KR101339516B1 - 영구자석 전기기기의 회전자를 위한 회전자 세그먼트 - Google Patents

영구자석 전기기기의 회전자를 위한 회전자 세그먼트 Download PDF

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Abstract

회전자 세그먼트(101, 102, 103, 104)로 이루어진 영구자석 회전자의 자기극은, 이웃하는 회전자 세그먼트(101, 104)에 속하는 인접하는 자기극의 자기축(114, 116) 사이의 접선 간격이, 동일한 회전자 세그먼트(101)에 속하는 인접하는 자기극의 자기축(114, 117) 사이의 접선 간격의 평균 보다 크게 형성되도록 위치한다. 따라서, 상기 세그먼트의 상기 플랭크(107, 108)로부터 가장 가까운 영구 자석까지의 상기 접선 거리는 증가할 수 있고, 상기 회전자 세그먼트를 서로 체결할 수 있는 더 많은 배치 공간(121, 122)이 마련될 수 있다. 상기 자기극의 상술된 위치설정은 상기 영구자석 회전자 및 상기 고정자 권선 사이의 상기 자기 커플링을 감소시키나, 코깅 토크 또한 감소될 수 있다.

Description

영구자석 전기기기의 회전자를 위한 회전자 세그먼트{A Rotor Segment for a Rotor of a Permanent Magnet Electrical Machine}
본 발명은 일반적으로 회전 전기기기에 관련된 발명이다. 보다 상세하게는, 영구자석 전기기기의 회전자를 위한 회전자 세그먼트 및 영구자석 전기기기에 관련된 발명이다.
예를 들어 에어갭(air gap) 지름이 2000mm 이상 마련될 수 있는 직접 구동형 풍력발전기와 같은 대구경 전기기기는 많은 경우 분할형(segmented) 고정자 및/또는 분할형 회전자를 포함한다. 일반적인 경우, 상기 회전자 세그먼트 및/또는 상기 고정자 세그먼트는 한 장소에서 제조되고, 또 다른 장소로 운송되어 상기 세그먼트들로 전기기기가 조립된다. 영구자석 전기기기의 회전자 세그먼트는 일반적으로 지지부 및 상기 지지부에 부착된 영구자석을 포함한다. 상기 영구 자석은 상기 회전자 세그먼트의 에어갭 면 상에 자기극(magnetic pole)이 형성되도록 배치된다. 상기 회전자 세그먼트가 영구자석 전자기기의 일부분으로 사용될 때, 상기 에어갭 면은 회전자 세그먼트에서 상기 영구자석 전기기기의 고정자를 마주보는 면이다. 상술된 유형의 회전자 세그먼트의 영구자석 회전자를 조립하는데 있어서 문제점 중 하나는, 인접하는 회전자 세그먼트를 함께 체결하는 것과 관련된다. 손상되기 쉬운 영구자석들이 근접하여 체결되는 점에 있어서 수단 및 방법이 제한된다. 또 다른 문제점은 상기 회전자 세그먼트의 운송에 관련된다. 왜냐하면 특히 표면에 장착된(surface mounted) 영구자석을 갖는 구조와 관련하여, 상기 회전자 세그먼트의 플랭크(flank)에 가장 가까운 상기 영구자석이 운송 중 손상될 수 있기 때문이다.
본 발명의 제1특징에 의하여, 새로운 영구자석 전기기기가 제공된다. 본 발명에 따른 상기 영구자석 전기기기에 있어서, 영구자석 회전자의 자기극은 회전자 세그먼트를 포함하고, 이웃하는 회전자 세그먼트에 속하는 인접하는 자기극의 자기축 사이의 접선 간격이, 동일한 회전자 세그먼트에 속하는 인접하는 자기극의 자기축 사이의 접선 간격의 평균보다 크게 형성되도록 위치한다. 따라서, 상기 회전자 세그먼트의 플랭크로부터 가장 가까운 영구자석까지의 상기 접선 거리는 증가할 수 있고, 따라서, 상기 회전자 세그먼트를 서로 체결하기 위한 더 많은 배치 공간이 마련될 수 있다. 더 나아가, 특히 표면 실장형 영구자석을 갖는 구조물에 관련하여, 상기 영구자석이 상기 플랭크로부터 더 멀기 때문에 운송 시 손상 취약성은 감소된다. 상기 자기극의 상술된 위치설정은 상기 영구자석 전기기기의 상기 영구자석 회전자 및 상기 고정자 권선 사이의 상기 자기 커플링(magnetic coupling)을 감소시키나, 코깅 토크(cogging torque) 또한 감소될 수 있다.
본 발명의 제2특징에 의하여, 영구자석 전기기기의 회전자를 위한 새로운 회전자 세그먼트가 제공된다. 본 발명에 따른 회전자 세그먼트의 제1 및 제2플랭크 사이의 중심각 φ가 최대 π라디안, 즉, 180도로 마련되고, 상기 회전자 세그먼트는 지지부와 상기 지지부에 부착된 영구자석을 포함한다. 상기 영구자석은 상기 회전자 세그먼트의 에어갭 면 상에 자기극이 형성되도록 배치되고, 상기 회전자 세그먼트가 상기 영구자석 전자기기의 일부분으로 사용될 때, 상기 에어갭 면은 상기 영구자석 전자기기의 고정자를 마주보도록 상기 자기극은 상기 에어갭 면 상에 위치하여서,
α1 = φ/2p + B1/Rag 및
α2 = φ/2p + B2/Rag 로 표현되며, 여기서,
α1은 상기 회전자 세그먼트의 제1플랭크와 상기 제1플랭크에 가장 가까운 자기극의 자기축 사이의 중심각이고,
α2는 상기 회전자 세그먼트의 제2플랭크와 상기 제2플랭크에 가장 가까운 자기극의 자기축 사이의 중심각이고,
p는 상기 회전자 세그먼트의 자기극의 수이고,
Rag는 상기 회전자 세그먼트의 에어갭의 반지름이고, 그리고,
B1 및 B2는, 상기 회전자 세그먼트가 영구자석 전기기기의 일부분으로 사용될 때, 이웃하는 회전자 세그먼트의 영구자석 사이에서 충분한 접선 간격이 얻어질 수 있도록 선택되는 접선 길이이다. B1 및 B2에 적합한 값은 상기 회전자 세그먼트의 규모와 기계적 구조 및/또는 상기 고정자 권선의 형상에 따라 특정한 방법으로 표현된다. 실제 경우에서, B1 및 B2를 위한 하한 값은 5mm이다. B1/Rag 및 B2/Rag는 아치를 반지름으로 나누는 값을 라디안 각으로 나타내는 일반적인 규칙을 나타낸다.
본 발명의 많은 바람직한 실시예들은 첨부된 종속항에서 설명된다.
구조물 및 작동 방법 모두에 관한 본 발명의 다양한 바람직한 실시예는 추가적인 목적 및 그것의 장점과 함께, 첨부되는 도면과 연관 지어 읽을 때, 특정 바람직한 실시예의 이하 설명으로부터 가장 잘 이해될 수 있다.
"포함한다"는 용어는 본 명세서 내에서 개방된 제한으로서 사용되고, 설명되지 않은 특징들의 존재를 배제하지도 요구하지도 않는다. 종속항에서 설명되는 특징은 명확히 설명되지 않는 이상, 상호간 자유롭게 결부될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 그것의 장점은 실시예들의 의미 내에서와 부수된 도면을 참고로 하여 이하보다 상세하게 설명되고:
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 영구자석 전기기기의 단면을 나타낸 단면도이고, 그리고
도2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 영구자석 전기기기의 단면을 나타낸 단면도이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 영구자석 전기기기의 단면을 나타낸 단면도이다. 도1에서 도시된 바와 같이, 상기 영구자석 전기기기는 외전형 기기이고, 회전자는 고정자를 둘러싸도록 배치된다. 상기 고정자는 고정자 세그먼트(125, 126, 127, 128)로 조립되는 분할형 고정자 코어를 포함한다. 고정자 권선은 반드시는 아니지만 바람직하게는, 상기 고정자 권선의 각 코일이 상기 고정자 코어의 세그먼트 하나에만 속하는 고정자 슬롯을 차지하는 방식으로 배치된다. 이러한 경우, 상기 고정자 세그먼트는 각각 분리되어 권취될 수 있고, 상기 고정자 코어를 조립한 후 서로 다른 고정자 세그먼트의 권선의 단자만이 적합한 방식으로 연결되어야 한다. 도1에 나타나는 상기 영구자석 전기기기의 상기 회전자는 본 발명의 일 실시예에 의한 4개의 회전자 세그먼트(101, 102, 103, 104)를 포함한다. 상기 회전자 세그먼트(101, 102, 103, 104)는 서로 유사하기 때문에, 이하 본문에서는 상기 회전자 세그먼트(101) 만을 보다 상세히 설명한다. 도1에 따르면, 상기 각(angle) φ는 상기 회전자 세그먼트(101)의 제1플랭크(107) 및 상기 회전자 세그먼트(101)의 제2플랭크(108) 사이의 중심각을 나타낸다. 유사한 회전자 세그먼트가 4개 있기 때문에 상기 중심각 φ는 π/2라디안, 즉 90도이다. 그러나 전기기기의 구조 및 규모에 따라서, 상기 회전자 및 상기 고정자는 어느 적합한 수의 세그먼트로도 분할될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 특정 경우 회전자는 단지 2개의 회전자 세그먼트만을 포함할 수 있고, 이러한 경우, 상기 중심각 φ는 π라디안, 즉 180도이다. 또한 다른 일부 경우에서 상기 회전자는 3개의 세그먼트 또는 4개 이상의 세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 회전자 세그먼트(101)는 지지부(109)를 포함하고, 상기 지지부는 적층재(laminated material) 및/또는 고체 강자성재(solid ferromagnetic material)를 포함할 수 있다. 상기 회전자 세그먼트(101)은 영구자석(110, 111, 112, 113)을 포함하고 상기 영구자석은 상기 지지부(109)에 부착되어 있다. 도1에 보여지는 경우에서, 상기 영구자석은 상기 지지부(109)의 표면상에 부착되어있다. 그러나 또한 상기 영구자석을 위한 수용공간(cavities)을 갖는 지지부를 갖는 것도 가능하다. 상기 영구자석은 상기 회전자 세그먼트의 상기 에어갭 면 상에 자기극을 형성하기 위하여 배치된다. 상기 영구자석을 나타내는 도면상에 그려진 화살표는 각 영구자석의 자화(magnetization)의 방향을 나타낸다. 상기 자기극은, 이웃하는 회전자 세그먼트에 속하는 인접하는 자기극의 자기축 사이의 접선 간격이, 동일한 회전자 세그먼트에 속하는 인접하는 자기극의 자기축 사이의 접선 간격의 평균 값 보다 큰 간격으로 위치한다. 도1에서, 상기 중심각 γ1은 상기 이웃하는 회전자 세그먼트(101, 104)에 각각 속하는 인접하는 자기극의 상기 자기축(114, 116) 사이의 상기 접선 간격에 대응한다. 이에 대응하여, 상기 중심각 γ2은 상기 이웃하는 회전자 세그먼트(101, 102)에 각각 속하는 인접하는 자기극의 상기 자기축(115, 120) 사이의 상기 접선 간격에 대응한다. 상기 회전자 세그먼트(101, 102, 103, 104)는 상호 유사하기 때문에, γ1은 γ2와 같다. 상기 중심각 β1, β2 및 β3는 상기 회전자 세그먼트(101)에 속하는 인접하는 자기극의 상기 자기축 사이의 상기 접선 간격에 대응한다. 상기 자기극의 위치는 상기 영구자석(110, 111, 112, 113)의 적합한 위치설정에 의하여 설정된다. 상기 영구자석을 위한 수용공간을 갖는 지지부가 사용될 때, 상기 자기극의 상기 위치는 또한 자속(magnetic flux) 경로를 이루는 강자성 부분의 적합한 형상에 의하여 설정된다. 상기 자기극의 상술된 위치선정은 상기 회전자 세그먼트(101)의 상기 플랭크(107, 108)로부터 가장 가까운 영구자석(110, 113)까지의 거리를 각각 증가시킨다. 따라서, 상기 회전자 세그먼트(101)를 상기 이웃하는 회전자 세그먼트(104, 102)에로 체결할 수 있기 위한 더 많은 배치 공간(121, 122)을 제공할 수 있다. 상기 자기극의 상술된 위치선정은 상기 영구자석 전기기기의 상기 영구자석 회전자 및 상기 고정자 권선 사이의 상기 자기 커플링을 감소시키나, 코깅 토크 또한 감소될 수 있다.
도1에 나타난 상기 영구자석 전기기기의 상술된 특성은 도1에 나타나는 상기 중심각 α1이 φ/8 = π/16 라디안 = 11.25도보다 크도록 선택하고, 도1에 나타난 중심각 α2는 φ/8보다 크도록 선택함으로써 얻어질 수 있다. 상기 분모 8은 상기 회전자 세그먼트(101)는 4개의 자기극을 갖는다는 사실로부터 도출된다. 상기 중심각 α1은 상기 회전자 세그먼트의 상기 제1플랭크(107) 및 상기 제1플랭크에 가장 가까운 상기 자기극의 상기 자기축(114) 사이의 각이다. 상기 중심각 α2는 상기 회전자 세그먼트의 상기 제2플랭크(108) 및 상기 제2플랭크에 가장 가까운 상기 자기극의 상기 자기축(115) 사이의 각이다. 상기 중심각 α1 및 α2의 이러한 선택은 이하의 방정식,
α1 = φ/8 + B1/Rag 및 (1)
α2 = φ/8 + B2/Rag 으로써 표현될 수 있고,
여기서, 도1에 보여지듯이, Rag은 상기 회전자 세그먼트의 상기 에어갭 반지름이다. 도1에 나타나는 것과 같은 외전형 기기에 관련하여, 상기 에어갭 반지름 Rag은 상기 회전자에 의하여 둘러쌀 수 있는 가장 큰 원의 반지름이다. B1 및 B2는, 이웃하는 회전자 세그먼트의 영구자석 사이에서 충분한 접선 간격이 얻어질 수 있도록 선택된 접선 길이이다. B1 및 B2에 적합한 값은 상기 회전자 세그먼트의 규모와 기계적 구조 및/또는 상기 고정자 권선의 형상에 따라 특정한 방법으로 표현된다. 실제 경우에서, B1 및 B2를 위한 하한 값은 5mm이다.
도1에서 보여지는 상기 영구자석 전기기기에 있어서, 회전자 세그먼트 1개당 자기극의 수는 4개이다. 더 일반적인 경우에서는, 하나의 회전자 세그먼트당 자기극의 수가 p이고, 상기 중심각
α1 및 α2은:
α1 = φ/2p + B1/Rag 및 (2)
α2 = φ/2p + B2/Rag 로 표현된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 회전자 세그먼트에 있어서, 상기 회전자 세그먼트의 상기 자기극의 상기 자기축은 상기 회전자 세그먼트 내에서 상기 접선방향으로 균등한 간격으로 배치된다. 도1에서 보여지는 상기 회전자 세그먼트(101)에 관련하여, 이는 β1= β2 = β3<φ/4임을 의미한다. β1, β2, 및 β3가 φ/4 보다 작다는 사실은 상기 방정식(1)의 결과이다. β1, β2, 및 β3 각각은 따라서 α1 + α2의 합계(α1 + α2 = γ1 = γ2) 보다 작다. 즉, 상기 전체 회전자의 상기 모든 자기극의 상기 자기축은 균등하게 배치되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 회전자 세그먼트에 있어서, B1는 실질적으로 B2와 같고, 즉, 상기 중심각 α1은 상기 중심각 α2과 실질적으로 같다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 영구자석 전기기기의 단면을 나타낸 단면도이다. 도2에 나타난 바와 같이, 상기 영구자석 전기기기는 고정자가 회전자를 둘러싸도록 배치되어 있는 내전형 기기이다. 상기 고정자는 고정자 세그먼트(225, 226, 227, 228, 229, 230)들로 조립되는 분할형 고정자 코어를 포함한다. 고정자 권선은 반드시는 아니지만 바람직하게는, 상기 고정자 권선의 각 코일이 상기 고정자 코어의 세그먼트 하나에만 속하는 고정자 슬롯을 차지하는 방식으로 배치된다. 이러한 경우, 상기 고정자 세그먼트는 각각 분리되어 권취될 수 있고, 상기 고정자 코어를 조립한 후 서로 다른 고정자 세그먼트의 권선의 단자만이 적합한 방식으로 연결되어야 한다. 도2에 나타나는 상기 영구자석 전기기기의 상기 회전자는 본 발명의 일 실시예에 의한 6개의 회전자 세그먼트(201, 202, 203, 204, 205, 206)를 포함한다. 상기 회전자 세그먼트(201, 202, 203, 204, 205, 206)는 서로 체결되어 있고, 축(250)에 체결되어 있다. 도 2에서, 상기 각 φ은 상기 회전자 세그먼트(201)의 제1플랭크(207) 및 상기 회전자 세그먼트(201)의 제2플랭크(208)사이의 중심각을 나타낸다. 6개의 유사한 회전자 세그먼트가 있기 때문에, 상기 중심각 φ는 π/3 라디안, 즉, 60도이다.
상기 회전자 세그먼트(201, 202, 203, 204, 205, 206)의 각각은 지지부를 포함하고 상기 지지부는 적층재 및/또는 고체 강자성재를 포함할 수 있다. 상기 회전자 세그먼트(201, 202, 203, 204, 205, 206)의 각각은 표면층(232)에 내장된 영구자석을 더 포함한다. 따라서, 각각의 영구자석은 도2에서 나타나지 않는다. 상기 영구자석은 상기 회전자 세그먼트의 상기 에어갭 면 상의 자기극을 형성하기 위하여 배치된다. 도 2에서, 회전자 1개당 상기 자기극의 수는 p이고, 도면의 빗금친 부분(214, 217, 218, 219, 231, 215)은 상기 회전자 세그먼트(201)의 p개의 자기극 일부의 자기축을 나타낸다. 빗금친 부분(216)은 상기 회전자 세그먼트(206)의 상기 최외곽 자기극 2개 중 하나의 자기축을 나타낸다. 상기 자기극은, 이웃하는 회전자 세그먼트에 속하는 인접하는 자기극의 자기축 사이의 접선 간격이, 동일한 회전자 세그먼트에 속하는 인접하는 자기극의 자기축 사이의 접선 간격의 평균 보다 큰 값을 가지도록 배치된다. 도 2에서, 상기 중심각 γ1은 상기 이웃하는 회전자 세그먼트(201, 206)에 각각 속하는 인접하는 자기극의 상기 자기축(214, 216) 사이의 상기 접선 간격에 대응한다. 상기 중심각 β1, β2,.... βp-2, 및 βp- 2 는 상기 회전자 세그먼트(201)에 속하는 인접하는 자기극의 상기 자기축 사이의 접선 간격에 대응한다. 상기 자기극의 상술된 위치설정은 상기 회전자 세그먼트의 상기 플랭크로부터 가장 가까운 영구자석까지의 접선 거리를 증가시킨다. 따라서, 각 회전자 세그먼트를 상기 이웃하는 회전자 세그먼트로 서로 체결하기 위한 더 많은 배치 공간을 제공한다. 상기 자기극의 상술된 위치선정은 상기 영구자석 전기기기의 상기 영구자석 회전자 및 상기 고정자 권선 사이의 상기 자기 커플링을 감소시키나, 코깅 토크 또한 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 영구자석 전기기기에 있어서, 상기 자기극의 상기 자기축은 각 회전자 세그먼트 내에서 균등한 간격으로 배치되고, 고정자의 극의 피치는 상기 균등한 간격의 길이와 서로 다르다.
본 발명의 일 실시예에 의한 영구자석 전기기기에 있어서, 상기 균등한 간격의 길이는, 즉, 각 회전자 세그먼트 내의 상기 회전자의 극의 피치는 실질적으로:
(PS × p - n × τS)/p이고, 여기서,
PS는 상기 고정자의 극의 피치이고, p는 각 회전자 세그먼트의 자기극의 수이고, τS는 고정자의 슬롯의 피치이고, 그리고 n은 1보다 크거나 같은 정수인 것을 특징으로 한다.
보다 자세한 설명을 위하여, 이하의 실예로 설명한다.
- 회전자 세그먼트 1개당 자기극의 수 = p
- 상기 고정자의 극의 피치 = PS
- 상기 고정자의 슬롯의 피치 = τS
- 상기 추가적인 접선 길이 B1 및 B2는, 방정식 (1) 및 (2)를 참고하면, 회전자 세그먼트의 양쪽 플랭크는 상기 고정자의 슬롯의 피치의 절반이고, 즉, B1= B2 = τS /2이고, 그리고,
- 상기 에어갭 반지름은 Rag .
도1에 나타나는 것과 같은 외전형 기기와 관련하여, 상기 에어갭 반지름 Rag는 상기 회전자에 의하여 포함될 수 있는 가장 큰 원의 반지름이다. 도2에 나타나는 것과 같은 내전형 기기와 관련하여, 상기 에어갭 반지름 Rag는 상기 회전자를 포함할 수 있는 가장 작은 원의 반지름이다.
상술된 실예에 있어서, 도1 및 도2에 나타나는 상기 중심각 φ, α1 및 α2는:
φ = (p × Ps)/Rag 및
α1 = α2 = φ/2p + τS/(2 × Rag) 로 표현된다.
따라서:
φ/2p = Ps/(2 × Rag) 및
α1 = α2 = (1 + τS /Ps) × (φ/2p) 로 표현된다.
예를 들어, 상기 고정자의 극의 피치 Ps = 150mm 이고, 상기 고정자의 슬롯의 피치 τS = 50mm 이면, 그리고 상기 중심각은 α1 = α1= 11/3 × φ/2p 로 표현된다. 각 회전자 세그먼트의 상기 자기극의 상기 자기축이 균등한 간격으로 배치되면, 상기 균등한 간격의 길이, 즉, 각 회전자 세그먼트 내의 상기 회전자 극의 피치 Pr은:
(p × Ps - 2 × τS /2)/p = Ps - τS /p 로 표현된다.
예를 들어, 상기 고정자 극의 피치 Ps = 150 mm 이고, 상기 고정자 슬롯의 피치 τS = 50 mm 이고, 그리고 회전자 세그먼트 1개당 극의 수 p = 24이면, 상기 회전자 극의 피치 Pr = 147.9 mm 로 표현된다.
이상 상세한 설명에서 제공된 상세한 예시들은 제한적이지 않고, 따라서 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
101, 102, 103, 104: 회전자 세그먼트
107, 207: 제1플랭크
108, 208: 제2플랭크
109: 지지부
110, 111, 112, 113: 영구 자석
125, 126, 127, 128: 고정자 세그먼트
201, 202, 203, 204, 205, 206: 회전자 세그먼트
225, 226, 227, 228, 229, 230: 고정자 세그먼트

Claims (10)

  1. 영구자석 전기기기의 회전자를 위한 회전자 세그먼트(101, 201)로서,
    회전자 세그먼트의 제1플랭크(107, 207) 및 제2플랭크(108, 208) 사이의 중심각 φ가 최대 π라디안으로 마련되고, 상기 회전자 세그먼트는 지지부(109) 및 영구 자석(110, 111, 112, 113)을 포함하고, 상기 영구자석은 상기 지지부에 부착되어 에어갭 면(air-gap surface) 상에 적어도 2개의 자기극(magnetic pole)들이 형성되도록 배치되고, 상기 회전자 세그먼트가 상기 영구자석 전기기기의 일부분으로 사용될 때, 상기 에어갭 면은 상기 영구자석 전기기기의 고정자(stator)를 마주보며,
    α1 = φ /2p + B1/Rag 및
    α2 = φ /2p + B2/Rag 로 표현되며, 여기서,
    α1은 상기 회전자 세그먼트의 상기 제1플랭크(107, 207)와 상기 제1플랭크에 가장 가까운 자기극의 자기축(114, 214) 사이의 중심각으로서 라디안으로 표현되고,
    α2는 상기 회전자 세그먼트의 상기 제2 플랭크(108, 208)와 상기 제2플랭크에 가장 가까운 자기극의 자기축(115, 215) 사이의 중심각으로서 라디안으로 표현되고,
    p는 상기 회전자 세그먼트의 자기극의 수이고,
    Rag는 상기 회전자 세그먼트의 에어갭의 반지름이고, 외전형 기기(outer rotor machine)의 경우 상기 에어갭의 반지름은 상기 회전자에 포함될 수 있는 가장 큰 원의 반지름이고, 내전형 기기의 경우 상기 에어갭의 반지름은 상기 회전자를 포함할 수 있는 가장 작은 원의 반지름이고,
    B1은 5mm보다 크거나 같고, B2는 5mm보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 영구자석 전기기기의 회전자를 위한 회전자 세그먼트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기극의 상기 자기축들은 원주방향으로 균등한 간격으로 배치되고, 상기 균등한 간격의 각각에 대응하는 중심각은 α1 + α2보다 작은 것을 특징으로 하는 영구자석 전기기기의 회전자를 위한 회전자 세그먼트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    B1과 B2는 같은 값인 것을 특징으로 하는 영구자석 전기기기의 회전자를 위한 회전자 세그먼트.
  4. 고정자와;
    제1항에 따른 회전자 세그먼트(101, 102, 103, 104, 및 201, 202, 203, 204, 205, 206)를 적어도 2개 포함하는 회전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전기기기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자기극의 상기 자기축은 각 회전자 세그먼트 내에서 균등한 간격으로 배치되고, 고정자의 극의 피치(stator pole pitch)는 상기 균등한 간격의 길이와 서로 다른 것을 특징으로 하는 영구자석 전기기기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 균등한 간격의 상기 길이는
    (PS × p - n ×τS)/p이고, 여기서,
    PS는 상기 고정자의 극의 피치이고, p는 각 회전자 세그먼트의 자기극의 수이고, τS 는 고정자의 슬롯의 피치(stator slot pitch)이고, n은 1보다 크거나 같은 정수인 것을 특징으로 하는 영구자석 전기기기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정수 n은 1인 것을 특징으로 하는 영구자석 전기기기.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구자석 전기기기는 외전형 기기(outer rotor machine)로서, 상기 회전자는 상기 고정자를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 영구자석 전기기기.
  9. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구자석 전기기기는 내전형 기기(inner rotor machine)로서, 상기 고정자는 상기 회전자를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 영구자석 전기기기.
  10. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자는 분할형(segmented) 고정자 코어(core)를 포함하고, 고정자 권선들(stator windings)의 각 코일(coil)은 상기 고정자 코어의 세그먼트 하나에만 속하는 고정자 슬롯에 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석 전기기기.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012208547A1 (de) 2012-05-22 2013-11-28 Wobben Properties Gmbh Synchrongenerator einer getriebelosen Windenergieanlage
TWI699943B (zh) * 2018-06-19 2020-07-21 建準電機工業股份有限公司 外轉子式馬達之轉子

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002252941A (ja) * 2000-12-20 2002-09-06 Moric Co Ltd 永久磁石型回転電機
US20090134627A1 (en) * 2007-11-26 2009-05-28 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for a direct drive generator for a wind turbine and method for the assembly of the generator

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2821195Y (zh) * 2005-07-14 2006-09-27 潍坊中云机器有限公司 分体式外转子风力发电机
JP2007252079A (ja) * 2006-03-15 2007-09-27 Nissan Motor Co Ltd 同期電動機
CN101682243B (zh) * 2007-05-31 2013-01-23 松下电器产业株式会社 电动机

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002252941A (ja) * 2000-12-20 2002-09-06 Moric Co Ltd 永久磁石型回転電機
US20090134627A1 (en) * 2007-11-26 2009-05-28 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for a direct drive generator for a wind turbine and method for the assembly of the generator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240064343A (ko) 2022-11-04 2024-05-13 한국해양과학기술원 외전형 영구자석 동기발전기

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