KR101707389B1 - 전기 기계를 위한 로터 - Google Patents

전기 기계를 위한 로터 Download PDF

Info

Publication number
KR101707389B1
KR101707389B1 KR1020167011031A KR20167011031A KR101707389B1 KR 101707389 B1 KR101707389 B1 KR 101707389B1 KR 1020167011031 A KR1020167011031 A KR 1020167011031A KR 20167011031 A KR20167011031 A KR 20167011031A KR 101707389 B1 KR101707389 B1 KR 101707389B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotor
ferromagnetic
intermediate member
permanent magnet
posts
Prior art date
Application number
KR1020167011031A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160075537A (ko
Inventor
노르베르트 괴츠만
슈테판 리틀러
Original Assignee
에프엘스미쓰 에이/에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에프엘스미쓰 에이/에스 filed Critical 에프엘스미쓰 에이/에스
Publication of KR20160075537A publication Critical patent/KR20160075537A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101707389B1 publication Critical patent/KR101707389B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2746—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets arranged with the same polarity, e.g. consequent pole type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/046—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with rotating permanent magnets and stationary field winding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

본 출원은 전기 기계를 위한 로터(1)에 관한 것이다. 로터(1)는 적어도 하나의 실질적 원통형 형성 강자성 베이스 요소(2)를 포함한다. 상기 강자성 베이스 요소(2)는 그로부터 반경방향으로 연장되는 다수의 포스트(3, 3.1, 3.2)를 포함하고, 상기 포스트(3, 3.1, 3.2)의 각각은 적어도 제1 측면(4) 및 제2 측면(5)에 의해 경계지어지고, 이웃하는 포스트(3, 3.1, 3.2)의 각 쌍 사이에는 리세스(7)가 형성된다. 하나의 강자성 중간 부재(13)가 포스트(3, 3.1, 3.2)의 각 쌍 사이의 각 리세스(7)에 배치된다. 각 강자성 중간 부재(13)는 각각 적어도 하나의 영구 자석(6, 6.1, 6.2)에 의해 포스트(3, 3.1, 3.2)의 각 쌍의 제1 포스트(3.1)의 제1 측면(4) 및 제2 포스트(3.2)의 제2 측면(5)에 고정되며, 상기 영구 자석(6, 6.1, 6.2)은 동일한 극이 상기 강자성 중간 부재(13)에 대면하도록 각각 배향된다. 제1 측면(4) 및 상기 제2 측면(5)은, 제1 측면(4)과 제2 측면(5)과의 사이의 거리가 로터(1)의 회전 축선(11)으로부터의 반경 반향의 거리가 증가함에 따라 감소하도록 형성되고, 각각의 강자성 중간 부재(13)의 내측 표면(15)이 로터 축선(11)을 향하고 적어도 하나의 추가적인 영구 자석(20.1, 20.2, 20.3)으로 덮인다. 적어도 하나의 추가적인 영구 자석(20.1, 20.2, 20.3)은 강자성 중간 부재(13)를 향해 배향된 극이 상기 강자성 중간 부재(13)를 향해 배향된 영구 자석(6, 6.1, 6.2)의 극과 동일한 극이 되도록 배치된다.

Description

전기 기계를 위한 로터{ROTOR FOR AN ELECTRICAL MACHINE}
본 발명은 전기 기계를 위한 로터에 관한 것이다.
전기 기계를 위한, 구체적으로 동기식 전기 기계를 위한 로터가 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 특히, 강한 네오디뮴 철 붕소 자석이 사용되는 경우에, 이러한 자석을 로터에 체결하는 것은 상당한 도전이 된다. 이러한 강한 자석의 체결을 제공하기 위한 다양한 해결책이 최신 기술에 제안되어 있다.
Eckard Nipp에 의해 제출된 논문(Permanent Magnet Motor Drives with Switched Stator Windings; School of Electrical Engineering and Information Technology, KTH에 제출된 논문; Royal Institute of Technology of Electric Power Engineering Machines and Drives, Stockholm, 1999)에는, 로터 구조체 안으로의 자석의 매립이 제안되었다.
EP 2 187 503(Traktionssysteme Austria GmbH)은 전기 기계를 위한 로터에 관한 것이며, 로터의 원주를 따라 다수의 개구가 제공되며, 영구 자석은 상기 개구 내에 배치된다. 자기 누설 플럭스를 감소시키고 로터의 안정성을 향상시키기 위해서, 개구는 이웃하는 개구를 향해 배치되는 보이드를 포함한다.
JP 2011/066373 (Nissan Motor Co. Ltd.)는 로터의 외주를 향해 개방되는 V-형상으로 두 개의 매립 자석을 배치하는 것을 제안한다. 추가적인 영구 자석이 V-형상 개방 부분에 대해 원주 방향에 평행하게 위치설정된다.
그러나, 이러한 자석의 매립은 자기 단락을 발생시키는 단점을 갖고, 따라서 로터와 스테이터와의 사이의 공기 간극에서 감소된 자기 플럭스 밀도를 제공한다.
EP 0 996 212(Technische Universitaet Eindhoven)는, 적어도 두 개의 극이 주연부에 제공되고 각 극은 영구 자석을 포함하는 로터 지지체를 제공하는 것을 제안한다. 고전도성 재료로 만들어진 스크린이 영구 자석의 표면에 배치된다. 스크린은 전기 기계의 스테이터에 대면하도록 구성된다.
EP 2 068 425 (E & A Forschungsinstitut Elmas)은 또한 로터의 주연부에 제공된 자석을 갖는 로터를 감싸는 밴디지(bandage)의 사용에 관한 것이다.
밴디지 같은 보유 요소의 사용은 로터에의 자석의 우수한 기계적인 부착을 제공한다. 그러나, 스테이터의 권선에 의해 유도되는 교번 자기장이 전기 기계의 공기 간극에 가깝게 배치된 자석에 상당한 영향을 주기 때문에, 상기 간극 가까이에서 와전류 손실이 발생된다. 이는 전기 기계의 효율의 감소 및 온도 상승을 일으킨다. 이러한 열 손실을 감소시키기 위한 자석의 냉각은, 보유 요소가 자석의 추가적인 열 절연을 유발하기 때문에 어렵다. 또한, 보유 요소는 로터의 조립 또는 동작 동안 손상될 수 있고 자석으로부터 분리될 수 있다. 로터의 동작 동안의 보유 요소의 분리는 로터 또는 전기 기계에 큰 손상을 유발할 수 있다.
예를 들어, EP 1 860 755에 의해 다른 접근법이 사용되는데, 여기서는 자석 캐리어의 원주방향 배열이 로터의 외측 림에 고정된다. 비-자성 재료로 만들어진 역전된 U-형상 극편 보유부가 각각의 자석 캐리어에 고정되고 축방향 연장 채널을 갖도롤 형성된다. 자성 재료로 만들어진 극편이 각각의 자석 캐리어의 반경방향 외측 표면에 인접하게 그리고 그 연관된 극편 보유부에 형성된 채널 안에 위치된다.
WO 2009/068736 (Neorem Magnets OY)은 로터의 주연부에 장착되는 표면-장착가능 영구 자석 요소를 개시한다. 영구 자석 요소는 적어도 하나의 영구 자석과 상기 영구 자석을 둘러싸는 보호 케이스를 포함한다. 보호 케이스는 상기 요소를 로터의 주연부에 고정하기 위한 고정 부재를 포함한다. 또한, 금속 박판으로 형성된 하우징이 영구 자석을 덮는다.
자석을 로터에 견고하게 고정시키기 위한 목적으로 영구 자석의 상부에 배치되는 이러한 금속 캡은, 그러한 금속 캡에서 상당한 와전류가 발생되고, 이는 전기 기계의 효율의 저하를 유발한다는 단점을 갖는다.
추가적인 접근법이 EP 1 777 795(The General Electric Company)에 기재되어 있으며, 여기서 영구 자석 블록을 포함하는 극 조립체, 극에 기계적으로 연결된 극 캡을 포함하는 복수의 적층체와 상기 극에 기계적으로 연결된 베이스 플레이트를 포함하는 복수의 적층체가 로터의 주연부에 배치되어 있다.
US 2013/0140932 (General Electric Company)은 전기 기계를 위한 로터 코어를 제안하며, 상기 로터 코어는 로터 코어에 대해 반경방향으로 배치되며 상기 로터 코어로부터 발산하는 장부(tenon)를 갖는 형상-끼워맞춤 인터로크에 의해 로터 코어에 부착되는 스포크(spoke)를 포함한다. 전도체가 두 개의 인접하는 스포크 사이에 위치되는 전도체 개구 내에 배치된다.
그러나, 이러한 두 개의 배치 양자 모두는 다수의 별도의 부품을 사용하며 따라서 제조가 어렵고 비용이 많이 든다.
US 2013/0169081 (Siemens Aktiengesellschaft)은 복수의 세그먼트를 포함하는 전기 기계를 위한 로터를 기재한다. 팬이 적어도 이들 세그먼트 두 개의 사이에 배치된다. 복수의 세그먼트가 로터 코어를 형성하도록 결합되는 한편, 단부 시트가 로터 코어의 축방향 단부에 부착된다.
본 발명의 목적은, 자기 단락 또는 와전류의 발생을 회피하면서 영구 자석 극의 로터에의 안정된 기계적인 부착을 가능하게 하는, 초기에 언급된 기술 분야에 속하는 로터를 형성하는 것이다. 또한, 본 발명 로터는 추가적인 열 절연 효과를 갖는 임의의 요소를 피해야 하고 이러한 로터의 생산 비용 및 기간을 감소시키기 위해서 가능한 적은 부품을 사용해야 한다.
본 발명의 해결책은 청구항 1의 특징부에 의해 구체화된다. 본 발명에 따르면, 로터는 적어도 하나의 실질적 원통형 형상인 강자성 베이스 요소를 포함한다. 강자성 베이스 요소는 그로부터 반경방향으로 연장되는 다수의 포스트를 포함하고, 이들 포스트 각각은 적어도 제1 측면 및 제2 측면에 의해 경계지어지는 한편, 리세스가 이웃하는 포스트의 각 쌍 사이에 형성된다. 하나의 강자성 중간 부재가 포스트의 각 쌍 사이의 각 리세스에 배치되고, 각각의 강자성 중간 부재가 각각 적어도 하나의 영구 자석에 의해 포스트의 각 쌍의 제1 포스트의 제1 측면 및 제2 포스트의 제2 측면에 고정되어 있다. 영구 자석은 동일한 극이 상기 강자성 중간 부재에 대면하도록 각각 배향된다.
이러한 구성에 의해, 강자성 베이스 요소의 포스트는 로터의 제1 극으로서 작용하는 한편, 강자성 중간 부재는 로터의 제2 반대 극으로서 작용한다. 이는, 로터의 제1 극성의 로터 극이 모두 강자성 재료의 하나의 단일 극으로 구성되는 한편, 오직 반대 극성을 갖는 극만이 로터에 별도로 부착되면 된다는 장점을 갖는다. 이는 로터를 조립하는데 필요한 부품의 수를 크게 감소시키며 따라서 로터의 제조 비용 및 복잡성을 감소시킨다. 부가적으로, 각각의 로터 극 쌍, 예를 들어 하나의 강자성 중간 부재와 하나의 포스트의 각 쌍에 대해 오직 하나의 자석(또는 하나 초과의 영구 자석이 사용되는 경우에는 자석 세트)이 필요하다. 또한, 자기력은 이미 제자리에서 강자성 중간 부재를 유지하고 있고, 따라서 강자성 중간 부재는 전기 기계 내에서 로터의 동작 동안 발생하는 가속력 및 원심력에 대해 충분한 부착을 제공하도록 강자성 베이스 요소에 대해 부가적으로 고정되기만 하면 된다.
본 발명 로터는 바람직하게는 동기식의 전기 모터 또는 전기 제너레이터와 같은 전기 기계에서 사용되도록 의도된다. 이러한 용례에서, 로터는 다수의 권선을 포함하는 스테이터 내에 동심으로 회전가능하게 배치되며, 상기 스테이터와 상기 로터와의 사이에 공기 간극이 제공된다.
강자성 베이스 요소는 바람직하게는 원통형으로 형성되는데, 즉 강자성 베이스 요소는 그 회전 축선에 수직인 평면에서 실질적 원형 단면을 포함한다. 대안적으로는, 단면은 다각형일 수도 있다. 그러나, 강자성 베이스 요소의 질량은 전기 기계의 로터의 회전 동안의 임의의 불균형을 피하도록 회전 축선 주위에 대칭적으로 분배되는 것이 중요하다.
강자성 베이스 요소는 바람직하게는 그로부터 반경방향으로 연장되는 짝수의 포스트를 포함한다. 포스트의 수는 필요한 극의 수 및 강자성 베이스 요소의 직경에 따라 변할 수 있다. 일반적으로, 본 발명에 따른 로터는 극 쌍의 수(개별 극의 수의 절반과 같음)와 동일한 수의 포스트를 포함한다. 동작 로터를 위한 극 쌍 및 그에 따른 포스트의 최소 수는 2(4개의 개별 극과 같음)이다. 바람직하게는, 로터는 더 많은 극 쌍(및 강자성 베이스 요소 따라서 더 많은 포스트)를 포함한다. 바람직하게는, 극 쌍/포스트의 수는 6 내지 20 극 쌍, 더 바람직하게는 8 내지 14 극 쌍이다. 로터의 임의의 불균형을 피하기 위해서, 극은 바람직하게는 강자성 베이스 요소의 원주를 따라 균일하게 그리고 대칭적으로 분배된다.
포스트는 어떠한 가능한 형상도 가질 수 있지만 바람직하게는 다각형이다. 포스트의 치수는 로터의 동작 동안 발생하는 임의의 원심력, 전단력 또는 다른 힘을 고려하여 강자성 중간 부재를 위한 충분한 지지를 제공하도록 적응되어야 한다. 분명하게는, 포스트의 치수는 또한 강자성 베이스 요소를 위해 사용되는 재료의 특성에 적응되어야 한다.
회전 에너지를 변환하기 위해서, 강자성 베이스 요소는 바람직하게는 샤프트를 수용하고 샤프트에 연결되는 개구를 포함한다.
강자성 베이스 요소와 강자성 중간 부재는 바람직하게는 자성 강으로 만들어진다. 적어도 하나의 영구 자석은 바람직하게는 네오디뮴 철 붕소 자석(Nd2Fe14B)이며, 이것은 간단히 네오디뮴 자석으로서 알려져 있다. 대안적으로는, 다른 유형의 자석이 사용될 수 있다.
강자성 중간 부재는 리세스 안으로의 삽입을 허용하는 치수를 갖는다는 것, 즉 강자성 중간 부재의 외측 치수는 적어도 로터의 회전 축선에 수직인 평면에서 리세스의 치수보다 작다는 것이 통상의 기술자에게는 명확하다. 또한, 강자성 중간 부재는, 적어도 하나의 영구 자석이 적어도 제1 측면 및 적어도 제2 측면과 강자성 중간 부재와의 사이에 배치될 수 있도록, 치수설정된다. 또한, 자기 단락을 피하기 위해서, 강자성 중간 부재는 그들이 강자성 베이스 요소와 접촉하지 않도록 형성되고 치수설정되어야 한다.
강자성 베이스 요소 및/또는 강자성 중간 부재는 바람직하게는 자성 강으로 만들어지는 복수의 코어 시트를 포함할 수 있다. 이는 강자성 베이스 요소 및/또는 강자성 중간 부재에서의 와전류의 발생을 최소화하는데 도움을 준다.
바람직하게는, 상기 포스트의 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면 및/또는 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 대면하는 강자성 중간 부재의 표면은 상기 적어도 하나의 영구 자석과의 형상-끼워맞춤 연결을 가능하게 하는 적어도 하나의 연결 요소를 포함한다. 연결 요소는 바람직하게는 노즈 형태이다.
형상-끼워맞춤 연결을 제공함으로써, 영구 자석과의 강자성 중간 부재의 기계적인 부착 및/또는 포스트와의 영구 자석의 기계적인 부착이 달성된다. 이는 중력, 원심력 또는 전단력과 같은 로터에 작용하는 힘에 의해 유발되는 이동에 대해 로터의 베이스 요소에 영구 자석 및/또는 강자성 중간 부재를 부가적으로 고정시킨다. 이러한 구성에 의해, 영구 자석과 포스트 및/또는 강자성 중간 부재와의 사이에 접착 결합이 없는 것을 예견할 수도 있는데, 이는 그들 자신의 형상-끼워맞춤 요소가 영구 자석 및/또는 강자성 중간 부재의 임의의 반경방향 이동을 금지하는데 충분한 유지력을 가하는데 충분하기 때문이다.
적어도 하나의 영구 자석은 바람직하게는 접착제, 바람직하게는 실리콘을 포함하는 접착제에 의해 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면 및/또는 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 대면하는 강자성 중간 부재의 표면에 체결된다. 접착제의 제공은 이동에 대한 영구 자석 및/또는 강자성 중간 부재의 추가적인 고정을 제공한다. 실리콘을 포함하는 접착제는 비교적 부드러우며 따라서 강자성 재료 및 영구 자석의 재료의 상이한 열팽창 계수에 의해 유발되는 접착 결합의 전단 응력을 감소시키는 것을 돕는다. 이는 특히 자성 강이 강자성 재료로서 사용되고 네오디뮴 자석이 영구 자석으로서 사용되는 경우에 중요한데, 이는 양 재료의 열팽창 계수가 상당히 발산되기 때문이다. 또한, 실리콘을 포함하는 비교적 부드러운 탄성 접착제는 로터의 진동에 의해 유발되는 영구 자석 및/또는 강자성 중간 부재의 양자 모두의 미세한 이동의 발생을 방지한다. 바람직한 실시형태에서, 영구 자석을 포스트의 제1 및 제2 측면 및 강자성 중간 부재의 대응하는 표면에 부착하기 위해 형상-끼워맞춤 연결 및 접착제의 조합이 사용된다. 이러한 조합은, 형상-끼워맞춤 연결이 충분한 연결을 제공하기 때문에, 접착 결합의 임의의 실패가 로터로부터의 영구 자석 및/또는 강자성 중간 부재의 분리를 초래하지 않는 장점을 갖는다.
바람직하게는, 제1 측면 및 제2 측면은, 제1 측면과 제2 측면과의 사이의 거리가 로터의 중심 축선으로부터의 반경 방향으로의 거리의 증가에 따라 감소하도록 형성된다.
따라서, 리세스는 상기 회전 축선으로부터의 거리가 증가함에 따라 로터의 회전 축선에 수직인 평면에 놓이는 치수가 더 좁아진다.
바람직하게는, 제1 및 제2 측면은 평평하다. 감소하는 거리의 경우에, 이는 제1 및 제2 측면이 서로의 사이에 소정 각을 포함하는 것을 의미한다. 반경 방향의 양 측면의 가상 연장부의 교차부에 위치되는 이러한 각은 바람직하게는 90° 이하, 더 바람직하게는 45°와 90° 사이이다.
이러한 좁아지는 리세스를 제공함으로써, 강자성 중간 부재 및 영구 자석의 조립체는 로터의 회전 동안 발생하는 원심력에 의해 이웃하는 포스트의 경사진 측면에 대해 가압될 것이다. 이는 원심력에 의해 유발되는 이동에 대해 강자성 중간 부재 및 영구 자석의 추가적인 기계적인 지지를 제공한다.
이러한 효과를 최대화하기 위해서, 강자성 부재는 바람직하게는 포스트의 제1 및 제2 측면의 반대측 배치되는 두 개의 표면을 포함하며, 이들 두 개의 표면 또한 평평하며 서로의 사이에 동일한 각을 포함한다.
바람직하게는, 각각의 강자성 중간 부재는 하나 초과의 자석 요소를 포함하며, 자석 요소는 로터의 축 방향으로 하나가 다른 것에 배치된다.
모든 자석 요소는 동일한 배향으로 배치되는 것, 즉 모든 자석 요소의 극 배향이 동일한 것이 이해된다. 바람직하게는, 세 개 초과의 자석 요소가 강자성 중간 부재와 제1 또는 제2 측면과의 사이에 배치된다. 따라서, 각각의 강자성 중간 부재는 자성 요소의 "팩"을 포함하는 두 개의 영구 자석에 의해 이웃하는 포스트에 고정된다.
각각의 영구 자석 팩은 부가적으로 비-자성 재료의 밴디지에 감싸일 수 있다. 영구 자석의 기능을 간섭하지 않도록 하기 위해, 밴디지는 포스트의 제1 또는 제2 측면 또는 강자성 중간 부재의 표면과 접촉하지 않는 자석 팩의 표면 주위에서만 감싸인다. 밴디지는 로터 또는 로터가 사용되는 전기 기계의 임의의 다른 부분, 구체적으로는 영구 자석의 다소 취약한 재료의 작은 부스러기에 대한 스테이터의 권선의 추가적인 보호를 제공한다. 이러한 밴디지는 원심력에 대해 자석을 보유할 필요가 없기 때문에, 이들에는 종래기술에 알려진 밴디지보다 훨씬 더 작은 두께가 제공될 수 있다. 그러나, 더 작은 두께는 자석의 더 작은 열 절연을 초래하고 따라서 열 소실을 증가시킨다.
로터는 바람직하게는 로터의 축 방향으로 하나가 다른 것 위에 적층되는 다수의 강자성 베이스 요소를 포함한다. 각각의 강자성 베이스 요소를 이웃하는 강자성 베이스 요소로부터 약간 이격시킴으로써, 로터 밖으로의 열 소산을 증가시키는 냉각재 공기 순환이 발생될 수 있다.
바람직하게는, 중간 스페이서 플레이트가 두 개의 이웃하는 강자성 베이스 요소의 각각 사이에 배치된다. 중간 스페이서 플레이트는 반경방향 공기 덕트를 포함한다.
이러한 배치에 의해, 두 개의 인접하는 강자성 베이스 요소 사이의 최적의 반경방향 공기 유동이 발생될 수 있고, 따라서 로터 내에서 우수한 열 소산을 제공한다.
더 바람직하게는, 이웃하는 강자성 베이스 요소는 축 방향으로 서로 간에 각도 변위된다. 두 개의 이웃하는 강자성 베이스 요소 사이의 각 변위는 바람직하게는 0.2°와 1.5°와의 사이, 가장 바람직하게는 0.75°이다.
이웃하는 강자성 베이스 요소 사이에 각 변위를 제공함으로써 동작 동안의 토크 맥류를 최소화시킬 수 있다. 바람직하게는, 이웃하는 강자성 베이스 요소 사이의 각 변위는, 로터의 회전 축선을 따라 제1 강자성 베이스 요소 상의 극 쌍과 마지막 강자성 베이스 요소 상의 극 상과의 사이에서 30°의 전기 위상 변위가 달성되도록 선택된다. 예를 들어, 로터의 제1 강자성 베이스 요소와 마지막 강자성 베이스 요소와의 사이의 적절한 총 각 변위(Δαtotal)는 다음과 같이 계산된다:
Figure 112016040189003-pct00001
여기서, p 는 로터의 극 쌍의 수이다.
이웃하는 강자성 베이스 요소 사이의 각 변위(Δα)는 각 변위(Δtotal)를 강자성 베이스 요소 사이의 분리의 수로 나눔으로써 계산될 수 있다:
Figure 112016040189003-pct00002
여기서, m은 로터의 강자성 베이스 요소의 총 수이다.
예를 들어, 강자성 베이스 요소마다 10개의 극 쌍(p=10)을 포함하고 다섯 개의 강자성 베이스 요소(m=5)를 포함하는 로터는 3° (= 30°/10)의 총 각 변위(Δαtotal)를 갖는다. 따라서, 이웃하는 강자성 베이스 요소 사이의 각 변위(Δα)는 0.75° (= 3°/(5-1))이다.
바람직하게는, 로터의 축선을 향하는 각각의 강자성 중간 부재의 표면은 적어도 하나의 추가적인 영구 자석으로 덮이고, 상기 적어도 하나의 추가적인 영구 자석은 강자성 중간 부재를 행해 배향되는 극이 상기 강자성 중간 부재를 향해 배향되는 중간 자석의 극과 동일한 극이도록 배치된다.
로터의 중심을 향해 배향되는 표면에 배치되는 이러한 자석의 제공은 상기 중심을 향해 지향된 누설 인덕턴스의 상당한 감소를 가능하게 한다. 이러한 누설 인덕턴스를 감소시킴으로써, 본 발명 로터와 스테이터와의 사이에 위치되는 공기 간극의 자기 플럭스 밀도는 증가될 수 있다.
이러한 적어도 추가적인 영구 자석은 접착제에 의해 강자성 중간 부재에 부착될 수 있다. 또한, 강자성 중간 부재에 적어도 하나의 추가적인 영구 자석을 부착하기 위해 형상-끼워맞춤 연결이 부가적으로 또는 대안적으로 제공될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 비-자성 지지 부재가 로터의 축선을 향하는 강자성 중간 부재의 표면과 강자성 베이스 요소와의 사이에 형성된 각각의 간극에 배치된다.
이러한 비-자성 지지 부재는 축 방향으로 각각의 강자성 중간 부재와 베이스 요소와의 사이에 최소 거리를 보장한다. 강자성 중간 부재 및 베이스 요소는 상이한 자기 극성을 지니기 때문에, 본 발명 로터와 스테이터와의 사이의 공기 간극에서 자기 플럭스 밀도를 최대화하기 의해 최저 거리의 유지가 중요하다.
임의의 추가적인 영구 자석이 비-자성 지지 부재에 추가로 지지될 수 있다.
바람직하게는, 상기 강자성 중간 부재는 자성 강의 복수의 적층된 시트로 만들어진다.
본 발명의 다른 양태는 본 발명 로터의 제조 방법에 관한 것이다. 제1 단계에서, 적어도 하나의 실질적 원통형 형성 강자성 베이스 요소가 제공된다. 상기 강자성 베이스 요소는 그로부터 반경방향으로 연장되는 다수의 포스트를 포함하고, 상기 포스트의 각각은 적어도 제1 측면 및 제2 측면에 의해 경계지어진다. 제2 단계에서, 두 개의 포스트 사이에 형성된 각각의 리세스에 대해 하나의 강자성 중간 부재가 제공된다. 다음으로, 각 쌍의 포스트의 제1 포스트의 제1 측면과 상기 강자성 중간 부재와의 사이에 형성된 간극에 제1 비-자성 보조 요소가 배치된다. 그리고, 각 쌍의 포스트의 제2 포스트의 제2 측면과 상기 강자성 중간 부재와의 사이에 형성된 간극에 제2 비-자성 보조 요소가 배치된다. 추가적인 단계에서, 로터의 축선을 향하는 강자성 중간 부재의 표면과 강자성 베이스 요소와의 사이에 형성된 간극에 적어도 하나의 상자성 제3 보조 요소가 배치된다. 마지막으로, 상기 제1 비-자성 보조 요소 및 상기 제2 비-자성 보조 요소의 각각이 적어도 하나의 영구 자석으로 하나씩 치환되며, 적어도 하나의 상자성 제3 보조 요소가 적어도 하나의 비-자성 지지 부재로 각각 치환된다.
보조 요소는 강자성 중간 부재를 제자리에 일시적으로 유지시킴으로써 강자성 베이스 요소 및 강자성 중간 부재를 예비 조립하는 것을 돕는다.
로터의 축선을 향하는 강자성 중간 부재의 표면과 강자성 베이스 요소와의 사이에 형성된 간극에 적어도 하나의 상자성 제3 보조 요소를 배치함으로써, 상기 제1 및/또는 제2 비-자성 보조 요소를 적어도 하나의 영구 자석으로 치환할 때 폐쇄된 자기 플럭스 회로가 유도된다. 회로는 상기 적어도 하나의 영구 자석으로부터 하나의 포스트를 통해 강자성 베이스 요소로, 상자성 제3 보조 요소를 통해 강자성 중간 부재로, 그리고 역으로 적어도 하나의 영구 자석으로 루프된다. 이러한 자기 플럭스 회로가 유도됨에 따라, 상기 영구 자석을 정확한 위치로 당기는 자기력이 발생된다. 따라서, 적어도 하나의 영구 자석을 정확한 위치에 배치하는 것을 많은 종래기술 로터에 대한 경우에서와 같이 임의의 자기력에 대해 실행할 필요가 없고, 대신에 자석은 그들의 정확한 위치로 균일하게 당겨진다. 이는 본 발명 로터의 조립을 크게 용이하게 한다.
전형적으로는, 영구 자석 및 강자성 중간 부재가 장착된 복수의 강자성 베이스 요소가 샤프트에 하나씩 배치되어 전기 기계를 위한 로터를 형성한다. 강자성 베이스 요소를 함께 조립하기 위한 방법의 일 실시형태는 복수의 강자성 베이스 요소, 임의의 중간 스페이서 플레이트와, 두 개의 압력 플레이트를 보조 샤프트에 배치하는 제1 단계를 포함한다. 다음 단계에서, 나사형 바(threaded bar)가 상기 강자성 베이스 요소, 임의의 중간 스페이서 플레이트, 및 두 개의 압력 플레이트의 모두에 제공된 개구를 통해 삽입되어, 트레드 바는 축 방향으로 전체 조립체를 통과한다. 트레드 바는 압력 플레이트로부터 돌출하는 트레드 바의 자유 단부에서 나사 너트(threading nut)에 의해 압력 플레이트에 고정된다. 노트를 조립체의 양 측에 체결함으로써, 축 방향을 따라 압축력이 가해진다.
바람직하게는, 적어도 하나의 강자성 베이스 요소가 샤프트에 배치되고 접착 수축 끼워맞춤 연결에 의해 거기에 부착된다.
보조 샤프트의 제거 후에, 바람직하게는 에폭시 타입의 접착제가 도포된 샤프트가 중심 개구 안으로 삽입되고, 전체 조립 로터가 조립체와 샤프트와의 사이의 접착 수축 끼워맞춤 연결을 허용하기에 적절한 온도까지 가열된다. 전형적으로, 이러한 온도는 약 120°C 내지 130°C이다. 모든 경우에, 온도는 영구 자석 또는 로터의 임의의 다른 부분에 대한 손상 영향을 가질 수 있는 임의의 값을 초과해서는 안된다.
로터의 샤프트에 대한 조립체의 이러한 접착 수축 끼워맞춤 연결은, 회전 모멘트에 의해 유발되는 샤프트와 조립체와의 사이의 경계에 작용하는 접선력이 마찰보다는 접착에 의해 전달되기 때문에, 중심 개구에 대한 샤프트의 과대가 "전통적인" 수축 끼워맞춤 연결에 비해 최소화될 수 있는 장점을 갖는다. 샤프트의 과대의 최소화는 또한 샤프트에 도포된 접착제가 샤프트를 조립체 안으로 삽입할 때 덜 박리되는 장점을 갖는다.
다른 유리한 실시형태 및 특징들의 조합이 이하의 상세한 설명 및 청구항 전체에 의해 분명해진다.
실시형태를 설명하기 위해 사용된 도면은 이하를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 로터의 개략도이다.
도 2는 두 개의 인접하는 포스트의 3차원 상세도이다.
도 3은 본 발명 로터의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명 로터의 분해도의 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명 로터의 다른 바람직한 실시형태의 상세를 도시한다.
도 6은 제2 비-자성 보조 요소를 영구 자석으로 치환하는 단계를 도시한다.
도 7은 제3 상자성 보조 요소의 치환 전의 조립된 로터의 상세도를 도시한다.
도 8은 본 발명 로터의 다른 실시형태의 사시도를 도시한다.
도 9는 본 발명 로터의 다른 실시형태의 상세를 도시한다.
도면에서, 동일한 구성요소에는 동일한 참조 부호가 부여된다. 하나 초과의 동일한 구성요소가 도면에 도시될 때, 이들 구성요소 각각에는 추가적인 번호가 부여된다. 즉, 참조 번호 X를 갖는 하나 초과의 구성요소가 도시되는 경우, 이들 구성요소의 각각은 X.1, X.2 등으로 번호가 부여된다. 각 구성요소 X는 동일하고 하나 초과의 구성요소 X가 도시되어 있다는 사실을 강조하기 위해 추가적인 번호가 사용된다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명 로터(1)의 개략도를 도시한다. 로터(1)는 원통형인 강자성 베이스 요소(2)를 포함한다. 강자성 베이스 요소(2)는 그로부터 반경 방향으로 연장되는 복수의 포스트(3)를 포함한다. 각각의 포스트(3)는 적어도 제1 측면(4) 및 적어도 제2 측면(5)을 포함한다. 두 개의 이웃하는 포스트(3) 사이에 리세스(7)가 형성되어 있다. 강자성 중간 부재(13)가 두 개의 인접하는 포스트(3) 사이의 각각의 리세스(7) 내에 배치된다. 각각의 강자성 중간 부재(13)는 적어도 두 개의 영구 자석(6)에 의해 두 개의 인접하는 포스트(3)의 제1 측면(4) 및 제2 측면(5)에 부착된다. 적어도 하나의 제1 영구 자석(6.1)이 제1 측면(4)과 강자성 중간 부재(13)의 제1 측면(4)에 대면하는 제1 표면(8)과의 사이에 배치된다. 적어도 하나의 제2 영구 자석(6.2)이 제2 측면(5)과 강자성 중간 부재(13)의 제2 측면(5)에 대면하는 제2 표면(9)과의 사이에 배치된다. 강자성 중간 부재(13)는 적어도 로터(2)의 회전 축선(11)에 수직인 평면에서 리세스(7)보다 더 작은 치수를 갖도록 형성된다. 그러므로, 강자성 베이스 요소(2)와 회전 축선(11)을 향하는 강자성 중간 부재(13)의 내측 표면(15)과의 사이에 간극(12)이 개방된 상태로 남겨진다.
양 영구 자석(6.1, 6.2)은 동일한 자극이 강자성 중간 부재(13)를 향해 배향되도록 배향된다. 로터(2)의 모든 영구 자석(6)은 모두 동일하게 배향되기 때문에, 모든 강자성 중간 부재(13)는 동일한 자극을 지니도록 자화된다. 마찬가지로, 강자성 베이스 요소(2)의 모든 포스트(3)는 강자성 중간 부재(13)의 자극의 반대 자극을 지니도록 자화된다. 중간 부재(13)와 포스트(3) 및 강자성 베이스 요소(2)의 상이한 자화가 부호 "+" 및 "-"로 도 1에 나타나 있다. 영구 자석(6)의 배향의 역전은 마찬가지로 강자성 중간 부재(13)와 포스트(3) 및 강자성 베이스 요소(2)의 자기 극성의 역전을 유발할 것이다.
도 2에 도시된 실시형태에서, 제1 측면(4) 및 제2 측면(5)의 양자 모두는 평평하며 이웃하는 포스트(3)의 제1 측면(4)과 제2 측면(5)과의 사이의 거리가 로터(1)의 회전 축선(11)으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소하도록 배치된다. 파선으로 나타낸 바와 같이, 제1 측면(4) 및 제2 측면(5)의 가상 연장부는 각(14)으로 교차할 것이다. 도시된 실시형태에서, 각(14)은 70°이다. 제1 측면(4)과 제2 측면(5)과의 사이의 점감하는 거리를 제공함으로써, 로터(2)가 축선(11)을 중심으로 회전될 때의 원심력에 의해 포스트(3)에 대해 강자성 중간 부재(13)와 영구 자석(6)이 추가적으로 잠기게 된다.
또한, 강자성 베이스 요소(2)는, 로터(2)가 사용되는 전기 기계의 종류에 따라 로터로부터 또는 로터로 토크를 전달하기 위해 전달 샤프트(10)가 고정되는 중앙 개구를 포함한다.
도 2는 강자성 중간 부재(13)가 사이에 배치되어 있는 두 개의 인접하는 포스트(3.1, 3.2)의 3차원 상세도를 도시한다. 영구 자석(6.1, 6.2)은 함께 부착된 세 개의 별도의 자석 요소를 각각 포함한다. 자석 요소의 화살표는 각 자성 요소의 자극의 배향을 개략적으로 나타낸다. 볼 수 있는 봐와 같이, 모든 자성 요소는 동일한 극이 강자성 중간 부재(13)에 대면하도록 배향된다. 이 도면에서 추가로 볼 수 있는 바와 같이, 제1 측면(4)과 제2 측면(5)은 노즈 형태로 제공되는 제1 형상-끼워맞춤 연결 요소(17)에 의해 각각 경계지어진다. 마찬가지로, 각각 상기 제1 측면(4) 및 상기 제2 측면(5)에 대면하는 강자성 중간 부재(13)의 제1 표면(8) 및 제2 표면(9) 역시 노즈 형태로 또한 제공되는 제2 형상-끼워맞춤 연결 요소(16)에 의해 각각 경계지어진다. 영구 자석(6.1, 6.2)은 상기 제1 형상-끼워맞춤 연결 요소(17)와 상기 제2 형상-끼워맞춤 연결 요소(16)와의 사이에 배치된다. 부가적으로, 영구 자석은 또한 접착 결합에 의해 상기 포스트(3) 및 상기 강자성 중간 부재(13)에 부착될 수 있다.
도 3은 공통 샤프트(10)에 배치되는 복수의 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)를 포함하는 본 발명 로터(1)의 단면도를 도시한다. 중간 스페이서 플레이트(27)가 각각의 두 개의 인접하는 강자성 베이스 요소(2) 사이에 배치된다. 그러나, 도 3에서는, 도시를 더 명확하게 하지 않고, 하나의 중간 스페이서 플레이트(27)만을 표시하고 있다. 또한, 각각의 강자성 중간 부재(13)와 각각의 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) 사이에 배치되는 비-자성 지지 부재(19)를 이 도면에서 볼 수 있다. 중간 스페이서 플레이트(27)는 스테인리스(비 자성) 강 시트이며, 이들 각각은 축방향으로 두 개의 이웃하는 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) 사이에 공간을 허용하도록 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)가 지지될 수 있는 반경방향으로 배향된 바(28)를 갖는다. 반경방향 바(28)는 로터(1)의 작동 동안 환기 효과를 달성하도록 반경방향 배향을 갖는다. 또한, 중간 스페이서 플레이트(27)는 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)의 간극(12)과 동심이 되도록 배치된 개구를 갖는다. 이들 개구는 중간 스페이서 플레이트(27)의 반경방향 바(28) 사이에 형성된 덕트에 환기되는 냉각재 공기의 축방향 유동을 위해 필요하다.
강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) 및 중간 스페이서 플레이트(27)의 조립체는 중앙 샤프트(10)에 배치되는 제1 압력 플레이트(18.1)와 제2 압력 플레이트(18.2)와의 사이에 끼워진다. 두 개의 자성 압력 플레이트(18.1, 18.2)의 직경은 간극(12)의 반경방향 저부 라인 내측에 있어야 하며, 그렇지 않으면 그 압력 플레이트(18.1, 18.2)는 강자성 중간 부재(13)와 강자성 베이스 요소(2)의 반대 자석 극 사이에 누설 인덕턴스를 유발할 것이다. 도시된 실시형태에서, 두 개의 스페이서 플레이트(27)는, 각각 상기 압력 플레이트(18.1, 18.2)와 상기 강자성 베이스 요소(2.1, 2.5)와의 사이에 소정 공간을 제공하도록, 인접하는 강자성 베이스 요소(2.1, 2.5)와 압력 플레이트(18.1, 18.2)의 각각 사이에 배치된다.
도 4는 몇 개의 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)를 포함하는 본 발명 로터(1)의 분해도의 사시도이다. 중간 스페이서 플레이트(27.2, 27.3, 27.4, 27.5)가 이웃하는 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)의 각 쌍 사이에 배치된다. 추가로, 하나의 중간 스페이서 플레이트(27.1, 27.2)가 각각 제1 압력 플레이트(18.1)와 그 인접하는 강자성 베이스 요소(2.1)와의 사이 그리고 제2 압력 플레이트(18.2)와 그 인접하는 강자성 베이스 요소(2.5)와의 사이에 배치된다. 양 압력 플레이트(18.1, 18.2)는 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) 및 중간 스페이서 플레이트(27.1, 27.2, 27.3, 27.4, 27.5, 27.6)의 샌드위치-형 구조체를 중앙 샤프트(10)에 축방향으로 고정시킨다. 이러한 조립체를 함께 유지하기 위해서, 트레드 바(도시되지 않음)가 상기 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5), 상기 중간 스페이서 플레이트(27.1, 27.2, 27.3, 27.4, 27.5, 27.6), 및 두 개의 압력 플레이트(18.1, 18.2)에 제공된 개구를 통과한다. 트레드 바가 트레드 너트에 의해 두 개의 압력 플레이트(18.1, 18.2)에 고정된다.
도 5는 본 발명 로터(1)의 다른 바람직한 실시형태의 상세를 도시한다. 이 실시형태에서, 추가적인 영구 자석(20.1, 20.2, 20.3)이 강자성 베이스 요소(2)에 대면하는 강자성 중간 부재(13)의 내측 표면(15)에 부착된다. 추가적인 영구 자석(20.1, 20.2, 20.3)은, 영구 자석(6.1, 6.2)의 극과 추가적인 영구 자석(20.1, 20.2, 20.3)의 동일한 자극이 강자성 중간 부재(13)를 향하도록 배향된다. 또한, 두 개의 비-자성 지지 부재(19.1, 19.2)가 내측 표면(15)과 강자성 베이스 요소(2)와의 사이의 간극(17)에 배치된다. 그렇지 않으면, 이 실시형태 역시 제1 측면(4), 제2 측면(5)과 강자성 중간 부재(13)의 제1 표면(8) 및 제2 표면(9)을 경계짓는 형상-끼워맞춤 연결 요소(16, 17)를 포함한다.
도 6은 제2 비-자성 보조 요소(22)를 영구 자석(6.2)으로 치환하는 단계를 나타낸다. 강자성 중간 부재(13)는 제1 비-자성 보조 요소(21), 제2 비-자성 보조 요소(22)와 두 개의 상자성 제3 보조 요소(23.1, 23.2)에 의해 두 개의 인접하는 포스트(3.1, 3.2) 사이에서 제자리에 유지된다. 라인(24)은 영구 자석(6.2)의 도입에 의해 유도되는 자기 플럭스를 표시한다. 이 유도된 자기 플럭스는 영구 자석(6.2)을 제 위치로 당기고, 따라서 로터(1)의 조립을 상당히 용이하게 한다.
도 7은 제3 상자성 보조 요소(24.1, 24.2)를 비-자성 지지 부재(19.1, 19.2)로 치환하기 전의 조립된 로터(1)의 상세를 도시한다. 제1 보조 요소(21) 및 제2 보조 요소(22)의 양자 모두가 영구 자석(6.1, 6.2)으로 치환될 때, 두 개의 자기 플럭스(24.1, 24.2)가 유도된다. 이러한 플럭스(24.1, 24.2)의 각각은, 영구 자석(6.1, 6.2)으로부터 발산하며, 인접해 있는 포스트(3.1, 3.2)를 통해 강자성 베이스 요소(2)로 간다. 이로부터, 자기 플럭스(24.1, 24.2)는 제3 상자성 보조 요소(23.1, 23.2) 중 하나를 통해 강자성 중간 부재(13)로 가고 역으로 각각의 영구 자석(6.1, 6.2)으로 간다. 제3 상자성 제3 보조 요소(23.1, 23.2)를 비-자성 지지 부재(19.1, 19.2)로 대체할 때, 자기 플럭스(24.1, 24.2)가 방해 받는다. 바람직하게는, 제3 상자성 보조 요소(23.1, 23.2)의 대체는 영구 자석(6.1, 6.2)과 양 측면(5,6)과의 사이의 접착이 고정된 후에 행해진다.
도 8은 본 발명에 따른 로터(1)의 다른 실시형태의 사시도이다. 이 실시형태에서, 로터(1)는 로터(1)의 축방향으로 하나가 다른 것의 위에 적층되는 다섯 개의 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)를 포함한다. 이웃하는 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)의 각 쌍의 각각의 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)는 소정 각도, 예를 들어 0.75°로 그 이웃하는 베이스 요소에 대해 각도방향으로 변위된다. 이 각도 변위에 의해, 각각의 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)의 포스트 및 강자성 중간 부재는 로터(1)의 원주를 따라 이웃하는 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)의 강자성 중간 부재 및 포스트로부터 오프셋된다. 이는 로터(1)의 축선(11)을 따르는 제1 강자성 베이스 요소(2.1)의 하나의 강자성 중간 부재(13.1) 및 마지막 강자성 베이스 요소(2.5)의 하나의 강자성 중간 부재(13.5)의 예에 의해 예시적으로 도시된다.
도 9는 본 발명에 따른 다른 실시형태의 상세도이다. 로터의 동작 동안, 로터의 중간 부재는 스테이터와 로터와의 사이의 자기력으로 인해 반경방향 부하를 겪을 것이다. 이 반경방향 부하는, 중간 부재(13)가 리세스(7) 내에서 약간 회전하게 하여 중간 부재(13)에서 나오는 최고 가능 자기장 강도를 달성하는 것과 관련한 최적의 위치로부터 중간 부재를 오프셋시킨다. 리세스(7)의 저부 표면(71)과 중간 부재(13)와의 사이에 하나 이상의 회전 잠금 영구 자석을 배치함으로써, 중간 부재(13)는 최적의 위치에 잠길 수 있다. 본 실시형태에 대한 추가적인 장점은 리세스(7)의 공기를 통한 또는 강자성 베이스 요소의 이웃하는 강자성 재료를 통한 자기장 라인(In e)의 잠재적인 "단락"이 없고 자기장이 강화된다는 것이다. 자기장이 강화되는 것을 보장하기 위해서, 회전 잠금 영구 자석의 자극은 동일한 자극이 영구 자석(6.1, 6.2) 및 회전 잠금 영구 자석(60.1, 60.2)의 양자 모두로부터 중간 부재(13)에 대면하도록 배향되어야 한다.
로터(1)의 길이를 따른 제1 강자성 베이스 요소(2.1) 및 마지막 강자성 베이스 요소(2.5) 상의 중간 부재 사이의 나선각(26)은, 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) 사이의 총 각도 변위(Δαtotal), 로터의 직경과, 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) 및 그들 사이에 배치되는 임의의 중간 스페이서 플레이트를 포함하는 "패키지"의 총 길이에 의존한다. 이 나선각(26)은 이하와 같이 계산될 수 있다:
Figure 112016040189003-pct00003
여기서, D는 로터(1)의 직경이고(강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5)의 직경과 동일), Δαtotal는 제1 강자성 베이스 요소(2.1)와 마지막의 강자성 베이스 요소(2.5)와의 사이의 총 각도 변위이며, L는 강자성 베이스 요소(2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) 및 이들 사이에 배치되는 임의의 중간 스페이서 플레이트의 총 길이이다.

Claims (20)

  1. 원통형 형상 강자성 베이스 요소(2)를 포함하는 전기 기계를 위한 로터로서, 상기 강자성 베이스 요소(2)는 그들로부터 반경방향으로 연장되는 다수의 포스트(3, 3.1, 3.2)를 포함하고, 상기 포스트(3, 3.1, 3.2)의 각각은 제1 측면(4) 및 제2 측면(5)에 의해 경계지어지고, 이웃하는 포스트(3, 3.1, 3.2)의 각 쌍 사이에는 리세스(7)가 형성되고, 포스트(3, 3.1, 3.2)의 각 쌍 사이의 각각의 리세스(7)에 하나의 강자성 중간 부재(13)가 배치되는 로터에 있어서,
    각각의 강자성 중간 부재(13)는 각각 영구 자석(6, 6.1, 6.2)에 의해 포스트(3, 3.1, 3.2)의 각 쌍의 제1 포스트(3.1)의 제1 측면(4) 및 제2 포스트(3.2)의 제2 측면(5)에 고정되고, 상기 영구 자석(6, 6.1, 6.2)은 동일한 극이 상기 강자성 중간 부재(13)에 대면하도록 각각 배향되고, 상기 제1 측면(4) 및 상기 제2 측면(5)은, 제1 측면(4)과 제2 측면(5)과의 사이의 거리가 로터(1)의 회전 축선(11)으로부터의 반경 반향의 거리가 증가함에 따라 감소하도록 형성되고, 로터 축선(11)을 향하는 각각의 강자성 중간 부재(13)의 내측 표면(15)이 추가적인 영구 자석(20.1, 20.2, 20.3)으로 덮이며, 상기 추가적인 영구 자석(20.1, 20.2, 20.3)은 강자성 중간 부재(13)를 향해 배향된 극이 상기 강자성 중간 부재(13)를 향해 배향된 영구 자석(6, 6.1, 6.2)의 극과 동일한 극이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 로터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영구 자석(6, 6.1, 6.2)은 N 및 S의 반대 자극들을 갖고, 상기 영구 자석은 상기 강자성 중간 부재(13) 중 하나에 대면하는 자극이 동일하도록 각각 배향되는 것을 특징으로 하는 로터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 강자성 중간 부재(13)는 회전 잠금 영구 자석(60.1, 60.2)에 의해 리세스(7)의 저부 표면(71)에 고정되고, 상기 회전 잠금 영구 자석(60.1, 60.2)은 동일한 극이 상기 강자성 중간 부재(13)에 대면하도록 각각 배향되는 것을 특징으로 하는 로터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 회전 잠금 영구 자석(60.1, 60.2)은 중간 부재(13)에 접하는 원위 표면 및 리세스(7)의 저부 표면(71)에 접하는 근위 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 로터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중간 부재(13)에 접하는 원위 표면 및 리세스(7)의 저부 표면(71)에 접하는 근위 표면을 갖는 회전 잠금 영구 자석(60.1, 60.2)은 중간 부재(13)의 회전을 잠그기에 충분히 큰 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 로터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 로터는 중간 부재(13)에 접하는 원위 표면 및 리세스(7)의 저부 표면(71)에 접하는 근위 표면을 갖는 두 개의 회전 잠금 영구 자석(60.1, 60.2)을 포함하고, 강자성 중간 부재(13)는 각각 영구 자석(6, 6.1, 6.2)에 의해 포스트(3, 3.1, 3.2)의 각 쌍의 제1 포스트(3.1)의 제1 측면(4) 및 제2 포스트(3.2)의 제2 측면(5)에 고정되고, 상기 영구 자석(6, 6.1, 6.2)은 동일한 극이 상기 강자성 중간 부재(13)에 대면하고 상기 두 개의 추가적인 영구 자석에 의해 상기 리세스의 상기 저부 표면(71)에 더 고정되도록 각각 배향되고, 상기 중간 부재(13)는 이에 의해 상이한 4 개의 고정 지점들에서 상기 강자성 베이스 요소(2)에 고정되며, 상기 고정 지점은 상기 강자성 베이스 부재(2)와 상기 강자성 중간 부재(13)와의 사이에 고정된 영구 자석에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 로터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 측면 영구 자석(6, 6.1, 6.2)은 N 및 S이 반대 자극들을 갖고, 상기 영구 자석은 상기 강자성 중간 부재(13) 중 하나에 대면하는 자극이 동일하도록 각각 배향되는 것을 특징으로 하는 로터.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 포스트(3, 3.1, 3.2)의 상기 제1 측면(4) 및 상기 제2 측면(5) 또는 상기 제1 측면(4) 및 상기 제2 측면(5)에 대면하는 강자성 중간 부재(13)의 제1 표면(8) 및 제2 표면(9)은 상기 영구 자석(6, 6.1, 6.2)과의 형상-끼워맞춤 연결을 가능하게 하는 형상-끼워맞춤 연결 요소(16, 17)를 포함하고, 상기 형상-끼워맞춤 연결 요소(16, 17)는 노즈 형태인 것을 특징으로 하는 로터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 영구 자석(6, 6.1, 6.2)은 접착제에 의해 상기 제1 측면(4) 및 상기 제2 측면(5)에 또는 상기 제1 측면(4) 및 상기 제2 측면(5)에 대면하는 강자성 중간 부재(13)의 상기 제1 표면(8) 또는 상기 제2 표면(9)에 체결되는 것을 특징으로 하는 로터.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 로터(1)는 로터(1)의 축 방향으로 하나가 다른 것의 위에 적층된 다수의 강자성 베이스 요소(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터.
  11. 제10항에 있어서, 중간 스페이서 플레이트(18)가 각각의 두 개의 이웃하는 강자성 베이스 요소(2) 사이에 배치되고, 상기 중간 스페이서 플레이트(18)는 반경방향 공기 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터.
  12. 제10항에 있어서, 이웃하는 강자성 베이스 요소(2)는 축 방향으로 서로 간에 각도 변위되는 것을 특징으로 하는 로터.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 로터 축선(11) 및 강자성 베이스 요소(2)를 향하는 각각의 강자성 중간 부재(13)의 내측 표면 사이에 형성된 각각의 간극(12)에 비-자성 지지 부재(19, 19.1, 19.2)가 배치되는 것을 특징으로 하는 로터.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강자성 중간 부재(13)는 복수의 적층된 자성 강 시트로 만들어지는 것을 특징으로 하는 로터.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강자성 베이스 요소(2)는 샤프트(10)에 배치되고 접착 수축-끼워맞춤 연결에 의해 샤프트에 부착되는 것을 특징으로 하는 로터.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020167011031A 2013-09-27 2014-09-26 전기 기계를 위한 로터 KR101707389B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201370537 2013-09-27
DKPA201370537 2013-09-27
PCT/EP2014/070650 WO2015044369A2 (en) 2013-09-27 2014-09-26 Rotor for an electrical machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160075537A KR20160075537A (ko) 2016-06-29
KR101707389B1 true KR101707389B1 (ko) 2017-02-15

Family

ID=51703136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167011031A KR101707389B1 (ko) 2013-09-27 2014-09-26 전기 기계를 위한 로터

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9467014B2 (ko)
EP (1) EP3050192A2 (ko)
JP (1) JP2016532414A (ko)
KR (1) KR101707389B1 (ko)
CN (1) CN105580246A (ko)
WO (1) WO2015044369A2 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2522021B (en) * 2014-01-08 2018-02-07 Protean Electric Ltd A rotor for an electric motor or generator
US10454323B2 (en) 2016-08-01 2019-10-22 Ge Oil & Gas Esp, Inc. Permanent magnet based electric machine and method of manufacturing the same
CN116317244A (zh) * 2017-03-03 2023-06-23 通用电气再生能源技术公司 凸极电机
US10374477B2 (en) * 2017-03-17 2019-08-06 General Electric Company Electric machine with separable magnet carrier
JP2020036504A (ja) * 2018-08-31 2020-03-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電動モータ及び圧縮機
DE102020103868A1 (de) 2020-02-14 2021-08-19 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Rotor und Verfahren zur Herstellung eines Rotors
US11428160B2 (en) 2020-12-31 2022-08-30 General Electric Company Gas turbine engine with interdigitated turbine and gear assembly
US11545860B2 (en) * 2021-02-22 2023-01-03 GM Global Technology Operations LLC Inserts for motor rotor core
US11770039B2 (en) 2021-03-15 2023-09-26 GM Global Technology Operations LLC Rotor cooling with heat conductive material
US11646620B2 (en) 2021-04-14 2023-05-09 GM Global Technology Operations LLC Preloading magnets in a rotor core
US11777348B2 (en) 2021-08-03 2023-10-03 GM Global Technology Operations LLC Rotor core with load bearing polymer and insert

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2062486A1 (de) * 1970-12-18 1972-07-06 Siemens Ag Permanenterregte elektrische Maschine
US4327302A (en) * 1979-09-21 1982-04-27 General Electric Company Electronically commutated motor, stationary and rotatable assemblies therefore, and lamination
JPH05292691A (ja) * 1992-04-13 1993-11-05 Hitachi Ltd 回転電機の回転子
FR2802726B1 (fr) * 1999-12-15 2007-10-05 Leroy Somer Rotor a aimants permanents a concentration de flux
ZA200202936B (en) * 2001-05-04 2002-11-22 Inventio Ag Permanent magnet electric machine.
US7518278B2 (en) * 2004-05-18 2009-04-14 Ut-Battelle, Llc High strength undiffused brushless machine and method
FI119457B (fi) * 2006-08-31 2008-11-14 Abb Oy Kestomagnetoidun sähkökoneen roottori
JP4687687B2 (ja) * 2007-04-27 2011-05-25 ダイキン工業株式会社 アキシャルギャップ型回転電機及び界磁子
JP5493405B2 (ja) * 2009-03-16 2014-05-14 株式会社安川電機 ロータコアの製造方法と、ロータコア、およびロータとこのロータを有する埋込磁石型回転電機
EP2465182A1 (en) * 2009-08-14 2012-06-20 ABB Research Ltd. Modular rotor for synchronous reluctance machine
JP5521820B2 (ja) * 2009-09-07 2014-06-18 株式会社安川電機 回転電機およびその製造方法
KR101867973B1 (ko) * 2011-07-22 2018-06-18 엘지이노텍 주식회사 모터의 로터 및 이를 갖는 모터
US8618708B2 (en) * 2011-07-29 2013-12-31 General Electric Company Electrical machine
WO2013081703A2 (en) * 2011-11-30 2013-06-06 Abb Research Ltd. Electrical machines and electrical machine rotors

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015044369A3 (en) 2015-09-24
US9467014B2 (en) 2016-10-11
US20160226326A1 (en) 2016-08-04
JP2016532414A (ja) 2016-10-13
KR20160075537A (ko) 2016-06-29
CN105580246A (zh) 2016-05-11
WO2015044369A2 (en) 2015-04-02
EP3050192A2 (en) 2016-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101707389B1 (ko) 전기 기계를 위한 로터
US7714479B2 (en) Segmented composite rotor
JP5033552B2 (ja) アキシャルギャップ型コアレス回転機
US8497612B2 (en) Permanent magnet rotating machine
US7598645B2 (en) Stress distributing permanent magnet rotor geometry for electric machines
US7595575B2 (en) Motor/generator to reduce cogging torque
US10027190B2 (en) Permanent magnet rotor having a combined laminated stack and method of assembly
JP4613599B2 (ja) アキシャルギャップ型回転電機のロータ構造
KR20100031688A (ko) 액시얼 갭 타입 회전기계
JPH06311677A (ja) ロータ組立体
EP0779696B1 (en) Rotor disc
WO2017110688A1 (ja) モータ
JP5347588B2 (ja) 埋め込み磁石式モータ
WO2019064801A1 (ja) 永久磁石式回転電機
US20030011274A1 (en) Discoid machine
US7557482B2 (en) Axial-flux electric machine
CA2367308A1 (en) Multipole, permanent-magnet rotor for a rotating electrical machine and method for producing such a rotor
JPH05219666A (ja) 回転電機の固定子
US9479018B1 (en) Electrical machine having locked permanent magnets and rotor slices
JP4533904B2 (ja) 永久磁石式回転電機
JP2020174509A (ja) ラジアルエアギャップ形可変磁束界磁型同期機
JP2008118817A (ja) 磁石埋め込み型回転子
JP2010252477A (ja) 電動機の回転子に永久磁石を装着する方法
JP2012239263A (ja) アウターロータ型電動機

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant