KR20010107713A - 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기 - Google Patents

영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기 Download PDF

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Abstract

영구자석 매립구멍(5)에 영구자석 위치 결정용 돌기(12)를 형성함으로써, 영구자석을 지지하도록 했다. 또한, 회전자 철심(4) 내의 얇은 부분(18, 19)의 형상을 최적화함으로써, 영구자석으로부터 발생하는 자속(磁束)의 누설(leakage)을 저감시키며, 응력이 집중하는 얇은 부분의 강도를 확보하도록 했다.

Description

영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기{RELUCTANCE TYPE ROTATING ELECTRIC MACHINE OF PERMANENT MAGNET TYPE}
본 발명은 영구자석을 복합(복수개 조합하여 설치)한 영구자석식 자기저항(reluctance)형 회전 전기 기기(rotating electric machine)에 관한 것이다.
본원 출원인의 선출원(일본국 특원평11-043869호, 일본국 특원평11-122000호)에 따른 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기는 도 1의 직경방향 단면도에 나타낸 구조이다. 도 1에서 고정자(1)는 전기자 코일(2)을 갖고, 그 내측에는 회전자(3)가 설치되어 있다.
회전자(3)는 회전자 철심(4)과 영구자석(6)을 구비하고 있다. 회전자 철심(4)은 자화(磁化)의 용이(容易)방향과 곤란(困難)방향을 형성하고 있다. 즉,회전자 철심(4)은 자기적으로 요철(凹凸)을 형성하기 위해, 자화 용이방향을 따라 8개의 영구자석(6)을 매립하는 영구자석 매립구멍(5)을 형성한 전자(電磁) 강판을 적층시켜 구성된다. 8개의 영구자석 매립구멍(5)은 십자 형상으로 배치됨으로써 4개의 돌출된 극을 형성한다. 즉, 비자성부(非磁性部)(8)의 양측에 위치하는 영구자석 매립구멍(5)으로 삽입되는 부분이 자극(磁極)적인 오목부에서 자극간부(4b)로 된다. 또한, 서로 인접하는 자극간부(4b)를 통과하는 전기자 전류의 자속을 소거하도록 자화된 영구자석(6)을 영구자석 매립구멍(5)에 배치시킨다. 즉, 자극부(4a)의 양측에 있는 영구자석(6)의 관계는 자화방향이 동일하고, 자극간부(4b)의 양측에 위치하는 2개의 영구자석(6)은 회전자(3)의 원주(圓周)방향에서 자화방향이 서로 반대로 된다. 영구자석(6)은 바람직하게는 대략 둘레방향으로, 보다 바람직하게는 자극축에 대략 수직인 방향으로 자화되어 있다.
다음으로, 상기 선출원에 따른 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기의 작용에 대해서 설명한다. 도 2는 d축의 전기자 전류에 의한 회전자 철심(4)의 자극축에 따른 방향의 성분의 자속 φd를 나타내고 있고, 자극부(4a)의 철심을 자로(磁路)로 하기 때문에, 이 방향의 자로에서는 자기저항이 매우 작으며, 자속이 흐르기 쉬운 자기적 구성으로 되어 있다. 또한, 부호 8은 비자성부를 나타낸다.
도 3은 q축의 전기자 전류에 의한 자극간부(4b)의 중앙부와 회전자(3)의 중심을 연결하는 축에 따른 방향의 성분의 자속 φq를 나타내고 있다. 이 자극간부(4b)의 자속 φq는 비자성부(8)와 자극간부(4b)의 영구자석(6)을 횡단하는 자로를 형성한다. 비자성부(8)의 비투자율(比透磁率)(μ)은 "1"이고, 영구자석(6)의 비투자율(μ)도 대략 "1"이기 때문에, 높은 자기저항의 작용에 의해 전기자 전류에 의한 자속 φq는 저하된다.
자극 사이의 영구자석(6)은 자극축과 대략 수직인 방향으로 자화되어 있으며, 도 4에 나타낸 바와 같이 영구자석(6)에서 발생한 자속은 회전자 철심의 외주 경계의 자성부(7)를 둘레방향으로 흐르고, 자극부(4a)를 통과하여, 자체의 반대 극으로 되돌아가는 자기회로 φma를 형성한다.
또한, 영구자석(6)의 일부 자속은 공극(空隙)을 통하여 회전자(3)의 자극부(4a) 또는 인접하는 극의 영구자석(6)을 통과하여, 원래의 영구자석(6)으로 되돌아가는 자기회로 φmb도 형성한다.
이 영구자석(6)의 쇄교(鎖交, interlinkage) 자속은 도 3에 나타낸 바와 같이 q축의 전기자 전류에 의한 자극간 중심축 방향 성분의 자속 φq와 반대방향으로 분포하여, 자극간부(4b)로부터 침입하는 전기자 자속 φq와 반발해서, 서로 소거된다. 자극간부(4b) 외측의 공극부에서는 영구자석(6)의 자속에 의해 전기자 전류가 발생시키는 공극 자속 밀도가 저하되고, 자극부(4a) 외측의 공극 자속 밀도와 비교하여 크게 변화하게 된다. 즉, 회전자(3)의 위치에 대한 공극 자속 밀도의 변화가 커져, 자기에너지 변화가 커진다. 또한, 부하 시에는 자극부(4a)와 자극간부(4b)와의 경계에서 자기적으로 단락(短絡)되는 자성부(7)가 있어, 부하 전류에 의해 강하게 자기 포화된다. 이것에 의해, 자극 사이에 분포하는 영구자석(6)의 자속이 증가한다. 따라서, 비자성부(8)와 영구자석(6)의 높은 자기저항과 영구자석(6)의 자속에 의해 공극 자속 밀도 분포에 변화가 큰 요철이 생기기 때문에, 자기에너지변화가 현저하게 커져, 큰 출력을 얻을 수 있다.
광범위한 가변속 운전을 얻는 단자전압의 조정 폭에 대해서는 다음과 같은 작용으로 된다. 이 제안되어 있는 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기에서는, 자극간부(4b)의 오목한 부분의 일부에만 영구자석(6)이 있기 때문에, 회전자(3) 표면의 대략 전체 둘레에 영구자석(6)이 있는 일반적인 영구자석형 회전 전기 기기보다도 영구자석(6)의 표면적이 좁아지고, 영구자석(6)에 의한 쇄교 자속의 양도 적어진다.
또한, 무여자(無勵磁) 상태에서는 영구자석(6)의 대부분의 자속은 자극 경계부의 자성부(7)를 통과하여 회전자 철심(4) 내의 누설 자속으로 된다. 따라서, 이 상태에서는 유도 전압을 매우 작게 할 수 있기 때문에, 무여자 시의 철손(iron loss)은 적어진다. 또한, 전기자 코일(2)이 단락되어 고장났을 때에도 과전류가 작아진다.
부하 시에는, 영구자석(6)에 의한 쇄교 자속에 전기자 전류(자기저항 회전 전기의 여자 전류 성분과 토크(torque) 전류 성분)에 의한 쇄교 자속이 부가되어, 단자전압을 유도한다.
일반적인 영구자석형 회전 전기 기기에서는, 영구자석(6)의 쇄교 자속이 단자전압의 대부분을 차지하고 있기 때문에, 단자전압을 조정하는 것은 곤란하나, 이 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기는 영구자석(6)의 쇄교 자속이 작기 때문에, 여자 전류 성분을 넓게 조정함으로써, 단자전압을 폭넓게 조정할 수 있다. 즉, 속도에 따라 전압이 전원 전압 이하로 되도록 여자 전류 성분을 조정할 수 있기 때문에, 기저(基底) 속도로부터 일정 전압으로 광범위의 가변속 운전이 가능해진다. 또한, 강제적으로 제어에 의해 완충(yielding) 계자(界磁)를 행하여 전압을 억제하고 있지 않기 때문에, 고속 회전 시에 제어가 동작하지 않게 되어도, 과전압이 발생하지는 않는다.
또한, 동시에 영구자석(6)을 철심 내에 매립하게 되기 때문에, 회전자 철심(4)이 영구자석(6)의 유지기구로 되어, 회전에 의해 영구자석(6)이 비산(飛散)하는 것을 방지한다.
상기와 같은 구조의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전기자 전류가 형성하는 회전자(3)의 오목부 방향의 q축 전류에 의한 자속 "φq"는 영구자석 매립구멍의 외주측 얇은 부분(薄肉部)(18) 및 자극간 중앙측의 얇은 브리지부(19)를 흐르기 때문에, d축 전류에 의한 자속 "φd"와 q축 전류에 의한 자속 "φq"의 차가 작아지고, 자기저항 토크가 감소한다. 또한, 회전 토크에는 무효의 q축 전류에 의한 자속 "φq"가 비자성부(8)의 외주측으로부터 영구자석 매립구멍(5)의 외주측 얇은 부분(18)을 흐르는 무효 자속을 적게 하는 동시에, 도 5에 나타낸 바와 같이 회전자 철심(4)의 영구자석 매립구멍(5)의 주변 및 자극간부(4b)의 외주측은, 영구자석(6)으로부터 발생하는 자속의 누설(영구자석 무효 자속(17))을 적게 하기 위해, 가능한 한 직경방향으로 좁게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 형상에서는 영구자석(6)의 원심력을 지지하는 것이 어렵고, 특히 고속 회전기에 적용시키고자 했을 경우는, 영구자석(6)의 비산 및 회전자(3)의 파손이 발생할 우려가 있었다.
또한, 특성상 요구되는 유효 자속을 확보하기 위해, 무효 자속 및 누설 자속분의 자속량을 보충하기 위해, 영구자석(6)의 양을 증가시키는 것이 필요하나, 회전자(3)의 전체 체적에 대한 공간적인 문제와, 영구자석(6)의 원심력에 의한 힘의 증가로부터 야기되는 강도적인 문제 때문에, 단순하게 영구자석(6)의 양을 증가시키는 것은 곤란하다.
또한, 응력 집중을 완화하기 위해, 영구자석 매립구멍(5)에서 구멍의 코너부를 원호(圓弧) 형상으로 하나, 영구자석(6)의 양측과 영구자석 매립구멍(5)과의 사이에 공극부가 생기기 때문에, 영구자석(6)을 위치 결정하는 웨지(wedge)(15)가 필요하게 된다. 따라서, 상기의 구조에서는 복수의 웨지(15)에 의해 영구자석(6)을 위치 결정할 필요가 있기 때문에, 제작 시의 공정 수가 증가하여, 비용이 상승하게 되는 동시에, 영구자석(6) 및 위치 결정용 웨지(15)를 고정시키는 접착제가 열화하여 접착 효과가 없어진 경우, 영구자석 매립구멍(5)의 외주측 얇은 부분(18)에 위치 결정용 웨지(15) 또는 영구자석(6)이 직접 한쪽만 닿음으로써, 얇기 때문에 응력이 집중되고, 영구자석(6)의 비산 및 회전자(3)의 파손이 발생하여 회전 전기 기기로서 사용할 수 없게 되는 경우가 있었다.
또한, 영구자석 매립구멍(5)의 양단 코너부의 곡률(曲率) 반경은 크면 클수록 응력 집중을 저감시키는 것이 가능하나, 상기 구조의 경우에는 영구자석(6)을 위치 결정하기 위한 웨지(15)의 형상이 복잡화하기 때문에, 곡률 반경을 영구자석(6)의 두께 이상으로 하는 것이 불가능하고, 고속 회전 및 고출력으로 되었을 경우에는 영구자석(6)의 원심력에 의한 힘이 증가하기 때문에, 영구자석(6)의원심력을 지지하는 것이 곤란해져, 영구자석(6)의 비산 및 회전자(3)의 파손이 발생할 우려가 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 영구자석 위치 결정용의 웨지를 생략하고, 조립 시의 영구자석 삽입을 용이하게 함으로써, 제작 시의 자석 삽입 작업을 기계화 가능하게 하는 동시에, 영구자석을 고정시키는 접착제가 열화한 경우에도, 영구자석의 비산 및 회전자의 파손 우려가 없으며, 회전자 단면 형상을 최적화함으로써 고출력, 고효율, 고속 회전, 신뢰성 및 제조성을 향상시킬 수 있는 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 다음과 같은 구성으로 되어 있다. 즉, 전기자 코일을 갖는 고정자와, 서로 인접하는 자극 사이를 통과하는 전기자의 자속을 소거하도록 회전자 철심 내의 영구자석 매립구멍에 영구자석을 설치하고, 자극 사이의 영구자석의 외주측에 비자성부를 설치함으로써 둘레방향으로 자기적 요철을 갖는 회전자를 구비한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기에 있어서, 회전자 철심 내의 영구자석 매립구멍 중으로 돌출되도록 영구자석 위치 결정용의 돌기를 형성한 것이다.
본 발명의 보다 완전한 이해 및 이에 수반되는 많은 장점은 첨부된 도면을 참조하면서 다음의 상세한 설명을 통해 더 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 선출원 발명에 따른 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기의 직경방향의 단면도.
도 2는 상기 d축의 전기자 전류에 의한 회전자 철심의 자극축에 따른 방향의 성분의 자속 φd의 흐름을 나타낸 직경방향의 단면도.
도 3은 상기 q축의 전기자 전류에 의한 축극간부(軸極間部)(4b)를 중심으로 한 직경방향의 축에 따른 방향의 성분의 자속 φq의 흐름을 나타낸 직경방향의 단면도.
도 4는 상기 영구자석이 발생하는 자속의 흐름을 나타낸 직경방향의 단면도.
도 5는 상기 영구자석이 발생하는 자속의 흐름을 나타낸 회전자 직경방향의 확대단면도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 직경방향의 단면도.
도 7은 상기 실시예의 회전자 직경방향의 확대단면도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 회전자 직경방향의 확대단면도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1: 고정자
2: 전기자 코일
3: 회전자
4: 회전자 철심
4a: 자극부
4b: 자극간부
5: 영구자석 매립구멍
6: 영구자석
7: 자성부
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 도 6 및 도7은 본 발명의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기의 제 1 실시예를 나타내고 있다. 또한, 이하에서는 4극 회전자의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기의 경우에 대해서 설명하나, 본 발명의 효과는 극의 수에 의존하지 않는다.
고정자(1)는 전기자 코일(2)을 갖고, 회전자(3)를 내부에 수용하고 있다. 회전자(3)는 회전자 철심(4)과 영구자석(6)을 구비하고 있다.
회전자 철심(4)은 자화의 용이방향과 곤란방향을 갖고 있다. 즉, 회전자 철심(4)은 원주방향으로 자기적인 요철을 형성하기 위해, 자화 용이방향을 따라 8개 영구자석(6)의 각각을 매립하기 위한 영구자석 매립구멍(5)이 형성된 전자 강판을 적층시켜 구성되어 있다. 또한, 8개의 영구자석 매립구멍(5)은 십자 형상 배치로 하여, 4개의 돌출된 극을 형성하도록 되어 있다.
즉, 회전자 철심(4)에서의 비자성부(8)의 양측에 위치하는 영구자석 매립구멍(5)에 의해 삽입되는 부분이 자극간부(4b)이며, 자기적인 오목부를 이루고 있다. 그리고, 서로 인접하는 자극간부(4b)를 통과하는 전기자 전류의 자속을 소거하는 방향으로 자화된 영구자석(6)이 영구자석 매립구멍(5)에 배치되어 있다. 즉, 자극부(4a)의 양측에 위치하는 영구자석(6)은 자화방향이 동일해지고, 자극간부(4b)의 양측에 위치하는 영구자석(6)은 회전자(3)의 원주방향에서 자화방향이 서로 반대방향으로 되도록 배치되어 있다.
또한, 영구자석(6)은 바람직하게는 둘레방향으로 자화되고, 보다 바람직하게는 자극축에 대략 수직인 방향으로 자화되어 있는 설정으로 되어 있다. 또한, 자극간부(4b)에 있는 비자성부(8)는 공극부로 구성되어 있다.
회전자 철심(4) 내의 영구자석 매립구멍(5)에는 상기 구멍 내에 돌출되도록 영구자석 위치 결정용 돌기(12)가 형성되어 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 영구자석(6)과 영구자석 위치 결정용 돌기(12)가 접하는 변의 길이 "X"는 영구자석(6)의 변 길이 "Y"에 대하여 5% 내지 75%로 설정한다. 또한, 영구자석 위치 결정용 돌기(12)의 조인트부의 R가공부(13)(릴리프(relief))는 비자성부(8)와 반대쪽의 영구자석(6)의 착자(着磁)방향과 직각으로 교차하는 면측에 형성되어 있다.
또한, 회전자(3)에 있어서, 영구자석 매립구멍(5)이 형성하는 외주측 얇은 부분(18)의 반경(半徑)방향 두께 "b1"은 0.5㎜ 이상으로 하며, 또한 이 외주측 얇은 부분(18)의 반경방향 두께 "b1"에 대하여 원주방향 길이 "b2"를 450% 이내로 설정하고 있다. 또한, 회전자(3)에 있어서, 비자성부(8)를 사이에 두고 대향하는 영구자석 매립구멍(5)의 회전자 중앙측의 단부 사이에 형성되는 얇은 브리지부(19)의 원주방향 두께 "a1"은 0.5㎜ 이상으로 하며, 또한 그 원주방향 두께 "a1"에 대하여 반경방향 길이 "a2"를 450% 이내로 설정하고 있다.
다음으로, 이 제 1 실시예의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기의 특성에 대해서 설명한다. 이 실시예의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기는, 선출원의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기와 동일하게, 영구자석(6)의 자기저항과 영구자석(6)의 자속에 의해 공극 자속 밀도 분포에 변화가 큰 요철이 생기기 때문에, 자기에너지 변화가 현저하게 커진다. 또한, 영구자석 매립구멍(5)에 형성된 영구자석 위치 결정용 돌기(12)에 의해 영구자석(6)이 지지되기 때문에, 선출원의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기에서 사용되었던 위치 결정용 웨지(15)를 생략할 수 있고, 조립 시의 자석 삽입 작업이 용이해지며, 영구자석 매립구멍(5)에 영구자석(6)을 고정시키는 접착제가 열화한 경우에도, 영구자석 위치 결정용 돌기(12)에 의해 영구자석(6)을 확실하게 유지할 수 있다.
또한, 영구자석(6)과 영구자석 위치 결정용 돌기(12)가 접하는 변의 길이 "X"는 영구자석(6)의 변 길이 "Y"에 대하여 5% 내지 75%로 하고 있다. 즉, 영구자석 위치 결정용 돌기(12)의 변 길이 "X"를, 영구자석(6)에 의한 원심력을 영구자석 매립구멍(5)의 비자성부(8) 측의 영구자석 착자방향과 직각으로 교차하는 면을 통하여 지지하는 영구자석 매립구멍(5)의 외주측 얇은 부분(18)과 자극간 중앙측의 영구자석 매립구멍 사이의 얇은 브리지부(19)의 응력이 허용치 이내(변 길이 "X" 최소 5%)로 되며, 영구자석 위치 결정용 돌기(12)의 조인트의 R가공부(13) 응력이 허용치 이내(변 길이 "X" 최대 75%)로 되도록 하고 있다. 이것에 의해, 영구자석(6)의 원심력에 의한 힘이 영구자석 매립구멍(5)의 비자성부(8) 측의 영구자석 착자방향과 직각으로 교차하는 면과 영구자석 위치 결정용 돌기(12)에 의해 효과적으로 분담된다.
또한, 영구자석 위치 결정용 돌기(12)의 조인트의 R가공부(13)를 비자성부(8)와 반대쪽의 영구자석 착자방향과 직각으로 교차하는 면측에 형성함으로써, 영구자석(6)과 영구자석 위치 결정용 돌기(12)가 접하는 변 길이 "X"를 감소시키지 않고 R가공부(13)를 형성할 수 있으며, 공간적으로 여유가 있기 때문에, R가공부(13)의 곡률 반경을 크게 취하여, R가공부(13)의 응력을 최소한으로 억제하는 것이 가능하다.
또한, 영구자석 매립구멍(5)의 외주측 얇은 부분(18)의 반경방향 두께 "b1"을 0.5㎜ 이상으로 하며, 반경방향 두께 "b1"에 대하여 얇은 부분의 원주방향 길이 "b2"를 450% 이내로 하고 있기 때문에, 회전자 철심(4)의 제작 시의 철심 펀칭에 의한 왜곡 및 결함 등이 발생하지 않으며(반경방향 두께 "b1" 0.5㎜ 이상), 영구자석(6) 및 q축 전류에 의해 발생하는 무효 자속(17)(누설 자속)이 저감되어, 영구자석(6)에 의한 자속을 효과적으로 활용할 수 있기 때문에, 영구자석(6)의 양을 필요 최소한으로 할 수 있다. 또한, 영구자석(6)의 원심력에 의해, 영구자석 매립구멍(5)의 외주측 얇은 부분(18)에 발생하는 휨 응력을 최소한(반경방향 두께 "b1"에 대하여 원주방향 길이 "b2" 450% 이내)으로 억제할 수 있다.
또한, 자극간 중앙측의 영구자석 매립구멍(5) 사이의 얇은 브리지부(19)의 원주방향 두께 "a1"을 0.5㎜ 이상으로 하며, 원주방향 두께 "a1"에 대하여 얇은 브리지부(19)의 반경방향 길이 "a2"를 450% 이내로 하고 있기 때문에, 회전자 철심(4)의 제작 시의 철심 펀칭에 의한 왜곡 및 결함 등이 발생하지 않고(반경방향 두께 "b1" 0.5㎜ 이상), 영구자석(6)으로부터 발생하는 무효 자속(17)(누설 자속)을 저감시킬 수 있으며, 영구자석(6)의 원심력에 의한 힘에 의해, 자극간 중앙측의 얇은 브리지부(19)에 발생하는 응력을 최소한(원주방향 두께 "a1"에 대하여 반경방향 길이 "a2" 450% 이내)으로 억제할 수 있다.
이것에 의해, 제 1 실시예의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기에서는, 제작 시의 영구자석 삽입이 용이해지고, 기계화가 가능해지기 때문에, 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 영구자석을 고정시키는 접착제가 열화한 경우에도, 영구자석을 안전하게 유지할 수 있고, 영구자석의 비산 및 회전자의 파손 우려를 해소할 수 있어, 신뢰성이 향상된다.
또한, 영구자석의 원심력에 의한 힘을 효과적으로 분담시킬 수 있기 때문에, 회전자 철심 내에 발생하는 응력을 최소한으로 억제할 수 있어, 신뢰성이 향상된다.
또한, 영구자석 위치 결정용 돌기의 조인트의 R가공부 응력값을 최소한으로 억제할 수 있어, 고속 회전 및 신뢰성이 향상된다. 또한, 회전자 철심 내의 얇은 부분(18, 19) 형상을 최적화함으로써, 고출력, 고효율, 고속 회전, 신뢰성 및 제조성이 현저하게 향상된다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기에 대해서 도 8에 의거하여 설명한다. 제 2 실시예에서는, 영구자석(6)의 단면 형상이 사다리꼴을 이루고, 그 저면(底面)의 중앙부에 상당하는 위치를 유지하도록 영구자석 매립구멍(5)에 영구자석 위치 결정용 중앙 돌기(14)가 제 1 실시예와 동일한 영구자석 위치 결정용 돌기(12)와 함께 형성되어 있다. 또한, 영구자석(6)의 원심력에 의한 힘을 영구자석 매립구멍(5)의 비자성부(8)와 반대쪽이면서 영구자석(6)의 착자방향과 직각으로 교차하는 면측에서 지지하는 구조로 하고 있다.
또한, 그 밖의 구성요소에 대해서는 도 6 및 도 7에 나타낸 제 1 실시예와 공통되기 때문에, 동일한 부호를 첨부하여 나타내고 있다.
다음으로, 이 제 2 실시예의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기의 특성에 대해서 설명한다. 이와 같이 구성된 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기에서는, 영구자석 위치 결정용 중앙 돌기(14)가 영구자석 매립구멍(5)의 중앙부에 위치하고 있고, 영구자석(6)의 원심력에 의한 힘을 평균 응력이 비교적 작은 회전자(3)의 내주측에서 지지할 수 있기 때문에, 영구자석(6)의 지지부(영구자석 위치 결정용 중앙 돌기(14))의 응력을 최소한으로 억제할 수 있으며, 영구자석(6)의 접촉 부분이 영구자석 위치 결정용 중앙 돌기(14)의 전체에서 접촉하기 때문에, 영구자석(6)을 안정되게 유지할 수 있다.
또한, 영구자석의 원심력에 의한 힘을 영구자석 매립구멍(5)의 비자성부(8)와 반대쪽이면서 영구자석(6)의 착자방향과 직각으로 교차하는 면측에서 지지하는 구조로 되어 있고, 영구자석의 원심력에 의한 힘을 평균 응력이 비교적 작은 영구자석 매립구멍(5)의 비자성부(8)와 반대쪽에서 지지할 수 있기 때문에, 응력을 최소한으로 억제할 수 있다.
이것에 의해, 제 2 실시예의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기에서는, 영구자석을 고정시키는 접착제가 열화한 경우에도, 영구자석을 안전하게 유지할 수 있고, 결과적으로 영구자석의 비산 및 회전자의 파손 우려를 해소할 수 있어, 신뢰성이 향상된다. 또한, 영구자석의 원심력에 의한 힘을 평균 응력이 비교적 작은 회전자의 내주측에서 지지할 수 있기 때문에, 영구자석 위치 결정용 중앙 돌기(14)의 응력을 최소한으로 억제할 수 있으며, 영구자석을 안정되게 유지할 수 있어, 신뢰성이 향상된다.
또한, 영구자석(6)의 원심력에 의한 힘을 평균 응력이 비교적 작은 영구자석매립구멍의 비자성부(8)와 반대쪽에서 지지할 수 있기 때문에, 응력을 최소한으로 억제할 수 있고, 고출력 및 고속 회전이 가능해지고, 신뢰성도 향상된다.
이상과 같이, 본 발명의 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기에 의하면, 회전자 철심 내의 영구자석 매립구멍에 영구자석 위치 결정용 돌기를 형성했기 때문에, 제작 시의 영구자석 삽입을 용이하게 하고, 기계화가 가능해지며, 제조 비용을 저감시킬 수 있는 동시에, 영구자석을 고정시키는 접착제가 열화한 경우에도 영구자석 위치 결정용 돌기에 의해 영구자석을 확실하고 안전하게 유지할 수 있고, 영구자석의 비산 및 회전자의 파손 우려를 해소할 수 있어, 신뢰성이 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면, 영구자석과 영구자석 위치 결정용 돌기가 접하는 면적을 최적화함으로써, 영구자석의 원심력에 의한 힘을 효과적으로 분담시키는 것이 가능해지고, 회전자 철심 내에 발생하는 응력을 최소한으로 억제할 수 있으며, 신뢰성도 향상된다.
또한, 회전자 철심 내의 얇은 부분의 형상을 최적화함으로써, 고출력, 고효율, 고속 회전, 신뢰성 및 제조성이 현저하게 향상된다. 또한, 영구자석의 원심력에 의한 힘을 평균 응력이 비교적 작은 부분에서 지지함으로써, 지지부의 응력값을 최소한으로 억제할 수 있고, 고속 회전이 가능해지며, 신뢰성도 향상된다.

Claims (11)

  1. 전기자 코일을 갖는 고정자와, 서로 인접하는 자극 사이를 통과하는 전기자의 자속(磁束)을 소거하도록 회전자 철심 내의 영구자석 매립구멍에 영구자석을 설치하고, 또한 상기 자극 사이의 영구자석의 외주측에 비자성부(非磁性部)를 설치함으로써 둘레방향으로 자기적 요철(凹凸)을 갖는 회전자를 구비한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기(rotating electric machine)에 있어서,
    상기 회전자 철심 내의 영구자석 매립구멍으로 돌출하도록 영구자석 위치 결정용의 돌기를 설치한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영구자석 위치 결정용 돌기는 상기 영구자석 매립구멍의 상기 비자성부와 반대쪽의 에지(edge)에 설치한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 영구자석 위치 결정용 돌기는 상기 영구자석 매립구멍의 상기 비자성부 측의 에지에 설치한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구자석 위치 결정용 돌기는 상기 영구자석 매립구멍의 중심을 향하여돌출되도록 형성하고, 또한 상기 영구자석에 이 돌기에 대응한 노치부(notch)를 설치한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구자석과 영구자석 위치 결정용 돌기가 접하는 변의 길이를 상기 영구자석의 변 길이에 대하여 5% 내지 75%만큼 접하는 변 길이로 하는 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구자석의 원심력을 영구자석 매립구멍의 비자성부와 반대쪽이면서 또한 영구자석의 착자(着磁)방향과 직각으로 교차하는 면측에서 지지한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구자석 위치 결정용 돌기의 조인트(joint)의 R가공부를 비자성부와 반대쪽의 영구자석의 착자방향과 직각으로 교차하는 면측에 설치한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자 철심에서의 상기 영구자석 매립구멍의 외주측 얇은 부분의 원주방향 길이를 상기 얇은 부분의 반경방향 두께에 대하여 450% 이내로 한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 회전자 철심에서의 상기 영구자석 매립구멍의 외주측 얇은 부분의 반경방향 두께를 0.5㎜ 이상으로 한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자 철심에서의 인접하는 영구자석 매립구멍 사이의 중앙측 브리지부의 원주방향 두께에 대하여 상기 브리지부의 반경방향 길이를 450% 이내로 한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 회전자 철심에서의 인접하는 영구자석 매립구멍 사이의 중앙측 브리지부의 원주방향 두께를 0.5㎜ 이상으로 한 영구자석식 자기저항형 회전 전기 기기.
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