KR20150036077A - 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 방법에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 받아들일 수 있는 기계적인 문제점, 더욱 적절하게는, 포함된 구성요소들의 치수 변화가 있고 고속 모터의 사용을 허용하기에, 어셈블리에 대한 더 큰 신뢰성을 제공하도록 상상되었고 개발되었던, 밀폐형 모터 컴프레서로 의도된다. 상기 방법은 금속 코어(2)의 외부 표면 상에 위치된 자석(3) 어셈블리의 외부 직경보다 작은 직경을 갖는 나선형 탄성 요소(6)를 구성하는 단계; 탄성적으로 나선형 탄성 요소(6)를 확장시키는 단계; 및 자석(3) 어셈블리 주위에 나선형 탄성 요소(6)를 체결하고 나선형 탄성 요소(6)의 탄성력에 의해 나선형 탄성 요소가 자석 어셈블리(3)의 외부 직경에 대하여 견고하게 조이는 것이 가능하도록 하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 방법에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 받아들일 수 있는 기계적인 문제점, 더욱 적절하게는, 포함된 구성요소들의 치수 변화가 있고, 고속 모터의 사용을 허용하기에, 어셈블리에 대한 더 큰 신뢰성을 제공하도록 상상되었고 개발되었던, 밀폐형 모터 컴프레서로 의도된다.
최신 기술에서 알려진 바와 같이, 전기모터는 일반적으로 작동/로터(rotor) 회전에 대하여 요구된 토크를 생성하도록 자성 요소로 작동하는 로터 및 스테이터(stator)에 의해 구성된다.
첨부된 도 1a와 도 1b는 4개의 자석(2)들이 접착층에 의해 금속 로터 코어(3)에 고정되는 종래의 로터(1)를 도시하고, 이러한 구성은 예를 들어, 문헌 US 6,339,274호에서 설명된다. 하지만, 로터 자체의 회전 및 각각의 자석의 질량에 의해 형성된 원심력이 결국, 자석 저항성 또는 접착제에 의해 결정되는 파단점을 갖는, 접착 조인트(joint)에 인장 응력을 궁극적으로 가하기 때문에, 구성/어셈블리는 로터가 달성할 수 있는 최대 속도를 제한하는 심각한 결점을 나타낸다는 것이 발생된다. 따라서, 만약 로터의 회전이 조인트에서 재료 강도의 한도를 넘는 자석(2)과 금속 코어(3) 사이의 접착 영역에 하중을 제공한다면, 접착층(4) 또는 심지어 자석(2)은 파열될 것이고 이런 이유로 자석(2)은 금속 코어(3)를 저하시킬 것이며, 이에 따라 모터의 안전성에 있어 심각한 손상으로 유도할 수 있는 모터의 작동을 악화시킨다. 모터를 장착시키는 데에 사용되는 원재료의 양이 회전에 대한 1차 역관계를 갖는다는 것을 언급하는 것이 중요하다. 예를 들어, 로터의 회전을 배가시키는 것은 장착 및 모터의 동일한 전기 특성을 유지하는 데에 사용되는 원재료의 질량에 있어 50% 감소로 유도된다. 명백하게, 모터의 최대 회전은 비용과의 중요한 관계를 갖고, 이에 따라, 결국 고속 모터의 사용을 가능하게 하는 것이 중요하다.
이러한 문제점을 해결하려는 시도에 있어, 금속 커버(5)는 도 2a와 도 2b에 도시되고, 예를 들어, 일반적으로 모터에서 전기 손실을 최소화하도록 비자성 스테인리스스틸로 제조된 - 문헌 US 5,170,085호에서 설명된 바와 같이 사용되어 왔다. 따라서, 이러한 커버(5)는 어셈블리의 기계적 저항성을 증가시키는 것을 목표로 하여 자석(2)들을 덮고 2개의 자석(2)들의 탈착을 방지하도록 로터(1)에 결합되고, 이에 따라 모터가 고속으로 동작하는 것을 허용한다.
하지만, 이런 해결안의 주된 단점은, 제 2 자석 어셈블리(2) 주위에 커버(5)를 부착시키기 위하여, 구성요소들 사이의 치수, 즉, 예를 들어, 커버를 가열하고, 그리고/또는 자석 어셈블리 및 내부 코어를 냉각시킴으로써, 또는 냉삽입부(cold insertion)에 의해, 장착에 사용되는 방법과 호환가능한, 금속 코어 상에 장착되는 자석들의 외부 직경과 커버의 내부 직경의 상이함이 존재해야만 하기에, 포함된 구성요소들 - 특히 자석(2)들의 치수 정확성에 대한 필요성이다. 따라서, 요구된 장착을 위한 필요한 치수를 조정하기 위하여, 정확한 제조에 의해 제공된 구성요소들을 사용하거나, 제조의 다른 수단을 사용하는 것이 필요하고, 이에 따라 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 해결안의 비용을 증가시킨다. 이런 해결안이 치수 정확성을 요구한다는 주장은 배타적으로 고체 또는 비고체 링을 사용하는 해결안을 포함시킨다는 것에 관한 것이다. 즉, 이는 문헌 US 5,744,887호의 청구항 1항 내지 3항에 적용된다. 구성요소들의 치수 정확성을 감소시키기 위하여, 몇몇 형태의 레진(resion)으로 보이드(void)들을 충진하기 위한 방법으로, 커버의 내부 직경과 금속 코어 상에 장착된 자석들의 외부 직경 사이에 갭이 항상 존재하도록, 포함된 구성요소들을 설계하는 것이 가능하다. 하지만, 이는 레진을 이용한 필요로부터 획득된 비용 증가, 및 구성요소들 사이의 동심도를 확보하도록 장착 장치를 요구할 뿐만 아니라, 에너지 효율을 감소시키면서, 모터의 공기갭을 현저하게 증가시킨다. 더욱이, 작동 동안에 시스템에서 불균형과 함께, 결국 어셈블리 장착에 대한 어려움을 야기하는 차별화된 두께 및 매스(mass)의 황방향 세그먼트를 발생시키는, 종단들을 용접시킴으로써 이런 커버(2)들이 함께 접합되는 금속 플레이트에서 일반적으로 생산된다. 금속 커버를 이용한 다른 단점은 심지어 높은 전기 저항성을 갖는 비강자성 재료를 이용하여, 전기모터의 에너지 효율의 손실로 유도하는, 와전류가 존재한다는 것이다.
문헌 US 5,744,887호에 개시된 커버는 오버래핑 와인딩(overlapping winding)의 형태로 자석에 걸쳐 위치되는 긴 비금속 스트립(strip)의 사용을 제안할 때, 금속 커버들의 사용에 의해 요구된 치수 강성의 문제점을 해결하는 것을 목표로 하지만, 오버래핑 와인딩은 결국 모터의 효율 및 적절한 기능을 절충하는 현저하게 큰 두께 커버에서 초래된다. 더욱이, 이런 해결안은 또한 비록 최소화되더라도, 아직도 앞선 문단에서 언급된 와전류를 제공한다는 단점을 갖는다.
따라서, 현재 최신 기술이 모터의 에너지 효율, 균형 및 시스템 안전성과 절충하지 않고 금속 로터 코어에 자석들을 장착하기 위한 해결안들이 없다는 것이 주목된다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 포함된 구성요소들 사이에서 증가된 치수 정확성을 요구하지 않고, 모터의 에너지 효율을 최소화하기 위하여 와전류로부터 손실을 감소시키는 기하학적 구성, 및 최소 두께의 요소에 의해 로터에 금속 코어 자석들의 적절한 장착을 제공하는 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
더욱이, 본 발명의 다른 목적은 더 손쉬운 제조 및 설치로 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자석의 전체 표면을 덮지 않고 적절하게 사용될 수 있으며, 이에 따라 제조를 위한 더 적은 원재료를 이용하고 이에 따라 포함된 비용을 감소시키는, 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적들은 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 장치를 통해 달성되되, 상기 모터는 자석 코팅된 금속 코어로 이루어진 로터를 포함하고, 상기 장치가 자석 어셈블리 주위에 배열되는 적어도 하나의 나선형 탄성 요소를 포함하되, 나선형 탄성 요소는 반드시 시스템에 탄성 장착에 적합해야만 하고 모터의 전기 효율을 손상시키지 않기 위하여 높은 전기 저항성을 갖는 비자성 철 재료이어야 하며, 상기 나선형 탄성 요소의 직경은 금속 코어의 외부 표면 상에 위치된 자석 어셈블리의 외부 직경보다 작아야 하고, 적어도 하나의 나선형 탄성 요소의 와인딩들은 자석 어셈블리의 외부 표면의 일부를 가시적으로 유지하여야 한다는 사실에 의해 특징지어진다.
바람직하게는, 나선형 탄성 요소의 적어도 부분은 접착제, 고정 요소들 또는 종단 형성부의 사용을 통해, 탄성력에 의해 자석들에 장착되어, 모터가 동작할 때 원심력의 영향에 반하여, 금속 코어에 대한 자석들의 부착부를 향하여 힘을 가하기 위하여 자석 또는 금속 코어와 상호결합한다.
자석에 나선형 탄성 요소를 고정시키기 위하여 접착제를 이용하는 경우에, 이는 바람직하게는 자석의 외부 표면, 나선형 탄성 요소의 내부 표면, 또는 이 모두에 도포될 수 있고, 나선형 탄성 요소의 종단들에만 도포될 수 있다.
또한 본 발명은 다음의 단계들을 포함하는, 전기모터 로터들에 영구자석들을 장착하기 위한 방법을 포함한다:
- 금속 코어의 외부 표면 상에 위치된 자석 어셈블리의 외부 직경보다 작은 직경을 갖는 나선형 탄성 요소를 구성하는 단계;
- 탄성적으로 나선형 탄성 요소를 확장시키는 단계;
- 자석 어셈블리 주위에 나선형 탄성 요소를 체결하고 나선형 탄성 요소의 탄성력에 의해 나선형 탄성 요소가 자석 어셈블리의 외부 직경에 대하여 견고하게(rigidly) 조이게 되는 것을 야기하는 것을 가능하게 하는 단계.
바람직하게는, 상기 방법은 접착제, 고정 요소 또는 나선형 탄성 요소의 종단 형성부의 사용을 통해 자석 어셈블리와 함께 나선형 탄성 요소를 장착하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 도면들을 기초로 하여 하기에 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1a와 도 1b는 현재 최신 기술의 로터의 사시도 및 단면 사시도이다.
도 2a와 도 2b는 장착된 어셈블리의 분해 사시도에서 현재 최신 기술에 사용된 다른 구체예이다.
도 3은 본 발명의 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 전기모터 로터에 적절하게 결합된 본 발명의 목적인 장치이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 목적인 장착 방법을 위한 2개의 가능한 변형들을 도시하되, 도 5a는 자성 코어의 컷아웃부에 고정된 장치를 도시하고, 도 5b에서는 장착 장치가 자석들 사이의 공간에 고정된다.
도 6은 장착 장치가 리벳을 통해 자성 코어에 고정되는 다른 구체예를 도시한다.
도 1a와 도 1b는 현재 최신 기술의 로터의 사시도 및 단면 사시도이다.
도 2a와 도 2b는 장착된 어셈블리의 분해 사시도에서 현재 최신 기술에 사용된 다른 구체예이다.
도 3은 본 발명의 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 전기모터 로터에 적절하게 결합된 본 발명의 목적인 장치이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 목적인 장착 방법을 위한 2개의 가능한 변형들을 도시하되, 도 5a는 자성 코어의 컷아웃부에 고정된 장치를 도시하고, 도 5b에서는 장착 장치가 자석들 사이의 공간에 고정된다.
도 6은 장착 장치가 리벳을 통해 자성 코어에 고정되는 다른 구체예를 도시한다.
본 발명은 이제 참조번호가 이해를 용이하게 하기 위하여 할당될, 도면을 기초로 하여 상세하게 설명될 것이다.
우선 본 발명의 목적인, 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 장치는, 주로, 자석-코팅(3) 금속 코어(2)로 구성된 로터(1)를 포함하는 전기모터에서 사용에 마련된다는 것이 명확하다.
도 3과 도 4에 최상으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구체예, 전기모터 로터에 영구자석들을 장착하기 위한 장치는 자석(3)들 주위에 위치되는 나선형 탄성 요소(6)를 포함하고, 바람직하게는 나선형 탄성 요소(6)의 직경은 금속 코어(2)의 외부 표면에 걸쳐 위치되는, 자석 어셈블리(3)의 외부 직경보다 현저하게 작거나, 또는 작지 않다. 더욱이, 나선형 탄성 요소(6)의 와인딩들 사이의 페이스(pace)는 자석(3) 어셈블리의 외부 표면의 일부를 가시적으로 유지하기 위하여 간격(d)만큼 상호 간에 이격된다.
제안된 구체예로, - 현재 최신 기술에서 금속 커버(5)에 의해 이루어져 왔고 - 자석 어셈블리(3)를 장착시키는 기계적 저항성을 증가시키는 것을 목표로 하는 요소(6)는 로터(1)의 외부 치수를 탄성적으로 변형시킬 수 있고 "복사"할 수 있는 평면 나선형 와인딩 코일(flat helix winding coil)의 형상을 갖는다.
자석(3)에 탄성 요소(6)를 장착하기 위하여, 탄성 요소는 이어서 해제되고 어셈블리 상에 위치되기 위하여 로터(2)/자석(3)보다 큰 직경에 도달할 때까지 탄성적으로 개방된다. 탄성 요소(6)의 탄성은 도 2a와 도 2b에 도시된 커버-조각(5)의 분해능(resolution)보다 적어도 10배 큰 직경 변화의 크기로 자석(3)들의 외부 직경에 대하여 그 자체를 꼭 맞게 하는 용량을 갖도록 제공하고 - 즉, 와인딩 코일의 형태로 탄성 요소(6)의 와인딩 상수는 치수 변화와 관계없이 자석(3)들에 대하여 와인딩의 견고한 압축으로 유도하고, 이에 따라 현재 레진(resion) 또는 유사한 재료로 충진되는 것을 요구하는 부분들 사이에 남아있는 보이드(void)들을 제거한다.
따라서, 상기 나선형 탄성 요소(6)의 강성에 따라, 원래 상태에 대하여 상이한 치수로 인해 탄성 요소(6)에서 잔류 응력은 탄성 요소를 그 위치로 유지하기에 충분하고, 아마, 모터의 기능에 대하여 요구된 기계적 저항성을 확보하기에 충분하다.
바람직하게 제안된 구체예는, 기본적으로, 원심력에 대한 자석(3)들의 장착 저항성을 증가시키는 것을 목표로 한다는 것이 주목되어야 한다. 하지만, 만약 더 강인한 장착이 확인된다면, 장착을 위한 다음의 선택이 사용될 수 있다:
1 - 접착제의 사용. 자석(3)들의 외부 표면, 내부 나선형 탄성 요소(6)의 표면, 또는 이 모두에 접착제를 도포할 수 있다. 접착제는 자석(3)들을 장착하는 데에 요구된 기계적 저항성을 확보하기에 충분한 면적으로 나선형 탄성 요소(6)의 전체 내부 표면에 걸쳐 도포될 수 있거나, 또는 나선형 탄성 요소의 2개의 종단(61)들에만 도포될 수 있다. 도포의 방법에서 접착제는 탄성 요소(6)에 수동, 자동 또는 화학적으로 도포될 수 있고, 방법은 "열접합"이라 불리는, 에나멜 선에 도포되는 것과 유사하다는 것이 주목되어야 한다.
2 - 기계적 고정. 나선형 탄성 요소(6)의 기계적 장착은 스크류, 리벳 등과 같은 요소들로 이루어진 기계적 솔루션으로 나선형 탄성 요소의 종단들에서 래칫을 구성하도록 의도된 부착 요소들, 또는 심지어 예를 들어, 후크 형상의 형태로서, 탄성 요소(6)의 종단 형성부(61)에 의해 보장될 수 있다. 중요한 것은 탄성 요소(6)가 로터 코어(1)에 견고하게(rigidly) 장착되는 것을 확보하는 것이다. 이러한 구성상 대안들은 첨부된 도 5a, 도 5b, 및 도 6에 도시되고, 이것들은 장착을 위한 보조제로서 접착제를 임의로 사용할 수 있다는 것을 강조하는 것이 중요하다.
또한 본 발명은 다음의 단계들을 포함하는, 전기모터 로터들에 영구자석들을 장착하기 위한 방법을 포함한다:
- 금속 코어의 외부 표면 상에 위치된 자석 어셈블리(3)의 외부 직경보다 작은 직경을 갖는 나선형 탄성 요소를 구성하는 단계;
- 탄성적으로 나선형 탄성 요소를 확장시키는 단계;
- 자석 어셈블리 주위에 나선형 탄성 요소를 체결하고 나선형 탄성 요소의 탄성력에 의해 나선형 탄성 요소가 자석 어셈블리의 외부 직경에 대하여 견고하게 조이게 되는 것을 야기하는 것을 가능하게 하는 단계.
바람직하게는, 상기 방법은 접착제, 고정 요소 또는 나선형 탄성 요소(6)의 종단 형성부(61)의 사용을 통해 자석 어셈블리(3)와 나선형 탄성 요소(6)를 장착시키는 단계를 더 포함한다.
비록 장착을 위한 바람직한 구체예가 본 발명에 도시되어 왔더라도, 어떤 생략, 치환 및 구성상 대안이 청구된 보호범위의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이루어질 수 있다는 것이 이해되는 것이 주목할만하다. 또한 동일한 결과를 달성하도록 실질적으로 동일한 방법으로 동일한 기능을 수행하는 이런 요소들의 모든 조합은 본 발명의 범주 내에 존재한다는 것이 명확하게 언급된다. 또한 다른 요소들에 의해 설명된 형태의 요소들의 치환이 완전히 의도되고 고려된다.
Claims (10)
- 전기모터 로터에 자석들을 장착하기 위한 장치 - 여기서, 상기 모터는 자석 어셈블리(3)에 의해 코팅된 금속 코어(2)로 이루어진 로터(1)를 포함한다 - 에 있어서,
자석 어셈블리(3) 주위에 배열되는 적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)를 포함하되,
상기 적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)의 직경은 금속 코어(2)의 외부 표면 상에 위치된 자석 어셈블리(3)의 외부 직경보다 작고;
적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)의 와인딩들 사이의 페이스들은 자석 어셈블리(3)의 외부 표면의 일부를 가시적으로 유지하기 위하여 상호 간에 이격되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)는 탄성력을 통해 자석 어셈블리(3)에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)는 접착 재료의 사용을 통해 자석 어셈블리(3)에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 3 항에 있어서,
적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)와 자석 어셈블리(3) 사이에서 위치되기 위한 적어도 하나의 접착 재료는 자석 어셈블리(3)의 외부 표면 상에 도포되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 3 항에 있어서,
적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)와 자석 어셈블리(3) 사이에서 위치되기 위한 접착 재료는 적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)의 내부 표면 상에 도포되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 3 항에 있어서,
적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)와 자석 어셈블리(3) 사이에서 위치되기 위한 접착 재료는 적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)의 종단(61)들에 도포되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)는 고정 요소들에 의해 자석 어셈블리(3)에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 나선형 탄성 요소(6)는 종단 형성부(61)에 의해 자석 어셈블리(3)에 고정되어 자석 어셈블리(3) 또는 금속 코어(2)와 상호결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 전기모터 로터에 자석들을 장착하기 위한 방법 - 여기서, 상기 모터는 자석 어셈블리(3)에 의해 코팅된 금속 코어(2)로 이루어진 로터(1)를 포함한다 - 에 있어서,
금속 코어(2)의 외부 표면 상에 위치된 자석 어셈블리(3)의 외부 직경보다 작은 직경을 갖는 나선형 탄성 요소(6)를 구성하는 단계;
탄성적으로 나선형 탄성 요소(6)를 확장시키는 단계;
자석(3) 어셈블리 주위에 나선형 탄성 요소(6)를 체결하고 나선형 탄성 요소(6)의 탄성력에 의해 나선형 탄성 요소가 자석 어셈블리(3)의 외부 직경에 대하여 견고하게 조이는 것이 가능하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 방법은,
접착제, 고정 요소 또는 나선형 탄성 요소(6)의 종단 형성부(61)에 의해 자석 어셈블리(3)에 나선형 탄성 요소(6)를 장착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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