KR20220101709A - 회전 전기 기계 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고가의 비자성 재료의 사용을 저감하면서, 기능성, 작업성을 향상시키고, 제조 비용을 저감하는 회전 전기 기계를 제공한다. 본 발명의 회전 전기 기계는, 스테이터와 로터를 갖고, 로터는, 축방향으로 전자 강판을 적층해서 구성되는 로터 코어와, 로터 코어에, 축방향으로 삽입되는 영구 자석과, 로터 코어의 직경 방향의 중앙부를 관통하여, 회전축이 되는 샤프트와, 로터 코어의 일단부에는 비자성 재료로 형성된 제1 로터 단부판과 철재로 형성된 제2 로터 단부판이 축 방향으로 설치되고, 로터 코어의 타단부에는 철재로 형성된 제3 로터 단부판과 비자성 재료로 형성된 제4 로터 단부판이 직경 방향으로 설치되고, 제1 로터 단부판은, 제2 로터 단부판보다 축방향 내측에 설치되고, 제1 로터 단부판이, 영구 자석에 접하고, 제4 로터 단부판은, 제3 로터 단부판보다 직경 방향 외측에 설치되고, 제4 로터 단부판이, 영구 자석에 접하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 영구 자석을 갖는 회전 전기 기계에 관한 것이다.
일반적으로, 영구 자석을 갖는 회전 전기 기계로서, 매립 자석형 동기 회전 전기 기계가 있다. 이 매립 자석형 동기 회전 전기 기계는, 전자 강판을 적층해서 구성되는 로터 코어의 내부에, 영구 자석이 삽입된다. 그리고, 로터 코어의 양 단부에는, 로터 단부판이 설치되고, 로터 단부판은 적층한 전자 강판을 고정하여, 로터 코어로부터 영구 자석이 튀어나오는 것을 방지한다.
이 로터 단부판에는, 영구 자석으로부터의 누설 자속에 의한 철손 방지의 관점 및 강도의 관점에서, 비자성 재료인 스테인리스 강재가 사용된다. 그러나, 스테인리스 강재는, 철재(강)와 비교하여, 고가여서, 회전 전기 기계의 비용의 증가의 요인으로 되어 있었다.
이러한 본 기술 분야의 배경 기술로서, 일본특허공개 제2018-88748호 공보(특허문헌 1)가 있다. 특허문헌 1에는, 로터 코어의 자석 삽입 구멍에는 영구 자석이 삽입되고, 로터 코어의 단부면에는 로터 단부판이 설치되고, 로터 코어 및 로터 단부판은, 수축 끼워 맞춤에 의해 샤프트에 고정되는 매립 자석형 동기 회전 전기 기계이며, 로터 단부판은, 강도 부재로 형성한 내주측 링체와, 내주측 링체에 대하여 동심형으로 설치되고, 비자성 재료로 형성한 외주측 링체로 형성되고, 내주측 링체는 토크를 전달하고, 외주측 링체는 자석 삽입 구멍의 단부면을 폐색하는 매립 자석형 동기 회전 전기 기계가 기재되어 있다.
특허문헌 1에는, 내주측 링체와, 내주측 링체에 대하여 동심형으로 설치되고, 비자성 재료로 형성한 외주측 링체로 형성된 로터 단부판을 갖는 매립 자석형 동기 회전 전기 기계가 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에는, 고가의 비자성 재료의 사용을 저감하면서, 기능성, 작업성을 향상시키고, 제조 비용을 저감하는 회전 전기 기계에 대해서는, 기재되어 있지 않다.
그래서, 본 발명은 고가의 비자성 재료의 사용을 저감하면서, 기능성, 작업성을 향상시키고, 제조 비용을 저감하는 회전 전기 기계를 제공한다.
상기한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 회전 전기 기계는, 스테이터와 로터를 갖고, 로터는 축방향으로 전자 강판을 적층해서 구성되는 로터 코어와, 로터 코어에, 축방향으로 삽입되는 영구 자석과, 로터 코어의 직경 방향의 중앙부를 관통하여, 회전축이 되는 샤프트와, 로터 코어의 일단부에는 비자성 재료로 형성된 제1 로터 단부판과 철재(강)로 형성된 제2 로터 단부판이 축 방향으로 설치되고, 로터 코어의 타단부에는 철재(강)로 형성된 제3 로터 단부판과 비자성 재료로 형성된 제4 로터 단부판이 직경 방향으로 설치되고, 제1 로터 단부판은 제2 로터 단부판보다 축방향 내측에 설치되고, 제1 로터 단부판이, 영구 자석에 접하고, 제4 로터 단부판은 제3 로터 단부판보다 직경 방향 외측에 설치되고, 제4 로터 단부판이 영구 자석에 접하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 고가의 비자성 재료의 사용을 저감하면서, 기능성, 작업성을 향상시키고, 제조 비용을 저감하는 회전 전기 기계를 제공할 수 있다.
또한, 상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과에 대해서는, 하기하는 실시예의 설명에 의해, 명확해진다.
도 1은 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계에 사용하는 로터(1)의 개략 구성을 모식적으로 설명하는 축방향 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계에 사용하는 로터(1)의 개략 구성을 모식적으로 설명하는 직경 방향 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계에 사용하는 로터(1)의 개략 구성을 모식적으로 설명하는 직경 방향 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를, 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 실질적으로 동일 또는 유사한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 설명이 중복된 경우에는, 그 설명을 생략하는 경우가 있다.
실시예 1
먼저, 축방향으로 본, 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계에 사용하는 로터(1)의 개략 구성을 모식적으로 설명한다.
도 1은 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계에 사용하는 로터(1)의 개략 구성을 모식적으로 설명하는 축방향 단면도이다.
본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계는, 로터(1)와 그 외주측에 설치되는 스테이터(4)를 갖는다. 회전 전기 기계가 발전기인 경우에는, 로터(1)를 외부로부터의 동력에 의해 회전시켜서, 스테이터(4)로부터 전류를 취출할 수 있다. 또한, 회전 전기 기계가 전동기인 경우에는, 스테이터(4)에 전류를 흘리고, 로터(1)를 회전시켜서, 동력을 외부에 공급할 수 있다.
또한, 로터(1)는 로터 코어(2), 샤프트(3), 로터 단부판(제1 로터 단부판)(7), 로터 단부판(제2 로터 단부판)(8), 로터 단부판(제3 로터 단부판)(9), 로터 단부판(제4 로터 단부판)(10), 영구 자석(6)을 갖는다.
로터 코어(2)는 축방향으로 전자 강판을 적층해서 구성된다. 또한, 로터 코어(2)(로터 코어(2)를 구성하는 전자 강판)에는 축방향으로 자석 삽입 구멍(5)이 형성되고, 자석 삽입 구멍(5)에는 영구 자석(6)이 삽입된다(매립된다). 영구 자석(6)은 자석 삽입 구멍(5)에 삽입된 후에, 바니시 등의 수지나 접착제 등에 의해, 로터 코어(2)에 고정된다.
샤프트(3)는 로터 코어(2)의 직경 방향의 중앙부를 관통하고, 로터(1)의 회전축이 된다. 샤프트(3)에는 로터 단부판을 고정하는 고정부(31)가 설치된다. 또한, 샤프트(3)는 절삭 등에 의해, 일체로 형성된다.
로터 코어(2)의 일단부에는 비자성 재료로 형성된 로터 단부판(7), 철재(강)로 형성된 로터 단부판(8)이 설치되고, 로터 코어(2)의 타단부에는 철재(강)로 형성된 로터 단부판(9), 비자성 재료로 형성된 로터 단부판(10)이 설치된다.
즉, 로터 코어(2)의 양 단부에는, 이들 로터 단부판이 설치되고, 이들 로터 단부판은 적층된 전자 강판을 고정하고, 로터 코어(2)로부터 영구 자석(6)이 튀어나오는 것을 방지한다.
여기서, 로터(1)의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 샤프트(3)에, 로터 단부판(8), 로터 단부판(7), 로터 코어(2)를 구성하는 전자 강판, 로터 단부판(9)이 순차, 수축 끼워 맞춤에 의해, 도면 중, 좌측으로부터 설치된다. 로터 단부판(8)은 샤프트(3)의 고정부(31)에 접촉하고 고정된다. 즉, 샤프트(3)의 고정부(31)의 직경은 로터 단부판(8), 로터 단부판(7), 로터 코어(2)를 구성하는 전자 강판, 로터 단부판(9)의 각각의 중앙부에 형성되는 관통 구멍의 직경보다 크다.
또한, 로터 단부판(8) 및 로터 단부판(7)과 로터 단부판(9)은, 양 단부로부터, 로터 단부판(8) 및 로터 단부판(7)과 로터 단부판(9)이 서로 가까워지는 방향으로, 코오킹된 상태에서, 수축 끼워 맞춤에 의해, 샤프트(3)에 고정된다.
이어서, 로터 단부판(8), 로터 단부판(7), 로터 코어(2)를 구성하는 전자 강판, 로터 단부판(9)이, 샤프트(3)에 고정된 후에, 자석 삽입 구멍(5)에, 영구 자석(6)이 삽입된다. 영구 자석(6)은 자석 삽입 구멍(5)에 삽입된 후에, 바니시 등의 수지나 접착제 등에 의해, 로터 코어(2)에 고정된다.
마지막으로, 영구 자석(6)이 로터 코어(2)에 고정된 후에, 로터 단부판(9)의 외주측에, 로터 단부판(10)이, 볼트 등의 체결부(32) 등에 의해, 고정된다.
즉, 로터 코어(2)의 일단부에는 비자성 재료로 형성된 로터 단부판(7)과 철재(강)로 형성된 로터 단부판(8)이 축 방향으로 설치되고, 로터 코어(2)의 타단부에는 철재(강)로 형성된 로터 단부판(9)과 비자성 재료로 형성된 로터 단부판(10)이 직경 방향으로 설치된다.
이와 같이, 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계는, 로터 단부판(8) 및 로터 단부판(7)을 일련의 작업 공정(일련의 수축 끼워 맞춤)에 의해, 설치할 수 있어, 작업성을 향상시키고, 제조 비용을 저감할 수 있다.
로터 단부판(7)은 로터 코어(2)와 접촉한 상태에서 설치되고, 예를 들어 스테인리스 강재와 같은 비자성 재료로 구성된다. 또한, 로터 단부판(7)은 직경 방향에 대하여, 자석 삽입 구멍(5)이 설치되는 위치보다 외주측까지 설치되어, 자석 삽입 구멍(5)을 덮도록 설치된다.
로터 단부판(7)이 비자성 재료로 구성되고, 자석 삽입 구멍(5)을 덮도록 설치됨으로써, 영구 자석(6)에 기인하는 누설 자속에 의한 철손의 발생을 억제할 수 있다.
로터 단부판(8)은 로터 단부판(7)과 샤프트(3)의 고정부(31)와 접촉한 상태에서 설치되고, 예를 들어 철재(강)로 구성된다. 또한, 로터 단부판(8)은 자성 재료로 구성되어도 된다. 일반적으로, 철재(강)는 스테인리스 강재와 비교하여 저렴하고, 스테인리스 강재의 사용량을 저감함으로써, 회전 전기 기계의 비용을 저감할 수 있다.
이와 같이, 로터 단부판(7)은 로터 단부판(8)보다 축방향 내측에 설치되고, 로터 단부판(7)이 영구 자석(6)에 접한다.
또한, 로터 단부판(8)은 직경 방향에 대하여, 자석 삽입 구멍(5)이 설치되는 위치보다 내주측에 설치되어, 자석 삽입 구멍(5)을 덮지 않도록 설치된다. 즉, 로터 단부판(8)의 직경은 로터 단부판(7)의 직경보다 작다. 또한, 로터 단부판(8)의 직경은 샤프트(3)의 고정부(31)의 직경보다 크다. 이에 의해, 로터 단부판(7) 및 로터 단부판(8)의 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계는, 도면 중, 우측으로부터, 로터(1)와 스테이터(4)를 냉각하는 냉각풍이 공급된다. 즉, 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계는, 샤프트(3)의 고정부(31)측(로터 단부판(7) 및 로터 단부판(8)이 설치되는 측)에, 로터(1)와 스테이터(4)를 냉각하는 냉각풍을 발생시키는 팬(도시하지 않음)이 설치된다. 그리고, 이 냉각풍은 샤프트(3)의 고정부(31)측(로터 단부판(7) 및 로터 단부판(8)이 설치되는 측)으로부터 공급되어, 로터(1)와 스테이터(4) 사이의 간극(23)에 도입된다.
한편, 로터 단부판(8)의 직경을, 로터 단부판(7)의 직경보다 작게 함으로써, 로터 단부판(8)과 로터 단부판(7) 사이에서, 직경 방향으로, 단차(22)가 형성된다. 그리고, 단차(22)에 의해, 냉각풍이 로터(1)와 스테이터(4) 사이의 간극(23)에, 보다 저항없이 보다 용이하게 도입되어, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계는 냉각풍이 공급되는 측의 로터 단부판(로터 단부판(8) 및 로터 단부판(7))의 형상과, 그 반대측의 로터 단부판(로터 단부판(9) 및 로터 단부판(10))의 형상이 상이하다. 즉, 각각의 로터 단부판은 각각의 기능을 갖도록 구성된다.
또한, 로터 단부판(8)의 축방향의 두께는, 로터 단부판(7)의 축방향의 두께보다 두껍다. 로터 단부판(8)의 축방향의 두께는, 로터 단부판(7)의 축방향의 두께의 5배 내지 6배이다. 예를 들어, 로터 단부판(7)의 축방향의 두께를 2 내지 4㎜로 하는 경우, 로터 단부판(8)의 축방향의 두께는 10 내지 24㎜가 된다. 이에 의해, 스테인리스 강재의 사용량을 저감하면서, 로터 단부판(7) 및 로터 단부판(8)의 강도를 향상시킬 수 있다.
로터 단부판(9)은 로터 단부판(7)의 반대측에, 로터 코어(2)와 접촉한 상태에서 설치되고, 예를 들어 철재(강)로 구성된다. 또한, 로터 단부판(8)은 자성 재료로 구성되어도 된다. 또한, 로터 단부판(9)의 직경은 로터 단부판(8)의 직경과 동등하고, 로터 단부판(9)의 축방향의 두께는, 로터 단부판(8)의 축방향의 두께와 동등하다.
로터 단부판(10)은 로터 단부판(9)의 외주측에, 로터 코어(2)와 접촉한 상태에서 설치되고, 예를 들어 스테인리스 강재와 같은 비자성 재료로 구성된다. 또한, 로터 단부판(10)은 자석 삽입 구멍(5)을 덮도록 설치된다. 로터 단부판(10)이 비자성 재료로 구성되고, 자석 삽입 구멍(5)을 덮도록 설치됨으로써, 영구 자석(6)에 기인하는 누설 자속에 의한 철손의 발생을 억제할 수 있다. 그리고, 로터 단부판(10)은 로터 단부판(9)에, 볼트 등의 체결부(32) 등에 의해, 고정된다.
이와 같이, 로터 단부판(10)은 로터 단부판(9)보다 직경 방향 외측에 설치되고, 로터 단부판(10)이 영구 자석(6)에 접한다.
또한, 로터 단부판(10)의 축방향의 두께는 로터 단부판(9)의 축방향의 두께와 동등하다.
이에 의해, 스테인리스 강재의 사용량을 저감하면서, 로터 단부판(9) 및 로터 단부판(10)의 강도를 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계는, 로터 코어(2)의 일단부에는 로터 단부판(7)과 로터 단부판(8)이 축 방향으로 설치되고, 로터 코어(2)의 타단부에는 로터 단부판(9)과 로터 단부판(10)이 직경 방향으로 설치되어, 고가의 비자성 재료의 사용을 저감하면서, 기능성, 작업성을 향상시키고, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 로터(1)에는 로터 단부판(8), 로터 단부판(7), 로터 코어(2)를 구성하는 전자 강판, 로터 단부판(9)을 관통하는 냉각 구멍(21)이 형성된다. 이 냉각 구멍(21)은 직경 방향에 대하여, 자석 삽입 구멍(5)이 설치되는 위치보다 내주측에 설치된다. 이에 의해, 로터 코어(2)를 구성하는 전자 강판 및 자석 삽입 구멍(5)에 삽입되는 영구 자석(6)을 냉각할 수 있다.
이어서, 직경 방향에서 본, 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계에 사용하는 로터(1)의 개략 구성을 모식적으로 설명한다.
도 2는 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계에 사용하는 로터(1)의 개략 구성을 모식적으로 설명하는 직경 방향 단면도이다.
본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계는, 로터(1)와 그 외주측에 설치되는 스테이터(4)를 갖고, 로터(1)와 스테이터(4) 사이에는 간극(23)이 형성된다.
그리고, 자석 삽입 구멍(5)에는, 영구 자석(6)이 삽입된다. 영구 자석(6)은, 로터 코어(2)에, 둘레 방향으로, 소정의 간격을 형성하여, 설치된다. 또한, 영구 자석(6)은, 2개씩 근접하여, 설치된다. 이에 의해, 영구 자석(6)의 자력을, 더 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 영구 자석(6)은, 둘레 방향으로 인접한 것끼리, 자기 극성(N극 및 S극)이 상이하도록, 자화된다.
또한, 영구 자석(6)이 설치되는 위치에 대향하는 로터 단부판(7)(영구 자석(6)에 접하는 로터 단부판(7)의 부분)에는, 영구 자석(6)의 오삽입에 대응하기 위해, 구멍(24)이 형성된다. 로터 단부판(8)의 직경을, 로터 단부판(7)의 직경보다 작게 함으로써, 구멍(24)을, 로터 단부판(7)에만 형성하면 되어, 작업성을 향상시킬 수 있다.
또한, 로터(1)에는 로터 단부판(8), 로터 단부판(7), 로터 코어(2)를 구성하는 전자 강판, 로터 단부판(9)을 관통하는 냉각 구멍(21)이 형성된다. 이 냉각 구멍(21)은 직경 방향에 대하여, 영구 자석(6)이 설치되는 위치보다 내주측에 둘레 방향으로 소정의 간격을 형성하여, 설치된다. 그리고, 이 냉각 구멍(21)은 직경 방향에 대하여, 영구 자석(6)이 설치되는 위치와 동 방향으로, 설치된다. 이에 의해, 영구 자석(6)을, 더 효율적으로 냉각할 수 있다.
본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계는, 스테이터(4)와 로터(1)를 갖고, 로터(1)는, 축방향으로 전자 강판을 적층해서 구성되는 로터 코어(2)와, 로터 코어(2)에, 축방향으로 삽입되는 영구 자석(6)과, 로터 코어(2)의 직경 방향의 중앙부를 관통하여, 회전축이 되는 샤프트(3)과, 로터 코어(2)의 일단부에는 비자성 재료로 형성된 로터 단부판(7)과 철재(강)로 형성된 로터 단부판(8)이 축 방향으로 설치되고, 로터 코어(2)의 타단부에는 철재(강)로 형성된 로터 단부판(9)과 비자성 재료로 형성된 로터 단부판(10)이 직경 방향으로 설치된다.
그리고, 본 실시예에 기재하는 회전 전기 기계는, 로터 단부판(7)은, 로터 단부판(8)보다 축방향 내측에 설치되고, 로터 단부판(7)이, 영구 자석(6)에 접하고, 로터 단부판(10)은, 로터 단부판(9)보다 직경 방향 외측에 설치되고, 로터 단부판(10)이, 영구 자석(6)에 접한다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 영구 자석(6)에 기인하는 누설 자속에 의한 철손의 발생을 억제하고, 고가의 비자성 재료의 사용을 저감하면서, 기능성, 작업성을 향상시키고, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 여러가지 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서, 구체적으로 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 갖는 것에 한정되는 것은 아니다.
1: 로터
2: 로터 코어
3: 샤프트
4: 스테이터
5: 자석 삽입 구멍
6: 영구 자석
7: 로터 단부판
8: 로터 단부판
9: 로터 단부판
10: 로터 단부판
21: 냉각 구멍
22: 단차
23: 간극
24: 구멍
31: 고정부
32: 체결부
2: 로터 코어
3: 샤프트
4: 스테이터
5: 자석 삽입 구멍
6: 영구 자석
7: 로터 단부판
8: 로터 단부판
9: 로터 단부판
10: 로터 단부판
21: 냉각 구멍
22: 단차
23: 간극
24: 구멍
31: 고정부
32: 체결부
Claims (6)
- 스테이터와 로터를 갖는 회전 전기 기계이며,
상기 로터는, 축방향으로 전자 강판을 적층해서 구성되는 로터 코어와, 상기 로터 코어에, 축방향으로 삽입되는 영구 자석과, 상기 로터 코어의 직경 방향의 중앙부를 관통하여, 회전축이 되는 샤프트와, 상기 로터 코어의 일단부에는 비자성 재료로 형성된 제1 로터 단부판과 철재로 형성된 제2 로터 단부판이 축 방향으로 설치되고, 상기 로터 코어의 타단부에는 철재로 형성된 제3 로터 단부판과 비자성 재료로 형성된 제4 로터 단부판이 직경 방향으로 설치되고,
상기 제1 로터 단부판은, 상기 제2 로터 단부판보다 축방향 내측에 설치되고, 상기 제1 로터 단부판이, 상기 영구 자석에 접하고, 상기 제4 로터 단부판은, 상기 제3 로터 단부판보다 직경 방향 외측에 설치되고, 상기 제4 로터 단부판이, 상기 영구 자석에 접하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계. - 제1항에 있어서,
상기 제2 로터 단부판의 직경은, 상기 제1 로터 단부판의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계. - 제1항에 있어서,
상기 제2 로터 단부판의 축방향의 두께는, 상기 제1 로터 단부판의 축방향의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계. - 제1항에 있어서,
상기 로터를 냉각하는 냉각풍이, 상기 제1 로터 단부판이 설치되는 측으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계. - 제1항에 있어서,
상기 로터에는, 상기 제2 로터 단부판, 상기 제1 로터 단부판, 상기 로터 코어, 상기 제3 로터 단부판을 관통하는 냉각 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계. - 제1항에 있어서,
상기 영구 자석이 설치되는 위치에 대향하는 상기 제1 로터 단부판에는 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
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