KR20220022588A - 영구자석 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석 전동기(전동기는 물론 발전기를 포함한다.)에 관한 것으로서, 전기자의 양단에서 발생하는 N극과 S극의 자속을 모두 이용함으로서, 전동기의 효율을 높이고 전동기의 회전력을 높이는 효과가 있다.

Description

영구자석 전동기 {PERMANENT MAGNET MOTOR}

본 발명은 영구자석을 사용하는 영구자석 전동기(전동기는 물론 발전기를 포함한다.)에 관한 것이다.

종래의 전동기는 사용하는 전기의 종류에 따라서 직류 전동기와 교류 전동기로 구분을 할 수도 있으며, 회전자가 유도 기전력에 의하여 회전하는지 또는, 전기자와 영구자석에서 발생하는 자속의 상호작용에 의하여 회전하는지에 따라서 유도 전동기와 영구자석 전동기로 구분할 수 있다.

종래의 영구자석 전동기는 도 4와 도 5에서 보이는 바와 같이 전기자(51)의 내측 또는 외측의 한쪽에만 영구자석(62)으로 구성된 계자(61)가 구비되어져 있으며, 이 전기자와 계자 사이의 척력과 인력이 상호 작용하여 회전축을 중심으로 회전하게 된다.

영구자석 전동기는 영구자석에서 발생하는 자기 에너지와 전기자에서 발생하는 자기 에너지와의 상호 작용에 의하여 회전력이 발생하는 것이므로, 전기자에 공급되는 전기가 같다면 영구자석이 강력할수록 큰 회전력을 얻을 수 있다.

전동기는 전기의 힘으로 회전자를 회전시켜 운동에너지를 발생시키는 장치이며, 발전기는 외부의 힘으로 회전자를 회전시켜 전기를 생산하는 장치이다.

전동기와 발전기는 투입되는 에너지와 생성되는 에너지가 반대이지만, 에너지의 변환 또는 생성 원리는 동일하다.

본 발명의 목적은 전기 효율이 높고 강력한 회전력을 발생시키는 영구자석 전동기를 제공하는 것이다.

종래의 영구자석 전동기는 외부에서 공급되는 전기에 의하여 자속을 발생시키는 전기자와 영구자석으로 구성되는 계자로 이루어져 있다.

이 전기자의 기본 형태는 철심에 코일을 감은 것으로서, 이 코일에 전기를 흘리면 자속이 철심을 타고 흐르게 되고, 이때 철심의 한쪽은 N극이 되고 다른 반대쪽은 S극이 되며, 자속은 N극에서 나와 S극으로 흐르게 된다.

종래의 영구자석 전동기는 도 4와 도 5에서 보이는 바와 같이 전기자(51)의 내측 또는 외측의 일 측면에만 영구자석(62)으로 구성되는 계자(61)가 구비됨으로서, 종래의 영구자석 전동기는 외부 전기에 의해 전기자에서 발생하는 자속의 절반만을 이용하는 셈인 것이다.

효율이 높은 영구자석 전동기를 구현하기 위해서는 종래의 영구자석 전동기의 전기자에서 발생하는 자속 중에서 사용되지 못하고 사라지는 자속을 이용하여야 한다.

또한, 종래의 영구자석 전동기는 전동기 내부의 구조로 인하여, 전기자에서 발생하는 열로 인하여 영구자석의 성능이 급격히 저하하는 문제를 해결하기 위한 수단으로서 전동기의 외부냉각을 실시할 수밖에 없고, 따라서 영구자석의 온도상승을 막는 냉각효과가 좋지 못하다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 영구자석 전동기는 도 7에서 보이는 바와 같이 전기자(50)코어가 U 자형태로 이루어져서, 전기자 코어의 S극과 N극 에서 발생하는 자속을 모두 이용함으로서, 같은 양의 전기를 사용 하면서 더 큰 회전력을 얻을 수 있도록 한다.

또한, 도 8에서 보이는 바와 같이 계자(61)에 설치되어지는 영구자석(63)(64)은 전기자코어(50)에 대응하여 회전축 방향으로 2열로 배열이 되며, 1열과 2열에 설치되어지는 영구자석(63)(64)의 극성은 반대가 되어야 한다.

또한, 전동기 내부에 냉각수단이 구비될 수 있는 공간을 갖추어야 한다.

본 발명에 따른 영구자석 전동기는 외부에서 유입되는 전기에 의하여 전기자에서 발생하는 N극과 S극의 자속 모두를 이용함으로서, 같은 양의 전기로 더 큰 회전에너지를 만들어 내는 효율 높은 전동기이다.

또한, 본 발명에 의한 영구자석 전동기는 전동기 내부에서 직접적으로 영구자석과 전기자의 온도상승을 막을 수 있는 냉각 공간을 구비함으로서 전동기의 성능 저하를 막을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 영구자석 전동기는 종래의 영구자석 전동기에 비하여 전기의 소모량이 적고 발열량이 적으며, 같은 전기로 더 큰 회전력을 낼 수 있고, 같은 성능인 종래의 전동기에 비하여 경량화가 가능하며 크기나 무게 또한 줄일 수 있고, 이에 따라 제조 원가가 낮아진다.

또한, 본 발명에 따른 영구자석 전동기를 전기 자동차에 적용할 경우, 큰 토크로 회전속도를 높이는 것이 가능해 지고, 높은 전기효율로 밧데리의 양을 줄이거나 가동 거리를 늘릴 수 있으며, 이에 따라 원가를 낮출 수 있게 하여 준다.

또한 고성능이면서도 경량화가 가능하여 비행기와 같은 경량화가 요구되는 곳의 새로운 영역에의 적용이 가능하게 하여준다.

도 1은 본 발명에 따른 영구자석 전동기의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 영구자석 전동기의 부분 투과 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 영구자석 전동기의 분해 사시도,
도 4와 도 5는 종래의 영구자석 전동기의 부분 단면도,
도 6은 종래의 영구자석 전동기의 전기자 코어의 극성을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 영구자석 전동기의 전기자 코어를 보여주는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 영구자석 전동기중에서 계자와 전기자 코어와의 배치관계를 설명하기 위한 부분 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 영구자석 전동기의 부분 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 영구자석 전동기의 전기자 코어를 고정시키는 방법을 설명하기 위한 부분 사시도,
도 11은 본 발명에 따른 영구자석 전동기의 전기자 코어를 고정시키는 방법을 설명하기 위한 부분 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 이중 영구자석 전동기의 부분 사시도,
도 13은 본 발명에 따른 이중 영구자석 전동기의 냉각 공간을 보여주는 부분 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.

여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시 예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다.

그 결과, 도해의 다양한 변경, 예를 들면 제조방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다.

따라서, 실시 예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

편평하다고 도시되거나 설명된 영역은 일반적으로 거칠거나/걸치고 비선형인 특성을 가지 수 있으며 또한, 날카로운 각도를 가지는 것으로 도시된 부분은 라운드질 수 있다.

따라서 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것도 아니다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다.

본 발명에서는 전기를 투입하여 회전에너지를 발생시키는 전동기에 대하여 규정하지만, 같은 원리이면서 반대로 회전에너지를 전기로 변환시키는 발전기에도 적용할 수 있다.

따라서, 본 발명의 핵심적인 특징을 갖는 발전기에 대해서도 본 발명의 원리가 동일하게 적용된다.

영구자석 전동기는 외부에서 전기를 공급받아 자속을 발생시키는 전기자와 영구자석으로 이루어진 계자의 상호 작용에 의하여 회전력이 발생한다.

전기자가 외부에서 전기를 공급받아 전자석이 되면 철심에 감긴 코일의 방향에 따라서 일 측은 N극이 되고 반대편은 S극이 되어 자속은 N극에서 S극으로 흐르게 된다.

종래의 영구자석 전동기는 도 6에서 보이는 바와 같이 각각의 전기자 코어(50)에 전기가 흐르면 코일의 회전 방향에 따라서 일측은 N극이 되고 그 반대측은 S극이 된다.

도 4와 도 5에서 보이는 바와 같이 종래의 영구자석 전동기는 전기자(51)의 내측 또는 외측의 일 측에만 영구자석으로 구성된 계자(61)가 구비되어 있으며, 따라서 전기자에서 발생하는 자속의 절반만을 활용하고 있는 것이다.

본 발명에 따른 영구자석 전동기는 도 7에서 보이는 바와 같이 전기자 코어(50)의 형태가 U자 형태로서, 도 8에서 보이는 바와 같이 전기자 코어의 N극과 S극이 전동기의 회전축(20)과 평행하게 배치되어진다.

또한, 본 발명에 따른 영구자석 동기전동기의 계자(61)를 구성하는 영구자석(63)(64)은 도 8에서 보이는 바와 같이, 상기 U자형 전기자 코어(50)의 N극과 S극에 대응하여 회전축(20) 방향으로 2열로 배열되며, 1열과 2열에 배치되는 영구자석(63)(64)의 극성은 서로 반대의 극성을 갖는다.

도 9는 계자(61) 외측에 전기자 코어(50)가 배치된 모습이며, 이렇게 각각의 전기자 코어를 고정시키기 위한 수단의 일예로서 도 10에서 보이는 바와 같은 철심고정철물(31)을 사용할 수도 있다.

도 11에서 보이는 바와 같이 각각의 전기자 코어(50)는 철심고정철물(31)과 연결되어지며, 이 각각의 전기자 코어는 도 12에서 보이는 바와 같이 전기자코어 지지대(52)에 볼트(80)로 연결됨으로서 일체가 된다.

또한, 도 13에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 전동기의 전기자 코어는 그 형상이 U자 형으로서 자연스럽게 양극 사이에 공간이 발생하므로 이 공간을 전동기의 내부 냉각 공간으로 활용할 수가 있다.

또한, 상기 U자형 전기자 코어의 N극과 S극에 대응하는 계자 코어의 사이에도 공간을 두어 내부 냉각 공간으로 활용할 수가 있다.

10 : 영구자석 전동기
20 : 회전축
25 : 냉각 공간
30 : 철심
31 : 철심 고정철물
40 : 코일
50 : 전기자 코어
51 : 전기자
52 : 전기자 코어 지지대
60 : 계자 코어
61 : 계자
62 : 영구자석
63 : N극 영구자석
64 : S극 영구자석
70 : 베어링
80 : 볼트
90 : 케이스

Claims (2)

1. 영구자석 전동기에 있어서,
   회전축과 직각을 이루는 평면에서 회전축을 중심으로 원형으로 배치되는 전기자(51)와;
   회전축을 중심으로 상기 전기자의 내측 또는 외측에 구비되는 영구자석으로 구성되는 계자(61)를 포함하여 구성되며;
   상기 전기자(51)를 구성하는 전기자 코어(50)는 그 형태가 U자 형태로서, 전기자 코어의 N극과 S극 모두가 계자와 일정한 공극을 사이에 두고 마주하며;
   상기 전기자 코어(50)는 회전축 방향으로 전기자 코어의 양극이 위치하며;
   상기 계자(61)를 구성하는 영구자석은 상기 전기자 코어에 대응하여 회전축 방향으로 2열로 배치되며, 1열과 2열의 영구자석의 극성은 서로 반대인 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 U자형 전기자 코어는 N극과 S극 사이에 공간이 있고, 상기 전기자 코어의 N극과 S극에 대응하는 계자코어의 사이에도 공간이 있는 것을 특징으로 하는 영구자석 전동기.

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