KR101173387B1 - 계자자 - Google Patents

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요시히또 산가
아끼오 야마기와
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 자속 밀도의 파형을 정현파에 접근시키면서도, 자극 사이에서의 에어 갭 측정을 용이하게 할 수 있는 계자자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 계자자 코어(1)는, 회전축(P)의 둘레에서 노출된 외주(10)와, 회전축(P)의 둘레에서 환형으로 배치되는 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)을 구비하고 있다. 외주(10)와, 회전축(P) 사이의 직경(R)은, 둘레 방향(D)에 있어서의 극 중심(101)과 극간(102) 사이의 영역에 있어서, 극 중심(101)으로부터 극간(102)을 향함에 따라서, 단조 비증가로 감소하고, 계속해서 단조 비감소로 증가한다.

Description

계자자{FIELD ELEMENT}
본 발명은 계자자에 관한 것이며, 특히 매립형의 계자자에 관한 것이다.
특허문헌 1에는 코깅 토크를 저감시킬 수 있는 매립형의 회전자가 기재되어 있다. 당해 회전자는, 회전자 코어와, 당해 회전자 코어에 매립하여 배치되는 4개의 영구 자석을 갖고 있다. 이들 영구 자석은 회전축을 중심으로 환형으로 배치되어 있다. 그리고, 회전자 코어의 외주 형상은, 회전축을 중심으로 한 둘레 방향에 있어서의 영구 자석의 양단부측에서의 직경이, 영구 자석의 중앙측에 있어서의 직경보다도 작은, 소위 꽃잎형의 형상을 갖고 있다.
이에 의해 자속 밀도 분포의 자계 분포를 개선하여 자속 밀도 분포를 정현파 분포에 접근시키고 있다.
또한, 본건에 관련되는 기술은 특허문헌 2 내지 4에 개시되어 있다.
특허문헌1: 일본 특허 공개 제2003-88015호 공보 특허문헌2: 일본 특허 공개 제2007-300796호 공보 특허문헌3: 일본 특허 공개 제2004-104962호 공보 특허문헌4: 일본 특허 공개 제2003-143816호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 영구 자석의 양단부측에서, 회전자와, 회전축에 수직인 방향에서 회전자와 대면하는 고정자와의 사이의 간극(에어 갭)이 크다. 따라서, 영구 자석의 중앙측에서만 에어 갭을 측정하여, 회전자와 고정자를 고정하는 경우가 있다.
따라서, 본 발명은, 코깅 토크를 저감시키면서도, 영구 자석의 양단부에서 에어 갭의 측정을 용이하게 할 수 있는 계자자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 계자자의 제1 형태는, 복수의 계자 자석(20, 21, 22)과, 소정의 축(P)의 둘레에서 노출되는 외주(10)와, 각각에 적어도 하나의 상기 복수의 계자 자석이 관통 삽입되고, 상기 축의 둘레에서 환형으로 배치되는 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30, 31, 33)을 갖는 계자자 코어(1)를 구비하고, 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍의 각각에 관통 삽입되는 상기 적어도 하나의 상기 복수의 계자 자석은 단일의 극성의 자극면을 상기 외주를 향해 배치하고, 하나의 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍과 다른 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍은, 상기 축을 중심으로 한 둘레 방향(D)에 있어서 서로 인접하고, 상기 하나의 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍에 관통 삽입되는 상기 적어도 하나의 상기 복수의 계자 자석의 상기 자극면의 극성과, 상기 다른 상기 복수의 상기 계자 자석 관통 삽입 구멍에 관통 삽입되는 상기 적어도 하나의 상기 복수의 계자 자석의 상기 자극면의 극성은 서로 상이하고, 상기 하나의 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍의 상기 둘레 방향에 있어서의 중앙이 위치하는 상기 둘레 방향의 제1 위치(101)와, 상기 하나의 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍과 상기 다른 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍 사이의 상기 둘레 방향에 있어서의 중앙이 위치하는 상기 둘레 방향의 제2 위치(102)와의 사이에서, 상기 축과 상기 외주 사이의 거리(R)는, 상기 둘레 방향을 따라 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치를 향함에 따라서 단조 비증가로 감소하고, 계속해서 단조 비감소로 증대한다.
본 발명에 관한 계자자의 제2 형태는, 제1 형태에 관한 계자자이며, 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 각각은, 상기 둘레 방향(D)에 있어서의 양단부에서, 자신에 관통 삽입되는 상기 적어도 하나의 상기 복수의 계자 자석(21, 22)보다도 상기 외주(10)측에 제1 공극부(31)를 갖고, 상기 계자자 코어(1)는, 상기 둘레 방향(D)에서 상기 제1 공극부와 이격하여, 상기 제1 공극부에 대하여 상기 제1 위치(101)측에서 상기 외주를 따라 배치된 제2 공극부(32)를 더 구비하고, 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치 사이에서 상기 거리(R)가 감소로부터 증대로 바뀌는 상기 외주 상의 점(11)이, 상기 둘레 방향에 있어서의 상기 제2 공극부의 상기 제1 위치측의 단부(321)보다도, 상기 둘레 방향에 있어서 상기 제2 위치측에 위치한다.
본 발명에 관한 계자자의 제3 형태는, 제1 형태에 관한 계자자이며, 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 각각은, 상기 둘레 방향(D)에 있어서의 양단부에서, 자신에 관통 삽입되는 상기 적어도 하나의 상기 복수의 계자 자석(21, 22)보다도 상기 외주(10)측에 상기 외주(10)로 향하는 방향 및 상기 외주를 따라 상기 제1 위치(101)로 향하는 방향으로 연장되는 공극부(33)를 갖고, 상기 제1 위치(101)로부터 상기 제2 위치(102) 사이에서 상기 거리(R)가 감소로부터 증대로 바뀌는 상기 외주(10) 상의 점(11)이, 상기 둘레 방향에 있어서의 상기 공극부의 상기 제1 위치측의 단부(331)보다도, 상기 둘레 방향에 있어서 상기 제2 위치측에 위치한다.
본 발명에 관한 계자자의 제4 형태는, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 형태에 관한 계자자이며, 상기 하나의 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)에 관통 삽입되는 상기 적어도 하나의 상기 복수의 계자 자석의, 상기 둘레 방향에 있어서의 양단부끼리를 연결하는 직선에 대하여, 상기 둘레 방향(D)에 있어서의 상기 하나의 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍의 상기 중앙은 상기 축(P)측에 위치한다.
본 발명에 관한 계자자의 제5 형태는, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 형태에 관한 계자자이며, 상기 적어도 하나의 상기 복수의 계자 자석(20)의 유지력은, 자신이 삽입되는 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 상기 중앙측보다도, 상기 계자 자석 관통 삽입 구멍의 상기 둘레 방향에 있어서의 단부측에서 크다.
본 발명에 관한 계자자의 제6 형태는, 제1 내지 제5 중 어느 하나의 형태에 관한 계자자이며, 상기 적어도 하나의 상기 복수의 계자 자석(20)의 에너지곱은, 자신이 삽입되는 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 상기 중앙측보다도, 상기 계자 자석 관통 삽입 구멍의 상기 둘레 방향에 있어서의 단부측에서 크다.
본 발명에 관한 계자자의 제7 형태는, 제1 내지 제6 중 어느 하나의 형태에 관한 계자자이며, 상기 적어도 하나의 상기 복수의 계자 자석은 복수의 계자 자석이며, 상기 하나의 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)에 관통 삽입된 당해 복수의 계자 자석끼리는 상기 둘레 방향(D) 또는 상기 축(P)에 평행한 방향에서 인접하고 있다.
본 발명에 관한 계자자의 제1 형태에 따르면, 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍에 관통 삽입되는 적어도 하나의 계자 자석은, 당해 계자 자석 관통 삽입 구멍의 외주측의 계자자 코어를, 계자자의 하나의 자극으로서 기능시킨다. 그리고 둘레 방향에 있어서 서로 인접하는 계자 자석 관통 삽입 구멍이 각각의 외주측의 계자자 코어로 기능시키는 자극끼리는, 서로 극성이 상이하다. 제1 위치는 당해 자극의 중심(자극 중심)이며, 제2 위치는 당해 자극끼리의 사이(자극 사이)이다. 그리고 제1 위치로부터 제2 위치를 향함에 따라서 축과 외주와의 사이의 거리가 감소하고 있다. 당해 거리의 감소에 기인하여 자기 저항이 증대하므로, 계자 자석에 의해 외주의 표면에 발생하는 자속 밀도의 파형을, 자극 사이에서 최소, 자극 중심에서 최대로 되는 정현파에 접근시킬 수 있다.
그리고, 자극 사이에 있어서 다시 당해 거리가 증대하고 있다. 단 자극 사이에서는 자속 밀도가 작으므로, 자기 저항이 감소해도 자속 밀도의 파형에 미치는 영향은 작다. 따라서 회전축에 평행한 방향에서 계자자와 대향하는 전기자를 설치한 경우에, 자속 밀도의 파형을 정현파에 접근시키면서도, 자극 사이에 있어서 계자자와 전기자 사이의 간극(에어 갭)을 저감시킬 수 있다. 따라서, 당해 자극 사이에서의 계자자와 전기자 사이의 거리를 용이하게 측정할 수 있다. 나아가 계자자와 전기자 사이의 거리를 측정하는 위치를 증가시킬 수 있어, 계자자와 전기자 사이의 상대 위치를 고정밀도로 고정할 수 있다.
본 발명에 관한 계자자의 제2 형태에 따르면, 제1 위치로부터 제2 위치를 향함에 따라서 거리가 감소하는 영역에서는, 거리의 감소에 기인하여 자기 저항이 증대하고, 계속해서 제2 위치를 향함에 따라서 거리가 증대하는 영역에서는 제2 공극부에 기인하여 자기 저항을 증대시킬 수 있다. 통상적으로, 외주에 발생하는 자속 밀도의 파형을 정현파에 접근시키기 위해서는, 제1 위치에 가까울수록, 자기 저항의 증대를 작게 한다. 제2 형태에 관한 계자자에 따르면, 제1 위치에 가까운 위치에서는 거리의 감소에 기초하여 자기 저항을 조정할 수 있으므로, 미세한 자기 저항의 조정을 가능하게 할 수 있다. 또한, 제1 공극부와 제2 공극부가 이격되어 있으므로, 계자자 코어의 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관한 계자자의 제3 형태에 따르면, 제1 위치로부터 제2 위치를 향함에 따라서 거리가 감소하는 영역에서는, 거리의 감소에 기인하여 자기 저항이 증대하고, 계속해서 제2 위치를 향함에 따라서 거리가 증대하는 영역에서는 공극부에 기인하여 자기 저항을 증대시킬 수 있다. 통상적으로, 외주에 발생하는 자속 밀도를 정현파에 접근시키기 위해서는, 제1 위치에 가까울수록, 자기 저항의 증대를 작게 한다. 제3 형태에 관한 계자자에 따르면, 제1 위치에 가까운 위치에서는 거리의 감소에 기초하여 자기 저항을 조정할 수 있으므로, 미세한 자기 저항의 조정을 가능하게 할 수 있다.
본 발명에 관한 계자자의 제4 형태에 따르면, 하나의 자극에 있어서 계자 자석이 외주측을 향함에 따라서 자극 중심으로부터 자극 사이로 향해 경사져 있으므로, 제1 위치측의 자속 밀도를 향상시킬 수 있고, 이로써 더욱 자속 밀도를 정현파에 접근시킬 수 있다.
본 발명에 관한 계자자의 제5 형태에 따르면, 감자(減磁) 내력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관한 계자자의 제6 형태에 따르면, 둘레 방향에 있어서의 외주의 중앙에서 높은 자속 밀도를 발생시킬 수 있다.
본 발명에 관한 계자자의 제7 형태에 따르면, 계자 자석 표면을 흐르는 와전류를 저감시킬 수 있다. 통상적으로, 계자 자석의 온도 상승에 수반하여 감자하기 쉬워진다. 따라서, 와전류를 저감시킴으로써 쥴 열을 저감시킬 수 있고, 이로써 감자 내력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 목적, 특징, 국면, 및 이점은 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해 더욱 명백해진다.
도 1은 실시 형태에 관한 계자자의 개략적인 단면도.
도 2는 실시 형태에 관한 계자자의 다른 일례의 개략적인 단면도.
도 3은 실시 형태에 관한 계자자의 개략적인 단면도.
도 1은, 본 발명에 관한 실시 형태의 계자자의 개략적인 단면도이다. 도 1은 회전축(P)에 수직인 단면에 있어서의 계자자의 개략 구성을 도시하고 있다. 본 계자자는, 계자자 코어(1)와, 복수의 계자 자석(20)을 구비하고 있다.
계자자 코어(1)는, 회전축(P)의 둘레에서 노출되는 외주(10)와, 회전축(P)의 둘레에서 환형으로 배치되는 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)과, 공극부(32)와, 샤프트 구멍(40)과, 볼트 또는 핀용의 구멍(50)을 갖고 있다.
샤프트 구멍(40)은 회전축(P)을 포함하는 영역에, 회전축(P)과 평행한 방향으로 계자자 코어(1)를 관통하여 형성되어 있다. 단, 반드시 샤프트 구멍(40)은 필요하지는 않다. 예를 들어 회전축(P)에 평행한 방향에 있어서의 계자자 코어(1)의 양단부에 단부판을 설치하고, 당해 단부판에 샤프트가 장착된 형태이면, 샤프트 구멍(40)은 불필요하다.
구멍(50)은 예를 들어 회전축(P)의 둘레에서 환형으로 배치되고, 회전축(P)에 대하여 평행한 방향으로 계자자 코어(1)를 관통하고 있다. 당해 구멍(50)에는 핀 또는 볼트가 삽입된다. 예를 들어 계자자 코어(1)를 양측으로부터 단부판에서 끼우고, 구멍(50)을 통해 전체를 핀 또는 볼트로 고정한다. 단, 예를 들어 계자자 코어(1)와 단부판을 용접으로 고정하는 형태이면 구멍(50)은 반드시 필요하지는 않다.
복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)은 회전축(P)의 둘레에 환형으로 배치되어 있다. 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 각각에는 적어도 하나의 계자 자석이 관통 삽입된다. 도 1에 있어서는, 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 각각에 2개의 계자 자석(21, 22)이 각각 관통 삽입되어 있는 형태가 예시되어 있다. 계자 자석(21, 22)은 외주(10)측의 계자자 코어(1)를 자극으로서 기능시킨다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)에 관통 삽입되는 계자 자석(21, 22)의 1세트를 계자 자석(20)이라 호칭한다.
계자 자석(20)의 자극면은, 단일의 자극을 외주측을 향해 배치된다. 여기서는 각각의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)에 관통 삽입되는 계자 자석(21, 22)끼리 동일한 극성의 자극면을 외주(10)를 향해 배치되어 있다. 회전축(P)을 중심으로 한 둘레 방향(D)에 있어서 인접하는 한 쌍의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의, 한쪽에 관통 삽입되는 계자 자석(21, 22)이 외주(10)를 향하는 자극면과, 다른 쪽에 관통 삽입되는 계자 자석(21, 22)이 향하는 자극면은, 서로 극성이 상이하다. 따라서, 둘레 방향(D)에 있어서 서로 인접하는 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)이 각각의 외주(10)측의 계자자 코어(1)에 기능시키는 자극끼리는, 서로 극성이 상이하다.
또한 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)은 그 둘레 방향의 단부에 공극부(31)를 갖고 있어도 된다. 공극부(31)는 계자 자석(20)의 양단부보다도 외주측에 배치되어 있다. 공극부(31)는 필수 요건은 아니지만, 이에 의해 계자 자석(20)의 누설 자속을 저감시킬 수 있다.
공극부(32)는 둘레 방향에 있어서 공극부(31)와 이격되고, 공극부(31)에 대하여, 둘레 방향(D)에 있어서의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 중앙측(후술하는 극 중심(101)측)에서 외주(10)를 따라 배치되어 있다. 또한, 공극부(32)도 필수 요건은 아니다. 공극부(32)의 기능에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.
회전축(P)과 외주(10) 사이의 직경(R)은 둘레 방향(D)에 따라서 일정하지 않다. 여기서, 둘레 방향(D)에 있어서의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 중앙을 극 중심(101)이라 칭한다. 둘레 방향(D)에 있어서 인접하는 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)끼리의 사이의 중앙을 극간(102)이라 칭한다. 직경(R)은, 극 중심(101)과 극간(102)과의 둘레 방향(D)에 있어서의 사이의 영역에서, 둘레 방향(D)을 따라 극 중심(101)으로부터 극간(102)을 향함에 따라서 단조 비증가로 감소하고, 계속해서 단조 비감소로 증대하고 있다.
그리고, 이러한 계자자에 대하여, 회전축(P)을 중심으로 한 직경 방향에서 대향하도록 전기자를 배치함으로써 회전 전기 기기를 구성할 수 있다. 본 계자자에 있어서는, 극 중심(101)으로부터 극간(102)을 향함에 따라서 직경(R)이 단조 비증가로 감소하고 있다. 따라서 극 중심(101)으로부터 극간(102)을 향함에 따라서 계자자와 전기자 사이의 거리(에어 갭)가 커진다. 따라서 극 중심(101)으로부터 극간(102)을 향함에 따라서 자기 저항이 증대하고, 이로써 계자 자석(20)이 발생시키는 자속 밀도의 파형을 정현파에 접근시킬 수 있다.
한편, 극간(102)측에 있어서 다시 직경(R)이 증대하고 있다. 단, 극간(102)측에서는 계자 자석(20)이 발생시키는 자속 밀도가 작으므로, 극간(102)측에서 에어 갭이 감소하여 자기 저항이 감소해도, 당해 자기 저항이 자속 밀도의 파형에 미치는 영향은 작다. 이에 의해, 자속 밀도의 파형을 정현파에 접근시키면서도, 극간(102)측에 있어서 계자자와 전기자 사이의 거리를 용이하게 측정할 수 있다. 나아가 계자자와 전기자 사이의 거리를 측정하는 위치를 증가시킬 수 있어, 계자자와 전기자 사이의 상대 위치를 고정밀도로 고정할 수 있다.
다음에 공극부(32)에 대하여 상세하게 설명한다. 공극부(32)는 극 중심(101)을 향함에 따라서, 회전축(P)을 중심으로 한 직경 방향에 있어서의 폭이 좁아지는 형상을 갖고 있다. 그리고, 직경(R)이 둘레 방향(D)에 있어서 감소로부터 증대로 바뀌는 외주(10) 상의 점(11)은, 둘레 방향(D)에 있어서의 극 중심(101)측의 공극부(32)의 일단부(321)보다도 극간(102)측에 위치하고 있다. 또한, 회전축(P)을 중심으로 한 각도를 θ로 하면, 둘레 방향(D)에 있어서의 직경(R)의 증대율(dR/dθ)은, 둘레 방향(D)이 동일한 위치에 있어서의 공극부(32)의 직경 방향의 폭(H)의 증대율(dH/dθ)보다도 작다.
직경(R)이 극 중심(101)으로부터 극간(102)을 향함에 따라서 단조 비증가로 감소함으로써, 극 중심(101)으로부터 극간(102)을 향함에 따라서 자기 저항을 증대시킨다. 계속해서 직경(R)이 증대한 영역에서는 공극부(32)에 의해 자기 저항을 증대시킬 수 있다. 따라서, 직경(R)이 증대하는 영역이어도 자기 저항을 증대시킬 수 있으므로, 자속 밀도를 더욱 정현파에 접근시킬 수 있다.
또한, 공극부(32)에 의해 직경(R)을 저감시키지 않고 자기 저항을 증대시킬 수 있으므로, 계자자와 전기자 사이의 거리가 증대하지 않는다. 따라서, 공극부(32)가 존재하는 위치에 있어서도 당해 거리의 측정을 용이하게 할 수 있다.
또한, 극 중심(101)으로부터 극간(102)을 향해 자기 저항을 미세하게 조정한다는 관점에서는, 공극부(32)를 형성하는 것보다도 직경(R)을 둘레 방향에 의존하여 감소시키는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 공극부(32)의 일단부(321)측의 형상은 실제로는 라운딩을 띠고 있으므로, 직경 방향에 있어서의 공극부(32)의 폭이 작은 영역에서는 당해 폭의 미세한 조정에 한계가 있기 때문이다. 또한, 예를 들어 공극부(32)를 펀칭에 의해 형성하는 경우, 일단부(321)측의 형상이 예리한 형상이 될수록, 펀칭 부재의 내구성에 문제가 발생한다.
한편, 극 중심(101)으로부터 둘레 방향(D)에 따라서 연속적으로 직경(R)을 미세하게 조정하는 것은, 공극부(32)의 폭을 조정하는 것에 비해 실현이 용이하다. 예를 들어 외주(10)를 깎으면 되기 때문이다. 또한, 예를 들어 펀칭으로 형성하는 경우이어도, 외주(10)는 둔각으로 연속되므로, 펀칭 부재의 내구성에 문제가 발생하기 어렵다.
본 실시 형태에서는, 극 중심(101)측으로부터 극간(102)을 향함에 따라서 일단은 직경(R)을 감소시켜 자기 저항을 증대시키고, 또한 공극부(32)에 의해 자기 저항을 증대시키고 있다. 따라서, 극 중심(101)측에 자기 저항의 미세한 조정을 행하면서도, 극간(102)측에서의 직경(R)의 저감을 방지할 수 있다. 또한, 공극부(32)의 일단부(321)측의 선단 형상의 각도를 작게 할 필요가 없으므로, 공극부(32)를 용이하게 형성할 수 있다. 공극부(32)를 펀칭에 의해 형성하는 경우이면, 펀칭 부재의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 둘레 방향(D)에 있어서의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 중앙은, 계자 자석(20)의 둘레 방향(D)에 있어서의 양단부끼리를 연결하는 직선에 대하여, 회전축(P)측에 위치하고 있다. 즉, 계자 자석(21, 22)은 V자 형상으로 배치되어 있다. 이에 의해, 계자 자석(21, 22)이 발생시키는 자속 밀도를 극 중심(101)측에 집중시킬 수 있다. 따라서, 자속 밀도의 파형을 더욱 정현파에 접근시킬 수 있다. 또한 이 경우, 극 중심(101)측에 있어서, 계자 자석(20)이 발생시키는 자속 밀도를 자기 저항에 의해 저감시켜 정현파에 접근시킬 필요가 없다. 따라서, 직경(R)이 극 중심(101)으로부터 둘레 방향에 있어서의 소정의 영역(도 1에 있어서 극 중심(101)으로부터 점(12)까지의 영역, 단, 점(12)은 점(11)에 대하여 극 중심(101)측에 위치함)에서 일정하게 할 수 있고, 이로써 계자 자석(20)이 발생시키는 자속 밀도를 유효하게 활용할 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 계자자에 있어서는, 공극부(31, 32)가 서로 이격되어 있는 형태가 도시되어 있지만, 반드시 이것에 한정되지 않는다. 도 2는 실시 형태에 관한 계자자의 다른 일례를 나타내는 개념적인 단면도이다. 도 2는 회전축(P)에 수직인 단면에 있어서의 계자자의 개략 구성을 도시하고 있다.
도 1에 도시한 계자자와 비교하여, 계자자 코어(1)는 공극부(31, 32) 대신에 공극부(33)를 갖고 있다. 공극부(33)는 둘레 방향(D)에 있어서의 계자 자석(20)의 양단부로부터, 외주(10)로 향하는 방향 및 외주(10)를 따라 극 중심(101)으로 향하는 방향으로 연장되어 있다. 공극부(33)는, 그 직경 방향의 폭이 극 중심(101)으로 향함에 따라서 좁아지는 형상을 갖고 있다.
직경(R)이 감소로부터 증대로 바뀌는 점(11)은, 둘레 방향(D)에 있어서의 공극부(33)의 극 중심(101)측의 일단부(331)보다도 극간(102)측에 위치하고 있다. 또한, 둘레 방향(D)에 있어서의 직경(R)의 증대율은, 둘레 방향(D)이 동일한 위치에 있어서의 공극부(33)의 직경 방향의 폭의 증대율보다도 작다.
이러한 구성의 계자자이어도, 도 1에 도시한 계자자와 마찬가지의 효과를 초래할 수 있다.
단, 도 1에 도시한 바와 같이, 공극부(31, 32) 사이에 계자자 코어(1)가 존재함으로써, 계자자 코어(1)의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 공극부(31, 32) 사이의 계자자 코어(1)는 브리지라고 파악할 수 있다.
도 3은, 종래의 계자자와 전기자를 갖는 전동기에 있어서, 계자 자석에 역 자계가 발생했을 때의, 자속선 및 계자 자석 내부의 자속 밀도를 나타내고 있다. 단, 후술하는 계자 자석(70) 중, 도 1에 있어서 우측에 위치하는 계자 자석(70)만, 그 내부의 자속 밀도가 나타내어지고, 다른 계자 자석(70)에 대해서는 자속선이 나타내어지고 있다. 종래의 계자자는, 예를 들어 계자자 코어(7)와, 계자 자석(70)을 구비하고 있다. 계자 자석(70)은 평판 형상의 형상을 갖고, 회전축(P)의 둘레에서 환형으로 배치되어 있다. 전기자는, 회전축(P)과는 반대측으로부터 당해 계자자와 대향하도록 배치된다. 전기자는, 회전축(P)측으로 돌출되는 티스(61)를 갖는 전기자 코어(6)를 구비하고 있다. 또한, 티스(61)에 권회되는 전기자 권선에 대해서는 도시를 생략하고 있다.
도 3에 있어서는, 하나의 계자 자석(70)이 하나의 티스(61)와 정면에서 대향했을 때의, 자속선과, 계자 자석(70)의 내부의 자속 밀도를 나타내고 있다. 또한, 자속의 방향을 블록 화살표로 나타내고 있다. 당해 하나의 계자 자석(70)에는 역 자계가 인가되어 있다. 그리고, 둘레 방향(D)에 있어서의 당해 하나의 계자 자석(70)의 일단부측에 있어서의 자속 밀도가 확대되어 도시되어 있다. 자속 밀도의 고저가 등고선(801 내지 803)으로 나타내어져 있다. 등고선(801 내지 803)은 이 순서로 자속 밀도가 작은 것을 나타내고 있다.
등고선(803)으로 나타내어지는 영역에 있어서, 자속 밀도가 저감되고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 당해 일단부에 있어서 계자 자석(70)이 감자되기 쉽다. 또한, 계자 자석(70)의 타단부에 대해서도 마찬가지이다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 계자자에 있어서는, 계자 자석(20)의 보자력(保磁力)은 둘레 방향(D)에 있어서의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 중앙보다도 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 단부측에서 큰 것이 바람직하다. 이에 의해, 계자 자석(20)의 단부측에서 감자 내력을 향상시킬 수 있다.
또한, 계자 자석(20)의 에너지곱은, 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 중앙측보다도, 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 단부측에서 큰 것이 바람직하다. 이에 의해, 둘레 방향(D)에 있어서의 외주(10)의 각 자극면의 중앙에서 높은 자속 밀도를 발생시킬 수 있다.
또한, 도 1, 도 2에 있어서는, 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)에는 2개의 계자 자석(21, 22)이 관통 삽입되고, 계자 자석(21, 22)끼리는 둘레 방향(D)으로 평행한 방향에서 인접하고 있다. 계자 자석(21, 22)의 상호간에는 절연체(공기)가 개재되므로, 계자 자석(20)을 흐르는 와전류를 저감시킬 수 있다. 통상적으로, 계자 자석은 그 온도 상승에 수반하여 감자되기 쉬워진다. 따라서, 와전류를 저감시킴으로써 쥴 열을 저감시킬 수 있고, 이로써 감자 내력을 향상시킬 수 있다. 또한, 계자 자석(21, 22)은 회전축(P)에 평행한 방향으로 인접하고 있어도 된다. 또한, 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)에 3개 이상의 계자 자석이 관통 삽입되어 있어도 된다.
본 발명은 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은 모든 국면에 있어서 예시이며, 본 발명이 그것에 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것이라 이해된다.

Claims (7)

  1. 복수의 계자 자석(20, 21, 22)과,
    소정의 축(P)의 둘레에서 노출되는 외주(10)와, 각각에 상기 복수의 계자 자석 중 하나 이상이 관통 삽입되고, 상기 축의 둘레에서 환형으로 배치되는 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)을 갖는 계자자 코어(1)를 구비하고,
    상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍의 각각에 관통 삽입되는 하나 이상의 계자 자석은 단일의 극성의 자극면을 상기 외주를 향해 배치하고,
    상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍 중 축을 중심으로 한 둘레 방향(D)에 있어서 서로 인접한 2개의 계자 자석 관통 삽입 구멍 중에서, 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍에 관통 삽입되는 하나 이상의 계자 자석의 자극면의 극성과, 다른 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍에 관통 삽입되는 하나 이상의 계자 자석의 자극면의 극성이 서로 상이하고,
    상기 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍의 둘레 방향에 있어서의 중앙이 위치하는 제1 위치(101)와, 상기 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍과 상기 다른 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍 사이의 둘레 방향에 있어서의 중앙이 위치하는 제2 위치(102)와의 사이에서, 축과 외주 사이의 거리(R)는, 둘레 방향을 따라 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치를 향함에 따라서 단조 비증가로 감소하고, 계속해서 단조 비감소로 증대하며,
    상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 각각은, 상기 둘레 방향(D)에 있어서의 양단부에서, 자신에 관통 삽입되는 상기 복수의 계자 자석(21, 22) 중 하나 이상보다도 상기 외주(10)측에 제1 공극부(31)를 갖고,
    상기 계자자 코어(1)는, 상기 둘레 방향(D)에서 상기 제1 공극부와 이격하여, 상기 제1 공극부에 대하여 상기 제1 위치(101)측에서 상기 외주를 따라 배치된 제2 공극부(32)를 더 구비하고,
    상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치 사이에서 상기 거리(R)가 감소로부터 증대로 바뀌는 상기 외주 상의 점(11)이, 상기 둘레 방향에 있어서의 상기 제2 공극부의 상기 제1 위치측의 단부(321)보다도, 상기 둘레 방향에 있어서 상기 제2 위치측에 위치하며,
    상기 둘레 방향으로 동일한 위치에 있어서, 상기 둘레 방향에 있어서의 상기 거리의 증대율은, 상기 제2 공극부의 상기 축을 중심으로 한 직경 방향의 폭의 상기 둘레 방향에 있어서의 증대율보다 작은, 계자자.
  2. 복수의 계자 자석(20, 21, 22)과,
    소정의 축(P)의 둘레에서 노출되는 외주(10)와, 각각에 상기 복수의 계자 자석 중 하나 이상이 관통 삽입되고, 상기 축의 둘레에서 환형으로 배치되는 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)을 갖는 계자자 코어(1)를 구비하고,
    상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍의 각각에 관통 삽입되는 하나 이상의 계자 자석은 단일의 극성의 자극면을 상기 외주를 향해 배치하고,
    상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍 중 축을 중심으로 한 둘레 방향(D)에 있어서 서로 인접한 2개의 계자 자석 관통 삽입 구멍 중에서, 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍에 관통 삽입되는 하나 이상의 계자 자석의 자극면의 극성과, 다른 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍에 관통 삽입되는 하나 이상의 계자 자석의 자극면의 극성이 서로 상이하고,
    상기 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍의 둘레 방향에 있어서의 중앙이 위치하는 제1 위치(101)와, 상기 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍과 상기 다른 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍 사이의 둘레 방향에 있어서의 중앙이 위치하는 제2 위치(102)와의 사이에서, 축과 외주 사이의 거리(R)는, 둘레 방향을 따라 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치를 향함에 따라서 단조 비증가로 감소하고, 계속해서 단조 비감소로 증대하며,
    상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 각각은, 상기 둘레 방향(D)에 있어서의 양단부에서, 자신에 관통 삽입되는 상기 복수의 계자 자석(21, 22) 중 하나 이상보다도 상기 외주(10)측에 상기 외주(10)로 향하는 방향 및 상기 외주를 따라 상기 제1 위치(101)로 향하는 방향으로 연장되는 공극부(33)를 갖고,
    상기 제1 위치(101)로부터 상기 제2 위치(102) 사이에서 상기 거리(R)가 감소로부터 증대로 바뀌는 상기 외주(10) 상의 점(11)이, 상기 둘레 방향에 있어서의 상기 공극부의 상기 제1 위치측의 단부(321)보다도, 상기 둘레 방향에 있어서 상기 제2 위치측에 위치하며,
    상기 둘레 방향으로 동일한 위치에 있어서, 상기 둘레 방향에 있어서의 상기 거리의 증대율은, 상기 공극부의 상기 축을 중심으로 한 직경 방향의 폭의 상기 둘레 방향에 있어서의 증대율보다 작은, 계자자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)에 관통 삽입되는 하나 이상의 계자 자석의, 상기 둘레 방향에 있어서의 양단부끼리를 연결하는 직선에 대하여, 상기 둘레 방향(D)에 있어서의 상기 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍의 상기 중앙은 상기 축(P)측에 위치하는, 계자자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 계자 자석(20) 중 하나 이상의 보자력은, 자신이 삽입되는 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 하나의 상기 중앙의 측보다도, 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍의 상기 하나의 상기 둘레 방향에 있어서의 단부측에서 큰, 계자자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 계자 자석(20) 중 하나 이상의 에너지곱은, 자신이 삽입되는 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)의 하나의 상기 중앙의 측보다도, 상기 복수의 계자 자석 관통 삽입 구멍의 상기 하나의 상기 둘레 방향에 있어서의 단부측에서 큰, 계자자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)에 관통 삽입되는 계자 자석은 복수의 계자 자석이며, 상기 하나의 계자 자석 관통 삽입 구멍(30)에 관통 삽입된 상기 복수의 계자 자석끼리는 상기 둘레 방향(D) 또는 상기 축(P)에 평행한 방향에서 인접하고 있는, 계자자.
  7. 삭제
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