KR100979899B1

KR100979899B1 - 회전 전기 기계

Info

Publication number: KR100979899B1
Application number: KR1020047018390A
Authority: KR
Inventors: 주니치 다카세; 마사가즈 가와기시
Original assignee: 가부시키가이샤 미쓰바
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2010-09-06
Also published as: JPWO2003098781A1; EP1505714B1; EP1505714A1; US7038348B2; AU2003235932A1; JP4852242B2; CN100405710C; KR20050010804A; WO2003098781A1; US20050168098A1; EP1505714A4; CN1653674A

Abstract

회전 전기 기계(1)는 코일(5)이 권취된 복수개의 돌출극(14)을 구비하는 고정자(3)와 고정자(3)의 외주에 회전이 자유롭게 설치되는 복수개의 영구자석(4)이 설치된 회전자(2)를 갖는다. 동일 상이 되는 돌출극(U1, U2)을 둘레방향에 인접 배치하고 인접하는 동상 돌출극(U1, U2) 등을 극성의 영구자석과 동일 전긱각으로 대향시킨다. 동일 상 전극(U1, U2)등은 코일이 역방향으로 권취된다. 영구자석의 극수(N)에 대하여 동일 상 인접 돌출극간 각도(θ1)를 360°/N, 다른 상 인접 돌출극각 각도(θ2)를 θ1+θ2/상수(P)로 설정하고, 상수(P)×(θ1+θ2)를 180° 이하로 설정한다.

회전 전기 기계, 돌출극, 고정자, 영구자석, 회전자

Description

회전 전기 기계{Dynamo electric machine}

본 발명은 자동 이륜차의 엔진 등에 접속되어, 발전기나 스타터(starter) 모터로서 사용되는 회전 전기 기계에 관한 것이다.

발전기나 전동기 등의 회전 전기 기계는 일반적으로, 코일을 권취한 고정자와 영구자석을 구비한 회전자로 구성된다. 그 동안 발전기에서는 회전자를 엔진 등에 의해서 회전 구동시킴으로써, 영구자석이 형성하는 회전 자계가 코일과 교차하여 고정자측에 기전력이 생긴다. 한편, 전동기에서는 코일에 통전하여 회전 자계를 형성함으로써, 회전자가 회전 구동된다. 그리고, 이러한 회전 전기 기계는 구조가 간단하면서 고출력을 얻을 수 있기 때문에, 예를 들면 자동 이륜차용 발전기나, 스타터와 발전기를 겸한 시동 발전기 등으로서 사용되고 있다.

도 9는 종래의 회전 전기 기계의 고정자와 회전자의 구성을 도시하는 설명도이다. 도 9의 회전 전기 기계는 U, V, W의 3상(相)의 장치로서, 회전자(51)가 고정자(52)의 외측에 설치되는 이른바 외부(outer) 로터형의 구성으로 되어 있다. 회전자(51)는 엔진의 크랭크 샤프트 등에 연결되어, 고정자(52)의 외측에 회전이 자유롭게 배치된다. 회전자(51)는 자성체로 이루어지는 로터 요크(53; rotor yoke)를 구비하고 있고, 로터 요크(53)의 내주면에는 둘레방향을 따라 복수개의 영구자석(54)이 고정되어 있다. 고정자(52)는 복수의 돌출극(salient pole;55)이 형성된 고정자 코어(56)를 구비하고 있고, 돌출극(55)에는 코일(57)이 권취되어 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 종래의 3상 회전 전기 기계에서는 고정자 코어(56)의 코일(57)은 2개 간격의 극(돌출극(55))에 연속하여 권취된다. 또한, 동일 상(相)의 코일(57)을 권취하는 2개 간격의 극은 같은 극성의 자석과 같은 전기각으로 대향한다. 예를 들면, 도 9에 있어서, U상의 극 U1 내지 U4는 2개 간격으로 배치되고, 모두 N극의 영구자석(54)에 중심축상에서 대향한다. 이 때문에, 종래의 회전 전기 기계에서는 영구자석(54)이나 돌출극(55)은 각각 등간격으로 배치된다. 즉, 영구자석(54)은 N극과 S극이 같은 수가 되도록 등분 배치되어, 그 극수(N)는 2n개가 된다. 또한, 돌출극(55)도 등분 배치되어, 고정자측의 극수(M)는 3상(相)의 경우 3m개가 된다. n은 m과 같거나 m의 정수배가 되고 있고, 도 9의 경우, 영구자석(54)의 극수(N)는 16극(n=8)이 되며, 고정자측의 극수(M)는 12극(m=4;n=2m)으로 되어 있다.

그런데, 이러한 종래의 회전 전기 기계에서는 그것을 자동 이륜차의 발전기로서 사용하여, 아이들링(idling) 회전역에 있어서의 발전전류를 될 수 있는 한 많이 확보하면, 중 내지 고회전역에 있어서의 발전전류가 소비전류보다도 커져 잉여의 전류가 생긴다. 이러한 잉여전류가 생기면, 그 만큼 엔진 마찰(friction(엔진 부하))이 커져, 연비 저하나 마력 손실로 이어진다. 또한, 발전기 자체에 있어서도 코일의 발열이 커져, 그 내열 한계에 접근하고 있다.

한편, 잉여전류 대책으로서는 코일의 권취 수를 증가시키거나, 고정자 코어의 두께를 증가시키거나 하는 것으로 코일의 인덕턴스를 크게 하여, 중 내지 고회전역에서의 발전전류를 억제하여 코일 온도의 저감을 도모하는 것도 행하여지고 있다. 하지만, 현상의 코일 스페이스에서 대폭적인 권취 수 증가는 불가능한 상태이다. 또한, 고정자 코어의 적층 두께의 증가도 차체측 레이아웃의 제약에 의해 곤란하다. 그래서, 현상에서는 엔진오일의 분출이나 방열 홈의 형성 등, 여러가지 강제 냉각기구에 의해 발열의 저감을 도모하고 있다. 그러나, 이들의 대책으로는 금후의 거듭되는 부하 증가에 따른 고출력화에는 대응할 수 없어, 발전기 자체의 체격 증가가 필요하게 된다. 장치 소형화의 요청 때문에, 발전기의 대형화는 곤란하며, 현상의 크기를 유지하면서, 저회전성의 전류량을 향상시키는 동시에, 중 내지 고회전역에서의 발전전류를 억제할 수 있는 회전 전기 기계가 요구되었다.

본 발명의 목적은 현상의 체격을 유지하면서, 저회전역의 전류량을 향상시키는 동시에, 중 내지 고회전역에서의 발전전류를 억제하여 코일의 발열을 저감시킬 수 있는 회전 전기 기계를 제공하는 것이다.

본 발명의 회전 전기 기계는 코일이 권취된 복수개의 돌출극을 구비하는 고정자와, 상기 고정자의 외주 또는 내주에 회전이 자유롭게 배치되어, 복수개의 영구자석이 상기 돌출극과 대향하도록 둘레방향을 따라 설치된 회전자를 구비하여 구성되는 회전 전기 기계로서, 동일 상이 되는 상기 돌출극을 둘레방향에 인접 배치하고, 상기 인접하는 각 돌출극을 다른 극성의 상기 영구자석과 동일 전기각으로 대향시키고, 인접 배치된 동일 상의 상기 돌출극끼리에 의해 극쌍을 형성하고, 상기 극쌍을 상수분 구비한 극쌍군을 상기 고정자의 중심에 대하여 점대칭의 위치에 2군 배치하고, 또한 상기 극쌍군의 사이에 상기 돌출극을 추가 배치가능한 공극을 설치한 것을 특징으로 한다.
상기 회전 전기 기계에 있어서, 상기 회전 전기 기계를 발전기로서 기능시켜, 그 발전시에 상기 극쌍 내의 상기 돌출극 사이에 형성되는 자로를 같은 극수의 상기 영구자석을 구비하는 회전 전기 기계 보다 짧게 형성하고, 상기 코일의 인덕턴스를 같은 극수의 상기 영구자석을 구비하는 회전 전기 기계 보다 크게 하여도 좋다.
또한, 상기 회전 전기 기계에 있어서, 상기 회전 전기 기계를 발전기로서 기능시켜, 그 발전시에 상기 극쌍 내의 상기 돌출극 사이 및 인접하는 다른 극쌍의 상기 돌출극끼리의 사이에 자로를 형성하고, 상기 극쌍 내의 상기 돌출극 사이에 생성되는 자속이 인접하는 다른 극쌍의 상기 돌출극끼리의 사이에 생성되는 자속 보다 많게 하여도 좋다.

본 발명에 있어서는 동일 상의 돌출극을 인접 배치하고, 그들을 다른 극성의 영구자석과 동일 전기각으로 대향시키도록 하였기 때문에, 자로(磁路)의 길이를 짧게 할 수 있는 동시에, 유효 자속을 증가시키는 것이 가능해진다. 따라서, 종래의 발전기와 같은 체격이면서, 중 내지 고회전영역에서의 발전량을 억제하여 코일 온도를 저감할 수 있는 동시에, 저회전영역에서의 출력을 향상시키는 것이 가능해진다. 이 때문에, 종래의 발전기와 동등 이상의 출력 성능이면서 코일의 발열을 대폭으로 저감할 수 있어, 엔진 마찰의 저감이 도모되고, 엔진의 연비 향상이나 마력 손실의 저감을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 현재의 체격을 유지하면서 발전기의 고출력화가 가능해져, 체격 증가나 강제 냉각기구의 부가를 수반하지 않고, 자동 이륜차 등에 있어서의 거듭되는 부하의 증가에 대응하는 것이 가능해진다. 추가로, 동일 상이 되는 돌출극이 고정자의 중심에 대하여 점대칭의 위치에 배치되는 것이므로, 회전시의 자기 밸런스가 양호하게 되고, 효율이 좋은 회전이 가능해진다.

상기 회전 전기 기계에 있어서, 상기 인접하는 동일 상의 각 돌출극에서의 상기 코일의 권취 방향을 서로 다르게 하여도 좋다. 또한, 상기 회전 전기 기계에 있어서, 상기 영구자석의 극수(N)에 대하여, 동일 상이 되는 인접한 상기 돌출극간의 각도(θ1)를 360°/N, 다른 상(異相)이 되는 인접한 상기 돌출극간의 각도(θ2)를 θ1+θ1/상수(P)로 설정하여도 좋다. 또한, 상기 회전 전기 기계에 있어서, 상수(P)×(θ1+θ2)를 180° 이하로 설정하여도 좋다.

한편, 상기 회전 전기 기계에 있어서, 인접 배치된 동일 상의 상기 돌출극끼리에 의해 극쌍을 형성하고, 상기 극쌍의 사이에 상기 돌출극을 추가 배치하여도 좋고, 이것에 의해, 더욱 회전 전기 기계의 출력을 향상시킬 수 있다. 또한, 인접 배치된 동일 상의 상기 돌출극끼리에 의해 극쌍을 형성하고, 상기 극쌍을 상수분 구비한 극쌍군을 상기 고정자의 중심에 대하여 점대칭의 위치에 2군 배치하여도 좋다. 이 때, 상기 극쌍군의 사이에 상기 돌출극을 추가 배치하는 것도 가능하다.

또한, 상기 회전 전기 기계는 상기 고정자가 상기 회전자의 내측에 배치되는 외부 로터형의 회전 전기 기계가어도, 또한, 상기 회전자가 상기 고정자의 내측에 배치되는 내부(inner) 로터형의 회전 전기 기계이어도 좋다.

덧붙여, 상기 회전 전기 기계는 발전기이어도, 또한, 모터이어도 좋고, 또한, 자동 이륜차용 시동 발전기이어도 좋다.

도 1은 본 발명의 실시예 1인 회전 전기 기계의 구성을 도시하는 단면도.

도 2는 도 1의 회전 전기 기계에 있어서의 회전자와 고정자의 위치관계를 도시하는 설명도.

도 3은 본 발명의 실시예 2인 회전 전기 기계에 있어서의 회전자와 고정자의 위치관계를 도시하는 설명도.

도 4는 본 발명의 실시예 3인 회전 전기 기계에 있어서의 회전자와 고정자의 위치관계를 도시하는 설명도.

도 5는 본 발명의 실시예 4인 회전 전기 기계에 있어서의 회전자와 고정자의 위치관계를 도시하는 설명도.

도 6은 도 5의 회전 전기 기계에 돌출극을 추가 배치한 구성을 도시하는 설명도.

도 7은 본 발명의 실시예 5인 회전 전기 기계에 있어서의 회전자와 고정자의 위치관계를 도시하는 설명도.

도 8은 도 7의 회전 전기 기계에 돌출극을 추가 배치한 구성을 도시하는 설명도.

도 9는 종래의 회전 전기 기계의 고정자와 회전자의 구성을 도시하는 설명도.

(실시예 1)

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예 1인 회전 전기 기계의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 1의 회전 전기 기계(1)는 이른바 외부 로터형의 회전 전기 기계로, 예를 들면 자동 이륜차에 있어서의 ACG(교류발전기)로서 사용된다. 도 1의 발전기는 크게 나누어 회전자(2)와 고정자(3)로 구성된다. 여기서는 회전자(2)가 계자자(界磁子)로서, 고정자(3)가 전기자로서 기능한다. 회전자(2)에는 영구자석(4)이, 고정자(3)에는 코일(5)이 설치되어 있다. 회전자(2)가 코일(5)의 외측에서 회전하면, 영구자석(4)이 형성하 는 회전 자계가 코일(5)을 잘라, 코일(5)에 기전력이 생겨 발전이 행하여진다.

회전자(2)는 엔진의 크랭크 샤프트(도시하지 않음)에 설치된다. 회전자(2)는 고정자(3)의 외측에 회전이 자유롭게 배치되어, 플라이 휠(fly wheel)로서도 기능한다. 회전자(2)는 바닥이 있는 원통형상의 로터 요크(11)와, 로터 요크(11)에 설치되어 크랭크 샤프트에 고정되는 보스 로터(12; boss rotor)를 구비하고 있다. 로터 요크(11)와 보스 로터(12)는 모두 철 등의 자성재료로 형성되어 있다. 보스 로터(12)는 원반형의 플랜지부(12a)와 대략 원통형상의 보스부(12b)로 이루어진다. 플랜지부(12a)는 로터 요크(11)의 저부(11a)에 동심리적으로 설치된다. 보스부(12b)는 플랜지부(12a)로부터 회전 중심선을 따라 돌출 설치되어, 크랭크 샤프트에 테이퍼(tapered) 결합된다. 크랭크 샤프트가 회전하면 보스부(12b)가 모두 회전하고, 회전자(2)가 코일(5)의 외측에서 회전한다.

로터 요크(11)의 원통부(11b)의 내주면에는 영구자석(4)이 둘레방향을 따라 복수개 배치되어 있다. 영구자석(4)은 내면측의 극성이 교대로 N극과 S극이 되도록 22°30′ 간격으로 16개 등분으로 배치되어 있다. 즉, 영구자석(4)의 극수(N)는 도 9의 회전 전기 기계와 같이 N=16(n=8)으로 되어 있다.

고정자(3)는 복수매의 강판을 겹쳐 형성한 고정자 코어(13)를 구비하고 있다. 고정자 코어(13)에는 복수개의 돌출극(14)이 형성되어 있고, 돌출극(14)의 주위에는 코일(5)이 권취되어 있다. 회전 전기 기계(1)는 3상 교류를 발전하는 발전기이며, 돌출극(14)은 U, V, W상의 각 상마다 각각 4개씩 설치되고, 고정자(3)측의 극수(M)는 12극(M=3m;m=4)으로 되어 있다.

여기서, 해당 회전 전기 기계(1)에서는 돌출극(14)이 도 9에 도시된 종래의 회전 전기 기계와 달리, 등간격으로는 설치되어 있지 않다. 도 2는 회전 전기 기계(1)에 있어서의 회전자(2)와 고정자(3)의 위치관계를 도시하는 설명도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 돌출극(14)은 동일 상의 것이 둘레방향에 인접 배치되고, 인접하는 동일 상의 돌출극(14)은 다른 극성의 영구자석(4)과 동일 전기각으로 대향하고 있다. 또한, 동일 상의 인접하는 돌출극(14)간에서는 대향하는 영구자석(4)의 극성 변화에 대하여, 코일(5)의 권취 방향이 도 2에 화살 표시로 도시하는 바와 같이 서로 역방향으로 되어 있다.

예를 들면 U상에 관해서 보면, U상을 형성하는 돌출극 U1(이하, 각 돌출극은 U1과 같이 부호만으로 도시된다)과 U2는 인접하여 배치되어, 극쌍(15Ua)을 형성하고 있다. 또한, U1이 N극, U2가 S극과 중심선 상에서 동시에 대향하도록, U1과 U2 사이의 각도(θ1)는 영구자석(4)의 배치 간격과 같은 22°30′(360°/N;n=16)로 설정되어 있다. 또한, U1과 U2에서는 코일(5)의 권취 방향이 반대로 되어 있다.

마찬가지로 V상, W상을 형성하는 V1, V2와 W1, W2도 각각 인접 배치되어 극쌍(15Va, 15Wa)을 형성하고 있다. 또한, 각 극쌍(15Va, 15Wa)에 있어서, V1, V2와 W1, W2가 다른 극성의 영구자석(4)과 동일 전기각으로 대향하도록, 동일 상의 인접 돌출극간 각도(θ1)는 22°30′로 설정되어 있다. 또한, V1과 V2, W1과 W2에서는 코일(5)의 권취 방향이 반대로 되어 있다. 그리고, 이들의 극쌍(15Ua, 15Va, 15Wa)은 3상분이 모여 1개의 극쌍군(16a)을 형성하고 있다.

한편, 다른 상이 되는 인접한 돌출극간의 각도(θ2)(예를 들면 U2, V1간)는 θ1+θ1/상수(P)로 설정되어 있다. 요컨대, 다른 상 인접 돌출극간 각도(θ2)는 동일 상 인접 돌출극간 각도(θ1)에 그것을 상수(P)로 나눈 각도를 부가한 값으로 되어 있다. θ1은 영구자석(4)의 배치 간격과 같아져 있고, θ1을 상수로 나눈 값을 θ1에 더하여 θ2로 하면, 상수와 같은 개수의 극쌍을 구비한 극쌍군(16a)에서는 극쌍군(16a)의 각도(X)는 영구자석(4)의 배치 간격의 정수배가 된다. 그리고, 극쌍군 각도(X)(=상수(P)×(θ1+θ2))가 180° 이하인 경우에는 극쌍군을 또 1세트 배치할 수 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 여기서는 θ2는 22°30′+22°30′/3=30°로 설정되어 있다. 또한, 극쌍군(16a)의 각도(X)는 3×(22°30′+30°)=157°30′≤180°로 되어 있다. 따라서, 고정자(3)에는 또 1개 극쌍군을 설치할 수 있다. 그래서, 고정자(3)의 중심(O)에 대하여, 극쌍군(16a)과 점대칭의 위치에, 극쌍(15Ub, 15Vb, 15Wb)으로 이루어지는 극쌍군(16b)이 또 1세트 설치되고 있다. 이 극쌍군(16b )에 있어서도, θ1, θ2, X는 극쌍군(16a)과 완전히 동일하게 설정되어 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 U1, U2가 다른 극성의 영구자석(4)과 동일 전기각으로 대향하고 있는 경우, U3, U4도 또 다른 극성의 영구자석(4)과 동일 전기각으로 대향하도록 설정되어 있다. 또, 다른 돌출극(V3, V4, W3, W4)도 V1, V2나 W1, W2와 같은 관계로 설정되어 있다.

이러한 회전 전기 기계(1)에서는 발전시에 형성되는 자로는 도 2에 파선으로 도시하는 바와 같이, U1, U2간, U2, V1간 등에 형성된다. 이 경우, U1, U2간의 돌출극간 각도는 22°30′이며, 도 9의 경우(30°)에 비하여 U1, U2간의 자로의 길이 가 짧게 되어 있다. 일반적으로, 코일의 인덕턴스는 자로의 길이에 반비례하기 때문에, 도 2의 회전 전기 기계(1)에서는 도 9에 비하여 인덕턴스가 커진다. 즉, 코일의 권취 수나 고정자 코어의 적층 두께를 증가시키지 않고 인덕턴스를 증대시킬 수 있다. 따라서, 엔진의 중 내지 고회전영역에서의 발전전류를 억제하여, 코일(5)의 온도를 저감하는 것이 가능해진다.

발명자들의 실험에 의하면, 도 9의 구성의 경우, 5000RPM에서 발전량이 16.4A, 코일 온도가 80℃이었던 것이, 도 2의 구성에서는 동일한 5000RPM에서 발전전류량을 14.8A, 코일 온도를 62℃로 저감시킬 수 있었다.

또한, 1개의 돌출극에 생기는 자속 수를 가령 2개로 하고, 이것을 기준으로 생각하면, 도 2의 회전 전기 기계(1)에서는 U1, U2간에 2개, U2, V1간에 1개의 자속이 생긴다. 이 때문에, 예를 들면 U상에 관해서 보면, 도 2에 도시하는 바와 같이, U1, U3에 2개, U2, U4에 3개의 자속이 통과하여, U상의 총 자속 수는 합계 10개가 된다. 이것에 대하여, 도 9에서는 U1, U2, U3, U4의 전체에 2개씩 자속이 통과하여, U상의 총 자속 수는 합계 8개가 된다. 즉, 도 2의 회전 전기 기계(1)에서는 각 상에 있어서의 유효 자속이 종래의 것보다도 많아져, 저회전역에 있어서의 출력의 향상을 도모할 수 있다.

발명자들의 실험에 의하면, 도 9의 구성의 경우, 자속 밀도가 1돌출극당 10200Mx이었던 것이, 도 2의 구성에서는 10700Mx로 증가하고, 4극에서는 합계 2000Mx 증가하였다. 이 때문에, 발전량도, 도 9에서는 1500RPM에서 2.6A이었던 것이, 도 9에서는 1500RPM에서 3.4A로 증가하였다.

이와 같이 상기 회전 전기 기계(1)에서는 종래의 발전기와 같은 체격이면서, 중 내지 고회전영역에서의 발전량을 억제하여 코일 온도를 저감할 수 있는 동시에, 저회전영역에서의 출력을 향상시키는 것이 가능해진다. 이 때문에, 종래의 발전기와 동등 이상의 출력 성능이면서 코일의 발열을 대폭으로 저감할 수 있어, 엔진 마찰의 저감이 도모되어, 엔진의 연비 향상이나 마력 손실의 저감을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 현재의 체격을 유지하면서 발전기의 고출력화가 가능해져, 체격 증가나 강제 냉각기구의 부가를 수반하지 않고, 자동 이륜차 등에 있어서의 거듭되는 부하의 증가에 대응하는 것이 가능해진다.

(실시예 2)

다음에, 실시예 2로서, 도 2의 회전 전기 기계에 돌출극을 추가한 것에 관해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예 2인 회전 전기 기계에 있어서의 회전자(2)와 고정자(3)의 위치관계를 도시하는 설명도이다. 또, 이하의 실시예에서는 실시예 1과 같은 부재, 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다. 또한, 고정자(3)도 구성을 명확하게 하기 위해서, 그 필요 최소한만을 나타내는 세부는 생략한다.

도 2의 회전 전기 기계에서는 극쌍군(16a)의 각도(X)가 157°30′이 되어 있고, 180°로부터 X를 뺀 나머지의 각도는 180°-157°30′=22°30′이 된다. 이것은 상술한 θ1과 같은 각도이며, 도 2로부터도 알 수 있는 바와 같이, 극쌍군(16a, 16b)의 사이에는 양단에 각각 돌출극을 1개씩 추가할 수 있는 스페이스가 존재하고 있다. 또, 180°-X≥θ1의 경우에는 돌출극을 2개, ≥2θ1의 경우에는 돌출극을 4개, ≥3θ1의 경우에는 돌출극을 6개 각각 추가 가능하다.

그래서, 도 3의 회전 전기 기계에서는 도 3의 상부의 틈에 U상의 돌출극, 하부의 틈에 W상의 돌출극을 설치하고, 이 돌출극의 추가 배치에 의해 한층 더 출력 증가를 도모하고 있다. 발명자들의 실험에 의하면, 도 2의 구성의 경우, 1500RPM에서 3.4A, 5000RPM에서 14.8A이었던 것이, 도 3에서는 1500RPM에서 5.9A, 5000RPM에서 15A로 증가하였다. 이 경우, 고회전영역에서는 인덕턴스 증가에 의해 발전량이 억제되어 있기 때문에, 저회전영역에서의 출력 증가가 현저하고, 온도 상승을 억제한 효과적인 출력 증가를 실현할 수 있다.

또, 추가의 돌출극의 상은 U, W상에 한정되지는 않고, V상의 돌출극을 추가하여도 좋다. 또한, 다른 상의 돌출극이 아니라, 예를 들면 U상만을 2극과 같이, 동일 상의 돌출극을 추가하여도 좋다.

(실시예 3)

또한 실시예 3으로서, 영구자석을 14극, 돌출극을 12극으로 한 것에 대해서 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예 3인 회전 전기 기계에 있어서의 회전자(2)와 고정자(3)의 위치관계를 도시하는 설명도이다.

도 4의 회전 전기 기계에서는 14개의 영구자석(4)이 25°43′ 간격으로 등분으로 배치되어 있다(N=14;n=7). 고정자(3)측의 돌출극(14)은 12개 설치되어 있고(M=3m;m=4), θ1은 영구자석(4)의 배치 간격과 같은 25°43′(360°/N;n=14)로 설 정되어 있다. θ2는 25°43′+25°43′/3=34°17′로 설정되고, 극쌍군(16a)의 각도(X)는 3×(25°43′+34°17′)=180°로 되어 있다. 이 경우, 180°-X는 180°-180°=O°이고, 돌출극을 추가할 수는 없다.

(실시예 4)

덧붙여, 실시예 4로서, 영구자석을 18극, 돌출극을 12극으로 한 것에 관해서 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예 4인 회전 전기 기계에 있어서의 회전자(2)와 고정자(3)의 위치관계를 도시하는 설명도이다.

도 5의 회전 전기 기계에서는 18개의 영구자석(4)이 20° 간격으로 등분으로 배치되어 있고(N=18;n=9), θ1도 20°(360°/N;n=18)로 설정되어 있다. θ2는 20°+20°/3=26°40′로 설정되고, 극쌍군(16a)의 각도(X)는 3×(20°+26°40′)=140°로 되어 있다.

한편, 도 5의 경우, 180°-X=180°-140°=40°≥2θ1이고, 상술한 바와 같이 돌출극(14)을 4극 추가할 수 있다. 도 6은 도 5의 회전 전기 기계에 돌출극을 추가 배치한 구성을 도시하는 설명도이다. 도 6에서는 도 5에서 극쌍군(16a, 16b)의 사이에 형성된 틈에 각각 U, W상의 돌출극(14)이 추가되어, 한층 더 출력 증가가 도모되고 있다.

(실시예 5)

또한, 실시예 5로서, 영구자석을 20극, 돌출극을 12극으로 한 것에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시예 5인 회전 전기 기계에 있어서의 회전자(2)와 고정자(3)의 위치관계를 도시하는 설명도이다.

도 7의 회전 전기 기계에서는 20개의 영구자석(4)이 18° 간격으로 등분으로 배치되어 있고(N=20;n=10), θ1도 18°(360°/N;n=20)로 설정되어 있다. θ2는 18°+18°/3=24°로 설정되고, 극쌍군(16a)의 각도(X)는 3×(18°+24°)=126°로 되어 있다.

도 7의 경우, 180°-X=180°-126°=54°≥3θ1이고, 상술한 바와 같이 돌출극(14)을 6극 추가할 수 있다. 도 8은 도 7의 회전 전기 기계에 돌출극을 추가 배치한 구성을 도시하는 설명도이다. 도 8의 경우, 극쌍군(16a, 16b)간에만 돌출극(14)이 추가 배치되는 구성이 아니라, 극쌍군 내의 극쌍간에도 돌출극이 추가 배치되어 있다. 즉, 극쌍군(16a, 16b)간(극쌍(15Ua, 15Wb)간 및 극쌍(15Wa, 15Ub간))에 U상과 W상의 돌출극(14)이 2개씩 추가되어 있는 것에 덧붙여, 극쌍(15Va, 15Wa)간 및 극쌍(15Vb, 15Wb)간에도 V상의 돌출극(14)이 1개 추가되어 있다. 요컨대, 도 8에 있어서는 극쌍(15Ua, 15Va, 15Wa, 15Ub, 15Vb, 15Wb)의 주변에 각각 추가의 돌출극(14)이 1개씩 합계 6개 부가된 형태로 되어 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경 가능한 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면, 극쌍군(16a)은 1개뿐이어도 발전을 할 수 있어, 반드시 쌍이 되는 극쌍군(16b)을 구비할 필요는 없다. 따라서, X가 180°를 넘어도 본 발명의 구성은 성립하고, 영구자석(4)의 극수가 예를 들면 12극인 경우 등, 14극 미만의 경 우에도 성립 가능하다. 또한, 극쌍군(16a) 중에 있어서의 극쌍(15Ua)은 항상 복수의 돌출극(14)을 가질 필요는 없고, 예를 들면, U, V상은 극쌍을 형성하지만, W상은 단독의 돌출극만으로 하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명에 있어서의 극쌍은 복수의 돌출극의 집합뿐만 아니라, 단독의 돌출극으로 형성되는 경우도 존재한다.

또한, 상술한 실시예에서는 본 발명의 회전 전기 기계를 발전기로서 사용한 경우를 개시하였지만, 이것을 모터로서 사용하는 것도 가능하다. 또한, 자동 이륜차의 ACG 스타터와 같이, 발전기와 모터를 겸용한 것에도 적용 가능하다. 모터에 사용한 경우, 종래의 모터와 동등 이상의 출력으로 코일의 발열을 대폭으로 저감한 모터를 실현할 수 있다. 또한, 동일 체격으로, 모터 출력(토크(torque))의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 덧붙여, 상술한 실시예에서는 본 발명의 회전 전기 기계를 자동 이륜차용 발전기에 적용한 예를 개시하였지만, 다른 용도의 발전기나 모터에 적용하는 것도 가능하다.

한편, 상술한 실시예에서는 외부 로터형의 회전 전기 기계에 본 발명을 적용한 예를 개시하였지만, 회전자가 고정자의 내측에 배치되는 소위 내부 로터형의 회전 전기 기계에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 상술한 실시예에서는 상수가 3상인 회전 전기 기계에 관해서 설명하였지만, 5상 등의 다른 다상 회전 전기 기계에도 본 발명은 적용 가능하다.

본 발명의 회전 전기 기계에 의하면, 동일 상의 돌출극을 인접 배치하여, 그 들을 다른 극성의 영구자석과 동일 전기각으로 대향시키도록 하였기 때문에, 자로의 길이를 짧게 할 수 있는 동시에, 유효 자속을 증가시키는 것이 가능해진다. 따라서, 종래의 발전기와 같은 체격이면서, 중 내지 고회전영역에서의 발전량을 억제하여 코일 온도를 저감할 수 있는 동시에, 저회전영역에서의 출력을 향상시키는 것이 가능해진다. 이 때문에, 종래의 발전기와 동등 이상의 출력 성능이면서 코일의 발열을 대폭으로 저감할 수 있고, 엔진 마찰의 저감을 도모할 수 있어, 엔진의 연비의 향상이나 마력 손실의 저감을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 현재의 체격을 유지하면서 발전기의 고출력화가 가능해져, 체격 증가나 강제 냉각기구의 부가를 수반하지 않고, 자동 이륜차 등에 있어서의 거듭되는 부하의 증가에 대응하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 회전 전기 기계에 의하면, 인접 배치된 동일 상의 돌출극끼리에 의해 극쌍을 형성하고, 이 극쌍의 사이에 돌출극을 추가 배치할 수 있기 때문에, 회전 전기 기계의 출력을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

Claims

코일이 권취된 복수개의 돌출극(salient pole)을 구비하는 고정자와, 상기 고정자의 외주 또는 내주에 회전이 자유롭게 배치되어, 복수개의 영구자석이 상기 돌출극과 대향하도록 둘레방향을 따라 설치된 회전자를 구비하여 구성되는 회전 전기 기계에 있어서,

동일 상이 되는 상기 돌출극을 둘레방향에 인접 배치하고, 인접하는 각각의 상기 돌출극을 다른 극성의 상기 영구자석과 동일 전기각으로 대향시키고, 인접 배치된 동일 상의 상기 돌출극끼리에 의해 극쌍을 형성하고, 상기 극쌍을 상수분 구비한 극쌍군을 상기 고정자의 중심에 대하여 점대칭의 위치에 2군 배치하고, 또한 상기 극쌍군의 사이에 상기 돌출극을 추가 배치가능한 공극을 설치한 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
제 1 항에 있어서,

인접하는 동일 상의 각각의 상기 돌출극에서의 전기 코일은 서로 권취 방향을 달리하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 영구자석의 극수(N)에 대하여, 동일 상이 되는 인접한 상기 돌출극간의 각도(θ1)를 360°/N, 다른 상(異相)이 되는 인접한 상기 돌출극간의 각도(θ2)를 θ1+θ1/ P로 설정하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
제 3 항에 있어서,

P ×(θ1+θ2)가 180° 이하인 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 극쌍군의 사이에 상기 돌출극을 추가 배치한 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 회전 전기 기계는 상기 고정자가 상기 회전자의 내측에 배치되는 외부 로터형의 회전 전기 기계인 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 회전 전기 기계는 상기 회전자가 상기 고정자의 내측에 배치되는 내부 로터형의 회전 전기 기계인 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 회전 전기 기계가 자동 이륜차용 시동 발전기인 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
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