KR101426171B1

KR101426171B1 - 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 회전자

Info

Publication number: KR101426171B1
Application number: KR1020120157646A
Authority: KR
Inventors: 최진우; 오승태
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-08-07
Also published as: KR20140088269A; WO2014104826A1

Abstract

본 발명은 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 회전자에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 샤프트 삽입홀이 관통되게 형성된 회전자 코어와; 상기 회전자 코어의 외주면과 샤프트 삽입홀 사이의 내부로 상,하,좌,우 대칭되는 영구자석 삽입홀에 삽입된 영구자석편과; 상기 각각의 영구자석편과 샤프트 삽입홀 사이로 형성된 누설자속 방지홀에 삽입된 누설자속방지편으로 구성됨을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 누설자속방지편과 누설자속방지홀에 의하여 영구자석편에서 발생된 자속이 내,외측으로 누설되는 것을 방지하여 토크 밀도를 높임으로써, 전동기 효율을 더 높일 수 있도록 하는 가운데 원심력과 응력으로 인하여 크랙이 발생되는 것을 방지하고, 이를 통해 영구자석이 이탈되거나 비산되는 것을 막을 수 있도록 한 것이다.

Description

누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 회전자{Buried permanent magnet motor rotor for the prevention of leakage flux}

본 발명은 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 회전자에 관한 것으로서, 특히 회전자 코어의 내부에 상,하,좌,우 대칭되게 삽입된 영구자석편과 샤프트 삽입홀 사이에 만곡형태를 갖는 누설자속방지편이 삽입되도록 하여 영구자석편에서 발생된 자속이 누설되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 교류 전동기는 교류 유도 모터와 교류 동기 모터로 구분되고, 교류 동기 모터 중 고정자측에 전기자 권선이 회전자측에 계자 권선이 구비된 경우, 회전자에 배치한 계자 권선이 여자되어 회전자가 전자석으로 되고, 고정자에 3상 교류가 인가되면 회전자계에 동기하여 회전자가 회전 된다.

회전자의 전자석이 영구자석으로 치환된 형태의 교류 동기 모터를 영구자석 모터(전동기)라하고, 영구자석이 회전자의 내부에 묻혀 있는 형태를 매립형 영구 자석 모터(Interior Permanent Magnet Motor)라 한다.

매립형 영구자석 전동기(60)는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 약계자 제어 기술과의 조합으로 저속에서 고속 회전까지 광범위한 출력이 가능하고, 공극 방향에 대해 인덕턴스의 공간적인 비대칭성을 가지고 있어 토크 밀도를 높일 수 있게 된다.

이러한 전동기(60)는 냉각핀(611)이 형성된 전동기 하우징(61)의 하부에 볼트관통홀(621)이 형성된 브라켓(62)이 형성되고, 전동기 하우징(61)의 내부에 코일(631)이 권취된 중공형태의 고정자(63)가 결합되어 있다.

고정자(63)의 내부에는 샤프트(64)가 관통된 회전자(65)가 삽입되고, 회전자(65)의 양측으로 노출된 샤프트(64)는 전동기 하우징(61)의 양측으로 베어링(661)이 구비된 하우징캡(66)에 의하여 고정자(63)의 내부에서 회전 될 수 있도록 구성되어 있다.

회전자(65)는 내부에 영구자석(67)이 샤프트(64)를 중심으로 대칭되게 구비되고, 영구자석(67)과 샤프트(64) 사이에는 자속을 차단하는 기능을 갖는 베리어(68)가 형성되어 있다.

그러나 회전자(65)에 매립된 영구자석(67)에서 발생되는 토크 밀도가 적어 구동력이 낮아지는 문제점이 있었다.

또한, 베리어(68)가 회전자(65)의 내부를 가로지르게 형성되어 고속 회전하는 과정에서 발생되는 원심력에 의하여 베리어(68)의 내,외측에 응력이 발생하고, 이로 인해 크랙이 발생되면서 파손되는 구조적인 문제점이 있었다.

그리고 이로 인해 영구자석(67)이 이탈되거나 비산되는 또 다른 문제점이 있었다.

본 발명은 영구자석편에서 발생되는 자속이 외부로 누설되는 것을 방지하여 토크 밀도를 높일 수 있도록 하고, 이를 통해 전동기의 토크가 낮아지는 것을 방지할 수 있도록 하고, 고속으로 회전하는 과정에서 발생되는 원심력과 응력으로 인하여 크랙이 발생되는 것을 막고 이를 통해 영구자석이 이탈되거나 비산되는 것을 막을 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 샤프트 삽입홀(11)이 관통되게 형성된 회전자 코어(10)와; 상기 회전자 코어(10)의 외주면과 샤프트 삽입홀(11) 사이의 내부로 상,하,좌,우 대칭되는 영구자석 삽입홀(21)에 삽입된 영구자석편(20); 및 상기 각각의 영구자석편(20)과 샤프트 삽입홀(11) 사이로 형성된 누설자속 방지홀(31)에 삽입된 누설자속방지편(30)으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 누설자속방지홀(31)은 영구자석편(20)의 양측단부에서 가운데를 향하여 간격이 넓어지는 만곡형태로 형성되고, 상기 누설자속방지편(30)은 만곡형태인 누설자속방지홀(31)과 같은 형태를 갖도록 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 영구자석삽입홀(21)이 좌우로 대칭된 상,하측 중간부분과 상기 누설자속방지홀(31)이 상하로 대칭된 좌,우측 중간부분에 누설자속방지홀(40)이 형성됨을 특징으로 한다.

그리고 상기 누설자속방지홀(40)은 회전자 코어(10)의 내측에서 외측으로 향하여 넓어지는 삼각꼴 형태를 갖도록 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 회전자 코어의 내부로 삽입된 영구자석편과 샤프트 삽입홀 사이에 누설자속방지편이 삽입되도록 함으로써, 영구자석편에서 발생된 자속이 내측으로 누설되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이를 통해 토크 밀도를 높여 전동기 토크의 효율을 더 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고 회전자 코어가 고속으로 회전하는 과정에서 발생되는 원심력과 응력으로 인하여 크랙이 발생되는 것을 방지함으로써, 영구자석이 이탈되거나 비산되는 것을 더 막을 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래 기술에 따른 매립형 영구자석 전동기의 회전자의 분해 사시도.
도2는 종래 기술에 따른 매립형 영구자석 전동기의 회전자의 종단면도.
도3은 본 발명에 따른 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 사시도.
도4는 본 발명에 따른 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 분해 사시도.
도5는 본 발명에 따른 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 종단면도.
도6 및 도7은 본 발명에 따른 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 해석 모델과 해석 결과를 전자계 해석을 통해 도시한 예시도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 회전자는 도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 회전자 코어(10), 영구자석편(20) 및 누설자속방지편(30)으로 구성된 것으로 종래와 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 사용한다.

여기에서, 상기 회전자 코어(10)는 도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 매립형 영구자석 전동기(60)의 내부에 회전 가능하게 결합된 것으로 냉각핀(611)이 형성된 전동기 하우징(61)의 하부에 볼트관통홀(621)이 형성된 브라켓(62)이 형성되고, 전동기 하우징(61)의 내부에 코일(631)이 권취된 고정자(63)가 결합된다.

상기 고정자(63)의 내부에는 샤프트(64)가 관통되게 결합된 본 발명의 요지인 회전자 코어(10)가 삽입되고, 상기 회전자 코어(10)의 양측으로 노출된 샤프트(64)는 전동기 하우징(61)의 양측으로 베어링(661)이 구비된 하우징캡(66)에 의하여 고정자(63)의 내부에서 회전 될 수 있게 된다.

상기 회전자 코어(10)는 고정자(63)의 내경 보다 적은 직경을 갖도록 형성되어 회전되는 과정에서 직접적인 상호 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있게 구성되어 있고, 중앙에는 소정 직경을 갖는 샤프트 삽입홀(11)이 형성되어 샤프트(64)가 억지끼워맞춤 형태로 결합된다.

이러한 상기 회전자 코어(10)는 중앙에 축방향을 갖는 샤프트 삽입홀(11)이 관통되게 형성되어 샤프트(64)가 억지끼워맞춤의 형태로 결합되게 구성되어 있다.

상기 샤프트 삽입홀(11)과 회전자 코어(10)의 외주면 사이에는 영구자석 삽입홀(21)이 상,하,좌,우로 대칭되게 형성되어 영구자석편(20)이 삽입됨으로써, 안정된 자속이 발생될 수 있도록 구성되어 있다.

상기 각각의 영구자석편(20)과 샤프트 삽입홀(11) 사이에는 누설자속방지편(30)이 삽입되는 누설자속 방지홀(31)이 각각의 영구자석편(20)에 근접된 위치에 형성되어 있다.

이러한 상기 누설자속방지홀(31)은 영구자석편(20)의 양측단부에서 가운데를 향하여 간격이 넓어지는 만곡형태로 형성되어 자속이 발생되는 방향을 따라 누설되는 자속을 차단할 수 있도록 형성되어 있다.

상기 누설자속방지편(30)은 만곡형태인 누설자속방지홀(31)과 같은 형태를 갖도록 형성되어 용이하게 삽입됨과 동시에 회전자 코어(10)가 고속으로 회전되는 과정에서 발생되는 원심력에 의하여 하중 또는 응력이 가장 적게 받을 수 있게 구성되어 있다.

상기 영구자석삽입홀(21)이 좌우로 대칭된 상,하측 중간부분과 상기 누설자속방지홀(31)이 상하로 대칭된 좌,우측 중간부분에 각각 회전자 코어(10)의 외측방향으로 누설되는 자속을 방지할 수 있는 누설자속방지홀(40)이 형성되어 토크효율이 낮아지는 것을 더 방지할 수 있도록 구성되어 있다.

이러한 상기 누설자속방지홀(40)은 회전자 코어(10)의 내측에서 외측으로 향하여 넓어지는 삼각꼴의 형태를 갖도록 하여 누설자속이 양측으로 분기되어지는 가운데 각각의 누설자속 방지편(30) 사이의 단면적이 좁아져 누설되는 자속의 량을 줄일 수 있게 된다.

본 발명에서 이러한 누설자속방지홀(40)은 삼각꼴의 형태를 갖도록 하였으나, 이러한 형태 이외에 누설차속이 차단될 수 있는 다른 형태 즉, 원형이나 타원형 및 다각형태를 갖도록 할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 매립형 영구자석 전동기는 고정자(63)의 코일(631)에 교류가 인가됨과 동시에 회전자 코어(10)의 영구자석 삽입홀(21)에 삽입된 영구자석편(20)에서 발생된 자속에 의하여 회전자 코어(10)가 고속으로 회전된다.

이러한 과정에서 영구자석편(20)에서 발생된 자속은 샤프트 삽입홀(11)과 회전자 코어(10)의 외주연부를 통해 누설되어지려고 하나, 이때 만곡형태로 형성된 누설자속 방지편(30)에 의하여 자속이 내측으로 누설되는 것이 방지됨과 동시에 누설자속 방지홀(40)을 통해 회전자 코어(10)의 외주면으로 누설되는 자속이 차단되어 토크효율이 향상될 수 있게 된다.

한편, 도6 및 도7은 본 발명에 따른 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 해석 모델과 해석 결과를 통해 누설자속 결과를 도시한 예시도로서, 누설자속 방지편(30)의 단부와 누설자속 방지홀(40) 사이에서 누설되는 자속이 차단되어짐을 알 수 있다. 이때, 누설자속 방지홀(40)이 삼각꼴일 경우 삼각꼴의 경사면과 누설자속 방지편(30) 사이에서 자속이 더 많이 차단됨으로써, 차단되는 만큼의 토크효율이 향상 된다.

11:샤프트 삽입홀 10:회전자 코어
20:영구자석편 21:영구자석 삽입홀
30:누설자속방지편 31:누설자속방지홀
40:누설자속방지홀

Claims

매립형 영구자석 전동기(60)의 내부에 회전 가능하게 결합된 것으로 냉각핀(611)이 형성된 전동기 하우징(61)의 하부에 볼트관통홀(621)이 형성된 브라켓(62)이 형성되고, 전동기 하우징(61)의 내부에 코일(631)이 권취된 고정자(63)가 결합되며, 상기 고정자(63)의 내부에는 샤프트(64)가 관통되도록 샤프트 삽입홀(11)이 형성되며, 고정자(63)의 내경 보다 작은 직경을 갖도록 형성되어 회전되는 과정에서 직접적인 상호 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있게 구성되고, 중앙에는 소정 직경을 갖는 샤프트 삽입홀(11)이 형성되어 샤프트(64)가 억지끼워맞춤 형태로 결합된 회전자 코어(10)와;
상기 회전자 코어(10)의 외주면과 샤프트 삽입홀(11) 사이의 내부로 상,하,좌,우 대칭되는 영구자석 삽입홀(21)에 삽입된 영구자석편(20)과;
상기 각각의 영구자석편(20)과 샤프트 삽입홀(11) 사이로 형성된 누설자속 방지홀(31)에 삽입된 누설자속방지편(30)으로 구성되며,
상기 회전자 코어(10)의 양측으로 노출된 샤프트(64)는 전동기 하우징(61)의 양측으로 베어링(661)이 구비된 하우징캡(66)에 의하여 고정자(63)의 내부에서 회전될 수 있게 형성된 것을 특징으로 하는 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 회전자.
제1항에 있어서,
상기 누설자속방지홀(31)은 영구자석편(20)의 양측단부에서 가운데를 향하여 간격이 넓어지는 만곡형태로 형성되고, 상기 누설자속방지편(30)은 만곡형태인 누설자속방지홀(31)과 같은 형태를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 회전자.
제1항에 있어서,
상기 영구자석삽입홀(21)이 좌우로 대칭된 상,하측 중간부분과 상기 누설자속방지홀(31)이 상하로 대칭된 좌,우측 중간부분에 누설자속방지홀(40)이 형성됨을 특징으로 하는 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 회전자.
제3항에 있어서,
상기 누설자속방지홀(40)은 회전자 코어(10)의 내측에서 외측으로 향하여 넓어지는 삼각꼴 형태를 갖도록 구성됨을 특징으로 하는 누설자속방지를 위한 매립형 영구자석 전동기의 회전자.