KR20100033856A

KR20100033856A - Permanent magnetic motor and fluid charger comprising the same

Info

Publication number: KR20100033856A
Application number: KR1020080092921A
Authority: KR
Inventors: 양현섭; 남기용
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-03-31
Also published as: KR101289800B1

Abstract

PURPOSE: A permanent magnet motor and a fluid charger thereof is provided to maximize a rotor output by reducing the total length of a rotor without the change of the effective length of the rotor. CONSTITUTION: A permanent magnet motor comprises a housing(110), a rotor(150), a stator(113), and at least two bearings(171~173). The rotor has a rotary shaft and a permanent magnet. The rotary shaft is supported in the inner structure of the housing to be rotatable. The permanent magnet is installed along the columnar direction of the rotary shaft. The stator is arranged in the inner structure of the housing in order to surround the rotor. The stator includes a core unit and a winding unit. The bearings support the rotor in the housing to be rotatable.

Description

영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치{Permanent magnetic motor and fluid charger comprising the same}Permanent magnet motor and fluid charger comprising the same

본 발명은 영구 자석 모터 및 이를 구비하는 유체 과급 장치에 관한 것으로, 상세하게는, 로터의 토크에 관계되는 로터 회전축의 유효 길이는 감소시키지 않으면서 로터 회전축의 길이를 최소화시킬 수 있는 영구 자석 모터 및 이를 구비하는 유체 과급 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a permanent magnet motor and a fluid charging device having the same, and more particularly, to a permanent magnet motor capable of minimizing the length of the rotor shaft without reducing the effective length of the rotor shaft related to the torque of the rotor; It relates to a fluid charging device having the same.

유체 과급 장치는 흡입된 유체를 임펠러를 이용하여 고압으로 만들어 공급하는 장치이다. 유체 과급 장치는 터보 차저와 같이 내연 기관에서 나온 배기 가스에 의해 구동되는 터빈으로 유체 과급 장치를 회전시키는 방식일 수도 있으며, 모터로 직접 유체 과급 장치를 회전시키는 방식일 수도 있다.Fluid charging device is a device for supplying the suctioned fluid to the high pressure using the impeller. The fluid charging device may be a method of rotating the fluid charging device with a turbine driven by an exhaust gas from an internal combustion engine, such as a turbocharger, or may be a method of rotating the fluid charging device directly with a motor.

유체 과급 장치는 임펠러를 고속 회전시켜 일정한 압력과 유량을 발생시킴으로써 연료 전지 등에 압축된 유체를 공급할 수 있다. 특히, 고속 회전되는 임펠러를 이용하기 때문에, 소형 경량화가 가능하여 공기 유체 과급 장치, 가스 유체 과급 장치, 냉매 유체 과급 장치, 터보 블로워(blower), 및 연료 전지용 공기 공급 장치 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. The fluid charging device can supply the compressed fluid to a fuel cell by generating a constant pressure and flow rate by rotating the impeller at high speed. In particular, since the impeller is rotated at a high speed, it can be miniaturized and lightweight, and can be utilized in various fields such as an air fluid charging device, a gas fluid charging device, a refrigerant fluid charging device, a turbo blower, and an air supply device for a fuel cell. have.

후자의 방식을 채용하는 유체 과급 장치는 유체의 압축 작용을 하는 임펠러와, 임펠러에 회전력을 제공하는 영구 자석 모터를 포함하며, 상기 임펠러와 영구 자석 모터의 회전자를 동축으로 연결하며, 이들과 함께 일체적으로 회전하는 로터를 구비한다. 상기 로터는 하우징에 장착되어 있는 라이얼 베어링에 의해 그 회전 운동이 지지된다. A fluid charging device employing the latter method includes an impeller for compressing fluid and a permanent magnet motor for providing rotational force to the impeller, which coaxially connects the rotor of the impeller and the permanent magnet motor. It has a rotor that rotates integrally. The rotor is supported by its rotational movement mounted in the housing.

영구 자석 모터가 영구 자석 모터인 경우, 영구 자석이 장착된 로터는 전류가 흐르는 권선에 의해 자극을 형성하는 스테이터와의 상호 작용에 의하여 회전을 하게 된다. 영구 자석 모터가 발생하는 정격 속도 및 출력은 로터의 회전축에 장착된 영구 자석의 길이 및 두께에 비례하므로 소정의 정격 속도 및 출력을 위한 로터의 유효 길이는 정해진다. 여기서, 로터의 유효 길이는 로터 회전축에 장착된 영구 자석의 종방향 길이로서, 이 길이는 자극을 형성하는 스테이터의 코어부의 종방향 길이와 실질적으로 동일하다. In the case where the permanent magnet motor is a permanent magnet motor, the rotor equipped with the permanent magnet is rotated by interaction with a stator which forms a magnetic pole by a winding through which current flows. Since the rated speed and output generated by the permanent magnet motor are proportional to the length and thickness of the permanent magnet mounted on the rotating shaft of the rotor, the effective length of the rotor for the predetermined rated speed and output is determined. Here, the effective length of the rotor is the longitudinal length of the permanent magnet mounted to the rotor axis of rotation, which length is substantially equal to the longitudinal length of the core portion of the stator forming the magnetic pole.

그런데, 로터 회전축의 길이가 증가함에 따라 로터의 굽힘 진동이 증가할 것이다. 로터의 진동 마진이 충분한 시스템에서는 로터 회전축의 길이가 중요하지 않으나, 진동 마진이 충분하지 않은 시스템에서는 로터 회전축의 길이를 최소화할 필요가 있다.However, as the length of the rotor axis of rotation increases, the bending vibration of the rotor will increase. In systems with sufficient rotor margin, the length of the rotor axis is not critical, but in systems with insufficient vibration margin, it is necessary to minimize the length of the rotor axis.

본 발명은 로터 회전축의 전체 길이 중 유효 길이를 제외한 길이를 최소화 한 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a permanent magnet motor having a minimum length except an effective length of the entire length of a rotor shaft and a fluid charging device having the same.

상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, (ⅰ) 하우징, (ⅱ) 상기 하우징 내에 회전 가능하게 지지되는 회전축과 상기 회전축의 원주 방향을 따라 장착되는 영구 자석을 구비하는 로터, (ⅲ) 상기 로터를 둘러싸도록 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 회전시키도록 상기 영구 자석과 기능적으로 작용하는 코어(core)부 및 권선부를 구비하는 스테이터, 및 (ⅳ) 상기 로터를 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지하는 적어도 하나의 베어링을 포함하며, 상기 코어부에 감기는 권선부 중 코어부 외곽의 바깥에 배치되는 적어도 일 측의 권선 단부와 적어도 두 개의 베어링은 상기 회전축의 길이 방향에서 중첩되는 구간이 발생되도록 배치되는 영구 자석 모터가 개시된다. 이와 같은 구성으로 인하여, 로터의 유효 길이는 변하지 않은 채 중첩된 길이만큼 로터의 전체 길이를 감소시킬 수 있으며, 그럼으로써 영구 자석 모터의 진동 마진을 안정적으로 확보할 수 있다.In order to achieve the above and other objects, (i) a housing, (ii) a rotor having a rotating shaft rotatably supported in the housing and a permanent magnet mounted along the circumferential direction of the rotating shaft, (iii) A stator disposed in the housing so as to surround the rotor, the stator having a core portion and a winding portion functionally working with the permanent magnet to rotate the rotor, and (iii) the rotor is rotatable relative to the housing At least one bearing and at least two bearings disposed at an outer side of the core part of the winding part wound around the core part, and at least two bearings have a section overlapping in the longitudinal direction of the rotating shaft. Disclosed is a permanent magnet motor arranged to be generated. Due to this configuration, it is possible to reduce the total length of the rotor by the overlapped length without changing the effective length of the rotor, thereby ensuring a stable vibration margin of the permanent magnet motor.

중첩되는 측의 권선 단부는 중첩되는 베어링이 지지되는 하우징의 베어링 케이스부로부터 이격된다. 이를 위하여, 상기 중첩되는 측의 권선 단부는 상기 회전축의 외경 방향으로 벌어지도록 가공될 수도 있다. 또한, 상기 코어부는 전체적으 로 중공형 원통 형상을 취하고, 상기 권선부는 코일이 상기 코어부에 형성된 슬롯들을 복수 회 통과하여 상기 코어부에 감기며, 상기 코일이 통과하는 슬롯 내에서 상기 코일은 상기 코어부 중공의 중심으로부터 먼쪽에 배치될 수 도 있다. 이때, 상기 스테이터는 상기 슬롯 내에서 상기 코어부 중공의 중심쪽으로 배치된 절연 부재를 더 포함하며, 상기 절연 부재는 슬롯을 통과하는 상기 코일이 상기 코어부 중공의 중심으로부터 먼쪽에 배치되도록 허용한다. 이와 같은 구성으로 인하여, 권선 단부와 베어링이 중첩되는 구간이 발생하도록 할 수 있다.The winding end of the overlapping side is spaced apart from the bearing case portion of the housing in which the overlapping bearing is supported. To this end, the winding end of the overlapping side may be processed to spread in the outer diameter direction of the rotation axis. In addition, the core part has a hollow cylindrical shape as a whole, and the winding part is wound around the core part by passing through a plurality of slots in which a coil is formed in the core part, and the coil is in the slot through which the coil passes. It may also be arranged away from the center of the core hollow. In this case, the stator further includes an insulating member disposed in the slot toward the center of the core hollow, and the insulating member allows the coil passing through the slot to be disposed away from the center of the core hollow. Due to this configuration, it is possible to cause a section in which the winding end and the bearing overlap.

상기 코어부는 자성체를 포함하는 물질로 만들어진 복수의 중공형 코어들이 상기 회전축 방향으로 적층되어 형성될 수 있다.The core part may be formed by stacking a plurality of hollow cores made of a material including a magnetic material in the direction of the rotation axis.

상기 적어도 하나의 베어링은 상기 회전축의 지름 방향 하중을 받는 두 개의 라디얼(radial) 베어링 및 상기 회전축의 축 방향 하중을 받는 한 개의 스러스트(thrust) 베어링일 수 있다. 상기 라디얼 베어링 또는 스러스트 베어링은 에어 포일(air foil) 베어링일 수 있다.The at least one bearing may be two radial bearings under the radial load of the rotary shaft and one thrust bearing under the axial load of the rotary shaft. The radial bearing or thrust bearing may be an air foil bearing.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 (ⅰ) 하우징, (ⅱ) 상기 하우징 내에 회전 가능하게 지지되는 회전축과 상기 회전축의 원주 방향을 따라 장착되는 영구 자석을 구비하는 로터, (ⅲ) 상기 로터를 둘러싸도록 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 회전시키도록 상기 영구 자석과 기능적으로 작용하는 코어(core)부 및 권선부를 구비하는 스테이터, (ⅳ) 상기 로터를 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지하는 적어도 두 개의 베어링, (ⅴ) 상기 로터의 일 단에 고정되며 흡입 유체를 고속 및 고압으로 내보내는 임펠러, 및 (ⅵ) 상기 임펠러를 통 해 나온 유체를 안내하는 스크롤을 포함하며, 상기 코어부에 감기는 권선부 중 코어부 외곽의 바깥에 배치되는 적어도 일 측의 권선 단부와 적어도 하나의 베어링은 상기 회전축의 길이 방향에서 중첩되는 구간이 발생되도록 배치되는 영구 자석 모터를 채용한 유체 과급 장치가 개시된다. 이와 같은 구성으로 인하여, 로터의 유효 길이는 변하지 않은 채 중첩된 길이만큼 로터의 전체 길이를 감소시킬 수 있으며, 그럼으로써 유체 과급 장치의 진동 마진을 안정적으로 확보할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a rotor comprising: (i) a housing, (ii) a rotating shaft rotatably supported within the housing, and a permanent magnet mounted along the circumferential direction of the rotating shaft, and (i) the rotor. A stator disposed in the housing so as to surround the rotor, the stator having a core and a winding portion functionally working with the permanent magnet to rotate the rotor, and (i) rotatably supporting the rotor with respect to the housing. At least two bearings, (iii) an impeller fixed to one end of the rotor and delivering suction fluid at high speed and high pressure, and (iii) a scroll for guiding the fluid through the impeller, wound around the core At least one of the winding end and at least one bearing disposed on the outer side of the core portion of the winding portion overlap in the longitudinal direction of the rotating shaft The fluid is a boost device employing a permanent magnet motor is disclosed that is disposed so that the generation interval. Due to this configuration, it is possible to reduce the total length of the rotor by the overlapped length without changing the effective length of the rotor, thereby stably securing the vibration margin of the fluid charging device.

중첩되는 측의 권선 단부는 중첩되는 베어링이 지지되는 하우징의 베어링 케이스부로부터 이격된다. 이를 위하여, 상기 중첩되는 측의 권선 단부는 상기 회전축의 외경 방향으로 벌어지도록 가공될 수 있다. 또한, 상기 코어부는 전체적으로 중공형 원통 형상을 취하고, 상기 권선부는 코일이 상기 코어부에 형성된 슬롯들을 복수 회 통과하여 상기 코어부에 감기며, 상기 코일이 통과하는 슬롯 내에서 상기 코일은 상기 코어부 중공의 중심으로부터 먼쪽에 배치될 수 있다.The winding end of the overlapping side is spaced apart from the bearing case portion of the housing in which the overlapping bearing is supported. To this end, the winding end of the overlapping side may be processed to spread in the outer diameter direction of the rotating shaft. In addition, the core part has a hollow cylindrical shape as a whole, and the winding part is wound into the core part through a plurality of times through which the coil is formed in the core part, and the coil is in the slot through which the coil passes. It may be disposed away from the center of the hollow.

상기 베어링은 에어 포일(air foil) 베어링일 수 있다.The bearing may be an air foil bearing.

본 발명에서는 로터의 유효 길이는 변경하지 않은 채 전체 길이를 줄임으로써 로터 출력은 극대화하면서도 시스템의 진동 마진을 안정적으로 확보할 수 있다.In the present invention, by reducing the overall length without changing the effective length of the rotor can maximize the rotor output while ensuring a stable vibration margin of the system.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여, 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 모터를 구비한 유체 과급 장 치의 단면도이다. 도시된 유체 과급 장치(100)는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 일 단에 체결되어 하우징(110)과 함께 유체 과급 장치(100)의 외관을 구성하는 스크롤(120)과, 하우징(110) 및 스크롤(120)을 통하여 연장되어 회전 가능하게 지지되는 로터(150)를 포함한다. 하우징(110) 및 스크롤(120)은 중앙축(C)에 대해 일반적으로 대략 대칭적인 형상을 취한다. 하우징(110)의 일단에는 스크롤(120)과의 나사체결을 위해 외주방향으로 돌출된 플랜지(115)가 형성되어 있다. 1 is a cross-sectional view of a fluid charging device having a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention. The illustrated fluid charging device 100 includes a housing 110, a scroll 120 coupled to one end of the housing 110 to form an appearance of the fluid charging device 100 together with the housing 110, and a housing. And a rotor 150 extending through the scroll 110 and rotatably supported. The housing 110 and the scroll 120 generally take a generally symmetrical shape with respect to the central axis C. One end of the housing 110 is formed with a flange 115 protruding in the circumferential direction for screwing with the scroll 120.

스크롤(120)의 내부에는 작동 유체의 압축 작용을 위해 고속 회전되는 임펠러(125)가 배치되어 있다. 임펠러(125)에 의해 압축된 공기는 스크롤(120)의 안내 작용을 받아 그 내벽을 따라 선회하다가 스크롤(120) 일 측에 형성되어 있는 배기관(미도시)을 통해 배출된 후, 연료 전지(미도시) 등 소정의 사용처로 공급된다. 임펠러(125)의 고속 회전은 중앙축(C)을 따라 연장되어 있는 로터(150)에 의해 지지된다. 로터(150)는 골격을 구성하는 회전축(151)과, 회전축(151) 상에 배치되면서 하우징(110) 내부에 조립되어 있는 영구 자석(153)을 포함한다. 또한 로터(150)는 영구 자석(153)을 둘러싸는 슬리브 부재(155)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 회전축(151) 상에 배치되면서 하우징(110)과 스크롤(120)의 경계 근방에는 외주방향으로 돌출되게 스러스트 디스크(152)가 일체로 형성되어 있다. Inside the scroll 120, an impeller 125 that is rotated at high speed is arranged to compress the working fluid. The air compressed by the impeller 125 is guided by the scroll 120 to rotate along its inner wall and is discharged through an exhaust pipe (not shown) formed at one side of the scroll 120, and then a fuel cell (not shown). It is supplied to a predetermined use place. The high speed rotation of the impeller 125 is supported by the rotor 150 extending along the central axis C. The rotor 150 includes a rotating shaft 151 constituting the skeleton and a permanent magnet 153 disposed on the rotating shaft 151 and assembled inside the housing 110. In addition, the rotor 150 may further include a sleeve member 155 surrounding the permanent magnet 153. The thrust disc 152 is integrally formed to protrude in the outer circumferential direction near the boundary between the housing 110 and the scroll 120 while being disposed on the rotation shaft 151.

로터(150)에 회전 동력을 제공하는 영구 자석 모터는 로터(150) 상에 조립된 영구 자석(153)과, 영구 자석(153)과 자기력이 미치는 간극을 사이에 두고 하우징(110)에 고정되어 있는 스테이터(113)를 주된 구성으로 갖는다. 스테이터(113)는 자성체로 된 코어부(112)와 상기 코어부(112)에 감겨 있는 권선부(111)를 포함 한다. 가동 신호로서 스테이터(113)에 입력된 구동 전류와 영구자석으로 마련된 영구 자석(153) 간의 전자기적인 상호 작용에 의해 로터의 회전축(151)이 회전하게 되고, 이와 동축으로 연결된 임펠러(125)는 입력 전류에 따라 정해진 회전속도로 구동된다.The permanent magnet motor providing rotational power to the rotor 150 is fixed to the housing 110 with a permanent magnet 153 assembled on the rotor 150 and a gap between the permanent magnet 153 and a magnetic force interposed therebetween. It has the stator 113 which is a main structure. The stator 113 includes a core part 112 made of magnetic material and a winding part 111 wound around the core part 112. The rotating shaft 151 of the rotor is rotated by the electromagnetic interaction between the driving current input to the stator 113 as a movable signal and the permanent magnet 153 provided as a permanent magnet, and the impeller 125 coaxially connected thereto is input. It is driven at a fixed speed according to the current.

로터(150)는 영구 자석 모터에 의해 대략 30,000 rpm 이상의 고속으로 회전된다. 이러한 로터(150)의 고속 회전은 로터(150)를 수용하는 하우징(110)의 양 단부에 설치되어 있는 라이얼 베어링(171, 172)과, 하우징(110)의 일 단부에 인접하게 설치되어 있는 스러스트 베어링(173)에 의해 지지된다. 라이얼 베어링(171) 및 스러스트 베어링(173)은 압축된 공기막에 의해 회전체를 지지하는 에어 포일 베어링(air foil bearing)으로 마련될 수 있다. 이때, 라이얼 베어링(171)은 로터(150)와의 사이에 소정의 베어링 간극을 유지하면서 로터(150)의 반경 방향 하중을 지지한다. 그리고, 스러스트 베어링(173)은 외주 방향으로 돌출된 스러스트(152)를 양측에서 균형있게 지지함에 의해 임펠러(125)의 축 방향 하중을 흡수하게 된다. 본 실시예에서, 라디얼 베어링(171)과 스러스트 베어링(173)이 에어 포일 베어링인 것을 예로 들고 있으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 않음은 물론이다.The rotor 150 is rotated at a high speed of about 30,000 rpm or more by the permanent magnet motor. The high speed rotation of the rotor 150 is provided with the rotary bearings 171 and 172 provided at both ends of the housing 110 for accommodating the rotor 150 and adjacent one end of the housing 110. Supported by a thrust bearing 173. The rotary bearing 171 and the thrust bearing 173 may be provided as an air foil bearing for supporting the rotating body by the compressed air film. At this time, the radial bearing 171 supports the radial load of the rotor 150 while maintaining a predetermined bearing clearance between the rotor 150. The thrust bearing 173 absorbs the axial load of the impeller 125 by supporting the thrust 152 projecting in the circumferential direction in a balanced manner on both sides. In this embodiment, the radial bearing 171 and the thrust bearing 173 is an example of an air foil bearing, but the protection scope of the present invention is not limited thereto.

베어링 요소들(171, 172, 173), 특히 라이얼 베어링(171, 172)은 로터(150)의 진동을 억제하기 위해 적정 수준 이상의 규격(직경)으로 마련되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 스러스트(173)는 그 주된 면을 통하여 예상되는 축 방향 하중에 대항할 수 있는 유체 압력을 제공받도록 충분한 면적으로 형성되는 것이 바람직하 다.The bearing elements 171, 172, 173, in particular the rotary bearings 171, 172, are preferably provided to a specification (diameter) of an appropriate level or higher in order to suppress the vibration of the rotor 150. On the other hand, the thrust 173 is preferably formed with a sufficient area to be provided with a fluid pressure capable of countering the expected axial load through its main surface.

임펠러(125)에 의해 압축된 공기는 예를 들어, 스크롤(120)과 연결된 유로를 통하여 연료 전지(미도시)로 전달되어 연료 전지의 화학 반응에 이용될 수 있다. 즉, 상기 연료 전지에서는 공급된 고압의 공기와 수소를 화학 반응시켜서 소정의 전력을 생산하게 되고 생산된 전력은 도시되지 않은 배터리에 충전된 후, 차량의 동력원이나 유체 과급 장치(100)의 영구 자석 모터의 구동원으로 활용될 수 있다. 한편, 임펠러(125)에 의해 압축된 공기 중 일부 또는 임펠러(125)의 회전에 의해 외부로부터 흡입된 저온 공기 중 일부는 유체 과급 장치(100) 내부에 마련된 냉각 유로를 따라 임펠러(125), 영구 자석 모터, 베어링 요소(171, 172, 173) 등을 경유하면서 이들의 과열을 방지하는 냉각 매체로 활용될 수 있으며, 일련의 냉각 유로를 거치면서 고온으로 전환된 공기는 그대로 배출되거나, 또는 다시 임펠러(125) 측으로 되돌려져서 다른 공기들과 함께 압축되는 과정을 반복할 수 있다. The air compressed by the impeller 125 may be transferred to a fuel cell (not shown) through a flow path connected with the scroll 120, for example, and used for chemical reaction of the fuel cell. That is, the fuel cell chemically reacts the supplied high pressure air with hydrogen to produce a predetermined power, and the generated power is charged in a battery (not shown), and then the permanent magnet of the vehicle power source or fluid charging device 100. It can be used as a driving source of the motor. On the other hand, some of the air compressed by the impeller 125 or some of the low-temperature air sucked from the outside by the rotation of the impeller 125 is impeller 125, permanent along the cooling flow path provided inside the fluid charging device 100 It can be utilized as a cooling medium to prevent their overheating while passing through the magnet motor, bearing elements 171, 172, 173, etc., and the air converted to high temperature through a series of cooling passages is discharged as it is, or again impeller The process of returning to the 125 side and compressing with the other air can be repeated.

로터(150)는 단차를 갖는 회전축(151) 상에 영구 자석(153)과 슬리브 부재(155)가 서로 중첩되게 조립됨에 의해 구성될 수 있다. 회전축(151)은 이를 둘러싸는 라이얼 베어링(171, 172)에 의해 전체 로터(150)의 고속 회전을 지지하게 된다.The rotor 150 may be configured by assembling the permanent magnet 153 and the sleeve member 155 to overlap each other on the stepped rotating shaft 151. The rotary shaft 151 supports the high speed rotation of the entire rotor 150 by the radial bearings 171 and 172 surrounding the rotary shaft 151.

영구 자석(153)은 하우징(110) 내에 마련된 스테이터(113)와의 전자기적인 상호 작용을 통해, 입력된 전기적 에너지로부터 소정의 회전력을 발생시킨다. 영구 자석(153)은 적어도 두 개로 분할된 영구자석 부재들이 조합됨에 의해 구성될 수 있다. 이와 달리, 영구 자석(153)은 분할되지 않은 형태로 구성될 수 있다. 영구 자석(153)은 복수 개가 회전축(151)의 외주를 따라 대략적으로 동일 간격으로 배치된다. 축 방향으로의 영구 자석(153)의 길이가 로터의 유효 길이와 실질적으로 동일하다. 로터의 유효 길이는 로터의 회전에 영향을 미치는 전자기적 상호 작용을 발생시키는 부분에 대응하는 길이이다.The permanent magnet 153 generates a predetermined rotational force from the input electrical energy through electromagnetic interaction with the stator 113 provided in the housing 110. The permanent magnet 153 may be configured by combining at least two divided permanent magnet members. Alternatively, the permanent magnet 153 may be configured in an undivided form. The plurality of permanent magnets 153 are disposed at substantially equal intervals along the outer circumference of the rotation shaft 151. The length of the permanent magnet 153 in the axial direction is substantially equal to the effective length of the rotor. The effective length of the rotor is the length corresponding to the portion that generates electromagnetic interactions that affect the rotation of the rotor.

영구 자석(153)의 외주를 소정 압력으로 둘러싸고 있는 슬리브 부재(155)는 고속 회전에 따른 원심력에 의해 영구 자석(153)이 회전축(151) 상에서 이탈되지 않도록 구속하는 기능을 한다. The sleeve member 155 surrounding the outer circumference of the permanent magnet 153 at a predetermined pressure functions to restrain the permanent magnet 153 from being separated from the rotation shaft 151 by the centrifugal force caused by the high speed rotation.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 과급 장치(100) 및 이에 채용되는 영구 자석 모터 내의 로터(150)의 구조에 대해 설명하였다. 이하에서는 스테이터(113)에서 로터의 유효길이를 유지하면서 로터의 길이를 감소시킬 수 있는 원리를 도 2 내지 4를 참조하여 설명하기로 한다. The structure of the rotor 150 in the fluid charging device 100 and the permanent magnet motor employed therein has been described above. Hereinafter, the principle of reducing the length of the rotor while maintaining the effective length of the rotor in the stator 113 will be described with reference to FIGS. 2 to 4.

도 2 및 3을 참고하면, 스테이터(113)는 코어부(112) 및 권선부(111)를 구비한다. 코어부(112)는 자성체를 포함하는 물질로 만들어지며, 축방향에서 보았을 때 대략 중공이 형성된 원형을 띈다. 상기 중공의 내부에는 로터(150)가 배치되어 회전된다. 코어부(112)는 중공이 있는 원형 코어판들이 축방향으로 적층된 형태이다. 따라서 코어부(112)는 전체적으로 중공이 형성된 원통 형상을 띈다. 코어부(112)에는 코일(111b)이 감기는 데, 이러한 코일(111b)이 통과할 수 있도록 축방향에서 보았을 때, 코어부(112)에는 소정의 간격마다 슬롯(112a)들이 형성되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 슬롯(112a)의 내부에는 절연 부재(115)가 삽입되어 있다. 슬롯(112a)의 크기 및 형상과 절연 부재(115)의 크기 및 형상으로 인 하여 코일(111b)은 코어부(112) 중공의 중심으로부터 먼쪽에 배치된다. 즉, 절연 부재(115)의 크기 및 형상은 코일(111b)이 코어부(112)에 감길 때 코어부(112) 중공의 중심으로부터 먼쪽에 배치되도록 결정될 수 있다. 2 and 3, the stator 113 includes a core part 112 and a winding part 111. The core portion 112 is made of a material including a magnetic material, and has a circular shape in which an approximately hollow is formed when viewed in the axial direction. The rotor 150 is disposed inside the hollow and rotated. Core portion 112 is a hollow core core plate is stacked in the axial direction. Therefore, the core portion 112 has a cylindrical shape with a hollow as a whole. The coil 111b is wound around the core portion 112, and when viewed in the axial direction so that the coil 111b can pass therethrough, slots 112a are formed in the core portion 112 at predetermined intervals. As shown in FIG. 2, an insulating member 115 is inserted into each slot 112a. Due to the size and shape of the slot 112a and the size and shape of the insulating member 115, the coil 111b is disposed away from the center of the hollow of the core part 112. That is, the size and shape of the insulating member 115 may be determined to be disposed away from the center of the hollow of the core portion 112 when the coil 111b is wound around the core portion 112.

권선부(111)는 코어부(112)에 대략적으로 축방향으로 감기는 코일(111b)로 이루어진다. 코일(111b)은 코일의 권선 방식에 따라 코어부(112)에 감기며, 코어부(112)에 형성된 슬롯(112a)들을 통하여 대략 축방향으로 감긴다. 코일(111b)은 권선 방식에 따라 소정의 순서 및 방향으로 감기기 때문에 코어부(112) 왼쪽 외곽의 바깥과 오른쪽 외곽의 바깥에는 도 3에 도시된 바와 같이 엔드 턴(end turn) 부분(111a)이 형성되며, 본 출원에서는 권선 단부라고 칭한다. The winding part 111 consists of a coil 111b wound around the core part 112 in an axial direction. The coil 111b is wound around the core part 112 according to the winding method of the coil, and wound around the axial direction through the slots 112a formed in the core part 112. Since the coil 111b is wound in a predetermined order and direction according to the winding method, an end turn portion 111a is disposed outside the left outer edge of the core 112 and the right outer edge as shown in FIG. 3. Formed and referred to as winding ends in the present application.

도 1에 도시된 실시예에서는, 우측의 권선 단부(111a)와 우측의 베어링(171)이 회전축(151)의 길이 방향에서 중첩하는 구간이 발생되도록 배치되며, 우측의 권선 단부(111a)는 우측의 베어링(171)의 케이스(110a)로부터 이격된다. 이를 위한 일 실시예로서, 우측의 권선 단부(111a)는 회전축(151)의 중심으로부터 외경 방향으로 벌어지도록 가공된 것일 수 있다. 이것은 별도의 치구(미도시)를 통해 가공할 수 있다. 예를 들면, 링형의 권선 단부(111a)에 외경의 확장이 가능한 대략 원형의 치구를 끼운 후, 원형의 치구를 외경 방향으로 벌임으로써 권선 단부(111a)를 외경 방향으로 벌일 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 1, the winding end 111a on the right side and the bearing 171 on the right side are arranged such that a section overlapping in the longitudinal direction of the rotation shaft 151 is generated, and the winding end 111a on the right side is on the right side. Is spaced apart from the case 110a of the bearing 171. As an embodiment for this purpose, the winding end 111a of the right side may be processed to be unfolded in the outer diameter direction from the center of the rotation shaft 151. This can be processed through a separate jig (not shown). For example, after inserting a substantially circular jig for extending the outer diameter to the ring-shaped winding end 111a, the winding end 111a may be opened in the outer diameter direction by opening the circular jig in the outer diameter direction.

우측의 권선 단부(111a)는 우측의 베어링(171)의 케이스(110a)로부터 이격시키기 위한 다른 실시예로서, 스테이터(113)의 슬롯(112a) 내에 배치된 절연 부재(115) 때문에 코일(111b)이 코어부(112)에 감길 때 코어부(112) 중공의 중심으로 부터 먼쪽에 배치된 것일 수 있다. 그러므로, 권선 단부(111a)를 포함한 권선부(111)가 회전축(151)의 중심으로부터 더욱 외경 방향으로 먼 곳에 배치시킬 수 있다.The winding end 111a on the right side is another embodiment for spaced apart from the case 110a of the bearing 171 on the right side, and the coil 111b is disposed due to the insulating member 115 disposed in the slot 112a of the stator 113. When wound around the core portion 112, the core portion 112 may be disposed away from the center of the hollow. Therefore, the winding part 111 including the winding end part 111a can be arrange | positioned further in the outer diameter direction from the center of the rotating shaft 151. FIG.

그러나, 본 발명의 보호범위는 상기한 두 실시예에 한정되지 아니하며, 우측의 권선 단부(111a)는 우측의 베어링(171)의 케이스(110a)로부터 이격시킬 수 있는 다른 실시예로서 당업자가 용이하게 변형 및 수정할 수 있는 것도 포함된다고 할 것이다.However, the protection scope of the present invention is not limited to the above two embodiments, and the winding end 111a of the right side is another embodiment that can be spaced apart from the case 110a of the bearing 171 of the right side. Modifications and variations are also included.

이와 같은 방법들에 의하여, 우측의 권선 단부(111a)가 우측의 베어링(171)과 회전축(151)의 길이 방향에서 중첩되는 구간이 발생되도록 배치될 수 있다. 그렇더라도 로터(150)의 유효 길이에는 영향을 미치지 아니한다. 따라서 로터(150)의 출력 및 속도는 극대화시키되 로터(150)의 전체 길이만 줄일 수 있으며, 그럼으로써 로터(150)의 진동 마진을 안정적으로 확보할 수 있는 효과가 있다. 종래에는 스테이터의 권선 단부(111a)와 베어링(171)은 중첩되지 않도록 배치되었고, 그럼으로써 로터의 전체 길이는 길어질 수 밖에 없었다. 여기서, 일 측의 권선 단부(111a)와 일 측의 베어링(171)이 회전축(151)의 길이 방향에서 중첩되는 구간이 발생한다는 것의 의미는 그 중첩으로 인하여 중첩되는 부분만큼 로터의 전체 길이를 감소시킴으로써 진동 마진 확보에 실질적인 영향을 줄 수 있을 만큼인 것을 의미하며, 예를 들면 회전축 방향에서의 중첩되는 구간의 길이가 베어링 길이의 1/3 이상일 수 있다.By such methods, a section in which the winding end 111a on the right side overlaps with the bearing 171 on the right side in the longitudinal direction of the rotating shaft 151 may be generated. Even so, it does not affect the effective length of the rotor 150. Therefore, the output and speed of the rotor 150 can be maximized, but only the overall length of the rotor 150 can be reduced, whereby the vibration margin of the rotor 150 can be stably secured. In the related art, the winding end 111a of the stator and the bearing 171 are arranged so as not to overlap each other, so that the entire length of the rotor has to be long. Here, the meaning that a section in which the winding end 111a of one side and the bearing 171 of one side overlap in the longitudinal direction of the rotation shaft 151 occurs is reduced the overall length of the rotor by the overlapping portion due to the overlap. This means that the vibration margin can have a substantial effect, for example, the length of the overlapping section in the direction of the rotation axis may be 1/3 or more of the bearing length.

도 1에 도시된 실시예에서는 로터(150)의 일 측에서만 스테이터(113)의 권선 단부(111a)와 베어링(171)이 중첩되는 구간이 발생되도록 도시되어 있으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 로터(150)의 양 측 모두에서 스테이터(113)의 권선 단부(111a)들과 베어링들(171, 172)이 각각 중첩되는 구간이 발생되도록 구성될 수도 있으며, 이를 위해서는 스테이터(113)의 냉각을 위한 냉각부의 형상이 변경될 수 있다. 또한, 로터(150)의 좌측에서 스테이터(113)의 권선 단부(111a)와 베어링(172)이 각각 중첩되는 구간이 발생되도록 구성될 수 도 있다.In the embodiment shown in FIG. 1, only one side of the rotor 150 is illustrated such that a section in which the winding end 111a of the stator 113 overlaps with the bearing 171 is generated, but the protection scope of the present invention is limited thereto. It doesn't work. For example, a section in which the winding ends 111a of the stator 113 and the bearings 171 and 172 overlap with each other on both sides of the rotor 150 may be generated. The shape of the cooling unit for the cooling of) may be changed. In addition, a section in which the winding end 111a of the stator 113 and the bearing 172 overlap with each other on the left side of the rotor 150 may be generated.

한편, 본 발명에 관계되는 유체 과급 장치(100)는 공기의 흡입/압축 작용을 통해 소정 유량의 유체 흐름을 발생시킬 수 있는바, 본 발명의 기술적 원리는 그 명칭을 달리하는 블로워 및 유체 압축기(compressor)에 있어서도 사실상 동일하게 적용될 수 있음은 자명한 것이다. 또한, 본 발명의 유체 과급 장치(100)는 그 적용 분야에 따라 앞서 예시된 공기를 포함하여 다른 작동 유체에 대해서도 동일하게 작동될 수 있음은 물론이다. On the other hand, the fluid charging device 100 according to the present invention can generate a fluid flow of a predetermined flow rate through the suction / compression action of the air, the technical principle of the present invention is a blower and a fluid compressor ( It is obvious that the same can be applied to the compressor. In addition, the fluid charging device 100 of the present invention can be operated equally for other working fluids, including the air illustrated above, depending on the application thereof.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and other equivalent embodiments therefrom. You can understand that. Accordingly, the true scope of protection of the invention should be defined by the appended claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급(charger) 장치의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a permanent magnet motor and a fluid charge device having the same according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 영구 자석 모터의 스테이터의 축방향 단면도이다. FIG. 2 is an axial sectional view of the stator of the permanent magnet motor shown in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시된 영구 자석 모터의 스테이터의 횡단면도이다. 3 is a cross-sectional view of the stator of the permanent magnet motor shown in FIG. 1.

도 4는 도 2의 A 영역을 확대하여 도시한 도면이다. 4 is an enlarged view illustrating a region A of FIG. 2.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 유체 과급 장치 110 : 하우징100: fluid charging device 110: housing

110a : 베어링 케이스부 111 : 권선부110a: bearing case 111: winding part

111a : 권선 단부 112 : 코어부 111a: winding end 112: core part

113 : 스테이터 120 : 스크롤113: Stator 120: Scroll

125 : 임펠러 150 : 로터 125: impeller 150: rotor

151 : 회전축 152 : 스러스트 디스크 151: axis of rotation 152: thrust disc

153 : 영구 자석 155 : 슬리브 부재 153: permanent magnet 155: sleeve member

171, 172 : 라디얼(radial) 베어링 173 : 스러스트 베어링171, 172: radial bearing 173: thrust bearing

Claims

하우징;housing;

상기 하우징 내에 회전 가능하게 지지되는 회전축과 상기 회전축의 원주 방향을 따라 장착되는 영구 자석을 구비하는 로터; A rotor having a rotating shaft rotatably supported in the housing and a permanent magnet mounted along the circumferential direction of the rotating shaft;

상기 로터를 둘러싸도록 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 회전시키도록 상기 영구 자석과 기능적으로 작용하는 코어(core)부 및 권선부를 구비하는 스테이터; 및A stator disposed in the housing to surround the rotor, the stator having a core portion and a winding portion operatively functioning with the permanent magnet to rotate the rotor; And

상기 로터를 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지하는 적어도 두개의 베어링;을 포함하며,At least two bearings rotatably supporting the rotor with respect to the housing;

상기 코어부에 감기는 권선부 중 코어부 외곽의 바깥에 배치되는 적어도 일 측의 권선 단부와 적어도 하나의 베어링은 상기 회전축의 길이 방향에서 중첩되는 구간이 발생되도록 배치되는 영구 자석 모터.Permanent magnet motor of at least one side of the winding end and the at least one bearing disposed on the outer side of the core portion of the winding portion wound around the core portion is arranged so that a section overlapping in the longitudinal direction of the rotation shaft is generated.

제1항에 있어서, The method of claim 1,

중첩되는 측의 권선 단부는 중첩되는 베어링이 지지되는 하우징의 베어링 케이스부로부터 이격된 영구 자석 모터.The winding end of the overlapping side is a permanent magnet motor spaced apart from the bearing case portion of the housing in which the overlapping bearing is supported.

제2항에 있어서, The method of claim 2,

상기 중첩되는 측의 권선 단부는 상기 회전축의 외경 방향으로 벌어지도록 가공된 영구 자석 모터. The winding end of the overlapping side is a permanent magnet motor processed to be unfolded in the outer diameter direction of the rotation shaft.

제2항에 있어서,The method of claim 2,

상기 코어부는 전체적으로 중공형 원통 형상을 취하고, 상기 권선부는 코일이 상기 코어부에 형성된 슬롯들을 복수 회 통과하여 상기 코어부에 감기며, The core part has a hollow cylindrical shape as a whole, and the winding part is wound around the core part by passing through a plurality of slots in which a coil is formed in the core part.

상기 코일이 통과하는 슬롯 내에서 상기 코일은 상기 코어부 중공의 중심으로부터 먼쪽에 배치되는 영구 자석 모터.In the slot through which the coil passes, the coil is disposed away from the center of the core hollow.

제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein

상기 스테이터는 상기 슬롯 내에서 상기 코어부 중공의 중심쪽으로 배치된 절연 부재를 더 포함하며, 상기 절연 부재는 슬롯을 통과하는 상기 코일이 상기 코어부 중공의 중심으로부터 먼쪽에 배치되도록 허용하는 영구 자석 모터.The stator further includes an insulating member disposed in the slot toward the center of the core hollow, wherein the insulating member allows the coil passing through the slot to be disposed away from the center of the core hollow. .

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 코어부는 자성체를 포함하는 물질로 만들어진 복수의 중공형 코어들이 상기 회전축 방향으로 적층되어 형성되는 영구 자석 모터.The core part is a permanent magnet motor formed by stacking a plurality of hollow cores made of a material containing a magnetic material in the direction of the rotation axis.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 적어도 하나의 베어링은 상기 회전축의 지름 방향 하중을 받는 두 개의 라디얼(radial) 베어링 및 상기 회전축의 축 방향 하중을 받는 한 개의 스러스 트(thrust) 베어링이며, 상기 라디얼 베어링 또는 스러스트 베어링은 에어 포일(air foil) 베어링인 영구 자석 모터.The at least one bearing is two radial bearings under radial load of the rotating shaft and one thrust bearing under axial load of the rotating shaft, and the radial bearing or thrust bearing Permanent magnet motor as an air foil bearing.

하우징;housing;

상기 로터를 둘러싸도록 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 회전시키도록 상기 영구 자석과 기능적으로 작용하는 코어(core)부 및 권선부를 구비하는 스테이터; A stator disposed in the housing to surround the rotor, the stator having a core portion and a winding portion operatively functioning with the permanent magnet to rotate the rotor;

상기 로터를 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지하는 적어도 두개의 베어링; At least two bearings rotatably supporting the rotor with respect to the housing;

상기 로터의 일 단에 고정되며 흡입 유체를 고속 및 고압으로 내보내는 임펠러; 및An impeller fixed to one end of the rotor to discharge suction fluid at high speed and high pressure; And

상기 임펠러를 통해 나온 유체를 안내하는 스크롤;을 포함하며,And a scroll for guiding the fluid exiting through the impeller.

상기 코어부에 감기는 권선부 중 코어부 외곽의 바깥에 배치되는 적어도 일 측의 권선 단부와 적어도 하나의 베어링은 상기 회전축의 길이 방향에서 중첩되는 구간이 발생되도록 배치되는 영구 자석 모터를 구비한 유체 과급 장치.At least one winding end and at least one bearing disposed on an outer side of the core part of the winding part wound around the core part include a fluid having a permanent magnet motor arranged to generate a section overlapping in the longitudinal direction of the rotating shaft. Supercharge device.

제8항에 있어서, The method of claim 8,

중첩되는 측의 권선 단부는 중첩되는 베어링이 지지되는 하우징의 베어링 케 이스부로부터 이격되며, 상기 베어링은 에어 포일(air foil) 베어링인 유체 과급 장치.The winding end of the overlapping side is spaced apart from the bearing case portion of the housing in which the overlapping bearing is supported, the bearing being an air foil bearing.

제9항에 있어서, 10. The method of claim 9,

상기 중첩되는 측의 권선 단부는 상기 회전축의 외경 방향으로 벌어지도록 가공된 유체 과급 장치. And a winding end portion of the overlapping side is processed to spread in an outer diameter direction of the rotating shaft.

제9항에 있어서,10. The method of claim 9,

상기 코일이 통과하는 슬롯 내에서 상기 코일은 상기 코어부 중공의 중심으로부터 먼쪽에 배치되는 유체 과급 장치.And in the slot through which the coil passes, the coil is disposed away from the center of the core hollow.