KR100274834B1 - 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자에 관한 것으로서, 사용될 전동기의 용량에 따라 소정의 두께를 갖도록 형성된 원통형의 철심(20); 및 상기 철심(20)의 두께 방향으로 관통형성되되, 상하좌우에 각각 2개씩 모두 8개 형성된 홈(20a)에 삽입된 영구자석(22)을 포함하여 구성되되, 상기 영구자석(22)의 외측에 위치한 철심과 내측에 위치한 철심을 연결하는 링크(24) 및 내부링크(24a)가 추가로 형성되어, 이탈 방지력을 증대시킴으로써 고속의 회전수를 얻을 수 있으면서도, 적층되는 철심 외부에는 별도의 장치를 구비하지 않음으로써 효율저하를 방지할 수 있으며, 또한 비자성의 부도체를 사용하여 내부링크를 형성할 경우에는 와전류 손실도 막을 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자

본 발명은 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전동기 회전자에 삽입장착된 영구자석의 이탈 방지력을 증대시킴으로써, 보다 고속의 회전수를 구현할 수 있도록 한 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 외부 고정자와 이 고정자의 내측 공간부에 구비되는 회전자로 구성되는데, 상기 회전자에 외측면에 영구자석을 포함하는 경우 영구자석의 포함방법에 따라 표면부착형, 내부삽입형, 일체형 등으로 구별할 수 있다.

상기 여러 형태의 회전자를 갖는 전동기에 있어서 그 최대회전수는 영구자석의 표면장력에 의해 제한되는데, 표면부착형, 내부삽입형 일체형의 순서로 표면장력이 크고 그에 따라 최대 회전수도 높아진다.

중·대형 전동기에서 상기 일체형 방식의 회전자를 제외한 나머지 방식의 회전자를 사용할 경우, 영구자석의 표면장력의 크기는 일정한데 반하여 회전수가 높아짐에 따라 원심력의 크기는 계속하여 증가하게 되고, 증가된 원심력이 상기 표면장력의 크기보다 커지는 회전속도 이상에서는 영구자석이 외부로 이탈되게 된다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 고속회전에 따른 영구자석의 이탈을 방지하기 위한 종래의 영구자석 내부삽입형 전동기의 회전자 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 사용될 전동기의 용량에 따라 소정의 두께(약 0.2, 0.3 또는 0.5 mm)를 갖도록 형성된 원통형의 철심(10); 상기 철심(10)의 두께 방향으로 관통형성된 홈(10a)에 삽입된 영구자석(12); 및 두께 방향으로 다수개 적층된 상기 철심(10)의 외측에 끼움결합되는 비자성체 캔(16)을 포함하여 구성되어 있었으며, 상기 영구자석(12)은 2 극(pole) 방식인가 4, 6 또는 8극 방식인가에 따라 필요한 자극(磁極)의 수만큼 상기 철심(10)의 둘레를 따라 상호 동일간격으로 삽입장착되는데, 상기에서는 4극 방식의 경우를 가정하여 상기 철심(10)의 상하좌우 각각에 형성된 홈(10a)에 하나씩 모두 4개의 영구자석(12)이 삽입된 상태를 도시하였다.

상기와 같이 구성된 종래의 내부삽입형 전동기 회전자에서는 상기 영구자석(12)의 이탈 방지력이, 상기 영구자석(12)과 상기 철심(10) 간의 자력에 의한 흡착력 및 상기 영구자석(12) 내외부에 위치한 철심간에 형성되는 링크(14)에 의한 유지력으로 형성되었으나, 고속의 회전수를 얻기에는 충분하지 못하였는 바, 약 20,000 RPM 이상의 회전수를 얻기는 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같이 구성된 회전자가 고속회전하면 스테인레스강이나 알루미늄 등의 비자성체로 형성된 상기 캔(16)도 동일 속도로 회전하므로, 상기 캔(16)에서의 자속이 시간에 따라 변화하여 상기 캔(16)에 유기 기전력이 발생하고, 이 유기 기전력으로 인해 상기 캔(16) 내에 와전류(Eddy-Current)(맴돌이 전류)가 형성되며, 이 와전류에 의해 전자력이 발생하는 바, 이 전자력의 방향이 상기 회전자의 회전방향과 반대방향이 되므로, 회전시 역회전력으로 작용하여 전체 손실이 증가된다는 문제점이 있었다.

또한, 전동기의 외부 고정자와 내부 회전자와의 사이에 형성되는 약 0.25 내지 0.2 mm 간격의 공극에 상기 캔(16)이 위치하게 되는 바, 상기 캔(16)의 삽입 후에도 고정자와 회전자 간에 동일 간격의 공극을 유지하기 위해서는, 상기 캔(16)을 제외한 상태에서의 공극의 크기를 캔의 두께만큼 더 크게 하여야 했고, 타 전동기에 비해 커진 공극으로 인해 전동기의 효율이 저하된다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 내부에 삽입된 영구자석의 이탈 방지력을 증대시킴으로써 보다 고속의 회전수를 얻을 수 있도록 하는 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자를 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래의 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자에 사용된 단위철심의 구조를 도시한 것이고,

도 2는 도 1의 단위철심에 형성된 각 홈에 영구자석을 삽입장착한 상태를 도시한 것이고,

도 3은 도 1의 철심을 다수 적층한 후 그 외측에 이탈방지용 캔을 끼움결합하는 과정을 도시한 것이고,

도 4는 본 발명에 따른 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자에 사용되는 철심의 일 실시예를 도시한 것이고,

도 5는 도 4의 철심에 형성된 각 홈에 영구자석을 삽입장착한 상태를 도시한 것이고,

도 6은 도 5의 A부 확대도이고,

도 7은 본 발명에 따른 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자에 사용되는 철심의 다른 실시예를 도시한 것이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 20 : 철심(Iron Core) 10a, 20a : 홈

12, 22 : 영구자석 14, 24 : 링크

16 : 캔(can)

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자는, 영구자석 내부삽입형 전동기 회전자에 있어서, 필요한 자극(磁極)의 수에 따른 대응위치마다 복수개의 홈이 관통형성된 철심; 및 상기 홈에 각각 삽입장착되는 영구자석을 포함하여 구성되는 것에 그 특징이 있는 것이다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자는, 영구자석 내부삽입형 전동기 회전자에 있어서, 필요한 자극(磁極)의 수에 따른 대응위치마다 단일 홈이 관통형성된 철심; 상기 철심에 끼움결합되어, 상기 단일 홈을 복수개의 영역으로 구획하는 이탈방지구; 및 상기 구획된 영역에 각각 삽입장착되는 영구자석을 포함하여 구성되는 다른 특징이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자의 일 실시예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자의 일 구성인 원통형 철심의 구조를 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 철심에 영구자석을 삽입장착한 상태를 도시한 것이고, 도 6은 도 5의 A부 확대도로서, 사용될 전동기의 용량에 따라 소정의 두께(약 0.2, 0.3 또는 0.5 mm)를 갖도록 형성된 원통형의 철심(20); 및 상기 철심(20)의 두께 방향으로 관통형성되되, 상하좌우에 각각 2개씩 모두 8개 형성된 홈(20a)에 삽입된 영구자석(22)을 포함하여 구성되어 있으며, 상기 홈(20a)의 형성위치는 4극 방식의 경우을 가정하여 배치된 것으로서, 필요한 자극수에 따라 가변되며 예를 들어 2 극 방식의 경우에는 상하 또는 좌우에만 형성되고, 6 극 방식의 경우에는 정 6각형의 각 면에 해당되는 위치에 형성될 것이다.

상기 철심(20)에는 상기 홈(20a)으로 인해, 상기 영구자석(22)의 외측에 위치한 철심과 내측에 위치한 철심을 연결하는 링크(24)가 형성되게 되는데, 본 발명에서는 종래와 동일한 위치- 도면 상에서 대각선 방향 -에 형성되는 4개의 링크(24) 이외에, 개개의 자극 위치에 형성된 한 쌍의 홈(20a) 사이에 형성되는 내부링크(24a)가 추가로 형성되게 된다.

다수개 적층된 상기 철심(20)의 외부 형상을 유지시키기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 적층된 상기 철심(20)의 양 단에서 고압력으로 압축시키는 방법, 각각의 철심(20) 외주부를 상호 용접으로 고정시키는 방법 또는 내측을 관통시키는 샤프트 축에 고정시키는 방법 등을 사용할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자를 이용하여 이탈 방지력을 증대시키는 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 철심(20)에 형성된 각각의 홈(20a)에 상기 영구자석(22)을 삽입하게 되면, 상기 영구자석(22)의 외측 철심과 내측 철심을 연결하는 링크가 종래와 동일한 위치에 구비된 링크(24) 이외에, 상기 별도의 내부링크(24a)가 추가로 형성되어 있으므로, 상기 영구자석(22)의 상기 철심(20)에 대한 결합력을 증가시키게 되고, 이에 따라 고속회전시 원심력이 종래에 비해 증가하더라도 상기 영구자석(22)이 상기 철심(20)으로부터 이탈되지 않게 되는 것이다.

이와 같이 이탈 방지력을 증대시키는 과정에서 다수개 적층되는 상기 철심(20)의 외부에는 종래와 같이 캔 등 별도의 외부 요소를 구비하지 않고 상기 철심(20) 내부에 형성된 상기 내부링크(24a)만을 구비하였으므로, 전동기 내부의 회전자와 외부 고정자와의 공극 간격을 크게 할 필요가 없게되어 전동기의 효율저하를 막을 수 있다.

한편, 상기 실시예에서는 필요한 자극 수에 따른 대응위치마다 상기 홈(20a)을 각각 2개씩 형성하였으나, 각 대응위치마다 3개 이상의 복수개를 형성하는 것도 가능하며, 이 경우 삽입되는 상기 영구자석(22)의 개수도 추가된 홈의 개수만큼 늘어나게 되고, 홈 사이에 형성되는 상기 내부링크(24a)의 개수는 형성된 홈의 개수보다 1개 작은 개수가 될 것이므로, 그에 따른 이탈 방지력을 더 크게 얻을 수 있게 되어 더 고속의 회전수를 구현할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 상기 홈(20a)의 상하측에, 상기 홈(20a)의 길이방향에 대하여 수직이 되도록 각각 별도의 홈(도면 미도시)을 쌍으로 형성한 후, 비자성체의 부도체로 형성된 영구자석 이탈방지용 내부링크(24a)를 상기 별도의 홈을 이용하여 상기 철심(20)에 끼움결합함으로써, 상기 홈(20a)을 2개의 영역으로 구분한 것이며, 이렇게 구분된 각각의 영역마다 상기 영구자석(22)을 삽입장착한 것이다.

이때, 상기 내부링크(24a)의 재료로 비자성 부도체를 사용하였으므로, 회전자가 고속으로 회전하더라도 와전류가 발생되지 않게 되어 와전류로 인한 손실을 없앨 수 있게 된다.

상기 실시예에서는 상기 홈(20a)을 2개의 영역만으로 구분하였으나, 상기 별도로 형성되는 한쌍의 홈을 몇 쌍 형성하냐에 따라 원하는 개수의 영역으로 구분할 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자는, 이탈 방지력을 증대시킴으로써 고속의 회전수를 얻을 수 있으면서도, 적층되는 철심 외부에는 별도의 장치를 구비하지 않음으로써 효율저하를 방지할 수 있으며, 또한 비자성의 부도체를 사용하여 내부링크를 형성할 경우에는 와전류 손실도 막을 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 영구자석 내부삽입형 전동기 회전자에 있어서,

   필요한 자극(磁極)의 수에 따른 대응위치마다 복수개의 홈이 관통형성된 철심; 및

   상기 홈에 각각 삽입장착되는 영구자석을 포함하여 구성되는 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자.
2. 영구자석 내부삽입형 전동기 회전자에 있어서,

   필요한 자극(磁極)의 수에 따른 대응위치마다 단일 홈이 관통형성된 철심;

   상기 철심에 끼움결합되어, 상기 단일 홈을 복수개의 영역으로 구획하는 이탈방지구; 및

   상기 구획된 영역에 각각 삽입장착되는 영구자석을 포함하여 구성되는 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 단일 홈에는 홈의 길이방향에 대하여 수직방향 양측으로 각각 형성된 한쌍의 삽입홈이 홈의 길이방향을 따라 복수개 형성되고,

   상기 이탈 방지구는 상기 한쌍의 삽입홈에 각각 끼움결합되되, 비자성 부도체 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석이 이탈방지되는 영구자석 회전자.