KR810000298B1 - 환형자석 구조체(環形磁石構造體) - Google Patents

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내용 없음.

Description

환형자석 구조체(環形磁石構造體)

제1도는 본 발명에 의한 복수의 궁형의 영구자석을 가진 환형자석 구조체를 로우터 부분에 적응한 자전거용 발전기의 단면도.

제2도는 제1도에 도시된 환형 구조체와 같은 것이 스테이터 부분에 적용된 자전거용 발전기의 부분적인 단면도.

제3도는 제1도 또는 제2도에 도시된 환형자석 구조체의 사시도.

제4도는 제3도의 4-4선에 따른 단면도.

제5도는 및 제6도는 제3도에 표시한 것에 대신하여 제1도의 형식의 발전기에 적용할 수 있는 환형자석 구조체의 부분적인 단면도.

제7도는 제3도에 표시된 것에 대신하여 제2도의 형식의 발전기에 적용할 수 있는 환형자석 구조체의 부분적인 단면도.

본 발명은 영구 자석재료에 의하여 생성된 자계를 가진 회전 전기기계에 관한 것이며, 특히 상세하게 말하면, 그와 같은 전기 기계에 사용되는 복수의 궁형(弓形) 영구자석을 병렬로 배치한 환형자석 구조체에 관한 것이다.

페라이트와 같은 세라믹 영구자석을 회전 전기기계에 사용할 경우에는, 그 세라믹 영구자석은 반경 방향으로 착자(着磁)할 수 있고, 또 그 자체가 극면을 구비하고 있으며, 이 극면과 평행 방향에는 높은 자기 저항을 가지고 있으므로, 종래의 알니코(Alnico) 자석을 사용한 경우와 같이 각도 방향으로 스페이스를 가지고 포올슈우 또는 포올피이스를 설치하지 않아도 된다는 것이 알려져 있다. 그러나, 반경 방항으로 착자된 세라믹 영구자석의 단일 링을 형성시키는 것은 곤란하기 때문에,이 세라믹 영구자석을 사용하는 회전 전기기계에서는 복수의 궁형영구 자석을 환형으로 병렬 배치하는 것이 필요하다.

1972년 5월16일에 발행된 R.E. Phelon의 미국 특허 제3,663,850호에 있어서는, 회전전기기계내에 복수의 궁형영구 자석을 환형으로 배치할 경우, 우선 각 영구 자석을 원형의 시핑밴드의 내면에 따라서 서로 단부와 단부 사이에 간격을 두도록 배치하고, 그 각 간격에 탄성 스페이서 또는 스프링 부재를 삽입하고, 이들 탄성 스페이서 또는 스프링 부재가 이 간격을 정의하는 영구 자석의 단부에 연속적으로 압력을 가하는 것에 의하여, 상기한 영구자석이 원형 시핑밴드에 대하여 긴밀하게 압축된 자기 유지프리어셈블리를 구성한다. 이어서, 이 자기 유지프리어셈블리의 영구 자석의 환형 배치는, 그 영구 자석을 구속하는 원형의 시핑밴드중에서 이 밴드와 동일한 내경을 가진 회전전기기계의 환형 내면을 가진 부분에 삽입 또는 이행시킨다. 이리하여 영구자석의 환형 배치는 전기 기계의 환형 내면에 대하여서 상술한 바와 같이 긴밀하게 압축되고, 그것에 의하여 이 환형 내면에 유지된다.

상기한 바와 같은 종래의 영구 자석의 환형 배열은, 각 영구 자석과 인접되는 영구자석과의 사이에 탄성스페이서 또는 스프링 부재를 순차로 삽입하지 않으면 안되고, 특히 마지막 1개의 탄성 스페이서 또는 스프링 부재를 삽입할 때에는, 그것을 삽입하여야 할 간격을 정의하는 영구 자석에 가해지는 다른 탄성 스페이서 또는 스프링 부재의 압력을 일시적으로 배제하지 않으면 안된다고 하는 제작상의 결점이 있다. 또 확실한 자기 유지 작용을 얻으려면, 각 탄성 스페이서 또는 스프링 부재는 비교적 큰 치수를 가지고 있고, 또한 그 재질은 장기간에 걸쳐서 충분한 내구성을 가지는 것이 요구된다. 이 때문에, 각 영구 자석사이에 비교적 큰 간격을 설치하게 되기 때문에, 그 각도 방향으로 작은 간격을 가지고 다수의 자극을 형성하도록 착자시킬 경우에는 불편함이 생긴다. 또 주지된 바와같이, 이러한 종류의 회전 전기기계에서는, 영구자석 재료는 로우터부분 또는 스테이터 부분의 어디엔가에 적용되고, 그 로우터 부분과 스테이터 부분과는 상대적으로 동심형으로 배치되어 있으면 되지만, 상기한 바와 같은 환형 배열의 경우에는 환형 내면에 대하여 자기유지 되기 때문에, 이것을 동심형으로 배치한 내측의 로우터 부분 또는 스테이터 부분에는 적용시킬 수가 없다.

본 발명의 목적은, 구조적으로 간단하고 제작이 용이하며, 각 영구자석은 인접되는 영구자석과 밀접하게 병렬 배치할 수 있는 복수의 궁형 영구자석을 구비한 환형 자석구조체를 제공함에 있다.

또 본 발명의 목적은, 견고한 환형구조체형으로 만들어지고, 동심형으로 상대적으로 배치되는 로우터부분과 스테이터 부분에 대하여, 그 내측부분에도 외측부분에도 적용시킬 수 있는 복수의 궁형 영구 자석의 환형 배열을 제공하려고 함에 있다.

본 발명에 의하면, 회전 전기 기계내에 자계를 생성시키기 위하여, 그 전기기계내에 설치된 환형 또는 원통형 표면을 가진 취부부분에 저지되는 환형 자석 구조체로서, 환형으로 병렬 배치된 복수의 궁형 영구 자석이며, 그 환형 배열의 내면 또는 외면의 어느 한쪽은 제1표면을 정의하고, 또 다른 쪽은 제2표면을 정의하며, 상기 제1표면은 상기 취부 부분의 환형 또는 원통표면에 대향하는 취부면으로서 작용하고, 상기한 제2표면의 각 영구 자석과 인접하는 영구 자석과의 사이에는 각각 리세스를 가진것과, 상기 영구 자석의 각각을 견고하게 연결하는 비자성 재료로 되는 프레임 부재로서, 상기 환형 배열의 양측에 각각 밀접하게 접촉되는 한쌍의 환형부분과, 상기 리세스를 통하여서 상기한 한쌍의 환형부분을 서로 연결하는 잔형(殘形)부분을 가진 것을 구비한 환형자석 구조체를 제공할 수가 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 프레임 부재는, 상기 영구자석의 각각을 적당한 금형내에 위치를 정한 다음, 그 금형내에 성형수지를 유입시키는 것에 의하여 이 성형수지로서 형성된다. 상기한 리세스를 구성하는 각 영구자석의 단부의 테이퍼 부분은, 연삭(硏削)에 의해서 용이하게 설치할 수 있다. 상기한 영구자석의 환형배열과, 상기한 프레임 멤버의 한쌍의 환형부분과는, 그 반경 방향의 각 치수가 서로 동일하게 되도록 정돈된다. 각 영구자석은 세라믹재료도 되고, 그 제2표면에 직접 복수의 극면을 가지며, 각극면은 반경 방향으로 착자된 자극을 함유한다.

본 발명에 의한 환형 자석 구조체는, 이 환형자석 구조체를 적용하는 회전 전기기계에 있어서의 로우터 부분 또는 스테이터 부분의 어느 한쪽의 다른쪽에 대한 동심적 배치의 상황에 따라 여러 가지의 변형을 할수 있다. 그렇지만, 다음 형식의 환형자석 구조체는, 일반적으로 여러 가지의 회전 전기 기계에 적용될 수 있다. 즉, 상기한 제1표면의 각 영구 자석과 인접되는 영구 자석과의 사이에 상기한 리세스와 동일한 다른 리세스를 형성하고, 상기한 프레임 부재를 상기한 잔형부분에 가하며, 상기한 다른 리세스를 통하여 상기한 한쌍의 환형부분을 서로 연결하는 다른 잔형 부분을 가지고 있는 환형자석 구조체이다. 이 환형 자석 구조체에 있어서는, 각 영구 자석은 그 단부를 상기 잔형부분과 상기 다른 잔형 부분에 의하여 견고하게 반경 방향으로 협지 되고, 다른 잔형 부분을 설치하는 대신에 상기한 영구 자석의 제1표면을 자기 재료의 원형밴드로 피복하여도 좋다. 이 원형밴드는, 제1표면에 있어서의 각 자극과 인접되는 자극과의 자기 통로로서 작용하고, 그 자극에서 취부 부분에 누설되는 자속을 차폐하기 위하여, 이 형식의 환형자석 구조체를 사용할 경우에는, 회전 전기기계의 취부부분을 비자성재료에 의하여 구성할 수가 있다.

본 발명에 의한 복수의 궁형 영구 자석을 가진 환형 자석구조체는 각각 인접된 2개의 영구자석의 단부와 단부가 맞대어지고, 그 사이에는 작은 리세스가 형성되는 것 뿐이므로, 그 리세스에 걸쳐서 인접하는 2개의 자극사이의 간격을 극히 작게할 수 있는 결과, 전체적으로서는 많은 자극을 구비하는 것이 가능하게 되고, 그것에 따라 적은 회전수로도 높은 능률을 가지는 회전전기 기계를 제공할 수가 있다.

본 발명의 호적한 실시예를 설명한다.

제1도를 참조하면, 본 발명에 의한 복수의 궁형 영구자석을 가진 환형 자석 구조체(2)를 구비한 자전거용발전기가 전체적으로 참조부호(1)로 표시되어 있다. 이 발전기(1)에서는, 상기 환형 자석 구조체(2)는 허브 휘일(3)에 설치된 림(rim)(4)의 환형 내면에 접착등의 공지 방법에 의하여 고정되어 있고, 그 환형 내에는 이 구조체(2)와 동심적으로 스테이터(5)가 약간의 간격을 가지고 배치되어 있다.

허브 휘일(3)은 허브(6)의 중앙에 설치되어 있는 취부 플랜지(7) 위에 견고하게 설치 되어 있고, 허브(6)는 한쌍의 보올베어링(10), (11)을 사이에 두고 차축(9)에 회전가능하게 지지되어 있다. 이 차축(9)은 주지된 바와 같이 프레임(8)에 취부되어 있다. 허브(6)의 일단에는, 한쪽조의 스포우크(12)를 괘지하는 구멍(13)을 가진 플랜지(14)가 설치되어 있다. 또 다른쪽 조의 스포우크(15)는, 허브 위일(3)의 림(4)의 단부에 설치된 작은 플랜지(17)의 구멍(16)에 괘지 되어 있다.

한편, 스테이터(5)는 알루미늄과 같은 비자성 재료로 된 고정드럼(20)에 설치된 림(21)의 환형 외면에 접착등의 공지 방법에 의하여 고정되어 있으나, 그 고정드럼(20)은, 차축(9) 위에 나사로 고정시킨 보울 베어링(10)의 고정 레이스(18)의 조임 너트(19)사이에 고정되게 지지되어 있다. 상기한 스테이터(5)는, 이 분야에서는 잘 알려져 있으므로 상술하지 않았으나, 2개 1조로 속이 빈 환형 철심 어셈블리를 형성하는 한쌍의 서로 보강하는 철심 멤버(22), (23)로서, 각 철심 멤버(22), (23)는, 그 외주에 서로 엇갈리게 배치된 빗살모양의 다수의 극편군을 가진것과, 이들 철심 멤버(22), (23)가 형성하는 환형공간에 적당히 감입된 보빈(24)을 가진 코일 어셈블리(25)를 구비하고 있다. 이 코일 어셈블리(25)의 권선은 환형철심 어셈블리와 동심적으로 감겨져 있다. 각 철심 멤버(22), (23)의 극편군은, 환형자석구조체(2)의 내면과 약간의 간격을 가지고 대향되어 있다.

제3도 및 제4도를 참조하면, 본 발명에 의한 환형자석 구조체는, 각 단부와 단부를 맞대어서 병렬로 된 복수의 궁형 영구자석(29)의 환형배열이며, 그 외면과 내면에는, 각 영구자석(29) 사이에 단면이 3각형인 작은 리세스(34), (35)를 가지는 것과, 이 환형 배열을 견고하게 고정시키는 프레임 부재(41)로서, 그 환형 배열의 양측에 각각 밀접하게 접촉되는 한쌍의 환형부분(30), (31)과, 상기 환형배열의 리세스(34), (35)의 각각을 통하여 상기 한쌍의 환형부분(30), (31)을 서로 연결하는 잔형부분(32), (33)을 가진 것으로서 된다. 각 영구자석(29)은 공지의 방법에 의하여 자계중에서 성형된 세라믹 자재로 되고, 그 반경 방향에 착자되어 있다. 이 영구자석(29)으로 된 환형배열은, 그 외면과 내면에 각각 교대적으로 배치된 N극과 S극으로된 다수의 자극을 가진다. 각 영구자석(29)의 단부는 상기한 리세스를 형성하도록 테이퍼형으로 깎여져 있다. 프레임 부재(41)는, 영구자석(29)의 환형 배열을 적당한 금형내에서 세트한 후, 그 금형내에 성형 수지를 유입시키는 것에 의하여, 이 성형수지로 형성되어 있다. 이 프레임 부재(41)의 한쌍의 환형부분(30), (31)은, 영구자석(29)의 환형 배열과 같은 반경 방향의 치수를 가지고 있어도 된다. 또, 이 프레임 부재(41)의 잔형부분(32), (33)은, 첨부도면의 실시예에서는 서로 독립되어 설치되어 있으나, 영구자석(29)의 환형 배열을 세트할때, 그 영구자석(29)의 단부와 단부 사이에 약간의 간격을 형성시켜서, 이 간격을 메우는 성형수지에 의하여 서로 연결되도록 변형시켜도 실용상 지장이 없다.

제1도에 표시된 발전기(1)에서는, 환형 자석 구조체(2)는 허브휘일(3)과 함께 회전하고, 이 환형자석구조체(2)의 영구자석(29)은, 그 내측에 동심으로 배치된 스테이터(5)에 자계를 부여한다. 그것에 따라서 스테이터(5)의 코일 어셈블리(25)에서 유도전압이 생기지만 허브휘일(3)은 매초 2회 정도의 회전수이므로 이 발전기에서는 자기 효율을 극히 높게하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 영구자석(29)의 환형 배열에 다수의 자극을 설치하는 한편, 림(4)을 가진 허브 휘일(3)을 자기재료로서 구성하고, 그 림(4)이 각 자극과 인접된 자극과의 사이의 자기적인 최단 통로로서 작용하고, 그것에 의하여 누설자속을 감소시키도록 하고 있다. 또 이 예에서는, 환형자석 구조체(2)와 스테이터(5)와의 간격에 장해물이 혼입하지 않도록 하기 위하여, 그 간격을 커버하는 사이드 플레이트(26)가 고정드럼(20)에 고정되어 있다. 이 사이드 플레이트(26)의 단부(37)는, 환형자석 구조체(2)의 환형 프레임부재(31)에 형성된 단부(段部)(36)안에 간격을 두고 받아넣어지고 있다. 스테이터(5)와 사이드 플레이트(26)사이에는 비자성재료의 스페이서(27)가 설치되고, 이 스페이서(27)를 통하여 코일 어셈블리(25)의 도선이 사이드 플레이트(26)에 취부되어진 단자(28)와 전기적으로 접속된다.

제2도를 참조하면, 제1도에 표시된 발전기와는 반대로 본 발명에 의한 환형자석 구조체(2)가 스테이터에 적용되는 발전기(42)의 예가 표시되어 있다. 이 도면에서는, 상기에 인용한 참조부호는 상기와 같은 부분을 도시하고 있다. 이 발전기(42)는, 상술한 스테이터(5)와 같이 환형 철심 어셈블리와 코일 어셈블리를 포함한 로우터(50)가 허브휘일(3)의 림(4)의 환형내면에 비자성재료의 스페이서(38)를 사이에 두고 지지되어 있다. 환형자석 구조체(2)는, 이 경우에는 자성재료로 된 고정드럼(20)의 림(21)의 환형 외면에 지지되어 있으나, 여기에 표시된 환형자석 구조체(2) 그 자체는 상술한 예와 같이 구성되어 있어도 된다.

이 형식의 발전기에서는, 로우터(50)에서 출력을 인출하는 슬립링을 설치하지 않으면 안되지만, 그 상세한 것은 공지된 것이므로 생략한다.

제5도를 참조하면, 제4도에 표시된 환형자석 구조체(2)와 같이 프레임 부재(41)는 잔형부분(32), (33)을 가지고 있으나, 각 영구자석(29)의 외면에는 자성 재료의 플레이트(38)가 접착되어 있다. 이와 같은 플레이트(38)를 가진 환형자석 구조체(2)를 제1도에 도시된 발전기(1)에 적용하게 될 경우에는, 이 환형 자석 구조체(2)를 지지하는 림(4)을 가진 허브 휘일(3)을 비자성 재료에 의하여 구성할 수가 있다.

제6도를 참조하면, 여기에는 제4도에 표시된 환형 자석 구조체(2)에 있어서의 잔형부분(32)에 대신하여 원형밴드(39)가 사용되고 있는 이외에는 동일한 구성을 가진 환형자석 구조체가 도해 되어 있다. 이 환형 자석 구조체(2)는 제1도에 표시된 발전기(1)에 적용될 수 있도록 영구자석(29)의 환형 배열의 외측에 원형밴드(39)가 피복되어 있다. 이 원형 밴드(39)는 자성재료료 되어 있다. 제7도를 참조하면, 제6도의 경우와는 반대로 영구자석(29)의 환형 배열의 내측이 자성재료의 원형밴드(40)로 피복되어 있으나, 이 환형자석 구조체(2)는 제2도에 표시된 발전기(42)에 적용되도록 만들어져 있다. 제6도 또는 제7도에 도시한 환형 자석 구조체를 제작할 때는, 미리 준비된 금형내에 원형 밴드(39) 또는 (40)을 배치하고, 또 그 원형 밴드 외면 또는 내면에 따라서 복수의 궁형 영구 자석(29)을 환형으로 배열한 후, 이 금형내에 상기한 경우와 같이 성형수지를 유입시키는 것에 의하여 시행할 수 있다.

Claims (1)

1. 회전 전기 기계내에 자계를 생성하기 위하여 그 전기기계내의 환형 또는 원통형 표면에 취부되는 환형 자석 구조체로서, 단부와 단부가 접하게 배치되어 환형으로 배열되는 복수의 궁형영구자석을 포함하여 그 영구자석들 각각은 제1 및 제2표면을 가져서 그 제1면은 기계의 환형 또는 원통형 표면과 결속되며 각 영구 자석의 양단은 그 자석들의 각 인접면의 제2표면에 리세스가 형성되게 잘려져서 그 리세스는 영구자석의 각 인접면의 반대측에 배치되고 그 자석의 축방향의 폭을 축 방향으로 가로질러 연장되고, 상기 자석들을 함께 견고하게 연결시키기 위하여 비자성 재료로 되는 프레임부재를 포함하여 그 프레임부재는 상기 환형 배열의 반대측과 상기 리세스에 배치되는 돌출부를 견고하게 결속하는 한쌍의 부분이 포함되며 상기 자석들의 폭을 가로질러 축방향으로 연장되어 상기 한쌍의 환형부분을 함께 연결하고 그 자석들을 상기 프레임 부재에 반경방향으로 유지하게 되는 환형 자석 구조체.

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