KR101684841B1 - 영구 자석형 회전 전기 - Google Patents

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Abstract

원통 모양의 프레임, 상기 프레임의 일단에 고정되는 부하측 브라켓 및 상기 프레임의 타단에 고정되는 반부하측 브라켓을 가지며, 상기 부하측 브라켓의 원형 오목부에 베어링의 외륜이 감합되는 하우징과, 규소 강판을 적층하여 원통 모양으로 형성되며, 내주부에 복수개의 티스가 마련되고, 상기 티스에 권선이 실시되며, 상기 하우징의 프레임에 감합되는 고정자와, 외주부에 등간격으로 복수의 영구 자석이 고착되는 구조용 강재제의 얇은 원통부, 상기 얇은 원통부의 일단에 접속되는 계단형 원판부 및 상기 계단형 원판부의 중심에 고정되는 샤프트를 가지며, 상기 베어링의 내륜에 상기 계단형 원판부의 계단부가 감합되고, 상기 하우징의 부하측 브라켓에 회전 가능하게 편(片)지지되는 회전자와, 규소 강판을 적층하여 원기둥 모양으로 형성되며, 상기 회전자의 얇은 원통부 내에 미소한 에어 갭을 사이에 두고 삽입되고, 상기 하우징의 반부하측 브라켓에 편지지되는 백 요크를 구비한다.

Description

영구 자석형 회전 전기{PERMANENT MAGNET ROTATING ELECTRIC MACHINE}
본 발명은, 회전자(回轉子)의 외주면에 영구 자석을 배치한 영구 자석형 회전 전기(電機)에 관한 것이다.
종래, 외주면 및 내주면을 포함하는 원통 형상을 나타내며, 계자(界磁) 자속(磁束)을 공급하는 계자용 자석을 가지는 회전자(回轉子)와, 상기 내주면측으로부터 상기 회전자에 대향하고, 전기자(電機子) 권선(卷線)이 권회(卷回)된 내주측 고정자와, 상기 외주면측으로부터 상기 회전자에 대향하고, 전기자 권선이 권회된 외주측 고정자를 구비하며, 상기 내주측 고정자의 극쌍수와 상기 외주측 고정자의 극쌍수와의 비(比)와, 상기 외주측 고정자의 상기 전기자 권선에 쇄교(鎖交)하는 상기 계자 자속의 크기와 상기 내주측 고정자의 상기 전기자 권선에 쇄교하는 상기 계자 자계의 크기와의 비는, 동일하게 선정되는 회전 전기가 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
또, 반부하측의 단부에 차양부를 가지는 중공(中空) 샤프트와, 반부하측의 단부에 상기 차양부가 착탈 가능하게 고정된 원통 모양의 프레임과, 상기 프레임에 고정된 스테이터 및 그 내측에 마련되고 상기 부하측에 개구를 가지는 컵 형상의 로터로 이루어지는 모터와, 상기 로터에 결합된 웨이브 제너레이터(wave generator), 플렉스 스플라인(flex spline) 및 서큘러 스플라인(circular spline)으로 이루어지는 감속기와, 상기 중공 샤프트측에 마련된 자기(磁氣) 센서 및 상기 로터의 상기 개구측에 상기 자기 센서에 대향하여 마련된 마그네트로 이루어지는 각도 검출용 위치 검출기와, 상기 프레임과 상기 감속기의 출력측과의 사이에 마련된 저속 베어링과, 상기 감속기의 출력측에 마련되어 저속 동작하는 출력 플랜지를 구비하며, 상기 로터는 상기 모터의 부하측의 고속 베어링만에 의해 편(片)지지되어 있고, 상기 로터에 결합된 웨이브 제너레이터는 상기 출력 플랜지에 마련한 고속 베어링의 외륜 회전 지지에 의해 베어링 지지되어 있으며, 상기 저속 베어링의 내륜은 상기 출력 플랜지를 하우징으로 하여 장착되어 있고, 액추에이터의 중심을 관통하는 중공부는, 상기 중공 샤프트와 상기 출력 플랜지로 구성되고, 상기 위치 검출기를 상기 모터의 반부하측에 마련한 중공 액츄에이터가 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2007－166798호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허 제4650719호 공보
상기 특허 문헌 1에 기재된 종래의 기술에 의하면, 자로(磁路, 자기 회로)를 확보하여 토크 출력을 향상시키기 위해서, 회전자 내주측에 상당한 두께를 가지는 자성체를 가지는 구조로 되어 있다. 그 때문에, 로터 중량(관성)이 커져, 출력 토크의 일부는 이 관성의 가속에 이용되므로, 가감속 성능 및 효율이 나쁘다는 문제가 있다.
또, 상기 특허 문헌 2에 기재된 종래의 기술에 의하면, 브레이크부와 모터부가 축방향으로 늘어서 배치되기 때문에, 모터의 전체 길이가 길다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 저(低)관성화와 토크 향상을 양립시켜 가속 성능을 향상시킴과 아울러, 브레이크를 탑재해도 전체 길이가 길어지지 않는 컴팩트한 구조를 가지는 영구 자석형 회전 전기를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 원통 모양의 프레임, 상기 프레임의 일단에 고정되는 부하측 브라켓 및 상기 프레임의 타단에 고정되는 반(反)부하측 브라켓을 가지며, 상기 부하측 브라켓의 원형 오목부에 베어링의 외륜(外輪)이 감합(嵌合)되는 하우징과, 규소 강판을 적층하여 원통 모양으로 형성되며, 내주부(內周部)에 복수개의 티스(teeth)가 마련되고, 상기 티스에 권선(卷線)이 실시되며, 상기 하우징의 프레임에 감합되는 고정자와, 외주부(外周部)에 등간격으로 복수의 영구 자석이 고착되는 구조용 강재제(鋼材製)의 얇은 원통부, 상기 얇은 원통부의 일단에 접속되는 계단형 원판부 및 상기 계단형 원판부의 중심에 고정되는 샤프트를 가지며, 상기 베어링의 내륜(內輪)에 상기 계단형 원판부의 계단부가 감합되고, 상기 하우징의 부하측 브라켓에 회전 가능하게 편(片)지지되는 회전자와, 규소 강판을 적층하여 원기둥 모양으로 형성되며, 상기 회전자의 얇은 원통부 내에 미소(微小)한 에어 갭을 사이에 두고 삽입되고, 상기 하우징의 반부하측 브라켓에 편지지되는 백 요크(back yoke)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 영구 자석형 회전 전기는, 저(低)관성화와 토크 향상을 양립시켜 가속 성능을 향상시킴과 아울러, 브레이크를 탑재해도 전체 길이가 길어지지 않는 효과를 나타낸다.
도 1은, 본 발명에 관한 영구 자석형 회전 전기의 실시 형태 1을 나타내는 횡단면도이다.
도 2는, 실시 형태 1의 영구 자석형 회전 전기의 종단면도이다.
도 3은, 본 발명에 관한 영구 자석형 회전 전기의 실시 형태 2를 나타내는 종단면도이다.
도 4는, 실시 형태 2의 영구 자석형 회전 전기의 도 3과는 위상(位相)이 다른 종단면도이다.
이하에, 본 발명에 관한 영구 자석형 회전 전기의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은, 본 발명에 관한 영구 자석형 회전 전기의 실시 형태 1을 나타내는 횡단면도이며, 도 2는, 실시 형태 1의 영구 자석형 회전 전기의 종단면도이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 1의 영구 자석형 회전 전기(91)는, 원통 모양의 프레임(41)과, 프레임(41)의 일단에 고정되는 부하측 브라켓(42)과, 프레임(41)의 타단에 고정되는 반(反)부하측 브라켓(43)을 가지며, 부하측 브라켓(42)의 중앙부의 원형 오목부에 베어링(44)의 외륜(外輪)이 감합(嵌合, 끼워 맞춤)되는 하우징(40)을 구비하고 있다. 베어링(44)은, 크로스 롤러 베어링(cross roller bearing)이다.
또, 영구 자석형 회전 전기(91)는, 원통 모양으로 형성되고, 내주부(內周部)에 각각 복수(실시 형태 1의 영구 자석형 회전 전기(91)에서는 12개)의 티스(teeth)(22) 및 슬롯(23)이 마련되며, 티스(22)에 권선(卷線)(24)이 실시되고, 하우징(40)의 프레임(41)에 감합되는 고정자(20)를 구비하고 있다.
또, 영구 자석형 회전 전기(91)는, 외주부(外周部)에 등간격으로 복수(실시 형태 1의 영구 자석형 회전 전기(91)에서는 8개)의 영구 자석(34)이 고착되는 얇은 원통부(31)와, 얇은 원통부(31)의 일단에 접속되는 계단형 원판부(32)와, 계단형 원판부(32)의 중심에 고정되는 샤프트(33)를 가지며, 베어링(44)의 내륜(內輪)에 계단형 원판부(32)의 계단부가 감합되고, 하우징(40)의 부하측 브라켓(42)에 회전 가능하게 편(片)지지되는 회전자(30)를 구비하고 있다. 고정자(20)의 티스(22)의 선단과 회전자(30)의 영구 자석(34)의 자극(磁極) 단부는, 에어 갭을 사이에 두고 대향하고 있다.
또, 영구 자석형 회전 전기(91)는, 원기둥 모양으로 형성되며, 회전자(30)의 얇은 원통부(31) 내에 미소(微小)한 에어 갭을 사이에 두고 삽입되고, 하우징(40)의 반부하측 브라켓(43)의 지지대(43a)에, 복수의 볼트(43b)에 의해 고정되며, 지지대(43a)에 의해 편지지되는 백 요크(back yoke)(50)를 구비하고 있다. 백 요크(50)에는, 회전자(30)의 회전 위치를 검출하는 홀 센서(hall sensor)(52)가 매립되어 있다.
고정자(20)의 철심(鐵心) 및 백 요크(50)는, 철손(鐵損)을 저감하기 위해서, 다수의 규소 강판을 적층하여 형성되어 있다. 회전자(30)의 얇은 원통부(31), 계단형 원판부(32) 및 샤프트(33)는, 강도를 확보하기 위해서, 구조용 강재에 의해 형성되어 있다. 얇은 원통부(31)의 지름 방향의 두께를, 영구 자석(34)의 주방향(周方向)의 폭의 1/4 이하로 하여, 영구 자석(34) 및 권선(24)으로부터 발생하는 자속을 백 요크(50)에 통과시키는 구조로 하고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 1의 영구 자석형 회전 전기(91)는, 회전자(30)의 철심(얇은 원통부(31))을 얇게 하는 것에 의해, 회전자(30)의 가감속 성능을 향상시킬 수 있음과 아울러, 백 요크(50)에 자속을 흘리는 자로(磁路)를 마련하는 것에 의해, 토크 출력을 향상시킬 수 있다. 게다가, 백 요크(50)를, 규소 강판을 적층하여 형성하는 것에 의해, 철손을 저감할 수 있어, 효율이 향상된다.
실시 형태 2.
도 3은, 본 발명에 관한 영구 자석형 회전 전기의 실시 형태 2를 나타내는 종단면도이며, 도 4는, 실시 형태 2의 영구 자석형 회전 전기의 도 3과는 위상이 다른 종단면도이다. 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 2의 영구 자석형 회전 전기(92)는, 하우징(40), 고정자(20) 및 회전자(30)가, 실시 형태 1의 영구 자석형 회전 전기(91)와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략하고, 특징적인 구성을 가지는 백 요크(60)에 대해 설명한다.
실시 형태 2의 백 요크(60)는, 다수의 규소 강판을 적층하여 원기둥 모양으로 형성되며, 회전자(30)의 얇은 원통부(31) 내에 미소한 에어 갭을 사이에 두고 삽입되고, 하우징(40)의 반부하측 브라켓(43)에 복수의 코일 스프링(61)에 의해 접속되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 백 요크(60)의 반부하측에는, 복수의 축방향 구멍(67)이 마련되며, 반부하측 브라켓(43)에는, 축방향 구멍(67)에 슬라이드 가능하게 감합되는 복수의 지지봉(66)이 고정되어 있다. 복수의 지지봉(66)은, 백 요크(60)의 리니어 슬라이드 기구를 구성하고 있다. 리니어 슬라이드 기구(복수의 지지봉(66))는, 백 요크(60)를 축방향으로 변위 가능하게, 축 둘레로 회전 불가능하게 편(片)지지되어 있다.
백 요크(60)는, 코일 스프링(61)의 신축에 의해, 얇은 원통부(31) 내에서 축방향으로 변위 가능하고, 상시(常時)는, 압축된 코일 스프링(61)의 신장력에 의해, 회전자(30)의 부하측 단면(端面)에 밀어 붙여져 있다. 백 요크(60)에는, 회전자(30)의 회전 위치를 검출하는 홀 센서(52)가 매립되어 있다.
백 요크(60)의 반부하측에는, 원형의 오목부가 형성되고, 오목부 내에, 필드(field)(62) 내에 감겨 장착된 브레이크 코일(63)이 매설되어 있다. 반부하측 브라켓(43)의 중앙부에는, 브레이크 코일(63)에 대향하는 아마추어(armature)(64)가 장착되어 있다.
브레이크 미개방시(브레이크 코일(63)이 여자(勵磁)되어 있지 않을 때)에는, 코일 스프링(61)의 신장력에 의해, 백 요크(60)의 부하측 단면(端面)이 회전자(30)의 부하측 단면(端面)에 밀어 붙여지고, 마찰력에 의해, 회전자(30)는 회전할 수 없다. 브레이크 개방시(브레이크 코일(63)이 여자되어 있을 때)에는, 브레이크 코일(63)의 자기(磁氣) 흡인력에 의해, 필드(62)가 아마추어(64)에 흡인되고, 백 요크(60)가 반부하측으로 변위하여, 회전자(30)는 자유롭게 회전할 수 있다. 필드(62)를, 압분(壓粉) 자심(磁心) 등에 의해 형성하면, 영구 자석(34) 및 권선(24)에 의한 자속의 영향을 받지 않고, 모터 특성을 악화시키는 누설 자속을 저감할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 2의 영구 자석형 회전 전기(92)는, 전자 브레이크를 구성하는 필드(62) 및 브레이크 코일(63)을, 백 요크(60) 내에 매설했으므로, 영구 자석형 회전 전기(92)의 전체 길이를 짧게 할 수 있다.
또, 실시 형태 1의 영구 자석형 회전 전기(91) 및 실시 형태 2의 영구 자석형 회전 전기(92)는, 외부로부터 힘을 가하여 샤프트(33)를 회전시키면, 권선(24)으로부터 전력을 얻을 수 있어, 발전기로서도 사용할 수 있다.
20 : 고정자 22 : 티스
23 : 슬롯 24 : 권선
30 : 회전자 31 : 얇은 원통부
32 : 계단형 원판부 33 : 샤프트
34 : 영구 자석 40 : 하우징
41 : 프레임 42 : 부하측 브라켓
43 : 반부하측 브라켓 43a : 지지대
43b : 볼트 44 : 베어링
50 : 백 요크 52 : 홀 센서
60 : 백 요크 61 : 코일 스프링
62 : 필드 63 : 브레이크 코일
64 : 아마추어 66 : 지지봉(리니어 슬라이드 기구)
67 : 축방향 구멍 91, 92 : 영구 자석형 회전 전기

Claims (4)

  1. 원통 모양의 프레임, 상기 프레임의 일단에 고정되는 부하측 브라켓 및 상기 프레임의 타단에 고정되는 반(反)부하측 브라켓을 가지며, 상기 부하측 브라켓의 원형 오목부에 베어링의 외륜(外輪)이 감합(嵌合)되는 하우징과,
    규소 강판을 적층하여 원통 모양으로 형성되며, 내주부(內周部)에 복수개의 티스(teeth)가 마련되고, 상기 티스에 권선(卷線)이 실시되며, 상기 하우징의 프레임에 감합되는 고정자와,
    외주부(外周部)에 등간격으로 복수의 영구 자석이 고착되는 구조용 강재제(鋼材製)의 얇은 원통부, 상기 얇은 원통부의 일단에 접속되는 계단형 원판부 및 상기 계단형 원판부의 중심에 고정되는 샤프트를 가지며, 상기 베어링의 내륜(內輪)에 상기 계단형 원판부의 계단부가 감합되고, 상기 하우징의 부하측 브라켓에 회전 가능하게 편(片)지지되는 회전자와,
    규소 강판을 적층하여 원기둥 모양으로 형성되며, 상기 회전자의 얇은 원통 부 내에 미소(微小)한 에어 갭을 사이에 두고 삽입되고, 상기 하우징의 반부하측 브라켓에 편지지되는 백 요크(back yoke)와,
    상기 하우징의 반부하측 브라켓에 마련되며, 상기 백 요크를 축방향으로 변위 가능하게, 축 둘레로 회전 불가능하게 편지지하는 리니어 슬라이드 기구와,
    상기 하우징의 반부하측 브라켓에 마련되며, 상기 백 요크를 상기 부하측 브라켓 방향으로 압압(押壓)하는 스프링과,
    상기 백 요크의 반부하측에 매설(埋設)된 필드(field) 및 브레이크 코일과,
    상기 하우징의 반부하측 브라켓에 고정된 아마추어(armature)를 구비하는 것을 특징으로 하는 영구 자석형 회전 전기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필드는, 압분(壓粉) 자심(磁心)에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석형 회전 전기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    발전기로서 이용되는 것을 특징으로 하는 영구 자석형 회전 전기.
  4. 삭제
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