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KR101155938B1 - 전동기용 회전자 및 그에 따른 전동기 - Google Patents

전동기용 회전자 및 그에 따른 전동기 Download PDF

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KR101155938B1
KR101155938B1 KR1020050093459A KR20050093459A KR101155938B1 KR 101155938 B1 KR101155938 B1 KR 101155938B1 KR 1020050093459 A KR1020050093459 A KR 1020050093459A KR 20050093459 A KR20050093459 A KR 20050093459A KR 101155938 B1 KR101155938 B1 KR 101155938B1
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South Korea
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rim
magnetic
magnetic drive
laminate assembly
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앙드리 랑드리아망뜨나
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알스톰 트랜스포트 에스에이
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Abstract

본 발명의 회전자는 회전자의 회전축 둘레에 분포되는 복수의 자성 구동 부재(17)를 포함하고, 상기 각각의 자성 구동 부재(17)는 상기 회전자의 자극을 형성하고 실질적으로 반경방향의 자성축을 가지며 적어도 하나의 영구자석(18)을 포함하는 유형이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 복수의 자성 구동 부재(17)는 복수의 분리된 영구자석(18)을 포함하고, 상기 자성 구동 부재(17)의 상기 영구자석(18)은 상기 자성 구동 부재(17)의 자성축과 실질적으로 평행한 하나 이상의 분리면을 따라 서로 분리되고, 상기 분리면을 따라 상기 자성 구동 부재(17)의 상기 영구자석(18) 사이에 전기 절연재(55)가 개재되어 있다.
전동기, 회전자, 고정자, 자성 구동 부재, 영구자석, 분리, 절연재

Description

전동기용 회전자 및 그에 따른 전동기 {ROTOR FOR AN ELECTRIC MOTOR AND CORRESPONDING ELECTRIC MOTOR}
도 1은 본 발명에 따른 회전자를 포함하는 영구자석을 가지는 전동기의 축상 단면도이다.
도 2는 도 1의 회전자의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따르는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 변형에 따른, 도 1과 유사하지만, 회전자만을 나타내는 도면이다.
도 4는 자성 구동 부재의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 전동기가 작동하는 동안에 자성 구동 부재 내의 푸코 전류 흐름을 나타내는 개략적인 평면도이다.
본 발명은, 회전자의 회전축 둘레에 분포되는 복수의 자성 구동 부재를 포함하며, 각각의 자성 구동 부재는 상기 회전자의 자극을 형성하고 실질적으로 반경방향의 자성축을 가지며 적어도 하나의 영구자석을 포함하는, 전동기용 회전자에 관한 것이다.
영구자석을 가지는 전동기의 회전자는, 외주에 분포되며 각각이 회전자의 자극을 구성하는 영구자석을 포함한다.
작동 시에, 영구자석 사이에서 순환되는 자속은 회전자의 소재를 통과하여 연장된다. 이들 자속은 영구자석 자체 및 전동기의 고정자에 의해 유도되는 자기장으로부터 발생된다.
회전자를 순환하는 자속에 의해, 특히 회전자에서 유도되는 전류의 순환 및 주울 효과(Joule effect)에 의해 전력 손실이 발생할 수 있다.
예를 들어 EP 1 239 569에는, 회전자의 축방향 전류의 형성을 제한하기 위해, 자기장을 전달하며 전자기를 절연시키는 플레이트에 의해 개재되는 플레이트로 이루어지는 라미네이트 어셈블리(laminate assembly)로 구성되며, 자석을 상기 어셈블리의 둘레에 고정시키는 회전자가 개시되어 있다. 상기 어셈블리는 샤프트 상에 직접 배치된다.
그러나, 라미네이트 어셈블리는 제조비용이 높다. 또한 직경이 큰 고전력 회전자로 구성된다.
경량이고, 강성이 크며, 제조비용이 낮은 회전자를 설계하기 위한 시도가 있었다.
EP 0 854 558에는, 둘레에 라미네이트 어셈블리가 배치되는 허브의 역할을 하는 다공성 원통형 부재를 포함하며, 상기 어셈블리의 둘레에 영구자석이 배치되는 회전자가 개시되어 있다. 다공성 원통형 부재는 분말 철(powdered iron)이 충전된 수지로 만들어진다. 일 변형에서, 상기 다공성 원통형 부재는 금속 또는 수 지의 벌집형 구조로 만들어진다.
EP 1 050 946에는, 수지로 구성되며 비자성 강철 스트립으로 둘러싸이는 환형 부재로 둘러싸이는 강철 허브를 포함하는 복합 전동기용 회전자가 개시되어 있다. 라미네이트 어셈블리는 비자성 강철 스트립을 둘러싸며 그 둘레에서 자석을 지지한다.
그러나, 이들 회전자는, 그 무게 및 제조비용이, 허용되는 전자기적 손실의 한계에 대하여 설정되는 경우에는, 완전히 만족스러운 것은 아니다.
본 발명의 목적은 전자기적 손실이 저감될 수 있는 전동기 회전자를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 전술한 유형의 전동기 회전자를 가지며, 적어도 하나의 자성 구동 부재가 복수의 별도 영구자석을 포함하며, 상기 자성 구동 부재의 자석은 상기 자성 구동 부재의 자성축과 실질적으로 평행한 적어도 하나의 분리면을 따라 서로 분리되고, 상기 분리면을 따르는 상기 자성 구동 부재의 영구자석 사이에는 절연재가 개재되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 회전자는 하나 이상의 다음과 같은 특징을 가지며, 이들 특징은 단독으로 또는 기술적으로 조합될 수 있다.
- 상기 절연재는 각각의 자석의 모든 면을 덮는다.
- 상기 자성 구동 부재는 상기 회전자의 축과 평행한 적어도 하나의 분리 평면을 갖는다.
- 상기 자성 구동 부재는 상기 회전자의 축에 대하여 직각인 적어도 하나의 분리 평면을 갖는다.
- 상기 회전자는 샤프트에 장착하기 위한 구멍이 제공되는 허브, 상기 허브를 둘러싸는 림, 및 상기 림을 둘러싸서 고정되는 라미네이트 어셈블리를 포함하고, 상기 라미네이트 어셈블리는 자기장을 전달하는 적층 환형 플레이트를 포함하고, 상기 자성 구동 부재는 상기 라미네이트 어셈블리의 외주 상에 분포되고, 상기 림은 솔리드(solid)형이며 회전자를 구비한 전동기가 작동했을 때 상기 자성 구동 부재 사이를 순환하는 자속이 상기 림을 통과하도록 하기 위해 자기장을 전달하는 금속 또는 금속 합금으로 구성된다.
- 상기 허브는 솔리드형이며 자기장을 전달하는 금속 또는 금속 합금으로 구성된다.
- 상기 림은 상기 허브와 일체형이다.
- 상기 림 및/또는 상기 허브는 자기장을 전달하는 철 또는 강철로 구성된다.
- 상기 자성 구동 부재는 영구자석이다.
- 상기 림은 상기 허브보다 축방향으로 더 길어서, 상기 회전자가 적어도 하나의 축방향 단부, 및 상기 림에 의해 반경방향으로 한정되고 상기 허브에 의해 축방향으로 한정되는 중앙 리세스부를 가지도록 한다.
- 상기 허브는 중앙 튜브형 부분 및 상기 중앙 튜브형 부분을 상기 림에 반경방향으로 연결하는 레이디얼 웨브(radial web)를 포함한다.
- 상기 중앙 튜브형 부분은 상기 레이디얼 웨브보다 축방향으로 더 길다.
- 상기 라미네이트 어셈블리는 2㎜ 내지 100㎜, 바람직하게는 5㎜ 내지 50㎜의 반경방향 두께를 갖는다.
- 상기 라미네이트 어셈블리의 반경방향 두께와 상기 허브의 반경방향 두께의 비율은 0.2 내지 5이다.
- 상기 라미네이트 어셈블리의 반경방향 두께와 상기 림의 반경방향 두께의 비율은 0.25 내지 1이다.
- 상기 라미네이트 어셈블리 및 상기 림의 두께는, 고조파(harmonics)에 의해 유도되는 자기장이 상기 라미네이트 어셈블리에서 순환되고, 기본파에 의해 유도되는 자기장이 상기 림 및 상기 라미네이트 어셈블리에서 순환되도록 선택된다.
- 상기 라미네이트 어셈블리는 자기장을 전달하는 제1 환형 플레이트를 포함하며, 상기 제1 환형 플레이트는 전자기적 절연재로 구성되는 제2 환형 플레이트와 교호된다.
본 발명은 또한 고정자 및 상기 정의한 회전자를 포함하는 전동기에 관한 것이기도 하다.
일 실시예에서, 상기 회전자 및 고정자는 하우징 내에 수납되고, 상기 고정자는 상기 하우징에 고정되게 결합되고, 상기 회전자는 샤프트에 고정되게 결합되며, 상기 전동기는 상기 하우징과 상기 샤프트 사이에 배치되어 회전되는 가이드용 베어링을 포함하고, 적어도 하나의 베어링이 상기 회전자의 리세스부에 적어도 부분적으로 수용된다.
본 발명은 이하에서 첨부도면을 참조한 상세한 설명을 통해 보다 잘 이해될 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전동기(10)는 하우징(5)에 고정되게 결합되는 고정자(3) 및 샤프트(9)에 고정되게 결합되는 회전자(7)를 포함한다.
회전자(7)는 허브(11), 허브(11)를 둘러싸며 허브(11)의 둘레에 고정되는 림(13), 림(13)을 둘러싸며 림(13)에 고정되는 원통 튜브형 라미네이트 어셈블리(15), 및 라미네이트 어셈블리(15)의 외주 상에 분포되는 자성 구동 부재(17)를 포함한다.
허브(11)는 샤프트(9)가 수용되는 구멍(21)이 제공되는 튜브형 중앙부(19)를 포함한다. 허브(11) 및 샤프트(9)는 예를 들어 키홈(keyway)과 같은 구동 수단(미도시)을 사용하여 회전식으로 고정되게 결합된다. 허브(11)는 중앙부(19)를 둘러싸며 중앙부(19)와 림(13) 사이에서 반경방향으로 연장되는 환형의 레이디얼 웨브(23)를 포함한다. 중앙부(19)는 레이디얼 웨브(23)보다 축방향으로 더 길다.
림(13)은 튜브형이고 원통형이며 원통형 외측면(27) 및 내측면(25)을 갖는다.
림(13)은 레이디얼 웨브(23) 및 중앙부(19)보다 축방향으로 더 길다. 림(13)은 결과적으로 림(13)의 내측면(25)의 축방향으로 제한된 부분에서만 허브(11)와 접속된다.
림(13)은, 예를 들어 허브(11)에 대하여 축방향으로 중심을 맞추고 있다.
따라서, 회전자(7)의 축방향 단부 각각에는 리세스부(26)가 형성된다. 리세스부(26)는 림(13)의 내측면(25)에 의해 반경방향으로 한정되고 허브(11)에 의해 축방향으로 한정된다.
라미네이트 어셈블리(15)는 축방향으로 적층된 환형의 플레이트(29, 31)로 구성된다. 라미네이트 어셈블리(15)는 자기장을 전달하는 제1 플레이트(29)를 포함하며, 제1 플레이트(29)는 전자기적 절연재로 구성되는 제2 플레이트(31)와 교호된다.
라미네이트 어셈블리(15)는 림(13) 둘레에 배치되어 그 외측면(27) 상에 끼워진다.
바람직하기로는, 적어도 하나의 제1 플레이트(29)가 내측 에지에 의해 림(13)의 외측면(27)과 접촉하여 이들 제1 플레이트(29)와 허브(13) 사이에서 자기적 연속성을 형성하도록 한다.
축방향 리세스부가, 예를 들어 림(13)의 반대쪽인 라미네이트 어셈블리(15)의 외측면에 제공되어, 여기에 자성 구동 부재(17)가 배치되도록 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 자성 구동 부재(17)는, 예를 들어 원주 상에 균등하게 이격되며, 회전자(7)의 원주를 따라 보았을 때, 반경방향 자성축 및 교호하는 극성을 갖는다. 각각의 자성 구동 부재(17)는 회전자(7)의 자극, 즉 자기장 라인이 집중되는 영역을 형성한다.
회전자(7)는, 예를 들어 회전자의 회전축 둘레에서 60°의 간격으로 분포되는 6개의 자성 구동 부재(17)를 포함한다.
각각의 자성 구동 부재(17)는 복수의 영구자석(18)을 포함하며, 나중에 상술하기로 한다.
도 1을 참조하면, 라미네이트 어셈블리(15)는 림(13)의 축방향 단부로부터 반경방향 외측으로 연장되는 칼라(33)에 의해 림(13) 상에 축방향으로 유지된다. 칼라(33)는 림(13)에 부착되거나, 예를 들어 벤딩에 의해 림(13)과 일체로 형성될 수 있다.
림(13)은 솔리드이며 자기장을 전달하는 금속 또는 금속 합금, 특히 강자성 금속으로만 구성된다.
이 경우, 금속 합금은 금속에 하나 이상의 원소를 첨가함으로써 얻어지는 금속 제품을 말한다.
적절한 금속은 탁월한 투자율(permeability) 및 자기포화(magnetic saturation)를 가지는 철(iron)이다. 금속 합금은, 예를 들어 철합금, 특히 강철, 바람직하게는 연강철(soft steel)이다. 가능한 강철 등급은 표준 EN10083에 따른 C22 내지 C60이다.
강철은 일반적으로 철에 비해 투자율 및 자기포화의 정도가 낮지만, 기계적 강도가 철보다 높다.
허브(11) 또한 솔리드이며 자기장을 전달하는 금속 또는 금속 합금, 특히 강자성 금속으로만 구성되는 것이 바람직하다.
회전자(7)의 제조비용을 제한하기 위해, 그 강도를 증대시키면서, 중앙부(19), 레이디얼 웨브(23), 및 림(13)이 통합된 일체형으로 제조된다.
라미네이트 어셈블리(15)의 제1 플레이트(29) 또한, 예를 들어 자기장을 전달하는 금속 또는 금속 합금, 특히 강자성 금속으로 구성되며, 이것은 림(13) 및/또는 회전자(7)의 경우와 동일하거나 상이하다.
라미네이트 어셈블리(15)의 반경방향 두께와 림(13)의 반경방향 두께의 비율은, 예를 들어 0.1 내지 5, 바람직하게는 0.25 내지 1이다.
라미네이트 어셈블리(15)의 반경방향 두께는, 예를 들어 2㎜ 내지 100㎜, 바람직하게는 5㎜ 내지 50㎜이다.
고정자(3)는 회전자(7)를 둘러싼다. 고정자(3)는 회전자(7)의 라미네이트 어셈블리(15)와 유사하지만 회전자(7)의 외경보다 큰 내경을 가지는 라미네이트 어셈블리(35)를 포함한다. 고정자(3)는 라미네이트 어셈블리(35)의 축방향 통로(39) 내에서 축방향으로 연장되는 권선(winding)(37)을 포함한다.
권선(37)은 도시하지 않은 방식에 의해 전원 공급 수단과 연결된다.
회전자(7)의 라미네이트 어셈블리(15)와 고정자(3)의 라미네이트 어셈블리(35) 사이에서 반경방향으로 위치되는 환형의 공간은 전동기(1)의 에어갭(40)을 구성한다.
하우징(5)은 고정자(3)를 둘러싸는, 튜브형이고 원통형인 커버(41)를 포함한다. 고정자(3)는 커버(41)의 내측면에 고정된다.
하우징(5)은 그 단부가, 전동기(1)의 반경방향 중심 평면에 대하여 실질적으로 대칭인 2개의 환형 플랜지(43)에 의해 축방향으로 폐쇄된다.
각각의 플랜지(43)는 환형의 레이디얼 외측 크라운(45), 및 최소 직경을 가 지는 크라운(45)의 지역으로부터 연장되고 반경방향 내측 및 하우징(5)의 축방향 내측을 향하는 환형의 원뿔대형 내측 부분(47)을 포함한다.
각각의 플랜지(43)의 내측 부분(47)은 결과적으로 하우징(5)의 내측을 향하여 다른 플랜지(43)의 방향으로 집중된다.
보다 정확하게는, 각각의 플랜지(43)의 내측 부분(47)이 회전자(7)의 방향으로 축방향으로 연장되어 대응되는 리세스부(26) 쪽으로 부분 돌출되게 된다.
내측 부분(47)은 최소 직경으로 샤프트(9)를 둘러싸는 환형의 돌출부(49)를 갖는다. 각각의 플랜지(43)의 돌출부(49)와 샤프트(9) 사이에는 회전식 가이드용 베어링(51)이 배치된다.
각각의 돌출부(49)와 샤프트(9) 사이에서 반경방향으로, 대응되는 베어링(51)의 양측에서 축방향으로, 밀봉 수단, 예를 들어 환형 시일(53)이 배치된다. 시일(53)은 하우징(5)과 샤프트(9) 사이를 밀봉하여 하우징(5) 내부의 오염을 방지한다.
돌출부(49)에 의해 지지되는 베어링(51) 및 밀봉 수단(53)은 대응되는 리세스부(26)에 부분적으로 수용된다. 따라서, 리세스부(26)의 존재는 전동기(1)의 축방향 전체 길이를 한정시킬 수 있도록 한다.
작동 시에, 권선(37)에는, 특정 형상, 예를 들어 사인곡선(sinusoidal) 또는 정사각형의 주기적인 형상을 가지는 전기적 여기 신호를 구비한 전기적 에너지가 공급된다.
권선(37)은 고정자(3)의 내부에서 조절될 수 있는 전자기장을 형성한다. 이 러한 전자기장이 인가되는 자성 구동 부재(17)에는 원주방향의 힘이 형성된다. 따라서, 회전자(7)는 샤프트(9)의 축을 중심으로 하여 회전되도록 구동된다.
자속은, 에어갭(40)을 통해 자성 구동 부재(17) 쪽으로, 그리고 라미네이트 어셈블리(15)의 제1 플레이트(29) 및 림(13)을 통해 자성 구동 부재(17) 사이에서(도 2에서 화살표 F1로 나타냄), 그리고 에어갭(40)을 통해 고정자(3) 쪽으로 복귀하여, 고정자를 수용하고 있는 전동기 내에서 순환한다. 자속은 회전자(7) 쪽으로 복귀하기 전에 (도 2에서 화살표 F2로 나타낸 바와 같이) 고정자 내에서 순환한다.
전자기장에서의 회전자(7)의 변위로 인해, 푸코(Faucault) 전류형의 전류가 회전자(7)에 형성되는 성향을 갖는다.
이러한 전류는 회전자에서 주로 축방향으로 이동한다. 라미네이트 어셈블리(15)의 존재는, 이러한 전류의 형성이 방지되도록 하고, 따라서 전자기적 손실, 특히 주울 효과에 의한 손실이 제한되도록 한다.
주기적인 여기 신호는 그 형상에 따라 복수의 사인곡선 신호로 분류될 수 있다. 이러한 사인곡선 신호는, 진폭이 크고 진동수가 작은 기본파 신호, 및 진폭이 작고 기본파 신호의 진동수의 배수인 진동수를 가지는 고조파 신호를 포함한다.
회전자(7)에서 유도된 전자기장은, 마찬가지로, 기본파 신호에 의해 유도되는 전자기장 및 고조파에 의해 유도되는 전자기장으로 분류될 수 있다.
기본파 신호에 의해 유도되는 전자기장은 주로 회전자(7) 회전 구동되도록 한다.
고조파 신호에 의해 유도되는 전자기장은 주로 전자기적 손실을 유발한다.
각각의 기본파 신호 또는 고조파 신호에 의해 유도되는 전자기장의 반경방향 침투 깊이는 그 진동수에 반비례한다.
따라서, 고조파 신호에 의해 유도되는 전자기장은 기본파 신호에 의해 유도되는 전자기장에 비해 보다 작은 회전자(7)의 반경방향 두께의 침투 깊이를 갖는다.
라미네이트 어셈블리(15)의 반경방향 두께는, 작동 시에, 고조파 신호에 의해 유도되는 전자기장의 침투 깊이보다 큰 두께로 선택된다.
림(13)의 반경방향 두께는, 라미네이트 어셈블리(15)의 반경방향 두께가 더해진 총 두께가 기본파 신호에 의해 유도되는 전자기장의 최대 침투 깊이보다 커지도록 제공된다.
그러므로, 라미네이트 어셈블리(15) 및 림(13)은, 기본파 신호에 의해 유도되는 전자기장의 자속이 자성 구동 부재(17) 사이에서 원주방향으로 순환되도록 한다. 라미네이트 어셈블리(15)는 고조파 신호에 의해 유도되는 전자기장의 자속이 자성 구동 부재(17) 사이에서 원주방향으로 통과하도록 하는 한편, 고조파 신호에 의해 유도되는 전자기장에 의한 전류의 축방향 전달을 방지한다. 이로 인해, 고조파 신호에 의한 전자기적 손실이 제한될 수 있도록 한다.
예를 들어, 직각파 형태의 주기적인 신호에 있어서, 기본파 신호의 진동수는 직각파 형태의 신호의 진동수와 동일하고, 제1 고조파 신호의 진동수는 기본파 신호의 진동수보다 5배 크다. 따라서, 기본파 신호에 의해 유도되는 전자기장의 침투 깊이는 고조파 신호에 의해 유도되는 전자기장의 침투 깊이보다 5배 크다.
그러므로, 이러한 경우, 림(13)의 반경방향 두께보다 4배 작은 반경방향 두께를 가지는 라미네이트 어셈블리(15)를 제공하는 것이 가능하다. 일반적으로, 라미네이트 어셈블리(15)의 반경방향 두께의 제한은 회전자(7)의 제조비용을 한정시키도록 한다.
솔리드형, 즉 공동 및 기공이 없으며, 그 전체가 자기장을 전달하는 금속 또는 금속 합금으로 만들어지는 림(13)은, 다공성 소재 또는 수지(철 입자가 충전되었다고 해도)에 비해, 투자율 및 자기포화의 정도가 높다. 이로 인해, 회전자(7)의 자속 회로가 루프(loop)형이 되어, 회전자(7)에서의 자속의 통과에 대한 저항을 제한하고, 전동기의 효율이 높아질 수 있으며, 특히 최대의 회전속도 및 토크가 샤프트(9)에 전달될 수 있다.
솔리드형 림(13)은 또한, 예를 들어 벌집형 형태의 소재에 비해 강도가 높고 제조가 간단하다.
림(13)은 실질적으로 튜브형이며 내측면의 축방향으로 한정된 영역에서만 허브(11)와 연결되기 때문에, 회전자(7)는 경량이면서 강성을 가지며, 자속의 순환을 허용한다.
전동기(1)는 매우 높은 토크가 요구되는 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전동기(1)는 열차 또는 전차와 같은 구동 궤도차량에 사용된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 각각의 자성 구동 부재(17)는 분할되어 있으며, 복수의, 예를 들면 4개의 영구자석(18)을 포함한다. 이들 영구자석은 인접한 영구자석(18) 사이의 전류 순환을 방지하는 전기 절연재(55)에 의해 서로 인접하여 분 리되어 있다.
보다 구체적으로는, 각각의 자성 구동 부재(17)의 영구자석(18)은 회전자(7)의 회전축 방향으로 기다랗고 회전자(7)의 외주를 따라 나란히 배열되어 있다. 각각의 자성 구동 부재(17)의 영구자석(18)은 축방향 가상 평면을 따라 서로 분리되어 있다. 상기 가상 평면은 축(A)과 평행하며 축(A)을 통과하여 연장된다.
절연재(55)는 각각의 자성 구동 부재(17)의 영구자석(18) 사이에서 상기 분리 평면을 따라 연장되는 필름의 형태로 배열된다.
각각의 자성 구동 부재(17)의 영구자석(18)은 동일한 극성을 가지며, 실질적으로 반경방향인 자성축을 갖는다. 따라서, 각각의 자성 구동 부재(17)는, 구성되어 있는 영구자석(18)에 의해, 반경방향이며 동일한 극성을 가지는 자성축을 가지게 된다.
절연재(55)는 영구자석(18)의 축방향 분리 평면을 따라 개재된다. 분리 평면은 영구자석(18)의 자성축과 평행하다. 보다 구체적으로, 절연재(55)는 각각의 영구자석(18)을 피복하며, 영구자석(18)의 모든 면, 특히 반경방향 내측 및 외측을 향하는 면을 덮는다.
작동 시에, 자속(화살표 F1 및 F2)은 영구자석(18)의 자성축에 따라, 영구자석(18)을 반경방향으로 통과하여 연장된다. 영구자석(18)에는 축(A)에 대한 축방향 및 원주방향의 유도 전류가 형성되는 성향이 있다.
절연재(55)는 특히, 에어갭의 두께(예를 들어 5㎜) 또는 영구자석(18)의 두께(예를 들어 10㎜)에 비해 두께가 얇아서(예를 들어 20㎛), 자속의 순환을 방해하 지 않는다.
반대로, 절연재(55)는 자연히 자성 구동 부재(17)의 영구자석(18) 사이의 축(A)에 대한 원주방향의 유도 전류의 순환을 방해한다.
결과적으로, 회전자에서의 주울 효과에 의한 영구자석(18) 영역의 전자기적 손실이 저감된다.
도 3의 실시예에서, 회전자(7)는 자성 구동 부재(17)를 지지한다. 각각의 자성 구동 부재(17)는 축(A)에 대하여 직각인 반경방향 분리 평면을 따라 분리되어 있으며, 축방향으로 배열되고 반경방향 분리 평면을 따라 연장되는 필름의 형태인 절연재(55)에 의해 분리되는 복수의 영구자석(18)을 포함한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 자성 구동 부재(17)는 라미네이트 어셈블리(15)에 의해 구성되는 회전자(7)에 배열된다. 변형예에서, 자성 구동 부재(17)는 도 1의 회전자(7) 및 보다 일반적인 임의의 유형의 회전자(7)에 배열된다.
도 4에 도시한 것과 같은 변형예에서, 자성 구동 부재(17)는 축방향 분리 평면 및 반경방향 분리 평면을 따라 분리된다.
변형예에서, 영구자석(18) 사이의 분리는 하나 이상의 좌측 표면을 따라 이루어진다.
보다 일반적으로, 자성 구동 부재(17)는 그 자성축과 평행하며 서로 평행하거나 평행하지 않은 하나 이상의 분리면을 따라 분리된다.
첫 번째 고려에 있어서, 자성 구동 부재(17)가 보다 많이 분리될수록, 전자기적 손실이 보다 많이 저감된다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 대강 분리하 여도 상당한 전자기적 손실이 저감된다.
도 5에서, 루프(57)는 자성축이 도면의 평면에 대하여 직각인 단일의 영구자석(59)으로 구성되는 자성 구동 부재(58)에서 유도되는 전류의 순환을 나타낸다.
도 6에서, 도 5의 단일의 영구자석(59)으로 구성되는 자성 구동 부재(58)와 동일한 크기의 자성 구동 부재(17)는, 도면의 평면에 대하여 직각인 분리 평면을 따라 분리되는 복수의 영구자석(18), 및 상기 분리 평면을 따라 연장되는 절연재(55)에 의해 구성된다.
작동 시에 유도되는 전류는 각각의 영구자석(18)의 루프(65)를 따라 전달된다.
도 6의 루프의 전체 길이는 도 5의 단일 루프(57)의 길이보다 길다. 따라서, 유도 전류는 도 6의 자성 구동 부재(17)에서의 순환에 대하여 저항이 커지게 되며, 이에 따라 자성 구동 부재(17)에 유도 전류가 형성되는 것이 어렵게 된다. 결과적으로, 자성 구동 부재(17, 58)를 통해 연장되는 동일한 자속에 있어서, 유도 전류 및 주울 효과에 의한 손실은 자성 구동 부재(17) 쪽이 자성 구동 부재(58) 쪽보다 적어지게 된다.
대형 회전자를 구비하는 고전력 전동기를 필요로 하는 응용에서, 자성 구동 부재의 분리는 제조비용이 낮은 소형 영구자석을 사용하는 것을 추가로 가능하게 한다.
도 1의 회전자는, 각각이 단일의 영구자석 또는 권선의 형태인 자성 구동 부재를 지지하는 경우에도, 전자기적 손실, 강도, 제조비용, 및 경량성의 제한 측면 에서 고유의 특성을 갖는다는 것을 이해하여야 한다.
보다 일반적으로, 본 발명의 목적은, 샤프트에 장착하기 위한 구멍이 제공되는 허브, 상기 허브를 둘러싸는 림, 및 상기 림을 둘러싸서 고정되는 라미네이트 어셈블리를 포함하며, 상기 라미네이트 어셈블리는 자기장을 전달하는 적층 환형 플레이트를 포함하고, 상기 자성 구동 부재는 상기 라미네이트 어셈블리의 외주 상에 분포되고, 상기 림은 솔리드(solid)형이며 회전자를 구비한 전동기가 작동했을 때 상기 자성 구동 부재 사이를 순환하는 자속이 상기 림을 통과하도록 하기 위해 자기장을 전달하는 금속 또는 금속 합금으로 구성되는, 회전자를 제공하는 것이다. 자성 구동 부재(17)는 라미네이트 어셈블리(15)의 외주 상에 분포되며, 예를 들어 외주 상에서 일정하게 이격되고 교호하는 극성을 가지는 자석에 의해 형성된다. 적어도 하나의 자성 구동 부재가 복수의 분리된 영구자석을 포함하고, 각각의 자성 구동 부재의 영구자석이 자성 구동 부재의 자성축과 실질적으로 평행한 적어도 하나의 분리면을 따라 서로 분리되고, 전기 절연재가 분리면을 따라 자성 구동 부재의 영구자석 사이에 개재되는 것은 필수가 아니다.
본 발명에 따라, 전자기적 손실이 저감될 수 있는 전동기 회전자가 제공된다.

Claims (19)

  1. 회전자의 회전축(A) 둘레에 분포되는 복수의 자성 구동 부재(17)를 포함하고, 상기 각각의 자성 구동 부재(17) 중 적어도 하나는 상기 회전자의 자극을 형성하고 반경방향의 자성축을 가지며 하나 이상의 영구자석(18)을 포함하는 유형의 전동기용 회전자에 있어서,
    상기 복수의 자성 구동 부재(17)는 복수의 분리된 영구자석(18)을 포함하고, 상기 자성 구동 부재(17)의 상기 영구자석(18)들은 상기 자성 구동 부재(17)의 자성축과 평행한 하나 이상의 분리면을 따라 서로 분리되고, 상기 분리면을 따라 상기 자성 구동 부재(17)의 상기 영구자석(18)들 사이에 전기 절연재(55)가 개재되며,
    상기 회전자는,
    샤프트(9)에 장착하기 위한 구멍(21)을 가진 허브(11),
    상기 허브(11)를 둘러싸는 림(13), 및
    상기 림(13)을 둘러싸서 고정되고, 자기장을 전달하는 축상 적층 환형 플레이트(29)를 포함하는 라미네이트(laminate) 어셈블리(15)
    를 포함하고,
    상기 자성 구동 부재(17)는 상기 라미네이트 어셈블리(15)의 외주 상에 분포되고,
    상기 림(13)은 솔리드(solid)형이며, 상기 회전자를 구비한 전동기가 작동했을 때 상기 자성 구동 부재(17)들 사이를 순환하는 자속이 상기 림(13)을 통과하도록 하기 위해 자기장을 전달하는 금속 또는 금속 합금으로 구성되는,
    회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연재(55)는 각각의 상기 영구자석(18)의 모든 면을 덮는 것을 특징으로 하는 회전자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자성 구동 부재(17)는 상기 회전자의 축(A)과 평행한 하나 이상의 분리 평면을 가지는 것을 특징으로 하는 회전자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성 구동 부재(17)는 상기 회전자의 축(A)에 대하여 직각인 하나 이상의 분리 평면을 가지는 것을 특징으로 하는 회전자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 허브(11)는 솔리드형이며, 자기장을 전달하는 금속 또는 금속 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 림(13)은 상기 허브(11)와 일체형인 것을 특징으로 하는 회전자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 림(13) 및 상기 허브(11) 중 적어도 하나는 자기장을 전달하는 철 또는 강철로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자성 구동 부재(17)는 영구자석인 것을 특징으로 하는 회전자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 림(13)은 상기 허브(11)보다 축방향으로 더 길어서, 상기 회전자가 하나 이상의 축방향 단부에 상기 림(13)에 의해 반경방향으로 한정되고 상기 허브(11)에 의해 축방향으로 한정되는 중앙 리세스부(26)를 가지는 것을 특징으로 하는 회전자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 허브(11)는 중앙 튜브형 부분(19) 및 상기 중앙 튜브형 부분(19)을 상기 림(13)에 반경방향으로 연결하는 레이디얼 웨브(radial web)(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 중앙 튜브형 부분(19)은 상기 레이디얼 웨브(23)보다 축방향으로 더 긴 것을 특징으로 하는 회전자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이트 어셈블리는 2㎜ 내지 100㎜두께를 가지는 것을 특징으로 하는 회전자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 라미네이트 어셈블리는 5㎜ 내지 50㎜두께를 가지는 것을 특징으로 하는 회전자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이트 어셈블리의 반경방향 두께와 상기 허브의 반경방향 두께의 비율은 0.2 내지 5인 것을 특징으로 하는 회전자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 라미네이트 어셈블리의 반경방향 두께와 상기 림의 반경방향 두께의 비율은 0.25 내지 1인 것을 특징으로 하는 회전자.
  16. 제1에 있어서,
    상기 라미네이트 어셈블리(15) 및 상기 림(13)의 두께는, 고조파(harmonics)에 의해 유도되는 자기장이 상기 라미네이트 어셈블리(15)에서 순환되고, 기본파에 의해 유도되는 자기장이 상기 림(13) 및 상기 라미네이트 어셈블리(15)에서 순환되도록, 선택되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이트 어셈블리(15)는 자기장을 전달하는 제1 환형 플레이트(29)를 포함하며, 상기 제1 환형 플레이트(29)는 전자기적 절연재로 구성되는 제2 환형 플레이트(31)와 교호되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  18. 고정자(3) 및 회전자(7)를 포함하는 전동기에 있어서,
    상기 회전자는 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 회전자인, 전동기.
  19. 고정자(3) 및 회전자(7)를 포함하는 전동기에 있어서,
    상기 회전자는 제10항에 따른 회전자이며,
    상기 회전자(7) 및 상기 고정자(3)는 하우징(5) 내에 수납되고, 상기 고정자(3)는 상기 하우징(5)에 고정되게 결합되고, 상기 회전자(7)는 샤프트(9)에 고정되게 결합되며, 상기 전동기는 상기 하우징(5)과 상기 샤프트(9) 사이에 배치되어 회전되는 가이드용 베어링(51)을 포함하고, 하나 이상의 상기 베어링(51)이 상기 회전자(7)의 리세스부(26)에 적어도 부분적으로 수용되는 것을 특징으로 하는 전동기.
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