KR100918893B1 - 축방향 에어갭타입 전동기 - Google Patents

축방향 에어갭타입 전동기 Download PDF

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마사노리 무라카미
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가부시키가이샤 후지츠 제네랄
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Abstract

본 발명은 와전류를 방지하는 동시에 릴럭턴스 토크(reluctance torque)를 유효하게 이용할 수 있고 감자(demagnetization)가 발생하기 어려운 로터구조를 구비한 축방향 에어갭타입 전동기를 제공한다.
로터(31)는 원판의 백요크(31b)의 면 위에, 직사각형의 봉으로 가공된 영구자석(31a)의 긴 변이 반경방향이 되도록 배치되어 있으며, 원주방향이 S극 또는 N극이 되도록 고정되고, 원주방향으로 균등하게 배치되어 인접하는 4개의 영구자석(31a)의 극성이 서로 동일한 극으로 되어 있다. 이들 4개의 영구자석(31a)을 덮도록 부채형의 로터코어(31c)가 고정되어 있다. 상기 로터코어(31c)는 압분자심재료(壓粉磁心材料)에 의해 형성되어 있다. 그리고, 상기 로터코어(31c)는 각 영구자석(31a)의 반경방향 중심부근에 각 영구자석(31a)의 자력의 숏컷을 저감시키는 홈으로 이루어진 플럭스 배리어(flux barrier; 31d)가 설치되어 있다.

Description

축방향 에어갭타입 전동기{AXIAL AIR-GAP ELECTRONIC MOTOR}
도 1은 본 발명에 따른 축방향 에어갭타입 전동기의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 축방향 에어갭타입 전동기의 로터구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 축방향 에어갭타입 전동기의 로터구조를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 축방향 에어갭타입 전동기의 다른 로터구조를 나타내는 도면으로서, (A)는 정면도, (B)는 영구자석의 적층구조를 나타내는 정면도, (C)는 영구자석의 다른 적층구조를 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 축방향 에어갭타입 전동기의 다른 로터구조를 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 12극 로터구조를 나타내며 (A)는 정면도, (B)는 로터코어를 전자강판으로 형성한 다른 실시예에 따른 부분도이다.
도 7은 본 발명에 따른 로터의 측면도로서, (A) 내지 (F)는 각각 다른 구조의 로터를 나타내며, (A)' 내지 (F)'는 이에 대응되는 화살표로 나타낸 부분의 단면도이다.
도 8은 종래의 축방향 에어갭타입 전동기를 나타내는 단면도이다.
도 9는 종래의 축방향 에어갭타입 전동기의 스테이터를 나타내며, (A)는 스테이터 코어를 나타내는 사시도, (B)는 스테이터 코어의 정면도이다.
도 10은 종래의 축방향 에어갭타입 전동기의 로터를 나타내는 도면으로서, (A)는 사시도, (B)는 측면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 스테이터 21 : 합성수지
24 : 회전축 25a : 코어멤버(자극부)
26 : 베어링부 27 : 코일
31 : 로터 31a : 영구자석
31a1,31a2,31a3 : 영구자석 31c : 로터코어
31d : 플럭스 배리어 31e : 로터코어
31f : 영구자석그룹 32 : 로터
32a : 영구자석 41 : 나사
42 : 평나사(flat-head screws) 43 : 고정판
50 : 인슐레이터 51 : 톱니부(齒部; teeth)
52 : 플랜지
본 발명은 축방향 에어갭타입 전동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로터에 배치되는 영구자석과 로터코어의 구조에 관한 것이다.
종래, 축방향 에어갭타입 전동기는 가령 도 8에 도시된 구조였다.
도 8은 기본적인 축방향 에어갭타입 전동기(90)의 전체를 나타내는 단면도이고, 도 9는 축방향 에어갭타입 전동기(90)의 스테이터(92)를 나타내는 도면으로서, 도 9(A)는 스테이터 코어를 나타내는 사시도, 도 9(B)는 스테이터 코어의 정면도이며, 도 10은 로터를 나타내는 도면으로서, 도 10(A)은 로터를 나타내는 사시도이고, 도 10(B)는 측면도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 축방향 에어갭타입 전동기(90)는 케이싱(96)에 회동이 가능하도록 지지된 회전축(98)에 로터(94)가 고정되어 있다. 로터(94)는 도 10에 나타낸 바와 같이 원기둥형상이며, 그 내부에는 영구자석(80)이 원주방향으로 복수 배열되어 있다. 영구자석(80)은 로터(94) 내에 완전히 매설(埋設)되어 있다. 또한, 인접하는 영구자석(80)은 각각 동일한 평면상에서 「S극」과「N극」이 교대로 배치되어 있다.
한편, 케이싱(96)의 내측에는 링형상의 스테이터(92)가, 원판형상의 로터(94)의 표면 및 이면에 의해 이것을 끼우도록 배치되어 있다. 스테이터(92)는 도 9(A)에 나타낸 것과 같은 스테이터 코어(92a)를 중심으로 구성되며, 로터(94)에 대향되는 면에는 복수의 톱니부(齒部; teeth :92a1)가 돌출 형성되어 있다. 각 톱니부(92a1)에는, 도 9(B)에 나타낸 바와 같이 도선이 감겨져 코일(92b)이 형성되며, 여기에 전류를 흘림으로써 자극이 구성된다. 즉, 스테이터 코어(92a), 코일(92b) 에 의해 스테이터(92)가 형성된다. 이와 같이, 축방향 에어갭타입 전동기(90)는 스테이터(92)의 자극과 로터(94)의 영구자석(80)이, 회전축(98)에 평행한 방향에서 대향되도록 배치된다.
그리고, 코일(92b)에 순차적으로 전류를 흘림으로써 톱니부(92a1)가 순차적으로 자화(磁化)되어 회전자계가 형성된다. 또한, 로터(94)의 영구자석(80)이 회전자계와 상호작용함으로써 흡인 및 반발작용이 발생하여 로터(94)가 회전하며 자석토크를 얻을 수가 있다.
축방향 에어갭타입 전동기(90)는 영구자석(80)의 존재에 의해 발생하는 자석토크에 추가하여, 릴럭턴스 토크(reluctance torque)를 얻기 위해 로터(94)의 소정 위치에 자성체(강자성체)를 배치한다. 이 자성체는 스테이터(92)에 순차적으로 형성되는 자극에 의해 흡인되어 로터(94)를 회전시키는 위치, 즉, 도 10에 나타낸 바와 같이 인접하는 영구자석(80) 사이의 위치에, 스테이터(92)의 자극에 의해 흡인되는 8개의 자성체(84)가 배치되어 있다. 또한, 로터코어(81) 내에는 영구자석(80)이 매설되는 구조로 되어 있다.
상술한 바와 같이, 스테이터(92)에 형성되는 회전자계와 로터(94)의 영구자석(80)과의 상호작용에 의해 흡인·반발작용이 일어나 로터(94)에 자석토크가 발생하는데, 이 때 동시에, 스테이터(92)에 형성되는 회전자계에 의해 자화된 톱니부(92a1)에 자성체(84)가 흡인되어 릴럭턴스 토크가 발생한다. 즉, 상술한 바와 같은 자성체(84)를 갖는 축방향 에어갭타입 전동기(90)는 자석토크와 릴럭턴스 토크의 합계를 모터토크로 할 수가 있다.
그런데, 축방향 에어갭타입 전동기(90)에서의 자속(磁束)은, 회전축(98)과 평행한 방향을 향하지만, 상술한 바와 같이 인접하는 영구자석(80) 사이에 자성체(84)를 존재시킬 경우, 자성체(84)에 와전류(渦電流)가 발생하게 된다. 와전류의 발생은 발열 등 에너지 손실의 원인이 된다. 따라서, 와전류의 발생을 억제하기 위하여 로터(94)를 압분자심재료(壓粉磁心材料)를 이용함으로써, 자속과 직교하는 면 내의 자성체(84)의 전기저항을 높게 설정한다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
그러나, 로터의 영구자석의 자력면과 스테이터의 톱니부면이 대향되어 있기 때문에, 이러한 전동기를 장기간 사용하거나 스테이터에서 규정 이상의 자력이 발생하면, 영구자석의 자력이 저하되는 현상, 이른바 감자(demagnetization)가 발생하여 전동기의 능력을 저하시킨다는 문제가 있었다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 제2005-94955호(제 5-6페이지, 도 6)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하여 와전류를 방지하는 동시에, 릴럭턴스 토크를 유효하게 이용할 수 있으며, 감자가 발생하기 어려운 로터구조를 구비한 축방향 에어갭타입 전동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 측면에 복수의 자극부가 원주상으로 배치된 스테이터와, 상기 자극부에 소정의 공극을 두고 대향배치되며, 영구자석을 이용한 영구자석그룹이 원주방향으로 복수 배치된 로터를 구비한 축방향 에어갭타입 전동기로서,
상기 영구자석그룹은, 상기 영구자석그룹의 극성이 상기 로터의 원주방향이 되도록 배치되어 이루어지는 구조로 한다.
또한, 원주방향으로 이웃하는 상기 영구자석그룹은, 상기 영구자석그룹의 마주보는 극성이 서로 동일한 극이 되도록 배치되어 이루어지는 구조로 한다.
또, 상기 영구자석그룹은, 적어도 2개 이상의 영구자석을 구비하며, 원주방향으로 이웃하는 상기 영구자석의 마주보는 극성이 다른 극이 되도록 배치되어 이루어지는 구조로 한다.
혹은, 상기 영구자석그룹은, 적어도 2개 이상의 영구자석을 구비하며, 상기 영구자석은 반경방향으로 배치되는 동시에, 원주방향으로 극성이 동일한 극이 되도록 배치되어 이루어지는 구조로 한다.
또한, 이웃하는 상기 영구자석그룹은, 강자성체로 이루어진 로터코어에 의해 자기적으로 결합되어 이루어지는 구조로 한다.
또, 상기 로터코어는, 상기 영구자석에서의 자속(磁束)의 단락을 방지하는 플럭스 배리어(flux barrier)가 설치되어 이루어지는 구조로 한다.
(실시형태)
이하에서는 본 발명의 실시형태를 첨부도면에 기초한 실시예로서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 축방향 에어갭타입 전동기의 실시예를 나타낸 단면도이다.
상기 축방향 에어갭타입 전동기는 도 1의 단면도로 나타낸 바와 같이, 대략 링형상을 이루는 스테이터(20)와, 스테이터(20)의 양측에 소정의 공극을 두고 대향배치되는 한 쌍의 원반형상의 로터(31,32)를 포함하며, 로터(31,32)는 동일한 회전축(24)을 공유하며 스테이터(20)는 그 내주측에 회전축(24)을 지지하는 베어링부(26)를 구비한다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 로터(31)의 내면에는 4개의 영구자석(31a)이 원주방향으로 배치되어 있다. 또, 로터(32)는 로터(31)와 완전히 동일한 구조이므로, 설명은 생략하기로 한다.
또 실제로는, 스테이터(20) 및 로터(31,32)는 도시되지 않은 브래킷(하우징) 내에 수납되며, 스테이터(20)는 그 외주측이 브래킷에 고정되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 스테이터(20)는 합성수지에 의해 링형상으로 몰드성형되어 있으며, 스테이터(20)의 내주측에 동축상으로 삽입된 베어링부(26)를 구비한다.
또한, 스테이터(20)의 내부에는 링형상으로 연결된 6개의 코어멤버(core members, 25a)가 배치되어 있다. 따라서, 본 실시예는 이른바 4극 6슬롯(4-pole 6-slot)의 전동기이다. 한편, 각 코어멤버(25a)는 모두 동일한 형상이다. 또, 1개의 코어멤버(25a)는 복수의 금속판을 사다리꼴형상으로 적층하여 이루어지는 톱니부(철심 ; 51)를 구비하며, 톱니부(51)의 주위에는 그 양측면을 제외하고 합성수지로 이루어진 인슐레이터(50)가 일체로 형성되어 있다. 상기 1개의 코어멤버(25a)가 스테이터(20)의 1개의 자극부이다.
인슐레이터(50)는 톱니부(51)의 양측면을 따라 좌우 한 쌍으로 배치되는 대 략 부채형의 플랜지(52,53)를 포함하며, 전체적으로 단면이 H자형인 보빈형상으로 형성되어 있다. 상기 플랜지(52,53)와의 사이에 코일(27)이 감기는 구조로 되어 있다.
또한, 인서트성형에 의해 각 코어멤버의 외주부분 및 내주부분은, 합성수지(21)에 의해 단단하게 되어 있다. 또, 스테이터(20)의 한 쪽의 내주측과 베어링부(26)의 사이에, 단면이 물결형상인 링형의 판스프링(웨이브 와셔 스프링 ; 33)이 배치되어 있다.
그리고, 원기둥형의 스테이터(20)의 양측면에 로터(31,32)가 배치되며, 회전축(24)에 각각의 로터가 고정되어 있다. 각 로터의 내면측, 즉, 스테이터(20)의 톱니부(51)와 대향되는 면에는 각각 동일한 크기의 4개의 직사각형 영구자석(31a, 32a)이 배치되어 있다. 또한, 상기 로터는 4극이기 때문에, 그 중 1개의 극을 구성하는 영구자석의 그룹을 영구자석그룹이라 호칭한다. 한편, 후술하는 바와 같이, 1개의 영구자석그룹은 복수의 영구자석으로 구성하는 경우가 있다.
도 2는 로터의 구조를 나타내는 사시도이다. 상기 로터(31)는 원판형상의 비자성체로 이루어진 백요크(back yoke, 31b)의 면(面) 위에, 사각형으로 형성된 희토류 자석으로 이루어진 영구자석(31a)이, 그 긴 변이 반경방향이 되도록 배치되어 접착재에 의해 고정되어 있으며, 원주방향이 S극 또는 N극이 되도록 고정되어 있다. 그리고, 원주방향으로 균등하게 배치되어 인접하는 4개의 영구자석(31a)의 극성은 서로 동일한 극으로 되어 있다. 이 경우, 1개의 영구자석그룹(31f)은 1개의 영구자석(31a)으로 구성되어 있기 때문에, 영구자석그룹(31f)의 극성과 영구자석(31a)의 자극은 동일하게 된다. 또한, 백요크(31b)가 비자성체를 이용하여 형성되어 있기 때문에, 영구자석(31)의 자속이 백요크(31b)의 영향을 받지 않고 스테이터(20)의 톱니부(51)를 향할 수가 있다. 또, 백요크(31b)의 영향이 적다면, 가령 강판(鋼板)으로 백요크(31b)를 형성하여도 무방하다.
그리고, 강자성체로 이루어진 부채형의 로터코어(31c)가, 이웃하는 영구자석(31a)을 기계적 및 자기적으로 접속하도록 접착제에 의해 백요크(31b)에 고정되어 있다. 부채형의 로터코어(31c)의 원주방향 단부는 영구자석(31a)의 원주방향 단부와 끼움결합하도록 노치가 형성되어 있다. 따라서, 1개의 영구자석(31a)의 원주방향의 각각의 단부(端部)는, 인접하는 각각의 로터코어(31c)의 원주방향 단부에 의해 눌리어 있으며, 원심력에 의한 영구자석(31a)의 탈락을 방지하는 구조로 되어 있다.
이러한 구조에 의해, 인접하는 로터코어(31c)의 사이에는 각 영구자석(31a)의 반경방향 중심부근에 홈이 형성되게 된다. 이 홈이 각 영구자석(31a)의 자속의 숏컷을 저감시키는 플럭스 배리어(31d)가 된다. 한편, 홈 대신에 합성수지나 알루미늄 등 투자율이 낮은 소재로 대체할 수도 있다.
또한, 상기 로터코어(31c)는 철과 같은 강자성체의 미소한 알갱이 표면에 전기가 통하지 않는 막 코팅이 이루어진 분체(粉體)를 눌러 굳힌 압분자심재료에 의해 형성되어 있다. 상기 압분자심재료에 의해 형성된 로터코어(31c)는 3차원 방향으로 자속이 통하게 하지만, 전류는 거의 통하지 않으므로, 스테이터(20)에서 발생하는 자계를 받아도 와전류를 흘리지 않는다는 특징이 있다.
상술한 바와 같이 원주방향으로 균등하게 배치되어 인접하는 4개의 영구자석 그룹(31f)의 마주보는 극성은, 서로 동일한 극으로 되어 있기 때문에, 인접하는 로터코어(31c)의 극성은 상기 인접하는 2개의 영구자석그룹(31f)의 마주보는 극성으로 결정된다. 가령, 도 2에서는 우측 상방으로부터 시계방향으로 N극, S극, N극, S극이 된다. 따라서, 도 2의 중앙에서 영구자석그룹(31f), 즉 영구자석(31a)이라면 우측방향으로부터 N극의 자력이, 그리고 좌측방향으로부터 S극의 자력이 각각 발생하며, 각각의 자력은 로터코어(31c)에 의해 상방(스테이터의 톱니부면)을 향하는 자력이 된다.
이와 같이 각각의 영구자석그룹(31f ; 영구자석)의 자력은, 로터코어(31c)를 통해 스테이터(20)의 톱니부(51)에 대향되어 있기 때문에, 영구자석이 직접 톱니부(51)에 대향되는 종래의 구조에 비해 감자를 저감시킬 수가 있다.
더욱이, 로터코어(31c)를 이용하여 돌출자극(突極; salient pole)성을 부여하는 구조로 하였기 때문에, 영구자석(31a)의 존재에 의해 발생하는 자석토크에 추가하여, 로터코어(31c)에서의 릴럭턴스 토크를 이용할 수 있기 때문에, 전동기의 효율을 향상시키거나 운전범위(회전수 범위)를 확대시킬 수 있다.
도 3은 도 2의 로터를 정면에서 본 도면이다. 도 4(A)는 도 3의 로터구조의 변형예를 나타내는 다른 실시예이다. 도 3과 동일한 기능을 갖는 것에는 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 3의 구조와 다른 부분은 영구자석(31a)의 구조이다. 도 3의 영구자석(31a)은 1개의 직사각형체로서 형성되어 있는데, 도 4(A)의 영구자석(31a)은 원주방향으로 3개의 영구자석, 즉, 영구자석(31a1)과 영구자석(31a2)과 영구자석(31a3) 이 접착제에 의해 붙어있는 구조로 되어 있다.
도 4(B)는 도 4(A)의 영구자석(31a)의 주요부 확대도이다. 영구자석(31a1)과 영구자석(31a2)과 영구자석(31a3)은 각각 원주방향으로 자화되어 있으며, 붙여지는 각 영구자석의 인접면은 서로 다른 자극이 되도록 배치되어 있다. 따라서, 붙여져 일체가 된 영구자석(31a)의 원주방향의 자극은 도 3의 영구자석(31a)과 동일한 자극이 된다.
이와 같이, 복수의 영구자석을 조합하여 1개의 영구자석을 형성함으로써, 자력과 직교하는 방향의 와전류를 저감시킬 수 있으며, 결과적으로 영구자석에 발생하는 와전류에 의한 발열을 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 열에 약한 희토류 자석을 이용하여도 양호한 효율의 전동기를 제작할 수 있다. 또, 영구자석의 분할에 의한 릴럭턴스 토크의 향상도 기대할 수 있어 전동기의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4(C)는 영구자석(31a)의 다른 예의 구조를 나타낸 주요부 확대도이다. 도 4(B)와 다른 점은 자석의 배치방향이다. 도 4(C)의 영구자석(31a)은, 영구자석(31a1), 영구자석(31a2)의 순서로 복수로 나란히 배치되며 반경방향으로 적층되어 붙여진 구조로 되어 있다.
이 때문에, 도 4(C)의 영구자석(31a)은 도 4(B)의 영구자석(31a)에 비해 체적은 같아도 자석의 개수가 많아져 자력과 직교하는 방향의 와전류를 더욱 저감시킬 수 있다.
도 5는 도 3의 로터구조의 변형예를 나타내는 다른 실시예이다. 도 3과 동일한 기능을 갖는 것에 대해서는 동일 번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 5의 로터(31)는 도 3의 로터(31)의 영구자석그룹(31f)을 2개의 영구자석(31a)으로 구성하고, 더욱이 상기 영구자석(31a)을 원주방향으로 소정의 거리만큼 떨어져 고정한다. 그리고, 상기 2개의 영구자석(31a)의 원주방향의 단부를 로터코어(31e)의 단부로 덮는 구조로 되어 있다. 이 경우에도 로터코어(31c)와 마찬가지로 로터코어(31e)는 각 영구자석에 대응하여 플럭스 배리어(31d) 및 영구자석(31a)과 끼움결합되는 노치를 구비한다.
도 5에 있어서, 마주보는 2개의 영구자석(31a)은 거리를 두고 서로 다른 자극이 되도록 배치되어 있다. 따라서, 도 5에 도시된 영구자석그룹(31f)의 자극은 도 3의 영구자석그룹(31f)과 동일한 자극이 된다.
상기 구조에 의해서도 와전류의 저감과 릴럭턴스 토크의 향상이 가능하며, 전동기의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 5의 로터코어는 도 3의 로터코어에 비해 1개의 로터코어가 로터코어(31c)와 로터코어(31e)의 2개로 구성됨으로써, 로터코어에 발생하는 와전류를 더욱 저감시킬 수가 있다.
도 6(A)은 도 3의 로터구조를 변형하여 12극의 로터(31)를 구성한 실시예이다. 도 3과 동일한 기능을 하는 것에는 동일 번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 6(A)에 있어서 로터(31)는, 백요크(31b)의 원주방향으로 12개의 영구자석(31a)과 12개의 로터코어(31c)가 교대로 등간격으로 배치되어 있다. 영구자석그룹(31f)은 인접하는 영구자석그룹(31f)의 자극이 동일한 극이 되도록, 영구자석그룹(31f) 내의 영구자석(31a)이 배치되어 있다. 또, 각 로터코어(31c)의 양단에는 플 럭스 배리어(31d)가 설치되어 있다. 한편, 이러한 12극의 로터(31)는 가령 18슬롯의 자극을 구비한 스테이터(20)와 조합되어 사용된다.
이와 같이 다극(多極)의 로터에 본 발명의 구조를 이용하면, 영구자석(31a)의 수의 증가에 따라 토크가 향상된다. 또, 상대적으로 로터코어(31c)가 작아지기 때문에, 로터코어(31c)의 와전류의 발생을 저감시킬 수가 있다.
도 6(B)는 도 6(A)의 로터코어(31c)의 재질을 변경한 다른 실시예를 나타낸 부분도이다. 도 6(B)의 로터코어(31c)는 상술한 압분자심재료가 아닌, 전자강판을 반경방향으로 적층하여 형성되어 있다. 이러한 구조에 의해 각 로터와 스테이터간의 공극을 통과하는 자속의 와전류를 저감시킬 수 있다. 또한, 자속이 포화되기 어렵기 때문에, 전동기의 효율이 향상된다. 더욱이 강도적으로도 우수하다. 따라서, 이러한 구조는 높은 토크의 대형 전동기에 적합한 구조이다.
다음으로 도 7의 로터의 주요부 측단면도를 이용하여 로터코어(31c)와 영구자석(31a) 및 백요크(31b)의 구조에 관해 설명한다. 도 7(A) 내지 도 7(F)은 각각 다른 실시예를 나타내며, 도 7(A)' 내지 도 7(F)'는 각각에 대응하는 화살표로 나타낸 부분의 단면도 「A-A'」 내지 「F-F'」를 나타낸다. 또한, 도 7(A) 내지 도 7(F)에 있어서, 좌측이 로터의 외주측이 되고, 우측이 로터의 내주측이 된다. 따라서, 도 7(A)' 내지 도 7(F)'의 좌우는 원주방향이 된다. 또, 백요크(31b)에는 영구자석(31a)이 반경방향을 길이방향으로 하여 배치되어 있다.
도 7(A)과 도 7(A)'에 있어서, 영구자석(31a)의 원주방향의 양단은 2개의 로터코어(31c)의 원주방향의 양단에 구비된 노치와 끼움결합되어 있으며, 2개의 로터 코어(31c)를 나사(41)에 의해 백요크(31b)에 나사부착함으로써 영구자석(31a)을 고정하는 구조로 되어 있다. 한편, 나사(41)의 헤드가 로터코어(31c)의 표면보다 아래가 되도록 로터코어(31c)에 오목부가 형성되어 있다. 이러한 구조에 의해, 영구자석(31a)과 로터코어(31c)를 강고하게 고정할 수 있다. 또, 나사(41)에 의해 분해/조립을 용이하게 할 수 있다.
도 7(B)과 도 7(B)'에 있어서, 영구자석(31a)의 원주방향의 양단은 2개의 로터코어(31c)의 원주방향의 양단에 구비된 노치와 끼움결합되어 있으며, 2개의 로터코어(31c)를 접착제에 의해 백요크(31b)에 고정함으로써 영구자석(31a)을 고정하는 구조로 되어 있다. 한편, 로터코어(31c)의 외주측 측면에는 영구자석(31a)의 단면 및 크기가 대응되는 삽입구가 있으며, 도 7(B)의 좌측(외주측)으로부터 접착제가 도포된 영구자석(31a)을 삽입하여 고정하는 구조로 되어 있다. 이러한 구조는 로터의 외주로부터 영구자석(31a)을 삽입하기 때문에, 로터의 제조작업을 용이하게 할 수 있다.
도 7(C)과 도 7(C)'에 있어서, 영구자석(31a)의 원주방향의 양단은 2개의 로터코어(31c)의 원주방향의 양단에 구비된 노치와 끼움결합되어 있으며, 2개의 로터코어(31c)를 접착제에 의해 백요크(31b)에 고정함으로써 영구자석(31a)을 고정하는 구조로 되어 있다. 한편, 로터코어(31)의 내주측 측면에는 영구자석(31a)의 단면 및 크기가 대응되는 삽입구가 있으며, 도 7(C)의 우측(내주측)으로부터 접착제가 도포된 영구자석(31a)을 삽입하여 고정하는 구조로 되어 있다. 로터코어(31c)의 외주측면은 플럭스 배리어(31d)의 틈새밖에 없으며, 이 틈새는 영구자석(31a)의 단 면보다도 작다. 따라서, 영구자석(31a)은 외주측으로부터 빠져나오지 않는 걸림구조로 되어 있다.
이러한 구조는 로터의 내주로부터 영구자석(31a)을 삽입하지만, 외주로는 빠져나오지 않는 구조이기 때문에, 로터회전에 의한 원심력으로 영구자석(31a)이 튀어나올 우려가 없어 전동기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 7(D)과 도 7(D)'에 있어서, 백요크(31b)의 표면에는 영구자석(31a)을 매설하기 위한 오목부가 형성되어 있으며, 접착제로 고정하는 구조로 되어 있다. 이 구조에서는, 로터코어를 이용하지 않기 때문에 영구자석(31a)의 자력을 유효하게 활용하기 위하여 백요크(31b)의 회전축방향의 두께(L)를 영구자석(31a)의 회전축방향의 두께(t)보다 충분히 크게 할 필요가 있다. 이러한 구조에 의해, 로터코어를 삭감하여 비용절감을 도모하는 동시에, 로터의 회전축방향의 두께를 작게 할 수 있어 슬림형 전동기로 할 수 있다. 또한, 영구자석(31a)이 매설되므로, 로터회전에 의한 원심력으로 영구자석(31a)이 튀어나올 우려가 적다.
도 7(E)과 도 7(E)'에 있어서, 백요크(31b)의 표면에는 영구자석(31a)의 하부를 매설하기 위한 오목부가 형성되어 있으며, 영구자석(31a)을 배치한 후에 백요크(31b)의 표면으로부터 돌출되어 있는 영구자석(31a)의 회전축방향의 두께와 동일한 두께로 이루어진 로터코어(31c)를 백요크(31b)의 표면에 배치한다. 그리고, 얇은 비자성체로 이루어진 고정판(43)으로 로터코어(31c)와 영구자석(31a)을 덮고 평나사(42)에 의해 백요크(31b)에 나사부착한다. 이러한 구조에 의해, 로터코어(31c)를 이용하며 로터의 회전축방향의 두께를 작게 할 수 있다. 더욱이, 영구자 석(31a)과 로터코어(31c)를 강고하게 고정할 수 있다. 또, 영구자석(31a)이 매설되므로, 로터회전에 의한 원심력으로 영구자석(31a)이 튀어나올 우려가 적다.
도 7(F)과 도 7(F)'에 있어서, 백요크(31b)의 표면에는 영구자석(31a)의 하부를 매설하기 위한 오목부가 형성되어 있다. 한편, 로터코어(31c)의 원주방향 단부에는 영구자석(31a)의 원주방향 단부와 끼움결합하는 노치가 형성되어 있다. 그리고, 영구자석(31a)을 백요크(31b)의 오목부에 배치한 후에 2개의 로터코어(31c)를 나사(41)에 의해 백요크(31b)에 나사부착함으로써 영구자석(31a)을 고정하는 구조로 되어 있다. 또한, 나사(41)의 헤드가 로터코어(31c)의 표면보다 아래가 되도록 로터코어(31c)에 오목부가 형성되어 있다. 이러한 구조에 의해, 로터코어(31c)의 재료를 절약하는 동시에 로터의 회전축방향의 두께를 작게 할 수 있다.
또한, 도 7의 실시예에 있어서 나사를 이용할지 접착제를 이용할지는 임의적인 것이며, 각각의 구조에 있어서 나사나 접착제를 대체하여 사용하거나 조합하여 사용하여도 무방하다. 더욱이, 로터코어(31c)는 압분자심재료로서 설명되어 있지만 이것으로 한정되는 것은 아니며, 도 6(B)에서 설명된 자성강판을 적층한 로터코어(31c)를 이용할 수도 있다.
또, 본 발명은 이상에서 설명한 4개 또는 12개의 자극을 구비한 로터의 전동기로 한정되는 것은 아니며, 다른 극수의 축방향 에어갭타입 전동기에 널리 적용할 수가 있다.
또한, 본 발명은 본 실시예에서 설명한 스테이터의 형상으로 한정되지 않으며, 가령 철심을 이용하지 않는 스테이터여도 본 발명의 효과를 갖는다.
또한, 본 실시예에서는 베어링부(26)가 스테이터(20) 내부에 구비되는데, 상기 스테이터(20) 내부로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 도시되지 않은 브래킷의 양단에 구비될 수도 있다.
더욱이, 본 실시예에서 각 로터(31,32)는 동일한 회전축(24)을 공유하지만, 로터를 1개만 구비한 전동기여도 무방하다.
혹은 각 로터(31,32)는 각각 다른 회전축에 고정되어 있을 수도 있으며, 나아가 회전축(24)을 구비하지 않고 스테이터(20)에 대하여 각 로터(31,32)를 래디얼 볼 베어링(radial ball bearing)을 통해 직접 지지시키는 샤프트리스형의(shaftless) 전동기여도 무방하다.
이상의 수단을 이용함으로써, 본 발명에 의한 축방향 에어갭타입 전동기에 따르면,
청구항 1에 따른 발명은, 영구자석그룹이 상기 영구자석그룹의 극성이 로터의 원주방향이 되도록 배치되어 이루어짐으로써, 영구자석의 자력이 스테이터의 자극에 대향되며, 영구자석 그 자체는 직접적으로 스테이터의 자극에 대향되어 있지 않기 때문에, 영구자석이 직접 스테이터의 자극에 대향되는 종래의 구조에 비해 감자를 저감시킬 수 있다.
청구항 2에 따른 발명은, 원주방향으로 이웃하는 영구자석그룹이, 상기 영구자석그룹의 마주보는 극성이 서로 동일한 극이 되도록 배치되어 이루어지는 구조로 함으로써, 원주방향으로 이웃하는 영구자석그룹의 자력을 합성하여 사용할 수가 있 다.
청구항 3에 따른 발명은 영구자석그룹이 적어도 2개 이상의 영구자석을 구비하며, 원주방향으로 이웃하는 영구자석의 마주보는 극성이 다른 극이 되도록 배치되어 이루어지는 구조로 함으로써, 와전류를 저감시키는 동시에 릴럭턴스 토크를 향상시킬 수가 있다.
청구항 4에 따른 발명은 영구자석그룹이 적어도 2개 이상의 영구자석을 구비하며, 상기 영구자석은 반경방향으로 배치되는 동시에, 원주방향으로 극성이 동일한 극이 되도록 배치되어 이루어지는 구조로 함으로써, 청구항 3의 구조보다 더욱 와전류를 저감시키는 동시에 릴럭턴스 토크를 향상시킬 수가 있다.
청구항 5에 따른 발명은 이웃하는 영구자석그룹이, 강자성체로 이루어진 로터코어에 의해 자기적으로 결합되어 이루어지는 구조로 함으로써, 자력을 효율적으로 사용할 수 있고, 더욱이 로터코어에 의한 릴럭턴스 토크를 향상시킬 수가 있다.
청구항 6에 따른 발명은 로터코어가, 영구자석에서의 자속의 단락을 방지하는 플럭스 배리어가 설치되어 이루어지는 구조로 함으로써, 영구자석의 자극에서의 자속의 단락을 방지하여 전동기의 효율을 향상시킬 수가 있다.

Claims (9)

  1. 측면에 복수의 자극부가 원주상으로 배치된 스테이터와,
    상기 자극부에 소정의 공극을 두고 대향하여 배치되며, 영구자석을 이용한 영구자석그룹이 원주방향으로 복수 배치된 로터를 구비한 축방향 에어갭타입 전동기로서,
    상기 영구자석그룹은, 상기 영구자석그룹의 극성이 상기 로터의 원주방향이 되도록 배치되며,
    원주방향으로 이웃하는 상기 영구자석그룹은, 상기 영구자석그룹의 마주보는 극성이 서로 동일한 극이 되도록 배치되는 동시에, 강자성체로 이루어지는 로터코어에 의해 자기적으로 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 축방향 에어갭타입 전동기.
  2. 측면에 복수의 자극부가 원주상으로 배치된 스테이터와,
    상기 자극부에 소정의 공극을 두고 대향하여 배치되며, 영구자석을 이용한 영구자석그룹이 원주방향으로 복수 배치된 로터를 구비한 축방향 에어갭타입 전동기로서,
    상기 영구자석그룹은, 상기 영구자석그룹의 극성이 상기 로터의 원주방향이 되도록 배치되며,
    원주방향으로 이웃하는 상기 영구자석그룹은, 상기 영구자석그룹의 마주보는 극성이 서로 동일한 극이 되도록 배치되는 동시에, 강자성체로 이루어지는 로터코어에 의해 자기적으로 결합되고,
    영구자석과 자극부간의 회전축 방향의 공극거리가, 로터코어와 자극부간의 회전축 방향의 공극거리보다 긴 것을 특징으로 하는 축방향 에어갭타입 전동기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 영구자석그룹은, 적어도 2개 이상의 영구자석을 구비하며, 원주방향으로 이웃하는 상기 영구자석의 마주보는 극성이 다른 극이 되도록 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 축방향 에어갭타입 전동기.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 영구자석그룹은, 적어도 2개 이상의 영구자석을 구비하며, 상기 영구자 석은 반경방향으로 배치되는 동시에, 원주방향으로 극성이 동일한 극이 되도록 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 축방향 에어갭타입 전동기.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 로터코어는, 반경방향으로 적층된 자성강판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축방향 에어갭타입 전동기.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 영구자석의 원주방향의 각각의 단부(端部)는, 인접하는 각각의 로터코어의 원주방향 단부에서 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 축방향 에어갭타입 전동기.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 로터는, 원판형상의 비자성체를 구비하며,
    상기 비자성체의 면(面)상에, 상기 로터코어와 상기 영구자석그룹을 올려놓고, 영구자석의 자속이 상기 스테이터를 향하도록 한 것을 특징으로 하는 축방향 에어갭타입 전동기.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    둘레 방향으로 인접하는 로터코어 사이에 영구자석그룹과 플럭스 배리어가 설치되어 있고, 상기 플럭스 배리어는 상기 영구자석그룹의 외부지름측 측면과 내부지름측 측면과 스테이터 대향면측을 덮도록 설치되어 있으며,
    스테이터 대향면측의 플럭스 배리어 둘레방향 폭은, 영구자석그룹의 둘레방향 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 축방향 에어갭타입 전동기.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 로터코어의 내주측 측면에 영구자석 삽입구가 있는 것을 특징으로 하는 축방향 에어갭타입 전동기.
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