KR101611519B1 - 영구자석형 로터 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석형 로터 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 영구자석의 슬립현상이 방지되도록 중심에 회전축이 결합되고 연자성체로 이루어진 회전자 코어와, 상기 회전자 코어의 외주연을 따라 배치되는 다수 개의 영구자석을 포함하되, 상기 회전자 코어는 길이방향을 따라 형성된 고정홈이 외주연을 따라 소정의 간격으로 다수 개가 형성되고, 상기 영구자석은 고정홈에 억지끼워지고 비자성체로 이루어진 지그체에 의해 양측이 감싸지는 형태로 고정되는 것을 특징으로 하는 영구자석형 로터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

영구자석형 로터 및 이의 제조방법{Rotor for permanent magnet type and manufacturing method of the same}

본 발명은 영구자석형 로터 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 영구자석의 슬립현상이 방지되는 영구자석형 로터 및 이러한 영구자석형 로터를 간단히 제조할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 로터(Rotor)는 회전자 또는 회전체라고도 하며, 발전기 또는 전동기의 회전부분을 총칭한다. 영구자석형 발전기는 통상 코일이 권선된 고정자 내에 영구자석이 부착된 회전자를 설치하고, 회전자를 회전시킴으로써 발생되는 전류를 유기시키며, 영구자석형 전동기는 통상 코일이 권선된 고정자 내에 영구자석이 부착된 회전자를 설치하고, 고정자에 권선된 코일에 다른 전류를 교번으로 인가하여 영구자석과 고정자 사이에 발생되는 자극을 변경시켜 회전자가 회전되게 하며 이를 동력으로 이용한다.

이와 같이 영구자석형 발전기 또는 전동기에 적용되는 회전자는 보통 얇은 규소강판을 다수겹으로 적층하여 이루어진 회전자코어의 외주면에 영구자석을 부착하여 고정시킨 구조를 가지며, 상기 회전자코어의 외주면에 영구자석을 부착하기 위한 여러 방법이 제안되고 있다.

이러한 방법 중 하나를 도 1을 참조하여 살펴보면, 다수겹의 강판이 성층되어 원통형으로 이루어진 회전자코어(20)의 외주면에는 이와 긴밀하게 접촉되도록 동일한 곡률반경을 갖는 다수 개의 영구자석(30)이 원주방향으로 각각 소정의 간격을 두고 부착되는 한편, 각각의 영구자석(30)는 접착제(32)로 상호 결합되고, 영구자석(30)의 외측에 바인더(34)가 부착된다.

그러나, 이와 같이 접착제(32)와 바인더(34)로 영구자석을 고정하는 경우 로터가 동작함에 따라 발생되는 열에 의해 접착제(32)가 녹아 회전자코어(20)와 바이더(34)의 사이에서 영구자석(30)이 유동하게 된다는 문제점이 있으며, 이로 인해 자극의 변화가 일정하지 못하여 로터의 기능을 상실하게 된다는 문제점이 발생된다.

[관련선행기술]

1. 등록특허공보 제10-0857798호 "영구자석 회전자 모터 및 이의 제조방법"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 영구자석의 슬립현상이 발생되지 않으며 간단히 제조가 가능한 영구자석형 로터 및 이의 제조방법을 제안함에 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명인 영구자석형 로터는 중심에 회전축이 결합되고 연자성체로 이루어진 회전자 코어와, 상기 회전자 코어의 외주연을 따라 배치되는 다수 개의 영구자석을 포함하되, 상기 회전자 코어는 길이방향을 따라 형성된 고정홈이 외주연을 따라 소정의 간격으로 다수 개가 형성되고, 상기 영구자석은 고정홈에 억지끼워지고 비자성체로 이루어진 지그체에 의해 양측이 감싸지는 형태로 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명인 영구자석형 로터의 제조방법은 중심에 회전축이 결합되며 연자성체로 이루어지고 길이방향을 따라 형성된 고정홈이 외주연을 따라 소정의 간격으로 다수 개가 형성된 회전자 코어를 구비한 다음, 상기 고정홈에 비자성체로 이루어진 지그체를 억지끼워 결합하는 단계; 다수 개의 영구자석을 구비하여 상기 지그체에 의해 양측이 감싸지도록 상기 회전자 코어의 외주연을 따라 배치하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 의한 영구자석형 로터는 접착제를 사용하지 않고도 영구자석과 회전자 코어의 결합이 가능하므로 로터의 동작 중 발생되는 열에 의한 영구자석의 슬립현상이 발생되지 않아 로터의 안전성이 높으며, 이에 따라 고속 회전이 가능하다.

또한, 본 발명에 의한 영구자석형 로터의 제조방법은 간단한 공정을 통해 안전성이 높고 고속 회전이 가능한 영구자석형 로터를 생산할 수 있는바, 생산성이 향상된다는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 영구자석형 로터의 단면을 보여주는 예시도,
도 2는 본 발명에 의한 영구자석형 로터를 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 회전자 코어를 보여주는 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 회전축을 보여주는 사시도,
도 5는 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 지그체를 보여주는 사시도,
도 6은 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 회전자코어에 지그체가 결합된 상태를 보여주는 사시도,
도 7은 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 영구자석을 보여주는 사시도,
도 8 내지 도 12는 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 회전자코어를 구성하는 회전판의 일 예를 보여주는 예시도,
도 13은 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 회전자코어를 구성하는 회전판이 상호 펀칭결합된 상태를 보여주는 사시도,
도 14는 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 회전자코어에 지그체가 결합된 상태를 보여주는 예시도,
도 15는 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 지그체를 구성하는 지그판의 일 예를 보여주는 예시도,
도 16은 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 지그체를 구성하는 지그판이 적층된 상태를 보여주는 사시도,
도 17은 본 발명에 의한 영구자석형 로터에 적용되는 보호판을 보여주는 사시도,
도 18은 본 발명에 의한 영구자석형 로터의 다른 일 예를 보여주는 정면도.

본 발명에서는 영구자석의 슬립현상이 발생되지 않도록 중심에 회전축이 결합되고 연자성체로 이루어진 회전자 코어와, 상기 회전자 코어의 외주연을 따라 배치되는 다수 개의 영구자석을 포함하되, 상기 회전자 코어는 길이방향을 따라 형성된 고정홈이 외주연을 따라 소정의 간격으로 다수 개가 형성되고, 상기 영구자석은 고정홈에 억지끼워지고 비자성체로 이루어진 지그체에 의해 양측이 감싸지는 형태로 고정되는 것을 특징으로 하는 영구자석형 로터를 제안한다.

또한, 상기 영구자석형 로터를 간단히 제조할 수 있도록 중심에 회전축이 결합되며 연자성체로 이루어지고 길이방향을 따라 형성된 고정홈이 외주연을 따라 소정의 간격으로 다수 개가 형성된 회전자 코어를 구비한 다음, 상기 고정홈에 비자성체로 이루어진 지그체를 억지끼워 결합하는 단계; 다수 개의 영구자석을 구비하여 상기 지그체에 의해 양측이 감싸지도록 상기 회전자 코어의 외주연을 따라 배치하는 단계;를 포함하는 영구자석형 로터의 제조방법을 제안한다.

본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.

이하, 본 발명인 영구자석형 로터 및 이의 제조방법은 첨부된 도면 도 2 내지 도 18을 참고로 상세하게 설명한다.

본 발명인 영구자석형 로터는 도 2에 도시된 바와 같이 중심에 회전축(10)이 결합된 회전자 코어(100)와, 상기 회전자 코어(100)의 외주연을 따라 배치되는 다수 개의 영구자석(200)와, 상기 영구자석(200)을 회전자 코어(100)의 외측에 고정시키는 다수 개의 지그체(300)를 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 회전자 코어(100)는 규소강판 등과 같은 연자성체로 이루어지며, 도 3에 도시된 바와 같이 길이방향을 따라 고정홈(20)이 형성된다. 이때, 상기 고정홈(20)은 외주연을 따라 다수 개가 소정의 간격으로 형성되며, 그 간격이 일정하도록 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 회전자 코어(100)는 도 4에 도시된 바와 같은 회전축(10)이 관통하여 결합되도록 중심에 축공(30)이 형성된다.

상기 지그체(300)는 비자성체로 이루어지며, 일 예로 알루미늄, 동, 알루미늄 합금, 스테인레스 등의 소재를 다이케이팅(Die-casting)이나 사출성형(Injection molding)하여 제작할 수 있다. 또한, 상기 지그체(300)는 고정홈(20)에 억지 끼워져 도 6에 도시된 바와 같이 결합되므로 그 길이는 상기 고정홈(20)의 길이와 동일하도록 형성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같은 영구자석(200)은 내측 곡률이 회전자 코어(100)의 외주연과 동일한 곡률을 이루도록 형성됨이 바람직하며, 이러한 영구자석(200)은 상기 지그체(300)에 의해 양측이 감싸지는 형태로 도 2에 도시된 바와 같이 결합되어 고정된다. 즉, 1개의 영구자석(200)은 2개의 지그체(300)에 의해 양측이 감싸지도록 억지 끼워져 결합되는 것이다.

앞서 설명한 상기 회전자 코어(100)와 지그체(300) 간의 결합, 상기 지그체(300)와 영구자석(200) 간의 결합시 견고한 고정을 위해 억지 끼워진 후 용접을 할 수도 있다.

상기와 같이 제작된 영구자석형 로터는 지그체(300)에 의해 접착제를 사용하지 않고도 영구자석(200)을 회전자 코어(100)의 외측에 고정시키는바, 로터의 동작 중 발생되는 열에 의해 접착제가 녹아 영구자석(200)이 이동하는 현상인 슬립현상이 발생되지 않는다. 따라서, 본 발명에 의한 영구자석형 로터는 안전성이 높으며 고속 회전이 가능하다.

한편, 상기 회전자 코어(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 회전판(110)이 적층되어 형성될 수 있다. 상기 회전판(110)은 프레스를 이용하여 가공하는 스탬핑 방식에 의해 제작될 수 있으며, 도 8 내지 도 12에 도시된 바와 같이 중심에 축공(30)이 형성되고, 외주연을 따라 고정홈(20)이 형성된다.

또한, 상기 축공(30)과 고정홈(20)의 사이 부분에는 결합공(40)이 형성될 수 있으며, 상기 결합공(40)에는 결합구(50)가 결합되어 회전판(110)이 적층된 상태로 하나의 회전자 코어(100)를 형성하도록 할 수 있다.

특히, 상기 회전판(110)을 펀칭 타발시(보다 구체적으로는 고속 타발시) 상기 회전판(110)에는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 펀칭흔적(60)이 형성될 수 있다. 이러한 펀칭흔적(60)은 회전판(110)의 소정의 부분을 가압하여 일면에는 돌기를 형성하고, 타면에는 상기 돌기에 대응되는 홈이 형성되도록 한 것으로, 동일한 위치에 펀칭흔적(60)이 형성된 다수의 회전판(110)은 펀칭흔적(60)에 의해 상호 간에 견고히 고정되어 도 13에 도시된 바와 같이 회전자 코어(100)를 생성할 수 있다.

이와 같이 다수의 회전판(110)을 적층하여 회전자 코어(100)를 형성하는 경우, 본 발명인 영구자석형 로터를 이용한 발전기나 전동기를 통해 얻고자 하는 전류량 또는 동력량에 따라 회전자 코어(100)를 형성하는 회전판(110)의 갯수를 조절할 수 있다.

또한, 일반적으로 고정자를 형성시 규소강판을 성형하여 제작하게 되는바, 이때 규소강판 중 고정자를 제작하고 남은 부분을 이용하여 회전판(110)을 제작할 수 있고, 이렇게 제작된 회전판(110)을 적층하여 회전자 코어(100)를 형성할 수 있는바 비용이 절감됨은 물론, 작업 속도가 향상된다는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 고정홈(20)은 회전자 코어(100) 또는 회전판(110)에 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 축방향을 향해 형성될 수 있으며, 하부가 상부보다 넓은 공간을 가지도록 형성되어 상기 고정홈(20)에 결합되는 지그체(300)가 로터의 회전시 이탈되는 것을 방지함이 바람직하다.

이때, 상기 지그체(300)의 하부, 즉 상기 고정홈(20)과 결합되는 부분은 상기 고정홈(20)에 대응되도록 형성될 수 있으며, 일 예로, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 고정홈(20)의 종단면이 "⊥" 형태를 이루는 경우, 상기 지그체(300)의 하부는 고정홈(20)에 대응되도록 ⊥" 형태를 이루며, 더불어 상기 지그체(300)는 영구자석(200)의 측면을 감싸야 하므로 지그체(300) 전체의 종단면이 "工" 형태를 이루도록 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 고정홈(20)은 도 14에 도시된 바와 같이 지그체(300)의 결합시 지그체(300)의 하부와 이격된 공간이 형성되도록 형성될 수 있으며, 상기 이격된 공간을 통해 지그체(300)를 고정홈(20)에 결합 후 용접함으로써 지그체(300)와 고정홈(20)의 결합을 보다 견고하게 할 수 있다.

한편, 상기 영구자석(200)은 지그체(300)에 양측면이 접하도록 형성되는데, 도 7에 도시된 바와 같이 지그체(300)와 맞닿는 측면이 곡면을 이루도록 형성됨이 바람직하다. 이러한 경우 발전기나 모터의 축, 즉 회전축(10)을 돌릴시 부드럽게 돌아가지 않고 불균일하게 돌아가는 현상인 코킹현상을 방지할 수 있으며, 소음과 진동을 최소화할 수 있어 본 발명인 영구자석형 로터의 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기와 같이 영구자석(200)의 측면이 곡면을 이루는 경우 상기 지그체(300)는 영구자석(200)과 맞닿는 부분을 영구자석(200)의 측면과 대응되도록 곡면으로 구성함이 바람직하다.

더욱이, 도 7에 도시된 바와 같이 영구자석(200)의 측면이 하부에서 상부로 갈수록 기울기가 줄어드는 곡면을 이루도록 하고, 상기 지그체(300)를 도 5에 도시된 바와 같이 영구자석(200)의 곡면을 전체를 감싸도록 할 수 있다. 이로 인해 상기 지그체(300)에 의해 영구자석(200)은 측면은 물론, 상면 일부를 감싸게 되므로 로터의 회전시 영구자석(200)이 이탈되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 지그체(300)는 도 15에 도시된 바와 같은 지그판(310)을 다수 개 형성하여 도 16에 도시된 바와 같이 이를 적층하여 형성할 수 있으며, 이러한 경우 상기 지그판(310)에 관통된 고정공(70)을 형성하고, 다수의 지그판(310)에 형성된 고정공(70)을 관통하여 잇는 결합구(50)를 통해 지그판(310) 상호 간을 견고히 고정시킬 수 있다.

이와 같이 지그판(310)이 적층되어 형성된 지그체(300)는 지그판(310)의 사이를 절연시킴으로써 교변자장에 의해 생성되는 와전류를 차단할 수 있는바, 발열을 방지함은 물론 전기에너지를 보다 절약할 수 있다.

한편, 본 발명인 영구자석형 로터는 도 17에 도시된 바와 같은 보호판(400)이 더 포함될 수 있으며, 상기 보호판(400)은 비자성체로 이루어지고 중심에 회전축(10)이 관통하기 위한 축공(30)이 형성되며, 회전자 코어(100)와 결합하기 위한 결합공(40)이 형성될 수 있다.

이러한 상기 보호판(400)은 상기 회전자 코어(100)의 양단에 도 18에 도시된 바와 같이 결합될 수 있으며, 이때, 결합공(40)에 결합구(50)가 끼워져 회전자 코어(100)와 견고히 고정될 수 있다. 또한, 상기 회전자 코어(100)에도 보호판(400)과 마찬가지로 결합공(40)이 형성되어 있는 경우, 상기 보호판(400)의 결합공(40)은 회전자 코어(100)의 결합공(40)이 형성된 위치에 대응되도록 형성하여 결합구(50)가 보호판(400)과 회전자 코어(100)를 한꺼번에 관통하며 이를 견고히 고정하도록 함이 바람직하다.

앞서 설명한 본 발명에 의한 영구자석형 로터의 제조방법을 살펴보면, 먼저, 중심에 회전축(10)이 결합되며 연자성체로 이루어지고 길이방향을 따라 형성된 고정홈(20)이 외주연을 따라 소정의 간격으로 다수 개가 형성된 회전자 코어(100)를 구비한다.

이때, 상기 회전자 코어(100)는 회전축(10)을 중심으로 스탬핑 방식에 의해 생성된 다수의 회전판(110)을 적층시켜 형성할 수 있으며, 이러한 경우 단시간 내에 여러 회전판(110)을 생산할 수 있고 복잡한 가공작업을 거치지 않아도 되는바 생산성이 형성된다. 또한, 다수의 회전판(110)은 상호 간에 펀칭결합될 수 있다.

다음으로, 구비된 회전자 코어(100)의 고정홈(20)에 비자성체로 이루어진 지그체(300)를 억지끼워 결합시키며, 상기 지그체(300)는 회전자 코어(100)와 마찬가지로 스탬핑 방식에 의해 생성된 다수의 지그판(310)을 적층시켜 형성할 수 있다.

그 다음으로, 다수 개의 영구자석(200)을 구비하여 상기 지그체(300)에 의해 양측이 감싸지도록 상기 회전자 코어(100)의 외주연을 따라 배치하게 되며, 이때의 영구자석(200)은 측면이 곡면을 이루도록 가공할 수 있다.

즉, 영구자석(200)과 고정홈(20)의 형태에 따라 지그체(300)의 형태가 결정되는 것이다.

마지막으로, 보호판(400)이 구비된 경우 상기 보호판(400)을 상기 회전자 코어(100)의 양단에 결합하여 본 발명인 영구자석형 로터를 완성한다.

상기와 같이 별도의 접착제를 사용하지 않고 스탬핑, 펀칭 방식과 부품의 단순결합으로만으로 영구자석형 로터를 완성할 수 있는바, 단시간 내에 대량 생산이 가능하다.

10 : 회전축 20 : 고정홈
30 : 축공 40 : 결합공
50 : 결합구 60 : 펀칭흔적
70 : 고정공
100 : 회전자 코어 110 : 회전판
200 : 영구자석 300 : 지그체
310 : 지그판 400 : 보호판

Claims (10)

1. 중심에 회전축(10)이 결합되고 연자성체로 이루어진 회전자 코어(100)와, 상기 회전자 코어(100)의 외주연을 따라 배치되는 다수 개의 영구자석(200)과, 상기 회전자 코어(100)의 길이방향을 따라 외주연에 소정의 간격으로 다수 개가 형성되는 고정홈(20)과, 상기 고정홈(20)에 억지끼워져 상기 영구자석(200)을 고정시키는 비자성체의 지그체(300)를 포함하여 이루어지는 영구자석형 로터에 있어서,
   상기 지그체(300)는 종단면이 "工" 형태로 하부는 상기 고정홈에 대응되도록 형성되고, 상기 고정홈(20)은 종단면이 "⊥" 형태로 하부가 상부보다 넓은 공간을 가지도록 형성되되,
   상기 회전자 코어(100)는 다수의 회전판(110)이 적층되어 형성되고,
   상기 지그체(300)는 다수의 지그판(310)이 적층되어 형성되며,
   상기 고정홈(20)은 결합한 상기 지그체(300)의 하부와 이격되게 형성된 이격공간으로 상기 지그체(300)를 상기 코어(100)에 용접고정할 수 있게 되고,
   상기 영구자석(200)과 상기 지그체(300)의 측면은 서로 맞닿을 수 있도록 대응하는 곡면으로 이루어져 상기 지그체(300)가 상기 영구자석(200)의 측면을 감싸면서 고정되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석형 로터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전자 코어(100)의 양단에는 비자성체로 이루어진 보호판(400)이 결합되는 것을 특징으로 하는 영구자석형 로터.
3. 중심에 회전축(10)이 결합되며 연자성체로 이루어지고 길이방향을 따라 형성된 고정홈(20)이 외주연을 따라 소정의 간격으로 다수 개가 형성된 회전자 코어(100)를 구비한 다음, 상기 고정홈(20)에 비자성체로 이루어진 지그체(300)를 억지끼워 결합하는 단계;
   다수 개의 영구자석(200)을 구비하여 상기 지그체(300)에 의해 양측이 감싸지도록 상기 회전자 코어(100)의 외주연을 따라 배치하는 단계;를 포함하는 영구자석형 로터의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 회전축(10)을 중심으로 스탬핑 방식에 의해 생성된 다수의 회전판(110)을 적층시켜 회전자 코어(100)를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 로터의 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 다수의 회전판(110)은 상호 간에 펀칭결합되는 것을 특징으로 하는 영구자석형 로터의 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images