KR920010954B1 - 고강도 영구 자석을 이용한 직류 변환기 - Google Patents

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Description

고강도 영구 자석을 이용한 직류 변환기

제1도는 본 발명의 한가지 특징에 의하여 설계된 주극 및 보극을 가진 계자 프레임의 단면도.

제2도는 본 발명에 의하여 달리 설계된 주극 및 계자 프레임의 부분 단면도.

제3도는 본 발명의 보극이 계자프레임에 장착된 상태의 부분 단면도.

제4도는 본 발명에 의한 다른 보극 및 클립(clip)식 장착 구조의 부분 단면도.

제5도는 또 다른 보극 및 클립식 장착 구조의 부분 단면도.

제6도는 전기자 권선에 200A부하가 작용할때의 본 발명에 의한 변환기의 240°에 걸친 자계의 설명도.

제7도는 전기자 권선에 300A부하가 작용할때의 변환기의 240°에 걸친 자계의 설명도.

제8도는 전기자 권선에 400A부하가 작용할때의 본 발명에 의한 변환기의 240°에 걸친 자계의 설명도.

제9도는 본 발명에 의한 변환기에서 상이한 두께의 영구 자석에 대한 자계 모양의 비교도.

제10도는 본 발명의 보극에 이용하기 적합한 고강도 자성 재료의 특성을, KG로 나타낸 자화도와 KOe으로 나타낸 보자력을 비교하여 나타낸 특성도.

제11도는 공극을 증가시켜 달리 설계한 본 발명에 의한 다른 주극의 부분 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 계자 프레임 14 : 주극(main pole)

16 : 보극(interpole) 18, 26 : 영구 자석

20 : 동심 원호 부분 22 : 확산 부분(flared portion).

본 발명은 주극 및 보극에 얇은 고강도 영구 자석을 이용한 직류식 전기 에너지―역학적 에너지 변환기(dynamoelectric machine, 이하 직류 변환기라 한다)에 관한 것이다. 특히 주극은 전기자 반작용에 의한 감자력에 저항하도록 얇은 성형 영구 자석을 포함하고, 보극은 정류대의 전기자 반작용을 효과적으로 상쇄시키고 변환기의 비교적 넓은 유용부하 범위에 걸쳐 정류자와 브러시 사이의 스파크를 감소시키기 위하여 계자 프레임으로부터 공극을 두고 얇은 영구 자석을 포함한다.

영구자석 변환기는 이 분야에서 잘 알려져 있고 고정자와 전기자 사이에 상대 운동이 생긴다. 이같은 변환기에서는 고정자와 전기자중의 하나가 다수의 영구 자석의 극을 포함하고, 다른 하나는 전기 전도성 도선의 권선을 가진다. 일반적으로 고정자는 장착된 영구 자석을 가지며 권선된 전기자는 고정자 내부에서 회전한다.

전기자와 고정자의 극 사이에는 공극(air gap)이 유지되고, 영구 자석의 자계는 전기자의 도전성 권선에 공급된 전류에 의하여 생긴 전기장과 작용하여 직류 모더에 회전 운동을 일으키거나 전기자의 회전 운동과 작용하여 발전기의 전기자 권선에 전류를 유기시킨다. 모더의 경우 권기자 권선의 전류는 고정자와 전기자 사이의 상대 운동을 일으키고 발전기의 경우 고정 자계 내에서의 상대 운동은 전류를 발생시킨다.

변환기의 전기자 권선에 전류가 흐르면 도체 주위에 자속이 발생하여 고정자와 전기자 사이의 공간에 2차 자계가 형성된다. 이렇게 하여 합성된 자계는 주 자계를 왜곡시켰다. 이 왜곡은 전기자 반작용으로 알려져 있다. 또, 전기자 반작용은 부하로 알려져 있는, 도체에 흐르는 전기자의 전류량과 전류의 방향에 따라 변한다. 전류, 즉, 부하가 클수록 전기자 반작용도 커진다.

전기자 반작용은 자석의 한쪽 단부를 향하여 자속 밀도를 증가시키고 다른쪽 단부를 향하여 자속 밀도를 감소시켜 내측 원주의 극표면(pole face)을 따라 영구 자석에 영향을 미친다. 여기서 언급된 단부란 전기자의 회전 방향과 마주보는 단부로서, 제1단부는 전단이고, 제2단부는 후단이다. 직류 모더의 경우 전단의 자속 밀도는 증가하고 후단의 자속 밀도는 감소하며, 직류 발전기의 경우는 그 반대로 된다. 전단 또는 후단에서의 자속 밀도 감소가 과도하면 그 단부에서 영구 자석 재료에 감자(demagnetization)가 생긴다.

변환기에서 전기자 반작용으로 인한 영구 자석 재료의 감자를 방지하기 위하여 그 단부에서 충분한 강도를 갖는 영구 자석을 이용하는 것은 잘 알려져 있다. 감자에 저항하도록 자석을 설계하는 대표적 기술로는 반경 방향 전체에 걸쳐 자석의 두께를 증가시키거나 자석의 원주 길이를 감소시키는 것이 있다. 전기자 반작용에 의한 자속 경로의 전체 길이는 자석의 두께와 공극을 포함하여 감자력을 상쇄시켜야 한다. 그러나 이 방법은 변환기의 크기와 중량을 증가시키고 효율을 감소시킨다는 결점이 있다.

감자에 대처하는 또 다른 방법으로 예컨대 1984. 9. 11.자 웨스트(West)의 미국특허 제4,471,252호에 기재된 것처럼 차폐판과 같은 다른 부재를 영구 자석에 부착시키는 것이 있다. 웨스트의 특허에는 각 영구 자석의 극 표면의 오목부에 차폐판을 추가시키고 고정자와 회전자 사이에 일정 간격의 공극을 유지시킨 변환기가 기재되어 있다. 차폐판은 차폐판으로 덮힌 부분의 자속 밀도를 재분포시켜 감자에 저항하도록 하는 기능을 가진다.

이와 유사한 변환기가 1987. 1. 27.자 아부카와(Abukawa)등의 미국 특허 제4,639,625호에 기재되어 있다. 이 직류 변환기를 오목부에 고정된 고포화 자속 밀도의 판을 가진 영구 자석을 포함하고, 자석과 판은 함께 극과 회전자 사이에서 실질적으로 일정한 원주 방향 공극을 형성시킨다. 상기 아부카와 등의 특허 및 모리시따(Morishita)등의 1985. 11. 19. 자 미국특허 제4,554,474호에는 또한 직류 변환기의 영구 자석자극의 전단측에 보극을 이용하는 것이 기재되어 있다.

직류 변환기에서 감자에 저항하는 영구 자석을 제공하려는 또 다른 시도가 오도르(Oder)등의 미국특허 제4,110,718호에 기재되어 있는데, 여기서는 각 영구 자석의 극이 복합 자석으로 구성되고, 감자 단부(즉, 후단)가 고보자력의 자성 재료로 만들어진다.

이들 공지의 장치는 제작시 오목부의 가공, 차폐판의 부착 및 복합 자석의 성형등과 같은 추가 공정이 필요하므로 불리하다. 이들은 또한 발전기의 크기나 중량을 그다지 감소시키지 못하면서 제작 원가를 상승시킨다는 문제가 있다.

1978. 8. 8.자 및 1979. 4. 24.자 잔데스카(Jandeska)등의 미국 특허 제4,104,787호 및 제4,151,435호에 기재된 것처럼 고강도 영구자석을 이용하면 변환기의 크기를 상당히 감소시킬 수 있다. 이들 소형 발전기는 특히 자동차의 창문 제어기에 유용하다. 그러나 전기자 반작용으로 인한 감자를 보상하기 위해서는 여전히 자석을 충분히 두껍게 할 필요가 있다. 자석이 전체적으로 매우 얇다하더라도 이같이 두꺼워진 자성 재료는 매우 고가이다. 이와 유사하게 1984. 6. 5.자 로르도(Lordo)의 미국특허 제4,453,097호에는 자석을 변형시키지 않고 자성 재료의 고보자력에 의하여 전기자의 반작용 자계에 대항하도록 한 고강도 영구 자석의 이용이 기재되어 있다. 다시 말해서, 이 자석은 감자에 대항하여 충분한 일정 두께를 가진다.

그러므로, 단부에서 전기자 반작용으로 인한 감자 자속에 충분히 저항할 수 있고, 토오크 또는 전류 발생에 필요한 강한 자계를 형성시키며 고강도 영구 자석의 재료 및 제작에 관련된 원가를 최소한으로 줄일 수 있는 고강도 영구 자석이 요구되고 있다.

전기자 반작용은 또 변환기에 부하가 걸릴 때 그 중립 평면을 변위시키는 영향을 미친다. 여기서 부하가 걸린다는 것은 앞서와 마찬가지로 각각 모더 또는 발전기로 이용될 때 전기자의 권선에 전류가 공급되거나 전류가 발생한다는 것이다.

직류 모더에서는 일반적으로 브러시와 정류자(commutator)를 통하여 전기자 권선에 직류가 공급된다.

브러시와 정류자는 잘 알려진 대로 전기자 권선에 공급되는 전류의 방향을 바꾸고, 또 중립 평면을 통과하는 루프(loop)회로를 단락시킨다. 정류시 루프 자속과의 상호 작용이 최소로되고 루프를 가로지르는 전위차가 최소로 되도록 루프가 중립 평면에 있을 때 브러시가 회로를 단락시키는 것이 바람직하다. 중립 평면에 있는 회로가 단락되면 브러시와 정류자 사이의 스파크가 감소되거나 없어져 브러시와 정류자의 수명이 크게 증가한다. 그러나 앞서 언급한 전기자 반작용은 전기가 권선에 가해진 부하에 비례하여 중립 평면을 변위시킨다. 직류 모터의 경우 이 변위 방향은 전기자의 회전 방향과 반대이다. 정확한 정류를 위해서는 브러시의 축을 중립 평면의 축과 일치시켜야 한다. 그러므로, 변환기에 부하가 작용하는데 따라 브러시의 축을 새로운 중립 표면으로 이동시키거나 중립 표면의 변위를 방지하여야 한다.

변환기에서 주 계자극 사이의 정류대에 보극을 이용하는 것도 이 분야에 잘 알려져 있다. 이 보극은 주극사이의 중립 평면과 일치하도록 계자 프레임에 연결되거나 일체로 되어 있는 투자성 극(계자 프레임과 동일함)으로 구성되고, 정류될 전기자 코일의 유도 전압을 상쇄시키는 수정 자속의 자계를 형성시키도록 하는 권선을 포함한다. 전기자에 전류가 흐르면 보극 권선이 전기자 주위에 자계를 형성시키도록 보극 권선은 전기자 권서과 직렬 접속되어 있다. 또, 보극 자계는 전기자 반작용을 상쇄시키거나 이를 약간 초과하도록 설정되고, 전기자 전류의 증감에 따라 전기자 반작용에 비례하여 증감한다. 다시 말해서, 권선 보극은 자체 조절된다.

전기자 권선과 직렬 연결된 보극을 이용한 변환기의 예를들면 1984. 3. 4.자 보어셀(Boesel)의 미국 특허 제4,435,664호, 1985. 5. 7.자 머시어(Mercier)의 미국 특허 제4,516,046호가 있다. 보어셀의 특허에는 보극 선단의 형태를 가다듬고 보조 권선을 설치하여 주극을 영향을 덜 미치도록 하여 무스파크 정류를 개선시키기 위한 보극의 변경에 대해서도 기재되어 있다. 머시어의 특허에는 주극으로 희토류 고강도 자석을 이용하고 권선 보극이 모더 속도에 따라 주자속을 강화 또는 약화시키는 자속을 발생시키도록 배치한 것이 기재되어 있다.

그러나 이들 공지의 보극은 보극 권선을 수용할 수 있을 정도로 충분히 큰 변환기에만 적용시킬 수 있다.

즉, 차지하는 공간과 무관하게 높은 토오크 출력이 요구되는 대형 고마력 직류 모더에만 이용된다.

최신 고강도 영구 자석 재료를 이용하고자 할 때에는 충분한 토오크를 발생시키도록 높은 자속을 유지하면서 가능한 소량의 재료만 사용하여야 한다. 또, 이 고강도 영구 자석으로, 예컨대 매우 좁은 공간 내에서 작동하는 자동차 장비에 이용될 수 있는 것과 같이 작은 모더를 제작할 수 있다. 그러므로, 권선 보극을 이용하여 모더의 효율을 개선시키려는 시도는 권선이 공간을 차지하고 모더 크기를 증가시키므로 상기 관점에서 볼 때 불리하다. 이러한 시도는 미시어의 특허에 기재되어 있다.

이 밖에도 주극으로 강한 자석을 이용하면 변환기는 직경이 작아지고 제자 프레임의 직경이 짧아져, 전기자 자속의 많은 신속이 이 거리를 가로질러 정류대로 이동한다. 정류대로 가는 자속의 증가는 얇은 고강도 자속에 의한 장점을 감소시킨다.

그러므로, 공간을 절약하고 전기자 반작용을 효과적으로 상쇄시켜 효율을 개선시키도록 고강도 자석을 이용한 직류 변환기가 요구되고 있다.

본 발명의 주 목적은 종래 기술의 결점을 극복할 수 있는 직류 변환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 주극으로 가공도 영구 자석을 이용하고, 이 고강도 영구 자석은 토오크 또는 전류발생을 위하여 주극으로부터 강력한 자계를 발생시키기 충분하며, 영구 자석의 단부에서 전기자 반작용에 의한 감자력에 충분히 저항할 수 있고, 고강도 영구 자석의 양이 최소한으로 소요되는 직류 변환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 얇은 고강도 영구 자석을 주극으로 이용하고, 감자 작용을 받는 주극 단부와 전기자 사이의 공극을 증가시키기 위하여 전기자 반작용으로 인한 감자 작용을 받는 영구 자석의 단부를 주극 표면의 원호상 부분으로부터 확산시킨(flared) 직류 변환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 계자 프레임 내에 자계를 형성시키는 적어도 2개의 주극을 가진 계자 프레임, 계자 프레임 내에 회전 가능하게 설치되고 계자 프레임의 주극과 전기자 사이에 공극을 형성시키는 전기자를 포함하고, 각 주극은 전체에 걸쳐 실질적으로 동일한 두께를 가지는 고강도 영구 자석으로 이루어지며, 대체로 동심 원호 형태의 주 부분과 감자력에 저항하도록 영구 자석의 단부에서 전기자와 주극 사이의 공극을 증가시키는 수단을 가지는 직류변환기를 제공하는 것이다. 공극을 증가시키는 수단이 구비된 영구 자석의 단부는 전기자 권선에 부하가 작용할 때 전기자에게 발생한 자속에 의하여 감자되는 경향이 있는 주극의 단부이다.

본 발명의 다른 목적은 변환기 전기자의 외측 원주 표면과 동심인 원호 부분과 전기자로부터 멀어지도록 성형된 확산 부분을 포함하는 극표면을 가지며 극 표면의 확산 부분과 원고 부분은 교차선을 따라 연결되고 확산 부분이 이교차선에서 원호 부분과 접하는 변환기용 영구 자석을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 영구 자석의 주극을 직류 모더 또는 직류 발전기에 설치하는 것이다. 직류모더의 경우 접선 방향의 확산부는 후단에 위치하고 직류 발전기의 경우에는 그 반대로 한다.

본 발명의 다른 목적은 정류대에서의 정류 특성을 개선하기 위하여 영구 자석으로 이루어진 보극 수단을 가지는 변화기를 제공하는 것이다. 이 영구 자석은 변환기의 유용 부하 범위에 걸쳐 전기가 반작용에 대한 효과가 증가하도록 계자 프레임에 비자성체로 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적은 고강도 자석을 주극으로 이용하고 보극 수단에 의한 전기자 반작용이 효과적으로 상쇄되어 효율이 개선된 직류 변환기를 제공하는 것이다. 본 발명에서는 계자 프레임으로부터 분리되어 있는 영구 자석 보극에 의하여 전기자 반작용이 효과적으로 상쇄된다. 다시 말해서, 각 영구 자석은 비자성 수단에 의하여 계자 프레임과 분리되어 있다. 이 영구 자석 보극은 전기자에 대한 영향이 명확히 일어나도록 전기자 표면과 충분히 가깝게 유지된다. 또, 이 보극이 변환기의 전체 유용 부하 범위에 걸쳐 유리하게 작용한다는 예상치 못했던 효과도 발견되었다. 그 결과 본 발명의 변환기는 효과적으로 무스파크 정류를 일으키면서도 유용 부하 범위에 걸쳐 작동될 수 있다.

직류 변환기에 적용되는 상기 목적 및 장점은 자계를 형성시키는데 충분히 두꺼우면서 전기자 반작용으로 인한 감자력에 저항하기 위하여 한 단부(직류 모더의 경우 후단)를 향하여 공극이 증가되도록 그 단부에 확산 부분을 가지는 고강도 영구 자석을 주극으로 이용하여 달성된다. 주극의 영구 자석은 일정 두께의 원호부분과 동일한 일정 두께의 확산 부분을 포함하고 확산 부분은 원호 부분과 접하도록 연결된다. 변환기는 또한 주극 사이에 있는 영구 자석 보극을 포함하고, 각 보극의 영구 자석은 충분히 큰 공극에 의하여 영구자석 보극의 자속이 보극의 강도에 적절한 값으로 제한되도록 자기적 부도체 수단에 의하여 전기자와 인접하게 지지된다.

본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 장점은 예를들기 위한 여러 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 다음의 설명을 읽어보면 명백해질 것이다.

첨부도면, 특히 제1도에 직류식 변환기(10)가 도시되어 있다. 설명의 편의상 변환기(10)의 바람직한 실시예로 직류 모더에 대하여 기술하였지만 동일한 원리가 직류 발전기에도 적용된다.

제1도에 도시된 바와같이 직류 모더에는 모더의 자속 회로가 계자 프레임(12)내에서 유지되도록 자기 투과성 재료로 만들어진 계자 프레임(12)이 포함된다. 계자 프레임(12)은 단일 부재의 자성 재료 또는 여러개의 자성 재료를 적층시켜 만들 수 있다. 적절한 자성 재료는 철이며, 이는 일반적으로 철 분말을 가압 소결시켜 제작된다. 보통 직류 모더에서는 계자 프레임이 단일 자성 부재로 제작된다. 제자 프레임(12)에는 그 내부에 자계가 형성되도록 주극(14)이 배치되고, 제1도에는 4개의 주극이 도시되어 있다. 주극(14)은 계자 프레임(12)의 내경을 따라 직렬로 배치되고 주극(14)의 중심은 서로 90°씩 간격을 두고 있다. 주극(14)의 사이에는 보극(16)이 마찬가지로 90°간격을 두고 균일하게 배치되어 있다. 보극(16)은 전기자의 반작용으로 인한 정류대 내의 자속을 상쇄시키기 위하여 정류대로 알려져 있는 영역에서 계자 프레임 내에 설치된다.

잘 알려져 있는 개념인 전기자 반작용과 정류대 내에서 일반적인 보극의 이용은 앞의 발명의 배경에 잘 기재되어 있다.

계자 프레임(12)내에 주 자계를 형성시키기 위하여 주극(14)의 최내측 표면에 영구 자석(18)이 설치된다.

이 영구 자석(18)은 우수한 자기 에너지로서 이 분야에 공지된 고강도 영구 자석 재료로 만들어진다. 본 발명에 적합한 대표적 자석 재료는 미합중국 미시간, 디트로이트에 소재하는 제너럴 모더사의 델코 레미 디비젼(Delco Remy Division)에서 상표명 MAGNEQUENCII로 입수할 수 있는 것과 같은 네오디뮴―철 자성재료이다. 이같은 영구자석은 직류 모더의 토오크 출력에 충분한 자계를 형성시킬 수 있는 충분한 자기 에너지를 가지면서 자석 재료의 매우 얇은 층이 영구 자석(18)으로 이용될 수 있어 유리하다. 그러나 이러한 재료의 영구 자석은 제작이 어렵고 고가이다. 또 경질 소결 재료의 취성으로 인하여 최저 두께가 제한되므로 취급에 주의를 요한다. 그러나 통상적인 모더 설계에 있어 정동(stall)시 후단(trailing end)이 감자되므로 자석을 이 한계까지 만들 수 없다. 모든 모더는 시동시 정동 상태로 된다. 따라서 본 발명은 영구자석(18)에 필요한 자성 재료의 양을 최소화시킬 뿐 아니라 충분한 자계가 확실히 형성되도록 한다.

이러한 고강도 영구 자석 재료를 주극에 효과적으로 이용한 본 발명의 기본 원리를 설명하기 위하여 대표적 실시예에서 주극(14)을 각각 동일한 15°의 각도로 주극 표면을 따라 4개의 반경 방향 부분(A, B, C, D)으로 구분한다. 각 부분의 정확한 길이는 특정 설계마다 대표적 자계를 계산하여 결정되는데, 여기서는 한가지 설계에 대해서만 기술한다. 영구 자석(18)자체는 부부(B, C, D)만을 차지하고, 제1부분(A)은 계자 프레임(12)의 전단(24)으로 표시된 반경 방향 연장부이다. 이 대신 영구 자석(18)이 부분(A)의 전체 또는 일부에 걸쳐 연장될 수도 있다. 각 주극(14)의 가장자리에는 자석(18)이 제자리에 고정되도록 돌출부(25)가 구비되어 있다. 영구 자석(18)은 자석(18)과 계자 프레임(12)사이에 있는 적절한 접착제의 층 또는 선에 의하여 제자리에 유지되는데, 임의의 다른 적절한 수단도 고려될 수 있다.

영구자석(18)은 2부분(20, 22)으로 구분되는데 제1부분(20)은 자계 프레임(12) 및 부분(B, C)를 따른 모더 구조물의 내부에 있는 전기자의 외면과 동심인 원호를 따라 연장된다. 영구 자석(18)의 다른 부분은 전기자의 표면으로부터 멀어지는 확산 부분(22)이고, 전기자표면은 제1도의 계자 프레임(12)내에서 점선으로 도시되어 있다. 확산 부분(22)은 실질적으로 편평한 극 표면을 가지며, 확산 부분(22)의 극표면의 평면은 부분(C, D)사이의 경계면에서 동심 원호 부분(20)으로 정해지는 원과 접한다. 다시 말해서 확산 부분(22)은 부분(C, D)사이의 경계부에서 동심 원호 부분(20)으로부터 경계면의 동심 원호까지 접선 방향으로 연장된다. 그러므로 교차선이 부분(C, D)의 경계부에 형성되고, 이는 바람직한 실시예에서 직류 모더에 대한 제1도의 화살표(E)로 표시되는 전기자의 회전 방향으로 각 주극의 중심으로부터 15°가 되는 선상에 위치한다(4극 변환기의 경우).

모더의 특정 설계에 따라 확산의 정도 및 시작 지점은 감자에 대한 저항이 존재하는 한 변경시킬 수 있다. 이같은 저항은 적절한 계산으로 찾아낼 수 있다.

이하, 직류 모더 전기자의 회전 방향(E)을 고려하여 계자 프레임의 부분(24)은 전단이라 하고, 영구 자석의 확산 부분(22)은 후단이라 한다.

이같은 주극 설계 전단(24)에서 전기자의 반작용에 의한 장점을 살리면서 후단(22)에서 전기자의 반작용에 의한 영구 자석 재료의 감자를 효과적으로 방지하여 영구 자석 재료의 강도의 장점을 충분히 살릴 수 있다. 직류 모더에서 전기자에 전류가 흐를 때 전기자에서 발생한 전기자 반작용 자속은 전단의 자기 강도를 증가시키는 반면 주극의 후단을 감자시키는 경향이 있다는 것은 잘 알려져 있다. 또, 전기자의 반작용은 전기자 권선으로 공급되는 전류량에 비례한다는 것도 잘 알려져 있다.

주극(14)의 전단(24)을 계자 프레임(12)의 일부로 형성시키면 전기자 반작용에 의한 전단을 따른 자속의 증가를 효과적으로 이용하여 영구 자석(18)을 전단까지 연장시킬 필요없이 주극(14)을 보조할 수 있다. 그러므로 3/4 길이의 영구자석은 전단에서의 전기자반작용의 장점을 이용한다. 3/4길이의 영구 자석의 장점은 전기자 부하가 낮은 상태로 작동할 때 더욱 유리하다. 전단에서의 이같은 자속 감소는 시동 모더에 유용하다. 왜냐하면 이로 인하여 저 부하에서의 높은 자유 속도는 더욱 고속으로 되려는 경향이 생기기 때문이다.

따라서 기어 감속 시동기의 문제점인 제동 효과가 생기지 않고 시동 모더가 저 부하에서 신속하게 시동될 수 있다. 50A부하의 경우 자속 감소는 약 15%인 것으로 밝혀졌다. 또, 약 200A의 부하가 가해질 때까지는 전단(24)이 전체 길이 자석의 강도에 도달하지 않는데, 이는 제6도를 참조한 다음의 설명에서 명백해질 것이다.

후단(22)에서의 전기자 반작용에 의한 감자력에 효과적으로 저항하기 위하여 전기자 표면과 주극 사이에 공극(X)을 두고 있는 부분(22)의 영구 자석(18)은 이 감자력을 충분히 이용해야 한다. 그러므로 부분(22)을 전기자 표면으로부터 확산시키면 공극이 증가하고 감자에 대한 저항 능력도 증가한다.

뿐만 아니라 확산 부분(22)은 영구 자석(18)을 일정한 두께로 만들 수 있도록 하여 동심 원호 부분(20)은 자계 강도에 필요한 두께로 제작되고, 동일한 두께의 확산 부분(22)은 감자를 억제시킨다. 그러므로 감자에 저항하기 위하여 자석 전체를 두껍게 할 필요가 없다. 만약 확산 부분(22)에 의하여 공극을 증가시키지 않으면서 동일한 일정 두께(자계 형성에만 필요한 두께)가 후단까지 유지된다면, 다시 말해서 자석(18) 후단전체가 후단까지 동심인 원호상으로 제작된다면 자계강도를 형성시키는데 필요한 두께는 전기자 반작용에 의한 감자에 저항하기에는 불충분할 수도 있다. 따라서 본 발명에 의한 자극은 자계 형성에 꼭 필요한 두께를 가지면서 감자에 충분히 저항할 수 있는 영구 자석(18)을 유리하게 이용한다. 이는 후단(22)을 전기자 및 계자 프레임의 정상적 동심원으로부터 멀어지도록 하여 공극을 증가시키기 때문이다. 또 영구 자석(18)의 제작에 필요한 자성 재료의 양이 최소한으로 되고, 따라서 그 원가도 감소된다. 이는 특히 매우 고가의 고강도 자성 재료를 이용하고, 원가보다 효율에 비중을 두어야 하는 경우에 중요한 점이다. 마찬가지로, 주극의 유리한 형상은 주극(14)의 후단에서 감자력에 굴복하지 않고 부하 전류에 의하여 생긴 전기자 반작용을 견딜 수 있도록 하는 넓은 공극과 함께 주극 재료의 두께를 감소시킨다.

전체 동심 원호에 걸친 영구 자석 주극은 감자에 저항하기 위하여 50% 정도 두꺼워야 하고 이 추가적 자석 재료에 의한 전체 자속은 약간 증가할 뿐이다. 이는 영구 자석에 의하여 생긴 주극과 부극에서의 전체 자속을 자계로 나타낸 제9도에 잘 도시되어 있는데, 실선은 동심 원호 부분(20)과 확산 부분(22)을 가진 영구 자석(18)에 대한 것이고, 점선은 50% 더 두껍고 전체가 동심인 영구 자석에 대한 것이다. 추가적 자석 재료는 전체 자속을 5% 이하로 약간만 증가시킬 뿐이고, 영구 자석 재료의 전체 원가는 50% 증가한다.

이하 다시 제1도를 참조하여 보극(16)에 대하여 설명한다. 각 보극(16)은 주극(16)의 영구 자석(18)으로 이용된 것과 같이 고강도 영구 자석(26)으로 이루어진다. 영구 자석(26)은 주극(14) 사이의 정류대 내에서 전기자 반작용의 영향을 상쇄시키고 전기자에 유효한 자속 패턴이 생성되도록 주극과 동일한 공극(X)을 두고 전기자의 표면 가까이 배치된다. 영구 자석이 전기자에 충분히 근접 배치되지 않으면 영구 자석이 정확한 부위에 초점을 맞출 수 없어 스파크 및 손실이 그다지 양호하게 억제되지 않는다. 영구 자석(26)은 각각 비자성지지 블록(28)에 의하여 지지된다. 뿐만 아니라, 와류 손신을 없애기 위하여지지 블록(28)은 전기적 부도체로 되어있다.

지지 블록(28)이 비자성 재료로 제작되므로 영구 자석(26)은 기본적으로 계자 프레임(12)으로부터 분리된다. 이처럼 분리되어 있으므로, 영구 자석(26)은 전기자 표면 가까이 유지되면서 보극(16)의 감자를 방지하고 보극 영구 자석(26)의 강도를 조절하기 위한 공극이 형성된다. 이하 제 6, 7, 8도의 자계 모양을 참조한 다음의 설명으로 명백한 바와 같이 보극의 순 자속(net flux)은 주 자계보다 훨씬 낮은 수준이어야 한다.

또, 보극 재료는 감자를 방지하기 위하여 주극과 동일한 자기 강도를 가져야 하지만 적절한 효과를 발생시키기 위하여 공극에 의하여 그 강도를 감소시켜야 한다. 요약하면, 영구 자석(26)으로부터의 자속은 지지블록(28)을 가로질러 계자 프레임(12)에 이르는 경로 상에서 제한되어야 한다. 기본적으로 계자 프레임(12)과 영구 자석(26) 사이의 공극(Y)은 영구 자석(26)이 계자 프레임(12)에 미치는 영향을 제한하기 위하여 영구 자석(26)의 두께에 비하여 비교적 크게 유지되어야 한다. 따라서 고강도 영구 자석을 이용하여 영구 자석(26)도 매우 얇게 유지시킬 수 있다(주극(14)의 영구 자석(18)보다도 얇게 할 수 있다).

본 발명의 영구 자석 보극이 분리되어 있다는 특징으로 전류가 전기자로 공급될 때 모터의 유용 부하 범위 전체에 걸쳐 각 보극(16)이 유리하게 작용한다는 파생된 장점이 생긴다. 종래 기술의 권선식 보극에서는 보극이 보통 전기자 권선과 직렬로 권선되어 있으므로 보극의 전류는 전기자 권선에 공급되는 전류에 정비례한다. 그러므로, 보극은 전기자 권선에 대하여 자체 조절되고 전체 부하 범위에 걸쳐 유효하다. 그러나 본 발명의 영구 자석 보극(16)은 보극에 대한 별도의 제어없이 전기자에 공급된 유용부하 범위에 걸쳐 유효하다. 이런 모터의 유용 부하 범위내에서의 부하 변동에 대해서는 보극(16)을 이동시키거나 달리 변환시킬 필요가 없다.

상기 장점은 제10도에 잘 도시되어 있는데, 보극에 이용되는 바람직한 자성 재료의 고유 특성 곡선(M)이 KGauss로 나타낸 자화도(B)를 종축으로, KOe로 나타낸 보자력(H, coercivity)을 횡축으로 하여 표시되어 있다. 예컨대 24℃에서의 정상(normal) 감자 곡선(M)은 모터를 작동시키기 위한 자속 및 잔류 자기를 나타낸다. 직선(50)은 0.06 단위의 자석과 0.28 단위의 공극을 가진 실시예에 대하여 작성한 기울기선으로서, 이 기울기는 B/H 또는 공극의 길이를 자석의 두께로 나눈 값과 거의 동일하다. 직선(52, 54, 56)는 각각 전기자 권선에 200A, 300A, 400A의 부하를 공급한 경우의 감자력에 해당한다. 직선(50, 56)사이의 곡선(M)을 따른 거리는 본 발명의 모터의 부하 범위에 걸친 보극 자속 밀도의 변동을 나타낸다. 도시된 바와 같이 자속 밀도는 각각 400A 및 200A에서의 자속 밀도를 나타내는 B₁과 B₂사이에서 전기자 전류에 따라 MAGNEQUENCH와 같은 네오디뮴―철 자석을 이용하여 자석 0.06단위, 공극 0.28단위로 한 경우, 자속 밀도(B₁)는 400A에서 0.45KG, 자속 밀도(B₂)는 200A에서 0.70KG로서 전체 유용 부하 범위에 걸쳐 자속 밀도 차이는 0.25KG에 불과한 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 의한 직류 모터의 전체 자속을 나타내는 자계 모양은 제6, 7, 8도에 도시되어 있다. 제6도는 전기자 권선에 200A 부하가 작용할 때 주극 및 보극의 240°(240° electrical)에 걸친 자속 패턴에 해당한다.

주극은 종축의 양 측으로 60°씩 연장되어 120°에 걸쳐 표시되고 보극의 폭은 부호(I)로 표시된다. 주극과 보극 사이의 전체 자속의 횡축의 상부에 유지된다. 보극은 정류의 초기에 자속이 반대 극성(횡축 아래로) 급격히 떨어지도록 하고 전기자 코일의 유도 전압에 대항하여 정류대에 있는 전기자 코일 단부 사이의 전압을 코일 접속부가 브러시의 후단을 통과할 때까지 낮은 값으로 유지시킨다. 브러시 폭은 부호(b)로 표시된다.

횡축에 대한 전체 자계의 위치는 부극의 폭 및 자석 재료의 두께에 따라 변하고, 도시된 실시예의 경우 폭은 0.38인치, 두께는 0.10인치이다. 제6도에서 전단의 자속을 나타내는 부분은 제4상한에서 60°표지 위에 대체로 곡선으로 나타나 있다. 이는 계자 프레임(12)의 일부로 선단(24)이 형성된 제1도의 실시예에 의한 주극을 이용하기 때문이다. 그러므로, 제7, 8도에 도시된 것처럼 큰 부하가 작용할 때에 비하여 200A의 부하가 작용한 경우에는 전기자 반작용은 주극의 전단에 큰 영향을 미치지 않는다.

제7도는 제6도와 유사하게 자계 모양을 나타낸 것으로 주극은 60° 표지 사이에 나타나고 보극의 폭은 부호(I)로 표시된다. 제6도에서와 마찬가지로 보극의 폭과 두께는 주극과 보극 사이의 전체 자속이 횡축의 상부에 유지되도록 하면서 정류 초기에 전체 자속이 급격히 반대 극성으로 떨어지도록 한다. 그러나 이 자계 모양에서 전기자 권선에 300A 부하가 가해진 결과 주극의 전단에 큰 영향을 미친다. 제4상한의 60°표지 위에서 볼 수 있는 바와 같은 자계 모양의 피크(peak)는 전기자 반작용으로 인하여 전단에서 자속이 크게 증가하였다는 것을 나타낸다. 제6도와 비교해 볼 때 이같은 차이는 이 부분에서의 자속이 전기자의 암페어 권수(ampere turn)에 실질적으로 비례하기 때문이다. 전기자 반작용 및 공극의 길이는 철심 포화(iron saturation)에 도달할 때 까지는 자속의 가장 기본적인 결정 요소이다. 실제로 계자 프레임(12)의 일부분(24)으로 이루어진 전단도 주극의 단부에서의 전기자의 과포화와 바람직하지 못한 철손(iron loss)의 발생을 방지하기 위하여 후단과 마찬가지로 확산되도록 할 수 있다. 계자 프레임의 연장 부분(24)의 전단에 있는 확산된 극 표면은 제1도에서 점선(F)으로 도시되어 있다.

제8도의 자계 모양은 전기자 권선에 400A 부하가 인가된 경우를 나타낸 것으로 주극은 종축에 가장 가까운 60°표지 사이에 나타나고 보극은 부호(I)로 표시된다. 보극은 또한 전체 자속이 횡축의 상부에 유지되도록 하면서 정류 초기에 전체 자속이 급격히 반대 극성으로 떨어지도록 한다. 이 자계 모양에서는, 전기자 반작용이 제 6, 7도의 경우보다 훨씬 큰 영향을 전단에 미친다.

제 6, 7, 8도에 도시된 바와 같이 본 발명의 영구 자석 보극에 의하여 전체 유용 부하 범위에 걸쳐 브러시와 정류자 사이의 스파크가 효과적으로 감소 또는 소멸되도록 브러시 폭(b)은 보극의 폭 이내로 유지된다.

또 계자 프레임의 보극 부위에서의 전체 자속은 각각 200, 300, 400A의 부하가 걸린 때에도 크게 다르지 않다. 이 자속은 비가변 영구 자석이 보극으로 이용되어도 유사하다. 이같은 장점은 보극 영구 자석이 계자 프레임과 분리되었기 때문에 생긴다.

이러한 얇은 고강도 영구 자석 보극은 본 발명의 영구 자석 주극과 완전히 일치한다. 그러므로 효율을 증가시키면서 모터 직경을 크게 감소시킬 수 있다. 그러므로, 소형으로서 높은 토오크 및/또는 속도를 내는 고성능 모터를 제작할 수 있다.

제2도에는 주극의 다른 기본적인 형태가 부호(14')로 도시되어 있다. 이 주극(14')도 설명의 편의상 앞서와 마찬가지로 4부분(A, B, C, D)로 구분된다. 그러나, 이 주극(14')은 동심 원호부(20), 확산 후단부(22) 및 확산 전단부(30)를 가진 영구 자석(18')을 포함한다. 또한 돌출부(32)가 자석을 제자리에 고정시키도록 돌출부(25)와 함께 구비되어 있다. 자석(18＂)과 계자 프레임(12) 사이에는 보통 접착제가 이용된다. 이같은 구조의 영구 자석은 확산 후단(22)에서의 감자력에 효과적으로 저항할 뿐만 아니라, 전단에서는 전기자 반작용의 도움을 받으므로 자속이 감소되지 않는다. 이 전단(30)에서의 추가적 자화력은 이 부분에서의 전체자속에 과도한 영향을 미치지 않도록 전단(30)에서 영구 자석에 의하여 발생하여 확산으로 인한 큰 공극을 가로질러 건너가는 자화력에 추가된다. 그러므로 자속이나 토오크에 그다지 손실이 생기지 않으면서 자석두께가 일정하게 유지된다.

또, 본 발명의 변환기는 부하가 작용할 때 전기자와 계자 프레임 사이의 공극이 증가된 단부에서 감자력을 받으면서 회전한다. 앞서 언급한 바와 같이 단부의 공극과 영구 자석의 두께는 전기자 반작용에 의한 감자력을 상쇄시켜야 한다. 그러므로 제11도에 도시된 바와 같이 주극 계자 프레임의 확산지지 표면(33)을 이용하고, 완전히 동심인 영구 자석을 설치하여 주극(14＂)의 영구 자석(18＂)의 배면에서 공극을 증가시키는 것도 고려할 수 있다. 그러나 이 경우 자석의 단부가 물리적으로 불안정한 위치에 배치될 수 있다. 그러므로 유효 공극을 형성시키기 위하여 단부를 비자성 재료(G)로 지지할 수 있다. 이같은 재료 중의 하나로 실리콘 고무를 들 수 있다. 따라서 이 주극은 자석 두께와 직렬인 전체 공극의 합에 정비례하여 감자력에 저항한다. 이 경우에는 공극이 2개 존재한다.

제3도에는 영구 자석(26)이 확실히 고정되는 개선된 보극이 도시되어 있다. 지지 수단은 비자성 블록(34)으로 구성되고, 이 블록은 자석의 표면을 제외한 모든 면에서 영구 자석(26)을 둘러싸는 주변 돌출부(35)를 가진다. 제1도의 실시예와 유사하게 주극과 나란히 있는 공극(Y)이 유지된다.

영구 자석을 포함하는 보극의 다른 실시예가 제4, 5도에 도시되어 있다. 여기서 보극 영구 자석(36)은 각각 비자성 클립식 지지대(38, 40)에 유지된다.

제4도에서 지지대(38)는 계자 프레임(12)에 형성된 오목부(41)내에 탄성적으로 유지되는 다리(39)를 포함한다. 오목부(41)의 경사 단부(42)는 외측으로 힘을 받는 탄성 다리(39)와 함께 지지대(38)를 계자 프레임에 유지시킨다. 보극 영구 자석이 클립식 지지대(38)에 접착되고, 주변 돌출부(43)가 고정 상태를 보강시킨다. 이상과 같은 다리(39)는 본 발명의 분리된 보극에 대하여 영구 자석(36)과 계자 프레임(12) 사이의 필요한 유효 공극(Y)를 유지시킨다.

제5도에서 클립식 지지대(40)은 영구 자석(36)의 유효 분리 공극(Y)을 형성시키는 다리(44)를 포함한다. 또, 외측을 향하여 힘을 받는 탄성 다리(45)는 보극을 제 위치에 고정시키기 위하여 인접한 주극의 측면(46)과 결합된다. 영구 자석(36)은 주변 단부(47)로 둘러싸인채 제자리에 접착된다. 또, 제4도의 다리(39)와 유사한 다리(44)가 계자 프레임의 오목부 내에 추가로 설치될 수도 있다.

이상의 설명은 네오디뮴―철 및 사마륨―코발트 같은 고강도 자석을 이용한 것에 관한 것이다. 그러나 장점이 그만큼 크지는 못하지만 페라이트 자석을 이용한 모터도 동일한 원리를 적용시켜 설계할 수 있다.

이상, 본 발명에 의한 여러 가지 실시예가 도시 및 기술되었지만 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니며 이 분야에서 속달된 자는 여러 가지로 수정과 변경을 가할 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 여기서 기술 또는 도시된 세부 사항으로만 제한되지 않으며 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 수정과 변경을 포함한다.

본 발명에 의한 주극 및 보극은 정류자를 이용하는 모든 형식의 직류식 변환기에 이용될 수 있다. 예를들면 소마력으로부터 산업용 대마력까지 이르는 직류 모터뿐 아니라 모든 등급의 직류 발전기를 포함한다. 더 강력한 신규 자석 재료가 발견되면 이에 따라 모터나 발전기의 크기를 효과적으로 감소시킬 수 있도록 본 발명의 동일한 설계 기준으로 이 자석 재료를 주극 및 보극에 이용할 수 있다. 또 영구 자석 보극은 계자 코일로서 권선을 이용한 직류식 변환기에도 적용시킬 수 있으며, 이 영구 자석은 변환기의 전 부하 범위에 걸쳐 전기가 반작용을 효과적으로 상쇄시킬 수 있도록 권선 주극 사이에서 분리 상태로 용이하게 결합시킬 수 있다.

이 보극은 또한 기계적 수단이 아닌 전자적 수단에 의하여 정류가 행해지는 발전기에도 유용하게 적용시킬 수 있다. 이 때에도 앞서 언급한 것과 동일한 정도로 효율이 개선된다. 보극에 의한 정류의 보조 작용으로 전자 부품의 전압 응력이 감소되어 부품의 수명이 증가하거나 염가의 부품을 이용할 수 있게 된다.

Claims (30)

1. 계자 프레임 및 계자 프레임의 주극 표면(main pole face)과 전기자의 외면 사이에 공극이 형성되도록 계자 프레임 내에 회전 가능하게 설치된 전기자를 가진 직류식 변환기(DC dynamoelectric machine)에 이용되고, 계자 프레임 내에 자계가 생성되도록 계자 프레임에 고정되어 극 표면의 적어도 일부를 이루는 고강도 영구 자석에 있어서, 함께 원호상 표면과 실질적으로 편평한 표면을 갖는 극 표면을 형성시키는 동심 원호 부분과 확산 부분을 포함하고, 상기 확산 부분은 감자력(demagnetization foce)이 작용하는 상기 영구 자석의 단부를 향하여 공극을 증가시켜 상기 감자력에 저항하도록 하며, 상기 원호상 표면과 상기 실질적으로 편평한 표면이 만나는 곳의 상기 주극 표면에 교차선이 존재하고, 상기 실질적으로 편평한 표면은 상기 원호상 표면으로부터 감자력이 작용하는 상기 영구 자석의 상기 단부까지 전체적으로 연장되는 영구 자석.
2. 제1항에 있어서, 상기 실질적으로 편평한 표면은 상기 극 표면의 상기 교차선에서 상기 원호상 표면과 접하는 영구 자석.
3. 제1항에 있어서, 상기 동심 원호상 부분과 상기 확산 부분 전체를 통하여 두께가 실질적으로 균일한 영구 자석.
4. 제2항에 있어서, 상기 동심 원호상 부분과 상기 확산 부분 전체를 통하여 두께가 실질적으로 균일한 영구 자석.
5. 제2항에 있어서, 상기 동심 원호 부분은 약 30°의 원호로 연장되고, 상기 확산 부분은 상기 30°원호로부터 약 15° 더 연장되는 영구 자석.
6. 제5항에 있어서, 네오디뮴―철 자석 재료로 이루어진 영구 자석.
7. 제1항에 있어서, 상기 동심 원호 부분과 인접한 제2확산 부분이 더 포함되어 상기 원호상 표면의 양 반대편에서 실질적으로 편평한 표면을 갖는 극 표면이 형성되고, 상기 실질적으로 편평한 표면이 상기 원호상 표면과 만나는 상기 극 표면의 교차선에서 실질적으로 편평한 표면이 각각 상기 원호상 표면과 접하는 영구 자석.
8. 제7항에 있어서, 상기 동심 원호 부분은 각각 약 30°의 원호로 연장되고, 상기 확산 부분은 각각 상기 30°원호로부터 약 15°더 연장되는 영구 자석.
9. 제3항에 있어서, 상기 동심 원호상 부분과 상기 각 확산 부분 전체를 통하여 두께가 실질적으로 균일한 영구 자석.
10. 제4항에 있어서, 영구 자석의 극 표면과 전기자의 외면 사이에 공극이 형성되도록 계자 프레임 내에 회전 가능하게 설치된 전기자를 가진 작류식 변환기(DC dynamoelcetric machine)와 조합되고, 계자 프레임 내에 자계가 생성되도록 계자 프레임의 주극에 고정되어 있으며, 상기 공극은 상기 동심 원호 부분에 걸쳐 실질적으로 일정하고, 상기 확산 부분에 걸쳐 점차 증가되며, 상기 변환기가 모터인 경우 전기자 반작용으로 인한 감자력에 효과적으로 저항하도록 상기 확산 부분이 상기 주극의 후단에 형성된 영구 자석.
11. 계자 프레임 내에 자계를 생성시키는 수단을 적어도 2 주극 위치에 가진 자속 전도성 재료의 계자 프레임과, 전기자의 외면과 상기 각 주극의 극 표면 사이에 공극을 형성시키면서 상기 계자 프레임 내에 회전가능하게 설치되고 전기자 권선을 가지는 전기자가 포함되고, 상기 자계 생성 수단은 상기 주극마다 하나씩 있는 다수의 고강도 영구 자석을 포함하고, 상기 영구 자석은 전체를 통하여 두께가 실질적으로 균일하며, 상기 전기자의 외면에 대하여 그 표면이 실질적으로 동심인 동심 원호 부분과, 변환기가 부하를 받을 때 감자력에 저항 할 수 있도록 상기 감자력을 받는 각 영구 자석의 단부에서 전기자와 주극 사이의 공극을 증가시키는 수단을 상기 영구 자석이 포함하는 직류식 변환기.
12. 제11항에 있어서, 각 영구 자석이 상기 단부에서 공극을 증가시키는 상기 수단으로서 확산 부분을 더 포함하는 변환기.
13. 제12항에 있어서, 각 영구 자석의 상기 동심 원호 부분 및 상기 확산 부분은 함께 상기 전기자의 회전 중심 주위의 원호면 및 실질적으로 편평한 표면을 가진 극 표면을 형성시키고, 상기 원호면과 상기 실질적으로 편평한 표면이 만나는 곳에서 상기 극 표면에 교차선이 존재하여 상기 실질적으로 편평한 상기 원호면으로부터 상기 단부 전체를 통하여 완전히 연장되는 변환기.
14. 제13항에 있어서, 상기 동심 원호 부분은 약 30°의 원호로 연장되고, 상기 확산 부분은 상기 30° 원호로부터 약 15° 더 연장되는 변환기.
15. 제14항에 있어서, 상기 영구 자석이 네오디뮴―철 자석 재료로 이루어진 변환기.
16. 제1항에 있어서, 상기 동심 원호 부분과 인접한 제2확산 부분이 더 포함되어 상기 원호상 표면의 양 반대편에서 실질적으로 편평한 표면을 갖는 극 표면이 형성되고, 상기 실질적으로 편평한 표면이 상기 원호상 표면과 만나는 상기 극 표면의 교차선에서 실질적으로 편평한 표면이 각각 상기 원호상 표면과 접하는 변환기.
17. 제16항에 있어서, 상기 동심 원호 부분은 약 30°의 원호로 연장되고, 상기 확산 부분은 각각 상기 30° 원호로부터 약 15° 더 연장되는 변환기.
18. 제11항에 있어서, 전기자 반작용을 상쇄시키고, 변환기의 정류 특성을 개선시키기 위하여 상기 주극 사이의 정류대(commutating zone)에서 상기 계자 프레임과 연결된 보극(interpole)수단을 더 포함하고, 상기 보극 수단이 보극 영구 자석을 포함하는 변환기.
19. 제18항에 있어서, 상기 전기자에 대한 보극 영구 자석의 영향이 최대가 되고 상기 보극 영구 자석으로부터 계자 프레임으로의 자속 이동이 방지되도록 상기 보극 영구 자석을 상기 전기자 외면과 가까이 하기 위하여 상기 계자 프레임과 상기 영구 자석 사이의 비자성지지 수단이 상기 보극 수단에 포함되고, 보극 영구 자석과 계자 프레임 사이의 공극을 전기자 외면과 주극 사이의 공극과 직렬로 상기 비자성지지 수단이 효과적으로 형성시키는 변환기.
20. 제12항에 있어서, 상기 변환기가 직류 모터이고, 각 영구 자석의 확산 부분은 전기자 반작용으로 인한 감자력에 저항하도록 각 주극의 후단에 형성되어 있는 변환기.
21. 제20항에 있어서, 전기자 반작용에 의한 자속을 상기 계자 프레임 내의 자계로 유도하기 위하여 계자 프레임 연장부가 각 주극의 전단으로서 더 포함되는 변환기.
22. 제21항에 있어서, 상기 계자 프레임 연장부도 전단을 향한 공극을 증가시키도록 상기 전기자로부터 확산되어 멀어지는 변환기.
23. 제11항에 있어서, 상기 단부에서 공극을 증가시키기 위하여 각 영구 자석의 배후에서 각 주극에 형성된 확산지지 표면이 상기 공극을 증가시키는 수단인 변환기.
24. 적어도 2주극을 포함하고 계자 프레임 내에 자계를 생성시키는 수단을 가진 자속 전도성 재료의 계자 프레임과, 상기 주극의 표면과의 사이에 공극을 형성시키는 외면을 가지며 상기 계자 프레임 내에 회전가능하게 설치된 전기자 수단, 및 변환기의 정류 특성을 개선시키기 위하여 상기 주극 사이의 적어도 하나의 정류대(commutating zone)에서 상기 계자 프레임과 연결된 보극(interpole)수단을 포함하고, 상기 보극 수단이 영구 자석으로 된 변환기.
25. 제24항에 있어서, 상기 영구 자석과 상기 계자 프레임 사이에 있는 비자성지지 수단을 더 포함하는 변환기.
26. 제24항에 있어서, 상기 비자성지지 수단은 상기 전기자 수단에 대한 상기 영구 자석의 효과를 집중시키기 위하여 상기 영구 자석과 상기 계자 프레임에 고정되어 상기 영구 자석이 상기 전기자 수단의 상기 외면과 인접하도록 하는 지지 부재를 포함하고, 영구 자석과 계자 프레임 사이의 공극을 전기자 수단의 외면과 주극 사이의 공극과 직렬로 상기 비자성지지 수단이 효과적으로 형성시키는 변환기.
27. 제26항에 있어서, 상기지지 부재는 상기 전기자 수단과 마주보는 면을 제외한 상기 영구 자석의 모든 면을 둘러싸는 주변 돌출부를 가진 변환기.
28. 제24항에 있어서, 상기 주극은 상기 계자 프레임 내에 상기 자계를 생성시키는 영구 자석을 포함하고, 상기 주극의 상기 각 영구 자석은 동심 원호 부분과 확산 부분을 포함하여 이들은 함께 중심선 주위의 원호상 표면과 실질적으로 편평한 표면을 갖는 주 표면을 형성시키고, 상기 원호상 표면과 상기 실질적으로 편평한 표면이 만나는 곳의 상기 주극 표면에 교차선이 존재하고, 상기 실질적으로 편평한 표면은 상기 원호상 표면으로부터 상기 영구 자석의 한 단부까지 전체적으로 연장되어 상기 극 표면을 형성시키는 변환기.
29. 제28항에 있어서, 상기 실질적으로 편평한 표면은 상기 극 표면의 상기 교차선에서 상기 원호상 표면과 접하는 변환기.
30. 제29항에 있어서, 상기 주극의 상기 영구 자석은 상기 동심 원호상 부분과 상기 확산 부분 전체를 통하여 두께가 실질적으로 균일한 변환기.

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