KR20200133865A

KR20200133865A - 영구자석 전동기용 회전자

Info

Publication number: KR20200133865A
Application number: KR1020190058696A
Authority: KR
Inventors: 강경호; 김현익
Original assignee: 현대로템 주식회사
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-12-01

Abstract

본 발명은 영구자석 전동기용 회전자에 관한 것으로서, 특히 회전자 철심에 삽입되는 영구자석의 양단에 원통형으로 형성된 비 자성체의 자속 누설방지 부재를 형성하여 영구자석에 의해 발생되는 자속의 누설이 방지되도록 함으로써, 전동기의 기계적 신뢰성과 효율 향상을 이루도록 하는 영구자석 전동기용 회전자에 관한 것이다. 구성은 영구자석 전동기용 회전자에 있어서, 중심부에 회전축이 고정되는 축공이 형성되고, 상기 축공을 기준으로 바깥쪽으로는 원주를 따라 영구자석을 삽입하기 위한 영구자석 삽입구멍이 형성되며, 상기 영구자석 삽입구멍의 양단으로는 복수 개의 결합구멍이 형성된 회전자 철심과; 상기 회전자 철심의 양측면에 위치하여 회전자 철심을 지지하며, 중심부에 회전축이 고정되는 축공이 형성되고, 상기 축공을 기준으로 바깥쪽으로는 상기 각 결합구멍과 동일한 위치에 복수 개의 결합구멍이 형성된 지지플레이트와; 상기 회전자 철심에 형성된 결합구멍과 지지플레이트에 형성된 결합구멍을 통해 결합되어 영구자석의 자속 누설을 방지할 수 있도록 하는 자속 누설방지 부재; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

영구자석 전동기용 회전자{Rotor for permanent magnet motor}

본 발명은 영구자석 전동기용 회전자에 관한 것으로서, 특히 회전자 철심에 삽입되는 영구자석의 양단에 원통형으로 형성된 비 자성체의 자속 누설방지 부재를 형성하여 영구자석에 의해 발생되는 자속의 누설이 방지되도록 함으로써, 전동기의 기계적 신뢰성과 효율 향상을 이루도록 하는 영구자석 전동기용 회전자에 관한 것이다.

일반적으로 전동기(electric motor)는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로 바꾸는 장치로서 에너지 전환이 필요한 각종 장치에 사용된다.

이러한 전동기는 전원의 종류에 따라 직류전동기와 교류전동기로 분류되며, 교류전동기는 다시 3상교류용과 단상교류용으로 구분된다.

그리고, 교류전동기는 다시 유도전동기, 정류자전동기, 동기전동기로 분류된다.

이 중 영구자석 동기전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor)는 유도전동기에 영구자석 동기전동기가 결합된 형태의 전동기로서 별도의 회전자 위치 검출장치 및 제어기 없이 상용전원을 투입하여 직접 기동할 수 있는 전동기로 정속 유지 및 효율이 높은 장점이 있다.

또, 상기 영구자석 전동기는 고정자와 회전자로 구분이 된다.

이러한 영구자석 전동기의 회전자는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중심부에 회전축(140)이 결합되는 축공(131)이 형성된 지지플레이트(130)와, 상기 지지플레이트(130)에 의해 양측면이 지지되는 회전자 철심(110)을 포함하여 이루어진다.

상기 회전자 철심(110)은 중심부에 회전축(140)이 고정되는 축공(111)이 형성되고, 상기 축공(111)을 기준으로 바깥쪽으로는 원주를 따라 영구자석(120)을 삽입하기 위한 영구자석 삽입구멍(112)이 형성된다.

그리고, 상기 영구자석 삽입구멍(112)에는 영구자석(120)의 자속 누설을 방지할 수 있도록 비자성체의 자속 누설방지 부재(미도시)가 설치(삽입)된다.

그러나 종래의 영구자석 전동기용 회전자는 도 3에 도시된 바와 같이 영구자석(120)의 끝부분에서 자속의 누설방지가 원활하게 이루어지지 않기 때문에 자속이 고정자(미도시)로 원활하게 전달되지 못해 전동기의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 종래에는 회전자(100)의 회전속도가 고속화 될수록 기계적 강도를 만족시키기 위해 자속 누설방지 부재의 지지부 두께나 폭이 커지게 되는데 이에 반해, 두께나 폭이 증가된 지지부에서 발생되는 자속의 누설도 더욱 커져 영구자석(120)의 사용량이 많아지는 문제점이 있었다.

대한민국 특허 제10-1242376호

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자속의 누설을 확실하게 방지함과 동시에 영구자석 전동기의 기계적 신뢰성과 효율을 향상시키도록 하는 영구자석 전동기용 회전자를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 영구자석 전동기용 회전자에 있어서, 중심부에 회전축이 고정되는 축공이 형성되고, 상기 축공을 기준으로 바깥쪽으로는 원주를 따라 영구자석을 삽입하기 위한 영구자석 삽입구멍이 형성되며, 상기 영구자석 삽입구멍의 양단으로는 복수 개의 결합구멍이 형성된 회전자 철심과; 상기 회전자 철심의 양측면에 위치하여 회전자 철심을 지지하며, 중심부에 회전축이 고정되는 축공이 형성되고, 상기 축공을 기준으로 바깥쪽으로는 상기 각 결합구멍과 동일한 위치에 복수 개의 결합구멍이 형성된 지지플레이트와; 상기 회전자 철심에 형성된 결합구멍과 지지플레이트에 형성된 결합구멍을 통해 결합되어 영구자석의 자속 누설을 방지할 수 있도록 하는 자속 누설방지 부재; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 지지플레이트에 형성된 결합구멍은 회전자 철심에 형성된 결합구멍에 비해 지름(직경)이 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 자속 누설방지 부재는 자계에 영향을 받지 않아 자화가 되지 않거나, 자성(磁性)을 거의 갖지 않는 물질인 합성수지, 알루미늄, 황동, 백금과 같은 비 자성체(non-magnetic material)로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 자속 누설방지 부재는 내부 중앙에 속이 빈 중공부(中空部)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 자속 누설방지 부재는 회전자를 고정자(미도시)에 조립시 중공부에 자성체로 이루어지는 봉 또는 핀을 삽입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 회전자를 구비하는 영구자석 전동기를 더 제공한다.

이상에서와 같은 본 발명은 자속의 누설을 줄이거나 방지하여 전동기의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또, 본 발명은 자속 누설방지 부재를 원통형으로 형성함으로써 영구자석에서 발생된 발열량을 회전자의 주변 공기로 방열하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 자속 누설방지 부재를 회전자 조립용 지그로 사용하여 회전자를 고정자에 조립할 때 영구자석에서 발생된 자속 밀도를 감소시켜 회전자와 고정자 간의 끌어당김력(흡인력)을 줄여 조립을 쉽게 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 영구자석 전동기용 회전자의 요부 분해 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 회전자 철심의 정면 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 영구자석 전동기용 회전자의 자속이 분포되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영구자석 전동기용 회전자의 요부 분해 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 조립도이다.
도 6은 본 발명에 따른 회전자 철심의 정면 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 영구자석 전동기용 회전자의 자속이 분포되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 영구자석 전동기용 회전자의 자속 누설방지 부재의 중공부에 봉 또는 핀을 삽입하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 조립도이다.
도 10은 도 8에 도시된 회전자 철심의 정면 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 자속 누설방지 부재의 중공부에 봉 또는 핀을 삽입시 회전자의 자속이 분포되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 4 내지 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 영구자석 전동기용 회전자(200)는 회전자 철심(210)과 지지플레이트(220) 및 자속 누설방지 부재(230)로 대별되어 이루어진다.

상기 회전자 철심(210)은 중심부에 회전축(240)이 고정되는 축공(211)이 형성되고, 상기 축공(211)을 기준으로 바깥쪽으로는 원주를 따라 영구자석(250)을 삽입하기 위한 영구자석 삽입구멍(212)이 형성되며, 상기 영구자석 삽입구멍(212)의 양단으로는 복수 개의 결합구멍(213)이 형성된다.

여기서, 상기 회전자 철심(210)은 자기적 특성이 좋고 저항률이 높게 철(Fe)에 5% 이내의 규소(Si)를 첨가하여 압연한 강판을 원판형으로 형성하여 복수 개를 적층하여 만든다.

그리고, 상기 회전자 철심(210)은 각 판 사이의 접촉 저항을 크게 하기 위해 표면을 인산염 등의 피막이나 열건조 니스 등으로 절연층을 형성할 수도 있다.

또, 상기 영구자석 삽입구멍(212)은 개략 알파벳 “Ｖ”자 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 영구자석 삽입구멍(212)에 삽입되는 영구자석(250)의 유효 면적을 증가시켜줌으로써 체적당 출력을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, “Ｖ”자 형상의 영구자석 삽입구멍(212)은 일자 형상에 비해 영구자석(250)의 고정력을 견고하게 하여 회전자 철심(210)의 회전시 원심력에 의해 영구자석(250)이 유동하거나 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 영구자석 삽입구멍(212)에 삽입 설치되는 영구자석(250)은 두 개가 한 조가 되어 내측에서 외측방향으로 N극과 S극을 교대로 삽입하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 영구자석 삽입구멍(212)의 양단에 형성되는 각 결합구멍(213)으로는 상기 자속 누설방지 부재(230)가 삽입시 영구자석(250)으로부터 발생되는 자속의 누설을 방지하거나 최소화할 수 있다.

또, 상기 영구자석(250)은 일반적으로 접착제를 매개로 영구자석 삽입구멍(212) 내에 견고하게 압입 고정되는 것이 바람직하다.

상기 지지플레이트(220)는 회전자 철심(210)의 양측면에 위치하여 회전자 철심을 지지하며, 중심부에 회전축(240)이 고정되는 축공(221)이 형성되고, 상기 축공(221)을 기준으로 바깥쪽으로는 상기 각 결합구멍(213)과 동일한 위치에 복수 개의 결합구멍(222)이 형성된다.

그리고, 상기 지지플레이트(220)에 형성된 결합구멍(222)은 회전자 철심(210)에 형성된 결합구멍(213)에 비해 지름(직경)이 작게 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 지지플레이트(220)의 결합구멍(222)을 통해 상기 자속 누설방지 부재(230)가 먼저 압입된 후 상기 회전자 철심(210)의 결합구멍(213)에 삽입된다.

이에 따라, 상기 회전자 철심(210)의 결합구멍(213)으로 자속 누설방지 부재(230)의 삽입시 회전자 철심(210)과 영구자석(250)에 압력부하를 발생시키지 않게 되므로 자속 발생에 영향을 끼치지 않고 원활한 자속 발생을 이룰 수 있게 된다.

또, 상기 지지플레이트(220)에 형성된 결합구멍(222)과 회전자 철심(210)에 형성된 결합구멍(213)을 통해 결합되는 자속 누설방지 부재(230)에 의해 영구자석(250)의 기계적 지지구조를 형성하게 된다.

상기 자속 누설방지 부재(230)는 회전자 철심(210)에 형성된 결합구멍(213)과 지지플레이트(220)에 형성된 결합구멍(222)을 통해 결합되어 영구자석(250)의 자속 누설을 방지할 수 있도록 한다.

이를 위해, 상기 자속 누설방지 부재(230)는 자계에 영향을 받지 않아 자화가 되지 않거나, 자성(磁性)을 거의 갖지 않는 물질인 합성수지, 알루미늄, 황동, 백금 등과 같은 비 자성체(non-magnetic material)로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 영구자석 삽입구멍(212)의 양단에 형성된 회전자 철심(210)의 결합구멍(213)과 지지플레이트(220)에 형성된 결합구멍(222)에 비 자성체로 형성되는 자속 누설방지 부재(230)를 결합(설치)함으로써, 영구자석(250)에서 발생되는 자속이 영구자석(250)의 양단을 통해 빠져나가거나 확산되지 못하고 누설이 차단되게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 회전자(200)는 자력이 강화되어 영구자석 전동기의 성능을 높임과 동시에 역률을 높일 수 있게 된다.

또, 상기 자속 누설방지 부재(230)는 내부 중앙에 속이 빈 중공부(中空部)(231)를 구비하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 자속 누설방지 부재(230)의 내부 중앙에 속이 빈 중공부(231)를 구비함에 따라 영구자석(250)에서 발생된 발열량을 회전자(200)의 주변 공기로 방열시킬 수 있으므로 영구자석 전동기의 과열을 방지하여 성능향상을 이룰 수 있게 된다.

또한, 상기 자속 누설방지 부재(230)는 회전자(200)를 고정자(미도시)에 조립시 중공부(231)에 자성체로 이루어지는 봉 또는 핀(232)을 삽입하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에 따른 회전자(200)를 고정자(미도시)에 조립시 상기 자속 누설방지 부재(230)의 중공부(231)에 자성체로 이루어지는 봉 또는 핀(232)을 삽입한다.

이에 따라, 상기 봉 또는 핀(232)을 통해 영구자석(250)에서 발생된 자속의 누설이 증가되므로 자속밀도가 감소되어 회전자(200)와 고정자(미도시) 간의 끌어 당김력(흡인력)을 줄여 조립을 쉽게 할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 회전자(200)를 구비하는 영구자석 전동기(미도시)를 더 제공한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 회전자를 구비하는 영구자석 전동기에 전원을 공급하게 되면 전류인가 회로가 회전자(200)의 위치에 따라 고정자(미도시)에 권취된 고정자 코일에 전류가 인가됨과 동시에 N극과 S극의 교번 극성을 갖게 된다.

상기 고정자의 티스(미도시)와, 티스에 인접하는 회전자(200)의 영구자석 삽입구멍(212)에 삽입된 영구자석(250)과의 자기력에 의해 발생되는 인력 또는 척력의 자력이 상기 회전자(200)의 접선방향으로 작용하여 상기 회전자(200)가 회전하게 된다.

이때, 상기 영구자석(250)에 의해 발생되는 자속은 회전자 철심(210)에 형성된 결합구멍(213)과 지지플레이트(220)에 형성된 결합구멍(222)을 통해 결합된 자속 누설방지 부재(230)에 의해 영구자석(250)의 양단으로 빠져나가거나 확산되지 못하고 누설이 차단되게 된다.

따라서 본 발명은 이와 같은 작용을 지속적으로 반복함으로써 영구자석 전동기의 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

200 : 영구자석 전동기용 회전자 210 : 회전자 철심
211 : 축공 212 : 영구자석 삽입구멍
213 : 결합구멍 220 : 지지플레이트
221 : 축공 222 : 결합구멍
230 : 자속 누설방지 부재 231 : 중공부(中空部)
232 : 봉 또는 핀

Claims

영구자석 전동기용 회전자에 있어서,
중심부에 회전축(240)이 고정되는 축공(211)이 형성되고, 상기 축공(211)을 기준으로 바깥쪽으로는 원주를 따라 영구자석(250)을 삽입하기 위한 영구자석 삽입구멍(212)이 형성되며, 상기 영구자석 삽입구멍(212)의 양단으로는 복수 개의 결합구멍(213)이 형성된 회전자 철심(210)과;
상기 회전자 철심(210)의 양측면에 위치하여 회전자 철심을 지지하며, 중심부에 회전축(240)이 고정되는 축공(221)이 형성되고, 상기 축공(221)을 기준으로 바깥쪽으로는 상기 각 결합구멍(213)과 동일한 위치에 복수 개의 결합구멍(222)이 형성된 지지플레이트(220)와;
상기 회전자 철심(210)에 형성된 결합구멍(213)과 지지플레이트(220)에 형성된 결합구멍(222)을 통해 결합되어 영구자석(250)의 자속 누설을 방지할 수 있도록 하는 자속 누설방지 부재(230); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기용 회전자.
제1항에 있어서,
상기 지지플레이트(220)에 형성된 결합구멍(222)은 회전자 철심(210)에 형성된 결합구멍(213)에 비해 지름(직경)이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기용 회전자.
제1항에 있어서,
상기 자속 누설방지 부재(230)는 자계에 영향을 받지 않아 자화가 되지 않거나, 자성(磁性)을 거의 갖지 않는 물질인 합성수지, 알루미늄, 황동, 백금과 같은 비 자성체(non-magnetic material)로 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기용 회전자.
제1항에 있어서,
상기 자속 누설방지 부재(230)는 내부 중앙에 속이 빈 중공부(中空部)(221)를 구비하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기용 회전자.
제1항에 있어서,
상기 자속 누설방지 부재(230)는 회전자(200)를 고정자(미도시)에 조립시 중공부(231)에 자성체로 이루어지는 봉 또는 핀(232)을 삽입하는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기용 회전자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 회전자를 구비하는 영구자석 전동기.