KR101123434B1 - 영구 자석 회전자들을 가진 회전 전기 머신 - Google Patents

Abstract

머신(1)은 회전축(A-A)에 본질적으로 수직인 평면에 놓이는 자화 표면(5)내에서 회전축(A-A)을 중심으로 각을 이루며 교번하는 부호의 자기 극성들(N, S)의 환형 분포를 형성하기 위해 영구 자석(5)을 가지는 회전자(2), 및

고정자(3)를 포함하고, 상기 고정자(3)는,

절연된 강자성 입자들로 이루어진 가압 성형된 매스(mass)로 원피스로서 형성된 흐름 전달 부재(16) ? 상기 부재(16)는 제 1 및 제 2 아암들(18; 19)이 회전자의 축(A-A)에 실질적으로 평행하게 연장되는 환형 베이스부(17); 및 제 1 및 제 2 아암들(18, 19)의 단부들(18a, 19a)을 가지며, 상기 아암들은 상기 축(A-A)으로부터 각각 제 1 및 제 2 반경 거리에 자리하고 서로에 대해 각을 이루며 교번하며, 제 1 및 제 2 아암들(18, 19)의 단부들(18a, 19a)은 상기 단부들이 공기 갭(21)에 의해 분리되는 회전자(5)의 상기 자기화 표면(5a)과 정면으로 마주함 ?; 및

흐름 전달 부재(16)의 제 1 및 제 2 아암들(18, 19) 사이에 놓이는 각도 영역에서, 회전자(2)와 동축으로 배열된 권선(23)을 포함한다.

Description

영구 자석 회전자들을 가진 회전 전기 머신{ROTARY ELECTRIC MACHINE WITH PERMANENT MAGNET ROTOR}

도 1은 본 발명에 따라 설계된 전기 모터의 측면도.

도 2는 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따르는 단면도.

도 3은 도 1 및 도 2에 따른 전기 모터의 투시 단면도.

도 4는 선행 도면들에 따른 모터의 고정자의 상면도.

도 5는 도 4의 라인 Ⅴ-Ⅴ을 따르는 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 모터에 포함된 흐름 전달 부재의 상면도.

도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ을 따르는 단면도.

도 8은 도 6의 화살표 Ⅷ 방향으로의 측면도.

도 9는 도 6 내지 8에 따른 흐름 전달 부재의 투시도.

도 10은 선행 도면들에 따른 전기 모터 권선용 보빈(bobbin)의 저면도.

도 11은 도 10의 화살표 ⅩⅡ에 의해 표시된 항목의 확대도.

도 12는 도 10의 ⅩⅡ-ⅩⅡ을 따르는 단면도.

도 13은 도 12의 ⅩⅢ에 의해 표시된 항목의 확대도.

도 14는 선행 도면들에 따른 모터의 제어 컴포넌트들에 대한 인쇄회로기판의 평면도.

도 15는 선행 도면들에 따른 모터의 회전에 대한 영구 자석의 투시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 모터 2 : 회전자

3 : 고정자 5 : 자기화 표면

16 : 흐름 전달 부재 18, 19 : 제 1 및 제 2 아암

본 발명은 영구 자석 회전자들을 가진 회전 전기 머신들에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 극히 간단하고 매우 작은 비용으로 제조될 수 있는 구조를 가진 예를 들어 가정용 전기 장치들에 사용될 수 있는 회전 전기 머신, 특히 직류 모터를 제공하는 것이다.

이 목적은 본 발명에 따른 회전 전기 머신에 의해 달성되고, 상기 회전 전기 머신은 :

회전축에 본질적으로 수직인 평면에 놓이는 자기화된 표면내에서 상기 회전축을 중심으로 각을 이루며 교번하는 부호의 자기 극성들의 균일한 환형 분포를 형성하기 위해 적어도 하나의 영구 자석을 가지는 회전자, 및

고정자를 포함하고, 상기 고정자는,

절연된 강자성 입자들의 가압 성형된 매스(mass)로 형성된 흐름 전달(flow conveying) 부재 ? 상기 흐름 전달 부재는 제 1 및 제 2 아암들이 실질적으로 회전자의 축에 대해 평행하게 연장되는 베이스 부분을 가지며, 상기 아암들은 본질적으로 각각 상기 축으로부터 제 1 및 제 2 반경 거리에 자리하고 서로에 대해 각을 이루며 교번하며, 상기 베이스 부분의 반대편 상기 제 1 및 제 2 아암들의 단부들은 회전자의 상기 자화 표면과 정면으로 면하고, 상기 단부들은 공기 갭에 의해 상기 자화 표면으로부터 분리됨 ? ; 및

흐름 전달 부재의 상기 제 1 및 제 2 아암들 사이에 놓이는 환형 영역에서 상기 회전자와 동축으로 배열된 권선을 포함한다.

본 발명의 다른 특징적 피쳐들 및 장점들은 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 실시예에 의해 순수하게 제공된 다음 상세한 설명으로부터 발생할 것이다.

도면들 및 특히 도 1 내지 도 3을 참조하여, 1은 본 발명에 따라 설계된 전체적인 전기 모터를 나타낸다.

비록 당업자에게 명백한 바와같이, 이하의 설명이 모터로서 동작하도록 의도된 본 발명에 따른 전기 머신의 실시예에 관한 것이지만, 이하 설명은 필요하면 변경하여, 발전기로서 동작하도록 의도된 본 발명에 따른 전기 머신의 실시예에 응용할 수 있다.

지금 도 1 내지 도 3을 참조하여, 도시된 모터(1)는 특히 회전자(2) 및 고정자(3)를 포함하는 직류 모터를 가진다.

예로서 도시된 실시예에서, 회전자(2)는 본질적으로 뒤집어진 컵 형태의 지지 몸체(4)를 포함하고, 상기 지지 몸체의 단부 벽(4a)에 환형의 영구 자석(5)이 고정된다.

회전자(2)는 또한 회전자의 몸체(4) 내부에서 동축에 고정된 하나의 단부(6a)를 가진 샤프트(6)를 포함한다. 샤프트(6)는 특히 상기 몸체(4)의 단부 벽(4a) 중앙 부분에 돌출 방식으로 장착된다.

고정자(3)는 도 2 및 3에서 지지 부재(7)를 포함한다. 회전자의 몸체(4)와 같이 예를 들어 몰딩 플라스틱으로 만들어질 수 있는 이 부재는 본질적으로 단부 부분(8)을 포함하고 스템(stem) 부분(9)은 상기 단부 부분(8)의 한 측면으로부터 중앙으로 연장된다(도 4 및 도 5 참조).

도시된 실시예에서, 고정자의 지지 부재(7)의 단부(8)는 회전자의 몸체(4)쪽으로 지향된 측면상에 두 개의 동축 환형 엘리먼트(8a,8b)를 가지며, 상기 동축 환형 엘리먼트(8a,8b) 사이에 그루브(10)가 형성되고, 상기 그루부 내에서 회전자의 몸체(4)의 바닥 단부 에지가 방사상 운동으로 연장된다.

고정자의 지지 부재(7)의 스템형 부분(9)은 원통형, 관형, 내부 벽(11)을 포함하고, 상기 내부 벽 주위에 추가 근사 원통형 벽(12)이 동축으로 연장된다. 실제로, 벽(12)은 도시된 실시예에서 거의 90°인 각진 연장부를 가진 리세스(13)(도 4 참조)를 형성한다. 이 리세스는 예를 들어 도 5와 결합하여 도 4를 고려함으로써 이해될 수 있는 바와 같이 벽(12)의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 연장된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와같이, 회전자(2)의 샤프트(6)는 고정자의 지지 부재(7)의 관형 벽(11) 안쪽에서 동축으로 연장되고 예를 들어 두개의 부시(bush)(14 및 15)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

도 2, 도 3 및 도 6 내지 도 9에서 흐름 전달 부재(16)는 고정자(3)의 지지 부재(7) 부분(9) 상에 장착된다.

흐름 전달 부재(16)는 절연된 강자성 입자들의 가압 성형된 매스로 원피스(one piece)로서 통상적으로 형성된다. 이 부재(16)는 도시된 실시예에서 본질적으로 편평한 링 형태인 베이스부(17)를 가지며, 상기 베이스부의 한 측면으로부터 두개의 러그(lug)들 또는 아암들 세트들은 회전자의 축(A-A)에 실질적으로 평행하게 위쪽으로 연장되고, 각각 18 및 19로 표현된다.

베이스 부(17)는 또한 반드시 편평한 것이 아니라, 그 단부 벽에 개구부를 가진 컵 모양을 가질 수 있다.

특히 도 6에 도시된 바와같이, 아암들(18)은 축으로부터 동일한 거리에 있고 상기 축으로부터보다 작은 반경 거리에 자리하는 아암들(19) 보다, 바깥쪽에 있고 축으로부터 동일한 반경 거리에 자리한다.

도시된 실시예에서, 흐름 전달 부재(16)는 각도적으로 등거리이고 동일한 양만큼 연장되는 4개의 방사상 최외부 아암들(18) 및 각도적으로 등거리이고 동일한 양만큼 연장되는 4개의 방사상 최내부 아암들(19)을 가진다.

상기된 바와같이, 흐름 전달 부재(16)의 베이스 부(17)는 통상적으로 환형 모양을 가지며 아암들(18)은 자신의 외부 원주와 같은 평면으로 연장되는 반면 아암들(19)은 본질적으로 자신의 내부 원형 개구부(20)의 에지와 같은 평면으로 연장된다.

도 6에 보다 상세하게 도시된 바와같이, 흐름 전달 부재(16)의 내부 아암들(19)은 방사상 최외부 아암들(18)과 각을 이루며 교번하여 배치된다.

통상적으로 아암들(18 및 19)은 실질적으로 동일한 단면 영역을 가진다.

아암들(18 및 19)은 특히 그 외부 단부들과 각도적으로 어느 정도 겹칠 수 있고 상기 아암들(19)은 소위 "기어의 코깅 토크(cogging torque)"를 감소시키기 위하여 적당히 탭퍼되고 및/또는 결합될 수 있다.

베이스부(17)에 반대편의 부재(16)의 아암들(18 및 19)의 단말 표면들(18a 및 19a)은 회전자의 영구 자석(5)의 표면(5a)과 정면으로 면하게 배치된다(도 2 및 도 3 참조).

공기 갭(21)은 고정자의 흐름 전달 부재(16)의 아암들(18 및 19)의 단말 표면들(18a 및 19a)과 영구 자석(5)의 편평한 환형 표면(5a) 사이에 형성된다(도 2 및 도 3).

절연된 전기 와이어의 권선(23)을 지지하는 보빈(22)이 그 내부에 배열되는 환형 영역은 흐름 전달 부재(16)의 방사상 외부 아암들(18) 및 방사상 내부 아암들(19) 사이에 형성된다. 이 보빈은 특히 도 10 내지 도 13에 도시되어 있고 두 개의 환형 단부 플랜지들(22b 및 22c)을 구비한 중간 관형 부분(22a)을 포함한다(도 10 및 12).

통상적으로 아암들(18, 19)의 단말 표면들(18a, 19a)은 동일한 횡단 평면에 놓이는 것이 아니라, 특히 도 7 및 도 8에 도시된 바와같이 모두 동일한 방향으로 약간 경사진다. 이것은 회전자(2)의 소정 각도 위치를 결정하고 시작후 소정 크기의 토크 생성을 보장하는 가능성 및 주기적으로 가변하는 크기의 공기 갭을 발생시킨다.

특히 도 10에 도시된 바와같이, 보빈(22)의 플랜지들(22b 및 22c)은 모양이 형성된 주변 프로파일을 가져서, 상기 플랜지들은 흐름 전달 부재(16)의 외부 아암들(18) 및 내부 아암들(19) 사이의 환형 영역에서 맞물릴 수 있다. 특히, 이들 플랜지들은 각각 각도적으로 등거리이고 동일한 양만큼 연장되고 흐름 전달 부재(16)의 인접한 아암들(18)의 쌍들 사이 공간에서 맞물리는 4개의 방사상으로 돌출하는 러그들(24)을 가진다.

도 12를 참조하여, 각각의 스터드들(stud)(25)은 보빈(22)의 바닥 플랜지(22c)의 방사상 돌출 러그들(24)로부터 중앙으로 연장된다(도 10, 11 및 13 참조).

이들 스터드들(25)은 서로 평행하고, 보빈의 조립된 조건에서, 흐름 전달 부재(16)의 베이스부(17)에서 대응하는 주변 절개부(26)를 통하여 연장된다(도 6 내지 9 참조).

스터드들(25)은 각각 축 채널들(27)을 가진다. 보빈(22)상에 장착된 권선(23)의 단자들은 적어도 한쌍의 이들 스터드들의 채널들(27)을 통하여 연장된다. 보빈의 스터드들(25)은 고정자의 지지 부재(7)의 스템 부분(9) 주변으로 연장되는 본질적으로 환형 모양의 인쇄회로기판(30)의 대응 개구부들(29)을 통하여 맞물리는 각각 탭퍼된 엘리먼트들(28)에서 종료된다(도 2, 3 및 14).

도시되지 않은 방식으로, 인쇄회로기판(30)은 전기 모터(1)를 제어하는 회로들의 컴포넌트들을 하우징한다.

보빈(22) 스터드들(25)의 러그들(28)은 인쇄회로기판(30)의 개구부들(29)을 통하여 상기 개구부들을 넘어 연장되고 에를들어 핫 헤딩(heading)에 의해 이 기판에 고정된다.

보빈(22)상에 장착된 권선(23)의 단자들은 상기 보빈과 일체형인 스터드들(25) 내부에 형성된 채널들(27)을 통하여 통과하고 예를 들어 납땜에 의해 기판(30)상에 하우징된 인쇄 회로들에 접속된다.

도 14에 특히 도시된 바와같이, 기판(30)은 그 내부 에지로부터 회전자의 축(A-A)으로 방사상으로 연장되는 러그(31)를 가진다. 이 러그(31)는 고정자의 지지 부재(7)의 스템형 부분(9)의 측면 리세스(13) 안쪽에 배치된다.

예를 들어 도시된 실시예에서, 기판(30)의 러그(31)는 확장된 모양의 지지 플레이트(33)가 고정되는 작은 구멍(32)을 구비하고, 상기 플레이트는 환형 영구 자석(5)의 공동 내부까지 멀리 모터의 축에 대해 평행하게 연장된다. 자석(5)과 면하는 플레이트(33)의 단부에는 예를 들어 홀형 센서(34)가 제공된다. 동작 동안 이 센서는 회전자의 각도 위치를 검출한다.

플레이트(33)는 인쇄회로기판(30)상에 하우징된 회로들의 다른 컴포넌트들에 센서(34)를 접속하기 위한 트랙들을 또한 가진다.

도 15는 영구 자석(5)의 하나의 구성 형태를 도시한다. 이 자석은 센서와 면하는 적어도 하나의 편평한 측면(5a)상에 회전자의 회전 축을 중심으로 각을 이루며 교번하게 배열된 자석 극들(N, S)의 균일한 분포를 가지도록 설계된다.

바람직하게 그 표면(5a)상 자석(5)에 의해 형성된 자석 극들의 수는 흐름 전달 부재(16)의 외부 아암들(18) 및 내부 아암들(19)의 전체 수와 동일하다.

상기 배열은 그 단말 표면들(18a)을 가진 흐름 전달 부재(16)의 방사상 최외부 아암들(18)이 극성(N)을 가진 영구 자석(5)의 부분들 또는 세그먼트들과 면할때, 단말 표면들(19a)을 가진 상기 부재(16)의 방사상 최내부 아암들(19)이 극성(S)을 가진 자석 부분들 또는 세그먼트들과 면하는 경우이다.

상기 설명으로부터 이해될 수 있는 바와같이, 본 발명은 극히 간단하고 컴팩트한 구조를 가지며 극히 작은 수의 부품들을 가지는 회전 전기 머신들의 설계를 가능하게 한다. 그러므로 이들 머신들은 매우 작은 비용으로 제조될 수 있다.

본 발명은 또한 직류 또는 교류 전기 모터들뿐 아니라 발전기들의 제조에 사용될 수 있다.

본 발명의 원리를 명백하게 변형하지 않고, 실시예들 및 구성적 상세부들은 첨부된 청구항들에서 정의된 바와같이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 비제한적인 실시예에 의해 순수하게 기술되고 도시된 것과 관련하여 크게 가변될 수 있다.

Claims (9)

1. 회전 전기 머신(1)으로서,

   회전자(2)의 회전축(A-A)에 수직인 평면 내에 놓이는 자화 표면(5a) 내에서, 상기 회전축(A-A)을 중심으로 각을 이루며(angularly) 교번하는 부호의 자기 극성들(N, S)의 환형 분포를 형성하기 위해 적어도 하나의 영구 자석(5)을 가지는 회전자(2); 및

   고정자(3)를 포함하고, 상기 고정자는,

   환형 베이스부(17) ? 상기 환형 베이스부(17)로부터 제 1 아암(18) 및 제 2 아암(19)이 상기 회전자의 축(A-A)에 실질적으로 평행하게 연장되고, 상기 제 1 아암(18) 및 상기 제 2 아암(19)은 각각 상기 회전축(A-A)으로부터 제 1 반경 거리 및 제 2 반경 거리에 배치되고 서로에 대해 각을 이루며 교번함 ? ; 및 상기 회전자(2)의 상기 자화 표면(5a)과 정면으로 면하는 상기 베이스부(17) 반대편의 상기 제 1 아암(18) 및 상기 제 2 아암(19)의 단부들(18a, 19a) ? 상기 단부들(18a, 19a)은 공기 갭(21)에 의해 상기 자화 표면(5a)으로부터 분리됨 ? 을 가진 흐름 전달(flow conveying) 부재(16); 및

   상기 흐름 전달 부재(16)의 상기 제 1 아암(18) 및 상기 제 2 아암(19) 사이에 놓이는 환형 영역 내에서 상기 회전자(2)와 동축으로 배열된 권선(23)을 포함하고,

   상기 흐름 전달 부재(16)는 절연된 강자성(ferromagnetic) 입자들의 가압 성형된 매스(mass)로 원피스(one piece)로서 형성되고, 상기 흐름 전달 부재(16)의 상기 제 1 아암(18) 및 상기 제 2 아암(19)의 단부들은 상기 회전축(A-A)에 횡단하는 평면에 대하여 동일한 방향으로 모두 경사진 단말 표면들(18a, 19a)을 가지는,

   회전 전기 머신.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 흐름 전달 부재(16)의 상기 제 1 아암(18) 및 상기 제 2 아암(19)의 전체 수는 상기 회전자(2)의 상기 표면(5a)상에 형성된 자기 극성들(N, S)의 수와 동일한,

   회전 전기 머신.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 권선(23)은 상기 흐름 전달 부재(16)의 상기 제 1 아암(18) 및 상기 제 2 아암(19) 사이에 놓이는 상기 환형 영역에 배열된 보빈(bobbin)(22) 상에 장착되는,

   회전 전기 머신.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 흐름 전달 부재(16)의 제 1 아암(18) 및 제 2 아암(19)은 각도 방향에서 부분적으로 겹치는,

   회전 전기 머신.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 흐름 전달 부재(16)의 제 1 아암(18) 및 제 2 아암(19)은 상기 영구 자석(5)과 면하고 상기 자석(5)과 동축인 원주 방향으로 동일하게(in the same sense) 경사진 각각의 단말 표면들(18a, 19a)을 가지는,

   회전 전기 머신.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 전기 머신은, 상기 회전 전기 머신(1)의 동작을 제어하기 위한 회로들을 하우징하고 상기 권선(23)을 지지하는 보빈(22)과 일체형인 러그들(25)에 고정된 인쇄회로기판(30)을 더 포함하는,

   회전 전기 머신.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 인쇄회로기판(30)은 상기 흐름 전달 부재(16)에 대하여 상기 영구 자석(5)의 반대편측 상에서 배열되는,

   회전 전기 머신.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 회전 전기 머신은 모터로서 동작하며, 상기 회전자(2)의 각진 부분을 가리키는 신호들을 동작 동안 제공하기 위한 상기 영구 자석(5)과 연관된 센서를 더 포함하고, 상기 센서(34)는 상기 인쇄회로기판(30)에 접속된 지지 플레이트(33)상에 장착되고 가능한 상기 자석(5)에 밀접한 존(zone)까지 상기 회전자(2)의 회전 축(A-A)에 평행하게 연장되는,

   회전 전기 머신.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고정자(3)는 상기 회전자(2)의 상기 회전축과 동축인 관형 엘리먼트(9)를 포함하는 지지 부재(7)를 포함하고, 상기 회전자(2)는 샤프트(6)를 포함하고, 상기 샤프트(6)는 상기 고정자(3)의 상기 지지 부재(7)의 상기 관형 엘리먼트(9) 내에서 돌출 방식으로 연장되고 적어도 하나의 부시(14, 15) 또는 유사한 지지 장치에 의해 회전 가능하게 지지되는,

   회전 전기 머신.

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