KR19990075793A - 모터 및 발전기용 회전자의 영구자석 착자요크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 및 발전기의 회전자 외주면에 부착된 영구자석을 초기 자화시키기 위해 사용되는 착자요크에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 회전자에 부착된 영구자석 표면의 전영역에 걸쳐 자속이 고르게 분포되게 착자시킬 수 있는 모터 및 발전기의 회전자용 착자요크를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 구성은 코어의 내주면에 일정 간격으로 돌출된 복수개의 요크자극부와, 상기 각각의 요크자극부 둘레에 복수회 권선된 코일을 포함하는 영구자석형 회전기의 착자요크에 있어서, 상기 요크자극부의 선단은 중앙부의 소정 구간이 평면으로 이루어지고, 그 양측은 각각 소정의 곡률반경으로 라운딩된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 의하면 영구자석의 표면에 형성된 자속의 분포가 고르게 이루어진다. 이와 같이 자속의 분포가 고른 영구자석이 부착된 회전자를 사용한 모터 또는 발전기는 고정자와 상호 작용되는 극성 변환의 경계가 명확해지며, 이에 따라 회전토오크의 불균일이 방지되어 진동 및 소음이 방지된다는 효과가 있다.

Description

모터 및 발전기용 회전자의 영구자석 착자요크

본 발명은 모터 또는 발전기의 회전자 외주면에 부착된 영구자석을 초기 자화시키기 위해 사용되는 착자요크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영구자석의 표면에 형성되는 자속의 분포를 균일하게 이루어지게 한 모터 및 발전기용 영구자석 착자요크에 관한 것이다.

발전기는 통상 코일이 권선된 고정자(stator) 내에 영구자석이 부착된 회전자(roter)를 설치하고, 회전자를 회전시킴으로써 발생되는 전류를 유기시키는 것이다.

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

모터 및 발전기에 사용되는 회전자는 보통 얇은 규소강판을 다수겹으로 적층하여 이루어진 회전자코어의 외주면에 일정 간격으로 다수의 영구자석을 부착하거나 삽입하여 고정하는데, 이때의 영구자석은 자성을 가지고 있지 않기 때문에 조립하기 전에 착자요크를 사용하여 회전자의 영구자석에 자성을 부여한다.

도 1은 모터의 회전자에 부착된 영구자석을 초기 자화시키는데 사용되는 종래 착자요크의 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이 착자요크(10)는 원통형으로 이루어진 코어(12)의 내주면에 다수의 요크자극부(14)가 소정의 간극을 갖도록 돌출되어 있다.

그리고, 상기 요크자극부(14)에는 전둘레에 걸쳐 코일(16)이 권선되어 있는데, 상기 코일(16)은 고전압의 전류를 출력할 수 있는 전원에 연결되어 있다.

도 2는 상기와 같이 구성된 착자요크에 모터의 회전자를 삽입한 상태를 나타내는 단면도이다.

도시된 바와 같이 회전자(20)의 외주에는 자성이 없는 영구자석(22)이 일정 간격으로 부착되어 있는데, 상기 착자요크(10)의 요크자극부(14)는 상기 영구자석(22)과 상응하는 숫자로 이루어져 있으며, 상기 영구자석(22)과 요크자극부(14)는 소정의 공극을 갖고 있다.

이와 같은 상태에서 상기 요크자극부(14)에 권선된 코일(16)에 고전압의 전류를 순간적으로 통전시키면 상기 요크자극부(14)에 기전력이 발생되어 이에 따른 자장의 범위에 포함되는 위치에 인접된 회전자(20)의 영구자석(22)에 자성이 형성되어 초기 자화된다.

이때, 종래의 착자요크(10)는 요크자극부(14)의 선단이 영구자석(22)의 외주면과 동일한 곡률반경으로 이루어져 오목하게 형성되어 있기 때문에, 상기 요크자극부(14)에 형성되는 자속이 그 선단 전면에 걸쳐 균일하게 분포되지 못하고 양측 모서리부에만 집중되어 회전자(20)의 영구자석(22)에 형성되는 자속의 분포도 불균일해 진다는 문제점이 있었다. 이는 특정한 모서리부에 집중되려는 전하의 특성에 따른 것이다.

도 3은 종래의 착자요크에 의해 자화된 영구자석의 자속 분포상태를 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이 요크자극부의 양측 모서리부에 대응하는 영구자석의 양측에는 자속이 밀집되어 크게 작용하는 반면, 그 가운데에는 자속의 분포가 작게 나타나는 것을 볼 수 있다.

이와 같이 회전자에 부착된 영구자석의 자속 분포가 불균일해지면 회전토오크가 수시로 변화되어 회전축 및 고정자에 진동이 발생되며 이에 따라 소음이 발생된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 회전자에 부착된 영구자석 표면의 전영역에 걸쳐 자속이 고르게 분포되게 착자시킬 수 있는 모터 및 발전기의 회전자용 착자요크를 제공하는 데 있다.

도 1은 회전자 외주에 부착된 영구자석을 초기 자화 시키는 종래의 착자요크를 나타내는 일단면도,

도 2는 종래 착자요크에 의해 회전자의 영구자석이 초기 자화되는 상태를 설명하기 위해 도시한 일단면도,

도 3은 종래 착자요크에 의해 자화된 영구자석 표면의 자속 분포를 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명에 의한 착자요크에 의해 회전자의 영구자석이 초기 자화되는 상태를 설명하기 위해 도시한 일단면도,

도 5는 본 발명에 의한 착자요크에 의해 자화된 영구자석 표면의 자속 분포를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 착자요크 14 : 요크자극부

16 : 코일 20 : 회전자

22 : 영구자석

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 기술적 구성은 코어의 내주면에 일정 간격으로 돌출된 복수개의 요크자극부와, 상기 각각의 요크자극부 둘레에 복수회 권선된 코일을 포함하는 영구자석형 회전기의 착자요크에 있어서, 상기 요크자극부의 선단은 중앙부의 소정 구간이 평면으로 이루어지고, 그 양측은 각각 소정의 곡률반경으로 라운딩된 것을 특징으로 한다.

여기서, 영구자석의 크기, 초기 자화 시에 인가되는 전압의 크기 등에 따라 요크자극부의 평면 구간 폭은 달라져야 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도면에서 종래의 구성과 동일한 부분은 동일한 명칭 및 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 모터 또는 발전기의 회전자용 착자요크는 다수의 요크자극부 표면 전영역에 걸쳐 균일한 자속을 분포시키기 위해 그 형상 및 구조를 변경한 것이다.

영구자석을 초기 자화시키기 위해 회전자가 삽입되어 있는 상태의 단면도를 도시한 도 4를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명한다.

도시된 바와 같이 모터 또는 발전기에 사용되는 회전자(20)의 외주에는 기와 형태로 이루어진 자성이 없는 영구자석(22)이 일정 간격으로 부착되어 있다.

이와 같이 회전자(20)에 부착된 영구자석(22)은 모터 또는 발전기의 하우징에 조립하기 전에 착자요크(10)를 사용하여 초기 자화시킨다.

상기 착자요크(10)는 원통형으로 이루어진 코어(12)의 내주면에 다수의 요크자극부(14)가 일정 간격을 갖도록 돌출되어 있다. 상기 요크자극부(14)는 회전자(20)의 영구자석(22)과 동일한 수로 돌출되어 있으며, 그 전둘레에 걸쳐 코일(16)이 권선되어 있다.

물론, 상기 코일(16)은 고전압의 전류를 출력할 수 있는 전원에 연결되어 있으며, 인접한 요크자극부(14)와 서로 방향이 다르게 권선되어 있다.

또한, 상기 요크자극부(14)의 선단은 중앙부가 곡률반경이 영(0)인 평면으로 이루어져 있으며, 그 평면 구간의 양측은 소정의 곡률반경으로 라운딩되어 있다.

여기서, 상기 평면 구간의 폭은 요크자극부의 폭을 l이라 했을 때 l/2 ∼ 2l/3 이 되게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 착자요크(10)에 회전자(20)를 삽입한 상태에서 상기 요크자극부(14)에 권선된 코일(16)에 고전압의 전류를 순간적으로 통전시키면 상기 요크자극부(14)에는 기전력이 발생된다. 그리고 이에 따라 형성되는 자장의 범위에 포함되는 위치에 인접된 영구자석(22)이 자화된다.

이때, 상기 요크자극부(14)에 권선된 코일(16)은 인접된 요크자극부(14)와 서로 다른 방향으로 권선되어 있기 때문에 전류의 흐름 방향이 다르고, 이에 따라 자계의 방향이 달라져 각각의 요크자극부(14)에 인접된 영구자석(22)의 극성이 달라진다.

즉, 이와 같이 초기 자화된 영구자석(22)은 인접된 영구자석(22)과 그 극성이 서로 다르게 되는 것이다.

한편, 모서리에 집중되려는 전하의 특성에 따라 요크자극부(14)의 양측 모서리부에 형성된 자속 밀도는 중앙의 평면 구간에 형성된 자속 밀도보다 크다.

그러나, 중앙의 평면 구간은 양측에 라운딩된 모서리부보다 영구자석(22)에 가깝게 위치되기 때문에 영구자석(22)의 표면에 형성되는 자속의 분포는 균일하게 이루어진다.

이에 따라 미루어 짐작할 수 있는 바와 같이, 영구자석(22)의 표면에 형성된 자속의 분포 상태는 요크자극부(14)의 평면 구간과 영구자석(22) 간의 거리, 그리고 요크자극부(14)의 양측 모서리부와 영구자석(22) 간의 거리가 이루는 관계비에 따라 달라진다는 것을 알 수 있다.

이와 같은 거리비는 요크자극부(14)의 중앙에 형성된 평면 구간의 폭을 조절함으로써 달리할 수 있다.

도 5는 본 실시예에 따른 착자요크(10)에 의해 자화된 영구자석(22)의 표면 자속 분포를 나타내는 그래프이다.

도시된 바와 같이 영구자석의 표면에 분포된 자속의 크기는 중앙의 평면 구간과 양측 모서리부가 대체로 균일하게 형성되었음을 볼 수 있다.

한편, 요크자극부의 양측에 자속이 집중되는 것을 방지하도록 요크자극부의 선단 전구간을 평면으로 이루어지게 하여 착자요크부의 자속 분포를 균일하게 하면된다 라고 생각하기 쉬우나, 이와 같은 구조에서는 요크자극부의 양측 임의 구간이 중앙부보다 영구자석과의 이격 거리가 커지게 됨에 따라 영구자석의 양측 임의 구간은 요크자극부의 자속 범위에 미치지 못하게 된다.

따라서, 영구자석의 중앙부 임의 구간만이 자화되어 자속 분포의 폭이 작아지게 되는 문제점이 발생된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 모터 또는 발전기의 회전자용 착자요크는 요크자극부의 선단에 형성된 자속의 분포가 양측에 집중되는 현상을 보이지만 자속의 밀도가 큰 양측의 모서리보다 자속의 밀도가 작은 중앙부의 평면구간이 영구자석과 가깝게 위치되기 때문에 결국 영구자석의 표면에는 전영역에 걸쳐 균일한 자속의 분포를 보이게 된다.

이에 따라 자속의 분포가 고른 영구자석이 부착된 회전자를 사용한 모터 또는 발전기는 고정자와 상호 작용되는 극성 변환의 경계가 명확해지며, 이에 따라 회전토오크의 불균일이 방지되어 진동 및 소음이 방지된다는 효과가 있다.

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

또한, 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 실시예의 구성적 부분에 약간의 변형을 가감하여 실시할 수 있겠으나, 첨부된 청구범위를 이해한다면 이러한 변형된 실시는 본 발명의 사상에 포함된다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 코어의 내주면에 일정 간격으로 돌출된 복수개의 요크자극부와, 상기 각각의 요크자극부 둘레에 복수회 권선된 코일을 포함하는 영구자석형 회전기의 착자요크에 있어서,

   상기 요크자극부의 선단은 중앙부의 소정 구간이 평면으로 이루어지고, 그 양측은 각각 소정의 곡률반경으로 라운딩된 것을 특징으로 하는 모터 및 발전기의 회전자용 착자요크