KR19990049095A - 영구자석형 회전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석형 회전기에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 회전자코어와 영구자석 사이에 슬립이 발생되는 것을 방지하여 극간의 경계를 명확하게 하는 데 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 전기자코일이 권선된 고정자와, 상기 고정자 안에서 회전하도록 회전축에 결합된 회전자코어와, 상기 고정자와 소정의 간극을 두고 회전하도록 상기 회전자코어의 외주에 결합된 영구자석과, 상기 영구자석의 위치 이탈을 방지하도록 그 외주면에 결합되는 고정수단을 포함하는 영구자석형 회전기에 있어서, 상기 고정수단은 비자성체의 파이프(40)로 형성되어 열박음된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면 영구자석을 고정하는 고정수단이 비자성체의 파이프로 열박음한 구조이므로 작업성이 용이하다는 이점이 있다.

뿐만 아니라, 회전됨에 따라 발생되는 회전관성 및 원심력에 의해 영구자석이 접선 방향이나 법선 방향으로 슬립되지 않는다는 이점이 있다.

즉, 회전축이 고속으로 회전한다 하더라도 영구자석이 항상 제위치에 견고하게 고정되어 있게되므로 자극의 변화가 일정하여 안정된 전류를 얻을 수 있어 제품의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Description

영구자석형 회전기

본 발명은 영구자석형 회전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전자코어와 영구자석 사이에 슬립이 발생되는 것을 방지하게 한 영구자석형 회전기에 관한 것이다.

일반적으로 영구자석형 회전기라함은 영구자석형 발전기와 영구자석형 모터를 포함하여 일컫는 말인데, 상기 영구자석형 발전기는 통상 코일이 권선된 고정자(stator) 내에 영구자석이 부착된 회전자(rotor)를 설치하고, 회전자를 회전시킴으로써 발생되는 전류를 유기시키는 것이다.

이에 반하여 상기 영구자석형 모터는 통상 코일이 권선된 고정자 내에 영구자석이 부착된 회전자를 설치하고, 고정자에 권선된 코일에 극이 다른 전류를 교번으로 인가하여 영구자석과 고정자 사이에 발생되는 자극을 변경시켜 회전자가 회전되게 함으로써, 이때 회전되는 회전축의 동력을 이용하는 것이다.

이와 같은 영구자석형 회전기의 회전자는 보통 얇은 규소강판을 다수겹으로 적층하여 이루어진 회전자코어의 외주면에 영구자석을 부착하여 고정한다.

여기서는 일반적인 영구자석형 동기전동기를 예로 들어 종래 영구자석의 부착 구조를 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 동기전동기는 다수겹의 규소 강판이 적층되어 이루어진 요크(1)에 전기자코일(3)이 권선되어 고정자(S)를 형성하는데, 상기 고정자(S)의 양측에는 소정의 공간을 형성하도록 한 쌍의 브라킷(5,7)이 결합되어 있다.

그리고, 상기 한 쌍의 브라킷(5,7)이 이루는 내부 공간에는 한 쌍의 베어링(9,11)에 의해 지지되는 회전축(13)이 설치되어 있으며, 상기 회전축(13)에는 회전자코어(20)가 압입되어 있다.

그리고, 상기 회전자코어(20)의 외주에는 상기 고정자(S)와 소정의 간극을 두고 회전되도록 영구자석(30)이 부착되어 있다.

상기 회전축의 일단부에 결합된 부호(19)는 회전축의 회전속도를 검출하는 엔코더이다.

여기서, 상기 회전자코어의 외주면에 영구자석을 부착하는 과정은 종래의 경우 여러 가지 방법이 사용되었다.

도 2는 종래의 일 예에 의한 영구자석이 부착된 회전자코어의 단면도이다.

도시된 바와 같이 다수겹의 연강판이 성층되어 원통형으로 이루어진 회전자코어(20)의 외주면에는 이와 긴밀하게 접촉되도록 동일한 곡률반경을 갖는 다수개의 영구자석(30)이 원주방향으로 각각 소정의 간격을 두고 부착되어 있다. 그리고, 상기 영구자석(30)들 사이에는 키이(32)가 삽입되어 있다.

그리고, 그 외주에는 이와 같이 부착된 영구자석(30)이 이탈되지 않도록 0.3 mm 정도 두께의 강판으로 이루어진 바인더(34)가 말아붙여 용접되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 예에 있어서는 바인더(34)를 용접하여 고정하기 때문에 영구자석(30)을 꽉 조여주지 못하여 바인더(34)와 영구자석(30) 사이에 간극이 발생되었다.

이에 따라 영구자석(30)은 바인더(34) 안에서 흔들리면서 축방향으로 미끄러져 위치 이탈된다는 문제점이 있었다.

따라서, (N)극과 (S)극이 교번 작용해야 하는 자극의 변화가 일정치 못하여 회전기로서의 기능이 상실된다는 문제점이 있었다.

또, 다른 종래의 예로는 영구자석을 고정하기 위하여 필라멘트를 감아 사용하였으나, 이는 견고하게 고정되지 않을 뿐만 아니라 작업 공수가 많이 소요되기도 하며, 비용이 많이 든다는 문제점이 있었다.

물론, 이와 같은 현상은 발전기 뿐만 아니라 모터를 포함하는 영구자석형 회전기의 전반에 나타나는 문제점이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 영구자석과 회전자코어 사이에 슬립이 발생되지 않게하여 제품의 신뢰성을 향상시키는 데 있다.

도 1은 일반적인 영구자석형 회전기의 내부구조를 나타내는 단면도,

도 2는 도 2는 종래의 일 예에 의한 영구자석이 부착된 회전자코어의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 영구자석형 회전기의 회전자를 나타내는 분해사시도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

S : 고정자 3 : 전기자코일

5,7 : 브라킷 9,11 : 베어링

13 : 회전축 19 : 엔코더

20 : 회전자코어 30 : 영구자석

40 : 파이프

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징은 전기자코일이 권선된 고정자와, 상기 고정자 안에서 회전하도록 회전축에 결합된 회전자코어와, 상기 고정자와 소정의 간극을 두고 회전하도록 상기 회전자코어의 외주에 결합된 영구자석과, 상기 영구자석의 위치 이탈을 방지하도록 그 외주면에 결합되는 고정수단을 포함하는 영구자석형 회전기에 있어서, 상기 고정수단은 비자성체의 파이프로 형성되어 열박음된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면 영구자석이 이탈되지 못하게 하는 고정수단이 파이프를 열박음 함에 따라 영구자석과 회전자코어가 긴밀하게 고정된다. 아울러 다수의 영구자석이 서로 밀착되어 흔들림이 방지된다.

이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 영구자석형 회전기의 영구자석 부착 구조를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면으로, 회전자의 분해사시도이다.

도시된 바와 같이 회전자코어(20)는 회전기의 용량 내지 용도에 따라 다르지만 보통 0.8 ∼ 1.6 mm 두께의 연강판을 펀칭(punching)해서 성층한 것이 사용된다.

연강판을 다수겹으로 적층하는 것은 고정자를 이루는 요크홈에 의하여 공극(air gap)에 자속 맥동 현상이 발생하여 자극의 공극측에 발생하는 와류손(eddy current loss)을 감소시키기 위해서이다.

한편, 연강판이 성층되어 원통형으로 이루어진 회전자코어(cylinderical pole,20)는 회전축에 압입하여 사용하기도 하며, 회전축과 코어를 한덩어리로 만들어 사용하기도 한다.

이러한 회전자코어(20)는 회전관성력 내지 원심력을 고려하여 소음 및 진동이 발생되지 않게 만들어져야 한다.

펀칭하여 이루어지는 연강판의 모양은 도시된 바와 같이 회전축에 고정하기 위해 중앙에 형성된 회전축 삽입구멍(22)의 바깥측에 원호를 이루도록 다수의 구멍(24)이 형성되어 있는 바, 이는 회전관성을 크게하여 작은 힘으로도 고속으로 회전되게 하기 위해서이다.

이와 같은 모양으로 펀칭된 연강판은 전술한 바와 같이 성층되어 원통형의 회전자코어(20)를 구성한다.

한편, 상기 회전자코어(20)의 외주면에는 소정 간격으로 다수의 영구자석(30)이 부착되는데, 이들 다수의 영구자석(30) 사이에는 키이(32)가 삽입되어 영구자석(30)이 원주방향으로 슬립되는 것을 방지한다.

물론, 이때 다수의 영구자석은 (N)극 (S)극으로 교번되게 착자된다.

그리고, 상기 회전자코어(20)의 외주에는 원심력에 의해 영구자석(30)이 이탈되는 것을 방지하도록 비자성체의 파이프(40)가 열박음된다.

여기서, 상기 파이프(40)가 비자성체인 것은 파이프(40)가 자화됨에 따라 (N)극(S)극으로 교번되어야 하는 영구자석(30)이 서로 통전되어 극의 경계가 모호해지는 것을 방지하기 위함이다.

상기 파이프를 열박음 하기 위한 과정은 다음과 같다.

첫째, 임의의 두께를 가진 비자성체(예컨대 SUS)로 이루어진 파이프를 일정 길이로 절단한다.

둘째, 영구자석이 부착된 회전자코어의 외경보다 약간 작은 내경을 갖도록 파이프를 가공한다. 물론 이때의 파이프 두께는 0.3 mm가 적당하다. 필요한 경우 외경 가공을 실시한다.

셋째, 상기와 같이 준비된 파이프를 가열하여 열팽창 시킨다.

넷째, 열팽창된 파이프를 영구자석이 임시 부착된 회전자코어에 열박음한다.

다섯째, 상온에서 냉각한다.

상기와 같은 공정이 마무리되면 파이프는 영구자석을 조이면서 수축되기 때문에 파이프와 회전자코어 사이에서 영구자석이 이탈되지 못한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시에에 따른 회전자의 작용 효과를 일반적인 영구자석형 회전기를 도시한 도 1과 본 실시예에 따라 첨부한 도 3을 참조하여 설명한다.

회전축(13)은 엔진의 동작에 따라 회전되도록 밸트로 연결되어 있는 바, 엔진의 동작에 따라 회전축(13)이 회전하면, 이에 결합된 회전자코어(20)와 그 외주에 결합된 영구자석(30)이 동시에 회전한다.

이때, 축전지에 통전되어 있는 고정자(S)의 전기자코일(3)에는 전류가 흐르고 있으므로, 그 안에서 소정 간격을 두고 회전되는 영구자석(30)에 의해 플레밍의 왼손 법칙에 의해 설명되는 교류전류가 발생된다.

이때 전기자코일(3)에 통전되었던 축전지는 단락되고, 발전된 전류는 고정자(S)의 전기자코일(3)에 통전되어 공급된다.

이와 같이 발전된 전류는 차량에 설치된 각종의 전장품에 공급된다.

이러한 동작이 이루어지는 가운데 상기 회전자코어(20)에는 회전관성 및 원심력이 작용되는데, 그 외주에 부착된 영구자석(30)은 각 지점에서 원주의 접선방향과 법선방향으로 이탈되려는 힘이 작용된다.

이때, 본 실시예에 의한 회전자코어(20)와 영구자석(30)은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 열박음된 파이프(40)에 의해 견고하게 고정되어 있으므로 접선방향 뿐만 아니라 법선 방향으로도 유동되지 않는다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 영구자석형 회전기의 회전자에 의하면 영구자석을 고정하는 고정수단이 비자성체의 파이프로 열박음한 구조이므로 작업성이 용이하다는 이점이 있다.

뿐만 아니라, 회전됨에 따라 발생되는 회전관성 및 원심력에 의해 영구자석이 접선 방향이나 법선 방향으로 슬립되지 않는다는 이점이 있다.

즉, 회전축이 고속으로 회전한다 하더라도 영구자석이 항상 제위치에 견고하게 고정되어 있게되므로 자극의 변화가 일정하여 안정된 전류를 얻을 수 있어 제품의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

상기 설명에서 본 실시예는 단지 예시에 불과한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

또한, 본 발명에 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 상기 실시예를 참조하여 그 구성에 약간의 변형을 가감하여 실시할 수 있을 것이다. 그러나 상기한 명세서 본문 내지 첨부한 청구범위를 이해한다면 그러한 실시는 본 발명의 범주에 포함된다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 전기자코일이 권선된 고정자와, 상기 고정자 안에서 회전하도록 회전축에 결합된 회전자코어와, 상기 고정자와 소정의 간극을 두고 회전하도록 상기 회전자코어의 외주에 결합된 영구자석과, 상기 영구자석의 위치 이탈을 방지하도록 그 외주면에 결합되는 고정수단을 포함하는 영구자석형 회전기에 있어서,

   상기 고정수단은 비자성체의 파이프(40)로 형성되어 열박음된 것을 특징으로 하는 영구자석형 회전기