KR100982536B1

KR100982536B1 - 모터 및 모터 시스템

Info

Publication number: KR100982536B1
Application number: KR1020077029198A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 나시키
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2010-09-16
Also published as: US8120215B2; JPWO2006123659A1; DE112006001258T5; KR20080021663A; JP5125506B2; US20090021089A1; WO2006123659A1

Abstract

본 발명에 따르면, 원주방향으로 등간격으로 배치되는 A상, B상, C상의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극, 각 상이 회전자 돌출 자극으로부터 고정자 돌출 자극으로 통과하는 자속이 회전자측으로 되돌아오는 자기경로인 자속 통과용 자기경로, 및 각 상의 고장자 자극과 자속 통과용 자기경로 사이에 배치되는 대략 환형의 권선을 포함하고, 회전자의 회전 위치에 동기해서 각 권선의 전류가 통전되도록 함으로써 토크를 출력하는 모터 및 그의 제어장치에서는, 고정자 구조, 회전자 구조, 권선 구조가 단순하기 때문에, 생산성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 고품질, 소형화, 저비용화를 실현할 수 있다.

모터, 제어장치, 고정자, 회전자, 돌출자극, 자기경로, 권선, 자기저항

Description

모터 및 모터 시스템{MOTOR AND MOTOR SYSTEM}

본 발명은 자동차나 트럭 등에 탑재되는 모터 및 모터 시스템에 관한 것이다.

종래 릴럭턴스력(reluctance force)을 활용한 모터는 공지되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 도 87에 나타낸 모터의 단면도는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)로 칭하는 모터의 예이고, 고정자에는 6개의 돌출 자극(突極)이 원주상에 배치된다. 841과 842는 A상의 돌출 자극이고, 845과 846은 B상의 돌출 자극이며, 843과 844는 C상의 돌출 자극이다. 각 돌출 자극에는 권선이 권선되지만, A상의 권선(847, 848)에 대해서만 나타내고 설명한다. 849는 회전자이고, 4개의 돌출 자극이 원주상에 배치되어 있다. 모터 케이스도 제공된다.

상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 동작은, 예를 들면 반시계 회전방향으로 회전될 경우, 회전자의 회전에 동기해서 A상, B상, C상의 각 상의 권선에 순차적으로 전류가 통전되고, 각 상의 고정자 돌출 자극과 회전자의 돌출 자극 사이에서 흡인력이 발생하여 회전하는 것이다. 예를 들면, 도 70의 A상을 구동할 경우, A상의 권선(847, 848)에 전류가 통전되고, 자속은 고정자 돌출 자극(842)으로부터 회전자 돌출 자극을 통해 고정자 자극(841)에 도달하고, 백 요크(84A)를 통해 원래의 고정자 자극(842)으로 되돌아간다. 이때, 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극 사이에서 흡인력이 작용하여 회전 토크가 얻어진다.

이러한 모터의 특징은 간단한 구성이고, 고가의 영구자석을 사용하지 않기 때문에, 저비용인 것, 회전자가 견고하여 기계강도적으로 고속회전이 가능한 것 및 모터의 자속이 모두 전류에 의해 생성되어 모터의 자속 제어가 가능하며 전기적으로 고속회전이 가능한 것을 예로 들 수 있다.

이러한 모터의 결점은 고정자와 회전자 사이에서 작용하는 반경방향의 흡인력에 의해 고정자 전체가 변형되고, 그 흡인력의 온/오프는 진동, 소음을 크게 발생하는 것이다. 또한, 토크 리플이 쉽게 커지는 경향의 문제 및 하나의 상의 구동 범위는 구조적인 제약으로부터 전기각에서 120° 전후의 구동 범위로 되기 때문에, 토크 제어의 자유도가 낮은 문제도 있다. 다른 문제로서, 역률(力率)이 낮은 문제, 철심(鐵心)에 있어서의 전력손실이 쉽게 커지는 경향의 문제도 있다. 또한, 업계에서 대부분 사용되어 있는 3상 교류용의 인버터에서는 구동할 수 없는 문제 등이 있다.

특허문헌 1: 일본 특개평 8-182276(도 1 - 도 3)

본 발명의 목적은 간단한 구성으로 높은 토크를 발생시키고, 고품질의 모터를 실현하는 것이다. 이는 스위치드 릴럭턴스 모터의 상기한 문제점을 해결하는 것이기도 하다. 진동, 소음의 문제는 고정자의 일부와 회전자 사이에서 작용하는 반경방향의 흡인력에 의해 고정자 전체가 변형함으로써 발생하고 있다. 이들의 진동, 소음의 저감, 토크 리플의 저감, 하나의 상의 구동 범위를 120°이상으로 확대, 고토크화, 구동장치의 단순화 등이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 모터의 개략적인 구성은 고정자에 환형의 각 상의 권선을 권선하고, 고정자에는 동일 상의 돌출 자극을 원주상에서 대략 등간격으로 배치하며, 고정자의 돌출 자극에 대향하고, 회전자의 돌출 자극도 원주상에 대략 동일한 간격으로 배치되는 구성이다. 각 상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 상대적인 위상은, 3상의 경우 전기각에서 120°의 위상차, 4상의 경우 90°의 위상차를 갖는다. 각 돌출 자극의 원주방향의 폭은 3상의 경우 전기각에서 120°내지 240°의 범위로 제작이 가능하다.

고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 통과하는 자속은 고정자와 회전자가 대향하는 자속 통과용 자기경로를 통해 일순(一巡)하는 구성으로 한다. 또한, 2상 이상의 자속은 상기 자속 통과용 자기경로를 공통으로 사용할 수 있다. 특히, 상기 자속 통과용 자기경로로부터 회전자 샤프트 방향의 동일한 방향으로 2세트의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 배치하는 경우에는 양(兩) 상에 걸리는 기자력을 독립하여 조작할 필요가 있다. 예를 들면, 회전자 샤프트 방향으로 상기 자속 통과용 자기경로, B상 및 C상의 순서로 배치되는 경우, B상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극에만 기자력을 인가해서 토크를 발생시키기 위하여 B상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 전후에 배치된 2세트의 권선(WB, WC)에 동시에 역방향전류를 통전시킨다. 이러한 상태에서, B상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극에는 권선 WB로 흐르는 전류의 기자력이 작용하고, C상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극에는 권선 WB로 흐르는 전류의 기자력과 권선 WC로 흐르는 전류의 기자력의 합이 작용하게 되고, 양 전류는 역방향이기 때문에, C상으로의 작용은 거의 없는 상태로 할 수 있다. 그리고 C상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극만으로 기자력을 인가해서 토크를 발생시키기 위하여 전류는 상기 권선 WC로 통전될 수 있다.

각 상의 고정자 권선은 회전자측에 요부(recess)를 갖게 하여 그 부분으로 돌출됨으로써 권선 단면적을 크게 하고, 모터의 구리 손실(copper loss)을 감소시키며, 모터의 출력을 향상시킬 수 있다.

또한, 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 자기회로적으로 직렬로 2세트 배치하는 구성으로 함으로써, 자속의 크기는 동일 정도로 최대 토크를 향상시킬 수 있다.

상기 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극에 슬릿, 구멍 등을 제공함으로써 자속을 제한할 수 있고, 다른 부분의 자기포화를 감소시키는 효과 및 모터 발생 토크의 균일화를 실현할 수 있다.

또한, 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 대향하는 부분 이외의 공간을 통과하는 누설 자속은 모터 내의 자기회로 각 부분들의 자기포화를 유발하여 역률을 저하시키는 원인으로 되어 큰 문제로 된다. 이러한 누설 자속을 감소시키기 위해서는 영구자석을 돌출 자극의 주변, 측면 또는 돌출 자극 내부에 배치하는 것이 효과적이다. 특히, 권선에 대전류를 통전시켜 큰 토크를 출력시킬 경우에 현저한 효과가 있다.

고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 경사진 사다리꼴 형상이나 정현파 형상 또는 회전자 샤프트 방향으로 요철을 갖게 함으로써 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 대향 면적을 증가시킬 수 있고 토크를 향상시킬 수도 있다. 모터의 구조로서는 회전자가 고정자의 외주측에 배치되는 소위 아우터 회전자 구조, 복수의 모터가 통합되어 복합화된 모터의 구조로 구성할 수 있다.

모터의 제어장치는 릴럭턴스 토크가 자속에 따른 흡인력을 사용하는 성격상, 전류의 방향은 정(正)에서도 부(負)에서도 동일한 작용을 하기 때문에, 일반적으로 사용되는 3상 교류 인버터와는 다른 구성의 제어장치가 가능하다. 구체적으로, 4개의 전력 소자를 이용하여 3개의 권선의 전류를 제어할 수 있다.

[발명의 효과]

본 발명에서는 고정자 구조, 회전자 구조 및 권선 구조가 단순하기 때문에, 모터 및 그의 제어장치의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 고품질의 모터 및 그의 제어장치를 소형화 및 낮은 비용으로 제공할 수 있다.

도 1은 환형 권선을 갖는 단상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 2는 환형 권선을 갖는 단상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 3은 도 1에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 4는 환형 권선을 갖는 단상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 5는 환형 권선을 갖는 단상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 6은 환형 권선을 갖는 2상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 7은 도 6에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 8은 환형 권선을 갖는 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 9는 도 8에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 10은 환형 권선을 갖는 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 11은 도 1O에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 12는 환형 권선을 갖는 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 13은 환형 권선을 갖는 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 14는 도 13에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 15는 환형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 16은 환형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 17은 도 16에 나타낸 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면에 각 루프형 권선의 배치를 부기하고, 각각의 상부에 회전자 외주표면형상을 원주방향으로 직선 전개한 것을 부기한 도면.

도 18은 환형 권선을 갖는 5상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 19는 도 18에 나타낸 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면에 각 루프형 권선의 배치를 부기하고, 각각의 상부에 회전자 외주표면형상을 원주방향으로 직선 전개한 것을 부기한 도면.

도 20은 환형 권선을 갖는 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 21은 환형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 22는 환형 권선을 갖는 6상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 23은 도 22에 나타낸 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면에 각 루프형 권선의 배치를 부기하고, 하부에 회전자 외주표면형상을 원주방향으로 직선 전개한 것을 부기한 도면.

도 24는 환형 권선을 갖는 6상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 25는 환형 권선을 갖는 6상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 26은 권선의 냉각기구를 통합한 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 27은 도 26에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 28은 토크 발생부를 내경측과 외경측의 양쪽에 구비한 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 29는 도 28에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 30은 토크 발생부를 내경측과 외경측의 양쪽에 구비한 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 31은 도 30에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 32는 고정자의 코일과 자극이 회전자의 외주보다 내측으로 돌출되는 모터 의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 33은 도 32에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 34는 고정자의 돌출 자극과 회전자의 돌출 자극이 서로 내경 및 외경측으로 돌출되는 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 35는 도 34에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 36은 도 34의 구성의 모터에서 외주측이 회전자가 되는 구성으로 변형된 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 37은 도 36에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 38은 고정자의 돌출 자극과 회전자의 돌출 자극이 서로 회전자 샤프트 방향으로 돌출되는 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 39는 도 38에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 40은 토크 발생부를 내경측과 외경측의 양쪽에 구비한 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 41은 토크 발생부를 내경측과 외경측의 양쪽에 구비한 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 42는 도 40 및 도 41에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 43은 토크 발생부를 반경방향으로 4개 부위에 구비한 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 44는 도 43에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도이고, 도 43에 나타낸 권선의 전류를 표시하는 벡터도.

도 45는 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 원주방향형상을 나타내는 도면.

도 46은 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 원주방향형상을 나타내는 도면.

도 47은 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 원주방향형상을 나타내는 도면.

도 48은 회전자 돌출 자극의 내부의 자속을 설명하는 도면.

도 49는 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 요부를 완만한 형상으로 한 예를 나타내는 도면.

도 50은 회전자 돌출 자극의 내부에 영구자석을 배치한 예를 나타내는 모터의 횡단면도.

도 51은 회전자 돌출 자극의 내부에 영구자석을 배치한 예를 나타내는 모터의 횡단면도.

도 52는 회전자 돌출 자극의 근방과 고정자 돌출 자극의 근방에 누설 자속을 감소시키는 방향으로 영구자석을 배치한 구성을 나타내는 도면.

도 53은 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극이 대향하는 에어갭부의 근방에 누설 자속을 감소시키는 방향으로 영구자석을 배치한 구성을 나타내는 도면.

도 54는 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 대향하는 에어갭부를 제외한 전체 원주에서 누설 자속을 감소시키는 방향으로 영구자석을 배치한 구성을 나 타내는 도면.

도 55는 도 54에 있어서 에어갭부 근방의 영구자석을 제거한 구성을 나타내는 도면.

도 56은 누설 자속을 감소시키는 영구자석을 고정자 돌출 자극 내부와 회전자 돌출 자극 내부에 배치한 구성을 나타내는 도면.

도 57은 누설 자석을 감소시키는 영구자석을 고정자 돌출 자극 내부와 회전자 돌출 자극 내부에 배치한 구성을 나타내는 도면.

도 58은 토크를 발생하는 자속 성분을 영구자석으로 여자시키는 구조로 한 모터 구성을 나타내는 도면.

도 59는 고정자 돌출 자극에 권선을 권선한 구조를 나타내는 도면.

도 60은 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 서로 반경방향으로 돌출된 모터의 구성을 나타내는 도면

도 61은 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 서로 반경방향으로 돌출된 모터의 구성을 나타내는 도면.

도 62는 고정자 돌출 자극의 형상의 예를 나타내는 도면.

도 63은 전자 강판을 프레스 절단, 프레스 성형해서 모터의 연자성체부를 구성하는 모터의 예를 나타내는 종단면도.

도 64는 전자 강판과 어모퍼스(amorphous) 필름을 적층한 구성을 나타내는 도면.

도 65는 환형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 66은 고정자 돌출 자극 형상과 환형 권선을 변형한 구성을 직선 전개해서 나타내는 도면.

도 67은 환형 권선을 갖는 6상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 68은 고정자 돌출 자극 형상과 환형 권선을 변형한 6상 모터의 구성을 직선 전개해서 나타내는 도면.

도 69는 환형 권선을 갖는 6상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 70은 고정자 돌출 자극 형상과 환형 권선을 변형한 6상 모터의 구성을 직선 전개해서 나타내는 도면.

도 71은 고정자 돌출 자극 형상과 환형 권선을 변형한 5상 모터의 구성을 직선 전개해서 나타내는 도면.

도 72는 고정자 돌출 자극 형상과 환형을 변형한 6상 모터의 구성을 직선 전개해서 나타내는 도면.

도 73은 도 71의 모터의 고정자의 원주방향형상을 단면도로 나타내는 도면.

도 74는 판형 도체를 통과하는 자속이 와전류에 의해 감소하는 것을 나타내는 도면.

도 75는 3개의 권선의 일방향 전류를 제어하는 제어회로의 도면.

도 76은 3개의 권선의 일방향 전류를 제어하는 제어회로의 도면.

도 77은 도 75의 제어회로의 동작 예와 전류파형의 예를 나타내는 도면.

도 78은 도 75의 제어회로의 동작 예와 전류파형의 예를 나타내는 도면.

도 79는 도 12의 (a)의 모터의 토크를 나타내는 도면.

도 80은 3개의 권선의 일방향 전류를 제어하는 제어회로의 도면.

도 81은 도 80의 제어회로의 동작 예와 전류파형의 예를 나타내는 도면.

도 82는 3개의 권선의 일방향 전류를 제어하는 제어회로의 도면.

도 83은 도 80의 제어회로의 동작 예와 전류파형의 예를 나타내는 도면.

도 84는 3개의 권선의 일방향 전류를 제어하는 제어회로의 도면.

도 85는 도 80의 제어회로의 동작 예와 전류파형의 예를 나타내는 도면.

도 86은 권선에 양방향의 전류가 흐르는 제어회로의 예의 도면.

도 87은 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터를 개략적으로 나타내는 종단면도.

*부호의 설명*

1: 회전자 샤프트

31: A상의 회전자 돌출 자극

32: A상의 고정자 돌출 자극

33: 자속 통과용의 회전자측 자기경로

34: 자속 통과용의 고정자측 자기경로

35: B상의 회전자 돌출 자극

36: B상의 고정자 돌출 자극

37: C상의 회전자 돌출 자극

38: C상의 고정자 돌출 자극

39: A상을 여자 하는 코일

40: B상 및 C상을 여자 하는 코일

41: B상 및 C상을 여자 하는 코일

다음으로, 본 발명에 관한 모터 및 그의 제어장치의 여러 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 단상의 릴럭턴스 모터(reluctance motor)의 예를 나타낸 것이다. 2는 회전자이고, 3은 회전자의 돌출 자극이고, 4는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EE-EE는 도 3의 (a)의 형상으로 이루어진다. 상기 도면에서는 12극의 예를 나타내고 있다. 6과 7은 각각 회전자의 자속 통과용 자기경로(magnetic path) 및 고정자의 자속 통과용 자기 경로이며, 그 단면 ED-ED는 도3의 (b)의 형상으로 이루어지고, 원통형의 곡면이 대향하고 있어 자속이 통과되는 기능을 실행하며, 토크는 발생하지 않는다. 5는 고정자 권선이며, 원주상에 환형의 권선이 복수회 권선된다. 상기 형상은 단순하기 때문에, 높은 점적(space factor)으로 권선될 수 있어 제작성이 좋은 특징이 있다. 또한, 상기 권선(5)의 형상은 완전한 원형일 필요는 없고, 고정자 자기경로, 회전자 자기경로를 가능한 한 크게 형성하는 등의 경우에 따라 회전자 샤프트 방향 또는 반경방향으로 파형으로 하는 등의 변형도 가능하다. 1은 회전자 샤프트이다.

도 1의 모터는 도 3의 (a)의 형상으로부터 알 수 있듯이, 전기각 180°사이에서 흡인력, 즉 전기각 180°사이에서 정 또는 부의 토크를 발생할 수 있지만, 나머지 180°사이에서는 요구되는 방향의 토크를 발생할 수 없다. 그러나 자동차의 엔진과 병렬로 배치되어 사용될 경우에는, 구동시의 보조적인 토크 발생 또는 제동시의 회생, 즉 발전이 가능하여 엔진과 모터가 병렬로 배치되어 구동하는 소위 하이브리드 자동차의 연료 소비율 개선 등의 목적을 달성할 수 있다. 그리고 이러한 단상의 릴럭턴스 모터는 종래의 3상 교류 모터 등에 비하여 단순한 구성이기 때문에, 소형, 저비용의 특징이 있다. 또한, 단상 모터에서 연속적인 토크의 발생은 어렵지만, 자기경로 및 권선의 이용률이 높고, 고효율의 특징이 있다.

도 2의 본 발명의 모터의 예는 권선(6)이 요부로 형성된 부분까지 들어가 있어서 도선을 굵게 할 수 있기 때문에, 구리 손실을 감소시킬 수 있고, 고효율화가 가능하며, 연속 정격 토크를 증가시킬 수 있다. 또한, 회전자 돌출 자극(6H)과 고정자 돌출 자극(7H)은 도 1의 6, 7과는 다른 형상을 갖는다. 그러므로 동일 기능이지만 형상의 변형은 가능하다.

도 4의 본 발명의 모터의 예는 회전자 돌출 자극(9) 및 고정자 돌출 자극(10)이 추가된 예다. 상기 자속 통과용 자기경로(6, 7)보다 자기저항이 커지기 때문에, 토크 정수는 감소하지만, 토크 발생부가 2개 부위로 증가하기 때문에, 최대 토크는 증가하는 특징이 있다.

도 5의 본 발명의 모터의 예는 회전자 돌출 자극(12) 및 고정자 돌출 자극(13)이 회전자 샤프트 방향으로 연장되어 유도되는 자속(MF)의 회전변화율(d(MF)/dθ)을 크게 하여 토크 정수 및 최대 토크가 증가하도록 한 예이다. 권선(11)은 상기 변형에 따라 변형된 형상을 갖는다.

다음으로, 도 6은 본 발명의 실시예인 2상의 릴럭턴스 모터를 나타낸 것이 다. 14는 A상의 회전자의 돌출 자극이고, 15는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EA-EA는 도7의 (a)의 형상으로 이루어진다. 6, 7은 도 1의 모터와 동일하고, 회전자의 자속 통과용 자기경로와 고정자의 자속 통과용 자기경로이며, 그 단면 ED-ED은 도 3의 (b)의 형상으로 이루어진다. 3은 B상의 회전자의 돌출 자극이고, 4는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EE-EE는 도 7의 (b)의 형상으로 이루어진다. A상과 B상의 위상차는 전기각에서 180°로 된다.

회전자의 돌출 자극(14)과 고정자의 돌출 자극(15)에 전류 기자력이 작용하는 경우는 권선(16)에 전류가 흐를 수 있고, 이때 회전자의 자속 통과용 자기경로(6)와 고정자의 자속 통과용 자기경로(7) 사이의 자기저항이 충분히 작으면, 회전자의 돌출 자극(3)과 고정자의 돌출 자극(4)에는 기자력이 거의 작용하지 않는다. 회전자의 돌출 자극(3)과 고정자의 돌출 자극(4)에 전류 기자력이 작용시키는 경우에는 유사하게 권선(17)에 통전될 수 있다.

이러한 구성에서, 회전자의 회전 위치에 따라서 A상, B상, A상, B상의 순서로 구동함으로써, 정확히 A상과 B상이 전환되는 지점에서는 토크를 발생할 수 없지만, 80% 이상의 영역에서 토크를 발생할 수 있다. 도 6의 2상의 릴럭턴스 모터는 2상이기 때문에 연속적인 토크의 출력은 어렵고, 맥동적인 토크를 발생시키지만, 도 1의 모터보다 토크 맥동이 작은 특징이 있다.

도 6의 모터를 일방향 회전으로 사용하는 경우에는, 고정자 돌출 자극이나 회전자 돌출 자극의 어느 쪽의 형상을 변형함으로써, 2상의 모터이더라도 연속적인 회전 토크를 얻을 수 있다. 그 구체적인 예는 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 고 정자 돌출 자극(15)에 파선으로 나타내는 보조적인 자극(15A)을 추가한 형상이다. 고정자 돌출 자극(15)과 회전자 돌출 자극은 정확히 180°의 위상차가 있고, 이 상태에서는 여자되더라도 회전 토크를 얻을 수 없다. 그러나 상기 보조적인 자극(15A)을 추가한 형상일 경우, 큰 기자력을 인가함으로써 회전자를 반시계 회전방향으로 회전 토크를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 토크 맥동을 대폭 감소시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예인 3상의 릴럭턴스 모터를 나타낸 것이다. 18은 A상의 회전자의 돌출 자극이고, 19는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EA-EA는 도 9의 (a)의 형상으로 이루어진다. 20은 B상의 회전자의 돌출 자극이고, 21은 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EB-EB은 도 9의 (b)의 형상으로 이루어진다. 22는 C상의 회전자의 돌출 자극이고, 23은 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EC-EC는 도 9의 (c)의 형상으로 이루어진다. 단면 ED-ED의 부분은 도 9의 (d)의 형상의 자속 통과용 자기경로이다. 도 1의 단상 릴럭턴스 모터와 도 6의 2상의 릴럭턴스 모터를 합성하여 고정자와 회전자의 위상관계를 각각 120°의 위상차가 되도록 배치한 구조이다. 다만, 이 경우에는 상기 두 모터 사이에서의 상호 작용을 배제하기 위하여 상기 두 모터 간은 자기적으로 분리되어 배치될 필요가 있다.

이러한 구성에서, 회전자의 회전 위치에 따라서 A상, B상, C상의 순서로 구동함으로써 연속적인 토크의 발생이 가능하고, 모터의 설계에 따라 토크 리플도 감소시킬 수 있다. 토크의 방향도 정 및 부의 토크 생성이 가능하여 역행 운전과 회생 운전이 가능하다. 또한, 이 모터의 동작에서 하나의 상이 토크를 발생할 수 있 는 범위는 각 돌출 자극의 형상에도 따르지만 돌출 자극의 폭이 전기각에서 180°의 경우, 180°의 사이에서 구동가능하여, 도 8의 모터에서는 A상, B상, C상의 순서로 구동해서 토크 리플이 작은 스무스한 구동이 가능하다. 또한, 이 경우 각 상이 120°이상의 범위에서 구동할 수 있기 때문에, 2상의 경계부 근방에서 2상을 동시에 구동할 수 있는 영역도 있다.

다음으로, 도 10은 도 8의 모터의 배치 구성을 변경한 본 발명의 예를 나타낸 것이다. 도 8의 모터와 비교해 볼 때, A상과 B상의 회전자의 돌출 자극을 동일형상으로 해서 인접시킨 것이다. 27은 A상과 B상 공통의 회전자의 돌출 자극이다. 28은 A상의 고정자의 돌출 자극이고, 그 단면 EA-EA는 도 11의 (a)의 형상으로 이루어진다. 29는 B상의 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EB-EB는 도 11의 (b)의 형상으로 이루어진다.

다음으로, 도 8의 모터의 배치 구성을 도 10과는 반대로 회전자는 도 8과 동일하고, 고정자측의 분리된 백 요크를 자기적으로 접속하는 것도 원리적으로 가능하다. 그러나 이 경우에 있어서 회전자는 자기적으로 2개로 분리될 필요가 있기 때문에, 회전자 샤프트(1)는 비자성체인 것이 바람직하다. 이와 같이 각 자극 형상은 다양한 등가적인 변형이 가능하다.

도 12의 (a)는 본 발명의 다른 실시 예인 3상의 릴럭턴스 모터를 나타낸 것이다. 31은 A상의 회전자의 돌출 자극이고, 32는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EA-EA는 도 9의 (a)의 형상으로 이루어진다. 35는 B상의 회전자의 돌출 자극이고, 36은 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EB-EB는 도 9의 (b)의 형상으로 이루어진 다. 37은 C상의 회전자의 돌출 자극이고, 38은 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EC-EC는 도 9의 (c)의 형상으로 이루어진다. 33은 회전자의 자속 통과용 자기경로이고, 34는 고정자의 자속 통과용 자기경로이며, 단면 ED-ED 부분은 도 9의 (d)의 형상의 자속 통과용 자기경로이다. 각 상의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 상대 위상은 A상, B상, C상에 있어서 전기각에서 120°의 위상차로 이루어진다. 39는 A상의 환형 권선, 40은 B상의 환형 권선, 41은 C상 및 B상의 환형 권선이다.

이러한 구성에서, 회전자의 회전 위치에 따라서 A상, B상, C상의 순서로 구동함으로써 연속적인 토크의 발생이 가능하고, 모터의 설계에 따라 토크 리플도 감소시킬 수 있다. A상의 구동은 권선(39)에 전류가 통전됨으로써 실현되는, 즉 회전자 돌출 자극(31), 고정자 돌출 자극(32), 자속 통과용 자기경로(36, 46)를 통해 자속이 유도되어 일순하고, 회전자 돌출 자극(31)과 고정자 돌출 자극(32) 사이에서 흡인력이 발생하여 토크가 생성된다. B상의 구동은 권선(40)과 권선(41) 모두에 역방향의 전류가 통전됨으로써 실현한다. 회전자 돌출 자극(35), 고정자 돌출 자극(36), 자속 통과용 자기경로(36, 46)를 통해 자속이 유도되어 일순하고, 회전자 돌출 자극(35)과 고정자 돌출 자극(36) 사이에서 흡인력이 발생하여 토크가 생성된다. 이때, C상의 회전자 돌출 자극(37)과 고정자 돌출 자극(38)에는 권선 40과 권선 41에 역방향으로 통전되는 전류의 합계가 인가되기 때문에, 결국 C상에는 기자력이 인가되지 않아 토크가 생성되지 않게 된다. C상의 구동은 권선(41)에 전류가 통전됨으로써 실현되는, 즉 회전자 돌출 자극(38), 고정자 돌출 자극(39), 자속 통과용 자기경로(36, 46)를 통해 자속이 유도되어 일순하고, 회전자 돌출 자극(38)과 고정자 돌출 자극(39) 사이에서 흡인력이 발생하여 토크가 생성된다. 여기에서, 자속 통과용 자기경로 36과 46 사이는 항상 대향 면적이 넓고, 자기저항이 작은 것을 전제로 하고 있다.

이와 같이 회전자의 회전 위치에 따라서 A상, B상, C상의 순서로 구동함으로써 토크의 방향도 정 및 부의 토크 생성이 가능하여 역행 운전 및 회생 운전이 가능하다. 또한, 이 모터의 동작에서 하나의 상이 토크를 발생할 수 있는 범위는 각 돌출 자극의 형상에도 따르지만 돌출 자극 폭이 전기각에서 180°인 경우, 180°사이에서 구동가능하고, 도 8의 모터에서는 A상, B상, C상의 순서로 구동하여 토크 리플이 작은 스무스한 구동이 가능하다. 또한, 이 경우 각 상이 120°이상의 범위에서 구동할 수 있기 때문에, 2상의 경계부 근방에서는 2상을 동시에 구동할 수 있는 영역도 있다. 또한, 도 12의 (a)에서는 각 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 폭이 비교적 작은 예를 나타내고 있지만, 자극의 폭이 넓은 쪽이 토크를 크게 할 수 있다.

또한, A상, B상, C상의 권선(39, 40, 41)의 형상은 도 12의 (a)에서 간단한 환형 권선으로 나타내고 있지만, 다양하게 변형될 수 있다. 고정자 자극의 요철형상에 맞춰서 구불구불한 환형 형상의 권선, 일부의 권선이 고정자의 외주부에 배치된 형상의 권선, 분할되고 반주(semiperimeter)로 절곡된 구조의 권선 등이 등가적으로 실현될 수 있고, 이들 모두는 본 발명에 포함되는 것이다. 고정자 코어 및 회전자 코어에 관해서도 다양한 변형이 가능하다.

도 79는 도 12의 (a)의 모터 모델에 상기의 방법으로 회전자 회전 위치에 동 기해서 A상, B상, C상의 순서로 제어되는 예에 관하여 컴퓨터를 통해 비선형 유한요소법을 사용하여 모터의 3차원 형상의 자계 해석을 실행하여 모터의 출력 토크를 계산한 예를 나타낸 것이다. 모터의 외경은 165mm, 각 상의 고정자 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 폭은 15mm, 원주방향의 고정자 돌출 자극의 수는 12, 에어갭부는 O.5mm로 한 예이다. 가로축은 전기각이고, 세로축은 모터의 출력 토크이다. 토크 T-A, T-B, T-C는 각각 A상, B상, C상에 대해서 해당하는 권선에 전류가 전기각에서 120°의 범위로만 흐르고, 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극이 발생하는 토크이다. 특히, B상의 토크 T-B에 있어서, 2개의 권선(40, 41)에 역방향의 전류가 흘러 차동적으로 동작하고 있지만, 이론대로의 토크를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 전기각에서 120°주기의 토크 리플이 보이지만, 이 정도이면 대부분의 용도에서 사용가능하다. 또한, 이 토크 리플을 감소시키는 수단으로서, 모터의 자극 형상을 개량하는 방법, 각 상의 전류를 전기각에서 120°내지 180°의 범위로 흐르도록 함으로써 토크의 저하를 감소시키는 방법, 전류의 진폭에서 보정하는 제어적인 방법 등, 많은 토크 리플의 감소 방법이 있고, 개량이 가능하다.

도 12의 (b)는 본 발명의 다른 실시 예이다. 도 12의 (a)와 비교해 볼 때, 48과 49의 자속 통과용 자기경로는 회전자 샤프트 방향 단부에 배치되어 있다. 모터 내부에 위치하는 회전자 돌출 자극(44, 46)을 구동할 경우에는, 도 12의 (a)의 회전자 돌출 자극(35)의 구동과 같이, 대상 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 전후의 권선(51, 52)에 각각 정의 전류와 부의 전류를 통전시킬 경우, 그 대상 돌출 자극에서만 토크를 발생시킬 수 있다. 이와 같이 전류의 통전 방법은 변경되지만, 도 12의 (a)의 모터와 같이, A상, B상, C상의 순서로 스무스한 구동이 가능하다.

또한, 도 12의 (a)에 있어서, A상의 권선(39), 회전자 돌출 자극(31), 고정자 돌출 자극(32)을 배제하고, B상과 C상의 상대적 위상차를 120°로부터 180°로 변경할 경우, B상과 C상의 구성에 의한 2상의 릴럭턴스 모터를 실현할 수 있다. 도 6에 나타낸 2상의 릴럭턴스 모터와 비교해 볼 때, 자속 통과용 자기경로(36, 46)의 위치는 회전자 샤프트 방향의 중앙부에서 회전자 샤프트 방향의 단부로 이동된다. 전류의 구동 방법은 도 12의 (a)의 3상 모터에서 설명한 바와 같이 B상이 차동적으로 구동된다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예인 3상의 릴럭턴스 모터를 나타낸 것이다. 53은 A상의 회전자의 돌출 자극이고, 54는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EA-EA는 도 9의 (a)의 형상으로 이루어진다. 55는 B상의 회전자의 돌출 자극이고, 56은 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EB-EB는 도 9의 (b)의 형상으로 이루어진다. 57은 C상의 회전자의 돌출 자극이고, 58은 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EC-EC는 도 9의 (c)의 형상으로 이루어진다. 각 상의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 상대 위상은 A상, B상, C상에 있어서 전기각에서 120°의 위상차로 된다. 59는 A상의 환형 권선이고, 60은 C상의 환형 권선이다. B상의 회전자 돌출 자극(55)을 구동하는 경우에는, A상의 권선(59)과 C상의 권선(60)에 각각 역방향의 전류가 흐른다.

이러한 구성에서, 회전자의 회전 위치에 따라서 A상, B상, C상의 순서로 구동함으로써 토크의 발생이 가능하다. 다만, 도 12의 (a)의 자속 통과용 자기경로 33과 경로 34와 같은 자기경로는 없고, 구동 대상으로 하고 있는 돌출 자극을 통과 하는 자속은 다른 돌출 자극을 통해 일순하게 되고, 상기 다른 돌출 자극은 역방향의 토크를 생성하는 관계로 되기 때문에, 토크 발생이 곤란한 부위가 있다. 또한, 토크의 맥동이 발생한다.

이러한 토크의 맥동은 도 14의 (a)의 횡단면도의 확대도에 나타낸 바와 같이, 고정자의 원주방향 돌출 자극 폭(SB1)과 회전자의 원주방향 돌출 자극 폭(RB1) 및 각각의 회전자 샤프트 방향 형상에 의해 변화된다. 이들의 SB1 및 RBl의 크기는 용도 및 요구되는 특성에 따라 선택될 수 있다.

특히 예를 들면 도 14 의 (a)의 화살표로 나타낸 바와 같이, 일방향의 연속적인 토크를 중시할 경우에는, 도 14의 (b)의 에어갭면에서 바라본 회전자 돌출 자극(55)과 고정자 돌출 자극(56)의 직선 전개도에 나타낸 바와 같이, 각 돌출 자극의 회전자 방향 자극 폭에 좁은 부분과 넓은 부분을 형성할 수 있다. 즉, 토크를 발생하는 부위의 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 폭은 좁게 하고, 다른 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 폭을 넓게 할 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 일순하는 토크를 발생하는 자속의 크기는 동일하기 때문에, 구동하는 부분의 자속 밀도는 높고, 다른 부분의 자속 밀도는 낮아져 원하는 회전 방향의 토크를 확실하게 얻을 수 있다. 도 14의 (b)의 상태에서는, A상의 회전자 돌출 자극(53)은 고정자 돌출 자극과 전기각에서 120°대향하고 있지만, 그 대향 면적은 C상의 회전자 돌출 자극(57)과 고정자 돌출 자극(58)의 대향 면적보다 작게 하고, A상을 여자시킴으로써 반시계 회전방향의 회전 토크를 얻을 수 있다.

도 14의 (b)에 나타낸 방법은 일방향의 토크 발생에 관하여 설명하고 있지 만, 회전 방향에 관하여는 양방향 회전으로의 기능을 실행할 수 있다. 예를 들면, 공조 장치의 압축기를 구동하는 용도에서는 반시계 회전방향의 역행 운전으로 주로 운전될 수 있다. 또한, 내연기관에서 기계적으로 접속되어 발전기로서 사용하는 경우에는, 시계회전방향으로 회생 운전시켜 거의 연속적인 토크를 발생할 수 있다.

도 6의 2상 모터, 도 13 및 도 14의 3상 모터는 모두 2개의 권선으로 운전될 수 있기 때문에, 후술할 각종 구동회로에서 설명되는 바와 같이, 전류 및 전압의 구동회로가 간단하게 이루어질 수 있고, 전력 소자의 수를 적게 할 수 있어 모터와 구동회로의 전체 비용에 있어서 저비용으로 하는 것이 최대 장점이다. 또한, 항상 절반 정도의 부분이 구동에 기여할 수 있기 때문에, 단위 체적당의 토크의 관점에서도 뛰어난 모터인 것으로 간주할 수 있다.

도 15의 (a)는 본 발명의 다른 실시예인 4상의 릴럭턴스 모터를 나타낸 것이다. 151은 A상의 회전자의 돌출 자극이고, 152는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 KA-KA는 도 9의 (a)의 형상으로 이루어진다. 153은 B상의 회전자의 돌출 자극이고, 154는 고정자의 돌출 자극이며, 단면 KB-KB는 상기 단면 KA-KA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 90°의 위상차를 갖는다. 155는 C상의 회전자의 돌출 자극이고, 156은 고정자의 돌출 자극이며, 단면 KC-KC는 상기 단면 KA-KA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 180°의 위상차를 갖는다. 157은 D상의 회전자의 돌출 자극이고, 158은 고정자의 돌출 자극이며, 단면 KD-KD는 상기 단면 KA-KA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 270°의 위상차를 갖는다. 159는 고정자의 자속 통과용 자기경로이고, 160은 회전자의 자속 통과용 자기경로이고, 단면 KP-KP의 부분은 도 9의 (d)의 형상의 자속 통과용 자기경로이다. 141, 142, 143 및 144는 고정자 자극 사이에 배치된 권선이며, 이들 권선의 전류에 의해 각 돌출 자극의 자극부에서 기자력이 작용하여 회전 토크가 생성된다.

회전자의 회전 위치에 동기해서 A상, B상, C상, D상의 순서로 구동하여 회전자에 토크를 발생시킬 수 있다. 예를 들면, A상의 회전자 돌출 자극(151)과 고정자 돌출 자극(152)이 도 7의 (b)의 관계에 있을 경우, 권선 141에 전류가 통전되면, 전자기적인 흡인력에 의해 회전자에 반시계 회전방향의 토크를 발생시킬 수 있다. B상이 도 7의 (b)의 관계에 있을 경우, 권선 141과 권선 142에 역방향의 전류가 통전됨으로써, 회전자 돌출 자극(153)과 고정자 돌출 자극(154) 사이에 흡인력이 발생하여 회전자에 반시계 회전방향의 토크를 발생시킬 수 있다. C상이 도 7의 (b)의 관계에 있을 경우, 권선 143과 권선 144에 역방향의 전류가 통전됨으로써, 회전자 돌출 자극(155)과 고정자 돌출 자극(156) 사이에 흡인력이 발생하여 회전자에 반시계 회전 방향의 토크를 발생시킬 수 있다. D상이 도 7의 (b)의 관계에 있을 경우는, 권선 144에 전류가 통전됨으로써, 회전자 돌출 자극(157)과 고정자 돌출 자극(158) 사이에 흡인력이 발생하여 회전자에 반시계 회전방향의 토크를 발생시킬 수 있다.

각각의 상이 전기각에서 180°에 가까운 범위에서 토크를 발생시킬 수 있기 때문에, 대부분의 구간에서는 4상 중 2상이 토크를 발생하도록 구동제어될 수 있다. 또한, 후술할 전류 및 전압의 구동회로가 간단하여 모터 및 구동장치 모두에서 의 비용면에서 특징이 있다. 또한, 도 15의 (a)의 예에서는, 고정자의 자속 통과용 자기경로(159)와 회전자의 자속 통과용 자기경로(160)는 회전자 샤프트 방향의 중앙부에 배치하고 있지만, 이 위치는 변경될 수 있다.

다음으로, 도 15의 (b)는 본 발명의 4상의 릴럭턴스 모터의 예를 나타낸 것이다. 이는 도 6에 나타낸 2상 모터를 회전자 샤프트(1)에 2세트로 하고, 위상차를 90°의 위상차를 갖게 하여 배치한 구성의 모터이다.

161은 A상의 회전자의 돌출 자극이고, 162는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 KA-KA는 도 9의 (a)의 형상으로 이루어진다. 153은 B상의 회전자의 돌출 자극이고, 154는 고정자의 돌출 자극이며, 단면 KB-KB는 상기 단면 KA-KA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 90°의 위상차를 갖는다. 155는 C상의 회전자의 돌출 자극이고, 156은 고정자의 돌출 자극이며, 단면 KC-KC는 상기 단면 KA-KA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 180°의 위상차를 갖는다. 157은 D상의 회전자의 돌출 자극이고, 158은 고정자의 돌출 자극이며, 단면 KD-KD는 상기 단면 KA-KA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 270°의 위상차를 갖는다. 159는 고정자의 자속 통과용 자기경로이고, 160은 회전자의 자속 통과용 자기경로이며, 단면 KP-KP의 부분은 도 9의 (d)의 형상의 자속 통과용 자기경로이다. 141, 142, 143 및 144는 고정자 자극 사이에 배치된 권선이며, 이들 권선의 전류에 의해 각 돌출 자극의 자극부에 기자력이 작용하여 회전 토크가 생성된다.

회전자 회전 위치에 동기해서 A상, B상, C상, D상의 순서로 구동하여 회전자 에 토크를 발생시킬 수 있다. 예를 들면, A상의 회전자 돌출 자극(161)과 고정자의 돌출 자극(162)이 도 7의 (b)의 관계에 있을 경우, 권선 173에 전류가 통전되면, 전자기적인 흡인력에 의해 회전자에 반시계 회전방향의 토크를 발생시킬 수 있다. B상이 도 7의 (b)의 관계에 있을 경우, 권선 174에 전류가 통전됨으로써, 회전자 돌출 자극(163)과 고정자 돌출 자극(164) 사이에 흡인력이 발생하여 회전자에 반 시계 회전방향의 토크를 발생시킬 수 있다. C상이 도 7의 (b)의 관계에 있을 경우, 권선 175에 전류가 통전됨으로써, 회전자 돌출 자극(165)과 고정자 돌출 자극(166) 사이에 흡인력이 발생하여 회전자에 반시계 회전방향의 토크를 발생시킬 수 있다. D상이 도 7의 (b)의 관계에 있을 경우, 권선 176에 전류가 통전됨으로써, 회전자 돌출 자극(167)과 고정자 돌출 자극(168) 사이에 흡인력이 발생하여 회전자에 반시계 회전방향의 토크를 발생시킬 수 있다.

이와 같이, 도 15의 (b)의 모터는 정방향 회전, 역방향 회전, 역행, 회생 운전을 발생하도록 항상 2상 또는 1상의 토크가 발생하여 연속적으로 운전될 수 있다. 또한, 도 15의 (b)의 구성은 각 상을 구동할 때, 각각의 상을 구동하는 전류는 해당하는 1개의 권선에 전류가 통전되는 것만으로 할 수 있어 전류의 구동 효율이 높고, 구리 손실의 작은 모터의 하나이다. 또한, 도 15의 (b)의 모터의 A, B, C, D의 상의 배치는 한정되는 것은 아니며, 그 배치는 변경될 수 있다. 또한, 도 15의 (b)의 모터의 배치 구성은 지면에서 상하로 자기적으로 분리한 것이지만, 회전자측 또는 고정자측 어느 쪽을 자기적으로 접속하는 것도 원리적으로 가능하다. 또한, 고정자측의 상하의 백 요크부를 결합하는 경우, 회전자는 자기적으로 2개로 분리될 필요가 있고, 회전자 샤프트(1)는 비자성체인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 4상의 자속 통과용 자기경로를 갖는 릴럭턴스 모터는 도 15의 (a) 및 (b)의 구성의 이외, 도 1 내지 14에 나타낸 모터의 구성 및 그의 변형을 조합시킨 구성에서 각 상의 위상차를 대략 90°로 함으로써 실현될 수 있다. 또한, 4상 이상의 다상의 모터를 도 15의 (a) 및 (b)의 구성에 상을 추가하고, 각각의 상대 위상을 상의 수에 따라 변경시킴으로써, 5상 이상의 다상 모터를 실현할 수 있다.

도 16은 본 발명의 다른 실시 예인 4상의 릴럭턴스 모터를 나타낸 것이다. 61은 A상의 회전자의 돌출 자극이고, 62는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EA-EA는 도 9의 (a)의 형상으로 이루어진다. 63은 B상의 회전자의 돌출 자극이고, 64는 고정자의 돌출 자극이며, 단면 EH-EH는 상기 단면 EA-EA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 90°의 위상차를 갖는다. 65는 C상의 회전자의 돌출 자극이고, 66은 고정자의 돌출 자극이며, 단면 EI-EI는 상기 단면 EA-EA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 180°의 위상차를 갖는다. 67은 D상의 회전자의 돌출 자극이고, 68은 고정자의 돌출 자극이며, 단면 EJ-EJ는 상기 단면 EA-EA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 270°의 위상차를 갖는다.

69, 70, 71은 고정자 자극 사이에 배치된 권선이며, 이들 권선의 전류에 의해 각 돌출 자극의 자극부에서 기자력이 작용하여 회전 토크가 생성된다.

각 돌출 자극의 원주방향의 폭은 도 15의 (a)의 횡단면도의 확대도에 나타낸 바와 같이 선택될 수 있다. 연속적으로 회전할 수 있고, 논리적으로 가장 작은 고정자 자극 폭(SB1) 및 회전자 자극 폭(RB1)은 120°이다. 논리적으로 연속 토크를 발생할 수 있는 고정자 자극 폭(SB1) 및 회전자 자극 폭(RBl)은 120°내지 240°까지 가능하다. 모터 전체의 자기 임피던스와 각 권선의 전류에 의해 출력 토크가 변하기 때문에, 최적의 자극 폭은 요구되는 모터 사양에 따라 최적 값은 변경된다.

도 17은 도 16에 나타낸 모터의 고정자와 회전자 사이의 에어갭부 근방의 고정자 돌출 자극의 원주방향 형상을 직선 형태로 전개하고, 그 이웃에 회전자 돌출 자극의 원주방향형상을 직선 형태로 전개하여 병기한 도면이다. 예를 들면, 도 17의 A상의 고정자 돌출 자극(62)의 형상은 그 이웃에 병기하고 있는 회전자 돌출 자극(61)의 형상과 대향하고 있는 상태를 나타내고 있다. 도 17의 가로축은 전기각이다. 도 17의 지면의 상측으로부터 A상, B상, C상, D상의 순서로 각 상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 배치되고, 이들 사이에 환형 권선(69, 70, 71)이 배치된다. 그리고 회전자가 회전할 경우, 도 17의 회전자 돌출 자극(61, 63, 65, 67)은 지면에서 좌우로 이동하는 관계로 이루어진다.

도 17의 상태에서, 회전자가 지면의 우로부터 좌의 방향의 토크를 발생하는 제1의 방법에 관하여 설명한다. 도면의 상태에서, 고정자 돌출 자극(66)과 회전자 돌출 자극(65) 사이의 흡인력을 이용하는 경우, 권선 70과 권선 71에 역방향으로 전류가 통전되면, 고정자 자극(66)을 통과하는 자속은 고정자의 백 요크를 통과하고, 다른 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 통과하며, 회전자의 백 요크를 통과해서 회전자 돌출 자극(63)으로 되돌아온다. 이 상태에서 고정자 돌출 자 극(66)과 회전자 돌출 자극(65) 사이의 자속 밀도는 다른 부분의 자속 밀도보다도 가장 높은 값으로 되기 때문에, 모터 전체로서 모터가 지면의 우로부터 좌의 방향 토크를 발생하게 된다.

다음으로, 도 17에 있어서의 제2의 토크를 발생하는 방법에 관하여 설명한다. 도면의 상태에서, 고정자 돌출 자극(64)과 회전자 돌출 자극(63) 사이의 흡인력을 이용하는 경우, 권선 69와 권선 70에 역방향의 전류가 통전되면, 고정자 자극(64)을 통과하는 자속은 고정자의 백 요크를 통과하고, 다른 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 통과하며, 회전자의 백 요크를 통과해서 회전자 돌출 자극( 63)으로 되돌아온다. 이 상태에서, 고정자 돌출 자극(64)과 회전자 돌출 자극(63)의 사이의 자속 밀도가 가장 높은 값으로 되기 때문에, 모터 전체로서 모터가 지면의 우로부터 좌의 방향 토크를 발생하게 된다.

다음으로, 도 17에 있어서의 제3의 토크를 발생하는 방법에 관하여 설명한다. 도면의 상태에서, 고정자 돌출 자극(66)과 회전자 돌출 자극(65) 사이의 흡인력과 고정자 돌출 자극(64)과 회전자 돌출 자극(63) 사이의 흡인력을 이용하는 방법이기 때문에, 고정자 자극(66)을 통과하는 자속은 고정자의 백 요크를 통과하고, 고정자 돌출 자극(64)과 회전자 돌출 자극(63)을 통과하고, 회전자의 백 요크를 통과해서 회전자 돌출 자극(65)으로 되돌아오도록 각 권선의 전류의 값을 설정할 수 있다. 이때, 고정자 돌출 자극(66)과 회전자 돌출 자극(65)을 통과하는 자속이 발생하는 토크의 방향과 고정자 돌출 자극(64)과 회전자 돌출 자극(63)을 통과하는 자속이 발생하는 토크의 방향은 동일한 방향이며, 일순하는 자속이 2지점에서 동일 한 방향의 토크를 발생하게 되어 효과적이다.

또한, 이때 고정자 돌출 자극(64)과 회전자 돌출 자극(63)이 에어갭을 통해 대향하는 부분의 면적을 TK43으로 하고, 통과하는 자속을 MF43로 하며, 고정자 돌출 자극(66)과 회전자 돌출 자극(65)이 에어 갭을 통해 대향하는 부분의 면적을 TK65로 하고, 통과하는 자속을 MF65로 할 경우, 면적 TK43은 면적 TK65보다 크고, 상기 자속 MF43은 상기 자속 MF65보다 크기 때문에, 그 차이만큼의 자속(MFD135≒MF43－MF65)은 다른 고정자 돌출 자극(62, 68)을 통과해서 회전자의 백 요크를 통해 회전자 돌출 자극(63)으로 되돌아오도록 작용한다.

이때의 구체적인 전류의 예로서는 권선 70에 전류 C70이 통전되고, 권선 69와 권선 71에는 전류 C70과 역방향의 전류 C69과 C71가 통전될 수 있다. 이때, 이들 전류(C70, C69, C71)의 진폭에 있어서, 단순논리적으로 전류 C70의 진폭은 전류 C69의 진폭과 전류 C71 진폭의 합인 것이 바람직하다. 예를 들면, 전류 C69의 진폭과 전류 C71의 진폭이 동일할 경우, C70의 전류 진폭은 전류 C69의 전류 진폭의 2배가 되고, C70=－C69－C71로 된다.

또한, 각 상의 전류 값은 이들의 값에 한정되는 것은 아니며, 상기 취지의 범위에서 각 전류(C69, C70, C71)의 값은 다소의 자유도가 있어 각 자극부의 각 자기저항과 각 전류가 발생하는 기자력으로 결정될 수 있다. 따라서, 토크를 발생시키고자 하는 자극에 큰 기자력이 작용하도록 각 상의 전류 값을 결정할 수 있다.

도 16 및 도 17에 나타낸 4상의 릴럭턴스 토크를 이용하는 모터는 각 상의 고정자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극이 대향하고 있어서 원주방향으로 복수 배치 된 자기 저항부가 회전자 샤프트 방향으로 4상분의 4세트가 배치된다. 이때, 각각의 자기저항은 회전자의 회전과 함께 변화되어 토크의 발생 방향은 정방향과 부방향의 2 성분이다. 그리고 각 권선은 4세트의 각 고정자 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 사이에 3개 배치된다. 도 16 및 도 17에 나타낸 모터는 이와 같이 수동 소자이며, 회전 위치와 함께 변화되어 인가 극성이 있는 상기 자기저항과 3세트의 전류의 관계에서 전자기적 작용을 실행하고, 토크를 발생하는 기구이며, 다양한 구동 방법이 가능하다. 그러나 간단히 생각하면, 어느 특정한 회전자 회전 위치에 있어서는 3개의 권선에 대한 3개의 전류 값을 결정하는 것뿐이다. 그리고 각 회전자 회전 위치에 있어서, 3개의 권선에 대한 3개의 전류 값을 결정하면, 이 4상의 릴럭턴스 토크를 이용하는 모터를 전주(全周)에 걸쳐 회전시킬 수 있다. 상기 제1 내지 제3의 토크를 발생하는 방법에서는 그 대표적인 예를 나타낸 것이지만, 이때 3개의 전류 값을 다소 변화시키더라도 대략의 토크 발생은 가능하며, 이 또한 본 발명에 포함되는 것이다.

또한, 고정자 돌출 자극(SJX)와 그 대향하는 회전자 돌출 자극(RIX)이 토크를 발생시키고자 하는 방향과는 반대 방향의 흡인력을 발생하는 위치 관계에 있는 경우, SJX와 RJX의 사이에서도 어느 정도의 자속이 발생하여 역방향의 토크가 발생하게 된다. 모터가 최종적으로 발생하는 토크는 발생시키고자 하는 방향의 토크와 이 역방향 토크 간의 차이의 토크로 된다.

도 16에 나타낸 모터의 구동법으로서는 상기 제1의 방법, 제2의 방법 및 제3의 방법을 모터의 회전 위치에 따라 전환하면서 제어할 수 있어 보다 효과적인 방 법이다.

또한, 상기 환형 권선(69, 70, 71)의 각 전류 통전 방향은 각각 정방향, 역방향, 정방향과 교호의 전류 방향으로 하면, 도 16 및 도 17에 나타낸 모터의 상기 설명에 부합하는 전류를 각 권선에 관하여 각각 일방향의 전류로 제어할 수 있어 전류 구동에 편리하다. 구체적으로, 제어장치를 간소화할 수 있어 제어장치의 소형화와 저비용화가 실현될 수 있다. 또한, 각 전류의 통전 방법에 관해서는 후술할 모터의 제어장치의 구성 예 및 그의 동작 예와 함께 설명한다.

다음으로, 도 16의 모터 및 도 17의 각 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 관계에 있어서 제3의 토크를 발생하는 방법에 있어서, 두 개의 상이 동일한 방향으로 토크를 발생시키는 방법에 대해서 설명한다. 이때, 대부분의 영역에 있어서, 두 개의 상의 모두가 토크를 발생할 수 없는 영역이 조금 있고, 그 정도는 각 돌출 자극의 형상으로도 좌우되는 특성으로 된다. 일방향 회전의 사용이 주요한 용도에서는 특성을 개선하는 방법이 있다. 예를 들면, 도 17에서 고정자 돌출 자극을 지면에서 우측으로부터 좌측으로 구동시키는 경우, 고정자 돌출 자극(68)과 같이 지면에서 좌측을 굵게 하고, 회전자 돌출 자극(67)과 같이 지면에서 우측을 굵게 할 수 있다. 이와 같이 하면, 두 개의 상의 한쪽의 토크가 작아지는 영역에 있어서, 구동되는 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 대향 면적보다 구동되지 않는 다른 2세트의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 대향 면적 쪽이 넓게 되어 그 자기적인 임피던스 차이에 의해 자속 밀도의 차이가 발생하고, 정의 토크와 부의 토크의 차이가 커져 결과적으로 모터의 출력 토크를 크게 할 수 있다.

다음으로, 도 18의 모터는 본 발명의 5상 모터의 예이다. 도 16과 비교해 볼 때, 고정자 돌출 자극, 회전자 돌출 자극, 권선이 각각 1개씩 증가한 것이다. 181 은 A상의 회전자의 돌출 자극이고, 182는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 EA-EA는 도 9의 (a)의 형상으로 이루어진다. 183은 B상의 회전자의 돌출 자극이고, 184는 고정자의 돌출 자극이며, 단면 EK-EK는 상기 단면 EA-EA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 72°의 위상차를 갖는다. 185는 C상의 고정자의 돌출 자극이고, 186은 고정자의 돌출 자극이며, 단면 EL -EL은 상기 단면 EA-EA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 144°의 위상차를 갖는다. 187 은 D상의 회전자의 돌출 자극이고, 188은 고정자의 돌출 자극이며, 단면 EM-EM은 상기 단면 EA-EA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 216°의 위상차를 갖는다. 189는 E상의 회전자의 돌출 자극이고, 190은 고정자의 돌출 자극이며, 단면 EN-EN은 상기 단면 EA-EA에 대하여 회전자와 고정자의 상대적 관계가 전기각에서 288°의 위상차를 갖는다.

19A, 19B, 19C 및 19D는 고정자 자극 사이에 배치되는 권선이며, 이들 권선의 전류에 의해 각 돌출 자극의 자극부에서 기자력이 작용하여 회전 토크가 생성된다.

각 돌출 자극의 원주방향의 폭은 도 15의 (a)의 횡단면도의 확대도에 나타낸 바와 같이 선택할 수 있다. 연속적으로 회전할 수 있고, 논리적으로 가장 작은 고정자 자극 폭(SB1)과 회전자 자극 폭(RB1)은 120°이다. 논리적으로 연속 토크를 발생할 수 있는 고정자 자극 폭(SB1) 및 회전자 자극 폭(RB1)은 120°내지 240°까 지 가능하다. 최적의 자극 폭은 모터 전체의 자기 임피던스와 각 권선의 전류에서 출력 토크가 변화되기 때문에, 요구되는 모터 사양에 따라 이들 최적값은 변경된다.

도 19는 도 18에 나타낸 모터의 고정자와 회전자 간의 에어갭부 근방의 고정자 돌출 자극의 원주방향형상을 직선 형태로 전개하고, 그 이웃에 회전자 돌출 자극의 원주방향형상을 직선 형태로 전개하여 병기한 도면이다. 예를 들면, 도 19의 A상의 고정자 돌출 자극(182)의 형상은 그 이웃에 병기하고 있는 회전자 돌출 자극(181)의 형상과 대향하고 있는 상태를 나타낸다. 도 19의 가로축은 전기각이다. 도 19의 지면의 상측으로부터 A상, B상, C상, D상, E상의 순서로 각 상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 배치되고, 이들 사이에 환형 권선(19A, 19B, 19C, 19D)이 배치된다. 그리고 회전자가 회전할 경우에는, 도 19의 회전자 돌출 자극(181, 183, 185, 187, 189)이 지면에서 좌우로 이동하는 관계로 이루어진다.

도 19의 상태에서, 회전자가 지면의 우로부터 좌의 방향의 토크를 발생하는 제1의 방법에 관하여 설명한다. 도면의 상태에서, 고정자 돌출 자극(186)과 회전자 돌출 자극(185) 사이의 흡인력(F185)을 이용할 경우, 권선(19B)과 권선(19C)에 역방향으로 전류가 통전되면, 고정자 자극(186)을 통과하는 자속은 고정자의 백 요크를 통과하고, 다른 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 통과하며, 회전자의 백 요크를 통과해서 회전자 돌출 자극(185)으로 되돌아온다. 이 상태에 있어서 고정자 돌출 자극(186)과 회전자 돌출 자극(185) 사이의 자속 밀도는 다른 부분의 자속 밀도보다도 가장 높은 값으로 되기 때문에, 모터 전체로서 회전자가 지면의 우로부터 좌의 방향 토크를 발생하게 된다.

다음으로, 도 19에 있어서의 제2의 토크를 발생하는 방법에 관하여 설명한다. 도면의 상태에서, 고정자 돌출 자극(184)과 회전자 돌출 자극(183) 사이의 흡인력(Fl83)을 이용할 경우, 권선(19A)과 권선(19B)에 역방향의 전류가 통전되면, 고정자 자극(184)을 통과하는 자속은 고정자의 백 요크를 통과하고, 다른 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 통과하며, 회전자의 백 요크를 통과해서 회전자 돌출 자극(183)으로 되돌아온다. 이 상태에 있어서도, 고정자 돌출 자극(184)과 회전자 돌출 자극(183) 사이의 자속 밀도가 가장 높은 값으로 되기 때문에, 모터 전체로서 회전자가 지면의 우로부터 좌의 방향 토크를 발생하게 된다.

다음으로, 도 19에 있어서의 제3의 토크를 발생하는 방법에 관하여 설명한다. 도면의 상태에 있어서, 고정자 돌출 자극(186)과 회전자 돌출 자극(185) 사이의 흡인력과 고정자 돌출 자극(184)과 회전자 돌출 자극(183) 사이의 흡인력을 이용하는 방법이기 때문에, 고정자 자극(186)을 통과하는 자속은 고정자의 백 요크를 통과하고, 고정자 돌출 자극(184)과 회전자 돌출 자극(183)을 통과하며, 회전자의 백 요크를 통과해서 회전자 돌출 자극(185)으로 되돌아오도록 각 권선의 전류 값을 설정할 수 있다. 이때, 고정자 돌출 자극(186)과 회전자 돌출 자극(185)을 통과하는 자속이 발생하는 토크의 방향과 고정자 돌출 자극(184)과 회전자 돌출 자극(183)을 통과하는 자속이 발생하는 토크의 방향은 동일한 방향이며, 일순하는 자속이 2지점에서 동일한 방향 토크를 발생하게 되어 효과적이다.

또한, 이때 고정자 돌출 자극(184)과 회전자 돌출 자극(183)이 에어갭을 통 해 대향하는 부분의 면적을 TK188으로 하고, 통과하는 자속을 MF183으로 하며, 고정자 돌출 자극(186)과 회전자 돌출 자극(185)이 에어갭을 통해 대향하는 부분의 면적을 TK185로 하고, 통과하는 자속을 MFl85로 할 경우, 면적 TK183은 면적 TK185보다 크고, 상기 자속 MF183은 상기 자속 MF185보다 커지기 때문에, 그 차이 분의 자속(MFD235≒MF183－MF185)은 다른 고정자 돌출 자극(182, 188, 190)을 통과하고, 회전자의 백 요크를 통과해서 회전자 돌출 자극(183)으로 되돌아오도록 작용한다.

이때의 구체적인 전류의 예로서는 권선(19B)에 전류(C19B)가 통전되면, 권선(19A)과 권선(19C)에는 전류(C19B)와는 역방향의 전류(C19A, C19C)가 통전될 수 있다. 이때 이들 전류(C19A, C19B, C19C)의 진폭은 단순논리적으로 전류(C19B)의 진폭이 전류(C19A)의 진폭과 전류(C19C)의 진폭의 합인 것이 바람직하다. 즉 C19B=－C19A－C19C로 된다. 예를 들면, 전류 C19A의 진폭과 전류 C19C의 진폭이 동일 할 경우, Cl9B의 전류 진폭은 19A의 전류 진폭의 2배로 된다.

또한, 각 상의 전류 값은 이들의 값에 한정되는 것은 아니며, 상기 취지의 범위에서 각 전류(C19A, C19B, Cl9C)의 값은 다소의 자유도가 있어 각 자극부의 각 자기저항과 각 전류가 발생하는 기자력으로 결정될 수 있다. 따라서, 토크를 발생시키고자 하는 자극에 큰 기자력이 작용하도록 각 상의 전류 값을 결정할 수 있다.

또한, 고정자 돌출 자극(SJX)과 그 대향하는 회전자 돌출 자극(RJX)이 토크를 발생시키고자 하는 방향과 반대 방향의 흡인력을 발생하는 위치 관계에 있을 경우, SJX와 RIX 사이에도 어느 정도의 자속이 발생하여 역방향의 토크가 발생하게 된다. 모터가 최종적으로 발생하는 토크는 발생시키고자 하는 방향의 토크와 그 역 방향 토크의 차이의 토크로 된다.

도 19의 제3의 방법에서, 상기 환형 권선(19A, 19B, 19C)의 각 전류 통전 방향은 각각 역방향, 정방향, 역방향과 교호의 전류방향으로 하면, 도 18 및 도 19에 나타낸 모터의 상기 설명에 부합하는 전류를 각 권선에 대해서 각각 일방향의 전류로 제어할 수 있고, 전류 구동에 편리하다. 구체적으로 제어장치를 간소화할 수 있어 제어장치의 소형화와 저비용화가 실현된다. 또한, 각 전류의 통전 방법에 관해서는 후술할 모터의 제어장치의 구성 예 및 그의 동작 예와 함께 설명한다.

다음으로, 도 19에 있어서의 제4의 토크를 발생하는 방법에 관하여 설명한다. 도면의 상태에 있어서, 고정자 돌출 자극(186)과 회전자 돌출 자극(185) 사이의 흡인력(F185) 및 고정자 돌출 자극(184)과 회전자 돌출 자극(183) 사이의 흡인력(F183)에 부가하여 고정자 돌출 자극(182)과 회전자 돌출 자극(181) 사이의 흡인력(Fl81)도 이용하는 방법이다.

고정자 돌출 자극(182)과 회전자 돌출 자극(181)이 에어갭을 통해 대향하는 부분의 면적을 TK181라고 하고, 통과하는 자속을 MF181라고 한다. 릴럭턴스 토크는 작용하는 자속의 방향과 관계없이 발생하기 때문에, 상기 자속(MF181, MF183, MF185)의 극성을 자유로이 선택할 수 있다. 그러나 도 19의 회전 위치 상태에 있어서, 자속 MF181과 MF183이 동일한 자속 방향에서는 이들의 자속의 경로를 고려해 볼 때, 부의 토크를 발생하는 회전자 돌출 자극(188, 189)을 통과하는 자속이 증가하기 때문에, 불가능하지는 않지만 원하는 토크 발생상 효과적이지 않다. 제4의 방법에서, MFl83을 정방향으로 하고, MF181과 MF185를 부방향으로 하는 방법에 대해 서 고려할 수 있다. 또한, 이 3개의 자속에서 정의 값과 부의 값에서 밸런스가 얻어지지 않는 자속 부분은 기타의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 통과한다.

도 19의 제4의 방법의 구체적인 예는 도 19의 제3의 방법에 있어서 차이 부분의 자속(MFD235≒MF183－MFl85)이 고정자 돌출 자극(182)을 통과하고, 회전자의 백 요크를 통과해서 회전자 돌출 자극(183)으로 되돌아오도록 각 상의 전류를 제어하는 것이다. 이와 같이 제어할 경우, 역방향의 토크를 발생하는 고정자 돌출 자극(188, 190)을 통과하는 자속은 감소하기 때문에, 모터 전체의 토크를 증가할 수 있다.

이때의 구체적인 전류의 예는 권선(19B)에 전류(19B)가 통전되면, 권선(19A)과 권선(19C)에는 전류(C19B)와는 역방향의 전류(C19A, C19C)가 통전된다.

회전자 돌출 자극(181)과 고정자 돌출 자극(182)에 인가하고자 하는 기자력의 전류 절대값을 HH12, 회전자 돌출 자극(183)과 고정자 돌출 자극(184)에 인가하고자 하는 기자력의 전류 절대값을 HH34, 회전자 돌출 자극(185)과 고정자 돌출 자극(186)에 인가하고자 하는 기자력의 전류 절대값을 HH56으로 하면, 각 전류는 다음과 같이 된다.

C19A = －HH12－HH34

C19B = HH34＋HH56

C10C=－HH56

또한, 도 19에 있어서, 지면에서 고정자 돌출 자극(182)의 상측에 다른 자기 회로(MGC)가 있을 경우에는 고정자 돌출 자극(182)과 자기회로(MGC) 사이에서 흐를 전류(C19Z)는 다음과 같이 된다.

C19Z=HH12

이들 식의 관계는 어떤 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극 사이에 인가하고자 하는 기자력을 얻기 위해서는 도 19의 지면에 있어서 그 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 상하에 동일 진폭으로 역방향의 전류가 흐르는 관계로 이루어진다. 예를 들면, 회전자 돌출 자극(183)과 고정자 돌출 자극(184)에 인가하고자 하는 기자력의 전류 절대값은 HH34이기 때문에, 지면에서 그 상하에 －HH34와 ＋HH34를 통전시키고, 회전자 돌출 자극(185)과 고정자 돌출 자극(186)에 인가하고자 하는 기자력의 전류 절대값은 HH56이기 때문에, 지면에서 그 상하에 ＋HH56과 －HH56을 통전시킨다. 그리고 이때 전류(Cl9B)로서 이들의 전류 합성값인 HH34＋HH56의 전류가 흐르게 된다.

또한, 이때 각 고정자 돌출 자극을 통과하는 자속량의 밸런스를 고려하면, 상기 전류 절대값(HH12)을 다른 전류 절대값보다 상대적으로 조금 작게 하는 쪽이 역방향의 토크를 발생하는 고정자 돌출 자극(188, 190)을 통과하는 자속이 감소하기 때문에, 모터 전체의 토크를 증가시킬 수 있다.

도 19의 제4의 방법에서, 상기 환형 권선(9A, 19B, 19C)의 각 전류 통전방향은 각각 역방향, 정방향, 역방향과 교호의 전류방향으로 하면, 도 18 및 도 19에 나타낸 모터의 상기 설명에 부합하는 전류를 각 권선에 관하여 각각 일방향의 전류에서 모터를 제어할 수 있어 전류 구동에 편리하다. 구체적으로, 제어장치를 간소 화를 할 수 있어 제어장치의 소형화와 저비용화가 실현된다. 또한, 각 전류의 통전 방법에 관해서는 후술할 모터의 제어장치의 구성 예 및 그의 동작 예와 함께 설명한다.

다음으로, 도 19에 있어서의 제5의 토크를 발생하는 방법에 관하여 설명한다. 도면의 상태에서, 고정자 돌출 자극(186)과 회전자 돌출 자극(185) 사이의 흡인력(F185)과 고정자 돌출 자극(184)과 회전자 돌출 자극(183) 사이의 흡인력(F183)에 부가하여 고정자 돌출 자극(182)과 회전자 돌출 자극(181) 사이의 흡인력(F181)도 이용하는 방법이다. 이는 상기 제4의 방법과 동일하지만, 상기 제5의 방법에서는 고정자 돌출 자극(182)의 자속의 방향을 역방향으로 한다. 이와 같이 함으로써, 고정자의 정방향 자속과 부방향 자속의 밸런스가 개선되어 모터의 전체 토크를 증가시킬 수 있다. 다만, 후술하는 바와 같이, 전류의 제어는 하나의 권선에 관하여 정과 부의 모두의 전류를 제어할 필요가 있기 때문에, 제어장치가 조금 복잡하게 되고, 비용은 증가하게 된다.

고정자 돌출 자극(182)과 회전자 돌출 자극(181)이 에어갭을 통해 대향하는 부분의 면적을 TK181로 하고, 통과하는 자속을 MF1로 한다. 릴럭턴스 토크는 작용하는 자속의 방향에 관계없이 발생하기 때문에, 상기 자속(MF181, MF183, MF185)의 극성을 자유로이 선택할 수 있다. 여기에서, 상기 제5의 방법에서는 MF183과 MFl85를 정방향으로 하고, MF181을 부방향으로 하는 방법에 관하여 설명한다. 또한, 이 3개의 자속에서 정의 값과 부의 값에서 밸런스가 얻어지지 않는 자속은 다른 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 통과한다.

도 19의 제5 고정자 돌출 자극(184, 186)을 통과하는 자속(MF183, MF185)은 고정자 돌출 자극(182)을 통과하고, 회전자의 백 요크를 통과해서 회전자 돌출 자극(183)으로 되돌아오도록 각 상의 전류를 제어하는 것이다. 이와 같이 제어하면, 역방향의 토크를 발생하는 고정자 돌출 자극(188, 190)을 통과하는 자속은 상기 제4의 방법보다도 감소하기 때문에, 모터 전체의 토크를 증가시킬 수 있다.

이때의 구체적인 전류의 예는 권선(19A)에 전류(C19AA)가 통전되고, 권선(19CC)에는 전류 C19AA와는 역방향의 전류(C19CC)가 통전될 수 있다. 권선(19B)에는 전류가 통전되지 않을 수 있다. 회전자 돌출 자극(181)과 고정자 돌출 자극(182)에 인가하고자 하는 기자력의 전류 절대값을 HHH12로 하고, 회전자 돌출 자극(183)과 고정자 돌출 자극(184)에 인가하고자 하는 기자력의 전류 절대값을 HHH34로 하고, 회전자 돌출 자극(185)과 고정자 돌출 자극(186)에 인가하고자 하는 기자력의 전류 절대값을 HHH56으로 할 경우, 각 전류는 다음과 같다.

C19AA = HHH12＋HHH56

C19B = 0

Cl9C = －HHH56

또한, 도 19에 있어서, 지면에서 고정자 돌출 자극(182)의 상측에 다른 자기회로(MGC)가 있는 경우, 고정자 돌출 자극(182)과 자기회로(MGC) 사이에 흐르는 전류(C19ZZ)는 다음과 같다.

Cl9ZZ = －HHH12

또한, 이때 각 고정자 돌출 자극을 통과하는 자속량의 밸런스를 고려하면, 상기 전류 절대값(HHH12)을 다른 전류 절대값보다 상대적으로 조금 작게 하는 쪽이 역방향의 토크를 발생하는 고정자 자극(188, 190)을 통과하는 자속이 감소하기 때문에, 모터 전체의 토크를 증가시킬 수 있다.

도 19의 제5의 방법에서, 상기 환형 권선(19A, 19B, 19C)의 각 전류 통전방향은 회전자의 회전과 함께 정방향과 역방향으로 변화되어 양 극성의 전류를 흐르게 할 필요가 있기 때문에, 제4의 방법과 비교해 볼 때, 이 점에 대한 연구가 필요하다. 또한, 각 전류의 통전 방법에 관하여는 후술할 모터의 제어장치의 구성 예 및 그의 동작 예와 함께 설명한다.

도 18에 나타낸 모터의 구동법으로서는 상기 제1의 방법, 제2의 방법, 제3의 방법, 제4의 방법을 회전자의 회전 위치에 따라 전환하면서 제어할 수 있어 보다 효과적인 방법이다.

또한, 각 권선(19A, 19B, 19C)의 전류방향으로서 정과 부의 값을 자유로이 통전시킬 수 있는 경우, 상기 제1의 방법, 제2의 방법, 제3의 방법, 제4의 방법 및 제5의 방법을 회전자의 회전 위치에 따라 전환하면서 제어할 수 있어 보다 효과적인 방법이다.

도 18 및 도 19에 나타낸 5상의 릴럭턴스 토크를 이용하는 모터에서는 각 상의 고정자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극이 대향하고, 원주방향으로 복수 배치된 자기저항부가 회전자 샤프트 방향으로 5상에 대해 5세트가 배치된다. 이때 각각의 자기저항은 회전자의 회전과 함께 변화되고, 토크의 발생 방향은 정방향과 부방향의 2 성분으로 된다. 그리고 각 권선은 5세트의 각 고정자 돌출 자극의 회전자 샤 프트 방향 사이에 4개 배치된다. 도 18 및 도 19에 나타낸 모터는 이와 같이 수동 소자이며, 회전 위치와 함께 변화되고, 또한 극성이 있는 상기 자기저항과 4세트의 전류의 관계에서 전자기적 작용을 행하여 토크를 발생하는 기구이며, 다양한 구동 방법이 가능하다. 그러나 간단히 생각하면, 어느 특정한 회전자 회전 위치에 있어서는 4개 권선의 4개의 전류 값을 결정하는 것뿐이다. 그리고 각 회전자 회전 위치에 있어서, 4개 권선의 4개의 전류 값을 결정하면, 이 5상의 릴럭턴스 토크를 이용하는 모터를 전주(全周)에 걸쳐 회전시킬 수 있다. 상기 제1 내지 제5의 토크를 발생하는 방법에서는 그 대표적인 예를 설명했지만, 이때에 4개의 전류 값을 다소 변화시켜도 대략의 토크 발생은 가능하며, 이들은 본 발명에 포함되는 것이다.

상기 본 발명의 릴럭턴스 모터에 있어서, 각 돌출 자극의 원주방향 자극 폭은 전기각에서 180°를 중심으로 해서 자유로이 증가, 감소하고, 모터에 요구되는 요구 성능에 따라 선택될 수 있다. 그리고 이들 각 상의 돌출 자극의 원주방향 자극 폭은 동일한 필요는 없고, 예를 들면 구리 손실을 적게 설계할 경우, 2 권선의 전류에서 구동되는 상의 돌출 자극의 원주방향 자극 폭은 작고, 반대로 1 권선의 전류에서 구동되는 상의 돌출 자극의 원주방향 자극 폭은 큰 구성으로 할 수 있다. 또한, 각 상이 토크를 발생해서 구동할 수 있는 범위는 이웃의 상이 토크를 발생가능한 영역과 오버랩하고 있는 것이 대부분이고, 2개 이상의 상이 동일한 방향의 토크를 동시에 생성할 수 있어 2개 이상의 상에서의 병렬 구동을 실현할 수 있다. 이는 도 87에 나타낸 바와 같은 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터와 다른 점이다.

또한, 5상, 7상, 11상 등의 홀수 상은 큰 소수이기 때문에, 모터 전체로서의 각 상의 고주파는 제거될 확률이 높고, 토크 리플이 작은 모터 운전을 실현할 수 있다. 예를 들면, 3상 모터는 60°주기의 고주파가 쉽게 발생하고, 6상의 모터도 그 정도는 감소하지만 60°주기의 고주파가 쉽게 발생한다. 4상 모터는 소수가 2이기 때문에, 많은 고주파가 쉽게 발생하여 모터 설계 시에 고주파 감소의 연구가 필요하다. 이와 관련하여 5상의 모터는 저차원의 고주파가 제거될 확률이 높고, 모터 각부의 고유진동수에도 기인하는 공진 진동이 감소하여 모터의 진동 감소가 가능해 진다. 그 결과, 저소음, 저진동, 높은 품질의 모터를 실현할 수 있다. 자동화 또는 무인화된 산업기계, 생산라인에서 사용되는 모터와는 달리, 자동차 등 사람의 청각, 촉각에 가까운 부위에 사용되는 경우에는 특히 모터의 정숙성은 대단히 중요한 특성이다.

도 20의 (a)는 본 발명의 다른 실시예인 3상의 릴럭턴스 모터를 나타낸 것이다. 이 모터의 자기경로 구성은 도 12의 (a)에 나타낸 모터의 자기경로 구성과 완전히 동일하지만, 권선 구성은 다르다. 31은 A상의 회전자 돌출 자극이고, 32는 A상의 고정자 돌출 자극이며, T1은 A상의 권선이다. 33은 회전자의 자속 통과용 자기경로이고, 34는 고정자의 자속 통과용 자기경로이다. 35는 B상의 회전자 돌출 자극이고, 36은 B상의 회전자 돌출 자극이다. 37은 C상의 회전자 돌출 자극이고, 38은 C상의 고정자 돌출 자극이다. T2와 T3은 거의 환형 형상의 권선이며, 서로 역방향으로 권선되고 직렬로 접속된다. 그 결과, T2와 T3의 권선에 전류가 흐름으로써, B상의 회전자 돌출 자극(35)과 고정자 돌출 자극(36)을 여자할 수 있다. T4는 C상의 권선이다. 이러한 구성에서, 회전자의 회전 위치에 따라 A상, B상, C상의 순서 로 구동함으로써 연속적인 토크의 발생이 가능하다.

다음으로, 도 20의 (b)는 본 발명의 다른 실시예인 3상의 릴럭턴스 모터를 나타낸 것이다. 이 모터의 자기경로 구성은 도 12의 (b)에 나타낸 모터의 자기경로 구성과 완전히 동일하고, 또한 도 20의 (a)의 모터를 변형한 예이다. 42는 A상의 회전자 돌출 자극이고, 43은 A상의 고정자 돌출 자극이며, 44는 B상의 회전자 돌출 자극이고, 45는 B상의 고정자 돌출 자극이며, 46은 C상의 회전자 돌출 자극이고, 47은 C상의 고정자 돌출 자극이고, 48은 회전자의 자속 통과용 자기경로, 49는 고정자의 자속 통과용 자기경로이다. T7은 A상의 권선이다. T8과 T9는 거의 환형 형상의 권선이며, 상호 역방향으로 권선되고 직렬로 접속된다. 그 결과, T8 및 T9의 권선에 전류가 흐름으로써 B상의 회전자 돌출 자극(44)과 고정자 돌출 자극(45)을 여자할 수 있다. T1O과 T1l은 거의 환형 형상의 권선이며, 서로 역방향으로 권선되고, 직렬로 접속된다. 그 결과, T1O 및 T11의 권선에 전류가 흐름으로써. C상의 회전자 돌출 자극(48)과 고정자 돌출 자극(49)을 여자할 수 있다. 이러한 구성에서, 회전자의 회전 위치에 따라 A상, B상, C상의 순서로 구동함으로써 연속적인 토크의 발생이 가능하다.

이러한 도 20의 (a), (b)와 같은 모터 구성으로 할 경우, 하나의 상의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극을 여자하여 토크를 발생시키는 동작을 단독의 권선에 전류를 통전시키는 것만으로 여자할 수 있기 때문에, 쉽게 이해할 수 있고, 후술하는 바와 같이 구동회로도 간단하게 된다. 다만, 동일 슬롯 내의 권선이 분할되기 때문에, 저항값이 커지는 권선도 있고, 모터 효율의 면에서는 불리한 면이 있 다.

도 21은 본 발명의 4상의 모터의 예를 나타낸 것이다. 이 모터는 도 16의 4상의 모터의 권선을 변형한 예이다. A, B, C, D 상의 각 고정자 돌출 자극(61, 63, 65, 67) 및 각 회전자 돌출 자극(62, 64, 66, 68)은 도 16과 동일한 구성이다. T13 은 A상의 회전자 돌출 자극(61)이 고정자 돌출 자극(62)을 여자 하는 권선이다. T14와 T15는 상대적으로 역방향으로 권선되고, 직렬 접속된 권선이며, 이들 권선에 전류가 흐름으로써 B상의 회전자 돌출 자극(63)과 고정자 돌출 자극(64)을 여자 할 수 있다. Tl6과 T17은 상대적으로 역방향으로 권선되고, 직렬 접속된 권선이며, 이들 권선에 전류가 흐름으로써 C상의 회전자 돌출 자극(65)과 고정자 돌출 자극(66)을 여자 할 수 있다. T18은 D상의 회전자 돌출 자극(67)과 고정자 돌출 자극(68)을 여자 하는 권선이다.

도 21의 이러한 구성의 모터는 각 상의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극, 이들을 여자 하는 권선이 고정되어 있기 때문에, 단독으로 1세트의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극을 여자 할 때에 하나의 권선으로 전류가 흐를 수 있고, 이러한 구성의 개념은 쉽게 이해할 수 있다.

도 21의 모터를 회전자의 회전 위치에 따라 1상씩 순차적으로 구동하는 경우는, 각 상의 회전자 샤프트 방향의 배치 순서는 한정되지 않는다. 예를 들면, 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 상대 위상이 순차적으로 A상, B상, C상, D상일 경우, 도 21의 지면의 상측으로부터 A상, D상, B상, C상의 순서로 배치하더라도, 회전자의 회전 위치에 동기해서 A상, B상, C상, D상의 순서로 전류가 흐르면 연속 적인 토크를 출력할 수 있다. 또한, 전류의 방향 및 각 고정자 자극의 자속의 방향 에 관해서도 한정되지 않으며, 어느 쪽의 방향으로 설정할 수 있다.

다음으로, 도 21의 모터에서, 2세트의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극을 여자하여 양쪽의 상에서 동일 방향의 토크를 발생시키는 경우, 각 고정자 돌출 자극의 자속의 방향은 문제가 된다. 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 상대 위상의 순서가 A상, B상, C상, D상일 경우, 두 개의 상이 동일한 방향의 토크를 발생시키는 조합은 A상과 B상, B상과 C상, C상과 D상, D상과 A상의 조합이다. 따라서, 상대 위상의 순차적인 자속의 방향은 도 21에 나타낸 바와 같이, 정방향과 부방향이 교호로 이루어질 수 있다. 이와 같이 설정하면, 각 권선의 전류의 방향도 필연저으로 결정된다. 또한, 각 상의 회전자 샤프트 방향의 배치는 도 21의 예에서 지면의 위에서부터 순차적으로 이루어지지만, 다른 배열 순서로도 모터를 구성할 수 있다.

도 21의 모터에서, 2세트의 상을 순차적으로 구동하는 방법으로는, 2세트의 상이 토크를 발생할 수 없는 영역도 있기 때문에, 단순하게는 토크 리플이 발생하게 되지만, 전류의 진폭 보정을 행하는 등의 방법으로 토크 리플을 감소시킬 수 있다. 또한, 도 21의 모터는 구동 알고리즘이 단순하지만, 모터 효율의 면에서, 도 16의 모터 쪽이 권선 저항을 작게 할 수 있기 때문에, 도 16의 모터 쪽이 뛰어나다.

또한, 도 21의 모터에서 나타낸 구성 및 방법은 다양한 응용 및 변형이 가능하다. 예를 들면, 도 15의 모터에 도 21의 모터의 권선의 방법을 적용할 수 있어 다른 모터에도 적용할 수 있다. 또한, 도 18 등의 5상 이상의 다상의 모터에도 적용할 수 있다.

다음으로, 도 22 및 도 23은 본 발명의 다른 모터의 예를 나타낸 것이다. 도 23은 도 22의 모터의 회전자 돌출 자극, 회전자 돌출 자극, 권선의 원주방향 형상을 직선 형태로 전개한 형상이고, 가로축은 전기각이다. 각 고정자 돌출 자극(T32, T34, T36, T38, T40, T42)은 원주방향의 동일한 각도위치에 배치된다. 제1상의 회전자 돌출 자극(T31)과 제2상의 회전자 돌출 자극(T33)은 동일 위상에 배치되고, 권선(T19) 및 상기 권선(T19)의 절반 정도의 턴수로 역방향으로 권선된 권선(T20)과 직렬 접속된다. 그 결과, 권선(T19)과 권선(T20)에 전류가 흐름으로써 제1상으로부터 백 요크를 거쳐 제2상을 통과하는 자속이 여자되고, 이때 다른 상에의 전자기적 영향은 적다. 또한, 도 22의 단면 EA-EA는 도 9의 (a)의 형상으로 이루어진다.

제3상의 회전자 돌출 자극(T35)과 제4상의 회전자 돌출 자극(T37)은 동일 위상에 배치되고, 제1의 상의 회전자 자극(T31)과는 전기각에서 120°의 위상차를 갖는다. 권선(T22) 및 상기 권선(T22)의 절반 정도의 턴수로 역방향으로 권선된 권선(T21)과 권선(T23)은 직렬로 접속된다. 그 결과, 권선(T22), 권선(T21), 권선(T23)으로 전류가 흐름으로써, 제3상으로부터 백 요크를 거쳐 제4상을 통과하는 자속이 여자되고, 이때 다른 상에의 전자기적 영향은 적다.

제5상의 회전자 돌출 자극(T39)과 제6상의 회전자 돌출 자극(T41)은 동일 위상에 배치되고, 제1의 상의 회전자 자극(T31)과는 전기각에서 240°의 위상차를 갖 는다. 권선(T25) 및 상기 권선(T25)의 절반 정도의 턴수로 역방향으로 권선된 권선(T24)은 직렬로 접속된다. 그 결과, 권선(T25)과 권선(T24)으로 전류가 흐름으로써, 제5상으로부터 백 요크를 거쳐 제6상을 통과하는 자속이 여자되고, 이때 다른 상에의 전자기적 영향은 적다.

이러한 구성의 모터는 회전자의 회전 위치에 동기해서 제1상과 제2상, 제3상과 제4상, 제5상과 제6상의 순서로 전류가 흐를 경우, 연속적인 토크를 출력할 수 있다. 그리고 전류의 종류는 3종류로 적어져 전류의 구동회로가 간단하게 이루어질 수 있는 특징이 있다. 또한, 이때 모터 내의 3종류의 전류의 상대적인 방향 및 3세트의 각 고정자 자극의 자속의 방향에 관하여는 한정되지 않고, 어느 쪽의 방향으로도 설정할 수 있다.

다음으로, 도 22, 도 23의 모터에 있어서, 상기 전류통전방법을 제1의 방법으로하고, 이와는 다른 권선의 접속방법, 통전방법인 제2의 방법에 관하여 설명한다. 구체적으로, 권선(T20)과 권선(T21)을 동일한 방향의 전류로 하고, 권선을 1개의 권선(T45)에 통합함으로써 권선 저항을 작게 하고, 권선(T20)으로 흐르는 전류와 권선(T21)으로 흐르는 전류를 가산한 전류가 흐른다. 이와 같이 함으로써, 제1의 방법과 비교해 볼 때, 권선(T20)과 권선(T21)의 구리 손실에 대응하는 권선(T45)의 구리 손실을 2/3로 감소시킬 수 있다. 권선(T23)과 권선(T24)에 관하여도 동일 구성으로 하고, 권선(T46)으로 할 수 있어 구리 손실을 2/3로 할 수 있다. 다만, 전류의 종류는 5종류가 되어 구동회로는 증가한다. 또한, 이때 권선(T19, T22, T25)의 권선의 방향, 전류의 방향은 동일한 방향으로 된다.

다음으로, 도 22 및 도 23의 모터에서 권선의 접속방법, 통전방법의 다른 제3의 방법에 관하여 설명한다. 구체적으로, 권선(T20)과 권선(T21)에 역방향의 전류가 흐르도록 권선(T19)의 전류의 방향과 권선(T22)의 전류의 방향을 역방향으로 한다. 그리고 권선(T20)과 권선(T21)을 1개의 권선으로 통합하고, 권선(T20)에 흐를 전류와 권선(T21)에 흐를 전류를 가산한 전류를 권선(T47)으로 흐르도록 한다. 이 구성에서, 권선(T20)의 전류와 권선(T21)의 전류가 동시에 흐르는 기간 동안, 양 전류는 반대 방향의 전류이기 때문에, 제거되어서 전류는 0이 되고, 또한 이 권선(T47)의 구리손실을 감소시킬 수 있다. 이와 같이 함으로써, 제1의 방법과 비교해 볼 때, 권선(T20)과 권선(T21)의 구리 손실에 대응하는 권선(T45)의 구리 손실을 1/1,732로 감소시킬 수 있다. 권선(T23)과 권선(T24)에 관하여도 동일 구성으로 하여 권선(T48)으로 할 수 있어 구리 손실을 1/1,732로 감소시킬 수 있다. 다만, 전류의 종류는 5종류가 되고, 또한 권선(T47)과 권선(T48)의 전류는 정과 부의 전류로 흐를 필요가 있어 구동회로는 증가한다. 또한, 이때 권선(T19, T22, T25)의 권선의 방향, 전류의 방향은 정, 부, 정과 같이 교호의 전류의 방향으로 된다.

다음으로, 도 24는 본 발명의 3상 모터의 예를 나타낸 것이다. 이 모터는 도 4에 나타낸 단상 모터를 회전자 샤프트 방향으로 3상분 만큼, 3세트 배치하고, A상, B상, C상의 각 상의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 상대 위상을 전기각에서 120°씩 달라지도록 배치한 모터이다. A상의 회전자 돌출 자극(T51)은 회전자 돌출 자극(T53)과 동일한 회전 위치에 배치되고, 이들과 대향하는 고정자 돌출 자극(T52)은 고정자 돌출 자극(T54)과 동일 회전위치에 있으며, 권선(T63)에 전류 가 흐름으로써 이들을 일순하는 자기회로를 여자 할 수 있다. B상의 회전자 돌출 자극(T55)은 회전자 돌출 자극(T57)과 동일한 회전 위치에 배치되고, 이들과 대향하는 고정자 돌출 자극(T56)은 고정자 돌출 자극(T58)과 동일한 회전 위치에 배치되며, 권선(T64)에 전류가 흐름으로써 이들을 일순하는 자기회로를 여자 할 수 있다. C상의 회전자 돌출 자극(T59)은 회전자 돌출 자극(T61)과 동일한 회전 위치에 배치되고, 이들과 대향하는 고정자 돌출 자극(T60)은 고정자 돌출 자극(T62)과 동일한 회전 위치에 배치되며, 권선(T65)에 전류가 흐름으로써 이들을 일순하는 자기회로를 여자 할 수 있다. 그리고 A상과 B상과 C상 사이에는 공간 또는 자기저항의 큰 재질로 구성된 중간부재(T66, T68) 배열에 회전자 측의 중간부재(T67과 T69)가 배치된다. 도 24의 단면 EA-EA는 도 9의 (a)의 형상으로 이루어진다. 그리고 B상, C상의 단면형상은 도9의 (b), (c)의 형상으로 이루어진다. 또한, 도 24의 모터의 회전자 돌출 자극, 고정자 돌출 자극의 원주방향 형상을 직선 형태로 전개한 형상은 도 23에 나타낸 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 관계이기도 하다.

도 24의 모터의 동작은 회전자의 회전에 동기해서 A상의 권선(T63), B상의 권선(T64), C상의 권선(T65)에 순차적으로 전류가 흐름으로써 연속적인 토크를 얻을 수 있다. 각 상의 사이에는 자기저항의 큰 중간부재(T66, T68) 및 회전자 측의 중간부재(T67, T69)가 배치되기 때문에, 각 상의 전자기적인 간섭은 작아져 간결한 동작을 실할 수 있다. 다만, 상기 중간부재(T66, T68, T67, T69)가 필요하여 크기와 비용에 관해서는 불리한 면은 있다.

도 25에 나타낸 모터는 도 24의 모터의 중간부재(T66과 T68)를 제거하고, 각 상의 고정자의 백 요크부를 동일 연자성체로 연결한 구성의 모터이다. 이 구성의 모터에 있어서도, 회전자측의 중간부재(T67, T69)가 배치되기 때문에 각 상의 자기적인 간섭은 작아져 도 24의 모터와 동일한 동작을 행할 수 있다. 또한, 도 24의 모터에 있어서, 상기 중간부재(T66, T68)를 제거하지 않고, 회전자측의 중간부재(T67, T69)를 제거하여도 도 25의 모터와 동일한 동작을 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 모터에 있어서 고정자의 권선을 고정자 내부뿐만 아니라, 권선의 일부를 회전자측의 스페이스를 활용하여 회전자측으로 돌출시킨 형상으로 해서 배치할 수 있어 권선 저항을 더욱 작은 값으로 할 수 있는 것을 나타낸다. 본 발명의 릴럭턴스형의 모터에서, 자기저항이 작은 연자성체의 부분과 비투자율(比透磁率)이 작은 물질의 부분 또는 공간부에서 자기회로를 구성한다. 그 결과, 회전자측의 각 상의 돌출 자극의 자극 사이에 자속의 방향을 제약하기 위한 공간이 필요하다. 특히, 회전자측의 이 공간부를 활용해서 고정자의 권선을 배치하는 것이다.

도 1 및 도 5의 모터는 권선(5)이 고정자(4, 7)가 제공되는 외경측에 배치되어 있어서, 회전자(2) 쪽으로는 돌출되지 않는다. 한편, 도 2, 도 4, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 13등에서는 각 권선이 회전자측으로 돌출되어 회전자 스페이스도 활용해서 권선이 배치된다. 이러한 구성으로 함으로써, 큰 권선 스페이스가 확보되고, 권선을 굵게 하여 권선 저항을 작게 할 수 있기 때문에, 구리 손실을 감소시킬 수 있어 모터의 효율을 향상시킬 수 있다. 모터의 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 소형화, 저비용화도 가능해진다.

다음으로, 도 28은 본 발명의 다른 예를 나타낸 것이다. 246은 회전자 샤프트, 247은 회전자의 고정판, 248은 회전자의 각 상의 자극을 유지하는 비자성의 원통부재이고, 베어링은 생략한다. 내경측과 외경측에 고정자가 배치되고, 회전자는 2개의 고정자부의 중간부에 배치된다. 232, 233은 A상의 고정자 돌출 자극이고, 231은 A상의 회전자 돌출 자극이다. 그 단면 GA-GA는 도29의 (a)에 나타낸 바와 같은 형상으로 이루어진다. 238, 239는 B상의 고정자 돌출 자극이고, 237은 B상의 회전자 돌출 자극이다. 그 단면 GB-GB는 단면 GA-GA의 회전자와 고정자의 회전 방향위치 관계가 상대적으로 전기각에서 120°다른 형상으로 이루어진다. 241, 242는 C상의 고정자 돌출 자극이고, 240은 C상의 회전자 자극이다. 그 단면 GB-GB2는 단면 GA-GA의 회전자와 고정자의 회전 방향 위치관계가 상대적으로 전기각에서 240°다른 형상으로 이루어진다. 235, 236은 각 상의 공통의 자속이 통과되는 고정자 자기경로이고, 234는 자속이 통과되는 회전자 자기경로이다. 그 단면 GD-GD는 도 29의 (b)에 나타낸 바와 같은 형상으로 이루어진다. 24A와 24B는 동일 상의 권선, 24C와 24D는 동일 상의 권선, 24E와 24F는 동일 상의 권선이다.

이 예에서, 한쪽의 권선만을 구동할 수 있지만, 2개의 권선을 동일 상에 배치, 즉 양쪽의 고정자의 스페이스를 이용해서 양측에 배치하고 있다. 특히, 외주측의 고정자 권선(24A, 24B)을 생략하면, 외주측 고정자를 모터 케이스를 겸한 단순하고 간소한 구성의 자기회로로 할 수 있다.

도 28의 모터의 기본적인 전자기작용은 도 12의 (a)의 모터의 전자기적 작용과 거의 동일하다. 성능적으로 도 12의 모터와 가장 다른 점은 하나의 상의 토크를 발생하는 부분이 회전자 돌출 자극의 내경측과 외경측 양쪽에 있기 때문에, 전자기적인 최대한계 토크가 도 12 의 모터에 비하여 단순논리적으로 2배의 토크를 발생할 수 있는 점이다.

또한, 도 28의 모터의 234, 235, 236을 237, 238, 239과 같은 구성으로 할 경우, 도 16의 모터에 도 28의 기술을 적용한 4상의 모터를 구성할 수 있다. 이 경우, 각 상의 토크는 회전자의 내경측과 외경측의 2 부위에서 발생하기 때문에, 각 상의 발생하는 최대한계 토크는 도 16의 모터에 비하여 단순논리적으로 2배가 된다. 이와 같이, 도 28의 모터의 기술을 본 발명의 다른 모터에도 적용할 수 있어 최대한계 토크가 큰 모터를 실현할 수 있다. 또한, 도 28, 도 30의 모터는 회전자와 고정자의 관계를 반대로 하거나 회전자의 지지 방법을 변경하는 등 다양하게 변형할 수 있다.

도 30의 모터는 도 12의 (a)의 모터를 도 12의 (b)의 모터로 변형하도록 도 28의 234, 235, 236의 각 상의 공통의 자속을 통과시키는 고정자 및 회전자의 자기 경를 회전자 샤프트 방향 단부로 이동한 구성이다. 도 28의 234, 235, 236의 각 상의 공통의 자속을 통과시키는 자기경로의 에어갭이 없어지기 때문에, 자기저항을 작게 할 수 있어 토크의 증가가 가능하다. 또한, 고정자가 단순화되어 251은 자기경로와 모터 케이스를 겸할 수 있기 때문에, 모터의 구성도 용이하게 할 수 있다. 도 28의 모터와 같이, 외경측 혹은 내경의 권선의 어느 쪽을 생략하여 고정자 구성을 간략하게 할 수 있다.

다음으로, 도 32는 본 발명의 다른 실시 예인 3상의 모터를 나타낸 것이다. 이 모터의 토크에 작용하는 자속의 방향은 회전자 샤프트 방향을 통과한다. 이러한 점이 지금까지 설명한 모터와 다르다. 270, 271, 272, 273은 회전자의 돌출 자극이며, 각 상의 단면 EG-EG은 도 33의 (a)에 나타낸 바와 같이 원주방향으로 연자성부와 공간부가 교대로 배치된 구조이다. 270, 271, 272, 273의 연자성체의 원주방향위치는 모두 동일한 원주방향위치에 배치된다. 274는 A상의 고정자의 돌출 자극이고, 276은 B상의 고정자의 돌출 자극이며, 278은 C상의 고정자의 돌출 자극이며, 원주방향으로 연자성부와 공간부가 교대로 배치된 도 33의 (h)에 나타낸 바와 같은 구조이다. 274, 276, 278의 연자성체의 원주방향위치는 전기각에서 120°씩의 위상차를 갖는다. 275는 A상의 환형 형상의 권선, 277은 B상의 환형 형상의 권선, 279는 C상의 환형 형상의 권선이다. 280은 모터의 케이스이며, 전자기적인 동작상 비자성체가 바람직하다.

도 32의 모터의 동작은 회전자의 회전 위치에 동기해서 A상, B상, C상의 전류를 전기각에서 120°의 폭씩 순차 흐름으로써 연속적인 토크를 출력할 수 있다. 도 32의 모터는 각 상의 동작이 각 상 독립으로 작용하기 때문에, 도 12에 나타낸 모터 등에 비하여 토크 발생 메커니즘이 단순하다.

도 32의 모터의 특징은 토크를 발생하는 부분의 자속의 방향이 회전자 샤프트 방향을 향하고 있어 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극이 대향하는 면적을 크게 할 수 있고, 자속의 회전 변화율도 커지기 때문에, 토크와 전류의 비인 토크 정수를 크게 할 수 있다. 또한, 하나의 상의 토크를 발생하는 회전자 돌출 자극의 부분이 회전자 샤프트 방향으로 2개 부위에 설치되기 때문에, 전자기적인 최대한계 토크를 크게 할 수 있다.

또한, 3상의 모터에 관하여 설명했지만, 단상, 2상, 4상 이상의 모터에 관하여도 동일하게 실현할 수 있다.

다음으로, 도 34는 본 발명의 다른 실시 예인 3상의 모터를 나타낸 것이다. 이 모터는 도 32의 모터의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 반대의 관계로 된 모터이다. 290, 291, 292, 293은 고정자 돌출 자극이고, 원주방향으로 연자성부와 공간부가 교대로 배치된 도 35의 (a)에 나타낸 바와 같은 구조이다. 290, 291, 292, 293의 연자성체의 원주방향위치는 모두 동일한 원주방향위치에 배치된다. 294는 A상의 회전자 돌출 자극, 296은 B상의 회전자의 돌출 자극, 298은 C상의 회전자 돌출 자극이며, 원주방향으로 연자성부와 공간부가 교대로 배치된 도 35의 (b)에 나타낸 바와 같은 구조이다. 294, 296, 298의 연자성체의 원주방향위치는 전기각에서 120°씩의 위상차를 갖는다. 295는 A상의 환형 형상의 권선, 297은 B상의 환형 형상의 권선, 299는 C상의 환형 형상의 권선이다. 모터의 전방 플랜지(300), 후방 플랜지(301), 회전자 샤프트(1)는 전자기적인 동작상 비자성체인 것이 바람직하다.

도 34의 모터의 동작은 도 32의 모터와 동일하고, 회전자의 회전 위치에 동기해서 A상, B상, C상의 전류를 전기각에서 120°의 폭씩 순차 흐르도록 함으로써 연속적인 토크를 출력할 수 있다.

또한, 고정자 돌출 자극(290)과 자극(293)은 고정자의 회전자 샤프트 방향 단부에 배치되기 때문에, 모터 정방 플랜지(300) 및 후방 플랜지(301)와 겸용시켜서 소형화, 저비용화가 가능하다. 구체적으로, 도 34에 있어서, 베어링(303)을 고 정자 돌출 자극(290)과 자극(293)의 내경측에 배치할 수 있다. 다만, 베어링(303)에는 자속이 관통하지 않도록 하는 배려가 필요하다. 또한, 도 32, 도 34의 고정자와 회전자의 관계를 반대로 하는 구조의 모터, 4상 이상의 다상의 모터로 하는 등의 다양한 응용 및 변형이 가능하다.

다음으로, 도 38은 본 발명의 다른 실시 예인 3상의 모터를 나타낸 것이다. 이 모터는 도 32의 모터의 관계에서 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 반경방향으로 배치되는 관계로 한 모터이다. 330, 331, 332, 333은 고정자의 돌출 자극이며, 원주방향으로 연자성부와 공간부가 교대로 배치된 구조로 이루어지며, 그 단면 ES-ES는 도 39에 나타낸 바와 같은 구조이다. 330, 331, 332, 333의 연자성체의 원주방향위치는 모두 동일한 원주방향위치에 배치된다. 334는 A상의 회전자의 돌출 자극이고, 336은 B상의 회전자의 돌출 자극이며, 338은 C상의 회전자의 돌출 자극이며, 원주방향으로 연자성부와 공간부가 교대로 배치된 도 39에 나타낸 바와 같은 구조이다. 334, 336, 338의 연자성체의 원주방향위치는 전기각에서 120°씩의 위상차를 갖는다. 335는 A상의 환형 형상의 권선, 337은 B상의 환형 형상의 권선, 339은 C상의 환형 형상의 권선이다. 회전자 지지부(342)는 전자기적인 동작상 비자성체인 방법이 바람직하다. 341는 회전자 샤프트이고, 343은 고정자이다.

도 38의 모터의 동작은 도 32의 모터와 유사하고, 회전자의 회전 위치에 동기해서 A상, B상, C상의 전류가 전기각에서 120°의 폭씩 순차적으로 흐름으로써 연속적인 토크를 출력할 수 있다.

다음으로, 도 40은 본 발명의 다른 실시 예인 3상의 모터를 나타낸 것이다. 이 모터는 A상, B상, C상의 각 상의 구조가 회전자 샤프트 방향으로 병렬로 배치되고, 각각의 상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극은 반경방향으로 배치되며, 각각의 상의 토크를 발생하는 부분의 자속은 거의 반경 방향을 통과하는 구조로 이루어진 모터이다.

350, 351은 A상의 고정자의 돌출 자극이고, 352는 A상의 회전자 돌출 자극이며, 353은 A상의 권선이다. 354, 355는 B상의 고정자의 돌출 자극이고, 356은 B상의 회전자 돌출 자극이며, 357은 B상의 권선이다. 358, 359는 C상의 고정자의 돌 출 자극이고, 35A는 C상의 회전자 돌출 자극이며, 35B은 C상의 권선이다. 35C는 회전자 샤프트이다. 36D, 36E, 36F는 회전자의 지지체이고, 이들 재질은 비자성체인 것이 바람직하다. 도 40의 단면 HA-HA를 도 42에 나타내었다.

도 40의 모터의 기본적인 동작은 도 32의 모터와 유사하고, 회전자의 회전 위치에 동기해서 A상, B상, C상의 전류가 전기각에서 120°의 폭씩 순차 흐름으로써 연속적인 토크를 출력할 수 있다. A상, B상, C상의 각 상의 자기회로는 독립적으로 작용할 수 있다.

도 40의 모터의 특징은 각 상의 자기회로가 독립하여 이루어지기 때문에, 상기와 같이 각각의 상을 구동하기 위해서 1개의 권선에만 전류가 통하도록 할 수 있고, 도 32의 모터에 비하여 구리 손실을 감소시킬 수 있는 점이다. 또한, 도 32의 모터는 자속이 회전자 샤프트 방향으로 통과하기 때문에, 회전자 샤프트 방향의 흡인력이 작용하고, 따라서 회전자 샤프트 방향 흡인력의 언밸런스에 대비한 신중한 모터 설계가 필요하지만, 도 40의 모터에 작용하는 흡인력은 반경 방향이기 때문 에, 흡인력의 언밸런스 대응이 종래 통상의 모터 수준으로 이루어질 수 있어 설계 및 제작이 용이하다.

다음으로, 도 41은 본 발명의 다른 실시 예인 3상의 모터를 나타낸 것이다. 이 모터는 도 40의 모터와 비교해 볼 때, B상과 C상의 구조가 다른 변형 예이다. A상, B상, C상의 각 상의 구조는 회전자 샤프트 방향으로 병렬로 배치되고, 각각의 상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극은 반경 방향으로 배치되며, 각각의 상의 토크를 발생하는 부분의 자속은 거의 반경 방향으로 통과하는 구조로 한 모터이다. 364, 365는 B상의 고정자의 돌출 자극이고, 366은 B상의 회전자 돌출 자극이며, 367은 B상의 권선이다. 368, 369는 C상의 고정자의 돌출 자극이고, 36A는 C상의 회전자 돌출 자극이며, 36B는 B상과 C상 모두의 구동에 사용하는 권선이다. 35C 는 회전자 샤프트이다.

36D, 36E, 36F는 회전자의 지지체이고, 이들 재질은 비자성체인 것이 바람직하다.

도 41의 모터의 기본적인 동작은 도 40의 모터와 유사하고, 회전자의 회전 위치에 동기해서 A상, B상, C상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극 사이에 작용하는 전자력을 전기각에서 120°의 폭씩 작용시켜 회전 토크를 얻는다. 각 상의 전류의 공급 방법은 A상과 C상에 관해서는 도 40의 모터와 동일하다. 그러나 B상을 구동할 때의 전류는 권선(367)과 권선(36B)에 역방향의 전류가 흘러 B상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극 사이에서 토크가 발생하고, C상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극 사이에는 토크가 발생하지 않도록 전자기적 작용을 시킬 필요 가 있다. 이와 같이 하여, A상, B상, C상의 토크를 순차 발생시킴으로써 연속적인 회전 토크를 얻을 수 있다. 또한, 전류의 통전 각도 폭, 전류의 값에 관해서는 기본적인 고려 방식으로부터 어느 정도의 수정을 해서 더욱 스무스한 회전 및 효율 좋은 회전을 얻을 수 있다.

다음으로, 도 43은 본 발명의 다른 실시 예인 3상의 모터를 나타낸 것이다. 이 모터는 도 40의 모터와 비교해 보면, 각 상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 반경 방향으로 2중으로 구성되어 이루어지는 점이 다르다. 이 구성은 전자기적인 최대한계 토크를 증가시키는 효과가 있다. 또한, 모터의 내경측 부분도 활용하기 때문에, 토크가 증가하는 효과가 있다. 이 모터는 A상, B상, C상의 각 상의 구조가 회전자 샤프트 방향으로 병렬로 배치되고, 각각의 상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극은 반경방향으로 배치되며, 각각의 상의 토크를 발생하는 부분의 자속은 거의 반경방향으로 통과하는 구조로 한 모터이다.

380, 381, 382는 A상의 고정자의 돌출 자극이고, 383, 384는 A상의 회전자의 돌출 자극이며, 385, 386은 A상의 권선이다. 387, 388, 389는 B상의 고정자의 돌출 자극이고, 390, 391은 B상의 회전자의 돌출 자극이며, 392, 393은 B상의 권선이다. 394, 395, 396은 C상의 고정자의 돌출 자극이고, 397, 398은 C상의 회전자의 돌출 자극이며, 399, 39A는 C상의 권선이다. 39E는 회전자 샤프트이다. 39F, 39G는 회전자의 지지체이고, 39H는 고정자의 스페이서이며, 이들 재질은 비자성체인 것이 바람직하다.

도 43의 모터의 기본적인 동작은 도 40의 모터와 유사하고, 회전자의 회전 위치에 동기해서 A상, B상, C상의 전류가 전기각에서 120°의 폭씩 순차 흐름으로써 연속적인 토크를 출력할 수 있다. A상, B상, C상의 각 상의 자기회로는 독립적으로 작용할 수 있다.

또한, 도 43의 39B, 39C, 39D를 연자성체로하고, 각 상의 자기회로를 반경 방향으로 독립적으로 2세트 설치한 구성으로 하며, 외경측의 자기회로의 자속이 커지는 구성으로 하여 토크를 증대할 수 있다. 또한, 이 경우에는 모터의 외경측과 내경측에 2개의 모터를 효과적으로 배치한 복합 모터로 간주할 수도 있다. 복합화가 용이한 모터 구조이기 때문에, 반경 방향으로 3중 이상의 구조의 모터로도 할 수 있다. 또한, 이러한 모터 기술을 본 발명의 다른 모터로 적용할 수 있다.

도 31은 본 발명의 모터의 회전자 돌출 자극의 구조를 일체화하여 강화한 구성을 나타낸 도면이다. 원주방향으로 배치된 회전자 돌출 자극(261)이 바인더부(263)에 의해 연결되고, 동일 상의 고정자 돌출 자극이 원주방향으로 연결되어 일체화되어 견고한 구성으로 이루어진다. 262는 도 25의 비자성의 원통부(248)와 연결되는 비자성의 부재이다. 회전자의 원주상의 돌출 자극 부분이 원주방향으로 연결되어 각 회전자 돌출 자극이 물리적으로 일체화되는 것은 회전자의 강도 면 및 제작 면 모두에서 바람직하다.

도 31의 원주방향으로 복수 배치된 회전자 돌출 자극부(261)는 이 도면에서는 바인더부(263)에 의해 원주방향으로 연결되지만, 회전자 돌출 자극의 요철의 높이가 작아지는 문제도 있어 동일 원주상이 아닌 측면에서 연결하는 등 다른 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 도 31의 회전자 돌출 자극(261)의 외경측 돌기부와 내 경측 돌기부는 전기각에서 180°의 위상차를 가질 수 있다. 또한, 예를 들면 바인더부(263)의 폭이 큰 전자강판 및 바인더부(263)의 폭이 작은 전자강판 등이 회전자 샤프트 방향으로 적층될 수도 있다.

또한, 도 26의 회전자의 돌출 자극(261)에서는 회전자의 외경측 돌출 자극부와 내경측 돌출 자극부 모두가 일체화되지만, 내경측의 돌출 자극부가 분리되어 착탈이 가능한 구조로 하여 비자성부재(262)와 회전자 돌출 자극(261)의 조립이 용이한 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 동일 원주상의 동일 상의 돌출 자극을 동일 부재로 결합하는 구조는 본 발명에서 나타낸 다른 각 모터의 돌출 자극에도 적용할 수 있다.

다음으로, 고정자 돌출 자극 및 회전자 돌출 자극의 형상과 토크(T)의 관계 에 관하여 설명한다. 모터의 자기회로로의 입력 전력(P)은 다음과 같이 표현된다.

P = V×1 ...(1)

V = dΨ/dt = dΨ/dθ×dθ/dt ...(2)

Ψ = NN×φ ...(3)

Pm = T×dθ/dt ...(4)

V는 전압, Ψ은 자속쇄교수, φ은 자속, θ는 회전자의 회전각, NN은 권선의 턴수, T는 토크, Pm은 모터의 기계적 출력이고, 권선저항, 철심에 있어서의 전력 손실 등은 무시한다. 문제를 간략화하기 위해서 자기회로의 자기 에너지가 작아 무시할 수 있는 것으로 가정할 경우, (1), (2), (3), (4)식으로부터 다음과 같이 된다.

T ≒ NN×dφ/dθ×I ...(5)

따라서, 모터의 토크(T)를 크게 하기 위해서는 dφ/dθ를 크게 하는 것이 효과적이다. 이는 모터의 자기포화에 있어서 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 대향하는 부분의 회전자 샤프트 방향 길이(TB)를 크게 하면, dφ/dθ가 커져 토크가 증가하는 것을 의미한다.

도 1 내지 도 4의 모터 등에서, 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 대향하는 부분의 회전자 샤프트 방향 길이는 다른 자기경로의 폭과 동일한 폭으로 나타내고 있다. 한편, 도 5, 도 15, 도 21, 도 28, 도 25에는 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 대향하는 부분의 회전자 샤프트 방향 길이(TB)가 다른 자기경로 부분의 회전자 샤프트 방향 길이보다 큰 구성의 도면을 나타내고 있다. 상기와 같이, TB를 크게 하면 토크가 커지기 때문에, 다른 문제가 없는 한 상기 TB를 크게 하는 쪽이 토크가 커져 유리하다.

다음으로, 도 26은 본 발명의 3상 모터의 예를 나타낸 것이다. 이 모터의 기본 구조는 도 12의 (a)의 모터의 고정자와 회전자를 반대로 하고, 회전자를 외경측에 배치하고, 고정자를 내경측에 배치한 모터이다. 즉 아우터 모터로 불리는 구조의 모터이다.

도 26에 있어서, 212는 A상의 회전자의 돌출 자극이고, 211은 고정자의 돌출 자극이고, 그 단면 FA-FA는 도 27의 (a)의 형상으로 이루어지며, 원주방향으로 연자성체부와 공간부가 교대로 배치되고, 연자성체부는 회전자 샤프트 방향으로 그 외의 회전자의 연자성체부와 자기적으로 연결된다. 212의 원주방향 측면의 공간부 는 원통 형상의 구멍이 형성되는 형상으로 이루어진다. 또한, 212의 내주측은 요철의 돌출 자극으로 이루어지고, 21의 외주측은 전체 원주가 덮이게 이루어질 수 있다. 216은 B상의 회전자의 돌출 자극이고, 215는 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 FB-FB는 도 27의 (a)의 형상에 있어서 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 상대 위상이 120°다른 배치 구조로 이루어진다. 218은 C사의 회전자의 돌출 자극이고, 217은 고정자의 돌출 자극이며, 그 단면 FC-FC는 도 27의 (a)의 형상에 있어서 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 상대 위상이 A상에 대하여 240°다른 배치 구조가 이루어진다. 단면 FD-FD 부분은 도 27의 (b)의 형상의 자속 통과용 자기경로이다. 각 상의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 상대 위상은 A상, B상, C상에서 서로 전기각 120°의 위상차로 이루어진다. 219는 A상의 환형 형상의 권선이고, 220은 B상의 환형 형상의 코일이며, 221은 C상 및 B상의 환형 형상의 권선이다. 222는 회전자 샤프트이고, 223은 회전자 지지 원판이다.

이러한 구성에서, 회전자의 회전 위치에 따라 A상, B상, C상의 순서로 구동함으로써 연속적인 토크의 발생이 가능하여 토크 리플도 모터의 설계에 따라 감소할 수 있다. A상의 구동은 권선(219)에 전류가 통전됨으로써 실현된다. 즉, 회전자 돌출 자극(212), 고정자 돌출 자극(211), 자속 통과용 자기경로(213, 214)로 자속이 유도되어 일순하고, 회전자 돌출 자극(212)과 회전자 돌출 자극(211) 사이에서 흡인력이 발생하여 토크가 생성된다. B상의 구동은 권선(220)과 권선(221) 모두에 역방향의 전류가 통전됨으로써 실현된다. 즉, 회전자 돌출 자극(216), 고정자 돌출 자극(215), 자속 통과용 자기경로(213, 214)에 자속이 유도되어 일순하고, 회전자 돌출 자극(216)과 고정자 돌출 자극(215) 사이에서 흡인력이 발생하여 토크가 생성된다. 이때, C상의 회전자 돌출 자극(218), 고정자 돌출 자극(217)에는 권선(220)과 권선(221)에 역방향으로 통전되는 전류의 합계가 인가되기 때문에, 결국 C상에는 기자력이 인가되지 않아 토크가 생성되지 않게 된다. C상의 구동은 권선(221)에 전류가 통전됨으로써 실현된다. 즉, 회전자 돌출 자극(218), 고정자 돌출 자극(217), 자속 통과용 자기경로(213, 214)에 자속이 유도되어 일순하고, 회전자 돌출 자극(218)과 고정자 돌출 자극(217) 사이에서 흡인력이 발생하여 토크가 생성된다. 또한, 여기에서 자속 통과용 자기경로(213)와 경로(214) 사이는 항상 대향 면적이 커서 자기저항이 작은 것을 전제로 하고 있다.

이와 같이 회전자의 회전 위치에 따라서 A상, B상, C상의 순서로 구동함으로써 토크의 방향도 정 및 부의 토크 생성이 가능하고, 역행 운전 및 회생 운전이 가능하다. 또한, 이 모터의 동작에 있어서 하나의 상이 토크를 발생할 수 있는 범위는 각 돌출 자극의 형상에도 따르지만, 돌출 자극 폭이 전기각에서 180°인 경우, 180°사이에서 구동가능하고, 도 8의 모터에서는 A상, B상, C상의 순서로 구동해서 토크 리플이 작은 스무스한 구동이 가능하다. 또한, 이 경우 각 상이 120°이상의 범위에서 구동할 수 있기 때문에, 2상의 경계부 근방에서는 2상을 동시에 구동할 수 있는 영역도 있다.

또한, 도 26의 모터를 변형해서 4상의 아우터 회전자형의 모터를 실현할 수 있다. 도 26의 상기 자속 통과용 자기경로(213, 214)를 고정자 돌출 자극(215), 회전자 돌출 자극(216)과 동일한 형상의 자극으로 변위시키고, 지면에서 상측으로부 터 순차적으로 A상, B상, C상, D상의 4상으로 하여 각 상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 상대 위상을 전기각에서 90°씩의 위상차를 갖게 한 구조로 할 수 있다. 그 4상의 모터의 동작은 도 16에 나타낸 4상의 모터의 동작과 동일한 관계로 이루어진다. 또한, 동일 구조에서 5상 이상의 다상의 아우터 회전자형의 모터도 실현된다.

다음으로, 도 36은 본 발명의 다른 실시 예인 3상의 모터를 나타낸 것이다. 이 모터는 도 32의 모터의 외경측이 회전하는 회전자로 되고, 각 환형 형상의 권선은 내경측의 고정자에 장착 고정한 모터이다. 소위 아우터 회전자 모터로 불리는 구조의 모터이다. 310, 311, 312, 313은 고정자 돌출 자극이며, 원주방향으로 연자성부와 공간부가 교대로 배치된 도 37의 (a)에 나타낸 바와 같은 구조이다. 310, 311, 312, 313의 연자성체의 원주방향위치는 모두 동일한 원주방향위치에 배치된다. 314는 A상의 회전자의 돌출 자극, 316은 B상의 회전자의 돌출 자극, 318은 C상의 회전자의 돌출 자극이며, 원주방향으로 연자성부와 공간부가 교대로 배치된 도 37의 (b)에 나타낸 바와 같은 구조이다. 314, 316, 318의 연자성체의 원주방향위치는 전기각에서 120°씩의 위상차를 갖는다. 315는 A상의 환형 형상의 권선, 317은 B상의 환형 형상의 권선, 319는 C상의 환형 형상의 권선이다. 회전자의 원통부재(321)는 전자기적인 동작상, 비자성체인 것이 바람직하다. 322는 회전자 샤프트, 323은 회전자 샤프트이다.

도 36의 모터의 동작은 도 32의 모터와 동일하고, 회전자의 회전 위치에 동기해서 A상, B상, C상의 전류가 전기각에서 120°의 폭씩 순차적으로 흐름으로써 연속적인 토크를 출력할 수 있다.

특히, 본 발명의 모터의 아우터 회전자형의 구조에서는 각 상의 대략 환형 형상의 권선이 내경측에 배치되어 권선 길이가 짧아지기 때문에, 권선 재료비를 감소시킬 수 있고 철 손실도 감소시킬 수 있어 비용, 효율 모두에서 뛰어나다. 또한, 전자기적인 토크 발생 작용을 행하는 부분은 모터의 외주측이 되기 때문에, 작용점의 반경이 커져 큰 토크를 발생할 수 있는 효과도 있다. 또한, 회전자의 반경이 커져 관성이 쉽게 커진다. 회전자가 외주측에 배치되기 때문에, 용도에 따라서는 위험 방지용의 커버가 모터 외주에 필요로 되는 경우도 있다.

또한, 도 21 내지 도 44에 있어서, 모터의 특성을 개선하는 몇몇 기술에 대하여 주로 3상의 자기저항모터의 예로 설명했지만, 이들의 기술은 단상으로부터 4상 이상의 릴럭턴스 모터에도 적용할 수 있다. 또한, 다상의 N상 릴럭턴스 모터의 구성은 N 이하의 상수의 모터를 조합시킨 다양한 구성이 가능하고, 이는 본 발명에 포함되는 것이다.

본 발명에서 나타낸 각종 모터에 있어서, 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 형상은 다양한 변형이 가능하다. 이들 본 발명의 모터는 주로 릴럭턴스 토크이고, 연자성체를 통과하는 자속의 분포 상태에 의해 특성이 변화된다. 주요 문제점은 힘을 발생하지 않는 부분의 자기포화의 문제 및 큰 토크를 발생시키기 위해서 대전류를 권선에 통전시킬 경우 토크에 기여하지 않는 자속의 문제이다. 힘을 발생하지 않는 도중의 자기경로가 자기포화될 경우, 그 부분에 기자력(H)이 저하되고, 그만큼 토크 발생부의 기자력(H)이 저하하여 토크가 감소하는 문제가 있다. 또 한, 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 대향하는 부분 및 그의 근방이 큰 자속 밀도로 되는 것은 문제가 되지 않는다. 특히, 토크에 기여하지 않는 자속이고, 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 대향하는 부분 이외의 공간 스페이스를 통과하는 자속을 「누설자속성분(φL)」로 칭한다. 이하, 이들 문제를 감소시키는 다양한 방법에 관하여 설명한다.

먼저, 기본적인 토크의 발생의 예에 관하여 설명한다. 도 45는 외경측의 고정자 돌출 자극(401)과 내경측의 회전자 돌출 자극(402)이 대향하고 있고, 이들 부분에 기자력이 작용할 경우, 화살표로 나타낸 바와 같은 자속(φRS)이 통과하는 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 회전자에 반시계방향의 토크가 발생한다. 그리고 반시계 방향으로 회전자가 서서히 회전하여 고정자 돌출 자극(401)과 회전자 돌출 자극(402) 바로 정면을 서로 향하는 위치에서 토크는 0이 되어 토크 발생이 없게 된다. 만약 그 위치보다 반시계 회전측으로 회전자가 더 회전하면, 반대 방향의 시계회전방향 토크가 회전자에서 발생한다.

고정자 돌출 자극(401)과 회전자 돌출 자극(402)이 작은 범위에서 대향하는 경우, 통과하는 자속은 작기 때문에, 일순하는 자기경로에서의 자기포화의 문제는 없고, 또한, (2)식의 dΨ/dθ는 큰 값으로 되는 것을 기대할 수 있다. 그러나 이때에 있어서도 고정자 돌출 자극(401)과 회전자 돌출 자극(402)이 대향하고 있는 부분 이외에도 주변의 공간을 지나는 누설자속성분(φL)은 존재하고 있다. 다음으로, 도 45의 회전자 돌출 자극(402)이 반시계방향으로 회전하고, 고정자 돌출 자극(401)과 회전자 돌출 자극(402)이 대향하는 위치의 전방까지 회전할 경우, 자속 (ψRS)은 증가하고, 또한 상기 누설자속성분(φL)도 부가되어 양쪽 돌출 자극의 대향하고 있는 부분보다 돌출 자극의 근원부 부분의 자속이 커져 자기포화를 쉽게 일으키게 된다.

도 46에 나타낸 바와 같이, 고정자 돌출 자극(403)의 원주방향의 폭(TB3)과 회전자 돌출 자극(404)의 원주방향의 폭(TB4)은 그 모터의 운전 방법 등에 관련지어 선택할 수 있어 TB3과 TB4가 같은 값일 필연성은 없다.

도 47에서, 고정자의 돌출 자극 폭(TB6)에 대하여 그 근원에서 원주방향 폭(TB5)을 크게 하여 고정자 돌출 자극(405)의 근원부의 자기포화를 피하는 구조로 하고 있다. 회전자 돌출 자극(406)의 원주방향 폭(TB7)에 관해서도 근원의 원주방향 폭(TB8)은 상대적으로 큰 값으로 하여 회전자 돌출 자극(406)의 근원부의 자기포화를 피하는 구조로 하고 있다. 이러한 구조로 함으로써, 고정자 돌출 자극(405)과 회전자 돌출 자극(406)은 토크를 발생하는 원주방향의 범위를 크게 할 수 있다.

다음으로, 도 48은 회전자 돌출 자극의 선단부에 있어서 자속을 제한하고, 자속이 통과하는 자기경로를 제한하는 방법을 나타낸 것이다. 431은 고정자 돌출 자극이고, 432는 회전자 돌출 자극이다. 회전자 돌출 자극(432)에는 일부에 형성된 사각형상의 구멍(433), 원형 구멍(435) 등의 구멍을 구비할 수 있고, 회전자 돌출 자극(432)을 통과하는 자속을 제한할 수 있다. 장공(434)은 회전자 돌출 자극을 통과하는 자속을 제한할 뿐만 아니라, 회전자 돌출 자극 내의 자속의 경로도 제약하기 때문에, 누설자속성분(φL)을 감소시키는 효과도 있다. 이들 구조로 함으로써 고정자측의 자기포화를 감소시킬 수 있어 고정자 돌출 자극(405)과 회전자 돌출 자 극(406)은 토크를 발생하는 원주방향의 범위를 크게 할 수 있다. 또는 회전자 돌출 자극 표면의 자속 분포를 균일화할 수 있어 모터의 발생 토크가 균일한 회전 범위를 크게 하도록 할 수 있다.

또한, 이들 구멍에는 투자율(透磁率)이 낮은 수지 등을 충전할 수도 있다. 또한, 이들 구멍은 고정자측에 구비할 수도 있다.

도 50 및 도 51에 나타낸 바와 같이, 영구자석(436)을 배치하여 회전자 돌출 자극(432)의 자기특성을 변경할 수 있다. 영구자석(436)의 배치, 장소 및 기울기 등은 도 50 및 도 51의 각 예에 나타낸 바와 같이, 다양한 방법이 있다. 이들 예에서는 영구자석 우측으로부터 회전자 돌출 자극 내의 자속의 분포가 변화되어 회전자 돌출 자극(406)에 대해서 토크를 발생하는 원주방향의 범위를 크게 할 수 있다. 회전자 돌출 자극 표면의 자속 분포를 균일화할 수 있어 모터의 발생 토크가 균일한 회전 범위를 크게 할 수 있다.

다음으로, 도 52는 누설자속성분(φL)을 영구자석을 사용해서 감소시키는 방법을 나타낸 것이다. 도 52 중에 몇몇 방법을 부분적으로 나타내고 있다. 472는 효율적으로 토크를 발생할 수 있는 자석 성분이다. 자속(471, 474)은 화살표로 나타낸 회전자의 토크 발생에 기여하지만, 유해한 효과도 발생하는 자속이며, 특히 자기회로 각부에서 자기포화가 일어나는 원인이 되는 자속 성분이다. 그리고 토크 발생의 원리상 제거해도 무방한 자속 성분이다. 473은 영구자석이며, 자속(471)을 감소시키는 극성의 방향으로 배치된다. 자석(480)도 자속(474)이 감소하는 방향으로 배치된다. 감소하는 방향이란 고정자 돌출 자극, 회전자 돌출 자극에 작용하는 기 자력과 반대 방향으로 영구자석의 기자력이 작용하는 방향이다.

이와 같이 영구자석을 이용함으로써 불필요한 자속을 감소시키는 구성이 가능한 것은 릴럭턴스 토크를 응용하는 모터에서, 토크는 그 작용하는 자속의 방향과 관계가 없기 때문에, 의도적으로 모터 내의 자속의 방향을 균일화함으로써, 영구자석을 이용한 누설 자속의 감소가 가능해지기 때문이다. 따라서, 영구자석을 사용한 브러시리스 모터 등에서, 고정자의 각 부분에 작용하는 기자력의 방향이 회전과 함께 정과 부의 값으로 교류적으로 변화하기 때문에, 영구자석에서 누설 자속을 감소시키는 것이 곤란하다.

영구자석에서 누설 자속을 감소시키는 효과는 모터가 큰 토크를 발생할 때에 현저하다. 불필요한 자속을 배제함으로써, 고정자 및 회전자의 각 돌출 자극 및 자기경로의 자속은 감소하여 자기포화가 일어나기 어려워지기 때문에, 큰 피크 토크를 얻을 수 있다. 또한, 불필요한 자속이 줄어들기 때문에, 누설 인덕턴스가 감소 되어 역률을 개선할 수 있고, 효율의 개선에도 관련된다. 역률을 개선할 수 있기 때문에, 모터를 구동하는 파워 트랜지스터의 전류 용량을 감소시킬 수 있어 구동장치의 소형화, 저비용화도 가능하다. 본 발명의 모터, 스테핑 모터, 스위치드 릴럭턴스 모터 등의 다극화의 한계의 한가지 원인은 상기 누설 자속이며, 누설 자속을 감소시킴으로써 다극화의 한계를 증대시킬 수 있고, 토크를 향상시킬 수 있다. 또한, 영구자석에서 누설 자속을 감소시킬 수 있는 경우에는 자기저항의 대소(大小)를 제공하기 위하여 각 돌출 자극의 요철의 높이를 작게 하는 것도 가능하고, 그 효과에 의한 모터의 소형화 또는 고토크화를 실현할 수 있다.

모터의 용도, 모터의 사용 방법에 따르지만, 모터의 피크 토크는 매우 중요한 특성이며, 모터의 소형화의 한계와 밀접하여 관계되는 것이 대부분이다. 모터의 비용에도 관계된다.

또한, 상기 영구자석(473, 480)은 475, 476, 477, 478과 같이 짧게 하는 등 형상의 변경도 가능하다. 누설 자속은 47A, 47B의 방향으로도 발생하여 유해한 자속으로 된다. 각 돌출 자극의 원주방향의 양측 및 백 요크측으로도 누설 자속 감소를 위한 영구자석을 배치함으로써 더 효과적으로 할 수 있다.

또한, 회전자측은 원심력이 작용함으로써, 고정자측의 돌출 자극에만 영구자석을 배치할 수 있다. 또한, 상기 장공(479) 등도 병행해서 구비할 수 있다. 특히 고속회전의 모터에 있어서 회전자측에 영구자석을 사용하지 않고, 자속의 제약을 장공(479)으로 실현하는 방법도 효과적이다.

도 54는 고정자 돌출 자극의 선단부에서 회전자에 대향하는 부분을 제외한 모든 방향으로 누설 자속 감소용의 영구자석을 배치한 예를 나타낸 것이다. 고정자(571)에 있어서, 고정자 돌출 자극의 원주 전후에 영구자석(573)을 배치하고, 고정자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 사이이며 백 요크측에는 영구자석(157A)을 배치하며, 고정자 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 전후에는 영구자석(574)을 배치한다. 각각 자석의 방향은 권선의 전류가 발생하는 기자력과는 반대 방향의 영구자석 기자력을 발생하는 방향이며, 회전 토크를 발생하는 자속(577) 방향의 자속을 방해하는 방향이다. 회전자(572)측도 유사하게 영구자석(575, 57B, 576)을 배치하고, 누설 자속을 감소시킨다. 고정자와 회전자 사이에서 자속이 통과하는 장소를 고정자 돌출 자극의 선단부와 회전자 돌출 자극의 선단부로 한정하고 있다. 이러한 구조로 함으로써, 불필요하고 유해한 자속을 감소시킬 수 있고, 특히 모터의 피크 토크를 증대시킬 수 있다.

도 55에 나타낸 모터는 도 54의 모터에 장착한 영구자석 중, 각 돌출 자극 근방의 자석을 일부 제거한 모터이다. 영구자석(583, 584, 585, 586)의 직경 방향의 길이는 짧게 이루어진다. 각 돌출 자극의 선단부 근방에는 권선의 전류에 의한 큰 기자력이 작용하기 때문에, 영구자석의 자속 감소는 쉽게 발생한다. 그 점에서 영구자석의 두께 등의 양적인 문제 및 비용적인 문제가 있고, 돌출 자극의 선단부 근방에는 영구자석을 배치하지 않는 예이다. 또한, 돌출 자극의 선단부 근방의 자속은 토크 발생에 효과적으로 작용하고 있는 비율이 큰 것도 도 55의 모터의 구성으로 하는 이유의 하나다.

이러한 누설 자속을 감소시키는 영구자석의 배치는 공간을 통과하는 자속 성분을 대상으로 하고, 그 영구자석을 포함하는 자기경로의 자기저항이 크기 때문에, 반드시 상기 영구자석을 연철부(軟鐵部)에 밀착시킬 필요는 없다. 도 52의 영구자석(473, 480)과 같이 영구자석을 연철부로부터 공간을 갖고 배치할 수도 있다. 고정자 돌출 자극의 주변에 자석의 지지 부재를 배치하고, 자석을 고정할 수 있다. 구체적인 하나의 예로, 고정자 돌출 자극의 주변의 요철부의 요부에 수지를 자석과 함께 충전하는 방법이 있다. 회전자측도 유사하게 적용된다.

또한, 전기자동차, 하이브리드 자동차의 구동용 모터의 경우, 전방으로는 큰 값의 구동 토크가 필요하다. 그러나 회생 토크가 그다지 크지 않을 경우에는, 도 52의 모터의 경우이며, 영구자석(473, 480)은 장착되지만, 각 돌출 자극의 반대측에는 영구자석을 장착하지 않는 선택도 가능하다. 이는 요구 성능을 만족시키고, 비용을 낮게 하는 구성도 현실적인 구성이다.

반대로, 상기 영구자석을 도 54 및 도 55에 나타낸 바와 같이 연철부에 밀착시킬 수 있다. 구체적으로, 소결된 영구자석을 접착제로 부착시킬 수 있다. 또한, 분말상태의 자석에 수지 등을 부가한 소위 본드 자석(bonded magnet)을 연철부에 부착시킬 수도 있다. 특히, 소형의 모터에 있어서는 형(mold)을 이용하여 성형해서 영구자석을 부착시키는 방법은 효과적이다. 구체적으로, 플라스틱 등의 사출 성형기 또는 유사한 성형기를 활용할 수 있어 양산성 및 생산 비용 면에서도 실용적이다.

도 53에 나타낸 모터의 영구자석(484, 485, 486, 487)은 고정자 자극과 회전자 자극이 대향하는 에어갭부의 근방에 영구자석이 배치되는 예이다. 토크를 효과적으로 발생하는 자속(482)으로의 직접적인 작용은 작고, 불필요한 자속(481, 482)이 감소하도록 한 배치로 이루어진 것이다. 또한, 각 영구자석의 지지는 구체적으로 수지에 자석을 포함시켜 몰딩하는 방법을 고려할 수 있다. 이 외에도 다양한 고정수단을 고려할 수 있다.

다음으로, 도 56은 도 52의 모터의 영구자석(473, 475, 476) 등을 고정자 돌출 자극의 코어 내부에 배치한 예 및 영구자석(480, 477, 478) 등을 회전자 돌출 자극의 코어 내부에 배치한 예를 나타낸 것이다. 불필요한 자속(495, 496)을 감소시키는 자석(493, 494)은 각각 고정자 돌출 자극의 코어 내부 및 회전자 돌출 자극 의 코어 내부에 배치된다. 구체적으로, 자기적으로 큰 영향 주지 않는 정도의 좁은 연철부분(49F, 49G)에 의해 영구자석(494, 493)이 지지되는 구조로 이루어진다. 이러한 구조로 함으로써 영구자석을 용이하게 고정할 수 있다. 다른 자석(498, 499, 49B)의 예 등도 코어의 내부에 배치하여 나타내고 있다.

또한, 도 57은 도 53의 모터의 영구자석(484, 485, 486, 487) 등을 고정자 돌출 자극의 코어 내부에 배치한 예를 나타내 것이다. 영구자석(503, 505, 504, 506)은 좁은 연철부(501, 502)의 내측에 배치되어 각 자석의 고정이 용이하다.

도 52 내지 도 57에 나타낸 바와 같이, 영구자석을 이용해서 불필요한 누설 자속을 감소시킴으로써 모터의 돌출 자극부 및 백 요크 등의 자속을 감소시키고, 자기포화를 완화함으로써 모터의 최대 한계 토크를 향상시킬 수 있다. 또한, 불필요한 자속이 감소되기 때문에, 모터의 역률을 향상시킬 수 있다. 또한, 영구자석을 배치함으로써 돌출 자극의 돌출부 및 요부의 높이를 작게 할 수 있는 경우는 모터의 소형화를 실현할 수도 있다.

다음으로, 도 52에 나타낸 불필요한 자속(471, 474)을 감소시키는 다른 방법에 관하여 설명한다. 이는 473, 480등을 영구자석이 아닌 도체의 판이나 링 또는 폐쇄된 권선으로 하는 방법이다. 그 작용에 있어서는 473의 부분의 자속이 변화될 때, 자속의 변화를 방지하도록 도체에 와전류가 흘러 자속의 변화를 방지하는 작용을 이용하는 것이다. 모터가 저속에서 회전할 때에는 자속의 변화율이 작기 때문에 그다지 효과는 없지만, 어느 정도 이상의 회전수에서는 자속의 변화율이 높아져서 자속(473, 474) 등을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 도 53, 도 54, 도 55, 도 56, 도 57의 모터에 있어서도, 각 영구자석을 도체로 대체하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 59는 본 발명의 다른 예를 나타낸 것이다. 본 발명의 예로서, (a)의 모터에 대해서 살펴보면, 회전자 돌출 자극(31) 및 고정자 돌출 자극(32)은 도 52의 회전자 돌출 자극(432) 및 고정자 돌출 자극(431)에 상당하고, 환형 형상의 권선(39)에 대전류가 흐를 경우, 도 52의 471, 474등과 같이 불필요한 자속도 각 돌출 자극의 주변에 발생하는 문제가 있다. 즉, 환형 권선은 간단한 형상으로 형성될 수 있고, 제작성의 용이화 및 구리 손실의 감소 면에서는 효과적이지만, 누설자속성분(φL)이 증가하는 문제가 있다.

이러한 문제를 감소시키는 하나의 방법으로서, 도 52의 환형 형상의 권선(39)과는 별도로, 도 56에 나타낸 바와 같이 각 돌출 자극(511)에 권선되고, 직렬 접속된 권선(512)이 부가될 수 있다. 권선(512)에 전류가 통전될 때에는, 도 52의 유효한 자속성분(472)과 함께 권선(512)에 쇄교하는 누설자속도 발생하지만, 회전자측에서 고정자측으로 관통하는 불필요한 자속(471, 474)은 비교적 작은 특징이 있다. 반대로, 권선(512)은 그 권선 길이가 길어져 구리 손실이 증가하는 문제가 있다.

권선(512)으로의 전류 통전 방법으로는, 환형 권선(39)과 직렬로 접속하고, 양 권선에서 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 사이에서 기자력을 작용시켜 토크를 얻고, 불필요한 자속 성분을 감소시키는 방법이 있다. 다른 방법으로는, 권선(39)에 대전류가 흐를 경우에만, 권선(512)에도 전류를 흘려보내는 방법이 있다. 그 외의 방법으로서, 통상적으로 모터는 권선(39)에 의해 구동되고, 대전류의 경우에는 구동장치를 권선(39)으로부터 권선(512)으로 전환하여 모터를 구동하는 방법도 있다.

다음으로, 본 발명의 모터를 고속회전으로 운전할 경우에서 풍손(風損)을 감소시키는 방법에 관하여 설명한다. 도 49에 나타낸 바와 같이, 고정자 돌출 자극의 내경측에 부재(441)를 추가하고, 고정자의 내면이 완만한 원통형으로 할 수 있다. 또는 회전자의 외경측에 부재(442)를 추가하고, 회전자의 외주면이 완만한 원통형으로 할 수 있다. 두 부재(441, 442)를 부가할 수도 있다. 또한, 전자기적으로 위해한 문제가 안 되는 정도에서 부재(441, 442)를 좁게 하고, 고정자 코어(443) 또는 회전자 코어(444)와 동일한 재료로 제작하는 방법도 있으며, 이 경우에는 각각의 코어 제작과 동시에 형성시킬 수 있기 때문에, 비용면에서도 효과적이다. 도 55에 나타낸 바와 같은 자석의 배치도 가능하고, 자석의 지지부는 지지가 가능한 정도로 견고한 구조에 할 수 있다.

다음으로, 모터의 회전 방향에서 특히 일방향의 회전 토크가 개선되는 모터의 구성에 관하여 설명한다. 도 13의 3상 릴럭턴스 모터에 있어서, 도 14의 (b)에 나타낸 바와 같이 회전자 돌출 자극의 형상과 고정자 돌출 자극의 형상으로 함으로써, 일방향의 회전 능력을 향상시키는 것에 관련하여 설명했다. 또한, 도 16 의 4상 릴럭턴스 모터에 있어서, 도 17의 회전자 돌출 자극(67), 고정자 돌출 자극(68)에서 나타낸 바와 같이, 서로 반대 방향의 회전자 샤프트 방향 돌출 자극 폭을 넓게 함으로써, 일방향의 회전 능력이 향상시키는 것에 관련하여 설명했다. 이와 같 이 일방향의 출력 토크를 향상시키기 위해서는 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 형상을 원주방향으로 부등(不等) 형상으로 하여 양 돌출 자극 간의 자기 임피던스를 회전 위치에 따라 변화를 부여하고, 이때 다른 상의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극의 자기 임피던스의 상대적인 차이를 생성함으로써 릴럭턴스 토크를 향상시킬 수 있다. 또한, 각 돌출 자극의 자기특성은 단순히 돌출 자극의 형상을 변겅시킬뿐만 아니라, 홈부를 갖도록 하거나 투자율이 다른 재질로 하는 것으로도 가능하다.

다음으로, 본 발명의 모터에 있어서, 모터 효율을 개선하는 방법에 대해서 도 58을 참조하여 설명한다. 도 58의 모터는 도 57의 모터에 영구자석(611, 612)을 추가한 구성이다. 영구자석(611, 612)의 자석의 방향은 N극이 내주측으로부터 외주측으로 향하는 영구자석이며, 권선의 전류에 의해 자속(613)을 여자시키는 방향을 향한다. 이와 같이 자속을 여자시키는 방향을 향하여 영구자석을 배치함으로써, 예를 들면, 도 12의 (a)의 모터의 경우, 권선(39, 40, 41)에 통전되는 전류를 감소시킬 수 있다. 모터의 자기회로의 여자전류의 일부를 영구자석이 부담하게 된다. 그러므로 모터의 역률도 향상될 수 있다

또한, 전류가 영(zero)일 때 영구자석에 기인하는 코깅 토크는 A상, B상, C상의 자기적인 밸런스가 이루어짐으로써 평활화가 가능하다. 일반적으로, 대전류일 때의 효과보다도 저부하일 때의 저전류시의 구리 손실 감소 효과가 크고, 낮은 부하의 시간적 비율이 높고, 효율이 중요시되는 용도에서 특히 효과적이다.

이러한 특성은 본 발명의 모터를 고속회전에서의 정출력제어(constant-power control)의 운전에서 활용할 경우에서 특히 중요한 특성이다. 예를 들면, 사용 회전수 범위가 O∼10000rpm의 모터에서, 2500rpm을 기저회전수(base revolution)로 할 경우, 2500rpm에서 정격전압이 되기 때문에, 7500rpm에서는 1/3의 평균 자속으로 운전을 제어하지 않으면 안 된다. 이러한 상황에서, 릴럭턴스 모터는 자기 에너지와 코 에너지(co-energy)의 관계에 의해 역률이 저하하는 경향이 있다. 다만, 이러한 운전 영역에서, 영구자석으로 모터의 자속을 부담할 수 있으면, 이러한 고속회전에서의 역률을 개선할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 모터의 고토크화 및 고출력화의 방법에 관하여 설명한다. 본 발명의 모터의 토크는 (1) 내지 (5)식에 나타낸 바와 같이, dφ/dθ에 비례한다. 이 dφ/dθ를 크게 하는 구체적인 모터의 구조 예로서, 도 60 및 도 61은 도 12의 (a)의 모터의 회전자 돌출 자극(31, 33, 35)과 고정자 돌출 자극(32, 34, 36)을 변형한 예를 나타낸 것이다. 각 상의 돌출 자극을 통과하는 자속(φ)을 크게 하기 위해서는 연자성체의 포화 자속 밀도(BM)는 한정되기 때문에, 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 대향 면적을 넓게 하는 것과 그 밖의 부분의 모터의 자기회로를 자기포화시키지 않는 구조로 하는 것이 조건으로 된다.

도 60의 모터는 회전자 돌출 자극(521, 523, 525)과 고정자 돌출 자극(522, 524, 526)의 각각의 대향 면적을 넓게 하기 위하여 고정자 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 단면 형상을 도 60에 나타낸 바와 같이 돌출된 형상으로 하고, 회전자 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 단면 형상을 도 60에 나타낸 바와 같이 오목한 형상으로 형성한다. 이러한 구조로 함으로써, 도 12의 (a)의 모터에 비하여, 도 60의 모터는 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 대향 면적이 넓어져서 dφ/dθ를 크게 할 수 있어 토크가 증대될 수 있다.

도 61에 나타낸 모터는 회전자 돌출 자극(531, 533, 535)과 고정자 돌출 자극(532, 534, 536)의 회전자 샤프트 방향 단면 형상이 도 61에 나타낸 바와 같이 삼각형에 가까운 사다리꼴 형상으로 이루어진 것이다. 이 구조에 있어서도 단순논리적으로 도 60에 나타낸 예와 동일한 효과를 가지며, 또한 회전자 돌출 자극부 및 회전자 돌출 자극부 근방의 자기포화를 고려할 경우, 도 61의 형상 쪽이 자기포화 되기 어려운 점에서 뛰어나다.

다음으로, 본 발명의 모터에 있어서, 모터의 자기경로의 자기포화를 감소시키는 방법에 관하여 설명한다. 도 62의 상측 부분은 고정자 코어의 측면도이고, 도 62의 하측 부분은 그의 저면도이다. 541은 고정자 돌출 자극이고, 542는 그 돌출 자극의 근원부가 굵게 이루어진 형상(542, 543)을 나타내고 있다. 이와 같이 고정자 돌출 자극(541)의 원주방향을 이용해서 자기경로 단면적을 확대함으로써 자기경로의 자기저항을 감소시킨다. 또한, 확대된 부분(542, 543)의 회전자 샤프트 축방향 형상은 고정자 돌출 자극의 중앙부에 가까운 부분을 주요부로 하고, 회전자 샤프트 방향 양단은 고정자 돌출 자극(541)보다 요부로 형성시킴으로써, 대향하는 회전자 돌출 자극의 누설 자속을 감소시키고, 또한 다른 상의 자기회로가 회전자 샤프트 방향으로 인접해서 배치될 때의 인접 자기회로와의 누설 자속도 과대하게 이루어지지 않는 형상으로 하고 있다.

또한, 도 60 및 도 61에 나타낸 바와 같은 홈형의 자극형상과 도 62의 형상 및 그의 개념을 복합한 구조의 자극도 제작할 수 있다.

다음으로, 금형을 이용하여 전자강판(電磁鋼板)을 드로잉 가공한 부품으로 본 발명의 모터를 제작하는 예를 도 63을 참조하여 설명한다. 전자기적인 기본 구성은 도 12의 (a)의 모터와 동일하다. 551은 A상의 회전자 돌출 자극이고, 553은 A상의 고정자 돌출 자극이며, 552는 상호 간이 에어갭부이다. 554는 자속 통과용 자기경로이고, 555는 B상의 고정자 돌출 자극이고, 556은 C상의 고정자 돌출 자극이며, 원주방향 측면 형상은 도 9의 형상으로 이루어지며, 도 63에서는 파선으로 나타내었다.

도 63의 모터의 예는 각 고정자 돌출 자극, 고정자 백 요크, 회전자 자극, 회전자 백 요크가 성형된 각 전자강판 및 회전자 샤프트(1)로 구성된 것이다. 각 전자강판은 전자강판의 성형을 용이하게 하기 위하여, 조인트(557, 558, 559) 등에서 분리되어 맞대져 있는 형상으로 이루어진다. 각 부의 자기경로는 2장의 전자강판으로 구성되고, 상기 맞대기부는 인접하는 전자강판의 맞대기부와 일치하지 않는 구성으로 되며, 맞대기부의 에어갭에 의한 자기저항의 변화에 대하여 자속이 인접하는 전자강판으로부터도 돌아 들어오는 구성으로 되며, 자기저항의 증대 및 맞대기 정밀도의 편차에 의한 자기저항 변화를 감소시킨다.

55A, 55B, 55C는 각 상의 권선이며, 그들의 작용은 도 12의 (a)의 모터와 동일하며, 전자기적 작용도 원리적으로 동일하다.

또한, 회전자측의 전자강판을 회전자 샤프트(1)에 조립한 후, 보빈을 장착하고, 각 권선을 외부로부터 보빈으로 권선하는 방법이면, 상기 맞대기부를 회전자로 부터 제거할 수 있다. 그 밖에도, 권선 코일의 조립 순서와 전자강판의 성형 방법을 연구해서 상기 맞대기부를 제거하는 것도 가능하다.

도 63에 나타낸 바와 같은 모터의 구성은 금형을 이용해서 전자강판을 절단 가공, 드로잉 가공함으로써 제작할 수 있기 때문에, 생산성이 높고, 비용을 감소시킬 수 있다. 소형의 모터에서, 각 자기경로의 두께가 전자강판 1장으로 구성할 수 있는 크기의 모터의 경우에 특히 생산성이 높다. 또한, 사용되는 전자강판의 특성으로서는 전자기적 특성뿐만 아니라 성형성이 뛰어난 재질일 필요가 있다. 또한, 도 63은 일 예이고, 전자강판으로 제작되는 각 부품은 드로잉 가공의 용이성, 회전자 샤프트(1), 권선(553), 그 외 베어링, 모터 케이스 등 조립의 편의성 등을 배려한 구조 및 형상으로 할 수 있다. 또한, 각 부의 전자강판의 장수를 3장 이상의 구성으로도 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 모터를 구성하는 연자성재료에 관하여 도 64를 참조하여 설명한다. 도 64의 (a)는 어모퍼스(amorphous) 적층체이다. 어모퍼스는 비정질금속으로도 불리우며, 철 손실이 작기 때문에 고주파 특성이 뛰어나다. 그러나 그 성격상, 25마이크로미터 정도의 박막의 연자성체이기 때문에, 접착제 등에 의해 어느 정도 적층해서 두께를 갖게 하여 적층체(561)로서 가공 및 조립하는 것이 모터의 제작 효율면에서 우수하다. 어모퍼스 적층체(561)의 일측 또는 양측에 일반적인 전자강판(562)을 접합시켜서 도 64의 (b)나 (c)의 형상으로 가공, 조립할 수도 있다. 어모퍼스 적층체(561)와 전자강판(562)을 접합시킨 복합재료로 하는, 즉 어느 정도의 강도를 갖는 전자강판(562)을 기판으로 해서 어모퍼스를 적층할 수 있다. 또한, 이 복합재료는 금형을 사용해서 펀칭가공 가공할 경우 펀칭가공성이 우수하다. 또한, 모터로서 완성되었을 때의 특성으로서, 자속밀도가 높은 전자강판(562)의 특성과 낮은 철 손실의 어모퍼스 적층체(561)의 특성이 복합된 특성을 얻을 수 있는 등의 특징이 있다.

또한, 3차원의 방향의 자기경로를 실현하는 구체적인 안으로서, 본 발명의 모터의 연자성체 재료로서 자속의 방향에 제한이 없는 압분자심(dust core)을 사용하는 것을 예로 들 수 있다.

도 26의 모터에 있어서, 고정자 코어(224)에는 냉각용의 통로(225)가 구비된다. 이 냉각용 통로(225)로는 공기, 가스 등의 기체, 물, 기름 등의 액체, 또는 미스트(mist) 등의 혼합물을 통과시켜 모터를 냉각시킬 수 있다.

특히, 아우터 회전자형의 모터의 경우, 고정자 권선이 모터의 중심에 가까운 부분에 배치되기 때문에, 모터의 중심 근방에 간단한 냉각수단을 구비하여 저비용으로 효과적인 모터 냉각을 실현할 수 있다. 또한, 아우터 회전자형의 모터는 발열부가 모터의 내측에 배치되기 때문에, 일반적으로 냉각효율이 나쁜 면이 있으나 그 해소 방법으로서도 효과적이다. 냉각 매체를 저온으로 냉각해서 냉각용 통로(225)에 통과시키면, 모터를 더 효과적으로 냉각할 수 있다. 또한, 냉각용 통로(225)는 금속이나 수지 등의 파이프로 구성될 수도 있다. 또한, 자동차에 모터를 장착해서 구동하는 경우에는, 대부분 모터와 구동장치를 일체화하거나 근방에 배치하고, 구동장치의 냉각과 모터의 냉각을 직렬 접속할 수 있다.

도 26의 권선(219, 220)에서, 그 단면이 원형의 금속 파이프로 구성된 예를 나타내고 있다. 이 금속 파이프의 중앙 구멍에 냉각용의 기체나 액체 또는 미스트 등의 혼합물을 통과시켜서 모터를 냉각시킬 수 있다.

금속 파이프의 재료는 구리, 알루미늄 등이 적합하다. 구리는 도전율이 높지만 비중이 크기 때문에, 경량화의 필요성이 있는 경우, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용해서 경량화한다. 알루미늄의 도전율은 구리만큼 높지 않기 때문에, 발열의 문제를 금속 파이프와 냉각 매체로 커버하는 방법이 있다. 도 26의 권선(221)은 사각형상의 금속 파이프의 예이다. 원형의 금속 파이프와 비교해 볼 때, 사각형의 금속 파이프는 권선 사이 슬롯이 스페이스를 더 효과적으로 활용할 수 있다.

도 87에 나타낸 바와 같은 종래의 모터의 경우, 권선으로서 동 파이프를 사용하는 것은 권선의 굵기가 가늘기 때문에 그다지 현실적이지 못하다. 도 87의 모터를 다극화할 경우, 그 단면도로부터 용이하게 상상할 수 있듯이, 권선을 배치하기 위한 슬롯의 스페이스는 더 협소하게 된다. 그러나 본 발명의 모터의 경우, 구조적으로 모터의 다극화가 용이하여 다극화하더라도 환형 권선을 배치하는 슬롯 형상은 협소하게 되지 않고, 변화하지 않는다. 또한, 권선의 전압은 (2)식으로부터 알 수 있듯이 자속쇄교수(Ψ)의 각도변화율(dΨ/dθ)에 비례하기 때문에, 다극화하면 극수에 비례해서 자속쇄교수(Ψ)의 각도변화율(dΨ/dθ)이 커지게 되어 각 상의 권선의 턴수를 작게 할 필요성이 있다. 결과적으로, 본 발명의 모터를 다극화한 경우에는 권선의 턴수가 작아져 도 26의 각 슬롯에 권선하는 권선은 종래의 모터에 비하여 굵은 권선으로 할 수 있다. 또한, 본 발명의 모터의 권선 형상은 간단한 환형 형상으로 할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 모터에서는 금속 파이프를 통해 냉각 기구를 겸한 권선을 실용적으로 실현된다. 또한, 금속 파이프에 의해 전류의 통전과 냉각 모두를 행하는 방법은 본 발명의 다양한 모터에 적용할 수 있다.

또한, 금속 파이프의 도체를 활용한 냉각 방법에서는 전기 절연의 문제가 있어 전기 절연성이 높은 냉각 매체를 사용할 필요가 있다. 고압공기를 냉각 매체로 하는 경우, 이물질의 혼입을 방지하기 위한 필터가 필요하다. 냉각수를 사용하는 경우, 물의 전기 전도도를 낮게 유지시키는 연구가 필요하다. 냉각유를 순환시키는 경우, 기름의 전기 전도도는 낮기 때문에 비교적 용이하다. 또한, 권선의 단부에는, 전류 공급선으로의 접속에 부가하여 전기절연을 유지하면서 냉각 매체의 주입 배출을 행하기 위한 처리가 필요하다.

다음으로, 본 발명의 모터의 각 상의 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 길이(MLP)에 관하여 설명한다. 도 65 및 도 66는 도 15에 나타낸 4상 모터의 고정자 돌출 자극 형상, 회전자 돌출 자극 형상 및 각 권선의 형상을 변형한 예를 나타낸 것이다. 도 65의 ML은 고정자의 회전자 샤프트 방향 길이이다. 655는 A상 고정자 돌출 자극이고, 656은 B상 고정자 돌출 자극이며, 658은 C상 고정자 돌출 자극이고, 659는 D상 고정자 돌출 자극이다. 여기에는 개략적인 그의 배치를 나타내고 있고, 구체적인 형상은 도 66에 나타내었다. 도 66은 고정자와 회전자가 대향하는 에어갭 면의 각 부의 원주방향 형상을 직선상으로 전개한 도면이며, 수평축은 회전각(θ)을 전기각으로 표시하고, 세로축은 회전자 샤프트 방향을 나타내고 있다. 도 66에 나타낸 바와 같이, 각 상의 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 형상은 도 65에 나타낸 형상보다 크게 이루어지고, 인접한 고정자 자극측으로 서로 돌출된 형상 으로 이루어진다. 각 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 길이는 MLP이며, 상수 N은 4로 하여 MLP＞ML/N=MLP/4의 관계로 이루어진다. 도 65에 나타낸 단면도에서는 권선의 스페이스가 필요하기 때문에, MLP＜ML/N=MLP/4이 되지만, 인접한 고정자 자극측으로 서로 돌출됨으로써 MLP를 크게 하고 있다. 또한, 도 66의 각 고정자 돌출 자극상의 정과 부의 마크는 자속이 통과하는 방향을 나타낸 것이다.

이와 같이 고정자 돌출 자극의 회전자 방향 길이(MLP)를 크게 하는 이유는 각 고정자 돌출 자극 및 각 권선에 쇄교하는 자속(φ)의 회전 변화율(dφ/dθ)을 크게 하고, 모터의 발생 토크를 크게 하기 위함이다. 여기까지 설명한 본 발명의 각 모터의 고정자 자극 형상에 관해서도 유사하게 고정자 자극 형상을 변형할 수 있다.

657과 65E는 작은 원통 형상의 에어갭을 통해 서로 대향하는 형상이고, 고정자의 백 요크로부터 회전자의 백 요크까지 자속이 비교적 용이하게 통과할 수 있는 구성으로 한 자속 통과용 자기경로이다.

651은 회전자이고, 652 및 653은 도 9에 나타낸 바와 같은 회전자의 돌출 자극이며, 도 66의 경우, 회전자 돌출 자극의 원주방향 위상은 동일하다. 또한, 1세트의 회전자 돌출 자극이 2세트의 고정자 돌출 자극에 대향하고 공용되어 있다. 도 66의 652Z는 회전자 돌출 자극(652, 654)의 돌기부의 범위를 나타낸 것이다.

도 66은 각 권선의 형상과 관련하여 권선(65B, 75C)이 단순한 환형의 권선인 것을 나타내고 있지만, 권선(65A, 65D)의 형상은 인접하는 고정자 자극이 각각 회전자 샤프트 방향으로 돌출된 형상으로 이루어지기 때문에, 회전자 샤프트 방향으 로 파형의 요철이 있는 환형의 권선 형상으로 이루어진다. 권선(65A, 65D)의 길이는 길게 이루어지지만, 쇄교하는 자속(φ)의 회전 변화율(dφ/dθ)을 크게 할 수 있다.

다음으로, 도 67 및 도 68은 도 24에 나타낸 6상 모터의 고정자 돌출 자극 형상, 회전자 돌출 자극 형상 및 각 권선의 형상을 변형한 예를 나타낸 것이다. 또한, 자속의 방향이 반대의 방향을 향하는 고정자 자극을 동일한 상으로 정의할 경우, 3상의 모터로 해석할 수도 있다. 672는 A상, D상의 고정자 자극이고, 675는 B상, E상의 고정자 자극이며, 672는 C상, F상의 고정자 자극이다. 도 68은 고정자와 회전자가 대향하는 에어갭 면의 각 부의 원주방향 형상을 직선상으로 것으로, 수평축은 회전각(θ)을 전기각으로 나타내고, 세로축은 회전자 샤프트 방향을 나타낸다. 도 68에 나타낸 바와 같이, 각 상의 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 형상은 도 67에 나타낸 고정자의 회전자 샤프트 방향 길이(ML)의 약 1/3로 된다. 각 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 길이는 MLP이고, 상수 N은 6일 경우, MLP＞ML/N=MLP/6의 관계로 이루어진다.

도 68에 있어서, 권선(673, 676, 679)의 형상은 인접하는 고정자 자극이 각각 회전자 샤프트 방향으로 돌출한 형성으로 이루어지기 때문에, 회전자 샤프트 방향으로 파형의 요철이 있는 환형 권선 형상으로 이루어진다. 67A, 67B, 67C, 67D는 비자성체이고, 회전자 샤프트 방향의 자기적인 작용을 분단한다.

다음으로, 도 69 및 도 70은 도 67 및 도 68에 나타낸 6상의 모터를 더 변형한 예를 나타낸 것이다. 69D는 회전자이고, 691은 회전자 돌출 자극이며, 도 67에 서 배치되어 있는 회전자 내의 비자성체를 제거하고, 회전자의 회전자 샤프트 방향형상을 전체 길이에 걸쳐 동일하게 한 것이다. 701은 회전자의 돌기부의 범위를 나타내고 있다, 672는 A상, D상의 고정자 자극, 675는 B상, E상의 고정자 자극, 672는 C상, F상의 고정자 자극이다. 69A 및 69C는 비자성체이다. 693, 696, 699는 권선이다.

각 고정자 돌출 자극과 권선의 형상은 그 전개도 70에 나타낸 형상으로 이루어진다. 각 고정자 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 길이(MLP)는 도 68에 나타낸 예에 비하여 더 길어져 자속(φ)의 회전 변화율(dφ/dθ)을 크게 할 수 있다.

다음으로, 도 71은 도 18 및 도 19에 나타낸 5상의 모터를 변형한 예를 나타낸 것이다. 711은 A상의 고정자 돌출 자극, 712는 B상의 고정자 돌출 자극, 713은 C상의 고정자 돌출 자극, 714는 D상의 고정자 돌출 자극, 715는 E상의 고정자 돌출 자극이다.

다음으로, 도 72는 도 66의 모터를 6상으로 변형한 구성 예를 나타낸 것이다. 721은 A상의 고정자 돌출 자극, 722는 D상의 고정자 돌출 자극, 723은 C상의 고정자 돌출 자극, 724는 F상의 고정자 돌출 자극, 725는 E상의 고정자 돌출 자극, 726은 B상의 고정자 돌출 자극이다. 727는 각 상의 고정자 돌출 자극에서 공통의 자속 통과용 자기경로이다.

728, 729, 72A, 72B, 72C, 72D는 각각 권선이다. 이러한 구성의 모터는 상기한 바와 같이, 각 고정자 돌출 자극에 대하여 차동적으로 전류를 통전시킴으로써, 각 상의 고정자 자극을 다른 상에 영향을 주지 않고 단독으로 여자할 수 있다. 그 결과, 도 68 및 도 70에 나타낸 예와 비교해 볼 때, 도 72에 나타낸 모터는 릴럭턴스형의 모터이면서, 고정자 자극을 밀접하게 배치할 수 있다. 또한, 6상 중, 2상 또는 3상이 동시에 토크를 발생할 수 있고, 따라서 효과적으로 토크를 발생할 수 있다.

또한, 도 72에 있어서, 자속 통과용 자기경로(727)와 권선(72A)을 제거한 구성의 모터로 구성할 수 있고, 이는 도 71의 5상의 모터를 6상화한 모터이기도 하다.

다음으로, 고정자 자극 간의 누설 자속을 코일의 형상과 코일의 배치에 의해 감소시키는 방법에 관하여, 도 73 및 74를 참조하여 설명한다. 도 73은 도 71의 RJ-RJ의 단면도이고, 동일 부분은 동일 부호로 나타낸다.

71A는 고정자의 백 요크이다. 712는 B상의 고정자 돌출 자극의 단면도이고, 714는 D상의 고정자 돌출 자극의 단면도이다. 716, 717, 718, 719는 각 권선의 단면도이다. 이들 권선의 형상은 도 73 및 도 74의 (a)에 나타낸 바와 같이 평판 형상을 한 도체를 3턴 권선한 예이다.

이들 각 상의 권선은 각 상의 고정자 자극을 폐색하도록 배치되고, 각 권선이 각 상의 고정자 자극에 작용하는 기자력은 각 상의 고정자 자극의 선단부 근방에 작용하는 구성으로 되고, 각 고정자 자극으로부터 회전자측으로 상기 기자력이 작용하는 구성으로 이루어진다. 그 결과, 다른 상의 고정자 자극과의 사이에서 누설 자속을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 예를 들면 도 74의 (a)에 나타낸 권선(718)과 같이 평판의 권선 형상을 갖기 때문에, 화살표(71B)로 나타낸 바와 같 은 누설 자속이 증가할 때, 화살표(71C)에 나타낸 바와 같은 와전류가 유기되고, 이 와전류가 상기 자속(71B)의 증가를 방해하는 효과가 있기 때문에, 다른 상과의 고정자 자극 사이에서 누설 자속(71B)을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 모터의 권선 형상은 도 74의 (a) 등에 한정되는 것은 아니며, 도 74의 (b)와 같이 반경 방향으로 분할될 수도 있다. 또한, 통상의 구형 선이나 스트랜드 선(strand wire)으로도 가능하다. 또한, 권선(718)의 각 부분에 흐르는 전류는 화살표 71C와 같은 와전류와 권선(718)에 통전되는 상 전류의 합성 전류로 된다. 또한, 각 상의 권선 형상은 도 73에 나타낸 바와 같은 형상으로 한정되는 것은 아니며, 각 권선이 고정자 자극의 오프닝부의 근방까지 배치되어 있으면, 다른 상의 고정자 자극 사이의 누설 자속을 감소시키는 효과가 있다.

도 1 내지 도 74를 참조하여 본 발명의 모터들을 설명하였지만, 이들 모터를 조합시켜 복합 모터로 할 수 있다. 예를 들면, 회전자 샤프트 방향으로 복수의 모터를 병렬로 설치하고, 위상을 변화시킴으로써 다상 모터를 구성할 수 있다. 또는 모터의 외경측과 내경측에 다른 2개의 모터를 배치하여 모터 내부의 스페이스를 더 효과적으로 활용할 수 있다.

또한, 도 26 내지 도 74에 나타낸 모터의 구성 기술을 도 1 내지 도 25의 모터에 적용할 수 있고, 각각의 효과를 얻을 수 있다. 일부의 조합 구성 예에 관하여 설명하였지만, 전체 조합에 관하여 기술하면 기술량이 방대해져서 현실적이지 않다.

예를 들면, 도 12의 (b), 도 30 또는 도 32의 모터에 있어서, 모터 출력 토 크를 더 크게 하는 방법 예로서 다음과 같은 방법이 있다. 회전자와 고정자 사이의 에어갭을 작게 한다. 다극화한다. 도 52에 나타낸 바와 같은 누설 자속을 감소시키기 위한 영구자석(477, 478) 등의 형상을 변경하여 배치한다. 도 61, 도 65 내지 도 72와 같이, 고정자 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 길이(MLP)를 크게 한다. 도 73 및 도 74에 나타낸 바와 같이, 고정자 자극 간의 권선을 평판화하고, 고정자 자극 간의 누설 자속을 차단하도록 배치한다. 더욱 강력한 영구자석, 높은 자속 밀도에서 낮은 철 손실의 연자성체를 사용한다. 1개의 모터 중, 내경측과 외경측에서 복수 세트의 모터를 통합시킨다. 상기와 같은 기술을 조합하고, 통합함으로써 큰 모터 출력 토크를 실현할 수 있다.

이상에서 본 발명에 관한 다양한 형태의 예에 관하여 설명했지만, 이들을 다양하게 변형할 수 있으며, 이러한 변형 예도 본 발명에 포함된다. 예를 들면, 상의 수, 극의 수에 관해서는 예에서 설명한 모터보다 큰 상의 수, 극의 수로의 전개가 가능하고, 특히 극의 수는 토크와 매우 직접적으로 관계가 있다.

모터의 형태에 있어서, 에어갭 형상이 원통형인 인너 회전자형 모터를 주로 설명했지만, 아우터 회전자형 모터, 에어갭 형상이 원반 모양인 축방향 간극형 모터 등으로 변형할 수 있다. 또한, 에어갭 형상에서 원통 형상을 약간 테이퍼형으로 변형한 모터 형상도 가능하고, 특히 이 경우에는 고정자와 회전자를 축방향으로 이동시킴으로써 에어갭 길이를 변화시킬 수 있고, 계자의 크기를 변화시켜 모터 전압을 가변할 수 있다. 이 갭의 가변에 의해 정출력 제어를 실현할 수 있다.

또한, 설명한 본 발명 모터에서, 각 권선이 회전자 샤프트 방향으로 발생하 는 기자력은 3상 정현파 교류와 같이 전류 총합이 0이 되도록 밸런스되지 않을 수 있다. 따라서, 모터의 동작 상태에 따라서는 회전자 샤프트가 자화되어 철분이 부착되는 등의 문제를 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하는 방법으로서, 회전자 샤프트의 동축상에 권선을 부가하고, 언밸런스 기자력을 제거하는 전류를 통전시킬 수 있다.

또한, 회전자 샤프트에 기자력이 남지 않도록 2개의 모터를 전자기적으로 대칭되게 배치하는 구성으로 함으로써 상기 기자력의 문제를 해소할 수 있다. 예를 들면, 고정자 자극의 배치 순서를 반대로 설정하고 권선의 전류방향을 반대로 설정하면, 토크의 발생 방향은 동일하고, 권선에 흐를 언밸런스한 전류만큼의 기자력을 반대 방향으로 생성할 수 있고, 2개 모터의 언밸런스한 기자력이 서로 상쇄되는 구성으로 할 수 있다. 또한, 3개 이상의 전자기적 언밸런스한 모터를 동축상으로 배치하여 전자기적인 밸런스를 유지할 수도 있다.

또한, 복수의 모터를 복합화할 경우 또는 모터의 응용 기기와 조합시킬 경우, 부품의 공용 등에 의한 간소화도 가능하다. 또한, 본 발명의 모터의 일부를 생략하여 제거한 구조도 가능하다.

연자성체로서는 통상의 규소강판을 사용하는 것 이외에, 아모퍼스 전자강판, 분말상태의 분말 연철을 압축성형한 압분자심 등을 사용할 수 있다. 특히, 소형의 모터에 있어서, 전자강판을 펀칭 가공, 벤딩 가공, 단조 가공함으로써 3차원 형상부품을 형성하고, 전술의 본 발명의 모터의 일부를 형성하도록 할 수 있다.

모터의 권선에 있어서, 대부분 루프형의 권선을 설명했지만, 반드시 원형일 필요는 없고, 타원형, 다각형, 자기회로의 형편 등에 따라 회전자 샤프트 방향으로 부분적인 요철형상이 구비되는 형상 등으로 다소의 변형은 가능하다. 또한, 예를 들면 180°위상의 다른 루프형 권선이 고정자 내에 있는 경우, 반원형의 권선으로 해서 180°위상의 다른 반원형 권선에 접속해서 폐회로로 함으로써, 루프형 권선을 반원형 권선으로 변형할 수도 있다. 또한, 분할된 원호형 권선으로 변형할 수도 있다.

또한, 각 루프형 권선이 슬롯 내에 설치된 구성의 모터에 관하여 설명했지만, 슬롯이 없는 구조에서 고정자의 회전자 샤프트측 표면 근방에 박형의 권선을 배치한 구조의 모터, 소위 코어리스(coreless) 모터로 할 수 있다.

또한, 고정자 자극, 회전자 자극의 원주방향 배치에 있어서, 동일 상의 부분은 전기각적으로 동일한 위치에 배치되는 구조를 기본으로서 설명했지만, 토크 리플, 진동, 소음을 감소시키기 위하여 원주상에 배치되는 각 부분을 고주파가 제거되도록 원주방향 또는 회전자 샤프트 방향으로 시프트해서 배치하는 것이 효과적이다. 구체적으로, 대상이 되는 모터부에 대해서, 예를 들면 A그룹과 B그룹에 나누고, 문제가 되는 고주파의 주기의 1/2만큼 한쪽의 A그룹의 모터부를 원주방향으로 위치를 시프트하면, 상기 문제가 되는 고주파를 제거할 수 있다.

이들 다양하게 변형된 모터에 있어서도 본 발명의 모터의 취지를 변형한 기술은 본 발명에 포함하는 것이다.

다음으로, 본 발명의 모터를 구동 제어하는 구동회로 및 구동 방법에 관하여 설명한다.

도 75는 3개의 권선(737, 738, 739)을 갖는 릴럭턴스 모터의 구동 회로로서 널리 사용되고 있는 회로를 나타낸 것이다. 3개의 권선(737, 738, 739)에 일방향의 전류이지만, 전류를 자유로이 흐르도록 할 수 있기 때문에, 다양한 구동 방법에 활용할 수 있다. 731, 732, 733, 734, 735, 736은 전류의 온/오프 제어가 가능한 전력제어소자로, 소위 IGBT, 파워 FFT 등이다. 각 전력소자에는 역방향 전류를 통전시키는 다이오드가 접속되어 상기 각 전력소자가 오프될 때 전류를 통전시키는 다이오드이다. 이때, 각 다이오드는 모터 내 및 배선부의 자기 에너지의 전원으로의 회생, 모터 및 모터 부하의 운동 에너지의 전원으로의 회생을 행할 수도 있다. 730 은 직류 전원이다.

도 87에 나타낸 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)도 도 13의 제어회로를 이용하여 제어될 수 있다.

도 77은 도 75의 구동 회로를 사용해서 상기 도 8의 모터를 구동하는 제어에 대해서 나타낸 것이다. 도 8의 A상 권선 24은 도 57의 권선 737, 권선 25는 권선 738, 권선 26은 권선 739이다. 도 61의 가로축은 회전자의 회전 위치를 전기각으로 나타내고, 각 전력소자의 제어 타이밍을 나타내고 있다. 세로축은 각 전력소자의 제어 및 비제어를 나타내는 것으로, 「1」은 「제어하는 범위」를 나타내고, 「0」은 「비제어의 범위」를 나타낸다. 상기 「제어하는 범위」라는 것은 전력소자를 펄스폭 변조제어 소위 PWM 제어하고, 권선에 전류를 통전시키는 것을 말한다. 따라서, 「제어하는 범위」와 「비제어의 범위」는 권선에 전류를 「통전시키는 범위 」와 「통전시키지 않는 범위」라는 의미로 대체될 수 있다. 또한, 「비제어의 범 위」에서 해당하는 전력제어소자는 전류를 통전시키지 않는 것이 아니라, 예를 들면, 3 권선(737, 738, 739) 모두에 항상 전류가 흐르지만, 그 전류 크기가 다르도록 제어하는 제어일 수 있다. 이 전류 제어에 있어서, 구체적으로 어느 회전자 회전 위치 범위의 사이는 일정 값의 전류로 하는, 전류값을 서서히 증가시키는, 사다리꼴 형상으로 하는, 정현파형으로 하는 등 다양한 제어가 가능하고, 물론 전류의 크기도 가변될 수 있다. 또한, 전류제어가 아니라, 전압제어로 모터를 구동할 수도 있다. 또한, PWM의 전류 변조에서는 다양한 방법을 이용할 수 있다.

도 77에 있어서, 전력소자(731)는 도 77의 (a)가 1의 범위로 제어하는 것을 나타내고, 각각 732는 (b), 733은 (c), 734는 (d), 735는 (e), 736은 (f)가 1의 범위에서 제어되는 것을 나타낸다. 이때, 도 8의 모터의 A상의 회전자 돌출 자극(18)과 고정자 돌출 자극(19)은 예를 들면 도 77의 O 내지 120°의 범위에서 도 45에 나타낸 바와 같은 회전자 돌출 자극(18)과 고정자 돌출 자극(19)의 배치 관계이고, 도 75의 전력소자(731, 732)에 의해 권선(737)으로 전류가 통전되면, 도 8의 모터가 토크를 발생하는 관계이다. 이 상태에서, 회전자가 회전하면 회전 위치에 대응하여 각각 동작할 전력소자, 모터의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극이 A상, B상, C상, A상 …의 순서로 변화되어 간다. 정리하면, 전기각에서 O 내지 120°의 범위에서는, 전력소자 731과 732가 제어되어 권선(737)으로 도 77의 (g)의 전류(CCl)가 통전되고, 도 8의 모터의 회전자 돌출 자극(18)과 고정자 돌출 자극(19)이 도 45의 위치관계로 되고, 상기 전류에 의한 기자력이 인가되어 자속이 유도되어서 반시계 회전방향의 토크가 회전자에서 발생한다. 전기각에서 120 내지 240° 의 범위에서는, 전력소자 733과 734가 제어되어 권선(738)으로 도 77의 (h)의 전류(CC2)가 통전되고, 도 8의 모터의 회전자 돌출 자극(20)과 고정자 돌출 자극(21)이 도 45의 위치 관계로 되며, 상기 전류에 의한 기자력이 인가되고 자속이 유도되어서 반시계 회전방향의 토크가 회전자에서 발생한다. 그리고 전기각에서 240 내지 360°의 범위에서는, 전력소자 735과 736이 제어되어 권선(739)에 도 77의 (i)의 전류(CC3)가 통전되고, 도 8의 모터의 회전자 돌출 자극(22)과 고정자 돌출 자극(23)이 도 45의 위치 관계로 되며, 상기 전류에 의한 기자력이 인가되고 자속이지만 유기되어 반시계 회전방향의 토크가 회전자에서 발생한다.

또한, 도 77의 전류의 제어 범위에서는, 대부분 2세트의 상이 동시에 구동할 수 있는 영역이고, 도 77에 파선으로 나타낸 바와 같이 제어 범위를 확대할 수도 있다. 또한, 도 8의 모터에서 토크의 방향이 반대이고, 시계회전방향의 토크를 발생할 때는 도 45의 관계로부터 용이하게 예상할 수 있듯이 도 45의 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극이 대향하는 부분이 각각 원주방향의 역방향의 단부로 되어 회전자의 회전 위치와 전류의 통전 범위의 관계가 크게 변화된다.

다음으로, 도 12의 (a)에 나타낸 모터의 전류의 구동 방법에 관하여 설명한다. 도 8의 모터의 경우, A상, B상, C상의 전자기적인 동작은 각 상이 독립적인 관계이지만, 도 12의 (a)의 모터는 B상과 C상이 전자기적으로 간섭하기 때문에 제어 방법이 변경된다. 제어회로는 도 75에 나타낸 것이며, 도 12의 (a)의 A상 권선 39는 도 57의 권선 737, 권선 40은 권선 738, 권선 41은 권선 739이다. 각 전력소자의 동작 범위는 도 78과 같이 이루어진다.

전기각에서 O 내지 120°의 범위에서는, 전력소자 731과 732가 제어되어 권선 737에 도 78의 (g)의 전류(CC4)가 통전되고, 도 12의 (a)의 모터의 회전자 돌출 자극(31)과 고정자 돌출 자극(32)이 도 45와 같은 위치 관계로 되고, 상기 전류에 의한 기자력이 인가되어 자속이 유도되어서 반시계 회전방향의 토크가 회전자에서 발생한다.

전기각에서 120 내지 240°의 범위에서는, 전력소자 733과 734가 제어되어 권선 738에 도 78의 (h)의 전류(CC5)가 통전되고, 동시에 전력소자 735과 736이 제어되어 권선 739에 상기 권선 738의 전류와는 반대 방향의 도 78의 (i)의 전류(CC6=－CC5)가 흐른다. 이때, 도 12 의 (a)의 모터의 회전자 돌출 자극(20)과 고정자 돌출 자극(21)이 도 45와 같은 위치 관계로 되고, 상기 전류에 의한 기자력이 인가되어 자속이 유도되어서 반시계 회전방향의 토크가 회전자에서 발생한다. 그리고 이때 회전자 돌출 자극(37)과 고정자 돌출 자극(38) 사이에는 상기 전류(CC5＋CC6=CC5－CC5=0)가 발생하는 기자력이 인가되지만, 2개의 전류의 합은 0이기 때문에 기자력은 작용하지 않게 된다. 그 결과, 이때 회전자 돌출 자극(37)과 고정자 돌출 자극(38) 사이에서의 자속의 유도는 작아지고, 토크는 발생하지 않게 된다.

전기각에서 240 내지 360°의 범위에서는, 전력소자 735와 736이 제어되어 권선 739에 전류(CC7)가 통전되고, 도 12의 (a)의 모터의 회전자 돌출 자극(37)과 고정자 돌출 자극(38)이 도 45와 같은 위치 관계로 되고, 상기 전류에 의한 기자력이 인가되어 자속이 유도되어서 반시계 회전방향의 토크가 회전자에서 발생한다.

또한, 도 12의 (a)의 권선(40)에 대해서 권선(39)의 전류와는 반대방향의 전 류가 흐르지만, 상기 권선(40)에 반대방향의 전류가 흐르도록 한다는 것은 권선의 권선 방향을 반대로 한다는 것과 같은 것이다. 또한, 제어회로로부터 권선으로의 접속을 반대로 한다는 것도 같은 것이다.

도 79는 도 12의 (a)의 모터 모델에, 도 78의 통전 모드에 의해 회전자 회전 위치에 동기해서 순차적으로 A상, B상, C상으로 제어하는 예에 관하여 컴퓨터로 비선형 유한요소법을 사용해서 모터의 3차원 형상의 자계 해석을 실행하여 모터의 출력 토크를 계산한 예를 나타낸 것이다. 가로축은 전기각이고, 세로축은 모터의 출력 토크이다. 토크 T-A, T-B, T-C는 각각 A상, B상, C상에 관하여 해당하는 권선에 전류가 전기각에서 120°의 범위만큼 흐르고, 회전자 돌출 자극과 고정자 돌출 자극이 발생하는 토크이다. 특히, B상의 토크(T-B)에 관해서는 2개 권선(40, 41)에 반대 방향의 전류를 흘러보내고, 차동적으로 동작시키고 있지만, 이론대로의 토크를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 전기각에서 120°주기의 토크 리플을 보이고 있지만, 이 정도이면 사용가능한 용도는 많다. 또한, 이 토크 리플을 감소시키는 수단으로서, 모터의 자극 형상을 개량하는 방법, 각 상의 전류를 전기각에서 120°내지 180°의 범위에서도 흘려보냄으로써 토크의 저하를 감소시키는 방법, 전류의 진폭에서 보정하는 제어적인 방법 등, 많은 토크 리플 감소 방법이 있어 개량이 가능하다.

다음으로, 도 76은 3상의 권선의 편방향의 전류를 제어하는 다른 회로를 나타낸 것이다. 직류 전원(730)의 이외에, 동일 방법의 직류전원 또는 단순한 콘덴서로 구성되는 제2의 직류전원(73D)을 포함하고, 73D에 축적된 에너지를 직류전 원(730)에 이동가능한 DC-DC 컨버터(73E)를 포함한 2 전원방식이다. 이 제어회로는 공지의 제어회로이며, 도 87의 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동할 수 있다.

권선(737)의 전류를 전력소자(732)로 제어하고, 전력소자(732)가 오프되면, 전류는 다이오드(73A)를 통해 제2의 직류전원(73D)으로 회생되고, 권선(738)의 전류를 전력소자(734)로 제어하고, 전력소자(734)가 오프되면, 전류는 다이오드(73B)를 통해 제2의 직류전원(73D)으로 회생되며, 권선(739)의 전류를 전력소자(736)로 제어하고, 전력소자(736)가 오프되면 전류는 다이오드(73C)를 통해 제2의 직류전원(73D)으로 회생된다. 이 방식에서 자기 에너지의 회생이 가능해 지기 때문에, 제2의 직류전원(73D)의 전압이 직류전원(730)에 비하여 무시할 수 없는 정도로 커야만 한다. 그렇지 않으면, 회생 시간을 짧게 할 수 없다. 예를 들면, 직류전원(730)의 전압이 200V일 때, 제2의 직류전원(73D)의 전압은 50V이상이라고 말할 수 있는 값이다.

도 76의 제어회로의 특징은 각 권선의 통전에 직접적으로 필요한 전력소자의 수가 적은 것이다. DC-DC 컨버터(73E)는 다양한 구성이 가능하고, 비교적 간단한 구성으로 할 수 있다. 그리고 이 DC-DC 컨버터(73E)는 복수의 모터의 제어회로에 공통적으로 사용할 수 있고, 예를 들면 5개의 모터를 제어할 경우에도 DC-DC 컨버터(73E)는 1개의 구성으로 할 수 있다. 따라서, 모터 1개당의 제어회로로 해서 DC-DC 컨버터의 비용, 제어장치 스페이스를 감소시킬 할 수 있다. 그리고 도 76의 제어회로에서 도 77 및 도 78에 나타낸 전류제어를 행할 수 있다.

다음으로, 도 80은 전력소자 4개로 3 권선의 전류를 제어하는 제어회로를 나 타낸 것이다. 권선 775의 전류는 전력소자 771과 772로 제어하고, 권선 776의 전류는 전력소자 771과 774로 제어하며, 권선 777의 전류는 전력소자 773과 774로 제어한다. 도 12의 (a)에 나타낸 모터를 구동할 경우에 대해서 살펴본다. 도 12의 (a)의 권선(39,40,41)은 각각 도 80의 권선(775, 776, 777)이다. 전력소자 771이 제어하는 영역은 도 81의 (a)이고, 전력소자 772가 제어하는 영역은 도 81의 (b)이고, 전력소자 77B가 제어하는 영역은 도 81의 (c)이고, 전력소자 774가 제어하는 영역은 도 81의 (d)이다.

도 81에 나타낸 바와 같이, 모터의 원주방향의 전기각에 대응해서 0°에서 120°사이에서는 전력소자 771과 772로 제어하여 권선 775의 도 81의 (g)에 나타낸 전류를 제어한다.

120°에서 240°사이에서는 전력소자 771, 774, 773으로 제어하여 권선 776과 권선 777의 도 81의 (h) 및 (i)에 나타낸 전류를 제어한다.

240°에서 360°사이에서는 전력소자 773과 774로 제어하여 권선 777의 도 81의 (i)에 나타낸 전류를 제어한다.

도 80의 제어회로에서 도 81의 (g), (h), (i)에 나타낸 전류를 제어하는 경우, 전류의 전환 타이밍에서, 어느 권선에 전류가 흐르고 있을 때, 그 권선의 자기 에너지, 전류를 실질적인 손해가 없는 정도에서 직류전원(730)으로 회생하고나서 다음 권선의 통전을 개시해야 하기 때문에, 동작이 조금 늦어진다. 예를 들면, 권선(775)에 전류가 흐르고 있을 때에 전력소자(771, 772)를 오프한 경우, 그 전류는 다이오드(77A, 77B)를 통해 직류전원(730)으로 회생되고, 권선(775) 양단의 전위가 변화되어 역전되기 때문에, 다음 통전되는 권선(776)의 제어에 문제가 된다. 시간적으로는 O.OO1초에서 O.01초 오더의 짧은 시간이지만, 모터의 출력 토크가 단속적으로 되게 된다. 저속회전에서, 전류의 결핍 시간은 비율적으로도 작아 대부분 문제가 되지 않지만, 고속회전에서는 동작 지연 시간은 평균 토크를 저하시키게 된다.

또한, 전력소자(774)에는 권선 776의 전류와 권선 777의 전류가 동시에 흐르게 되어 전력소자(774)의 전류용량을 약 2배로 할 필요가 있다.

도 80에 나타낸 제어회로의 특징은 전력소자의 수가 단지 4개이기 때문에 비용을 절감시키고, 스페이스를 작게 할 수 있다는 점이다.

또한, 다이오드(778)의 추가에 의해 권선(776)으로 흐르는 역류 전류를 방지할 수 있다. 소형 모터에서, 권선 저항이 충분히 크면, 도 81에 나타낸 회생 동작의 타이밍을 취하지 않고 제어할 수 있다.

다음으로, 도 12의 (a)에 나타낸 모터의 구동에 있어서, 2개의 권선에 전류를 통전시키더라도 전류 용량을 크게 하지 않고 구성할 수 있는 방법에 관하여 설명한다. 권선(40, 41)은 도 81의 전기각에서 120°내지 240°사이에서 전류를 동시에 통전시켜야만 하기 때문에, 도 80의 제어회로에서, 각각 권선(775, 777)으로 구동시키고, 권선(39)을 도 80의 권선(776)에 배치한다. 이와 같이 하면, 권선(40, 41)에 전류가 동시에 통전되더라도, 각 전력소자의 전류는 각각 균일하게 되어 전력소자의 전류용량을 2배로 할 필요는 없다. 다만, 이 경우에는 상기 구간에 있어서, 전력소자 771과 774가 동시에 온 상태로 되지 않도록 제어할 필요가 있다. 전 력소자 771과 774가 동시에 온이 되었을 경우에는, 120°내지 240°의 구간에서 권선(776)에 전류가 흐르게 되어 문제로 된다.

또한, 상기 회생 시간의 문제를 해결하는 다른 방법으로서는, 도 76에 나타낸 제2의 직류전원(73E)을 추가하고, 다이오드(77A, 77C)를 제2의 직류전원(73E)에 접속하는 구성으로 하는 방법을 예로 들 수 있다. 이 경우, 다이오드(77A, 77C)를 통해 전자 에너지를 제2의 직류전원(73E)으로 회생하는 구성으로 되기 때문에, 상기 회생에 대해 걸리는 시간이 필요 없어져 도 78의 (g), (h), (j)에 나타낸 바와 같은 전류의 제어가 가능해진다.

또한, 도 80의 구성의 제어회로는 도 12의 (b)에 나타낸 모터, 도 16에 나타낸 4상의 모터의 제어에도 적용될 수 있다. 또한, 도 80의 구성의 제어회로는 도 87에 나타낸 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동도 가능하다. 또한, 도 80의 제어회로는 전력소자의 배치를 직류전원(730)의 정방향과 부방향이 대칭적으로 반대로 되는 구성으로 하더라도, 논리적으로 달성될 수 있다. 따라서, 그 구성도 본 발명에 포함된다.

다음으로, 도 82는 전력소자 4개로 3 권선의 전류를 제어하는 제어회로를 나타낸 것이다. 또한, 이 제어회로에서는 도 80의 제어회로와 같이, 전류가 특정한 전력소자에 집중하지 않아 전류용량을 증가시킬 필요는 없다.

권선 795의 전류는 전력소자 791와 792로 제어하고, 권선 796의 전류는 전력소자 793과 792로 제어하고, 권선 797의 전류는 상기 권선796과 직렬로 전력소자 793과 792로 제어하여 통전된다. 또한, 여기에서 권선 797과 권선 796을 직렬로 접 속해서 전압을 인가하여 제어하는 목적은 양 권선이 차동적으로 어느 고정자 자극을 여자할 경우, 양 권선에 유도되는 전압의 합이 일정 값을 넘지 않는 관계로 하고, 후술하는 바와 같이 대부분의 경우에서 일측 권선의 유도 전압은 0이 되도록 제어하기 위함이다.

도 12의 (a)에 나타낸 모터를 구동할 경우에 관하여 살펴본다. 도 12의 (a)의 권선(39, 40, 41)은 각각 도 82의 권선(795, 777, 776)이다. 전력소자 791이 제어하는 영역은 도 83의 (a)이고, 전력소자 792가 제어하는 영역은 도 83의 (b)이고, 전력소자 793이 제어하는 영역은 도83의 (c)이며, 전력소자 794가 제어하는 영역은 도 82의 (d)이다.

도 83에 나타낸 바와 같이, 모터의 원주방향의 전기각에 대응하여 0°에서 120°사이에서는 전력소자 791과 792로 제어하고, 권선 795의 도 83의 (g)에 나타낸 전류로 한다.

120°에서 240°사이에서는 전력소자 793과 792로 제어하고, 권선 796과 권선 797에 직렬로 전류가 통전되며, 도 83의 (h)로 나타낸 전류로 한다. 이때, 도 12의 (a)에 나타낸 모터에서는 권선 40과 41에 역방향의 전류가 통전되는 것을 의미하고, 이들 양 권선에 쇄교하는 자속의 합은 고정자 돌출 자극(36)을 통과하는 자속(φb)과 동일하게 된다. 따라서, 양 권선에 유기되는 전압의 합은 자속(φb)의 변화율(dφb/dt)이며, 예를 들면 C상의 고정자 돌출 자극(38)을 여자할 때에 권선(41)에 발생하는 전압 진폭과 동일 값으로 된다. 그 결과, 권선 796과 권선 797을 직렬로 구동하더라도, 전압적으로는 문제없게 된다.

240°에서 360°사이에서는 전력소자 793과 794로 제어하고, 권선 796의 도 83의 (i)에 나타낸 전류로 한다.

도 82의 제어회로로 도 83의 (g), (h), (i)에 나타낸 전류를 제어하는 경우, 전류의 전환 타이밍에서, 어느 권선에 전류가 흐르고 있을 때, 그 권선의 자기 에너지와 전류를 실질적인 손실이 없는 정도에서 직류전원(730)으로 회생하고나서 다음 권선으로의 통전을 시작해야만 하기 때문에, 동작은 조금 늦게 된다. 예를 들면, 권선(795)에 전류가 흐르고 있을 때에 전력소자(791, 792)를 오프한 경우, 그 전류는 다이오드(77A, 77B)를 통해 직류전원(730)으로 회생되고, 권선(795)의 양단의 전위가 변화되어 역전하기 때문에, 다음으로 통전되는 권선(797)의 제어에서 문제가 된다. 시간적으로는 O.OO1초에서 O,01초 오더의 짧은 시간이지만, 모터의 출력 토크는 단속적으로 된다. 저속회전에서, 전류가 결핍되는 시간은 대부분 비율적으로 작아 문제가 되지 않지만, 고속회전에 있어서의 동작 지연 시간은 평균 토크를 저하하게 된다.

또한, 각 전력소자(791, 792, 793, 794)에는 도 80의 예와 같이 2개 권선의 전류가 중복하지 않도록 제어할 수 있고, 따라서 특정한 전력소자의 전류용량을 약 2배로 할 필요가 없어 바람직하다. 그리고 도 82에 나타낸 제어회로의 특징은 전력소자의 수가 4개만 필요로 되어 비용을 절감하고, 스페이스를 작게 할 수 있는 점이다.

또한, 다이오드(778)의 추가에 의해 권선(797)에 흐르는 역류 전류를 방지할 수 있다. 소형 모터에서, 권선 저항이 충분히 클 경우, 도 81에 나타낸 회생 동작 의 타이밍을 취하지 않고 제어할 수 있다.

또한, 상기 회생 시간의 문제를 해결하는 다른 방법으로서는, 도 76에 나타낸 제2의 직류전원(73E)을 추가하고, 다이오드(77A, 77C)를 제2의 직류전원(73E)에 접속하는 구성으로 하는 방법을 예로 들 수 있다. 이 경우, 다이오드(77A, 77C)를 통해 전자에너지를 제2의 직류전원(73E)으로 회생하는 구성이기 때문에, 상기 회생에 대해 걸리는 시간이 필요 없어져 도 78의 (g), (h), (i)에 나타낸 바와 같은 전류의 제어가 가능해 진다.

또한, 도 80의 구성의 제어회로는 도 12의 (b)에 나타낸 모터, 도 16에 나타낸 4상의 모터의 제어에도 적용할 수 있다. 권선(50, 51, 52)은 도 82의 권선(795, 797, 796)으로 된다. A상을 구동할 때는 권선 795에 통전되고, B상을 구동할 때는 권선 795과 권선 797에 직렬로 통전되고, C상을 구동할 때는 권선 796과 권선 797에 직렬로 통전된다. 이때, 권선 797의 전류의 방향은 반전되는 것에 주의를 필요로 한다.

도 80의 제어회로는 전력소자의 배치를 직류전원(730)의 정방향과 부방향을 대칭적으로, 즉 반대로 한 구성으로도 논리적으로 성립되며, 그 구성도 본 발명에 포함된다.

다음으로, 도 84는 전력소자 4개로 3 권선의 전류를 제어하는 제어회로를 나타낸 것이다. 또한, 이 제어회로에서, 도 80의 제어회로와 같이, 전류가 특정한 전력소자에 집중하지 않아 전류용량을 증가시킬 필요는 없다. 또한, 도 82의 제어회로에서 도 12의 (b)에 나타낸 모터를 구동할 때, 어느 권선의 전류방향이 회전자의 회전 도중에 반전되는 것도 없다.

권선 815의 전류는 전력소자 811과 812로 제어하고, 권선 816의 전류는 전력소자 813과 812 또는 전력소자 813과 814로 제어하고, 권선 817의 전류는 권선 815 또는 권선 816과 직렬로 전력소자 811과 814 또는 전력소자 813과 814로 제어하여 통전된다. 여기에서, 직렬로 접속하는 2개의 권선은 양 권선에 유도되는 전압의 합이 일정값을 초과하지 않는 관계로 이루어지고, 대부분의 경우, 일측의 권선의 유도전압이 0이 되도록 제어된다. 따라서, 2개의 권선이 직렬로 접속되지 않을 경우라도 전압적인 문제는 없다.

도 12의 (a)에 나타낸 모터를 구동하는 경우에 대해서 살펴본다. 도 12의 (a)의 권선(39, 40, 41)은 각각 도 82의 권선(811, 817, 816)이다. 전력소자 811이 제어하는 영역은 도 85의 (a)이고, 전력소자 812가 제어하는 영역은 도 85의 (b)이고, 전력소자 813이 제어하는 영역은 도 85의 (c)이며, 전력소자 814가 제어하는 영역은 도 85의 (d)이다.

도 85에 나타낸 바와 같이, 모터의 원주방향의 전기각에 대응하여 0°에서 120°사이는 전력소자 811과 813으로 제어하고, 권선(815)의 도 85의 (g)에 나타낸 전류로 한다.

120°에서 240°사이는 전력소자 813과 814로 제어하고, 권선 816과 권선817로 직렬로 전류를 통전시키고, 도 85의 (h)로 나타낸 전류로 한다. 이때, 도 12의 (a)에 나타낸 모터에서는, 권선 40과 41로 역방향의 전류를 통전시키는 것을 의미하고, 이들 양 권선에 쇄교하는 자속의 합은 고정자 돌출 자극(36)을 통과하는 자속(φb)과 동일하게 된다. 따라서, 양 권선에 유도되는 전압의 합은 자속(φb)의 변화율(dφb/dt)이며, 예를 들면 C상의 고정자 돌출 자극(38)을 여자할 때에 권선(41)에 발생하는 전압 진폭과 동일 값으로 된다. 그 결과, 권선 816과 권선 817을 직렬로 구동하더라도, 전압적으로는 문제없게 된다.

240°에서 360°사이는 전력소자 813과 812로 제어하고, 권선(816)의 도 85의 (a)로 나타낸 전류로 한다.

도 84의 제어회로로 도 85의 (g), (h), (i)로 나타낸 전류를 제어하는 경우, 전류의 전환 타이밍에서 어느 권선에 전류가 흐를 때, 그 권선의 자기에너지 및 전류를 실질적인 손실이 없는 정도로 직류전원(730)으로 회생하고나서 다음의 권선으로의 통전을 개시해야하기 때문에, 동작이 조금 늦어진다. 예를 들면, 권선(815)으로 전류가 흐를 때에 전력소자(811, 812)를 오프한 경우, 그 전류는 다이오드(77A, 77B)를 통해 직류전원(730)으로 회생시킴으로써, 권선(815)의 양단의 전위가 변화하고, 역전하기 때문에, 다음으로 통전되는 권선(816, 817)의 제어에 문제가 된다. 시간적으로는 0.001초에서 0.01초 오더의 짧은 시간이지만, 모터의 출력토크는 단속적으로 된다. 저속회전에서 전류의 결핍 시간은 대부분 비율적으로 작아 문제가 되지 않지만, 고속회전에 있어서는, 동작 지연 시간이 평균 토크를 저하시키게 된다.

또한, 각 전력소자(811, 812, 813, 814)에는 도 80의 예와 같이 2개의 권선의 전류가 중복하지 않도록 제어할 수 있고, 따라서 특정한 전력소자의 전류용량을 약 2배로 할 필요가 없어 바람직하다. 그리고 도 82에 나타낸 제어회로의 특징은 전력소자의 수를 4개만 필요로 하기 때문에, 비용을 절감하고, 스페이스를 작게 할 수 있는 점이다.

또한, 다이오드(778)의 추가에 의해 권선(797)에 흐르는 역류 전류를 방지할 수 있다. 소형 모터에서, 권선저항이 충분히 클 경우, 도 81에 나타낸 회생 동작의 타이밍을 취하지 않고 제어할 수 있다.

또한, 상기 회생 시간의 문제를 해결하는 다른 방법으로서는, 도 76에 나타낸 제2의 직류전원(73E)을 추가하고, 다이오드(77A, 77C)를 제2의 직류전원(73E)에 접속하는 구성으로 하는 방법을 예로 들 수 있다. 이 경우, 다이오드(77A, 77C)를 통해 전자에너지를 제2의 직류전원(73F)에 회생하는 구성이기 때문에, 상기 회생에 대하여 걸리는 시간의 필요성을 완화한다.

또한, 도 80의 구성의 제어회로는 도 12의 (b)에 나타낸 모터, 도 16에 나타낸 4상의 모터의 제어에도 적용할 수 있다. 권선 50, 51, 52는 도 82의 권선 815, 817, 816으로 된다. A상을 구동할 때는 권선 815에 통전되고, B상을 구동할 때는 권선 815와 권선 817에 직렬로 통전되며, C상을 구동할 때는 권선 816과 권선 817에 직렬로 통전된다.

도 80의 제어회로는 전력소자의 배치를 직류전원(730)의 정방향과 부방향을 대칭적으로, 즉 반대로 한 구성에서도, 논리적으로 성립하고, 그 구성도 본 발명에 포함된다.

이상 본 발명의 모터 그 제어회로에 관하여 설명했지만, 이들에 다양한 변형을 부가할 수 있다. 이들 변형 예이며, 본 발명의 취지의 범위 내의 것은 본 발명 에 포함된다. 예를 들면, 도 80, 도 82, 도 84의 제어회로에서, 일부의 소자의 위치를 변경하거나, 모터의 상수가 증가했을 경우에서 소자를 추가한 것도 본 발명의 범위 내이다. 또한, 권선 전류로서 정부의 양방향의 전류가 필요한 경우는 직류전동기를 구동할 경우의 대표적인 회로인 도 86의 제어회로로 구동할 수 있다. 835는 권선이고, 831, 832, 833, 834는 전력소자이며, 역 병렬로 다이오드가 접속되어 있다.

본 발명에서는 영구자석을 사용하지 않는 매우 간단한 형태를 실현할 수 있고, 따라서 저비용의 모터를 실현할 수 있다. 또한, 권선이 대략 환형의 구조로 되기 때문에, 권선의 제작이 용이하다. 그 권선을 회전자 샤프트 방향으로 요철을 갖게 한 형상으로 하는 경우에도, 형(型) 등을 사용해서 변형시키는 것도 용이하다. 또한, 본 발명에서는 권선의 점적율을 높게 제작하는 것도 용이하다. 또한, 회전자가 간단하여 견고한 형상을 하고 있기 때문에, 고속회전을 실현할 수 있다. 또한, 원주상에 거의 동일한 간격으로 배치된 고정자에서는 흡인력이 반경 방향으로 거의 전체 둘레에 걸쳐 발생하기 때문에, 고정자의 변형이 매우 작아져 저진동, 저소음의 모터를 실현할 수 있다. 권선과 함께, 모터 전체의 구성도 회전자 샤프트 방향으로 분할해서 각 부품을 제작하고, 회전자 샤프트 방향으로 조립가능한 구성으로 할 수 있기 때문에, 조립을 용이하게 할 수 있다. 또한, 영구자석을 활용해서 누설자속을 감소시키는 등의 여러 기술을 활용해서 큰 토크를 발생시키는 것도 가능하다. 또한, 간단한 구성의 제어회로의 모터 구동 제어장치를 실현할 수 있고, 이에 따라 저비용의 모터 및 시스템이 실현될 수 있다.

본 출원은 일본특허출원 제2005-131808(2005년 4월 28일 출원), 일본특허출원 제2005-144293(2005년 5월 17일 출원), 일본특허출원 제2005-151257(2005년 5월 24일 출원) 및 일본특허출원 제2005-208358(2005년 7월 19일 출원)에 근거하는 것이며, 이들의 출원에 의한 개시의 전부는 참조로서 본 출원에 통합된다.

또한, 본 출원에 관련된 발명은 청구범위에 의해서만 특정되고, 명세서나 도면에 기재된 실시의 양태 등에 한정적으로 해석되지 않는다.

Claims

정지상태로부터 기동이 가능한 엔진 또는 모터와 기계적으로 연결되어 있고,

고정자의 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP1);

상기 돌출 자극(SP1)에 대향하여 회전자의 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(RP1);

고정자와 회전자 사이에 에어갭을 통해 대향하고, 상기 돌출 자극(SP1)을 통과하는 자속이 일순할 수 있는 연자성체의 고정자측 자기경로(SBP1);

상기 고정자측 자기경로(SBP1)에 에어갭을 통해 대향하는 연자성체의 자기경로(RBP1);

고정자의 상기 돌출 자극(SP1)과 자기경로(SBP1)에 자기적으로 결합되는 백 요크 자기경로(SBY1);

회전자의 상기 돌출 자극(RP1)과 자기경로(RBP1)에 자기적으로 결합되는 백 요크 자기경로(RBY1); 및

상기 돌출 자극(SP1)과 상기 돌출 자극(RP1) 사이에 기자력을 작용시키고, 자속을 생성하며, 토크를 발생시키는 환형의 권선(WC1)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
고정자의 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP2);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP2)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP2);

고정자의 다른 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP3);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP3)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP3);

고정자의 다른 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(SBP2);

회전자의 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(RBP2);

고정자의 상기 돌출 자극(SP2), 상기 돌출 자극(SP3) 및 상기 자기경로(SBP2)에 공통인 백 요크 자기경로(SBY2);

회전자의 상기 돌출 자극(RP2), 상기 돌출 자극(RP3) 및 상기 자기경로(RBP2)에 공통인 백 요크 자기경로(RBY2); 및

고정자의 상기 돌출 자극(SP2), 상기 돌출 자극(SP3) 및 상기 자기경로(SBP2) 사이에 배치되는 환형의 권선(WC2, WC3);

을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
고정자의 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP4);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP4)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP4);

고정자의 다른 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP5);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP5)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP5);

고정자의 다른 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(SBP4);

회전자의 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(RBP4);

고정자의 상기 돌출 자극(SP4), 상기 돌출 자극(SP5) 및 상기 자기경로(SBP4) 사이에 배치되는 환형의 권선(WC4, WC5);

고정자의 상기 돌출 자극(SP4), 상기 돌출 자극(SP5) 및 상기 자기경로(SBP4)에 공통인 백 요크 자기경로(SBY5);

회전자의 상기 돌출 자극(RP4), 상기 돌출 자극(RP5) 및 상기 자기경로(RBP4)에 공통인 백 요크 자기경로(RBY5);

상기 돌출 자극(SP4) 및 상기 돌출 자극(SP5)은 자기적으로 분리되고, 고정자의 다른 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP6);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP6)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP6);

고정자의 다른 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(SBP6);

회전자의 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(RBP6); 및

상기 돌출 자극(SP6) 및 상기 돌출 자극(RP6) 사이에 기자력을 작용시켜 토크를 발생시키는 환형의 권선(WC6)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
고정자의 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP7);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP7)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP7);

고정자의 다른 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP8);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP8)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP8);

고정자의 다른 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP9);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP9)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP9);

고정자의 다른 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(SBP7);

회전자의 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(RBP7);

고정자의 상기 돌출 자극(SP7), 상기 돌출 자극(SP8), 상기 돌출 자극(SP9) 및 상기 자기경로(SBP7)에 공통인 백 요크 자기경로(SBY7);

회전자의 상기 돌출 자극(RP7), 상기 돌출 자극(RP8), 상기 돌출 자극(RP9) 및 상기 자기경로(RBP7)에 공통인 백 요크 자기경로(RBY7);

고정자의 상기 돌출 자극(SP7), 상기 돌출 자극(SP8), 상기 돌출 자극(SP9) 및 상기 자기경로(SBP7) 사이에 배치되는 환형의 권선(WC7, WC8, WC9)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
고정자의 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP16);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP16)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP16);

고정자의 다른 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP17);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP17)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP17);

고정자의 다른 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SPl8);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP18)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP18);

고정자의 상기 돌출 자극(SP16), 상기 돌출 자극(SP17) 및 상기 돌출 자극(SP18)에 공통인 백 요크 자기경로(SBY16);

회전자의 상기 돌출 자극(RP16), 상기 돌출 자극(RP17) 및 상기 돌출 자극(RP18)에 공통인 백 요크 자기경로(RBY16); 및

고정자의 상기 돌출 자극(SP16), 상기 돌출 자극(SP17) 및 상기 돌출 자극(SP18) 사이에 배치되는 환형의 권선(WC16, WC17)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
하나의 상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극은, 고정자의 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP11)과 회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP11)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP11)으로 구성되고, 상기 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 N개의 상에 대하여 N세트 포함하고(N은 4 이상의 정수),

고정자의 다른 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(SBP11);

회전자의 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(RBP11);

고정자의 상기 N개의 고정자의 돌출 자극과 자기경로(SBPl1)에 공통인 백 요크 자기경로(SBY11);

회전자의 상기 N개의 회전자의 돌출 자극과 자기경로(RBP11)에 공통인 백 요크 자기경로(RBYl1); 및

고정자의 상기 N개의 고정자의 돌출 자극과 자기경로(SBP11) 사이에 배치되는 (N-1)개의 환형의 권선

을 포함하는 것을 특징으로 하는 N상의 모터.
하나의 상의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극은, 고정자의 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(SP21)과 회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(SP21)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RP21)으로 구성되고, 상기 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 N개의 상에 대하여 N세트 포함하며(N은 4 이상의 정수),

고정자의 상기 N개의 고정자의 돌출 자극에 공통인 백 요크 자기경로(SBY21);

회전자의 상기 N개의 회전자의 돌출 자극에 공통인 백 요크 자기경로(RBY21); 및

고정자의 상기 N개의 고정자의 돌출 자극 사이에 배치되는 (N-1)개의 환형의 권선

을 포함하는 것을 특징으로 하는 N상의 모터.
고정자의 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(ST1);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(ST1)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RT1);

고정자의 다른 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(ST2);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(ST2)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RT2);

고정자의 다른 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극(ST3);

회전자의 원주상에 배치되고, 상기 돌출 자극(ST3)에 대향하여 배치되는 복수의 돌출 자극(RT3);

고정자의 다른 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(SBT1);

회전자의 원주상에 배치되고, 자속을 통과시키는 기능을 갖는 자기경로(RBT1);

고정자의 상기 돌출 자극(ST1), 상기 돌출 자극(ST2), 상기 돌출 자극(ST3) 및 상기 자기경로(SBT1)에 공통인 백 요크 자기경로(SYTl);

회전자의 상기 돌출 자극(RT1), 상기 돌출 자극(RT2), 상기 돌출 자극(RT3) 및 상기 자기경로(RBT1)에 공통인 백 요크 자기경로(RYT1);

상기 돌출 자극(ST1), 상기 돌출 자극(ST2) 및 상기 돌출 자극(ST3) 중, 고정자의 양단에 위치하는 고정자 돌출 자극에는 그 고정자 돌출 자극의 내측에 배치되는 그 상의 환형의 권선(WTN1); 및

상기 돌출 자극(ST1), 상기 돌출 자극(ST2) 및 상기 돌출 자극(ST3) 중, 고정자의 양단 이외의 중간에 위치하는 고정자 돌출 자극에는 그 고정자 돌출 자극의 양측에 배치되는 환형의 권선이며, 양 권선을 역방향으로 직렬 접속한 권선(WTN2);

을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
N상의 모터로서(N은 3 이상의 정수),

고정자의 원주상에 배치되는 복수의 고정자 돌출 자극(STN)과 이들 고정자 돌출 자극에 대향하여 배치되는 복수의 회전자 돌출 자극(RTN)이 N세트 이고, 이들N상분의 고정자 돌출 자극군(STN4) 및 회전자 돌출 자극군(RTN4);

상기 N세트의 고정자 돌출 자극군(STN4)의 공통인 백 요크 자기경로(SYT2);

상기 N세트의 회전자 돌출 자극군(RTN4)의 공통인 백 요크 자기경로(RYT2);

상기 고정자 돌출 자극군(STN4) 중, 고정자의 양단에 위치하는 고정자 돌출 자극에는 그 고정자 돌출 자극의 내측에 배치되는 그 상의 환형의 권선(WTN3); 및

상기 고정자 돌출 자극군(STN4) 중, 고정자의 양단 이외의 중간에 위치하는 고정자 돌출 자극에는 그 고정자 돌출 자극의 양측에 배치되는 환형의 권선이며, 양 권선을 역방향으로 직렬 접속한 권선(WTN4)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 N상의 모터.
N상의 모터로서(N은 3 이상의 정수),

고정자의 원주상에 배치되는 복수의 고정자 돌출 자극(STN)과 이들 고정자 돌출 자극에 대향하여 배치되는 복수의 회전자 돌출 자극(RTN)이 N세트 이고, 이들 N상분의 고정자 돌출 자극군(STN4) 및 회전자 돌출 자극군(RTN4);

상기 N세트의 고정자 돌출 자극군(STN4)의 공통인 백 요크 자기경로(SYT2);

상기 N세트의 회전자 돌출 자극군(RTN4)의 공통인 백 요크 자기경로(RYT2);

상기 고정자 돌출 자극군(STN4) 중, 고정자의 양단에 위치하는 고정자 돌출 자극에는 그 고정자 돌출 자극의 내측에 배치되는 그 상의 환형의 권선(WTN3);

상기 고정자 돌출 자극군(STN4) 중, 고정자의 양단 이외의 중간에 위치하는 고정자 돌출 자극에는 그 고정자 돌출 자극의 양측에 배치되는 환형의 권선이며, 양 권선을 역방향으로 직렬 접속한 권선(WTN4);

을 포함하며,

상기 N세트의 각 고정자 돌출 자극(STN) 각각의 권선(WTN3 및 WTN4)의 권선방향 또는 전류방향이 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 상대 위상(SAN)의 순서로 정방향과 부방향이 교대로 이루어지고, 그 결과 상기 N세트의 고정자 돌출 자극(STN)에 유도되는 각 상의 자속(φTN)의 방향은 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 상대 위상(SAN)의 순서로 정방향과 부방향이 교대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 N상의 모터.
고정자의 원주상에 배치되는 복수의 고정자 돌출 자극(STN)과 고정자 돌출 자극(STN)에 대향하여 배치되는 복수의 회전자 돌출 자극(RTN)이 N세트 이고, 이들 N세트의 고정자 돌출 자극군(STN5) 및 N세트의 회전자 돌출 자극군(RTN5)을 포함하고, 이들 중 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 상대 위상(SAN)이 전기각에서 동일한 상대 위상의 2세트의 고정자 돌출 자극(STSN5)이 인접하고, 이들 인접한 2세트의 고정자 돌출 자극(STSN5) 사이에 배치되는 권선(WTMN5);

상기 2세트의 고정자 돌출 자극(STSN5)과 이웃하는 다른 2세트의 고정자 돌출 자극(STSN5) 사이에 배치되는 권선(WTMN6);

상기 N세트의 고정자 돌출 자극군(STN5)의 공통인 백 요크 자기경로(SYT3); 및

상기 N세트의 회전자 돌출 자극군(RTN5)의 공통인 백 요크 자기경로(RYT3);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
고정자의 원주상에 배치되는 복수의 고정자 돌출 자극(STN)과 상기 고정자 돌출 자극(STN)에 대향하여 배치되는 복수의 회전자 돌출 자극(RTN)을 각각 구비하는 N세트의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극을 포함하고(N은 2 이상의 짝수의 정수),

상기 N세트의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극은 2세트의 고정자 돌출 자극(STSN6)을 포함하되, 상기 2세트의 고정자 돌출 자극(STSN6)은 서로 인접하고, 그 2세트의 고정자 돌출 자극(STSN6)의 각각의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극 간의 전기각에서 동일한 상대 위상(SAN)을 가지며,

상기 N세트의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극은 2세트의 회전자 돌출 자극(RTSN6)을 포함하되, 상기 2세트의 회전자 돌출 자극(RTSN6)은 서로 인접하고, 그 2세트의 회전자 돌출 자극(RTSN6)의 각각의 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극 간의 전기각에서 동일한 상대 위상(SAN)을 가지며,

상기 2세트의 고정자 돌출 자극(STSN6) 군(group)의 공통인 고정자 백 요크 자기경로(SYT4), 상기 2세트의 회전자 돌출 자극(RTSN6) 군의 공통인 회전자 백 요크 자기경로(RYT4), 및 상기 인접한 2세트의 고정자 돌출 자극(STSN6) 사이에 배치되는 권선(WTMN6)을 포함하는 구동기구(ATl)가 구성되고,

다른 고정자 돌출 자극, 회전자 돌출 자극, 백 요크 자기경로, 권선에 관하여도 동일한 구성으로 (N-2)/2=(N/2-1)개의 구동기구{AT2, AT3, …, AT(N/2-1)}가 구성되며,

상기 각 구동기구 중, 인접하는 고정자 백 요크 자기경로 사이에서 자기저항이 큰 중간부재(SMN) 또는 인접하는 회전 백 요크 자기경로 사이에서 자기저항이 큰 중간부재(RMN)의 적어도 하나가 배치되는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자와 회전자가 대향하여 배치되고, 회전자는 회전자 샤프트 방향으로 요부와 돌출부를 구비하고, 고정자의 권선 모두 또는 일부는 회전자의 요부 부분에 배치되는 구조인 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

외경측에 배치되는 고정자 돌출 자극(S1);

내경측에 배치되는 고정자 돌출 자극(S2);

고정자 돌출 자극(S1)과 고정자 돌출 자극(S2) 중간 부분에 배치되는 회전자 돌출 자극(R1);

을 포함하고,

상기 고정자 돌출 자극(S1), 상기 고정자 돌출 자극(S2), 상기 회전자 돌출 자극(R1)은 자기적으로 직렬로 접속된 자기회로구성(SRM1)을 이루고,

상기 자기회로구성(SRM1)을 여자 하는 권선(WSRl)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ1);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ1)과 회전자 샤프트 방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ1);

을 포함하고,

상기 고정자 돌출 자극(SJl)과 상기 회전자 돌출 자극(RJ1)중 어느 하나가 이들이 대향하는 방향으로 2 부분 이상으로 분리되고, 상기 고정자 돌출 자극(SJl)과 상기 회전자 돌출 자극(RJl)에서 발생하는 토크가 2 부분 이상에서 발생하는 구성으로 이루어지고,

상기 고정자 돌출 자극(SJ1)과 회전자 돌출 자극(RJ1)을 포함하는 폐쇄된 자기경로에 쇄교하도록 배치되는 권선(W1)을 포함하는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ2);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 돌출 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ2)과 반경방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ2);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극이며, 상기 회전자 돌출 자극(RJ2)과 반경방향으로 대향하는 고정자 돌출 자극(SJ3); 및

상기 고정자 자극(SJ2, SJ3)과 회전자 자극(RJ2)을 포함하는 폐쇄된 자기경로에 쇄교하도록 배치되는 권선(W2)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ4);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ4)과 반경방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ4);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극이며, 상기 회전자 돌출 자극(RJ4)과 반경방향으로 대향하는 고정자 돌출 자극(SJ5); 및

상기 고정자 돌출 자극(SJ4), 회전자 돌출 자극(RJ4) 및 고정자 돌출 자극(SJ5)을 포함하는 폐쇄된 자기경로에 쇄교하도록 배치되는 권선(W3);

을 포함하고,

상기 고정자 자극(SJ4, SJ5), 회전자 돌출 자극(RJ4) 및 권선(W3)과 동일한 다른 상의 구성을 회전자 샤프트 방향으로 병렬로 포함하는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ6);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 돌출 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ6)과 반경방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ6);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극이며, 상기 회전자 돌출 자극(RJ6)과 반경방향으로 대향하는 고정자 돌출 자극(SJ7);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 돌출 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ7)과 반경방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ7);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극이며, 상기 회전자 돌출 자극(RJ7)과 반경방향으로 대향하는 고정자 돌출 자극(SJ8); 및

상기 고정자 돌출 자극(SJ6), 회전자 돌출 자극(RJ6), 고정자 돌출 자극(SJ7), 회전자 돌출 자극(RJ7), 고정자 돌출 자극(SJ8)을 포함하는 폐쇄된 자기경로에 쇄교하도록 배치되는 권선(W3);

을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ26);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ27);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 돌출 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ26 및 SJ27)에 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ26);

을 포함하고,

상기 회전자 돌출 자극(RJ26)은 원주방향으로 복수 배치되고, 서로 기계적으로 결합하는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자와 회전자 사이의 에어갭부를 향하는 돌출 자극부의 회전자 샤프트 방향 폭은 다른 부분의 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 폭보다 크게 이루어지는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자의 외경측에 배치되는 회전자와 회전자의 내경측에 배치되는 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자 돌출 자극 또는 회전자 돌출 자극에서, 각 돌출 자극의 티스 선단부의 원주방향 돌출 자극 폭(TB6)보다 티스의 근원부의 원주방향 돌출 자극 폭(TB7)이 넓은 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자 돌출 자극 또는 회전자 돌출 자극에서, 구멍이나 슬릿 또는 자석이 배치되어 돌출 자극의 선단부의 자속의 존재를 제약하거나 자속의 방향을 변화시키는 작용을 하는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자 돌출 자극 또는 회전자 돌출 자극의 측면 근방에 영구자석이 배치되는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자 돌출 자극 또는 회전자 돌출 자극의 측면에 인접하거나 밀착하여 영구자석이 배치되는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 대향하는 에어갭부의 근방에 영구자석이 배치되는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자 돌출 자극 또는 회전자 돌출 자극의 연자성체의 내부에 영구자석이 배치되는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자 돌출 자극 또는 회전자 돌출 자극의 근방에 폐쇄된 도체 또는 도체판이 배치되는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

각 고정자 돌출 자극의 각각 해당하는 상의 권선을 권선하는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자 돌출 자극의 회전자측에 면하는 형상(SKJ)과 회전자 돌출 자극의 고정자측에 면하는 형상(RKJ)이 서로 대향하는 형상(RSTJ)은 회전자의 회전각(θ)과 함께 변화되고,

회전자 회전각(θ)에 따라 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 이르러서 상기 형상(RSTJ)이 발생하는 회전각(θf)으로부터 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극이 멀어져 상기 형상(RSTJ)이 소멸하는 회전각(θb)까지의 사이에서 상기 형상(RSTJ)의 면적의 회전 변화율(RSTH)이 회전자의 회전각(θ)에 따라서 변화하고,

회전자의 일방향의 회전이 타방향의 회전보다 연속적으로 회전 토크를 발생할 수 있는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자 돌출 자극 또는 회전자 돌출 자극의 일부에, 각 상의 권선의 전류가 여자하는 기자력의 방향으로 향하는 영구자석을 배치하는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

근접해서 대향하는 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 형상이 요철형상으로 이루어지고, 대향 면적을 크게 한 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자 돌출 자극 또는 회전자 돌출 자극의 근원부에서, 회전자 샤프트 방향의 중앙부가 원주방향으로 돌출하는 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자와 회전자의 자기경로의 일부 또는 모두는 전자강판을 프레스 성형가공 또는 벤딩가공에 의해 제작되는 부품으로 구성되는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자와 회전자의 자기경로의 일부 또는 모두는 비정질금속의 필름을 적층한 부재 또는 비정질금속의 필름과 전자강판을 적층한 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자의 연자성체의 내부 또는 회전자의 연자성체와 권선 사이에 액체 또는 기체가 통과되는 구조의 냉각 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

모터의 권선의 일부 또는 모두는 금속 파이프로 구성되고, 도체인 상기 금속 파이프에 액체 또는 기체가 통과되는 구조의 냉각 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

고정자의 회전자 샤프트 방향 길이를 ML로 하고, 고정자의 전기각에서 동일한 원주상에 배치되는 복수의 돌출 자극으로 이루어지는 고정자 돌출 자극군의 수를 SN으로 하며, 각 고정자 돌출 자극 군의 회전자 샤프트 방향 길이를 MLP로 할 경우, MLP＞ML/N인 것을 특징으로 하는

모터.
제38항에 있어서,

각 권선의 형상은 각 상의 고정자 돌출 자극의 배치 및 고정자 돌출 자극의 회전자 샤프트 방향 형상의 요철에 대응하여 회전자 샤프트 방향으로 요철을 갖는 환형의 권선인 것을 특징으로 하는

모터.
제38항에 있어서,

권선은 평판형의 도선으로 구성되는 것을 특징으로 하는

모터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

2개 이상의 모터 및 구성 기술을 조합시킨 것을 특징으로 하는

모터.
원주상에 배치되고 고정자와 회전자 사이에 자기적으로 결합하는 자기경로(MJ76);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ76);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 돌출 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ76)과 반경방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ76);

상기 자기경로(MJ76)와 상기 고정자 돌출 자극(SJ76) 사이에 배치되는 권선(W76);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되고, 상기 고정자 돌출 자극(SJ76)에 인접해서 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ77);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 돌출 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ77)과 반경방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ77);

상기 고정자 돌출 자극(SJ76)와 상기 고정자 돌출 자극(SJ77) 사이에 배치되는 권선(W77);

제3의 권선(W78);

전류의 온/오프 제어가 가능한 전력소자(TR76, TR77, TR78, TR79);

을 포함하고,

상기 전력소자(TR76)와 상기 전력소자(TR78)의 일단은 직류전원의 정단자에 접속되고,

상기 전력소자(TR77)와 상기 전력소자(TR79)의 일단은 직류전원의 부단자에 접속되고,

상기 전력소자(TR76)와 상기 전력소자(TR77) 사이에 상기 권선(W76, W77, W78) 중 어느 하나의 권선이 접속되고,

상기 전력소자(TR78)와 상기 전력소자(TR79) 사이에 상기 권선(W76, W77, W78) 중 어느 하나의 권선이 접속되고,

상기 전력소자(TR76)와 상기 전력소자(TR79) 사이에 상기 권선(W76, W77, W78) 중 어느 하나의 권선이 접속되고,

상기 고정자 돌출 자극(SJ76)과 상기 회전자 돌출 자극(RJ76) 사이에 토크를 발생시키는 경우, 상기 권선(W76)이 접속되는 2개의 전력소자를 구동하여 전류를 통전시키고, 동시에 상기 권선(W77)이 접속되는 2개의 전력소자를 구동하여 전류를 통전시키며,

상기 고정자 돌출 자극(SJ77)과 상기 회전자 돌출 자극(RJ77) 사이에 토크를 발생시키는 경우, 상기 권선(W77)이 접속되는 2개의 전력소자를 구동하여 전류를 통전시키도록 하는 것을 특징으로 하는

모터 시스템.
원주상에 배치되고, 고정자와 회전자 사이에 자기적으로 결합하는 자기경로(MJ81);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ81);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 돌출 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ81)과 반경방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ81);

상기 자기경로(MJ81)와 상기 고정자 돌출 자극(SJ81) 사이에 배치되는 권선(W81);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되고, 상기 고정자 돌출 자극(SJ81)에 인접하여 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ82);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 돌출 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ82)과 반경방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ82);

상기 고정자 돌출 자극(SJ81)과 상기 고정자 돌출 자극(SJ82) 사이에 배치되는 권선(W82);

제3의 권선(W83);

전류의 온/오프 제어가 가능한 전력소자(TR81, TR82, TR83, TR84);

를 포함하고,

상기 전력소자(TR81)와 상기 전력소자(TR83)의 일단은 직류전원의 정단자에 접속되고,

상기 전력소자(TR82)와 상기 전력소자(TR84)의 일단은 직류전원의 부단자에 접속되고,

상기 전력소자(TR81)와 상기 전력소자(TR82) 사이에 상기 권선(W82)을 접속하고,

상기 전력소자(TR83)와 상기 전력소자(TR84) 사이에 상기 권선(W83)을 접속하며,

상기 전력소자(TR82)와 상기 전력소자(TR84) 사이 또는 상기 전력소자(TR81)와 상기 전력소자(TR83) 사이에 상기 권선(W81)을 접속하고,

상기 고정자 돌출 자극(SJ82)과 상기 회전자 돌출 자극(RJ82) 사이에 토크를 발생시키는 경우, 상기 전력소자(TR81)와 상기 전력소자(TR82)를 구동하여 상기 권선(W82)으로 전류가 흐르고,

상기 고정자 돌출 자극(SJ81)과 상기 회전자 돌출 자극(RJ81) 사이에 토크를 발생시키는 경우, 상기 전력소자(TR81)와 상기 전력소자(TR84)를 구동하여 권선(W81)과 상기 권선(W82)으로 직렬로 전류가 흐르도록 한 것을 특징으로 하는

모터 시스템.
원주상에 배치되고, 고정자와 회전자 사이에 전자기적으로 결합하는 자기경로(MJ91);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ91);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 돌출 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ91)과 반경방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ91);

상기 자기경로(MJ91)와 상기 고정자 돌출 자극(SJ9l) 사이에 배치되는 권선(W91);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되고, 상기 고정자 돌출 자극(SJ91)에 인접하여 배치되는 고정자 돌출 자극(SJ92);

원주상에 자기저항이 큰 부분과 자기저항이 작은 부분이 교대로 배치되는 회전자 돌출 자극이며, 상기 고정자 돌출 자극(SJ92)과 반경방향으로 대향하는 회전자 돌출 자극(RJ92);

상기 고정자 돌출 자극(SJ91)과 상기 고정자 돌출 자극(SJ92) 사이에 배치되는 권선(W92);

제3의 권선(W93);

전류의 온/오프 제어가 가능한 전력소자(TR91, TR92, TR93, TR94)

를 포함하고,

상기 전력소자(TR91)와 상기 전력소자(TR93)의 일단은 직류전원의 정단자에 접속되고,

상기 전력소자(TR92)와 상기 전력소자(TR94)의 일단은 직류전원의 부단자에 접속되고,

상기 전력소자(TR91)와 상기 전력소자(TR92) 사이에 상기 권선(W92)을 접속하고,

상기 전력소자(TR93)와 상기 전력소자(TR92) 사이에 상기 권선(W93)을 접속하고,

상기 전력소자(TR92)와 상기 전력소자(TR94) 사이에 상기 권선(W91)을 접속하고,

상기 고정자 돌출 자극(SJ92)과 상기 회전자 돌출 자극(RJ92) 사이에 토크를 발생시키는 경우, 상기 전력소자(TR91)와 상기 전력소자(TR92)를 구동하여 상기 권선(W92)으로 전류가 흐르도록 하고,

상기 고정자 돌출 자극(SJ91)과 상기 회전자 돌출 자극(RJ91) 사이에 토크를 발생시키는 경우, 상기 전력소자(TR91)와 상기 전력소자(TR94)를 구동하여 상기 권선(W91)과 상기 권선(W92)으로 직렬로 전류가 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는

모터 시스템.