KR20090070193A - 고속 영구자석 회전기의 회전자 - Google Patents

고속 영구자석 회전기의 회전자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동기나 발전기 등과 같은 회전기에서 고속회전으로 인한 원심력으로부터 영구자석을 보호하기 위해 비자성, 전도성의 강철 슬리브를 갖는 회전자에 관한 것이다.
본 발명에서는 고속 영구자석 회전기의 회전자에서 발생하는 열을 자체적으로 발산시키고, 강철 슬리브에서 발생되는 와전류의 경로길이를 증가시킴으로써, 열원(熱源)이 되는 와전류 손실을 감소시키고, 회전자의 열 발산 표면적을 증대시킴으로써 외부의 냉각공기 없이 고속 영구자석 회전기의 회전자를 효과적으로 냉각할 수 있는 고속 영구자석 회전기의 회전자를 제공한다.
영구자석, 회전기, 전동기, 발전기, 강철 슬리브, 냉각구조

Description

고속 영구자석 회전기의 회전자{Rotor for high speed permanent magnet machine}
본 발명은 고속 영구자석 회전기의 회전자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동기나 발전기 등과 같은 회전기에서 고속회전으로 인한 원심력으로부터 영구자석을 보호하기 위해 비자성, 전도성의 강철 슬리브를 갖는 회전자에 관한 것이다.
일반적으로 고속 영구자석 전동기 또는 고속 영구자석 발전기 등과 같은 고속 영구자석 회전기의 회전자(100)에는 고속회전으로 인한 원심력으로부터 영구자석(120)을 보호하기 위하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 비자성(非磁性), 전도성(傳導性)의 강철 슬리브(130)가 영구자석(100)과 회전축(110)에 일정한 압축력을 유지하며 결합되어 있다.
그런데, 고정자의 슬롯과 치 구조로 인해 고속회전시 강철 슬리브(130)에는 미소한 자속변화가 증가하고, 이로 인해 와전류가 생성되어 강철 슬리브(130)에는 상당한 열이 발생한다.
발생된 열은 영구자석(120)으로 전도되어 영구자석(120)의 성능을 저하시키며, 극한의 경우에는 영구적으로 감자(減磁)시킨다.
또한, 강철 슬리브(130)의 열팽창으로 인해 영구자석(120)과 회전축(110)을 연결하고 있는 강철 슬리브(130)의 압축력이 감소함으로써, 이들 사이에 간극이 발생하여 전동기의 파손으로 이어질 수 있다.
종래의 고속 영구자석 회전기에서는 회전자에서 발생하는 열을 발산시키기 위해 고정자와 회전자의 간극, 즉 공극으로 외부에서 냉각공기를 공급하여 회전자를 냉각시킨다.
이러한 구조에서는 전동기와는 독립적으로 냉각공기 유입장치를 구비하여 상기의 냉각공기 유입장치로 회전자를 냉각시키는 방법을 사용하거나, 또한 고속 영구자석 회전기를 적용한 공기 압축기 또는 송풍기에서는 임펠러에서 발생된 자체의 공기를 공극으로 유입시키는 방법을 사용한다.
그러나, 독립된 냉각공기 유입장치를 구비하는 냉각방법에서는 고속 영구자석 회전기의 구성이 복잡해지며 추가 비용이 발생하고, 자체의 공기를 공극으로 유입시키는 방법에서는 압축 공기의 손실을 초래하여 공기 압축기 또는 송풍기의 전체 성능을 저하시킨다.
본 발명에서는 고속 영구자석 회전기의 회전자에서 발생하는 열을 자체적으로 발산시키고, 강철 슬리브에서 발생되는 와전류의 경로길이를 증가시킴으로써, 열원(熱源)이 되는 와전류 손실을 감소시키고, 회전자의 열 발산 표면적을 증대시킴으로써 외부의 냉각공기 없이 고속 영구자석 회전기의 회전자를 효과적으로 냉각할 수 있는 고속 영구자석 회전기의 회전자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 영구자석 회전기의 회전자는 비자성(非磁性), 전도성(傳導性) 강철 슬리브의 표면에 고속 회전시 회전자 자체적으로 냉각공기를 발생시킬 수 있는 다수의 직선 또는 사선 형태의 홈 또는 돌기가 구비된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 외부의 냉각공기 유입장치 없이도 회전자 자체적으로 냉각공기를 발생시키고, 강철 슬리브에서 발생되는 와전류의 경로길이를 증가시킴으로써, 열원이 되는 와전류 손실을 감소시키며, 회전자의 열 발산 표면적을 증대시켜 고속 영구자석 회전기의 회전자를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고속 영구자석 회전기의 회전자를 구성하는 강 철 슬리브에 직선 또는 사선으로 일정한 형태의 홈(groove) 또는 돌기(突起)를 구비함으로써, 회전자가 자체적으로 냉각공기를 발생시키고, 회전자의 냉각 표면적을 증가시키며, 강철 슬리브에 발생하는 와전류의 경로길이를 증가시켜 열원을 감소시킴으로써, 회전자의 냉각효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 외부의 냉각공기 유입장치를 구비한 경우나 공기 압축기 또는 송풍기에 임펠러를 구비한 경우에도 회전자와 고정자 사이의 간극, 즉 공극으로 유입된 공기를 산란시켜 와류(渦流)를 형성하도록 유도함으로써 냉각효과를 높일 수 있다.
따라서, 상기한 본 발명의 실시예에서 제공하는 회전자 냉각구조는 회전자의 냉각효과를 높임으로써, 영구자석의 감자에 의한 전동기의 성능저하를 방지하고, 회전자를 구성하고 있는 강철 슬리브의 열팽창으로 인한 전동기의 기계적인 파손을 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 영구자석 회전기의 회전자에 대한 냉각구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 고속 영구자석 회전기의 회전자(100)를 구성하는 비자성(非磁性), 전도성(傳導性) 강철 슬리브(130)의 표면에 직선 또는 사선으로 홈 또는 돌기를 만들어 회전자가 회전하면 상기 홈 또는 돌기에 의해서 바람이 발생하도록 구성하였다.
이때, 홈 또는 돌기의 단면 형태는 반원, 삼각형, 톱니, 사각형 등과 같은 소정의 형태로서 강철 슬리브(130)의 표면에 구비되어 있다.
기존의 고속 영구자석 회전기에서 회전자의 경우 강철 슬리브(130)의 표면이 평탄하고 매끈한 형태를 갖지만, 본 발명에서 제공하는 고속 영구자석 회전기에서 회전자의 경우 강철 슬리브의 표면이 다수의 홈 또는 돌기가 일정한 간격 또는 불규칙적인 간격으로 구비된 형태를 갖는다.
예를 들면, 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 강철 슬리브(130)의 표면에 구비되는 홈 또는 돌기는 축방향을 따라 형성되는 연속적인 직선이거나 또는 사선의 형태일 수 있다.
또한, 상기 홈 또는 돌기는 축방향을 따라 형성되는 불연속적인 직선이거나 또는 사선의 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 홈 또는 돌기의 경우 회전자의 회전방향을 따라 형성되는 연속적인 직선이거나 또는 사선의 형태일 수 있으며, 다른 예로서 상기 홈 또는 돌기는 회전방향을 따라 형성되는 불연속적인 직선 또는 사선의 형태로 이루어질 수 있다.
이러한 홈 또는 돌기는 다양한 단면 형태를 가질 수 있다.
예를 들면, 반원 형태의 홈(141), 반원 형태의 돌기(142), 삼각 형태의 홈(143), 톱니 형태의 홈(144), 직사각 형태의 홈(145) 등의 단면 형태로 홈 또는 돌기를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 예로서, 하나의 강철 슬리브에 홈과 돌기를 같이 적용할 수도 있다.
이와 같이 본 발명에서 제공하는 회전자는 고속 회전시 발생된 열을 자체적으로 냉각시킬 수 있으며, 고속 회전기 뿐만 아니라 일반 회전기에도 적용이 가능하다.
또한, 이러한 회전자 냉각 구조를 접목시킴으로써 고속 영구자석 전동기의 개발을 용이하게 할 수 있으며, 또 고효율 전동기의 개발에도 활용할 수 있다.
도 1은 종래의 고속 영구자석 회전기의 회전자에 대한 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고속 영구자석 회전기의 회전자 냉각구조에 대한 구성도로서 강철 슬리브에 직선으로 된 반원형태의 홈(groove)이 구비된 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서 상기한 강철 슬리브에 직선으로 된 반원형태의 돌기(突起)가 구비된 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서 상기한 강철 슬리브에 사선으로 된 반원형태의 홈(groove)이 구비된 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서 상기한 강철 슬리브에 회전방향으로 직선으로 된 반원 형태의 홈(groove)이 구비된 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서 상기한 강철 슬리브에 회전방향으로 사선으로 된 반원 형태의 홈(groove)이 구비된 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서 상기한 강철 슬리브에 삼각형태의 홈(groove)이 구비된 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예로서 상기한 강철 슬리브에 톱니형태의 홈(groove)이 구비된 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예로서 상기한 강철 슬리브에 직사각형태의 홈(groove)이 구비된 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 고속 영구자석 회전기의 회전자
110 : 회전축
120 : 영구자석
130 : 강철 슬리브
141 : 반원형태의 홈(groove)
142 : 반원형태의 돌기(突起)
143 : 삼각형태의 홈(groove)
144 : 톱니형태의 홈(groove)
145 : 직사각형태의 홈(groove)

Claims (6)

  1. 고속 영구자석 회전기의 회전자에 있어서,
    비자성(非磁性), 전도성(傳導性) 강철 슬리브의 표면에 고속 회전시 회전자 자체적으로 냉각공기를 발생시킬 수 있는 다수의 홈 또는 돌기가 구비된 것을 특징으로 하는 고속 영구자석 회전기의 회전자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 홈 또는 돌기는 축방향을 따라 형성되는 직선 또는 사선의 형태인 것을 특징으로 하는 고속 영구자석 회전기의 회전자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 홈 또는 돌기는 축방향을 따라 형성되는 불연속적인 직선 또는 사선의 형태인 것을 특징으로 하는 고속 영구자석 회전기의 회전자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 홈 또는 돌기는 회전방향을 따라 형성되는 직선 또는 사선의 형태인 것을 특징으로 하는 고속 영구자석 회전기의 회전자.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 홈 또는 돌기는 회전방향을 따라 형성되는 불연속적인 직선 또는 사선의 형태인 것을 특징으로 하는 고속 영구자석 회전기의 회전자.
  6. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 5 중에서 어느 한 항에 있어서, 상기 홈 또는 돌기는 반원, 삼각형, 톱니, 사각형 중에서 어느 하나의 단면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 고속 영구자석 회전기의 회전자.
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