KR101408341B1 - 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 연료 전지 자동차 등에서 초기의 급격한 가속시에도 모터의 초기 기동이 실패하지 않도록 하기 위하여, (ⅰ) 하우징, (ii) 상기 하우징 내에 회전 가능하게 지지되는 로터 회전축과 상기 로터 회전축의 원주 방향을 따라 장착되는 영구 자석을 구비하는 로터, (iii) 상기 로터를 둘러싸도록 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 회전시키도록 상기 영구 자석과 기능적으로 작용하는 코어(core)부 및 권선부를 구비하는 스테이터, (iv) 상기 로터가 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되도록 상기 로터 회전축의 전방측과 후방측에 각각 배치된 적어도 두 개의 베어링, (v) 상기 스테이터의 권선부에 대응되지 않는 영역의 상기 로터 회전축의 후방측 단부에 장착되는 자석, 및 (vi) 상기 자석에 대응되는 영역의 상기 하우징에 장착되며, 상기 자석과 짝을 이뤄 상기 로터 회전축의 회전수를 검출하는 홀 센서를 포함하며, 상기 로터 및 베어링들을 냉각시키는 냉각 공기의 냉각 유로가 상기 로터 회전축의 전방 및 후방으로 연결된 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치를 제공한다.

Description

영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치{Permanent Magnetic Motor and Fluid Charger Comprising the Same}
본 발명은 영구 자석 모터 및 이를 구비하는 유체 과급 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 연료 전지(Fuel cell) 자동차에서와 같이 순간적인 급가속이 필요한 경우 초기 기동에 실패하지 않고 안정적으로 제어될 수 있는 영구 자석 모터 및 이를 구비하는 유체 과급 장치에 관한 것이다.
유체 과급 장치는 흡입된 유체를 임펠러를 이용하여 고압으로 만들어 공급하는 장치이다. 유체 과급 장치는 터보 차저와 같이 내연 기관에서 나온 배기 가스에 의해 구동되는 터빈으로 압축기를 회전시키는 방식일 수도 있으며, 모터로 직접 압축기를 회전시키는 방식일 수도 있다.
유체 과급 장치는 임펠러를 고속 회전시켜 일정한 압력과 유량을 발생시킴으로써 연료 전지 등에 압축된 유체를 공급할 수 있다. 특히, 고속 회전되는 임펠러를 이용하기 때문에, 소형 경량화가 가능하여 공기 압축기, 가스 압축기, 냉매 압축기, 터보 블로워(blower), 및 연료 전지용 공기 공급 장치 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.
후자의 방식을 채용하는 유체 과급 장치는 유체의 압축 작용을 하는 임펠러와, 임펠러에 회전력을 제공하는 구동 모터를 포함하며, 상기 임펠러와 구동 모터의 회전자를 동축으로 연결하며, 이들과 함께 일체적으로 회전하는 로터를 구비한다. 상기 로터는 하우징에 장착되어 있는 저널 베어링에 의해 그 회전 운동이 지지된다.
연료 전지 자동차용 공기 공급 장치는 특별히 빠른 가감속 성능이 요구되는데, 이런 경우에도 안정적으로 기동이 되고 제어될 수 있는 구동 모터가 절실히 요구된다.
본 발명은 순간적으로 높은 속도로 회전해서 임펠러를 구동해야 하는 영구 자석 모터에서 초기 기동 실패가 발생하지 않는 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (ⅰ) 하우징, (ii) 상기 하우징 내에 회전 가능하게 지지되는 로터 회전축과 상기 로터 회전축의 원주 방향을 따라 장착되는 영구 자석을 구비하는 로터, (iii) 상기 로터를 둘러싸도록 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 회전시키도록 상기 영구 자석과 기능적으로 작용하는 코어(core)부 및 권선부를 구비하는 스테이터, (iv) 상기 로터가 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되도록 상기 로터 회전축의 전방측과 후방측에 각각 배치된 적어도 두 개의 베어링, (v) 상기 스테이터의 권선부에 대응되지 않는 영역의 상기 로터 회전축의 후방측 단부에 장착되는 자석, 및 (vi) 상기 자석에 대응되는 영역의 상기 하우징에 장착되며, 상기 자석과 짝을 이뤄 상기 로터 회전축의 회전수를 검출하는 홀 센서를 포함하며, 상기 로터 및 베어링들을 냉각시키는 냉각 공기의 냉각 유로가 상기 로터 회전축의 전방 및 후방으로 연결된 영구 자석 모터가 개시된다.
상기 냉각 공기는 상기 로터가 회전시키는 임펠러에 의하여 압축된 공기일 수 있으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 아니하며, 당업자가 용이하게 변형할 수 있는 범위내의 실시예도 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
상기 적어도 두 개의 베어링은 상기 로터 회전축의 지름 방향 하중을 받는 두 개의 라디얼(radial) 베어링 및 상기 로터 회전축의 축 방향 하중을 받는 한 개의 스러스트(thrust) 베어링일 수 있다.
상기 로터 회전축의 전방으로 연결된 제1 냉각 유로의 냉각 공기는 상기 스러스트 베어링, 상기 전방측 라디얼 베어링 및 상기 후방측 라디얼 베어링쪽으로 순차적으로 이송되며, 상기 로터 회전축의 후방으로 연결된 제2 냉각 유로의 냉각 공기는 상기 홀 센서 및 상기 후방측 라디얼 베어링쪽으로 순차적으로 이송될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 로터축의 회전 수 및 회전 속도를 검출하여 모터 제어에 이용하기 때문에 마찰 등으로 인한 요소도 모두 고려하여 제어할 수 있어서 고속 회전 시에도 초기 기동에 실패하지 않고 안정적으로 제어될 수 있다.
뿐만 아니라, 찬 냉각 공기가 로터축의 전방으로부터 뿐만 아니라 홀 센서가 부착된 후방으로부터도 공급되기 때문에 홀 센서 주변의 온도를 낮춤으로써 센서 오작동을 막을 수 있고, 결과적으로 정확한 모터 제어가 가능하게 된다.
본 발명의 영구 자석 모터는 상기 하우징 내에 배치되며 상기 스테이터를 냉각시키는 수냉부를 더 포함할 수 있다. 상기 수냉부의 부분은 상기 로터 회전축의 전방측에 있는 상기 하나의 라디얼 베어링과 상기 스러스트 베어링의 케이스를 냉각하도록 배치될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 냉각 효율이 좋은 수냉 방식으로 적어도 하나의 베어링들을 냉각하므로 냉각 효율이 향상되고, 그럼으로써 부품들의 한계 온도를 초과하는 현상을 억제할 수 있다.
상기 라디얼 베어링 및 상기 스러스트 베어링은 고속 회전에 적합하도록 에어 포일(air foil) 베어링일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, (i) 하우징, (ii) 상기 하우징 내에 회전 가능하게 지지되는 로터 회전축과 상기 로터 회전축의 원주 방향을 따라 장착되는 영구 자석을 구비하는 로터, (iii) 상기 로터를 둘러싸도록 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 회전시키도록 상기 영구 자석과 기능적으로 작용하는 코어(core)부 및 권선부를 구비하는 스테이터, (iv) 상기 로터가 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되도록 상기 로터 회전축의 전방측과 후방측에 각각 배치된 적어도 두 개의 베어링, (v) 상기 스테이터의 권선부에 대응되지 않는 영역의 상기 로터 회전축의 후방측 단부에 장착되는 자석, (vi) 상기 자석에 대응되는 영역의 상기 하우징에 장착되며, 상기 자석과 짝을 이뤄 상기 로터 회전축의 회전수를 검출하는 홀 센서, (vii) 상기 로터 회전축의 전방측 단부에 축결합되며 흡입 유체를 고속 및 고압으로 내보내는 임펠러, 및 (viii) 상기 임펠러를 통해 나온 유체를 안내하는 스크롤을 포함하며, 상기 로터 및 베어링들을 냉각시키는 냉각 공기의 냉각 유로가 상기 로터 회전축의 전방 및 후방으로 연결된 영구 자석 모터를 구비한 유체 과급 장치가 개시된다.
상기 냉각 공기는 상기 로터가 회전시키는 임펠러에 의하여 압축된 공기일 수 있으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 아니하며, 당업자가 용이하게 변형할 수 있는 범위내의 실시예도 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
상기 적어도 두 개의 베어링은 상기 로터 회전축의 지름 방향 하중을 받는 두 개의 라디얼(radial) 베어링 및 상기 로터 회전축의 축 방향 하중을 받는 한 개의 스러스트(thrust) 베어링일 수 있다.
상기 로터 회전축의 전방으로 연결된 제1 냉각 유로의 냉각 공기는 상기 스러스트 베어링, 상기 전방측 라디얼 베어링 및 상기 후방측 라디얼 베어링쪽으로 순차적으로 이송되며, 상기 로터 회전축의 후방으로 연결된 제2 냉각 유로의 냉각 공기는 상기 홀 센서 및 상기 후방측 라디얼 베어링쪽으로 순차적으로 이송될 수 있다.
본 발명의 영구 자석 모터는 상기 하우징 내에 배치되며 상기 스테이터를 냉각시키는 수냉부를 더 포함할 수 있다. 상기 수냉부의 부분은 상기 로터 회전축의 전방측에 있는 상기 하나의 라디얼 베어링과 상기 스러스트 베어링의 케이스를 냉 각하도록 배치될 수 있다.
상기 라디얼 베어링 및 상기 스러스트 베어링은 고속 회전에 적합하도록 에어 포일(air foil) 베어링일 수 있다.
본 발명에 의하면, 로터 회전축에 장착된 자석과 그에 대응하게 하우징의 케이싱 부분에 설치된 홀 센서의 조합에 의하여 로터의 회전 속도 및 위치를 정확히 감지하여 영구 자석 모터의 구동을 제어한다. 따라서 빠른 급가속 시에 마찰로 인하여 로터의 실제 회전이 입력 명령값을 빠르게 추종하지 못함으로써 발생할 수 있는 초기 기동 실패의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 자동차용으로 사용되는 공기 공급 장치는 고속으로 회전하기 때문에 로터 및 그 주위의 온도가 올라감으로써 홀 센서의 계측 정밀도가 떨어질 수 있으나, 본 실시예에서는 냉각 공기가 분기되어 로터 회전축의 전방으로 뿐만 아니라 후방으로도 각각 유입되게 함으로써, 더욱 찬 공기가 로터 회전축의 후방에 설치된 홀 센서를 먼저 냉각시켜 홀 센서의 계측 정밀도가 높게 유지될 수 있게 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여, 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 모터를 구비한 유체 과급 장치의 단면도이다. 도시된 유체 과급 장치(100)는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 일 단에 체결되어 하우징(110)과 함께 유체 과급 장치(100)의 외관을 구 성하는 스크롤(120)과, 하우징(110) 및 스크롤(120)을 통하여 연장되어 회전 가능하게 지지되는 로터(150), 로터 회전축(151)의 후방에 장착된 자석(182) 및 자석과 대응되는 위치의 하우징 부분에 설치된 홀 센서(181)를 포함한다.
하우징(110) 및 스크롤(120)은 중앙축(C)에 대해 일반적으로 대략 대칭적인 형상을 취한다. 하우징(110)의 일단에는 스크롤(120)과의 나사체결을 위해 외주방향으로 돌출된 플랜지(115)가 형성되어 있다. 하우징(110)의 내부에는 냉각 공기가 분기되어 로터 회전축(151)의 전방 및 후방에 이송될 수 있도록 하는 제1 냉각 유로(AF1)와 제2 냉각 유로(AF2)가 형성될 수 있다. 또는 제1 냉각 유로(AF1) 및 제2 냉각 유로(AF2)는 로터 회전축(151)의 전방 및 후방에 이송될 수 있도록 하우징(110)이 아닌 그 외부에 별도의 관을 통하여 형성될 수도 있다.
스크롤(120)의 내부에는 작동 유체의 압축 작용을 위해 고속 회전되는 임펠러(125)가 배치되어 있다. 임펠러(125)에 의해 압축된 공기는 스크롤(120)의 안내 작용을 받아 그 내벽을 따라 선회하다가 스크롤(120) 일 측에 형성되어 있는 배기관(미도시)을 통해 배출된 후, 연료 전지(미도시) 등 소정의 사용처로 공급된다. 임펠러(125)의 고속 회전은 중앙축(C)을 따라 연장되어 있는 로터(150)에 의해 지지된다. 로터(150)는 골격을 구성하는 로터 회전축(151)과, 로터 회전축(151) 상에 배치되면서 하우징(110) 내부에 조립되어 있는 영구 자석(153)을 포함한다. 또한 로터(150)는 영구 자석(153)을 둘러싸는 슬리브 부재(155)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 로터 회전축(151) 상에 배치되면서 하우징(110)과 스크롤(120)의 경계 근방에는 외주방향으로 돌출되게 스러스트 디스크(152)가 일체로 형성되어 있다.
로터(150)에 회전 동력을 제공하는 영구 자석 모터는 로터(150) 상에 조립된 영구 자석(153)과, 영구 자석(153)과 자기력이 미치는 간극을 사이에 두고 하우징(110)에 고정되어 있는 스테이터(113)를 주된 구성으로 갖는다. 스테이터(113)는 자성체로 된 코어부(112)와 상기 코어부(112)에 감겨 있는 권선부(111)를 포함한다. 가동 신호로서 스테이터(113)에 입력된 구동 전류와 영구자석으로 마련된 영구 자석(153) 간의 전자기적인 상호 작용에 의해 로터의 로터 회전축(151)이 회전하게 되고, 이와 동축으로 연결된 임펠러(125)는 입력 전류에 따라 정해진 회전속도로 구동된다.
로터(150)는 영구 자석 모터에 의해 대략 30,000 rpm 이상의 고속으로 회전된다. 이러한 로터(150)의 고속 회전은 로터(150)를 수용하는 하우징(110)의 양 단부에 설치되어 있는 전방측 라이얼 베어링(172) 및 후방측 라디얼 베어링(171)과, 하우징(110)의 일 단부에 인접하게 설치되어 있는 스러스트 베어링(173)에 의해 지지된다. 후방측 라이얼 베어링(171) 및 스러스트 베어링(173)은 압축된 공기막에 의해 회전체를 지지하는 에어 포일 베어링(air foil bearing)으로 마련될 수 있다. 이때, 후방측 라이얼 베어링(171)은 로터(150)와의 사이에 소정의 베어링 간극을 유지하면서 로터(150)의 반경 방향 하중을 지지한다. 그리고, 스러스트 베어링(173)은 외주 방향으로 돌출된 스러스트(152)를 양측에서 균형있게 지지함에 의해 임펠러(125)의 축 방향 하중을 흡수하게 된다. 본 실시예에서, 후방측 라디얼 베어링(171)과 스러스트 베어링(173)이 에어 포일 베어링인 것을 예로 들고 있으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 않음은 물론이다.
베어링 요소들(171, 172, 173), 특히 라이얼 베어링(171, 172)은 로터(150)의 진동을 억제하기 위해 적정 수준 이상의 규격(직경)으로 마련되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 스러스트(173)는 그 주된 면을 통하여 예상되는 축 방향 하중에 대항할 수 있는 유체 압력을 제공받도록 충분한 면적으로 형성되는 것이 바람직하다.
임펠러(125)에 의해 압축된 공기는 예를 들어, 스크롤(120)과 연결된 유로를 통하여 연료 전지(미도시)로 전달되어 연료 전지의 화학 반응에 이용될 수 있다. 즉, 상기 연료 전지에서는 공급된 고압의 공기와 수소를 화학 반응시켜서 소정의 전력을 생산하게 되고 생산된 전력은 도시되지 않은 배터리에 충전된 후, 차량의 동력원이나 유체 과급 장치(100)의 영구 자석 모터의 구동원으로 활용될 수 있다.
한편, 임펠러(125)에 의해 압축된 공기 중 일부 또는 임펠러(125)의 회전에 의해 외부로부터 흡입된 저온 공기 중 일부는 유체 과급 장치(100) 내부에 마련된 제1 냉각 유로(AF1) 및 제2 냉각 유로(AF2)를 따라 임펠러(125), 영구 자석 모터, 베어링 요소(171, 172, 173), 홀 센서(181) 및 자석(182) 등을 경유하면서 이들의 과열을 방지하는 냉각 매체로서의 역할을 수행한다. 특히, 홀 센서(181)는 주위 온도에 따라 그 정밀도가 달라지기 때문에, 그 냉각이 중요한 데, 별도로 마련된 제2 냉각 유로(AF2)를 통과한 냉각 공기는 홀 센서(181)를 최초로 냉각시키므로 냉각 효율이 높고, 그럼으로써 모터 제어를 위한 센서의 오작동을 방지하여 고속 회 전시에도 안정적인 모터 제어가 가능해진다. 일련의 냉각 유로를 거치면서 고온으로 전환된 공기는 그대로 배출되거나, 또는 다시 임펠러(125) 측으로 되돌려져서 다른 공기들과 함께 압축되는 과정을 반복할 수 있다.
로터 회전축의 전방으로만 냉각 공기가 유입되는 유체 과급 장치에서는 찬 냉각 공기가 스러스트 베어링(173), 전방측 라디얼 베어링(172), 및 영구자석 모터를 거치면서 데워져 홀 센서(181)에 다다랐을 때는 냉각 효율이 현저하게 떨어질 수 있었으나, 본 실시예에 따른 냉각 유로를 가진 유체 과급 장치는 이러한 문제를 개선함으로써 홀 센서의 검출 정밀도를 향상시키고, 더 나아가 모터의 기동 실패 가능성을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 모터 및 이를 구비하는 유체 과급 장치(100)는 상기한 공랭 방식에 추가하여 수냉 방식을 채용할 수 있다. 일 실시예에 따른 수냉부(118)는 하우징(110) 내부에 형성되며, 냉각액, 예를 들면 냉각수가 들어오는 통로인 입력 포트(116), 냉각수가 나가는 통로인 출력 포트(117), 및 냉각수가 채워지는 부분, 일명 워터 재킷(water jacket)을 구비한다. 또한 수냉부(118)의 워터 재킷의 일부에는 방열을 촉진하기 위한 냉각핀(118a)이 더 구비될 수 있다.
냉각액을 수용하는 수냉부(118)의 일 부분은 스테이터의 코어부(112)에 실질적으로 접하도록 배치되어 스테이터(113)를 냉각시키며, 수냉부(118)의 다른 일 부분은 스러스트 베어링(173) 및 전방측 라디얼 베어링(172)의 케이스 부분에 실질적으로 접하도록 형상이 설계된다. 따라서 수냉부(118)는 전방측 라디얼 베어링(172) 및 스러스트 베어링(173)을 더 냉각시킨다. 즉, 스러스트 베어링(173) 및 전방측 라디얼 베어링(172)이 수냉부(118)에 의해 이미 일정 부분 냉각된 상태이므로 임펠러(125)에서 나온 비교적 고온의 공기가 스러스트 베어링(173) 및 전방측 라디얼 베어링(172)를 순차적 또는 동시에 통과한 후, 영구 자석부(153) 및 후방측 라디얼 베어링(171)에 도달했을 때 후방측 라디얼 베어링(171)을 더욱 효과적으로 냉각시키게 되어 영구 자석부(153) 및 후방측 라디어 베어링(171)의 온도가 한계 온도를 초과하는 것을 억제할 수 있는 효과가 있다.
로터(150)는 단차를 갖는 로터 회전축(151) 상에 영구 자석(153)과 슬리브 부재(155)가 서로 중첩되게 조립됨에 의해 구성될 수 있다. 로터 회전축(151)은 이를 둘러싸는 라이얼 베어링(171, 172)에 의해 전체 로터(150)의 고속 회전을 지지하게 된다.
영구 자석(153)은 하우징(110) 내에 마련된 스테이터(113)와의 전자기적인 상호 작용을 통해, 입력된 전기적 에너지로부터 소정의 회전력을 발생시킨다. 영구 자석(153)은 적어도 두 개로 분할된 영구자석 부재들이 조합됨에 의해 구성될 수 있다. 이와 달리, 영구 자석(153)은 분할되지 않은 형태로 구성될 수 있다. 영구 자석(153)은 복수 개가 로터 회전축(151)의 외주를 따라 대략적으로 동일 간격으로 배치된다. 축 방향으로의 영구 자석(153)의 길이가 로터의 유효 길이와 실질적으로 동일하다. 로터의 유효 길이는 로터의 회전에 영향을 미치는 전자기적 상호 작용을 발생시키는 부분에 대응하는 길이이다.
영구 자석(153)의 외주를 소정 압력으로 둘러싸고 있는 슬리브 부재(155)는 고속 회전에 따른 원심력에 의해 영구 자석(153)이 로터 회전축(151) 상에서 이탈되지 않도록 구속하는 기능을 한다.
홀 센서(181)는 로터 회전축(151)의 후방측 단부에 대응하는 케이싱(110a) 부분에 설치될 수 있다. 홀 센서(181)가 설치된 영역에 대응하는 영역의 로터 회전축(151)의 외주에는 자석(182)이 장착되어 있다. 로터 회전축(151)이 회전함에 따라 자석(182)도 함께 회전하여 자속의 변화가 발생하는데, 홀 센서(181)는 이 자속의 변화를 감지하여 로터 회전축(151)의 회전 속도 및 위치를 감지할 수 있다. 이와 같이 감지된 로터 회전축(151)의 회전 속도 및 위치 정보를 피드백하여 모터를 제어하는데 이용함으로써 급가속시의 마찰에 의하여 로터 회전축(151)의 회전 속도가 명령 속도를 따라가지 못하는 경우에도 그 회전 속도에 맞추어 모터를 기동시키므로 초기 기동 실패의 발생 확률이 현저히 감소된다.
반면, 홀 센서(181)와 자석(182)을 구비하지 않은 센서리스 모터 제어 방법에 의하면 피드백에 의한 폐루프 제어를 하지 않고 개루프 제어를 함으로써 초기의 급격한 가속이 필요한 경우 마찰로 인하여 로터의 회전이 그 명령을 추종하지 못함으로써 발생하는 초기 기동 실패가 발생할 수 있다.
본 발명의 보호범위는 모터의 회전 감지를 위한 구성으로서 홀 센서(181) 및 자석(182)의 조합에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 포토 센서가 이용될 수도 있으며, 리졸버(resolver) 등이 이용될 수 도 있다. 이러한 구성은 적용될 영구 자석 모터의 규격 및 환경에 맞게 적절하게 변형될 수 있다.
한편, 영구 자석 모터 및 이를 구비하는 유체 과급 장치에 대한 다른 실시예로서, 상기한 실시예에 추가적으로 우측의 권선 단부(111a)와 후방측 라디얼 베어링(171)이 로터 회전축(151)의 길이 방향에서 중첩되는 구간이 발생되도록 배치됨으로써 로터의 전체 길이를 감소시킬 수 있는 실시예도 가능하다.
이를 위하여 우측의 권선 단부(111a) - 코일은 권선 방식에 따라 소정의 순서 및 방향으로 감기기 때문에 코어부(112) 왼쪽 외곽의 바깥과 오른쪽 외곽의 바깥에는 엔드 턴(end turn) 부분(111a)이 형성되며, 본 출원에서는 권선 단부라고 칭함 - 는 로터 회전축(151)의 중심으로부터 외경 방향으로 벌어지도록 가공되어 있다. 이것은 별도의 치구(미도시)를 통해 가공할 수 있다. 예를 들면, 링형의 권선 단부(111a)에 외경의 확장이 가능한 대략 원형의 치구를 끼운 후, 원형의 치구를 외경 방향으로 벌임으로써 권선 단부(111a)를 외경 방향으로 벌일 수 있다.
또한, 스테이터(113)의 슬롯(미도시)을 통과하도록 코일이 코어부(112)에 감길 때 코일이 슬롯 내에서 코어부(112) 중공의 중심으로부터 먼쪽에 배치시킴으로써 권선 단부(111a)를 포함한 권선부(111)가 로터 회전축(151)의 중심으로부터 더욱 외경 방향으로 먼 곳에 배치시킬 수 있다.
이 실시예에서, 이와 같은 방법들에 의하여, 우측의 권선 단부(111a)가 후방측 라디얼 베어링(171)과 로터 회전축(151)의 길이 방향에서 중첩되는 구간이 발생되도록 배치될 수 있다. 그렇더라도 로터(150)의 유효 길이에는 영향을 미치지 아니한다. 따라서 로터(150)의 출력 및 속도는 극대화시키되 로터(150)의 전체 길이만 줄일 수 있으며, 그럼으로써 로터(150)의 진동 마진을 안정적으로 확보할 수 있다.
한편, 본 발명에 관계되는 유체 과급 장치(100)는 공기의 흡입/압축 작용을 통해 소정 유량의 유체 흐름을 발생시킬 수 있는바, 본 발명의 기술적 원리는 그 명칭을 달리하는 블로워 및 유체 압축기(compressor)에 있어서도 사실상 동일하게 적용될 수 있음은 자명한 것이다. 또한, 본 발명의 유체 과급 장치(100)는 그 적용 분야에 따라 앞서 예시된 공기를 포함하여 다른 작동 유체에 대해서도 동일하게 작동될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명은 영구 자석 모터 및 유체 과급 장치를 제조 및 사용하는 산업에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급(charger) 장치의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 유체 과급 장치 110 : 하우징
110a : 베어링 케이스부 111 : 권선부
111a : 권선 단부 112 : 코어부
113 : 스테이터 116 : 입력 포트
117 : 출력 포트 118 : 수냉부
120 : 스크롤 125 : 임펠러
150 : 로터 151 : 로터 회전축
152 : 스러스트 디스크 153 : 영구 자석
155 : 슬리브 부재 171, 172 : 라디얼(radial) 베어링
173 : 스러스트 베어링 181: 홀 센서
182: 자석 AF1: 제1 냉각 유로
AF2: 제2 냉각 유로

Claims (10)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 회전 가능하게 지지되는 로터 회전축과 상기 로터 회전축의 원주 방향을 따라 장착되는 영구 자석을 구비하는 로터;
    상기 로터를 둘러싸도록 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 회전시키도록 상기 영구 자석과 기능적으로 작용하는 코어(core)부 및 권선부를 구비하는 스테이터;
    상기 로터가 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되도록 상기 로터 회전축의 전방측에 배치된 전방측 라디얼 베어링;
    상기 로터가 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되도록 상기 로터 회전축의 후방측에 배치된 후방측 라디얼 베어링;
    상기 로터 회전축의 축 방향 하중을 받는 스러스트 베어링;
    상기 스테이터의 권선부에 대응되지 않는 영역의 상기 로터 회전축의 후방측 단부에 장착되는 자석;
    상기 자석에 대응되는 영역의 상기 하우징에 장착되며, 상기 자석과 짝을 이뤄 상기 로터 회전축의 회전수를 검출하는 홀 센서;
    상기 로터 회전축의 전방측에 연결되며, 냉각 공기가 흐르는 제1 냉각 유로; 및
    상기 로터 회전축의 후방측에 연결되며, 냉각 공기가 흐르는 제2 냉각 유로;를 포함하며,
    상기 제1 냉각 유로의 냉각 공기는 상기 스러스트 베어링, 상기 전방측 라디얼 베어링 및 상기 후방측 라디얼 베어링쪽으로 순차적으로 이송되며, 상기 제2 냉각 유로의 냉각 공기는 상기 홀 센서 및 상기 후방측 라디얼 베어링쪽으로 순차적으로 이송되는 영구 자석 모터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1 항에 있어서,
    상기 하우징 내에 배치되며, 상기 스테이터를 냉각시키는 수냉부를 더 포함하며,
    상기 수냉부의 부분이 상기 전방측 라디얼 베어링과 상기 스러스트 베어링의 케이스를 냉각하도록 배치되는 영구 자석 모터.
  5. 삭제
  6. 하우징;
    상기 하우징 내에 회전 가능하게 지지되는 로터 회전축과 상기 로터 회전축의 원주 방향을 따라 장착되는 영구 자석을 구비하는 로터;
    상기 로터를 둘러싸도록 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 회전시키도록 상기 영구 자석과 기능적으로 작용하는 코어(core)부 및 권선부를 구비하는 스테이터;
    상기 로터가 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되도록 상기 로터 회전축의 전방측에 배치된 전방측 라디얼 베어링;
    상기 로터가 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되도록 상기 로터 회전축의 후방측에 배치된 후방측 라디얼 베어링;
    상기 로터 회전축의 축 방향 하중을 받는 스러스트 베어링;
    상기 스테이터의 권선부에 대응되지 않는 영역의 상기 로터 회전축의 후방측 단부에 장착되는 자석;
    상기 자석에 대응되는 영역의 상기 하우징에 장착되며, 상기 자석과 짝을 이뤄 상기 로터 회전축의 회전수를 검출하는 홀 센서;
    상기 로터 회전축의 전방측에 연결되며, 냉각 공기가 흐르는 제1 냉각 유로;
    상기 로터 회전축의 후방측에 연결되며, 냉각 공기가 흐르는 제2 냉각 유로;
    상기 로터 회전축의 전방측 단부에 축결합되며 흡입 유체를 고속 및 고압으로 내보내는 임펠러; 및
    상기 임펠러를 통해 나온 유체를 안내하는 스크롤;을 포함하며,
    상기 제1 냉각 유로의 냉각 공기는 상기 스러스트 베어링, 상기 전방측 라디얼 베어링 및 상기 후방측 라디얼 베어링쪽으로 순차적으로 이송되며, 상기 제2 냉각 유로의 냉각 공기는 상기 홀 센서 및 상기 후방측 라디얼 베어링쪽으로 순차적으로 이송되는 유체 과급 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제6 항에 있어서,
    상기 하우징 내에 배치되며, 상기 스테이터를 냉각시키는 수냉부를 더 포함하며,
    상기 수냉부의 부분이 상기 전방측 라디얼 베어링과 상기 스러스트 베어링의 케이스를 냉각하도록 배치되는 유체 과급 장치.
  10. 삭제
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