KR100878297B1 - 단순 구조를 갖는 모터 및 그의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 브러시리스 모터 및 그의 제어장치는 고정자가 U상, V상 및 W상 고정자 자극을 구비하되, U상, V상 및 W상 고정자 자극 중 두 개는 U상, V상 및 W상 고정자 자극 중 나머지 하나에 관련된 상 권선이 없는 상 권선을 각각 구비하는 구성을 제안하고 있다. 상기 각 상 권선은 중성점에서 서로 연결되는 단부를 구비한다. 3상 교호 전압은 고정자가 전자기 작용을 갖도록 각 상 권선 및 중성점에 인가되고, 이에 따라 회전자를 회전가능하게 회전시킨다. 상기 고정자 자극은 관련 구성요소들 간에 간섭을 최소화하기 위하여 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있어, 높은 생산성, 높은 효율 및 감소된 토크 리플을 이루며, 조립을 용이하게 한다.

브러시리스모터, 제어장치, 고정자, 회전자, 고정자자극, 전자기작용

Description

단순 구조를 갖는 모터 및 그의 제어장치{MOTOR WITH SIMPLIFIED STRUCTURE AND RELATED CONTROL DEVICE}

도 1은 전기각에 대하여 원주 방향으로 전개된 고정자를 갖는 본 발명의 제1실시 예의 3상 교류 모터를 나타낸 전개도.

도 2는 도 1에 나타낸 제1 실시 예의 3상 교류 모터의 변형 형태를 나타낸 다른 전개도.

도 3은 전기각에 대하여 원주 방향으로 전개된 고정자를 갖는 본 발명의 제2 실시 예의 3상 교류 모터를 나타낸 전개도.

도 4는 도 3에 나타낸 제2 실시 예의 3상 교류 모터의 변형 형태를 나타낸 다른 전개도.

도 5는 전기각에 대하여 원주 방향으로 전개된 고정자를 갖는 본 발명의 제3 실시 예의 3상 교류 모터를 나타낸 전개도.

도 6은 전기각에 대하여 원주 방향으로 전개된 고정자를 갖는 본 발명의 제4 실시 예의 3상 교류 모터를 나타낸 전개도.

도 7은 전기각에 대하여 원주 방향으로 전개된 고정자를 갖는 본 발명의 제5 실시 예의 3상 교류 모터를 나타낸 전개도.

도 8은 도 7에 나타낸 제5 실시 예의 3상 교류 모터의 변형 형태를 나타낸 다른 전개도.

도 9는 도 7에 나타낸 제5 실시 예의 3상 교류 모터의 다른 변형 형태를 나타낸 전개도.

도 10은 도 7에 나타낸 제5 실시 예의 3상 교류 모터의 또 다른 변형 형태를 나타낸 전개도.

도 11은 전기각에 대하여 원주 방향으로 전개된 고정자를 갖는 본 발명의 제6 실시 예의 3상 교류 모터를 나타낸 전개도.

도 12는 각각 제1 및 제2 여자전압을 제공받아 제1 및 제2 여자 전류가 흐르는 한 세트의 권선을 나타낸 개략도.

도 13은 3상 교호 전압이 인가되는 제1 및 제2의 상 권선을 갖는 3상 브러시리스 모터를 나타낸 개략도.

도 14는 제1 및 제2의 상 권선을 갖는 3상 브러시리스 모터를 통해 흐르는 2상 전류와 3상 교호 전압 간의 관계를 나타낸 개략도.

도 15는 제1 및 제2의 상 권선을 갖는 3상 브러시리스 모터를 통해 흐르는 2상의 전류와 3상 교호 전압 간의 관계를 나타낸 개략도.

도 16은 도 13에 나타낸 두 권선을 갖는 3상 교류 모터에 대한 제어장치로서 제공되는 3상 인버터의 회로도.

도 17은 3상 교호 전압에 응답하여 2상 전류가 흐르는 네 개의 권선을 갖는 3상 교류 모터를 나타낸 개략도.

도 18은 본 발명에 따른 제7 실시 예의 4 고정자 자극을 갖는 2상 모터를 나타낸 개략 단면도.

도 19는 전기각에 대하여 원주 방향으로 전개된 고정자를 갖는 도 18에 나타낸 2상 모터의 전개도.

도 20a 내지 도 20c는 도 19에 나타낸 2상 모터의 제1 및 제2 권선 및 고정자 자극의 기본 조립 순서를 개략적으로 나타낸 권선도.

도 21은 도 20c에 나타낸 2상 모터의 변형 형태를 개략적으로 나타낸 권선도.

도 22는 각각 고정자 자극이 형성된 복수의 고정자 코어부재에 형성된 고정자 코어를 개략적으로 나타낸 분해도.

도 23a 내지 도 23c는 고정자 코어부재의 기본 조립 순서를 나타낸 개략도.

도 24는 조립된 상태의 고정자 코어를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 25는 권선 형태 단계를 나타낸 분해 사시도.

도 26은 도 23a 내지 도 23c에 나타낸 브러시리스 모터의 변형 형태를 형성하는 분할식 고정자 코어를 나타낸 개략도.

도 27은 종래 기술의 브러시리스 모터의 개략적인 구성을 나타낸 단면도.

도 28은 도 27에 나타낸 종래 기술의 브러시리스 모터의 개략적인 구성을 나타낸 단면도.

도 29는 도 28에 나타낸 종래 기술의 모터의 고정자 자극과 권선 간의 관계를 나타낸 고정자의 전개도.

도 30은 종래 기술의 다른 브러시리스 모터의 개략적인 구성을 나타낸 단면도.

도 31은 도 30에 나타낸 종래 기술의 고정자 자극과 권선 간의 관계를 나타낸 고정자의 전개도.

도 32는 종래 기술의 다른 모터의 고정자 자극과 권선 간의 관계를 나타낸 고정자의 전개도.

도 33은 종래 기술의 또 다른 모터의 고정자 자극과 권선 간의 관계를 나타낸 고정자의 전개도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 브러시리스 모터 11 ~ 22: 고정자 자극

81, 84: U상 고정자 자극 82, 85: V상 고정자 자극

83, 86: W상 고정자 자극 87: U상 권선

88: W상 권선 A1: 제1상 권선

A2: 제2상 권선 ST: 고정자

본 발명은 모터 차량 및 트럭에 탑재되는 모터 및 그의 제어장치에 관한 것 으로, 구체적으로는 모터 및 이 모터를 제어하기 위한 제어 장치에 관한 것이다.

종래부터 브러시리스 모터를 모터 차량용으로 제공하기 위한 시도는 현재까지 진행되고 있다. 이러한 브러시리스 모터는 각 상에 대하여 집중 권선의 코일을 구비하는 고정자 자극을 포함하며, 이러한 브러시리스 모터의 일 예로서, 일본 특개평 6-261513호에의 도1 내지 도3에 개시되어 있다.

도27은 관련 브러시리스 모터의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이고, 도28은 도27의 AA-AA선에 따른 단면도이다.

도27 및 도28에 나타낸 상기 브러시리스 모터는 4-자극 및 6-슬롯 방식의 브러시리스 모터의 형태로 이루어진다. 상기 브러시리스 모터는 각 상의 코일이 집중된 권선 형태로 권선된 고정자 자극을 구비한 소위 집중 권선으로 구성되는 권선 구조를 갖는 고정자를 포함한다.

상기 브러시리스 모터는 모터 하우징(6)에 의해 지지되고 고정자 권선(5)을 갖는 고정자 코어(4) 및 상기 고정자 코어(4)의 내측에 회전가능하게 배치되는 회전자 코어(2)를 포함한다. 상기 회전자 코어(2)는 그에 장착되는 한 쌍의 베어링(3)에 의하여 모터 하우징(6)에 회전가능하게 지지되는 회전자 샤프트(1)를 구비한다.

상기 고정자 코어(4)는 반경 방향 내측으로 돌출한 제1의 한 쌍의 U상 돌출 자극(TBU1, TBU2), 반경 방향 내측으로 돌출한 제2의 한 쌍의 V상 돌출 자극(TBV1, TBV2), 및 반경 방향 내측으로 돌출한 제3의 한 쌍의 W상 돌출 자극(TBW1, TBW2)을 구비한다. 상기 U상 돌출 자극(TBU1, TBU2)은 U상 권선(WBU1, WBU2)을 갖는다. 상 기 V상 돌출 자극(TBV1, TBV2)은 V상 권선(WBV1, WBV2)을 갖는다. 또한 상기 W상 돌출 자극(TBW1, TBW2)은 W상 권선(WBW1, WBW2)을 갖는다.

도29는 U상, V상 및 W상 간의 배치 관계를 나타내기 위하여 하나의 턴(turn)(1周)에 대하여 원주방향으로 전개한 상태를 갖는 고정자의 전개도이다. 횡축은 720°의 각도로 형성된 하나의 턴을 갖는 전기각으로 표현한 것이다.

도29에 나타낸 바와 같이, 상기 U상 권선(WBU1, WBU2)은 서로 전기적으로 접속된다. 상기 V상 권선(WBV1, WBV2)은 서로 전기적으로 접속된다. 또한 상기 W상 권선(WBW1, WBW2)은 서로 전기적으로 접속된다. 상기 U상 권선(WBU2), 상기 V상 권선(WBV2) 및 상기 W상 권선(WBW2)은 중성 접합점(neutral junction)(N)에서 스타 연결로 접속된다.

도27 및 도28에 나타낸 바와 같이, 상기 회전자 코어(2)는 각각 N극으로 자화되는 영구 자석(7) 및 각각 S극으로 자화되는 영구 자석(8)을 갖는 외연을 구비하며, 이 영구자석들은 회전자 코어(2)의 외연에 번갈아 배치된다. 이러한 구조로 형성된 브러시리스 모터는 현재 산업용 및 가정용으로 널리 사용되고 있다.

미국특허출원 제2005/0188843호 공보에는 다른 방식의 3상 교류 모터를 제안하고 있다.

도30은 4 자극 12 슬롯의 3상 교류 모터를 나타내는 단면도이다. 도31 및 도32는 도 30에 나타낸 고정자의 내연 영역으로부터 바라본 고정자 자극의 형상과 고정자 자극에 구비되는 권선 간의 관계를 나타낸 배치도로서, 횡좌표는 원주방향의 전기각으로 나타내고, 직선형태로 전개하여 나타낸 배치도이다. 상기 3상 교류 모 터는 4 자극을 갖기 때문에, 상기 고정자의 전체 원주는 0°부터 720°까지의 전기각으로 표시된다.

도31은 고정자 권선이 중첩 권선 형태로 배치되는 예시를 나타낸 것이고, 도32는 고정자 권선이 파형 권선 형태로 배치되는 다른 예시를 나타낸 것이다.

도30에 나타낸 바와 같이, 종래 기술의 3상 모터(M)는 모터 하우징(6)에 고정 지지되고, 반경 방향 내측을 향하는 복수의 고정자 자극(11 내지 22)이 형성된 내주연을 갖는 고정자(S), 상기 고정자 자극(11 내지 22)에 권선되는 고정자 권선(SW) 및 N극(7)과 S극(8)이 교대로 형성된 외연을 갖는 회전자(2)를 포함한다. 도1a에 나타낸 바와 같이, 상기 고정자(6)는 고정자 자극(11 내지 22)에 각각 원주방향으로 인접하게 형성되는 슬롯(S11 내지 S22)을 구비한다.

도30 및 도31에 나타낸 바와 같이, 슬롯 S22와 S16은 내부에 U상 권선 23과 29를 수용하고, 슬롯 S13과 S19는 역 U상 권선 26과 32를 수용한다. 유사하게, 슬롯 S12와 S18은 내부에 V상 권선 25과 31를 수용하고, 슬롯 S15과 S21는 역 V상 권선 28과 34를 수용한다. 또한 슬롯 S14와 S20은 내부에 W상 권선 27과 33을 수용하고, 슬롯 S17과 S11는 역 W상 권선 30과 24를 수용한다.

도32에 나타낸 모터(MA)는 도 30 및 도 31에 나타낸 모터(M)와 권선 형태에 있어 다르지만, 도32에서 각 슬롯에서의 각 권선은 도30 및 도31에 나타낸 고정자의 각 슬롯에서의 각 권선의 턴수와 동일한 턴수를 갖는다. 이러한 모터(M 및 MA)에서, 상기 U상, V상 및 W상 권선에 3상 교류 여자전류가 동일 방식으로 인가되면, 이 두 모터(M 및 MA)는 동일한 전자기 작용으로 토크 출력을 발생하고, 이에 따라 동일 방식으로 구동된다.

도33은 회전자(미도시)의 외연으로부터 바라볼 때 대체로 삼각형으로 각각 형성된 고정자 자극을 갖는 고정자(SB)를 구비한 3상 교류 모터(MB)의 다른 예시를 나타낸 것이다. 상기 고정자(SB)는 0°부터 720°까지의 전기각으로 전개된 형태로 도33에 표시된 바와 같이 삼각형 고정자 자극(11a 내지 22x)을 구비한다. 상기 고정자(SB)는 U상 권선(23x, 29x) 및 역 U상 권선(26x, 32x)을 포함한다. 유사하게, 상기 고정자(SB)는 V상 권선(25x, 31x) 및 역 V상 권선(28x, 34x)을 포함한다. 또한 상기 고정자(SB)는 W상 권선(27x, 33x) 및 역 W상 권선(30x, 24x)을 포함한다.

상기 고정자(SB)는, 도32에 나타낸 모터(MA)의 고정자(SA)와 비교해 볼 때 그 고정자(SB)의 고정자 권선이 사다리꼴 구성으로 배치되는 반면, 고정자(SA)의 고정자 권선은 사각형 구성으로 배치되는 점에서 다르다. 도33에 나타낸 모터(MB)의 고정자 권선은 두 상의 코일 단부의 권선 사이에서 작은 중첩 영역이 발생되어 권선의 길이가 짧아질 수 있으며, 각 권선은 둔각으로 벤딩된다는 점에서 특징을 갖는다. 이는 권선의 코일 단부를 최소화할 수 있고, 권선의 제작을 용이하게 하며, 생산 비용을 절감할 수 있게 한다. 또한 이러한 모터는 고정자가 원주방향으로 비스듬하게 이루어지는 효과를 갖는 장점이 있다.

도27 및 도28에 나타낸 종래의 브러시리스 모터는 소위 집중 권선 구성을 갖는 3상 교류 모터이다. 상기 모터의 권선은 각 고정자 자극에 권선되어야만 하기 때문에, 모터의 구성을 복잡하게 한다. 또한, 상기 모터의 권선은 슬롯의 후방에 위치될 필요가 있어 모터 권선을 권선하는데 있어 생산성을 저하시키는 원인이 된 다. 또한 이러한 구성으로 인하여, 모터의 소형화, 고효율화, 저비용화가 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 고정자는 360°의 전기각에서 단지 3개의 돌출 자극을 갖고 형성되는 구성이기 때문에, 상기 모터에서 고정자는 회전 자계를 정밀하게 발생하기 위한 사인파형으로 기자력(magnetomotive force)을 발생하는데 어려움이 따른다. 이는 동위상 릴럭턴스(synchronous reluctance) 모터, 자기저항을 이용하는 다양한 모터 또는 인덕션 모터에 상기한 구성을 적용하는데 어려움이 있다.

또한, 도30 및 도31에 나타낸 중첩 권선으로 형성된 모터의 권선을 갖는 고정자는 풀-피치(full-pitch) 권선 및 분포된 권선으로 형성될 수 있어, 고정자는 완만한 사인파형으로 기전력을 발생시킬 수 있다. 그러나, 상기 권선은 개방부를 통해 각 슬롯으로 삽입될 필요가 있어 권선의 공간 점유율(space-occupation ratio)을 감소시키는 문제가 발생한다. 또한 상기 권선의 코일 단부는 축방향 길이가 길게 연장되어 모터의 소형화를 어렵게 하는 문제를 발생시킨다. 또한, 권선의 생산성이 저하되는 문제도 발생한다. 도32에 나타낸 파형 권선으로 형성된 모터 권선을 갖는 고정자는 도31에 나타낸 고정자가 갖는 문제와 동일한 문제를 갖는다.

따라서, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 권선의 단순화에 의해 모터 구성을 단순화할 수 있고, 권선의 구성 및 배치를 조립이 용이한 권선 구조로 할 수 있는 모터를 제공하는데 목적이 있다. 이는 모터를 높은 생산성으로 제작할 수 있고, 단순화된 제조 방법을 이룰 수 있다. 이는 모터가 향상된 권선의 공간 점 유율을 구비할 수 있고, 또한 효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 효과들에 따라 본 발명은 향상된 생산성, 소형화, 고효율화 및 저비용화를 달성할 수 있는 모터를 제공할 수 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1관점은 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선으로부터 선택되는 제1의 상 권선을 구비하는 제1상 고정자 자극과, 상기 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선으로부터 선택되는 제2의 상 권선을 구비하는 제2상 고정자 자극, 및 상기 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선으로부터 선택되는 제3의 상 권선이 없는 제3상 고정자 자극을 포함하는 고정자; 및 상기 고정자의 고정자 자극 내측에 회전가능하게 지지되는 회전자를 포함하는 3상 교류 모터를 제공한다. 상기 제1 및 제2의 상 권선은 상기 회전자가 구동됨에 따라 상기 고정자가 3상 교류의 전자기 작용을 발생시키도록 3상 교류 전류를 합성함으로써 얻어진 여자 전류가 통전된다.

상기 3상 교류 모터의 구성에 따르면, 상기 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선에서, 하나의 상 권선이 제거되고, 이에 따라 고정자의 권선 구성이 보다 단순화된다. 예를 들면, 상기 V상 권선 없이 U상 권선 및 W상 권선 만으로 형성되는 고정자를 통해, 상기 U상 권선은 U상 전류(Iu)와 네거티브 포텐셜의 V상 전류(-Iv)가 통전되고, 상기 W상 권선은 W상 전류(Iw)와 네거티브 포텐셜의 V상 전류(-Iv)가 통전된다. 이는 상기 U상 권선 및 W상 권선이 V상 권선의 여자 전류를 위한 전자기 작 용을 발생시키도록 한다. 이러한 권선 구성은 중첩 권선, 파형 권선 또는 소위 집중 권선 형태로 고정자에 권선되는 다중 권선을 갖는 모터 구성에 적용될 수 있다.

전술한 권선 구성을 통해, 상기 U상 권선 및 W상 권선의 각 여자 전류는 통상적인 3상 브러시리스 모터의 상 권선 전류의 1.732배이고, 단순히 생각해 볼 때, 모터의 구리 손실을 2배의 값으로 증가시킨다. 그러나, V상 권선의 제거로 빈 공간을 효과적으로 이용할 수 있고, 권선의 단순화로 공간 점유율을 증가시킴으로써, 본 발명의 3상 모터는 동등한 정도의 구리 손실을 갖는다. 또한, 이러한 단순화된 권선 구성은 모터의 생산성을 향상시킨다.

또한, 파형 권선 구성을 갖는 고정자를 통해, 권선의 배치방향을 전환시킬 수 있어, 모터를 보다 용이하게 조립할 수 있다. 또한, 이러한 권선 구성은 관련 구성요소들 간에 간섭을 발생시키지 않거나 최소한의 간섭으로 회전자의 축방향으로 고정자를 위치시킬 수 있어 고정자를 용이하게 조립할 수 있다. 단순화된 권선 형태로 제작되는 권선을 통해, 상기 모터는 높은 공간 점유율을 갖고 배치되는 권선을 높은 생산성을 갖고 제조될 수 있다.

한편 모터는 통상적으로 스타 연결로 배치되는 권선을 갖는 경우가 많지만, 고정자는 델타 권선의 V상 권선이 제거되는 권선 구조의 형태를 이룰 수 있다. 이는 산업용 또는 가정용으로 널리 사용되는 3상 인버터를 높은 효율로 이용할 수 있도록 한다. 또한, 상기 모터는 세 개의 상 전류(Iu, Iv, Iw)가 자유로이 제어될 수 있는 세 개의 단자를 갖는다. 이는 3차 고주파 전류의 제어 등, 스타 연결로 설계된 종래 기술의 모터에서 달성되기 어려운 전류 제어를 실행할 수 있다.

또한, 본 발명의 장점에 어떠한 영향을 주지 않고, 권선의 코일 단부가 고정자 코어의 두 단면으로부터 회전자의 축방향으로 돌출되지 않는 구성을 갖는 3차원 코어로 고정자 코어를 변형시킬 수 있다.

본 발명의 제2 관점은, 대략 삼각형 및 대략 사다리꼴 형상 중 하나로 각각 형성되는 고정자 자극을 구비하며, 상기 고정자 자극에 각각 A상 권선과 B상 권선이 파형 권선 형태로 각각 권선되는 고정자; 및 상기 고정자의 고정자 자극 내측에 회전가능하게 배치되는 회전자를 포함하는 2상 교류 모터를 제공한다.

이러한 2상 교류 모터에 따르면, 상기 권선은 작은 벤딩각으로 형성될 수 있어, 권선의 제조를 용이하게 하고, 권선을 고정자에 용이하게 조립할 수 있도록 한다. 또한, 이러한 권선 구성은 코일 단부의 사이즈를 감소시키고, 이에 따라 권선의 제조를 용이하게 하고, 권선의 사이즈를 소형화하며, 저비용으로 모터를 생산할 수 있도록 한다.

본 발명의 제3 관점은 U상 권선을 구비하는 U상 고정자 자극과, W상 권선을 구비하는 V상 고정자 및 W상 고정자 자극이 형성되며, 중성점에서 서로 연결되는 단부를 갖는 제1 및 제2의 상 권선을 갖는 고정자를 포함하는 브러시리스 모터의 제어장치를 제공한다. 상기 제1 및 제2의 상 권선이 연결되는 상기 중성점에 연결되는 제1 출력 단자, 상기 제1의 상 권선에 연결되는 제2 출력 단자, 및 상기 제2의 상 권선에 연결되는 제3 출력 단자를 구비하는 3상 인버터를 포함한다.

이러한 제어 장치에 따르면, 브러시리스 모터는 3상 여자 전류에 의해 고효율로 구동될 수 있고, 3상 권선 중 하나의 상 권선이 제거됨으로써 모터를 단순하 게 형성시킬 수 있도록 한다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

이하 본 발명에 따른 다양한 실시 예의 모터 및 관련 제어장치를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 후술할 실시 예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 공지의 기술 및 이러한 공지 기술과 동등한 기능을 갖는 다른 기술과 조합되어 구현될 수 있다.

아래의 설명에서, 동일 참조 부호는 여러 도면들에 걸쳐 동일하거나 대응하는 부분을 나타낸다. 또한 아래의 설명에서, 다른 실시 예의 구성요소가 일 실시 예의 구성요소와 동일한 경우 그 설명은 생략하며, 동일 참조 부호는 도면 전반에 걸쳐 동일 구성요소를 나타낸다.

이하 본 발명의 제1 실시 예의 브러시리스 모터를 도1을 참조하여 설명한다. 브러시리스 모터(10)는 도1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 본질적인 특징을 제외하고는 도30 및 도31에 나타낸 4 자극 3상 모터(M)과 동일한 기구적 구성을 가지며, 도30 및 도31에 나타낸 모터의 구성요소와 동일한 구성요소는 동일 참조 부호를 부여한다.

본 발명은 도30 및 도31에 나타낸 고정자(S)의 3상 권선(23, 24, 25) 중에서 하나의 상의 권선이 제거되는 점에서 본질적인 특징부를 갖는다. 예를 들면, V상 권선이 제거될 수 있다. 이 경우, 권선(25, 28, 31, 34)이 도31에 나타낸 고정자(S)로부터 제거된다. 이러한 권선 구성 하에서, U상 권선은 U상 전류(Iu)와 V상 전류(-Iv)의 합인 Iu-Iv의 여자 전류가 흐른다. 동일하게, 상기 W상 권선은 W상 전류(Iw)와 V상 전류(-Iv)의 합인 Iw-Iv의 여자 전류가 흐른다. 상기 V상 권선이 없이 이러한 여자 전류가 흐르는 U상 권선 및 V상 권선을 통해, 본 실시 예의 모터(10)는 도30 및 도31에 나타낸 3상 모터의 전자기 작용과 동일한 3상 교호의 전자기 작용을 발생시킨다.

도1은 본 실시 예의 파형 권선 방식의 모터의 예시적인 구성을 나타낸 것이다. 본 실시 예의 모터(10)는 도32에 나타낸 고정자(SA)와 동일한 구성을 갖는 고정자(ST)를 포함하며, 권선(24, 28, 31, 34)이 도32에 나타낸 파형 권선에서 제거되는 점에서 다르다.

보다 구체적으로, 본 실시 예의 모터(10)의 고정자(ST)는 반경 방향 내측을 향하는 복수의 고정자 자극(11 내지 22)이 형성된 내주연, 슬롯(S22, S13, S16, S19)에 각각 수용되는 권선(23, 26, 29, 32)으로 구성되는 제1상의 권선(A1), 슬롯(S11. S14, S17, S20)에 각각 수용되는 권선(24, 27, 30, 33)으로 구성되는 제2상의 권선(A2), 고정자(ST) 내측에 회전가능하게 지지되고 N극 및 S극으로 자화되는 4 자극의 영구 자석이 제공된 외주연을 갖는 회전자(미도시)를 구비한다.

그러므로, V상 권선에 대응하는 상 권선은 상기 고정자(ST)에 권선되지 않는다.

도1에서, 횡 좌표는 전기각으로 표시한 것이며, 720°의 전기각으로 1회 턴(1周)을 갖는다.

여기에서 본 실시 예의 모터(10)는 V상 권선이 제거된 실시예시를 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이러한 예시적 구성에 한정되지 않는다. 그 변형 예로 V상 권선 대신에 U상 권선 또는 W상 권선이 제거될 수도 있다.

(제1실시 예의 변형 형태)

도2는 도1에 나타낸 모터(10)의 고정자 권선의 변형 형태에서의 고정자 권선의 예시적인 배선도를 나타낸 것이다.

도2에 나타낸 변형된 권선 형태에서, W상 권선(A2)의 권선(24, 27, 30, 33)은 도1에 나타낸 W상 권선(A2)의 권선(24, 27, 30, 33)과 반대되는 권선 방향으로 권선된다. 따라서, 상기 W상 권선은 권선부(24, 27, 30, 33)를 통해 동일한 전류가 흐르도록 반대의 배선 연결로 접속된다. 도1 및 도2에 나타낸 권선 구성은 다른 간섭 결과를 갖게 되고, 이에 따라 상기 권선 구성은 제작 방법에 따라 선택될 수 있다.

(제2 실시 예)

이하 본 발명에 따른 제2 실시 예의 브러시리스 모터(10A)를 도3을 참조하여 설명한다.

본 실시 예의 브러시리스 모터(10A)에서, 고정자(STA)는 그 고정자(STA)의 공통의 원주 라인에 교호로 배치되는 삼각형 고정자 자극을 갖고 각각 삼각형상으로 동일 위치에 형성된 원주방향으로 이격된 고정자 자극(40 내지 51)을 구비한다. 상기 고정자(STA)는 인접하는 고정자 자극 사이에 각각 형성되는 슬롯(S30 내지 S51)을 갖는다.

본 실시 예의 브러시리스 모터(10A)에서, 상기 고정자(STA)는 U상 권선(53) 및 W상 권선(54)을 포함하며, V상 권선은 포함하지 않는다.

보다 구체적으로, 도3에 나타낸 바와 같이, 상기 U상 권선(53)은 슬롯(S40)에 수용되는 권선(53a), 슬롯(S43)에 수용되는 권선(53b), 슬롯(S46)에 수용되는 권선(53c) 및 슬롯(S49)에 수용되는 권선(53d)을 갖는다. 유사하게, 상기 W상 권선(54)은 슬롯(S41)에 수용되는 권선(54a), 슬롯(S44)에 수용되는 권선(54b), 슬롯(S47)에 수용되는 권선(54c) 및 슬롯(S50)에 수용되는 권선(54d)을 갖는다.

도3에 나타낸 바와 같이, 상기 고정자(STA)의 슬롯(S42, S45, S48, S51)에는 V상 권선에 대응하는 제3의 상 권선은 권선되지 않는다.

도3에서, 횡 좌표는 전기각으로 표시한 것이며, 720°의 전기각으로 1회 턴(1周)을 갖는다.

전술한 구성을 통한 본 실시 예의 모터(10A)는 여러 작용 효과를 갖는다. 즉, U상 권선 및 W상 권선(54)은 각각 작은 벤딩각으로 벤딩되기 때문에, 상기 고정자 권선은 용이하게 제작될 수 있다. 또한, 상기 U상 권선(53) 및 W상 권선(54)는 각각 최소화된 코일 단부를 가지며, 이에 따라 고정자 권선을 소형 및 저비용으로 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 본 실시 예의 모터(10A)는 고정자가 원주방향으로 기울어지는 효과를 갖는 전자기적 작용을 갖는다. 이는 토크 리플(ripple)을 현저히 감소시켜 최소화된 코깅 토크(cogging torgue)를 가지며, 이에 따라 모터는 작은 진동을 갖고 부드러운 동작을 실현할 수 있다.

또한 상기 고정자(6A)의 삼각형 고정자 자극은 다양한 구성으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 고정자(6A)의 삼각형 고정자 자극은 각각 사다리꼴 형상으로 변경 될 수 있다. 또한 상기 고정자(STA)의 삼각형 자극은 필요 시 라운드되는 코너부를 가질 수 있다.

또한, 권선이 없는 슬롯(S42)에 인접한 고정자 자극(42, 43), 권선이 없는 슬롯(S45)에 인접한 고정자 자극(45, 46), 권선이 없는 슬롯(S48)에 인접한 고정자 자극(48, 49) 및 권선이 없는 슬롯(S51)에 인접한 고정자 자극(51, 40)은 도4에 나타낸 바와 같이 마름모꼴 형상으로 결합된 고정자 자극으로 병합할 수 있다.

(제3 실시 예)

이하 본 발명에 따른 제3 실시 예의 브러시리스 모터(10B)를 도5를 참조하여 설명한다.

본 실시 예의 브러시리스 모터(10B)에 따르면, 고정자(STB)는 U상 입력 단자에 연결되는 입력부를 구비한 U상 코일(TBU1)을 가지며, 서로 전기적으로 접속된 U상 코일(TBU1, TBU2)로 구성되는 U상 권선, 및 W상 입력 단자에 연결되는 입력부를 구비한 W상 코일(TBW1)을 가지며, 서로 전기적으로 접속된 W상 코일(TBW1, TBW2)로 구성되는 W상 권선과 같은 집중 권선을 포함한다.

상기 U상 권선 코일(TBU2) 및 W상 코일(TBW2)은 각각 V상 단자에 연결되는 출력 단자를 갖는다. 이러한 본 실시 예의 고정자(STB)를 갖는 회로도에 따르면, 상기 U상 코일(TBU1)은 시계방향으로 권선된다. 반면, 3상 권선을 포함하는 도29에 나타낸 종래 기술의 브러시리스 모터에 따르면, 상기 U상 코일(TBU1)은 반시계방향으로 권선된다.

(제4 실시 예)

본 발명에 따른 제4 실시 예의 브러시리스 모터(10C)를 도6을 참조하여 설명한다. 본 실시 예의 브러시리스 모터(10C)는 도27 내지 도29에 나타낸 종래 기술의 모터와 동일한 구성을 갖지만, 파형 권선 형태로 형성된 고정자 권선이 통합된 고정자(STC)에 있어 다르다.

즉, 상기 고정자(STC)는 내측으로 돌출하는 한 쌍의 제1의 U상 돌출 고정자 자극(61, 64), 내측으로 돌출하는 한 쌍의 제2의 V상 돌출 고정자 자극(62, 65), 내측으로 돌출하는 한 쌍의 제3의 W상 돌출 고정자 자극(63, 66), 및 N극의 영구자석과 S극의 영구자석을 갖고 내부에서 회전가능하게 지지되는 회전자를 포함한다.

본 실시 예의 브러시리스 모터(10C)에 따르면, U상 권선(67), V상 권선(68) 및 V상 권선(69)은 파형 권선 형태로 고정자(STC)의 관련된 돌출 고정자 자극에 권선된다.

보다 구체적으로, 상기 U상 권선(67)은 고정자 자극(61)에 권선되는 제1 권선부(67a) 및 고정자 자극(64)에 권선되는 제2 권선부(67b)를 포함한다. 상기 V상 권선(68)은 고정자 자극(62)에 권선되는 제1권선부(68a) 및 고정자 자극(65)에 권선되는 제2 권선부(68b)를 포함한다. 상기 W상 권선(69)은 고정자 자극(63)에 권선되는 제1 권선부(69a) 및 고정자 자극(66)에 권선되는 제2 권선부(69b)를 포함한다.

이러한 브러시리스 모터(10C)의 구성을 통해 상기 고정자(STC)의 고정자 권선은 도29에 나타낸 고정자와 동일한 기능을 갖는다.

본 발명에 따른 제5 실시 예의 브러시리스 모터(10D)를 도7을 참조하여 설명 한다.

본 실시 예의 브러시리스 모터(10D)에 따르면, 고정자(STD)는 도6에 나타낸 고정자의 구성으로부터 V상 권선(68)은 제거되고, U상 권선(67) 및 W상 권선(69) 만을 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 U상 권선(67)은 각각 U상 고정자 자극(61, 64)에 권선되는 제1 및 제2 권선부(67a, 67b)를 포함한다. 상기 W상 권선(69)은 각각 W상 고정자 자극(63, 66)에 권선되는 제1 및 제2 권선부(69a, 69b)를 포함한다. 그러므로, 상기 V상 고정자 자극(62, 65)은 도6에 나타낸 V상 권선(68)을 형성하는 권선부는 구비하지 않는다.

상기 고정자 권선에서 상기 V상 권선(68)은 제거되고, U상 권선(67) 및 W상 권선(69) 만을 포함하는 도7에 나타낸 브러시리스 모터(10D)의 권선 배열에 따르면, 상기 U상 권선(67)은 제거된 V상 권선과 관련된 V상 여자 전류에 관한 전류 보상 인자가 통합되는 교류 여자 전류, 즉 U상 여자 전류(Iu) 및 네거티브 포텐셜의 V상 여자 전류(-Iv)의 합과 동일한 전체 값(Iu-Iv)의 교류 여자 전류가 인가된다. 유사하게, W상 권선은 제거된 V상 권선과 관련된 V상 여자 전류에 관한 전류 보상 인자가 통합되는 교류 여자 전류, 즉 W상 여자 전류(Iw) 및 네거티브 포텐셜의 V상 여자 전류(-Iv)의 합과 동일한 전체 값(Iw-Iv)의 교류 여자 전류가 인가된다.

상기 제거된 상 권선(V상 권선)과 관련된 전류 보상 인자를 포함하는 이러한 교류 여자 잔류가 인가되는 U상 권선 및 W상 권선에 의해, 본 실시 예의 모터(10D)는 도6에 나타낸 3상 브러시리스 모터와 동일한 기능으로 전자기적으로 동작한다.

(제5 실시 예의 제1 변형 형태)

도8은 도7에 나타낸 제5 실시 예의 브러시리스 모터(10D)의 제1 변형 형태를 나타낸 전개도이다.

이러한 변형 형태로서, 브러시리스 모터(10E)는 V상 권선은 제거되고 U상 권선(67E) 및 W상 권선(69E)을 구비하는 고정자(STE)를 구비한다. 이러한 변형의 브러시리스 모터(10E)는, W상 권선(69)의 권선부(69a)가 도7의 고정자 자극(63)에 권선되는 방향과 반대 방향으로 고정자 자극(63)에 권선되는 권선부(69Ea)를 W상 권선(69E)가 갖는다는 점에서 도7에 나타낸 브러시리스 모터(10D)와 다르다.

도8에 나타낸 브러시리스 모터의 고정자(STE)는, W상 권선(69E)이 U상 권선(67E)을 가로지르는 권선을 구비하지 않는다는 점에서 도7에 나타낸 브러시리스 모터(10D)의 고정자(STD)의 구성에 비해 우수하다. 따라서, 상기 두 권선(67E, 69E) 사이의 영역에서 회전자의 축방향으로 간섭이 존재하지 않으며, 이는 U상 권선과 W상 권선의 용이한 조립성을 제공할 수 있다.

도9는 도7에 나타낸 제5 실시 예의 브러시리스 모터(10D)의 제2 변형 형태를 나타낸 전개도이다.

이러한 변형 형태에 따르면, 브러시리스 모터(10E)는 소정각도로 기울어진 고정자 자극(71 내지 76)을 구비하는 고정자, 및 V상 권선은 제거되고 U상 권선(77) 및 W상 권선(78)으로 구성되는 고정자 권선을 포함한다. 상기 U상 권선(77) 및 W상 권선(78)은 도8에 나타낸 바와 같은 동일한 파형 권선 형태로 고정자(STF)에 권선된다.

보다 구체적으로, 상기 U상 권선(77)은 U상 고정자 자극(71, 74)에 각각 권선되는 제1 및 제2 권선(77a, 77b)을 갖는다. 유사하게, 상기 W상 권선(78)은 W상 고정자 자극(73, 76)에 각각 권선되는 제1 및 제2 권선(78a, 78b)을 포함한다.

도10은 도9에 나타낸 브러시리스 모터(10F)의 변형 형태를 나타낸 전개도이다.

이러한 변형 형태에 따르면, 브러시리스 모터(10G)는 고정자(STG)의 원주방향으로 교대로 배치되는 사다리꼴 고정자 자극(81, 83, 84, 86) 및 마름모꼴 고정자 자극(82, 85)을 구비하는 고정자(STG)를 포함한다. 상기 고정자(STG)는 V상 권선은 제거되고 U상 권선(87) 및 W상 권선(88)으로 구성되는 고정자 권선을 더 포함한다.

도10에 나타낸 브러시리스 모터의 고정자(STG)에 따르면, 상기 U상 권선(87)은 각각 사다리꼴 U상 고정자 자극(81, 84)에 권선되는 제1 및 제2 권선(87a, 87b)을 갖는다. 유사하게, 상기 W상 권선(88)은 각각 사다리꼴 W상 고정자 자극(83, 86)에 권선되는 제1 및 제2 권선(88a, 88b)을 포함한다. 상기 마름모꼴 고정자 자극(82, 85)은 V상 고정자 자극으로서 작용한다.

도10에 나타낸 브러시리스 모터(10G)에 따르면, 상기 U상 권선(87) 및 W상 권선(88)은 각각 도8 및 도9에 나타낸 모터(10E, 10F)의 고정자 구성과 다르게 둔각으로 벤딩된 코일 단부를 구비한다. 이는 최소화된 사이즈로 형성되는 코일 단부를 갖기 때문에 권선의 용이한 제작을 가능하게 한다. 그러므로, 상기 고정자 권선은 최소화된 사이즈 및 저비용으로 용이하게 제작될 수 있다.

또한 상기 브러시리스 모터(10G)는 구성적으로 고정자가 원주방향으로 기울어지는 고정자와 동일한 기능을 발생하도록 하는 전자기적 기능을 갖는다. 이는 모터의 리플 토크를 감소시키고, 보다 부드러운 모터의 동작을 실현할 수 있도록 한다. 또한 다른 구성으로써 각 고정자 자극의 코너부는 완만한 형태로 형성될 수 있다.

또한 상기 U상 권선(87) 및 W상 권선(88)은 회전자의 축방향으로 서로 상호 영향을 미치는 부분을 구비하지 않아, 관련 구성요소 간에 어떠한 간섭도 발생시키지 않고 회전자의 축방향을 따라 연속하여 이들 두 권선을 용이하게 조립할 수 있다.

(제6 실시 예)

본 발명에 따른 제6 실시 예의 3상 브러시리스 모터를 도11을 참조하여 설명한다. 본 실시 예의 3상 브러시리스 모터(10H)는 집중 권선 구성과 통합되는 파형 권선 패턴을 포함하는 구성의 형태로 이루어진다.

보다 구체적으로, 도11에 나타낸 3상 브러시리스 모터(10H)에 따르면, 고정자(SPH)는 그 고정자(STH)의 원주방향으로 교대로 배치되는 사다리꼴 고정자 자극(91, 93, 94, 96) 및 마름모꼴 고정자 자극(92, 95)을 포함한다. 또한 상기 고정자(STH)는 V상 권선은 제거되고 U상 권선(97) 및 W상 권선(99)을 포함하는 고정자 권선을 포함한다.

도11에 나타낸 3상 브러시리스 모터(10H)의 고정자(STH)에 따르면, 상기 U상 권선(97)은 각각 사다리꼴 U상 고정자 자극(91, 94)에 권선되는 제1 및 제2 권 선(97a, 97b)을 구비한다. 유사하게, 상기 W상 권선(99)은 각각 사다리꼴 W상 고정자 자극(93, 96)에 권선되는 제1 및 제2 권선(99a, 99b)을 구비한다. V상 권선(98)은 마름모꼴 V상 고정자 자극(92, 95)에 권선되는 제1 및 제2 권선(98a, 98b)을 구비한다. 이러한 고정자 구성에 따르면, 상기 U상 권선(97) 및 W상 권선(99)은 파형 권선 형태로 권선되고, V상 권선(98)은 집중 권선 패턴으로 권선된다. 상기 U상 고정자 자극(91, 94) 및 W상 고정자 자극(93, 96)은 사다리꼴 형상을 갖기 때문에, 상기 U상 고정자 자극(91, 94) 및 W상 고정자 자극(99)은 파형 권선 형태로 권선된다. 반면, 상기 V상 고정자 자극(92, 95)은 마름모꼴 형상으로 형성되기 때문에, 상기 V상 권선(98)은 집중 권선 형태로 권선된다.

그러므로, 상기 3상 브러시리스 모터(10H)의 고정자(STH)는 뛰어난 장점을 이용할 수 있는 파형 권선 형태와 집중 권선 형태가 통합된 3상 권선을 이용할 수 있다. 또한 상기 3상 권선은 회전자의 축 방향으로 서로 교차하는 부분을 갖지 않는다. 이는 관련 구성요소 간에 어떠한 간섭을 발생시키지 않고 회전자의 축 방향을 따라 고정자(STH)에 3상 권선의 연속적인 조립성을 향상시킬 수 있다.

도5 및 도7 내지 도10에 나타낸 브러시리스 모터(10B, 10D, 10E, 10F, 10G)는 후술할 구성으로 변형될 수 있다.

즉, 브러시리스 모터의 변형 구성으로서, 고정자는 U상 권선에 인접하게 위치되는 제1의 V상 권선 및 W상 권선에 인접하게 위치되는 제2의 V상 권선을 포함할 수 있다.

이러한 권선 구성에서, 상기 U상 권선은 U상 여자 전류(Iu)가 인가되고, 상 기 제1의 V상 권선 및 제2의 V상 권선은 네거티브 포텐설의 V상 여자 전류(-Iv)가 인가되며, 상기 W상 권선은 W상 여자 전류(Iw)가 인가된다. 이러한 권선 구성은 4-배선 타입을 갖는 3상 모터의 구성으로 이루어진다. 이러한 4-배선 타입을 갖는 3상 모터는 도29 또는 도6에 나타낸 3상 모터와 동일한 전자기 작용을 이룰 수 있다.

전술한 3상 모터는 증가된 개수의 권선을 갖지만, 상기 고정자는 회전자의 축방향으로 서로 교차하는 권선을 갖지 않는 구성으로 형성될 수 있다. 이는 관련 구성요소 간에 어떠한 간섭을 발생시키지 않고 회전자의 축방향을 따라 연속해서 권선을 용이하게 조립할 수 있는 이점을 갖는다. 또한, 2 권선 타입을 갖는 3상 모터는 그 모터가 3상 인버터를 갖고 높은 효율로 구동될 수 있도록 하는 스타 연결을 이루는데 어려움을 발생시키지만, 상기 4 권선 타입을 갖는 3상 모터는 3상 인버터가 모터를 높은 효율로 구성시킬 수 있는 스타 연결로 배선될 수 있게 한다.

이하 전술한 브러시리스 모터의 구동 방법을 도12를 참조하여 설명한다.

도12는 2 권선 타입의 브러시리스 모터(100)의 구동 방법을 나타낸 것이다. 도12에 나타낸 바와 같이, 상기 브러시리스 모터(100)는 유도 전압(-Vu)을 갖는 역 U상 권선(87) 및 유도 전압(Vw)을 갖는 W상 권선(88)을 포함한다. 각 권선(87, 88)은 예시로 단일 턴 권선으로 나타내지만, 실질적으로 각 권선은 다수의 턴을 포함한다.

도12는 특정 기술적 문제점이 발생하지 않는 한 세트의 단일 상 브리지 인버터를 사용하여 구동되는 브러시리스 모터(100)의 예시적인 구성을 나타낸 것이다. 그러나, 두 권선(87, 88)에 인가되는 독립적인 제어 여자 전류를 필요로 하기 때문에, 상기 단일 상 브리지 인버터는 8개의 전력 반도체 소자를 포함할 필요가 있고, 이에 따라 제어 유닛이 큰 사이즈로 형성되는 경향이 있다.

다음으로, 3상 인버터를 사용하여 도10에 나타낸 2 권선 타입의 브러시리스 모터(10G)의 구동 방법을 도13 내지 도16을 참조하여 설명한다.

도13에서, 상기 브러시리스 모터(10G)는 U상 권선(87) 및 W상 권선(88)을 포함한다. 상기 U상 권선(87)은 V상 단자(Tv)에 연결되는 리딩(leading) 단부 및 U상 단자(Tu)에 연결되는 트레일링(trailing) 단부를 포함한다. 상기 W상 권선(88)은 W상 단자(Tw)에 연결되는 리딩 단부 및 다른 U상 단자(Tu)에 연결되는 트레일링 단부를 포함하며, 이 두 U상 단자(Tu)는 접점(N1)에서 서로 연결된다.

도13에 나타낸 연결 상태는 U상 여자 전압(Vu), V상 여자 저압(Vu) 및 W상 여자 전압(Vw)과 관련하여 도14에 나타낸 상태로 나타내어진다. 또한 상기 U상 권선(87) 및 W상 권선(88) 간의 연결 상태는 도15에 나타낸 바와 같이 스타 연결로 표현된다.

전술한 전기적 접속에서, 각 단자(Tu, Tv, Tw)의 중심에서의 전압은 0 볼트이고, 각 단자에서 나타나는 전압은 (-Vw + Vu)/3. (-Vu + Vv)/3 및 (-Vv + Vw)/3으로서 표현하는 것으로 가정한다. 이와 같은 경우, 입력 여자 전류는 Io = -Iw + Iu, Im = -Iu + Iv 및 In = -Iv + Iw로 표현되는 각각의 값으로 각 단자(Tu, Tv, Tw)를 통해 흐른다.

그러므로, 2 상 권선이 제공된 고정자가 통합된 3상 모터는 종래 기술의 3 권선 타입의 3상 모터와 동일한 전자기 작용 하에서 구동될 수 있다. 또한, 2 권선의 이용을 통해 3상 권선의 전자기 작용을 구현할 수 있는 방법은 U상 및 W상으로 보완되는 V상 권선의 작용으로 U상, V상 및 W상과의 보완 관계로 구현될 수 있다.

도16은 본 발명을 구현하는 브러시리스 3상 모터(10G) 및 일반적인 타입의 3상 인버터(110) 간의 예시적인 연결 상태를 나타낸 것이다. 보다 구체적으로, 상기 3상 인버터(110)는 DC 전원 출력을 발생하도록 AC 전원 출력을 정류하기 위하여 3상 AC 전력 공급장치에 연결되는 배터리 또는 정류 회로, 한 쌍의 제1 전력전환 반도체 소자(161, 162), 한 쌍의 제2 전력 전환 반도체 소자(163, 164) 및 한 쌍의 제3 전력 전환 반도체 소자(165, 166)로 구성된다. 상기 각 전력 전환 반도체 소자는 역방향 통전용 다이오드와 관련된다.

상기 한 쌍의 제1 전력 전환 반도체 소자(161, 162)는 단자(Tu)를 통해 U상 및 W상 권선(87, 88)에 Io = -Iw + Iu의 제1 여자 전류를 제공하도록 중성단자(N1)에 연결되는 제1 출력부(167)에 연결된다. 유사하게, 상기 한 쌍의 제2 전력 전환 반도체 소자(163, 164)는 단자(Tv)를 통해 U상 권선(87)에 Im = -Iu + Iv의 제2 여자 전류를 제공하도록 제2 출력부(168)에 연결된다. 유사하게, 상기 한 쌍의 제3 전력 전환 반도체 소자(165, 166)는 단자(Tw)를 통해 W상 권선(88)에 In = -Iv + Iw의 제3 여자 전류를 제공하도록 제3 출력부(170)에 연결된다.

그러므로, 상기 U상 및 W상 권선(87, 88)은 종래 기술의 브러시리스 모터와 동일한 전자기 작용 하에서 브러시모터(10G)가 부드럽게 회전하도록 3상 인버터(110)와 함께 구동된다.

본 발명의 모터 구동 방법을 도10에 나타낸 3상 브러시리스 모터(10G)를 참조하여 설명하였지만, 도1 내지 도5 및 도7, 도8에 나타낸 브러시리스 모터도 범용의 3상 인버터를 이용하여 구동될 수 있다.

다음으로, 2권선 타입의 3상 브러시리스 모터에서, 전술한 방식으로 총합 4 권선을 갖는 모터를 제공하기 위하여 제1의 V상 권선은 U상 권선에 평행하게 위치될 수 있고, 제2의 V상 권선은 W상 권선에 평행하게 위치될 수 있다. 이러한 분할 V상 권선은 각각 2권선 타입의 브러시리스 모터의 관련 권선에 단지 평행하게 배치될 수 있다.

도17은 여자 전류가 인가될 수 있는 4 권선을 통합한 고정자를 포함하는 브러시리스 모터를 나타낸 개략도이다.

도17에 나타낸 브러시리스 모터(200)에 따르면, 고정자는 제1 내지 제4 권선(183, 내지 186)을 포함한다. U상 권선으로서 작용하는 제1 권선(183)은 단자(Tn)에 연결되는 리딩 단부 및 단자(Tu)에 연결되는 트레일링 단부를 포함한다. 유사하게, 제1의 V상 권선(184)은 단자(Tv)에 연결되는 리딩 단부 및 단자(Tx)에 연결되는 트레일링 단부를 포함한다. 또한 제2의 V상 권선(185)은 단자(Tn)에 연결되는 리딩 단부 및 단자(Tx)에 연결되는 트레일링 단부를 갖는다. 유사하게, W상 권선(186)은 단자(Tw)에 연결되는 리딩 단부 및 단자(Tn)에 연결되는 트레일링 단부를 포함한다. 상기 제1 및 제2의 V상 권선(184, 185)의 단자(Tx)는 서로 연결된다. 또한 상기 U상 권선(183), 제1 및 제2의 V상 권선(184, 185) 및 W상 권선(186)의 단자(Tn)은 중성점(N1)에서 연결된다.

전술한 바와 같이 중성점을 통해 U상 권선 및 W상 권선에 연결되는 제1 및 제2의 분할 V상 권선을 갖는 고정자에서, U상 여자 전압(Vu)은 U상 단자(Tu)를 통해 U상 권선(183)으로 제공되어 그를 통해 U상 여자 전류(-Iu)가 흐르도록 한다. 또한, V상 여자 전압(Vv)은 V상 단자(Tv)를 통해 제1 및 제2의 V상 권선(184, 185)으로 제공되어 각각 제1 및 제2의 V상 권선(184, 185)을 통해 제1 및 제2의 V상 여자 전류(Iv, -Iv)가 흐르도록 한다. 유사하게, W상 여자 전압(Vw)은 U상 단자(Tw)를 통해 W상 권선(186)으로 제공되어 그를 통해 W상 여자 전류(Iw)가 흐르도록 한다.

그러므로, 상기 제1 및 제2의 V상 여자 전류(Iv, -Iv)는 각각 제1 및 제2 의 V상 권선(184, 185)을 통해 연속적으로 흐르고, 이 두 V상 권선(184, 185)을 가로질러 나타나는 전압은 -Vu - Vw = Vu로서 표현되는 관계로 이루어진다. 그 결과로 상 전압(Vu, Vv, Vw)에 대하여 각 권선을 통해 여자 전류(Iu, Iv, Iw)를 갖게 된다. 또한, 도17에 나타낸 브러시리스 모터(200)에서, 고정자는 스타 연결로 연결되는 U상 권선, 2개의 V상 권선 및 W상 권선을 포함한다. 또한 이들 권선은 델타 연결로 연결될 수 있다.

(제7 실시 예)

본 발명의 제7 실시 예에 따른 4자극을 갖는 2상 브러시리스 모터를 도18 및 도19를 참조하여 설명한다.

도18에 나타낸 바와 같이, 본 실시 예의 2상 브러시리스 모터(210)는 모터 하우징(214) 내측에 배치되며, A상 고정자 자극(216, 218), 역 A상 고정자 자 극(220, 222), B상 고정자 자극(224, 226) 및 역 B상 고정자 자극(228, 230)을 구비하는 고정자 코어(212)를 포함한다. 상기 2상 브러시리스 모터(210)는 고정자 코어(212) 내측에 회전가능하게 지지되는 회전자(232)를 포함하며, 상기 회전자(232)는 그 회전자(22)의 외주연에 S극으로 자화되는 영구자석과 N극으로 자화되는 영구자석이 교대로 위치되어 구비된다.

도19는 고정자 코어(212)의 고정자 자극(216 내지 230)의 내주측의 회전자 측으로부터 바라본 고정자 코어(212)의 고정자 자극(216 내지 230)의 형상 및 횡 좌표를 0°에서 720°까지의 전기각으로 표시한 원주방향 회전각을 갖는 파형 권선 형태로 고정자 코어(212)에 권선된 고정자 권선을 나타낸 전개도이다. 상기 고정자 자극(216 내지 230)은 도19에 나타낸 구성에서 사각형상을 갖지만, 도20c에 나타낸 바와 같은 사다리꼴 형상 및 마름모꼴(평행 4변형) 형상을 갖는 형상으로 변형될 수 있다.

이러한 구성에서, 각 권선은 고정자 코어(212)에 작은 벤딩각으로 권선될 수 있어, 저비용으로 권선을 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 상기 2상 브러시리스 모터는 고정자 코어가 원주방향으로 기울어지는 효과를 갖는 전기자 작용을 이룰 수 있다. 이는 토크 리플을 감소시키고, 모터의 부드러운 동작을 구현할 수 있도록 한다.

도20a 및 도20b는 도18 및 도19에 나타낸 바와 같은 2상 브러시리스 모터(210)의 기본적인 일련의 조립 단계를 나타내는 개략도이다. 도19에 형성된 사각형상으로 형성된 고정자 자극(216 내지 230)을 변형한 형상으로 도20a 내지 도20c 에 나타낸 것임을 알 수 있다.

2상 모터(210)의 조립에서, 먼저 제1의 상 권선(240)은 도20a에 나타낸 바와 같은 제1 파형 권선 형태로 고정자 코어(212)의 고정자 자극(224, 226)에 권선된다. 이러한 권선 작업 동안, 제1의 상 권선(240)은 반경방향 외측으로 벤딩된, 즉 제2의 상 권선(262)의 관련 코일 단부(262a)와 코일 단부(240a)가 간섭되는 것을 방지하기 위하여 모터(210)의 원주면 측으로 벤딩되는 벤딩부를 갖는 코일 단부(240a)를 갖도록 형성된다.

그런 다음, 다음 단계로, B상 고정자 자극(224, 226)은 도20a에 나타낸 바와 같이 화살표(A1, A1)로 표시한 방향으로 고정자 코어(212)에 조립된다. 계속해서, 역 B상 고정자 자극(228, 230)은 도20a에 나타낸 바와 같이 화살표(A2, A2)로 나타낸 방향으로 고정자 코어(212)에 조립된다.

도20b에 나타낸 다음 단계에서, 제2의 상 권선(262)은 화살표(A3, A3)로 나타낸 바와 같은 방향으로 조립된다. 이러한 조립 단계 동안, 제1 및 제2의 상 권선(240, 262)은 서로 간섭되지만, 둘레 영역에 존재하는 빈 공간을 이용하여, 제2의 상 권선(262)의 조립을 가능하게 하도록 제2의 상 권선(262)을 소정 정도 연장하여 유연성을 갖도록 하여 고정자 코어(212)를 용이하게 조립할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제2의 상 권선(262)은 직경이 감소되는 형상으로 변형되어 고정자 코어(212)의 내측으로 삽입된 후, 상기 제2의 상 권선(262)의 직경은 고정자 코어(212)에 조립되기 위한 원래의 사이즈로 복귀된다.

이후, 상기 A상 고정자 자극(216, 218)은 도20c의 화살표(A4, A4)로 나타낸 방향으로 고정자 코어(212)에 조립되고, 역 A상 고정자 자극(220, 222)은 화살표(A5, A5)로 나타낸 방향으로 고정자 코어(212)에 조립된다.

그러므로, 상기 A상 고정자 자극과 B상 고정자 자극 및 관련된 A상 권선(240)과 B상 권선(262)이 상대적으로 용이하고 저비용으로 고정자 코어(212)에 조립될 수 있는 2상 브러시리스 모터(120)를 제작할 수 있다.

또한, 본 발명을 구현하는 상기 브러시리스 모터는 높은 효율을 가지며 소형화를 실현할 수 있는 다자극(multi-pole) 구성으로 형성될 수 있다. 상기 다자극 구성으로 형성된 브러시리스 모터를 통해, 상기 고정자 코어는 각 상에 대하여 촘촘한 권선 다발(bundle)을 구비할 수 있고, 증가된 수의 벤딩부를 갖게 되어, 권선 다발의 I 강성을 감소시키게 된다. 이는 이들 권선 다발이 브러시리스 모터의 조립 단계에서 감소된 직경을 갖도록 권선 다발의 구성 변형을 용이하게 한다.

도21은 도20a 내지 도20c에 나타낸 2상 브러시리스 모터의 변형 형태를 나타낸 것이다.

도21에 나타낸 바와 같이, 브러시리스 모터(210A)의 고정자 코어(212A)는 고정자 자극(216A 내지 230A)을 포함한다. 즉, 고정자 코어(212A)는 사다리꼴 고정자 자극(216A, 220A, 218A, 222A) 및 마름모꼴 고정자 자극(224A, 228A, 226A, 230A)을 포함한다. 상기 고정자 자극(216A 내지 230A)은 A상 권선(240A) 및 B상 권선(262A)의 코일 단부를 수용하며, 축방향을 향하는 홈부가 형성된다. 이러한 구성에서, 상기 고정자 코어(212A)의 결합 축방향 단면으로부터 축방향으로 연장하는 상기 A상 권선(240A) 및 B상 권선(262A)의 축방향 돌출 길이는 최소화되게 구성될 수 있다. 이는 모터의 축방향 길이의 감소를 도모한다.

이하, 본 발명에 따른 특정 형태의 모터의 구성부품을 제조하는 방법 및 모터의 구성부품의 조립 방법을 포함하는 모터의 제조방법을 도10 및 도22 내지 도25를 참조하여 설명한다.

브러시리스 모터(10G)가 도10에 나타낸 고정자의 구성을 갖는 경우, 고정자 자극은 관련되는 구성요소 간에 어떠한 간섭을 발생시키지 않고 회전자의 축방향을 따라 서로에 대하여 조립되는 것임을 쉽게 알 수 있다.

보다 구체적으로, 구체적 예시의 모터 제조 방법에 있어, V상 고정자 자극(82, 85)은 고정 위치에 위치되고, 제1(U상) 권선(87)은 고정자 코어(STG)의 축단면, 즉 도10의 고정자 코어(STG)의 상부 영역으로부터 고정자 자극(82, 85)에 조립된다. 그런 다음, U상 고정자 자극(81, 84)은 고정자 코어(STG)의 축단면에 조립된다. 이후, 제2상(W상) 권선(88)은 고정자 코어(STG)의 다른 축단면에 조립되고, 고정자 자극(83, 86)은 고정자 코어(STG)의 다른 축단면의 고정자 자극(STG)에 조립된다.

도29 및 도31 내지 도33에 나타낸 종래 기술의 브러시리스 모터는 회전자의 축방향으로 서로 교차하는 권선이 존재하기 때문에 여러 고정자 자극에 관련된 권선들을 간단히 조립하는데 어려움이 있다. 이에 반하여, 도10에 나타낸 실시 예의 브러시리스 모터(10G)에 따르면, 관련 권선들은 교차하는 부분을 갖지 않는다. 그러므로, 상기 브러시리스 모터(10G)는 관련 구성요소 간에 어떠한 간섭을 발생시키지 않고 용이하게 제작될 수 있다.

도22는 도10에 나타낸 브러시리스 모터(10G)를 형성하는 고정자 코어(STG)의 예시적 구성을 나타낸 것이다.

도22에 나타낸 바와 같이, 고정자 코어(STG)는 제1, 제2, 제3 분할 고정자 코어 부재(300, 302, 304)를 포함한다. 상기 제1 고정자 코어 부재(300)는 백 요크의 일부분으로 제공되고, 360°의 전기각으로 제1의 원주방향으로 서로 이격된 이격 위치에 형성된 사다리꼴 고정자 자극(81, 84)을 포함한다. 상기 사다리꼴 고정자 자극(81, 84)은 U상 고정자 자극으로서 기능한다.

상기 제2 고정자 코어 부재(302)는 다른 백 요크의 일부분으로서 제공되고, 360°의 전기각으로 제2의 원주방향으로 서로 이격된 이격 위치에 형성된 마름모꼴 고정자 자극(82, 85)을 포함하며, 상기 사다리꼴 고정자 자극(81, 84) 각각으로부터 120°의 전기각의 간격을 갖고 배치된다. 상기 마름모꼴 고정자 자극(82, 85)은 V상 고정자 자극으로서 기능한다.

유사하게, 상기 제3 고정자 코어 부재(304)는 다른 백 요크의 일부분으로서 제공되고, 360°의 전기각으로 제3의 원주방향으로 서로 이격된 이격 위치에 형성된 사라디꼴 고정자 자극(83, 86)을 포함하며, 상기 마름모꼴 고정자 자극(82, 85) 각각으로부터 120°의 전기각의 간격을 갖고 배치된다. 상기 사다리꼴 고정자 자극(83, 86)은 W상 고정자 자극으로서 기능한다.

이러한 구성으로 형성된 고정자 코어(STG)를 통해, 상기 제1, 제2 및 제3 고정자 코어 부재(300, 302, 304)는 서로 조립되고, 전술한 각 위치에서 상기 권선(87, 88)을 위치시킨다. 이는 U상 고정자 자극(81, 84), V상 고정자 자극(82, 85) 및 W상 고정자 자극(83, 86)이 도10에 나타낸 각 위치에 위치되도록 한다.

도23a 내지 도23c는 조립 작업 동안 서로 별개로 형성되고, 서로 결합되는 백 요크 부와 고정자 자극을 갖는 구성 형태에서 브러시리스 모터의 변형 형태를 나타낸 것이다.

도23a 내지 도23c에 나타낸 바와 같이, 상기 브러시리스 모터(310)는, 고정자 코어로서 기능하고, 모터 하우징(314)에 의해 커버되는 백 요크부(312) 및 고정자 코어(312) 내측에 회전가능하게 위치되고, N극 및 S극으로 자화되는 영구자석을 구비하는 회전자를 포함한다.

상기 U상 고정자 자극(318, 320), V상 고정자 자극(322, 324) 및 W상 고정자 자극(326, 328)은 전술한 도23a 내지 도23c에 나타낸 바와 같은 동일한 조립 순서로 백 요크부(312)에 조립되어 도24에 나타낸 조립 구성의 브러시리스 모터(310)로 조립된다. 또한, 상기 고정자 자극(318 내지 320)은 도면의 간략화를 위하여 각각 단순한 형태로 도23a 내지 도23c에 나타낸 것임을 알 수 있다.

도1 내지 도3, 도4 및 도7 내지 도9에 나타낸 브러시리스 모터를 통해서도, 상기 고정자 코어는 두 권선을 포함하기 때문에, 각 권선의 코일 단부가 각각 반경방향 외측 위치 및 반경방향 내측 위치에 별개로 위치되도록 하는 것과 같이 상대적으로 용이하고 적절한 수치를 고려함으로써 이들 권선들은 관련 구성요소 간에 간섭이 적은 각각의 권선 구성으로 변경될 수 있다.

특히 권선이 고정자 코어의 외측 외부 영역에 권선되고, 각 권선 코일을 제작하도록 형성하는 경우, 코일 권선에 필요한 제조 시간은 단축될 수 있고, 높은 권선 점유율을 달성하는 효과를 이룰 수 있다. 그러므로, 상기 브러시리스 모터는 고효율, 소형화 및 저비용으로 제작될 수 있다.

또한, 도31 내지 도33에 나타낸 종래 기술의 브러시리스 모터에서, 고정자 코어는 세 세트의 권선을 포함하며, 이는 조립 단계 이전에 서로 간섭으로 인하여 권선 구성의 고정에 있어 어려움이 따른다.

통상적으로, 권선 다발을 제조하고, 소위 인서터(inserter) 방법으로 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입하거나, 수동 삽입 방법으로 권선을 고정자 코어에 권선하는 방법은 여러 가지다.

도28 및 도29에 나타낸 집중 권선 타입의 종래 기술의 브러시리스 모터의 경우, 권선은 고정자 코어에 직접적으로 권선되는 경우도 있다. 이 경우, 상기 고정자 코어는 권선을 권선하기 위하여 가이드 니들(needle)이 통과될 수 있는 충분한 공간을 확보할 필요가 있다. 이는 권선 코일 사이에 빈 공간이 구비해야 하고, 이에 따라 공간 이용률을 감소시키는 문제가 있다.

또한, 다른 제조방법으로, 고정자 코어는 다수의 고정자 코어 부재로 분할되고, 각 권선은 분할된 각 고정자 코어 부재에 권선된 다음, 각 권선을 구비한 분할 고정자 코어 부재는 서로 조립된다. 이러한 제조 방법에서, 상기 권선은 향상된 공간 이용률을 갖는 분할 고정자 코어 부재의 내측으로 높은 효율로 권선될 수 있지만, 조립비용 및 고정자 코어의 견고성에 있어서 역효과를 낳게 된다.

도25는 상부 및 하부 몰딩 다이(354, 356)를 이용하여 환형 코일(352)을 몰딩하여 형상 코일(350)을 제조하는 방법을 나타낸 전개도이다.

상기 상부 및 하부 몰딩 다이(354, 356)는 예를 들면, 목재, 플라스틱 또는 금속과 같은 재료로 이루어진다. 상기 상부 몰딩 다이(354)는 원주방향 소정 이격 위치에 형성되고, 축방향으로 연장하는 한 쌍의 사다리꼴 돌기(354b, 354b)를 갖는 환형 다이 바디(354a)를 포함한다. 상기 하부 몰딩 다이(356)는 상기 상부 몰딩 다이(354)의 사다리꼴 돌기(354b, 354b)와 축방향 정렬 위치에 형성되는 한 쌍의 사다리꼴 홈부(356b, 356b)가 형성된 상부 벽을 갖는 환형 다이 바디(356a)를 포함한다.

상기 몰딩 코일(350)의 제작에서, 권선은 환형 코일에 권선되어 도25에 나타낸 바와 같은 환형 코일(352)을 형성한다. 그런 다음, 상기 환형 코일(352)은 상부 및 하부 몰딩 다이(354, 356) 사이에 위치되고, 상기 상부 및 하부 몰딩 다이(354, 356)가 서로에 대하여 가압됨에 따라, 높은 공간 점유율을 갖고 고효율로 한 쌍의 코일부(350a, 350a)를 갖는 몰딩 코일(350)을 가압 형성한다. 이러한 제작방법으로 제작된 몰딩 코일(350)은 도10에 나타낸 브러시리스 모터(10G)에 대한 권선으로서 사용될 수 있다.

도24a 내지 도24c에 나타낸 브러시리스 모터의 고정자 코어 구성에 따르면, A상 권선(240)은 B상 권선(262)과 간섭하지 않는 구성으로 형성될 필요가 있다. 상기 B상 권선(262)은 전체 구성이 약간 연장되도록 전체적으로 유연성 있는 코일로 형성되거나, 그 코일의 일부가 유연한 구성을 갖도록 할 필요가 있다.

또한, 본 발명의 브러시리스 모터를 형성하는 고정자 코어는 도18 및 도24에 나타낸 구성으로 분할될 수 있다. 다른 예로, 다른 브러시리스 모터는 도26에 나타 낸 바와 같은 구성으로 분할된 고정자 코어를 포함할 수 있다.

도26에 나타낸 브러시리스 모터의 구성에 따르면, 브러시리스 모터(400)는 커버(404) 내측에 배치되며, 분할 고정자 코어 부재를 구비하는 고정자 코어(402)를 포함한다. 이들 분할 고정자 코어 부재는 U상 고정자 자극 세그먼트(408, 410), V상 고정자 자극 세그먼트(412, 414) 및 W상 고정자 자극 세그먼트(416, 418)를 포함한다. 상기 2상 브러시리스 모터(210)는 고정자 코어(402) 내측에 회전가능하게 지지되는 회전자(406) 및 상기 회전자(406)의 외연에 교대로 배치되어 S극 및 N극으로 자화되는 영구자석을 구비한다.

본 발명의 다양한 실시 예들, 변형 형태 및 관련 제조 방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변형 및 변경이 가능함을 알 수 있다. 예를 들면, 브러시리스 모터의 고정자 코어가 다수의 자극을 갖는 구성을 참조하여 전술하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 브러시리스 모터의 회전자는 자화 자극이 표면에 형성되는 회전자를 갖는 구성에 대하여 설명하였지만, 다양한 방식의 회전자가 본 발명을 구현하는 브러시리스 모터의 고정자 코어에 결합할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 토크 리플을 최소화하기 위한 다양한 기술이 본 발명의 브러시리스 모터에 적용될 수 있음은 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 명백히 알 수 있다. 이들 기술은 원주방향으로 완만한 형태로 고정자 자극 및 회전자 자극을 형성하는 방법, 반경방향으로 고정자 자극 및 회전자 자극을 완만하게 하는 방법, 및 토크 리플 성분을 제거하기 위하여 회전자의 원주방향으로 일부의 회전자 자극을 이동시켜 회전자 자극을 배치하는 방법을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 브러시리스 모터는 다양한 모드로 구현될 수 있다. 즉, 본 발명의 브러시리스 모터는 고정자와 회전자 사이에 원통형 공극이 형성되는 이너-회전자 타입 모터, 아웃터-회전자 타입 모터 및 원형 디스크 타입 공극을 통해 고정자로부터 이격된 회전자가 통합되는 축방향 공극 타입 모터에서도 구현될 수 있다.

또한, 본 발명의 브러시리스 모터는 리니어 모터에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 브러시리스 모터는 고정자 및 테이퍼진 원통형 공극을 통해 내부에 회전가능하게 배치되는 회전자를 포함하는 모터 구성을 갖도록 변형될 수 있다.

또한, 본 발명의 브러시리스 모터는 다수의 모터로 구성되는 복합 모터에 통합될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 브러시리스 모터는 두 모터가 내경측 및 외경측에 배치되는 반경방향 구성으로 배열될 수 있다. 다른 형태로, 본 발명을 구현하는 다수의 브러시리스 모터는 축방향을 따라 직렬 방식의 나란한 형태로 배치될 수 있다.

한편, 본 발명의 브러시리스 모터는 모터의 일부가 생략되거나 제거되는 구성으로 변경될 수 있다. 상기 브러시리스 모터는 실리콘 스틸 플레이트, 비결정질 마그네틱 스틸 플레이트 또는 연철분말을 압축 형성함으로써 이루어진 압축 분말 자기 코어로 이루어지는 연자성재로 구성될 수 있다. 특히 본 발명을 구현하는 소형화된 모터를 제작하기 위하여, 상기 자기 스틸 플레이트가 고정자 코어 구성으로 스탬핑될 수 있고, 이후 벤딩 및 단조(forging) 작업이 이루어지며, 이에 따라 전 술한 브러시리스 모터를 형성하는 구성부의 일부로서 3차원 외형 구성부를 형성한다.

상기 모터 구동 방법은 각 상 여자 전류가 사인파형을 갖는 것을 전제로 하여 설명하였지만, 본 기술분야의 당업자는 구동 전류가 사인파형 이외 다른 여러 파형으로 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 이러한 다양한 변형의 브러시리스 모터는 본 발명의 기술적 사상 범위 내이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 3상 교류 모터는 권선의 단순화에 의해 모터 구성을 단순하게 할 수 있고, 권선의 구성 및 배치를 조립이 용이한 권선 구조로 할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 모터를 높은 생산성으로 제작할 수 있고, 단순화된 제조 방법을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 향상된 생산성, 소형화, 고효율화 및 저비용화를 달성할 수 있다.

Claims (16)

1. U상 권선, V상 권선 및 W상 권선으로부터 선택되는 제1의 상 권선을 구비하는 제1상 고정자 자극과, 상기 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선으로부터 선택되는 제2의 상 권선을 구비하는 제2상 고정자 자극, 및 상기 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선으로부터 선택되는 제3의 상 권선이 없는 제3상 고정자 자극을 포함하는 고정자; 및

   상기 고정자의 고정자 자극 내측에 회전가능하게 지지되는 회전자

   를 포함하며,

   상기 제1 및 제2의 상 권선은 상기 회전자가 구동됨에 따라 상기 고정자가 3상 교류의 전자기작용을 발생시키도록 3상 교류 전류의 합성에 따른 여자 전류가 흐르는

   3상 교류 모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고정자의 고정자 자극은 삼각형, 사다리꼴 형상 및 마름모꼴 형상 중 어느 하나로 형성되는

   3상 교류 모터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 고정자는 360°의 전기각의 범위에서 형성되는 세 개의 고정자 자극을 구비하는

   3상 교류 모터.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 및 제2의 상 권선은 각각 U상 권선 및 W상 권선을 포함하며,

   상기 제1상 고정자 자극은 상기 고정자의 축방향 일측에 코일 단부를 형성하기 위하여 상기 U상 권선을 구비하며,

   상기 제2상 고정자 자극은 상기 U상 권선과 W상 권선이 고정자의 원주방향 또는 회전자의 축방향으로 서로 교차하지 않도록 상기 고정자의 축방향 타측에 다른 코일 단부를 형성하기 위하여 상기 W상 권선을 구비하는

   3상 교류 모터.
5. 제4항에 있어서,

   상기 고정자는 삼각형 및 사다리꼴 형상 중 하나로 형성되는 U상 고정자 자극을 포함하는

   3상 교류 모터.
6. 제4항에 있어서,

   상기 제1상 고정자 자극은 상기 U상 권선이 구비되는 U상 고정자 자극을 포함하고, 상기 제2상 고정자 자극은 상기 V상 권선이 구비되는 V상 고정자 자극을 포함하고;

   상기 U상 고정자 자극과 W상 고정자 자극 각각은 삼각형 및 사다리꼴 형상 중 하나로 형성되고;

   상기 U상 권선 및 W상 권선은 각각 파형 권선 형태로 상기 U상 고정자 자극과 V상 고정자 자극에 각각 권선되며;

   상기 V상 고정자 자극은 집중 권선으로 형성되는 상기 제3상의 권선을 구비하는

   3상 교류 모터.
7. 제6항에 있어서,

   상기 고정자는 상기 U상 권선에 병렬로 배치되는 제1의 V상 권선 및 상기 W상 권선에 병렬로 배치되는 제2의 V상 권선을 포함하는

   3상 교류 모터.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2의 상 권선은 중섬점에서 서로 연결되는 단부를 구비하며;

   상기 3상 합성 전류는 상기 제1 및 제2의 상 권선 및 상기 중성점으로 제공되는

   3상 교류 모터.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제1상 고정자 자극은 상기 U상 권선을 구비하는 U상 고정자 자극을 포함하고, 상기 제2상 고정자 자극은 상기 W상 권선을 구비하는 W상 고정자 자극을 포함하고, 상기 제3상 고정자 자극은 상기 V상 권선이 없는 V상 고정자 자극을 포함하며;

   상기 고정자에 3상 교류의 전자기 작용을 전자기적으로 발생시키도록 상기 U상 권선은 U상 여자 전류와 네거티브 포텐셜의 V상 여자 전류가 흐르고, 상기 W상 권선은 W상 여자 전류와 네거티브 포텐셜의 V상 여자 전류가 흐르는

   3상 교류 모터.
10. 제1항에 있어서,

    상기 제1상 고정자 자극은 상기 U상 권선을 구비하는 U상 고정자 자극을 포함하고, 상기 제2상 고정자 자극은 상기 W상 권선을 구비하는 W상 고정자 자극을 포함하며, 상기 제3상 고정자 자극은 상기 V상 권선이 없는 V상 고정자 자극을 포함하고;

    상기 U상 권선 및 W상 권선은 공통의 접속점에서 서로 연결되는 단자 단부를 구비하며;

    상기 U상 권선, 상기 공통의 접속점 및 상기 W상 권선은 상기 고정자에 3상 교류의 전자기 작용을 전자기적으로 발생시키도록 3상 교류 구동 전류가 흐르는

    3상 교류 모터.
11. 제1항에 있어서,

    상기 고정자는 U상 단자에 연결되는 리딩 단부를 갖는 상기 U상 권선으로서 제공되는 제1의 상 권선과, W상 단자에 연결되는 리딩 단부를 갖는 상기 W상 권선으로서 제공되는 제2의 상 권선과, 상기 U상 권선과 병렬로 배치되고 U상 단자에 연결되는 리딩 단부를 갖는 제1의 분할 V상 권선, 및 상기 W상 권선에 병렬로 배치되는 제2의 분할 V상 권선으로 구성되는 네 개의 권선을 포함하고;

    상기 제1의 분할 V상 권선은, 중성단자에 연결되는 리딩 단부를 갖는 상기 제2의 분할 V상 권선의 트레일링 단부에 연결되는 트레일링 단부를 가지며, 상기 중성단자는 상기 U상 권선의 리딩 단부와 상기 W상 권선의 트레일링 단부가 연결되 며;

    상기 고정자에 3상 교류의 전자기 작용을 발생시키도록 상기 U상 단자, 상기 V상 단자 및 상기 W상 단자에 3상 교류 구동 전류가 인가되는

    3상 교류 모터.
12. 마름모꼴 및 사다리꼴 형상 중 하나로 각각 형성되는 고정자 자극을 구비하며, 상기 고정자 자극에 각각 A상 권선과 B상 권선이 파형 권선 형태로 각각 권선되는 고정자; 및

    상기 고정자의 고정자 자극 내측에 회전가능하게 배치되는 회전자

    를 포함하는

    2상 교류 모터.
13. 제12항에 있어서,

    상기 A상 권선 및 상기 B상 권선은 상기 고정자의 축단면으로부터 내측으로 일부분이 위치되는 권선부를 각각 갖는 코일 단부를 구비하는

    2상 교류 모터.
14. 제12항에 있어서,

    상기 고정자는 그 고정자에 일체로 조립되는 분할 고정자 자극을 각각 포함하는

    2상 교류 모터.
15. 제12항에 있어서,

    상기 A상 권선 및 B상 권선은 각각 파형 권선 구조를 포함하는

    2상 교류 모터.
16. 삭제

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