KR101477904B1 - 회전 전기 기계 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 고정자 및 회전자를 구비하는 회전 전기 기계를 개시한다. 회전자는 샤프트에 고정되고, 반경방향 및 축방향을 포함하는 원통 형상의 철심과, 철심에 매입된 복수의 영구 자석과, 철심의 반경방향 내측의 부분에 각각 마련된 복수의 공극과, 공극의 내측에 축방향을 따라 돌출되어 마련된 쐐기부와, 공극의 내부에 충전된 비자성의 보강 부재를 구비한다.

Description

회전 전기 기계{ROTATING ELECTRICAL MACHINE}

본원은 2012년 10월 22일자로 출원된 일본 특허 출원 제 2012-232599 호를 우선권 주장하는 것으로, 그 개시내용은 전체적으로 참조로 본원에 합체된다.

개시된 실시형태는 회전 전기 기계에 관한 것이다.

고정자(stator)와, 반경방향의 간극을 거쳐서 고정자에 대향하는 회전자(rotor)를 구비하는 매입 자석(embedded magnet)형 모터가 알려져 있다.

국제 공개 제 2008/078584 호

본 개시내용은 누설 자속을 저감하면서, 회전자 철심의 강성을 향상시킬 수 있는 회전 전기 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시내용의 하나의 관점에 의하면, 고정자 및 회전자를 구비한 회전 전기 기계가 제공된다. 상기 회전자는 샤프트에 고정되고 반경방향 및 축방향을 포함하는 원통 형상의 철심(iron core)과, 상기 철심에 매입된 복수의 영구 자석과, 상기 철심의 반경방향 내측의 부분에 각각 마련된 복수의 공극(空隙)과, 상기 공극의 내측에 축방향을 따라 돌출되어 마련된 쐐기부(wedge portion)와, 상기 공극의 내부에 충전된 비자성(non-magnetic)의 보강 부재를 구비한다.

도 1은 실시형태의 회전 전기 기계의 전체 구성을 도시하는 종단면도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면을 따라 취한 단면도,
도 3a는 회전자의 철심의 반경방향 내측에 형성된 쐐기부를 갖는 공극의 형상을 도시하는 횡단면도,
도 3b는 도 3a의 ⅢB-ⅢB 단면을 따라 취한 단면도,
도 4a는 복수의 쐐기부가 마련된 변형예에 있어서의 공극의 형상을 도시하는 횡단면도,
도 4b는 복수의 쐐기부가 마련된 변형예에 있어서의 공극의 형상을 도시하는 횡단면도,
도 4c는 복수의 쐐기부가 마련된 변형예에 있어서의 공극의 형상을 도시하는 횡단면도,
도 5a는 쐐기부의 돌출 방향의 길이를 축방향으로 변화시킨 변형예에 있어서의 공극의 형상을 도시하는 횡단면도,
도 5b는 쐐기부의 돌출 방향의 길이를 축방향으로 변화시킨 변형예에 있어서의 공극의 형상을 도시하는 횡단면도,
도 5c는 쐐기부의 돌출 방향의 길이를 축방향으로 변화시킨 변형예에 있어서의 공극의 형상을 도시하는 횡단면도,
도 6a는 쐐기부의 폭을 축방향으로 변화시킨 변형예에 있어서의 쐐기의 형상을 추출하여 도시한 사시도,
도 6b는 쐐기부의 폭을 축방향으로 변화시킨 변형예에 있어서의 쐐기의 형상을 추출하여 도시한 사시도,
도 6c는 쐐기부의 폭을 축방향으로 변화시킨 변형예에 있어서의 쐐기의 형상을 추출하여 도시한 사시도,
도 7a는 공극을 오각형 이외의 다각형으로 형성한 변형예에 있어서의 공극의 형상을 도시하는 사시도,
도 7b는 공극을 오각형 이외의 다각형으로 형성한 변형예에 있어서의 공극의 형상을 도시하는 사시도,
도 7c는 공극을 오각형 이외의 다각형으로 형성한 변형예에 있어서의 공극의 형상을 도시하는 사시도,
도 8은 변형예의 세미 오픈형(semi-open type) 회전자의 단부면을 도시하는 도면.

이하, 일 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

<회전 전기 기계의 구성>

우선, 본 실시형태에 따른 회전 전기 기계(1)의 전체 구성에 대해서 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 회전 전기 기계(1)는 회전자(3)를 고정자(2) 내측에 구비한 인너 로터(inner rotor)형 모터이다. 고정자(2) 및 회전자(3)는 자기적 공극을 거쳐서, 회전자(3)의 반경방향[즉, 후술되는 철심(10)의 반경방향; 이하, 필요에 따라 간단히 "반경방향"으로 지칭됨]으로 대향 배치된다. 구체적으로는, 회전 전기 기계(1)는 회전자(3) 내부에 영구 자석을 구비한 IPM(Interior Permanent Magnet) 모터이다.

이러한 회전 전기 기계(1)는, 고정자(2), 회전자(3), 프레임(4), 부하측 브래킷(bracket)(5), 부하측 베어링(bearing)(6), 반부하측 브래킷(7), 반부하측 베어링(8), 샤프트(9) 및 누름판(20)을 구비한다. 프레임(4)은 상기 고정자(2)의 반경방향 외측에 마련된다. 부하측 브래킷(5)은 프레임(4)의 부하측(도 1 중 우측) 단부에 마련된다. 부하측 베어링(6)의 외륜은 부하측 브래킷(5)에 끼워맞춰진다. 반부하측 브래킷(7)은 프레임(4)의 반부하측(도 1 중 좌측) 단부에 마련된다. 반부하측 베어링(8)의 외륜은 반부하측 브래킷(7)에 끼워맞춰진다. 부하측 베어링(6) 및 반부하측 베어링(8)에 의해, 샤프트(9)의 축방향[즉, 후술되는 철심(10)의 축방향; 이하, 필요에 따라 간단히 "축방향"으로 지칭됨] 양측이 회전 가능하게 각각 지지된다. 누름판(20)은 샤프트(9)에 고정되고, 철심(10)의 전술한 축방향 일단측(본 예에서는, 부하측)에 접촉하여 있다.

본 예에서는, 하나의 누름판(20)이 사용되고 있지만, 철심(10)의 전술한 축방향 일단측 및 타단측에 접촉되도록 2개의 누름판(20)이 샤프트(9)에 사용될 수도 있다. 누름판(20)은 철심(10)의 상기 축방향 일단측 및 타단측의 한쪽 또는 양쪽에 접촉하고, 이것에 의해 철심(10)이 위치결정된다.

<회전자의 구성>

이하, 회전자(3)의 구성에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 회전자(3)는 샤프트(9)의 외주면에 고정된다. 회전자(3)는 원통형의 철심(10)과, 철심(10)에 매입된 복수(본 예에서는, 10개)의 영구 자석(11)을 구비한다.

철심(10)은 원통부(12; cylindrical portion) 및 자극부(13; magnetic pole portion)를 일체로 구비한다. 원통부(12)는 샤프트(9)에 고정된다. 복수의 자극부(13)(본 예시에서는, 10개)는 원통부(12)의 전술한 반경방향 외측에 극수에 따라 방사상으로 마련된다. 철심(10)은 원형의 전자 강판(magnetic steel sheet)을 샤프트(9)의 전술한 축방향으로 적층한 적층체 구조(laminated body structure)로 형성된다. 적층된 전자 강판 사이에는 절연층이 삽입된다. 영구 자석(11)은 철심(10)의 상기 축방향으로 긴 직육면체 형상으로 형성된다. 영구 자석(11)에 있어서, 상기 축방향과 직교하는 단면은 상기 반경방향으로 긴 직사각형 형상을 갖는다. 영구 자석(11)은 철심(10) 내에 방사상으로 배치된다. 영구 자석(11)은 철심(10)에 상기 축방향으로 마련된 관통 구멍에 끼워맞춰지고, 철심(10)을 관통하도록 마련된다. 영구 자석(11)의 상기 반경방향 외측단 및 내측단에 있어서, 철심(10)의 외주면 및 내주면 사이에 좁은 간극이 형성된다.

각각의 영구 자석(11)은 철심(10)의 전술한 반경방향 및 전술한 축방향과 직교하는 방향(대략 원주방향)으로 자화된다. 복수의 영구 자석(11)은 어느 자극부(13)에서 N극이 서로 대향하고, 다음의 자극부(13)에서 S극이 서로 대향하도록 배치된다. 자극부(13)는 인접한 영구 자석(11) 사이에서 원통부(12)의 반경방향 외측에 형성된다. 인접한 2개의 영구 자석(11)의 N극이 서로 대향하는 위치에 있는 자극부(13)는 N극이 되고, 인접한 2개의 영구 자석(11)의 S극이 서로 대향하는 위치에 있는 자극부(13)는 S극이 된다. N극의 자극부(13)로부터 S극의 자극부(13)로 향하는 자속은 고정자(2)의 권선과 쇄교하여, 회전자(3)의 회전 토크를 발생시킨다.

인접하는 영구 자석(11) 사이에 위치설정된 철심(10)의 전술한 반경방향 내측의 부분에는, 철심(10)을 전술한 축방향으로 관통하는 공극(16)이 마련된다. 본 예에서는, 상기 축방향과 직교하는 공극(16)의 횡단면이 대략 오각형이다. 도 2 및 도 3a에 도시하는 바와 같이, 공극(16)은 영구 자석(11)의 자속 발생면인 측면과 대향하는 상기 반경방향의 자석 대향면(16a)과, 자석 대향면(16a)에 접속된 상기 반경방향 외측의 자속 가이드면(16b)을 갖는다. 공극(16)의 자석 대향면(16a)은, 자석 대향면(16a)과 영구 자석(11)의 자속 발생면 사이에 좁은 간극을 형성하고, 자속 발생면에 대략 평행하다. 공극(16)은, 자속 가이드면(16b)에 의해, N극의 자극부(13)에 있어서의 영구 자석(11)의 자속을 회전자(3)의 상기 반경방향 외측으로 안내한다. 또한, 공극(16)은, 자석 대향면(16a)에 의해, 인접한 2개의 영구 자석(11) 사이에서 회전자(3)의 상기 반경방향 내측으로의 누설 자속을 저감할 수 있다.

도 3a에 도시하는 바와 같이, 철심(10)의 강성을 높이기 위해, 공극(16)에는, 비자성 재료의 보강 부재로서의 수지(17)(접착제가 사용될 수도 있음)가 충전된다. 또한, 공극(16)에는, 전술한 오각형의 전술한 반경방향 외측인 코너부[즉, 공극(16)의 자속 가이드면(16b) 사이에 위치한 공극(16)의 반경방향 외측의 코너부]에 공극(16)의 상기 반경방향 내측으로 돌출된 쐐기부(18)가 마련된다. 전술한 축방향과 수직인 쐐기부(18)의 단면은 대략 V자 형상이다. 도 3b에 도시하는 바와 같이, 쐐기부(18)는 상기 축방향을 따라 동일 높이로 연장되고, 공극(16)의 내부에 충전된 수지(17)에 쐐기부(18)의 상기 축방향 전체가 파고 들어간다. 또한, 쐐기부(18)는 복수의 전자 강판을 쐐기부를 갖도록 개별적으로 형성하여, 복수의 전자 강판을 상기 축방향으로 적층함으로써 얻어진다. 쐐기부(18)는 철심(10)의 강성을 높이기 위한 수단으로서의 역할을 한다. 또한, 수지(17)는 영구 자석(11)의 자속을 차단하기 위한 수단으로서의 역할을 한다.

<실시형태의 효과>

상술한 바와 같이, 본 실시형태의 회전 전기 기계(1)에 있어서, 회전자(3)의 철심(10)의 전술한 반경방향 내측의 부분에 복수의 공극(16)이 마련되고, 이 공극(16)에는 수지(17)가 충전된다. 수지(17)는 비자성이므로, 수지(17)가 충전된 공극(16)은 자기적으로 공극 그 자체로서 간주될 수 있다. 따라서, 공극(16)에 의해 회전자(3)의 상기 반경방향 내측으로의 누설 자속을 차단하고, 그에 따라 누설 자속을 저감할 수 있다. 그리고, 공극(16) 내부에 충전된 수지(17)에 의해, 공극(16)을 마련하는 것으로 인한 철심(10)의 강성의 저감을 방지할 수 있다.

또한, 공극(16)의 내측에, 전술한 축방향과 수직인 단면이 대략 V자 형상인 쐐기부(18)가 상기 축방향을 따라 돌출되어 마련되어 있다. 철심(10)에 있어서, 쐐기부(18)는 공극(16) 내에 마련되고, 그에 따라 공극(16)에 있어서의 기계적 강도가 향상된다. 또한, 쐐기부(18)가 공극(16) 내에 충전된 수지(17)로 파고들어가는 것으로 인해 생기는 쐐기 작용[즉, 수지(17)가 쐐기부(18)를 양측으로부터 끼워서 유지하는 효과와, 공극(16)의 내면과 수지(17) 사이의 접촉 면적을 증대하는 효과]에 의해 철심(10)과 수지(17) 사이의 접합이 강해진다. 그 결과, 철심(10)의 강성을 향상시킬 수 있다.

본 실시형태에서는, 특히, 쐐기부(18)는 공극(16) 내측에서 공극(16)의 전술한 반경방향 외측의 위치에 마련된다. 이러한 구성에 의해, 이하의 효과가 얻어진다. 구체적으로는, 회전으로 인한 원심력이 회전자(3)의 철심(10)에 작용된다. 따라서, 각 공극(16)에서는, 충전된 수지(17)와 공극(16)의 내면에 작용하는 박리력(剝離力)은 공극(16)의 상기 반경방향 외측의 위치에서 증가된다. 본 실시형태에서는, 쐐기부(18)가 공극(16)의 상기 반경방향 외측의 위치에 마련되므로, 쐐기 작용에 의해, 철심(10)과 수지(17) 사이에서 원심력 방향으로 높은 접합력을 얻을 수 있다. 그것에 의해, 수지(17)가 공극(16)의 내면으로부터 박리되는 것을 방지하는 것이 가능하고, 그에 따라 철심(10)의 강성의 향상 효과를 보다 높일 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 특히, 전술한 축방향과 수직인 공극(16)의 단면이 오각형이고, 쐐기부(18)는 공극(16)의 전술한 오각형의 코너부에 마련된다. 이러한 구성에 의해, 이하의 효과가 얻어진다. 구체적으로는, 공극(16)의 단면이 다각형일 경우, 공극(16)의 형상이 불연속인 코너부에 응력 집중이 발생하기 쉬워지고, 이것은 균열 등을 초래할 수도 있다. 본 실시형태에서는, 쐐기부(18)가 공극(16)의 코너부에 마련되어 있으므로, 코너부의 응력을 분산시키고, 응력 집중을 완화시킬 수 있다. 따라서, 철심(10)의 강성의 향상 효과를 보다 높일 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 특히, 공극(16)이 자석 대향면(16a)과 자속 가이드면(16b)를 구비한다. 이러한 구성에 의해, 회전자(3)의 전술한 반경방향 내측으로의 누설 자속을 효과적으로 저감하면서, 영구 자석(11)의 자속을 회전자(3)의 상기 반경방향 외측으로 효과적으로 안내할 수 있다. 따라서, 영구 자석(11)의 사용량에 대응하는 토크를 얻을 수 있고, 그에 따라 회전 전기 기계(1)의 모터 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 쐐기부(18)는 공극(16)의 자속 가이드면(16b) 사이에 위치한 전술한 코너부에 마련되어 있는 것에 의해, 이하의 효과가 얻어진다. 구체적으로는, 자석 대향면(16a)이 자속 발생면인 영구 자석(11)의 측면과 대향하므로, 자속의 방향은 자석 대향면(16a)의 방향과 대략 수직이다. 따라서, 쐐기부(18)가 자석 대향면(16a)의 근방에 마련되는 경우, 쐐기부(18)를 통해 자속이 공극(16)의 내부를 통과할 가능성이 있어, 누설 자속의 증대를 야기시킨다. 한편, 자속 가이드면(16b)은 영구 자석(11)의 자속을 유도하는 면이므로, 자속의 방향은 자속 가이드면(16b)의 방향과 대략 평행하다. 따라서, 쐐기부(18)를 자속 가이드면(16b)의 근방에 마련하더라도, 쐐기부(18)를 통해서 자속이 공극(16)의 내부를 통과할 가능성이 적어, 누설 자속의 증대를 야기시키지 않는다. 그러므로, 쐐기부(18)는 자속 가이드면(16b) 사이에 위치한 코너부에 마련되어 있는 것에 의해, 누설 자속을 증대시키지 않고, 철심(10)의 강성을 향상시킬 수 있다.

<변형예>

개시된 실시형태는 전술한 것에 한정되는 것이 아니라, 그 취지 및 기술적 사상을 일탈하는 일없이 다양한 변형이 가능하다. 이하, 그러한 변형예를 설명한다.

(1) 공극에 복수의 쐐기부를 마련한 경우

상기 실시형태에서는, 공극(16)의 1개의 코너부에만 쐐기부(18)가 마련된다. 본 개시내용은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 쐐기부(18)는 공극(16)의 다른 코너부에 마련될 수도 있다. 본 변형예의 일례를 도 4a 내지 도 4c에 도시한다.

도 4a에 도시된 예에서는, 쐐기부(18)는 전술한 오각형 단면을 갖는 공극(16)의 전술한 반경방향 외측의 위치에 있는 코너부뿐만 아니라, 오각형의 상기 반경방향 내측의 위치에 있는 코너부[즉, 샤프트(9)와 상기 반경방향으로 대향하는 공극(16)의 샤프트 대향면(16c)과 각 자석 대향면(16a) 사이에 위치하는 2개의 코너부]에 마련된다. 상기 실시형태와 마찬가지로, 전술한 축방향과 수직인 쐐기부(18)의 각 단면은 대략 V자 형상이다. 각 쐐기부(18)는 상기 축방향을 따라 연장되어 있다. 공극(16)에는 수지(17)가 충전된다.

도 4b에 도시된 예에서는, 쐐기부(18)는 공극(16)의 전술한 오각형 단면의 전술한 반경방향 외측의 위치에 있는 코너부뿐만 아니라, 오각형의 측면측의 위치에 있는 코너부[즉, 공극(16)의 자석 대향면(16a)과 공극(16)의 자속 가이드면(16b) 사이에 위치한 각 코너부]에 마련된다.

도 4c에 도시된 예에서는, 쐐기부(18)는 전술한 오각형 단면의 공극(16)의 모든 코너부에 마련된다.

도 4a 내지 도 4c의 각 변형예에서는, 공극(16)에 복수의 쐐기부(18)가 마련되는 것에 의해, 공극(16)에 있어서의, 철심(10)의 기계적 강도를 보다 향상시킬 수 있고, 또한, 복수의 쐐기부(18)가 공극(16)에 충전된 수지(17)로 파고들어간 것에 의한 쐐기 작용에 의해, 철심(10)과 수지(17) 사이의 접합이 보다 강해진다. 그 결과, 철심(10)의 강성을 한층더 향상시킬 수 있다.

(2) 쐐기부의 돌출 방향의 길이를 축방향에서 변화시킨 경우

상기 실시형태에서는, 쐐기부(18)의 돌출 방향의 길이(높이)는 공극(16)의 전술한 축방향을 따라 균일하다. 본 개시내용은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 쐐기부(18)의 돌출 방향의 길이는 공극(16)의 상기 축방향에서 변화될 수 있다. 이러한 변형예의 일례가 도 5a 내지 도 5c에 도시되어 있다. 이해를 용이하게 하기 위해, 도 5a 내지 도 5c에서는, 쐐기부(18)의 돌출 방향의 길이(각 도면의 상하 방향의 치수)가 과장되어 도시되어 있다.

도 5a에 도시된 예에서는, 쐐기부(18)의 돌출 방향의 길이는, 공극(16)의 전술한 축방향 일단(도 5a 중 좌측)에서 H1이고, 공극(16)의 상기 축방향 타단(도 5a 중 우측)에서 H1보다 긴 H2이다. 즉, 쐐기부(18)의 돌출 방향의 길이는 공극(16)의 상기 축방향 일단의 H1으로부터, 상기 축방향 타단의 H2까지 연속적으로 증대된다.

도 5b에 도시된 예에서는, 쐐기부(18)의 돌출 방향의 길이는, 공극(16)의 전술한 축방향 중앙부에서 H1이고, 공극(16)의 상기 축방향 일단 및 타단에서 H2이다. 즉, 쐐기부(18)의 돌출 방향의 길이는 공극(16)의 상기 축방향 일단의 H2로부터 중앙부의 H1까지 연속적으로 감소된 후, 공극(16)의 상기 축방향 중앙부의 H1으로부터 상기 축방향 타단의 H2까지 연속적으로 증대된다.

도 5c에 도시된 예에서는, 쐐기부(18)의 돌출 방향의 길이는, 공극(16)의 전술한 축방향 중앙부에서 H2이고, 공극(16)의 상기 축방향 일단 및 타단에서 H1이다. 즉, 쐐기부(18)의 돌출 방향의 길이는 공극(16)의 상기 축방향의 일단의 H1로부터 공극(16)의 중앙부의 H2까지 연속적으로 증대된 후, 공극(16)의 상기 축방향 중앙부의 H2로부터 공극(16)의 상기 축방향 타단의 H1까지 연속적으로 감소된다.

도 5a 내지 도 5c의 각 변형예에서는, 공극(16)의 쐐기부(18)의 돌출 길이는 전술한 축방향으로 변화된다. 그 결과, 공극(16)에 충전된 수지(17)는 쐐기부(18)의 돌출 길이(높이)가 증대되는 방향으로의 이동이 제한된다. 이러한 구성에 의해, 예를 들어 도 5a에 도시된 구성에서는, 공극(16) 내의 수지(17)가 흰색 화살표로 나타낸 상기 축방향 타방측(도 5a 중 우측)으로 빠져나가는 것이 방지된다. 도 5b 및 도 5c에 도시된 구성에서는, 공극(16) 내의 수지(17)가 흰색 화살표로 나타낸 상기 축방향 일방측 및 타방측의 양측(도 5b 및 도 5c 중 좌우 양측)으로 빠져나가는 것이 방지된다. 그 결과, 철심(10)의 강성의 향상 효과를 안정되게 얻을 수 있다.

(3) 쐐기부의 폭을 축방향에서 변화시킨 경우

상기 실시형태에서는, 쐐기부(18)의 폭[즉, 쐐기부(18)의 V자 형상 단면의 기단의 폭]은 전술한 축방향을 따라 균일하다. 본 개시내용은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 쐐기부(18)의 폭은 공극(16)의 상기 축방향에서 변화될 수 있다. 이러한 변형예의 일례를 도 6a 내지 도 6c에 도시한다. 이해를 용이하게 하기 위해, 도 6a 내지 도 6c에서는, 쐐기부(18)만을 추출하여 도시한다.

도 6a에 도시된 예에서는, 쐐기부(18)의 폭은 공극(16)의 전술한 축방향 일단(도 6a 중 좌측)에서 W1이고, 공극(16)의 상기 축방향 타단(도 6a 중 우측)에서 W1보다 긴 W2이다. 즉, 쐐기부(18)의 폭은 공극(16)의 상기 축방향 일단의 W1로부터 타단의 W2까지 상기 축방향으로 연속적으로 증대된다.

도 6b에 도시된 예에서는, 쐐기부(18)의 폭은 공극(16)의 전술한 축방향 중앙부에서 W2이고, 공극(16)의 상기 축방향 일단 및 타단에서 W1이다. 즉, 쐐기부(18)의 폭은 공극(16)의 상기 축방향 일단의 W1로부터 중앙부의 W2까지 연속적으로 증대된 후, 공극(16)의 상기 축방향 중앙부의 W2로부터 축방향 타단의 W1까지 연속적으로 감소된다.

도 6c에 도시된 예에서는, 쐐기부(18)의 폭은 공극(16)의 전술한 축방향 중앙부에서 W1이고, 공극(16)의 상기 축방향 일단 및 타단에서 W2이다. 즉, 쐐기부(18)의 폭은 공극(16)의 상기 축방향 일단의 W2로부터 중앙부의 W1까지 연속적으로 감소된 후, 공극(16)의 상기 축방향 중앙부의 W1로부터 축방향 타단의 W2까지 연속적으로 증대된다.

도 6a 내지 도 6c의 각 변형예에서는, 공극(16)의 쐐기부(18)의 폭은 전술한 축방향으로 변화된다. 그 결과, 공극(16)에 충전된 수지(17)는 쐐기부(18)의 폭이 증대되는 방향으로의 이동이 제한된다. 이러한 구성에 의해, 예를 들어 도 6a에 도시된 구성에서는, 공극(16) 내의 수지(17)가 흰색 화살표로 나타낸 상기 축방향 일방측(도 6a 중 우측)으로 빠져나가는 것이 방지되는 한편, 도 6b 및 도 6c에 도시된 구성에서는, 공극(16) 내의 수지(17)가 흰색 화살표로 나타낸 상기 축방향 일방측 및 타방측(도 6b 및 도 6c 중 좌우 양측)으로 빠져나가는 것이 방지된다. 그 결과, 철심(10)의 강성의 향상 효과를 안정되게 얻을 수 있다.

(4) 공극의 단면을 오각형 이외의 다각형 형상으로 형성한 경우

상기 실시형태에서는, 전술한 축방향과 수직인 공극(16)의 단면 형상은 오각형이다. 본 개시내용은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 공극(16)의 단면이 오각형 이외의 다각형 형상으로 형성될 수도 있다. 이러한 변형예의 일례를 도 7a 내지 도 7c에 도시한다.

도 7a에 도시한 예에서는, 전술한 축방향과 수직인 공극(16)의 단면은 삼각형 형상으로 형성된다. 공극(16)에는, 삼각형의 전술한 반경방향 외측의 코너부에, 내측으로 돌출된 쐐기부(18)가 마련되고, 공극(16)에는 수지(17)가 충전된다.

도 7b에서 도시한 예에서는, 공극(16)의 전술한 수평 단면이 사각형 형상으로 형성된다. 공극(16)에는, 사각형의 전술한 반경방향 외측의 코너부에, 내측으로 돌출된 쐐기부(18)가 마련된다.

도 7c에서 도시한 예에서는, 공극(16)의 전술한 수평 단면이 육각형 형상으로 형성된다. 공극(16)에는, 육각형의 전술한 반경방향 외측의 2개의 코너부에, 내측으로 돌출된 쐐기부(18)가 각각 마련된다.

도 7a 내지 도 7c의 변형예에 있어서, 상기 실시형태와 마찬가지로, 철심(10)의 강성을 향상시킬 수 있다.

(5) 세미 오픈형 회전자가 사용된 경우

상기 실시형태에서는, 회전자(3)가 철심(10)의 원통형 외주부가 폐쇄된, 소위 클로즈드형(closed type)이다. 본 개시내용은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 철심의 원통형 외주부가 영구 자석(11)의 개소에서 개구된 소위 세미 오픈형이 적용될 수도 있다. 이러한 변형예의 일례를 도 8에 도시한다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 본 변형예의 회전자(3A)는 철심(10A)의 영구 자석(11)의 전술한 반경방향 외측의 부분에 개구부(19)를 갖는다. 이러한 구성에 의하면, 회전자(3A)는 철심(10A)의 원통형 외주부가 폐쇄되지 않은 세미 오픈형으로 구성된다.

고정자(2)에 통전될 때, 자석의 자화와는 반대 방향의 자계(磁界)가 고정자(2)로부터 회전자(3A)의 영구 자석(11)으로 가해지고, 그에 따라 영구 자석(11)에는 소위 감자(減磁)가 발생한다. 여기에서, 상기 통전시에 고정자(2)로부터 최대 자속이 가해지는 부분은 철심(10A)의 영구 자석(11)의 전술한 반경방향의 최외측 부분이다. 그래서, 본 변형예에서는, 철심(10A)의 영구 자석(11)의 상기 반경방향의 최외측 부분에 개구부(19)를 마련함으로써, 영구 자석(11)의 감자가 가장 크게 발생하는 배치를 회피하고, 그 결과 상기 통전시에 고정자(2)로부터의 최대 자속이 영구 자석(11)에 가해지는 것을 방지하여, 회전자(3)의 회전 특성의 저하를 줄일 수 있다.

본 변형예에 있어서의 회전자(3A)의 다른 구성은 상기 실시형태에 있어서의 회전자(3)와 동일하다.

본 변형예에 있어서도, 상기 실시형태와 마찬가지로, 철심(10A)의 강성을 향상시킬 수 있다.

(6) 기타

상기 실시형태 및 각 변형예에서는, 공극(16)의 수평 단면이 다각형인 예를 설명했지만, 본 개시내용은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 즉, 공극(16)의 수평 단면은 원형 또는 부채꼴 등의 임의의 형상으로 형성될 수도 있다. 회전 전기 기계가 모터를 예시로서 이용하여 설명되었지만, 본 개시내용은 발전기에 적용될 수도 있다.

상술한 것 이외에도, 상기 실시형태 및 각 변형예에 의한 방법은 적절하게 조합하여 이용될 수도 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 상기 실시형태 및 각 변형예에 있어서, 그 취지를 일탈하는 일없이 많은 변형이 가능하다.

1 : 회전 전기 기계 2 : 고정자
3 : 회전자 3A : 회전자
9 : 샤프트 10 : 철심
10A : 철심 11 : 영구 자석
16 : 공극 16a : 자석 대향면
16b : 자속 가이드면 17 : 수지(보강 부재)
18 : 쐐기부 19 : 개구부

Claims (7)

1. 고정자 및 회전자를 포함하는 회전 전기 기계에 있어서,
   상기 회전자는,
   샤프트에 고정되고, 반경방향 및 축방향을 포함하는 원통 형상의 철심과,
   상기 철심에 매입된 복수의 영구 자석과,
   상기 철심의 상기 반경방향 내측의 부분에 마련된 복수의 공극과,
   상기 공극의 내부에 상기 축방향을 따라 돌출되어 마련된 쐐기부와,
   상기 공극의 내부에 충전된 비자성의 보강 부재를 구비하며,
   상기 축방향에 수직인 단면에 있어서의 상기 공극의 단면 형상이 다각형이고,
   상기 공극은,
   원주방향 양측에 위치하며, 상기 영구 자석의 자속 발생면인 측면과 각각 대향하고, 상기 회전자의 상기 반경방향 내측으로의 누설 자속을 저감하도록 상기 다각형의 2개의 변으로 구성된 자석 대향면과,
   상기 자석 대향면보다 상기 반경방향 외측에 각각 위치하고, 상기 영구 자석의 자속을 상기 회전자의 상기 반경방향 외측으로 안내하도록 상기 다각형의 적어도 1개의 변으로 구성된 자속 가이드면을 구비하며,
   상기 쐐기부는 상기 자속 가이드면의 단부에 위치하는 상기 다각형의 코너부의 위치에 마련되는
   회전 전기 기계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보강 부재는 수지를 포함하는
   회전 전기 기계.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 쐐기부는 돌출 방향을 따른 길이 및 원주방향을 따른 길이중 적어도 한쪽의 길이가 상기 축방향에서 변화되도록 형성되는
   회전 전기 기계.
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