KR20220093489A

KR20220093489A - 착자 요크

Info

Publication number: KR20220093489A
Application number: KR1020200184235A
Authority: KR
Inventors: 남동우; 김원호; 표현조; 정민재; 양서희
Original assignee: 가천대학교 산학협력단
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2022-07-05
Also published as: KR102504346B1

Abstract

본 발명은 착자 요크에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수의 영구자석 중 인접한 두 영구자석 사이에 자속을 집중시킬 수 있는 자성체 코어를 각각 구비하여, 피 착자물인 링 마그넷의 극 이방 성형이 잘 이루어져 높은 자속밀도를 가지게 하고, 링 마그넷의 데드존을 감소시킬 수 있는 착자 요크에 관한 것이다.

Description

착자 요크{Magnetizing Yoke}

일반적으로 착자는 자성체의 외부에서 강한 자계를 걸어 자성체 내에 존재하는 원자 자석들의 자극을 일정한 방향으로 정렬시키는 것을 의미한다. 착자하는 방법으로써, 흔히 직류전류를 코일에 충분히 크게 흘려 강한 자계를 만들고, 그 자계 내에 자성체를 넣어 착자 시키는 방법이 많이 사용되고 있다.

한편, 최근 전자기기의 소형화로 인해 그에 사용되는 스테핑 모터 등도 소형화되고 있으며, 그에 따라 스테핑 모터에 사용되는 로터 역시 매우 소형화되고 있는 추세이다. 이와 같이 현저하게 작은 로터의 링 마그넷을 착자할 시, 링 마그넷의 소형화에 따라 착자 극간 거리 또한 매우 좁아지게 되므로, 상술한 코일 통전 방식의 착자 장치를 이용하기 위해서는 코일의 도선 지름을 매우 가늘게 형성해야 하므로 이에 따라 도선으로 흐르는 전류값이 제한되기 때문에 충분한 착자 특성을 얻을 수 없는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하는 하나의 방법으로서, 복수의 영구자석을 방사형으로 배치하고 중심에 피 착자물을 배치하여 다극 착자를 시키는, 영구자석에 의한 자기회로를 이용하는 착자 방법이 제안되었다. 구체적으로, 도 1은 종래의 영구자석을 이용한 자기회로 착자 방식의 착자 요크의 단면으로서, 도시된 바와 같이 종래 착자 요크(5)는 피 착자물인 링 마그넷(6)의 위주면 상에 서로 자화방향이 반대인 방사형 복수자석(7) 다수개를 교번하여 배치시키고, 중심에 링 마그넷(6)을 삽입하여 링 마그넷(6)을 다극 착자 시킬 수 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 착자 요크에 의할 경우 각 방사형 영구자석이 서로 교번하여 배열되기 때문에 극 이방 착자 시 링 마그넷의 데드존이 존재하는 문제점이 있으며, 데드존으로 인해 링 마그넷에서 일정 각도에서는 자속 측정이 되지 않아 스테핑 모터 등에 해당 링 마그넷을 적용하는 경우 위치 검출 불량이 생기는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 제2017-1886960호(2017.10.12.)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수의 영구자석 중 인접한 두 영구자석 사이에 자속을 집중시킬 수 있는 자성체 코어를 각각 구비하여, 링 마그넷의 극 이방 성형이 잘 이루어져 링 마그넷을 높은 자속밀도를 가지게 하고, 링 마그넷의 데드존을 감소시킬 수 있는 착자 요크를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 최적의 성능을 발휘할 수 있는 착자 요크 설계를 위한 다양한 설계 변수를 제공하는 것에 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 일 예에 따른 착자 요크는, 링 마그넷의 외주면에 대향하여 설치되는 복수의 영구자석으로서, 상기 복수의 영구자석은 자화방향이 서로 반대인 제1 자석과 제2 자석을 포함하며, 상기 링 마그넷의 원주방향을 따라 상기 제1 자석과 제2 자석이 서로 교번하여 나란하게 배열되는, 복수의 영구자석; 및 상기 링 마그넷의 외주면에 대향하여 설치되며, 상기 복수의 영구자석 중 서로 인접하는 상기 제1 자석과 제2 자석 사이에 각각 구비되는 자성체 코어;를 포함하고, 상기 제1 자석 및 제2 자석은, 상기 자성체 코어를 향해 배향 자장을 인가하도록 자화될 수 있다.

상기 복수의 영구자석 외주면을 감싸도록 구비되는 외경코어;를 더 포함하고, 상기 외경코어는 비자성체일 수 있다.

상기 자성체 코어는, 상기 자성체 코어의 높이가 상기 제1 자석 및 제2 자석의 높이와 동일하게 형성될 수 있다.

상기 자성체 코어는, 상기 자성체 코어의 높이가 상기 제1 자석 및 제2 자석의 높이보다 작게 형성될 수 있다.

상기 자성체 코어는, 상기 자성체 코어의 내측 단부에서부터 외측 단부까지 진행할수록, 상기 자성체 코어의 폭이 동일하게 형성될 수 있다.

상기 자성체 코어는, 상기 자성체 코어의 내측 단부에서부터 외측 단부까지 진행할수록, 상기 자성체 코어의 폭이 감소하는 정테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.

상기 자성체 코어는, 상기 자성체 코어의 내측 단부에서부터 외측 단부까지 진행할수록, 상기 자성체 코어의 폭이 증가하는 역테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.

상기 자성체 코어는, 상기 자성체 코어의 내측 단부에서부터 방사방향 일 지점까지 진행할수록 상기 자성체 코어의 폭이 증가하는 역테이퍼부와, 상기 방사방향 일 지점으로부터 상기 자성체 코어의 외측 단부까지 진행할수록 상기 자성체 코어의 폭이 감소하는 정테이퍼부로 이루어질 수 있다.

상기 자성체 코어의 역테이퍼부의 양측과, 상기 자성체 코어의 양측에 인접하게 구비되는 상기 제1 자석 및 제2 자석 각각의 사이에는, 공극이 형성될 수 있다.

상기 자성체 코어의 역테이퍼부의 양측과, 상기 자성체 코어의 양측에 인접하게 구비되는 상기 제1 자석 및 제2 자석 각각은 서로 밀착될 수 있다.

상기 복수의 영구자석 각각은 단일 자석으로 이루어지고, 상기 각 영구자석은, 상기 각 영구자석의 원주방향 일측에서부터 상기 각 영구자석의 원주방향 중심까지는 제1 방향으로 착자되고, 상기 각 영구자석의 원주방향 중심부터 상기 각 영구자석의 원주방향 타측까지는 제2 방향으로 착자되되, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 상기 원주방향 중심을 기준으로 좌우대칭을 이룰 수 있다.

상기 복수의 영구자석 각각은, 상기 각 영구자석의 원주방향 중심을 기준으로 좌우로 서로 분리된 좌측 단위자석과 우측 단위자석으로 이루어지고, 상기 좌측 단위자석은 제1 방향으로 착자되고, 상기 우측 단위자석은 제2 방향으로 착자되되, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 상기 원주방향 중심을 기준으로 좌우대칭을 이룰 수 있다.

상기 복수의 영구자석 각각은, 상기 각 영구자석 내에 위치하며 상기 각 영구자석의 현과 평행한 기준선을 기준으로 상하로 서로 분리된 상부 단위자석과 하부 단위자석으로 이루어지고, 상기 상부 단위자석은 제1 방향으로 착자되고, 상기 하부 단위자석은 제2 방향으로 착자되되, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.

상기 각 영구자석의 일측에 위치하는 자성체 코어의 방사방향 외측 단부와, 타측에 위치하는 자성체 코어의 방사방향 외측 단부를 서로 연결한 선과 동일하게 형성될 수 있다.

상기 복수의 영구자석 각각은, 상기 각 영구자석의 원주방향 중심을 기준으로 좌우로 서로 분리됨과 동시에, 상기 각 영구자석 내에 위치하며 상기 각 영구자석의 현과 평행한 기준선을 기준으로 상하로 서로 분리된, 좌측 상부 단위자석, 좌측 하부 단위자석, 우측 상부 단위자석, 및 우측 하부 단위자석으로 이루어지고, 상기 좌측 상부 단위자석은 제1 방향으로 착자되고, 상기 좌측 하부 단위자석은 제2 방향으로 착자되고, 상기 우측 상부 단위자석은 제3 방향으로 착자되고, 상기 우측 하부 단위자석은 제4 방향으로 착자되되, 상기 제1 방향과 상기 제3 방향, 및 상기 제2 방향과 상기 제4 방향은, 상기 원주방향 중심을 기준으로 좌우대칭을 이루고, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향, 및 상기 제3 방향과 상기 제4 방향은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.

본 발명에 의하면, 종래 착자 요크에 비해 링 마그넷의 극 이방 성형이 잘 이루어져 링 마그넷이 높은 자속밀도를 가지게 될 뿐 아니라, 링 마그넷의 데드존이 현저히 감소될 수 있게 되어, 이를 이용하여 스테핑 모터 등을 제작할 시 센서를 통해 더욱 정밀한 위치 검출이 이루어질 수 있다.

또한, 다양한 착자 요크에 있어서 설계 변수를 제공함으로써, 최적의 성능을 발휘할 수 있는 착자 요크를 설계할 수 있다.

도 1은 종래 착자 요크의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 착자 요크의 단면도이다.
도 3은 종래 착자 요크와 본 발명의 착자 요크의 Flux Line과 자속 밀도 B_Mag 값을 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 종래 착자 요크를 통해 착자된 링 마그넷과 본 발명의 착자 요크를 통해 착자된 링 마그넷 간 자속밀도를 비교한 그래프이다.
도 5, 6은 본 발명의 제1 설계변수를 설명하기 위한 실시도면이다.
도 7, 8, 9는 본 발명의 제2 설계변수를 설명하기 위한 실시도면이다.
도 10, 11, 12는 본 발명의 제3 설계변수를 설명하기 위한 실시도면이다.
도 13, 14는 본 발명의 제4 설계변수를 설명하기 위한 실시도면이다.
도 15는 본 발명의 제5 설계변수를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 제6 설계변수를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 제7 설계변수를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 착자 요크의 단면도로서, 우선 본 발명의 착자 요크(10)는 도 2에 도시된 단면이 적층방향으로 연장된 원통형으로 이루어질 수 있으며, 이하에서는 원통형 착자 요크에서 일 단면을 기준으로 하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 착자 요크(10)는 내부에 환형의 중공(C)이 형성되도록 원주방향으로 배열된 복수의 영구자석(100);과, 복수의 영구자석 중 서로 인접한 두 영구자석 사이에 구비되는 자성체 코어(200);를 포함하며, 복수의 영구자석 내부의 중심부에 구비되는 내경코어(300);와, 복수의 영구자석 외주면을 감싸도록 구비되는 외경코어(400);를 더 포함할 수 있으며, 내경코어(300)의 외주면에 피 착자물인 링 마그넷(M)이 삽입되어 배치될 수 있다. 링 마그넷(M)은 페라이트 재질로 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로, 복수의 영구자석(100)은 링 마그넷(M)의 외주면에 대향하여 설치되는 것으로, 복수의 영구자석(100)은 자화방향이 서로 반대인 제1 자석(110)과 제2 자석(120)을 포함하며, 링 마그넷(M)의 원주방향을 따라 제1 자석(110)과 제2 자석(120)이 서로 교번하여 나란하게 배열될 수 있다. 제1 자석(110)과 제2 자석(120)은 각각 다수개이자 동시에 짝수개로 구성되어, 제1 자석(110)과 제2 자석(120)이 원주방향을 따라 무한하게 교대로 배치되는 구조로 형성될 수 있다.

자성체 코어(200)는 링 마그넷(M)의 외주면에 대향하여 설치되며, 복수의 영구자석(100) 중 서로 인접하는 제1 자석(110)과 제2 자석(120) 사이에 각각 구비될 수 있다. 자성체 코어(200)는 자성체를 띠는 재질로 이루어지는 것으로, 일반적으로 철심일 수 있다.

여기서, 제1 자석(110)과 제2 자석(120)은, 자성체 코어를 향해 배향 자장을 인가하도록 자화될 수 있다. 종래 착자 요크(5)는 도 1에서 흰색 화살표로 나타낸 것과 같이 복수의 영구자석(7) 각각이 방사방향으로 자화되어 피 착자물인 링 마그넷(6)에 배향 자장을 직접 인가하는 것에 비해, 본 발명의 착자 요크(10)는 도 2에서 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이 제1 자석(110)과 제2 자석(120)이 자성체 코어(200)를 향해 자화됨에 따라, 제1 자석(110)과 제2 자석(120)의 배향 자장이 자성체 코어(200)에 집중되어 인가되고, 자성체 코어(200)에 집중된 자속이 링 마그넷(M)에 인가된다. 즉, 본 발명의 자성체 코어는 영구자석의 자속을 집중시키고 집중된 자속을 링 마그넷에 인가하는 기능을 수행할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 본 발명은 복수의 영구자석(100) 외주면을 감싸도록 복수의 영구자석(100) 외주면 외측에 구비되는 외경코어(400);를 더 포함할 수 있으며, 이때 외경코어(400)는 영구자석들(100)의 자속 누설을 방지하기 위해 비자성체로 이루어질 수 있다. 즉, 외경코어(400)는 비자성체 재질로 이루어지는 것으로, 예를 들어 알루미늄, 비철 금속 등으로 이루어질 수 있다.

도 3은 종래 착자 요크와 본 발명의 착자 요크의 Flux Line과 자속 밀도 B_Mag 값을 비교하여 나타낸 것으로, 도 3의 (a)는 도 1에 나타낸 종래 착자 요크(5)를 나타내고 도 3의 (b)는 도 2에 나타낸 본 발명의 착자 요크(10)를 나타내며, 도 4는 종래 착자 요크를 통해 착자된 링 마그넷과 본 발명의 착자 요크를 통해 착자된 링 마그넷 간 자속밀도를 비교한 그래프이다. 도 3, 4에 도시된 바와 같이 종래 착자 요크에 비해 본 발명에 의하면 링 마그넷으로 깊게 침투하는 Flux Line이 더 많은 것을 확인할 수 있으며, 링 마그넷으로 인가되는 B_Mag 값이 큰 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면 종래 착자 요크에 비해 링 마그넷의 극 이방 성형이 잘 이루어져 링 마그넷이 높은 자속밀도를 가지게 될 뿐 아니라, 링 마그넷의 데드존이 현저히 감소될 수 있게 되어, 이를 이용하여 스테핑 모터 등을 제작할 시 센서를 통해 더욱 정밀한 위치 검출이 이루어질 수 있다.

이하에서는 상술한 구조를 가지되, 링 마그넷의 착자 성능을 향상시킬 수 있는 착자 요크의 다양한 설계변수를 제안하도록 한다.

(1) 자성체 코어의 높이(제1 설계변수)

본 발명의 자석 요크는, 자성체 코어의 높이(h)를 설계변수로 가질 수 있다. 자성체 코어의 높이(h_100)란 상술한 원통형의 착자 요크(10)에서 일 단면을 기준으로, 자성체 코어(200)의 내측 호에 해당하는 하단부에서부터 상단부까지의 길이를 의미할 수 있으며, 각 영구자석의 높이(h_200)란 부채꼴 형상의 각 영구자석(100)의 내측 호에 해당하는 하단에서부터 상단부까지의 길이를 의미할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 자석 요크(10)는, 자성체 코어의 높이(h_200))가 최대로는 각 영구자석들(100)의 높이와 동일하게 형성되거나, 또는 그보다는 작게 형성될 수 있다. 도 5, 6은 본 발명의 제1 설계변수를 설명하기 위한 실시도면으로서, 도 5의 (a)와 같이 자성체 코어의 높이(h_100)가 다른 각 영구자석들의 높이(h_200)와 동일하게 형성될 수 있거나, 또는 도 5의 (b)와 같이 자성체 코어의 높이(h_100)가 다른 각 영구자석의 높이(h_200)에 비해 낮게 형성될 수 있다. 또한, 자성체 코어의 높이(h_100)가 각 영구자석의 높이(h_200)에 비해 낮게 형성되는 경우, 도 6에서와 같이 다양한 높이를 가질 수 있다.

(2) 자성체 코어의 형상 1(제2 설계변수)

본 발명의 자석 요크는, 자성체 코어의 형상을 설계변수로 가질 수 있다. 도 7, 8, 9는 본 발명의 제2 설계변수를 설명하기 위한 실시도면으로서, 자성체 코어는, 도 7과 같이 자성체 코어의 내측 단부(200_in)에서부터 외측 단부(200_out)까지 진행할수록 자성체 코어의 폭(w)이 동일하게 형성되거나(w_in = w_out), 도 8과 같이 자성체 코어의 내측 단부(200_in)에서 외측 단부(200_out)까지 진행할수록 자성체 코어의 폭(W)이 감소하는 정테이퍼 형상으로 형성되거나(w_in > w_out), 도 9와 같이 자성체 코어의 내측 단부(200_in)에서 외측 단부(200_out)까지 진행할수록 자성체 코어의 폭(W)이 증가하는 역테이퍼 형상으로 형성될 수 있다(w_in < w_out).

(3) 자성체 코어의 형상 2(제3 설계변수)

본 발명의 자석 요크는, 자성체 코어의 또다른 형상을 설계변수로 가질 수 있다. 도 10, 11, 12는 본 발명의 제3 설계변수를 설명하기 위한 실시도면으로서, 자성체 코어는, 자성체 코어의 내측 단부에서부터 방사방향 일 지점까지 진행할수록 자성체 코어의 폭이 증가하는 역테이퍼부(A)와, 방사방향 일 지점으로부터 자성체 코어의 외측 단부까지 진행할수록 자성체 코어의 폭이 감소하는 정테이퍼부(B)로 이루어질 수 있다.

여기서, 도 10과 같이, 자성체 코어의 역테이퍼부(A)의 양측과, 자성체 코어에 인접하게 구비되는 제1 자석 및 제2 자석 각각의 사이에는 공극(air)이 형성되거나, 도 11과 같이 자성체 코어의 역테이퍼부(A)의 양측과 자성체 코어에 인접하게 구비되는 제1 자석 및 제2 자석 각각은 서로 밀착되도록 형성될 수 있다. 이때, 도 12와 같이, 역테이퍼부(A)의 테이퍼된 정도를 의미하는 테이퍼링 각(α)을 추가적인 설계변수로 할 수 있다.

(4) 각 영구자석의 자화방향(제4 설계변수)

본 발명의 자석 요크는, 각 영구자석의 자화방향을 설계변수로 가질 수 있다. 도 13, 14는 본 발명의 제4 설계변수를 설명하기 위한 실시도면으로서, 도 13에서 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이, 자성체 코어의 각 영구자석은 단일 자석으로 이루어질 수 있고, 각 단일자석은 각 자석의 원주방향 일측에서부터 각 자석의 원주방향 중심(m)까지는 제1 방향으로 착자되고, 각 자석의 원주방향 중심(m)부터 각 자석의 원주방향 타측까지는 제2 방향으로 착자될 수 있으며, 이때 제1 방향과 제2 방향은 원주방향 중심(m)을 기준으로 좌우대칭을 이룰 수 있다.

즉, 도 2에서는 자화방향이 도면상 좌측에서 우측으로 향하는 직선 형태로 형성되던 것에 반해, 도 13의 예에 따르면 자화방향이 도면상 각 자석의 원주방향 중심부분(m)을 기준으로 절곡될 수 있다. 이는 영구자석의 최적 자화 방향을 산출 후 영구자석의 이방성 착자를 통해 구현될 수 있다. 이때, 제1 방향과 제2 방향은 각각 자성체 코어와 이루는 각(β)이 수직 내지는 수직에 가까운 방향을 의미할 수 있으며, 자성체 코어의 높이, 형상 등을 고려하여 최적의 값을 산출할 수 있다. 이와 같이 영구자석의 일측과 타측의 자화 방향이 다르게 구성됨에 따라 자성체 코어와 이루는 각이 비교적 수직에 가깝게 되어 자성체 코어에 배향 자장을 더욱 집중적으로 인가할 수 있다. 도 14는 다양한 형태의 자성체 코어에서 자화방향에 대한 각각의 실시예를 나타낸다.

(5) 각 영구자석의 좌우 분할(제5 설계변수)

본 발명의 자석 요크는, 각 영구자석을 좌우 분할하는 것을 설계변수로 가질 수 있다. 도 15는 본 발명의 제5 설계변수를 설명하기 위한 도면으로서, 도시된 바와 같이 각 영구자석(100)은, 각 영구자석(100)의 원주방향 중심(m)을 기준으로 서로 분리된 좌측 단위자석(101)과 우측 단위자석(102)으로 이루어지고, 좌측 단위자석(101)은 제1 방향으로 착자되고, 우측 단위자석(102)은 제2 방향으로 착자될 수 있으며, 이때 제1 방향과 제2 방향은 원주방향 중심(m)을 기준으로 좌우대칭을 이룰 수 있다. 이는 상술한 단일 영구자석에서 원주방향 중심을 기준으로 자화 방향을 절곡시킨 것과 동일하되, 단일 자석으로 이루어지는 것이 아니라 각각 2개의 단위자석으로 분리시킴으로써, 각 단위자석을 따로 착자시킬 수 있게 되어 착자 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 제조 측면에서 보다 유리할 수 있다.

(6) 각 영구자석의 상하 분할(제6 설계변수)

본 발명의 자석 요크는, 각 영구자석을 상하 분할하는 것을 설계변수로 가질 수 있다. 도 16은 본 발명의 제6 설계변수를 설명하기 위한 도면으로서, 도시된 바와 같이 각 영구자석(100)은 각 영구자석 내에 위치하며 각 영구자석의 현(chord)과 평행한 기준선(L)을 기준으로 서로 분리된 상부 단위자석(103)과 하부 단위자석(104)으로 이루어지고, 상부 단위자석(103)은 제1 방향으로 착자되고, 하부 단위자석(104)은 제2 방향으로 착자될 수 있으며, 이때 제1 방향과 제2 방향은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 이는 앞의 제5 설계변수가 각 영구자석을 원주방향 중심을 기준(m)으로 하여 좌우로 분할하는 것과 달리, 본 설계변수에 의하면 각 영구자석을 기준선(L)을 기준으로 상하로 분할하는 것으로서, 상부 단위자석(103)과 하부 단위자석(104)의 착자 방향을 달리할 수 있다는 점에서 자성체 코어의 형상과의 관계를 고려하여 최적의 설계를 하는 것에 도움을 줄 수 있다.

즉, 기준선(L)은 자석의 일측에 위치하는 자성체 코어의 외측 단부와, 타측에 위치하는 자성체 코어의 방사방향 외측 단부를 서로 연결한 선과 동일하게 형성될 수 있으며, 예를 들어 자성체 코어의 높이가 각 영구자석의 높이와 동일하게 형성되는 경우에는 부채꼴 형상을 가지는 각 영구자석에서의 현이 기준선이 될 수 있으며, 자성체 코어의 높이가 각 영구자석의 높이에 비해 낮게 형성되는 경우에는 두 자성체 코어의 상측 단부를 연결한 선을 기준선으로 하여 상부 단위자석(103)과 하부 단위자석(104)이 분리될 수 있다. 이는 착자 요크 제작의 용이성을 증가시킬 수 있다.

한편, 본 예에서 제1 방향과 제2 방향이 같거나 다르다는 것은, 상부 단위자석(103)과 하부 단위자석(104) 모두 가로방향 일측에서 타측으로 직선 형태로 착자될 시 제1 방향과 제2 방향이 같다는 것을 의미함은 물론이며, 앞의 제4 설계변수에서 설명한 바와 같이 상부 단위자석과 하부 단위자석에 있어서 가로방향(원주방향) 중심(m)을 기준으로 착자 방향이 절곡될 시, 기준선(L)과 상부 단위자석(103)의 착자 방향이 이루는 각(γ_1)과, 기준선(L)과 하부 단위자석(104)의 착자 방향이 이루는 각(γ_2)이 같은 경우 제1 방향과 제2 방향이 동일한 것을 의미할 수 있고, 위의 두 각(γ_1, γ_2)이 다른 경우 제1 방향과 제2 방향이 상이한 것을 의미할 수 있다.

나아가, 도 16에서와 달리 기준선(L)이 하나가 아니라 두개 이상으로 형성되어, 각 영구자석이 상하방향으로 2단으로 분리형성되는 것 이외에도, 상하방향으로 3단 이상으로 분리형성될 수 있음은 물론이다.

(7) 각 영구자석의 상하좌우 분할(제7 설계변수)

본 발명의 자석 요크는, 각 영구자석을 상하좌우 분할하는 것을 설계변수로 가질 수 있다. 즉, 앞의 제5 설계변수에서 각 영구자석을 좌우로 분할하는 것과 제6 설계변수에서 각 영구자석을 상하로 분할하는 것을 결합함으로써, 본 예에 따르면 각 영구자석이 상하좌우로 각각 분리되어 4개의 단위자석으로 형성될 수 있다.

도 17은 본 발명의 제7 설계변수를 설명하기 위한 도면으로서, 도시된 바와 같이 각 영구자석은, 각 영구자석의 원주방향 중심(m)을 기준으로 서로 분리됨과 동시에, 각 영구자석 내에 위치하며 각 영구자석의 현과 평행한 기준선(L)을 기준으로 서로 분리된, 좌측 상부 단위자석(105), 좌측 하부 단위자석(106), 우측 상부 단위자석(107), 및 우측 하부 단위자석(108)으로 이루어지고, 좌측 상부 단위자석(105)은 제1 방향으로 착자되고, 좌측 하부 단위자석(106)은 제2 방향으로 착자되고, 우측 상부 단위자석(107)은 제3 방향으로 착자되고, 우측 하부 단위자석(108)은 제4 방향으로 착자될 수 있으며, 이때 제1 방향과 제3 방향, 및 제2 방향과 제4 방향은 원주방향 중심을 기준으로 좌우대칭을 이루고, 제1 방향과 제2 방향, 및 제3 방향과 제4 방향은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 여기서 제1 내지 제4 방향은, 앞의 제5 설계변수에서 설명한 제1, 제2 방향과, 제6 설계변수에 설명한 제1, 제2 방향에 대한 설명을 참조하면 충분히 파악할 수 있으므로, 구체적인 설명은 앞의 설명으로 대체하기로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 착자 요크에 있어서 다양한 설계변수를 제공함으로써, 링 마그넷 착자 성능을 최대로 할 수 있는 착자 요크를 설계제작할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

10: 착자 요크
100: 복수의 영구자석
110, 120: 제1, 제2 자석
200: 자성체 코어
300: 내경 코어
400: 외경 코어
A: 자성체 코어의 역테이퍼부
B: 자성체 코어의 정테이퍼부
air: 공극
101: 좌측 단위자석
102: 우측 단위자석
103: 상부 단위자석
104: 하부 단위자석
105: 좌측 상부 단위자석
106: 좌측 하부 단위자석
107: 우측 상부 단위자석
108: 우측 하부 단위자석
M: 링 마그넷
C: 환형의 중공

Claims

링 마그넷의 외주면에 대향하여 설치되는 복수의 영구자석으로서, 상기 복수의 영구자석은 자화방향이 서로 반대인 제1 자석과 제2 자석을 포함하며, 상기 링 마그넷의 원주방향을 따라 상기 제1 자석과 제2 자석이 서로 교번하여 나란하게 배열되는, 복수의 영구자석; 및
상기 링 마그넷의 외주면에 대향하여 설치되며, 상기 복수의 영구자석 중 서로 인접하는 상기 제1 자석과 제2 자석 사이에 각각 구비되는 자성체 코어;를 포함하고,
상기 제1 자석 및 제2 자석은, 상기 자성체 코어를 향해 배향 자장을 인가하도록 자화된 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 복수의 영구자석 외주면을 감싸도록 구비되는 외경코어;를 더 포함하고,
상기 외경코어는 비자성체인 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 자성체 코어는,
상기 자성체 코어의 높이가 상기 제1 자석 및 제2 자석의 높이와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 자성체 코어는,
상기 자성체 코어의 높이가 상기 제1 자석 및 제2 자석의 높이보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 자성체 코어는,
상기 자성체 코어의 내측 단부에서부터 외측 단부까지 진행할수록, 상기 자성체 코어의 폭이 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 자성체 코어는,
상기 자성체 코어의 내측 단부에서부터 외측 단부까지 진행할수록, 상기 자성체 코어의 폭이 감소하는 정테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 자성체 코어는,
상기 자성체 코어의 내측 단부에서부터 외측 단부까지 진행할수록, 상기 자성체 코어의 폭이 증가하는 역테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 자성체 코어는,
상기 자성체 코어의 내측 단부에서부터 방사방향 일 지점까지 진행할수록 상기 자성체 코어의 폭이 증가하는 역테이퍼부와,
상기 방사방향 일 지점으로부터 상기 자성체 코어의 외측 단부까지 진행할수록 상기 자성체 코어의 폭이 감소하는 정테이퍼부로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제8항에 있어서,
상기 자성체 코어의 역테이퍼부의 양측과, 상기 자성체 코어의 양측에 인접하게 구비되는 상기 제1 자석 및 제2 자석 각각의 사이에는, 공극이 형성되는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제8항에 있어서,
상기 자성체 코어의 역테이퍼부의 양측과, 상기 자성체 코어의 양측에 인접하게 구비되는 상기 제1 자석 및 제2 자석 각각은 서로 밀착되는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 복수의 영구자석 각각은 단일 자석으로 이루어지고,
상기 각 영구자석은, 상기 각 영구자석의 원주방향 일측에서부터 상기 각 영구자석의 원주방향 중심까지는 제1 방향으로 착자되고, 상기 각 영구자석의 원주방향 중심부터 상기 각 영구자석의 원주방향 타측까지는 제2 방향으로 착자되되,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 상기 원주방향 중심을 기준으로 좌우대칭을 이루는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 복수의 영구자석 각각은, 상기 각 영구자석의 원주방향 중심을 기준으로 좌우로 서로 분리된 좌측 단위자석과 우측 단위자석으로 이루어지고,
상기 좌측 단위자석은 제1 방향으로 착자되고, 상기 우측 단위자석은 제2 방향으로 착자되되,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 상기 원주방향 중심을 기준으로 좌우대칭을 이루는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 복수의 영구자석 각각은, 상기 각 영구자석 내에 위치하며 상기 각 영구자석의 현과 평행한 기준선을 기준으로 상하로 서로 분리된 상부 단위자석과 하부 단위자석으로 이루어지고,
상기 상부 단위자석은 제1 방향으로 착자되고, 상기 하부 단위자석은 제2 방향으로 착자되되,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제13항에 있어서,
상기 기준선은,
상기 각 영구자석의 일측에 위치하는 자성체 코어의 방사방향 외측 단부와, 타측에 위치하는 자성체 코어의 방사방향 외측 단부를 서로 연결한 선과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 착자 요크.
제1항에 있어서,
상기 복수의 영구자석 각각은, 상기 각 영구자석의 원주방향 중심을 기준으로 좌우로 서로 분리됨과 동시에, 상기 각 영구자석 내에 위치하며 상기 각 영구자석의 현과 평행한 기준선을 기준으로 상하로 서로 분리된, 좌측 상부 단위자석, 좌측 하부 단위자석, 우측 상부 단위자석, 및 우측 하부 단위자석으로 이루어지고,
상기 좌측 상부 단위자석은 제1 방향으로 착자되고, 상기 좌측 하부 단위자석은 제2 방향으로 착자되고, 상기 우측 상부 단위자석은 제3 방향으로 착자되고, 상기 우측 하부 단위자석은 제4 방향으로 착자되되,
상기 제1 방향과 상기 제3 방향, 및 상기 제2 방향과 상기 제4 방향은, 상기 원주방향 중심을 기준으로 좌우대칭을 이루고,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향, 및 상기 제3 방향과 상기 제4 방향은 서로 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는, 착자 요크.