KR100492238B1 - 전동기의 회전자 - Google Patents

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KR100492238B1
KR100492238B1 KR10-1998-0012798A KR19980012798A KR100492238B1 KR 100492238 B1 KR100492238 B1 KR 100492238B1 KR 19980012798 A KR19980012798 A KR 19980012798A KR 100492238 B1 KR100492238 B1 KR 100492238B1
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마사아키 다케자와
마사하루 우치보리
게이지로 이가라시
가즈히코 아라이
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

코킹(caulking)고정용 관통구멍으로 인한 악영향을 저감시킬뿐 아니라, 부분품의 점수가 적고, 조립작업도 간단하게 높은 특성을 얻을 수 있는 전동기의 회전자(rotor)를 제공하는 것을 목적으로 한다.
복수매의 회전자용 철판(27)을 적층한 회전자철심(26)과, 이 회전자철심에 회전축(6)의 축방향을 따라서 설치되는 적어도 두곳의 삽입구멍(36)∼(39)과, 이들 삽입구멍에 삽입되는 적어도 4매의 평판형 영구자석(40)∼(47)으로 구성되는 전동기의 회전자(5)에 있어서,
상기 영구자석(40)∼(47)은 인접하는 자극(magnet pole)사이에 대향하는 한쌍의 자석(40)∼(47)이 회전자(5)의 법선(normal line)을 끼고 소정의 간격을 두어 평행으로 배치 되어 있다.

Description

전동기의 회전자
본 발명은, 압축기등에 사용되는 전동기회전자의 구조에 관한 것이다.
종래에 이와 같은 종류의 압축기용 전동기의 회전자(rotor), 특히 그 중에서 브러시레스 DC모터(brushless DCmotor)라고 불리는 전동기의 회전자는, 복수매의 회전자용철판을 적층하고, 코킹(caulking)고정하여 회전자철심을 구성함과 동시에, 이 회전자철심의 외부둘레측을 따라서 자극(magnet pole)을 구성하는 4개(4극의 경우)의 자성체(영구자석)를 삽입하며, 회전자 철심의 외부둘레면은 상기 자성체사이에 있어서 노치(notch)를 형성하여 돌출극부(salient pole)를 구성하므로서, 자속(磁束)의 단락(short)을 방지하는 구조로 되어 있다.
또, 회전자철심의 회전자용철판에는 상,하의 비자성끝면부재등을 코킹고정하기 위한 관통구멍이 뚫려있으며, 이 관통구멍에 리벳(rivet)(코킹용의 징)을 사용하여 상기의 끝면부재나 오일 분리용 디스크(disk)등을 회전자 철심에 코킹고정하고 있었다.
한편, 일본국 특개소47-27302호 공보에는 도16에 도시하는 바와 같이, 복수매의 평판형 영구자석(100)을 그들 자로(磁路)가 접선방향을 향하도록 회전자(101)의 중심에서 방사형으로 삽입하여 배치한 것이 개시 되어 있다.
그러나, 상기한 첫번째 회전자에서는, 상기 관통구멍이 노치의 내부측, 즉, 자성체사이에 뚫려있었기 때문에, 자극이 4극이상의 경우에는 인접하는 자성체(자극)사이에 걸쳐서 형성되는 자로(磁路)에 관통구멍이 존재하게 된다.
그 때문에, 이 관통구멍 부분에서 자기저항이 증대하여 전동기출력의 저하를 초래하는 문제가 있어 왔다.
또, 두 번째의 구성에서는, 4개의 삽입구멍(102)에 4개의 자석(100)을 삽입한 후, 이 외부둘레부에, 자석(100)이 원심력으로 튀어나가는 것을 방지하기 위한 튀어나기방지부재(103)을 설치할 필요가 있으며, 이렇게되면, 부분품의 점수가 증가함과 동시에 작업이 번잡하게 된다.
더구나, 자석이 4개가 있기 때문에 자력에 한계가 있어서 의도하는 특성을 얻을 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은, 이와 같은 종래의 기술적문제를 해결하기 위해서 이루워진 것으로서, 코킹고정용의 관통구멍으로 인한 악영향을 저감시킬뿐 아니라, 부분품의 점수가 적고, 조립작업도 간단하면서 높은 특성을 얻을 수 있는 전동기의 회전자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전동기 회전자는, 복수매의 회전자용철판을 적층한 회전자철심(iron core)과, 이 회전자 철심에 회전축의 축방향을 따라서 설치되는 적어도 두곳의 삽입구멍과, 이들 삽입구멍에 삽입되는 적어도 4매의 평판형 영구자석으로 구성되며, 이 영구자석은 인접하는 자극사이에 대향하는 한쌍의 자석이 회전자의 법선(法線 : normal line)을 끼고 소정의 간격을 두어 평행으로 배치 되어 있다.
또, 본 발명의 전동기의 회전자는, 복수매의 회전자용철판을 적층한 회전자 철심과, 이 회전자 철심에 회전축의 축방향을 따라서 설치되는 적어도 두곳의 삽입구멍과, 이들 삽입구멍에 삽입되는 적어도 4매의 평판형영구자석으로 구성되며, 이 영구자석은 인접하는 자극사이에 대향하는 한쌍의 자석이 회전자의 법선을 끼고 소정간격을 두어 평행으로 배치되며, 한쌍의 자석사이에 대응하는 외부둘레면에는 오목형(凹형)의 바람구멍이 형성되어 있다.
또한, 상기 영구자석은, 자극(magnet pole)을 구성하는 한쌍의 자석의 각 외부둘레측 끝과 회전자의 중심이 이루는 각도(자극각도)가 55°에서 70°의 범위가 되도록 삽입구멍에 8매가 삽입 되어 있다.
그리고, 회전자철심의 양 끝면에 설치한 삽입구멍을 폐쇄하는 끝면부재와, 이 양 끝면부재와 회전자철심을 회전축방향을 따라서 관통하는 복수의 관통구멍과, 이 관통구멍을 사용하여 상기의 양 끝면부재와 상기 회전자철심을 일체로 만드는 리벳(rivet)을 구비하며, 상기 관통구멍은, 인접하는 자극사이에 대향하는 한쌍의 자석사이에 설치 되어 있다.
또, 회전자철심의 양 끝면에 설치한 삽입구멍을 막는 끝면부재와, 이 양끝면부재와 회전자철심을 회전축방향을 따라서 관통하는 복수의 관통구멍과, 이 관통구멍을 사용하여 상기의 양 끝면부재와 상기 회전자철심을 일체로 만드는 리벳을 구비하며, 상기 관통구멍은, 인접하는 자극사이에 대향하는 한쌍의 자석사이에 설치되며, 각 자극의 중앙부에는 상기 관통구멍보다 작은 지름의 바람구멍이 설치 되어 있다.
또, 회전자철심의 양 끝면에 설치한 삽입구멍을 막는 끝면부재와, 이 양끝면부재와 회전자철심을 회전축방향을 따라서 관통하는 복수의 관통구멍과, 이 관통구멍을 사용하여 상기의 양 끝면부재와 상기 회전자철심을 일체로 만드는 리벳을 구비하며, 상기 관통구멍은, 인접하는 자극사이에 대향하는 한쌍의 자석사이에 설치되며, 각 자극의 중앙부에는 상기 관통구멍보다 외부측위치에 회전반대방향으로 경사한 긴 원형의 바람구멍이 설치 되어 있다.
또, 회전자용철판을 서로 적층하여 코킹하는 코킹부를 각 자극의 중앙부에 형성하고 있다.
또한, 회전자용철판을 서로 적층하여 코킹하는 코킹부를 상기 관통구멍과, 상기 바람구멍사이에 형성하고 있다.
또, 각 삽입구멍의 외부둘레측 끝에 형성되고 인접하는 자극사이에서 대향하고 있는 브리지(bridge)가운데 회전방향 전방의 브리지부의 외부둘레면에 노치(notch)부가 형성되어 있다.
또, 회전자는 각 자극가운데, 회전방향전방의 외부둘레면에 절제부(끊어낸부)가 형성되어 있다.
또, 삽입구멍은 그 직각부(直角部)가 회전자의 중심에 대향하도록한 L자형으로 형성되고, 각각의 직선부에 각 1매의 평판형 영구자석이 삽입되과 동시에, 상기 직각부에는 각 직선부의 폭보다 큰 틈이 형성되어 있다.
다시, 삽입구멍의 내부둘레측에는, 삽입되는 평판형 영구자석을 걸어멈추게 하는 걸어멈춤부가 형성되어 있다.
또, 각 삽입구멍의 외부둘레 끝에 형성되는 브리지부는 0.3mm이상 0.5mm이하의 폭으로 형성되어 있다.
또, 회전철심을 구성하는 양 끝부의 회전자용철판의 안지름은 중앙부의 회전자용철판의 안지름보다 약간 크게 형성되어 있다.
또, 회전자는, 회전자철심의 외부지름을 D, 척층두께를 L, 자석의 두께를 t, 자석의 길이를 l로 한 경우, 다음식(1),(2)를 만족하도록 구성되어 있다.
0.30〈 L/D 〈 1.20·········(1)
0.02 〈 t / 1 〈 0.20 ·······(2)
다시, 회전자는, 판의두께 0.3mm이상 0.5mm이하의 회전자용철판을 복수매 적층한 회전자 철심과, 비자성재료로되며 회전자철심의 양 끝면에 설치한 삽입구멍을 폐쇄시키는 끝면부재와, 이 끝면부재의 적어도 한쪽에 설치된 균형추(balnce weight)와 이 균형추와 상기 양끝면부재와 회전자철심을 회전축방향을 따라서 관통시키고, 인접하는 자극사이에 대향하는 한쌍의 자석사이에 설치되는 복수의 관통구멍과, 이 관통구멍을 이용하여 상기 양 끝면부재와 상기 회전자철심을 일체로 만드는 리벳(rivet)을 구비하고 있다.
또, 끝면부재는 링 형태로 형성되고, 그 안지름은 회전자 철심의 안지름보다 크게형성함과 동시에, 그 외부지름은 회전자 철심의 외부지름보다 작게 형성되어 있다.
또, 끝면부재의 관통구멍은, 회전자철심의 관통구멍보다 큰 지름으로 형성되어 있다.
(실시예)
이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도1은, 본 발명의 전동기 회전자를 적용하는 압축기 C의 종단 측면도이다.
이 도면에 있어서, 1은, 밀폐용기이며, 내부의 상부측에 전동기(브러시레스 DC모터)(2), 하부측에 이 전동기(2)로 회전구동되는 압축요소(3)이 수용되어 있다.
밀폐용기(1)은 미리 분활된 것에 전동기(2), 압축요소(3)을 수용한후, 고주파용접 접착등으로 밀폐된 것이다.
전동기(2)는, 밀폐용기(1)의 내부벽에 고정된 고정자(stator)(4)와 이 고정자(4)의 내부측에 회전축(6)을 중심으로하여 회전이 자유롭게 지지된 회전자(rotor)(5)로 구성되어 있다.
그리고, 고정자(4)는 회전자(5)에 회전자계를 주는 고정자 권선(winding)(7)을 구비하고 있다.
압축요소(3)은 중간칸막이판(8)로 칸막이된 제1로터리용실린더(9) 및 제2로터리실린더(10)을 구비하고 있다.
10에는 회전축(6)으로 회전구동되는 편심부(11),(12)가 설치 되어 있다.
이들 편심부(11),(12)는 편심위치가 서로 180°위상이 어긋나있다.
13,14는 각각 실린더(9),(10)내를 회전하는 제1의 롤러, 제2의 롤러이며, 각각 편심부(11),(12)의 회전으로 실린더 내를 회전한다.
15,16은 각각 제1틀체, 제2틀체이며, 제1의 틀체(15)는 칸막이판(8)의 사이에 실린더(9)의 닫힌 압축공간을 형성시키며, 제2의 틀체(16)은 마찬가지로 칸막이판(8)의 사이에 실린더(10)의 닫힌 압축공간을 형성시키고 있다.
또, 제1의 틀체(15), 제2의 틀체(16)은 각각 회전축(6)의 하부를 회전이 자유롭게 축지지하는 베어링부(17),(18)을 구비하고 있다.
19, 20은 토출머플러이며, 각각 제1의 틀체(15), 제2의 틀체(16)을 덮어씌우도록 설치 되어 있다.
또한, 실린더(9)와 토출머플러(19)는 제1의 틀체(15)에 설치된 도시하지않은 토출구멍으로 연이어통하고 있으며, 실린더(10)과 토출머플러(20)도 제2의 틀체(16)에 설치된 도시하지 않은 토출구멍으로 연이어 통하게 되어 있다.
21은 밀폐용기(1)의 외부에 설치된 바이패스(by-pase)관이며 토출머플러(20)의 내부에 연이어 통하고 있다.
22는, 밀폐용기(1)의 상부에 설치된 토출관이며 23, 24는 각각 실린더(9),(10)으로 연결되는 흡입관이다.
또, 25는 밀폐터미널이며 밀폐용기(1)의 외부로부터 고정자(4)의 고정자 권선(7)로 전력을 공급하는 것이다.(밀폐터미널(25)와 고정자 권선(7)을 연결하는 리이드선은 도시하지 않는다).
도2는, 고정자(4)와 회전자(5)의 위치관계를 도시하는 요부평면도. 도3은, 영구자석을 장착한 회전자(5)의 평면도, 도4는, 회전자철심의 평면도이다(영구자석을 압입하기전의 상태)
위의 각도면에 있어서, 26은 회전자철심이며, 두께 0.3mm∼0.7mm의 전자강판으로 도4와 같은 형태로 본뜨기(punched)한 회전자용철판(27)을 복수매 적층하고 서로 코킹하여 일체로 적층 되어 있다.
이 회전자용철판(27)은, 도3에 도시하는 바와 같이 4극의 자극을 구성하는 자극부(28)∼(31)이 형성되도록 전자강판으로 본뜨기 되어 있다.
이때, 각 자극부(28)∼(31)의 정점사이의 외부지름 D 는 30mm∼70mm의 범위로 되고, 실시예에서는 예를들면 50mm이다.
36∼39는 상기 회전자철심(26)에 회전축(6)의 축방향을 따라서 설치된 4개소의 L자형 삽입구멍이다.
40∼47은 이들 삽입구멍(36)∼(39)에 삽입된 8매의 평판형 영구자석이다.
상기 영구자석(40)∼(47)은 인접하는 자극(28),(29),(30),(31)사이에 대향하는 한쌍의 자석(40)∼(47)이 회전자(5)의 법선(normal line)을 끼고 소정의 간격을 두어 평행으로 배치 되어 있다.
또, 상기 한쌍의 자석(40)∼(47)사이에 대응하는 외부둘레면에는 오목형의 바람구멍(32)∼(35)가 형성되어 있다.
또, 영구자석(40)∼(47)은, 자극(28)∼(31)을 구성하는 한쌍의 자석(예를들어 (40)과 (41))의 각 외부둘레측의 끝 A,B와, 회전자(5)의 중심 O가 이루는 각도 α가 55°에서 70°의 범위가 되도록 삽입구멍(36)∼(39)에 8매가 삽입되어 있다.
회전자철심(5)의 양 끝면에는 삽입구멍을 막는 끝면부재(48),(49)와 이 양 끝면부재(48),(49)와 회전자철심(26)을 회전방향을 따라서 관통하는 복수의 관통구멍(50)과, 이 관통구멍을 사용하여 상기 양 끝면부재(48),(49)와 상기 회전철심(26)을 일체로 형성하는 리벳(rivet)(51)을 구비하며, 상기 관통구멍(50)은 인접하는 자극(28)∼(31)사이에 대향하는 한 쌍의 자석(40)∼(47)사이에 설치 되어 있다.
상기의 삽입구멍(36)∼(39)는, 삽입구멍(36)으로 설명하면, 직각부(52)가 회전자(5)의 중심 O에 대향하도록한 L자형으로 형성되고, 각각의 직선부(53),(54)에 각1매의 평판형 영구자석(40),(41)이 삽입됨과 동시에 상기 직각부(52)에는 각 직선부(53),(54)의 폭보다 큰 공간틈(55)가 형성되어 있다.
각 삽입구멍(36)∼(39)의 외부둘레측의 끝에 형성되는 브리지부(56)은 0.3mm이상 0.5mm이하의 폭으로 형성되어 있다.
또, 회전자 철심(5)를 구성하는 양 끝부의 회전자용철판(27)의 내부지름은 중앙부의 회전자용철판(27)의 내부지름보다 약간 크게 형성되어 있다.
또, 회전자(5)는 회전자철심(26)의 외부지름을 D, 적층두께를 L, 자석두께를 t, 자석의 길이를 1로하였을 경우, 다음의 식(1),(2)를 만족하도록 구성되어 있다.
0.30 ＜ L / D ＜ 1.20·····(1)
0.02 ＜ t / 1 ＜ 0.20·····(2)
다시, 끝면부재(48)의 상면에는 오일 분리기능을 갖는 균형추(57)이 설치 되어 있다.
이와 같이 구성된 전동기의 회전자에 있어서, 영구자석(40)∼(47)은 인접하는 자극(28),(29),(30),(31)사이에 대향하는 한쌍의 자석(40)∼(47)이 회전자(5)의 법선을 끼고 소정의 간격을 두어 평행으로 배치되어 있기 때문에 한정된 스페이스에서 자석의 개수를 유효하게 배치할 수 있으므로 특성을 향상시킬 수 있으며 동시에, 상기 공간틈에서의 자로(磁路)를 확보할 수 있으므로 자기저항토크(reluctance torque)를 유효하게 활용할 수 있다.
또, 자석(40)∼(47)은 평판이기 때문에, 성형도 간단하고, 모두 동일형태의것을 사용할 수 있으므로 생산성의 향상, 코스트의 저감을 촉진시킬 수 있는 것이다.
또, 상기 한쌍의 자석(40)∼(47)사이에 대응하는 외부둘레면에는 오목형의 바람구멍(32)∼(35)가 형성되어 있기 때문에 각각의 자석이 외부둘레부에서 고정자(4)의 이물림부에서 생기는 자속누설을 억제할 수 있다.
즉, 오목형 바람구멍(32)∼(35)가 없으면 자력선이 지나치게 흘러서 철손실(iron loss)이 증가하여 특성(characteristics)이 저하해 버린다.
또, 영구자석(40)∼(47)은 자극(28)∼(31)을 구성하는 한쌍의 자석, 예를들면 (40)과 (41)의 각 외부둘레측의 끝 A,B와 회전자(5)의 중심 O가 이루는 각도 α가 55°부터 70°의 범위가 되도록 삽입구멍(36)∼(39)에 8매가 삽입되어 있기 때문에, 자극의 각도를 최적으로 할 수 있으므로 자속의 유효한 활용을 꾀할 수 있다.
리벳(51)이 삽입되는 관통구멍(50)은 인접하는 자극(28)∼(31)사이에 대향하는 한쌍의 자석(40)∼(47)사이에 설치되어 있으며, 강자성체로 형성되어 있기 때문에 특성을 저하시키지도 않는다.
또, 삽입구멍(36)∼(39)(예를들면 (39))는 직각부(52)가 회전자(5)의 중심 O에 대향하도록한 L자형으로 형성되어, 각각의 직선부(53),(54)에 각 1매의 평판형의 영구자석(40),(41)이 삽입됨과 동시에, 상기 직각부(52)에는 각 직선부(53),(54)의 폭보다 큰 공간틈(55)가 형성되어 있기 때문에, 자석(40)∼(47)의 내부측 끝부의 자속의 누설을 억제할 수 있다.
즉, 이 공간틈(55)가 없으면, 자석(40)∼(47)의 자화(磁化)(magnetize)시에 자력선이 누설 되어 버린다.
또, 각 삽입구멍(36)∼(39)의 외부둘레측의 끝에 형성되는 브리지부(56)은 0.3mm이상 0.5mm이하의 폭으로 형성되기 때문에, 브리지부(56)에서의 자기누설을 억제할 수 있다.
또, 회전자철심(5)을 구성하는 양 끝부의 회전자용철판(27)의 내부지름은 중앙부의 회전자용 철판(27)의 내부지름보다 약간 크게 형성되어 있기 때문에, 회전자(5)의 외부지름부의 부딪침으로 인한 회전자(5)의 끝부의 내부지름 축소를 억제할 수 있다.
또, 회전자(5)는, 회전자철심(26)의 외부지름을 D, 적층두께를 L, 자석의 두께를 t, 자석의 길이를 I로 하였을 때, 상기의 식(1),(2)를 만족시키도록 구성되어 있기 때문에, 공통부분품화된 자석(40)∼(47)을 회전자(5)에 유효하게 조립해 넣을수가 있다.
또한, 끝면부재(48)의 상면에는 오일분리기능을 갖는 균형추(57)이 설치되어 있기 때문에, 특히 별개의 분리판을 설치할 필요없이 회전자(5)와 고정자(4)사이의 에어갭(air gap)을 상승해오는 냉매중의 오일을 효율적으로 분리할 수 있다.
다음에, 도5 내지 도9는 다른 실시예를 도시하는 회전자이며, 도2 내지 도4에 도시한 실시예와 다른 구성은 다음과 같은 점이고, 그 밖의것은 동일한 구성이다.
즉, 이 경우는, 회전자철심(26)의 양 끝면에 설치한 삽입구멍(36)∼(39)를 폐쇄시키는 끝면부재(48),(49)와 이 양 끝면부재(48),(49)와 회전자철심(26)을 회전축방향을 따라서 관통하는 복수의 관통구멍(50)과, 이 관통구멍(50)을 사용하여 상기 양 끝면부재(48),(49)와 상기 회전자철심(26)을 일체로 만드는 리벳(51)과 균형추(57)을 구비한 회전자에 있어서,
상기 관통구멍(50)은 인접하는 자극(28)∼(31)사이에 대향하는 한 쌍의 자석(40)∼(47)사이(예를들어 40과 47의 사이)에 설치되는 한편, 각 자극(28)∼(31)의 중앙부에는 상기 관통구멍(50)보다 작은 지름의 바람구멍(60)이 설치 되어 있다.
이 때문에, 균형추(57)에서 분리된 오일의 아래쪽으로의 되돌림효과가 향상될 수 있다.
또, 61은, 회전자용철판을 적층코킹하기 위한 코킹부이며, 자극부(28)∼(31)에 형성되어 있다.
이 때문에 회전자용철판이 젖혀지기 쉬운 곳을 효과적으로 죄어서 철판의 젖혀짐을 방지할 수 있다.
더구나, 코킹부(61)은 자속이 집중하는 자극 앞측을 피해서 바람구멍(60)보다 후방, 그리고, 4개의 바람구멍(60)을 통과하는 원과, 회전자 외부둘레의 원의 중간에 있는 원위에 배치 되어 있기 때문에, 코킹가공으로 인한 회전자(5) 외부둘레부의 변형이나 삽입구멍(36)∼(39)의 변형을 방지할 수 있다.
또, 각 삽입구멍(36)∼(39)의 외부둘레측의 끝에 형성되어 인접하는 자극(28)∼(31)사이에 대향하고 있는 브리지부(62),(63)가운데, 회전방향전방의 브리지부(63)의 외부둘레면에 노치부(notch)(64)가 형성되어 있는 것이다.
이 때문에, 각 자석(40)∼(47)의 끝부에서의 자기의 단락(short)을 방지할 수 있다.
또 회전자(5)는 각 자극(28)∼(31)가운데, 회전방향전방의 외부둘레면에 절제부(끊어낸부)(65)가 형성되어 있다.
예를들어 자극(28)에 있어서, 회전방향 전방의 외부지름 F는 후방의 외부지름 E보다 절제부(65)의 몫만큼 짧게 형성되어 있다.
이 때문에, 고정자(4)와의 사이의 에어갭(air gap)이 커지게 되어, 회전자(5)의 회전시에 전기자 반작용(armature reaction)으로 회전방향 앞측의 자속파형이 뒤틀리는 것을 억제할 수 있다.
다음에, 도10 내지 12는 도6을 다시 변형시킨 예를 나타내며, 도10은 코킹부(61)을 폐지한 것이며, 도11은 브리지부(62),(63)이 같은 형태로 바깥쪽에 돌출하도록 외부둘레를 형성한 것이며, 도12는 자극부(28)∼(31)이 같은 형태로 바깥쪽에 돌출하도록 외부둘레를 형성한 것이다.
또, 도13(A)는, 절제부(65)를 회전방향 전방에 형성한 것이다.
예를들면, 자극(28)에서는, 브리지부(63)근방에 절제부(65)를 설치하고 있으므로, 브리지부(63)은 바깥쪽에 돌출하도록 형성되어 있다.
이 때문에, 회전자(5)의 회전시에 전기자 반작용으로 회전방향 앞측의 자속파형이 뒤틀리는 것을 억제할 수 있다.
또, 자극(28)∼(31)의 중앙부에 코킹부(61)을 설치함과 동시에, 청구항 9에 기재한 바와 같이 삽입구멍(36)∼(39), 바람구멍(32)∼(35) 및 관통구멍(50)에 에워싸인 영영에도, 코킹부(66)을 설치하여 더욱 강고하게 고정하고 있다.
다시, 삽입구멍(36)∼(39)에는 회전자의 중심에 가까운 끝부에 돌기부(67)을 설치하여 자석을 안정하게 걸어멈추게 하도록 구성하고 있다.
이 부분의 확대도를 도13(B)에 도시한다.
다음에, 도14, 도15는 본 발명의 회전자(5)의 또다른 실시예를 도시하고 있으며, 도2내지 도4에 도시한 실시예와 다른 구성은, 다음과같은 점이며, 그 밖의 것은 동일한 구성이다.
즉, 이 경우는, 영구자석(40)∼(47)이 인접하는 자극(28),(29),(30),(31)사이에 대향하는 한쌍의 자석(40)∼(47)이 회전자(5)의 법선(法線)을 끼고 소정의 간격을 두어 평행으로 배치되며, 상기 한 쌍의 자석(40)∼(47)사이에 대응하는 외부 둘레보다는 회전자(5)의 회전방향과 반대로 경사한 긴 원형의 바람구멍(32)∼(35)가 형성되어 있다.
이와 같이 이 실시예의 경우에는 한쌍의 자석(40)∼(47)사이에 회전방향과 반대로 경사한 긴 원형의 바람구멍(32)∼(35)가 형성되어 있기 때문에, 자력선을 차단하여 특성을 저하시키는 일 없이 오일분리 효과를 촉진할 수 있다.
또, 61은 회전자용철판을 적층코킹하기 위한 코킹부이며, 자극부(28)∼(31)의 중앙에 형성되어 있다.
이 때문에, 회전자용철판(27)이 젖혀지기 쉬운곳을 효과적으로 죄어서 철판의 젖혀짐을 방지할 수 있다.
또, 각 삽입구멍(36)∼(39)의 외부둘레측의 끝에 형성되어 인접하는 자극(28)∼(31)사이에서 대향하는 브리지부(62),(63)가운데, 회전방향전방의 브리지부(63)의 외부둘레면에 노치부(notch)(64)가 형성되어 있다.
이 때문에 각 자석(40)∼(47)의 끝부에서의 자기의 단락(short)을 방지할 수 있다.
또 회전자(5)는 각 자극(28)∼(31)가운데, 회전방향전방의 외부둘레면에 절제부(끊어낸부)(65)가 형성되어 있다.
예를들어 자극(28)에 있어서, 회전방향 전방의 외부지름 F는 후방의 외부지름 E보다 절제부(65)의 몫만큼 짧게 형성되어 있다.
이 때문에, 고정자(4)와의 사이의 에어갭(air gap)이 커지게 되어, 회전자(5)의 회전시에 전기자 반작용(armature reaction)으로 회전방향 앞측의 자속파형이 뒤틀리는 것을 억제할 수 있다.
이상과 같이 구성되는 회전자(5)는, 회전자용철판(27)의 중심에 형성된 구멍(5a)를 회전축(6)에 수축끼워맞춤(shrinkage fit)되는 구성이다.
또, 상기 실시예의 영구자석은, 예를들면 프라세오디뮴(praseodymium : Pr)계 자석, 또는 표면에 니켈도금을 실시한 네오디뮴(Neodymium : Na)계 자석등의 희토류계 자석재로서 구성되어 있으며, 그 외형은 상기한바와 같이 직사각형으로 되어 있다.
또, 회전자철심(26)의 상,하단에 설치되는 평판형의 끝면부재(48),(49)는 알루미늄이나, 수지재료등의 비자성재료에 의해, 상기 회전자용 철판(27)과 거의 같은 형태로 형성되어 있다.
그리고, 이 회전자(5)는 고정자(4)의 고정자 권선(7)에 직류전류를 통전하게되면 영구자석(40)∼(47)에서 일어나는 자계(magnetic field)와의 반발, 흡인작용에 의해, 고정자 권선(7)에 인가되는 전압과 부하가 균형하는 속도(예를들면, 인가전압을 변화시키므로서 500rpm∼1000rpm의 범위에서 가변되는)로 도6 가운데 화살표시 방향으로 회전한다.
회전자(5)의 회전에의해 회전축(6)은 회전하며, 그에 따라서 편심부(11), (12)가 회전하게되어, 제1 및 제2의 롤러(13),(14)가 회전하여 압축기는 압축작용을 발휘한다.
이때, 각 자석(40)∼(47)에 의해 회전자철심(26)내에 형성되는 자계의 상태를 도9에 도시한다.
또한, 도9는, 회전자 철심(26)의 평면도를 나타내며, 이때, 인접하는, 예를들어 삽입구멍(36)∼(39)에 밀어넣어진 자석(40)∼(47) 및 자극(28)∼(31)사이에는 위 도면중 소용돌이 형태의 곡선으로 나타내는 것과 같은 동심원형의 자계가 형성된다.
그리고, 각 실시예에서는 4극의 자극을 갖는 회전자에 본 발명을 적용하였으나, 이에 한정되지 않고, 예를들면, 8극등, 4극이상의 전동기의 회전자에도 본발명은 유효하다.
또, 실시예에서는 코킹부(61)로 회전자용철판(27)을 서로 코킹하여 고정하였으나, 이에 한정되지 않고, 회전자용철판(27)은 용접에 의해서 적층고정하여 회전자철심(26)을 구성하여, 상기한 리벳(rivet)(51)에 의해서 상,하의 끝면부재(48),(49)를 회전자철심(26)에 코킹고정하는데도 본발명은 유효하다.
이상, 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 영구자석은 인접하는 자극사이에 대향하는 한쌍의 자석이 회전자의 법선을 끼고 소정간격을 두어 평행으로 배치되어 있기 때문에, 한정된 스페이스에서 자석의 개수를 효과적으로 배치할 수 있어서 특성을 향상시킴과 동시에, 상기한 간격에서의 자로(磁路)를 확보할 수 있으므로, 자기저항토크(reluctance torque)를 유효하게 활용할 수 있다.
또, 자석은 평판이기 때문에 성형도 간단하고 동일형태의 것을 사용할 수 있으므로, 생산성을 향상시키고, 코스트의 저감을 촉진시킬 수 있다.
또, 상기한 한쌍의 자석사이에 대응하는 외부둘레면에는 오목형의 바람구멍이 형성되어 있기 때문에, 각각의 자석이 외부둘레부에서 고정자의 이물림부에서 생기는 자속누설을 억제할 수 있다.
또, 영구자석은, 자극을 구성하는 한쌍의 자석의 각 외부둘레측의 끝과 회전자의 중심이 이루는 각도(자극각도)가 55°에서 70°의 범위가 되도록 삽입구멍에 8매가 삽입되어 있기 때문에, 자극의 각도를 최적으로 할 수 있으므로 자속의 유효한 활용을 꾀할 수 있다.
또, 리벳이 삽입되는 관통구멍은, 인접하는 자극사이에 대향하는 한쌍의 자석사이에 설치되어 있으며, 강자성체로 형성되어 있기 때문에, 특성을 저하시키지도 않는다.
또, 삽입구멍은, 직각부가 회전자의 중심에 대향하도록한 L자형으로 형성되어 각각의 직선부에 각 1매의 평판형 영구자석이 삽입됨과 동시에, 상기 직각부에는 각 직선부의 폭보다 큰 공간틈이 형성되어 있기 때문에, 자석의 내부측끝부의 자속의 누설을 억제할 수 있다.
또, 각 삽입구멍의 외부둘레측의 끝에 형성되는 브리지부는, 0.3mm이상 0.5mm이하의 폭으로 형성되어 있기 때문에, 브리지부에서의 자기누설을 억제할 수 있다.
또, 회전자 철심을 구성하는 양 끝부의 회전자용철판의 내부지름은 중앙부의 회전자용철판의 내부지름보다 약간 크게 형성되어 있기 때문에 회전자의 외부지름부의 부딪침으로 인한 회전자끝부의 내부지름 축소를 억제할 수 있다.
또, 회전자는, 회전자철심의 외부지름을 D, 적층두께를 L, 자석의 두께를 t, 자석의 길이를 1로한 경우, 다음의 식(1),(2)를 만족시키도록 구성되어 있기 때문에 공통부품화된 자석을 회전자에 유효하게 조립해 넣을 수가 있다.
0.30 ＜ L / D ＜ 1.20·····(1)
0.02 ＜ t / 1 ＜ 0.20·····(2)
또한, 끝면부재의 상면에는 오일 분리기능을 갖는 균형추가 설치되어 있기 때문에, 별도로 오일 분리판을 설치할 필요가 없고, 회전자와 고정자 사이의 에어갭(air gap)을 상승해오는 냉매중의 오일을 효과적으로 분리할 수 있다.
또, 관통구멍은 인접하는 자극사이에 대향하는 한쌍의 자석사이에 설치되는한편, 각 자극의 중앙부에는 상기 관통구멍보다 작은 지름의 바람구멍이 설치되어 있기 때문에, 균형추로 분리된 오일을 아래쪽으로 되돌리는 효과가 향상된다.
또, 회전자용철판을 코킹하기 위한 코킹부는 자극부에 형성되어 있기 때문에, 회전자용 철판이 젖혀지기 쉬운곳을 효과적으로 죄어서 철판의 젖혀짐을 방지할 수 있다.
또한, 바람구멍과 관통구멍의 사이에도 코킹부를 설치하므로서 더욱 강고하게 죄어줄 수 있게 된다.
이때, 자극부에 형성되어 있는 코킹부는 등간격이 되도록 자극부 중앙에 설치하는 것이 좋다.
또, 코킹부는 자속이 집중하는 자극의 앞측을 피해서 바람구멍보다 후방에, 그리고, 4개의 바람구멍을 통과하는 원과 회전자 외부둘레원의 중간의 원위에 배치되어 있기 때문에, 코킹가공으로 인한 회전자 외부둘레부의 변형이나, 삽입구멍의 변형을 방지 할 수 있다.
또, 한쌍의 자석사이에는 회전방향과 반대로 경사한 긴 원형의 바람구멍이 형성되어 있기 때문에, 바람구멍의 면적을 자로를 따라서 크게 확보할 수 있으므로 자력선을 차단하여 특성을 저하시키는 일이 없이 오일 분리효과를 촉진시킬 수 있다.
또, 회전자용철판을 적층코킹하기 위한 코킹부는, 자극부에 형성되어 있기 때문에 회전자용 철판이 젖혀지기 쉬운곳을 효과적으로 죄어주므로서 철판의 젖혀짐을 방지할 수가 있다.
또, 각 삽입구멍의 외부둘레측의 끝에 형성되어 인접하는 자극사이에 대향하고 있는 브리지부 가운데, 회전방향 전방의 브리지부의 외부둘레면에 노치(notch)부가 형성되어 있기 때문에 각 자석의 끝부에서의 자기단락(short)를 방지할 수 있다.
또, 회전자는 각 자극가운데, 회전방향 앞쪽의 외부둘레면에 절제부(끊어낸부)가 형성되어 있기 때문에, 고정자와의 사이의 에어갭(air gap)이 크게되어, 회전자의 회전시에 전기자 반작용으로 회전방향 앞측의 자속파형이 뒤틀리는 것을 억제할 수 있다.
또, 각 삽입구멍의 외부둘레측의 끝에 형성되어 인접하는 자극사이에서 대향하고 있는 브리지부 가운데, 회전방향 앞쪽의 브리지부의 외부둘레면에 노치(notch)부가 형성되어 있기 때문에, 각 자석의 끝부에서의 자기단락(short)을 방지 할 수 있다.
또, 회전자는, 각 자극가운데, 회전방향 앞쪽 또는 뒤쪽의 외부둘레면에 절제부(끊어낸부)가 형성되어 있기 때문에 고정자와의 사이의 에어갭이 크게되어, 회전자의 회전시에 전기자 반작용으로 회전방향 앞측 또는 뒤측의 자속파형이 뒤틀리는 것을 억제할 수 있다.
또, 삽입구멍의 내부둘레측에 삽입되는 영구자석을 걸어멈추게 하는 걸어멈춤부가 형성되어 있기 때문에, 영구자석이 어긋나거나 하지 않고 안정적으로 걸어멈추게 할 수가 있다.
도1은, 본 발명을 적용하는 압축기의 종단 측면도.
도2는, 본 발명의 회전자와 고정자를 도시하는 평면도.
도3은, 본 발명의 회전자의 평면도.
도4는, 본 발명의 회전자를 구성하는 회전자용철심의 평면도.
도5는, 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 회전자의 측단면도이며,
도 6의 A-A단면을 도시한다.
도6은, 도 5의 회전자의 평면도.
도7은, 도 5의 실시예의 끝면부재를 도시하는 평면도.
도8은, 도 5의 실시예의 균형추(balance weight)를 나타내는 평면도.
도9는, 도 5의 실시예의 고정자와 회전자를 통과하는 자력선을 나타내는
평면도.
도10은, 본 발명의 또다른 실시예를 도시하는 회전자철심의 평면도.
도11은, 본 발명의 또다른 실시예를 도시하는 회전자철심의 평면도.
도12는, 본 발명의 또다른 실시예를 도시하는 회전자철심의 평면도.
도13의 (A),(B)는 본 발명의 또다른 실시예를 도시하는 회전자철심의 평면도
및 A-B부분의 확대도.
도14는, 본 발명의 또다른 실시예를 도시하는 회전자 철심의 평면도.
도15는, 도14에 도시하는 실시예의 회전자의 평면도.
도16은, 종래의 예를 도시하는 회전자의 평면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
2 전동기(brushless DC motor)
3 압축요소
4 고정자(stator)
5 회전자(rotor)
6 회전축
26 회전자 철심
27 회전자용철판
28,29,30,31 자극(magnet pole)
32∼35 바람구멍
36∼39 L자형 삽입구멍
40∼47 영구자석(평판형)
48,49 끝면부재
50 관통구멍
51 리벳(rivet)
52 직각부
53,54 직선부
55 공간 틈
56 브리지(bridge)
57 균형추(balance weight)
60 바람구멍
61 코킹부
62,63 브리지부(bridge부)
64 노치부(notch부)
65 절제부(끊어낸부)
66 코킹부
67 돌기부

Claims (19)

  1. 복수매의 회전자용 철판을 적층한 회전자 철심과, 이 회전자철심에 회전축의 축방향을 따라서 설치되는 적어도 두 곳의 삽입구멍과 이 삽입구멍(36)∼(39)에 삽입되는 적어도 4매의 평판형 영구자석(40)∼(47)으로 구성되는 전동기의 회전자에 있어서, 상기 영구자석은 인접하는 자극(28)∼(31)사이에 대향하는 한 쌍의 자석이 회전자(5)의 법선을 끼고 소정의 간격을 두어 평행으로 배치되어, 상기 한 쌍의 자석 사이에 대응하는 외부둘레면에는 오목형의 바람구멍(32)∼(35)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수매의 영구자석(40)∼(47)은 페라이트 또는 희토류(稀土類)에 의해서 복수매 모두가 동일한 평판형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영구자석(40)∼(47)은, 자극(28),∼(31)을 구성하는 한쌍의 자석의 각 외부둘레측 끝과 회전자(5)의 중심이 이루는 각도(자극각도)가 55。부터 70。의 범위가 되도록 삽입구멍(36)∼(39)에 8매가 삽입 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전자철심(26)의 양 끝면에 설치한 삽입구멍(36)∼(39)을 막는 끝면부재(48),(49)와 이 두 끝면부재와 회전자철심(26)을 회전축(6)방향을 따라서 관통하는 복수의 관통구멍(50)과, 이 관통구멍을 사용하여 상기 두 끝면부재(48),(49)와 상기 회전자 철심(26)을 일체로 만드는 리벳(rivet)(51)을 구비하며, 상기 관통구멍(50)은, 인접하는 자극(28)∼(31)사이에 대향하는 한쌍의 자석사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 철심(26)의 양 끝면에 설치한 삽입구멍(36)∼(39)을 막는 끝면부재(48),(49)와, 이 두 끝면부재와 회전자철심(26)을 회전축(6)방향을 따라서 관통하는 복수의 관통구멍(50)과, 이 관통구멍을 사용하여 상기 두 끝면부재(48), (49)와 상기 회전자철심(26)을 일체로 만드는 리벳(51)을 구비하며,
    상기 관통구멍(50)은 인접하는 자극(28)∼(31)사이에 대향하는 한쌍의 자석사이에 설치되며, 각 자극의 중앙부에는 상기 관통구멍(50)보다 작은 지름의 바람구멍(60)이 설치 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 철심(26)의 양 끝면에 설치한 삽입구멍(36)∼(39)을 막는 끝면부재(48),(49)와, 이 두 끝면부재와 회전자철심(26)을 회전축(6)방향을 따라서 관통하는 복수의 관통구멍(50)과, 이 관통구멍을 사용하여 상기 두 끝면부재(48),(49)와 상기 회전자철심(26)을 일체로 만드는 리벳(51)을 구비하며,
    상기 관통구멍(50)은 인접하는 자극(28)∼(31)사이에 대향하는 한쌍의 자석사이에 설치되며, 각 자극의 중앙부에는 상기 관통구멍(50)보다 바깥측의 위치에 회전반대방향으로 경사한 긴 원형의 바람구멍(32)∼(35)이 설치 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  7. 제4항 또는 제6항에 있어서,
    상기 회전자용철판(27)을 서로 적층하여 코킹하는 코킹부(61)를 각 자극(28)∼(31)의 중앙부에 형성한 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 회전자용철판(27)을 서로 적층하여 코킹하는 코킹부(66)를 상기 관통구멍(50)과 상기 바람구멍(32)∼(35)사이에 형성한 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 각 삽입구멍(36)∼(39)의 외부둘레측의 끝에 형성되어 인접하는 자극(28)∼(31)사이에서 대향하고 있는 브리지부(62),(63)가운데, 회전방향 앞쪽의 브리지부(63)의 외부둘레면에 노치부(notch부)(64)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 회전자(5)는 각 자극(28)∼(31)가운데 회전방향 전방의 외부둘레면에 절제부(끊어낸부)(65)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 삽입구멍(36)∼(39)은 직각부(52)가 회전자(5)의 중심에 대향하도록한 L자형으로 형성되어, 각각의 직선부(53),(54)에 각 1매의 평판형 영구자석(40),(41)이 삽입됨과 동시에, 상기 직각부(52)에는 각 직선부(53),(54)의 폭보다 큰 공간틈(55)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 삽입구멍(36)∼(39)의 내부둘레측에는, 삽입되는 평판형 영구자석(40),(47)을 걸어멈추게 하는 걸어멈춤부(돌기 67)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 각 삽입구멍(36)∼(39)의 외부둘레측의 끝에 형성되는 브리지부(56)는 0.3mm이상 0.5mm이하의 폭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 회전자철심(5)을 구성하는 양 끝부의 회전자용철판(27)의 내부지름은 중앙부의 회전자용철판의 내부지름보다 약간 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 회전자(5)는, 회전자철심(26)의 외부지름을 D, 척층두께를 L, 자석의 두께를 t, 자석의 길이를 1로 하였을 때, 다음의 식(1),(2)를 만족하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
    0.3 ＜ L / D ＜ 1.20·····(1)
    0.02 ＜ t / 1 ＜ 0.20·····(2)
  16. 제1항에 있어서,
    상기 회전자(5)는, 판두께 0.3mm이상 0.5mm이하의 회전자용철판(27)을 복수매 적층한 회전자철심(26)과, 비자성재료로 되며 회전자철심(26)의 양 끝면에 설치한 삽입구멍(36)∼(39)을 막는 끝면부재(48),(49)와 이 끝면부재(48),(49)의 적어도 한쪽에 설치된 균형추(57)와, 이 균형추와 상기 두끝면부재(48),(49)와 회전자철심(26)을 회전축(6)방향을 따라서 관통하고, 인접하는 자극사이에 대향하는 한쌍의 자석사이에 설치되는 복수의 관통구멍(50)과, 이 관통구멍(50)을 사용하여 상기 두끝면 부재(48),(49)와, 상기 회전자철심(26)을 일체로 만드는 리벳(rivet)(51)을 구비한 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 끝면부재(48),(49)는 링 형태로 형성되며, 그 안지름은 회전자철심(26)의 안지름보다 크게 형성됨과 동시에, 그 바깥지름은, 회전자철심(26)의 바깥지름보다 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 끝면부재(48),(49)의 관통구멍은, 회전자철심(26)의 관통구멍보다 큰 지름으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 끝면부재(48),(49)의 관통구멍은, 회전자철심(26)의 관통구멍보다 큰 지름으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 회전자.
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