KR19980702157A - 강자성의 가교제로 코팅된 소결 영구 자석으로 된 전동로터리 머신용 복합 유도자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전동 로터리 머신용 유도자는, 아마추어(6)를 마주하도록 배치되는 자극 면을 갖는 하나 이상의 자석(2)이 일측벽에 부착된 중공형 혹은 중실형(solid)의 원통형 요크(1)를 구비한다. 상기 자석(2)은 고상의 비자성 가교제에 강자성재가 분산되어 이루어진 덧씌움 성형 복합재(4)로 적어도 상기 자극 면을 코팅하는 덧씌움 성형에 의해 상기 요크(1)에 부착된다.

Description

강자성의 가교제로 코팅된 소결 영구 자석으로 된 전동 로터리 머신용 복합 유도자

통상적으로, 유도자는 대칭축이 적어도 하나 있고 대체적으로 호형, 모서리가 둥근 사각형, 혹은 다각형의 단면 형상을 갖는 원통형의 관상 요크(yoke)를 구비한다.

연자성 재료로 제조된 요크 내벽에는 강자성 재료로 제조된 하나 이상의 영구 자석이 부착된다. 영구 자석은 횡단면의 내주를 덮는 환형의 단일 자화체이거나 상기 내주에 대칭 분포된 여러 조각의 자화체 형상일 수 있으며, 이들 조각들은 예를 들어, 직사각형의 횡단면, 바람직하게는 호형 링의 단면일 수 있거나, 혹은 아마추어(armature)에 형성된 하나 이상의 호형 횡단면의 표면을 구비할 수 있다.

이들 영구 자석은 소결체, 결합 합성 자석, 혹은 고체 수지에 매립된 자화재일 수 있다. 상기 자석들은 로터리 머신의 아마추어가 위치된 요크 중심부에서 소정 간격을 유지한 상태로 위치된다.

자속(磁束)을 조정하고 로터리 머신의 성능을 향상시키기 위해 아마추어 측면상의 영구 자석에는 자극체(pole piece)가 추가된다.

영구 자석에 유효한 재료로는 예를 들어, 페라이트 계열의 희토류계 합금(Nd-Fe-B, 혹은 Sm-Co 등) 혹은 기타의 재료들이 알려져 있다. 자극체는 요크와 마찬가지로 강(鋼)과 같은 연자성 재료로 제조된다.

자석 혹은 자극체와 아마추어 사이에는 공기 틈새가 존재하고 그 두께는 가능한 한 제한되고 균일하여야 한다. 대량 생산 모터의 경우, 통상 0.6~1mm 정도의 틈새가 존재한다. 보다 작은 두께로 되는 것은 어려운데, 그것은 특히, 자석들이 아마도 그들 자극체와 함께 기대어진 요크가 일반적으로 압연강 혹은 단조강으로 제조되고, 다른 요소의 치수 및 대칭 공차로 누적되는 치수 및 대칭 공차에 기인하여 형상 불규칙성을 가지기 때문이다.

이 결과를 이끌어 내기 위해서는 영구 자석을 많은 비용을 들여 세밀하게 가공하는 것이 필요하다. 이 가공은 자석이 소결 재료로 제조된 경우에 특히 주의를 요한다.

그러나, 유도자의 여러 구성 요소의 가공 및 조립에 세심한 주의를 기울이는 것에 의해 공기 틈새를 0.3mm의 두께로 감소시킬 수도 있는데, 이때 그러한 주의를 기울임에는 어려움이 따르고 실질적인 비용의 상승을 유발할 수 있다.

자석은 분리 가능한 클램프나 핀에 의해, 비자성의 케이싱(예, 플라스틱 제품)에 유지되는 것에 의해, 용접에 의해 혹은 비자성 수지의 분사에 의해 요크 내부에 부착된다.

또한, 자석의 장착을 달성하기 위해, 알루미늄이나 열경화성 수지 등의 비자성 재료를 덧씌워 성형한 가공 자석(아마도 그 자석의 자극체들과 함께)으로 이루어진 경질의 조립체를 구현하는 것이 유익하다고 알려져 있다. 그런 다음, 경질의 조립체는 요크내에 용이하게 도입되어 위치되며; 이는 요크내에서 직접 자석을 덧씌워 성형하는 것에 의해 얻어질 수도 있다.

어쨌든, 자석은 요크에 접촉되거나, 연성의 강자성 재료로 제조된 유사 부품에 접촉됨으로써, 자석들 사이의 연속적인 자속 회로를 형성하며, 이는 모터의 작동에 필수적이다.

이 방식의 일 해결 방안은 프랑스 특허 제 2617344 호에 공지되어 있다. 아마도 부가적인 자극체와 합체될 것이며, 가교제가 혼합된 Nd-Fe-B 합금 분말로 부터 제조되거나 압축되는 복합 자석(4)은 요크(1)에 접촉되어 있으며 아마도 부가적인 자극체와 결합될 것이며, 이때 상기 자극 면의 형태는 아마추어에 대응하는 형상으로 동심 배치되며; 상기 자석은 그 자석의 측방부(7)에 의한 부착을 보장하는 수지에 의해 상기 요크(1)내에 성형되며; 더욱이, 자석은 아마추어에 대향된 자극 면상에 형성된 약 5mm 정도의 일정한 두께의 수지 코팅층에 의해, 부식 잠재성을 갖는 대기 분위기로 부터 보호된다.

따라서, 설명된 실시예에서, 자석/아마추어 틈새의 두께는 상기 주어진 통상의 수치인 0.6~1mm 보다 크게 되는데, 이는 자석의 자극 면을 덮는 비자성 물질(5)의 두께가 상기 두께에 부가되는 것이 필요할 것이기 때문이며; 그에 따라, 로터리 머신의 성능은 아마추어로 부터 상기 성형된 비자성 물질(5)이 구분되는 거리가 미미한 경우(예, 0.3mm)에도 증가된다.

일본 특허 공개 60-131055 호에는 열경화성 가교제에 분산된 강자성 재료를 기초로 하여 요크의 전체 내주 안에서 성형되며 보조 자극(3)도 포함하는 합성 자석(4)이 공지되어 있다. 여기에 다시, 자석의 자극 면의 형태는 요크에 대응하여 형성되고 아마추어에 동심 배열되며, 일정 두께의 공기 틈새는 자석과 아마추어의 거리에 의해서만 결정된다. 더욱이, 요크에 성형된 자석을 사용하는 것에 의해, 공기 틈새의 두께가 미미해질 수 있는 경우에도, 모터의 작동은 상기 성형 자석을 사용하는 덕택으로 감소될 것이다.

또한, 프랑스 특허 제 2 617 343 호에는 상기 언급된 프랑스 특허 제 2 617 344 호에 개시된 것과 동일한 자석, 즉 자극 면의 형상이 아마추어의 형상에 대응하는 합성 자석을 구비하는 유도자가 공지되어 있으며, 아마도 부가적 자극체와 합체되어질 상기 자석은 요크에 부착되고, 자석 및 자극체의 조립체로 구성된 자극의 전체 외형부에 합치되는 (시트)금속 차폐층에 의해 부식으로 부터 보호된다. 이전에 언급된 바와 같이, 상기 자석은 아마추어의 형태를 취하며, 자석(혹은 자극)과 아마추어 사이의 거리는 일정하다.

이러한 형태의 조립체에서, 여러 구성 요소들을 세심하게 조립하고 가공하는 것을 필요로 하는 최소 간격의 자석-아마추어 공기 틈새를 가능한 한 유지하기 위해 유도자와 요크 간에는 동심을 이루어야 한다. 그럼에도 불구하고, 당업자들은 상기 보여진 바와 같이 공기 틈새의 두께를 0.6mm 미만으로 형성시킬 수 없다고 예상한다.

프랑스 특허 제 2 169 938 호에는 자속 통로(116)에 접촉되고 덧씌워 성형된 플라스틱 케이싱(16)에 의해 제위치에 유지되는 평평한 자석(110)을 구비하는 유도자가 공지되어 있다. 상기 케이싱은 자석과 아마추어 사이의 부가적 비자성 틈새를 형성하며; 아마추어와 동심인 표면을 구비하며, 자석의 자극이 상기 아마추어의 형상에 대응하지 않고 아마추어와 동심을 이루지 않는다는 점을 보상하기 위해 가변적인 두께로 형성된다. 이러한 방식의 유도자는 자석의 형상에 기인하여 상기 유도자, 즉 아마추어의 형상에 대응하며 아마추어에 동심 배열된 자석을 갖는 유도자의 특성에 비해 열악한 특성을 갖는다. 특히, 이러한 방식의 평평한 자석을 갖는 모터는 동일 출력을 얻는데에 보다 많은 자기량을 필요로 할 것이며, 이러한 이유로 해서 부피 및 비용이 상당 정도 추가되어 진다.

그러므로, 최대의 작동 수준을 갖춘 모터는 가능한 한 공기 틈새 및 자기 손실을 감소시키기 위해 정밀 가공 혹은 성형되어 아마추어와 대응하는 형상으로 동심 배치된 자석을 구비하는 유도자를 통해 얻어진다.

최대의 작동 수준을 갖춘 모터는 합성 자석을 아마추어에 동심으로 성형시킨 경우에 조차, 그러한 합성 자석 보다도 소결 자석을 사용하는 모터이기도 하다. 결국, 합성 자석은 결정학적 등방성으로 말미암아 소결 자석에 비해 언제나 열악한 자기적 특성을 가질 것이다. 이들 합성 자석이 플라스틱 중합체로 덧씌워 성형되는 것으로써 요크에 부착되는 사실은 상기의 차이를 보상시킬 수 없다.

상기의 설명을 기초로 하여 주지될 수 있는 바로서는, 자석 혹은 자극은 요크 혹은 자극 통로에 언제나 접촉되어 있으며, 수용 가능한 작동 수준을 갖춘 모터를 얻기 위해서는 가능한 한 최소로 작으면서도 매우 균일한 공기 틈새를 갖는 것이 필요하다는 것이다. 이러한 이유로 해서, 요크는 그에 부착된 자석과 함께 아마추어에 동심으로 배치되어야 한다. 이에 따라, 동심성의 보장을 위해 요크, 자석 및 부가적 자극체의 가공, 이들 조립체의 설치, 보다 일반적으로는 유도자-아마추어 간의 조립에 대해 엄격한 공차를 갖는 것이 필요하게 된다.

자석이 덧씌움 성형된다는 것으로써 이러한 필요성이 없어지는 것은 아닌데, 그것은 앞서 설명한 바와 같이 덧씌움 성형은 부가적으로 공기 틈새를 증가시키기 때문이다.

따라서, 아마추어의 형상에 대응하고 공기 틈새가 결정되도록 소결 및 가공된 자석을 갖춘 이러한 모터들은 요크의 치수 공차와 대체로 조립체의 치수 공차를 고려하여야 하기 때문에 그 공기 틈새의 두께가 언제나 너무 두껍다는 사실에 기인하여 한정된 특징을 갖기도 한다. 더욱이, 자석의 가공은 이들 모터의 단가를 상승시킨다.

또한, 본 발명의 목적은 모터의 성능 수준을 증가시키고 그 비용을 감소시킬 수 있는 유도자를 제공하는 것이다.

이러한 이유로 해서 특히, 본 발명의 목적은 예를 들어, 단순 라핑(roughing) 가공과 같이 저렴하고 부분적인 가공만을 필요로 하거나 심지어는 전혀 가공을 필요로 하지 않는 영구 자석, 혹은 보다 일반적으로는 획득된 로터리 머신의 특성을 적어도 유지하거나 보다 보편적으로는 개선시킬 수 있으며, 정확한 형태로 형성되는 것을 필요로 하지 않는 자석을 구비한 유도자를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한, 자석 혹은 자극과 요크의 상대적인 배치와, 요크와 아마추어간의 동심성을 위해, 정밀한 필요 조건이나 공차를 필요로 하지 않는 유도자를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한, 조립의 실질적인 용이함을 유지하는 한편, 로터리 머신들의 독립적인 작동 수준은 물론 머신의 대량 생산의 균일성을 향상시킬 수 있도록, 공기 틈새에서 자속선의 분포를 적절하게 유지하는 제어를 수행하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한, 상기의 장점들을 그대로 유지하며, 예를 들어, 0.3mm 미만의 작은 공기 틈새를 획득하는 것이다.

본 발명은 강자성 가교제가 매립된 소결 영구 자석을 구비하는 전동 로터리 머신용 유도자에 관한 것이다. 전동 로터리 머신으로는 주로 예를 들어, 차량의 보조 장치 등의 전기 모터나 전기 발전기를 들 수 있으며, 때로는 회전자인 경우도 있지만 일반적으로 고정자인 유도자를 구비한다.

도 1, 도 2는 본 발명에 따른 고정 외부 유도자와 회전 내부 아마추어를 갖춘 모터를 도시하는 도면.

도 3은 도 1,2의 동일한 방식의 모터에서, 단부 대 단부의 관계로 부착된 여러개의 자석(2)에 의해 각각의 자극이 구성된 본 발명에 따른 유도자를 나타내는 도면.

도 4는 요크가 2개의 쉘 절반부(혹은, 실린더 호형부)(1a,1b)로 존재하며, 견고한 유도자가 얻어지도록, 본 발명에 따른 덧씌움 성형부가 자석(2)과 상기 2개의 쉘 절반부(1a,1b) 모두를 둘러싸는 경우를 나타내는 도면.

본 발명의 유도자는 아마추어를 마주하여 배치된 자극 면을 갖는 하나 이상의 자석이 일측벽에 구비된 중공형 혹은 중실(中實)형의 원통형 요크를 구비하며, 이때 상기 자석은 고상(固相)의 비자성 가교제에 강자성 재료가 분산된 덧씌움 성형 복합재로 적어도 상기 자극을 코팅하는 덧씌움 성형에 의해 상기 요크에 부착되는 특징을 갖는다.

본 발명은 전반적으로, 자석 혹은 자극이 내벽에 부착된 중공형의 원통형 요크를 구비하는 유도자에 관한 것이다. 이 경우, 아마추어는 유도자의 내부에 배치된다. 그러나, 본 발명은 자석(들)이 외벽에 부착된 중공형 혹은 중실형의 원통형 요크, 혹은 코어에 관한 것이기도 하다. 이 경우, 아마추어는 유도자를 둘러싼다.

따라서, 본 발명은 고정자 혹은 회전자로서 아마추어의 외부 혹은 내부에 배치되는 유도자에 관한 것이다.

본 발명은 특히, 유도자가 대체로 고정자로서 사용되는 차량 보조 장치 용도의 발전기 혹은 전기 모터의 대량 생산에 유용하게 적용된다.

요크(혹은 코어)는 중심 대칭형의 단면을 가지며; 예를 들면, 라운딩 모서리를 갖는 다각형이나 바람직하게는 호형(튜브형 등)의 형태를 갖는다. 요크는 통상 자속선의 연결을 위해, 강(steel) 등의 고밀도 강자성 재료로 구성된다.

그러나, 요크는 정밀한 공차를 갖는 것을 필요로 하지 않으며; 그에 따라, 이심성, 즉 대칭성이 결여될 수 있으며; 그와 마찬가지로, 아마추어에 동심이어야 하는 것은 아니다. 이것은 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 방법의 단순화를 제공함으로써 그 비용을 절감할 수 있는 장점을 나타낸다.

본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 유도자는 동수의 자극(磁極)을 구성하는 다수의 영구 자석을 구비한다. 상기 영구 자석들은 통상 굴곡된 형태로 되어 있어서, 그 단면은 아마추어의 직경에 대응하는 내경을 갖는 호형 링의 단면 형태를 갖는다.

그러나, 본 발명은 매우 양호한 성능의 로터리 머신을 얻기 위해 직사각형 혹은 정사각형의 단면을 갖는 자석을 사용할 수도 있다.

상기 자석들은 요크나 자속 통로에 접촉될 필요는 없다. 마찬가지로, 자석들은 아마추어에 동심으로 설치될 필요는 없다.

따라서, 본 발명은 그리 엄격하지 않아서 그다지 고비용이 소요되지 않는 필요 조건 혹은 공차와 그와 유사하게 그다지 정밀하지 않은 느슨한 구성의 조립체 구속 요건을 갖는 요소들의 사용을 조합하는 것이 가능하다. 아마추어를 마주하고 공기 틈새의 두께를 결정하는 덧씌움 성형 복합재의 표면이 가능한 한 최대의 공차를 가지고 아마추어에 동심 배치되도록 하는데 충분하다.

자석은 공지된 형태의 것이다. 자석은 페라이드 혹은 희토류 및 전이 금속(예, Nd-Fe-B, Sm-Co, 등) 계열의 영구 자석일 수 있으며, 또한 예를 들어 수지와 같은 고상의 비자성 기재내에 자화 강자성재가 분산되어 이루어진 단체 혹은 복합체를 성형하는 것에 의해 얻어지는 소결 성형체의 형태일 수 있다. 자석은 통상 그 장축이 요크의 장축에 나란하도록 하여 요크의 측벽 근처에 위치된다.

자석의 부착은 덧씌움 성형에 의해 얻어진다. 덧씌움 성형은 사출, 압출, 압축, 성형 등에 의해 수행되어 경질체를 형성하며, 얻어진 경질체는 이후에 요크상에 놓여진다. 덧씌움 성형재는 또한, 자석이 제위치에 놓여진 요크의 내부에 바로 도포되거나, 둘레에 도포되는 것도 가능하다.

덧씌움 성형재는 각각의 자석을 적어도 부분적으로 코팅시킴으로써 서로에 대해 그리고 요크에 대해 제위치에 자석이 유지되도록 한다. 덧씌움 성형은 자석이 요크 둘레면에 분포되고, 유도자의 직경을 한정하도록 한다. 아마추어의 직경을 결정하는 것은 공기 틈새의 두께에 의해 완성되는 상기의 직경이다.

덧씌움 성형재는 아마추어를 마주하는 자석의 자극 면을 커버하며, 상기 성형재는 강자성재를 함유하기 때문에, 이 아마추어와 함께 공기 틈새를 확립하고 조절한다. 자극 면을 덮는 덧씌움 성형재 층은 자극 층이라 지칭되며; 그 자극 층은 횡방향의 자속 누출을 방지하기 위해 가능한 한 얇게 형성되며; 통상 가변적인 상기 두께는 자극 면의 형태상의 불규칙성과 아마추어와 동심이지 않고 아마추어에 적합화되지도 않은 자석의 위치상의 불규칙성을 보상할 수 있도록 한다. 한편, 덧씌움 성형의 내표면은 아마추어에 적합하게 동심으로 배치된다. 상기 두께는 종래의 모터에 대해 통상 0.5~5mm, 바람직하게는 0.5~1.5mm이다.

복합 덧씌움 성형재의 브릿지(혹은 복귀 영역)는 2개의 연속 자석 사이에 배치될 수 있으며, 특히 유도자 조립체의 견고함을 보장하며, 요크내에 고정점을 제공할 필요가 없도록 할 수 있으며, 요크를 포화되지 않게 한다. 그러나, 브릿지의 존재를 엄격히 최소로 줄이는 것이 유리하며; 그 두께는 자기 누출의 방지를 위해 1~4mm 정도인 것이 바람직하다.

복합 덧씌움 성형재는 통상, 예를 들어 수지나, 혹은 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에스테르 테레프탈레이트(PET), 페놀 수지, 에폭시 수지 등의 열가소성 혹은 열경화성의 가교제와 같은 고상의 비자성재에, 연성의 강자성 금속(예, Fe, Co, Ni 혹은 그것들의 합금과, 가능한 한 기타의 공지된 합금 원소)이 분산되어 이루어진다.

상기 복합재의 투자율은 언제나 1 보다 큰데, 그것은 자성(磁性) 가교제가 강자성 금속을 함유하고 있기 때문이며, 통상적으로 2이상의, 바람직하게는 4~40의 투자율을 갖는다.

강자성 금속의 함량은 10~40부피% 인 것이 바람직하다.

연성의 강자성 금속 혹은 비자성 인서트(insert)로 제조된 자극체는 예를 들어, 위치 조정을 위해, 필요한 경우 덧씌움 성형재안으로 삽입될 수도 있음을 알아야 한다.

전술한 바와 같이, 영구 자석은 조대 결함의 제거를 위해 제한되거나 기초적인 가공을 받거나, 혹은 전혀 가공되지 않는다. 결국, 본 발명에서, 공기 틈새의 두께 및 규칙성은 정밀 가공된 자석과 종래 기술에 따른 아마추어 간의 공기 틈새에 의해 결정되는 것이 아니며, 그 대신에, 공기 틈새를 보장하고, 또한 완전히 가공되지 않거나 위치되지 않은 자석이나 불완전한 요크에 의해 발생하는 불규칙성을 보상할 수 있도록 하는 것은, 연성의 자성재가 분산 함유되고 정밀 치수로 형성된 덧씌움 성형재 혹은 코팅재이다.

그러므로, 본 발명은 소결 영구 자석에 특히 적합하며, 이때 상기 소결 영구 자석은 기본적인 혹은 단순 형태의 것이거나 비가공된 것이며, 저렴한 비용으로 용이하게 얻을 수 있다. 결국, 덧씌움 성형재내에 강자성재의 존재는 가공 비용이 소요되지 않고 정교한 성형 공정이 필요 없는 가공된 소결 자석을 구비하는 유도자의 자기적 특성을 양호하게 유지하도록 한다.

자석을 코팅하는 덧씌움 성형재내의 강자성재의 존재는 공기 틈새에서 자기 유도를 조절함으로써, 자석의 형상이 불규칙하거나 아마추어의 형상에 대응하지 않는 것에 기인한 공기 틈새에서의 갑작스런 유도 변동에 따른 머신의 토오크 변동을 감소시킬 수 있게 한다. 더욱이, 상기 덧씌움 성형은 자석의 완전하고도 견고한 고정을 보장함으로써, 부가적인 기계 진동의 발생이 유발되지 않는다. 따라서, 자기적 및 기계적인 원인에 의한 노이즈는 상당히 감소된다.

덧씌운 성형재가 아마추어에 일치하는 정밀한 치수의 형태로 용이하게 바로 형성되는 것은 언제나 0.7mm 미만이면서도 0.3mm 에 근접하거나 심지어는 그 보다 낮은 수치일 수 있는 실질적으로 감소된 공기 틈새 두께를 얻는 것을 가능케 한다. 실제적으로, 모터의 토오크의 증가를 허용하는 보다 작은 두께의 공기 틈새와, 조립체의 형태 및 자기적 불규칙성에 민감하지 않은 보다 큰 두께의 공기 틈새 사이를 적절하게 절충한 수치인 상기 수치가 심심치 않게 사용된다.

그러나, 본 발명은 필요한 경우, 대량 생산시 로터리 머신의 작동의 규칙성 및 특성의 일관성을 분명하게 변경시키지 않고 공기 틈새의 두께를 더더욱 감소시키는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 장점은 요크에 접촉된 자석의 상대적인 배치에 영향을 미치기 위해 엄격한 공차를 갖거나 아마추어에 동심인 요크를 사용하거나, 혹은 아마추어의 형태를 정확하게 따르는 자석을 사용하는 것이 불필요하다는 사실에 있으며; 사실, 종래 기술에서 필요하다는 것과 상반되게, 공기 틈새는 자석이 아니라 덧씌움 성형재에 의존한다.

유도자에 다수의 영구 자석이 구비되는 경우, 자석의 연부(둘레부)를 코팅하는 덧씌움 성형재의 측방부를 통해 발생하는 자기 누설이 최소치로 감소되어 요크에서의 자속 손실을 제한한다는 장점을 갖는다.

이러한 목적을 위해, 통상 1~4mm를 초과하지 않는 상기 측방부의 두께는 최소로 감소될 수 있다. 또한, 상기 덧씌움 성형재로 형성된 연결점들이 제위치에 유지되도록 허용되는 한, 상기 연결점들이 자석의 유지에 기여하고 또한 자극층과 복귀 영역의 연결에 기여한다는 점은 완점히 제거될 수 있다. 이들 측방부 혹은 연결점들은 비자성의 덧씌움 성형재로도 제조될 수 있어서, 요크내에 자성 및 비자성의 구조로 장착된 자석 구성부가 얻어진다.

본 발명에 의해 제공된 장점들의 결과로 제공되는 다른 가능성들은 예를 들면,

-일정 규격의 모터와 일정 공기 틈새에서, 용접, 비자성 덧씌움 성형, 혹은 기계식 부착물에 의해 요크에 유지되는 가공 자석을 사용하는 종래 기술의 표준 구조의 것과 실질적으로 등가의 자속이 얻어지도록, 비가공된 자석의 체적을 감소시키는 것과;

-일정 규격의 모터에서, 로터리 머신의 성능의 향상을 위해, 전술한 구조의 것 보다 큰 자속이 얻어지도록 비가공 자석의 체적은 물론 공기 틈새를 감소시키는 것과;

-일정 체적의 자석과 가능하다면 감소된 공기 틈새에서, 로터리 머신의 성능이 향상되도록, 상기 표준 구조에 상대적으로 자속을 상당히 중가시키는 것과;

-일정 규격과 가능하다면 감소된 공기 틈새에서, 비가공 자석의 체적을 증가시킴으로써, 자극의 적용 각도 범위를 증가시키는 것을 포함한다. 종래, 특히, 굽은 형태의 이방성 소결 자석의 경우, 제조상의 제한점은 넓은 적용 각도 범위를 갖는 자석을 연속적으로 그리고 경제적으로 제조하는 것이 불가능하였다. 따라서, 본 발명의 덧씌움 성형의 결과에 따라, 동일 방향으로 자화된 다수의 자석을 단부 대 단부의 관계로 연결시킴으로써 소정의 폴(pole)이 얻어질 수 있으며; 이것은 예를 들어, 140~160°를 쉽게 초과하는 넓은 적용 각도 범위가 용이하게 얻어지도록 한다.

결과적으로, 특히, 폴을 형성하는 동일의 자극성을 갖는 인접 자석 사이에 강자성의 덧씌움 성형재가 존재하는 것은 폴의 자기적 분류에도 불구하고 폴내에 양호한 자기 유도 균질성이 보장되도록 한다. 자석 체적을 증가시키는 상기 방식은 경제적이며, 매우 실질적일 수 있는 작동 및 자속에 있어서의 이득을 창출한다:

-앞서의 방법에 따르면, 호형 링의 구성은 강자성의 덧씌움 성형에 의해 제 위치에 유지된 다수의 인접 자석에 의해 완성되었고 임의의 개수의 자기 폴이 얻어지도록 자화되었다.

-자석을 포함하지 않는 요크의 타 측벽을 적어도 부분적으로 덮음으로써, 반드시 폐쇄되어야 할 필요는 없으며 넓은 형상 공차를 갖는 실린더가 얻어지도록 단일의 압연 시트 혹은 단조 시트로 제조된 요크를 사용하는 것이 가능해진다. 이 경우, 원통형의 요크는 부착된 실린더들의 호형부들을 거쳐 삽입될 수 있기도 하며, 그 조립체는 본 발명에 따른 강자성의 가교제에 의해 자석과 동시에 덧씌움 성형되어 진다.

도 1, 도 2는 본 발명에 따른 고정 외부 유도자와 회전 내부 아마추어를 갖춘 모터를 도시한다.

연성의 강자성 재료로 제조된 요크는 도면 부호(1)로 도시되며, 비가공되거나 거칠게 가공된 강성의 강자성 재료로 제조된 영구 자석은 도면 부호(2)로 도시되며, 화살표(3)는 자기장의 방향을 지시한다. 덧씌움 성형재(4)는 예를 들면, 수지와 같은 고상의 비자성 기재에 점으로 표시된 연성의 강자성 분산체를 함유한다. 공기 틈새(5)는 상기 연성의 강자성체와 아마추어(6)를 함유하는 덧씌움 성형재(4)에 의해 경계가 정해진다.

도1, 도 2에서, 2개의 자석은 서로 분리되어 있다. 도 1에서, 덧씌움 성형재는 이들 자석의 연부를 코팅하는 측방부(8)가 과도한 자기 누출을 방지할 정도로 얇게 형성되는 형태로 구성되어 있다. 도 2에서, 측방부는 제거되어, 덧씌움 성형재로 제조된 연결점(9)들로 대체되었으며, 이때 상기 연결점들은 여기 저기에 뚫려 있는 자석 관통 구멍을 통해 연장하며 상기 덧씌움 성형부와 자석의 결합을 보장한다. 도면 부호(10)로 도시된 좁은 간격의 복귀 영역은 상기 덧씌움 성형재와 자석의 튼튼한 조립을 보장한다.

덧씌움 성형은 요크 내부에 직접 수행되며 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 덧씌움 성형재(4)는 상기 요크의 여기 저기를 관통하여 고정점(11)을 형성한다. 그러나, 도 2의 경우, 상기 덧씌움 성형은 요크 외부에서 행해지며, 그런 다음, 요크 안으로 그 덧씌움 성형재와 자석의 견고한 조립체가 삽입되며, 최종적으로는 임의의 공지 수단에 의해 요크에 합체된다.

도면 부호(12)로 예시된 합성 덧씌움 성형재의 자극층은 유도자의 내경을 매우 정확한 방법으로 조절 가능하게 하는 한편, 영구 자석의 형상 불규칙성을 보상할 수 있도록 함으로써, 특히 공기 틈새가 작은 경우에 그 공기 틈새를 정확하게 제어할 수 있게 하며; 이에 따라, 로터리 머신은 대량 생산 과정을 포함하여, 그 구성이 용이한 것은 물론 특성이 개선되어지며, 자석의 정밀 가공이 없는 것에 기인하여 그 비용도 절감된다.

도 3은 도 1,2의 동일한 방식의 모터에서, 단부 대 단부의 관계로 부착된 여러개의 자석(2)에 의해 각각의 자극이 구성된 본 발명에 따른 유도자를 나타내며, 이때 상기 자석들은 본 발명에 따른 결과로서, 확장된 평행 육면체 바아의 형태로 이루어진다.

도 4는 요크가 2개의 쉘 절반부(혹은, 실린더 호형부)(1a,1b)로 존재하며, 견고한 유도자가 얻어지도록, 본 발명에 따른 덧씌움 성형부가 자석(2)과 상기 2개의 쉘 절반부(1a,1b) 모두를 둘러싸는 경우를 나타낸다. 상기 2개의 쉘 절반부 사이의 접합점은 자극의 축선에 대해 어떤 위치에도 위치될 수 있다.

예시 1

2개의 페라이트 자화 폴(pole)과 59mm 직경의 요크를 포함하고, 일정한 외부치수를 가지며, 150W의 출력을 갖는 차량용 내부 통풍 모터들의 비교를 실시하였다.

종래 기술에 따른 표준 버전(version)에서, 자석들은 유도자에 대해 약 0.7mm의 공기 틈새를 갖도록, 소결 단체물로부터 가공되었으며, 그런 다음, 요크내에 위치된 자석은 자석/아마추어의 공기 틈새가 실제로 0.7mm가 되도록 열경화성 수지로 덧씌움 성형시키는 것에 의해 요크내에 결합되었다.

덧씌움 성형은 공기 틈새에 위치된 자석의 자극 면이 수지 코팅되지 않도록 하여 수행되었다. 이것에 따라, 이심성(요크, 아마추어) 혹은 조립의 공차를 고려하기 위해 필요하고 또한 모터의 성능 저하를 야기할 수 있는 상기 틈새의 증가를 피할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 버전 1에서는, 낮은 체적의 비가공 영구 자석 단체물이 요크 안으로 넣어져서, 분말화된 철(40부피%의 고체 함량)이 분산되어 있는 동일한 열경화성 수지를 기초로 하여 4정도의 투자율을 갖는 복합재로써 덧씌움 성형되었고; 그 덧씌움 복합재와 아마추어 사이의 공기 틈새는 상기 표준 버전의 경우와 동일하였다. 자극 층의 두께는 가장 얇은 곳의 두께가 약 1mm 이었고, 복귀 영역의 두께는 약 3mm 이었다.

버전 2는 0.3mm 정도의 공기 틈새를 갖는다는 점과, 보다 두꺼운 자석에 의해 상기 버전 1과는 구별되는 데, 이때 상기 자석의 체적은 표준 버전의 체적 보다 여전히 작게 유지되었다. 표 1은 자석의 형상 매개 변수와 상기 여러가지 버전에서의 공기 틈새 수치의 함수로서, 모터의 성능에 직접적으로 관계되는 자속의 변수를 나타낸다.

	표준 버전(기계 가공된 자석)	버전 1(기계 가공되지 않은 자석)	버전 2(기계 가공되지 않은 자석)
자석 두께(㎜)	6.05±0.1	4.9±0.5	5.3±0.5
자석 체적(%)	100	81	88
공기 틈새(㎜)	0.74	0.69	0.29
자속(%)	100	96.3	102

표준 버전과 상기 버전 1을 비교하면, 모터가 일정 외부 치수를 가질 때, 거의 20%의 자석 체적이 얻어지는 한편, 모터의 성능은 단지 3.7% 정도 감소되며, 손실은 예를 들어 자석을 다소 연장하는 것에 의해 용이하게 보상될 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 보다 유익한 것으로써, 표준 버전과 버전 2와의 비교를 통해, 본 발명은 상기와 같이 동일한 치수에서, 약 12%의 자석 체적이 얻어지는 한편, 감소된 공기 틈새의 두께로 말미암아 모터의 성능이 개선될 수 있도록 함을 보여준다.

Claims (13)

1. 아마추어(armature)(6)를 마주하도록 배치되는 자극 면을 갖는 하나 이상의 자석(2)이 일측벽에 부착된 중공(中空)형 혹은 중실(中實)형의 원통형 요크(1)를 구비하는 전동 로터리 머신용 유도자에 있어서,

   상기 자석(2)은 고상의 비자성 가교제에 강자성재가 분산되어 이루어진 덧씌움 성형 복합재(4)로 적어도 상기 자극 면을 코팅하는 덧씌움 성형에 의해 상기 요크(1)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
2. 제1항에 있어서, 상기 원통형 요크(1)는 중공형이며, 상기 자석(들)(2)은 상기 요크 내측벽에 부착되며, 상기 아마추어(6)는 유도자의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
3. 제1항에 있어서, 상기 원통형 요크(1)는 중공형 혹은 중실형이며, 상기 자석(들)(2)은 상기 요크 외측벽에 부착되며, 그에 따라 상기 아마추어(6)는 유도자를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 틈새(5)의 두께는 덧씌움 성형재(4)와 상기 아마추어(6) 사이에서 측정되는 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
5. 제4항에 있어서, 상기 공기 틈새(5)의 두께는 언제나 0.7mm 미만이며, 0.3mm이하인 것이 바람직한 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석(2)의 자극 면을 덮는 상기 덧씌움 성형재(4)의 층(12)의 두께는 0.5~5mm인 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덧씌움 성형재(4)와 상기 자석들(2)은 상기 재료를 요크 안으로 사출, 압출, 압축, 혹은 성형시키는 것에 의해 얻어지는 견고한 조립체, 혹은 요크(1)에 삽입되는 견고한 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 자석의 측방면을 따른 자속 누출은 최소로 감소되는 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
9. 제8항에 있어서, 상기 자석의 측방면을 따른 덧씌움 성형재의 두께는 5mm 미만인 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석(2)은 페라이트 혹은 희토류계 영구 자석인 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덧씌움 성형재(4)는 2이상의 투자율, 바람직하게는 4~40의 투자율을 갖는 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비자성 가교제에 분산된 강자성재는 Fe,Co,Ni 의 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 연성의 강자성 금속인 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고상의 자성 가교제는 열경화성 혹은 열가소성 수지계인 것을 특징으로 하는 전동 로터리 머신용 유도자.