KR100292001B1 - 다극 영구자석을 가지는 전자기 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일차적으로 세단계에 걸쳐있는 고정자(2)와 첫번째와 두번째 주요 고정자부(4, 8)사이에 위치하는 다극의 영구자석(48)을 포함하는 회전자(38)을 포함하는 전환가능한 두상태 전기기계 변환기에 관한 것이다. 첫번째 고정자부는 한 고정자 구멍 그리고 고정자 구멍의 가장자리에 위치하는 원형의 갭이 있는 크라운 축성(70)에 의해 형성된 이차적 자극에 자기적으로 결합되는 첫번째와 두번째 주요자극(80, 82)를 규정한다. 두번째의 주요 고정자부분은 적어도 하나의 세번째 주요 자극(90)을 만들며, 그와같은 두번째 주요 고정자부분의 각각의 첫번째의 두번째 자속안내레그(12, 13)에 의해서 첫번째와 두번째 주요 자극 각각으로 자기적으로 결합되며, 각각은 에너지화 권선(28, 29)을 지닌다.

Description

다극 영구자석을 가지는 전자기 변환기

제1도는 본 발명에 따른 전자기 변환기의 제1 실시형태의 평면도.

제2도는 제1도의 회전자의 다극 연구자석을 보인 평면도.

제3도와 제4도는 각각 제1도의 전자기 변환기의 제1 및 제2 주고정자부를 보인 평면도.

제5도는 제1도의 V-V선 단면도.

제6도와 제7도는 본 발명에 따른 전자기 변환기의 제1 및 제3 실시형태의 평면도.

제8도는 제7도의 VIII-VIII선 단면도.

제9도는 본 발명에 따른 전자기 변환기의 제4 실시형태의 평면도.

제10도는 제9도의 X-X선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

8, 166, 248, 276 : 주고정자 부 10, 268, 314 : 고정자평면

60, 224, 288 : 갭형 크라운

62, 64, 196, 198, 226, 228, 290, 292 : 균등갭형 크라운

66, 68, 197, 199, 230, 232, 298, 300 : 중간슬로트

80, 82, 188, 190, 215, 216, 278 : 주자극

90, 202, 256, 280 : 주자극

110, 112, 192, 194 : 2차 자극

본 발명은 다극 영구자석을 갖는 전자기 변환기에 관한 것이다. 특히 본 발명은 N쌍(여기에서 N은 2보다 큰 짝수이다)의 자극을 갖는 다극 영구자석을 가지고 역변환기능의 전기기계 변환기로서 사용될 수 있게 된 2-상변환기에 관한 것이다.

본 발명의 전자기 변환기는 다양한 분야의 모터, 예를 들어 정보분야 또는 시청각분야의 디스크, 테이프 또는 카세트를 구동시키기 위한 구동장치로서 사용될 수 있다. 또한 이러한 전자기 변환기는 자동차의 속도계 또는 전자시계와 같은 아날로그형 지시계의 지침을 구동시키는데 사용될 수 있다.

전자시계의 경우에 있어서는, 일반적으로 스텝핑방식으로 작동하는 쌍극 영구자석을 가지고 회전자가 각 스텝마다 180° 씩 회전하는 전자기 모터를 채용하고 있다. 만약 이러한 시계가 1Hz의 주파수마다 스텝핑이 이루어져야 하는 초침을 갖는다면 모터의 회전자와 이러한 초침사이에는 30배의 감속이 요구된다. 각 스텝마다 회전자가 180° 씩 회전하는 것을 감속시키기 위하여 감속장치를 이용하는 것은 마찰에 의한 에너지의 손실을 가져오고 비교적 큰 잡음이 발생한다.

다음으로, 쌍극 영구자석으로 초침의 연속적인 변위가 이루어질 수 있도록 하는 경우, 모터의 작동주파수를 높여야 하는 바, 이는 이러한 모터의 회전자와 초침사이의 감속비를 더욱 높이는 것이 요구된다. 이는 에너지 손실이 더욱 증가되도록 하고 구동기어의 칫수를 바꾸어 주어야하므로 시계 무브먼트의 수정이 요구된다.

다른 한편으로 충분한 수의 자극쌍을 갖는 다극 모터는 전동기어의 수가 적어 에너지손실이 감소될 수 있으며 상기 언급된 바와 같이 쌍극 영구자석을 갖는 모터의 경우에 요구되었던 것 보다 큰 감속을 요구함이 없이 사용된 기구의 연속변위가 이루어질 수 있도록 한다.

또한 다극 영구자석을 갖는 모터의 경우 구동잡음이 감소될 수 있음이 관찰될 것이다.

특히, 유럽특허 EP 0 151 158로부터 축방향으로 자화된 다극 영구자석을 갖는 2-상 전자기 모터가 알려져 있다. 이러한 모터의 고정자는 기본적으로 4개의 주고정자부와 각각 권선이 착설되어 있고 이러한 두 고정자부분을 결합하는 2개의 자속안내각으로 구성된다. 각각 제1 및 제2 권선에 결합된 두 고정자부는 이들이 서로 결합되고 제1 고정자부가 다극 영구자석의 두 반부분중 하나에 배치된 S극에 중첩될 때 제2 고정자부가 다극 영구자석의 동일한 반부분의 N극에 중첩되게 구성되어 있다.

제1 변형형태에서 다극 영구자석의 자화는 축방향으로 이루어져 있고

자속안내각으로 사용되는 연질 강자성체의 디스크가 고정자부를 향하여 배치된면에 대향된 영구자석의 면에 고정되어 있다. 제2 변형형태에 있어서는 이러한 디스크가 회전자의 영구자석이 이 디스크와 기준고정자평면사이에 배치되게 착설된다.

이러한 모터는 다음과 같은 결점을 보인다.

- 서로 결합된 두 주고정자부는 복잡한 조절이 요구된다. 아울러, 이들은 자극수가 많은 것에 대하여서는 적합치 않다. 다음으로 권선이 여자될 때 이러한 두 부분사이의 자위차(magnetic potential difference)에 의하여 공통평면에 배치된 이러한 두 부분사이에 비교적 큰 갭이 제공되어야 한다.

- 제1변형형태에 있어서는 회전자의 영구자석의 면 중에서 한 면에 고정된 연질의 강자성 물질로된 디스크가 회전자 영구자석의 자극사이에 자기단락회로를 구성한다. 아울러, 회전자 영구자석은 기준고정자평면 이외의 다른 평면에 되어 고정자 자체에 의하여 끌어 당기어진다. 따라서 이를 제자리에 고정시키기 위하여 힘을 가하는 것이 요구되는 바, 이는 마찰이 증가하여 모터의 출력이 떨어지도록 하는 원인이 된다. 끝으로, 이러한 디스크는 그 유효체적이 증가함이 없이 회전자의 관성을 증가시킨다.

- 제2 변형형태에 있어서는 회전자 영구자석의 배치문제와 관성의 증가문제가 부분적으로 해결되었으나 자기저항의 희생을 가져온다. 실제로 하나의 모터자기회로에서 순환하는 자속이 4개의 갭을 갖는 모터의 고정자-영구자석을 횡단한다.

또한 스위스특허 CH 656 990으로부터 다극 영구자석을 갖는 다른 형태의 2-상 전자기 모터가 알려진 바 있다.

이 모터의 고정자는 하나의 고정자공과 4개의 고정자 자극을 갖는 고정자부에 의하여 구성된다. 두 인접한 고정자 자극은 권선이 조립되는 각부(脚部)에 의하여 서로 결합된다. 동일한 방법으로, 나머지 두 자극은 제2 권선이 조립되는 제2 각부에 의하여 서로 결합된다. 회전자 영구자석의 자극쌍은 축방향으로 자화된다.

회전자의 영구자석은 고정자평면에 인접하나 상이한 평면에 배치된다. 고정자 자극과 영구자석사이의 자기결합이 이루어질 수 있도록 하기 위하여 2차 고정자 자극이 고정자공의 주연의 약 1/4 범위에 배열되고 그 중심을 향하는 톱니에 의하여 형성된다.

공통의 주요 자극에 속하는 각 2차 자극은 이러한 주요 자극의 다른 2차 자극에 대하여 짝수의 회전자 자극과 동일한 권선에 의하여 여자되는 제2의 주요 자극의 2차 자극에 대하여 홀수와 회전자 자극만큼 이러한 주요자극으로부터 간격을 두고 있는 반면에 회전자 자극의 전체 수와 그 절반을 더한 만큼 다른 권선에 자기적으로 결합된 다른 두 주요 자극의 2차 자극에 대하여 간격을 두고 있다.

이와 같은 2차 자극의 특수한 구성은 두 권선의 교번여자로 축방향으로 배열된 30쌍의 자극을 갖는 영구자석에 대하여 1회전당 60 스텝으로 작동될 수 있도록 한다. 아울러, 이러한 모터는 회전자의 두 회전방향으로 작동한다.

그러나, 이러한 모터는 적어도 두 가지의 주요 결점을 보인다. 먼저, 자속의 복귀를 허용하기 위하여 낮은 자기저항을 갖는 디스크가 고정자를 향하여 배치된 면에 대향하는 영구자석의 면에 대하여 부착된다. 앞서 설명한 모터의 제1 변형형태의 경우와 같은 방법으로, 이러한 디스크는 자기단락회로를 구성하여 회전자 영구자석의 누설자계가 증가하도록 한다. 아울러 이러한 디스크는 회전자의 관성을 증가시킨다. 다음으로, 회전자 영구자석이 고정자내의 비평형위치, 즉 고정자-회전자 시스템의 최소에너지에 해당하지 않는 위치에 배치된다. 따라서 회전자 자석은 영구자석의 평면에 인접한 평면에 배치된 고정자부에 의하여 끌어 당기어진다. 자석의 위치를 유지하기 위하여 기계적인 지지력을 가하여야 하는데 이는 마찰력의 증가를 가져와 결국 모터의 출력을 떨어뜨린다.

둘째로, 동일한 권선에 관련된 두 자극이 이러한 권선이 여자될 때 이러한 두 자극사이의 자위차에 의하여 비교적 큰 갭을 통하여 자기적으로 절연되어야 한다. 이는 회전자 영구자석의 자화영역의 이용성을 감쇠시킨다.

본 발명의 목적은 회전자 영구자석의 위치가 고정자내에서 이 회전자의 평형위치인 최소에너지위치에 일치하고 모터의 구성이 콤팩트하며 제조 코스트가 비교적 낮은 2-상 다극 전자기 변환기를 제공함으로서 상기 언급된 종래기술의 결점을 해소하는데 있다.

이러한 목적에 따라서, 본 발명의 전자기 변환기는 두개의 자속안내각과 중앙영역과 이 중앙영역을 둘러싸고 있는 주연영역을 갖는 제1 고정자공을 형성하는 제1 주고정자부로 구성되고 상기 제1 고정자공의 윤곽이 상기 주연영역내에서 제1 고정자평면에 배치되고 슬로트에 의하여 분리된 돌출부로 형성된 환상의 제1 갭형 크라운을 형성하는 고정자, 상기 제1 고정자 평면에 대하여 수직이고 상기 제1 고정자공의 중앙영역을 횡단하는 회전축선을 가지고 각각 상기 회전축선에 수직인 기준회전자평면의 양측에 배열된 한쌍의 자극을 형성하는 2 이상의 짝수로 된 쌍극 영구자석을 포함함으로서 각 쌍의 자극에 의하여 형성된 자기축선이 상기 회전축선에 평행하고 인접한 쌍의 자극에 의하여 형성된 자기축선에 대하여서는 방향이 반대가 되며 상기 쌍의 자극이 상기 돌출부의 적어도 중첩부분을 향하여 부분적으로 배열되는 회전자와, 상기 제1 및 제2 자속안내각에 각각 착설된 제1 및 제2 권선으로 구성되는 것에 있어서, 상기 고정자가 상기 쌍의 자극을 향하여 배열된 중첩부분을 가지고 상기 제1 고정자평면에 평행한 제2 고정자평면을 형성하는 제2 주고정자부로 구성되고, 상기 돌출부와 상기 제2 주고정자부의 상기 중첩부분이 각각 상기 기준고정자평면의 제1 측부와 제2 측부에 배치되며, 상기 제1 주고정자부가 제1 및 제2 주자극을 형성하고 상기 제2 주고정자부가 적어도 하나의 제3 주자극을 형성하며, 상기 제1 및 제2 자속안내각이 상기 제1 및 제2 주자극을 상기 제2 주고정자부에 자기적으로 각각 결합함을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 실시형태에 있어서, 쌍극 영구자석은 그 수가 N이며 중심각이 α로 동일한 N개의 환상섹터를 갖는 다극 영구자석을 형성하고 쌍극 영구자석이 이러한 각 섹터에 배치된다.

본문에서, 환상섹터라는 용어는 어느 한 공통점에서 시작되는 두개의 반경과 이러한 점에 중심을 둔 두 원호로 경계를 이루는 면을 나타내며, 두 원호의 단부는 두 반경중의 하나에 배치된다.

본 발명의 제1 실시형태에 있어서, 환상의 제1 갭형 크라운은 제1 및 제2 균등갭형 크라운으로 형성되고, 이러한 제1 및 제2 균등갭형 크라운의 돌출부는 각각 제1 및 제2의 2차 자극을 형성한다. 제1 및 제2 균등갭형 크라운의 돌출부는 공통의 균등갭형 크라운사이의 슬로트와 함께 각각 회전자의 다극 영구자석의 상기 환상 섹터의 중심에서 각도 α와 동일한 중심각 α를 갖는 환상 섹터를 형성한다.

제1 및 제2 균등갭형 크라운은 각각 중심에서 각 α를 이루는 두 중간슬로트에 의하여 서로 분리되어 있고 그 값은 전체 수 ± α/2로 곱한 상기 중심각과 동일하다. 따라서, 제1 균등갭형 크라운이 그 각 돌출부가 회전자의 다극 영구자석의 한쌍의 자극에 정확히 중첩될 때, 마찬가지로 제2 균등갭형 크라운의 각 돌출부도 이러한 다극 영구자석의 두 쌍의 인접한 자극에 중첩된다. 제1 및 제2 균등갭형 크라운은 각각의 두 중간슬로트의 영역에 배치된 협입부(峽入部)에 의하여 서로 자기적으로 절연되어 있다.

이러한 제1 실시형태에 계속하여, 제2 고정자부는 환상부분과 네크에 의하여 이에 결합된 동체로 구성되고, 동체는 두 자기접촉편으로 구성된다. 환상부분의 외측변부에 인접한 영역에 환상의 제2 갭형 크라운이 제공되고 그 돌출부와 슬로트는 제1 주고정자부의 제1 갭형 크라운과 동일한 방법으로 배열되며 제1 갭형 크라운의 돌출부가 제2 갭형 크라운의 돌출부에 중첩된다. 제1 고정자부는 평면상이고 전체적으로 제1 고정자평면에 대하여 배치되어 있고 제2 주고정자부도 평면상이며 제2 고정자평면에 대하여 전체적으로 배치되어 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 제1 주고정자부의 제1 갭형 크라운에 중첩된 제2 주고정자부의 환상의 제2 갭형 크라운은 환상부분의 내측부분에 배치되고, 이 경우에 있어서 제2 갭형 크라운의 돌출부는 권선에 의하여 발생된 자속이 회전자의 다극 영구자석을 통하여 폐쇄될 수 있도록 디스크의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는다.

이상으로 설명된 본 발명의 두 실시형태에서, 제2 주고정부의 제2 갭형 크라운의 돌출부는 제3 주자극에 자기적으로 결합된 제3의 2차 자극을 형성한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시형태에서, 제2 주조정자부는 제3의 2차 자극을 형성하는 환상의 갭형 크라운을 포함하지 않고 다만 자속집속디스크가 제공된다.

끝으로, 본 발명의 다른 실시형태에서, 제2 주고정자부는 두 주자극을 형성하고 이러한 두 주자극의 각각은 제1 주고정자부의 주자극에 일치하며 이와 같은 결과에 의한 전자기 변환기의 자기회로는 전체가 자기적으로 결합되지 아니한다.

이러한 특성으로부터 전자기 변환기의 회전자 다극 영구자석은 실질적으로 고정자에 대하여 최소에너지위치, 즉 평형위치에 놓인다. 따라서, 이러한 변환기의 출력은 증가되고 변환기의 자기회로가 회전자 다극 영구자석을 축방향으로만 횡단하여 이러한 전자기 변환기의 각 자기회로의 갭을 한정하고 회전자 영구자석의 자화부분이 최적하게 이용될 수 있도록 한다.

제2 주고정자부가 제1 고정자부의제1 갭형 크라운상에 중첩되는 제2 갭형 크라운으로 구성되는 실시형태의 경우에 있어서, 회전자 다극 영구자석의 누설자계가 극히 작으므로 본 발명에 따른 전자기 변환기의 출력은 더욱 개선된다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도-제5도는 본 발명에 따른 전자기 변환기의 제1 실시형태를 보인 것이다.

이러한 전자기 변환기는 제1 고정자평면(6)에 배치된 평면상의 제1 주고정자부(4)와 제1 평면(6)에 평행한 제2 고정자평면(10)에 대하여 배치된 평면상의 제2 주고정자부(8)를 포함하는 고정자(2)로 구성된다. 이러한 제1 및 제2 주고정자부(4)(8)는 제1 침 제2 자속안내각(12)(13)을 통하여 서로 자기적으로 결합되고, 이러한 자속안내각의 각각은 각 제1 및 제2 단부(18)(20)가 각 제1 및 제2 자기접촉편(20)(24)에서 끝나는 코아(16)로 구성된다.

각 제1 및 제2 자기접촉편(20)(24)은 고정스크류(26)에 의하여 각 제1 및 제2 주고정자부(4)(8)에 자기적으로 결합될 수 있으며, 고정스크류 대신에 다른 고정수단이 사용될 수 있다. 두 코아(16)의 각각에는 제1 및 제2 권선(28)(29)이 착설되고 이러한 두 권선은 모터(도시하지 않았음)를 위한 적당한 제어시스템으로 구성되는 전기에너지원에 결합된다.

제1 주고정자부(4)는 제1 고정자공(31)을 형성한다. 제1 고정자공(31)은 원형의 중앙영역(34)과 환상의 주연영역(35)으로 구성된다. 회전자(38)는 이 회전자(38)의 회전축선(42)이 제1 및 제2 고정자평면(6)(10)에 수직이 되고 제1 고정자공(31)의 중앙영역(34)의 중심을 통과하도록 케이지(40)내에 착설된다.

회전자(38)는 원형의 비자성 중심부(46)와, 10쌍의 자극을 형성하는 10개의 쌍극 영구자석(50)을 포함하는 다극 영구자석(48)으로 구성되는 환상의 주연부(47)로 구성된다. 비자성 중심부(46)는 절대적으로 필요한 것은 아니며 자석이 디스크의 중심으로 연장될 수 있다. 자극의 쌍들은 축방향, 즉 회전자(38)의 회전축선(42)에 평행한 방향으로 향한다. 본 발명에 따른 전자기 변환기의 이 실시형태를 위하여 선택된 자극쌍의 수는 예로써 주어진 것이다. 실제로 본 발명에 따른 전자기 변환기는 짝수 N의 쌍극 영구자석으로 구성된다(여기에서 N은 2 보다 크다).

쌍극 영구자석(50)은 이러한 각 쌍극 영구자석이 환상섹터(52)를 형성하고 그 중심각 α가 각 환상섹터(52)에 대하여 동일한 값을 가지도록 디스크(44)의 환상 주연부(47)에 등간격으로 배열된다.

본문에서 환상섹터라는 용어는 어느 한 점에서 시작되는 두개의 반경과 이러한 점에 중심을 둔 두 원호로 경계를 이루는 면을 나타내며, 두 원호의 단부는 두 반경중의 하나에 배치된다. 도시된 예에서는 중심각 α이 36°의 값을 갖는다.

회전자(38)의 디스크는 이러한 회전자의 회전축선(42)에 수직이고 제1 및 제2 고정자평면(6)(10)사이의 기준회전자평면에 배치된다.

제1 주고정자부(4)에 형성된 제1 고정자공(31)의 윤곽은 이러한 제1 고정자공(31)의 주연영역(35)에 배치된 원형의 제1 갭형 크라운(60)을 형성한다. 이러한 제1 갭형 크라운(60)은 제1 및 제2 중간슬로트(66)(68)에 의하여 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 균등갭형 크라운(62)(64)에 의하여 구성된다.

각 제1 및 제2 균등갭형 크라운(62)(64)은 돌출부(70)(72)와 공통의 균등갭형 크라운의 두 인접한 돌출부사이에 배치되는 슬로트(74)(76)가 교대로 배열되는 것에 의하여 구성된다.

고정자(2)의 제1 주고정자부(4)는 제1 및 제2 자기절연 협입부(84)(85)에 의하여 서로 자기적으로 절연된 제1 및 제2 주자극(80)(82)을 형성한다. 제1 협입부(84)와 제2 협입부(85)는 제1 고정자공(31)의 주연영역(35)의 제1 및 제2 중간슬로트(66)(68)에 인접하는 영역에 각각 배치된다.

제1 및 제2 자속안내각(12)(13)의 제1 자기접촉편(20)은 제1 및 제2 주자극(80)(82)에 각각 자기적으로 결합된다.

제2 주고정자부(8)는 제3 주자극(90)에 속하는 환상부(88)로 구성된다. 또한 이러한 제2 주고정자부(8)는 네크부분(91)에 의하여 환상부(88)에 결합된 동체(92)로 구성되고 이 동체(92)는 두 자기접촉편(93)(94)에서 끝난다. 환상부(88)의 외측변부로부터 돌출된 돌출부(96)가 제1 주고정자부(4)의 제1 갭형 크라운(60)에 중첩된 환상의 제2 갭형 크라운(98)을 형성한다.

제2 갭형 크라운(98)의 각 돌출부(96)는 제1 갭형 크라운(60)의 돌출부(70)(72)의 중심각과 동일한 중심각 α를 갖는 환상섹터를 형성한다. 제2 갭형 크라운(98)은 제1 갭형 크라운(60)의 돌출부(70)(72)의 수와 동일한 다수의 돌출부(96)로 구성되고 제2 갭형 크라운(98)의 이러한 각 돌출부의 방향은 제1 갭형 크라운(60)의 돌출부(70)(72)의 방향과 동일하다. 회전자(38)의 디스크(44)의 환상주연부(47)는 제1 갭형 크라운(60)이 배치되는 제1 고정자공(31)의 주영영역(35)에 중첩된다.

두 권선(28)(29)중의 하나에 의하여 발생된 자속이 회전자(38)의 자극(50)을 통과하도록 하기 위하여 제1 및 제2 주고정자부(4)(8)사이의 중첩영역은 제1 및 제2 갭형 크라운(60)(98)의 돌출부(70)(72)(96)에 의하여 한정된다.

이와 같이 구성하기 위하여 환상부(88)를 동체(92)에 연결하는 제2 주고정자부(8)의 네크부분(91)은 제1 주고정자부(4)에 부분적으로 중첩되는 이러한 제2 주고정자부(8)의 돌출부(96)의 외측 일부분으로 구성된다. 제2 주고정자부(8)와 제1 주고정자부(4)사이의 중첩영역은 이러한 네크부분(91)이 협소대의 중앙영역에 배치된 자기절연을 위한 제2 협입부(85)의 영역에서 제1 주고정자부(4)에 중첩되므로 최소가 된다. 이와 같이, 회전자(38)의 다극 영구자석(48)을 횡단함이 없이 주고정자부(4)로부터 직접 제2 주고정자부(8)로 통과하는 자속량은 무시할 수 있다.

제1 및 제2 주고정자부사이에서 제1 주고정자부(4)의 돌출부(70)(72) 이외의 다른 중첩영역을 배제하기 위하여 제6도에 관련하여 설명된 본 발명의 제2 실시형태의 경우와 같이 제2 협입부(85)와 협소대(106) 대신에 갭이 형성될 수 있다. 또한 자기절연을 위한 제1 협입부(84)는 이 실시형태의 변형형태에서 갭으로 대체될 수 있다.

이상으로 설명된 전자기 변환기는 두개의 주요 자기회로를 갖는다. 제1 및 제2 주자기회로는 각각 제1 및 제2 자속안내각, 제1 및 제2 주자극(80)(82), 제1 및 제2 균등갭형 크라운(62)(64), 회전자(38)의 다극 영구자석(48)의 반, 제2 갭형 크라운(98)과, 최종적으로 제3 주자극(90)으로 구성된다. 이와 같이 제1 및 제2 균등갭형 크라운(62)(64)의 돌출부(70)(72)는 각각 제1 및 제2의 2차 자극(110)(112)을 형성한다. 동일한 방법으로, 제2 주고정자부(8)의 제2 갭형 크라운(98)의 돌출부(96)는 제3의 2차 자극(114)을 형성한다.

이상으로 설명된 전자기 변환기에 있어서, 각 제1 및 제2 균등갭형 크라운(62)(64)의 돌출부(70)(72)가 이루는 각도는 각도값 α의 두배이고 제1 균등갭형 크라운(62)의 돌출부(70)와 제2 균등갭형 크라운(64)의 돌출부(72)가 이루는 각도는 α+ α/2의 정수배와 같다. 제1 균등갭형 크라운(62)의 돌출부(70)가 이를 향하는 N극상에 중첩될 때 이러한 제1 균등갭형 크라운의 다른 모든 돌출부가 이들을 향하는 다극 영구자석(48)의 N극에 중첩되는 한편, 제2 균등갭형 크라운(64)의 각 돌출부(72)는 이를 향하는 다극 영구자석(48)의 N극과 S극상에 동일하게 중첩된다.

이상으로 설명된 전자기 변환기의 작동은 다음과 같다. 제1 권선(28)이 제2 권선(29)과 교대로 여자된다. 권선(28)(29)이 여자될 때, 회전자(38)의 다극 영구자석(48)은 자극(50)이 이러한 권선들이 속하여 있는 주요 자기회로의 돌출부에 정렬되도록 한다. 이와 같이 이러한 전자기 변환기의 스텝핑 작동모드에 있어서는 회전자가 각 스텝을 통하여 α/2 각도 만큼씩 회전한다. 10개 쌍의 자극(50)을 갖는 다극 자석(48)의 경우 회전자(38)는 20 스텝마다 1회전씩 회전할 것이다.

이상으로 설명된 본 발명의 실시형태에 있어서, 회전자(38)가 착설되는 케이지(40)는 하나의 예로써 주어진 것이다. 회전자(38)의 케이지(40)는 원형의 저면부(122)와 측벽(124)으로 이루어지는 제1 부분(120)으로 구성되며, 또한 이러한 케이지(40)는 측면에 개방부(130)가 형성된 중공원통부(128)와 단부플랜지(132)를 포함하는 제2 부분(126)으로 구성된다. 개방부(130)는 동력전달 피니언(136)에 기어가 결합될 수 있도록 제공된 것이다.

회전자의 케이지(40)의 제1 부분(120)은 그 단부의 측면측에 형성된 갭형 크라운(140)으로 구성되고 그 돌출부(142)는 갭형 크라운(60)의 슬로트(74)(76)와 중간슬로트(66)(68)에 일치한다. 슬로트가 제2 주고정자부(8)의 네크부분(91)을 위한 중간슬로트(68)에 일치하는 돌출부에 제공되며 이러한 슬로트는 단부 플랜지(132)의 두께가 부가된 제1 주고정자부(4)의 두께와 같은 깊이를 갖는 케이지(40)의 제1 부분(120)의 갭형 크라운(140)의 다른 슬로트보다 깊게 되어있다. 회전자 케이지 자체의 제2 부분(126)의 단부 플랜지(132)는 회전자 케이지의 제1 부분(120)의 갭형 크라운(140)에 보상적인 갭형 크라운(146)에서 끝나며, 단부 플랜지(132)의 갭형 크라운(146)의 돌출부(148)는 회전자 케이지의 제1 부분(120)의 갭형 크라운(140)의 슬로트에 일치하여 돌출부(142)(148)가 서로 결합될 수 있다. 또한 회전자 케이지의 제1 부분(120)의 저면부(122)에는 요입부(150)가 형성되어 있으며, 이 요입부는 회전자 케이지의 이러한 제1 부분의 저면부(122)에 중첩되는 제2 주고정자부의 윤곽과 일치한다.

제6도에서, 본 발명에 따른 전자기 변환기의 제2 실시형태가 설명될 것이다.

이 전자기 변환기의 고정자(162)는 제1 및 제2 주고정자부(164)(166)로 구성된다. 제1 주고정자부(164)는 제2 주고정자부(166)의 네크부분(170)이 제1 주고정자부(164)와 중첩되는 면을 가지지 않도록 제1 실시형태의 협소대(106)와 자기절연 협빙부(85)가 충분히 넓은 갭(168)으로 대체됨으로서 제1 실시형태와는 구분될 수 있다. 또한 이러한 제1 주고정자부(162)는 내부에 회전자의 다극 영구자석(180)에 대하여 제2 주고정자부(166)의 동체(176)가 배치되는 영역에 인접하고 이에 대향된 영역에 두 자기접촉편(172)(173)이 배치되는 것이 특징이다(도면을 간단히 도시하기 위하여 회전자의 다극 영구자석만이 제6도에 도시되어 있다).

두개의 주고정자부(164)(166)는 원호형태의 각부(178)(179)에 의하여 서로 결합되어 있다. 고정자(162)의 이러한 구성은 비교적 길이가 긴 권선(181)(182)을 갖는 콤팩트한 형태의 전자기 변환기를 제공한다. 아울러, 고정자(162)의 이러한 구성은 이 경우와 같이 비교적큰 다극 영구자석(180)으로 구성된 회전자에 적합하다. 이와 같은 제2 실시형태에서 다극 영구자석(180)은 축방향으로 배향된 30쌍의 자극(186)을 포함하고 각 자극(186)은 동일한 환상섹터를 형성한다.

다시, 제1 주고정자부(162)는 각각 제1 및 제2 균등갭형 크라운(196)(198)의 돌출부에 의하여 헝성된 제1 및 제2의 2차 자극(192)(194)에 자기적으로 결합된 제1 및 제2 주자극(188)(190)을 형성하며, 이러한 제1 및 제2 균등갭형 크라운은 제1 및 제2 중간슬로트(197)(199)에 의하여 서로 분리되어 있다. 제1 변형형태에 있어서, 이들 두 균등갭형 크라운의 각 돌출부는 환상섹터를 형성하고 그 중심각은 다극 영구자석(180)의 자극(186)이 배치되는 환상섹터에 의하여 이루어지는 중심각과 같다. 또한 이들 두 각각의 균등갭형 크라운(196)(198)의 돌출부를 분리하는 슬로트는 중심각이 이들 제1 및 제2 균등갭형 크라운(196)(918)의 돌출부에 의하여 이루어지는 중심각과 동일한 환상섹터를 형성한다.

제2 주고정자부(166)는 동체(176)와, 제3 주자극(202)을 형성하는 네크부분(170)에 의하여 함께 결합되는 링(200)으로 구성된다. 링(200)은 다극 영구자석(180)의 직경과 같은 외경을 가지며, 이 링(200)의 내측 개방부는 이러한 전자기 변환기의 회전자축이 관통할 수 있도록 한다.

본 발명의 제1 실시형태의 경우와 같이, 각 제1 및 제2 주고정자부(164)(166)와 회전자의 다극 영구자석은 평면상의 구조를 가지고 3개의 인접한 평행평면을 가지며, 다극 영구자석(180)의 평면이 다른 두 평면사이에 놓인다.

제7도와 제8도에서, 본 발명에 따른 전자기 변환기의 제3 실시형태가 설명된다.

이 전자기 변환기는 제1 고정자공(214)과 제1 및 제2 주자극(215)(216)이 형성된 제1 고정자부(212)로 구성되는 고정자(210)로 구성되며, 이러한 두 주자극의 각각은 자기접촉편(218)에서 끝나는 니비날개의 형태를 갖는다. 전체적으로 상기 언급된 본 발명의 두 실시형태와 같이, 제1 고정자공(214)은 중앙영역(220)과 제1 고정자공(214)의 윤곽이 제1 갭형 크라운(224)을 형성하는 주연영역(222)으로 구성된다. 다시 이러한 제1 갭형 크라운(224)은 제1 및 제2 균등갭형 크라운(226)(228)으로 구성되고, 이러한 두 균등갭형 크라운은 제1 및 제2 중간슬로트(230)(232)에 의하여 서로 분리되어 있다.

제1 및 제2 주자극(215)(216)을 자기적으로 절연하는 제1 및 제2 협입부(234)(236)가 각각 제1 및 제2 중간슬로트(230)(232)에 인접한 영역에 형성된다. 제1 부분(212)의 구조는 실질적으로 제1 중간슬로트(230)에 인접한 영역과 제2 중간슬로트(232)에 인접한 영역에서 유사하다.

다극 영구자석(238)이 20쌍의 축방향으로 배향된 자극(240)으로 구성되는 경우 제1 및 제2 균등갭형 크라운(226)(228)의 돌출부가 이루는 중심각은 18° 이다. 다극 영구자석(238)의 유효체적을 최대한으로 이용하기 위하여, 제2 중간슬로트(232)를 형성하는 두 돌출부(242)(244)는 제2 중간슬로트(232)가 제2 협입부(236)와 함께 제1 및 제2 주자극(215)(216)을 충분히 절연할 수 있도록 크기가 감소된다. 이와 같이 두 돌출부(242)(244)가 이루는 중심각은 다른 돌출부가 이루는 중심각보다 작다. 제7도의 예에서, 두 돌출부(242)(244)가 이루는 중심각은 14°이다. 제1 갭형 크라운(224)의 이러한 특수 구조는 다극 영구자석(238)과 권선(246)(247)의 상호결합된 자속이 통과하는 2차 자극을 형성하는 돌출부의 수가 최대가 되도록 한다. 따라서, 이러한 구조는 다극 영구자석과 권선사이에 최대 자기결합이 이루어질 수 있도록 한다.

또한 이러한 전자기 변환기는 일측단이 두 자기접촉편(252)에서 끝나고 타측단이 제2 고정자공(255)을 형성하는 자속집속링(254)에서 끝나는 중앙동체(250)로 구성되는 제2 주고정자부(248)로 구성된다. 이러한 링(254)은 제3 주자극(256)을 형성한다. 제2 갭형 크라운(258)이 자속집속링(254)의 내측변부(260)에 인접한 환상영역에 제공된다. 제2 주고정자부의 기준평면에서 제2 갭형 크라운(258)이 돌출된 정도는 제1 주고정자부의 제1 고정자평면(265)에서 제1 갭형 크라운(224)이 돌출된 정도와 동일하다. 그러나, 제1 및 제2 주고정자부(212)(248)가 제1 및 제2 갭형 크라운(224)(258)의 돌출부의 표면이외에 비교적 넓은 중첩면을 가지므로 제2 갭형 크라운(258)의 돌출부(262)의 보다 큰 부분의 두께는 자속집속링(254)의 두께보다 두껍다. 돌출부(262)의 큰 부분은 기준평면에 평행한 이 전자기 변환기의 다극 영구자석(238)이 배치되는 회전자기준평면(266)의 방향으로 제2 주고정자부(248)가 구성되어 있는 기준평면(264)으로부터 돌출되고, 이러한 돌출부(262)의 단부는 다극 영구자석(238)의 평면(266)에 평행한 제2 고정자평면(268)을 형성한다.

설명을 간편히 하기 위하여 다극 영구자석(238)과 회전자(269)의 축선만이 제7도와 제8도에 도시되어 있다.

본 발명에 따른 전자기 변환기의 이러한 제3 실시형태에 달리 변형을 가함이 없이 상기 언급된 본 발명의 제2 실시형태와 유사한 콤팩트한 구조를 얻을 수 있다. 아울러, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 자속집속링은 환상의 갭형 크라운을 포함하지 않으며, 이러한 링은 다극 영구자석(238)과 부분적으로 중첩된다.

제9도와 제10도에서 본 발명에 따른 제4 실시형태가 설명된다.

이 전자기 변환기는 제1 및 제2 주고정자부(274)(276)를 포함하는 고정자(272)로 구성된다. 이 실시형태에 있어서, 변환기는 4개의 주자극으로 구성된다. 제1 및 제2 주고정자부(274)(276)는 각각 제1 및 제2, 그리고 제3 및 제4의 주자극(278)(279)(280)(281)을 형성한다.

이 전자기 변환기의 고정자(272)는 평행한 두 기준평면에 배치되고, 회전자의 다극 영구자석(284)은 이들 두 고정자기준평면사이에서 회전자기준평면(310)에 배치된다. 다시 설명을 간편히 하기 위하여, 다극 영구자석(284)과 회전자의 축선만이 제9도와 제10도에 도시되어 있다. 여기에서 설명되는 제4 실시형태의 변형형태에서, 제1 주고정자부(274)는 전체적으로 제2 주고정자부(276)과 동일하다. 이들 각 주고정자부(274)(276)는 주영부분에 환상의 갭형 크라운(288)을 구성하는 고정자공(286)을 형성한다. 이러한 갭형 크라운(288)은 두 균등갭형 크라운(290)(292)으로 형성되고, 그 돌출부는 제1 및 제2 그리고 제3 및 제4의 2차 자극을 형성한다. 이러한 균등갭형 크라운(290)(292)은 이들 두 균등갭형 크라운(290)(292)을 분리하는 중간슬로트(298)(300)의 영역에 배치된 협입부(294)(296)에 의하여 서로 자기적으로 절연된다.

각 제1 및 제4 그리고 제2 및 제3의 주자극은 각각 권선(316)(318)이 착설되어 있는 각 제1 및 제2 자속안내각(312)(314)에 의하여 자기적으로 결합된다.

이상으로 설명된 변형형태에서, 다극 영구자석은 30쌍의 축방향으로 배향된 자극으로 구성된다. 제1 및 제2 주고정자부(274)(276)사이와 누설자계를 방지하기 위하여 갭형 크라운(288)의 돌출부(302)의 큰 부분이 다극 영구자석(284)이 배치되는 중간평면(310)의 방향으로 각 주고정자부(274)(276)의 각 기준평면(306)(308)으로부터 돌출되어 있으며, 이러한 돌출부(302)의 단부는 회전자기준평면(310)에 평행한 제1 및 제2 고정자평면(312)(314)을 형성한다.

Claims (12)

1. 두개의 자속안내각(12, 13; 178, 177; 312, 314)과 중앙영역(34; 220)과 상기 중앙영역을 둘러싸고 있는 주연영역(35; 222)을 갖는 제1 고정자공(31; 214; 286)을 형성하는 제1 주고정자부(4; 169; 212; 274)로 구성되고 상기 제1 고정자공의 윤곽이 상기 주연영역내에서 제1 고정자평면(6; 265; 312)에 배치되고 슬로트(74, 76, 66, 68; 230,232)에 의하여 분리된 돌출부(70, 72; 242, 244; 302)로 형성된 환상의 제1 갭형 크라운(60; 224; 288)을 형성하는 고정자(2; 162; 210; 272), 상기 제1 고정자평면에 대하여 수직이고 상기 제1 고정자공의 중앙영역을 횡단하는 회전축선(42)을 가지고 각각 상기 회전축선의 둘레에 환상으로 배치되어 회전자기준평면(56; 266; 310)을 형성하는 2 이상의 짝수로 된 쌍극 영구자석을 포함하며 이 쌍극 자석은 상기 회전축선에 평행한 자기축선을 가지고 두 인접한 쌍극 자석이 반대방향의 두 자기축선을 가지며 상기 쌍의 자극이 상기 돌출부의 중첩부분을 향하여 부분적으로 배열되고 상기 회전평면에서 동일한 중심각(α)의 환상섹터(52)를 형성하는 회전자(38)와, 상기 제1 및 제2 자속안내각(12, 13; 178, 179; 312, 314)에 각각 착설된 제1 및 제2 권선(28, 29; 181, 182; 246, 247; 316, 318)으로 구성되는 것에 있어서, 상기 고정자가 상기 쌍의 자극을 향하여 배열된 중첩부분을 가지고 상기 제1 고정자평면에 평행한 제2 고정자평면(10; 268; 314)을 형성하는 제2 주고정자부(8; 166; 248; 276)로 구성되고, 상기 돌출부와 상기 제2 주고정자부의 상기 중첩부분이 각각 상기 기준고정자평면의 제1 측부와 제2 측부에 배치되며 부분적으로 서로 중첩되고, 상기 제1 주고정자부가 제1 및 제2 주자극(80, 82; 188, 190; 215, 216; 278, 279)을 형성하고 상기 제2 주고정자부가 적어도 하나의 제3 주자극(90; 202; 256; 280)을 형성하며, 상기 제1 및 제2 자속안내각이 상기 제1 및 제2 주자극을 상기 제2 주고정자부에 자기적으로 각각 결합하고, 상기 제1 갭형 크라운(60; 224; 288)이 제1 및 제2 중간슬로트(66, 68; 197, 199; 230, 232; 298, 300)에 의하여 서로 분리된 제1 및 제2 균등갭형 크라운(62, 64; 196, 198; 226, 228; 290, 292)에 의하여 형성되며, 상기 각 제1 및 제2 균등갭형 크라운의 돌출부가 상기 각 제1 및 제2 주자극에 자기적으로 결합된 각 제1 및 제2의 2차 자극(110, 112; 192,194)을 형성하고, 상기 각 제1 및 제2 균등갭형 크라운의 두 인접한 돌출부는 상기 중심각(α)의 두배가 되는 중심각으로 서로 분리되어 있는 한편 상기 각 제1 균등갭형 크라운의 상기 돌출부는 상기 중심각(α)과 상기 중심각의 반을 더한 값에 정수배가 되는 중심각의 값으로 상기 각 제2 균등갭형 크라운의 상기 돌출부에 대하여 분리되어 있음을 특징으로 하는 전자기 변환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 고정자부(8; 166; 248)가 두 자기접촉편(93, 94; 252)을 갖는 동체(92; 176; 250)로 구성됨을 특징으로 하는 전자기 변환기.
3. 제2항에 있어서, 상기 동체(176)가 상기 제2 주고정자부(166)의 상기 중첩부분으로 구성되는 자속집속링(200)에 네크부분(170)에 의하여 자기결합됨을 특징으로 하는 전자기 변환기.
4. 제2항에 있어서, 상기 동체(92)가 네크부분(91)에 의하여 환상부(88)에 자기결합되고, 제2 갭형 크라운(98)이 상기 환상부의 외측변부에 형성되고, 이 제2 갭형 크라운과 상기 네크부분(91)의 일부가 제2 주고정자부(8)의 상기 중첩부분으로 구성되며, 상기 제1 갭형 크라운의 돌출부(96)가 이루는 중심각이 상기 제1 갭형 크라운의 상기 돌출부(70, 72)가 이루는 중심각과 동일함을 특징으로 하는 전자기 변환기.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 주자극의 협입부(84)와 자기절연 갭(168)이 각각 제1 중간슬로트(197)의 영역과 제2 중간슬로트(199)의 영역에 형성되고, 제2 주고정자부(166)에 대한 상기 네크부분(91)이 제1 주고정자부(164)와 중첩되는 부분을 가지지 않음을 특징으로 하는 전자기 변환기.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 주고정자부(4, 8; 164, 166)가 평면상이고 각각 상기 제1 및 제2 고정자평면에 대하여 배치됨을 특징으로 하는 전자기 변환기.
7. 제1항에 있어서, 상기 제2 주고정자부(248; 276)가 제2 고정자공(255)을 형성하고 상기 제2 주고정자부의 상기 중첩영역으로 구성된 자속집속부로 구성됨을 특징으로 하는 전자기 변환기.
8. 제7항에 있어서, 상기 제2 고정자공(255)이 환상의 제2 갭형 크라운(258)을 형성하고, 상기 제2 갭형 크라운의 돌출부가 상기 제1 갭형 크라운(224)의 상기 돌출부에 중첩되며 상기 제2 갭형 크라운의 돌출부가 이루는 중심각이 상기 제1 갭형 크라운(224)의 상기 돌출부가 이루는 중심각과 동일함을 특징으로 하는 전자기 변환기.
9. 제7항에 있어서, 상기 제2 주고정자부(276)가 기준평면(308)에 배치되고, 상기 제2 갭형 크라운의 상기 돌출부가 이 기준평면에서 상기 회전자기준평면으로 돌출됨을 특징으로 하는 전자기 변환기.
10. 제1항에 있어서, 상기 제2 주고정자부(276)가 제4 주자극(281)을 형성하고 상기 제3 및 제4 주자극이 상기 제1 및 제2자속안내각(312, 314)에 자기결합됨을 특징으로 하는 전자기 변환기.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 주고정자부(274, 276)가 동일함을 특징으로 하는 전자기 변환기.
12. 제1항에 있어서, 상기 회전자의 상기 쌍극 영구자석(186)의 수가 30쌍임을 특징으로 하는 전자기변환기.