KR101426622B1 - 전동기의 회전자 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기의 회전자 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유도 전동기에 사용되는 농형 회전자의 내부 구조에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 구조는, 회전축에 결합되어 있으며 내부에 하나 이상 다수의 제1 냉각유로가 형성된 회전자 코어, 상기 회전자 코어의 일단부에 결합되는 압축판; 상기 회전자 코어 및 상기 압축판을 관통하는 회전자 동바, 및 상기 회전자 동바의 일단부에 결합되어 있는 엔드링을 포함하되, 상기 제1 냉각유로를 통해 유입되는 공기를 상기 압축판과 상기 회전축에 형성된 돌기에 의해 형성되는 제2 냉각유로 및 제3 냉각유로로 배출하여 상기 회전자 동바 및 상기 엔드링을 냉각하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 외부로부터 회전자 코어로 유입된 냉각매체를 압축판 및 회전축에 의해 형성된 냉각유로를 통해 회전자 동바 및 엔드링 쪽으로 배출하여 직접 냉각함으로써, 전동기 동작시 발생하는 열에 의해 도체 재질의 회전자 동바 및 엔드링이 가열됨에 따른 전동기의 손실 및 도체의 온도상승을 저감시키며, 아울러 전동기의 수명을 향상시키는 효과가 있다.

Description

전동기의 회전자 구조{Rotor Structure of Electric Rotating Machine}

본 발명은 전동기의 부하측 냉각성능을 향상한 회전자 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전자 코어의 압축판과 회전축 간에 냉각유로를 확보함으로써 전동기 내부를 순환하는 공기에 의해 전동기의 회전자 동바 및 엔드링을 직접 냉각하는 회전자 구조에 관한 것이다.

최근 화석연료의 고갈 및 환경문제가 부각됨에 따라 효율적인 전력소모에 대한 필요가 급증하고 있으며, 이를 위해 기존에 사용되고 있는 전동기의 기대수명 및 효율향상을 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 특히, 기존 전동기 중 유도 전동기(Induction motor)의 경우 전동기의 동작 시 회전자 코어 내 삽입된 도체 재질의 회전자 동바 및 상기 회전자 동바에 결합되어 있는 회전자 엔드링의 온도 상승으로 인해 전동기의 효율 및 수명이 저감되는 문제를 해결하는 것이 중요한 실정이다.

이러한 기술적 문제를 해결하기 위해 회전자 코어 내 공기의 흐름을 위한 복수의 유로를 설계하여 전동기의 동작에 따라 회전자 코어 내부의 공기를 순환시킴으로써 회전자 코어를 냉각하고자 하는 종래기술(일본공개공보 1994-153471호) 등이 출원된 바 있다.

그러나, 상기 종래기술의 경우 회전자 코어 내 공기순환을 위해 회전자 코어에 결합되는 별도의 구조물에 형성된 통기구를 포함하고 있어 전동기의 조립성 및 생산성이 저하되며, 전동기의 효율이 저하되는 주요원인인 회전자 동바 및 엔드링의 온도 상승을 직접 냉각하는 구조가 아니라는 한계점이 있으므로, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 기존 전동기의 회전자 구조를 개선한 전동기 회전자 구조에 관해 이하와 같이 개시한다.

본 발명의 목적은, 전동기의 구동 시 전동기 내부를 순환하는 냉각매체가 회전자 코어 내 형성된 냉각유로를 통해 회전자 코어 내 삽입된 회전자 동바 및 상기 동바에 결합된 엔드링을 직접 냉각할 수 있는 회전자 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 회전자 구조는, 회전축에 결합되어 있으며, 내부에 하나 이상 다수의 제1 냉각유로가 형성된 회전자 코어; 상기 회전자 코어의 일단부에 결합되는 압축판; 상기 회전자 코어 및 상기 압축판을 관통하는 회전자 동바; 및 상기 회전자 동바의 일단부에 결합되어 있는 엔드링;을 포함하는 전동기의 회전자 구조에 있어서, 상기 제1 냉각유로를 통해 유입되는 냉각매체를 상기 압축판과 상기 회전축에 형성된 돌기에 의해 형성되는 제2 냉각유로로 배출시켜 상기 회전자 동바 및 상기 엔드링을 냉각하는 것을 특징으로 한다.

이때, 제2 냉각유로는, 상기 제1 냉각유로를 통해 유입된 냉각매체가 소정의 경사면을 갖는 압축판의 일단부와 소정의 경사면을 갖는 돌기 사이의 공간을 통해 상기 회전자 동바 및 상기 엔드링 방향으로 배출되도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전자 구조는, 회전축에 결합되어 있으며, 내부에 하나 이상 다수의 제1 냉각유로가 형성된 회전자 코어; 상기 회전자 코어의 일단부에 결합되는 압축판; 상기 회전자 코어 및 상기 압축판을 관통하는 회전자 동바; 및 상기 회전자 동바의 일단부에 결합되어 있는 엔드링;을 포함하는 전동기의 회전자 구조에 있어서, 상기 제1 냉각유로를 통해 유입되는 전동기 내부순환 냉각매체를 상기 압축판과 상기 회전축에 형성된 돌기 사이에 형성된 제3 냉각유로를 통해 배출시켜 상기 회전자 동바 및 상기 엔드링을 냉각하는 것을 특징으로 한다.

이때, 제3 냉각유로는 상기 돌기(310)가 상기 압축판(103)의 축방향으로 소정의 간격을 두고 이격됨으로써 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 제1 냉각유로는 상기 회전축의 수직방향으로 상기 회전자 동바를 관통하여 형성되거나, 상기 회전축의 축방향으로 회전축과 회전자 코어 사이에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 전동기 내부를 순환하는 냉각매체를 압축판과 돌기에 의해 형성된 냉각유로를 통해 회전자 동바 및 엔드링 쪽으로 배출하여 직접 냉각함으로써, 전동기 동작시 발생하는 열에 의해 도체 재질의 회전자 동바 및 엔드링이 가열됨에 따라 전동기의 효율저하를 저감시키며, 아울러 전동기의 수명을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동기의 회전자 구조를 설명하기 위한 예시도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전동기의 회전자 구조를 설명하기 위한 예시도면이다.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대해서는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음에 유의하여야 할 것이다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 발명자가 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절한 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석하여야 할 것이다.

설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 전동기의 회전자 구조는 유도 전동기에 사용되는 농형 로터(Squirel cage rotor)인 것이 바람직하나, 다만 이에 한정되지 아니한다.

이하, 본 발명에 따른 전동기의 회전자 구조에 대해 첨부한 예시도면을 토대로 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동기의 회전자 구조 단면을 간략히 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전동기의 회전자 구조 단면을 간략히 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 전동기의 회전자 구조는, 전동기의 회전축에 결합되어 있는 회전자 코어, 상기 회전자 코어의 양측단부에 형성되어 상기 회전자 코어의 변형을 방지하는 압축판(End plate), 상기 회전자 코어 및 상기 압축판을 상기 전동기의 회전축 방향으로 관통하여 형성되는 도체 재질의 회전자 동바(Rotor bar) 및 상기 회전자 동바의 일단부와 결합하는 도체 재질의 엔드링(End ring)을 포함한다.

이때, 상기 회전자 동바 및 엔드링을 구성하는 도체는 구리 및 알루미늄 중 어느 하나인 것이 바람직하나, 다만 이에 한정되지 아니한다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전자 구조를 설명하면, 전동기의 회전축(300)에 결합되어 있는 회전자 코어(100)는 내부에 하나 이상 다수의 제1 냉각유로(111,113)가 형성되어 있으며, 이때 상기 제1 냉각유로(111,113)는 상기 회전축(300)의 수직방향으로 상기 회전자 코어(100)를 관통하여 형성되거나(111), 상기 회전축(300)의 축방향으로 상기 회전축(300)과 회전자 코어(100) 사이에 형성되는 것(113)이 바람직하나 다만 이에 한정되지 아니한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전자 구조는 회전자 코어(100)의 일단부에 압축판(101)이 결합되어 있고, 상기 회전자 코어(100) 및 상기 압축판(101)를 적어도 하나 이상의 도체 재질인 회전자 동바(131)가 관통하고 있으며, 상기 적어도 하나 이상의 도체 재질인 회전자 동바(131)의 일단부는 엔드링(133)에 결합되어 있다.

그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전자 구조는 상기 압축판(101)과 상기 회전축(300)에 형성된 돌기(310)에 의해 형성되며, 냉각매체는 제1 냉각유로(111,113)와, 상기 회전자 동바(131) 및 상기 엔드링(133) 방향으로 배출하는 제2 냉각유로(103)를 흐른다.

이때, 상기 제2 냉각유로(103)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 제1 냉각유로(111,113)를 통해 유입된 냉각매체가, 소정의 경사면을 갖는 압축판(101)의 일단부와 소정의 경사면을 갖는 돌기(310) 사이의 공간을 통해 상기 회전자 동바(131) 및 상기 엔드링(133) 방향으로 배출되도록 형성되는 것이 바람직하나, 다만 이에 한정되지 아니한다.

예를 들어, 전동기의 냉각방식이 공냉식인 경우(즉, 전술한 냉각매체가 공기인 경우), 전동기의 동작 시 전동기 내 별도로 구비된 팬(Fan)으로부터 전동기 내부를 순환되는 공기가 전술한 제1 냉각유로(111,113)를 통해 회전자 코어(100)로 유입되며, 회전자 코어(100)로 유입된 공기는 전술한 제2 냉각유로(103)를 통해 회전자 동바(131) 및 엔드링(133) 방향으로 배출되어 회전자 동바(131) 및 엔드링(133)을 직접 냉각하게 된다.

다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전자 구조를 설명한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 회전자 구조는, 회전축(300)에 결합되어 있으며 내부에 하나 이상 다수의 제1 냉각유로(111,113)가 형성된 회전자 코어(100), 상기 회전자 코어(100)의 일단부에 결합되는 압축판(101), 상기 회전자 코어(100) 및 상기 압축판(101)을 관통하는 회전자 동바(131), 상기 회전자 동바(131)의 일단부에 결합된 엔드링(133), 상기 회전축(300)에 형성된 돌기(310)를 포함하며, 이때 상기 제1 냉각유로(111,113)의 경우 전술한 제1 실시예와 동일하다.

그리고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전자 구조는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 돌기(310)가 압축판(103)의 축방향으로 소정의 간격을 두고 이격됨으로써 형성되며, 외부로부터 상기 제1 냉각유로(111,113)를 통해 유입되는 냉각매체를 상기 회전자 동바(131) 및 상기 엔드링(133) 방향으로 배출하는 제3 냉각유로(105)를 포함하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 전동기의 냉각방식이 공냉식인 경우(즉, 전술한 냉각매체가 공기인 경우), 전동기의 동작 시 전동기 내 별도로 구비된 팬(Fan)으로부터 전동기 내부를 순환되는 공기가 전술한 제1 냉각유로(111,113)를 통해 회전자 코어(100)로 유입되며, 회전자 코어(100)로 유입된 공기는 전술한 제3 냉각유로(105)를 통해 배출될 때 압축판(101)과 돌기(310) 부근의 공간에서 축방향으로 유동이 발생하여 회전자 동바(131) 및 엔드링(133)을 직접 냉각하게 된다.

아울러, 이때 상기 회전자 코어(100)에 유입되는 냉각매체는, 전동기의 냉각방식에 관계없이 대부분이 공기이나, 다만 이에 한정되지 아니하며 전동기의 냉각방식에 따라 다양한 냉각물질이 사용될 수 있다.

이상으로, 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였으나, 본 발명은 상기 설명 및 도시대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니다. 아울러, 본 발명의 기술적 사상의 범주를 일탈하지 않는 범위 내에서 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자는 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 모든 적절한 변경 및 수정이 가해진 발명 및 본 발명의 균등물에 속하는 발명들도 본 발명에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 회전자 코어(Rotor core)
101 : 압축판(End plate) 103 : 제2 냉각유로
105 : 제3 냉각유로
111, 113 : 제1 냉각유로
131 : 회전자 동바(Rotor bar) 133 : 엔드링(End ring)
300 : 회전축(Shaft) 310 : 회전축 돌기

Claims (5)

1. 회전축에 결합된 회전자 코어에 상기 회전축의 수직방향으로 다수 개로 관통하여 제1 냉각유로가 형성되며, 상기 회전자 코어의 일단부에 압축판이 결합되며, 상기 회전자 코어와 상기 압축판을 회전자 동바가 관통하며, 상기 회전자 동바의 일단부에 엔드링이 결합되어 있는 전동기의 회전자 구조로서,
   상기 제1 냉각유로는 상기 회전축의 축방향으로 상기 회전축과 상기 회전자 코어 사이에 형성되고,
   상기 회전축의 돌기가 상기 압축판의 축방향으로 상기 압축판과 소정 간격을 두고 이격되게 돌출됨에 따라 상기 회전축의 돌기와 상기 압축판 사이에 제3 냉각유로가 형성되며,
   상기 제3 냉각유로는 상기 압축판의 축방향으로 상기 제1 냉각유로의 폭보다 더 큰 높이로 일정 모양으로 상기 회전축과 상기 회전자 코어 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자 구조.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전동기 내부를 순환하는 냉각매체가 상기 제1 냉각유로를 통해 상기 회전자 코어로 유입되며, 상기 회전자 코어로 유입된 냉각매체는 상기 제3 냉각유로를 통해 상기 회전자 동바 및 상기 엔드링 방향으로 배출되어 상기 회전자 동바 및 상기 엔드링을 직접 냉각하는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자 구조.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전동기 내부를 순환하는 냉각매체가 상기 제1 냉각유로를 통해 상기 회전자 코어로 유입되며, 상기 회전자 코어로 유입된 냉각매체는 상기 제3 냉각유로를 통해 배출될 때, 상기 압축판과 상기 회전축의 돌기 부근의 공간에서 축방향으로 유동이 발생하여 상기 회전자 동바 및 상기 엔드링을 직접 냉각하는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자 구조.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 냉각매체는 공기인 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자 구조.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 전동기 내부를 순환하는 냉각매체는 상기 전동기 내 별도로 구비된 팬(Fan)으로부터 상기 전동기 내부를 순환하는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자 구조.

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