KR20150138178A - 영구자석 동기기용 자석 구비형 이동 부품 - Google Patents

Abstract

코일을 갖는 고정 스테이터를 지나 이동하도록 설계된 이동 부품(3)은 교번 극성의 병렬 열(13)로 배열된 자석(10)이 접합되는 금속 섀시(9)를 포함한다. 상기 섀시에 나사 결합되는 비자성 고정 스트립(18)은 각 자석 열 사이에서 길이방향으로 위치되고, 이러한 열의 전체 길이를 따라 연장되고, 상기 자석을 기계적으로 고정시킨다. 각 고정 스트립은 상기 자석을 수직으로 고정시키고, 그 높이의 적어도 절반 이상으로 상기 자석의 인접한 에지면에 형성된 오목한 라운드부(26)와 협력하는, 볼록한 라운드형 측면(22)을 갖는 지지 베이스를 포함한다. 또한, 상기 스트립은 자석 열 사이에서 스페이서로서 작용하고 상기 자석을 측방향으로 고정시키는 길이방향 상부 연장부(20)를 포함한다. 본 발명은 모터나 발전기와 같은 회전 또는 선형 전기 기기의 제조에 유익하다.

Description

영구자석 동기기용 자석 구비형 이동 부품{MAGNET-BEARING MOVING PART FOR PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MACHINE}

본 발명은 전류를 발생시키도록 의도되는 영구자석을 구비한 일반적인 엔진이나 기계의 기술 분야에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 모터나 발전기 유형의 기계 또는 임의의 다른 회전 전기 기기나 비회전 영구자석 기기와 같은, 영구자석 동기기용 자석 구비형 이동 부품에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명의 바람직한 적용 분야는 견인 모터 로터, 예를 들어 레일 견인 모터에 관한 것이다. 다른 적용 분야는, 예를 들어 다양한 유형의 도로 차량에 관련된다.

영구자석 동기기는 교번 극성을 갖는 일련의 영구자석을 구비한 이동 부품, 및 한 세트의 유도 코일을 포함하는 스테이터로 불리우는 고정 부품을 포함한다.

동기기의 유형에 따라, 자석 구비형 이동 부품은 스테이터에 대하여 상대적으로 선형적으로 이동할 수 있거나, 이에 대하여 상대적으로 회전할 수 있다. 후자의 경우에, 상기 이동 부품은 로터라 불리운다.

모터의 경우에 이동 부품을 움직이게 하거나 또는 발전기의 경우에 전류를 생성하는 유도 현상을 발생시키기 위하여, 이러한 이동 부품은 스테이터 권선에 대하여 위치되는 연속적 열의 영구자석을 포함한다. 서로 평행한 이러한 열은 통상적으로 이동에 대해 수직하게 향하고 있다(다시 말해서, 원형 이동의 경우에 축방향으로 향하고 있다). 예를 들어, 자석은 동일한 열 내에서 동일한 극성을 갖지만, 하나의 열에서 그 다음 열로 교번 극성을 갖는다. 따라서, 둘 또는 세개의 연속적 열로 배열된 동일 극성의 자석으로 교번 극성을 생성할 수 있다.

통상적으로, 상기 이동 부품은 자석이 접착력에 의해 고정된 금속 프레임을 포함한다. 그러나, 충분한 유지를 가능하게 하기 위하여, 사용된 접착제는, 자석이 작동 온도와 관계없이 영향을 받는, 주요한 응력과 양립할 수 있는 특징을 가져야 한다.

실제로, 상기 동기기의 사용 시에, 이러한 자석은 여러 방향으로 작용하는 다양한 응력에 영향을 받는다. 이는, 예를 들어 회전 로터의 경우에, 다음의 응력을 나타낸다: 자석 간의 자기 인력과 척력으로 인해 야기되는 축방향 응력, 스테이터의 자기장의 폐쇄와 연관된 반경방향 응력, 로터의 다소 급속한 회전으로 인한 원심 응력, 및 토크로 인한 접선 전단 응력.

현재, 더 작은 공간에 동기기를 수용하면서 점점 더 강력한 동기기를 생성하고자 하는 경향을 보이고 있다. 동기기의 성능을 향상시키고자 하는 이러한 전념은 동시에 이러한 동기기의 내부 작동 온도의 상당한 증가를 초래한다.

따라서, 이러한 동기기의 이동 부품에 자석을 고정시키기 위해 사용되는 접착제는 상당한 제약에도 불구하고 자석의 양호한 성능을 보장하면서 이러한 온도를 견딜 수 있어야 한다. 이러한 고온 성능 정도는 접착제로 확보하는 것이 어렵다.

또한, 상기 동기기의 내부 작동 온도의 증가는 각 부품의 각 구성요소와 같은 강도가 아닌 구조적인 팽창을 야기한다. 따라서, 대개 스틸로 이루어진 이동 부품의 프레임과, 예를 들어 네오디뮴 철 붕소로 이루어진 자석 사이에서 차등 팽창이 관찰된다.

상기 자석이 적절하게 고정되게 하기 위해 사용되는 접착제는 상기 차등 팽창과 양립하도록 대체로 충분한 탄성을 갖지 않는 강한 접착제이다.

예를 들어 컨버터 기능 장애를 수반하는 이러한 팽창의 차이에 의해, 외부 제약에 의해, 또는 열폭주에 의해 야기되는 이동 부품의 변형이 발생될 경우, 상기 프레임과 자석 사이에서 접착 필름의 파열이 때때로 관찰되어, 상기 스테이터 상의 모든 자석 또는 일부가 슬라이딩할 수 있다. 이러한 파열은 상기 동기기의 갑작스러운 성능 손상을 야기하거나 또는 심지어 상기 동기기의 완전한 고장을 야기한다.

이러한 동기기의 다른 단점은 스테이터의 전방에서 이동 부품의 이동 시에 병렬 열로 배열된 영구자석의 극성의 급작스러운 교번이다. 상기 자석의 이러한 급작스러운 N/S(North/South) 극성 변화는 기어, 변속기, 및 모든 기계 구성부품에서 진동과 충격을 발생시키는 매우 급격한 기울기로 토크의 진동을 야기한다. 발생된 노이즈와 관련된 일부 승객의 불편 외에 이러한 진동은 기계 구성부품에 대한 이른 마모나 손상을 일으킨다.

모터-휠을 구비한 이러한 동기기의 바람직한 적용에 있어서, 이러한 갑작스러운 토크 진동은 너무 빠른 타이어 마모를 야기한다.

하나의 극성에서 다른 극성으로의 갑작스러운 전이로 인한 토크 리플(torque ripple)을 감소시키기 위하여, 종래 기술에서는 자석이 이동에 수직한 열로 위치되지 않고 나선형 배열을 따르도록 제시되었다. 이러한 나선형 배열과 더불어, 자석의 연속적 열의 극성 간의 전이가 이동 부품의 이동 동안에 보다 서서히 일어난다. 그러므로, 토크 진동은 흡수된다.

상기 가동 부품의 자석의 나선형 배열 외에 또는 그 대신에, 종래 기술에서는 나선형 배열이 스테이터 권선을 위해 시행되게 고려되기도 한다.

그러나, 상기 이동 부품 및/또는 스테이터 코일의 자석의 특정적인 나선형 배열은 달성하기가 상당히 어렵다. 이러한 요소의 설치는 자석 간의 자기적 상호작용으로 인해 이미 곤란하고, 특히 복잡하고 민감하게 된다. 이러한 동기기의 제조는 복잡하고, 오래 걸리며, 비용이 많이 든다.

또한, 이러한 나선형 배열 때문에, 상기 동기기의 성능은 상당히 감소된다.

본 발명의 목적은 전술한 단점을 갖지 않고, 영구자석을 고정하기 위한 신뢰가능한 기계 장치를 포함하고, 동기기의 성능을 악화시키지 않는 동기기용 이동 부품을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 동기기의 작동 온도와 관계없이 영구자석이 완전히 고정되게 함으로써 상기 영구자석의 접착력을 보완하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 그의 자석이 이동에 수직한 열로 배열되지만, 상기 자석의 형상 및 상기 자석을 고정시키기 위한 기계 장치에 의해, 더 나은 성능을 유지하면서 나선형 배열로 얻게 되는 것과 유사하게 토크 진동의 감쇠를 가능하게 하는 동기기 이동 부품을 제공하는 것이다.

또한, 이동 부품의 자석이 이동에 수직한 열로 배치됨에 따라, 본 발명에 따른 이동 부품은 종래 기술의 부품을 나선형 배열로 제조할 때에 직면하는 그러한 어려움을 제공하지 않는다. 반면에, 본 발명은 특히 이동 부품의 프레임 상에 영구자석을 설치하고 고정하기 위한 실질적이고 유리한 방법을 제공한다.

본 경우에, 넓은 의미에서 "자석"이란 용어는 한편으로는 통상의 자성 재료로 이루어진 요소를 나타내고, 다른 한편으로는 자화가능 재료로 이루어진 요소를 나타내는 것을 이해할 필요가 있을 것이다. 예를 들어, 이러한 자화가능 재료는 SmCo, AlNiCo, 또는 NdFeB 같은 페라이트 재료나 합금을 이용하여 이루어진다.

프레임은, 여러 가지 중에서, 실린더 헤드가 제공된 지지 구조물로서 이해되어야 한다.

본 발명의 목적은 한 세트의 유도 코일을 포함하는 고정 스테이터의 전방에서 이동을 위해 제공되는 영구자석 동기기용 자석 구비형 이동 부품에 의해 달성된다. 이러한 이동 부품은 금속 프레임 및 상기 프레임에 고정되는 일련의 영구자석을 포함하고, 상기 자석은 병렬 열로 그리고 상기 이동 부품의 이동에 수직하게 배열되고(다시 말해서, 원형 이동의 경우에 축방향으로 배열되고), 동일한 열 내에서 동일 극성을 갖는다. 또한, 이러한 이동 부품은 영구자석의 두 연속적 열 사이에 길이방향으로 배치되고 상기 프레임에 기계적으로 고정되는 적어도 하나의 비자성 고정 스트립을 포함한다.

본 발명에 따른 이동 부품에서, 상기 고정 스트립은:

● 이러한 두 열의 전체 길이에 걸쳐 대략 연장되고 이러한 두 열의 모든 자석을 차단하는데 기여하고,

● 이러한 두 열의 자석의 수직 차단을 가능하게 하는 볼록한 라운드형 측면을 갖는 지지 베이스, 및 이러한 두 열 사이에서 스페이서로서 작용하고 상기 고정 스트립의 측면 상에 이러한 두 열의 자석의 측방향 차단을 제공하는 길이방향 상부 연장부를 포함한다. 이러한 두 열의 각 자석은, 상기 고정 스트립에 인접한 그의 에지에서, 상기 자석의 총 높이의 적어도 절반과 같은 높이 및, 상기 고정 스트립의 지지 베이스가 적어도 부분적으로 치합되는, 상기 고정 스트립의 지지 베이스의 대응하는 볼록한 라운드형 측면을 보완하는 형상을 갖는 오목한 라운드부를 포함한다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 자석 구비형 이동 부품은 영구자석의 각 열 사이에 고정 스트립을 포함한다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 고정 스트립은 상기 프레임에 형성된 홀을 통과하며 상기 고정 스트립의 나사산 홀에 치합되는 스크류를 이용하여 상기 프레임에 고정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 고정 스트립의 상부 길이방향 연장부의 폭은 상기 고정 스트립에서의 나사산 홀의 직경보다 작다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 나사산 홀은 상기 고정 스트립의 지지 베이스에 형성되고, 상기 고정 스트립의 상부 길이방향 연장부는 이러한 나사산 홀에서 차단된다.

상기 자석 구비형 이동 부품의 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 고정 스트립의 지지 베이스의 볼록한 라운형 측면은 인벌류트형 또는 아치형이다.

상기 자석 구비형 이동 부품은 모터나 발전기에서 선형적으로 또는 회전하게 이동하도록 적용된다.

예를 들어, 상기 자석 구비형 이동 부품은 견인 모터 로터이다.

상기 자석 구비형 이동 부품을 포함하는 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 영구자석은 접착에 의해 상기 프레임에 고정된다.

본 발명에 따른 자석 구비형 이동 부품의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 영구자석 및 상기 프레임의 적어도 일부는 지지, 유지, 및 보호를 위해 수지로 코팅되어, 상기 자석의 유지를 향상시킨다.

본 발명에 따른 고정 스트립은 상기 프레임의 쇼울더에 의해 제공될 수 있는 길이방향 차단을 제외하고, 모든 방향으로 상기 영구자석의 기계적 구속을 달성하는데 유리하게 도움을 준다.

본 발명의 다른 변형에 따르면, 상기 고정 스트립은, 그의 적어도 일단에서, 상기 고정 스트립이 배치되는 두 열 중 적어도 하나의 열의 마지막 자석에 대해 받침대로서 역할을 하는 연장부를 더 포함할 수 있고; 이에 따라 이러한 연장부는 이러한 열에서 상기 자석의 길이방향 차단을 가능하게 한다.

따라서, 상기 스트립은 접착을 보완하여 상기 자석이 고온에서도 완전히 고정되게 한다.

사용된 접착제는 단지 상기 자석과 프레임 사이의 매립을 실행하여 균일한 지지를 가능하게 하고 상기 고정 스트립까지 상기 자석의 임시 유지를 가능하게 하는 역할을 하므로, 상기 접착제는 보다 유연하고 탄성적일 수 있다.

또한, 상기 고정 스트립의 특정 형상, 구체적으로 (상기 자석의 인접한 측면을 보완할 뿐만 아니라 볼록한 라운드형인) 상기 고정 스트립의 지지 베이스의 측면의 형상은 상기 스테이터의 전방에서 이동 부품의 이동 시에 자기장의 감소 후에 점진적 증가를 확보하는데 도움을 주고, 이에 따라 하나의 극성에서 다른 극성으로의 전이에 의해 유도되는 토크 리플을 완화한다.

본 발명에 의해, 나선형 배열을 갖지만 더 양호한 성능과 더 쉽고 더 비싸지 않은 자석 및/또는 권선 설치를 갖는 자석 구비형 이동 부품의 것과 동등한 토크 리플의 감쇠를 확보할 수 있다.

상기 스트립 및 자석의 최적 형상, 이 경우 상기 오목/볼록부는 상기 자석의 체적 증가를 확보하는데 도움을 주고, 이에 따라 효율화에 기여한다.

또한, 본 발명에 따른 자석 구비형 부품은 필요한 경우에 모터나 발전기와 유사한 동기기의 자기장 라인에 대해 미세한 교번만을 가능하게 하는 고정 수단을 포함하는 이점을 갖는다.

종래 기술에서, 다른 유형의 스트립이 특허 출원 US 2006/0220483호에 개시되어 있다. 그러나, 이러한 스트립은 덜 효율적이고 여러 단점을 갖는다.

먼저, 상기 스트립은 단위 자석의 길이에 대응하고 전체 열의 길이에 대응하지 않는 제한된 길이를 갖는다. 따라서, 스트립은 각 쌍의 자석 사이에 배치되어야 한다. 또한, 세개의 유지 스크류 및 스트립당 세개의 스프링 와셔를 필요로 하여, 설치될 부품의 수를 증가시키고 설치 공정을 복잡하게 한다.

또한, 상기 스트립의 중앙부는 매우 넓고, 두 자석 사이에 개재되도록 의도되어 상기 유지 스크류 및 스프링 와셔를 수용한다. 상기 스트립은 자석 넓이의 거의 절반이다. 상기 자석은 서로 간격을 두고 있고, 자기 구성요소에 전용될 수 있는 총 면적은 크게 감소된다. 그 결과, 자기 플럭스는 감소하여, 기계의 성능 감소를 야기한다.

마지막으로, 이러한 종래의 스트립은, 그의 측방향 에지의 상부에서, 상기 자석의 상부에 지지되어 있는 경사진 지지면을 포함하여, 상기 자석의 수직 차단을 가능하게 하기 위하여 보완적인 방식으로 경사져 있다.

그러나, 아래에서 넓게 후술될 바와 같이, 이러한 경사진 지지면은, 경사지고 비라운드형 형상 때문에, 그리고 상기 자석의 총 높이의 절반보다 적은 낮은 높이 때문에, 토크 리플의 감쇠를 달성하는데 도움을 주지 못한다.

그러므로, 본 발명의 목적이 달성되지 않는다.

또한, 본 발명은 권선을 갖는 고정 스테이터의 전방에서 이동을 위해 제공되는 영구자석 동기기용 자석 구비형 이동 부품의 프레임에 자석을 고정하는 특히 유리한 방법을 제공한다.

본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 자석 구비형 이동 부품의 프레임에 영구자석을 고정하는 방법에 의해 달성되고, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:

● 반경방향으로 상기 프레임에 홀을 제공하는 단계,

● 영구자석 또는 자화가능 요소를 이용하여 상기 영구자석 또는 자화가능 요소의 연속적 열을 상기 프레임에 형성하여, 상이한 열의 영구자석 또는 자화가능 요소 사이에 적어도 빈 공간을 남기는 단계,

● 상기 홀을 통과하며 적어도 비자성 고정 스트립에 치합되는 스크류에 의해 상기 프레임에 고정되는 상기 스트립을 이용하여 상기 프레임 상에서 상기 영구자석 또는 자화가능 요소를 이용하는 단계,

● 상기 자유 공간을 지지 수지로 채우는 단계,

● 상기 지지 수지를 중합하는 단계, 및

● 자화가능 요소가 사용되는 경우에, 상기 자화가능 요소가 영구자석이 되도록 상기 자화가능 요소를 자화시키는 단계.

예시적인 실행에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 자화가능 요소 또는 영구자석을, 고정 스트립을 이용하는 고정 작업 외에 또한 이전의 접착 작업에 의해서, 상기 프레임에 고정하는 것으로 이루어진다.

예시적인 실행에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 상기 고정 스트립을 스크류를 이용하여 상기 프레임에 직접 체결하는 것으로 이루어진다.

또한, 본 발명은 영구자석 동기기를 제공하고, 상기 동기기는 전술한 바와 같은 자석 구비형 이동 부품을 포함한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이고, 이러한 설명은 첨부한 도면을 참조하여 이루어진다:
● 도 1 및 2는 본 발명의 제1 변형에 따른 외부 스테이터와 내부 로터로 이루어진 영구자석 동기기를 각각 나타낸 측면도, 즉 사시도와 평면도이고;
● 도 3은 분해된 상태에서 나타낸 본 발명에 따른 고정 스트립을 포함하는 도 1의 동기기의 로터를 나타낸 사시 측면도이고;
● 도 4는 도 1의 로터의 평면 측면도이고;
● 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 로터의 사시 측면도로서, 로터의 고정 스트립이 분해된 상태로 도시되어 있고;
● 도 6은 도 5의 외부 로터의 하부를 나타낸 단면도이고;
● 도 7은 도 6에서의 원을 상세하게 나타낸 확대도이고;
● 도 8은 어떠한 프레임도 도시되어 있지 않은 로터의 사시도이고;
● 도 9는 스크류가 도시되어 있지 않은 도 6에서의 좌측 원을 상세하게 나타낸 확대도이고;
● 도 10은 도 8에서의 우측 원을 상세하게 나타낸 확대도이고;
● 도 11 내지 15는 본 발명에 따른 예시적인 고정 스트립을 각각 나타낸 사시도, 단면도, 종단면도, 평탄 측면도, 및 평탄 상면도이고;
● 도 16은 고정 스트립의 스크류를 통과하는 섹션을 갖는 도 5의 로터의 상부를 나타낸 단면도이고;
● 도 17은 자석에 의해 에어 갭에 생성된 유도를, 고정 스트립을 갖지 않는 벡터 로터의 경우에 파선으로, 본 발명에 따른 라운드형 측면을 갖는 스트립을 구비한 로터의 경우에 실선으로, 그리고 경사진 측면을 갖는 스트립을 구비한 로터의 경우에 점선으로 나타낸 그래프이고;
● 도 18은 본 발명에 따른 다른 예시적인 고정 스트립을 나타낸 사시도이고;
● 도 19는 두 열의 자석 사이에 배치된 도 18의 고정 스트립을 나타낸 사시 상면도이다.

이하, 본 발명을 도 1 내지 19를 참조하여 상세하게 설명할 것이다. 상이한 도면에 도시된 동등한 요소는 동일한 부호 또는 알파벳 참조 부호로 나타낼 것이다.

도 1 내지 4는 본 발명에 따른 영구자석 동기기(1)의 제1 예를 도시하고 있다. 상기 동기기(1)는 통상적으로 스테이터(2)로 불리우는 고정 부품 및 이동 부품(3)을 포함한다. 상기 도시된 이동 부품(3)은 상기 스테이터(2)에 대하여 회전함으로써 이동하는 로터이다.

이는 여러 도면에 도시되어 있지는 않지만, 본 발명은 선형 이동을 갖는 이동 부품(3)을 포함하는 동기기에 유사하게 적용될 수 있다.

상기 도시된 스테이터(2)는, 예를 들어 상기 로터(4)를 수용하기 위한 중공이며 원통형 형상을 갖는 중앙 챔버(6)를 포함하는 대략 평행 육면체인 케이싱에서 주연 프레임(5)을 포함하는 외부 스테이터이다. 상기 원통형 중앙 챔버(6)는 그의 원형 측면 각각에서 개방되어 있고, 이에 따라 상기 로터(4)의 수용을 위한 통과 내부 체적의 범위를 정한다.

또한, 상기 스테이터(2)는, 권선이라 불리우기도 하며, 원하는 유도 현상을 달성하기 위하여 상기 중앙 챔버(6)의 둘레에 그리고 그의 바로 부근에 적절하게 마련된 일련의 유도 코일(8)을 포함한다.

상기 이동 부품(3)은 중앙 챔버(6)에 위치된다. 도 1 내지 4에 도시된 실시예에서, 상기 이동 부품은, 다시 말해서 상기 스테이터(2) 내에 배치된 내부 로터(4)이다.

상기 로터(4)는 바람직하게는 금속으로 이루어지고, 원통형 형상을 갖고, 상기 스테이터(2)의 원통형 중앙 챔버(6)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 프레임(9)을 포함한다.

상기 로터(4)는 원통형 프레임(9)의 길이방향 벽(12)의 외측면(11)에 고정되는 다수의 영구자석(10)을 더 포함한다. 이러한 자석(10)은 평탄한 것이 바람직하고, 낮은 높이와 대략 직사각형 또는 정사각형 베이스를 갖는 대체로 평행 육면체이다. 상기 자석(10)의 자극은 그의 베이스에 위치되고, 하나는 N(North) 극성이고 다른 하나는 S(South) 극성이다.

상기 영구자석(10)은 서로 평행한 열(13)로 배열되고, 실린더의 축방향으로 향하고 있다.

동일한 열(13)에서의 모든 영구자석(10)은 동일한 극성을 갖고, 다시 말해서 모든 영구자석(10)이 동일 측면의 동일 극(N극 또는 S극)의 베이스를 갖도록 상기 영구자석이 배열된다. 예를 들면, 모든 영구자석(10)은 상기 프레임(9)의 길이방향 벽(12)과 대향하는 N 극성 베이스 및 상기 로터(4)의 외부와 대향하는 S 극성 베이스를 갖고, 이에 의하여 "남쪽 열(South row)"(14)을 형성하거나, 또는 반대로 상기 프레임(9)과 대향하는 S 극성 베이스 및 상기 로터(4)의 외부와 대향하는 N 극성 베이스를 가져서 "북쪽 열(North row)"(15)을 형성한다.

이들의 극성은 하나의 열(13)에서 다른 열로 교대로 역전되고, 상기 북쪽 열(15)과 남쪽 열(14)은 상기 프레임(9)의 길이방향 벽(12)의 전체 면에 걸쳐 번갈아 나온다.

이러한 배열로 인해, 상기 자석(10)은 동일한 열(13) 내에서 서로 밀어내지만, 하나의 열에서 다른 열로 서로 끌어당기는 경향이 있다.

본 발명에 따른 이동 부품(3)의 다른 실시예에 따르면, 수개의 연속적 열(13)은 둘 또는 세개의 열일 수 있고, 동일 극성의 자석(10)을 가질 수 있다.

상기 로터(4)가 사용 위치에 배치되면, 상기 스테이터(2)의 중앙 챔버(6)에서, 상기 로터(4)의 영구자석(10)은 상기 스테이터(2)의 유도 코일(8)의 부근에서 그리고 이와 대향하는 부근에서 발견되고, 그와 함께 기능할 수 있다. 상기 스테이터(2)의 유도 코일(8)을 전류가 통과하는 것에 의해 모터로서 사용되는 동기기(1)의 경우에 상기 로터(4)의 회전 운동이 발생되고, 상기 로터(4)의 회전은 발전기로서 사용되는 동기기(1)의 경우에 상기 스테이터의 유도 코일(8)에 교류를 발생시킨다.

또한, 본 발명은 내부 스테이터(2)와 외부 로터(4)를 포함하는 동기기(1)에 적용되는 것은 명백하다.

이때, 상기 스테이터(2)는 로터(4)의 직경보다 작은 직경을 갖고, 후자의 내부에 배치되도록 의도된다. 상기 스테이터의 유도 코일은 외부 로터와 대향하는 그의 주연에 위치된다.

상기 외부 로터(4)의 일례가 도 5 내지 10에 도시되어 있다. 상기 외부 로터(4)는 바람직하게는 금속으로 이루어지고, 원통형 형상을 갖고, 그의 중공 내부 체적에서 상기 스테이터(2)를 위한 수용 공간(16)을 형성하는 프레임(9)을 포함한다.

상기 외부 로터(4)는 상기 수용 공간(16)에 배치된 스테이터의 유도 코일(8)에 가까우면서 이와 대향하게 사용 위치에 배치되도록 그의 원통형 프레임(9)의 길이방향 벽(12)의 내측면에 고정되는 다수의 영구자석(10)을 포함한다.

상기 영구자석(10)은 서로 평행한 열(13)로 배열되고, 실린더의 축방향으로 향하고 있다.

동일한 열(13)의 모든 영구자석은 동일한 극성을 갖는다. 예를 들어, 모든 영구자석(10)은 상기 프레임(9)의 길이방향 벽(12)과 대향하는 N 극성 베이스 및 상기 로터(4)의 내부와 대향하는 S 극성 베이스를 갖고, 이에 의하여 "남쪽 열"(14)을 형성한다. 반대로, 상기 영구자석의 S 극성 베이스가 상기 프레임(9)와 대향하고, 그의 N 극성 베이스가 상기 로터(4)의 내부와 대향하면, 상기 영구자석은 "북쪽 열"(15)을 형성한다.

다른 비전면(non-exhaustive) 실시예에 따르면, 이들의 극성은 하나의 열에서 다른 열로 교대로 역전되고, 상기 북쪽 열(15)과 남쪽 열(14)은 상기 프레임(9)의 길이방향 벽(12)의 전체 면에 걸쳐 서로 연속적으로 번갈아 나온다.

내부 로터(4)인지, 외부 로터인지, 또는 선형 이동을 갖는 이동 부품인지와 관계없이, 본 발명에 따르면, 상기 이동 부품(3)은 영구자석(10)의 두개의 연속적 열(13) 사이에서 길이방향으로 연장되는 세장형 부분인 적어도 하나의 고정 스트립(18)을 포함한다. 상기 이동 부품(3)은 수개의 자석, 및 영구자석(10)의 열(13)의 각각 사이에서의 고정 스트립(18)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 고정 스트립(18)은 영구자석(10)의 열(13)에 평행하게 연장되고, 이에 따라 상기 이동 부품(3)의 이동에 대략 수직한 방향으로 연장된다. 따라서, 상기 고정 스트립은 도시된 실시예에서 상기 원통형 로터(4)의 축방향으로 마련된다.

상기 고정 스트립(18)은 영구자석(10)의 열(13)의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다. 따라서, 단일 고정 스트립(18)은 상기 열(13)의 전체 길이를 따라 자석(10)의 차단을 달성하는데 충분할 수 있다.

상기 고정 스트립(18)은 비자성 재료, 예를 들어 비자성 스테인리스 스틸로 이루어진다.

이러한 고정 스트립(18)의 일례가 도 11 내지 15에 도시되어 있다.

이러한 도면에 특히 도 12의 단면도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고정 스트립(18)은 길이방향 상부 연장부(20)에 의해 연장되는 지지 베이스(19)를 포함한다.

상기 지지 베이스(19)는 평면인 하측면(21) 및 볼록한 만곡된 측방향 측면(22)을 갖는다. 이러한 측방향 측면(22)은 라운드형인 것이 바람직하고, 인벌류트형 또는 아치형인 것이 더 바람직하다. 필드 라인(field line)의 집중을 방지하기 때문에 날카로운 각을 갖지 않는 만곡된 형상이 바람직하다.

이러한 측방향 측면(22)과 관련하여, 라운드형 형상은 또한 도 17에서 참조로서 도시될 바와 같이 간단한 경사진 형상인 것이 대체로 바람직하다.

실제로, 충분한 높이 이상으로 경사진 측면이 토크 리플의 양호한 감쇠를 달성할 수 있다면, 상기 측면은 동기기의 성능을 상당히 저하시키는 평균 토크의 상당한 감소를 유발한다.

상기 고정 스트립(18)의 길이방향 상부 연장부(20)는, 예를 들어 상측면(23)에서 대략 직사각형 형상을 갖는다.

특히 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 고정 스트립(18)이 이동 부품(3)에 배치되는 경우, 상기 고정 스트립은 영구자석(10)의 두 열(13) 사이에 개재된다. 상기 상측면(23)이 프레임(9)과 대향하면서 상기 자석으로부터 에지(24)를 분리하는 스페이서의 방식으로 상기 고정 스트립의 길이방향 연장부는 자석의 두 열(13) 사이에 삽입된다. 따라서, 상기 자석(10)의 측방향 차단, 다시 말해서 원형 이동의 경우에 상기 이동에 접선 방향으로의 차단을 가능하게 한다.

서로 매우 가까운 자석(10)을 위한 가능한 많은 공간이 그대로 있도록, 상기 길이방향 연장부(20)의 폭은 충분한 기계 강도를 보장하기에 충분하면서 가능한 작은 것이 바람직하다.

따라서, 자기 요소의 표면은 최대이어서, 매우 강한 자기 플럭스와 동기기의 향상된 성능을 가능하게 한다.

일례로, 도시된 바람직한 실시예에서, 상기 고정 스트립(18)에 의해 점유된 면적은 총 면적의 약 5%뿐이고, 나머지는 상기 자기 요소에 의해 점유되어 있다.

상기 지지 베이스(19)의 측방향 측면(22)은 자석(10)의 길이방향 상부 에지(25)에 지지되어 있고, 이에 따라 이들이 지지되어 있는 상기 자석(10)의 수직(또는 축방향) 차단을 가능하게 한다.

유리하게는, 상기 고정 스트립(18)의 각 측면에 위치되는 자석(10)은, 그의 길이방향 상부 에지(25) 및 다른 에지(24)에서, 상기 고정 스트립(18)의 지지 베이스(19)가 적어도 부분적으로 치합되는 상기 고정 스트립(18)의 지지 베이스(19)의 대응하는 측방향 라운드 측면(22)을 보완하는 라운드 형상의 오목부(26)를 포함한다.

상기 토크 리플의 충분한 감쇠를 보장하기 위하여, 상기 자석(10)의 오목부(26)의 높이는 충분한 높이, 다시 말해서 상기 자석의 총 높이의 절반과 적어도 같은 높이를 가져야 한다.

상기 고정 스트립(18)은 임의의 적절한 고정 수단에 의해, 예를 들어 스크류를 이용하여 또는 리벳팅, 볼팅, 크림핑, 또는 다른 유사한 수단에 의해, 상기 이동 부품(3)의 프레임(9)에 기계적으로 고정된다.

또한, 상기 사용되는 고정 수단은 비자성 재료로 이루어질 수 있다.

도시된 예에서, 상기 고정 스트립(18)은 한 세트의 스크류(27)와 와셔(28)를 이용하여 상기 로터(4)의 프레임(9)에 나사 결합된다. 이러한 취지로, 상기 지지 베이스(19)와 프레임(9) 각각에 홀(19a 및 9a)이 제공된다. 예를 들어, 상기 홀(19a)은 스크류(27)를 치합하기 위하여 나사 깎기에 의해 관통하고 있다.

도시된 바람직한 실시예에서, 상기 고정 스트립(18)의 길이방향 상부 연장부(20)는 상기 고정 스트립(18)의 나사산 홀(19a)의 직경보다 좁다.

그러므로, 상기 길이방향 상부 연장부(20)는 상기 고정 스트립(18)의 지지 베이스(19)에 단지 형성된 이러한 나사산 홀(19a)에서 차단되는 것이 바람직하다.

유리하게는, 본 발명의 고정 스트립(18)은 최소 개수의 스크류(27)에 의해 상기 프레임(9)에 확실하게 고정될 수 있다. 상기 자석의 단부에 배치된 스크류는 충분하고, 이에 따라 특히 병치된 자석 쌍 사이에서 추가적인 스크류(27)를 통과시킬 수 있도록 상기 자석(10)을 기계가공할 필요가 없다. 제자리에 놓여질 부품의 개수는 제한되어 설치 공정은 매우 간단하며 빠르다.

본 발명의 다른 변형이 도 18 및 19에 도시되어 있다.

이러한 변형에서, 상기 고정 스트립(18)은, 그의 단부(29) 중 하나 또는 바람직하게는 양 단부(29)에서, 상기 고정 스트립(18)이 배치되는 두 열(13) 중 적어도 하나의 열의 자석(10) 중 마지막 자석에 대해 받침대(31)로서 역할을 하는 연장부(30)를 포함한다. 따라서, 이러한 연장부(30)는 자석 중 이러한 열(13)의 자석(10)의 길이방향 차단을 가능하게 한다.

유리하게는, 도시된 바와 같이, 상기 연장부(30)는 고정 스트립(18)의 양 측면을 넘어설 수 있고, 이에 따라 동시에 상기 고정 스트립(18)이 개재되는 자석 중 두 열(13)의 자석(10)의 길이방향 차단을 확실하게 한다.

또한, 상기 영구자석(10)은 자화가능 요소로 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 요소의 조립은 상기 요소의 자화가 상기 요소가 프레임(9)에 장착된 후에 일어날 정도로 용이하게 된다.

본 발명은 영구자석을 전술한 바와 같은 자석 구비형 이동 부품의 프레임(9)에 고정하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 다음의 단계를 이용하여 실행된다:

● 반경방향으로 상기 프레임(9)에 홀(9a)을 제공하는 단계,

● 자화가능 재료를 이용하여 이루어지는 요소를 이용하고 상기 프레임에 요소의 일련의 열(13)을 배치하여, 상이한 열(13)의 요소 사이에 적어도 자유 공간을 남기는 단계,

● 상기 홀(9a)을 통과하며 적어도 비자성 고정 스트립(18)에 치합되는 스크류(27)에 의해 상기 프레임에 고정되는 상기 고정 스트립(18)을 이용하여 상기 프레임(9) 상에서 상기 요소를 이용하는 단계,

● 상기 자유 공간을 지지 수지로 채우는 단계,

● 상기 지지 수지를 중합하는 단계, 및

● 상기 요소가 영구자석(10)이 되도록 상기 요소를 자화시키는 단계.

본 발명의 방법의 실행 변형에 따르면, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:

● 반경방향으로 상기 프레임(9)에 홀(9a)을 제공하는 단계,

● 영구자석(10)을 이용하고 상기 프레임(9)에 영구자석의 일련의 열(13)을 배치하여, 상이한 열(13)의 자석(10) 사이에 적어도 빈 공간을 남기는 단계,

● 상기 홀(9a)을 통과하며 고정 스트립(18)에 치합되는 스크류(27)에 의해 상기 프레임에 고정되는 상기 고정 스트립(18)을 적어도 이용하여 상기 프레임(9) 상에서 상기 영구자석(10)을 이용하는 단계,

● 상기 자유 공간을 지지 수지로 채우는 단계, 및

● 상기 지지 수지를 중합하는 단계.

예를 들어, 상기 자화가능 요소 또는 영구자석(10)은 고정 스트립(18)을 이용하는 고정 작업 외에 이전의 접착 작업에 의해 상기 프레임(9)에 고정된다.

예시적인 실행에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 상기 고정 스트립(18)을 상기 프레임(9)에 직접 고정하거나, 또는 상기 프레임(9)에 부착된 실린더 헤드에 고정하는 것으로 이루어진다.

일례로, 도 7은 상기 고정 스트립(18)을 장착하기 전에 상기 자석(10)을 유연하게 연결하고 배치하기 위하여, 지지 수지(18a)의 사용을 도시하고 있다. 상기 고정 스트립(18)을 장착할 때에, 더 정확하게는 상기 스크류(27)를 조일 때에, 상기 지지 수지(18a)의 일부가 상기 자석(10)과 고정 스트립(18) 사이의 갭으로 밀어지는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 분포된 지지 수지(18a)의 중합은 형성된 조립의 유지 및 보호에 기여한다.

도 17은 본 발명에 따른 장치에 의해 얻어진 토크 리플의 감쇠 효과를 도시하고 있다.

도 17의 그래프에 도시된 곡선은 3개의 다른 시나리오에서 상기 자석(10)에 의해 갭에 생성된 유도를 나타내고 있다.

파선은 접착에 의해 상기 프레임(9)에 간단히 고정되는 자석(10)을 유지하기 위한 고정 스트립을 갖지 않는 로터의 경우를 나타내는데 사용된다. 상기 자석(10)은 평행 육면체이고 수직 측면을 갖는다.

이러한 제1 경우, 상기 유도는 자석 구비형 이동 부품의 이동에 따라 갑자기 역전된다. 따라서, 발생된 토크는 하나의 극성에서 다른 극성으로의 갑작스러운 전이에 의해 야기되는 높은 수준의 리플을 갖는다.

점선은 접착에 의해 로터의 자석(10)이 측방향 경사진 에지(22)를 갖는 고정 스트립(18)에 의해 유지되는 로터의 경우를 나타내는데 사용된다.

이 경우, 역전은 상당히 완화되어 상기 토크의 리플 수준을 매우 감소시키는 것을 나타내고 있다. 그러나, 상기 로터가 이동하면, 유도가 최대가 되지 않는 상당한 면적이 존재한다. 평균 토크는 크게 감소되어, 상기 동기기의 전체 성능을 매우 불리한 방식으로 저하시킨다.

실선으로 나타낸 제3 경우는 로터의 자석(10)이 본 발명에 따른 라운드형 측방향 에지를 갖는 고정 스트립(18)에 의해 유지되는 로터에 대응한다.

그래서, 역전이 제한된 기간 동안 서서히 발생하는 것이 보여진다. 이는 토크 리플을 감소시키면서 높은 평균 토크를 유지하는데 유리하게 도움을 준다.

본 발명이 위에서 설명되고 여러 도면에서 도시된 바람직한 실시예에 제한되는 것이 아니라는 것은 명백하고, 당업자라면 청구범위에서 정해진 본 발명의 범위나 내용을 벗어남이 없이 다수의 변화 및 다른 변형을 만들 수 있을 것이다.

Claims (15)

1. 한 세트의 유도 코일(8)을 포함하는 고정 스테이터(2)의 전방에서 이동을 위해 제공되는 영구자석 동기기(1)용 자석 구비형 이동 부품(3)으로서, 상기 이동 부품(3)은 금속 프레임(9) 및 상기 프레임(9)에 통합되는 일련의 영구자석(10)으로 이루어지고, 이러한 자석(10)은 서로 평행하며 상기 이동 부품(3)의 이동에 수직한 열(13)로 배열되고, 이러한 자석(10)은 동일한 열(13) 내에서 동일 극성을 갖고, 상기 이동 부품(3)은 영구자석(10)의 두 연속적 열(13) 사이에 길이방향으로 배치되고 상기 프레임(9)에 기계적으로 고정되는 적어도 하나의 비자성 고정 스트립(18)을 또한 포함하는, 영구자석 동기기(1)용 자석 구비형 이동 부품(3)으로서,
   상기 고정 스트립(18)은:
   ● 이러한 두 열(13)의 전체 길이에 걸쳐 대략 연장되고 이러한 두 열(13)의 모든 자석(10)을 차단하는데 기여하고,
   ● 이러한 두 열(13)의 자석(10)의 수직 차단을 가능하게 하는 볼록한 라운드형 측방향 측면(22)을 갖는 지지 베이스(19), 및 이러한 두 열(13) 사이에서 스페이서로서 작용하고 상기 고정 스트립(18)의 측면 상에 이러한 두 열(13)의 자석(10)의 측방향 차단을 제공하는 길이방향 상부 연장부(20)를 포함하고,
   이러한 두 열(13)의 각 자석(10)은, 상기 고정 스트립(18)에 인접한 그의 에지(24)에서, 상기 자석의 총 높이의 적어도 절반과 같은 높이 및, 상기 고정 스트립(18)의 지지 베이스(19)가 적어도 부분적으로 치합되는, 상기 고정 스트립(18)의 지지 베이스(19)의 대응하는 볼록한 라운드형 측방향 측면(22)을 보완하는 형상을 갖는 오목한 라운드부(26)를 포함하는,
   영구자석 동기기(1)용 자석 구비형 이동 부품(3).
2. 제1항에 있어서, 상기 이동 부품은 영구자석(10)의 열(13)의 각각 사이에 고정 스트립(18)을 포함하는, 자석 구비형 이동 부품(3).
3. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 스트립(18)은 상기 프레임(9)에 형성된 홀(9a)을 통과하며 상기 고정 스트립(18)의 나사산 홀(19a)에 치합되는 스크류(27)를 이용하여 상기 프레임(9)에 고정되는, 자석 구비형 이동 부품.
4. 제3항에 있어서, 상기 상부 길이방향 연장부(20)의 폭은 상기 고정 스트립(18)의 나사산 홀(19a)의 직경보다 작은, 자석 구비형 이동 부품(3).
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 나사산 홀(19a)은 상기 고정 스트립(18)의 지지 베이스(19)에 형성되고, 상기 고정 스트립(18)의 길이방향 상부 연장부(20)는 이러한 나사산 홀(19a)에서 차단되는, 자석 구비형 이동 부품(3).
6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 스트립(18)은, 그의 적어도 일단(29)에서, 상기 고정 스트립(18)이 배치되는 두 열(13) 중 적어도 하나의 열의 마지막 자석(10)에 대해 받침대로서 역할을 하는 연장부(30)를 포함하고, 이에 따라 이러한 연장부(30)는 이러한 열(13)에서 상기 자석(10)의 길이방향 차단을 가능하게 하는, 자석 구비형 이동 부품(3).
7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 스트립(18)의 지지 베이스(19)의 볼록한 라운형 측면(22)은 인벌류트형 또는 아치형인, 자석 구비형 이동 부품(3).
8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동 부품은 모터나 발전기를 위해 선형 또는 회전 이동을 갖는 이동 부품인, 자석 구비형 이동 부품(3).
9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동 부품은 견인 모터 로터(4)인, 자석 구비형 이동 부품(3).
10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영구자석(10)은 접착에 의해 상기 프레임(9)에 고정되는, 자석 구비형 이동 부품(3).
11. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영구자석(10) 및 상기 프레임(9)의 적어도 일부는 지지, 유지, 및 보호를 위해 수지로 코팅되는, 자석 구비형 이동 부품(3).
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 자석 구비형 이동 부품(3)의 프레임(9)에 영구자석(10)을 고정하는 방법으로서, 상기 방법은:
    ● 반경방향으로 상기 프레임(9)에 홀(9a)을 제공하는 단계,
    ● 영구자석(10) 또는 자화가능 요소를 이용하여 열을 형성하고 상기 프레임에 이러한 열을 배치하여, 상이한 열(13)의 영구자석(10) 또는 자화가능 요소 사이에 적어도 빈 공간을 남기는 단계,
    ● 상기 홀(9a)을 통과하며 적어도 비자성 고정 스트립(18)에 치합되는 스크류(27)에 의해 상기 프레임에 고정되는 상기 고정 스트립(18)을 이용하여 상기 프레임(9) 상에서 상기 영구자석(10) 또는 자화가능 요소를 이용하는 단계,
    ● 상기 자유 공간을 지지 수지로 채우는 단계,
    ● 상기 지지 수지를 중합하는 단계, 및
    ● 자화가능 요소가 사용되는 경우에, 상기 자화가능 요소가 영구자석(10)이 되도록 상기 자화가능 요소를 자화시키는 단계
    를 포함하는 자석 구비형 이동 부품(3)의 프레임(9)에 영구자석(10)을 고정하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 방법은 자화가능 요소 또는 영구자석(10)을, 고정 스트립(18)을 이용하는 고정 작업 외에 또한 이전의 접착 작업에 의해서, 상기 프레임(9)에 고정하는 것으로 이루어지는, 프레임에 영구자석(10)을 고정하는 방법.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 방법은 상기 고정 스트립(18)을 스크류를 이용하여 상기 프레임(9)에 직접 체결하는 것으로 이루어지는, 프레임(9)에 영구자석(10)을 고정하는 방법.
15. 영구자석(10)을 구비한 동기기로서, 상기 동기기는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 자석 구비형 이동 부품(3)을 포함하는, 동기기.

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