KR20100005468A - 교류 모터용 영구자석 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석을 지지하는 자석지그를 비자성체, 반자성체 또는 절연체로 구성함으로서 영구자석에서 발생된 자력이 자석지그에 의해 흡수되는 것을 방지할 수 있으며, 모터회전자에 발생되는 와전류와 히스테리시스(Hysteresis)손실도 방지할 수 있으며, 영구자석의 극성이 서로 동일 극성이 마주하게 배열하여 두 자석 사이의 공간이 같은 극을 이루게 하여 극의 분포가 넓어지고, 이렇게 극 분포가 넓어짐에 따라 기동이 쉽게 될 수 있는 교류 모터용 영구자석 회전자에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 교류 모터용 영구자석 회전자는 원기둥 형상으로 중앙에 회전축이 관통하는 축공이 관통되고, 중심으로부터 일정한 거리를 유지하는 축공의 주위에는 두 개 이상의 자석고정홈이 형성된 자석지그와 ; 상기 자석지그에 형성된 자석고정홈에 설치되고, 이웃하는 자석과 같은 극끼리 서로 대향되게 설치된 영구자석을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

교류모터, 회전자, 자석지그

Description

교류 모터용 영구자석 회전자{permanent magnet rotor for AC motor }

본 발명은 모터 회전자에 관한 것으로써, 상세하게는 영구자석을 지지하는 자석지그를 비자성체, 반자성체 또는 절연체로 구성함으로서 영구자석에서 발생된 자력이 자석지그에 의해 흡수되는 것을 방지할 수 있으며, 모터회전자에 발생되는 와전류와 히스테리시스(Hysteresis)손실도 방지할 수 있으며, 영구자석의 극성이 서로 동일 극성이 마주하게 배열하여 두 자석 사이의 공간이 같은 극을 이루게 하여 극의 분포가 넓어지고, 이렇게 영구자석의 극을 분포함에 따라 쉽게 기동 할 수 있는 교류 모터 영구자석 회전자에 관한 것이다.

통상적으로 동기전동기는 일정한 주파수 하에서 부하와는 상관없이 일정한 동기속도로 회전되게 하는 교류 전동기의 한 종류이다.

이와 같은 동기전동기는 통상적으로 고정자에 회전자계를 형성하는 3상 권선을 배치하고, 코어의 적층구조로 이루어진 회전자에 자극을 형성하는 영구자석을 매설, 배치토록 하여 구성된다.

이러한 동기전동기의 구동방식은 일반적으로 고정자와 회전자 사이에 발생되 는 회전자계에 의해 회전축이 회전되게 하는 것으로서, 이러한 구동방식을 갖는 동기전동기는 통상 3상 권선에 인가되는 전원전압주파수에 비례하고 회전자의 자극수에 반비례하는 속도, 즉 입력전원의 주파수에 동기된 속도로 회전하는 특성을 갖게 되는 것이다.

이러한 종래의 회전자는 중앙에 축공이 관통 형성되며, 규소강판으로 겹쳐진 회전자 몸체와, 상기 회전자 몸체의 가장자리부에 복수개로 관통 형성된 다수의 영구 자석설치공과, 영구자석 설치 공에 각각 삽입되는 것들로 구성된다.

이와 같이 구성된 회전자를 갖는 모터가 고속으로 구동될 경우 지나친 원심력에 의해 회전자가 터지게 되는 문제가 있다. 그러므로 고속회전이 될 수 없는 문제점이 있다.

또한, 종래의 회전자는 규소 강판에 영구자석을 설치하여 구성됨으로서 규소 강판에 의한 와전류 손실과 히스테리시스(Hysteresis) 손실이 발생하는 문제가 있었다.

또 다른 유형의 종래의 회전자는 영구자석의 배열 방향이 축의 중심에 대하여 방사형으로 배열되어 있다.

즉, 영구자석의 방향이 축의 중심으로부터 바깥쪽을 향하여 N, S 또는 S, N으로 배열되어 있어 자력의 방향이 축의 중심으로부터 바깥쪽 또는 바깥쪽으로부터 축의 중심을 향하는 방향으로 형성됨으로서 기동이 쉽게 이루어지지 않는 단점이 있었다.

이러한 문제를 해소하기 위해 본 출원인에 의해 출원되어 공개된 대한민국특 허공개10-2008-0004153호(교류 모터용 영구자석 회전자)가 있다.

이는 중앙부에 축설치공이 관통 형성되는 교류 모터 영구자석 회전자 몸체와 ; 상기 교류 모터 영구자석 회전자 몸체의 축설치공의 중심축선으로부터 일정 반경이 형성되도록 상기 교류 모터 영구자석 회전자 몸체의 가장자리부에 일정 간격으로 배치되며, 상기 축설치공의 중심축선을 기준으로 경사지도록 상기 교류 모터 영구자석 회전자 몸체의 상/하부를 관통하는 다수개의 극형성공들을 포함하는 회전자에 관한 것이다.

이러한 종래의 회전자는 몸체에 설치되는 영구자석을 서로 다른 극이 인접하도록 배열한 기술도 포함되어 있는데 오직 이렇게 서로 다른 극이 인접되게 영구자석을 배열하였을 경우에 영구자석들 사이에는 비자성체 공간이 있는 만큼 영구자석의 자력이 다소 쇠퇴됩니다. 그러기 때문에 영구자석의 자력선의 세기를 많이 더 높여주어야 하는 단점이 있었다.

그리고 또 다른 종래의 교류 모터 영구자석 회전자는 축주위에 영구자석을 고정한 것인데 기동하기 위하여 영구자석의 주위부에 전기선을 감은 다음 기동 할 때는 외부로부터 직류전기를 투입하여 영구자석의 자력을 제지시키는 방법을 이용하여 먼저 모터를 기동시킨 다음 외부에서 가하던 직류전기를 원심력 스위치를 이용하여 차단시키는 방법도 쓰고 있다. 그리하여 부가설치 많이 증가되고 제조비용이 상승하게 되며 기동력이 아주 미약하고 고속은 불가인 단점들이 있습니다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로써, 영구자석을 지지하는 자석지그를 비자성체, 반자성체 또는 절연체로 구성함으로서 영구자석에서 발생된 자력이 자석지그에 의해 흡수되는 것을 방지할 수 있고, 쉽게 기동이 가능하며, 제작이 용이하고, 에너지를 절약 할 수 있는 교류 모터용 영구자석 회전자를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 영구자석을 원주방향으로 배열하여 자속의 방향이 원주상으로 형성되게 함으로서 즉, 영구자석의 극성이 서로 동일 극성이 마주하게 배열하여 두 자석 사이의 공간이 같은 극의 영역을 이루게 하여 극의 분포가 넓어지고, 이렇게 영구자석의 극을 분포되게 함에 따라 기동이 쉽게 될 수 있는 교류 모터용 영구자석 회전자를 제공함을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명의 교류 모터용 영구자석 회전자는 원기둥 형상으로 중앙에 회전축이 관통하는 축공이 관통되고, 중심으로부터 일정한 거리를 유지하는 축공의 주위에는 두 개 이상의 자석고정홈이 형성된 자석지그와 ; 상기 자석지그에 형성된 자석고정홈에 설치되고, 이웃하는 자석과 같은 극끼리 서로 대향되게 설치된 영구자석을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 영구자석을 지지하는 자석지그를 비자성체, 반자성체 또는 절연체로 구성함으로서 영구자석에서 발생된 자력이 자석지그에 의해 흡수되는 것을 방지할 수 있는 교류 모터용 영구자석 회전자를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 영구자석의 극성이 서로 동일 극성이 마주하게 배열하여 두 자석 사이의 공간이 같은 극의 영역을 이루게 하여 극의 분포가 넓어지고, 이렇게 영구자석의 극을 분포되게 함에 따라 기동이 쉽게 될 수 있고, 영구자석을 지지하는 자석지그를 비자성체, 반자성체 또는 절연체로 구성함으로서 영구자석에서 발생된 자력이 자석지그에 의해 흡수되는 것을 방지할 수 있고 와전류손실과 히스테리시스손실을 제거하며 또한 제작이 쉽고 에너지를 최대한 많이 절약 할 수 있는 교류 모터용 영구자석 회전자를 제공함을 목적으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자의 일예를 도시한 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자에서 고정판을 분리한 상태에서 도시한 일예의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시한 교류 모터용 영구자석 회전자의 정면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자에서 고정판을 분리한 상태에서 도시한 다른 일예의 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시한 교류 모터 용 영구자석 회전자의 정면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자에서 고정판을 분리한 상태에서 도시한 또 다른 일예의 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시한 교류 모터용 영구자석 회전자의 정면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자에서 고정판을 분리한 상태에서 도시한 또 다른 일예의 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시한 교류 모터용 영구자석 회전자의 정면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자에서 고정판을 분리한 상태에서 도시한 또 다른 일예의 사시도이고, 도 12는 도 11에 도시한 교류 모터용 영구자석 회전자의 정면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자는 자석지그(2)에 두 개 이상의 영구자석(3)을 고정 설치하되 영구자석들은 서로 같은 극끼리 마주보게 설치된다.

즉, 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자는 원기둥 형상으로 중앙에 회전축(1)이 관통하는 축공(21)이 관통되고, 중심으로부터 일정한 거리를 유지하는 축공의 주위에는 두 개 이상의 자석고정홈(22)이 형성된 자석지그(2)와 ; 상기 자석지그(2)에 형성된 자석고정홈(22)에 설치되고, 이웃하는 자석과 같은 극끼리 서로 대향되게 설치된 영구자석(3)을 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명의 교류 모터용 영구자석 회전자는 도 1내지 도 12에 도시한 바와 같이 영구자석(3)의 수가 짝수를 이루도록 자석지그(2)에 설치된다.

상기 자석지그(2)는 영구자석(3)을 회전축(1)으로부터 일정한 거리에 위치되게 지지하는 수단으로서, 도시한 바와 같이 중앙을 축방향으로 관통하여 축공(21) 이 형성되고, 상기 축공(21)을 중심으로 일정한 거리를 유지하고 자석고정홈(22)이 형성되어 있다.

상기 자석지그(2)는 비자성체, 반자성체 및 절연체 중 어느 하나로 만들어진다.

이렇게 자석지그(2)를 자력을 흡수하지 않거나 자력 흡인력이 낮은 재질로 제작함으로서 영구자석(3)에 의해 발생되는 자력이 손실되는 것을 방지하였다.

상기 자석지그(2)를 구성하는 비자성체로는 스테인리스, 동, 알루미늄 합금, 알루미늄 및 마그네슘 중 적어도 어느 하나가 될 수 있고, 반자성체는 알루미늄합금, 안티몬, 반자성체 스테인리스 및 비스무트 중 어느 하나가 될 수 있으며, 절연체로는 비전도성 물질이면 모두 포함될 수도 있다.

상기 자석지그(2)에 형성된 자석고정홈(22)은 도 1내지 도 4 및 도 7내지 도 12에 도시한 바와 외주면이 개방되어 그 내부에 삽입고정되는 영구자석(3)의 일부가 외부로 노출될 수 있게 구성하거나 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 자석지그(2)의 외주면 안쪽에 형성하여 고정 설치되는 영구자석(3)이 외부로 노출되지 않고 매설될 수 있게 구성할 수 있다.

이렇게 구성된 회전자는 상기 자석고정홈(22)에 내열성 접착제 등을 도포하고 영구자석(3)을 삽입하여 고정시킬 수 있으나 장시간 사용할 경우 접착제의 노후에 따라 영구자석(3)이 자석고정홈(22)으로부터 분리될 수 있으므로 영구자석(3)을 자석고정홈(22)에 고정시키기 위한 수단이 필요하며, 이러한 영구자석 고정수단으로 고정판(4)이 구비되어 있다.

도시하고 상술한 바와 같이, 상기 자석지그(2)에 형성된 자석고정홈(22)은 자석지그(2)의 외주면을 향한 부분의 일부만이 개방되거나 막혀진 상태로 형성되어 있고, 이렇게 형성된 자석고정홈(22)에 끼워진 봉체 형상의 영구자석(3)은 바깥쪽 즉, 원심력 방향으로는 분리되지 않게 되고, 축의 길이 방향으로 분리될 수 있으므로 상기 고정판(4)은 영구자석(3)이 축방향으로 밀리지 않고 고정시킬 수 있으면 된다.

따라서 상기 고정판(4)은 도시한 바와 같이 원형 판체로 구성되고, 상기 회전축(1)이 관통하는 축공(41)이 중앙에 형성되어 있고, 가장자리에는 상기 자석지그(2)의 양단에 형성된 볼트구멍(23)들에 대향되는 볼트구멍(43)이 형성되어 고정수단(5)에 의해 자석지그(2)의 양단에 고정된다.

상기 고정수단(5)으로는 고정볼트가 사용될 있다.

상기 고정판(4)은 상기한 자석지그(2)와 같이 영구자석(3)의 자력에 영향을 주지 않아야 함으로 자석지그(2)를 구성하는 재료와 동일 유사하게 비자성체, 반자성체 및 절연체 중 어느 하나로 만드는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 회전자를 구성하는 영구자석(3)은 도 1내지 도 12에 도시한 바와 같이 짝수로 설치된다.

이렇게 영구자석(3)을 짝수로 설치함으로서 같은 극이 이웃하게 설치된 영구자석(3)들은 이웃하는 자석과 같은 극이 대면될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자의 일예를 도시한 분해사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자의 사시도이고,

도 3은 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자에서 고정판을 분리한 상태에서 도시한 일예의 사시도이고,

도 4는 도 3에 도시한 교류 모터용 영구자석 회전자의 정면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자에서 고정판을 분리한 상태에서 도시한 다른 일예의 사시도이고,

도 6은 도 5에 도시한 교류 모터용 영구자석 회전자의 정면도이고,

도 7은 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자에서 고정판을 분리한 상태에서 도시한 또 다른 일예의 사시도이고,

도 8은 도 7에 도시한 교류 모터용 영구자석 회전자의 정면도이고,

도 9는 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자에서 고정판을 분리한 상태에서 도시한 또 다른 일예의 사시도이고,

도 10은 도 9에 도시한 교류 모터용 영구자석 회전자의 정면도이고,

도 11은 본 발명에 따른 교류 모터용 영구자석 회전자에서 고정판을 분리한 상태에서 도시한 또 다른 일예의 사시도이고,

도 12는 도 11에 도시한 교류 모터용 영구자석 회전자의 정면도이다.

<도면의 주요 부분애 대한 부호 설명>

1 : 회전축

2 : 자석지그

21 : 축공 22 : 자석고정홈 23 : 볼트구멍

3 : 영구자석

4 : 고정판

41 : 축공 43 : 볼트구멍

5 : 고정수단

Claims (8)

1. 원기둥 형상으로 중앙에 회전축(1)이 관통하는 축공(21)이 관통되고, 상기 축공으로부터 일정한 거리를 유지하는 위치에 두 개 이상의 자석고정홈(22)이 형성된 자석지그(2)와 ;

   상기 자석지그(2)에 형성된 자석고정홈(22)에 설치되고, 이웃하는 것과 같은 극끼리 서로 대향되게 설치된 영구자석(3)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 교류 모터용 영구자석 회전자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 자석지그(2)의 양단에는 고정판(4)이 더 설치되어 영구자석(3)이 자석고정홈(22)으로부터 이탈되지 않게 지지되게 구성됨을 특징으로 하는 교류 모터용 영구자석 회전자.
3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 영구자석(3)은 짝수로 설치됨을 특징으로 하는 교류 모터용 영구자석 회전자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 자석지그(2)는 비자성체, 반자성체 및 절연체 중 어느 하나로 만들어짐 을 특징으로 하는 교류 모터용 영구자석 회전자.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 고정판(4)은 비자성체, 반자성체 및 절연체 중 어느 하나로 만들어짐을 특징으로 하는 교류 모터용 영구자석 회전자.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 자석고정홈(22)의 설치된 영구자석(3)은 자석지그(2)에 매설되거나 일부가 노출되게 설치됨을 특징으로 하는 교류 모터용 영구자석 회전자.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 고정판(4)에는 상기 회전축(1)이 관통하는 축공(41)이 중앙에 형성되고, 가장자리에는 상기 자석지그(2)의 양단에 형성된 볼트구멍(23)들에 대향되는 볼트구멍(43)이 형성되어 고정수단(5)에 의해 자석지그(2)의 양단에 고정됨을 특징으로 하는 교류 모터용 영구자석 회전자.
8. 상기 고정수단(5)은 고정볼트임을 특징으로 하는 교류 모터용 영구자석 회전자.

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