KR20120057548A - Magnet for a generator - Google Patents

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KR20120057548A KR1020110125293A KR20110125293A KR20120057548A KR 20120057548 A KR20120057548 A KR 20120057548A KR 1020110125293 A KR1020110125293 A KR 1020110125293A KR 20110125293 A KR20110125293 A KR 20110125293A KR 20120057548 A KR20120057548 A KR 20120057548A
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magnet
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tooth
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모하메드 키미아베이지
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

PURPOSE: A magnet for a generator is provided to minimize a torque ripple by preventing an extra leakage flux due to skewing and to reduce noise and weight of the generator while improving reliability. CONSTITUTION: A base magnet(11) comprises a main surface(12) and a skewed magnet module(13). The main surface has length and width. The magnet module is arranged on the main surface. The base magnet is formed into a rectangle shape. The base magnet and the skewed magnet module are formed into one body. The skewed magnet module comprises magnet segments which are arranged along the longitudinal direction of a magnet. The magnet segments comprises an offset of a width direction.

Description

제너레이터용 자석{MAGNET FOR A GENERATOR}Generator Magnets {MAGNET FOR A GENERATOR}

본 발명은 일반적으로 제너레이터(generator)용 자석에 관련된다. 특히, 본 발명은 제너레이터, 회전자(rotor), 고정자(stator)용 자석 및 상기 자석을 포함하는 제너레이터에 관한 것이다. The present invention generally relates to magnets for generators. In particular, the present invention relates to a generator, a rotor, a magnet for a stator, and a generator comprising the magnet.

제너레이터들 또는 모터들과 같은 회전하는 영구 자석 기계 내의 자기력들의 변화로 인하여 토크 맥동(torque pulsation)들이 발생한다. 토크 맥동들은 로드 없는(no-load) 및 로드 상황들에서 발생하고 이후에 코깅 토크(cogging torque) 및 리플 토크(ripple torque)를 의미하였다. 이들 토크 맥동들은 상기 회전하는 기계 및 상호접속 부분들에 해로울 수 있는 진동들을 유도할 수 있다. 게다가, 상기 토크 맥동들은 환경을 교란할 수 있는 저주파 음향 소음을 생성할 수 있다. 이 같은 문제는 직접 구동 풍력 제너레이터들에서 훨씬 더 두드러질 수 있다.Torque pulsations occur due to changes in magnetic forces in a rotating permanent magnet machine such as generators or motors. Torque pulsations occurred in no-load and load situations and later meant cogging torque and ripple torque. These torque pulsations can induce vibrations that can be harmful to the rotating machine and interconnect portions. In addition, the torque pulsations can produce low frequency acoustic noise that can disturb the environment. This problem can be even more pronounced in direct-driven wind generators.

토크의 감소는 자석의 2차원 형태를 최적화하는 것, 고정자/회전자 투스 팁(tooth tip)들을 형성하는 것, 자석들을 이동시키는 것, 자석들의 종래 스큐(skew) 또는 전류 고조파들의 주입을 통한 능동 댐핑(damping)과 같은 상이한 방법들로 성취될 수 있다. 각각의 방법은 자신만의 결점들을 가지고, 예를 들면 자석 이동에 의할 때, 자석 누설 자속(leakage flux)이 증가하고, 그것에 의해 출력 토크는 감소한다. 2차원 형태의 종래 자석은 종래의 스큐와 비교하여 생산 비용을 증가시키고, 자석의 형태를 최적화시키기 위해 수치 FEM과 같은 정교한 모델링 툴들을 필요로 한다. The reduction in torque can be achieved by optimizing the two-dimensional shape of the magnet, by forming stator / rotor tooth tips, by moving the magnets, through the conventional skew of magnets or by injection of current harmonics. It can be accomplished in different ways, such as damping. Each method has its own drawbacks, for example by magnet movement, increasing the magnet leakage flux, thereby reducing the output torque. Conventional magnets in two-dimensional form increase the cost of production compared to conventional skew and require sophisticated modeling tools such as numerical FEMs to optimize the shape of the magnet.

자석들의 스큐는 일반적으로 간단하고 값싸다. 그러나, 종래의 스큐는 자속의 분산(distribution)과 같은 몇 가지 결점들을 가지고 그것에 의해 자속 기본 컴포넌트의 감소 및 제너레이터의 출력 평균 토크의 감소를 가진다. 게다가, 자석 형태의 심플함 및 상기 자석을 회전자의 곡선 표면에 피팅(fitting)하기 위하여, 상기 스큐는 유한하고 많지 않은 단계들에서 일반적으로 수행된다. 결과적으로, 더 많은 자속이 두 개의 블록들이 서로 떨어진 영역들에서 누설하고, 이것은 도 1에서 자속 누설 벡터들에 의해 표현된다. 결과적으로, 더 많은 자석들의 볼륨이 동일한 평균 토크를 제공하기 위하여 필요하게 된다(즉, 자석들이 효율적으로 이용되지 않음).Skew of magnets is generally simple and inexpensive. However, conventional skew has some drawbacks such as distribution of magnetic flux and thereby has a reduction of the magnetic flux basic component and a reduction of the generator's output average torque. In addition, the skew is generally performed in a finite and few steps in order to simplify the magnet form and to fit the magnet to the curved surface of the rotor. As a result, more flux leaks in areas where the two blocks are separated from each other, which is represented by the flux leakage vectors in FIG. 1. As a result, more volumes of magnets are needed to provide the same average torque (ie, the magnets are not used efficiently).

게다가, 많은 단계들에서 스큐하는 것(skewing)은 더 많은 자속 누설과 관련될 수 있고, 상기 스큐는 많지 않은 단계들에서 일반적으로 수행되며, 그것에 의하여 리플 또는 코깅 토크 최소화는 일부 디자인들에 대해서 완전히 효과적이지 않다. In addition, skewing at many stages can be associated with more flux leakage, and the skew is generally performed at lesser stages, whereby ripple or cogging torque minimization is entirely for some designs. Not effective

그러므로 영구 자석 기계들에서 토크 맥동들을 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다.It is therefore an object of the present invention to reduce torque pulsations in permanent magnet machines.

이 같은 목적은 청구항 1, 12, 13 및 14의 특징들에 의해 각각 해결된다. 종속 청구항들은 상기 발명의 상세함 및 장점들을 추가로 제공한다.This object is solved by the features of claims 1, 12, 13 and 14, respectively. The dependent claims further provide further details and advantages of the invention.

일 양상에 있어서 상기 발명은 제너레이터용 자석에 관한 것이고, 상기 제너레이터용 자석은 길이 및 폭을 가진 메인 표면(main surface)과 상기 메인 표면에 배치된 스큐된 자석 모듈(skewed magnet module)을 가지는 베이스 자석(base magnet)을 포함한다. 상기 제너레이터에서 코깅 및 리플 토크, 그것에 의한 진동 및 기계적 피로가 이 같은 신규한 스큐닝(skewing) 기술을 이용하여 최소화된다. 제안된 자석은 코깅 및 리플 토크 최소화에 관해 예를 들어 종래의 스큐와 같은 존재하는 대안들보다 더 효과적이며 반면에 평균 토크의 감소 및 그것에 의한 출력 파워의 감소와 같은 후반의 결점들을 가지지 않는다. 전체 자극(magnet pole)이 스큐되는 종래의 스큐와 달리, 예를 들어 베이스 자석의 표면상에 여분의 자석을 부가하는 것에 의해 비대칭적 자석 형태를 도입하고 단지 이 같은 스큐된 자석 모듈을 스큐하는 것이 제안된다.In one aspect the invention relates to a magnet for a generator, the generator magnet having a main surface having a length and a width and a base magnet having a skewed magnet module disposed on the main surface. (base magnet). Cogging and ripple torque, thereby causing vibrations and mechanical fatigue, in the generator are minimized using this novel skwing technique. The proposed magnet is more effective than existing alternatives, such as, for example, conventional skew, with respect to cogging and ripple torque minimization, while not having the latter drawbacks such as a decrease in average torque and thereby a decrease in output power. Unlike conventional skew, in which the entire magnet pole is skewed, introducing an asymmetrical magnet shape, for example by adding an extra magnet on the surface of the base magnet, and only skewing such skewed magnet modules Is suggested.

분석적이고 FE 계산은 신규한 자석이 효과적으로 리플 및 코깅 토크를 최소화시키는 것을 입증하였다. 게다가, 그것은 종래 스큐의 결점들을 가지지 않는다. 새로운 기술에 있어서, 베이스 자석이 간단히 이동되지 않았기 때문에 스큐닝(skewing)으로 인한 여분의 누설 자속은 존재하지 않고, 따라서 스큐 모듈의 자속은 지배적 베이스 자석의 동일한 자화 패턴을 따라야한다. 제안된 자석의 다른 장점은 스큐된 자석 모듈이 연속하는 스큐를 가지는 것을 더욱 쉽게 하고, 여분의 자속 누설이 없기 때문에 많은 단계들에서 스큐를 수행하는 것이 가능하며, 그것에 의해 리플 토크를 더욱 효과적으로 최소화시킨다.Analytical and FE calculations have demonstrated that the new magnet effectively minimizes ripple and cogging torque. In addition, it does not have the drawbacks of conventional skew. In the new technique, there is no excess leakage flux due to skewing because the base magnet is not simply moved, so the flux of the skew module must follow the same magnetization pattern of the dominant base magnet. Another advantage of the proposed magnet is that it is easier for the skewed magnet module to have continuous skew, and it is possible to perform skew in many steps because there is no excess flux leakage, thereby minimizing the ripple torque more effectively. .

제안된 자석은 구현에서 매우 간단하고 그것에 의해 직접 구동 제너레이터와 같은 더 값싼 물건 또는 개선된 성능을 가지는 그것의 회전자 또는 고정자에 이르게 한다.The proposed magnet is very simple in implementation and thereby leads to cheaper objects such as direct drive generators or to its rotor or stator with improved performance.

최종적으로, 제안된 스큐는 제너레이터의 에어 갭(air gap)에서 자속 하모닉스(hormonics)를 감소시키기 때문에, 또한 제너레이터에서 손실을 최소화시키고 효율성을 개선시키는 효과적인 기술이다. Finally, because the proposed skew reduces the flux harmonics in the generator's air gap, it is also an effective technique for minimizing losses and improving efficiency in the generator.

베이스 자석은 직사각형 형태를 가질 수 있고, 이 같은 형태는 제조하고 조립하기에 쉽다.The base magnet may have a rectangular shape, which is easy to manufacture and assemble.

베이스 자석 및 스큐된 자석 모듈은 일체로 형성될 수 있다. 또한 베이스 자석 및 스큐된 자석 모듈은 몇 가지 조각(piece)들로 구성될 수 있고 축 방향으로 조립될 수 있으며, 또는 베이스 자석은 스큐된 자석 모듈로부터 분리될 수 있고 그것들이 피팅 커버 또는 접착제를 사용하여 함께 피팅(fit)될 수 있다. The base magnet and the skewed magnet module may be integrally formed. The base magnet and the skewed magnet module can also be composed of several pieces and assembled axially, or the base magnet can be separated from the skewed magnet module and they use a fitting cover or adhesive Can be fitted together.

스큐된 자석 모듈은 자석의 길이를 따라 배치된 몇 개의 자석 세그먼트들을 포함할 수 있고 자석 세그먼트들은 폭 방향으로 오프셋(offset)을 포함할 수 있다. 이 같은 배치는 영구 자석 기계의 표준 구성에 적응되고 그러므로 폭넓게 사용될 수 있다.The skewed magnet module may include several magnet segments disposed along the length of the magnet and the magnet segments may include an offset in the width direction. This arrangement is adapted to the standard configuration of the permanent magnet machine and therefore can be widely used.

베이스 자석의 폭은 제너레이터의 투스 피치(tooth pitch)의 두 배와 실질적으로 같을 수 있고 자석 세그먼트의 폭은 상기 제너레이터의 투스 피치와 실질적으로 같을 수 있다. 스큐된 자석 모듈의 존재는 대략 두 배의 투스 피치의 베이스 자석의 연속하는 폭을 허용한다. 세그먼트들은 하나의 투스 피치의 범위까지 스큐될 수 있다. 큰 마진에 의해 스큐닝의 효과를 증가시키는 스큐되지 않은 볼륨(non-skewed volume)은 사라진다.The width of the base magnet may be substantially equal to twice the tooth pitch of the generator and the width of the magnet segment may be substantially equal to the tooth pitch of the generator. The presence of the skewed magnet module allows the continuous width of the base magnet to be approximately twice the tooth pitch. Segments can be skewed to a range of one tooth pitch. Large margins eliminate non-skewed volumes that increase the effectiveness of skewing.

베이스 자석의 폭은 2와 2/3배와 실질적으로 같을 수 있고, 두 개의 스큐된 자석 모듈들은 메인 표면에 배치될 수 있으며 하나의 스큐 자석의 자석 세그먼트 폭은 제너레이터의 투스 피치와 실질적으로 같고 나머지 스큐 자석의 자석 세그먼트 폭은 제너레이터의 투스 피치의 삼분의 일과 실질적으로 같다. 이 같은 해결은 영구 자석 기계에 적절한 적응을 허용하면서 위에서 설명된 장점들을 유지한다.The width of the base magnet can be substantially equal to two and two thirds, the two skewed magnet modules can be placed on the main surface and the magnet segment width of one skew magnet is substantially equal to the tooth pitch of the generator and the rest The magnet segment width of the skew magnet is substantially equal to one third of the tooth pitch of the generator. This solution retains the advantages described above while allowing proper adaptation to the permanent magnet machine.

스큐된 자석 모듈은 메인 표면에 리세스(recess)를 포함할 수 있고, 여기서 리세스는 메인 표면의 길이에 대해 각도를 가지고 배치될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같은 동일한 장점들을 실현하기 위한 대안적인 접근법은 베이스 자석에 리세스 또는 캐비티(cavity)의 스큐와 같은 자국(trail)을 형성하는 것이다. 상기 기술은 직사각형 베이스 자석으로부터 특정한 스큐와 같은 코리도(corridor)를 머신닝(machining) 및 트리밍(trimming)의 간단한 형태에 의해 구현될 수 있다.The skewed magnet module can include a recess in the main surface, where the recess can be disposed at an angle with respect to the length of the main surface. An alternative approach to realizing the same advantages as previously described is to form a trail in the base magnet, such as a recess or a skew of a cavity. The technique can be implemented by a simple form of machining and trimming a corridor, such as a particular skew, from a rectangular base magnet.

스큐된 자석 모듈은 제너레이터의 티스(teeth)를 향할 수 있다. 이 같은 배치는 제너레이터에서 손실을 최소화시키고 효율성을 개선하는 효과적인 기술인 에어 갭에 자속 하모닉스의 감소를 개선시킨다.The skewed magnet module can face the generator's teeth. This arrangement improves the reduction of flux harmonics in the air gap, an effective technique that minimizes losses and improves efficiency in the generator.

스큐된 자석 모듈의 두께는 베이스 자석의 두께의 절반 이하일 수 있다. 자속의 단지 작은 부분만이 분산되는 사실로 인하여(즉, 스큐 부분이 주된 베이스 자석보다 훨씬 얇다는 사실로 인하여 기본 자속이 스큐가 없는 경우와 거의 동일함), 자속의 기본 컴포넌트의 감소는 거의 무시 가능하며, 평균 토크의 감소도 그러하다.The thickness of the skewed magnet module may be less than half the thickness of the base magnet. Due to the fact that only a small part of the magnetic flux is dispersed (i.e. the basic magnetic flux is almost identical to the absence of skew due to the fact that the skew portion is much thinner than the main base magnet), the reduction of the basic component of the magnetic flux is almost ignored. This is possible, and so is the reduction in average torque.

스큐된 자석 모듈은 자석의 전체 길이를 초과하여 연장될 수 있고, 상기 스큐된 자석 모듈은 몇 개의 자석 세그먼트들을 포함할 수 있으며 각각의 자석 세그먼트은 동일한 길이를 가질 수 있다. 이것은 스큐닝의 더 높은 효과에 이르게 하는 스큐닝을 위한 이용가능한 공간을 사용한다. The skewed magnet module may extend beyond the entire length of the magnet, and the skewed magnet module may comprise several magnet segments, each magnet segment having the same length. This uses the available space for skewing which leads to the higher effect of skewing.

두 번째 양상에 있어서 상기 발명은 위에서 설명된 자석을 포함하는 제너레이터의 고정자와 관련된다. 위에서 설명된 동일한 장점들 및 변형들이 여기에서 적용된다. 이 같은 회전자는 고정자에 와인딩(winding)들을 가지는 영구 자석 기계용으로 적절하다.In a second aspect the invention relates to a stator of a generator comprising a magnet as described above. The same advantages and modifications described above apply here. Such a rotor is suitable for permanent magnet machines with windings in the stator.

세 번째 양상에 있어서 상기 발명은 위에서 설명된 자석을 포함하는 제너레이터의 고정자와 관련된다. 위에서 설명된 동일한 장점들 및 변형들이 여기에서 적용된다. 이 같은 회전자는 회전자에 와인딩(winding)들을 가지는 영구 자석 기계용으로 적절하다.In a third aspect the invention relates to a stator of a generator comprising a magnet as described above. The same advantages and modifications described above apply here. Such a rotor is suitable for permanent magnet machines with windings in the rotor.

추가 양상에 있어서 상기 발명은 고정자와 회전자를 가지는 제너레이터와 관련되고, 위에서 설명된 자석을 포함한다. 위에서 설명된 동일한 장점들 및 변형들이 여기에 적용된다.In a further aspect the invention relates to a generator having a stator and a rotor and comprises the magnet described above. The same advantages and modifications described above apply here.

제너레이터는 풍력 터빈용 외부 회전자 구성을 포함할 수 있다. 제안된 자석은 풍력 애플리케이션과 같은 커다란 직접 구동 제너레이터들용으로 매우 적절하다. 그것은 소음 감소, 신뢰성 증가, 효율성 증가 또는 동일한 효율에 대한 제너레이터의 무게를 감소시키는 것에 효과적으로 서빙한다. The generator may include an external rotor configuration for the wind turbine. The proposed magnet is well suited for large direct drive generators such as wind power applications. It effectively serves to reduce noise, increase reliability, increase efficiency or reduce the weight of the generator for the same efficiency.

수반하는 도면들은 실시예들의 추가적인 이해를 제공하도록 포함된다. 그것들이 다음의 상세한 설명을 참고하여 더 이해될 수 있기 때문에 다른 실시예들 및 많은 내포된 장점들이 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 도면들의 엘리먼트들은 서로서로 반드시 스케일닝되지 않는다. 같은 참조 번호들은 대응하는 유사한 부분들을 표기한다.
도 1은 공지된 영구 자석 기계의 자석 및 티스(teeth)의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 영구 자석 기계의 자석 및 티스의 개략적 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따라 자기장과 함께 자석의 개략적 하부 뷰(view)를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 자석의 개략적 하부 뷰를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 자석의 개략적 하부 뷰를 도시한다.
도 6은 에어 갭(air gap)에서 자속 밀도의 다이어그램을 도시한다.
도 7은 도 6의 자속 밀도의 기본 컴포넌트의 다이어그램을 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 본 발명이 실행될 수 있는 특정한 실시예들을 실례에 의해 도시되는 수반하는 도면에 대한 참조가 이루어진다. 이와 관련하여, "상부(top) 또는 하부(bottom)" 등과 같은, 방향 용어는 기재되어 있는 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 실시예들의 컴포넌트들은 수많은 상이한 배향들에서 위치될 수 있기 때문에, 방향 용어는 예시의 목적으로 사용되고, 제한하려는 의도는 아니다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고 구조 또는 로직 변화들이 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 형성될 수 있음이 이해될 것이다. 그러므로 다음의 상세한 설명은 제한하는 의미로 취급되지 않고, 본 발명의 범위는 수반되는 청구항들에 의해 정의된다.The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the embodiments. Other embodiments and many of the implications will be readily understood as they may be better understood with reference to the following detailed description. The elements of the figures are not necessarily to scale to each other. Like reference numerals designate corresponding similar parts.
1 shows a schematic of a magnet and teeth of a known permanent magnet machine.
2 shows a schematic cross sectional view of a magnet and a tooth of a permanent magnet machine according to the invention.
3 shows a schematic bottom view of a magnet with a magnetic field in accordance with the present invention.
4 shows a schematic bottom view of another magnet according to the invention.
5 shows a schematic bottom view of another magnet according to the invention.
6 shows a diagram of magnetic flux density in an air gap.
FIG. 7 shows a diagram of the basic components of the magnetic flux density of FIG. 6.
In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings that form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. In this regard, directional terms, such as “top or bottom” and the like, are used in connection with the orientation of the figure (s) described. Because the components of the embodiments may be located in a number of different orientations, the directional terminology is used for purposes of illustration and is not intended to be limiting. It is to be understood that other embodiments may be utilized and structural or logic changes may be made without departing from the scope of the present invention. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the accompanying claims.

도 1은 예를 들어 공지된 제너레이터(1)용 영구 자석 기계의 일부를 도시한다. 공지된 제너레이터(1)에 대하여, 상기 제너레이터(1)의 기본 구조 및 기능은 도 2 내지 4에서 도시된 제안된 자석 및 영구 자석 기계에 대한 준비과정으로 설명된다. 1 shows, for example, part of a permanent magnet machine for a known generator 1. For the known generator 1, the basic structure and function of the generator 1 is explained in preparation for the proposed magnet and permanent magnet machines shown in Figs.

제너레이터(1)는 티스(3)를 가진 고정자(2)를 가진다. 티스(3)는 서로서로 투스 피치(tooth pitch)(τtooth)로 호칭되는 거리로 배열된다. 두 개의 티스(3) 사이에 와인딩(winding)들을 수용하기 위한 그루브(groove)(4)가 배열된다. 도시된 투스 피치(τtooth)는 이것이 진동 도메인을 표시하기 때문에 그루브(4)의 중간에서 이웃하는 그루브(4)의 중간에 미친다.The generator 1 has a stator 2 with a tooth 3. The teeth 3 are arranged at a distance called each other a tooth pitch τ tooth . A groove 4 is arranged between the two teeth 3 to receive the windings. The tooth pitch τ tooth shown extends from the middle of the groove 4 to the middle of the neighboring groove 4 because it represents the vibration domain.

제너레이터(1)의 회전자(미도시)에 부착된 자석(5)은 티스(3) 위에 위치한다. 위는 방사형의 방향(r)을 의미한다. 자석(5)과 티스(3) 사이에 제너레이터(1)의 에어 갭(air gap)(6)이 있다.A magnet 5 attached to the rotor (not shown) of the generator 1 is located above the tooth 3. The above means the radial direction r. There is an air gap 6 of the generator 1 between the magnet 5 and the tooth 3.

대안적인 실시예에서 티스는 회전자의 일부일 수 있고 반면에 자석은 고정자에 배치될 수 있다.In an alternative embodiment the teeth may be part of the rotor while the magnets may be placed in the stator.

종래 자석(5)은 자석(5)의 세 가지 모듈들 또는 일부들에 이르게 하는 두 개의 단계들에서 스큐(skew)된다. 모듈들은 투스 피치(τtooth)의 절반의 마진에 의해 스큐된다. 스큐는 또한 하나의 투스 피치의 공간 범위(span)에서 수행될 수 있음을 주지하라.The conventional magnet 5 is skewed in two steps leading to three modules or parts of the magnet 5. The modules are skewed by a margin of half of the tooth pitch τ tooth . Note that the skew can also be performed in a spatial span of one tooth pitch.

해칭(hatching)은 스큐된 자석 모듈들의 스큐되지 않은 볼륨을 도시한다. 스큐닝 피치(skewing pitch), 즉 투스 피스(τtooth)는 종종 자석 폭의 대략 절반만큼이나 더 작다. 투스 관점으로부터 이 같은 영역은 스큐되지 않고 이것은 종래 스큐의 효율성이 보통 100%가 되지 않는 원인들 중 하나이다.Hatching shows the unskewed volume of skewed magnet modules. Skewing pitch, ie tooth tooth , is often as small as approximately half the width of the magnet. From a tooth perspective this area is not skewed and this is one of the reasons why the efficiency of conventional skew is usually not 100%.

게다가, 모듈들을 벗어나는 추가적인 누설자속은 이웃하는 모듈에 의해 커버링되지 않는 (z 방향으로) 앞 표면의 일부들에서 보여진다. 상기 자속 누설들은 제너레이터(1)의 평균 자속을 감소시키고 따라서 바람직하지 않다. In addition, the additional leakage flux out of the modules is seen in parts of the front surface (in the z direction) that are not covered by neighboring modules. The flux leakages reduce the average flux of generator 1 and are therefore undesirable.

도 2는 본 발명에 따른 모터 또는 제너레이터(1)와 같은 영구 자석 기계를 도시한다. 도시된 구조는 자석에도 불구하고 도 1의 그것과 동일하다. (자석에 대한 것을 제외한) 위의 설명은 도 2에 대하여도 사실로 인정한다.2 shows a permanent magnet machine, such as a motor or generator 1 according to the invention. The structure shown is identical to that of FIG. 1 despite the magnet. The above description (except for magnets) is also true for FIG. 2.

자석(10)은 두 배의 투스 피치(τtooth)의 폭(WPM)을 가진 베이스 자석(11)을 가진다. 폭(WPM)은 정확하게 투스 피치(τtooth)의 두 배일 수 있고 또는 예를 들어 +/- 10%로 그것에 근접할 수 있다. 폭(WPM)은 원주 방향(θ)으로 연장된다. 베이스 자석(11)은 z의 방향으로 길이(L)을 가진다. 폭(WPM) 및 길이(L)는 메인 표면(12)에 걸친다. 정확하게, 베이스 자석(11)은 두 개의 메인 표면들을 가지고, 하나는 고정자(2) 및 그것의 티스(3)를 향하고, 다른 하나는 반대로 향한다. 이후에 용어 메인 표면은 처음 것을 지칭한다.The magnet 10 has a base magnet 11 with a width WPM of twice the tooth pitch τ tooth . The width WPM may be exactly twice the tooth pitch τ tooth or may be close to it, for example at +/- 10%. The width WPM extends in the circumferential direction θ. The base magnet 11 has a length L in the direction of z. The width WPM and the length L span the main surface 12. Precisely, the base magnet 11 has two main surfaces, one facing the stator 2 and its teeth 3, and the other facing the other way. The term main surface hereafter refers to the first one.

메인 표면(12)에서 스큐된 자석 모듈(13)이 배치된다. 스큐된 자석 모듈(13)은 식별될 수 있는 세 개의 자석 세그먼트(14)를 포함한다. 각각의 자석 세그먼트(14)는 투스 피치(τtooth)의 폭(WPMM)을 가진다. 상기 폭(WPMM)은 정확하게 투스 피치(τtooth)일 수 있고 또는 예를 들어 +/- 10%로 그것에 근접할 수 있다. 각각의 자석 세그먼트들(14)의 길이는 L/m과 같고, 여기서 m은 자석 세그먼트들(14)의 개수이다. 이 경우에 있어서는, 자석 세그먼트(14)의 길이는 베이스 자석(11)의 길이의 삼분의 일의 양이다. 세 개의 자석 세그먼트들(14)이 베이스 자석(11)의 길이(L)의 방향으로 배치된다.On the main surface 12 a skewed magnet module 13 is arranged. The skewed magnet module 13 includes three magnet segments 14 that can be identified. Each magnet segment 14 has a width W PMM of tooth pitch τ tooth . The width W PMM may be exactly tooth pitch τ tooth or may be close to it, for example at +/- 10%. The length of each magnet segment 14 is equal to L / m, where m is the number of magnet segments 14. In this case, the length of the magnet segment 14 is one third of the length of the base magnet 11. Three magnet segments 14 are arranged in the direction of the length L of the base magnet 11.

자석 세그먼트들(14)은 베이스 자석(11)의 폭(WPM)의 방향으로 또는 이 경우에서는 동일한 방향에 있는 자석 세그먼트(14)의 폭(WPMM)의 방향으로 오프셋(offset) 또는 스큐(skew)를 포함한다. 오프셋은 투스 피치(τtooth)의 삼분의 일이고 처음 및 마지막 자석 세그먼트(14)의 오프셋은 투스 피치(τtooth)에 해당한다.The magnet segments 14 are offset or skewed in the direction of the width W PM of the base magnet 11 or in this case in the direction of the width W PMM of the magnet segment 14 in the same direction. skew). The offset is one third of the tooth pitch τ tooth and the offset of the first and last magnet segments 14 corresponds to the tooth pitch τ tooth .

해칭은 베이스 자석(11)의 스큐되지 않은 볼륨을 도시한다. 스큐되지 않은 볼륨의 폭은 단지 투스 피치(τtooth)의 삼분의 일이다.The hatching shows the unskewed volume of the base magnet 11. The width of the unskew volume is only one third of the tooth pitch τ tooth .

도 3은 하부 측으로부터의 자석(10)을 도시한다. 베이스 자석(11)은 방사형의 방향(r)으로 높이(hPM)를 가지고 반면에 자석 세그먼트(14)는 높이(hPMN)를 가진다. 자석 세그먼트(14)의 높이(hPMN)는 베이스 자석(11)의 높이(hPM)보다 더 작다. 자석 세그먼트(14)의 높이(hPMN)는 베이스 자석(11)의 높이(hPM)보다 반, 삼분의 일 또는 훨씬 작을 수 있다.3 shows the magnet 10 from the bottom side. The base magnet 11 has a height h PM in the radial direction r while the magnet segment 14 has a height h PMN . The height h PMN of the magnet segment 14 is smaller than the height h PM of the base magnet 11. The height h PMN of the magnet segment 14 may be half, one third, or even less than the height h PM of the base magnet 11.

게다가, 도 3은 방사형의 방향으로 움직이는 화살들에 의해 표시되는 자기장을 도시한다. 베이스 자석(11)은 대체되지 않았기 때문에 스큐닝으로 인하여 추가적인 누설자속은 없다. 그래서 스큐된 자석 모듈(13)의 자속은 지배적인 베이스 자석(11)의 동일한 자화 패턴을 따라야 한다.In addition, FIG. 3 shows a magnetic field represented by arrows moving in a radial direction. Since the base magnet 11 has not been replaced, there is no additional leakage flux due to skewing. So the magnetic flux of the skewed magnet module 13 should follow the same magnetization pattern of the dominant base magnet 11.

도 4는 도 3에서 도시되고 도 3과 함께 설명된 바와 같이 베이스 자석(11)을 가진 다른 자석(11)을 도시한다. 여기서, 두 개의 스큐된 자석 모듈들은 메인 자석(11)의 메인 표면(12)에 부착된다. 제 1 스큐된 자석 모듈(15)은 스큐된 세 개의 자석 세그먼트들(16)을 가진다. 자석 세그먼트(16)은 하나의 투스 피치(τtooth)의 폭을 가지고 자석 세그먼트(16)의 폭만큼 구획(set off)된다. 제 2 스큐된 자석 모듈(17)은 스큐된 세 개의 자석 세그먼트들(18)을 가진다. 자석 세그먼트(18)는 투스 피치(τtooth)의 삼분의 일의 폭(WPMN2)을 가지고 자석 세그먼트(18)의 폭의 삼분의 일만큼 구획된다. 4 shows another magnet 11 with a base magnet 11 as shown in FIG. 3 and described in conjunction with FIG. 3. Here, two skewed magnet modules are attached to the main surface 12 of the main magnet 11. The first skewed magnet module 15 has three magnet segments 16 skewed. The magnet segment 16 has a width of one tooth pitch τ tooth and is set off by the width of the magnet segment 16. The second skewed magnet module 17 has three magnet segments 18 skewed. The magnet segment 18 is divided by one third of the width of the magnet segment 18 with a width W PMN2 of the tooth pitch τ tooth .

두 개의 스큐된 자석 모듈들(15, 17)은 베이스 자석(11)의 모든 부분이 폭의 방향으로 적어도 하나의 자석 세그먼트(16 또는 18)에 의해 커버링되도록 메인 표면(12)에서 배치된다. 이러한 배치로 인하여, 베이스 자석(11)의 스큐되지 않은 볼륨은 존재하지 않는다. Two skewed magnet modules 15, 17 are arranged at the main surface 12 such that all parts of the base magnet 11 are covered by at least one magnet segment 16 or 18 in the width direction. Due to this arrangement, there is no unskewed volume of the base magnet 11.

자석의 제조는 단지 직사각형 모양들만이 예를 들어 접착제에 의하여 합쳐진 피팅(fit)을 생산될 필요가 있기 때문에 간단하다.The manufacture of the magnet is simple since only rectangular shapes need to be produced for example a fitting fitted by an adhesive.

도 5는 도 2 내지 4와 함께 설명된 것들보다 더 작은 베이스 자석(11)을 가진 자석(10)을 추가로 도시한다. 여기서 스큐된 자석 모듈(19)은 리세스(recess) 또는 캐비티(cavity)에 의해 실현된다. 리세스(20)는 메인 표면(12)에 대각선 법으로 배열된다. 메인 표면의 길이(L)와 리세스(20) 사이의 앵글은 도 2의 자석 세그먼트들(14)이 배치되는 것과 동일할 수 있다. 메인 표면(12) 또는 베이스 자석(11) 의 한 측면에서 나머지 측면으로 대각선으로 늘이는 방법으로 리세스를 배치하는 것이 또한 가능하다. FIG. 5 further shows a magnet 10 with a smaller base magnet 11 than those described with FIGS. 2 to 4. The skewed magnet module 19 is here realized by recesses or cavities. The recesses 20 are arranged in a diagonal manner on the main surface 12. The angle between the length L of the main surface and the recess 20 may be the same as the magnet segments 14 of FIG. 2 are disposed. It is also possible to arrange the recess in such a way as to extend diagonally from one side of the main surface 12 or the base magnet 11 to the other side.

폭(WPMM) 또는 높이와 같은 리세스(20)의 디멘젼들에 대하여, 동일한 디멘젼 룰들이 도 2 내지 4에서와 같이 적용된다. For dimensions of recess 20, such as width WPMM or height, the same dimension rules apply as in FIGS.

도 6은 에어 갭(6)에서의 자속 밀도를 도시한다. 종래 스큐에 대한 커브는 감소된 토크를 유도하는 밀도에서 큰 증가들을 보여준다. 본 발명에 따른 스큐는 상대적인 커브에 의해 도시된 바와 같이 작은 마진에 의해 단지 자속 밀도만 감소시킨다. 6 shows the magnetic flux density in the air gap 6. Curves for conventional skew show great increases in density leading to reduced torque. The skew according to the invention only reduces the magnetic flux density by a small margin as shown by the relative curve.

도 7은 자속의 기본 컴포넌트를 도시한다. 상황은 도 6에서와 동일하고 본 발명에 따른 스큐는 작은 마진에 의해 단지 기본 컴포넌트만을 감소시킨다.7 shows the basic components of the magnetic flux. The situation is the same as in FIG. 6 and the skew according to the invention reduces only the basic components by a small margin.

자속의 작은 부분만이 분산되는 사실로 인하여 자속의 기본 컴포넌트의 감소는 거의 무시 가능하며, 평균 토크의 감소와 같다.Due to the fact that only a small part of the magnetic flux is dispersed, the reduction of the basic component of the magnetic flux is almost negligible, equivalent to the reduction of the average torque.

진보적인 스큐와 더불어 더욱 효율적으로 리플(ripple)들을 최소화시키는 임의의 수의 단계들로 스큐를 수행하는 것이 가능하다. In addition to progressive skew, it is possible to perform skew in any number of steps to minimize ripples more efficiently.

Claims (15)

제너레이터(1)용 자석으로서,
길이(L) 및 폭(WPM)을 가지는 메인 표면(12)과 상기 메인 표면에 배치된 스큐(skew)된 자석 모듈(13,15,17)을 가진 베이스 자석(11)을 포함하는,
제너레이터용 자석.As a magnet for the generator 1,
Comprising a main surface 12 having a length L and a width W PM and a base magnet 11 having skewed magnet modules 13, 15, 17 disposed on the main surface,
Generator magnet. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 자석(11)은 직사각형 형태를 포함하는,
제너레이터용 자석.The method of claim 1, wherein the base magnet 11 comprises a rectangular shape,
Generator magnet. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 베이스 자석(11) 및 상기 스큐된 자석 모듈(13, 15, 17)은 일체로 형성되는,
제너레이터용 자석.3. The base magnet (11) and the skewed magnet modules (13, 15, 17) of claim 1 or 2 are integrally formed.
Generator magnet. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 스큐된 자석 모듈(13, 15, 17)은 상기 자석(10)의 길이(L)를 따라 배치된 여러 개의 자석 세그먼트들(14, 16, 18)을 포함하고, 상기 자석 세그먼트들(14, 16, 18)은 폭 방향으로의 오프셋(offset)을 포함하는,
제너레이터용 자석. 4. The skewed magnet module (13), (15), (17) according to any one of claims 1 to 3 comprises a plurality of magnet segments (14) arranged along the length (L) of the magnet (10). 16, 18, wherein the magnet segments 14, 16, 18 include an offset in the width direction,
Generator magnet. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 베이스 자석(11)의 폭(WPM)은 상기 제너레이터(1)의 투스 피치(tooth pitch)(τtooth)의 두 배와 실질적으로 동일하고, 자석 세그먼트(14)의 폭(WPMM)은 상기 제너레이터(1)의 투스 피치(τtooth)와 실질적으로 동일한,
제너레이터용 자석.5. The width W PM of the base magnet 11 is substantially equal to twice the tooth pitch τ tooth of the generator 1. The same, the width W PMM of the magnet segment 14 is substantially equal to the tooth pitch τ tooth of the generator 1,
Generator magnet. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 베이스 자석(11)의 폭(WPM)은 상기 제너레이터(1)의 투스 피치(τtooth)의 2와 2/3배와 실질적으로 동일하고, 두 개의 스큐된 자석 모듈들(15, 17)은 상기 메인 표면(12)에서 배치되고, 하나의 스큐된 자석 모듈(15)의 자석 세그먼트(16)의 폭은 상기 제너레이터(1)의 투스 피치(τtooth)와 실질적으로 동일하고, 그리고 나머지 스큐된 자석 모듈(17)의 자석 세그먼트(18)의 폭(WPMM2)은 상기 제너레이터(1)의 투스 피치(τtooth)의 삼분의 일과 실질적으로 동일한,
제너레이터용 자석.5. The width W PM of the base magnet 11 is substantially two and two thirds of the tooth pitch τ tooth of the generator 1. The same, two skewed magnet modules 15, 17 are arranged on the main surface 12, and the width of the magnet segment 16 of one skewed magnet module 15 is equal to the width of the generator 1. Substantially equal to the tooth pitch τ tooth , and the width W PMM2 of the magnet segment 18 of the remaining skewed magnet module 17 is equal to one third of the tooth pitch τ tooth of the generator 1. Substantially the same,
Generator magnet. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 스큐된 자석 모듈(19)은 상기 메인 표면(12)에 리세스(recess)(20)를 포함하고, 상기 리세스(20)는 상기 메인 표면(12)의 길이(L)에 대해 일정 각도로 배치되는,
제너레이터용 자석.4. The skewed magnet module 19 comprises a recess 20 in the main surface 12, wherein the recess 20 Disposed at an angle with respect to the length L of the main surface 12,
Generator magnet. 제 7 항에 있어서, 상기 베이스 자석(11)의 폭(WPM)은 상기 제너레이터(1)의 투스 피치(τtooth)의 두 배와 실질적으로 동일하고, 상기 리세스(20)의 폭(WPMM)은 상기 제너레이터(1)의 투스 피치(τtooth)와 실질적으로 동일한,
제너레이터용 자석.The width W PM of the base magnet 11 is substantially equal to twice the tooth pitch τ tooth of the generator 1, and the width W of the recess 20. PMM ) is substantially the same as the tooth pitch (τ tooth ) of the generator 1,
Generator magnet. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 스큐된 자석 모듈(13, 15, 17)은 상기 제너레이터(1)의 투스들(3)을 향하는,
제너레이터용 자석.9. The skewed magnet module 13, 15, 17 faces the teeth 3 of the generator 1, according to claim 1.
Generator magnet. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 스큐된 자석 모듈(13, 15, 17)의 두께(hPMM)는 상기 베이스 자석(11)의 두께(hPM)의 절반 이하인,
제너레이터용 자석.10. The thickness h PMM of the skewed magnet modules 13, 15, 17 is no more than half the thickness h PM of the base magnet 11.
Generator magnet. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 스큐된 자석 모듈(13, 15, 17)은 상기 자석(10)의 전체 길이(L)에 걸쳐 연장되고, 상기 스큐된 자석 모듈(13, 15, 17)은 여러 개의 자석 세그먼트들(14, 16, 18)을 포함하며, 각각의 자석 세그먼트들(14, 16, 18)은 동일한 길이를 가지는,
제너레이터용 자석.The skewed magnet module (13, 15, 17) extends over the entire length (L) of the magnet (10), and the skewed magnet module (1) according to any one of the preceding claims. 13, 15, 17 comprise several magnet segments 14, 16, 18, each magnet segment 14, 16, 18 having the same length,
Generator magnet. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 따른 자석(10)을 포함하는,
제너레이터(1)의 회전자.A magnet 10 according to any one of the preceding claims,
Rotor of generator 1. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 따른 자석(10)을 포함하는,
제너레이터(1)의 고정자.A magnet 10 according to any one of the preceding claims,
Stator of generator 1. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 따른 자석(10)을 포함하는,
고정자(2) 및 회전자를 가진 제너레이터.A magnet 10 according to any one of the preceding claims,
Generator with stator (2) and rotor. 제 14 항에 있어서, 상기 제너레이터(1)는 풍력 터빈용 외부 회전자 구성을 포함하는,
고정자(2) 및 회전자를 가진 제너레이터.15. The generator (1) according to claim 14, wherein the generator (1) comprises an external rotor configuration for a wind turbine,
Generator with stator (2) and rotor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200119132A (en) * 2019-04-09 2020-10-19 두산중공업 주식회사 Wind turbine

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