KR100565221B1 - 회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명 회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기는 메인 코일과 서브 코일이 교대로 권취되는 다수개의 티스들이 내측에 형성되어 있는 고정자와, 그 고정자의 내측에 회전가능하게 설치되며 가장자리를 따라 상,하방향으로 관통된 슬롯부에 도체인 봉도체가 형성됨과 아울러 양단부가 앤드링으로 연결되어 있는 회전자와, 그 회전자의 중심에 압입되어 회전자의 회전력을 외부로 전달하기 위한 회전축과, 상기 고정자와 회전자의 사이에 회전가능하게 설치됨과 아울러 각 3개의 N극과 S극이 교대로 형성되어 강한 자속을 가진 자계로 회전자를 회전시키기 위한 자유회전 마그네트를 구비하여 구성되는 단상의 유도 전동기에서, 상기 고정자의 티스에 권취되는 코일이 전절권으로 권취되어 고정자의 극과 마그네트의 극이 동일한 폭으로 형성됨에 따라 전동기의 구동시 마그네트에서 발생되는 플럭스를 고정자의 극에서 전량 받을 수 있게 되어 전동기의 역기전력이 향상되고, 그에 따라 전동기의 효율이 향상되어 진다.

Description

회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기{FREE MAGNET TYPE INDUCTION MOTOR}

도 1은 종래 회전 마그네트 타입 유도 전동기의 종단면도.

도 2는 도 1의 A-A'를 절취한 횡단면도.

도 3은 종래 코일의 권선구조를 부분적으로 확대하여 보인 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 코일권선구조를 가지는 회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기의 횡단면도.

도 5는 본 발명의 코일 권선구조를 부분적으로 확대하여 보인 평면도.

도 6은 종래의 백 이엠에프 파형과 본 발명에서의 백 이엠에프 파형을 측정한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

102 : 고정자 103 : 회전자

104 : 회전축 105 : 티스

106 : 메인 코일 106' : 서브 코일

107 : 극 108 : 자유회전 마그네트

110 : 슬롯

본 발명은 고정자에 흐르는 회전자계와 회전자에 발생하는 유도전류와의 상호작용에 의해 회전력을 발생시키는 유도 전동기에 관한 것으로, 특히 고정자에 권선된 코일과 마그네트 사이의 유효 쇄교자속을 증대시켜서 역기전력의 증대에 따른운전효율이 향상되어지도록 한 회전 마그네트 타입 유도 전동기에 관한 것이다.

도 1은 종래 회전 마그네트 타입 유도 전동기의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'를 절취한 횡단면도이며, 도 3은 종래 코일의 권선구조를 부분적으로 확대하여 보인 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래 회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기는 브라켓(1)의 내측에는 규소강판이 적층된 적층철심으로된 고정자(2)가 설치되어 있고, 그 고정자(2)의 내측에는 규소강판이 적층된 적층철심으로된 회전자(3)가 회전가능하게 설치되어 있다.

그리고, 상기 고정자(2)의 내주면에는 다수개의 24개의 티스(4)와 24개의 슬롯(5)이 등간격을 이루도록 반복적으로 형성되어 있고, 그 티스(4)들중 3개의 티스(4)씩 코일로 감아서 공급되는 전류가 인가될 수 있도록 메인 코일(6)과 서브 코일(6')이 단절권(분포권)으로 권선되어 있다.

또한, 상기 회전자(3)의 가장자리에 상,하방향으로 관통형성된 다수개의 통공(3a)에 알루미늄 봉도체(7)가 상,하방향으로 삽입된 상태에서 양단부가 앤드링(8)으로 연결되어 전기적인 단락이 이루어져 있다.

그리고, 상기 회전자(3)의 중심에 형성된 축공(3b)에는 회전자(3)의 회전력을 외부로 전달하기 위한 회전축(9)이 압입되어 있고, 그 회전축(9)의 양단부는 브라켓(1)에 설치된 베어링(10)에 삽입된 상태로 회전가능하게 지지되어 있다.

또한, 상기 고정자(2)와 회전자(3)의 사이에는 고정자(2)와 회전자(3) 사이에 일정간극을 가지고 회전축(9) 상에서 회전가능하게 설치되어 고정자(2)에서 발생되는 회전자계로 회전하면서 강한 자속으로 회전자(3)를 회전시키기 위한 자유회전 마그네트(11)가 설치되어 있는데, 그와 같이 설치된 자유회전 마그네트(11)는 N극과 S극이 교대로 형성된 6극 구조로 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 자유회전 마그네트를 구비한 유도 전동기는 AC 상용전압을 인가하면 고정자(2)의 메인 코일(6)과 서브 코일(6')에 인가되는 전류에 타원 형태의 회전자계가 발생되어 자유회전 마그네트(11)를 회전시키고, 그와 같이 회전하는 자유회전 마그네트(11)에서 영구자석에 의한 강한 자속을 가진 회전자계를 다시 발생시켜서 회전자(3)를 회전시키게 된다.

즉, 고정자(2)의 회전자계에 의해 저관성상태인 자유회전 마그네트(11)가 기동됨과 아울러 동기되고, 그와 같이 회전되는 자유회전 마그네트(11)의 회전자계에 의해 회전자(3)에 토크발생용 자속이 공급되어 회전자(3)를 회전시키게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성되어 있는 종래 회전 마그네트 타입 유도 전동기는24개의 슬롯(5)중 3개의 슬롯(5)에 코일(6)(6')이 권선되는 단절권(short pitch)방식을 취하고 있으며, 이러한 단절권방식에서는 자유회전 마그네트(11)의 1 개의 극(N또는S)에 해당되는 슬롯(5)의 수가 4슬롯(24÷6=4)인 점을 감안하면 단절계수가 0.75(3÷4=0.75)로서 단절계수가 1인 경우에 100%의 역기전력이 발생된다고 가정하면 종래에는 약 75% 정도의 역기전력이 발생되므로 자기특성의 향상에 의한 역기전력의 증대에 한계가 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 마그네트에서 발생되는 자속을 고정자의 극에서 전부 받을 수 있도록 고정자의 극을 증대시켜서 자기특성의 향상에 의한 역기전력이 증대되어지도록 하는데 적합한 회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여
메인 코일과 서브 코일이 교대로 권취되는 다수개의 티스들이 내측에 형성되는 고정자와;
상기 고정자의 내측에 회전가능하게 설치되며 가장자리를 따라 상,하방향으로 관통된 슬롯부에 도체인 봉도체가 형성됨과 아울러 양단부가 앤드링으로 연결되는 회전자와;
상기 회전자에 압입되어 회전자의 회전력을 외부로 전달하게 되는 회전축과;
상기 고정자와 회전자의 사이에 회전가능하게 설치됨과 아울러 각 3개의 N극과 S극이 교대로 형성되어 강한 자속을 가진 자계로 상기 회전자가 회전하게 하는 자유회전 마그네트를 포함하고,
상기 티스들에 권취되는 메인 코일과 서브 코일은 상기 자유회전 마그네트의 극과 고정자의 극간에 유효쇄교자속이 증가될 수 있도록 전절권으로 권취되며,

상기 고정자는 12개의 슬롯을 구비하고, 상기 메인 코일과 서브 코일은 2개의 슬롯씩 권취된 것을 특징으로 하는 회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기가 제공된다.

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이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기를 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 코일권선구조를 가지는 회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기의 횡단면도이고, 도 5는 본 발명의 코일 권선구조를 부분적으로 확대하여 보인 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구조를 가지는 단상 유도 전동기는 브라켓(101)의 내측에 고정되는 고정자(102)와, 그 고정자(102)의 내측에 회전가능하게 설치되는 회전자(103)와, 그 회전자(103)의 중심에 형성되어 있는 축공에 압입되어 회전자(103)의 회전력을 외부로 출력하는 회전축(104)과, 상기 고정자(102)와 회전자(103)의 사이에 설치됨과 아울러 회전축(104) 상에서 자유회전 가능하게 설치되어 고정자(102)에서 발생되는 회전자계에 의해 회전되며 강한 자속으로 회전자(103)를 회전시키기 위한 자유회전 마그네트(free rotating magnet)(108)를 구비한다.

상기 고정자(102)는 규소강판이 적층된 적층철심으로, 내측에는 12개의 티스(105)와 슬롯(110)들이 중심방향으로 각각 돌출 형성되어 있고, 그 슬롯(110)들중 2개의 슬롯(110)을 메인 코일(106)과 서브 코일(106')이 1개의 티스(105)가 중첩되게 교대로 권취되어 각각의 극(107)을 이루도록 전절권(full pitch)으로 권취되어 있다.

상기 마그네트(108)의 극(N 또는 S)은 6극으로 되어 있고, 그 마그네트(108)의 극(N극 또는 S극) 중 1개의 극(N극 또는 S극)의 폭과 고정자(102)에 형성되는 극(107)의 폭은 동일 간격으로 형성되어 마그네트(108)의 극(N또는S)에서 발생되는 플럭스(flux)를 고정자(102)의 극(107)에서 전량 받을 수 있도록 되어 있다.

도면중 미설명 부호 109는 알루미늄 봉도체이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 고정자 구조를 가지는 유도 전동기는 AC 상용전압을 인가하면 고정자(102)의 티스(105)에 권취되어 있는 메인 코일(106)과 서브 코일(106')에 전류가 인가되어 발생되는 타원형태의 회전자계에 의해 자유회전 마그네트(108)가 회전을 하며, 그와 같이 회전하는 자유회전 마그네트(108)에서 강한 자속을 가진 회전자계를 다시 발생시켜서 회전자(103)를 회전시키게 된다.

그리고, 상기와 같이 회전자계가 발생되는 고정자(102)의 극(107)은 전절권으로 권취되어 있어서 마그네트(108)의 극(N극 또는 S극)에서 발생되는 전량 받을 수 있으며, 그에 따라 쇄교자속의 증가에 의한 역기전력이 증가되어지게 된다.

즉, 본 발명에서는 12개의 슬롯(110)중 2개의 슬롯(110)에 코일(106)(106')이 권선되는 전절권(full pitch)방식을 취하고 있어서, 자유회전 마그네트(108)의 1개의 극(N또는S)에 해당되는 슬롯(110)의 수가 2슬롯(12÷6=2)이므로 단절계수가 1(2÷2=1)이 되므로 영구자석에서 발생되는 플럭스가 100%의 전류가 만들어지게 되므로 역기전력이 증가되어 모터의 효율이 향상되어지게 된다.

도 6은 종래의 백 이엠에프 파형과 본 발명에서의 백 이엠에프 파형을 측정한 그래프를 보인 것으로, a)의 그래프에 나타난것과 같이 종래의 단절권으로 코일이 권취되어 있는 전동기는 전동기의 역기전력 측정기준이 되는 백 이엠에프(back-emf)를 측정한 그래프에서 파형이 좁고 면적이 작게 나타나서 역기전력이 낮게 나타나는 것으로 측정이 됐다.

반면에, b)의 그래프는 코일이 전절권으로 권취되어 있는 전동기의 백 이엠에프를 측정한 그래프로서 a)의 그래프에서 보다 상대적으로 파형과 면적이 넓게 나타나서 역기전력이 높은 것으로 나타났다.

즉, 토크＝역기전력×전류크기로서 역기전력이 높게 나타난다는 것은 결과적으로 토크가 증가되어 전동기의 효율이 향상되어지게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기는 고정자의 티스에 권취되는 코일이 전절권으로 권취되어 고정자의 극과 마그네트의 극이 동일한 폭으로 형성됨에 따라 마그네트에서 발생되는 플럭스를 고정자의 극에서 전량 받을 수 있게 되어 전동기의 역기전력이 향상되어지고, 그에 따라 전동기의 효율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 메인 코일과 서브 코일이 교대로 권취되는 다수개의 티스들이 내측에 형성되는 고정자와;

   상기 고정자의 내측에 회전가능하게 설치되며 가장자리를 따라 상,하방향으로 관통된 슬롯부에 도체인 봉도체가 형성됨과 아울러 양단부가 앤드링으로 연결되는 회전자와;

   상기 회전자에 압입되어 회전자의 회전력을 외부로 전달하게 되는 회전축과;

   상기 고정자와 회전자의 사이에 회전가능하게 설치됨과 아울러 각 3개의 N극과 S극이 교대로 형성되어 강한 자속을 가진 자계로 상기 회전자가 회전하게 하는 자유회전 마그네트를 포함하고,

   상기 티스들에 권취되는 메인 코일과 서브 코일은 상기 자유회전 마그네트의 극과 고정자의 극간에 유효쇄교자속이 증가될 수 있도록 전절권으로 권취되며,

   상기 고정자는 12개의 슬롯을 구비하고, 상기 메인 코일과 서브 코일은 2개의 슬롯씩 권취된 것을 특징으로 하는 회전 마그네트 타입 단상 유도 전동기.
2. 삭제

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