KR0144985B1 - 직류모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음향, 영상 및 각종 자동화 기기에 사용되며, 철심과 코일로 이루어진 전기자와 N극 및 S극이 교대로 반경방향에 착자된 영구자석을 가지는 직류모터에 대하여 개시한다. 그 직류모터는 전기자 철심의 자극표면에 그 철심보다 높은 투자율을 가지는 자성편을 취부한다. 그 자성편은 상기 영구자석으로부터 나오는 총자속의 유효쇄교자속을 증가시키는 작용을 한다. 따라서 본 발명은 직류모터의 소형화는 물론 고효율의 고성능을 실현시킨다.

Description

직류모터

제 1 도는 종래 원추대향형 전기자부 직류모터의 구성을 축상에서 본 평면도.

제 2 도는 제 1 도에 명시된 영구자석과 철심간의 자속의 경로를 나타낸 개요단면도.

제 3 도는 본 발명에 따라 개선된 원주대향형 전기자부 모터의 구성을 축상에서 본 평면도.

제 4 도는 제 3 도에 명시된 영구자석과 자성편간의 자속의 경로를 나타낸 개요단면도.

제 5 도는 제 2 도및 제 4 도에 명시된 영구자석의 자극표면 높이와 전기자 철심의 돌극높이의 비에 따라 변화하는 유효쇄교자속을 비교한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전기자 철심 2 : 전기자 철심의 돌극

3 : 자성편 4 : 코일

5 : 에어캡 6 : 영구자석

7 : 영구자석의 요크 8 : 축

본 발명은 철심과 코일로 이루어진 전기자와 N극 및 S극이 교대로 반경방향에 착자된 영구자석을 가지며, 그 전기자와 영구자석과의 사이의 전자흡인력(및/또는 반발력)으로 회전하는 직류모터에 관한 것으로서, 특히 영구자석으로부터 나오는 자속중 전기자 철심에 권선된 코일에 쇄교하는 자속이 많아지도록 그 전기자 철심의 돌극의 구조가 개선되어진 직류모터에 관한 것이다.

직류모터는 음향·영상기기를 중심으로 각종의 자동화 기기에 이르기까지 다종다양한 용도로 사용되고 있는데, 최근 그들 기기가 경·박·단·소화 해가는 가운데서 소형이면서 고성능, 고효율의 요구도 한층 높아졌다. 따라서 이러한 요구에 부응하는 모터의 실현을 위해서는, 전기자 철심을 통하는 유효쇄교자속을 증대시킴으로써 그 자속에 비례하는 회전토오크의 상승을 꾀함이 가장 바람직하겠다.

예컨대 전기자 형태의 직류모터로서 제 1 도에 도시된 바와 같은, 축상에서 볼 때, 전기자 철심(A)과 영구자석(M)이 소정의 에어캡(G)을 두고 내외측에 배치된 원주대향형 모터에 있어서는, 영구자석(M)이 요크(Y)에 의한 자속의 경로를 통해 전기자 철심(A)과 함께 자기회로를 형성하게 되고 그 영구자석(M)으로부터 나오는 자속의 일부가 여자된 코일(C)에 쇄교함으로써 회전토오크가 작용하게 된다. 이러한 전기자부 모터의 구조에서, 종래에는 그 전기자 철심(A)의 코일(C)에 쇄교하는 자속을 크게 하기 위하여, 제 2 도에서 보는 바와 같이, 전기자 철심(A)의 돌극높이(Ha)에 대한 영구자석(M)의 표면자극높이(Hm)의 비(Hm/Ha)를 크게 하였으나, 이 경우 영구자석(M)의 총자속(fT)중 누설자속(fL')이 많아지고 상대적으로 유효쇄교자속(fv')은 적어지므로 모터의 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 그 비(Mm/Ha)에 따른 유효쇄교자속(fv') 크기를 나타낸 제 5 도의 그래프를 참조하면 대략 Hm/Ha=2 일때 포화되는 경향이 있어 그만큼 소형화에 불리한 단점이 있는 것이다.

한편, 상기 유효쇄교자속(fv')을 증가시키기 위한 다른 방법으로서는 영구자석의 표면자속밀도를 높게 하는 방법과 상기 에어캡(G)을 되도록 좁게 하는 방법이 있는데, 이들 밥법은 가공기술과 생산성 면에서 가격상승의 요인이 크고 또 현재로서는 이미 한계점에 이른 상태이다.

그래서 본 발명에서는 상기한 종래의 문제점을 감안하여 상술한 누설자속이 적고 상대적으로 유효쇄교자속이 많아지도록 전기자 철심의 구조를 개선함으로써 모터의 소형화 및 교효율을 실현시키는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

철심과 코일로 이루어진 전기자와 N극 및 S극이 교대로 반경방향에 착자된 영구자석을 대향시켜서 그들사이의 전자흡인력으로 회전하는 직류모터에 있어서,

상기 영구자석에 대향되는 상기 전기자 철심의 돌극표면에 취부되며, 그 철심의 투자율보다 더 높은 투자율을 갖은 자성편을 구비하여, 그 자성편에 의하여 유효쇄교자속이 많아지도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 따르면, 영구자석으로부터 나오는 자속의 한 경로를 제공하는 전기자 철심은 적어도 그 돌극에 취부된 상기 자성편에 의하여 투자율이 높은 즉 자기저항이 작은 부분을 가지므로 그 자속의 흐름을 원활하게 한다. 따라서 그 영구자석의 총자속중 극히 적은 일부만이 누설될 뿐 대분분의 자속이 그 자성편을 통해 전기자 철심에 유도되어질 것이므로 그 전기자 철심에 권선된 코일에 쇄교하는 유효쇄교자속이 자연히 증가될 것으로 기대된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 더 상세하게 설명한다.

제 3 도는 본 발명에 따른 전기자부 원주대향모터의 구성을 나타낸 평면도로서,

돌극(2) 표면에 소정 두께의 자성편(3)이 부착된 전기자 철심(1)과 코일(4)로 이루어진 전기자가 구비되고, 그 전기자 철심(1)의 자성편(3)과 소정의 에어캡(5)을 두고 대향하여 N극 및 S극의 자석단체로 된 영구자석(6) 및 그 영구자석(6)의 요크(7)가 구비되어 있다. 상기 전기자 철심(1)의 돌극(2)에 부착된 자성편(3)은 그 돌극(2)에 대신하여 각각 자기의 코일(4)이 여자될 때 자성을 띠게 되어 대향된 영구자석(6)의 자극표면(N극 또는 S극)과 전자흡인력(또는 반발력)을 유발시킨다. 따라서 그 흡인력 및/또는 반발력으로 상기의 영구자석(6)이 그의 요크(7)와 함께 축(8)을 중심으로 소정의 변위각 만큼 회전이동하게 된다.

실질적으로 상기 코일(4)은 그 대향위치에 따라 서로 몇개의 군으로 나뉘어서 각기 다른 위상의 순차적인 전류를 공급받음으로써 연속적으로 이어지는 토오크를 발생시키게 되므로 상기의 회전이동이 연속적으로 행해지는 것이다.

제 4 도는 상기와 같은 전기자 철심(1)과 영구자석(6) 사이의 에어캡(5)에 분포되는 자속의 경로를 점선으로 나타낸 개요도이다. 여기에서 알 수 있는 바와 같이, 전기자 철심(1)의 돌극(2)에 부착된 자성편(3)은 높은 투자율을 가지는 재료 예컨대, 50%정도의 Ni을 함유하는 퍼머로이로 제작되어 종래(제 2 도)와 다른 자속의 흐름, 상세하게는 상하단부에서 자속을 끌어 당기는 형식의 자속의 흐름을 유도함을 알 수 있다. 즉, 영구자석(6)으로부터 발생되는 총자속(fT)에 대한 누설자속(fL)은 극히 적고 상대적으로 유효쇄교자속(fv)이 증가되게 하는 작용을 하는 것이다.

따라서 그 전기자 철심(1)을 경유하는 자속밀도가 높아져서 그의 코일(4)에 쇄교하는 자속이 훨씬 증가되게 되고, 그만큼 모트의 효율이 향상되게 된다.

제 5 도는 상기전기자 철심(1)의 돌극높이(Ha)에 대한 영구자석(6)의 표면자극 높이(Hm)의 비(Hm/Ha)에 따라 아래와 같은 조건으로 자성편(3)이 있는 경우의 유효자속(fv)을 비교 측정한 결과이다.

모터형식 : 전기자 12극, 영구자석 8극

철심(1) : 투자율 6,051의 규소강판(RM-12)

요크(7) : 투자율 2,100의 냉간압연강판

자성편(3) : 50% Ni을 함유하고 투자율 20,000, 두께 0.1㎜의 퍼머로이

Hm/Ha = 1∼2.5

측정 결과, 자성편(3)이 없는 종래의 경우 Hm/Ha=2인 지점에서부터 포화하는 것으로 나타나는데, 자성편(3)이 있는 본 발명의 경우 Hm/Ha≒1.75인 지점에서부터 포화하려는 경향이 있고, 특히 유효쇄교자속(fv)의 크기가 전체적으로 고르게 상승하는 것으로 나타났다.

결론적으로 본 발명에 따르면 유효쇄교자속의 증대로 동일한 비(Hm/Ha) 즉 같은 영구자석의 표면 자극 높이를 기준할 때 큰 회전토오크 특성을 갖는 모터의 제공이 가능하여 고성능을 실현시킬 수 있고, 동일한 회전토오크 값을 기준할 때 영구자석의 표면 자극 높이를 줄일 수 있어 소형화가 가능한 이점이 있게 된다.

뿐만 아니라 본 발명은 제약된 표면자속밀도를 갖는 영구자석의 선정이나 에어캡을 형성하는 가공기술 측면에서 원가절감, 생산성 향상에 기여하는 바가 지대한 매우 효과적인 발명이다.

본 발명은 상기한 자성편의 재질과 자기적 성질 및 규격(두께)에 따라 더 좋은 결과를 얻을 수 있음은 물론이며, 또한 상기에 설명되고 예시된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니며 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 실시예와 적용예, 예컨대 평면대향형 직류모터나 그외의 직류기 및 교류기 등에도 폭넓게 적용 가능 할 것이다.

Claims (2)

1. 철심과 코일로 이루어진 전기자와 N극 및 S극이 교대로 반경방향 착자된 영구자석을 대향시켜서 그들 사이의 전자흡인력으로 회전하는 직류모터에 있어서, 상기 영구자석에 대향되는 상기 전기자 철심의 돌극 표면에 취부되며, 그 철심의 투자율보다 더 높은 투자율을 갖는 자성편이 구비되어 그 자성편에 의해 유효쇄교자속이 많아지도록 구성된 것을 특징으로 하는 직류모터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 자성편이 Ni을 함유하는 퍼머로이로 선정된 것을 특징으로 하는 직류모터.