KR20000029130A - A magnet type motor and generator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A magnetic electromotor and a generator are provided to solve problems such as the arrangement of a magnet to increase the magnetic flux of a gap part, the concentration of the magnetic flux in the gap part, the shape and productivity of an iron core, the structure of the iron core to simplify the control on moving, and so on. CONSTITUTION: A supplementary generator is composed of a rotator frame(1) for transmitting the power of a non-magnetic body, 6 division iron cores and 6 magnets. Herein, a space(16) between a and b parts of a magnet stator(12) and a rotator frame(1) and a division core iron(13) is consisted of air or a non-magnet body. In addition, even when the space is made up as a part of the core iron or a side plate, the leakage of the magnetic flux form the end of the magnet is prevented to double the magnetic resistance not to leak the utmost magnetic flux. Furthermore, the magnet flux of a gap part is bigger than that of the magnet since the doubled radius length of the magnet is longer than the circumferential length of the gap part of the division core iron.

Description

자석식 전동기 및 발전기{A MAGNET TYPE MOTOR AND GENERATOR}Magnetic Motors and Generators {A MAGNET TYPE MOTOR AND GENERATOR}

본 발명은 자석을 이용하여, 전동기나 발전기의 출력향상, 효율향상 및 기동특성향상을 위한 자극(磁極)구조를 가진 자석식 전동기 및 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic motor and a generator having a magnetic pole structure for improving the output, efficiency, and starting characteristics of the motor or generator using a magnet.

종래로부터 자석을 이용하는 전동기나 발전기에 있어서는 자석이 원통형상, 원판형상의 금속재료에 착자시켜 자석을 형성시키거나 또는 분리된 자석을 원통형상으로 배치하여 사용하고 있기 때문에, 자석 그 자체의 자력에 공극부의 자계가 좌우되어서 그 출력, 효율이 정해진다.Conventionally, in an electric motor or a generator using a magnet, the magnet is magnetized to a cylindrical or disc-shaped metal material to form a magnet, or the separated magnet is arranged in a cylindrical shape so that the magnet itself has a gap in the magnetic force. The negative magnetic field depends on the output and efficiency.

자원 절약, 에너지 절약 시대에는 보다 고효율, 자원 절약이 전동기나 발전기 분야에도 예외없이 강하게 요망되고 있지만 만족스러운 전동기나 발전기가 아직까지 제안되지 않은 실정이다.In the era of resource saving and energy saving, more efficient and resource saving is strongly demanded in the motor and generator fields, but satisfactory motor or generator has not been proposed until now.

또, 자석전동기나 풍차발전기등 특히 추력형 프로펠라를 사용하는 것은 자력으로 통전이 안될 뿐만아니라. 풍력으로는 기동할 수 없어, 복잡한 제어회로가 필요하여, 비싸고 복잡한 시스템으로 구성되어 있다.In addition, the use of thrust propellers such as magnet motors and windmill generators is not only energized. It cannot be started by wind power, so complicated control circuits are required, and they are composed of expensive and complicated systems.

따라서, 본 발명은 전동기나 발전기의 회전자와 고정자의 간극부의 자속밀도 향상이 성능향상에 직접 관계한다는 점에 착안하여 ①공극부의 자속을 증가시키기 위한 자석의 배치, ②공극부에 자속의 집중, ③철심의 형상과 생산성, ④기동시의 제어간이화를 위한 철심의 구조, ⑤고속 회전시 극성전환에 따른 절환손실 저감등의 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention focuses on the improvement of the magnetic flux density of the gap between the rotor and the stator of the motor or generator directly related to the improvement in performance. It aims to solve the problems such as the shape and productivity of the iron core, the structure of the iron core for simplified control during start-up, and the reduction of the switching loss due to the polarity change during high speed rotation.

상기의 목적을 달성시키기 위하여 본 발명에 따른 과제의 해결수단을 다음에 순서대로 설명한다.Means for solving the problems according to the present invention in order to achieve the above object will be described in the following order.

①공극부의 자속을 증가시키기 위한 자석 배치① Magnet placement to increase the magnetic flux in the air gap

공극부의 자속을 증가시키기 위해 각 극마다 단일 자석으로 하는 경우와 복수 자석을 조합해서 행하는 경우가 있다. 먼저, 단일자석을 사용할 경우에 대해 설명하면, 각 극의 철심에 자석을 삽입하는 방사형상의 슬롯을 형성하여 자석이 방사방향으로 길이가 조정되도록 하고, 특히 자속을 강하게 할 때는 강한 자석이나 슬롯에 자석을 가득 넣어 사용할 수 있도록 한다. 또 자석을 탈착가능한 구조로 함으로써, 전동기나 발전기의 특성변경이나 조정을 용이하게 할 수 있다. 다음에, 단일 자석에서 구조, 자력에 한계가 있어 더욱 공극부의 자력을 강하게 하고 싶은 경우에는 극마다 복수 자석을 효과적으로 조합시켜 행한다.In order to increase the magnetic flux of the gap portion, there may be a case where a single magnet is used for each pole and a plurality of magnets are combined. First, the case of using a single magnet is described, forming a radial slot for inserting a magnet in the iron core of each pole so that the length of the magnet is adjusted in the radial direction, especially in the case of strong magnetic flux or a magnet in the slot Make sure you fill it in so you can use it. In addition, by making the magnet detachable, it is easy to change or adjust the characteristics of the motor and generator. Next, when a single magnet has a limited structure and magnetic force, and the magnetic force of the gap portion is to be stronger, a plurality of magnets are effectively combined for each pole.

②공극부의 자속집중② Flux concentration of air gap

각 극의 철심에 자석을 삽입하는 방사형상의 슬롯을 형성할 경우, 공극부의 1극당 원주방향 길이에 대해 슬롯의 방사방향 길이를 길게 함으로써 자석 자신이 지니고 있는 자력보다 강하게 할 수 있다. 그것에는 각 극의 철심을 분리구조 또는 기계적으로 필요 최소한의 결합으로 하거나 결합을 비자성체로 함으로써 가능한 한 자속이 공극부 이외로 누설되지 않도록 한다.In the case of forming a radial slot for inserting a magnet into the iron core of each pole, the radial length of the slot can be made longer than the magnetic force possessed by the magnet itself by lengthening the radial length of the slot with respect to the circumferential length per pole of the cavity. It ensures that the magnetic flux of each pole is separated or mechanically minimized to the minimum necessary or that the coupling is made of nonmagnetic material so that magnetic flux does not leak outside the void as much as possible.

③철심의 형상과 생산성③ Shape and productivity of iron core

철심은 통상 양산의 경우, 일체구조가 일반적이다. 그러나, 공극부의 자속을 보다 효과적으로 집중시키기 위해 각 극마다 분리구조로 한다. 또, 얇은 막의 연결구조는 취급. 치수관리가 필요하여 좋은 대책이라 할 수 없다.Iron cores are generally united in mass production. However, in order to more effectively concentrate the magnetic flux of the gap portion, each pole has a separate structure. In addition, the connection structure of the thin film is handled. It is not a good measure because it requires dimension control.

④기동시의 제어 간이화를 위한 철심의 구조④ Iron core structure for simplified control at start-up

자석식 전동기나 구동 토크가 큰 발전기(예를들면, 풍력발전기등) 등은 브러쉬나 전자회로에 의해 구동할 필요가 있다. 본 발명에는 철심이 유도전동기에 잘 사용되고 있는 자루형 도체나 권선이 형성되도록 공극부측에 다수 개의 슬롯을 형성하고, 값비싼 브러쉬나 전자회로를 불필요로 하고 있다.Magnetic motors and generators with large driving torques (for example, wind turbines, etc.) need to be driven by brushes or electronic circuits. In the present invention, a large number of slots are formed on the side of the gap to form a bag-shaped conductor or a winding in which an iron core is used in an induction motor, and an expensive brush or an electronic circuit is unnecessary.

⑤고속시에 극성 절환시의 절환손실 저감⑤Reduction of switching loss during polarity switching at high speed

자석식 전동기나 발전기는 고정자의 코일에는 통상 교류전류가 흘러 기능을 발휘한다. 따라서, +로부터-, -로부터+로 전류의 방향이 바뀔 때에 절환손실이 발생한다. 특히 고속 회전시에는 그것이 현저하게 나타나 효율을 대폭으로 저하시키는 요인이 된다. 본 발명에는 비싸고 복잡한 전자회로에 의존치 않고, 철심의 공극부의 형상만으로 달성시키고자 하는 것으로 전동기 기능에 맞춰, 철심의 양단부를 다음 식의 각도만큼 절결(cut)한다.In a magnetic motor or a generator, an alternating current flows through the stator coils to function normally. Therefore, switching loss occurs when the direction of the current changes from + to-and-to +. Especially at high speed rotation, it becomes remarkable and becomes a factor which greatly reduces efficiency. In the present invention, the end of the iron core is cut by the angle of the following equation in accordance with the function of the electric motor to achieve only the shape of the cavity of the iron core without depending on expensive and complicated electronic circuits.

절결부의 전기각도(도)=180도 - Electrical angle of cutout (degrees) = 180 degrees-

도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한 발전기의 구조도와 종래 발전기의 구조 설명도,1 is a structural diagram of a generator showing an embodiment of the present invention and the structure of a conventional generator,

도 2는 외전형(外轉型)발전기에 있어서 자석식 회전자의 단면도로서, 공극부의 자속집중을 설명하는 설명도로서, 6가지의 실시예를 도시한 도면,FIG. 2 is a cross-sectional view of a magnetic rotor in an external generator, which is an explanatory diagram illustrating the magnetic flux concentration in the air gap, and shows six embodiments;

도 3은 내전형(內轉型)발전기에 있어서 자석식 회전자의 단면도로서, 공극부의 자속집중을 설명하는 설명도로 6가지의 실시예를 도시한 도면,FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetic rotor in the electric power generator, illustrating six embodiments by way of explaining the magnetic flux concentration in the cavity portion; FIG.

도 4는 외전형 발전기에 있어서 자석식 회전자 분활철심구조를 도시한 것으로서, 2가지의 실시예를 도시한 도면,4 is a diagram illustrating a magnetic rotor split core structure in an abduction type generator, and showing two embodiments;

도 5는 외전형 발전기의 자루형 회전자를 형성한 예를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating an example in which a bag-shaped rotor of an abduction type generator is formed.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

1,1′: 회전자프레임 2 : 자석회전자1,1 ′: rotor frame 2: magnet rotor

2′: 원통형 자석회전자 3,3′: 고정자2 ': cylindrical magnet rotor 3,3': stator

4,4′: 축 5,5′: 베어링4,4 ′: shaft 5,5 ′: bearing

6,6′: 베어링 지지 파이프 7,7′: 전원코드6,6 ′: Bearing support pipe 7,7 ′: Power cord

8,8′: 엔드브래킷 12 : 고정자8,8 ′: End bracket 12: Stator

13 : 분할철심13: split iron core

14,14′,14a, 14b, 14a′, 14b′,14a″,14b″: 자석14,14 ', 14a, 14b, 14a', 14b ', 14a ", 14b": magnet

15 : 축 16a,16b : 비자성공간15 axis 16a, 16b nonmagnetic space

17 : 공극부 18 : 측판17: gap 18: side plate

19 : 바 N,S :자석의 극성19: bar N, S: magnet polarity

21 : 비자성홀더 22 : 고정자21: non-magnetic holder 22: stator

23 : 분할철심23: split iron core

24, 24′,24a, 24b, 24a′,24b′,24a″,24b″: 자석24, 24 ′, 24a, 24b, 24a ′, 24b ′, 24a ″, 24b ″: magnet

25 : 축 26,a,b : 비자성공간25: axis 26, a, b: nonmagnetic space

28 : 공극부 30 : 분할철심28: void portion 30: split iron core

31 : 슬롯 32 : 철심절결부31: slot 32: core cutting

이하, 본 발명이 일실시예에 의한 자석식 전동기 및 발전기에 대해 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a magnetic motor and a generator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 외전형(外轉型)발전기로서, 도 1a가 본 발명의 자석식 회전자(2)를 가진 발전기의 단면 구조를 도시한 도면이고, 도 1b는 종래의 원통형 자석회전자 (2′)를 가진 발전기의 단면 구조를 도시한 도면이다. 자석회전자(2)를 외부 동력원에 의해 구동시키면 고정자(3)에 감겨 있는 코일의 회전회수에 따라 전압이 발생되며, 전원코드(7)(7′)에 저항등 부하를 연결하면, 전류가 흘러 전력이 공급된다. 코일의 발생 전압은 고정자(3)(3′)와 회전자(2)와의 공극부의 자속밀도에 비례하고, 또 회전수에도 비례한다. 공극부의 자속밀도를 어떻게 높일것인가가 발전기의 성능향상, 효율향상에 크게 관계되는 것에 착안하여, 본 발명은 특성을 비약적으로 향상시키는 구조를 고안했다.Fig. 1 is an external power generator, and Fig. 1A shows a cross-sectional structure of a generator having a magnetic rotor 2 of the present invention, and Fig. 1B shows a conventional cylindrical magnet rotor 2 '. It is a figure which shows the cross-sectional structure of an excitation generator. When the magnet rotor 2 is driven by an external power source, a voltage is generated according to the number of rotations of the coil wound around the stator 3, and when a load such as a resistor is connected to the power cord 7 (7 ′), current is generated. Flows and is powered. The generated voltage of the coil is proportional to the magnetic flux density of the gap between the stator 3 (3 ') and the rotor 2, and also to the rotation speed. Focusing on how to increase the magnetic flux density of the air gap is greatly related to the improvement of the performance and the efficiency of the generator, the present invention has devised a structure that dramatically improves the characteristics.

도 1a 및 도 1b에 있어서, 1,1′는 회전자프레임이고, 4,4′는 축이고, 5,5′는 축(4,4′)과 베어링 지지파이프(6,6′)사이에 설치된 베어링이고, 8,8′는 엔드브래킷이다.1a and 1b, 1,1 'is the rotor frame, 4,4' is the shaft, 5,5 'is installed between the shafts 4,4' and the bearing support pipes 6,6 '. Bearing, and 8,8 'are end brackets.

다음에, 공극부(17)(28)의 자속밀도를 향상시킬 수 있는 대책에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는 외전형(外轉型)발전기, 도 3은 내전형(內轉型)발전기의 일실시예를 도시한 도면이다.Next, the countermeasure which can improve the magnetic flux density of the space | gap part 17 and 28 is demonstrated with reference to FIG. 2 and FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of an external power generator, and FIG. 3 shows an embodiment of the power generator.

외전형 발전기의 단면을 도시한 도 2a에 있어서, 회전자 재질이 비자성체의 동력을 전달하는 회전자 프레임(1), 6개의 분할철심(13;본 실시예에서는 철심을 6분할함) 및 6개의 자석(14)으로 구성되어 있다. 이때, 자석의 고정자(12) 및 회전자프레임(1)의 a부 및 b부와 회전자프레임(1)과 분할철심(13)사이의 공간(16)은 공기나 비자성체로 구성되어 있지만, 회전자 구성상 철심이나 측판(강자성체로 구성시킬 수 밖에 없는 경우)의 일부로 이 부분을 구성할 수 밖에 없는 경우도 극력 자속이 누설되지 않도록 자기 저항을 크게 해서, 자석(14)단부로부터 자속누설을 방지하는 구성으로 되어 있다. 자석(14)의 반경방향 길이의 2배가 분할철심(13)의 공극부의 극당 원주방향 길이보다 크게 함으로서, 자석(14)의 자속보다 공극부(17)의 자속을 크게 할 수 있다. 이른바. 본 발명의 자속집중 효과가 달성되어 발전기의 비약적 성능향상에 이른다는 의미다.In FIG. 2A showing a cross-section of an abduction type generator, a rotor frame 1 in which a rotor material transmits power of a nonmagnetic material, six split iron cores 13 (in this embodiment, divided into six iron cores), and 6 It consists of two magnets 14. In this case, the space 16 between the a and b portions of the stator 12 and the rotor frame 1 of the magnet and the rotor frame 1 and the split iron core 13 is made of air or a nonmagnetic material. Even if the rotor is configured to be part of an iron core or side plate (when it must be made of ferromagnetic material), the magnetic resistance is increased so that the magnetic flux does not leak and the magnetic flux is leaked from the end of the magnet 14. It is a structure which prevents. By making twice the radial length of the magnet 14 larger than the circumferential length per pole of the gap of the divided core 13, the magnetic flux of the gap 17 can be made larger than the magnetic flux of the magnet 14. So-called. This means that the flux concentration effect of the present invention is achieved, leading to a dramatic performance improvement of the generator.

자석(14)의 극성은 하나의 분할철심(13)에 대해 도면에 도시한 바와 같이 같은 극에 대처하도록, 인접시킨 2개의 분할철심(13)에 의해 형성되는 슬릿에 착탈가능하게 거의 분할철심(13)과의 갭(gap)이 생기지 않도록 삽입되어 있다. 아울러 a부 및 b부에 철등의 강자성체의 유무에 따른 성능차는 발전기의 일실시예지만 2~3배의 출력차가 있다. a부 및 b부에 강자성체가 있을 경우에 600W였던 것이 b부에 강자성체가 없는 경우에는 1800W로 향상되었다. 또, 공간(16)도 자속집중에 중요한 역할을 한다. 자석(14)을 착탈가능한 구조로 함으로써, 자력이 같은 것은 반경방향의 길이를 변경하고, 길이가 같은 것은 자력의 세기를 변경하여 용이하게 특성의 변경이나 조정이 가능하다. 도 2b는 자력의 세기가 다른 자석(14a),(14b)을 슬릿에 넣는 예로서, 공극부(17)의 자속분포 변화나 자력의 세기를 더욱 강하게 하는데 유효하다. 도 2c는 공극부(17)의 자속분포를 균일하게 하는데 유효하고, 자석(14′)의 단면이 사다리꼴로 되어있다. 도 2d는 자력의 세기가 같은 자석(14)을 1극당 2매로 증가시켜 공극부(17)의 자력향상에 한층 더 효과가 있어, 더욱 비약적인 성능향상을 기대할 수 있다. 도 2e는 2종류의 자석(14a′)(14b′)을 구비하고 있고, 자석(14a′)에 의해 공극부(17)의 자계가 결정되고, 자석(14b′)에 의해 자계를 미세조정한다. 도 2f는 종래의 원통자석에 본 발명의 자석(14a″)과 원통자석(14b″)을 조합시킴으로서, 보다 더욱 강력한 공극부(17)의 자계를 기대할 수 있는 구성예이다.The polarity of the magnet 14 is detachably nearly split to the slit formed by the two split iron cores 13 adjacent to each other so as to cope with the same pole as shown in the drawing. It is inserted so that a gap with 13) does not arise. In addition, the performance difference according to the presence or absence of ferromagnetic material such as iron in a part and b part is an embodiment of the generator, but there is an output difference of 2-3 times. It was improved to 600W when the ferromagnetic material was present in the a and b parts, and to 1800W when the ferromagnetic material was not in the b part. The space 16 also plays an important role in magnetic flux concentration. By making the magnet 14 detachable, the same magnetic force can change the length in the radial direction, and the same length can change the intensity of the magnetic force and change or adjust the characteristics easily. Fig. 2B is an example in which the magnets 14a and 14b having different magnetic strengths are inserted into the slit, which is effective in further changing the magnetic flux distribution of the cavity 17 and intensifying the strength of the magnetic force. FIG. 2C is effective for making the magnetic flux distribution of the cavity 17 uniform, and the cross section of the magnet 14 'is trapezoidal. In FIG. 2D, the magnets 14 having the same magnetic strength are increased to two sheets per pole, which is more effective in improving the magnetic force of the air gap 17, and thus, a dramatic improvement in performance can be expected. 2E includes two kinds of magnets 14a 'and 14b', the magnetic field of the cavity 17 is determined by the magnet 14a ', and the magnetic field is finely adjusted by the magnet 14b'. . FIG. 2F is a configuration example in which a magnetic field of the more powerful void portion 17 can be expected by combining the magnet 14a ″ and the cylinder magnet 14b ″ of the present invention with a conventional cylindrical magnet.

도 3a~도 3f는 내전형(內轉型)발전기를 도시한 도면이지만, 도 2의 외전형(外轉型)발전기의 반전구조로 되어 있어, 기본적으로 같다.3A to 3F are diagrams showing the electric power generator, but have the inverted structure of the electric power generator of FIG. 2 and are basically the same.

내전형 발전기 단면도를 도시하는 도 3a에 있어서, 회전자재질이 비자성체의 동력전달회전자 비자성체 홀더(21), 6개의 분할철심(23;본 예에서는 6분할) 및 6개의 자석(24)으로 구성되어 있다. 이때 자석의 고정자(22)측 및 비자성체 홀더(21)의 a부 및 b부와 비자성체 홀더(21)와 분할철심(23)사이에 형성된 공간(26)은 공기가 비자성체로 구성되어 있으나 회전자 구성상 철심이나 측판(강자성체로 구성시킬 수 없을 경우)의 일부로서, 이 부분을 구성시킬 수 없을 경우에도 자속의 누설이 거의 없도록 자기저항을 크게 해서, 자석단부로부터 자속의 누설을 방지하는 구성으로 되어 있다. 자석(24)의 반경방향 길이의 2배가 분할철심(23)의 공극부의 1극당 원주방향의 길이보다 크게 함으로써 자석(24)의 자속보다 공극부의 자속을 크게 할 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 자속집중효과가 달성될 수 있는 발전기의 비약적인 성능향상에 이르게 되는 셈이다.In Fig. 3A showing a cross-sectional view of a generator type generator, the rotor material is a non-magnetic power transmission rotor nonmagnetic holder 21, six split iron cores 23 (six divisions in this example), and six magnets 24. It consists of. At this time, the space 26 formed between the stator 22 side of the magnet and the a and b portions of the nonmagnetic holder 21 and the nonmagnetic holder 21 and the split iron core 23 is formed of air. As part of the iron core or side plate (when it cannot be made of ferromagnetic material) due to the rotor configuration, the magnetic resistance is increased so that there is little leakage of magnetic flux even when this part cannot be constructed, thereby preventing the leakage of magnetic flux from the magnet end. It is made up. By doubling the radial length of the magnet 24 larger than the length in the circumferential direction per pole of the void portion of the divided iron core 23, the magnetic flux of the void portion can be made larger than the magnetic flux of the magnet 24. In other words, it leads to a dramatic performance improvement of the generator in which the flux concentration effect of the present invention can be achieved.

자석(24)의 극성은 한개의 철심(23)에 대하여 도면에 도시한 바와 같이 같은 극에 대치하도록 인접시킨 2개의 철심(23)에 의해 형성되는 슬릿에 착탈가능하게 철심(23)과의 갭(간극)을 발생시키지 않도록 삽입되어 있다.The polarity of the magnet 24 is a gap with the iron core 23 detachably to a slit formed by two iron cores 23 adjacent to the same pole as shown in the figure with respect to one iron core 23. It is inserted so as not to generate a gap.

다시 말하면, a부 및 b부에 철 등의 강자성체 유무에 따른 성능차는 발전기의 일례이지만, 2-3배의 출력차가 있다. 강자성체가 a부 및 b부에 있을 경우에는 600W였던 것이, a부 및 b부에 강자성체가 없을 경우에는 1800W로 향상되었다. 또, 공간(26)도 자속집중에 큰 역할을 담당하고 있다.In other words, the difference in performance depending on the presence or absence of ferromagnetic material such as iron in a and b portions is an example of a generator, but there is an output difference of 2-3 times. When the ferromagnetic material was in the a part and b part, it was 600W, and the ferromagnetic material was improved to 1800W in the absence of the ferromagnetic material in part a and b part. In addition, the space 26 also plays a large role in magnetic flux concentration.

자석(24)을 착탈가능한 구조로 함으로서, 자력이 같은 것은 반경방향의 길이를 변경하고, 길이가 같은 것은 자력의 세기를 변경해서 용이하게 특성이나 조정이 가능해진다.By making the magnet 24 detachable, the same magnetic force changes the length in the radial direction, and the same length changes the strength of the magnetic force so that the characteristics and adjustment can be easily performed.

도 3b는 강도가 다른 자석(24a,24b)을 슬릿에 넣은 예로서, 공극부(28)의 자속분포의 변화나 자력의 세기를 강하게 하는데 더욱 효과적이다. 도 3c는 공극부(28)의 자속분포를 균등하게 하는데 유효하도록 자석(24′)의 단면이 사다리형상으로 되어 있다. 도 3d는 자력의 세기가 같은 자석(24)을 1극당 2매로 증가하고, 공극부(28)의 자력의 세기를 더욱 증가시킬 수 있어 비약적인 성능향상을 기대할 수 있다. 도3e는 2종류의 자석(24a′)(24b′)으로 구성된 것으로 자석(24a′)에 의해 공극부(28)의 자계를 결정하고, 자석(24b′)에 의해 자계의 미세조정을 행한다. 3f는 종래의 원통자석(24b″)에 본 발명의 자석(24a″)을 조합시킴으로써, 공극부(28)의 강력한 자계를 기대할 수 있는 예이다.3B is an example in which the magnets 24a and 24b having different strengths are inserted into the slit, which is more effective in changing the magnetic flux distribution of the gap portion 28 and increasing the strength of the magnetic force. In FIG. 3C, the cross section of the magnet 24 ′ is ladder-shaped so as to be effective for equalizing the magnetic flux distribution of the cavity 28. In FIG. 3D, the magnets 24 having the same magnetic strength are increased to two sheets per pole, and the strength of the magnetic force of the air gap 28 can be further increased, so that a dramatic improvement in performance can be expected. Fig. 3E is composed of two kinds of magnets 24a 'and 24b'. The magnetic field of the void portion 28 is determined by the magnet 24a ', and the magnetic field is finely adjusted by the magnet 24b'. 3f is an example in which a strong magnetic field of the void portion 28 can be expected by combining the magnet 24a ″ of the present invention with the conventional cylindrical magnet 24b ″.

또, 상기 설명에 있어서, 발전기를 예를 들어서 설명했지만, 본 발명은 전동기에도 당연히 그대로 적용이 가능한 것은 물론이다. 또, 이 자력집중의 원리는 다른 자석을 이용하는 모든 전동기에 적용이 가능하다. 예를 들면 빵케이크식 모터, 리니어 모터, 자석기기등에 적용할 수 있다. 도 2a 내지 도 2f에 있어서 15는 축이고, 12는 고정자이며, 도 3a 내지 도3f에 있어서 20은 하우징이고, 25는 축이고, 22는 고정자이다.In addition, in the above description, the generator has been described as an example, but it goes without saying that the present invention can naturally be applied to an electric motor as it is. The principle of magnetic concentration can be applied to all electric motors using other magnets. For example, it can be applied to a bread cake motor, a linear motor and a magnetic device. In Figs. 2A to 2F, 15 is a shaft, 12 is a stator, and in Figs. 3A to 3F, 20 is a housing, 25 is a shaft, and 22 is a stator.

도 4는 앞에서 설명한 외전형 발전기의 회전자 분할철심(30)의 일례로서 평면도를 나타내지만, 도 4a, 도 4b와 고정자와의 공극부에 인접하여 슬롯(31;도면에서는 3개)을 형성하고 있다. 이것은 동기 전동기나 추력형 프로펠라를 사용하는 풍차발전기등에 자석 회전자를 사용하는 경우, 비싸고 복잡한 전자회로를 사용않고도 자력으로 기동할 수 있도록 하기 위해. 간단한 유도전동기 등에 사용되고 있는 자루형 로터나 권선형 로터(도체부)를 형성하기 위한 것이다. 기동을 단상 또는 다상 유도전동기로 기동시킨다. 기동토크를 높이기 위해 슬롯(31)의 형상을 여러가지로 변경하고, 예를들면 깊은 홈을 가진 슬롯(31)등 필요에 따라 대응이 가능하다. 도 4b는 다시 철심(30)의 양단부를 절결하여, 이 절결부(32)의 공극부 자속 발생을 극단적으로 적게 하여, 고속 회전시 고정자의 코일에 흐르는 교번전류에 따른 반전시의 와전류손등으로 대표되는 반전손실을 철심(30)의 간단한 절결형상으로해서 저감시킬 수 있다. 이와 같은 효과를 전자회로로 해결하려면 제어회로가 비싸게 될 뿐만아니라. 아주 정밀한 스윗칭회로를 수반하는 시스템 전체의 안전성을 확보하는 데에, 많은 비용과 노력이 필요하므로, 이 절결방식은 매우 유용하다. 상기 절결부(32)의 각도는 다음에 의해 구해진다.FIG. 4 shows a plan view as an example of the rotor split iron core 30 of the abduction type generator described above, but forms slots 31 (three in the drawing) adjacent to the air gap between the stator with FIGS. 4A and 4B. have. This is to ensure that the magnetic rotor can be started without the use of expensive and complicated electronic circuits when using a magnetic rotor in a synchronous motor or a windmill generator using a thrust propeller. It is for forming a bag-shaped rotor or a winding-type rotor (conductor part) used for a simple induction motor. Start the maneuver with a single-phase or multiphase induction motor. In order to increase the starting torque, the shape of the slot 31 is variously changed, and for example, the slot 31 having a deep groove can be coped with as necessary. FIG. 4B again shows both end portions of the iron core 30 to extremely reduce the generation of the magnetic flux of the gap portion of the cutout portion 32, and is represented by the eddy current loss during inversion according to the alternating current flowing through the stator coil at high speed rotation. The reversed loss can be reduced to a simple notch shape of the iron core 30. To solve such an effect with an electronic circuit, the control circuit becomes expensive. This cut-off method is very useful because of the high cost and effort required to ensure the safety of the entire system with a very precise switching circuit. The angle of the notch 32 is obtained by the following.

절결부의 전기각도(도)=180도 - Electrical angle of cutout (degrees) = 180 degrees-

또, 절결에 따른 자극부의 180도/(180-절결부의 전기각)도의 비율로 자속밀도의 증가 가능성도 있으며, 특성에 별 영향없이 손실을 줄일 수 있다.In addition, there is a possibility of increasing the magnetic flux density at a ratio of 180 degrees / (electric angle of 180-notches) of the magnetic pole part due to the notch, and the loss can be reduced without affecting the characteristics.

도 5는 도 4a를 이용하여 외전형 발전기로 자루형 로터를 형성시킨 예로서, 자루형 로터부의 구성은 도 5b와 같이 되어 있고, 알루미늄이나 황동등의 도체로 제조되어, 2매의 측판(18)과 복수의 바(19)에 의해 리벳팅이나 다이케스트등으로 로터의 일체화를 시도하고 있다. 로터바를 방사상으로 틀어서 기동 특성을 개선하거나, 고정자를 방사상으로 틀어서 개선하는 것도 당연히 가능하다.FIG. 5 is an example in which a bag-shaped rotor is formed of an abduction type generator using FIG. 4A. The bag-shaped rotor portion is configured as shown in FIG. 5B and is made of a conductor such as aluminum or brass. ) And a plurality of bars 19 attempt to integrate the rotor by riveting or die casting. It is of course also possible to radially twist the rotor bar to improve maneuverability or to improve the stator radially.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 자석식 회전자의 자석, 철심등의 형상, 배치 및 구성등에 의해 공극부의 자속을 대폭으로 향상시켜, 발전기나 전동기의 성능과 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다는 매우 뛰어난 효과가 있다.As described above, the present invention significantly improves the magnetic flux of the air gap by the shape, arrangement, and configuration of the magnet, iron core, etc. of the magnetic rotor, and can greatly improve the performance and efficiency of the generator and the motor. have.

Claims (5)

각극의 철심에 단수 또는 복수의 자석을 착탈가능하게 삽입할 수 있도록 방사형상의 슬롯을 형성하고, 고정자와 회전자 사이에 형성된 공극부의 자속 증가나 조절을 행하고, 출력특성의 변경이나 조절을 용이하게 할 수 있도록 자석의 길이나 복수의 자석을 조합시켜서 구성한 것을 특징으로 하는 자석식 전동기 및 발전기.A radial slot is formed to detachably insert single or plural magnets into the iron core of each pole, and the magnetic flux increase or control of the gap formed between the stator and the rotor can be easily performed, and the output characteristic can be easily changed or adjusted. Magnetic motor and generator characterized in that the combination of the length of the magnet or a plurality of magnets so as to combine. 제 1항에 있어서, 상기 자석을 삽입하는 방상형상 슬롯은 그 길이의 2배를 고정자와 회전자간의 공극부의 1극당의 원주방향 길이보다 크게 한 것을 특징으로 하는 자석식 발전기.The magnet generator according to claim 1, wherein the radial slot into which the magnet is inserted is made twice as long as the circumferential length per pole of the gap between the stator and the rotor. 제 1항에 있어서, 상기 공극부에 자속을 유효하게 발생시키기 위하여 상기 슬릿에는 완전히 분리된 분리철심을 배설한 것을 특징으로 하는 자석식 전동기 및 발전기.2. The magnetic motor and generator according to claim 1, wherein the slit is provided with a separate iron core completely separated in order to effectively generate magnetic flux in the air gap. 제 3항에 있어서, 상기 분리철심에는 회전 자계에 의해 구동시키도록 도체부를 형성하기 위하여 슬롯을 형성한 것을 특징으로 하는 자석식 전동기 및 발전기.4. The magnet motor and generator according to claim 3, wherein slots are formed in the separating iron core to form a conductor part to be driven by a rotating magnetic field. 청구항 1항에 있어서, 상기 철심은 자석을 배치하는 철심부에 자극의 일부를 절결하고, 상기 절결부가 전기각으로 다음 식으로 표시되는 각도로 하고, 자극 교환시의 전환손실을 철심의 구조만으로 저감되도록 한 것을 특징으로 하는 자석식 전동기 및 발전기.The iron core of claim 1, wherein a part of the magnetic pole is cut out in the iron core in which the magnet is placed, and the cutout portion is an angle represented by the following equation by an electrical angle, and the switching loss at the time of exchange of the magnetic poles is based on the structure of the iron core alone. Magnetic motor and generator, characterized in that to be reduced. 절결부의 전기각도(도)=180도- Electrical angle of notch (degree) = 180 degrees
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