KR20110129927A - 영구 자석의 전기 기계 및 전기 기계를 위한 영구 자석 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 영구 자석들이 원통형 로터의 외부면에 장착되는 영구 자석을 가지는 전기 기계 및 영구 자석에 있다. 전기 기계의 로터를 형성하는 영구 자석은 전기 기계의 에어 갭이 본질적으로 자극의 중간에서는 일정하고 자극의 에지 쪽으로 갈 때에는 에어 갭이 본질적으로 직선적으로 증가하게 형성된다. 영구 자석은 중간에서는 균일한 두께를 가지며 에지 쪽으로 더 얇아진다. 본 발명의 목적은 또한 전기 기계의 코깅 토크와 토크 리플을 감소시키는 영구 자석 및 방법에 있다.

Description

영구 자석의 전기 기계 및 전기 기계를 위한 영구 자석{PERMANENT MAGNET ELECTRIC MACHINE AND PERMANENT MAGNET FOR AN ELECTRIC MACHINE}

본 발명의 목적은 특허 청구범위 제1항의 전제부에 따른 전기 기계, 특허 청구범위 제10항의 전제부에 따른 전기 자석을 위한 영구 자석 및 특허 청구범위 제13항의 전제부에 따른 영구 자석을 제조하는 방법에 있다.

영구 자석은 전기 기계에서 자기장을 형성하는데 일반적으로 사용된다. 영구 자석의 전기 기계에서, 영구 자석은 전기 기계의 고정자(stator)로부터 에어 갭(air gap)의 거리에 있는 로터(rotor)에 장착된다. 영구 자석은 자기장을 형성하는데 사용되고 자기장의 자기 플럭스(magnetic flux)는 에어 갭을 지나 고정자로 간다. 영구 자석은 로터의 표면에 또는 로터의 자기 전도성이 있는 프레임(magnetically conductive frame) 내에 장착된다. 로터와 고정자 사이의 에어 갭은 전기 기계의 샤프트에 평행하거나 또는 샤프트에 수직할 수 있으며 이 경우에 에어 갭은 방사방향이다. 방사방향의 에어 갭을 가지는 전기 기계에서 로터는 고정자 내부 또는 외부에 있다.

본 발명은 특히 표면에 장착된 영구 자석과, 이 영구 자석으로 자화되고 방사방향 에어 갭을 가지는 전기 기계에 관한 것이다. 영구 자석은 전기 기계의 샤프트 방향으로 하나 이상의 영구 자석 부품으로 구성되고, 전기 기계의 각 자극은 전기 기계의 외주 방향으로 이웃한 하나 이상의 평행한 영구 자석 부품들을 구비한다. 전기 기계는 외부 로터 또는 내부 로터를 구비할 수 있으며, 영구 자석은 고정자 쪽을 향하는 로터 면에 장착된다. 전기 기계는 발전기 또는 모터로 기능하게 설계될 수 있다. 나아가, 전기 기계는 상당히 많은 개수의 자극, 적어도 10개의 자극을 구비하지만, 이 자극의 개수는 많은 다스(many dozen), 최대 100개 이상의 자극일 수 있다. 위상당 자극당 전기 기계의 일반적인 슬롯의 개수는 하나 또는 2개이다.

전기 기계에서 목표는 전기 기계의 자극 영역에서 가능한 한 균일하게 변하는 자기 플럭스 밀도를 에어 갭에 형성하는 것이다. 자기 플럭스 밀도는 자극의 중간에서 최고 높고, 자극의 에지 쪽으로 가면서 이상적으로는 사인 곡선에 따라 감소하며 자극의 에지에서는 제로이다. 에어 갭의 유입 분배는 순수한 사인 형태에서 크게 벗어난다면 분배시에 고조파는 토크 진동을 일으킨다. 특히 위상당 자극당 슬롯의 개수가 하나 또는 2개이고 다수의 자극을 가지는 영구 자석의 전기 기계에서 아이들링(idling)은 고정자 이(stator teeth)에 의해 유발된 투자도 변동(permeance fluctuation)으로 인해 코깅 토크(cogging torque)를 유발한다. 부하 하에서, 고정자 권선에 흐르는 전류는 토크 리플(torque ripple)을 일으키는 플럭스를 초래한다. 전류에 의해 유발된 코깅 토크와 토크 리플은 부하 하에서 합산된다. 차원 지정 가이드라인은 아이들링 동안 코깅 토크가 명목 토크의 1%를 초과하지 않을 수 있다는 것이다. 한편, 명목 부하 하에서 토크 리플은 명목 토크의 2%를 초과하지 않을 수 있다.

희토류 금속에 기초한 NdFeBo(네오디뮴-철-붕소) 자석과 같은 강력한 영구 자석은 영구 자석의 전기 기계에 일반적으로 사용된다. 이들은 바람직하게는 충분한 자기장을 제공하지만, 상대적으로 취약(fragile)하며, 그래서 이들을 정확히 의도된 형상으로 처리하는 것이 어렵고 시간이 많이 들며 고가이다.

로터의 곡면에 영구 자석을 고정하는 것은 처리(processing)를 요구한다. 로터 면은 부품마다 직선 부품으로 처리되어야 하거나 또는 영구 자석의 하부면은 오목하게 처리되어야 한다. 장착을 위해 접착제를 사용하는 외에, 영구 자석은 또한 자극들 사이에 고정 수단을 사용하여 고정되어야 한다. 이 고정 수단은 로터의 외주 방향으로 영구 자석 자체로부터 값비싼 공간을 차지한다.

전기 기계의 성능에 대한 영구 자석의 차원(dimension)의 영향은 여러 요인들이 종종 충돌하는 방식으로 결과에 영향을 미치는 복잡한 문제이다. 그러므로, 최적의 결과는 많은 요인들이 결합된 결과이다.

영구 자석의 전기 기계는 그 단면이 6각형(hexagon)의 형상인 영구 자석이 로터 표면에 장착되어 있는 공개 특허 공보 JP 01-234038호에 이미 알려져 있다. 로터의 외부 외주면은 자극에서 직선으로 처리되며 이 경우에 로터 프레임의 단면은 다각형이다. 영구 자석은 영구 자석의 상부면에 직선 중간 부분이 있게 형성된다. 이 중간 부분은 최소 코깅 토크를 달성하기 위하여 가능한 한 작다.

본 발명의 목적은 아이들링 동안 및 부하 하에서 전기 기계 요건을 충족하며 제조하기에 비싸지 않고 전술된 문제들을 해소하는 새로운 영구 자석 구조 솔루션 및 새로운 영구 자석 로터를 개발하는 것이다.

이를 달성하기 위하여, 영구 자석의 전기 기계는 특허 청구범위 제1항의 특징부에서 규정된 특징을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 영구 자석은 특허 청구범위 제10항의 특징부에서 규정된 특징을 특징으로 한다. 본 영구 자석 전기 기계를 제조하는 방법은 특허 청구범위 제13항의 특징부에 규정된 특징을 특징으로 한다. 본 발명의 일부 바람직한 실시예의 특징은 종속 청구항에 한정된다.

본 발명에 따른 솔루션은 에어 갭 흐름에 필요한 사인 형상의 분포 및 영구 자석의 저가의 제조 및 마무리를 동시에 달성한다. 사인 형상을 보장하는 것은 자극당 위상당 슬롯의 권선의 개수가 하나 또는 두 개인 다극 전기 기계에서 특히 중요하다. 이 경우에 슬롯 고조파의 유해한 영향이 강조된다. 기술적으로 상부면에 대해 순수 사인 형상인 영구 자석을 제조하는 것은 어렵다. 대신, 3개의 직선 평면의 표면을 처리하는 것은 상대적으로 용이하다. 작업 스테이지의 개수는 본질적으로 증가하지 않는데 그 이유는 영구 자석의 표면이 임의의 경우에 압축 후에 의도된 형태로 마무리되어야 하기 때문이다.

로터의 외부면에 장착된 영구 자석을 신뢰성 있게 고정할 수 있기 위하여, 영구 자석의 하부면과 로터 코어의 외부면은 호환되어야 한다. 큰 사이즈로 인해, 많은 수의 자극과 큰 직경을 가지는 전기 기계는 직선 표면이 이들에 달성될 수 있게 취급하고 처리하기에는 어렵다. 한편, 영구 자석 물질은 취약(fragile)하여, 정확히 굴곡된 형상으로 처리하는 것이 어렵다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 영구 자석과 로터의 외주면 사이에 와셔가 장착된다. 와셔의 하부면은 로터 면의 형상에 대응하며 영구 자석에 접하는 상부면은 직선이다.

본 발명에 따른 방법은 아이들링 동안과 부하 하에서 슬롯의 고조파 토크의 크기를 모두 고려하며 그리하여 어느 상황에서도 전기 기계의 요건이 초과되지 않게 그 영향을 최소화시킨다.

바람직한 실시예에 따라, 영구 자석은 연결 디바이스로 장착되고 이 연결 디바이스의 연결 러그들은 영구 자석의 상부면 위로 연장한다. 이러한 배열은 구현하기에 간단하고 영구 자석 부품의 처리 또는 추가적인 성형을 요구하지 않는다. 동일한 에어 갭 영역에 있는 수 있는 전기 전도성이 있는 물질의 양을 최소화하는 것이 가능하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명이 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 기계의 부분 도면.
도 2는 본 발명에 따른 제 2 전기 기계의 부분 도면.
도 3은 본 발명에 따른 제 3 전기 기계의 부분 도면.
도 4는 자석의 경사의 함수로서 코깅 토크 변동과 토크 리플 변동을 도시하는 도면.
도 5는 자석의 두께의 함수로서 코깅 토크 변동과 토크 리플 변동을 도시하는 도면.
도 6은 자석의 폭의 함수로서 코깅 토크 변동과 토크 리플 변동을 도시하는 도면.
도 7은 자석의 중간 영역의 폭의 함수로서 코깅 토크 변동과 토크 리플 변동을 도시하는 도면.

도 1은 로터(4)가 고정자로부터 에어 갭 거리(δ)에 고정자(2) 내에 있는 영구 자석의 동기 기계의 부분 도면이다. 이 고정자는 자기 전도성이 있는 판(magnetically conductive plate)으로 제조되고 슬롯(3)이 이 판 내에 고정자 권선(미도시)을 위해 형성된다. 고정자 치상 돌기(teeth)(5)가 이 슬롯들 사이에 있다. 이 경우에 전기 기계의 위상당 자극당 슬롯의 개수는 하나(1)이며, 이것은 3상 기계는 자극당 3개의 슬롯을 가진다는 것을 의미한다. 로터는 예를 들어 로터의 길이인 시트 팩으로 자기 전도성이 있는 시트를 적층함으로써 자기 전도성이 있는 시트들로 형성된 로터의 자성 프레임으로 구성된다. 로터의 자성 프레임은 잘 알려진 방식으로 전기 기계의 프레임에 베어링으로 장착된 동기 기계의 샤프트 상에 직접 또는 로터 중심을 통해 고정된다. 동기 기계의 자극의 개수에 따라 로터의 자극을 포함하는 다수의 영구 자석(8)이 로터의 자성 프레임의 외부 외주면(6) 상에 고정된다. 동기 기계의 길이방향으로 여러 별개의 영구 자석(8)들이 있고 이들 영구 자석은 본질적으로 전체 로터의 길이를 커버한다. 영구 자석(8)은 로터의 자성 프레임의 외부면에 장착된 와셔(12)에 접하는 하부면(10)을 포함한다. 와셔(12)의 하부면은 로터의 자성 프레임의 외부 외주면(6)의 곡률에 대응하여 약간 굴곡져있다. 와셔(12)는 직선 상부면을 가지며 영구 자석은 이 면에 접해있다. 고정자와 에어 갭(δ)에 대응하는 영구 자석(8)의 상부면은 3개의 부분들, 즉 중간 부분(14)과 2개의 측면 부분(16,18)으로 구성된다. 상부면의 중간 부분(14)은 본질적으로 영구 자석의 하부면(10)에 평행하며 이것은 영구 자석이 중간 부분(14)에서 균일한 두께를 가진다는 것을 의미한다. 영구 자석의 중간 부분(14)에서, 고정자의 내부면과 영구 자석 사이의 거리, 즉 기계의 에어 갭의 거리(D)는 본질적으로 동일하다. 고정자의 내부면의 곡률은 영구 자석의 중간 부분(14)에서의 에어 갭을 약간 변경시키지만, 그 영향은 큰 직경을 가진 다극 기계에서는 작다. 영구 자석의 상부면의 에지 부분(16,18)은 도 1의 예에서 이 에지에서의 영구 자석의 두께가 중간 부분에서보다 약 1/4 더 작게 되게 약간 경사져 있다. 영구 자석의 에지 부분과 고정자의 내부면 사이의 거리는 2D, 즉 영구 자석에서의 에어 갭의 2배이다. 기계의 외주 방향으로 영구 자석의 중간 부분의 길이는 기계에 의해 변할 수 있다.

연결 디바이스(20)는 영구 자석(8)의 양 측면에 장착된다. 이 연결 디바이스는 영구 자석의 에지 부분(16,18) 위로 연장하는 연결 러그(22)를 구비한다. 연결 러그(22)는 로터 면으로 영구 자석을 압착(press)한다. 바람직하게는, 영구 자석은 로터 면에 접착되는 와셔 상에 접착된다. 중간 부분(24)에서, 연결 디바이스는 로터 프레임에 볼트(26)로 고정된다. 연결 디바이스는 알루미늄이나 스틸과 같은 비자성 물질이나 적절한 복합 물질로 만들어진다. 연결 디바이스(20)의 중간 부분은 영구 자석들 사이에 남아있는 공간보다 약간 더 좁다. 나아가, 연결 디바이스의 에지(28)는 영구 자석(8)의 수직 에지(9)에 대해 약간 경사져 있다. 이 경우에, 영구 자석의 에지의 수직면과 연결 러그 사이에 갭이 남아있는데 이는 장착을 더 용이하게 하고 영구 자석의 에지 면을 자유롭게 남겨둔다. 연결 디바이스는 바람직하게는 약간 플렉시블하다. 연결 디바이스(20)와 그 고정 볼트(26)는 에어 갭 영역이 자유롭게 남아있도록 가능한 한 낮다. 이것은 영구 자석들 사이에 냉각 에어의 흐름을 개선한다.

도 2는 외부 로터로 구현된 영구 자석 동기 기계를 가지는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한다. 고정자는 자기 전도성이 있는 판으로 제조되고 슬롯(33)은 이 판 내에 고정자 권선(미도시)을 위해 형성된다. 고정자 차상 돌기(55)가 이 슬롯들 사이에 형성된다. 이 경우에 전기 기계의 위상당 자극당 슬롯의 개수는 2개이며, 이는 3상 기계는 자극당 6개의 슬롯을 가진다는 것을 의미한다. 로터(34)는 고정자로부터 에어 갭 거리(δ)로 고정자(32) 외부에 있다. 로터는 고정자(32)를 둘러싸도록 원 같이 형성되고, 예를 들어 로터의 길이인 시트 팩으로 이 자기 전도성이 잇는 시트를 적층하여 자기 전도성 있는 시트로 만들어진, 로터의 자성 프레임으로 구성된다. 로터(34)는 잘 알려진 방식으로 전기 기계 프레임에 베어링으로 장착된다. 동기 기계의 자극의 개수에 따라 로터의 자극을 포함하는 다수의 영구 자석(38)이 로터의 자성 프레임의 내부 외주면(36) 상에 고정된다. 동기 기계의 길이방향으로, 여러 별개의 영구 자석(38)이 있으며 이들은 본질적으로 전체 로터의 길이를 커버한다. 영구 자석(38)은 로터의 자성 프레임의 내부면에 장착된 와셔(42)에 접하는 하부면(40)을 포함한다. 로터에 접하는 와셔(42)의 하부면은 로터의 자성 프레임의 내부 외주면(36)의 곡률에 대응하여 약간 굴곡져있다. 와셔(42)는 직선 상부면을 가지고 있고 영구 자석은 이 면에 접해있다. 고정자(32)와 에어 갭(δ)에 대응하는 영구 자석(38)의 상부면은 3개의 부분, 즉 중간 부분(44)과 2개의 측면 부분(46,48)으로 구성된다. 상부면의 중간 부분(44)은 본질적으로 영구 자석의 하부면(40)과 평행하며 이는 영구 자석이 중간 부분(44)에서 균일한 두께를 가진다는 것을 의미한다. 이 경우에 하나의 자극의 영구 자석(38)은 전기 기계의 외주 방향으로 평행한 3개의 부품, 즉 중간에 있는 부품(41)과 에지들에 있는 부품(43)들을 포함한다. 부품(41)의 단면은 직사각형이고 부품(43)들의 단면은 사다리꼴이다. 영구 자석의 중간 부분(44)에서, 고정자의 내부면과 영구 자석 사이의 거리, 즉 기계의 에어 갭의 거리(D)는 본질적으로 동일하다. 고정자의 외부면의 곡률은 영구 자석의 중간 부분(44)에서의 에어 갭을 약간 변경시키지만, 그 영향은 큰 직경을 가지는 다극 기계에서는 작다. 영구 자석의 상부면의 에지 부분(46,48)은 도 2의 예에서 에지에서의 영구 자석의 두께가 중간 부분에서보다 약 1/4 더 작게 약간 경사져 있다. 영구 자석의 에지 부분과 고정자의 외부면 사이의 거리는 2D, 즉 영구 자석의 중간 부분에서의 에어 갭의 2배이다. 기계의 외주 방향으로 영구 자석의 중간 부분의 길이는 기계에 의해 변할 수 있다.

영구 자석의 고정자와 에어 갭 쪽을 향하는 상부면은 상부면의 중간 부분과 에지 부분 위를 적어도 연장하는 보호 층(45)으로 코팅된다. 이 보호 층(45)은 영구 자석의 에지의 수직면(39)을 또한 커버할 수 있다. 보호 층(45)은 상대적으로 취약한(fragile) 영구 자석(38)을 기계적으로 보강하고 기계적으로 보호하며 부식으로부터 보호하는 기능을 한다. 나아가, 보호 층은 단열 기능을 제공하여 영구 자석이 고정자로부터 오는 열로 가열되는 것을 방지한다. 이런 방식으로, 영구 자석의 동작 온도는 정격 값 내에 유지되고 이 경우에 그 효율은 최상이다. 이에 따라, 더 낮은 열 등급의 영구 자석이 사용될 수 있고 이는 비용을 감소시킨다. 보호 층(45)으로 바람직한 물질은 적절한 복합 물질과 같은 비 자성이고 전기적으로 비 전도성인 물질이다.

연결 디바이스(50)는 영구 자석(38)의 양 측면에 장착된다. 이 연결 디바이스는 영구 자석의 에지 부분(46, 48) 위로 연장하는 연결 러그(52)를 구비한다. 중간 부분(54)에서, 연결 디바이스는 로터 프레임에 볼트(56)로 고정된다. 고정 볼트(56)는 로터 프레임을 통해 연장한다. 연결 디바이스의 중간 부분(54)에서 나사산이 형성된 홀이 형성되며, 고정 볼트(56)는 이 홀에 나사 결합된다. 연결 디바이스는 알루미늄이나 스틸과 같은 비자성 물질이나 적절한 복합 물질로 만들어진다. 연결 디바이스(50)의 중간 부분은 영구 자석들 사이에 남아있는 공간보다 약간 더 좁다. 나아가, 연결 디바이스의 에지(58)는 영구 자석(38)의 수직 에지(39)에 대해 약간 경사져있다. 이 경우에, 영구 자석의 에지의 수직면과 연결 러그 사이에는 갭이 남아있고 이는 장착을 더 용이하게 하고 영구 자석의 에지면을 자유롭게 남겨둔다. 고정 볼트(56)의 헤드는 로터 외부에 있으므로, 러그들 사이의 연결 디바이스의 내부면은 자유롭다. 이것은 영구 자석들 사이에 냉각 에어의 흐름을 개선한다.

도 3은 본 발명의 제 3 실시예를 도시하며, 적용가능할 때, 도 1 및 도 2에서와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호가 사용된다. 로터의 외부면과 영구 자석의 위치는 추후 제시되는 차원(dimensions)들을 명확히 하기 위해 직선으로 종료된 것으로 도시된다. 영구 자석의 부품은 그 폭이 자극 분포의 약 85%가 되게 형성되며, 이 경우에 영구 자석의 폭은 약 150 전기도(electric degree)에 대응한다. 영구 자석의 상부 부분의 수평면은 자극 분포의 약 50%이며 이는 약 90 전기도에 대응한다.

도 3은 로터의 외주 방향으로 영구 자석의 폭을 나타내는 참조 부호 B1과, 영구 자석의 상부 부분의 수평 부분의 폭을 나타내는 참조 부호 B2를 사용한다. 대응하여, H1은 영구 자석의 높이를 나타내고, H2는 영구 자석의 에지에서의 영구 자석의 경사의 깊이를 나타낸다. 이들 값의 함수로서 도 4 내지 도 7은 아이들링 동안의 코깅 토크 변동과 이에 대응하여 부하 하에서의 토크 리플을 도시한다.

도 3의 예에서, 영구 자석은 고정 빔(60)과 이 빔에 장착된 볼트(62)에 의하여 로터 코어에 고정된다. 영구 자석(38)은 와셔(42)에 고정되고 보호 층(45)은 이들 위에 장착된다. 와셔(42)는 영구 자석(38)보다 약간 더 넓으며, 고정 빔(62)은 이를 압착하여 로터에 영구 자석을 고정한다.

도 4에서 그래프 70은 경사 깊이(H2)의 함수로서 아이들링 동안 코깅 토크 변동을 도시하며, 그래프 72는 전기 기계가 부하 하에 있을 때 토크 리플 변화를 도시한다. 토크는 피크-대-피크 값과 상대적인 값이며, 즉 명목 토크의 퍼센트이다. 도 5에서 그래프 74는 영구 자석의 두께(H1)의 함수로서 아이들링 동안 코깅 토크 변동을 도시하며, 그래프 76은 전기 기계가 부하 하에 있을 때 토크 리플 변화를 도시한다.

대응하여 도 6에서 그래프 80은 영구 자석의 폭(B1)의 함수로서 아이들링 동안 코깅 토크 변동을 도시하며, 그래프 82는 전기 기계가 부하 하에 있을 때 토크 리플 변화를 도시한다. 도 7에서 그래프 84는 영구 자석의 최상부 부분(B2)의 함수로서 아이들링 동안 코깅 토크 변동을 도시하며, 그래프 86은 전기 기계가 부하 하에 있을 때 토크 리플 변화를 도시한다.

도 4 내지 도 7에서, 아이들링 동안의 코깅 토크와 허용된 제한값 내에 있는 부하 하에서 토크 리플을 유지하는 상태가 부분적으로 충돌하는 것을 볼 수 있으며, 이는 하나의 기준에 기초하여 영구 자석의 하나의 차원(dimension)을 변화시키는 것은 다른 기준에 대한 상황을 악화시키는 것을 의미한다. 본 발명에 따라, 코깅 토크와 토크 리플 값은 다수의 다른 차원들에 대해 계산되고 이들 두 상태를 만족시키는 대안이 선택될 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 3에 제시된 실시예는 본 발명의 아이디어를 구현하는데 사용될 수 있는 일부 바람직한 실시예를 도시한다. 도 1 및 도 2에 있는 대응하는 부분을 상호 대체하는 것과 같이 여러 대안적인 솔루션이 가능하다. 특히 외부 로터와 내부 로터의 경우에 영구 자석이 차원과 형상에 있어 모두 동일할 수 있는 것으로 볼 수 있어야 한다. 연결 러그와 그 고정 볼트 또한 상호 교체가능하고 예를 들어 로터가 중공 구조를 가질 때에는 도면의 로터 프레임을 통해 가는 고정 볼트가 내부 로터의 경우에 사용될 수 있다. 영구 자석의 연결 디바이스는 인접한 영구 자석들에 대응하는 별개의 디바이스를 포함하거나 또는 샤프트의 방향으로 많은 연속적인 영구 자석 쌍으로 연결 디바이스를 포함할 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 상세한 설명은 특허 보호 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 아니되며, 본 발명의 실시예는 이하 청구범위 내에서 변할 수 있다.

2 : 고정자 3 : 슬롯
4 : 로터 5 : 고정자 이(teeth)
6 : 외부 외주면 8: 영구 자석
10 : 하부면 12 : 와셔
14 : 중간 부분 16, 18 : 측면 부분
20 : 연결 디바이스 22 : 연결 러그
24 : 중간 부분 26 : 볼트
28 : 연결 디바이스의 에지 32 : 고정자
33 : 슬롯 34 : 로터
35 : 고정자 이(teeth) 38 : 영구 자석
42 : 와셔 44 : 중간 부분
46,48 : 측면 부분 50 : 연결 디바이스
52 : 연결 러그 54 : 중간 부분
56 : 고정 볼트 58 : 연결 디바이스의 에지
60 : 고정 빔 62 : 볼트

Claims (13)

1. 영구 자석 로터를 구비하는 전기 기계로서,
   상기 영구 자석은 원통형 로터의 고정자와 대향하는 외주면에 장착되고, 전기 기계의 에어 갭은 고정자의 외주면과 영구 자석의 상부면 사이의 거리이고,
   로터 자극을 형성하는 영구 자석은 전기 기계의 에어 갭이 본질적으로 자극의 중간 영역에서는 일정하고, 자극의 중간 영역으로부터 자극의 에지 쪽으로 갈 때에는 에어 갭이 본질적으로 직선적으로 증가하도록 형성되며, 로터의 접선 방향으로 중간 영역의 폭은 자석의 폭의 적어도 절반인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 로터의 원통형 외주면과 영구 자석 사이에는 와셔가 장착되고, 상기 와셔의 하부면은 로터의 외주면에 대응하며, 와셔의 상부면은 직선인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 영구 자석의 에지에서의 에어 갭의 크기는 자극의 중간 부분에서의 에어 갭의 최대 2배인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접선 방향으로 자극의 중간 영역의 폭은 60 내지 100 전기도(electric degree)인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 접선 방향으로 자극의 중간 영역의 폭은 70 내지 90 전기도인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 기계의 자극의 개수는 10 이상인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 위상당 자극당 전기 기계의 슬롯의 개수는 1 또는 2인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계는 방사방향의 에어 갭과 외부 로터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기계는 방사방향의 에어 갭과 내부 로터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
10. 로터의 외부 외주면에 배열될 수 있는 하부면과 전기 기계의 에어 갭 쪽을 향하는 외부면을 구비하는 전기 기계를 위한 영구 자석으로서,
    상기 외부면은 에지 부분들과 중간 부분을 포함하며, 상기 영구 자석은 중간 부분에서는 균일한 두께를 가지고, 에지 부분에서 영구자석의 두께는 영구 자석의 에지 쪽으로 균일하게 감소하며, 중간 부분과 에지에서 영구 자석의 두께의 차이는 전기 기계의 에어 갭과 동일하며, 중간 부분의 폭은 에지 부분들의 폭을 결합한 것과 같거나 이보다 더 큰 것을 특징으로 하는 영구 자석.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 영구 자석의 적어도 상부면은 보호층으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 영구 자석에는 연결 디바이스가 장착 가능하고, 연결 디바이스는 자석의 에지 부분들에 대응하며 이 연결 디바이스로 영구 자석은 전기 기계에 고정가능한 것을 특징으로 하는 영구 자석.
13. 명목 토크를 규정한 영구 자석의 전기 기계의 슬롯 고조파 토크를 감소시키는 방법으로서,
    적어도 로터의 자극의 영구 자석의 폭, 영구 자석의 두께 및 전기 기계의 에어 갭의 사이즈가 규정되고, 영구 자석은 기계의 에어 갭 쪽을 향하는 상부 부분과, 로터 프레임에 접하는 하부 부분을 포함하며, 상부 부분의 중간 부분은 고정자로부터의 에어 갭의 거리이며, 상부 부분의 에지들은 고정자로부터의 거리가 에어 갭을 초과하게 경사져 있는, 영구 자석의 전기 기계의 슬롯 고조파 토크를 감소시키는 방법에 있어서,
    - 영구 자석의 폭, 영구 자석의 두께, 영구 자석의 중간 부분의 폭 및 영구 자석의 에지에서의 영구 자석의 경사의 깊이 중에서, 하나 이상의 영구 자석의 차원(dimension)을 변경함으로써 다수의 대안적인 영구 자석의 차원들을 형성하는 단계와;
    - 형성된 차원들을 가지는 코깅 토크의 토크 리플의 크기를 계산하는 단계와;
    - 코깅 토크와 토크 리플이 허용된 값 아래로 가는 차원을 선택하는 단계와;
    - 선택된 차원에 따라 영구 자석을 제조하고 전기 기계에 설치하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구 자석의 전기 기계의 슬롯 고조파 토크를 감소시키는 방법.

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