KR20240071562A - 할박배열구조 모터의 자석 설치구조 및 설치방법 - Google Patents
할박배열구조 모터의 자석 설치구조 및 설치방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 할박배열(halbach array)로 배치되는 영구자석을 자기력선(원주방향, 방사방향)의 방향에 따라 서로 단차를 이루도록 다른 위치에 설치하여 고조파 왜곡(THD)을 줄여주도록 한 할박배열구조 모터의 자석 설치구조 및 설치방법에 관한 것이다.
본 발명의 할박배열구조 모터의 자석 설치구조는 권선이 권취된 고정자(10)와, 고정자(10)의 외측에 설치되고 고정자의 권선에 의해 회전자계가 발생함에 따라 회전하는 회전자(20)와, 상기 회전자(20)와 결합되는 샤프트를 포함하고, 상기 회전자(20)는, 백요크(21)와, 상기 백요크(21)의 내주면에 링 형태로 할박 배열로 배치되는 복수개의 영구자석(25)으로 구성되며, 상기 백요크(21)의 내주면에는 각각의 영구자석(25)의 일면이 밀착결합되도록 영구자석(25)의 개수와 동일개수로 자석결합부(40)가 형성되어 지되, 상기 자석결합부(40)는 표면에 결합되는 영구자석(25)이 서로 단차를 이루면서 배치되도록 요홈부(41)와 요철부(42)가 교호적으로 형성되며, 상기 영구자석(25)은, 상기 요홈부(41)에 결합되고 자기력선이 원주방향으로 시계 및 반시계방향인 원주방향 영구자석(26)과, 상기 요철부(42)에 결합되어 원주방향 영구자석(26)보다 내부 방향으로 더 돌출되게 구비되고 자기력선이 내부 또는 외부 방사 방향인 방사방향 영구자석(27)으로 구성된다.
본 발명의 할박배열구조 모터의 자석 설치구조는 권선이 권취된 고정자(10)와, 고정자(10)의 외측에 설치되고 고정자의 권선에 의해 회전자계가 발생함에 따라 회전하는 회전자(20)와, 상기 회전자(20)와 결합되는 샤프트를 포함하고, 상기 회전자(20)는, 백요크(21)와, 상기 백요크(21)의 내주면에 링 형태로 할박 배열로 배치되는 복수개의 영구자석(25)으로 구성되며, 상기 백요크(21)의 내주면에는 각각의 영구자석(25)의 일면이 밀착결합되도록 영구자석(25)의 개수와 동일개수로 자석결합부(40)가 형성되어 지되, 상기 자석결합부(40)는 표면에 결합되는 영구자석(25)이 서로 단차를 이루면서 배치되도록 요홈부(41)와 요철부(42)가 교호적으로 형성되며, 상기 영구자석(25)은, 상기 요홈부(41)에 결합되고 자기력선이 원주방향으로 시계 및 반시계방향인 원주방향 영구자석(26)과, 상기 요철부(42)에 결합되어 원주방향 영구자석(26)보다 내부 방향으로 더 돌출되게 구비되고 자기력선이 내부 또는 외부 방사 방향인 방사방향 영구자석(27)으로 구성된다.
Description
본 발명은 할박배열(halbach array)로 배치되는 영구자석을 자기력선(원주방향, 방사방향)의 방향에 따라 서로 단차를 이루도록 다른 위치에 설치하여 고조파 왜곡(THD)을 줄여주도록 한 할박배열구조 모터의 자석 설치구조 및 설치방법에 관한 것이다.
모터란, 전기 에너지를 역학적 에너지인 회전 에너지로 변환해주어 역학적인 일을 할 수 있도록 하는 전기기계를 말한다. 이러한 모터에 대한 고출력, 고효율, 소형화, 경량화, 초고속화, 저소음, 저진동, 및 높은 신뢰성에 대한 기술적 요구가 고도화 되어, 활발하게 연구되고 있다.
이러한 모터는 크게 권선이 권취된 고정자, 고정자의 권선에 의해 회전자계가 발생함에 따라 회전하는 회전자 및 회전자와 결합되어 팬 등의 부하가 가해지는 샤프트로 이루어져 있다.
영구자석 모터는, 모터의 회전자의 표면에 매립되거나 부착된 영구 자석을 사용하여 스스로 자계를 만들어 토크를 형성하는 모터를 말한다. 이러한 영구자석 모터는 권선이 권취된 고정자, 고정자의 권선에 의해 회전자계가 발생함에 따라 회전하는 회전자, 및 회전자와 결합되어 팬 등의 부하가 가해지는 샤프트를 포함하고, 상기 회전자는 링 형태로 배열된 영구자석, 영구자석의 자속 통로가 형성되는 백요크를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 영구자석 모터는, 영구자석이 고정자의 권선에 의해 발생된 회전 자계에 놓여 자기의 흡인, 반발력이 작용하여 회전축과 함께 회전하게 된다. 영구자석 모터는 고도화되는 기술적 요구를 충족시킬 수 있는 핵심 기술이며 전자계 설계기술과 함께 고속 회전시의 구조적 안정성을 확보하기 위해 베어링에 관한 연구가 활발하다.
한편, 종래의 영구자석 모터에 영구자석을 할박 배열을 적용하게 되면, 영구 자석의 링 형상 내측 즉 중심측의 자속 패쓰의 크기를 줄여줄 수 있지만, 반대로 링 형상 외측의 자속 패스의 크기는 증가하게 된다. 그에 따라 회전자가 한 특정 방향으로 회전하려는 것을 방지하려는 비트림 힘인 코깅 토크가 증가하며, 상 선간전압 고조파 왜곡(THD; Total Harmonic Distortion)이 증가하여 모터의 성능에 악영향을 주는 고조파 성분들이 많이 발생하고, 이는 회전시 저항요소가 될 수 있는 문제 또한 있었다.
도 5는 일반적인 3상 모터의 3상 교류 그래프를 보인 것이며, 선간전압에 고조파 왜곡으로 인해 매끄럽지 못함을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 백요크 내주면에 할박배열(halbach array)로 배치되게 영구자석을 설치하는 경우에 원주방향 자기력선을 갖는 영구자석과 방사방향 자기력선을 갖는 영구자석을 백요크 내주면에서 동일 선상이 아닌 서로 다른 선상에 위치되게 구비함으로써 고조파 왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)을 줄여줄 수 있는 할박배열구조 모터의 자석 설치구조 및 설치방법을 제공함에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 할박배열구조 모터의 자석 설치구조는 권선이 권취된 고정자(10)와, 고정자(10)의 외측에 설치되고 고정자의 권선에 의해 회전자계가 발생함에 따라 회전하는 회전자(20)와, 상기 회전자(20)와 결합되는 샤프트를 포함하고, 상기 회전자(20)는, 백요크(21)와, 상기 백요크(21)의 내주면에 링 형태로 할박 배열로 배치되는 복수개의 영구자석(25)으로 구성되며, 상기 백요크(21)의 내주면에는 각각의 영구자석(25)의 일면이 밀착결합되도록 영구자석(25)의 개수와 동일개수로 자석결합부(40)가 형성되어 지되, 상기 자석결합부(40)는 표면에 결합되는 영구자석(25)이 서로 단차를 이루면서 배치되도록 요홈부(41)와 요철부(42)가 교호적으로 형성되며, 상기 영구자석(25)은, 상기 요홈부(41)에 결합되고 자기력선이 원주방향으로 시계 및 반시계방향인 원주방향 영구자석(26)과, 상기 요철부(42)에 결합되어 원주방향 영구자석(26)보다 내부 방향으로 더 돌출되게 구비되고 자기력선이 내부 또는 외부 방사 방향인 방사방향 영구자석(27)으로 구성된다.
여기서, 상기 원주방향 영구자석(26)은 방사방향 영구자석(27)과 동일한 두께로 형성되어 지되, 방사방향 영구자석(27)보다 더 길고 최대 1.5배 이내의 길이로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 할박배열 모터의 자석 설치방법은, 상기 권선이 권취된 고정자(10)와, 고정자(10)의 외측에 설치되고 고정자의 권선에 의해 회전자계가 발생함에 따라 회전하는 회전자(20)와, 상기 회전자(20)와 결합되는 샤프트를 포함하여 구성된 모터에서, 상기 회전자(20)의 백요크(21) 내주면에 할박 배열로 배치되게 결합되는 복수개의 영구자석(25)을 설치하기 위한 할박배열 모터의 자석 설치방법에 있어서, 상기 백요크(21)의 내주면에 서로 단차를 이루도록 요홈부(41)와 요철부(42)를 교호적으로 형성하는 단계와, 상기 요홈부(41)와 요철부(42)에 접착제를 도포하고 자기력선이 시계 및 반시계 원주방향인 원주방향 영구자석(26)과 자기력선의 방사방향이 내부 및 외부로 방사되는 방사방향 영구자석(27)의 일면을 할박 배열로 배치되게 각각 부착시키는 단계와, 상기 원주방향 영구자석(26)의 타면과 마주하는 외표면에 원주방향 영구자석(26)과 방사방향 영구자석(27)의 단차진 길이만큼 돌출되게 지지부(51)를 형성한 자석 고정지그(50)를 구비하는 단계와, 자석 고정지그(50)를 회전자(20)의 내측공간에 끼워 설정 시간동안 상기 원주방향 영구자석(26)과 방사방향 영구자석(27)의 타면을 각각 지지시켜 주는 단계와, 설정시간이 지난 후 자석 고정지그(50)를 분리하는 단계를 거쳐 백요크의 내주면에 할박 배열로 영구자석을 배치하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 지지부(51)는 원주방향 영구자석(26)의 타면에 밀착되는 외표면이 톱니형태로 형성된 것이 바람직하다.
상기의 구성으로 이루어진 본 발명에 따르면, 백요크 내주면에 원주방향 영구자석과 방사방향 영구자석이 각각 단차를 이루도록 서로 다른 선상에 위치되게 설치함으로써 상 선간전압의 고조파 왜곡(THD)을 줄여줄 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 회전자의 백요크 내주면에 형성된 자석결합부와 이 자석결합부에 부착되는 영구자석(원주방향 영구자석, 방사방향 영구자석)을 보인 상태도,
도 2는 도 1에서 자기력선의 방향을 표시한 상태도,
도 3은 본 발명에 따른 백요크 내주면에 영구자석들 부착한 상태에서 자석 고정지그를 지지해 놓은 상태도,
도 4는 본 발명에 따른 자석 고정지그의 발췌도,
도 5는 본 발명의 자석 설치구조로 설치된 3상 모터의 고주파 왜곡을 보인 3상 교류 그래프,
도 6은 할박배열된 일반적인 3상 모터의 고주파 왜곡을 보인 3상 교류 그래프.
도 2는 도 1에서 자기력선의 방향을 표시한 상태도,
도 3은 본 발명에 따른 백요크 내주면에 영구자석들 부착한 상태에서 자석 고정지그를 지지해 놓은 상태도,
도 4는 본 발명에 따른 자석 고정지그의 발췌도,
도 5는 본 발명의 자석 설치구조로 설치된 3상 모터의 고주파 왜곡을 보인 3상 교류 그래프,
도 6은 할박배열된 일반적인 3상 모터의 고주파 왜곡을 보인 3상 교류 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 할박배열구조 모터의 자석 설치구조 및 설치방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 할박배열구조 모터의 자석 설치구조에 대한 설명에 앞서, 첨부된 도면에서는 외전형 모터 즉, 아우터 로터형 모터구조로 도시하였다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 모터는 권선이 권취된 고정자(10)와, 고정자(10)의 외측에 설치되고 고정자의 권선에 의해 회전자계가 발생함에 따라 회전하는 회전자(20)와, 상기 회전자(20)와 결합되는 샤프트(미도시)를 포함하는 모터에서, 상기 회전자(20)에 설치되는 영구자석(25)이 할박 배열로 배치된다.
구체적으로는 상기 회전자(20)는 백요크(21)와, 상기 백요크(21)의 내주면에 링 형태로 할박 배열로 배치되는 복수개의 영구자석(25)으로 구성된다.
영구자석(25)은 자기력선이 원주방향으로 시계 및 반시계방향인 원주방향 영구자석(26)과, 자기력선이 내부 또는 외부 방사 방향인 방사방향 영구자석(27)으로 구성된다.
이때, 상기 원주방향 영구자석(26)과 방사방향 영구자석(27)은 백요크의 내주면에 단차 없이 동일 선상으로 설치될 경우에 도 6과 같이 고조파 왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)이 발생되는데, 이러한 고조파 왜곡을 줄여주기 위해 단차를 갖도록 설치된다.
영구자석의 설치를 위해, 상기 백요크(21)의 내주면에는 영구자석의 개수와 동일 개수로 자석결합부(40)가 형성되는 것이며, 자석결합부(40)는 영구자석(25)이 서로 단차를 이루면서 배치되도록 요홈부(41)와 요철부(42)가 교호적으로 형성된다.
상기 요홈부(41)에는 원주방향 영구자석(26)의 일면이 결합되어 지고, 요철부(42)에는 방사방향 영구자석(27)의 일면이 결합되어 진다.
따라서, 원주방향 영구자석(26)과 방사방향 영구자석(27)의 타면이 단차를 이루면서 배치되는 것이며, 선간전압 고조파 왜곡의 감소효과를 원주방향 영구자석의 단차를 통해서 해결하게 된다.
도 5는 본 발명의 영구자석을 단차지게 설치한 경우의 3상 교류 그래프를 보인 것으로, 도 6의 일반적인 3상 교류 그래프에 비해 선간전압의 고조파 왜곡이 확실하게 감소하여 매끄로운 상태임을 확인할 수 있다.
본 발명에서 할박 배열로 배치되는 상기 원주방향 영구자석과 방사방향 영구자석은 도 2에 도시된 바와 같이 요홈부(41)에 시계방향으로 자기력선을 갖는 원주방향 영구자석이 설치되고, 그 인접부위인 요철부(42)에 내부로 방사되게 자기력선을 갖는 방사방향 영구자석이 설치되며, 또한 그 옆으로 형성되는 요홈부(41)에 반시계방향으로 자기력선을 갖는 원주방향 영구자석이 설치되고, 그 옆으로 형성되는 요철부(42)에는 외부로 방사되게 자기력선을 갖는 방사방향 영구자석이 설치되어 있으며, 이와 같이 서로 다른 방향으로 자기력선을 갖는 4개의 영구자석이 링형태로 순차적으로 설치되어 진다.
이와 같은 원주방향 영구자석과 방사방향 영구자석은 타면이 단차를 이루도록 설치되는 것임에 따라 원주방향 영구자석과 방사방향 영구자석을 안정적으로 부착시키는데 어려움이 있다.
따라서, 원주방향 영구자석과 방사방향 영구자석을 효과적으로 부착시켜 줄 필요가 있다.
이를 위해, 본 발명에서는 할박 배열로 배치되는 영구사적을 효과적으로 설치하기 위한 방법을 설명한다.
먼저, 회전자를 이루는 백요크(21)의 내주면에 서로 단차를 이루도록 요홈부(41)와 요철부(42)를 교호적으로 형성한다.
상기 요홈부(41)와 요철부(42)에 접착제를 도포한 후에는 영구자석을 할박 배열로 배치시켜 주기 위해, 요홈부(41) 중 하나에는 자기력선이 시계방향인 원주방향 영구자석(26)을 부착하고, 그 옆에 인접하는 요철부(42)에는 자기력선이 내부로 방사되는 방사방향 영구자석(27)을 부착하며, 또 그 옆에 인접하는 요홈부(41)에는 자기력선이 반시계방향인 원주방향 영구자석(26)을 부착하고, 그 옆으로 인접하는 요철부(42)에는 자기력선이 외부로 방사되는 방사방향 영구자석(27)을 부착하며, 상기 4가지의 각기 다른 방향을 향하는 4개의 영구자석을 순차적으로 부착한다.
그리고, 접착제가 응고될 때까지 회전자의 내측 공간에서 자석 고정지그(50)로 상기 원주방향 영구자석(26)과 방사방향 영구자석(27)를 지지시켜 주기 위해 자석 고정지그(50)를 구비한다.
상기 자석 고정지그(50)의 외표면에는 원주방향 영구자석(26)이 부착된 간격마다 지지부(51)가 돌출되게 형성된다. 지지부(51)는 원주방향 영구자석(26)과 방사방향 영구자석(27)의 단차진 길이만큼 돌출된다.
상기 지지부(51)가 원주방향 영구자석(26)의 타면을 마주보도록 한 상태로 자석 고정지그(50)를 회전자의 내측공간에 끼워주어 원주방향 영구자석과 방사방향 영구자석의 타면을 각각 지지시켜 준다.
설정시간이 지나 접착제의 응고되면 자석 고정지그(50)를 회전자의 내측공간에서 분리하면 된다.
상기와 같이 과정을 거쳐 회전자의 백요크 내주면에 원주방향 영구자석과 방사방향 영구자석의 타면이 단차를 이루도록 한 상태로 할박 배열로 영구자석을 배치할 수 있는 것이다.
여기서, 자석 고정지그(50)의 외표면이 영구자석의 타면에 밀착된 상태로 영구자석들을 지지하게 됨에 따라 자석 고정지그(50)를 분리하고자 할 경우에 접촉면적의 증가로 인해 분리작업에 어려움이 발생될 수 있다.
또한, 영구자석을 지지하는 과정에서 접착제가 흘러내릴 수 있는데. 이렇게 흘러내리는 접착제가 지지부의 표면이나 자석 고정지그의 외표면으로 이동되어 응고되면서 자석 고정지그를 원활하게 분리하지 못하는 문제가 발생될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 원주방향 영구자석(26)의 타면에 밀착되는 상기 지지부(51)의 돌출된 외표면은 판판한 평면이 아니라 톱니형태로 형성된 것이 바람직하다.
따라서, 원주방향 영구자석과의 접촉면적을 줄여주어 자석 고정지그(50)의 분리작업시 보다 쉽게 분리할 수 있는 것이다.
10: 고정자
20: 회전자
21: 백요크 25: 영구자석
26: 원주방향 영구자석 27: 방사방향 영구자석
40: 자석결합부 41: 요홈부
42: 요철부 50: 자석 고정지그
51: 지지부
21: 백요크 25: 영구자석
26: 원주방향 영구자석 27: 방사방향 영구자석
40: 자석결합부 41: 요홈부
42: 요철부 50: 자석 고정지그
51: 지지부
Claims (4)
- 권선이 권취된 고정자(10)와, 고정자(10)의 외측에 설치되고 고정자의 권선에 의해 회전자계가 발생함에 따라 회전하는 회전자(20)와, 상기 회전자(20)와 결합되는 샤프트를 포함하고,
상기 회전자(20)는, 백요크(21)와, 상기 백요크(21)의 내주면에 링 형태로 할박 배열로 배치되는 복수개의 영구자석(25)으로 구성되며,
상기 백요크(21)의 내주면에는 각각의 영구자석(25)의 일면이 밀착결합되도록 영구자석(25)의 개수와 동일개수로 자석결합부(40)가 형성되어 지되, 상기 자석결합부(40)는 표면에 결합되는 영구자석(25)이 서로 단차를 이루면서 배치되도록 요홈부(41)와 요철부(42)가 교호적으로 형성되며,
상기 영구자석(25)은, 상기 요홈부(41)에 결합되고 자기력선이 원주방향으로 시계 및 반시계방향인 원주방향 영구자석(26)과, 상기 요철부(42)에 결합되어 원주방향 영구자석(26)보다 내부 방향으로 더 돌출되게 구비되고 자기력선이 내부 또는 외부 방사 방향인 방사방향 영구자석(27)으로 구성된 것을 특징으로 하는 할박배열구조 모터의 자석 설치구조.
- 제1항에 있어서,
상기 영구자석(25)은, 자기력선이 시계방향인 원주방향 영구자석(26)과, 자기력선이 내부로 방사되는 방사방향 영구자석(27)과, 자기력선이 반시계방향인 원주방향 영구자석(26)과, 자기력선이 외부로 방사도는 방사방향 영구자석(27)이 순차적으로 번갈아가며 설치되는 것을 특징으로 하는 할박배열구조 모터의 자석 설치구조.
- 권선이 권취된 고정자(10)와, 고정자(10)의 외측에 설치되고 고정자의 권선에 의해 회전자계가 발생함에 따라 회전하는 회전자(20)와, 상기 회전자(20)와 결합되는 샤프트를 포함하여 구성된 모터에서, 상기 회전자(20)의 백요크(21) 내주면에 할박 배열로 배치되게 결합되는 복수개의 영구자석(25)을 설치하기 위한 할박배열 모터의 자석 설치방법에 있어서,
상기 백요크(21)의 내주면에 서로 단차를 이루도록 요홈부(41)와 요철부(42)를 교호적으로 형성하는 단계와,
상기 요홈부(41)와 요철부(42)에 접착제를 도포하고 자기력선이 시계 및 반시계 원주방향인 원주방향 영구자석(26)과 자기력선의 방사방향이 내부 및 외부로 방사되는 방사방향 영구자석(27)의 일면을 할박 배열로 배치되게 각각 부착시키는 단계와,
상기 원주방향 영구자석(26)의 타면과 마주하는 외표면에 원주방향 영구자석(26)과 방사방향 영구자석(27)의 단차진 길이만큼 돌출되게 지지부(51)를 형성한 자석 고정지그(50)를 구비하는 단계와,
자석 고정지그(50)를 회전자(20)의 내측공간에 끼워 설정 시간동안 상기 원주방향 영구자석(26)과 방사방향 영구자석(27)의 타면을 각각 지지시켜 주는 단계와,
설정시간이 지난 후 자석 고정지그(50)를 분리하는 단계를 거쳐 백요크의 내주면에 할박 배열로 영구자석을 배치하는 것을 특징으로 하는 할박배열구조 모터의 자석 설치방법.
- 제3항에 있어서,
상기 지지부(51)는 원주방향 영구자석(26)의 타면에 밀착되는 외표면이 톱니형태로 형성된 것을 특징으로 하는 할박배열구조 모터의 자석 설치방법.
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| KR20130009051A (ko) | 2011-07-14 | 2013-01-23 | 주식회사 아모텍 | 로터, 이를 구비한 모터 및 로터 제조방법 |
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2022
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