KR20230116701A - 로터 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 기계(10)용 로터(20)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 로터(20)는 로터 코어(22) 및 영구 자석 세그먼트들(32)을 갖는 영구 자석(30)을 포함하고, 로터 코어(22)는 영구 자석(30)용 자석 포켓(24)을 포함하며, 상기 방법은 이하의 단계들을 포함한다: A) 영구 자석 세그먼트들(32)을 비자화 상태에서 개별 영구 자석 세그먼트(32) 간의 접합 없이 자석 포켓(24) 내에 삽입하는 단계, B) 상기 영구 자석 세그먼트들(32)을 고정 단계에서 자석 포켓(24) 내에 고정하는 단계, C) 단계 B) 이후 영구 자석 세그먼트들(32)을 자화하는 단계.

Description

로터 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A ROTOR}

본 발명은 로터를 제조하는 방법, 로터 및 전기 기계에 관한 것이다.

EP 2 312 732 B1호는 비자화된 영구 자석 세그먼트를 설치 후 자화하는 단계를 포함하는 방법을 보여준다.

EP 2 378 646 A1호는 영구 자석을 조립 후 자화하는 방법을 보여준다.

JP 5 287 138 B2호는 모터 내 영구 자석을 자화하는 방법을 보여준다.

JP 5 412 082 B2호는 전기 모터를 보여준다.

DE 10 2011 105 515 A1호는 연자성 세그먼트들 및 하나의 경자성 세그먼트를 갖는 자석 조립체를 보여준다.

DE 10 2016 116 990 A1호는 자석 세그먼트들이 서로 결합되어 있는, 내부적으로 세그먼트화된 영구 자석을 보여준다.

따라서, 본 발명의 과제는 로터를 제조하는 신규 방법, 신규 로터 및 신규 전기 기계를 제공하는 것이다.

상기 과제는 독립 청구항들의 대상에 의해 해결된다.

전기 기계용 로터를 제조하는 방법으로서, 로터는 영구 자석 세그먼트들을 갖는 영구 자석 및 로터 코어를 포함하고, 로터 코어는 영구 자석용 자석 포켓을 포함하고, 이 방법은 이하의 단계를 포함한다:

A) 영구 자석 세그먼트를, 비자화 상태에서 그리고 개별 영구 자석 세그먼트들 간의 접합 없이, 자석 포켓 내에 삽입하는 단계,

B) 상기 영구 자석 세그먼트를 고정 단계에서 자석 포켓에 고정하는 단계,

C) 단계 B) 이후 영구 자석 세그먼트를 자화하는 단계.

개별 영구 자석 세그먼트를 상호 접합 없이 그리고 그에 따라 서로 연결되지 않은 상태로 삽입함으로써, 삽입 전 접합 단계가 생략될 수 있다. 또한, 영구 자석 세그먼트는 영구 자석 세그먼트의 수를 변화시킴으로써 상이한 자석 포켓 크기에 사용될 수 있다. 또한, 체적이 동일할 때 더 많은 자석 질량이 제공될 수 있고, 기하학적 조립체에서의 많은 자유도, 예를 들어 병진과 회전의 조합이 존재한다.

한 바람직한 실시예에 따라, 자석 포켓은 적어도 부분적으로 복수의 영구 자석 세그먼트를 위해 형성되고, 단계 A)에서 복수의 영구 자석 세그먼트가 자석 포켓들 중 적어도 하나에 삽입된다. 따라서, 자석 포켓의 적어도 일부분 내로 복수의 영구 자석 세그먼트를 삽입할 수 있으며, 별도의 자석 포켓이 불필요하다.

한 바람직한 실시예에 따라, 복수의 영구 자석 세그먼트는 적어도 2개의 인접한 영구 자석 세그먼트가 제1 방향 및 제2 방향으로 서로에 대해 오프셋되도록 자석 포켓들 중 적어도 하나에 배열된다. 이러한 오프셋에 의해, 영구 자석 세그먼트들 서로에 대한 상대적 위치는 일렬로 오프셋 없이 배열될 때보다 더 양호하게 정의될 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 당연히 평행하지 않고 서로 각도를 이룬다. 달리 말하면, 제1 방향과 제2 방향은 상이하다. 이를 오프셋이 있는 배열이라고도 말할 수 있다.

한 바람직한 실시예에 따라, 영구 자석 세그먼트들은 적어도 부분적으로 직육면체 기본 형상을 가지며, 상기 제1 방향은 영구 자석 세그먼트의 제1 측에 수직이고, 상기 제2 방향은 영구 자석 세그먼트의 제2 측에 수직이다. 이를 통해, 영구 자석 세그먼트들이 서로 가깝게 위치될 수 있다.

한 바람직한 실시예에 따라, 단계 B) 이후 영구 자석 세그먼트들은 자석 포켓들 중 적어도 하나에서 서로에 대해 적어도 부분적으로 비틀림 회전된다. 이는 만곡된 배열을 제공한다. 비틀림 회전된 배열도 마찬가지로 서로에 대한 양호한 위치 설정을 가능케 하고, 또한 영구 자석에 의해 생성된 자속 밀도의 양호한 구성 및 저항 효과와 인덕턴스의 증가를 가능케 한다.

한 바람직한 실시예에 따라, 영구 자석 세그먼트들은 자석 포켓들 중 적어도 하나에 서로 축 방향으로 오프셋되어 삽입된다. 이를 통해, 영구 자석 세그먼트들 서로에 대한 축방향 오프셋 배열이 달성될 수 있고, 와전류가 감소할 수 있다.

한 바람직한 실시예에 따라, 상기 고정 단계는:

- 접착식 연결의 생성,

- 강제 결합식 연결의 생성, 및

- 형상 결합식 연결의 생성

으로 구성된 제1 그룹의 적어도 하나의 고정 단계를 포함한다.

접착식 연결은 예를 들어, 영구 자석 세그먼트의 삽입 후 수지 또는 다른 접착성 플라스틱의 도입에 의해 생성될 수 있다.

강제 결합식 연결은 예를 들어, 적층 철심(laminated core)으로서 형성된 로터 코어 내의 클램핑 요소에 의해 또는 추가적인 기계적 클램핑 요소에 의해 달성될 수 있다.

형상 결합식 연결은 예를 들어, 로터 코어상에 축방향 덮개를 제공함으로써 또는 나사 맞물림에 의해 생성될 수 있다.

한 바람직한 실시예에 따라, 고정 단계는 플라스틱, 특히 수지를 이용한 접착식 연결의 생성을 포함한다. 영구 자석 세그먼트들이 사전에 서로 접착되지 않음으로써, 접착식 연결의 생성 시 공기 혼입의 위험이 감소한다.

한 바람직한 실시예에 따라, 고정 단계는 이송 성형에 의한 접착식 연결의 생성을 포함한다. 이 방법은 공기 혼입이 적거나 전혀 없는 플라스틱 구역이 생성될 수 있게 한다. 이 경우, 영구 자석 세그먼트들 사이에 바람직하게 유동 채널이 제공된다.

한 바람직한 실시예에 따라, 고정 단계는 접착식 연결의 생성을 포함하지 않는다. 자화를 통해 영구 자석 세그먼트가 로터 코어의 외부로 당겨지고, 이는 고정자 조립체에 의해 생성된 자속 밀도와의 양호한 상호 작용을 도출한다. 또한, 더 큰 갭에 의해 열전도성이 개선될 수 있다.

로터는 이러한 방법에 의해 제조된다.

전기 기계는 고정자 조립체 및 그러한 로터를 포함한다.

본 발명의 추가 세부사항 및 바람직한 개선은, 이하에 기술되고 도면들에 도시된 실시예들과 종속 청구항들에 명시되며, 실시예들은 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 전술한 특징들 및 하기에 추가로 설명될 특징들은 여기에 각각 명시된 조합뿐만 아니라 다른 방식으로 조합된 형태로 또는 단독으로도 본 발명의 범주 내에서 적용될 수 있다.

도 1은 오프셋된 영구 자석 세그먼트들을 갖는 로터의 일 실시예의 개략적 축상도(axial view)이다.
도 2는 도 1의 로터의 로터 코어의 개략적 축상도이다.
도 3은 영구 자석 세그먼트들이 삽입된 도 2의 로터 코어의 개략적 축상도이다.
도 4는 고정 단계 이후의 도 3의 로터 코어의 개략적 축상도이다.
도 5는 자화 단계에서의 도 4의 로터 코어의 개략적 축상도이다.
도 6은 영구 자석 세그먼트들의 만곡된 배열을 갖는 로터의 실시예의 개략적 축상도이다.
도 7은 영구 자석 세그먼트들의 축방향 오프셋을 갖는 로터의 실시예의 개략적 축상도이다.
도 8은 제어 장치, 고정자 조립체 및 로터를 갖는 전기 기계의 개략도이다.

하기에서 동일하거나 동일한 효과를 갖는 부품에는 동일한 참조 부호가 부여되며, 일반적으로 한 번만 설명된다. 설명은 불필요한 반복을 피하기 위해 도면에 걸쳐 서로에 기반한다.

도 1에는 전기 기계(10)(도 8 참조)를 위한 로터(20)의 극 영역(pole area)이 개략적으로 도시되어 있다. 로터(20)는 로터 코어(22), 영구 자석(30) 및 샤프트(28)를 갖는다. 로터 코어(22)는 영구 자석(30)용 자석 포켓(24)을 포함한다. 영구 자석(30)은 영구 자석 세그먼트(32)를 포함한다.

본 실시예에서, 영구 자석 세그먼트들을 해당 자석 포켓(24) 내에 고정하기 위해 적어도 국부적으로 영구 자석 세그먼트(32) 주위의 플라스틱(34)이 제공된다.

상기 영역의 개략도는 로터 극(26)용 자석 포켓(24) 및 영구 자석(30)의 배열의 예를 보여준다. 나머지 로터 극은 상응하게 구성될 수 있으며, 이러한 표현이 통상의 기술자에게 로터 코어도 세그먼트화되어야 한다는 것을 암시하지는 않지만, 통상의 기술자는 그렇게 되도록 할 수 있다. 로터(20)는 2극, 4극, 6극 또는 그 이상의 극을 가질 수 있다.

본 실시예에서는 자석 포켓(24)이 4개의 영구 자석 세그먼트(32)용으로 구성되어 있지만, 자석 포켓(24)은 1개, 2개, 3개, 5개 또는 그 이상의 영구 자석 세그먼트(32)용으로도 제공될 수 있다. 바람직하게는, 자석 포켓(24)의 적어도 일부에 적어도 2개의 영구 자석 세그먼트(32)가 있다.

영구 자석 세그먼트들(32)은 본 실시예에서, 적어도 2개의 인접한 영구 자석 세그먼트(32)가 제1 방향(41) 및 제2 방향(42)으로 서로에 대해 오프셋되도록 배열되어 있다.

영구 자석 세그먼트(32)는 바람직하게 적어도 부분적으로 직육면체 기본 형상을 갖는다. 이 경우, 제1 방향은 영구 자석 세그먼트(32)의 제1 측에 수직이고, 제2 방향(42)은 영구 자석 세그먼트(32)의 제2 측에 수직이다. 그러나 영구 자석 세그먼트(32)는 예를 들어 적어도 부분적으로 만곡된 면도 가질 수 있다.

도 2는 도 1의 로터(30)를 제조하는 제1 단계를 보여준다. 자석 포켓(24)을 갖는 로터 코어(22)가 제공된다.

도 3은 로터(30)를 제조하는 제2 단계를 보여준다. 바람직하게 경자성 재료로 형성되는 영구 자석 세그먼트(32)는 비자화 상태에서 개별 영구 자석 세그먼트(32) 사이의 접합 없이 자석 포켓(24) 내로 삽입된다. 서로 연결된 복수의 영구 자석 세그먼트로 구성된 영구 자석(30)과 대조적으로, 상기 영구 자석 세그먼트는 다른 영구 자석 세그먼트(32)로의 고정 연결 없이 자석 포켓(24) 내로 삽입된다. 그로 인해 삽입 전 영구 자석 세그먼트들의 접합 과정이 회피될 수 있다.

세그먼트화된 영구 자석(30)은 적은 와전류 손실로 인해 일체형 영구 자석(30)에 비해 이점이 있다. 이러한 유형의 세그먼트화된 영구 자석은 통상적으로 서로 접착된 영구 자석 세그먼트들로 이루어진 하나의 직육면체 영구 자석 부재로서 자석 포켓 내에 삽입된다. 이를 성층 세그먼트화 영구 자석(laminated, segmented permanent magnet)이라고도 한다.

자화 상태에서 복수의 영구 자석 세그먼트(32)를 자석 포켓(24) 내에 삽입하는 것은 어렵거나 전혀 불가능할 수 있는데, 이는 이들이 동일한 극성 때문에 서로 밀어내고, 이때, 특히 희토류 자석의 경우, 강한 힘을 발생시키기 때문이다.

그러나 비자화 상태에서는 영구 자석 세그먼트들(32)이 이들 사이에 더 큰 자력을 발생시키지 않으면서 삽입될 수 있다. 이 경우, 영구 자석 세그먼트들(32)은 예를 들어 차례로 삽입될 수 있거나, 복수의 파지 요소를 갖는, 개략적으로 도시된 파지 장치(61)를 통해 적어도 부분적으로 동시에 자석 포켓(24) 내에 삽입될 수 있다.

도 4는 고정 단계가 수행된 이후의 로터(20)를 보여준다. 본 실시예에서는 개별 영구 자석 세그먼트(32) 사이의 영역 및/또는 영구 자석 세그먼트(32)와 로터 코어(22) 사이의 영역 내로 플라스틱(34)이 도입되었고, 이 플라스틱(34)이 영구 자석 세그먼트(32)를 관련 자석 포켓(24) 내에 고정한다. 이를 접착식 연결이라고 할 수 있다. 영구 자석 세그먼트들의 삽입 후 고정 단계를 수행하는 것이 바람직한데, 그 이유는 영구 자석 세그먼트(32)를 로터 코어(22) 내로 삽입하기 전에 접착하는 공정 단계가 생략되고, 개별 영구 자석 세그먼트(32) 사이의 상응하는 연결이 로터 코어(22)로의 연결과 함께 수행될 수 있기 때문이다.

플라스틱으로서 수지, 예를 들어 에폭시 수지도 사용될 수 있다.

플라스틱(34) 내에 영구 자석 세그먼트(32)를 매립하는 것에 대한 대안으로서, 이들 영구 자석 세그먼트를 예를 들어 도시되지 않은 클램핑 요소에 의해 기계적으로 고정할 수도 있으며, 상기 클램핑 요소는 예를 들어 로터 코어(22) 내에 형성될 수 있다.

일반적으로, 상기 고정 단계는:

- 접착식 연결의 생성,

- 강제 결합식 연결의 생성, 및

- 형상 결합식 연결의 생성

으로 구성된 그룹의 적어도 하나의 고정 단계를 포함할 수 있다.

접착식 연결을 구현하기 위한 한 바람직한 실시예는 이송 성형이다.

또 다른 한 바람직한 실시예에서는 플라스틱에 의한 접착이 수행되지 않으며, 이는 조립을 상당히 용이하게 한다.

도 5는 영구 자석 세그먼트(32) 및 이와 더불어 영구 자석(30)이 고정 단계 이후에 자화 장치(63)에 의해 자화되는 추가 제조 단계를 보여준다.

도 6은 로터(20)의 또 다른 실시예를 보여준다.

영구 자석 세그먼트들(32)이 자석 포켓(24) 내에서 적어도 부분적으로 서로에 대해 비틀림 회전되어 있다. 이는 로터 코어(22) 내로의 삽입 시 영구 자석 세그먼트(32)의 양호한 위치 설정 및 로터 극(26)에 의해 생성된 자속 밀도의 개선을 가능케 한다.

도 7은 로터(20)의 또 다른 실시예의 개략도를 보여준다.

본 실시예에서 영구 자석 세그먼트들(32)은 자석 포켓들(24) 중 적어도 하나 내에서 서로 축방향으로 오프셋되어 배열되어 있고, 그에 따라 제조 시 서로 축방향으로 오프셋되어 삽입된다. 이러한 구성에 의해서도 와전류 손실이 감소할 수 있다.

도 8은 고정자 조립체(12), 로터 조립체(20) 및 제어 장치(14)를 포함하는 전기 기계(10)를 보여준다. 제어 장치(14)는 바람직하게 하나의 출력단을 갖는다.

물론 본 출원의 범주 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능하다.

Claims (12)

1. 전기 기계(10)용 로터(20)를 제조하는 방법으로서, 로터(20)는 로터 코어(22) 및 영구 자석 세그먼트들(32)을 갖는 영구 자석(30)을 포함하고, 로터 코어(22)는 영구 자석(30)용 자석 포켓(24)을 포함하며,
   상기 방법은 하기 단계:
   A) 영구 자석 세그먼트들(32)을 비자화 상태에서 개별 영구 자석 세그먼트(32) 간의 접합 없이 자석 포켓(24) 내에 삽입하는 단계,
   B) 상기 영구 자석 세그먼트들(32)을 고정 단계에서 자석 포켓(24) 내에 고정하는 단계,
   C) 단계 B) 이후 영구 자석 세그먼트들(32)을 자화하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 자석 포켓들(24)은 복수의 영구 자석 세그먼트에 대해 적어도 부분적으로 형성되고, 단계 A)에서 복수의 영구 자석 세그먼트(32)가 자석 포켓들(24) 중 적어도 하나에 삽입되는, 방법.
3. 제1항에 있어서, 자석 포켓들(24) 중 적어도 하나에서 복수의 영구 자석 세그먼트(32)는, 적어도 2개의 인접한 영구 자석 세그먼트(32)가 제1 방향(41) 및 제2 방향(42)으로 서로에 대해 오프셋되도록 배열되는, 방법.
4. 제3항에 있어서, 영구 자석 세그먼트들(32)은 적어도 부분적으로 직육면체 기본 형상을 가지며, 제1 방향(41)은 영구 자석 세그먼트들(32)의 제1 측에 수직이고 제2 방향(42)은 영구 자석 세그먼트들(32)의 제2 측에 수직인, 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 영구 자석 세그먼트들(32)은 자석 포켓들(24) 중 적어도 하나에서 단계 B) 이후에 서로에 대해 적어도 부분적으로 비틀림 회전되는, 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영구 자석 세그먼트(32)는 상기 자석 포켓들(24) 중 적어도 하나에 삽입되어 있으며, 서로 축 방향으로 오프셋되어 있는, 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 단계는:
   접착식 연결의 생성,
   강제 결합식 연결의 생성, 및
   형상 결합식 연결의 생성
   으로 구성된 제1 그룹의 적어도 하나의 고정 단계를 포함하는, 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 단계는 플라스틱, 특히 수지를 이용한 접착식 연결의 생성을 포함하는, 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 단계는 이송 성형에 의한 접착식 연결의 생성을 포함하는, 방법.
10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 단계는 접착식 연결의 생성을 포함하지 않는, 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 로터(20).
12. 고정자 조립체(12) 및 제11항에 따른 로터(20)를 포함하는 전기 기계(10).