KR100373288B1 - 영구자석 및 자기저항식 회전 기계 - Google Patents

영구자석 및 자기저항식 회전 기계 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계는 고정자의 내주 상에 배열된 전기자 권취부를 갖는 환형 고정자와, 고정자 내측에 회전 가능하게 배열된 회전자와, 회전자 코어 내에 배치된 복수개의 영구자석을 포함한다. 각각의 극을 한정하는 하나의 영구자석은 영구자석의 자화 방향에 평행하게 2개의 자석편으로 분할된다. 자석의 분할 때문에, 각 영구자석의 질량이 종래의 회전 기계의 질량에 비해 작아져서, 자석에 인가되는 원심력이 감소될 수 있다. 결국, 회전자 코어에서 발생되는 응력은 회전 기계가 고속으로 회전될 수 있도록 감소된다.

Description

영구자석 및 자기저항식 회전 기계 {PERMANENT MAGNET AND RELUCTANCE TYPE ROTATING MACHINE}
본 발명은 영구자석 및 자기저항식 회전 기계에 관한 것이다.
도1은 종래 기술의 영구자석 및 자기저항식 회전 기계의 개략적인 구조가 도시되어 있다.
도1에서, 영구자석 및 자기저항식 회전 기계(101)는 하우징 등에 의해 지지된 고정자(103) 및 이 고정자(103)에 회전식으로 배열된 회전자(105)를 포함한다. 고정자(103)는 고정자 코어(107) 및 이 코어 주위에 권선된 전기자 권선부(109)로 이루어져 있다. 회전자(105)에는 4쌍의 영구자석(113)이 회전자 코어(111)에 시계 방향으로 배열되어 있다. 자극(115)은 영구자석(113)이 배열되어 있는 각각의 코어부들에 의해 형성되고, 보극(interpole; 119)들은 영구자석(113)들 사이의 비자성부(117)들에 의해 구성된다.
도2는 회전자 코어(11)의 각 자극축의 방향을 따라 흐르는 전기자 전류에 기인한 자속(Φe)을 도시한다. 이 상태에서는 자극(115)을 형성하는 코어부에 의해 자기 통로가 구성되기 때문에 자속이 매우 작은 자기저항에 의해 용이하게 흐른다.
도3은 보극(119)의 각각의 주연 중심을 통과하는 각각의 방사상 축의 방향을 따라 흐르는 전기자 전류에 기인한 또 다른 자속(Φ)을 도시한다. 보극(119)의 자속(Φe)이 이 보극(119)을 개재하는 영구자석(113)을 교차하는 자기 통로를 만들더라도, 전기자 전류에 기인한 자속은 약 1인 이들의 상대 투자율 때문에 영구자석(113)의 높은 자기저항 작용 하에서 감소된다.
각각의 보극(119)의 양측면 상의 영구자석(113)은 자극축에 실질적으로 수직한 방향으로 자화된다. 따라서, 도4에 도시된 것처럼, 각각의 영구자석(113)으로부터 발생된 자속은 다음 순서, 즉 영구자석(113)의 한 극, 코어(111)의 주연 공동에 있는 자성부(121) 및 자석(113)의 대향 자극의 순서로 부분적으로 순환하여서 자기 회로(Φma)를 형성하게 된다. 또한, 각 영구자석(6)으로부터의 자속의 일부는 회전자(105)와 고정자(107) 사이의 간극을 통해서 회전자(107)로 흘러서 고정자(105)의 자극(115)과 인접 영구자석(6) 및 원래의 영구자석(113)을 통과하여 또 다른 자기 회로(Φmb)를 형성하게 된다.
도3을 다시 보면, 영구자석(113)의 쇄교 자속(interlinkage flux)은 보극(119)의 중심축을 따라 흐르는 (전기자 전류에 의해) 자속(Φe)의 반대 방향으로 분포하여 자속(Φe)을 이들의 상호 무효화(mutual negation)가 되도록 한다.각 보극(119)의 공동에 있는 간극에서는 영구자석(113)의 자속에 기인한 전기자 전류로부터 유도된 간극 자속 밀도가 감소한다. 따라서, 각 자극의 공동과 보극의 공동 사이의 간극 자속 밀도에 커다란 변화가 생긴다. 다시 말해서, 회전자(105)의 회전 위치에 대한 간극 자속 밀도의 변화는 자기 에너지의 변화가 증가되도록 한다. 또한, 로드된 상태에서 회전자(105)는 자극(105)과 보극(119) 사이의 경계부 상에 자기 단락 회로를 각각 형성하는 자성부(121)가 존재하기 때문에 로드 전류에 의해 큰 자기 포화 상태에 있게 된다. 보극(119)에 분포하는 자석(113)의 자속은 증가된다. 따라서, 자기저항과 영구자석(113)의 자속 양자에 의해 간극 자속 밀도의 분포가 크게 불균일하게 되어서 자기 에너지가 현저하게 변화되어 큰 출력을 생성하게 된다.
다음에는 회전 기계를 넓은 범위의 가변 속도에서 작동시키기 위한 단자 전압의 조정 범위에 대해서 설명한다. 영구자석(113)이 각 보극(119)의 일부분에만 존재하기 때문에 회전 기계는 전체 회전 기계의 표면적에 비해서 좁은 영구자석(113)의 표면적을 가지며, 여기서 영구자석은 회전자의 전체 주연에 배열되고 또한 영구자석(113)에 기인한 작은 쇄교 자속을 나타낸다.
또한, 기계가 여자되지 않는 상태에서, 영구자석 자속의 현저한 양이 자성부(121)에 흘러서 회전자 코어(111)의 누설 자속이 생기게 한다. 따라서, 이 상태에서 현저하게 증가된 전압을 감소시킬 수 있기 때문에 기계의 비여자 상태에서의 코어 손실이 감소된다. 또한, 권선부(109)가 단락 회로에서 부조 기능을 나타내고 과전류가 감소된다.
회전 기계가 로드되면, 단자 전압이 전기자 전류(즉, 자기저항 회전 기계의 여자 전류 및 토크 전류 양자)에 의한 쇄교 자속의 추가에 기인하여 영구자석(13)에 의한 쇄교 자속으로 유도된다.
일반적인 영구자석형 회전 기계에서는, 큰 단자 전압이 영구자석(113)의 쇄교 자속으로 점유되기 때문에 단자 전압을 조정할 수가 없다. 반면에, 영구자석-자기저항식 회전 기계에서는 영구자석(113)의 쇄교 자속이 작기 때문에 여자 전류의 부품을 제어함으로써 단자 전압을 넓은 범위에 걸쳐서 조정할 수 있다. 다시 말해서, 여자 전류의 성분을 조정하여 속도에 대응하는 전원 전압보다 작은 단자 전압을 얻을 수 있기 때문에 회전 기계를 일정 전압에 의해 (그의 기본 속도로부터) 넓은 범위의 가변 속도에서 구동할 수 있다.
또한, 전압이 강제 제어 하에서 자장 약화에 의해 제한되지 않기 때문에, 고속에서 기계가 회전할 때 제어가 수행되지 않더라도 과전압이 발생할 가능성은 없다.
또한, 각 영구자석(113)으로부터의 자속의 일부, 즉 자속(Φma)이 자성부(121)의 단락 회로로 누설되기 때문에, 영구자석(113)에서의 반자기장을 감소시킬 수 있다. 따라서, 영구자석의 작동 지점이 B(자속 밀도) - H(자장 강도) 특성을 나타내는 이의 탈자화 곡선 상에서 상승하기 때문에, 즉 투과 계수가 커지기 때문에, 온도 및 전기자 반응에 대한 탈자화 방지 특성이 향상된다. 또한, 영구자석(113)이 회전자 코어(111)에 매립되기 때문에, 회전 기계는 영구자석(113)이 회전자(105)의 회전에 기인하여 산개되는 것을 방지하는 장점을 갖는다.
한편, 각각의 코어부가 영구자석(113)용 구멍(123) 주위에 있기 때문에, 특히 보극(119)의 반경방향 외측부가 자석(113)으로부터의 자속 누설의 감소의 관점에서 가능한 한 얇게 형성되기 때문에, 상기 회전 기계에서의 영구자석(113)의 원심력에 대항하기가 예상외로 어렵다. 특히, 고속 회전 기계에 사용하는 경우에는 영구자석(113)의 산개 및 회전자(105)의 파손 등과 관련한 여러 문제를 일으킬 수도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 고속 회전할 수 있고 회전자 코어에 대해 높은 냉각 성능을 제공할 수 있고 고부하 및 영구자석의 온도 탈자기 작용 모두를 회피하면서 기계의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 영구자석-자기저항식 회전 기계를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따라, 전술된 본 발명의 목적은 전기자 권선이 내주 상에 배열된 환형 고정자와, 회전자 코어를 포함하고 고정자 내부에 회전 가능하게 배열된 회전자와, 자극과 보극이 회전자의 원주방향으로 교대로 형성되도록 회전자 코어 내에 배치된 복수개의 영구자석을 포함하며, 각각의 자극은 회전자의 원주방향으로 대향한 한 쌍의 영구자석 사이에 배치되고, 각각의 보극은 회전자의 원주방향으로 인접한 자극들 사이에 개재된 비자성부를 가지며, 각각의 자극을 형성하는 영구자석 쌍은 영구자석의 자화 방향에 평행한 방향으로 복수개의 자석편으로 각각 분할되고, 분할된 자석편은 회전자 코어에 형성된 자석 구멍 내에 매설되어 있는 영구자석-자기저항식 회전 기계에 의해 달성될 수 있다.
전술된 구조로 인해, 각각의 자극과 각각의 보극 사이에 "간극" 자속 밀도의 상당한 불균일함이 생성될 수 있기 때문에, 자기 에너지는 회전 기계에 큰 출력 및 안정된 회전을 제공할 수 있도록 현저히 가변된다.
또한, 각 영구자석의 질량이 분리 배치로 인해 작아지기 때문에, 자극에 가해진 원심력은 줄어든다. 따라서, 회전자 코어 내에 발생한 응력은 줄어들어 회전 기계가 더 고속으로 회전할 수 있게 된다.
본 발명의 제2 태양에 따라, 본 발명의 목적은 전기자 권선이 내주 상에 배열된 환형 고정자와, 회전자 코어를 포함하고 고정자 내부에 회전 가능하게 배열된 회전자와, 자극과 보극이 회전자의 원주방향으로 교대로 형성되도록 회전자 코어 내에 배치된 복수개의 영구자석을 포함하며, 각각의 자극은 회전자의 원주방향으로 대향한 한 쌍의 영구자석 사이에 배치되고, 각각의 보극은 회전자의 원주방향으로 인접한 자극들 사이에 개재된 비자성부를 가지며, 각각의 자극을 형성하는 영구자석 쌍은 영구자석의 자화 방향에 직각인 방향으로 복수개의 자석편으로 각각 분할되고, 분할된 자석편은 회전자 코어에 형성된 자석 구멍 내에 매설되어 있는 영구자석-자기저항식 회전 기계에 의해 달성될 수 있다.
또한, 이러한 태양에서, 각 자극과 각 보극 사이에 "간극" 자속 밀도의 상당한 불균일함이 생성될 수 있기 때문에, 자기 에너지는 회전 기계에 큰 출력 및 안정된 회전을 제공할 수 있도록 현저히 가변된다. 각 영구자석의 질량이 제1 태양과는 상이한 형태의 자석의 분리로 인해 작아지기 때문에, 자극에 가해진 원심력도 또한 줄어든다. 따라서, 회전자 코어 내에 발생한 응력은 줄어들어 회전 기계가 더 고속으로 회전할 수 있게 된다.
본 발명의 제3 태양에 따라, 각 보극의 비자성부는 경량이고 고압축 강도를 갖는 비자성 재료로 충전되고 제1 또는 제2 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서 고압축 강도를 갖게 된다.
이 경우에, 자극 내에 매설된 비자성 재료에 의해 영구자석의 원심력에 의해 야기되는 자극 근방의 회전자 코어의 변형을 줄일 수 있다. 따라서, 비자성부의 주연 구역 내에 발생한 응력을 줄일 수 있어 회전 기계가 더 고속으로 회전할 수 있게 된다.
본 발명의 제4 태양에 따라, 제1 또는 제2 태양의 회전 기계는 복수개의 돌출부를 각각 갖는 한 쌍의 단부판을 추가로 포함하며, 보극의 비자성부는 공동으로 구성되고, 회전자는 돌출부가 공동 내에 끼워 맞춤 되면서 회전자의 양 축방향 단부들에서 단부판 쌍 사이에 개재된다.
또한 이 경우에, 자극 근방의 회전자 코어의 변형은 단부판 상에 돌출부를 제공함으로 인해 줄어들 수 있다. 따라서, 비자성부의 주연 구역 내에 발생한 응력을 줄일 수 있어 회전 기계가 더 고속으로 회전할 수 있게 된다.
본 발명의 제5 태양에 따라, 제4 태양의 회전 기계는 각 공동의 형태와 동일한 형태를 각각 갖는 복수개의 돌출부가 양 측면에 제공된 격판을 추가로 포함하며, 격판은 격판의 돌출부가 공동 내에 끼워 맞춤 되면서 회전자의 축방향으로의 중간 위치에서 회전자 코어 내에 개재된다.
또한 이 경우에, 자극 근방의 회전자 코어의 변형은 단부판과 격판 상에 돌출부를 제공함으로 인해 줄어들 수 있다. 따라서, 비자성부의 주연 구역 내에 발생한 응력을 줄일 수 있어 회전 기계가 더 고속으로 회전할 수 있게 된다.
본 발명의 제6 태양에 따라, 제1 및 제2 태양의 회전 기계는 회전자의 축방향으로 회전자 코어가 사이에 개재되는 한 쌍의 단부판과, 회전자의 축방향으로 중간 위치에서 회전자 코어 내에 개재된 격판과, 회전자의 축방향으로 각 보극의 비자성부 및 격판을 관통하도록 배열된 복수개의 보강 로드(rod)를 추가로 포함한다.
또한 이 경우에, 자극 근방의 회전자 코어의 변형은 보강 로드를 제공함으로 인해 줄어들 수 있다. 따라서, 비자성부의 주연 구역 내에 발생한 응력을 줄일 수 있어 회전 기계가 더 고속으로 회전할 수 있게 된다.
본 발명의 제7 태양에 따라, 제1 또는 제2 태양의 회전 기계는 회전자의 축방향으로 회전자 코어가 사이에 개재되는 한 쌍의 단부판과, 회전자의 축방향으로 중간 위치에서 회전자 코어 내에 개재된 격판과, 회전자의 축방향으로 격판, 회전자 코어 및 단부판을 관통하도록 배열된 복수개의 보강 로드를 추가로 포함한다.
또한 이 경우에, 자극 근방의 회전자 코어의 변형은 보강 로드를 제공함으로 인해 줄어들 수 있다. 따라서, 비자성부의 주연 구역 내에 발생한 응력을 줄일 수 있어 회전 기계가 더 고속으로 회전할 수 있게 된다.
본 발명의 제8 태양에 따라, 각각의 보강 로드는 제6 태양의 회전 기계에서의 경량의 고강도 재료로 제작된 중공 파이프의 형태로 된다.
이 경우에, 보강 로드는 경량이고 증강될 수 있어, 비자성부의 주연 구역 내에 발생한 응력을 확실히 줄일 수 있다.
본 발명의 제9 태양에 따라, 영구자석은 본드 자석으로 구성되고, 본드 자석은 본드 자석이 투입되고 나서 일정 기간의 경과 후에 경화될 수 있다.
자극의 불규칙함에도 불구하고, 영구자석은 국부적 접촉으로 인한 응력 집중을 피하면서 자극 내에 확실히 조립될 수 있다.
본 발명의 제10 태양에 따라, 제1 또는 제2 태양의 회전 기계에서, 각 보극의 비자성부는 회전자의 축방향으로 연장되고 냉각 매체가 내부로 공급될 수 있는 관통 공동으로 구성된다.
이 경우에, 회전자 코어의 냉각 성능은 고출력 회전 기계를 실현하도록 향상된다. 또한, 영구자석의 온도 상승을 제한할 수 있어, 열적 저하를 방지한다.
본 발명의 제11 태양에 따라, 본 발명의 목적은 전기자 권선이 내주 상에 배열된 환형 고정자와, 회전자 코어를 포함하고 고정자 내부에 회전 가능하게 배열된 회전자와, 자극과 보극이 회전자의 원주방향으로 교대로 형성되도록 회전자 코어 내에 배치된 복수개의 영구자석을 포함하며, 각각의 자극은 회전자의 원주방향으로 대향한 한 쌍의 영구자석 사이에 배치되고, 각각의 보극은 회전자의 원주방향으로 인접한 자극들 사이에 개재된 비자성부를 가지며, 각 보극의 비자성부는 공동으로 구성되고, 공동 내에는 적어도 하나의 스트럿이 영구자석에 인접한 공동의 내부벽에 맞닿도록 배치되는 영구자석-자기저항식 회전 기계에 의해 또한 달성될 수 있다.
본 발명의 위와 같은 배치로 인해, 각각의 비자성부 내에 적어도 하나의 스트럿을 제공함으로 인해, 원심력으로 인한 비자성부 외부의 주연 코어부의 변형은회전자 코어 내의 응력을 줄이도록 제한될 수 있다. 따라서, 회전 기계는 신뢰성을 향상시키면서 더 고속으로 회전할 수 있다.
본 발명의 제12 태양에 따라, 복수개의 스트럿이 제11 태양의 회전 기계에서와 같이 공동 내에서 서로 교차하도록 걸쳐서 배치된다.
비자성부 외부의 주연 코어부의 변형은 각각의 공동 내에서 서로 교차하는 스트럿에 의해 제한될 수 있어, 회전자 코어 내의 응력은 줄어든다. 따라서, 회전 기계는 신뢰성을 향상시키면서 더 고속으로 회전할 수 있다.
본 발명의 제13 태양에 따라, 비자성부에 배치된 스트럿은 제11 태양의 회전 기계에서와 같이 비자성부의 단면적의 5 내지 30%의 면적을 차지하도록 구성된다.
이 경우에, 전기 및 강도 면에서 적절한 구조물이 스트럿 단면의 위의 치수상 규정에 따라 회전 기계에 제공될 수 있다. 따라서, 회전 기계는 신뢰성을 향상시키면서 더 고속으로 회전할 수 있다.
본 발명의 제14 태양에 따라, 제11 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 공동은 2개의 상호교차 직선면과 하나의 원호면으로 구성되어 단면적이 부채꼴 형상으로 되어 있으며, 스트럿은 스트럿의 일 단부가 직선면들 중 하나의 직선면의 방사상 내측단에서 그 직선면의 전체 방사상 길이의 25 내지 45%의 위치에서 상기 하나의 직선면에 맞닿도록 배열된다.
이 경우에, 스트럿 위치의 치수상 규정으로 인해, 영구자석의 원심력으로 인한 응력 편차는 완화되어 회전 기계는 더 고속으로 회전할 수 있고 또한 신뢰성이 향상된다.
본 발명의 제15 태양에 의하면, 제11 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 스트럿은 그 내측단이 영구자석에 인접한 공동의 내벽에 맞닿고 외측단이 공동의 원주벽과 맞닿도록 배치된다.
상기 조건에서, 희토류 원소로 제조된 영구자석의 경우에, 외측단의 일부가 내측단의 일부의 55% 내지 65%의 곡률 반경을 가지도록 스트럿의 내측단 및 외측단은 회전자의 원주 방향으로의 보극의 중심축의 일측면 상에 형상화되고, 내측단의 일부가 외측단의 일부의 60% 내지 70%의 곡률 반경을 가지도록 스트럿은 또한 보극의 중심축의 대향 측면 상에 형상화된다.
대신, 페라이트계 영구자석의 경우에, 외측단의 일부가 내측단의 일부의 15% 내지 25%의 곡률 반경을 가지도록 스트럿의 내측단 및 외측단은 보극의 중심축의 측면 상에 형상화되고, 내측단의 일부가 외측단의 일부의 45% 내지 55%의 곡률 반경을 가지도록 스트럿은 또한 보극의 중심축의 대향 측면 상에 형상화된다.
스트럿의 곡률 반경에 있어서의 상기 확정에 의해, 비자성부의 코너에 응력이 집중되는 것을 최소화하는 것이 가능하므로, 회전 기계를 고속으로 회전시키고 또한 신뢰성을 향상시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 제16 태양에 의하면, 제11 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 회전자 코어는 회전자의 원주 방향으로의 보극의 중심축과 각각의 영구자석을 그 내부에 수용하기 위한 회전자 코어 내에 형성된 자석 구멍 사이에 개재된 코어부의 단면적이 자석 구멍의 단면적의 5% 내지 20%가 되도록 형성된다.
이 경우에, 회전자는 기계의 성능에 영향을 미치지 않으면서 회전자 코어의응력이 감소되도록 하는 적당한 형상을 구비한다. 따라서, 전기 및 구조적 강도의 측면에서 적절한 구조를 실현하는 것이 가능하므로 회전 기계를 고속으로 회전시키고 또한 신뢰성을 향상시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 제17 태양에 의하면, 제11 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 영구자석은 이하의 조건하에 회전자 코어 내에 형성된 자석 구멍 내에 수용된다.
희토류 원소로 제조된 영구자석의 경우에, 회전자의 원주 방향으로 보극의 중심축의 측면 상에 있는 자석 구멍의 내측단의 외부 모서리의 곡률 반경과, 자석 구멍의 내측단의 내부 모서리의 곡률 반경과, 보극의 중심축의 대향 측면에 있는 자석 구멍의 외측단의 곡률 반경이 각각 자화 방향으로의 자석 구멍의 폭의 55% 내지 65%, 35% 내지 45%, 55% 내지 65%가 되도록 각각의 자석 구멍들은 형상화된다.
대신, 페라이트계 영구자석의 경우에, 보극의 중심축의 일 측면 상의 자석 구멍의 내측단의 외부 모서리의 곡률 반경과, 자석 구멍의 내측단의 내부 모서리의 곡률 반경과, 보극의 중심축의 대향 측면 상의 자석 구멍의 외측단의 곡률 반경이 각각 자화 방향으로의 자석 구멍의 폭의 40% 내지 50%, 20% 내지 30%, 55% 내지 65%가 되도록 자석 구멍은 형상화된다.
이 경우에, 곡률 반경의 상기 확정에 의해, 자석 구멍의 코너에 응력이 집중되는 것을 최소화하는 것이 가능하므로, 신뢰성을 향상시키면서 회전 기계를 고속으로 회전시킬 수 있다.
본 발명의 제18 태양에 의하면, 제16 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 영구자석들은 자석 구멍 내에 공동을 유지하면서 자석 구멍 내에 수용된다.
이 경우에, 영구자석의 전체 중량의 감소 및 회전자 코어의 중량의 감소와 함께 부가적인 질량에 인가되는 원심력을 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 신뢰성을 향상시키기 위해 회전 기계의 고속 구동이 이루어질 수 있도록 회전자 코어에서 발생된 응력을 감소시키는 것이 가능하다.
본 발명의 제19 태양에 의하면, 본 발명의 목적은 전기자 권선을 갖는 고정자와, 회전자 코어를 갖는 회전자와, 회전자 내에 한정된 인접하는 극들 사이를 통과하는 전기자 권선의 자속을 무효화하기 위해 회전자 코어 내에 형성된 자석 구멍 내에 수용되는 복수의 영구자석들과, 영구자석들의 외부 원주 측면상의 회전자에 한정되어 회전자의 원주 방향으로 자기 불균일성을 형성하는 비자성부를 포함하며, 각각의 영구자석 및 자석 구멍이 U자 형상을 가지도록 호형화되는 영구자석-자기저항식 회전 기계에 의해 또한 이루어질 수 있다.
영구자석과 자석 구멍이 갖는 U자 형상에서, 영구자석에 인가된 원심력이 자석 구멍에 의해 지지되므로, 신뢰성을 향상시키기 위해 회전 기계의 고속 구동이 이루어질 수 있도록 자석 구멍과 영구자석에 대한 응력의 집중을 조절하는 것이 가능하다.
본 발명의 제20 태양에 의하면, 영구자석들은 제19 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서 자석 구멍 내에 공동을 유지하면서 자석 구멍 내에 수용된다.
이 경우에, 영구자석에 인가된 원심력이 자석 구멍에 의해 지지되므로, 자석 구멍과 영구자석에 대한 응력의 집중을 조절하는 것이 가능하다. 부가적으로, 영구자석의 전체 중량의 감소로 인해, 회전자 코어 외에 질량에 인가된 원심력은 회전자 코어 내에 발생된 응력을 감소시킬 수 있도록 감소된다. 이러한 관점에서, 회전 기계의 고속 구동은 신뢰성의 향상과 함께 이루어질 수 있다.
본 발명의 제21 태양에 의하면, 제18 태양 또는 제20 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 공동은 경량, 고강도, 비자성 재료로 충전된다.
이 경우에, 각 자석 구멍의 주연부에서 회전자 코어의 변위가 경량 및 고강도의 비자성 재료에 의해 지지되므로, 신뢰성을 향상시키기 위해 회전 기계의 고속 구동이 이루어질 수 있도록 회전자 코어 내에 발생되는 응력은 감소된다.
본 발명의 제22 태양에 의하면, 제18 태양 또는 제20 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 공동은 시간 경과에 따라 고형화되는 결합형 충전재로 충전된다.
이 경우에, 영구자석이 자석 구멍 내로 삽입된 후에 자석의 탈락, 균열 등으로 인해 손상되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 또한, 결합형 충전재는 자석 구멍의 내벽과 균일하게 접촉할 수 있으므로, 구멍의 코너에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 관점에서, 신뢰성을 향상시키기 위해 회전 기계의 고속 구동이 이루어질 수 있다.
본 발명의 제23 태양에 의하면, 제18 태양 또는 제20 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 공동은 시간 경과에 따라 고형화되는 발포성 수지로 제조된 충전재로 충전된다.
발포성 수지로 제조된 충전재의 경우에, 충전재의 부피는 팽창하므로 충전재의 재료가 각각의 공동 내에 충전된 후에 빈틈없이 충전시킨다. 부가적으로, 취급에 있어서의 용이함으로 인해, 충전 작업은 용이하게 수행될 수 있으며, 이에 의해 충전재를 취급하는 작업 시간을 단축시키는 것이 가능하다. 영구자석이 자석 구멍 내로 삽입된 후에 자석의 탈락, 균열 등으로 인해 손상되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 또한, 발포성 수지로 제조된 충전재의 연성으로 인해 구멍의 코너에 응력이 집중되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 관점에서, 신뢰성을 향상시키기 위해 회전 기계의 고속 구동이 이루어질 수 있다.
본 발명의 제24 태양에 의하면, 제18 태양 또는 제20 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계는 경량 및 고강도의 비자성 재료로 제조되고 원형 단면적을 갖는 복수의 로드를 더 구비하며, 로드들은 공동들 내에 각각 삽입된다.
이 경우에, 영구자석 상의 원심력으로 인한 회전자 코어의 변위 및 변형이 로드에 의해 지지되므로, 회전자 코어 내에 발생된 응력은 신뢰성을 향상시키기 위해 회전 기계의 고속 구동이 이루어져 수 있도록 감소된다.
본 발명의 제25 태양에 의하면, 제18 태양 또는 제20 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계는 경량 및 고강도의 비자성 재료로 제조되고 다각형 단면적을 갖는 복수의 로드를 더 구비하며, 로드들은 다각형 로드의 적어도 3개의 코너를 통해 각각의 공동과 접촉하도록 공동 내로 삽입된다.
다음, 다각형 로드를 공동 내로 삽입함으로써, 영구자석의 원심력으로 인한 회전자 코어의 변위와 변형이 적어도 3개의 지점의 공동의 내벽에 각각 맞닿는 로드에 의해 지지되므로, 회전자 코어 내의 응력은 신뢰성을 향상시키기 위해 회전기계의 고속 구동이 이루어질 수 있도록 감소된다.
또한, 각각의 로드가 다각형 단면적을 가지도록 형성되므로, 복수의 면을 통하는 공동이 로드의 단면을 한정하면서 로드의 균일한 결합을 얻는 것이 가능하다. 또한, 이러한 관점에서, 신뢰성을 향상시키기 위해 회전 기계의 고속 구동이 이루어질 수 있다.
본 발명의 제26 태양에 의하면, 제24 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 로드는 파이프의 형태이다.
다음, 원형 또는 다각형 파이프를 공동 내로 삽입함으로써, 영구자석의 원심력으로 인한 회전자 코어의 변위와 변형은 파이프에 의해 지지된다. 또한, 파이프의 중공 구조로 인해, 회전 기계는 원심력을 감소시키도록 경량화된다. 이러한 관점에서, 회전자 코어 내의 응력은 신뢰성을 향상시키기 위해 회전 기계의 고속 구동이 이루어질 수 있도록 감소된다.
본 발명의 제27 태양에 따르면, 제24 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계는 비자성 및 비전도 재료로 이루어진 복수개의 판들을 더 포함하고, 이들 각 판은 로드들과 영구자석의 사이에 삽입된다.
이러한 경우에, 각 판은 파이프와 영구자석의 사이에 삽입되기 때문에, 회전자를 조립할 때 영구자석은 손상되는 것으로부터 보호될 수 있고 더욱이 영구자석을 정확하게 고정할 수 있다. 따라서, 조립 정확도는 향상된 신뢰성으로 현저하게 향상될 수 있다.
본 발명의 제28 태양에 따르면, 제24 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 각 판들은 각 로드들과 영구자석의 사이에 비접착식으로 삽입된다.
이러한 경우에, 각 판은 어떠한 접착제도 사용하지 않고 파이프와 영구자석의 사이에 삽입되므로, 공동부를 한정하는 내측벽에 판을 결합하는 작업을 폐지할 수 있다. 따라서, 회전자를 조립하는 데에 필요한 시간이 감소하여 작업 효율이 현저하게 개선한다.
제16 태양, 제 17 태양 및 제19 태양 중의 어느 하나인 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 본 발명의 제29 태양에 따르면, 자석 구멍 및 그 안에 수용된 영구자석은 테이퍼진 형상을 갖도록 형성된다.
다음에, 영구자석과 자석 구멍은 또한 테이퍼지기 때문에, 자석 구멍을 한정하는 내측벽상에 자석을 높은 정확도로 고정할 수 있어, 자석의 조립 정확도가 신뢰성을 증진하도록 향상될 수 있다.
본 발명의 제30 태양에 따르면, 제29 태양의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서, 자석 구멍에 수용된 각 영구자석은 필름 형상의 재료로 코팅된다.
이러한 경우에, 필름 재료는 각 자석 구멍과 각 영구자석의 사이에서 배열되기 때문에, 이러한 재료에 의해 보호될 수 있다. 따라서, 영구자석이 손상되거나 질이 저하되는 것으로 보호될 수 있다. 이러한 방식으로, 영구자석의 수명의 신뢰성은 현저하게 향상될 수 있다.
본 발명의 이러한 목적과 다른 목적은 첨부한 도면과 연관하여 취한 다음의 상세한 설명 및 청구항으로부터 충분히 명백해질 것이다.
도1은 종래의 영구자석-자기저항식 회전 기계의 개략적인 설명도.
도2는 자극에서 자속의 각 흐름을 도시한 설명도.
도3은 보극에서 자속의 각 흐름을 도시한 설명도.
도4는 영구자석을 포함하는 코어부에서 자속의 각 흐름을 도시한 설명도.
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 영구자석-자기저항식 회전 기계의 개략적인 설명도.
도6은 회전자 코어를 구성하는 천공판의 사시도.
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따라 영구자석-자기저항식 회전 기계의 개략적인 단면도.
도8은 본 발명의 제3 실시예에 따라 영구자석-자기저항식 회전 기계의 개략적인 단면도.
도9는 도8의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서 선 A-A를 따라 취한 단면도.
도10은 본 발명의 제4 실시예에 따라 영구자석-자기저항식 회전 기계의 개략적인 단면도.
도11은 도10의 영구자석-자기저항식 회전 기계에서 선 B-B를 따라 취한 단면도.
도12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 개략적인 단면도.
도13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 개략적인 단면도.
도14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 개략적인 단면도.
도15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 회전자의 부분 단면도.
도16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 회전자의 부분 단면도.
도17은 본 발명의 제10 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 회전자의 부분 단면도.
도18은 본 발명의 제11 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 회전자의 부분 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 고정자
3 : 자기저항식 회전 기계
5 : 회전자
9 : 전기자 권선부
11 : 회전자 코어
13 : 영구자석
15 : 자극
17 : 비자극
25 : 개구
21, 23 : 자석 구멍
27 : 천공판
본 발명의 다수의 실시예들을 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 실시예들의 유사한 구성 요소들은 각각 동일한 참조 부호로 표시된 것을 유의해야 한다.
[제1 실시예]
도5 및 도6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 설명하기로 한다. 도5에서 참조 부호 1은 영구자석 및 자기저항식 회전 기계(3)의 고정자(1)를 표시하고 5는 고정자(1)에 회전 가능하게 배열된 회전자를 표시한다.
고정자(1)는 하우징 케이스(도시되지 않음) 등에 의해 지지되고 전기자 권선부(9)에 장착된 고정자 코어(1)를 포함한다. 회전자(5)의 회전자 코어(11)에는 영구자석(13)이 구비된다. 회전자(5)는 회전자 코어(11)의 4개 장소에 배열된 4개의 자극(15)과 인접하는 자극(15, 15)들의 사이에 각각 배치된 비자극(17)을 포함한다. 각 비자극(17)은 자성 오목 영역을 표시하는 보극(부)에 대응한다. 2쌍의 영구자석(13)은 각 극(15)에 배분된다.
각 실시예에서, 회전자 코어(11)는 복수의 천공판으로 구성된 적층체로 구성된다. 도6은 회전자의 구성물로서 단일의 천공판(27)을 도시한 것이다. 천공판(27)에는 2쌍의 영구자석(13)이 각 극(15)으로 끼워 맞추어지는 자석 구멍(21, 23)과 비자성부(17)를 구성하는 부채꼴 형상의 개구(25)가 구비된다.
각각의 극(15)에 있어서, 자화 방향과 평행하게 2쌍의 자석 구멍(21, 23)(총 4개의 구멍)이 구비된다.
각 영구자석(13)은 재료가 자석 구멍(21, 23)으로 충전되기 때문에 일정 기간의 경과후 경화할 수 있는 "본드" 자석에 의해 구성된다. 2개의 영구자석이 자화 방향과 평행하게 4개의 자석편으로 분리되는 것처럼 2쌍의 영구자석(13)이 자석 구멍(21, 21)과 자석 구멍(23, 23)으로 각각 삽입된다.
각각의 극(15)에 있어서, 쌍으로 이루어진 영구자석(13)(구멍(23)에 있음)에 대향하는 다른 쌍의 영구자석(13)(구멍(21)에 있음)은 구멍(23)에서의 전자의 영구자석(13)을 흡인하도록 자화된다. 바람직하게는, 영구자석(13)은 회전자(5)의 주연 방향으로 자화된다. 보다 바람직하게는, 자석(13)은 극 축에 사실상 수직하게 자화된다.
예를 들어, 알루미늄, 두랄루민, 강화 플라스틱 등과 같이 경량이며 높은 압축 강도를 나타내는 비자성 재료(17a)가 각 비자성부(17) 내에 매설되어, 자성 오목부로서의 보극(19)을 형성한다.
즉, 각 극(15)의 양 측면 상의 영구자석(13)은 자화 방향에 있어서 서로 동일하다. 또한, 각 보극(19)의 양 측면 상의 두 쌍의 자석은 회전자(5)의 원주 방향으로 서로 자기적으로 반대이다(즉, N 대 N 또는 S 대 S).
이와 같이 구성된 회전 기계(3)에 있어서, 자석(13)의 자기저항 및 자속에 기인하여 극(15)과 보극(19)을 통한 "간극" 자속 밀도가 크게 불균일해질 수 있으므로, 자기 에너지는 현저하게 변하여, 회전 기계(3)의 출력이 높아지고 안정적으로 회전하게 된다.
본 실시예에 따르면, 회전 기계(3)의 회전자는 종래 회전자 내의 각 영구자석이 2개의 작은 조각으로 분할된 것같이 구성된다. 그러므로, 종래의 회전자에 비해 조각 당 자석의 질량을 줄일 수 있게 된다.
부가적으로, 충전 후에 단시간 내에 경화되는 "본드" 자석의 채용 덕분에, 자석 구멍(21, 23)에 대한 자석의 충돌이 없어지게 되어 응력의 집중을 피할 수 있다.
결과적으로, 자석 구멍(21, 23) 상에 가해지는 원심력과 회전자 코어(11) 내에서 생성되는 응력은 함께 절반으로 감소되어, 회전 기계가 고속으로 회전할 수 있다.
더욱이, 각 보극(19)의 얇은 원주 방향 벽(29)의 강성 및 강도는 매설부(17)에 의해 보장될 수 있으므로, 회전자 코어(11) 내에서 생성되는 응력을 감소시켜서 회전자(5)가 고속으로 회전하게 할 수 있다.
[제2 실시예]
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따르면 영구자석 및 자기저항식 회전 기계를 도시한다.
본 실시예에 있어서, 각 극(15)의 양 측면 상의 2개의 영구자석(13)은 자화 방향에 수직인 방향으로 각각 4개의 자석 조각으로 분할되어 각각 회전자 코어(11) 내에 매설된다. 보극(19)을 형성하는 비자성부(17)는 수소 기체와 같은 기체성 냉각제가 공급되는 공동으로 구성된다. 이와는 다르게, 상기 기체성 냉각제는 외부로부터의 냉각 공기일 수 있다.
회전 기계의 다른 구성 요소는 제1 실시예와 각각 동일하므로, 중복되는 설명은 피하기로 한다.
제2 실시예에 따르면, 회전 기계(3)의 회전자(5)는 종래 회전자에서의 극의각 측면 상의 각 영구자석이 2개의 자석 조각으로 분할된 것같이 구성된다. 그러므로, 종래 회전자에 비해 조각 당 자석 질량을 줄일 수 있다.
결과적으로, 자석 구멍(21, 23) 상에 작용하는 원심력과 회전자 코어(11) 내에 생성되는 응력은 함께 절반으로 감소되어, 회전 기계는 고속으로 회전할 수 있다.
부가적으로, 비자성부(17)를 통한 냉각제 기체의 유동 덕분에, 회전자 코어(11)의 냉각력은 향상되어, 영구자석(13)이 온도면에서 열화되는 것을 피하며 또한 기계의 안정적인 성능을 장기간 실현한다.
[제3 실시예]
도8과 도9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 영구자석 및 자기저항식 회전 기계를 도시한다.
본 실시예에 있어서, 각 보극(19)을 형성하는 비자성부(17)는 회전자(5)의 축방향으로 연장되는 관통 공동에 의해 구성된다. 도9에 도시된 바와 같이, 격판(31)이 회전자 코어(11) 내부에 설치되며, 한 쌍의 단부판(33)은 회전자 코어(11)의 양 축방향 측면 상에 설치된다. 판(31, 33)과 코어(11)를 일체로 유지하기 위해, 샤프트(36)가 회전자 코어(11)의 중심을 관통하게 설치된다.
격판(31)에는 비자성부(17)와 유사한 단면을 갖는 돌출부(35)가 양 측면 상에 구비된다. 유사하게, 각 단부판(33)에는 비자성부(17)와의 결합을 위해 동일한 돌출부(35)가 일 측면 상에 구비된다.
회전 기계의 다른 구성 요소는 제1 실시예와 각각 동일하므로, 중복 설명은피하기로 한다.
제3 실시예에 따르면, 판(31, 33) 상의 각 돌출부들은 회전 중의 자석(13)의 원심력에 기인하는 구멍(21, 23)의 원주 내의 회전자 코어(11)의 변형을 견디도록 작용하므로, 회전자 코어(11) 내에서 생성되는 응력은 감소되어 회전 기계가 고속으로 구동될 수 있다.
[제4 실시예]
도10과 도11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 영구자석 및 자기저항식 회전 기계(3)를 도시한다.
또한 본 실시예에 있어서, 각 보극(19)을 형성하는 비자성부(17)는 회전자(5)의 축방향으로 연장하는 관통 공동에 의해 구성된다. 도11에 도시된 바와 같이, 격판(37)은 회전자 코어(11) 내부에 설치되고, 한 쌍의 단부판(39)은 회전자 코어(11)의 양 축방향 측면 상에 설치된다. 판(37, 39)과 코어(11)를 일체로 유지하기 위해, 샤프트(41)는 회전자 코어(11)의 중심을 관통하도록 설치된다.
비자성부(17)에 있어서, 티타늄과 같은 경량 고강도 재료로 제작되는 중공 보강 로드(43)가 격판(37)과 단부판(39)을 관통하도록 설치된다.
회전 기계의 다른 구성 요소들은 제1 실시예와 각각 동일하므로, 중복 설명은 피하기로 한다.
제4 실시예에 따르면, 보강 로드(43)는 회전 중의 자석(13)의 원심력에 기인하는 구멍(21, 23)의 원주 내의 회전자 코어(11)의 변형을 견디도록 작용하므로, 회전자 코어(11) 내에서 생성되는 응력은 감소되어 회전 기계가 고속으로 구동될수 있다.
이와는 다르게, 보강 로드(43)가 회전자 코어(11)와 격판(37)을 직접 관통하도록 설치되는 경우에도, 구멍(21, 23) 주위에서의 회전자 코어(11)의 변형을 제한할 수 있다.
[제5 실시예]
도12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 영구자석-자지저항식 회전 기계를 도시한다. 도12에서, 환형 고정자(1)는 전기자 권선(9)을 포함하며, 회전자(5)는 고정자(1) 내에 회전 가능하게 수용된다. 회전자(5)는 회전자 코어(11) 및 영구자석(13)을 포함한다.
회전자 코어(11)는 회전자의 자화를 용이하게 하는 몇몇 방향 및 자화를 어렵게 하는 다른 방향을 갖도록 된다. 즉, 회전자(5)에 대해 자기적인 불균형을 형성하기 위해, 회전자 코어(11)는 서로 적층된 복수의 전자기 강판으로 구성된다. 통상, 전자기 강판에는 내부에 여덟 개의 영구자석(13)을 수용하기 위한 자석 구멍(21)이 제공된다. 여덟 개의 구멍(21)은 회전자 코어911)에 대각선으로 위치되어, 네 개의 돌축극(salient pole)을 형성한다. 회전자(5)에서, 두 개의 평행 자석 구멍(21) 사이에 각각 배치된 각 코어부는 자극(15)이 되는 네 개의 자석 돌출부를 한정하며, 수직으로 두 개의 자석 구멍(21) 사이에 각각 한정된 다른 코어부는 보극(19)이 되는 네 개의 자석 리세스를 형성한다.
또한, 구멍(21) 내의 영구자석(13)은, 회전자(5)의 원주 방향으로 인접 극(15) 사이에 유동하는 전기자 전류의 자속이 음으로 되도록 자화된다. 즉, 각극(15)의 양 측면 상의 두 개의 영구자석(13)은 회전자(5)의 원주 방향으로 서로 대향된다. 영구자석(13)은 대체로 원주 방향으로 자화되는 것이 바람직하다. 특히, 영구자석(13)은 극 정점에 대체로 수직한 각 방향으로 자화된다.
각 보극(19) 내의 비자성부는 공동으로 구성된다. 단면에서, 공동은 두 개의 서로 교차하는 평면 및 하나의 호형 면에 의해 한정되어, 부채꼴 형상을 제공한다.
본 실시예에 따르면, 보극(19)의 각 비자성부(17)에는, 연결 구조 내에 보극(19)을 한정하는 원주방향 벽을 보강하는 두 개의 스트럿(45)이 제공된다.
단면 영역에서, 비자성부(17) 내의 각 스트럿(45)은 비자성부(17)의 전체 단면적의 5 내지 30%의 단면적을 점하도록 성형된다.
각 공동에서, 즉 평면의 내측단으로부터 평면의 전체 길이의 25 내지 45%의 위치에 공동의 하나의 평면에 대해 일 단부가 지지되도록, 스트럿(45)이 설계된다. 또한, 스트럿(45)은 공동의 원주방향 벽(하나의 호형 면)에 대해 외측단이 지지되도록 된다.
도12에서 도시된 바와 같이, 회전자(5)에 대해 "희토(rare-earth)" 영구자석을 적용하는 경우, 스트럿(45)의 내측단 및 외측단은 회전자의 원주 방향으로 보극(19)의 중심축(20)의 측면 상에서, 외측단부가 내측단부의 곡률 반경(R2)의 55 내지 65%와 같은 곡률 반경(R1)을 갖도록 성형된다. 또한, 스트럿(45)은 보극(19)의 중심축(20)의 대향 측면 상에서, 내측단부가 외측단부의 곡률 반경(R3)의 60 내지 70%와 같은 곡률 반경(R4)을 갖도록 성형된다.
대신, "페라이트계" 영구자석(13)을 적용하는 경우, 스트럿(45)의 내측단 및 외측단는, 외측단부가 내측단부의 곡률 반경(R2)의 15 내지 25%와 같은 곡률 반경(R1)을 갖도록 성형된다. 보극(19)의 중심축(20)의 대향 측면 상에서, 내측단부는 외측단부의 곡률 반경의 45 내지 55%와 같은 곡률 반경을 갖는다.
상술된 구성의 본 실시예의 영구자석-자기저항식 회전 기계는, 영구자석의 자속 및 자기저항에 의해 "간극" 자속 밀도의 분포가 매우 불규칙하게 변화되기 때문에, 장치가 큰 출력과 안정성을 갖고 회전될 수 있도록 현저하게 자기 에너지가 변화된다.
또한, 각 비자성부(17)에 하나 이상(예를 들어 두 개)의 스트럿(45)을 제공함으로써, 원심력에 의한 비자성부(17) 외측으로 원주방향 코어부의 변형이 제한되어 회전자 코어(11) 내의 응력이 감소될 수 있다. 따라서, 회전 기계는 신뢰성이 개선되면서 보다 고속에서 회전될 수 있다.
단면에서 비자성부(17)에 대한 스트럿(45)의 상기 비율에 대해서, 스트럿(45)은 높은 출력을 갖는 장치를 제공하기 위해 작은 단면을 갖도록 성형되는 것이 바람직하다. 역으로, 스트럿(45)은 높은 강도를 갖는 장치를 제공하기 위해 큰 단면을 갖도록 성형되는 것이 바람직하다.
이러한 견지에서, 비자성부(17)에 대한 스트럿(45)의 단면적 비율이 적절한 범위(즉, 5 내지 30%) 내에서 설정되기 때문에, 본 실시에의 회전 기계에는 전기 및 강도의 관점에서 적절한 구조가 제공될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 회전 기계는 신뢰성이 개선되면서 보다 고속으로 회전될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 각 비자성부(17) 내의 스트럿(45) 부분이 평면의 전체 길이(Y)의 25 내지 45%의 위치(X)(도12)에서 공동의 하나의 평면에 대해 일 단부가 지지되도록 되기 때문에, 회전 기계가 보다 고속에서 회전되며 신뢰성이 개선될 수 있도록 영구자석(13)의 원심력에 의한 응력의 편차가 완화된다.
다시 말해, 회전자(5)를 위한 "희토" 영구자석(13)의 경우, 스트럿(45)의 내측단 및 외측단은 회전자(5)의 원주 방향으로 보극(19)의 중심축(20)의 측면 상에서 외측단부가 내측단부의 곡률 반경(R2)의 55 내지 65%와 동일한 곡률 반경(R1)을 갖도록 형성된다. 또한, 스트럿(45)은 보극(19)의 중심축의 대향 측면 상에서 내측단부가 외측단부의 곡률 반경(R3)의 60 내지 70%와 동일한 곡률 반경(R4)을 갖도록 형성된다.
"페라이트" 영구자석(13)의 경우, 스트럿(45)의 내측단 및 외측단은 보극(19)의 중심축(20)의 측면 상에서 외측단부가 내측단부의 곡률 반경(R2)의 15 내지 25%와 같은 곡률 반경(R1)을 갖도록 성형된다. 보극(19)의 중심축(20)의 대향면 상에서, 내측단부는 외측단부의 곡률 반경(R3)의 44 내지 55%와 같은 곡률 반경(R4)을 갖는다.
[제6 실시예]
도13은 본 발명의 제6 실시예에 따르는 영구 자기저항식 회전 기계를 도시한 것이다.
이 실시예에서, 상술한 실시예에서와 유사한 요소들은 각각 동일한 인용 부호에 의해 지시되고 있다.
제6 실시예에 따르면, 보극(19)의 각각의 비자석부(17)에는 브리지 구조로 보극(19)을 한정하는 주변벽을 강화하고 서로 교차하는 복수개의 스트럿(45)이 구비된다.
또한, 회전자 코어(11)는 회전자 코어(11)에 형성된 자석 구멍(21)과 보극(19)의 중심축(20) 사이에 개재된 컬럼부(a)(도13)의 단면적이 자석 구멍(21)의 단면적의 5 내지 20%가 되는 방식으로 형성된다.
회전자(5)로서 "희토류" 영구자석(13)을 채택하는 경우, 자석 구멍(21)은 중심축(20)의 측면 상에서, 구멍(21)의 내측단의 외부 모서리의 곡률 반경(R1)과 내측단의 내부 모서리의 곡률 반경(R2)과 구멍(21)의 외측단의 곡률 반경(R3)이 자화 방향으로 구멍(21)의 폭 b에 대해 각각 55 내지 65%와 35 내지 45%와 55 내지 65%가 되는 외형을 갖는다.
대안으로서, 페라이트계 자석(13)을 취하는 경우, 구멍(21)의 내측단의 외부 모서리의 곡률 반경(R1)과 내측단의 내부 모서리의 곡률 반경(R2)과 구멍(21)의 외측단의 곡률 반경(R3)이 자화 방향으로 구멍(21)의 폭 b에 대해 각각 40 내지 50%와 20 내지 30%와 55 내지 65%이 되도록 설정된다.
이 실시예에 따르면, 영구자석(13)은 자석(13)의 양 측면 상에 두 개의 공동(22)을 둔 상태로 각 자석 구멍(21)에 배치된다.
각각의 비자석부(17)에는 서로 교차하는 복수개의 (예컨대 두 개의) 스트럿(45)을 제공하기 때문에, 원심력으로 인해 비자석부(17) 외측의 주변 코어부의 변형이 억제될 수 있어서 회전자 코어(11)의 응력을 저감시킨다. 따라서, 회전기계는 신뢰성을 개선하면서 고속으로 회전할 수 있다.
자석 구멍(21)의 단면적에 대한 컬럼부(a)의 상기 비율을 고려할 때, 컬럼부(a)는 컬럼부(a)를 통한 유체 누출의 감소가 기계의 출력 감소를 억제하기 때문에 작은 단면적을 갖는 것이 양호하다. 역으로, 컬럼부(a)는 회전자(5)의 강도를 보장한다는 관점에서 큰 단면적을 갖는 것이 양호하다.
이와 같은 모순에도 불구하고, 자석 구멍(21)의 단면적에 대한 컬럼부(a)의 단면 비율은 적절한 비율(즉, 5 내지 20%) 내로 설정되기 때문에, 본 실시에의 회전 기계에는 전기 및 강도의 면에서 적절한 구조가 구비될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 회전 기계는 신뢰성을 개선하면서도 고속으로 회전할 수 있다.
반복하자면, 회전자(5)로서 "희토류" 영구자석(13)을 채택하는 경우, 구멍(21)의 내측단의 외부 모서리의 곡률 반경(R1)과 내측단의 내부 모서리의 곡률 반경(R2)과 구멍(21)의 외측단의 곡률 반경(R3)이 자화 방향으로 구멍(21)의 폭 b에 대해 각각 55 내지 65%와 35 내지 45%와 55 내지 65%로 설정된다. "페라이트계" 영구자석(13)을 취하는 경우, 구멍(21)의 내측단의 외부 모서리의 곡률 반경(R1)과 내측단의 내부 모서리의 곡률 반경(R2)과 구멍(21)의 외측단의 곡률 반경(R3)은 자화 방향으로 구멍(21)의 폭 b에 대해 각각 40 내지 50%와 20 내지 30%와 55 내지 65%으로 설정된다.
자석 구멍(21)의 각 곡률 반경을 상기와 같이 설정하게 되면, 구멍(21)의 코너 상의 응력 집중을 최소화할 수 있어서, 회전 기계의 고속 구동이 신뢰성을 개선하도록 달성될 수 있다.
또한, 자석(13)의 양 측면 상에 공동(22)을 제공하기 때문에, 영구자석(13)의 총중량 및 회전 회전자 코어(11)의 저감된 중량을 저감시킬 뿐만 아니라 다른 질량부에 가해지는 원심력을 저감시킬 수 있다. 따라서, 회전자 코어(11)에서 발생하는 응력을 저감시킬 수 있어서, 회전 기계의 고속 구동이 신뢰성을 개선하도록 달성될 수 있다.
[제7 실시예]
도14는 본 발명의 제7 실시예에 따르는 영구 자기저항식 회전 기계를 도시하는 것이다.
이 실시예에서도, 상술한 실시예에서와 유사한 요소들은 각각 동일한 인용 부호에 의해 지시되고 있다.
제7 실시예에 따르면, 회전자(5)에는 U자 형상의 호 형태인 네 개의 자석 구멍(21)이 구비된다. 이에 대응해서, 각각의 영구자석(13)은 U자 형상의 호와 같은 형상으로 되어 있고 자석의 양 측면 상에 공동(22)을 유지하면서 각 자석 구멍(21)에 놓이게 된다.
또한, 본 실시예에 따르면, 비록 도면 상에 도시되어 있지는 않지만, 공동(22)은 경량 및 고강도 비자성 재료로 된 충전재로 충전될 수 있다.
비자성 재료의 개조를 변경하는 경우, 이러한 것들은 공동(22)에 충전된 후 고화되는 결합식 충전재로 대체될 수 있다. 대안으로서, 공동(22)은 공동(22)에 충전된 후 고화되는 성형 수지로 충전될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 영구자석(13)에 가해지는 원심력은 호형의 자석구멍(21)에 의해 발생되기 때문에, 구멍(21)과 자석(13) 둘레에서의 응력 집중을 완화시킬 수 있고, 이로 인해 회전 기계의 고속 구동이 신뢰성 있게 달성될 수 있다.
또한, 각각의 영구자석(13)에 가해진 원심력이 각 자석(13)의 양측면 상에서의 공동(22)의 형성으로 인해 자석 구멍(21)을 형성하는 호형 내부벽에 의해 천공될 수 있으므로, 구멍(21)과 자석(13) 둘레에 응력이 집중되는 것을 완화시킬 수 있다.
또한, 각 자석(13)의 양측면 상에 공동(22)이 제공됨으로써, 추가적인 집합체에 가해진 원심력이 줄어들 수 있고 영구자석(13)의 전체 중량과 회전자 코어(11)의 중량이 줄어들 수 있다. 따라서, 회전자 코어(11)에 발생된 응력을 줄일 수 있으므로, 회전 기계의 고속 구동이 달성됨으로써 그 신뢰성이 개선될 수 있다.
공동(22)에 내장되고 비자성, 비전도성, 저중량 및 고강도 재료로 제조된 충전재에 있어서, 자석(13)에 가해진 원심력으로 인해 자석 구멍(21) 둘레의 변형이 충전재에 의해 지지될 수 있으므로, 회전자 코어(11)에 발생된 응력을 줄일 수 있다. 이러한 점에서, 회전 기계의 고속 구동이 달성되고 그 신뢰성이 개선될 수 있다.
결합식 충전재의 경우에, 영구자석(13)이 자석 구멍(21)으로 삽입된 후에 자석(13)이 파손, 균열 등으로 인해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 결합식 충전재는 자석 구멍(13)의 내부벽과 일정하게 접촉될 수 있으므로, 구멍(13)의 코너에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 점에서, 회전 기계의 고속 구동이 달성되고 그 신뢰성이 개선될 수 있다.
수지를 성형하는 충전재의 경우에, 충전재 재료가 각각의 공동(22)으로 충전된 후에 충전재의 체적이 어떤 공차 없이 충전되도록 팽창된다. 충전 조작은 그 조작의 용이성으로 인해 용이하게 수행될 수 있으므로, 충전재를 조작하는 조작 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 영구자석(13)은 자석 구멍(21)으로 삽입된 후에 영구자석(13)의 파손, 균열 등으로 인해 손상되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 수지로 제조된 충전재의 연성으로 인해, 충전재는 자석 구멍(13)의 내부벽과 일정하게 접촉될 수 있으므로, 구멍(13)의 코너 상에 응력이 집중되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 이러한 점에서, 회전 기계의 고속 구동이 달성되고 그 신뢰성이 개선될 수 있다.
[제8 실시예]
도15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 1/4을 도시한다. 또한, 이 실시예에서는 제7 실시예와 유사한 요소들은 동일한 참조 부호로 각각 표시된다.
제7 실시예와 유사하게, 회전자 코어(11)에는 U형 아치 형태의 4개의 자석 구멍(21)(단지 1개만 도시됨)이 제공된다. 이와 대응되게, 영구자석(13)의 각각은 U형 아치 형태이고 각각의 자석 구멍(21)에 내장되며 자석(13)의 양측면 상에 공동(22)이 있다.
또한, 이 실시예에 따르면, 저중량 고강도 비자성 재료로 제조된 원형 단면로드(24)는 공동(22)으로 삽입된다.
로드(24)가 공동(22)으로 삽입되므로, 영구자석(13)의 원심력으로 인한 회전자 코어(11)의 변위 및 변형부는 로드(24)에 의해서 천공되고, 회전자 코어(11)의 응력이 현저히 감소됨으로써 회전 기계의 고속 구동이 달성되고 그 신뢰성이 개선될 수 있다.
또한, 각각의 로드(24)가 원형 단면으로 형성되므로, 로드(24)는 편향된 접촉 없이 공동(22)과 일정하게 접촉될 수 있다. 또한 이러한 점에서, 회전 기계의 고속 구동이 달성되고 그 신뢰성이 개선될 수 있다.
[제9 실시예]
도16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 1/4을 도시한다.
또한 이러한 실시예에서, 제8 실시예에서와 유사한 요소들은 동일한 참조 부호로 각각 표시된다.
제8 실시예와 유사하게, 회전자 코어(11)에는 U형 아치 형태의 4개의 자석 구멍(21)이 제공된다. 이와 대응되게, 각각의 영구자석(13)은 U형 아치 형태이고 각각의 자석 구멍(21)에 내장되며 공동(22)이 자석(13)의 양측면 상에 있다.
이 실시예에 따르면, 저중량 고강도 비자성 재료로 제조된 다각형 로드(26)는 공동의 내부벽 상에서 로드(26)의 적어도 3개의 접촉부와 함께 각각의 공동(22)으로 삽입된다.
다각형 로드(26)가 공동(22)으로 삽입됨으로써, 영구자석(13)의 원심력으로인한 회전자 코어(11)의 변위 및 변형부는 적어도 3개의 지점에서 공동(22)의 내부벽 상에 각각 접촉하는 로드(26)에 의해 천공되고, 회전자 코어(11)의 응력이 현저히 감소되므로 회전 기계의 고속 구동이 달성되고 그 신뢰성이 개선될 수 있다.
또한, 각각의 로드(26)가 다각형 단면을 갖는 형상으로 되어 있기 때문에, 로드(26)의 단면을 한정하는 복수개의 면을 통한 공동(22)과의 로드(26)의 균일한 결합을 이루는 것이 가능하다. 상기 관점에서도, 회전 기계의 고속 구동은 신뢰성을 개선시키도록 수행될 수 있다.
[제10 실시예]
도17은 본 발명의 제10 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 1/4을 도시하고 있다.
상기 실시예에서도, 제9 실시예의 요소와 유사한 요소는 동일한 도면 부호로 각각 지시되어 있다.
제9 실시예와 마찬가지로, 회전자 코어(11)에는 U자 형상의 아치 형태로 된 4개의 자석 구멍(21)이 제공된다. 따라서, 각각의 영구자석(13)은 U자 형상의 아치이고 자석(13)의 양측면 상의 공동(22)에 남아 있는 상태로 각각의 자석 구멍(21) 내에 끼워진다.
상기 실시예에 따르면, 환형 또는 다각형 파이프(28)는 접착제 없이 비자성 및 비전도성 판(30)을 파이프(28)와 영구자석(13) 사이에 개재시키는 상태로 각각의 공동(22) 내로 삽입된다. 상기 변형예에서, 파이프(28)는 도15 및 도16에 도시된 바와 같이 원형 또는 다각형 단면을 갖는 로드로 교체될 수도 있다는 것을 주목하여야 한다.
공동(22) 내로의 원형 또는 다각형 파이프(또는 로드)(28)의 삽입 때문에, 영구자석(13)의 원심력으로 인한 회전자 코어(11)의 변위 및 변형은 파이프(28)에 의해 진행된다. 또한, 파이프(28)의 중공 구조 때문에, 회전 기계는 원심력을 감소시킬 정도로 가볍다. 결국, 회전자 코어(11)의 응력은 회전 기계의 고속 구동이 신뢰성을 개선시킬 수 있도록 감소된다.
또한, 판(30)이 접착제를 사용하지 않고 파이프(28)와 영구자석(13) 사이에 개재되기 때문에, 공동(22)을 한정하는 내부벽 상에 판(30)을 결합시키는 작업을 폐지하는 것이 가능하다. 이와 같이, 회전자(5)를 조립하는 데 요구되는 시간이 단축되어 작업 효율이 상당히 개선될 수 있다.
[제11 실시예]
도18은 본 발명의 제11 실시예에 따른 영구자석-자기저항식 회전 기계의 1/4을 도시하고 있다.
상기 실시예에서도, 제10 실시예의 요소와 유사한 요소는 동일한 도면 부호로 각각 지시되어 있다.
상기 실시예에 따르면, 회전자 코어(11)에는 2개의 테이퍼 형성 구멍(21)과, 이러한 구멍(21) 내로 수용되는 2개의 테이퍼 형성 영구자석(13)이 각 비자성부(17)의 양측 상에 제공된다.
각각의 자석 구멍(21)에서, 영구자석(13)에는 필름 재료(32)가 덮인다.
테이퍼 형성 구성 때문에, 영구자석(13)이 자석 구멍(21) 내에 견고하게 끼워질 수 있어서, 회전 기계의 전기 특성을 개선시키는 것이 가능하다.
더구나, 각각의 영구자석(13) 상에 인가되는 원심력이 자석 구멍(21)을 한정하는 대향 테이퍼 형성면에 의해 진행되기 때문에, 구멍(21) 주위에 발생되는 응력 집중을 거의 제거시켜 회전자 코어(11)의 응력도 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 회전 기계의 고속 구동은 신뢰성을 개선시키도록 수행될 수 있다.
또한, 영구자석(13) 및 자석 구멍(21)에 테이퍼가 형성되기 때문에, 높은 정밀도로 자석 구멍(21)을 한정하는 내부벽 상에 자석(13)을 고정하는 것이 가능하여서, 자석(13)의 조립 정밀도가 신뢰성을 증진시키도록 개선될 수 있다.
필름 재료(32)가 각각의 자석 구멍(21)과 영구자석(13) 사이에 배열되기 때문에, 영구자석은 재료(32)에 의해 보호된다. 따라서, 각각의 영구자석(13)이 손상을 받거나 열화되는 것을 방지하는 것이 가능하여, 영구자석(13)의 신뢰성 및 수명이 개선된다.
이와 같이 구성된 회전 기계에 있어서, 자석 구멍 상에 가해지는 원심력과 회전자 코어 내에서 생성되는 응력은 함께 절반으로 감소되어, 회전 기계가 고속으로 회전할 수 있다.
더욱이, 각 보극의 얇은 원주 방향 벽의 강성 및 강도는 매설부에 의해 보장될 수 있으므로, 회전자 코어 내에서 생성되는 응력을 감소시켜서 회전자가 고속으로 회전하게 할 수 있다.
마지막으로, 당업자라면 상기 설명이 회전 기계의 양호한 실시예에 대한 것이고 본 발명의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않고도 본 발명에 대한 각종의 변화 및 변형이 이루어질 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (34)

  1. 영구자석-자기저항식 회전 기계에 있어서,
    전기자 권선이 내주 상에 배열된 환형 고정자와,
    회전자 코어를 포함하고 고정자 내부에 회전 가능하게 배열된 회전자와,
    자극과 보극이 회전자의 원주방향으로 교대로 형성되도록 회전자 코어 내에 배치된 복수개의 영구자석을 포함하며,
    각각의 자극은 회전자의 원주방향으로 대향한 한 쌍의 영구자석 사이에 배치되고, 각각의 보극은 회전자의 원주방향으로 인접한 자극들 사이에 개재된 비자성부를 가지며,
    각각의 자극을 형성하는 영구자석 쌍은 영구자석의 자화 방향에 평행한 방향으로 복수개의 자석편으로 각각 분할되고,
    분할된 자석편은 회전자 코어에 형성된 자석 구멍 내에 매설된 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  2. 영구자석-자기저항식 회전 기계에 있어서,
    전기자 권선이 내주 상에 배열된 환형 고정자와,
    회전자 코어를 포함하고 고정자 내부에 회전 가능하게 배열된 회전자와,
    자극과 보극이 회전자의 원주방향으로 교대로 형성되도록 회전자 코어 내에 배치된 복수개의 영구자석을 포함하며,
    각각의 자극은 회전자의 원주방향으로 대향한 한 쌍의 영구자석 사이에 배치되고, 각각의 보극은 회전자의 원주방향으로 인접한 자극들 사이에 개재된 비자성부를 가지며,
    각각의 자극을 형성하는 영구자석 쌍은 영구자석의 자화 방향에 직각인 방향으로 복수개의 자석편으로 각각 분할되고,
    분할된 자석편은 회전자 코어에 형성된 자석 구멍 내에 매설된 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 보극의 비자성부는 경량이고 고압축 강도를 갖는 비자성 재료로 충전된 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 영구자석-자기저항식 회전 기계는 복수개의 돌출부를 각각 갖는 한 쌍의 단부판을 추가로 포함하며, 보극의 비자성부는 공동으로 구성되고, 회전자는 돌출부가 공동 내에 끼워 맞춤 되면서 회전자의 양 축방향 단부들에서 단부판 쌍 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  5. 제4항에 있어서, 상기 영구자석-자기저항식 회전 기계는 각 공동의 형태와 동일한 형태를 각각 갖는 복수개의 돌출부가 양 측면에 제공된 격판을 추가로 포함하며, 격판은 격판의 돌출부가 공동 내에 끼워 맞춤 되면서 회전자의 축방향으로의중간 위치에서 회전자 코어 내에 개재되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 회전자의 축방향으로 회전자 코어가 사이에 개재되는 한 쌍의 단부판과, 회전자의 축방향으로 중간 위치에서 회전자 코어 내에 개재된 격판과, 회전자의 축방향으로 각 보극의 비자성부 및 격판을 관통하도록 배열된 복수개의 보강 로드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 회전자의 축방향으로 회전자 코어가 사이에 개재되는 한 쌍의 단부판과, 회전자의 축방향으로 중간 위치에서 회전자 코어 내에 개재된 격판과, 회전자의 축방향으로 격판, 회전자 코어 및 단부판을 관통하도록 배열된 복수개의 보강 로드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  8. 제6항에 있어서, 각각의 보강 로드는 경량의 고강도 재료로 제작된 중공 파이프의 형태로 된 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 영구자석은 본드 자석으로 구성되고, 본드 자석은 본드 자석이 투입되고 나서 일정 기간의 경과후에 경화될 수 있는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 보극의 비자성부는 회전자의 축방향으로 연장되고 냉각 매체가 내부로 공급될 수 있는 관통 공동으로 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  11. 영구자석-자기저항식 회전 기계에 있어서,
    전기자 권선이 내주 상에 배열된 환형 고정자와,
    회전자 코어를 포함하고 고정자 내부에 회전 가능하게 배열된 회전자와,
    자극과 보극이 회전자의 원주방향으로 교대로 형성되도록 회전자 코어 내에 배치된 복수개의 영구자석을 포함하며,
    각각의 자극은 회전자의 원주방향으로 대향한 한 쌍의 영구자석 사이에 배치되고, 각각의 보극은 회전자의 원주방향으로 인접한 자극들 사이에 개재된 비자성부를 가지며,
    각 보극의 비자성부는 공동으로 구성되고, 공동 내에는 적어도 하나의 스트럿이 영구자석에 인접한 공동의 내부벽에 맞닿도록 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  12. 제11항에 있어서, 복수개의 스트럿이 공동 내에서 서로 교차하도록 걸쳐서 배치된 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  13. 제11항에 있어서, 비자성부에 배치된 스트럿은 비자성부의 단면적의 5 내지 30%의 면적을 차지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  14. 제11항에 있어서, 공동은 2개의 상호교차 직선면과 하나의 원호면으로 구성되어 단면적이 부채꼴 형상으로 되어 있으며, 스트럿은 스트럿의 일 단부가 직선면들 중 하나의 직선면의 방사상 내측단에서 그 직선면의 전체 방사상 길이의 25 내지 45%의 위치에서 상기 하나의 직선면에 맞닿도록 배열된 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  15. 제11항에 있어서,
    내측단이 영구자석에 인접한 공동의 내벽에 맞닿고 외측단이 공동의 원주벽과 맞닿도록 스트럿이 배치되고,
    상기 영구자석은 희토류 원소로 제조되고, 외측단의 일부가 내측단의 일부의 55% 내지 65%의 곡률 반경을 가지도록 스트럿의 내측단 및 외측단이 회전자의 원주 방향으로 보극의 중심축의 일측면 상에 형상화(contoured)되고, 내측단의 일부가 외측단의 일부의 60% 내지 70%의 곡률 반경을 가지도록 스트럿 또한 상기 보극의 중심축의 대향 측면 상에 형상화(profiled)되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  16. 제11항에 있어서, 회전자 코어는 회전자의 원주 방향으로의 보극의 중심축과 각각의 영구자석을 그 내부에 수용하기 위한 회전자 코어 내에 형성된 자석 구멍 사이에 개재된 코어부의 단면적이 자석 구멍의 단면적의 5% 내지 20%가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  17. 제11항에 있어서,
    영구자석은 회전자 코어 내에 형성된 자석 구멍 내에 형성되고,
    상기 영구자석은 희토류 원소로 제조되고, 회전자의 원주 방향으로 보극의 중심축의 일 측면 상에 있는 자석 구멍의 내측단의 외부 모서리의 곡률 반경과, 자석 구멍의 내측단의 내부 모서리의 곡률 반경과, 보극의 중심축의 대향 측면에 있는 자석 구멍의 외측단의 곡률 반경이 각각 자화 방향으로의 자석 구멍의 폭의 55% 내지 65%, 35% 내지 45%, 55% 내지 65%가 되도록 각각의 자석 구멍들이 형상화되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  18. 제16항에 있어서, 영구자석들은 자석 구멍 내에 공동을 유지하면서 자석 구멍 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  19. 전기자 권선을 갖는 고정자와,
    회전자 코어를 갖는 회전자와,
    회전자 내에 한정된 인접하는 극들 사이를 통과하는 전기자 권선의 자속을 무효화(negate)하기 위해 회전자 코어 내에 형성된 자석 구멍 내에 수용되는 복수의 영구자석들과,
    영구자석들의 외부 원주 측면상의 회전자에 한정되어 회전자의 원주 방향으로 자기 불균일성을 형성하는 비자성부를 포함하며;
    각각의 영구자석 및 자석 구멍은 U자 형상을 가지도록 호형화되는
    것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  20. 제19항에 있어서, 영구자석들은 자석 구멍 내에 공동을 유지하면서 자석 구멍 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  21. 제18항 또는 제20항에 있어서, 상기 공동은 경량, 고강도, 비자성 재료로 충전되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  22. 제18항 또는 제20항에 있어서, 상기 공동은 시간 경과에 따라 고형화되는 결합식 충전재로 충전되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  23. 제18항 또는 제20항에 있어서, 상기 공동은 시간 경과에 따라 고형화되는 발포성 수지로 제조된 충전재로 충전되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  24. 제18항 또는 제20항에 있어서, 경량, 고강도, 비자성 재료로 제조되고 원형 단면적을 갖는 복수의 로드를 더 구비하며, 상기 로드들은 공동들 내에 각각 삽입되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  25. 제18항 또는 제20항에 있어서, 경량, 고강도, 비자성 재료로 제조되고 다각형 단면적을 갖는 복수의 로드를 더 구비하며, 상기 로드들은 그 로드의 적어도 3개의 코너를 통해 각각의 공동과 접촉하도록 상기 공동 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  26. 제24항에 있어서, 상기 로드는 파이프의 형태인 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  27. 제24항에 있어서, 비자성 비전도성 재료로 제조된 복수의 판을 더 구비하고, 상기 판은 각각의 로드와 영구자석 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  28. 제24항에 있어서, 각각의 판은 각각의 로드와 영구자석 사이에 비접착식으로 개재되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  29. 제16항, 제17항, 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 자석 구멍과 그 내부에 수용되는 영구자석은 테이퍼진 형상을 갖도록 형상화되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  30. 제29항에 있어서, 자석 구멍 내에 수용되는 각각의 영구자석은 필름 형태의 재료로써 코팅되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  31. 제11항에 있어서,
    내측단이 영구자석에 인접한 공동의 내벽에 맞닿고 외측단이 공동의 원주벽과 맞닿도록 스트럿이 배치되고,
    상기 영구자석은 페라이트로 제조되고, 외측단의 일부가 내측단의 일부의 15% 내지 25%의 곡률 반경을 가지도록 스트럿의 내측단 및 외측단이 상기 보극의 중심축의 상기 일 측면 상에 형상화되고, 내측단의 일부가 외측단의 일부의 45% 내지 55%의 곡률 반경을 가지도록 스트럿 또한 상기 보극의 중심축의 상기 대향 측면 상에 형상화되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  32. 제11항에 있어서,
    영구자석은 회전자 코어 내에 형성된 자석 구멍 내에 형성되고,
    상기 영구자석은 페라이트로 제조되고, 보극의 중심축의 일 측면 상의 자석 구멍의 내측단의 외부 모서리의 곡률 반경과, 자석 구멍의 내측단의 내부 모서리의 곡률 반경과, 보극의 중심축의 대향 측면 상의 자석 구멍의 외측단의 곡률 반경이 각각 자화 방향으로의 자석 구멍의 폭의 40% 내지 50%, 20% 내지 30%, 55% 내지 65%가 되도록 자석 구멍이 형상화되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  33. 제32항에 있어서, 자석 구멍과 그 내부에 수용되는 영구자석은 테이퍼진 형상을 갖도록 형상화되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
  34. 제33항에 있어서, 자석 구멍 내에 수용되는 각각의 영구자석은 필름 형태의 재료로써 코팅되는 것을 특징으로 하는 영구자석-자기저항식 회전 기계.
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