ 온도 상승은, 열축적을 방지 혹은 억제하도록 한 가열기 작동의 결과임을 알 수 있다. 또한, 시간 T에서, 전동기 와인딩의 온도와 가열기 표면의 온도 사이에는 약 75℃의 온도차가 존재하는 것을 알 수 있다. 이는 가열기와 와인딩간의 단열과, 가열기상의 온도 변화에 기인한 것이다. 전동기 와인딩의 온도와 가열기 표면 온도간의 이러한 큰 차이는 바람직하지 못한 것이다. 또한, 종래의 가열기는 일반적으로 높은 동력 밀도를 가지면, 이는 가열기상의 고온 지점과 저온 지점간의 광범위한 온도 범위를 생성한다.
제6도는, 제5도에 도시된 가열기 보다 더 낮은 동력 밀도를 갖고, 더 큰 표면적을 지닌 가열기를 구비하고, 그리고 항온기를 구비하지 않는 본 발명에 의한 전동기의 작동을 도시한 것이다. 낮은 동력 밀도는, 제5도에 도시된 바와 같이, 40℃의 가열기 온도 상승에 있어서, 220℃ 가 아니고 180℃에서, 선 HS 가 피이크가 되는 것을 의미한다. 한편, 가열기의 증가된 표면적은, 가열기가 전동기 와인딩 온도를 제5도에 도시된 양과 동일한 5℃ 만큼 상승시킬 수 있게 해준다. 상기 실시예에 있어서, 전동기가 정지된 직후 와인딩의 과열 방지하기 위해 단열이 요구될 수 있다. 만약 와인딩의 순간적인 온도 과열 조건이 허용될 경우, 가열기는 와인딩상에 직접 설치될 수 있다. 더욱이, 열축적은 와인딩 온도를 주위 온도 보다 5℃ 더 높게 유지시킴으로써 방지된다. 낮은 동력 밀도는 가열기상의 고온 지점 및 저온 지점간의 극단 온도를 감소시킨다. 가열기가 와인딩상에 직접 장착될 때, 동력은 더 나은 열전달로 인해 더욱 감소될 수 있다.
제6도를 참조하면, 가열기의 표면적 및 동력 밀도는, 전동기 와인딩에 동력공급이 중단되는 동안, 가열기에 의해 발생된 열이 일반적으로 가열기의 최대 온도인 180℃(이 온도는 제5도에 도시된 최대 온도 220℃보다 낮음) 이상으로 상승되지 않도록 제공된다는 것을 알 수 있다. 제6도에 도시된 바와 같이, T 시간이 경과한 후, 가열기 표면(HS)의 온도는 정상 상태의 전동기 작동 온도 140℃ 미만임을 알 수 있다. 이는 가열기에 의해 발생된 열이, 가열기 혹은 전동기 와인딩 또는 전동기의 온도를 최대 온도 이상으로 초과시키지 못하게 하기 때문이다. 이와 동시에, 가열기에 의해 발생된 열은, 열축적을 방지하기 위해 전동기 와인딩에 5℃ 온도상승으로 인해 동력 공급이 중단되는 동안 와인딩상의 열축적을 억제한다.
제7도는 가열기상에 항온기가 장착되어 있는 스페이스 가열기를 구비하는 본 발명에 따른 전동기의 작동을 도시한 것이다. 제7도를 참조하면, 가열기는 낮은 동력 밀도 혹은 큰 표면적을 갖지 않는 것으로 가정한다. 예컨대, 제7도는 가열기 상에 항온기가 장착되어 있는 제5도의 전동기를 도시한 것으로, 항온기는 80℃의 폐쇄 온도와 90℃의 개방 온도를 갖는다. 시간이 0일 때, 전동기는 최대의 온도 혹은 140℃의 작동 온도에 도달하여 작동된 후 정지된다. 이 때, 가열기와 항온기의 온도는 전동기의 온도와 동일한 것으로 가정한다. 따라서, 항온기의 개방 및 폐쇄온도로 인해, 항온기는 개방 회로 조건에 있게 되고, 가열기에는 동력 공급이 중단된다. 제7도는 가열기, 항온기 및 전동기 와인딩 모두가 잔여열이 분산될 때 동일한 온도에서 동일한 비율로 냉각되는 것으로 가정한다. 시간이 Q일 때, 가열기, 항온기 및 전동기 와인딩의 온도는 항온기의 폐쇄 온도인 80℃에 도달하게 된다. 그후, 항온기는 동력 공급원과 가열기간의 폐쇄 회로를 제공하여 가열기 표면(HS)온도를 상승시키기 때문에, 가열기에 동력이 공급된다. 시간이 R일 때, 가열기의 표면 온도는 약 140℃가 된다. 가열기로부터 항온기로의 열전달 지연 때문에, 가열기 표면 온도는 항온기의 온도보다 더욱 신속하게 증가하는 것으로 가정한다. 제7도는, 시간이 R일 때, 혹은 바로 직전에, 가열기 표면은 140℃의 온도를 그리고 항온기의 온도는 90℃인 것으로 가정한다. 이는 항온기의 개방 온도이기 때문에, 항온기는 가열기에 개방 회로를 제공하게 되고, 가열기에 추가의 동력 공급은 중단된다. 시간이 R 이후에는, 가열기 표면은 선 HS로 표시된 바와 같이 서서히 냉각되기 시작한다. 이러한 냉각이 일어날 때, 항온기와 가열기는 동등해져서 거의 동일한 온도가 된다. 가열기 표면과 항온기는 폐쇄 온도인 80℃에 도달할 때까지 계속해서 냉각된다. 이 때, 항온기는 재차 사이클링된다. 그 결과, 항온기는 최대 가열기 표면 온도가 전동기의 작동 온도 140℃ 미만이 되도록 제한한다. 그러나, 고온 및 저온 지점 사이에서 가열기의 온도 변화는 전술한 최대 온도의 제어를 어렵게 만들 수 있다. 또한, 항온기는 요구되는 전력을 생성하고 표면 온도를 제한하기 위해 연속적으로 온-오프 사이클을 진행한다. 시간이 경과함에 따라, 이러한 사이클링은 항온기의 수명을 단축시킬 수 있다. 제7도는, 열축적을 방지하기 위해 적절한 열 발생을 유지시키도록 항온기의 사이클 각각에 의해 충분한 열이 생성되는 것으로 가정한다. 어떤 상황에서, 열축적을 방지하기 위해 적절한 열 발생을 유지하도록 개방 온도를 증가시키거나 또는 폐쇄 온도를 감소시킬 필요가 있을 경우도 있다. 그러나, 개방 온도는 가열기 표면의 온도가 최대 온도를 초과하게 하는 항온기의 1회 사이클 시점까지 증가될 수 없다. 제7도에 도시된 항온기의 듀티 사이클은, 편의상 비교적 큰 것으로 도시되어 있다. 실제로, 항온기는 주위 온도 이상으로 전동기 와인딩의 온도를 유지시키도록 온도를 제한하고, 충분한 열을 생성하기 위해 빈번하게(즉, 분당 1회 내지 2 이상) 사이클링 될 수 있다.
제8도는, 항온기가 장착되어 있는, 낮은 동력 밀도, 큰 표면적의 가열기를 구비하는 제1도 내지 제4도에 따른 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 것이다. 제8도를 참조하면, 항온기는 80℃의 폐쇄온도와 90℃의 개방 온도를 갖는 것으로 가정한다. 제7도와 관련된 기본 가정이 제8도에도 동일하게 적용된다. 시간이 0일때, 전동기는 정지한다, 전동기 와인딩, 가열기 및 항온기가 동일한 온도에 있으며, 전동기에 축적된 잔여열이 그 전동기의 작동이 계속되어 시간의 경과에 따라 방산됨으로써 냉각된다. 시간이 Q일 때, 항온기, 가열기 및 전동기 와인딩의 온도는 폐쇄 온도인 80℃까지 냉각되므로, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 폐쇄 회로를 제공하도록 된다. 이는 가열기에 동력을 공급하며, 가열기의 표면 온도를 선 HS 로 표시된 것과 같이 증가시키게 한다. 전술한 가정에 의해, 가열기의 온도는 항온기 온도 보다 더욱 신속하게 증가하기 때문에, 가열기의 온도는 항온기 온도가 90℃의 개방 온도에 도달하여 가열기에 동력 공급을 중단시키는 개방 회로를 제공할 때, 약 110℃의 피이크에 도달한다. 이러한 동력 공급의 중단은, 시간 R 일 때 일어난다. 그 후, 가열기와 항온기는, 항온기가 80℃ 인 폐쇄 온도에 도달하여 사이클 자체가 반복될 때 대략 동일한 온도에서 냉각된다. 제7도와 제8도의 차이점은, 항온기 사이클의 연속적인 피이크의 크기이다. 제7도에 있어시, 피이크는 대략 동일하며 최대 온도 140℃에서 일어나도록 설계되어 있다. 제8도에서 가열기의 낮은 동력 밀도와 더 큰 표면적은, 전동기 와인딩의 온도가 계속적으로 낮아질 때 연속한 피이크가 감소하게 되도록 가열기가 전동기 와인딩을 보다 천천히 그리고 균일하게 가열시키는 것을 의미한다. 결국, 시간 T에서, 전동기 와인딩, 가열기 및 항온기는 분산되는 열이 가열기에 의해 발생된 열과 동등해지는 시점에서 안정화되어 전동기 와인딩의 온도(MWH)가 주위 온도 보다 5℃ 높게 유지된다. 항온기의 사이클은 시간 T와 시간 Q 사이에서 이루어진다. 시간 T 이후에는, 항온기는 폐쇄 회로를 유지하여, 그 사이클은 다음의 전동기 작동 사이클까지 진행되지 않는다.
제7도 및 제8도를 참조하면, 항온기는 선 HS로 표시된 바와 같이 가열기의 최대 표면 온도를 제한하기 때문에 발생된 열은 일반적으로 가열기의 가열을 유발시키기에 불충분하다. 다시 말해서, 가열기의 표면 온도는 전동기의 최대 소망의 작동 온도 140℃를 초과하지 않고, 또한 전동기의 정상 상태 작동 온도가 될 수 있다, 한편, 항온기는 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되는 동안 와인딩에 열축적이 방지되도록 충분한 열 발생을 허용하게 된다. 또한, 항온기의 폐쇄 온도는 주위온도에 와인딩의 예정된 최소 온도 상승분을 합한 온도 혹은 그 이상이 되는 것을 알 수 있다. 제7도 및 제8도에 있어서, 80℃의 폐쇄 온도는 40℃ 높다. 그 결과, 이 개방 온도는 가열기와 전동기 와인딩 모두가 과열되는 것을 방지하게 된다. 또한, 항온기의 개방 온도는 전동기의 최대 작동 온도에서 가열기의 연속된 동력 공급시 야기된 전동기 온도 상승분을 뺀 온도 미만인 것을 알 수 있다. 결과적으로, 항온기는 개방 회로를 제공하며, 전동기 혹은 와인딩이 전동기의 최대 작동 온도및 부근의 온도일 때, 가열기는 열을 발생하지 않는다. 따라서, 항온기는 전동기의 온도가 최대 작동 온도나 그 부근의 온도일 때 가열기의 동력 공급을 차단시키므로 가열기 및 전동기의 과열이 방지된다.
제8도에 도시된 바와 같이, 최저 온도 상승분은 모든 잔여열이 전동기로부터 분산된 후 즉, 시간 T 이후 정상 상태 조건에서 가열기의 연속 작동에 의해 야기된 와인딩의 온도 상승과 동일하다. 또한, 제8도는 가열기에 연속적으로 동력이 공급되고, 항온기는 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 기간 동안 폐쇄 조건에 있게 된다. 제1도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 가열기(122)는 항온기(130)를 경유하여 동력 공급원(112)에 연속적으로 연결될 수 있다. 그러나, 동력 공급원(112)은, 전동기 와인딩(110)에 동력 공급이 중단되는 동안에만 항온기(130)를 지나 동력 공급원에 가열기를 연속적으로 연결시키는 분권회로(shunting circuit)를 포함한다. 다시 말해서, 전동기 와인딩(110)과 가열기(122)중 하나에는 동력이 공급되지만 2개가 동시에 동력을 공급받지 못한다. 제7도와 제8도를 비교하면, 제8도에 도시된 전동기는 제7도에 도시된 최대 가열기 온도보다 더 낮은 최대 가열기 온도(선 HS의 피이크)를 유지한다. 결과적으로, 제8도에 도시된 전동기는 가열기 온도가 전동기의 정상 상태 작동 온도 혹은 그 최대치를 초과하지 못하도록 적절히 확보함으로써 가열기상의 고온 및 저온 지점을 수용할 수 있게 된다. 따라서, 제8도에 도시된 전동기는 위험한 상황에서도 특히 적합하게 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 전동기의 제조 방법을 포함한다. 특히, 전동기(100)에는 와인딩(110)의 외측면에 대해 열교환 관계를 유지하면서 장착된 가열기(122)가 설치되어 있다. 항온기(130)는 가열기(122)와 동력 공급원(112) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 항온기(130)의 개방 온도는, 전동기 와인딩의 최대 소망의 작동 온도보다 더 낮게 되도록 선택되기 때문에, 항온기는 개방 회로를 제공하며, 가열기는 전동기가 최대 작동 온도 즉, 그래프의 시간 0에 도달했을 때 전동기 와인딩의 동력 공급이 중단된 직후에는 열을 발생하지 않는다. 상기 폐쇄 온도는, 전동기의 주위 온도보다 더 높게 선택되므로, 항온기는 폐쇄 회로를 제공하며, 가열기는 항온기의 온도가 폐쇄 온도 이하, 즉 시간 Q 와 시간 R사이에서의 온도일 때, 가열기는 열을 발생한다. 그 결과, 항온기는 가열기의 최대 온도를 제한하기 때문에 발생된 열은 가열기의 과열을 일으키기에는 대개 불충분하며, 그 열은 전동기 와인 딩이 동력을 공급받지 않는 동안 와인딩상에서의 열축적을 억제한다.
전술한 바와 같이, 전동기의 제조 방법은 가열기의 표면에 항온기를 장착시키는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로, 항온기의 폐쇄 온도는 주위 온도에 와인딩의 예정된 최저 온도 상승분을 합한 온도나 그 이상일 수 있다. 그 결과, 개방온도는 가열기와 전동기 와인딩의 과열을 억제하게 된다.
전술한 바와 같이, 항온기의 표면적, 동력 밀도, 폐쇄 온도는, 가열기에 의해 발생된 열이 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되어 항온기의 사이클링을 최소화시키는 동안 항온기 온도를 개방 온도 보다 높게 상승시키지 않도록 선택된다. 이러한 점은 제7도 및 제8도에 비교되어 도시되어 있다. 제7도에 있어서, 항온기의 사이클은 전동기가 동력을 공급받을 때까지 진행될 것이다, 한편, 제8도에서 시간 T 이후에는, 항온기가 계속 폐쇄 회로를 제공하며 사이클은 진행하지 않는다.
또한, 상기 방법은 가열기와 전동기 와인딩간의 열전달을 향상시키도록 단열물질을 그 사이에 배치시키기 위해, 가열기를 와인딩의 최종 감김부와 직접 접촉되게 장착시키는 단계를 포함한다.
제8도는, 가열기에 연속적으로 동력이 공급되고, 또 항온기는 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 동안, 즉 시간 T 이후에, 폐쇄 회로를 제공하도록 개방 및 폐쇄 온도의 선택 결과를 도시한 것이다.
제6도에 도시된 실시예에 있어서, 상기 가열기는, 가열기에 의해 발생된 열이, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 동안, 즉 시간 T 이후에, 가열기의 온도를 최대 온도 이상으로 상승시키지 못하도록 하는 표면적과 동력 밀도를 지닌다. 그 결과, 가열기에 의해 발생된 열은 전동기의 온도가 최대 온도를 초과하지 못하도록 해주며, 가열기에 의해 발생된 열은 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되는 동안 즉, 시간 T 이후 와인딩 상에서의 열축적을 억제하게 된다.
가열기가 최종 감김부상에 직접 장착될 경우, 가열기의 최대 표면 온도는 주위 온도와, 전동기 작동에 의한 와인딩 온도 상승분과 그리고 가열기에 동력 공급이 가해지는 데 따른 온도 상승분을 합한 온도가 될 것이다. 만약, 주위 온도와 와인딩 온도 상승분의 합이 140℃(최대 소망의 작동 온도)를 초과할 경우, 항온기는 가열기의 작동을 허용하지 않게 되지만, 가열기 표면의 온도는 제7도 및 제8도에도시된 바와 같은 와인딩의 전체 온도와 동일해질 것이다.
일반적으로, 항온기 조작은 가열기의 열 출력과, 가열기와 항온기 사이의 열저항과, 그리고 전동기 냉각의 상대적 비율에 따라 쉽게 변한다. 따라서, 제7도 및 제8도에 도시된 항온기 개방 온도는 가열기의 최대 온도와 정확히 일치하지 않는다. 더욱이, 제5도 내지 제7도는, 기존의 전동기 및 가열기가 최적화 상태로 있는 것을 가정한 것에 기초한 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명의 여러 목적 및 다른 장점들이 달성되었다.
본 발명의 영역에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 변형이 가능하며, 첨부된 도면 및 상세한 설명은 본 발명을 한정하는 의미가 아니라 이해를 돕기 위한 것임을 의도한다.
제1도는 전동기 와인딩상에 스트립 가열기가 설치된 본 발명에 따른 전동기의 전개된 사시도이며,
제2도는 표면상에 항온기를 구비되어 있고, 전동기의 와인딩상에 장착된 본 발명에 따른 스트립 가열기의 부분 평면도이고,
제3도는 전동기 와인딩의 마지막 감김부를 도시한 본 발명의 스트립 가열기의 부분 단면도이며,
제4도는 전동기 및 가열기를 포함하는 본 발명의 전동기의 대략적인 배치도이고,
제5도 내지 제8도는 종래 기술에 의한 전동기의 작동(제5도)을, 낮은 동력밀도의 가열기를 구비하고 표면적이 증가되고 또 항온기를 구비하지 않은 본 발명에 의한 전동기의 작동(제6도)을, 항온기를 구비한 본 발명에 따른 전동기의 작동(제7도)을, 그리고 항온기 및 낮은 동력 밀도의 가열기 모두를 구비하고 표면적이 증가된 본 발명에 의한 전동기의 작동(제8도)을 각각 도시하는 그래프로서, x축은 시간을 그리고 y축은 온도를 나타내며, 눈금 표시를 생략한 그래프이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 전동기
102, 116 : 단부 실드
104 : 고정자 조립체
106 : 회전성 조립체
108 : 샤프트
110 : 와인딩
112 : 동력 공급원
118 : 팬
120 : 팬 커버
122 : 가열기
126,128 : 단자
130 : 항온기

Claims (21)

  1. 회전 부품을 구동시키도록 동력 공급원에 연결되는 장치로,
    고정 조립체와, 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조립체를 구비하고, 상기 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동되며, 상기 고정 조립체는 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력 공급원에 의해 동력을 공급 받게 되어 있는 와인딩을 포함하며, 상기 와인딩은 최대 소망의 작동 온도와 예정된 최소 소망의 온도 상승분을 갖게 되어 있는, 전동기와,
    와인딩의 외측면과 도전성의 열교환 관계로 있는 가열 요소를 구비하고, 최소한 전동기 와인딩이 동력을 공급 받지 않을 때 동력 공급원에 연결되도록 하여, 와인딩의 온도를 상승시키도록 상기 가열 요소로부터 와인딩으로 전달되는 열을 발생하는 가열기와,
    가열기와 동력 공급원 사이에 직렬로 접속되어, 가열기의 작동 온도를 감지하고 전동기 와인딩의 작동 온도를 감지하는 항온기를 포함하며,
    상기 항온기는 개방 온도와 폐쇄 온도를 가지며, 항온기의 온도가 폐쇄 온도보다 낮을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 폐쇄 회로를 제공하여 가열기에 동력을 공급하게 되며, 그리고 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 높을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 개방 회로를 제공하여 가열기에 동력 공급을 중단시키도록 되어 있으며,
    상기 항온기는 개방 회로를 제공하고, 가열기는 전동기가 최대 소망의 작동온도에 도달되었을 때 전동기 와인딩의 동력 공급이 중단된 직후에 열을 발생하지 않도록, 상기 항온기의 개방 온도는 전동기 와인딩의 최대 소망의 작동 온도보다 낮으며, 그리고
    상기 항온기는 폐쇄 회로를 제공하며, 가열기는 항온기의 온도가 폐쇄 온도보다 낮을 때 열을 발생하도록 상기 항온기의 폐쇄 온도가 전동기의 주위 온도 보다 높으며, 상기 항온기는 가열기의 최대 온도를 제한하여, 상기 발생된 열이 가열기를 과열시키기에는 충분하지 못하고, 전동기 와인딩에 동력공급이 중단되는 동안 와인딩상의 열축적을 억제하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 항온기는 가열기상에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 와인딩은 최종 감김부를 구비하며, 가열기와 와인딩사이에 단열 물질을 배치하지 않아 가열기와 전동기 와인딩 사이의 열전달을 향상시키도록 상기 가열기는 와인딩의 최종 감김부와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열기는 가요성의 스트립형 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 항온기는, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 동안 상기 가열기에 동력을 공급하도록 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되는 동안 폐쇄 회로를 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가열기는 항온기를 경유하여 동력 공급원에 연결되며, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되는 동안에만 동력이 공급되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 회전 부품을 구동시키도록 동력 공급원에 연결되는 장치로,
    고정 조립체와, 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조립체를 구비하고, 상기 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동되며, 상기 고정 조립체는 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력 공급원에 의해 동력을 공급 받게 되어 있는 와인딩을 포함하며, 상기 와인딩은 최대 소망의 작동 온도와 예정된 최소 소망의 온도 상승분을 갖게 되어 있는, 전동기와,
    와인딩의 외측면과 도전성의 열교환 관계로 있는 가열 요소를 구비하고, 최소한 전동기 와인딩이 동력을 공급 받지 않을 때 동력 공급원에 연결되도록 하여, 와인딩의 온도를 상승시키도록 상기 가열 요소로부터 와인딩으로 전달되는 열을 발생하는 가열기와,
    상기 가열기의 표면상에서 가열기와 동력 공급원 사이에 직렬로 접속된 항온기를 포함하며,
    상기 항온기는 개방 온도와 폐쇄 온도를 가지며, 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 낮을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 폐쇄 회로를 제공하여 가열기에 동력을 공급하게 되며, 그리고 항온기의 온도가 개방 온도 보다 높을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 개방 회로를 제공하여 가열기에 동력 공급을 중단시키도록 되어 있으며,
    상기 항온기는 개방 회로를 제공하고, 가열기는 전동기가 최대 소망의 작동온도에 도달되었을 때 전동기 와인딩의 동력 공급이 중단된 직후에 열을 발생하지 않도록, 상기 항온기의 개방 온도는 전동기 와인딩의 최대 소망의 작동 온도보다 낮으며, 그리고
    상기 항온기는 폐쇄 회로를 제공하며, 가열기는 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 낮을 때 열을 발생하도록 상기 항온기의 폐쇄 온도가 와인딩의 온도를 주위 온도에 예정된 최소 소망의 온도의 상승분을 합한 온도 이상으로 되며, 상기 항온기는 가열기의 최대 온도를 제한하여, 상기 발생된 열이 가열기와 전동기 와인딩을 과열시키기에는 충분하지 못하고, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되는 동안 와인딩상의 열축적을 억제하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가열기는 표면적과 동력 밀도를 지니며, 상기 항온기의 표면적, 동력 밀도 및 개방 온도는, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고, 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 동안 항온기의 온도를 개방 온도 보다 높게 상승시키지 않은 열을 발생하여 그 기간 중에 항온기의 사이클을 최소화시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 항온기의 표면적, 동력 밀도 및 개방 온도는, 발생된 열이 가열기를 전동기 와인딩의 최대 소망의 개방 온도 이상으로 가열시키기에 충분하지 못하게 설정되며, 항온기는 발생된 열이 가열기의 과열을 일으키기에 충분하지 못하도록 가열기의 최대 온도를 제한하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 가열기와 와인딩 사이의 단열 물질을 배치하지 않아 가열기와 전동기 와인딩 사이의 열전달을 향상시키도록 상기 와인딩은 최종 감김부를 구비하며, 상기 가열기는 와인딩의 최종 감김부와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 가열기는 표면적과 동력 밀도를 지니며, 상기 항온기의 표면적, 동력 밀도 및 개방 온도는, 발생된 열이 가열기를 전동기 와인딩의 최대 소망의 개방 온도 이상으로 가열시키기에 충분하지 못하도록 설정되며, 상기 항온기는 발생된 열이 가열기의 과열을 유발하기에 불충분해지도록 가열기의 최대 온도를 제한하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제7항에 있어서, 항온기의 개방 온도는, 전동기의 최대 소망의 작동 온도에서 연속으로 동력이 공급될 때의 가열기에 의해 발생된 전동기 온도 상승분을 뺀온도 보다 낮기 때문에 항온기는 개방 회로를 제공하며, 가열기는 전동기가 최대 소망의 작동 온도이거나 그 온도에 근접할 때 열을 발생하지 않으며, 항온기는 전동기 온도가 최대 소망의 작동 온도에 근접할 때 전동기 및 가열기의 과열이 방지되도록 가열기에 동력 공급을 중단시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 고정 조립체와, 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조립체를 구비하고, 상기 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동되며, 상기 고정 조립체는 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력 공급원에 의해 동력을 공급 받게 되어 있는 와인딩을 포함하며, 상기 와인딩은 최대 소망의 작동 온도와 예정된 최소 소망의 온도 상승분을 갖게 되어 있는 전동기를 포함하게 되는, 회전 부품을 구동시키도록 동력 공급원에 연결되는 장치로,
    와인딩의 외측면과 도전성의 열교환 관계로 있는 가열 요소를 구비하고, 최소한 전동기 와인딩이 동력을 공급 받지 않을 때 동력 공급원에 연결되도록 하여, 와인딩의 온도를 상승시키도록 상기 가열 요소로부터 와인딩으로 전달되는 열을 발생하는 가열기와,
    가열기와 동력 공급원 사이에 직렬로 접속되어, 가열기의 작동 온도를 감지하고 전동기 와인딩의 작동 온도를 감지하는 항온기를 포함하며,
    상기 항온기는 개방 온도와 폐쇄 온도를 가지며, 항온기의 온도가 개방 온도보다 낮을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 폐쇄 회로를 제공하여 가열기에 동력을 공급하게 되며, 그리고 항온기의 온도가 개방 온도 보다 높을 경우,항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 개방 회로를 제공하여 가열기에 동력 공급을 중단시키도록 되어 있으며,
    상기 항온기는 개방 회로를 제공하고, 가열기는 전동기가 최대 소망의 작동온도에 도달되었을 때 전동기 와인딩의 동력 공급이 중단된 직후에 열을 발생하지 않도록, 상기 항온기의 개방 온도는 전동기 와인딩의 최대 소망의 작동 온도보다 낮으며, 그리고
    상기 항온기는 폐쇄 회로를 제공하며, 가열기는 항온기의 온도가 개방 온도보다 낮을 때 열을 발생하도록 상기 항온기의 폐쇄 온도가 전동기의 주위 온도 보다 높으며, 상기 항온기는 가열기의 최대 온도를 제한하여, 상기 발생된 열은 가열기를 과열시키기에는 충분하지 못하고, 전동기 와인딩에 동력공급이 중단되는 동안 와인딩상의 열축적을 억제하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 회전 부품을 구동시키도록 동력 공급원에 연결되는 장치로,
    고정 조립체와, 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조립체를 구비하고, 상기 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동되며, 상기 고정 조립체는 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력 공급원에 의해 동력을 공급 받게 되어 있는 와인딩을 포함하며, 상기 와인딩은 최대 소망의 작동 온도와 예정된 최소 소망의 온도 상승분을 갖게 되어 있는, 전동기와,
    와인딩의 외측면과 도전성의 열교환 관계로 있는 가열 요소를 구비하고, 최소한 전동기 와인딩이 동력을 공급 받지 않을 때 동력 공급원에 연결되도록 하여,와인딩의 온도를 상승시키도록 상기 가열 요소로부터 와인딩으로 전달되는 열을 발생하는 가열기와,
    가열기와 동력 공급원 사이에 직렬로 접속되어, 가열기의 작동 온도를 감지하고 전동기 와인딩의 작동 온도를 감지하는 항온기를 포함하며,
    상기 항온기는 개방 온도와 폐쇄 온도를 가지며, 항온기의 온도가 폐쇄 온도보다 낮을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 폐쇄 회로를 제공하여 가열기에 동력을 공급하게 되며, 그리고 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 높을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 개방 회로를 제공하여 가열기에 동력 공급을 중단시키도록 되어 있으며,
    상기 폐쇄 온도는, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 동안, 가열기에 실질적으로 연속적으로 동력이 공급되어, 와인딩의 온도를 주위 온도에 예정된 최소 소망의 온도의 상승분을 합한 온도 이상으로 유지시키는 폐쇄 회로를 항온기가 제공하도록 설정되며,
    상기 항온기는 폐쇄 회로를 제공하며, 가열기는 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 낮을 때 열을 발생하도록 상기 항온기의 폐쇄 온도가 전동기의 주위 온도 보다 높으며, 상기 가열기는 열을 발생하여 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되는 동안 와인딩상의 열축적을 억제하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 항온기는 개방 회로를 제공하고, 가열기는 전동기가 최대 소망의 작동 온도에 도달되었을 때 전동기 와인딩의 동력 공급이 중단된 직후에 열을 발생하지 않도록, 상기 항온기의 개방 온도는 전동기 와인딩의 최대 소망의 작동 온도보다 낮으며, 상기 항온기는 상기 발생된 열이 가열기를 과열시키기에는 충분하지 못하도록 가열기의 최대 온도를 제한하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 가열기와 와인딩 사이의 단열 물질을 배치하지 않아 가열기와 전동기 와인딩 사이의 열전달을 향상시키도록 상기 와인딩은 최종 감김부를 구비하며, 상기 가열기는 와인딩의 최종 감김부와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 고정 조립체와, 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조립체를 구비하고, 상기 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동되며, 상기 고정 조립체는 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력 공급원에 의해 동력을 공급 받게 되어 있는 와인딩을 포함하며, 상기 와인딩은 최대 소망의 작동 온도와 예정된 최소 소망의 온도 상승분을 갖게 되어 있는 전동기를 포함하게 되는, 회전 부품을 구동시키도록 동력 공급원에 연결되는 장치로,
    와인딩의 외측면과 도전성의 열교환 관계로 있는 가열 요소를 구비하고, 최소한 전동기 와인딩이 동력을 공급 받지 않을 때 동력 공급원에 연결되도록 하여, 와인딩의 온도를 상승시키도록 상기 가열 요소로부터 와인딩으로 전달되는 열을 발생하는 가열기와,
    가열기와 동력 공급원 사이에 직렬로 접속되어, 가열기의 작동 온도를 감지하고 전동기 와인딩의 작동 온도를 감지하는 항온기를 포함하며,
    상기 항온기는 개방 온도와 폐쇄 온도를 가지며, 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 낮을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 폐쇄 회로를 제공하여 가열기에 동력을 공급하게 되며, 그리고 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 높을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 개방 회로를 제공하여 가열기에 동력 공급을 중단시키도록 되어 있으며,
    상기 폐쇄 온도는, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되고 모든 잔여열이 전동기로부터 분산되는 동안, 가열기에 실질적으로 연속적으로 동력이 공급되어, 와인딩의 온도를 주위 온도에 예정된 최소 소망의 온도의 상승분을 합한 온도 이상으로 유지시키는 폐쇄 회로를 항온기가 제공하도록 설정되며,
    상기 항온기는 폐쇄 회로를 제공하며, 가열기는 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 낮을 때 열을 발생하도록 상기 항온기의 폐쇄 온도가 전동기의 주위 온도 보다 높으며, 상기 가열기는 열을 발생하여 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되는 동안 와인딩상의 열축적을 억제하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 항온기는 개방 회로를 제공하고, 가열기는 전동기가 최대 소망의 작동 온도에 도달되었을 때 전동기 와인딩의 동력 공급이 중단된 직후에 열을 발생하지 않도록, 상기 항온기의 개방 온도는 전동기 와인딩의 최대 소망의 작동 온도보다 낮으며, 상기 항온기는 상기 발생된 열이 가열기와 전동기 와인딩을 과열시키기에는 충분하지 못하도록 가열기의 최대온도를 제한하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 와인딩은 최종 감김부를 구비하며, 가열기와 와인딩 사이에 단열 물질을 배치하지 않아 가열기와 전동기 와인딩 사이의 열전달을 향상시키도록 상기 가열기는 와인딩의 최종 감김부와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 최대 온도를 지니며, 회전 부품을 구동시키도록 동력 공급원에 연결되는 장치로,
    고정 조립체와, 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조립체를 구비하고, 상기 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동되며, 상기 고정 조립체는 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력 공급원에 의해 동력을 공급 받게 되어 있는 와인딩을 구비하고 있는, 전동기와,
    와인딩의 최종 감김부와 직접 접촉하여 열교환 관계로 있으며, 최소한 전동기 와인딩이 동력을 공급 받지 않을 때 동력 공급원에 연결되도록 하여, 와인딩의 온도를 상승시키도록 와인딩으로 전달되는 열을 발생하는 가열기를 포함하며,
    상기 가열기는, 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되는 등안 가열기에 의해 발생된 열이 가열기의 온도를 최대 소망의 작동 온도보다 상승시키지 않도록 하는 표면적 및 동력 밀도를 지니며,
    상기 가열기와 와인딩 사이에 단열 물질을 배치시키지 않아 가열기와 전동기와인딩간의 열전달을 향상시키므로, 가열기에 의해 발생된 열은 전동기 혹은 가열기의 온도가 상기 최대 온도를 초과하지 못하게 하고 또 전동기 와인딩에 동력 공급이 중단되는 동안 와인딩상의 열축적을 억제하며, 상기 동력 밀도는 평방인치당 1.0 와트인 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 회전 부품을 구동시키도록 동력 공급원에 연결되는 장치로,
    고정 조립체와, 이 조립체에 자기 커플링식으로 연결된 회전 조립체를 구비하고, 상기 회전 조립체는 회전 부품에 대해 구동되며, 상기 고정 조립체는 회전 조립체를 회전시키기 위해 전자기장을 생성시키도록 동력 공급원에 의해 동력을 공급 받게 되어 있는 와인딩을 포함하며, 상기 와인딩은 최대 소망의 작동 온도와 예정된 최소 소망의 온도 상승분을 갖게 되어 있는, 전동기와,
    와인딩의 외측면과 열교환 관계로 있고, 최소한 전동기 와인딩이 동력을 공급 받지 않을 때 동력 공급원에 연결되도록 하여, 와인딩의 온도를 상승시키도록 와인딩으로 전달되는 열을 발생하는 가열기와,
    가열기와 동력 공급원 사이에 직렬로 접속된 항온기를 포함하며,
    상기 항온기는 개방 온도와 폐쇄 온도를 가지며, 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 낮을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 폐쇄 회로를 제공하여 가열기에 동력을 공급하게 되며, 그리고 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 높을 경우, 항온기는 가열기와 동력 공급원 사이에 개방 회로를 제공하여 가열기에 동력 공급을 중단시키도록 되어 있으며,
    상기 항온기는 개방 회로를 제공하고, 가열기는 전동기가 최대 소망의 작동온도에 도달되었을 때 전동기 와인딩의 동력 공급이 중단된 직후에 열을 발생하지 않도록, 상기 항온기의 개방 온도는 전동기 와인딩의 최대 소망의 작동 온도보다 낮으며,
    상기 항온기는 폐쇄 회로를 제공하며, 가열기는 항온기의 온도가 폐쇄 온도 보다 낮을 때 열을 발생하도록 상기 항온기의 폐쇄 온도가 전동기의 주위 온도 보다 높으며,
    상기 예정된 최소 소망의 온도 상승분은 모든 잔여열이 전동기로부터 분산된 후 정상 상태 조건에서 가열기의 연속된 작동에 의해 야기된 와인딩의 온도 상승분과 일치하며, 상기 항온기는 가열기의 최대 온도를 제한하여, 상기 발생된 열이 가열기를 과열시키기에는 충분하지 못하고, 전동기 와인딩에 동력공급이 중단되는 동안 와인딩상의 열축적을 억제하는 것을 특징으로 하는 장치.
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