KR20210089160A - 모터 로터 및 영구 자석 모터 - Google Patents
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Abstract
모터 로터 및 영구 자석 모터에 관한 것으로, 여기서 전자 로터는 회전축(1), 자성층(2), 제1 열확산층(3) 및 차폐층(4)을 포함하되, 자성층(2)은 회전축(1)에 고정되게 끼움 설치되고, 제1 열확산층(3)은 차폐층(4)의 국부적 과열을 방지하기 위해, 자성층(2)의, 회전축(1)에서 멀리 떨어진 일측의 외표면에 피복되고, 차폐층(4)은 제1 열확산층(3)의, 자성층(2)에서 멀리 떨어진 일측의 표면에 피복된다. 모터 로터의 차폐층(4)과 자성층(2) 사이에 제1 열확산층(3)이 개재되어, 제1 열확산층(3)이 차폐층(4)과 자성층(2)의 국부적 과열을 방지하고 차폐층(4)의 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 개시는 2018년 11월 7일에 출원된, 출원 번호는 201811319255.9인 중국 특허 출원을 바탕으로 그 우선권을 주장하며, 해당 중국 특허 출원의 전체 개시 내용은 인용되어 본 개시에 통합된다.
본 개시는 모터 분야에 관한 것으로서, 특히 모터 로터 및 영구 자석 모터에 관한 것이다.
고속 영구 자석 동기 모터는 높은 출력 밀도, 우수한 동적 응답 및 간단한 구조를 비롯한 다양한 장점을 가지고 있으며, 이미 국제 전기 공학 분야의 연구 핫스팟 중 하나가 되었다. 그러나, 그 로터 내의 영구 자석은 통상적으로 소결된 네오디뮴-철-붕소 영구 자석 재료가 사용된다. 이 영구 자석 재료는 압축에 강하지만 인장에는 약하므로, 고속 운전 시 영구 자석이 충분한 강도를 갖도록 보장하기 위해 통상적으로 영구 자석이 한 층의 고강도 로터 시스(sheath)에 의해 피복된다. 작동 중에도 영구 자석이 여전히 일정한 압축 응력을 견디도록 로터 시스와 영구 자석은 억지 끼워맞춤 방식으로 결합되어, 고속 모터의 안전한 작동을 보장한다.
통상적으로 사용되는 시스로는 두 가지가 있는데, 하나는 비자성 고강도 금속 시스이고, 다른 하나는 탄소섬유 결속형 시스이다. 탄소섬유는 영구 자석에 진입하는 고조파 자기장을 차폐할 수 없으므로, 영구 자석 내에 여전히 많은 양의 와전류 손실이 발생한다. 금속 시스를 사용할 경우, 고주파 전자기장의 작용으로 인해 금속 시스에 와전류 손실이 발생하여, 시스가 발열하고, 또한 시스가 로터의 영구 자석과 밀착되어 있기에, 시스 내의 열이 영구 자석으로 쉽게 전달된다. 영구 자석의 온도가 지나치게 높을 경우, 불가역 감자(減磁)가 발생하게 되어, 모터의 성능이 저하되고 심지어 파손된다.
따라서 영구 자석에 진입되는 전자기 고조파를 차폐하면서 차폐층의 방열 효율을 향상시켜 차폐층의 국부적 과열을 방지하는 것이 해당 분야에서 시급히 해결해야 할 과제이다.
본 개시의 일부 실시예의 일 측면은 모터 로터를 제공한다. 모터 로터는, 회전축, 자성층, 제1 열확산층 및 차폐층을 포함하되,
자성층은 회전축에 고정되게 끼움 설치되고,
제1 열확산층은 차폐층의 국부적 과열을 방지하기 위해, 자성층의, 상기 회전축에서 멀리 떨어진 일측의 외표면에 피복되고,
차폐층은 제1 열확산층의, 자성층에서 멀리 떨어진 일측의 표면에 피복된다.
일부 실시예에서, 상기 제1 열확산층의, 상기 회전축의 반경 방향을 따른 제1 열전도율은, 상기 제1 열확산층의, 상기 회전축의 축 방향을 따른 제2 열전도율보다 작다.
일부 실시예에서, 상기 제1 열확산층의, 두께 방향을 따른 제1 열전도율은, 상기 제1 열확산층의, 연장 방향을 따른 제2 열전도율보다 작다.
일부 실시예에서, 제1 열확산층은 제1 탄소섬유층을 포함하되, 제1 탄소섬유층의 반경 방향은 제1 열확산층의 두께 방향과 평행되고, 제1 탄소섬유층의 섬유 방향은 회전축의 축 방향 소정과 평행된다.
일부 실시예에서, 제2 열확산층을 더 포함하되, 제2 열확산층은 차폐층의, 자성층에서 멀리 떨어진 일측의 외표면에 피복된다.
일부 실시예에서, 제2 열확산층은 제2 탄소섬유층을 포함하되, 제2 탄소섬유층의 반경 방향은 제2 열확산층의 두께 방향과 평행되고, 제2 탄소섬유층의 섬유 방향은 상기 회전축의 축 방향과 평행된다.
일부 실시예에서, 상기 제2 열확산층은, 제2 탄소섬유층 내에 배치된 복수의 금속 열전도부를 포함하되, 금속 열전도부는 제2 탄소섬유층의 반경 방향을 따른 열전도율을 높이기 위해 상기 제2 탄소섬유층의 반경 방향을 따라 연장된다.
일부 실시예에서, 제1 열확산층과 제2 열확산층은 동일한 종류의 재료로 구성되고, 제1 열확산층의 두께는 제2 열확산층의 두께보다 더 크다.
일부 실시예에서, 제1 열확산층과 자성층은 억지 끼워맞춤 방식으로 결합된다.
일부 실시예에서, 자성층은 고리형 영구 자석이거나,
또는
자성층은 고정 장치와 영구 자석을 포함하되, 고정 장치는 상기 회전축에 끼움 설치되고, 고정 장치의, 회전축에서 멀리 떨어진 일측의 외표면에 안착홈이 형성되며, 영구 자석은 안착홈 내에 안착된 것을 특징으로 한다.
일부 실시예에서, 자성층은 고정 장치와 영구 자석을 포함하되, 고정 장치는 축열(蓄熱) 재료로 구성된다.
일부 실시예에서, 영구 자석은 네오디뮴-철-붕소 자석 또는 사마륨-코발트 자석을 포함한다.
일부 실시예에서, 차폐층의 두께는 0.03 mm보다 크고 1.5 mm보다 작다.
본 개시는 또한, 본 개시에서 제안된 어느 하나의 모터 로터를 더 포함하는, 영구 자석 모터를 더 제안한다.
본 개시는 모터 로터 및 영구 자석 모터를 제안하는바, 모터 로터의 차폐층과 자성층 사이에 제1 열확산층이 개재되어, 제1 열확산층이 차폐층과 자성층의 국부적 과열을 방지하고 차폐층의 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예에 따른 모터 로터를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 개시의 다른 일부 실시예에 따른 모터 로터를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 개시의 다른 일부 실시예에 따른 모터 로터를 나타내는 예시도이다.
이하, 본 개시의 실시예에서 도면을 참조하여, 실시예에서의 기술적 해결수단이 명확하고 완전하게 설명될 것이다. 자명한 점이라면, 설명된 실시예는 본 개시의 일부 실시예에 불과하며, 모든 실시예는 아니다. 본 개시의 실시예에 기초하여, 해당 분야의 통상적인 기술자에 의해 통상적인 창작능력을 발휘하여 획득된 다른 모든 실시예도 본 개시의 보호 범위 내에 속한다.
이해해야 할 점이라면, 본 개시의 설명에서 용어 "중심", "세로", "가로", "전", "후", "좌", "우", "수직", "수평", "상단", "하단", "내", "외" 등으로 지시되는 방위 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방위 또는 위치 관계를 기반으로 하며, 본 개시에 대한 설명 상 편의 및 간략한 설명을 위한 것일 뿐, 언급된 장치 또는 요소가 반드시 특정 방위를 가짐, 특정 방위로 구성되고 작동됨을 지시하거나 또는 암시하기 위한 것은 아니므로, 본 개시의 보호 범위에 대한 제한으로 이해되지 말아야 한다.
종래기술에서는, 모터 로터, 특히 영구 자석 모터 로터는 종종 차폐층을 설치함으로써, 영구 자석으로 유입되는 고조파 자기장을 차폐해야 한다. 그러나, 고주파 전자기장의 작용으로 인해 차폐층 자체에 와전류 손실이 발생하게 되어, 열이 발생된다. 따라서, 영구 자석으로 유입되는 고조파 자기장을 차폐해야 할 뿐만 아니라 차폐층의 방열 효율을 향상시키는 것도 필수이다.
이를 감안하여, 본 개시는, 영구 자석으로 진입하는 전자기 고조파를 차폐하면서 차폐층의 방열 효율을 향상시켜 차폐층의 국부적 과열을 방지하는, 모터 로터 및 영구 자석 모터를 제안한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일부 실시예에서 제안되는 모터 로터는, 회전축(1), 자성층(2), 제1 열확산층(3) 및 차폐층(4)을 포함한다.
여기서, 상기 자성층(2)은 상기 회전축(1)에 고정되게 끼움 설치된다. 자성층(2)은 고리형 구조일 수 있으며, 그 중앙부에 연결홀이 개방되게 형성되고, 회전축(1)이 연결홀을 관통하여 회전축(1)에 고정될 수 있다.
선택적으로, 자성층은 자성강일 수 있으며, 자성층(2)과 회전축(1)의 접촉면에 자성강 접착제가 도포되어 자성층이 회전축에 고정될 수 있다.
제1 열확산층(3)은 상기 차폐층(4)의 국부적 과열을 방지하기 위해, 자성층(2)의, 상기 회전축(1)에서 멀리 떨어진 일측의 외표면에 피복된다. 제1 열확산층(3)은 링형 구조로서 자성층(2)의 외측에 끼움 설치될 수 있다. 제1 열확산층(3)은 자성층(2)과 억지 끼워맞춤 방식으로 결합되어, 제1 열확산층(3)이 자성층(2)에 일정한 사전 압력(pre-pressure)을 제공하게 된다. 자성층(2)은 통상적으로 영구 자석일 수 있다. 영구 자석은 압축에 강하지만 인장에는 약하다.
차폐층(4)은 상기 제1 열확산층(3)의, 상기 자성층에서 멀리 떨어진 일측의 외표면에 피복된다. 차폐층(4)의, 제1 열확산층(3)에서 멀리 떨어진 일측은 주변 환경과 직접 접촉하므로, 주변 환경을 향한 차폐층의 방열 효율이 향상한다.
차폐층은 예를 들어, 고조파 자기장을 차폐하고 영구 자석 내 와전류 손실을 줄일 수 있는 구리 등과 같은 금속 재료로 구성될 수 있다.
차폐층 자체는 와전류 손실로 인해 사용 중에 온도가 상승되므로, 차폐층의 방열 효율을 향상시켜 모터 로터 자체의 방열 상황을 개선함으로써, 차폐층의 국부 온도가 지나치게 높아 모터 로터의 자성층에 영향을 미치고 자성층의 온도가 지나치게 높아 영구 감자가 초래되는 것을 방지해야 한다.
따라서, 본 개시의 일부 실시예에서는 제1 열확산층이 제공되되, 제1 열확산층은 자성층과 차폐층 사이에 개재된다. 제1 열확산층의 작용은, 차폐층의 열을 흡수하고 해당 열이 제1 열확산층의 연장 방향(차폐층 및 자성층과 평행되는 방향을 의미함), 즉 회전축(1)의 축 방향을 따라 전파되도록 함으로써, 차폐층에서의 국부적인 열축적을 방지하여 차폐층 전체가 열 균일 상태이도록 하며, 국부적으로 온도가 지나치게 높아지는 것을 방지하여 자성층의 부분적 감자를 방지하고, 차폐층에 국부적인 고온이 나타나면 열을 차폐층 전체로 확산시켜, 즉 차폐층의 방열 면적을 증가시켜, 방열 성능을 향상시키는 데 있다.
본 개시의 일부 실시예에서, 제1 열확산층은 일체로서, 차폐층의, 자성층에 가까운 일측의 모든 표면과 접촉할 수 있다. 따라서, 차폐층이 균열되거나 또는 복수의 서로 이격된 부분을 포함하는 경우, 제1 열확산층을 통해 하나의 차폐층의 한 부분의 열을 다른 부분으로 전달함으로써, 방열 면적을 증가시켜 방열을 촉진하고, 차폐층의 국부적 과열을 방지할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 열확산층(3)의, 두께 방향(즉 회전축(1)의 반경 방향)을 따른 제1 열전도율은, 상기 제1 열확산층(3)의, 연장 방향(즉 회전축(1)의 축 방향)을 따른 제2 열전도율보다 작다.
일부 실시예에서, 제1 열확산층은 탄소섬유층(즉 탄소섬유로 구성됨)을 포함하되, 상기 제1 탄소섬유층의 반경 방향은 상기 제1 열확산층(3)의 두께 방향과 평행되고, 상기 제1 탄소섬유층의 섬유 방향은 상기 제1 열확산층(3)의 연장 방향과 평행된다.
제1 탄소섬유층의 반경 방향은 자성층으로부터 차폐층으로 향한 방향이고, 제1 탄소섬유층의 섬유 방향은 차폐층과 평행되는 방향이다. 탄소섬유 재료의 섬유 방향을 따른 열전도율은 비교적 높으며, 700 W/(m.K)에 달할 수 있고, 탄소섬유 재료의 반경 방향을 따른 열전도율은 비교적 낮으며, 약 6.5 W/(m.K)이다. 반경 방향을 따른 열전도율은 비교적 낮으나 단열은 아니므로, 제1 열확산층 자체가 일정한 흡열 효과를 가질 수 있다. 이러한 경우, 자성층(2)이 과열되더라도, 제1 열확산층의 열전달 불가로 인해 감자되지는 않는다. 이때, 제1 열확산층(3)은 또한 자성층의 보호 시스로서도 작용하여, 자성층에 일정한 사전 압력을 제공할 수 있다. 탄소섬유 재료 자체는 전기 전도율이 비교적 낮아, 와전류 손실을 초래하지 않으며, 탄소섬유 재료는 높은 강도, 작은 열팽창 계수 등과 같은 특점을 가지므로, 회전축 공간 절약에 유리하다.
일부 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 모터 로터는 제2 열확산층(5)을 더 포함하되, 상기 제2 열확산층(5)은 상기 차폐층(4)의, 상기 자성층(2)에서 멀리 떨어진 일측의 외표면에 피복된다.
본 개시의 일부 실시예에서, 제2 열확산층(5)은 한편으로 차폐층 열 분포가 균일하도록 추가적으로 보장할 수 있고, 제2 열확산층(5)은 다른 한편으로 주변 환경과 직접 접촉하여 차폐층(4)의 열을 주변 환경에 확산시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 열확산층은 비금속 열전도 재료로 구성되며, 절연 및 열전도성 무기 입자와 폴리머 본체가 복합된 복합물일 수 있다.
여기서, 무기 입자는 질화 붕소, 질화 규소, 산화 알루미늄 중에서 선택될 수 있으며, 금속 미립자도 사용될 수 있는바, 즉 금속 미립자가 폴리머 본체 내에 매립되어 제2 열확산층으로 사용된다. 이때, 폴리머 본체 내의 금속 미립자는 어느 정도 고조파 자기장을 흡수하여 차폐층과 손울 잡은 고조파 자기장의 총량을 줄임으로써, 차폐층 전체의 온도를 낮출 수 있으며, 금속 미립자가 폴리머 본체 내에 분산되게 분포되어, 방열 효율이 더 높다.
일부 실시예에서, 폴리머 본체는 탄소섬유 재료일 수 있되, 탄소섬유층 재료는 다층 구조이며, 그 섬유 방향이 차폐층(4)과 평행되고 그 반경 방향이 차폐층(4)에서 제2 열확산층(5)을 향한 방향이다.
탄소섬유 재료는 그 섬유 방향을 따른 열전도율이 상당히 높고 그 반경 방향을 따른 열전도율이 비교적 낮다. 따라서, 탄소섬유층 내에 금속섬유를 배치하되, 금속섬유의 연장 방향이 탄소섬유층의 반경 방향이고 금속섬유가 탄소섬유 재료 내의 각 층의 탄소와 접촉하도록 할 수 있다. 금속섬유는 사이즈가 비교적 작기에, 탄소섬유층의 섬유 방향에서의 강도가 손상되지 않는다. 또한, 금속섬유는 고조파 자기장을 흡수할 수 있을 뿐더러 탄소섬유층 전체의 반경 방향을 따른 열전도율을 향상시킬 수 있어, 제2 열확산층(5)에 대한 차폐층(4)의 열전달 효율을 향상시켜, 방열을 가속화한다.
일부 실시예에서, 상기 제2 열확산층(5)은 제2 탄소섬유층을 포함한다. 상기 제2 탄소섬유층은 그 반경 방향이 상기 제2 열확산층의 두께 방향과 평행되고, 그 섬유 방향이 상기 제2 열확산층의 연장 방향, 즉 회전축(1)의 축 방향과 평행된다.
일부 실시예에서, 상기 제2 탄소섬유층 내에는 복수의 금속 열전도부가 배치되되, 상기 금속 열전도부는 상기 제2 탄소섬유층의 반경 방향을 따른 열전도율을 높이기 위해 상기 제2 탄소섬유층의 반경 방향을 따라 연장된다.
제2 탄소섬유층은 다층 구조이며, 각 층간 열전도율이 비교적 낮아, 그 반경 방향을 따른 열전도율을 향상시키기 위해 금속 열전도부가 배치되며, 금속 열전도부는 제2 탄소섬유층을 관통하여 차폐층과 접촉할 수 있다.
일부 실시예에서, 금속 열전도부의 일단은 차폐층 상에 고정되게 배치될 수도 있고, 차폐층과 일체로 연결될 수도 있는바, 즉 차폐층 상에 복수의 금속 프로브가 돌출되게 배치되되, 금속 프로브는 제2 탄소섬유층을 관통하거나 또는 관통하지 않는다. 따라서, 한편으로는 제2 탄소섬유층의 반경 방향을 따른 열전도율이 향상되어 외부 환경으로의 방열이 가속화되고, 다른 한편으로는 차폐층과 제2 탄소섬유층 사이의 접촉 면적이 증가되어, 열전달 효율이 향상된다.
선택적으로, 전술한 바와 같이 제2 탄소섬유에 금속 섬유를 도핑하는 방식을 사용할 수 있다. 금속섬유의 연장 방향은 무작위로 분포되거나 또는 제2 탄소섬유층의 섬유 방향일 수 있다. 금속섬유의 길이는 바람직하게 10 nm-20 nm이며, 상기 사이즈 범위 내에서 금속 섬유는 탄소층의 섬유 방향에서의 강도를 손상시키지 않는 동시에, 제2 탄소섬유층의 반경 방향을 따른 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 금속섬유 자체도 고조파 자기장을 흡수할 수 있고 금속 섬유의 비표면적이 크기에, 그와 제2 탄소섬유층 사이의 열전달 효율이 매우 높다.
일부 실시예에서, 제1 열확산층과 제2 열확산층은 동일한 종류의 재료로 구성되고, 제1 열확산층(3)의 두께는 제2 열확산층의 두께보다 더 크다.
예를 들어, 제1 열확산층(3)은 제1 탄소섬유층을 포함하고, 제2 열확산층(5)은 제2 탄소섬유층을 포함한다. Fick의 제1 법칙과 Fick의 제2 법칙에 따르면, 열전달 속도는 온도 구배에 비례하므로, 제1 열확산층(3)의 두께를 제2 열확산층(5)의 두께보다 크게 설정하는 것은, 즉 차폐층(4)과 자성층(2) 사이의 온도 구배를 줄이고 제2 열확산층(5)의, 차폐층에서 멀리 떨어진 일측의 환경과 차폐층(4) 사이의 온도 구배를 높이는 것이다. 이로써, 차폐층(4)이 고조파 자기장을 흡수하여 고온이 발생된 후 제2 열확산층(5)으로의 열전달을 촉진하고 열전달 속도를 향상시켜, 자성층(2)으로의 차폐층(4)의 열전달을 방지할 수 있다. 또한, 제1 열확산층(3)은 자체가 절열층 또는 단열층이 아니기에, 차폐층(4) 또는 자성층(2)의 국부적 과열을 방지하는 작용을 하는 동시에 차폐층(4) 및 자성층(2)의 열의 일부를 흡수하여, 차폐층(4)의 승온 속도를 지연시킬 수 있다. 제1 열확산층(3)은 그 자체의 연장 방향을 따른 열전도율이 그 자체의 두께 방향을 따른 열전도율보다 크되, 그 두께 방향은 자성층(2)에서 차폐층(4)으로의 방향이고, 그 연장 방향은 두께 방향에 수직된다.
일부 실시예에서, 상기 제1 열확산층(3)과 상기 자성층(2)은 억지 끼워맞춤 방식으로 결합된다.
일부 실시예에서, 제2 열확산층(5)과 차폐층(4)은 억지 끼워맞춤 방식으로 결합된다.
이때, 제1 열확산층(3)은 보호 시스로서 작용하여, 자성층을 위해 일정한 사전 압력을 제공함으로써, 자성층(2)이 로터의 고속 회전 시에 회전축으로부터 이탈되는 것을 방지하며, 자성층 내에 영구 자석을 포함하는 경우, 영구 자석이 원심력의 작용 하에 여러 조각으로 찢어지는 것을 방지한다.
일부 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 자성층(2)은 고리형 영구 자석이며, 이때 차폐층(4)은 일체로 형성되고, 고리형의 영구 자석 중앙부에 회전축이 관통하도록 안착홀이 개방되게 형성되고, 영구 자석과 회전축 사이에는 영구 자석과 회전축의 연결을 위해 자성강 접착제가 배치된다.
또는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 자성층(2)은 고정 장치(21)와 영구 자석(22)을 포함하되, 상기 고정 장치(21)은 상기 회전축(1)에 고정되게 끼움 설치되고, 상기 고정 장치(21)의, 상기 회전축(1)에서 멀리 떨어진 외표면에 상기 영구 자석(22)이 안착되도록 안착홈이 형성된다.
고정 장치(21)는 회전축과 억지 끼워맞춤 방식으로 결합되어, 회전축에 압착되며, 고정 장치(21) 상의 안착홈의 사이즈는 영구 자석(22)의 사이즈보다 작아, 고정 장치(21)와 영구 자석(22)이 억지 끼워맞춤 방식으로 결합되도록 함으로써, 영구 자석(22)을 위해 사전 압력을 제공한다. 영구 자석(22)은 압축에 강하지만 인장에 약하므로, 사전 압력이 추가적으로 형성됨으로써, 영구 자식의 파열이 방지된다. 고정 장치(21)와 영구 자석(22)은 함께 장착되어 링형 구조를 형성할 수 있다. 제1 열확산층(3), 차폐층(4) 및 제2 열확산층(5) 모두가 링형 구조로서 서로 함께 끼움 설치될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 자성층(2)은 고정 장치(21)와 영구 자석(22)을 포함한다.
고정 장치(21)는 축열 재료로 구성된다. 이때 축열 재료로 구성된 고정 장치는 영구 자석(22)에서 발생되는 열을 흡수하여 영구 자석의 온도가 지나치게 높아지는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상변화 축열 재료를 선택 사용할 수 있다. 상변화 축열 재료의 상변화 온도가 영구 자석(22)의 감자 온도보다 5 내지 10 ℃ 낮다. 영구 자석(22)의 온도가 상승하면, 그 온도가 고정 장치(21)로 전달된다. 영구 자석(22)의 온도가 그의 상응한 감자 온도에 거의 도달할 때, 고정 장치는 상변화를 겪어 영구 자석(22)의 열을 더 빠르게 흡수하며, 상변화 과정에서 일정한 부피 변화가 상응하게 발생한다. 이에, 고정 장치(21)는 상변화 시 부피가 증가하는 재료로 구성되도록 한다. 영구 자석(22)의 온도가 상승하여 감자 온도에 가까워지면, 모터 사용 시간이 비교적 길고 작동 강도가 비교적 큼을 설명한다. 이때, 고정 장치(21)는 상변화를 겪어 부피가 증가함으로써, 영구 자석(22)과 고정 장치(21) 사이의 압력을 증가시켜, 로터의 장시간 고강도 사용으로 인한 영구 자석(22)의 파열을 방지할 수 있다. 또한, 양자 사이의 압력이 증가하면, 영구 자석(22)과 고정 장치(21) 사이의 간격이 줄어들어, 서로 간의 접촉 면적이 증가하며, 이로써 열전달 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 유의해야 할 점이라면, 고정 장치의 상변화 시의 부피 변화는 지나치게 크지 말아야 하며, 다른 층이 파열되는 것을 방지하기 위해 부피 변화가 1 % 이하인 것이 바람직하다.
일부 실시예에서, 본 개시에서, 상기 영구 자석은 네오디뮴-철-붕소 자석 또는 사마륨-코발트 자석을 포함한다. 이 두가지 자석은 자성이 강하고, 자기 유지력이 훌륭하고, 감자 온도가 높다.
일부 실시예에서, 상기 차폐층(4)은 금속 재료로 구성된다. 구체적으로, 상기 차폐층(4)은 구리로 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 차폐층(4)의 두께는 0.03 mm보다 크고 1.5 mm보다 작다. 차폐층은 소정 두께 범위 내에서 두께가 증가할수록 효과가 더욱 분명해지지만, 두께가 지나치게 작으면(예를 들어 0.03 mm 미만 시), 차폐층 내 와전류 밀도가 급격히 증가하고, 두께가 지나치게 크면(예를 들어 1.5 mm를 초과하면), 개선 효과가 더 이상 증가하지 않고, 반면 고강도 보호 시스의 공간과 로터의 중량을 차지하게 된다. 따라서, 차폐층 내에 과도한 와전류 손실이 유도되어 로터의 와전류 손실을 줄이는 효과에 영향을 미치는 것을 방지하면서 보호 시스의 두께에 영향을 미치지 않게 하기 위해, 차폐층은 일정한 두께를 보장해야 한다.
본 개시의 유익한 효과를 더 잘 설명하기 위해, 이하 일 바람직한 실시예가 제안된다.
본 개시에서 제안된 로터에서 차폐층은 전기 전도율이 높은 금속 재료, 바람직하게는 구리로 구성되며, 상기 차폐층과 자성층 사이에는 제1 열확산층으로서 탄소섬유층이 개재되고, 차폐층의, 제1 열확산층에서 멀리 떨어진 일측에는 제2 열확산층이 배치된다. 바람직하게는, 제2 열확산층의 탄소섬유 두께는 제1 열확산층의 탄소섬유 두께보다 작으며, 이로써 차폐층 내의 열이 보다 쉽게 밖으로 전달되도록 한다.
본 실시예에서, 모터 로터는 주로 회전축, 영구 자석, 차폐층 및 두 층의 탄소섬유층으로 구성된다.
여기서, 영구 자석은 네오디뮴-철-붕소 또는 사마륨-코발트 재료로 구성되고, 자성강은 고리형 구조를 채택하며, 그 내표면은 전용 자성강 접착제를 통해 회전축에 접착된다. 이어서, 자성강의 외표면에 탄소섬유 시스, 즉 제1 열확산층이 결속된다. 차폐층은 전기 전도율이 높은 금속 재료, 바람직하게는 구리로 구성된다. 상기 차폐층은 내층 탄소섬유 시스의 외표면에 피복되되, 작은 틈새 끼워맞춤, 중간 끼워맞춤 또는 억지 끼워맞춤을 통해 연결될 수 있으며, 차폐층의 두께는 h로서, 0.03 mm < h < 1.5 mm이다.
본 개시에서 차폐층은 영구 자석에 유입되는 전자기 고조파를 대폭 차폐하며 영구 자석 표면의 와전류 손실을 감소시킬 뿐만 아니라 차폐층 자체의 방열 효율을 향상시킨다.
본 개시는 또한, 본 개시에서 제안된 어느 한 모터 로터를 포함하는, 영구 자석 모터를 더 제안한다.
이해해야 할 점이라면, 본 개시의 설명에서 용어 "제1", "제2", "제3" 등으로 구성 요소를 정의한 것은 단지 전술한 구성 요소를 용이하게 구별하기 위한 것으로서, 달리 명시되지 않는 한, 상기 용어는 특별한 의미가 없으므로 본 개시의 보호 범위를 제한하는 것으로 이해되지 말아야 한다.
마지막으로 설명해야 할 점이라면, 전술한 실시예는 단지 본 개시의 기술적 해결수단을 예시하기 위한 것이며 한정하기 위한 것은 아다. 비록 본 개시는 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 해당 분야의 통상적인 기술자라면, 본 개시의 구체적인 실시 형태는 본 개시의 기술적 해결수단의 구상을 벗어나지 않으면서 수정되거나 또는 일부 기술적 특징이 동등하게 대체될 수 있으며 이들 모두 본 개시에 의해 청구된 기술적 해결수단의 범위 내에 포함되어야 하는 것으로 이해해야 한다.
1: 회전축
2: 자성층
21: 고정 장치
22: 영구 자석
3: 제1 열확산층
4: 차폐층
5: 제2 열확산층
2: 자성층
21: 고정 장치
22: 영구 자석
3: 제1 열확산층
4: 차폐층
5: 제2 열확산층
Claims (13)
- 회전축(1), 자성층(2), 제1 열확산층(3) 및 차폐층(4)을 포함하되,
상기 자성층(2)은 상기 회전축(1)에 고정되게 끼움 설치되고,
상기 제1 열확산층(3)은 상기 차폐층(4)의 국부적 과열을 방지하기 위해, 상기 자성층(2)의, 상기 회전축(1)에서 멀리 떨어진 일측의 외표면에 피복되고,
상기 차폐층(4)은 상기 제1 열확산층(3)의, 상기 자성층에서 멀리 떨어진 일측의 표면에 피복되는 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 열확산층(3)의, 상기 회전축(1)의 반경 방향을 따른 제1 열전도율은, 상기 제1 열확산층의, 상기 회전축(1)의 축 방향을 따른 제2 열전도율보다 작은 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 열확산층(3)은 제1 탄소섬유층을 포함하되,
상기 제1 탄소섬유층의 반경 방향은 상기 제1 열확산층(3)의 두께 방향과 평행되고, 상기 제1 탄소섬유층의 섬유 방향은 상기 회전축(1)의 축 방향과 평행되는 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
제2 열확산층(5)을 더 포함하되,
상기 제2 열확산층(5)은 상기 차폐층(4)의, 상기 자성층(2)에서 멀리 떨어진 일측의 외표면에 피복되는 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 4에 있어서,
상기 제2 열확산층(5)은 제2 탄소섬유층을 포함하되,
상기 제2 탄소섬유층의 반경 방향은 상기 제2 열확산층의 두께 방향과 평행되고, 상기 제2 탄소섬유층의 섬유 방향은 상기 회전축(1)의 축 방향과 평행되는 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 5에 있어서,
상기 제2 열확산층(5)은, 상기 제2 탄소섬유층 내에 배치된 복수의 금속 열전도부를 포함하되,
상기 금속 열전도부는 상기 제2 탄소섬유층의 반경 방향을 따른 열전도율을 높이기 위해 상기 제2 탄소섬유층의 반경 방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1 열확산층과 상기 제2 열확산층은 동일한 종류의 재료로 구성되고, 상기 제1 열확산층(3)의 두께는 상기 제2 열확산층(5)의 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 열확산층(3)과 상기 자성층(2)은 억지 끼워맞춤 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 1 내지 청구항 3 또는 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자성층(2)은 고리형 영구 자석이거나,
또는,
상기 자성층(2)은 고정 장치(21)와 영구 자석(22)을 포함하되, 상기 고정 장치(21)는 상기 회전축(1)에 끼움 설치되고, 상기 고정 장치(21)의, 상기 회전축(1)에서 멀리 떨어진 일측의 외표면에 안착홈이 형성되며, 상기 영구 자석(22)은 상기 안착홈 내에 안착되는 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 9에 있어서,
상기 자성층(2)은 고정 장치(21)와 영구 자석(22)을 포함하되, 상기 고정 장치(21)는 축열 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 9에 있어서,
상기 영구 자석(22)은 네오디뮴-철-붕소 자석 또는 사마륨-코발트 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 내지 청구항 8 또는 청구항 10 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차폐층(4)의 두께는 0.03 mm보다 크고 1.5 mm보다 작은 것을 특징으로 하는 모터 로터. - 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따른 모터 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 모터.
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