KR102081800B1

KR102081800B1 - 영구 자석 회전자

Info

Publication number: KR102081800B1
Application number: KR1020177031168A
Authority: KR
Inventors: 게오르그 베른뢰테르; 매티아스 아렌스; 니콜라우스 디에트리히; 올라프 리흐테르; 아놀드 쉐에르
Original assignee: 뷜러 모토 게엠베하
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2020-02-26
Also published as: EP3278422B1; ES2748752T3; CN107438936B; DE102015206100A1; EP3278422A1; US20180019630A1; KR20170132826A; CN107438936A; WO2016155727A1

Abstract

본 발명의 목적은 통상적인 영구 자석 회전자를 제작함에 있어서 이를 간단하고도 경제적으로 제조할 수 있으며, 특히 자극면의 형태와 관련하여 매우 자유로운 설계가 가능하도록 하는 데 있다. 이를 위해 본 발명의 전기 모터에 사용되는 영구 자석 회전자는 계철 및 상기 계철의 둘레에 상호 이격되어 분산 배치되는 소결된 다수의 영구 자석으로 이루어지고, 영구 자석에 강자성 물질로 채워진 합성수지 덩어리가 연접되어 있다. 이로써 영구 자석과 계철 사이의 기계적인 결속은 매우 견고해지며 안정적으로 보장이 된다.

Description

영구 자석 회전자 {Permanent magnet rotor}

본 발명은 전기 모터에 사용되는 영구 자석 회전자(1)에 관한 것으로, 상기 회전자는 계철(2)(return body)과 상기 계철의 둘레에 상호 이격되어 분산 배치되는 소결된 다수의 영구 자석(3)으로 이루어지고, 영구 자석에 강자성(强磁性) 물질로 채워진 합성수지 덩어리(5)가 연접되어 있다.

미국 특허공보 US 5,488,260 B1에 영구 자석 회전자가 개시되어 있는데, 이 회전자에는 본체에 굽은 형상의 영구 자석이 배치되어 있고, 영구 자석 물질로 채워진 합성수지 또는 레진재료가 인서트 몰딩(Insert-molded) 되어 있다. 하지만 굽은 영구 자석의 제작에는 많은 노력과 고도의 정밀함이 요구된다. 자극면의 형태를 특별하게 만듦으로써 소음을 경감시키려는 조치들, 예를 들면 경사각을 이루어 형성되는 홈(inclined grooves)의 형성은 적어도 합리적인 결코 제작이 가능하지 않다.

따라서 본 발명의 목적은 통상적인 범주에 속하는 영구 자석 회전자를 제작함에 있어서 이를 간단하고도 경제적으로 제조할 수 있으며, 특히 자극면의 형태와 관련하여 매우 자유로운 설계가 가능하도록 하는 데 있다. 이때, 영구 자석과 계철 사이의 기계적인 결합의 높은 견고성과 안정성이 보장이 되어야 한다.

본 발명의 이러한 과제는 청구항 1 및 10 를 통하여 해결된다.

본 발명의 목적은 블록 자석의 사용을 통해 달성된다. 상기 영구 자석은 판형 내지 사각형으로 이루어진 자석까지 다양하기 때문에, 적은 노력을 기울이고도 많은 수량의 자석이 매우 정확하게 연마되어 질 수 있다. 강자성을 띠는 물질로 이루어진 합성수지 덩어리가 예비 자화된 영구 자석의 자계선(자기장 라인)을 향하도록 배향함으로써, 영구 자석 회전자의 자계는 더욱 강력해지고, 따라서 전기 모터의 성능도 제고되는 것이다. 본 발명의 다른 실시예들은 이하 종속 청구항에 의거하여 자세히 설명된다.

본 발명의 목적에 적합하도록, 상기 합성수지 덩어리는 그 외부 윤곽이 실린더 형상으로 이루어진다.

소음을 줄이고자 하는 요구에 부응하도록 상기 합성수지 덩어리는 길이 방향 외부 윤곽에 다수의 경사면을 포함하는 것을 고려할 수 있다.

이와 동일한 목적을 가진 하나의 대안으로, 상기 합성수지 덩어리의 외부 윤곽에 홈이 형성될 수 있다.

상기 영구 자석 회전자의 코깅 토크를 향상시키기 위한 또 다른 개선책으로 상기 홈은 그 외부 윤곽에서 축 평행선과 교차하는 각도를 이루며 형성된다.

기계적인 견고성을 향상시키기 위하여, 상호 인접하는 영구 자석 사이에 위치하는 계철에 원주 방향으로 돌출 부재가 형성되고, 상기 돌출 부재는 특히 원주 방향으로 외부를 향하여 점점 넓어지는 형태로 이루어진다. 특히, 영구 자석은 상기 영구 자석에 의해 점유되는 범위를 벗어나는 길이 방향의 영역에서, 상호 인접하는 2개의 돌출부재 사이에 형성되는 간격 보다 더 넓어야 한다.

상기 합성수지 덩어리는 상기 돌출 부재로 인하여 다수의 영역으로 구획되고, 상기 돌출 부재와 형상이 서로 맞물리는 방식으로 결합하고, 이때 돌출부재는 더브테일 모양의 윤곽을 갖는다.

본 발명의 과제를 해결하려는 제2의 방법은 영구 자석의 제조 방법을 통해 달성된다. 상기 제조 방법은

a) 계철을 준비하는 단계;

b) 사전 자화된 영구 자석(3)을 상기 계철(2)에 배치하는 단계; 및

c) 자성 물질로 채워진 합성수지 덩어리(5)로 상기 계철(2)과 상기 영구 자석(3)을 인서트 성형하는 단계;를 포함하며, 이때 상기 자성 물질은 사전 자화된 영구 자석(3)의 자계선을 향해 배향된다.

본 발명은 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명함으로써 더 잘 이해될 수 있으며 도면들에 있어 동일한 도면 부호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타낸다.
도 1a는 본 발명에 따른 영구 자석 회전자의 제 1 실시예로서, 축과 직각 방향으로 단면한 모습을 보여주는 사시도이다.
도 1b는 상기 제 1 실시예의 영구 자석 회전자를 축방향을 따라 절단한 모습을 보여주는 단면도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 영구 자석 회전자의 제 2 실시예로서, 축과 직각으로 단면하여 나타낸 모습을 보여주는 사시도이다.
도 2b는 상기 제 2 실시예의 영구 자석 회전자를 축방향을 따라 절단한 모습을 보여주는 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 영구 자석 회전자의 제 3 실시예로서 축과 직각방향으로 단면한 모습을 보여주는 사시도이다.
도 3b는 상기 제 3 실시예의 영구 자석 회전자로서, 축 방향을 따라 절단한 모습을 보여주는 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 영구 자석 회전자의 제 4 실시예로서, 축과 직각방향으로 단면한 모습을 보여주는 사시도이다.
도 4b는 상기 제 4 실시예의 영구 자석 회전자로서, 축 방향을 따라 절단한 모습을 보여주는 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 영구 자석 회전자의 제 5 실시예로서, 축과 직각방향으로 단면한 모습을 보여주는 사시도이다.
도 5b는 상기 제 5 실시예의 영구 자석 회전자로서, 축 방향을 따라 절단한 모습을 보여주는 단면도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 영구 자석 회전자의 제 6 실시예로서 축과 직각방향으로 단면한 모습을 보여주는 사시도이다.
도 6b는 상기 제 6 실시예의 영구 자석 회전자로서, 축 방향을 따라 절단한 모습을 보여주는 단면도이다.

도면에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서, 명확한 설명을 위해 특정 용어가 사용된다. 그러나 본 발명을 그렇게 선택된 특정 용어에 한정되더록 의도되지 않으며, 각각의 특정 구성 요소는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술적 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1a는 본 발명에 따른, 6각형 형상의 전기 강판의 집적으로 이루어지는 계철(2)을 구비하는 영구 자석 회전자(1)의 제 1 실시예를 나타내는 도면으로서, 축과 직각 방향으로 단면하여 나타낸 단면도이다. 상기 계철(2)은 회전자의 회전축에 고정하기 위한 회전축 리세스(10)를 더 포함한다. 상기 6각형 형상의 전기 강판 다발(계철 2)의 6개면에 판형으로 이루어진 영구 자석(3)이 연접하여 있다. 상기 영구 자석(3)은 1차 성형 공정(Urformvorgang, primary shaping process)을 통하여 결합되는 강자성 물질로 채워진 합성수지 덩어리(5)에 의하여 둘러싸여 있다. 1차 성형공정을 거치는 동안 상기 영구 자석은 이미 사전(미리) 자화되고(pre-magnetized), 이로써 상기 합성수지 덩어리를 채우게 되는 강자성 물질은 영구 자석의 자계선을 향하게 된다. 상기 영구 자석 회전자(1)의 외부 윤곽은 상기 합성수지 덩어리(5)를 통하여 완전히 형성되고, 실린더 표면 형상의 외부 윤곽면(6)을 갖는다. 상기 영구 자석 사이에는 상기 합성수지 덩어리(5)로 채워지게 되는 틈이 형성된다.

도 1b는 상기 계철(2), 영구 자석(3), 합성수지 덩어리(5) 및 회전축 리세스(10)를 포함하는 상기 제 1 실시예를 축 방향을 따라 평단면하여 나타낸 단면도이다.

도 2a는 본 발명에 따른, 6각형 형상의 전기 강판의 집적으로 이루어지는 계철(2)을 구비하는 영구 자석 회전자(1)의 제 2 실시예를 나타내는 축과 직각 방향으로 단면하여 나타낸 단면도이다. 상기 계철(2)은 회전자의 회전축에 고정하기 위해 암나사로 형성한 회전축 리세스(10)를 더 포함한다. 상기 6각형 형상의 전기 강판 다발(계철 2)의 6 개면에 판형으로 이루어진 영구 자석(3)이 연접해 있다. 상기 영구 자석(3)은 1차 성형 공정을 통하여 결합되는, 강자성 물질로 채워진 합성수지 덩어리(5)에 의하여 둘러싸여 있다. 1차 성형공정을 거치는 동안 상기 영구 자석은 이미 사전에 자화되고, 상기 합성수지 덩어리를 채우게 되는 강자성 물질은 영구 자석의 자계선(자기장)을 향하게 된다. 상기 영구 자석 회전자(1)의 외부 윤곽은 상기 합성수지 덩어리(5)를 통하여 완전히 형성되고, 다각형 형상의 외부 윤곽면(6)을 구비하고 있다. 여기서 제 1 실시예와 다른 점은, 상기 영구 자석(3)과 평행한 방향으로 평탄면(7)이 구비되어 있다는 것이다.

도 2b는 시트의 집합체로 만들어진 상기 계철(2), 영구 자석(3), 합성수지 덩어리(5), 평탄면(7) 및 회전축 리세스(10)를 포함하는 상기 제 2 실시예를 축 방향을 따라 평단면하여 나타낸 단면도이다.

도 3a는 본 발명에 따른, 6각형 형상의 전기 강판의 집적으로 이루어지는 계철(2)을 구비하는 영구 자석 회전자(1)의 제 3실시예를 나타내는 축과 직각 방향으로 단면하여 나타낸 단면도이다. 상기 계철(2)은 회전자의 회전축에 고정하기 위한회전축 리세스(10)를 더 포함하고, 상기 회전축 리세스(10)로 상기 영구 자석 회전자(1)의 축(11)이 뻗어 나가게 된다. 상기 6각형 형상의 전기 강판 다발(계철 2)의 6 개면에 판형으로 이루어진 영구 자석(3)이 연접해 있다. 상기 영구 자석(3)은 1차 성형 공정을 통하여 결합되는, 강자성 물질로 채워진 합성수지 덩어리(5)에 의하여 둘러싸여 있다. 1차 성형공정을 거치는 동안 상기 영구 자석은 이미 사전 자화되고, 상기 합성수지 덩어리를 채우게 되는 강자성 물질은 영구 자석의 자계선을 향하게 된다. 상기 영구 자석 회전자(1)의 외부 윤곽은 상기 합성수지 덩어리(5)를 통하여 완전히 형성되고, 부분적으로 실린더 형상의 외부 윤곽면(6)을 구비하고 있다. 상기 영구 자석 사이에는 상기 합성수지 덩어리(5)로 채워지게 되는 틈이 형성된다. 여기서 제 1 실시예와 다른 점은, 길이 방향으로 상기 영구 자석(3)과 나란하게 홈(8)을 형성하되, 상기 홈(8)이 축과 평행하는 선(4)과는 경사각(α)을 이룬다는 것이다.

도 3b는 시트들의 집합체로 구성된 상기 계철(2), 영구 자석(3), 합성수지 덩어리(5), 홈(8) 및 회전축 리세스(10)를 포함하는 상기 제 3 실시예를 축 방향을 따라 평단면하여 나타낸 단면도이다.

도 4a는 본 발명에 따른, 계철(2)을 구비하며, 별 모양의 전기 강판의 집적으로 이루어지는 영구 자석 회전자(1)의 제 4 실시예를 나타내는 축과 직각 방향으로 단면하여 나타낸 단면도이다. 상기 계철(2)은 회전자의 회전축에 고정하기 위한 회전축 리세스(10)를 더 포함한다. 상기 전기 강판 다발(계철 2)에 판형으로 이루어진 영구 자석(3)이 연접해 있다. 상기 영구 자석(3)에 1차 성형공정을 통하여 제공되는, 강자성 물질로 채워진 합성수지 덩어리(5)의 볼륨 에어리어가 각각 연접되어 있다. 1차 성형공정을 거치는 동안 이미 상기 영구 자석은 사전 자화되고, 상기 합성수지 덩어리를 채우게 되는 강자성 물질은 영구 자석의 자계선을 향하게 된다. 상기 영구 자석 회전자(1)의 외부 윤곽은 부분적으로 상기 합성수지 덩어리(5) 및 부분적으로 돌출부재(9)를 통하여 형성되고, 상기 돌출부재(9)는 상기 계철(2)과 일체형으로 이루어지고, 함께 실린더 맨틀 형상의 외부 윤곽면(6)을 형성한다. 상기 합성수지 덩어리(5)는 상기 영구 자석(3)의 갯수에 상응하는 갯수로 구성되어 서로 이격되어 분산 배치된다.

도 4b는 시트들의 집합체로 만들어진 상기 계철(2), 영구 자석(3), 합성수지 덩어리(5), 돌출부재(9) 및 회전축 리세스(10)를 포함하는 상기 제 4 실시예를 축 방향을 따라 평단면하여 나타낸 단면도이다.

도 5a는 본 발명에 따른, 별 모양의 전기 강판의 집적으로 이루어지는 계철(2)을 구비하는 영구 자석 회전자(1)의 제 5 실시예를 나타내는 축과 직각 방향으로 단면하여 나타낸 단면도이다. 상기 계철(2)은 회전자의 회전축에 고정하기 위한 회전축 리세스(10)를 더 포함한다. 상기 전기 강판 다발(계철 2)에 판형으로 이루어진 영구 자석(3)이 연접해 있다. 상기 영구 자석(3)에 1차 성형공정을 통하여 제공되는, 강자성 물질로 채워진 합성수지 덩어리(5)의 볼륨 에어리어가 각각 연접되어 있다. 1차 성형공정을 거치는 동안 이미 상기 영구 자석은 사전 자화되고, 상기 합성수지 덩어리를 채우게 되는 강자성 물질은 영구 자석의 자계선을 향하게 된다. 상기 영구 자석 회전자(1)의 외부 윤곽은 부분적으로 상기 합성수지 덩어리(5)와 부분적으로 돌출부재(9)를 통하여 형성되고, 상기 돌출 부재(9)는 상기 계철(2)과 일체형으로 이루어진다. 상기 합성수지 덩어리(5)는 상기 영구 자석(3)의 갯수에 상응하는 갯수로 구성되어 서로 이격되어 분산 배치되고, 축과 평행하게 형성되는 홈(8)을 포함한다.

도 5b는 시트들의 집합체로 형성되는 상기 계철(2), 영구 자석(3), 합성수지 덩어리(5), 돌출부재(9), 홈(8) 및 회전축 리세스(10)를 포함하는, 상기 제 5 실시예를 도시하는 축 방향을 따라 평단면하여 나타낸 단면도이다.

도 6a는 본 발명에 따른, 별 모양의 전기 강판의 집적으로 이루어지는 계철(2)을 구비하는 영구 자석 회전자(1)의 제 6 실시예를 나타내는 축과 직각 방향으로 단면하여 나타낸 단면도이다. 상기 계철(2)은 회전자의 회전축에 고정하기 위한 회전축 리세스(10)를 더 포함한다. 상기 전기 강판 다발(계철 2)에 판형으로 이루어진 영구 자석(3)이 연접해 있다. 상기 영구 자석(3)에 1차 성형공정을 통하여 제공되는, 강자성 물질로 채워진 합성수지 덩어리(5)의 볼륨 에어리어가 각각 연접되어 있다. 1차 성형공정을 거치는 동안 이미 상기 영구 자석은 사전 자화되고, 상기 합성수지 덩어리를 채우게 되는 강자성 물질은 영구 자석의 자계선을 향하게 된다. 상기 영구 자석 회전자(1)의 외부 윤곽은 부분적으로 상기 합성수지 덩어리(5)와 부분적으로 돌출부재(9)에 의하여 형성되고, 상기 돌출부재(9)는 상기 계철(2)과 일체형으로 이루어진다. 상기 합성수지 덩어리(5)는 상기 영구 자석(3)의 갯수에 상응하는 갯수로 구성되어 서로 이격되어 분산 배치되고, 외면에 홈(8)을 포함하고 있다. 여기서 제 5 실시예와 다른 점은, 상기 홈(8)은 축과 평행한 선(4)과 경사각(α)을 이루어 형성된다는 점이다.

도 6b는 시트들의 집합체로 형성되는 상기 계철(2), 영구 자석(3), 합성수지 덩어리(5), 돌출 부재(9), 홈(8) 및 회전축 리세스(10)를 포함하는, 상기 제 6 실시예를 도시하는 축 방향을 따라 평단면하여 나타낸 단면도이다.

더 나아가서, 상기 합성수지 덩어리(5)는 부분적으로는 역시 상기 계철과 영구 자석(3) 사이로 연장된다는 것을 도 1b, 2b, 3b, 4b, 5b 및 6b를 통하여 확인할 수 있다. 이는 상기 영구 자석의 모서리가 둥글게 처리되었기 때문이다.

본 발명은 여기에 설명된 예시적인 실시 예에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 다양한 유형 및 스타일의 사용자 인터페이스가 제한 없이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 상기 교시에 비추어 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 본 발명의 상술된 실시 예의 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항 및 그 균등물의 범위 내에서, 본 발명은 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해해야 한다.

1. 영구 자석 회전자
2. 계철
3. 자석
4. 축 평행선
5. 충진된 합성수지 덩어리
6. 외부 윤곽
7. 평탄면
8. 홈
9. 돌출부재
10. 회전축 리세스
11. 축

Claims

삭제
삭제
계철(2);
상기 계철(2)의 둘레에 상호 이격되어 분산 배치되는 소결된 다수의 영구 자석(3); 및
상기 영구 자석에 결합된 강자성 물질로 채워진 플라스틱 덩어리를 포함하고,
상기 영구 자석(3)은 판 형상의 블록 자석이며, 합성수지 덩어리(5) 내의 상기 강자성 물질은 상기 영구 자석(3)의 작용력으로 인해 상기 영구 자석(3)의 자계선을 향하며,
상기 합성수지 덩어리(5)는 외부 윤곽에 길이 방향을 따라 다수의 평탄면(7)이 형성되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 회전자(1).
계철(2);
상기 계철(2)의 둘레에 상호 이격되어 분산 배치되는 소결된 다수의 영구 자석(3); 및
상기 영구 자석에 결합된 강자성 물질로 채워진 플라스틱 덩어리를 포함하고,
상기 영구 자석(3)은 판 형상의 블록 자석이며, 합성수지 덩어리(5) 내의 상기 강자성 물질은 상기 영구 자석(3)의 작용력으로 인해 상기 영구 자석(3)의 자계선을 향하며,
상기 합성수지 덩어리(5)는 외부 윤곽(6)에 홈(8)이 형성되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 회전자(1).
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 홈(8)은 그 외부 윤곽면에서 축과 평행한 선들과 경사각(α)을 이루는 것을 특징으로 하는 영구 자석 회전자(1).
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 영구 자석(3)은 서로 이격되어 있고, 상기 계철(2)은 이격된 상기 영구 자석들 사이에 방사상으로 배향된 돌출 부재(9)를 갖는 것을 특징으로 하는 영구 자석 회전자(1).
제6항에 있어서,
상기 돌출 부재(9)는 반경 방향으로 외부를 향하여 점점 넓어지는 것을 특징으로 하는 영구 자석 회전자(1).
제7항에 있어서,
상기 영구 자석(3)은 상기 자석에 의해 점유된 공간 외측의 반경 방향 공간에서 두 개의 인접한 돌출 부재(9) 사이의 간격보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 영구 자석 회전자(1).
제6항에 있어서,
상기 합성수지 덩어리(5)는 상기 돌출 부재(9)로 인하여 다수의 영역으로 구획되고, 상기 돌출 부재(9)와 형상이 서로 맞물리는 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 회전자(1).
청구항 3 또는 4의 영구 자석 회전자를 제조하는 방법으로,
a) 계철을 준비하는 단계;
b) 사전 자화된 영구 자석(3)을 상기 계철(2)에 배치하는 단계; 및
c) 자성 물질로 채워진 합성수지 덩어리(5)로 상기 계철(2)과 상기 영구 자석(3)을 인서트 성형하는 단계;를 포함하며, 이때 상기 자성 물질은 사전 자화된 영구 자석(3)의 자계선을 향해 배향되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 회전자를 제조하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 합성수지 덩어리(5)는 실린더 형상의 외부 윤곽(6)을 형성하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 회전자(1)