KR20170088707A - 회전전기기계 - Google Patents

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KR20170088707A
KR20170088707A KR1020160008951A KR20160008951A KR20170088707A KR 20170088707 A KR20170088707 A KR 20170088707A KR 1020160008951 A KR1020160008951 A KR 1020160008951A KR 20160008951 A KR20160008951 A KR 20160008951A KR 20170088707 A KR20170088707 A KR 20170088707A
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Abstract

본 발명은 회전전기기계에 관한 것으로서, 회전축, 상기 회전축에 결합되는 로터코어 및 상기 로터코어에 권선되는 로터코일을 구비하고 스테이터에 대해 상대 운동 하는 로터; 상기 회전축에 결합되는 슬립링; 상기 슬립링에 구비되는 영구자석; 및 상기 영구자석과 이격되어 상기 영구자석의 회전위치를 검출하는 자기센서;를 구비하여 구성된다. 이에 의해, 상기 영구자석의 회전 반경을 줄일 수 있어 설치 공간을 줄일 수 있고, 상기 영구자석 투입량을 줄일 수 있어 제조비용을 저감할 수 있다.

Description

회전전기기계{ROTATING ELECTRIC MACHINE}
본 발명은, 회전전기기계에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 회전전기기계는, 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 전동기 및 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기를 포함한다.
이러한 회전전기계는, 스테이터 및 상기 스테이터에 대해 회전운동하는 로터를 구비한다.
상기 스테이터는, 스테이터코어 및 상기 스테이터코어에 권선되는 스테이터코일을 구비한다.
상기 로터는, 회전축, 상기 회전축에 결합되는 로터코어, 및 상기 로터코어에 결합되는 영구자석 또는 로터코일을 구비한다.
상기 로터코일을 구비한 전기기계에는 상기 로터코일에 전원을 공급할 수 있게 로터코일용 전원공급부가 구비된다.
상기 로터코일용 전원공급부는, 상기 회전축에 결합되는 슬립링 및 상기 슬립링과 통전 가능하게 접촉되는 브러시를 구비하여 구성된다.
한편, 상기 회전전기기계 중 일부에는, 상기 로터의 회전을 제어하기 위한 인버터가 구비된다.
상기 회전전기기계에는 상기 로터의 회전위치를 검출하기 위해 로터회전위치검출장치가 구비된다.
상기 로터의 회전위치검출장치는, 영구자석과, 상기 영구자석의 자계를 감지하는 자기센서를 구비하여 구성된다.
그런데, 이러한 종래의 회전전기기계에 있어서는, 로터의 회전위치 및/또는 회전수를 감지하기 위해 로터에 마그넷 또는 영구자석(이하, "영구자석"으로 표기함)이 구비된 감지디스크 또는 링 형상의 영구자석을 설치하도록 되어 있어, 상대적으로 많은 설치공간이 소요되어 콤팩트한 구성이 곤란하게 되는 문제점이 있다.
또한, 감지디스크에 다수 개의 영구자석을 배치하거나 영구자석을 링 형상으로 형성하도록 되어 있어, 상대적으로 고가인 영구자석의 투입량이 증가하게 되어 비용이 상승하게 된다고 하는 문제점이 있다.
또한, 감지디스크 및 영구자석의 회전 반경이 상대적으로 커서 회전 시 원심력의 작용에 의해 손상이 발생되거나 수명이 단축될 수 있다고 하는 문제점이 있다.
또한, 영구자석이 미리 설정된 위치에 정확하게 배치되기가 용이하지 아니하고, 이에 기인하여 감지신뢰도가 저해되는 문제점이 있다.
KR 10-0677242 B1 KR 20-0451423 Y1
따라서, 본 발명은, 설치공간을 줄일 수 있어 콤팩트 한 구성이 가능한 회전전기기계를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 영구자석 투입량을 줄일 수 있어 제조비용을 저감할 수 있는 회전전기기계를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 영구자석 및/또는 영구자석의 지지 구조물의 원심력에 의한 손상 발생을 억제할 수 있는 회전전기기계를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 영구자석이 미리 설정된 위치에 정확하게 배치될 수 있어 감지 신뢰도를 제고시킬 수 있는 회전전기기계를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 프레임; 상기 프레임에 의해 지지되는 스테이터; 회전축, 상기 회전축에 결합되는 로터코어 및 상기 로터코어에 권선되는 로터코일을 구비하고 상기 스테이터에 대해 상대 운동 하는 로터; 상기 회전축에 결합되는 슬립링; 상기 슬립링에 구비되는 영구자석; 및 상기 영구자석과 이격되어 상기 영구자석의 회전위치를 검출하는 자기센서;를 포함하는 회전전기기계를 제공한다.
실시예에 있어서, 상기 슬립링은, 상기 회전축의 일 단부가 내부에 수용되는 바디; 전기 전도체로 상기 바디의 둘레에 서로 이격되게 형성되는 복수의 도체링; 및 상기 바디의 일 측에 상기 영구자석이 결합될 수 있게 형성되는 영구자석결합부;를 구비하여 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 영구자석결합부는 상기 회전축의 축방향을 따라 상기 바디의 단부에 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 영구자석 및 상기 영구자석결합부는 단수 개로 각각 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 자기센서는 상기 축방향을 따라 상기 영구자석과 이격 배치되게 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 영구자석결합부는 상기 바디의 단부에 축방향을 따라 함몰되게 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 영구자석결합부의 일 측에는 상기 로터코일의 극성을 표시하는 표시부가 구비될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 자기센서는 상기 영구자석으로부터 축방향을 따라 2.3 내지 3.5mm 이격 배치되게 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 회전축의 축방향을 따라 일 측에는 인버터가 구비될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 자기센서는 상기 인버터의 인쇄회로기판에 구비되게 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 바디의 타 단부에는 상기 회전축의 축방향을 따라 연장되는 복수의 레그를 구비하고, 상기 각 레그의 내부에는 일 단부가 상기 각 도체링에 각각 통전가능하게 연결되고 타 단부는 상기 로터코일에 통전가능하게 연결되는 연결부재가 각각 구비될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 각 연결부재의 단부에는 상기 로터코일과 결합을 위한 결합부가 각각 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 각 결합부는 상기 로터코일의 인출선의 단부를 감쌀수 있게 절곡 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 각 결합부는 상기 로터코일의 인출선이 삽입된 후 상기 인출선과 밀착되게 가압되어 소성변형되게 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 자기센서는 이방성자기저항소자를 구비한 에이엠알(AMR) 센서로 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 영구자석결합부는 상기 바디의 원주방향을 따라 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 영구자석은 원형 고리 형상을 구비하고, 상기 영구자석결합부는 상기 영구자석이 축방향을 따라 삽입될 수 있게 상기 바디의 외경을 반경방향으로 축소되게 절취하여 상기 영구자석의 내경에 대응되는 외경을 구비하게 구성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 영구자석결합부에는 상기 영구자석이 축방향으로 이동되는 것을 억제하는 영구자석고정부재가 구비될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 자기센서는 상기 바디의 반경방향을 따라 상기 영구자석결합부로부터 이격되게 배치될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 회전축의 축방향을 따라 일 측에는 인버터가 구비되며, 상기 자기센서는 상기 인버터의 구성요소를 지지하는 지지기판에 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 로터의 회전축에 결합되는 슬립링에 영구자석결합부를 마련함으로써, 설치공간을 줄일 수 있어 콤팩트 한 구성이 가능하다.
또한, 슬립링의 단부에 영구자석결합부가 함몰형성되도록 함으로써, 원심력에 의한 영구자석의 손상 및/또는 영구자석을 지지하는 구조물의 손상을 억제할 수 있다.
또한, 영구자석 및 영구자석결합부를 각각 단수 개로 형성되도록 함으로써, 영구자석의 사용량(투입량)을 저감할 수 있다.
또한, 슬립링에 영구자석결합부가 형성되도록 함으로써, 영구자석의 지지를 위해 새로운 구조물을 부가하는 경우에 비해 영구자석을 미리 설정된 위치에 상대적으로 정확하게 배치되게 할 수 있어, 감지 신뢰도가 제고될 수 있다.
또한, 영구자석의 결합을 위한 새로운 구조물을 부가하지 아니하므로 제작 및 조립이 용이하게 될 수 있고 제조 비용 상승을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도,
도 2는 도 1의 회전축 및 슬립링의 결합상태의 단면도,
도 3은 도 1의 슬립링의 사시도,
도 4는 도 3의 슬립링의 측면도,
도 5는 도 3의 저면도,
도 6은 도 3의 평면도,
도 7은 도 6의 영구자석의 결합 전 상태를 도시한 도면,
도 8은 도 7의 부분단면도,
도 9는 도 1의 요부확대도,
도 10 및 도 11은 각각 도 9의 영구자석 및 자기센서의 작용을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도,
도 13은 도 12의 요부확대도,
도 14는 도 13의 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 본 명세서는, 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전전기기계는, 프레임(110); 상기 프레임(110)에 의해 지지되는 스테이터(130); 회전축(161), 상기 회전축(161)에 결합되는 로터코어(181) 및 상기 로터코어(181)에 권선되는 로터코일(181)을 구비하고 상기 스테이터(130)에 대해 상대 운동 하는 로터(160); 상기 회전축(161)에 결합되는 슬립링(260a); 상기 슬립링(260a)에 구비되는 영구자석(220); 및 상기 영구자석(220)과 이격되어 상기 영구자석(220)의 회전위치를 검출하는 자기센서(230);를 구비하여 구성될 수 있다.
프레임(110)은, 예를 들면, 상기 스테이터(130)의 양 단부에 결합되게 구성될 수 있다.
상기 프레임(110)은, 예를 들면, 축방향을 따라 상기 스테이터(130)의 양 측에 각각 결합되는 제1프레임(112) 및 제2프레임(114)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터(130)는, 스테이터코어(131) 및 상기 스테이터코어(131)에 권선되는 스테이터코일(141)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코어(131)는, 예를 들면, 내부에 상기 로터(160)가 수용되는 로터수용공(134)이 형성될 수 있다.
상기 스테이터코어(131)는, 상기 로터수용공(134)의 둘레에 복수의 슬롯(136) 및 티스(138)가 구비되게 구성될 수 있다.
상기 스테이터코어(131)는, 상기 로터수용공(134), 슬롯(136) 및 티스(138)가 구비된 복수의 전기강판(132)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
상기 로터(160)는, 회전축(161), 상기 회전축(161)을 중심으로 회전하는 로터코어(181) 및 상기 로터코어(181)에 권선되는 로터코일(181)을 구비할 수 있다.
상기 로터코어(181)의 중앙에는 상기 회전축(161)이 삽입되는 축공((174)이 구비될 수 있다.
상기 로터코어(181)는, 상기 축공(174)의 둘레에 복수의 슬롯(176) 및 티스(178)가 구비될 수 있다.
상기 로터코어(181)는, 예를 들면, 상기 축공(174), 상기 슬롯(176) 및 티스(178)가 구비된 복수의 전기강판(172)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
상기 회전축(161)은 베어링(117)에 의해 양 측이 회전 가능하게 지지될 수 있다.
상기 프레임(110)에는 상기 베어링(117)이 각각 결합되는 베어링결합부(115)가 각각 구비될 수 있다.
상기 회전축(161)의 일 단부에는 풀리(165)가 구비될 수 있다.
상기 풀리(165)는, 예를 들면, 도면에는 도시되지 아니하였으나, 차량의 엔진의 풀리와 동력전달벨트에 의해 연결될 수 있다.
이에 의해, 본 실시예의 회전전기기계는, 상기 차량의 엔진으로부터 구동력을 전달받아 회전 시 전기에너지를 생산하는 발전기로 기능할 수 있다.
또한, 본 실시예의 회전전기기계는, 예를 들면, 차량의 배터리로부터 전원을 공급받아 회전하는 경우 상기 차량의 엔진을 회전 구동시키는 시동모터(motor) 또는 시동기(starter)로서 기능할 수 있다.
상기 로터(160)는, 예를 들면, 회전 시 공기의 이동을 촉진시키는 팬(190)이 구비될 수 있다.
상기 팬(190)은, 예를 들면, 상기 로터(160)의 양 측에 구비되는 제1팬(192) 및 제2팬(194)을 구비하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1팬(192) 및 제2팬(194)은, 예들 들면, 서로 다른 송풍능력을 구비하게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 제2팬(194)이 상기 제1팬(192)에 비해 큰 송풍능력을 구비하게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 제2팬(194)은 상기 제1팬(194)의 블레이드의 크기에 비해 큰 크기의 블레이드를 구비하게 구성될 수 있다.
본 실시예의 회전전기기계는 인버터(240)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 인버터(240)는, 예를 들면, 내부에 수용공간을 형성하는 인버터케이스(242), 제어프로그램을 구비한 인쇄회로기판(245); 및 소위 아이지비티(IGBT)라고 하는 복수의 스위칭소자(248)가 구비되는 지지기판(247)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 인버터케이스(242)는, 예를 들면, 상기 제2프레임(114)에 결합될 수 있다.
한편, 본 실시예의 회전전기기계는 상기 로터코일(181)에 전원을 공급하는 로터코일전원공급부가 구비될 수 있다.
상기 로터코일전원공급부는, 예를 들면, 상기 회전축(161)에 결합되는 슬립링(260a); 및 상기 슬립링(260a)과 통전 가능하게 접촉되는 브러시(미도시);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 슬립링(260a)은, 예를 들면 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(161)의 일 단부가 내부에 수용되는 바디(262); 전기 전도체로 상기 바디(262)의 둘레에 서로 이격되게 형성되는 복수의 도체링(271); 및 상기 바디(262)의 일 측에 상기 영구자석(220)이 결합될 수 있게 형성되는 영구자석결합부(270);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 바디(262)는, 예를 들면, 전기 절연부재로 형성될 수 있다.
상기 바디(262)는, 예를 들면, 소위 피피에스(PPS:polyphenylene sulfide)라고 하는 엔지니어링 플라스틱으로 구성될 수 있다.
상기 바디(262)는, 예를 들면, 내부에 상기 회전축(161)의 일 단부가 수용될 수 있게 회전축수용부(264)가 형성될 수 있다.
상기 바디(262)는, 원통 형상을 구비할 수 있다.
상기 도체링(271)은 복수 개로 구성될 수 있다.
상기 각 도체링(271)은 전기 전도체로 링 형상으로 각각 구성될 수 있다.
상기 각 도체링(271)은, 예를 들면, 구리(Cu) 부재로 각각 형성될 수 있다.
상기 도체링(271)은 축방향을 따라 서로 이격되게 배치될 수 있다.
상기 도체링(271)은 상기 바디(262)에 의해 상호 절연되게 지지될 수 있다.
상기 도체링(271)은 상기 바디(262)의 내경에 비해 큰 내경을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 도체링(271)은 상기 바디(262)의 외경에 비해 큰 외경을 구비하게 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 각 도체링(271)은 상기 바디(262)의 외경면에 비해 반경방향을 따라 외측으로 각각 돌출될 수 있다.
상기 각 도체링(271)은 상기 브러시와 접촉되는 외경면은 외부에 노출되고 내경 및 양 측부의 일 부가 상기 바디(262)의 내부에 삽입되어 상기 바디(262)에 의해 절연 상태로 지지될 수 있다.
상기 바디(262)의 일 측에는 상기 로터코일(181)측으로 연장된 한 쌍의 레그(280)가 구비될 수 있다.
상기 각 레그(280)의 내부에는 일 단부는 상기 도체링(271)에 연결되고 타 단부는 상기 로터코일(181)에 연결되는 연결부재(282)가 각각 구비될 수 있다.
상기 각 연결부재(282)는, 예를 들면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 직사각 단면을 구비한 긴 판상 부재로 각각 형성될 수 있다.
상기 각 연결부재(282)는, 예를 들면, 상기 도체링(271)과 동일한 재질로 각각 형성될 수 있다.
상기 각 연결부재(282)는, 구리(Cu) 부재로 각각 형성될 수 있다.
상기 각 연결부재(282)는 해당 도체링(271)에 통전 가능하게 일체로 각각 연결될 수 있다.
상기 각 연결부재(282)는, 예를 들면, 상기 도체링(271)과 용접 결합될 수 있다.
상기 각 레그(280)는 상기 바디(262)의 일 단으로부터 축방향을 따라 연장되고 반경방향으로 절곡되어 외측으로 연장되어 대략 'L'형상을 구비할 수 있다.
상기 각 연결부재(282)는 상기 레그(280)의 단부의 외측으로 연장되어 외부에 노출될 수 있다.
상기 각 연결부재(282)의 단부에는 상기 로터코일(181)의 각 일단부가 통전 가능하게 연결될 수 있게 연결편(285)이 각각 구비될 수 있다.
상기 각 연결편(285)은, 예를 들면 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 일 측이 개방된 곡선 단면 형상으로 구현될 수 있다.
상기 각 연결편(285)은, 예를 들면, 일 단부는 해당 연결부재(282)의 단부에 통전 가능하게 각각 연결되고, 타 단부는 해당 연결부재(282)의 단부와 틈새를 두고 각각 이격 배치될 수 있다.
상기 각 연결편(285)은, 내부에 상기 로터코일(181)의 각 단부가 삽입된 후, 상기 연결편(285)과 상기 로터코일(181)의 단부가 상호 밀착될 수 있게 가압되고, 통전 가능한 상태를 유지할 수 있게 소성 변형(예를 들면, 코킹(caulking))될 수 있다.
한편, 상기 바디(262)의 일 측에는 영구자석결합부(270)가 형성될 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)는 상기 바디(262)의 일 단부로부터 축방향을 따라 연장되게 형성될 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)는 상기 바디(262)의 단부에 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 영구자석(220)의 크기가 상기 회전축(161)의 직경에 대응되는 크기로 감소되어 상기 영구자석(220)의 투입량을 감소시킬 수 있어 제조비용을 저감할 수 있다.
또한, 상기 영구자석(220)이 상기 회전축(161)의 반경방향을 따라 이격되지 아니하므로, 회전반경을 줄일 수 있어 설치 공간이 감소되어 콤팩트한 구성이 가능할 수 있다.
또한, 상기 영구자석(220)은 상기 회전축(161)의 단부에 배치되므로 회전 시 원심력에 의한 영구자석(220)의 손상 발생 및/또는 상기 영구자석(220)의 지지를 위한 구조물, 즉 상기 영구자석결합부(270)의 손상 발생이 억제될 수 있다.
또한, 상기 영구자석(220)은 상기 슬립링(260a)의 단부에 결합되도록 구성됨으로써, 상기 회전축(161)의 중심에 대해 미리 설정된 조립위치에 정확하게 배치되는 것이 가능하여 감지 신뢰도가 제고될 수 있다.
상기 영구자석(220)은, 예를 들면, 직사각형 형상으로 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 영구자석(220)이 직사각형의 판상으로 형성된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시에 불과하며, 다각형 형상 또는 원반 형상을 구비하게 구성될 수도 있다.
상기 영구자석결합부(270)는, 상기 영구자석(220)이 축방향을 따라 수용될 수 있게 축방향을 따라 함몰된 삽입홈(275)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)는, 예를 들면, 관통공(277)에 의해 상기 회전축수용부(264)와 상호 연통되게 형성될 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)의 삽입홈(275)둘레에는 상기 로터코일(181)의 극성을 표시하는 극성표시부(266)가 형성될 수 있다.
상기 극성표시부(266)는 상기 레그(280)에 대응되게 각각 형성될 수 있다.
상기 극성표시부(266)는, 극성을 표시하는 문자(예를 들면, +,- )를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)의 삽입홈(275)의 둘레에는, 예를 들면 도 7에 도시된 바와 같이, 제조시 소요되는 치구 또는 공구가 결합되는 조작홈(367)이 구비될 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)의 각 모서리에는, 예를 들면 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 영구자석(220)의 삽입 시 상기 영구자석(220)의 모서리의 간섭 발생이 억제될 수 있게 간섭방지부(272)가 형성될 수 있다.
상기 간섭방지부(272)는, 예를 들면, 상기 영구자석결합부(270)의 모서리를 중심으로 미리 설정된 크기의 반경을 가지는 원통 형상으로 구현될 수 있다.
이에 의해, 상기 삽입홈(275)의 네 모서리는 상기 각 간섭방지부(272)와 연통되어 확장됨으로써, 상기 영구자석(220)의 결합시 상기 영구자석(220)의 각 모서리로부터 이격되어 접촉이 억제됨으로써, 상기 영구자석(220)의 결합이 용이하게 될 수 있고, 상기 영구자석(220)의 모서리의 손상 발생이 억제될 수 있다.
한편, 상기 영구자석결합부(270)의 일 측에는 상기 영구자석(220)의 자계를 감지할 수 있게 자기센서(230)가 구비될 수 있다.
상기 자기센서(230)는, 예를 들면 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(161)의 축방향을 따라 상기 영구자석(220)으로부터 이격되게 배치될 수 있다.
상기 자기센서(230)는, 예를 들면, 상기 인버터(240)의 인쇄회로기판(245)에 구비될 수 있다.
상기 자기센서(230)는, 예를 들면, 상기 영구자석(220)의 표면으로부터 2.0 내지 3.8mm 이격되게 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 자기센서(230)는 상기 영구자석(220)으로부터 2.9mm 이격되게 배치된 경우를 예시하고 있으나, 간격은 2.0mm 내지 3.8mm 범위 이내에서 적절히 조절될 수 있다.
상기 영구자석(220)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 판면방향을 따라 서로 다른 자극(N극, S극)이 형성되게 구성될 수 있다.
상기 영구자석(220)은 도면을 기준으로 예를 들면, 상측이 N극, 하측이 S극이 형성되게 착자될 수 있다.
이에 의해, 상기 영구자석(220)의 자축은 도면상 상하방향으로 형성될 수 있다.
상기 자기센서(230)는, 예를 들면, 강자성 금속에서 전류와 자화(자속)의 방향이 서로 평행일 때 저항이 최대로 되고, 서로 수직한 경우 최소로 되는 소위 이방성 자기저항(anisotropic magnetoresistive, AMR) 효과를 이용하는 이방성 자기저항 트랜스듀서를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 자기센서(230)는 상기 영구자석(220)의 자축에 평행한 감지면을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 영구자석(220)은, 예를 들면 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 영구자석220)의 중심(x)이 상기 자기센서(230)의 중심(x)과 대응되게 배치되어 상대 회전될 수 있다.
상기 회전축(161)의 회전에 의해 상기 영구자석(220)의 자축(자속방향)이 상기 자기센서(230)의 전류의 흐름에 대해 평행하게 변화하거나 수직으로 변화하는 것에 따라 박막의 저항이 변화하는 것을 감지하여 이를 외부에 감지신호로 출력할 수 있게 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 슬립링(260a)의 바디(262)의 내부에 상기 회전축(161)의 단부가 삽입되게 상기 슬립링(260a)을 상기 회전축(161)에 결합할 수 있다.
상기 슬립링(260a)의 레그(280)의 연결편(285)의 내부에 상기 로터코일(181)의 해당 단부를 각각 삽입하고, 각 연결편(285)을 가압하여 연결편(285)과 상기 로터코일(181)의 단부가 밀착되고 밀착된 상태가 유지되게 소성 변형되게 할 수 있다.
상기 슬립링(260a)의 영구자석결합부(270)의 내부에 접착제를 도포한 후 상기 영구자석(220)을 삽입 결합할 수 있다.
이때, 상기 영구자석(220)은 상기 영구자석결합부(270)의 삽입 전에 상기 영구자석결합부(270)의 둘레의 극성표시부(266)를 확인하고, 상기 로터코일(181)의 극성방향과 상기 영구자석(220)의 자축(자속)방향이 서로 수직으로(예를 들면, 도면상 극성표시부(266)가 좌우방향으로 배치된 경우 상하방향) 배치되게 결합될 수 있다.
한편, 운전이 개시되어 상기 스테이터코일(141) 및 상기 로터코일(181)에 각각 전원이 공급되면 상기 스테이터코일(141) 및 로터코일(181)에 의해 각각 자계가 형성되고, 이들 자계의 상호 작용(흡인 및/또는 반발)에 의해 상기 로터(160)는 상기 회전축(161)을 중심으로 회전될 수 있다.
상기 회전축(161)이 회전되면 상기 슬립링(260a)이 회전되고, 상기 자기센서(230)는 상기 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 슬립링(260a)의 회전에 기인한 상기 영구자석(220)의 자축의 변화에 따른 자기저항의 변화를 감지하고 이를 외부에 감지신호로 출력할 수 있다.
이하, 도 12 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
본 실시예의 회전전기기계는, 전술 및 도 12에 도시된 바와 같이, 프레임(110); 상기 프레임(110)에 의해 지지되는 스테이터(130); 회전축(161), 상기 회전축(161)에 결합되는 로터코어(181) 및 상기 로터코어(181)에 권선되는 로터코일(181)을 구비하고 상기 스테이터(130)에 대해 상대 운동 하는 로터(160); 상기 회전축(161)에 결합되는 슬립링(260b); 상기 슬립링(260b)에 구비되는 영구자석(222); 및 상기 영구자석(222)과 이격되어 상기 영구자석(222)의 회전위치를 검출하는 자기센서(310);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터(130)는, 스테이터코어(131) 및 상기 스테이터코어(131)에 권선되는 스테이터코일(141)을 구비할 수 있다.
상기 회전축(161)의 일 측에는 상기 로터코일(181)에 전원을 공급하는 로터코일전원공급부가 구비될 수 있다.
상기 로터코일전원공급부는, 상기 회전축(161)에 구비되는 슬립링(260b) 및 상기 슬립링(260b)에 통전 가능하게 접촉되는 브러시(미도시)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 슬립링(260b)은, 예를 들면 전술 및 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(161)의 일 단부가 내부에 수용되는 바디(262); 전기 전도체로 상기 바디(262)의 둘레에 서로 이격되게 형성되는 복수의 도체링(271); 및 상기 바디(262)의 일 측에 상기 영구자석(222)을 수용할 수 있게 형성되는 영구자석결합부(270);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 바디(262)는, 예를 들면, 전기 절연 부재로 원통 형상으로 구현될 수 있다.
상기 바디(262)는, 내부에 상기 회전축(161)의 일 단부가 삽입될 수 있게 일 측으로 개구된 원통형상으로 구성될 수 있다.
상기 바디(262)의 외면에는 영구자석(222)이 삽입 결합될 수 있게 영구자석결합부(270)가 형성될 수 있다.
상기 영구자석(222)은, 예를 들면, 원형 고리 형상으로 구현될 수 있다.
이에 의해, 영구자석(222)의 크기가 상기 슬립링(260b)의 크기에 대응되게 감소될 수 있어 영구자석(222)의 투입량을 저감할 수 있다.
또한, 영구자석(222)의 회전반경의 크기를 줄일 수 있어 설치 공간을 줄일 수 있어 콤팩트 한 구성이 가능할 수 있다
또한, 영구자석(222)의 회전 반경의 크기를 줄일 수 있어 원심력에 의한 영구자석(222)의 손상 발생 및 영구자석(222)의 지지를 위한 구조물의 손상 발생을 억제할 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)는 상기 영구자석(222)의 반경방향의 두께를 고려하여 형성될 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 영구자석(222)은 외경면이 상기 바디(262)의 외경면에 대응되게 형성될 수 있다.
상기 영구자석(222)은, 예를 들면, 외경이 상기 바디(262)의 외경과 동일하게 형성될 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)는, 예를 들면, 상기 영구자석(222)의 내경면에 접촉될 수 있게 상기 바디(262)의 외경에 비해 축소된 외경면(279) 및 단턱(278)을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)는 상기 바디(262)의 외경에 비해 축소된 외경을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)는 상기 바디(262)의 단부로부터 축방향을 따라 절취되게 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 영구자석(222)은 상기 바디(262)의 단부로부터 축방향을 따라 삽입 결합될 수 있다.
상기 영구자석결합부(270)에는 상기 영구자석(222)의 일 측에 접촉되게 배치되어 상기 영구자석(222)의 축방향 유격을 억제하는 영구자석고정부재(290)가 구비될 수 있다.
상기 영구자석고정부재(290)는 상기 영구자석결합부(270)에 일체로 고정 결합될 수 있다.
상기 영구자석고정부재(290)는, 예를 들면, 상기 영구자석결합부(270)에 접착제에 의해 일체로 결합될 수 있다.
상기 영구자석고정부재(290)는, 예를 들면, 상기 영구자석결합부(270)와 상호 나사결합되게 구성될 수도 있다.
또한, 상기 영구자석고정부재(290)는, 예를 들면, 상기 영구자석결합부(270)에 융착 결합되게 구성될 수도 있다.
본 실시예에서, 상기 영구자석(222)의 원형 고리 형상으로 형성된 경우를 예시하고 있으나, 원호형상으로 형성될 수도 있다.
상기 영구자석(222)은 원주방향을 따라 서로 다른 자극이 배치되게 구성될 수 있다.
상기 영구자석(222)의 일 측에는 상기 영구자석(222)의 자계를 감지하는 자기센서(310)가 구비될 수 있다.
상기 자기센서(310)는, 예를 들면, 전류가 흐르는 도체에 전류의 방향에 수직으로 자기장이 형성될 때 도체 내에 전류와 수직방향으로 전위차가 발생되는 홀 효과(Hall effect)를 이용한 홀 센서(Hall sensor)(314)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 자기센서(310)는, 복수의 홀 센서(314)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 자기센서는, 예를 들면 도 14에 도시된 바와 같이, 기판(312)과, 상기 기판(312)에 서로 이격 배치되는 복수의 홀 센서(314)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 복수의 홀 센서(314)는 상기 영구자석(222)의 둘레에 동일 원호 상에 이격 배치될 수 있다.
상기 자기센서(310)는, 예를 들면, 상기 인버터(240)의 지지기판(247)에 구비될 수 있다.
상기 자기센서(310)는 도면에는 구체적으로 도시하지 아니하였으나, 감지결과를 출력할 수 있게 제어부와 통신 가능하게 연결될 수 있다.
상기 자기센서(310)의 기판(312)에는, 예를 들면, 상기 홀 센서(314)와 신호 전송 가능하게 연결되는 케이블(315) 및 일 측은 상기 케이블(315)에 연결되고 타 측은 다른 커넥터와 접속되는 커넥터(317)가 구비될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 슬립링(260b)의 바디(262)의 영구자석결합부(270)에 영구자석(222)이 결합되고, 상기 영구자석고정부재(290)가 일체로 고정결합될 수 있다.
상기 회전축(161)의 단부에 상기 슬립링(260b)이 결합되고, 상기 슬립링(260b)의 레그(280)의 연결편(285)에 상기 로터코일(181)의 각 단부가 각각 연결된 후 상기 연결편(285)이 각각 소정 변형될 수 있다.
상기 슬립링(260b)의 둘레에 상기 인버터(240)의 지지기판(247)이 결합되고, 상기 영구자석(222)의 둘레에 상기 자기센서(310)가 배치될 수 있다.
한편, 운전이 개시되어 상기 스테이터코일(141) 및 상기 로터코일(181)에 각각 전원이 공급되면 상기 스테이터코일(141) 및 로터코일(181)에 의해 각각 형성된 자계의 상호 작용으로 상기 로터(160)는 상기 회전축(161)을 중심으로 회전될 수 있다.
상기 회전축(161)이 회전되면 상기 슬립링(260b)이 회전되고, 상기 자기센서(310)는 상기 영구자석(222)의 자계를 감지하여 이를 외부에 감지신호로 출력할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 프레임 115 : 베어링결합부
117 : 베어링 130 : 스테이터
131 : 스테이터코어 132,172 : 전기강판
141 : 스테이터코일 160 : 로터
161 : 회전축 171 : 로터코어
181 : 로터코일 190 : 팬
192 : 제1팬 194: 제2팬
220,222 : 영구자석 230,320 : 자기센서
240: 인버터 242 : 인버터케이스
245: 인쇄회로기판 247 : 지지기판
248: 스위칭소자 260a,260b : 슬립링
262 : 바디 264: 회전축수용부
266 : 극성표시부 267 : 조작홈
270 : 영구자석결합부 271 : 도체링
272 : 간섭방지부 275: 삽입홈
277 : 관통공 278 : 단턱
279 : 외경면 280 : 레그
282 : 연결부재 285: 연결편
290 : 영구자석고정부재 314: 홀센서
315 : 케이블 317 : 커넥터

Claims (13)

  1. 프레임;
    상기 프레임에 의해 지지되는 스테이터;
    회전축, 상기 회전축에 결합되는 로터코어, 및 상기 로터코어에 권선되는 로터코일을 구비하고, 상기 스테이터에 대해 상대 운동 하는 로터;
    상기 회전축에 결합되는 슬립링;
    상기 슬립링에 구비되는 영구자석; 및
    상기 영구자석과 이격되어 상기 영구자석의 회전위치를 검출하는 자기센서;
    를 포함하는 회전전기기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬립링은, 상기 회전축의 일 단부가 내부에 수용되는 바디; 전기 전도체로 상기 바디의 둘레에 서로 이격되게 형성되는 복수의 도체링; 및 상기 바디의 일 측에 상기 영구자석이 결합될 수 있게 형성되는 영구자석결합부;를 구비하는 회전전기기계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 영구자석결합부는 상기 회전축의 축방향을 따라 상기 바디의 단부에 함몰 형성되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 영구자석 및 영구자석결합부는 단수 개로 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 자기센서는 상기 축방향을 따라 상기 영구자석과 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 영구자석결합부의 일 측에는 상기 로터코일의 극성을 표시하는 표시부가 구비되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자기센서는 상기 영구자석으로부터 2.3 내지 3.5mm 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회전축의 축방향을 따라 일 측에는 인버터가 구비되고,
    상기 자기센서는 상기 인버터의 인쇄회로기판에 구비되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 바디의 타 단부에는 상기 회전축의 축방향을 따라 연장되는 복수의 레그를 구비하고,
    상기 각 레그의 내부에는 일 단부가 상기 각 도체링에 각각 통전가능하게 연결되고 타 단부는 상기 로터코일에 통전가능하게 연결되는 연결부재가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기센서는 에이엠알(AMR) 센서인 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 영구자석결합부는 상기 바디의 원주방향을 따라 형성되고,
    상기 자기센서는 상기 바디의 반경방향을 따라 상기 영구자석결합부로부터 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 영구자석은 링 형상을 구비하고,
    상기 영구자석결합부는 상기 바디를 반경방향을 따라 축소된 외경을 구비하게 절취하여 형성되고,
    상기 영구자석결합부에는 상기 영구자석의 축방향 이동을 억제시키는 영구자석고정부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 회전축의 축방향을 따라 일 측에는 인버터가 구비되며,
    상기 자기센서는 상기 인버터의 지지기판에 구비되는 것을 특징으로 하는 회전전기기계.
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