KR102568068B1 - 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기 - Google Patents

자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기 Download PDF

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이형우
이재범
임재현
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Abstract

본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기는 고정된 상태로 회전하지 않고, 영구자석에 의한 기자력을 공급하는 고정형 회전자; 상기 고정형 회전자의 외측으로 폴피스 코어와 비자성 충전재가 번갈아가며 연결되어 형성된 폴피스 회전자; 상기 폴피스 회전자의 외측으로 형성되어 권선된 코일로 투입되는 전원을 인가받는 고정자 코어; 상기 폴피스 회전자와 결합하여 기동 토크를 발생시키는 도체 케이지; 및 외부의 고정 구조물과 고정되어 내부의 상기 고정형 회전자를 고정시키는 외함;을 포함하여 설계의 자유도가 매우 높은 효과가 있고, 위치센서의 필요성이 없음으로 그 구조가 매우 단순한 효과가 있다.

Description

자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기{MAGNETIC GEARED LINE-START PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR USING MAGNETIC GEARING EFFECT}
본 발명은 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 유도전동기의 원리와 동기전동기의 원리, 자속변조효과의 원리를 포함하는 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기에 관한 것이다.
기존의 영구자석 동기전동기는 에너지 밀도가 높은 희토류계 영구자석을 적용하여 효율과 출력밀도를 높일 수 있는 특성을 가지기 때문에 산업용 전동기에 적합하다. 그러나 영구자석 동기전동기는 회전자의 위치 센서를 기반으로 한 전력변환장치를 필요로 하므로 복잡한 시스템으로 구성되며 기술적 신뢰성의 한계를 갖고 높은 유지보수비용을 발생시키는 문제점이 있다.
기존의 전동기는, PSD(Power Split Device)라고 불리며, 내측 고정형 회전자가 고정되지 않고 회전하는 구조를 갖는다.
이때, 고정자의 입력 전력은 폴피스 회전자와 내측 영구자석 회전자로 분리되어 입력되고, 저속-고토크를 갖는 회전축과, 고속-저토크를 갖는 회전축을 갖는다.
상술한 두 개의 회전축을 갖는 PSD는 상대속도를 제어하므로 부하 변동에 따라 기계적으로 두 회전자가 불안정한 속도 영역에서 운전하게 될 여지가 있다.
또한, 두 개의 회전축을 부하에 연결시키기 위한 복잡한 구조를 필요로 하며, 제어를 위한 위치센서를 필요로 하므로 위치센서 장착을 위한 구조 또한 필요로 한다.
상술한 바와 같은 이유로 전력변환장치 및 위치센서를 필요로 하지 않는 직입기동형 영구자석 동기전동기에 대한 많은 연구가 진행되고 있지만, 일반적인 직입기동형 영구자석 동기전동기는 고속-저토크 출력 특성에서 유리한 출력 특성을 갖고 저속-고토크 출력 특성에서는 상대적으로 불리한 출력 특성을 가진다.
상술한 바와 같은 이유로 산업용 직입기동형 영구자석 동기전동기는 도 2와 같이 전동기에 기계적 감속기어를 장착하여 고속-저토크 출력을 저속-고토크 출력으로 변환한다.
상술한 기계적 감속기의 추가 장착은 구동시스템의 신뢰성을 떨어트리며, 기계적 감속기에서 발생하는 기계적 마찰은 소음, 진동을 야기하는 문제점이 있고, 윤활을 위한 주기적인 유지보수를 필요로 하므로, 유지보수 비용을 발생시키는 문제점이 있다.
즉, 도 1과 같은 기존의 간접구동장치에서 주로 이용하고 있는 전동기에 기계식 감속기어를 직접 체결하여 사용하는 방식은 에너지 전달 효율 측면이나 신뢰성 및 유지 보수성 측면에서 여러 가지 문제점을 가지고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0119777호(2019.10.23)
상술한 문제점들을 해결하기 위해 본 발명은 고정형 회전자가 회전하지 않도록 하고, 필요성이 없는 위치센서를 배제시킨 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기를 제공하는데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기는 고정된 상태로 회전하지 않고, 영구자석에 의한 기자력을 공급하는 고정형 회전자; 상기 고정형 회전자의 외측으로 폴피스 코어와 비자성 충전재가 번갈아가며 연결되어 형성된 폴피스 회전자; 상기 폴피스 회전자의 외측으로 형성되어 권선된 코일로 투입되는 전원을 인가받는 고정자 코어; 상기 폴피스 회전자와 결합하여 기동 토크를 발생시키는 도체 케이지; 및 외부의 고정 구조물과 고정되어 내부의 상기 고정형 회전자를 고정시키는 외함;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기는 권선된 코일로 투입되는 전원을 인가받는 고정자 코어; 상기 고정자 코어의 외측으로 폴피스 코어와 비자성 충전재가 번갈아가며 연결되어 형성된 폴피스 회전자; 고정된 상태로 회전하지 않고, 영구자석에 의한 기자력을 공급하는 고정형 회전자; 상기 폴피스 회전자와 결합하여 기동 토크를 발생시키는 도체 케이지; 및 외부의 고정 구조물과 고정되어 내부의 상기 고정형 회전자를 고정시키는 외함;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 상기 도체 케이지는 막대구조를 갖는 복수의 도체가 축 방향으로 평행하게 원통구조로 형성되어 있고, 축방향 단부가 단락되어 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 도체는 축 방향 단부에서 단락되어 단락회로를 구성하며, 교류전원 인가시 패러데이 법칙에 의해 유도기전력이 발생하여 단락전류가 발생하고 유도전동기 특성과 같이 기동 토크를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 도체 케이지는 상기 도체가 상기 폴피스 코어에 관통삽입됨에 따라 상기 폴피스 회전자에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 도체 케이지는 상기 도체가 상기 비자성 충전재에 관통삽입됨에 따라 상기 폴피스 회전자에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 도체 케이지는 상기 도체가 상기 폴피스 코어와 비자성 충전재 모두에 삽입 관통됨에 따라 상기 폴피스 회전자에 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기는 고정형 회전자가 회전하지 않음으로 인해 설계의 자유도가 매우 높은 효과가 있고, 위치센서의 필요성이 없음으로 그 구조가 매우 단순한 효과가 있다.
도 1은 기계적 감속기어를 이용한 종래 영구자석 동기전동기의 구동시스템 구성도 이다.
도 2는 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 단면도와 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 구동시스템의 구성도 이다.
도 4는 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 자기기어효과를 설명하기 위한 개념도 이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기에서 유도전동기의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기에서 공극자속 변조의 원리와 상대속도 성분에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 내전형에서 폴피스 코어에 도체가 결힙되는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 내전형에서 비자성 충전재에 도체가 결합되는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 내전형에서 폴피스 코어와 비자성 충전재 모두에 도체가 결합되는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 외전형에서 폴피스 코어에 도체가 결힙되는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 외전형에서 비자성 충전재에 도체가 결합되는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기의 외전형에서 폴피스 코어와 비자성 충전재 모두에 도체가 결합되는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 내전형으로 중심에서 순차적으로 형성되는 고정형 회전자(400), 폴피스 회전자(200), 도체 케이지(300), 고정자 코어(100), 및 외함(600)을 포함한다.
상기 고정자 코어(100)는 고정자 권선이 형성되어 있고, 직입기동형 영구자석 전동기의 최외각에 위치하여 투입되는 3상의 전원을 인가받는다.
상기 고정자 코어(100)가 최외각에 형성되는 것으로 설명했지만, 외전형의 경우 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 내측에 형성될 수도 있다.
참고로, 상기 내전형은 상기 폴피스 회전자(200)가 상기 고정자 코어(100)의 내측에 형성되는 구조이고, 상기 외전형은 상기 폴피스 회전자(200)가 상기 고정자 코어(100)의 외측에 형성되는 구조이다.
상기 도체 케이지(300)는 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 폴피스 회전자(200)에 삽입되고 단부에서 단락된 구조이다.
상기 고정형 회전자(400)는 동축상에서 고정된 상태로 회전하지 않고, 영구자석에 의한 기자력을 공급하는 영구자석 계자이다.
내측에 형성되는 상기 고정형 회전자(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 외함(600)과 체결되어 고정됨에 따라 회전하지 않게 된다.
상기 고정형 회전자(400)가 내측에 형성되는 것으로 설명했지만, 외전형의 경우 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 외측에 형성될 수도 있다.
상기 외함(600)은 외부적으로는 외부의 고정 구조물과 고정되고, 내부적으로 상기 고정자 코어(100), 폴피스 회전자(200), 도체 케이지(300), 고정형 회전자(400)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 외함(600)은 하우징(610), 제1 고정부재(620), 제2 고정부재(630), 및 베어링(640)을 포함한다.
상기 하우징(610)은 최외각의 고정자 코어(100)와 결합되고, 측면의 제1 고정부재(620)는 폴피스 회전자(200)와 샤프트(S)를 볼트로 체결하여 고정시켜 폴피스 회전자(200)의 회전력이 샤프트(S)에 전달될 수 있도록 한다.
이때, 상기 샤프트(S)와 하우징(610) 사이에는 베어링(640)이 개재되어 상기 샤프트(S)의 회전이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제2 고정부재(630)는 일측이 상기 하우징(610)에 결합되고, 타측이 상기 고정형 회전자(400)에 결합되어, 해당 고정형 회전자(400)가 회전하지 않도록 고정시켜 준다.
이때, 상기 제2 고정부재(630)는 상기 하우징(610) 또는 고정형 회전자(400)와 볼트결합되지만, 이에 한정되지 않고 다른 다양한 방식으로 결합될 수도 있다.
상기 폴피스 회전자(200)는 상기 도체 케이지(300)에 의해 각 폴피스의 간격이 흐트러지지 않도록 구성된다.
보다 구체적으로 상기 폴피스 회전자(200)는 폴피스 코어(210)와 비자성 충전재(220)로 구성된다.
상기 폴피스 회전자(200)에 삽입 관통되어 결합되는 도체 케이지(300)는 부하와 연결되는 샤프트(S)와 체결되는 구조를 갖는다.
이때, 상기 도체 케이지(300)는 상기 폴피스 회전자(200)와 결합될 때, 상기 폴피스 코어(210)에 삽입 관통되어 결합되거나, 상기 비자성 충전재(220)에 삽입 관통되어 결합될 수 있고, 상기 폴피스 코어(210) 및 비자성 충전재(220) 모두에 삽입관통되어 결합될 수 있는 것이 바람직하다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기는 기본적으로 유도전동기의 원리와 동기전동기의 원리, 자속변조효과의 원리를 모두 포함하는 전동기이다.
상기 폴피스 회전자(200)에 삽입된 도체 케이지(300)의 도체(310)는 도 2에서 보는 바와 같이 축 방향 단부에서 단락되어 단락회로를 구성하며, 교류전원 인가시 패러데이 법칙에 의해 도체에 유도기전력이 발생하여 단락전류가 발생하고 유도전동기 특성과 같이 기동 토크를 발생시킨다.
상기 기동 토크에 의해 상기 폴피스 회전자(200)가 교류전원과 같은 주파수를 갖는 속도로 동기화되면, 상기 고정형 회전자(400) 자속이 폴피스 회전자(200)에 의해 변조된 공극자속과 상기 고정자 코어(100) 전원이 특정 부하각에서 동기되어 동기토크를 발생시킨다.
공극자속의 변조는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 고정형 회전자(400)의 극 수, 상기 폴피스 회전자(200)의 폴피스 개수에 의해 결정된다.
상기 고정자 코어(100)는 변조된 상기 공극자속을 제어하는 역할을 수행하며, 결과적으로 내측 고정형 회전자(400)와 폴피스 회전자(200)의 상대속도를 제어할 수 있다.
하지만, 상대속도 제어는 부하 변동에 따라 기계적으로 두 회전자인 상기 폴피스 회전자(200)와 고정형 회전자(400)가 불안정한 속도 영역에서 운전하게 될 여지가 있으므로, 상기 고정형 회전자(400)를 도 3에 도시된 바와 같이 상기 외함(600)에 고정하여 상대속도가 아닌 절대속도를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기는 기동시에는 상기 폴피스 회전자(200)에 삽입된 상기 도체 케이지(300)에 의해 유도전동기의 원리로 동작하며, 도 5에 도시된 바와 같이 패러데이 법칙에 의해 발생하는 유도전류와 상기 고정자 코어(100)에서 발생하는 자계의 로렌츠 힘에 의해서 동작한다.
이러한, 상기 고정자 코어(100)의 회전자계는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 폴피스 회전자(200)의 속도와 속도 차이를 갖고 있으나, 해당 폴피스 회전자(200)에서 발생하는 유도기전력의 회전속도가 고려되었을 때 결국 상기 고정자 코어(100) 회전자계의 속도와 상기 폴피스 회전자(200) 회전자계의 속도는 동일한 속도를 가지게 된다.
이러한 조건에서 유도전동기는 로렌츠힘의 원리뿐만 아니라 자기배열토크의 관점에서도 설명할 수 있다.
이 기동 토크를 바탕으로 MG-LSPM이 상용전원의 주파수(s=0)까지 회전속도가 동기화되면, 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기는 자속변조 효과와 동기전동기의 원리로 동작한다.
상기 외함(600)에 고정된 상기 고정형 회전자(400)가 만들어낸 공극자속은 도 7과 같이 상기 폴피스 회전자(200)에 의해 2차 공극에서 변조된다.
변조된 공극자속은 상기 고정자 코어(100)의 극 수와 동일한 공간고조파 차수를 갖게 되며 동기화한다.
동기화된 상태에서 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기(MG-LSPM)은 영구자석 동기전동기와 같이 마그네틱 토크와 릴럭턴스 토크의 합에 의해서 동작한다.
이때, 동기 공간고조파의 회전속도는 두 회전자의 상대속도로, 즉 고정자 전원의 회전속도와 동기되는 성분은 상기 폴피스 회전자(200)와 상기 고정형 회전자(400)의 상대속도임을 알 수 있다.
따라서, 상기 고정형 회전자(400)는 고정하여 회전성분을 0으로 하면, 고정자 전원의 회전속도와 동기되는 성분을 상기 폴피스 회전자(200)의 회전속도로 고정할 수 있다.
상술한 바와 같은 권리로 동작하는 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기(MG-LSPM)는 다양한 구조로 실시될 수 있다.
먼저, 제1 실시예로써, 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기(MG-LSPM)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 폴피스 회전자(200)가 상기 고정자 코어(100)의 내측에 형성되는 내전형 구조이다.
본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기(MG-LSPM)의 내전형은 중심에서부터 외측으로 순서대로 고정형 회전자(400), 폴피스 회전자(200), 고정자 코어(100), 및 외함(600)이 형성되어 있다.
상기 고정형 회전자(400)는 동축상에서 고정된 상태로 회전하지 않고, 원통형으로 외측 외주면으로 영구자석이 결합되며, 해당 영구자석에 의한 기자력을 공급한다.
상기 폴피스 회전자(200)는 폴피스 코어(210)와 비자성 충전재(220)가 번갈아 가며 연결되어 상기 고정형 회전자(400) 외측으로 형성되어 있다.
상기 폴피스 회전자(200)는 외측의 고정자 코어(100)와 내측의 고정형 회전자(400) 사이에 형성되어, 해당 고정형 회전자(400)가 상기 고정자 코어(100)에서 발생하는 회전자계에 의해 회전함에 따라 소정의 기어비로 회전한다.
이때, 상기 폴피스 회전자(200)의 폴피스 코어(210)에 도체 케이지(300) 더욱 정확히는 도체(310)가 관통삽입되게 결합되어 있는 것이 바람직하다.
상기 폴피스 회전자(200)에 삽입된 도체 케이지(300)의 도체(310)는 축 방향 단부에서 단락되어 단락회로를 구성하며, 교류전원 인가시 패러데이 법칙에 의해 도체에 유도기전력이 발생하여 단락전류가 발생하고 유도전동기 특성과 같이 기동 토크를 발생시킨다.
상기 고정자 코어(100)는 상기 폴피스 회전자(200)의 외측으로 형성되고, 코일이 권선되어 있으며, 해당 코일로 투입되는 3상의 전원을 인가받는다.
외부의 고정 구조물과 고정되어 있는 상기 외함(600)은 상술한 고정형 회전자(400), 폴피스 회전자(200), 및 고정자 코어(100)를 포함하고, 특히 상기 고정형 회전자(400)가 회전하지 않도록 고정시킨다.
다음 제2 실시예로써, 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기(MG-LSPM)는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 폴피스 회전자(200)가 상기 고정자 코어(100)의 내측에 형성되는 내전형 구조에서 상기 도체 케이지(300)가 상기 폴피스 회전자(200)의 비자성 충전재(220)에 삽입 관통되어 결합되는 구조를 갖는다.
다음 제3 실시예로써, 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기(MG-LSPM)는 도 10에 도시된 바와 같이 상기 폴피스 회전자(200)가 상기 고정자 코어(100)의 내측에 형성되는 내전형 구조에서 상기 도체 케이지(300)가 상기 폴피스 회전자(200)의 폴피스 코어(210)와 비자성 충전재(220) 모두에 삽입 관통되어 결합되는 구조를 갖는다.
다음 제4 실시예로써, 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기(MG-LSPM)는 도 11에 도시된 바와 같이 상기 폴피스 회전자(200)가 상기 고정자 코어(100)의 외측에 형성되는 외전형 구조를 갖는다.
즉, 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기(MG-LSPM)의 외전형 구조는 중심에서부터 외측으로 순서대로 고정자 코어(100), 폴피스 회전자(200), 고정형 회전자(400), 및 외함(600)이 형성되어 있다.
이때, 상기 고정형 회전자(400)는 회전하지 않게 상기 외함(600)에 고정되어 있는 것이 바람직하다.
또한 이때, 상기 도체 케이지(300)가 상기 폴피스 회전자(200)의 폴피스 코어(210)에 삽입 관통되어 결합되는 구조를 갖는다.
다음 제5 실시예로써, 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기(MG-LSPM)는 도 12에 도시된 바와 같이 상기 폴피스 회전자(200)가 상기 고정자 코어(100)의 외측에 형성되는 외전형 구조에서 상기 도체 케이지(300)가 상기 폴피스 회전자(200)의 비자성 충전재(220)에 삽입 관통되어 결합되는 구조를 갖는다.
마지막 제6 실시예로써, 본 발명에 따른 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기(MG-LSPM)는 도 12에 도시된 바와 같이 상기 폴피스 회전자(200)가 상기 고정자 코어(100)의 외측에 형성되는 외전형 구조에서 상기 도체 케이지(300)가 상기 폴피스 회전자(200)의 폴피스 코어(210)와 비자성 충전재(220) 모두에 삽입 관통되어 결합되는 구조를 갖는다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : 고정자 코어
200 : 폴피스 회전자
210 : 폴피스 코어
220 : 비자성 충전재
300 : 도체 케이지
310 : 도체
400 : 고정형 회전자
500 : 영구자석
600 : 외함
610 : 하우징
620 : 제1 고정부재
630 : 제2 고정부재
640 : 베어링

Claims (7)

  1. 고정된 상태로 회전하지 않고, 영구자석에 의한 기자력을 공급하는 고정형 회전자;
    상기 고정형 회전자의 외측으로 폴피스 코어와 비자성 충전재가 번갈아가며 연결되어 형성된 폴피스 회전자;
    상기 폴피스 회전자의 외측으로 형성되어 권선된 코일로 투입되는 전원을 인가받는 고정자 코어;
    상기 폴피스 회전자에 복수의 도체가 삽입관통되어 해당 폴피스 회전자와 결합하여 기동 토크를 발생시키고, 복수의 상기 도체의 양단에 폐쇄된 링부재가 결합된 도체 케이지; 및
    외부의 고정 구조물과 고정되어 내부의 상기 고정형 회전자를 고정시키는 외함;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기.
  2. 권선된 코일로 투입되는 전원을 인가받는 고정자 코어;
    상기 고정자 코어의 외측으로 폴피스 코어와 비자성 충전재가 번갈아가며 연결되어 형성된 폴피스 회전자;
    고정된 상태로 회전하지 않고, 영구자석에 의한 기자력을 공급하는 고정형 회전자;
    상기 폴피스 회전자에 복수의 도체가 삽입관통되어 해당 폴피스 회전자와 결합하여 기동 토크를 발생시키고, 복수의 상기 도체의 양단에 폐쇄된 링부재가 결합된 도체 케이지; 및
    외부의 고정 구조물과 고정되어 내부의 상기 고정형 회전자를 고정시키는 외함;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체 케이지는
    막대구조를 갖는 복수의 도체가 축 방향으로 평행하게 원통구조로 형성되어 있고, 축방향 단부가 단락되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 도체는
    축 방향 단부에서 단락되어 단락회로를 구성하며, 교류전원 인가시 패러데이 법칙에 의해 유도기전력이 발생하여 단락전류가 발생하고 유도전동기 특성과 같이 기동 토크를 발생시키는 것을 특징으로 하는 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 도체 케이지는
    상기 도체가 상기 폴피스 코어에 관통삽입됨에 따라 상기 폴피스 회전자에 결합되는 것을 특징으로 하는 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 도체 케이지는
    상기 도체가 상기 비자성 충전재에 관통삽입됨에 따라 상기 폴피스 회전자에 결합되는 것을 특징으로 하는 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 도체 케이지는
    상기 도체가 상기 폴피스 코어와 비자성 충전재 모두에 삽입 관통됨에 따라 상기 폴피스 회전자에 결합되는 것을 특징으로 하는 자기 기어 효과를 이용한 마그네틱 기어드 직입기동형 영구자석 전동기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004282934A (ja) * 2003-03-18 2004-10-07 Hitachi Ltd 駆動用電動機及びこれを用いた圧縮機
KR20190119777A (ko) 2018-04-13 2019-10-23 현대자동차주식회사 매입형 영구자석 전동기
KR102398447B1 (ko) * 2021-08-31 2022-05-13 한국교통대학교산학협력단 마그네틱 기어드 동기전동기가 적용된 도시철도차량용 대차 시스템

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