KR101098637B1 - 액셜 갭형 회전 전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 회전자의 회전축을 따른 양측에 고정자를 설치하여 스러스트력을 저감하면서도, 교번 자계가 발생하는 백 요크의 개수를 증대시키지 않는 것을 목적으로 한다. 액셜 갭형 회전 전기는, 회전자(1)와, 전기자(2)와, 고정자(3)를 구비한다. 회전자(1)는, 회전축(Q)의 주위에서 둘레방향으로 회전 가능하다. 회전자(1)는 영구자석(10AN, 10AS)과, 이것을 전기자(2)측으로부터 덮는 자성판(101N, 101S)을 갖는다. 전기자(2)는, 회전축에 평행한 회전축 방향의 한쪽으로부터 회전자와 대향하는 전기자 권선(22)을 갖는다. 고정자(3)는, 회전축 방향의 다른 쪽으로부터 회전자에 대향한다.

Description

액셜 갭형 회전 전기{AXIAL-GAP ROTARY ELECTRIC MACHINE}

이 발명은, 액셜 갭형 회전 전기에 관한 것이다.

액셜 갭형 회전 전기(이하, 간단히 「회전 전기」라고 기재한다)에서는, 회전축을 따른 갭을 사이에 두고, 고정자와 회전자가 배치된다. 이러한 구성은 다음의 이점을 갖는다. 즉, 회전축 방향으로 박형화해도 계자 자속을 발생시키기 위한 영구자석의 자극면을 넓게 할 수 있는 것, 권선의 고 점적율화가 용이한 것, 크기에 비해 토크 내지 출력을 크게 할 수 있는 것이다.

회전 전기에서는, 회전축에 평행한 방향(본원에서는 「회전축 방향」이라고 칭한다)을 따라 고정자와 회전자의 사이에서 흡인력이 작용한다(본원에서는 「스러트스력이라고 칭한다」). 이 흡인력은, 베어링 손실의 증대, 베어링 수명의 단축이라는 문제를 초래한다.

회전 전기에 있어서, 스러스트축 방향으로 작용하는 힘을 방지하기 위해서는 하기의 구성을 채용해도 된다. 예를 들면, 회전축 방향을 따라, 1개의 고정자의 양측에 회전자를 2개 설치한다. 혹은 회전축 방향을 따라, 1개의 회전자의 양측에 2개의 고정자를 설치한다. 상술한 2종의 구성 중 어느 것에 있어서나, 서로 반대 방향의 한 쌍의 스러스트력이 회전축 방향을 따라 발생하고, 전체적으로 회전축 방향으로 발생하는 스러스트력이 저감된다.

또한, 본원에 관련되는 문헌을 하기에 나타낸다.

특허 문헌 1 : 일본국 특허공개 2006-353078호 공보

특허 문헌 2 : 일본국 특허공개 소61-185040호 공보

그러나, 회전자를 2개 설치하는 구성에서는 베어링의 구성이 복잡화한다. 또한, 회전축이 길어지므로, 비틀림 진동을 발생하기 쉽다는 문제도 있다.

또, 2개의 고정자는 전기자를 채용하면, 고정자를 2개 설치한 구성에서는 교번 자계가 발생하는 백 요크가 2개 존재하게 된다. 교번 자계가 백 요크에 발생하면 철손, 특히 히스테리시스손이 발생하므로, 전기자의 백 요크의 개수를 증대시키는 것은 바람직하지 않다.

그래서, 본 발명은, 회전자의 회전축을 따른 양측에 고정자를 설치하여 스러스트력을 저감하면서도, 교번 자계가 발생하는 백 요크의 개수를 증대시키지 않는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또, 계자 자속을 발생시키는 영구자석에 작용하는 감자계(減磁界)의 영향을 완화하는 것도 목적으로 한다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기는, 회전축(Q)의 주위에서 둘레방향으로 회전 가능하고 계자 자속을 발생시키는 계자자(界磁子)(1)와, 상기 회전축에 평행한 회전축 방향의 한쪽으로부터 상기 계자자와 대향하여, 상기 계자 자속과 쇄교(鎖交)하는 전기자 권선(22)에 전기자 전류가 흐르는 전기자(2)와, 상기 회전축 방향의 다른 쪽으로부터 상기 계자자와 대향하는 자성체의 고정자(3)를 구비한다.

그 제1 양태에서는, 상기 계자자는, 상기 회전축의 주위에 배치되어 제1 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제1 자성환(磁性環)(102N)과, 상기 제1 자성환보다 상기 회전축(Q)측에 배치되어, 제2 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제2 자성환(102S)과, 상기 전기자(2)에 대향하여 상기 둘레방향으로 환상(環狀)으로 배치되고, 상기 제2 자성환과 자기적으로 분리되며, 상기 제1 자성환과 자기적으로 연결되는 제1 자성판(101N)과, 상기 전기자에 대향하여 상기 둘레방향의 위치를 상기 제1 자성판과 교대로 하여 환상으로 배치되고, 상기 제1 자성환 및 상기 제1 자성판과 자기적으로 분리되며, 상기 제2 자성환과 자기적으로 연결되는 제2 자성판(101S)을 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제2 양태는, 그 제1 양태에 있어서, 상기 제1 자성판(101N)의 상기 회전축과 반대측은 상기 제1 자성환(102N)에 연결되고, 또한 상기 제2 자성환(102S)의 상기 전기자(2)측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장되며, 상기 제2 자성판(101S)의 상기 회전축측은 상기 제2 자성환에 연결되고, 또한 상기 제1 자성환의 상기 전기자측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장된다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제3 양태는, 그 제1 양태 또는 제2 양태에 있어서, 상기 제1 자성환(102N)에 상기 제1 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제1 자극면(10N)과, 상기 제2 자성환(102S)에 상기 제2 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제2 자극면(10S)과, 상기 제1 자극면 및 상기 제2 자극면에 상기 계자 자속을 공급하는 영구자석(10A)을 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제4 양태는, 그 제3 양태에 있어서, 상기 영구자석(10A)은, 상기 제1 자극면(10N) 및 상기 제2 자극면(10S) 중 적어도 어느 한쪽을 나타낸다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제5 양태는, 그 제4 양태에 있어서, 상기 영구자석(10A)은, 상기 제1 자극면(10N) 및 상기 제2 자극면(10S) 중 어느 한쪽만을 나타낸다. 상기 계자자(1)는, 상기 영구자석(10A)과 자기적으로 연결되고, 상기 제1 자극면(10N) 및 상기 제2 자극면(10S)의 다른 쪽을 나타내는 요크(10Y)를 더 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제6 양태는, 그 제4 양태에 있어서, 상기 영구자석(10A)은, 상기 제1 자극면(10N)을 나타내고 상기 제1 극성의 상기 계자 자속을 발생하는 제1 환상 영구자석(10AN)과, 상기 제2 자극면(10S)을 나타내고 상기 제1 환상 영구자석보다 상기 회전축(Q)측에 배치되며, 상기 제2 극성의 상기 계자 자속을 발생하는 제2 환상 영구자석(10AS)을 갖는다. 상기 고정자(3)는, 상기 제1 환상 영구자석과 상기 제2 환상 영구자석의 사이에 비접촉으로 끼워 삽입하는 환상의 돌기(304)를 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제7 양태는, 그 제4 양태에 있어서, 상기 영구자석(10A)은, 상기 제1 자극면(10N)을 나타내고 상기 제1 극성의 상기 계자 자속을 발생하는 제1 환상 영구자석(10AN)과, 상기 제2 자극면(10S)을 나타내고 상기 제1 환상 영구자석보다 상기 회전축(Q)측에 배치되며, 상기 제2 극성의 상기 계자 자속을 발생하는 제2 환상 영구자석(10AS)을 갖는다. 상기 계자자(1)는, 상기 제1 자성환(102N) 및 상기 제2 자성환(102S)과 반대측에서 상기 제1 영구자석 및 상기 제2 영구자석끼리를 자기적으로 연결하는 제3 자성판(106)을 더 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제8 양태에서는, 상기 계자자는, 상기 회전축의 주위에 배치되어 제1 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제1 영구자석(10DN)의 복수와, 상기 회전축의 주위에서 상기 둘레방향으로 상기 제1 영구자석과 교대로 배치되어, 제2 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제2 영구자석(10DS)의 복수와, 상기 전기자(2)에 대향하여 상기 둘레방향으로 환상으로 배치되고, 상기 제1 영구자석과 자기적으로 연결되는 제1 자성판(105N)과, 상기 전기자에 대향하여 상기 둘레방향의 위치를 상기 제1 자성판과 교대로 하여 환상으로 배치되고, 상기 제1 자성판과 자기적으로 분리되며, 상기 제2 영구자석과 자기적으로 연결되는 제2 자성판(105S)과, 상기 제1 자성판 및 상기 제2 자성판과 반대측에서, 상기 제1 영구자석의 복수끼리를 연결하는 제1 자성환(102N)과, 상기 제1 자성판 및 상기 제2 자성판과 반대측에서, 상기 제2 영구자석의 복수끼리를 연결하는 제2 자성환(102S)을 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제9 양태는, 그 제8 양태에 있어서, 상기 제1 자성판(101N)의 상기 회전축과 반대측은 상기 제1 자성환(102N)에 연결되고, 또한 상기 제2 자성환(102S)의 상기 전기자(2)측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장되며, 상기 제2 자성판(101S)의 상기 회전축측은 상기 제2 자성환에 연결되고, 또한 상기 제1 자성환의 상기 전기자측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장된다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제10 양태는, 그 제8 양태 또는 제9 양태에 있어서, 상기 고정자(3)는, 상기 제1 자성환(102N)과 상기 제2 자성환(102S)의 사이에 비접촉으로 끼워 삽입하는 환상의 돌기(304)를 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제11 양태는, 그 제8 양태 또는 제9 양태에 있어서, 상기 계자자(1)는, 상기 제1 영구자석(10DN) 및 상기 제2 영구 자석(10DS)과 반대측에서 상기 제1 자성환(102N) 및 상기 제2 자성환(102S)끼리를 자기적으로 연결하는 제3 자성판(106)을 더 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제12 양태는, 그 제4 양태에 있어서, 상기 계자자(1)는, 상기 전기자에 대향하여 상기 둘레방향의 위치를 제1 자성판(100N;101N) 및 제2 자성판(100S;101S)과 교대로 하여 환상으로 배치되고, 상기 제1 자성환(102N) 및 상기 제2 자성환(102S)과 자기적으로 분리되면서, 서로 자기적으로 연결되는 복수의 자성체(101Q)를 더 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제13 양태는, 그 제12 양태에 있어서, 상기 계자자(1)는, 상기 복수의 자성체(101Q)끼리를 상기 회전축(Q)과 반대측에서 둘레방향으로 연결하는 자성환(101Qa)을 더 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제14 양태는, 그 제12 양태에 있어서, 상기 계자자(1)는, 상기 복수의 자성체(101Q)끼리를 상기 제1 자성환(102N)과 상기 제2 자성환(102S)의 사이에서 둘레방향으로 연결하는 자성환(101Qc)을 더 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제15 양태는, 그 제12 양태에 있어서, 상기 계자자(1)는, 상기 복수의 자성체(101Q)끼리를 상기 회전축(Q) 측에서 둘레방향으로 연결하는 자성환(101Qb)을 더 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제16 양태는, 그 제12 양태에 있어서, 상기 고정자(3)는, 상기 복수의 자성체(101Q)에 근접하는 돌기(30Q)를 더 갖는다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제17 양태는, 그 제1 내지 제16 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 고정자(3)는, 상기 둘레방향으로 감겨져, 상기 계자 자속을 발생시키기 위한 계자 권선(32)을 갖는다. 상기 계자 권선의 직경방향의 위치는 상기 제1 자성환(102N)과 상기 제2 자성환(102S)의 사이에 있다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제1 양태, 제2 양태, 제8 양태, 제9 양테에 의하면, 제1 자성판 및 제2 자성판이 존재하므로, 전기자로부터 발생하는 자계에 의한 감자에 강하고, 또한 회전축 방향을 따른 스러스트력이 상쇄된다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제3 양태, 제4 양태에 의하면, 계자 자속의 발생원을 용이하게 얻을 수 있다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제5 양태에 의하면, 자석의 개수를 저감할 수 있다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제6 양태에 의하면, 스러스트력을 약화시키는 제어가 가능하다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제7 양태에 의하면, 스러스트력을 조정할 수 있다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제10 양태에 의하면, 스러스트력을 약화시키는 제어가 가능하다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제11 양태에 의하면, 스러스트력을 조정할 수 있다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제12 양태 내지 제16 양태에 의하면, 이른바 q축 방향의 인덕턴스가 증대하여, 릴럭턴스 토크를 얻기 쉽다.

특히 그 제15 양태에 의하면, 자성체끼리를 연결하는 자로가 짧은 점에서 유리하다.

또 그 제16 양태에 의하면, 자성체끼리를 연결하는 구성을 회전자에 형성할 필요가 없고, 전기자와의 사이에서 회전축 방향으로 작용하는 흡인력이 저감된다.

이 발명에 따른 액셜 갭형 회전 전기의 제17 양태에 의하면, 계자 권선에 흐르게 하는 전류를 조정함으로써 계자 자속의 조정이 용이해진다. 모터로서 이용할 때에는 계자를 약화시켜 고속 운전을 행하는 것이나, 저속 시에 토크를 높이기 위해 계자 자속을 높일 수도 있다. 이것은 고속 운전과, 효율이 높은 저속 운전을 양립시키게 되어, 특히 차재용 모터에 적합하다. 또 발전기로서 이용할 때에는 회전수의 변동에 따라 계자 자속을 조정하고, 회전수에 상관없이 필요한 전압을 발전할 수 있어, 특히 차재용 얼터네이터에 적합하다. 혹은 전차용 모터로서 이용할 때에는, 비교적 길게 운전되는 타행 운전에 있어서 계자 자속을 약화시킬 수 있다.

이 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해 보다 명백해진다.

도 1은 이 발명의 제1 실시 형태에 따른 회전 전기의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 이 발명의 제1 실시 형태에 따른 회전 전기의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 위치 Ⅲ-Ⅲ에서의 전기자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 전기자의 둘레방향을 따른 단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 회전자의 구성을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 위치 Ⅵ-Ⅵ에 있어서의 회전자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 7은 도 5의 위치 Ⅶ-Ⅶ에 있어서의 회전자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 8은 이 발명의 제1 실시 형태에 따른 회전 전기의 구성을 도시한 사시도이다.
도 9는 회전자의 구성을 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 위치 X-X에 있어서의 회전자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 11은 도 9의 위치 XI-XI에 있어서의 회전자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 12는 회전자의 다른 형상을 도시한 사시도이다.
도 13은 회전자의 제1 변형을 도시한 사시도이다.
도 14는 회전자의 제2 변형을 도시한 사시도이다.
도 15는 회전자의 제2 변형을 도시한 사시도이다.
도 16은 자성분말을 프레스하여 회전자를 형성하는 모양을 예시하는 사시도이다.
도 17은 홀더에 유지된 상태의 회전자를 도시한 사시도이다.
도 18은 회전자의 제3 변형을 도시한 사시도이다.
도 19는 회전자의 제3 변형을 도시한 사시도이다.
도 20은 회전자의 제4 변형을 도시한 사시도이다.
도 21은 회전자의 제5 변형을 도시한 사시도이다.
도 22는 회전자의 제5 변형을 도시한 사시도이다.
도 23은 회전자의 제5 변형을 도시한 사시도이다.
도 24는 회전자의 제6 변형을 도시한 사시도이다.
도 25는 회전자의 제7 변형을 도시한 사시도이다.
도 26은 회전자의 제7 변형을 도시한 사시도이다.
도 27은 회전자의 제8 변형을 도시한 사시도이다.
도 28은 회전자의 제9 변형을 도시한 사시도이다.
도 29는 자성체 근방을 회전축 방향에서 본 평면도이다.
도 30은 도 29의 위치 XXX-XXX에 있어서의 단면을 도시한 단면도이다.
도 31은 도 29의 위치 XXXI-XXXI에 있어서의 단면을 도시한 단면도이다.
도 32는 도 29의 위치 XXXⅡ-XXXⅡ에 있어서의 단면을 도시한 단면도이다.
도 33은 도 29의 위치 XXXⅢ-XXXⅢ에 있어서의 단면을 도시한 단면도이다.
도 34는 고정자의 구성을 예시하는 사시도이다.
도 35는 회전자를 자성체 근방에서 회전축 방향으로부터 본 평면도이다.
도 36은 도 35의 위치 XXXⅥ-XXXⅥ에 있어서의 단면을 도시한 단면도이다.
도 37은 이 발명의 제3 실시 형태에 따른 회전 전기의 구성을 도시한 사시도이다.
도 38은 이 발명의 제4 실시 형태에 따른 회전 전기의 회전자의 구성을 도시한 사시도이다.
도 39는 이 발명의 제4 실시 형태에 따른 회전 전기의 회전자의 구성을 도시한 사시도이다.
도 40은 이 발명의 제5 실시 형태에 따른 회전 전기의 회전자의 구성을 도시한 사시도이다.
도 41은 이 발명의 제5 실시 형태에 따른 회전 전기의 회전자의 구성을 도시한 사시도이다.
도 42는 이 발명의 제5 실시 형태에 따른 회전 전기의 회전자의 구성을 도시한 단면 사시도이다.
도 43은 이 발명의 제5 실시 형태에 따른 회전 전기의 회전자의 구성을 도시한 단면 사시도이다.
도 44는 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 45는 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 46은 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 47은 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 48은 이 발명의 제7 실시 형태에 따른 회전 전기의 구성을 도시한 사시도이다.
도 49는 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 50은 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 51은 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 52는 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 53은 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 54는 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 55는 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 56은 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 57은 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 58은 이 발명의 제8 실시 형태에 따른 회전 전기의 구성을 도시한 사시도이다.
도 59는 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 60은 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 61은 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 62는 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 63은 회전자 및 고정자를 부분적으로 도시한 단면도이다.
도 64는 이 발명의 제9 실시 형태에 따른 회전 전기의 구성을 도시한 사시도이다.
도 65는 이 발명의 제9 실시 형태에 따른 회전 전기의 단면을 도시한 단면도이다.
도 66은 상기의 회전 전기가 적용되는 압축기의 종단면도이다.
도 67은 상기의 회전 전기가 적용되는 압축기의 종단면도이다.

제1 실시 형태

도 1은, 이 발명의 제1 실시 형태에 따른 회전 전기의 구성을 도시한 사시도이다. 당해 회전 전기는 계자자인 회전자(1), 전기자(2), 고정자(3)를 구비하고 있다. 회전자(1)는 회전축(Q)의 주위에서 둘레방향으로 회전 가능하다. 도 1은 회전축(Q)에 대해 경사져 고정자(3)측에서 본 사시도이다. 도 1에서는 구성을 명확하게 하기 위해, 회전축(Q)을 따른 회전자(1), 전기자(2), 고정자(3)의 상호의 간격(「에어 갭」이라고 통칭된다)을 강조하여 그리고 있다.

전기자(2)는 회전축 방향의 한쪽(도 1에서는 도면 하측)으로부터 회전자(1)와 대향한다. 회전자(1)는, 회전자 코어(110)와 영구자석(10A)을 갖고 있다. 영구자석(10A)은 회전자 코어(110)에 대해 전기자(2)와는 반대측에 설치되고, 회전자 코어(110)에 계자 자속을 흐르게 한다.

도 2는 회전축(Q)에 대해 경사져 전기자(2)측에서 본 사시도이다. 단, 고정자(3)는 도시를 생략하고, 또한 회전자 코어(110)와 영구자석(10A)을 회전축(Q)을 따라 분리하여 지명하였다. 또한, 특별히 언급이 없는 한, 회전자 코어(110)는 자성체만을 도시하고 있고, 당해 자성체를 유지하기 위한 구조 부재의 도시는 생략하고 있다.

도 2를 참조하여, 영구자석(10A)은, 제1 극성(예를 들면 N극)의 계자 자속을 회전자 코어(110)에 공급하는 자극면(10N)과, 제2 극성(예를 들면 S극)의 계자 자속을 회전자 코어(110)에 공급하는 자극면(10S)을 갖고 있다. 여기에서는 자극면(10S)이 자극면(10N)보다 회전축(Q)측에 배치되어 있는 경우가 예시되어 있다.

또, 여기에서는 영구자석(10A)은 영구자석(10AN, 10AS)으로 구성된 경우가 예시되어 있다. 영구자석(10AN)의 회전자 코어(110)측의 자극면이 자극면(10N)을 나타내고, 영구 자석(10AS)의 회전자 코어(110)측의 자극면이 자극면(10S)을 나타내고 있다.

전기자(2)는 요크(21), 티스(23), 전기자 권선(22)을 갖는다. 도 3은 도 1의 위치 Ⅲ-Ⅲ에서의, 회전축(Q)을 포함하고 이것에 평행한, 전기자(2)의 단면을 도시한 단면도이다. 또 도 4는 티스(23)의 직경방향에 있어서의 중앙 부근에서의 전기자(2)의 단면을 도시한 단면도이다. 당해 단면은 둘레방향을 따르고 있다. 도 3 및 도 4에 있어서, 티스(23)의 에어 갭측은 폭이 넓어지고 있다. 이것은 회전자의 자속을 보다 많이 전기자에 건네주기 때문이다. 본 구성은, 모두 필수는 아니다.

티스(23)는 회전자(1)측에서 요크(21)에 설치되고, 회전축(Q)의 주위에서 환상으로 배치된다. 전기자 권선(22)은 티스(23)의 주위에 감겨진다. 따라서 전기자 권선(22)도 회전축(Q)의 주위에서 환상으로 배치되게 된다. 여기에서는, 전기자 권선(22)은 티스(23)의 각각에 감겨진 이른바 집중권을 나타내고 있지만, 전기자 권선(22)이 분포권에 의해 감겨져 있어도 된다. 즉, 전기자(2)는 공지 모터의 전기자(권선형 고정자)를 적용할 수 있다.

또한 본원에서 특별히 언급하지 않는 한, 전기자 권선(22)은, 이것을 구성하는 도선의 하나하나를 가리키는 것이 아니라, 도선이 한 묶음으로 감겨진 양태를 가리킨다. 이것은 도면에 있어서도 동일하다. 또, 감김 시작 및 감김 종료의 인출선, 및 그들의 결선(結線)도 도면에 있어서는 생략하였다.

또 본원에서 특별히 언급하지 않는 한, 요크, 코어란 각각 자성 요크, 자성 코어를 가리킨다.

전기자(2)는 통상, 요크(21)가 외부에 고정되어 고정자로서 기능한다. 요크(21)는 예를 들면, 1장의 긴 전자 강판을, 후프형상으로 회전축 방향으로 평행하게 겹쳐 감겨진 전자 강판(이하 「감김 코어」라고 칭한다)이나, 둘레방향으로 적층된 전자 강판이나, 회전축 방향으로 적층된 전자 강판이나, 압분자심으로 형성된다. 요크(21)가 회전축 방향으로 적층된 전자 강판이나, 압분자심으로 형성되는 경우에는, 둘레방향으로 복수로 분할되어도 된다.

혹은 요크(21)는, 회전 전기가 적용되는 기구의 일부와 겸용되어도 된다. 예를 들면 회전 전기가 모터로서 압축기에 적용되는 경우에는, 요크(21)는 그 압축기의 프레임의 일부로서 기능해도 된다. 전기자(2)에는 회전자(1)에 설치되는 회전 샤프트(도시 생략)를 관통 삽입시키는 관통구멍(200)이 뚫려 있다.

고정자(3)는 회전축 방향의 다른 쪽(도 1에서는 도면 상측)으로부터 회전자(1)와 대향하는 자성체이다. 고정자(3)에는 회전자(1)에 설치되는 회전 샤프트(도시 생략)를 관통 삽입시키는 구멍(300)이 뚫려 있다.

이와 같이, 회전자(1)의 양측에 전기자(2)(이것도 고정자로서 기능한다), 고정자(3)를 설치하였으므로, 회전축 방향을 따른 스러스트력이 상쇄된다. 또한 고정자(3)는 자성체로서 교번 자속은 흐르지 않는다. 따라서 2개의 전기자를 설치하는 경우와 비교하여, 회전 전기 전체에서의 철손이 저감된다.

도 5는 회전자(1)의 구성을 도시한 사시도이다. 도 6 및 도 7은, 각각 도 5의 위치 Ⅵ-Ⅵ 및 위치 Ⅶ-Ⅶ에 있어서의 회전자(1)의 단면을 도시한 단면도이다. 도 6 및 도 7 모두, 회전축(Q)을 포함하고 이것에 평행한 단면을 도시하고 있다.

회전자 코어(110)는, 자성판(101N, 101S) 및 자성환(102N, 102S)을 갖고 있다. 자성환(102S)은 자성환(102N)보다 회전축(Q)측에 배치된다. 자성환(102N, 102S)에는, 각각 자극면(10N, 10S)으로부터 계자 자속이 공급된다. 자성환(102S)의 내주면(1020)은, 도시 생략의 회전 샤프트를 관통시켜, 고정하기 위한 구멍을 형성한 비자성체의 유지 부재에 의해 고정된다.

자성판(101N, 101S)은 전기자(2)에 대향하여 배치된다. 자성판(101N)과 자성판(101S)은 둘레방향의 위치를 교대로 하여 둘레방향으로 환상으로 배치된다. 자성판(101N)은 자성환(102S)과 자기적으로 분리되고, 자성환(102N)과 자기적으로 연결된다. 자성판(101S)은 자성환(102N)과 자기적으로 분리되고, 자성환(102S)과 자기적으로 연결된다.

회전자(1)의 자극면을 크게 취하기 위해, 자성판(101N, 101S)은 직경방향에 있어서 거의 동일한 정도의 위치를 차지한다. 구체적으로는, 자성판(101N)의 외주측은 자성환(102N)에 연결된다. 또한 자성판(101N)은, 그 내주측이 자성환(102S)의 전기자(2)측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장된다. 동일하게 자성판(101S)의 내주측은 자성환(102S)에 연결된다. 또한 자성판(101S)은, 그 외주측이 자성환(102N)의 전기자(2)측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장된다.

또 계자 자속의 밸런스를 취하기 위해, 회전축 방향을 따른 자성판(101N, 101S)과 전기자(2) 사이의 거리는, 동일하게 선정되는 것이 바람직하다.

계자 자속이 회전자(1) 내에서 단락적으로 흘러 전기자(2)의 전기자 권선(22)에 쇄교하지 않는 것과 같은 사태를 방지하기 위해서는 다음의 치수상의 유의점이 있다. 즉 자성판(101S)과 자성환(102N)의 회전축 방향의 간격, 및 자성판(101N)과 자성환(102S)의 회전축 방향의 간격은, 모두 자성판(101N, 101S)과 전기자(2) 사이의 거리의 2배보다 크다. 바꿔 말하면, 도 1 및 도 2에서 강조하여 그려져 있었던, 자성판(101N, 101S)과 전기자(2) 사이의 거리는, 실제로는 자성판(101S)과 자성환(102N)의 회전축 방향의 간격, 및 자성판(101N)과 자성환(102S)의 회전축 방향의 간격의 반분에 미치지 않게 된다.

회전자(1)를 이상과 같이 구성함으로써, 계자 자속의 발생원을 간단한 구성으로 얻으면서, 회전자(1)의 자극수를 많이 하는 것이 용이해진다. 보다 구체적으로는 회전자(1)의 자극수를 많게 하기 위해서는 자성판(101N, 101S)을 많게 하면 되지만, 그러한 변형을 위해 자성환(102N, 102S)의 개수를 증대시킬 필요는 없다.

또 회전자(1)가 회전해도, 자극면(10N, 10S)이나 자성환(102N, 102S)에서의 자속의 변화는 작다. 따라서 회전 전기의 철손을 현저하게 증가시키는 일도 없다.

영구자석(10A)을 채용함으로써, 계자 자속의 발생원을 간단한 구성, 여기에서는 링형상의 영구자석(10AN, 10AS)으로 실현할 수 있다. 회전자(1)의 자극수를 많게 하기 위해 자성판(101N, 101S)을 많게 해도, 영구자석(10AN, 10AS)의 각각은, 둘레방향의 위치에 상관없이 동일 극성으로 회전축 방향으로 착자하면 된다. 따라서 착자가 용이하다. 또 같은 영구자석에 있어서 인접하는 이극성의 자극 사이에서 누설 자속이 발생하는 일도 없으면, 자극끼리의 경계 근방에서 착자가 불완전해지는 일도 없다.

또 영구자석(10AN, 10AS)의 자극면(10N, 10S)을 크게 설계하여 계자 자속을 많게 하기 쉽다. 단, 계자 자속의 밸런스의 관점에서, 자극면(10N, 10S)의 면적을 같게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들면, 자극면(10N, 10S)이 모두 원환(圓環)인 것으로 하고, 직경방향의 폭을, 외주에 위치하는 측을, 내주에 위치하는 측보다 작게 한다.

또한, 자극면(10N, 10S)끼리의 간격은, 회전자(1)와 전기자(2) 사이의 에어 갭과 회전자(1)와 고정자(3) 사이의 에어 갭의 합의 2배보다 큰 것이 바람직하다. 자극면(10N, 10S)의 사이에서 계자 자속은 이들의 에어 갭을 한번 왕복하므로, 회전자(1)의 내부에서 자극면(10N, 10S)끼리의 사이에서 계자 자속이 단락적으로 흐르지 않기 때문이다.

상술한 바와 같이 고정자(3)에 있어서 교번 자속은 흐르지 않으므로, 철손은 증대하지 않는다. 또 영구자석(10A)과 전기자(2)의 사이에는 회전자 코어(110)가 개재된다. 따라서 계자 자속의 발생원에 영구자석(10A)을 채용해도, 이것은 전기자(2)가 발생하는 자계에 의한 영향을 받기 어렵다. 요컨대 상기의 구성은 구조상, 감자에 강하다는 이점이 있다.

이러한 구조상의 이점에 의해, 영구자석(10A)의 재료를 선정하는 자유도가 확대된다. 보자력이 높은 재료로 선정하는 요구가 없기 때문이다. 따라서, 이러한 요구를 고려하지 않고 잔류 자속 밀도가 높은 재료를 영구자석(10A)의 재료로서 선정할 수 있다. 혹은 염가의 페라이트 자석이나, 자유롭게 형상을 설계할 수 있는 본드 자석을 채용해도 된다.

그런데, 도 5를 참조하여, 자성환(102N)은 자성판(101N)과 연결되는 부위가 회전축 방향으로 연장된다. 따라서 자성환(102N)은, 자성판(101N)이 설치된 위치에서 두껍고, 자성판(101S)이 설치된 위치에서 얇아지며, 그 결과 단차(109N)가 생긴다. 자성환(102S)에 있어서도 동일하게 단차(109S)가 생긴다. 계자 자속의 흐름을 원활하게 하기 위해서는, 단차(109N, 109S)를 완화하는 것이 바람직하다. 또, 자성환(102N, 102S)은 포화하기 쉬우므로, 회전자의 다른 부분에 비해 직경방향으로 길게 하여, 포화를 완화해도 된다.

또, 자성판(101N)과 같이 내주측이 자성환(102S)의 전기자(2)측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장하거나, 자성판(101S)과 같이 외주측이 자성환(102N)의 전기자(2)측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장하는 것은 필수의 조건은 아니다. 자성환(102N, 102S)의 두께는 거의 동일한 채로, 둘레방향의 선택적인 위치에서 돌기한 부분을 자성판으로서 기능시켜도 된다.

도 8은 도 1에 대응한 사시도이며, 자성판(101N, 101S)이 각각 자성판(100N, 100S)으로 치환된 구성이 나타나 있다. 자성판(100N, 100S)은, 각각 직경방향에 있어서는 각각 자성환(102N, 102S)과 동일한 위치를 차지하면서, 전기자(2)측으로 돌출되어 대향하고 있다. 또 자성판(100N)과 자성판(100S)은 둘레방향의 위치를 교대로 하여 환상으로 배치된다.

도 9는 도 5에 대응하며, 회전자(1)의 구성을 도시한 사시도이다. 도 10 및 도 11은, 각각 도 9의 위치 X-X 및 위치 XI-XI에 있어서의 회전자(1)의 단면을 도시한 단면도이다. 도 10 및 도 11 모두, 회전축(Q)를 포함하고 이것에 평행한 단면을 도시하고 있다.

이하의 각 실시 형태 및 변형에서는, 특별히 언급이 없는 한, 자성판(101N, 101S)을 이용한 경우를 예로 들어 설명한다. 단, 각 실시 형태 및 변형의 구성이 갖는 기능을 저해하지 않는 한, 자성판(101N, 101S)을 자성판(100N, 100S)으로 치환해도 된다.

도 12는 회전자 코어(110)의 다른 형상을 도시한 사시도이다. 도 12에 나타내어진 형상에서는 상기의 단차가 테이퍼(102t)의 형상을 나타내고 있고, 도 5에서 나타내어진 바와 같은 계단형상과 비교하여 계자 자속의 원활한 흐름을 기대할 수 있다. 또, 자성판(101N, 101S)의 경계는, 회전 중심을 통과하는 직경방향의 선에 대해 경사져 있으므로, 이른바 스큐 효과를 갖고, 코깅 토크의 저감 등에 기한다.

회전자 코어(110)에 있어서 계자 자속은, 회전축 방향뿐만 아니라 직경방향이나 둘레방향으로도 성분을 갖는다. 또 회전자 코어(110)에 있어서의 철손은, 히스테리시스손이 적고 와전류손이 대부분이다. 따라서 회전자 코어(110)는 압분자심으로 구성하는 것이 바람직하다.

제2 실시 형태

본 실시 형태에서는, 회전자 코어(110)의 바람직한 변형을 소개한다. 자성판(101N, 101S)끼리는 자기적으로 분리되면서도, 양자가 구조적으로 연결되는 것이 바람직하다. 혹은 자성환(102N, 102S)끼리를 자기적으로 분리하면서도, 구조적으로 연결하는 것이 바람직하다.

도 13은 회전자 코어(110)의 제1 변형을 도시한 사시도이며, 도 5에 나타내어진 회전자 코어(110)에 대해, 브리지(B)를 추가하여 설치한 구성을 나타내고 있다. 브리지(B)는 자성환(102N, 102S)을 자성판(101N, 101S)과 반대측(따라서 영구자석(10A)측 : 도 2 참조)에서 연결한다. 이러한 구성은 브리지(B)를, 자성환(102N, 102S) 및 자성판(101N, 101S)과 함께 압분자심으로 형성하면 용이하게 얻어진다.

단, 브리지(B)가, 실질적으로는 자성환(102N, 102S)을 자기적으로 단락하지 않도록, 용이하게 자기 포화할 정도로 얇게 형성한다. 자기 포화한 브리지(B)는 실질적으로는 자기 장벽으로서 기능하기 때문이다.

도 14 및 도 15는 회전자 코어(110)의 제2 변형을 도시한 사시도이며, 자성판(101N, 101S)과 자성환(102N, 102S)을 유지하는 홀더(5)의 구성을 나타낸다. 도 14는 자성판(101N, 101S)이 유지되는 측으로부터 회전축(Q)에 대해 경사져 본 사시도이다. 도 15는 자성환(102N, 102S)이 유지되는 측으로부터 회전축(Q)에 대해 경사져 본 사시도이다. 홀더(5)는 비자성체이다.

홀더(5)는 외륜(501), 중륜(504), 내륜(500)을 갖고 있고, 중륜(504)은 직경방향에 있어서 외륜(501)과 내륜(500)의 사이에 끼워져 있다. 내륜(500)에는 도시되지 않은 회전 샤프트가 관통 삽입된다.

외륜(501)은 내주측에 내주면(501a, 501b, 501c)을 나타내고, 자성환(102N, 102S)이 유지되는 측에 바닥면(501d)을 나타내고 있다. 중륜(504)은 외주측에 외주면(504a, 504e)을 나타내고, 내주측에 내주면(504b, 504c)을 나타내며, 바닥면(504d)을 나타내고 있다. 내륜(500)은 외주측에 외주면(500a, 500b, 500c)을 나타내고, 바닥면(500d)을 나타내고 있다. 바닥면(500d, 501d, 504d)의 회전축 방향에 있어서의 위치는 같다.

외륜(501)과 중륜(504)의 사이에는 판(502)이 둘레방향으로 간헐적으로 설치된다. 내륜(500)과 중륜(504)의 사이에는 판(503)이 둘레방향으로 간헐적으로 설치된다. 판(502, 503)은 둘레방향으로 교대로 배치되어 있다. 회전축 방향에 있어서 판(502, 503)이 차지하는 위치는 같다. 판(502)은 바닥면(504d)측에 바닥면(502c)을 나타내고, 바닥면(502c)과 반대측에 정상면(502a)을 나타내고 있다. 판(503)은 바닥면(504d)측에 바닥면(503c)을 나타내고, 바닥면(503c)과 반대측에 정상면(503a)을 나타내고 있다.

내주면(501b)은 둘레방향에 있어서 판(502)이 설치되지 않는 위치에 나타난다. 내주면(501c)은 둘레방향에 있어서 판(502)이 설치되는 위치로서, 회전축 방향에 있어서의 바닥면(501d)측에 나타난다. 내주면(501a)은 둘레방향에 있어서 판(502)이 설치되는 위치로서, 회전축 방향에 있어서 바닥면(501d)과 반대측에 나타난다.

외주면(504a)은 둘레방향에 있어서 판(502)이 설치되지 않는 위치에 나타난다. 외주면(504e)은 둘레방향에 있어서 판(502)이 설치되는 위치로서, 회전축 방향에 있어서의 바닥면(504d)측에 나타난다.

내주면(504b)은 둘레방향에 있어서 판(503)이 설치되지 않는 위치에 나타난다. 내주면(504c)은 둘레방향에 있어서 판(503)이 설치되는 위치로서, 회전축 방향에 있어서의 바닥면(504d)측에 나타난다.

외주면(500b)은 둘레방향에 있어서 판(503)이 설치되지 않는 위치에 나타난다. 외주면(500c)은 둘레방향에 있어서 판(503)이 설치되는 위치로서, 회전축 방향에 있어서의 바닥면(500d)측에 나타난다.

회전축 방향에 있어서 판(502, 503)에 대해 바닥면(501d)과는 반대측에는 리브(505)가 설치된다. 리브(505)의 둘레방향의 단부는 판(502, 503)의 둘레방향의 단부와, 회전축 방향에 있어서 겹쳐져 있다. 판(502)의 둘레방향의 단부와 리브(505)는 단차(502d)를 형성하고, 판(503)의 둘레방향의 단부와 리브(505)는 단차(503d)를 형성한다.

판(502)은 자성판(101S)과 자성환(102N)의 사이에 끼워지고, 판(503)은 자성판(101N)과 자성환(102S)의 사이에 끼워진다. 보다 구체적으로는, 정상면(502a)이 자성판(101S)의 자성환(102N)측의 면과 접촉하고, 바닥면(502c)이 자성환(102N)의 자성판(101S)측의 면과 접촉하며, 정상면(503a)이 자성판(101N)의 자성환(102S)측의 면과 접촉하고, 바닥면(503c)이 자성환(102S)의 자성판(101N)측의 면과 접촉한다. 자성환(102N)의 단차(109N)는 단차(502d)와 끼워 맞춰지고, 자성환(102S)의 단차(109S)는 단차(503d)와 끼워 맞춰진다.

이러한 홀더(5)로 회전자 코어(110)를 유지하기 위해서는, 구체적으로는 하기의 수법을 채용하는 것이 바람직하다. 즉, 홀더(5)를 이용해 자성분말을 프레스하여, 압분자심으로 회전자 코어(110)를 형성한다.

도 16은 상기의 프레스 모양을 예시하는 사시도이다. 금형(51, 52, 53) 및 홀더(5)를 이용하여 자성분말(19)을 프레스한다.

금형(52)은 바닥이 있는 환상으로서 홀더(5)의 외주측에 설치된다. 금형(53)은 원기둥형상으로서 홀더(5)의 내주측에 설치된다. 금형(51)은 환상이며, 금형(53)과 적절한 클리어런스로써 그 내주측에서 접촉한다. 금형(52, 53)의 두께가 홀더(5)의 두께보다 두껍게 형성되고, 홀더(5)와 함께 오목부를 형성한다. 당해 오목부에 금형(51)을 밀어 넣음으로써, 자성분말(19)을 프레스한다.

도 17은 홀더(5)에 유지된 상태의 회전자 코어(110)를 도시한 사시도이다. 당해 상태에 있어서, 자성판(101N, 101S)이, 리브(505), 외륜(501), 및 내륜(500)에 끼워져 노출되어 있다.

상술한 바와 같은 프레스에 의해, 도 5에 나타내어진 구성의 회전자 코어(110)를 얻을 수 있고, 또한 회전자 코어(110)에 홀더(5)를 통해 회전 샤프트를 유지시킬 수 있다.

도 18 및 도 19는 회전자 코어(110)의 제3 변형을 도시한 사시도이며, 비자성의 홀더(5)나 회전자 코어(110)의 다른 구성을 나타낸다. 도 18은 자성판(101N, 101S)이 유지되는 측으로부터 회전축(Q)에 대해 경사져 본 사시도이다. 도 19는 자성환(102N, 102S)이 유지되는 측으로부터 회전축(Q)에 대해 경사져 본 사시도이다. 이들 사시도에서는, 자성판(101N, 101S)과, 비자성의 홀더(5)와, 자성환(102N, 102S)이 회전축 방향을 따라 분해된 상태가 나타나 있지만, 실제로는 후술의 관통 삽입이 실현되어 서로 접촉한다.

자성환(102N)은 자성판(101N)과 연결되는 돌기(108N)를 갖고 있다. 자성환(102S)은 자성판(101S)과 연결되는 돌기(108S)를 갖고 있다. 돌기(108N, 108S)는 회전축 방향으로 돌출되어 있다.

또한, 돌기(108N, 108S)는 도 8 내지 도 11을 이용하여 설명한 자성판(100N, 100S)과 동일 형상을 채용할 수 있다.

도 18 및 도 19에서는, 자성판(101N, 101S)은 모두, 2개의 직사각형이 직경방향으로 연결된 형상을 나타내고 있지만, 사다리꼴형이나 부채꼴형, 활형상이어도 된다.

홀더(5)는 도 14에 나타내어진 구성으로 리브(505)를 제거하고, 회전축 방향에 있어서의 리브(505)의 높이만큼 내륜(500) 및 외륜(501)의 높이를 짧게 한 구성을 나타내고 있다. 이에 의해 정상면(502a, 503a)과, 내륜(500), 중륜(504) 및 외륜(501)의 정상면은, 회전축 방향에 있어서의 위치가 일치한다.

둘레방향에 있어서 인접하는 한 쌍의 판(502)의 사이로서 외륜(501)과 중륜(504)의 사이에는 구멍(508)이 개구한다. 둘레방향에 있어서 인접하는 한 쌍의 판(503)의 사이로서 내륜(500)과 중륜(504)의 사이에는 구멍(509)이 개구한다. 돌기(108N, 108S)는 각각 구멍(508, 509)을 관통 삽입하여, 자성판(101N, 101S)과 연결된다. 따라서 판(502, 503)의 두께는 돌기(108S, 108N)의 높이 이하인 것이 바람직하다.

당해 연결에는 바람직하게는 자성을 갖는 접착제를 이용해도 되고, 용접해도 된다. 혹은 상술한 바와 같이 금형을 이용하여, 비자성 홀더(5)마다 자성분말을 압축해도 된다.

도 20은 회전자 코어(110)의 제4 변형을 도시한 사시도이다. 제4 변형은 제3 변형에 대해 자성판(101N, 101S)을 모두 활형상으로 변형하고 있다. 그리고 자성판(101N, 101S)의 외주측 및 내주측은 둘레방향에 있어서 서로 박육부(薄肉部)(101B)로 연결되어 있다. 도 20에서는, 자성판(101N, 101S)과, 비자성의 홀더(5)와, 자성환(102N, 102S)이 회전축 방향을 따라 분해된 상태가 나타나 있지만, 실제로는 제3 변형과 동일한 관통 삽입이 실현되어 서로 접촉한다.

박육부(101B)를 자성판(101N, 101S)과 함께 일체화하여 형성함으로써, 이들의 위치 결정을 용이하게 할 수 있다. 예를 들면 박육부(101B)와 자성판(101N, 101S)은, 전자 강판을 적층하여 구성할 수 있다. 박육부(101B)는 자기 포화하기 쉬우므로, 실질적으로는 자기 장벽으로서 기능하고, 자성판(101N, 101S)끼리가 둘레방향으로 자기적으로 단락하는 것을 회피할 수 있다.

도 21은 회전자 코어(110)의 제5 변형을 도시한 사시도이다. 제5 변형은 제3 변형에 대해 돌기(108N, 108S)를 오목부(107N, 107S)로 각각 치환한 구성을 갖고 있다. 오목부(107N, 107S)는 자성판(101N, 101S)측으로 개구하고 있고, 회전축 방향에 있어서 관통하고 있어도 된다. 도 21에서는, 자성판(101N, 101S)과, 비자성의 홀더(5)와, 자성환(102N, 102S)이 회전축 방향을 따라 분해된 상태가 나타나 있지만, 실제로는 후술의 관통 삽입이 실현되어 서로 접촉한다.

자성판(101N)에는 돌기(106N)가 자성환(102N)측에 설치되어 있다. 자성판(101S)에는 돌기(106S)가 자성환(102S)측에 설치되어 있다. 돌기(106N, 106S)는 각각 구멍(508, 509)을 관통 삽입하여, 오목부(107N, 107S)에 끼워 맞춰진다. 이에 의해, 자성판(101N, 101S)은 자성환(102N, 102S)과 연결된다. 따라서 판(502, 503)의 두께는 돌기(106N, 106S)의 높이로부터 오목부(107N, 107S)의 깊이를 제한 두께 이하인 것이 바람직하다. 또한 구멍(508, 509)은, 돌기(106N, 106S)를 관통 삽입시키므로, 제3 변형과는 형상이 다르다.

도 22는 제5 변형에 있어서 상기의 관통 삽입이 실현된 상태를 도시한 사시도이다. 또 도 23은 제5 변형에 있어서 상기의 관통 삽입이 실현된 상태로 홀더(5)를 제거하여 그린 사시도이다.

제5 변형에서는 돌기(106N, 106S)를 각각 오목부(107N, 107S)에 끼워 맞춤으로써, 자성판(101N, 101S)을 자성환(102N, 102S)에 고정할 수 있고, 회전자 코어(110)를 형성하기 쉬워진다. 단, 상술한 형상을 얻기 위해서는, 자성판(101N, 101S) 및 자성환(102N, 102S)은 압분자심으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 24는 회전자 코어(110)의 제6 변형을 도시한 사시도이다. 제6 변형은 제5 변형으로부터 오목부(107N, 107S)를 생략하고 있다. 이 경우, 자성환(102N, 102S)으로서는 감김 코어를 채용할 수 있다. 자성환(102N, 102S)은, 둘레방향으로 확대되는 자성판(101N, 101S)에 대해, 고정자(3)로부터의 계자 자속을 회전축 방향을 따라 흐르게 하는 기능을 하기 때문이다.

돌기(106N)가 설치된 자성판(101N), 돌기(106S)가 설치된 자성판(101S)은, 각각 둘레방향으로 적층한 전자 강판을 채용할 수 있다. 자성환(102N, 102S)을 형성하는 감김 코어는, 그 감김 풀림 방지를 위해, 용접하는 것이 바람직하다. 단, 그 용접의 위치는, 돌기(106N, 106S)와 접촉하는 위치를 피하는 것이 바람직하다.

동일하게, 돌기(106N)가 설치된 자성판(101N), 돌기(106S)가 설치된 자성판(101S)을 형성하는 전자 강판은, 적층이 떨어지기 어려워지도록 용접을 실시하는 것이 바람직하다. 단, 그 용접의 위치는, 자성환(102N, 102S)과 접촉하는 위치나, 전기자(2)측을 피하는 것이 바람직하다. 예를 들면 외주측이나 내주측에서 용접하는 것이 바람직하다.

돌기(106N, 106S)는, 접착 혹은 용접으로 자성환(102N, 102S)에 고정하는 것이 바람직하다.

도 25는 회전자 코어(110)의 제7 변형을 도시한 사시도이다. 제7 변형은 제5 변형에 대해 자성체(101Q)를 추가한 구성을 갖고 있다. 자성체(101Q)는 둘레방향에 있어서 자성판(101N, 101S)과 교대로, 또한 자기적으로 분리되어 배치된다. 여기에서는, 돌기(106N)가 설치된 자성판(101N), 돌기(106S)가 설치된 자성판(101S)은, 각각 둘레방향으로 적층한 전자 강판을 채용한 경우를 상정하고 있다. 따라서 이들을 회전축 방향에서 본 형상은 직사각형으로 되어 있다. 이러한 형상이 채용됨으로써, 자성판(101N, 101S)의 사이에는 외주측으로 개방되는 삼각형의 뚫린 공간이 생긴다. 이 뚫린 공간에, 자성체(101Q)가 설치되어 있다.

요컨대, 자성체(101Q)는 전기자(2)에 대향하여 둘레방향의 위치를 자성판(101N, 101S)과 교대로 하여 환상으로 배치된다. 자성체(101Q)는 자성판(101N, 101S)과 자기적으로 분리된다.

자성체(101Q)끼리는 그 외주측에 설치된 자성환(101Qa)에 의해, 서로 둘레방향으로 연결된다. 홀더(5)에는, 자성체(101Q) 및 자성환(101Qa)을 위치 결정하기 위해, 이들을 끼워 맞추는 오목부(510)가 설치되어 있다.

도 25에서는, 자성판(101N, 101S) 및 자성체(101Q)과, 비자성의 홀더(5)와, 자성환(102N, 102S)이 회전축 방향을 따라 분해된 상태가 나타나 있지만, 실제로는 상술한 관통 삽입이 실현되어 서로 접촉한다. 도 26은 당해 관통 삽입이 실현된 상태를 도시한 사시도이며, 부분적으로 단면을 나타내고 있다. 돌기(106N, 106S)가 각각 오목부(107N, 107S)에 끼워 맞춰지고, 자성체(101Q) 및 자성환(101Qa)이 오목부(510)에 끼워 맞춰져 있다.

자성체(101Q) 및 자성환(101Qa)은 이른바 q축 방향의 인덕턴스를 증대시키는 기능을 수행한다. 이것은 d축 인덕턴스와 q축 인덕턴스의 차를 크게 하여, 릴럭턴스 토크를 얻기 쉽다는 관점에서 바람직하다.

도 27은 회전자 코어(110)의 제8 변형을 도시한 사시도이다. 제8 변형은 도 5에 나타내어진 회전자 코어(110)의 구성으로부터, 단차(109N, 109S)를 제거하고, 자성체(101Q)를 추가한 구성을 갖고 있다. 자성체(101Q)는 둘레방향에 있어서 자성판(101N, 101S)과 교대로, 또한 자기적으로 분리되어 배치된다. 자성판(101N, 101S)이 활형상이므로, 자성체(101Q)끼리는 그 내주측에 설치된 자성환(101Qb)에 의해 서로 둘레방향으로 연결된다. 이와 같이 내주측에서 자성체(101Q)끼리를 연결하는 것은 자로가 짧은 점에서 유리하다.

자성환(101Qb)에는 계자 자속은 흐르지 않는다. 따라서, 자성환(101Qb)의 내주측에서 자성체의 회전 샤프트(도시 생략)를 유지해도, 계자 자속이 회전자 코어(110) 내부에 있어서 당해 회전 샤프트를 통해 단락적으로 흐르는 일은 없다.

도 28은 회전자 코어(110)의 제9 변형의 구성을 부분적으로 잘라내어 도시한 사시도이다. 도 29는 당해 구성의 자성체(101Q) 근방을 회전축 방향에서 본 평면도이다. 도 30 내지 도 33은, 각각 도 29의 위치 XXX-XXX, XXXI-XXXI, XXXⅡ-XXXⅡ, XXXⅢ-XXXⅢ에 있어서의 둘레방향의 단면을 도시한 단면도이다. 당해 변형에서는 자성체(101Q)끼리가, 자성환(101Qc)에 의해 자성환(102N, 102S)의 사이에서 둘레방향으로 연결된다.

또한, 자성체(101Q)끼리를 서로 자기적으로 연결하는 기능을, 고정자(3)에 담당시켜도 된다. 도 34는 이러한 기능을 담당하는 고정자(3)의 구성을 예시하는 사시도이다. 당해 고정자(3)는 자극면(10N, 10S)의 사이에서 둘레방향으로 연장되는 돌기(30Q)를 더 구비하고 있다. 당해 돌기(30Q)는, 회전자 코어(110)가 갖는 자성체(101Q)를 서로 둘레방향으로 자기적으로 연결한다.

이와 같이 하여 돌기(30Q)를 채용함으로써, 자성체(101Q)를 서로 자기적으로 연결하는 구성을 회전자(1)에 설치할 필요가 없다. 따라서 자성체(101Q)를 서로 자기적으로 연결하는 구성과 전기자의 사이에서 작용하는 흡인력을 저감할 수 있다.

이러한 고정자(3)를 채용하는 경우, 자성체(101Q)와 돌기(30Q) 사이의 자기 저항을 작게 하기 위해, 자성체(101Q)는 고정자(3)측으로 돌출되는 돌기를 갖는 것이 바람직하다. 도 35는 돌기(101Qd)를 갖는 회전자 코어(110)를, 자성체(101Q) 근방에서 회전축 방향으로부터 본 평면도이다. 도 36은 도 35의 위치 XXXⅥ-XXXⅥ에 있어서의 둘레방향의 단면을 도시한 단면도이다. 돌기(30Q, 101Qd)는, 자성체(101Q)와 고정자(3) 사이의 자기 저항을 실질적으로 저하시킨다.

또한, 도 13에 나타내어진 브리지(B)를 이용하여 자성환(101Qb)을 자성환(102S)과 연결하면, 실질적으로 양자를 자기적으로 분리하면서 연결할 수 있다. 혹은 자성체(101Q)와 자성판(101N, 101S)을 얇은 자성체로 둘레방향으로 연결해도 된다. 혹은 자성환(101Qb)과 자성판(101N, 101S)을 얇은 자성체로 직경방향으로 연결해도 된다. 또, 자성체(101Q)와 자성판(101N, 101S), 자성환(102N, 102S, 101Qb), 영구자석(10A)을, 가고정한 상태로 일체 몰드해도 된다.

제3 실시 형태

도 37은 이 발명의 제3 실시 형태에 따른 회전 전기의 구성을 도시한 사시도이다. 도 37은, 제1 실시 형태에서 이용한 도 1과 동일하게, 회전축(Q)에 대해 경사져 고정자(3)측에서 본 사시도이다. 도 37에서도 도 1과 동일하게, 회전자(1), 전기자(2), 고정자(3)의 상호간의 에어 갭을 강조하여 그리고 있다.

본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에서 나타내어진 구성의 회전자(1)에 있어서, 영구자석(10AS)을 코어(10Y)로 치환한 구성이 나타내어진다. 코어(10Y)는 고정자(3)를 통해 영구자석(10AN)에 의해 자극이 유도된다.

제1 실시 형태에서 설명된 구성의 회전자(1)에서는, 영구자석(10A)이, 자극면(10N, 10S)의 양쪽을 나타내고 있었다(도 2 참조). 이에 반해 본 실시 형태에서는, 자극면(10N)이 영구자석(10AN)에 의해 나타내어지고, 자극면(10S)은 코어(10Y)의 회전자 코어(110)측의 면으로서 나타내어지게 된다. 코어(10Y)는 전기자(2)와 반대측에서 자성환(102S)에 설치된다.

혹은 반대로, 제1 실시 형태에서 나타내어진 구성의 회전자(1)에 있어서, 영구자석(10AN)을 코어로 치환해도 된다.

상기의 구성을 채용함으로서, 회전자(1)에 이용하는 영구자석의 개수를 저감할 수 있다. 또, 모터로서 장착한 후에 공심(空芯) 코일로 착자가 가능하므로, 제조 공정을 용이하게 할 수 있다.

제4 실시 형태

도 38은 본 실시 형태에 따른 회전 전기 중, 회전자(1)의 구조를 도시한 사시도이다. 당해 구조를 보기 쉽게 하기 위해, 도 38에서는 영구자석(10A)과 회전자 코어(110)를 회전축(Q)을 따라 분리하여 나타내고 있다. 단, 실제로는 양자는 회전자(1)를 구성할 때에는 충분히 자속이 유입출할 정도로, 예를 들면 밀착하여 배치된다.

당해 구조에서는 영구자석(10A)으로서, 자극면(10N, 10S)을 나타내는 영구자석(10AN, 10AS)으로 분리하여 설치하는(도 2 참조) 대신에, 회전자(1) 코어(110)측에 자극면(10N, 10S) 모두를 나타내는 영구자석(10A)을 설치하고 있다. 자극면(10N)과 자극면(10S)의 경계는 점선으로 나타내었다.

영구자석(10A)은, 1장의 원반형상의 자석의 내측과 외측을 다른 자극이 되도록 착자되어도 된다. 이러한 형태는, 예를 들면 페라이트 자석이나, 본드 자석으로 영구자석(10A)을 형성하는 경우에, 용이하게 실현된다.

영구자석(10A)은, 그 제조의 편의상, 복수로 분할해도 된다. 분할수는 특별히 제한되지 않는다. 분할된 영구자석(10A)의 각각은 부채꼴형이나 사다리꼴형이 된다. 특히, 고성능의 희토류 소결 자석에서는, 사다리꼴형상 쪽이 형성이 용이해지는 경우가 있다. 도 38에서는 영구자석(10A)이 사다리꼴형상으로 6개로 분할된 경우가 예시되어 있다.

회전자 코어(110) 중에서도 자성환(102N, 102S)에 와전류를 발생시키지 않기 위해서는, 분할된 영구자석(10A)의 각각이 인접하는 위치에서 생기는 공극은 작은 것이 바람직하다.

도 39는 본 실시 형태의 변형에 따른 회전자(1)의 구조를 도시한 사시도이다. 당해 변형은, 도 38에 나타내어진 구조에 대해 보조 코어(33N, 33S)를 추가한 구성을 갖고 있다. 보조 코어(33N, 33S)는 모두 영구자석(10A)의 회전자 코어(110)와는 반대측(즉 영구자석(10A)의 고정자(3)측)의 면에 배치된다. 보조 코어(33N)의 외주는 영구자석(10A)의 외주보다 회전축(Q)으로부터 멀고, 보조 코어(33S)의 내주는 영구자석(10A)의 내주보다 회전축(Q)에 가깝다. 보조 코어(33N, 33S)의 경계는, 자극면(10N)과 자극면(10S)의 경계에 대향한다.

따라서, 영구자석(10A)의 외형에 상관없이, 예를 들면 그 외형이 고정자(3)로부터 직경방향으로 비어져 나와도, 고정자(3)에는 회전자(1)의 회전 및 계자 자속에 기인하는 와전류가 발생하기 어렵다.

제5 실시 형태

도 40 및 도 41은, 이 발명의 제5 실시 형태에 따른 모터의 회전자(1)의 구성을 도시한 사시도이다. 도 40은 회전축(Q)에 대해 경사져 전기자(2)측에서 본 사시도이다. 도 41은 회전축(Q)에 대해 경사져 고정자(3)측에서 본 사시도이다.

회전자(1)는, 복수의 영구자석(10DN, 10DS)과, 자성판(105N, 105S)과, 자성환(102N, 102S)을 갖고 있다. 단, 도 40 및 도 41에서는 회전자(1)의 구성을 보기 쉽게 하기 위해, 영구자석(10DN, 10DS)과, 자성판(105N, 105S)과, 자성환(102N, 102S) 및 자성판(101N, 101S)을 회전축 방향을 따라 분리하여 나타내고 있다. 도 42는 회전자(1)를 부분적으로 도시한 단면 사시도이고, 자성판(105N, 105S)과, 영구자석(10DN, 10DS)과, 자성판(101N, 101S)과, 자성환(102N, 102S)이 회전축 방향을 따라 겹쳐 쌓아진 구조를 나타내고 있다.

영구자석(10DN, 10DS)은, 회전축(Q)의 주위에서 둘레방향으로 교대로 배치된다. 전기자(2)(도 1, 2 참조)에 대향하여, 자성판(105N, 105S)은 회전축(Q)의 주위에서 둘레방향으로 교대로 배치된다. 자성판(105N, 105S)은 서로 자기적으로 분리되면서, 각각 영구자석(10DN, 10DS)과 자기적으로 연결된다. 구체적으로는 영구자석(10DN, 10DS)의 전기자(2)측에 고정된다.

본 실시 형태에서는 자성판(101N)은 자성환(102N)과 함께, 자성판(105N)과 반대측에서 영구자석(10DN)의 복수끼리를 연결하고, 자성판(101S)은 자성환(102S)과 함께, 자성판(105S)과 반대측에서 영구자석(10DS)의 복수끼리를 연결한다.

이러한 구성을 채용함으로써, 영구자석(10DN, DS)과 전기자(2)의 사이에는 자성판(105N, 105S)이 개재된다. 따라서 계자 자속의 발생원에 영구자석(10DN, 10DS)을 채용해도, 이들은 전기자(2)가 발생하는 자계에 의한 영향을 받기 어렵다. 요컨대 상기의 구성은 구조상, 감자에 강하다는 이점이 있다.

본 실시 형태에 있어서도 자성판(101N, 101S)을 대신하여, 자성판(100N, 100S)을 채용할 수 있다. 도 43은 이러한 치환을 행한 경우의 회전자(1)를 부분적으로 도시한 단면 사시도이며, 도 42에 대응하고 있다. 이 구성에서는, 자성판(100N, 100S)의 크기에 호응하여, 자성판(105N, 105S)이나 영구자석(10DN, 10DS)의 면적도 작아진다.

제6 실시 형태

제6 내지 제8 형태에서는, 회전자(1)와 고정자(3) 사이의 스러스트력을 저감하는 구성을 소개한다. 제6 실시 형태에서 소개하는 구성을 일반적으로 말하면, 고정자(3)와 회전자(1) 사이의 자기 저항이 높아진다.

도 44 내지 도 46은 모두 회전자(1) 및 고정자(3)를 부분적으로 도시한 단면도이며, 회전축 방향 및 직경방향에 평행한 단면을 나타낸다. 이들 도면에 있어서, 회전축 방향은 화살표 A에 평행하며 세로방향으로 취해지고, 직경방향은 가로방향으로 취해지고 있다.

도 44에 나타내어진 구성은, 제1 실시 형태에서 나타내어진 구성을 채용한 경우의 변형으로서 파악할 수 있다. 구체적으로는 영구자석(10AN, 10AS)을 채용하고, 이들 고정자(3)측에 각각 코어(N107, S107)를 채용한 경우를 예시하고 있다. 코어(N107, S107)는, 각각 영구자석(10AN, 10AS)으로부터 멀어짐에 따라, 회전축 방향에 대한 단면적이 작아지는 테이퍼를 갖고 있다. 따라서 회전자(1)와 고정자(3) 사이의 에어 갭의 크기가 같으면, 코어(N107, S107)를 설치함으로써, 고정자(3)와 회전자(1) 사이의 자기 저항이 높아진다.

도 45에 나타내어진 구성은, 제5 실시 형태에서 나타내어진 구성을 채용한 경우의 변형으로서 파악할 수 있다. 자성환(102N, 102S)은 각각 영구자석(10DN, 10DS)(도 40 내지 도 42 참조)으로부터 멀어짐에 따라, 회전축 방향에 대한 단면적이 작아지는 테이퍼를 갖고 있다. 따라서 회전자(1)와 고정자(3) 사이의 에어 갭의 크기가 같으면, 고정자(3)와 회전자(1) 사이의 자기 저항이 높아진다.

도 46에 나타내어진 구성에서는, 고정자(3)의 회전자(1)측의 면 중, 자성환(102N, 102S)에 대향하는 부분의 일부를 남겨두고, 그 나머지가 회전자(1)와는 반대측으로 물러나 있다. 이와 같이 해도 고정자(3)와 회전자(1) 사이의 자기 저항이 높아진다.

제7 실시 형태

본 실시 형태에서는, 고정자(3)와 회전자(1)의 사이를 흐르는 자속의 양을 저감다. 도 47은 회전자(1) 및 고정자(3)를 부분적으로 도시한 단면도이며, 회전축 방향 및 직경방향에 평행한 단면을 나타낸다. 회전축 방향은 화살표 A에 평행하며 세로방향으로 취해지고, 직경방향은 가로방향으로 취해지고 있다. 도 48은 당해 고정자(3)와 회전자(1)를 채용한 모터의 구성을 도시한 사시도이다. 제1 실시 형태에서 이용한 도 1과 동일하게, 회전축(Q)에 대해 경사져 고정자(3)측에서 본 사시도이다. 도 48에서도 도 1과 동일하게, 회전자(1), 전기자(2), 고정자(3)의 상호간의 에어 갭을 강조하여 그리고 있다.

도 48에 나타내어진 구성은, 제1 실시 형태에서 나타내어진 구성에 있어서, 회전자(1)가 자성판(106)을 더 갖는 구성으로 되어 있다. 자성판(106)은, 자성환(102N, 102S)과 반대측에서 영구자석(10AN, 10AS)끼리를 자기적으로 연결한다.

이러한 구성을 채용함으로써, 고정자(3)와 회전자(1)의 사이를 흐르는 계자 자속을 저감할 수 있고, 양자의 사이에 작용하는 스러스트력을 약화시킬 수 있다.

도 49는 회전자(1) 및 고정자(3)를 부분적으로 도시한 단면도이며, 회전축 방향 및 직경방향에 평행한 단면을 나타낸다. 도 49에서는 자성판(106)에 대체하여, 자성판(N106, S106)이 설치되어 있다. 자성판(N106, S106)은 자성판(106)을 직경방향에 있어서 둘레방향을 따라 분할한 구성을 갖고 있다.

자성판(N106, S106)간의 직경방향의 간격(δ)을 좁게 할수록 양자 사이에 흐르는 계자 자속이 많아지고, 고정자(3)와 회전자(1)의 사이를 흐르는 계자 자속이 저감하며, 이로써 양자 사이에 작용하는 스러스트력이 약해진다.

도 50은, 제5 실시 형태에서 나타내어진 구성에 있어서 자성판(106)을 설치한 구성의 회전자(1) 및 고정자(3)를 부분적으로 도시한 단면도이다. 당해 구성에 있어서는 영구자석(10DN, 10DS)(도 41 내지 도 42 참조)과 반대측에서 자성환(102N, 102S)끼리를 자기적으로 연결한다. 당해 구성에 있어서 자성판(106)을 도 49에서 나타낸 자성판(N106, S106)으로 대체해도 된다.

제8 실시 형태

본 실시 형태에서는, 고정자(3)와 회전자(1)의 사이에 흐르는 계자 자속의 직경방향 성분이 높아지고, 따라서 그 회전축 방향 성분이 낮아진다.

계자 자속의 회전축 방향 성분이 낮아짐으로써, 스러스트력은 작아진다. 계자 자속의 직경방향 성분이 높아지지만, 극성이 다른 계자 자속이 직경방향에 평행하게 흐르므로, 직경방향에 있어서 회전자(1)와 고정자(3)에 작용하는 흡인력은 서로 역방향으로 2종 존재하고, 양자는 상쇄된다.

도 51 내지 도 56, 도 59 내지 도 63은 모두 회전자(1) 및 고정자(3)를 부분적으로 도시한 단면도이며, 회전축 방향 및 직경방향에 평행한 단면을 나타낸다. 이들 도면에 있어서, 회전축 방향은 화살표 A에 평행하며 세로방향으로 취해지고, 직경방향은 가로방향으로 취해지고 있다.

도 51은 제1 실시 형태에서 나타내어진 구성을 채용한 경우의 변형으로서 파악할 수 있다. 구체적으로는 영구자석(10AN, 10AS)을 채용하고, 이들 고정자(3)측에 각각 코어(N107, S107)를 채용한 경우를 예시하고 있다. 코어(N107, S107)는 그 고정자(3)측의 면이 서로 마주 보는 방향으로 경사져 있다. 그리고 고정자(3)는 회전자(1)측으로 돌기하고, 서로 등을 맞대는 방향으로 경사진 면(301N, 301S)을 나타내고 있다. 코어(N107, S107)는 각각 면(301N, 301S)과 거의 정면으로 마주한다.

고정자(3)와 영구자석(10AN)이 회전축 방향에 수직인 경우와 비교하면, 상기와 같이 경사진 면(301N)과 코어(N107)의 사이에 흐르는 계자 자속은, 그 회전축 방향 성분이 작아진다. 따라서 고정자(3)와 코어(N107)의 사이에 작용하는 흡인력은, 그 회전축에 평행한 성분이 작아진다. 동일하게 하여 고정자(3)와 코어(S107)의 사이에 작용하는 흡인력에 대해서도, 그 회전축에 평행한 성분이 작아진다. 따라서 회전자(1)와 고정자(3)의 사이에 작용하는 스러스트력은 작아진다.

또 면(301N)과 코어(N107)의 사이에 작용하는 흡인력의 직경방향 성분은, 면(301S)과 코어(S107)의 사이에 작용하는 흡인력의 직경방향 성분과 상쇄되므로, 회전자(1)와 고정자(3)의 사이에서 직경방향으로 작용하는 힘은 무시할 수 있다.

이상과 같이 하여, 직경방향으로의 불필요한 힘을 증대시키지 않고, 회전자(1)와 고정자(3)의 사이에 작용하는 스러스트력을 작게 할 수 있다.

도 52는 도 51에 나타내어진 구성에 있어서, 코어(N107, S107) 및 면(301N, 301S)의 경사방향을 모두 반대로 한 구성을 나타낸다. 즉, 면(301N, 301S)이 서로 마주 보는 방향으로 경사져 있고, 고정자(3)는 회전자(1)측에 대해 오목하게 패여 있다. 코어(N107, S107)의 고정자(3)측의 면은 서로 등을 맞대도록 경사져 있다. 따라서, 코어(N107, S107)는 각각 면(301N, 301S)과 거의 정면으로 마주하고, 도 51에 나타내어진 구성과 동일하게 하여 스러스트력이 저감된다.

또한, 영구자석(10AN, 10AS)의 형상의 가공이 곤란하지 않으면, 코어(N107, S107)를 생략할 수 있다. 도 53 및 도 54는 각각 도 51 및 도 52에 대응한 구성으로서, 코어(N107, S107)가 고정자(3)측으로 경사져 나타내고 있었던 면을, 각각 영구자석(10AN, 10AS)에 의해 형성한 구성을 나타내고 있다. 이러한 구성에 있어서도, 상술한 효과가 얻어지는 것은 당연하다.

도 55 및 도 56은 각각 도 51 및 도 52에 대응하고 있고, 제5 실시 형태에서 나타내어진 구성을 채용한 경우의 변형으로서 파악할 수 있다. 도 51 및 도 52에 나타내어진 구성에 있어서 코어(N107, S107)가 고정자(3)측으로 경사져 나타내고 있었던 면을, 각각 자성환(102N, 102S)에 의해 형성한 구성이 나타나 있다. 이러한 구성에 있어서도, 상술한 효과가 얻어지는 것은 당연하다.

고정자(3)의 회전자(1)측의 면을 경사시키지 않고 계단형상으로 형성해도, 계자 자속의 회전축 방향 성분이 작아진다. 이 경우에는, 영구자석(10AN, 10AS)이나 자성환(102N, 102S)의 고정자(3)측의 면을 경사시킬 필요가 없고, 또 코어(N107, S107)도 불필요해진다.

도 57은 회전자(1) 및 고정자(3)를 부분적으로 도시한 단면도이며, 회전축 방향 및 직경방향에 평행한 단면을 나타낸다. 회전축 방향은 화살표 A에 평행하며 세로방향으로 취해지고, 직경방향은 가로방향으로 취해지고 있다. 도 58은 당해 고정자(3)와 회전자(1)를 채용한 모터의 구성을 도시한 사시도이다. 제1 실시 형태에서 이용한 도 2와 동일하게, 회전축(Q)에 대해 경사져 전기자(2)측에서 본 사시도이다. 도 58에서도 도 1과 동일하게, 회전자(1), 전기자(2), 고정자(3)의 상호간의 에어 갭을 강조하여 그리고 있다.

고정자(3)는, 영구자석(10AN, 10AS)의 사이에 비접촉으로 끼워 삽입하는 환상의 돌기(304)를 갖고 있다(도 58에서는 돌기(304)가 영구자석(10AN, 10AS)의 사이에는 끼워 삽입되어 있는데, 이것은 고정자(3)와 회전자(1)의 사이를 비우고 그려져 있기 때문이다).

이러한 구성에 있어서는, 회전자(1)와 고정자(3)의 사이에 작용하는 힘은, 돌기(304)와 영구자석(10AN)의 사이에 작용하는 흡인력과, 돌기(304)와 영구자석(10AS)의 사이에 작용하는 흡인력을 포함하게 된다. 따라서 계자 자속은, 그 회전축 방향 성분이 작아진다. 또한 이들 2개의 흡인력끼리는, 그 직경방향 성분이 상쇄된다. 따라서, 직경방향으로의 불필요한 힘을 증대시키지 않고, 회전자(1)와 고정자(3)의 사이에 작용하는 스러스트력을 작게 할 수 있다.

도 59는 고정자(3)를 회전자(1)측으로 회전축 방향을 따라 돌출시킨 구성을 나타낸다. 고정자(3)는 영구자석(10AN)보다 외주측에서, 영구자석(10AS)보다 내주측에서, 각각 돌출부(31N, 31S)를 갖고 있다.

이러한 구성에 있어서는, 회전자(1)와 고정자(3)의 사이에 작용하는 힘은, 돌출부(31N)와 영구자석(10AN)의 사이에 작용하는 흡인력과, 돌출부(31S)와 영구자석(10AS)의 사이에 작용하는 흡인력을 포함하게 된다. 따라서 계자 자속은, 그 회전축 방향 성분이 작아진다. 또한 이들 2개의 흡인력끼리는, 그 직경방향 성분이 상쇄된다. 따라서, 직경방향으로의 불필요한 힘을 증대시키지 않고, 회전자(1)와 고정자(3)의 사이에 작용하는 스러스트력을 작게 할 수 있다.

도 60 및 도 61은, 도 57 및 도 59에 나타내어진 구성에 대해, 영구자석(10AN, 10AS)의 각각 고정자(3)측에 코어(N107, S107)를 설치한 구성을 나타내고 있다. 이러한 구성에 있어서도, 상술한 효과가 얻어지는 것은 당연하다.

도 62 및 도 63은 각각 도 57 및 도 59에 대응하고 있고, 제5 실시 형태에서 나타내어진 구성을 채용한 경우의 변형으로서 파악할 수 있다.

도 62에 나타내어진 구성에서는, 돌기(304)가 자성환(102N, 102S)의 사이에 비접촉으로 끼워 삽입된다. 도 63에 나타내어진 구성에서는, 고정자(3)는 자성환(102N)보다 외주측에서, 자성환(102S)보다 내주측에서, 각각 돌출부(31N, 31S)를 갖고 있다.

돌기(304)를, 도 34 내지 도 36을 이용하여 설명한 돌기(30Q)와 겸용해도 된다.

제9 실시 형태

도 64는 제9 실시 형태에 따른 회전 전기의 구성을 도시한 사시도이다. 고정자(3)는, 둘레방향으로 감겨진 계자 권선(32)을 갖고 있다. 계자 권선(32)의 직경방향의 위치는, 자성환(102N, 102S)의 사이에 있다.

계자 권선(32)의 단부(32a)는 자극면(10N, 10S)과 반대측에서 고정자(3)로부터 인출된다. 그리고 당해 단부(32a)를 통해 계자 권선(32)에 전류를 흐르게 하고, 당해 전류를 조정함으로써, 계자 자속의 조정이 용이해진다.

예를 들면, 회전 전기를 모터로서 채용하고, 모터에 토크가 필요한 때는, 계자 자속과 동극성의 자속을 발생시키는 전류를 흐르게 하여 계자 자속을 강화시킨다. 모터를 고속 회전하는 경우에는, 계자 자속과 역극성의 자속을 발생시키는 전류를 흐르게 하여, 계자 자속을 약화시킴으로써(이른바 「약화 계자」) 유기(誘起) 전압을 작게 할 수 있다. 반대로 모터를 저속 회전하는 경우에는, 계자 자속과 동극성의 자속을 발생시키는 전류를 흐르게 하여, 계자 자속을 강화시킴으로써 토크를 높일 수 있다.

이것은 고속 운전과, 효율이 높은 저속 운전을 양립시키게 되어, 특히 차재용 모터에 적합하다. 또 발전기로서 이용할 때에는 회전수의 변동에 따라 계자 자속을 조정하고, 회전수에 상관없이 필요한 전압을 발전할 수 있어, 특히 차재용 얼터네이터에 적합하다. 혹은 전차용 모터로서 이용할 때에는, 비교적 길게 운전되는 타행 운전에 있어서 계자 자속을 약화시킬 수 있다.

또 영구자석(10AN, 10AS)의 재료가 되는 자성체를 설치한 후에, 계자 권선(32)을 이용하여 착자해도 된다. 당해 착자에 있어서는, 물론, 전기자(2)를 병용해도 된다.

도 65는, 자성체(101Q) 및 자성환(101Qc)(도 29 내지 도 33을 참조)을 채용한 경우의 구성을 도시한 단면도이며, 도 29의 위치 XXXⅡ-XXXⅡ에 상당하는 위치에서의 단면을 나타낸다. 계자 권선(32)은 자성환(101Qc)에 대향하는 위치에 설치되므로, 자성환(101Qc)의 회전축 방향의 두께는, 도 32에 나타내어진 경우와 비교하여, 작은 것이 바람직하다.

변형의 조합

상기의 각 실시 형태에서 소개된 여러 가지의 변형은, 서로 기능을 저해하지 않는 한, 조합할 수 있다. 예를 들면 회전자(1)의 변형과 독립하여 고정자(3)의 여러 가지의 변형을 채용할 수 있다. 또 예를 들면 제9 실시 형태에서 나타내어진 계자 권선(32)을 다른 실시 형태에 따른 회전 전기의 고정자(3)로 설치해도 된다.

압축기로의 적용

도 66은, 상기의 회전 전기가 모터로서 적용되는 압축기의 종단면도이다. 도 66에 나타내어진 압축기는 고압 돔형의 로터리 압축기로서, 그 냉매에는 예를 들면 이산화탄소가 채용된다.

이 압축기는, 밀폐 용기(K1)와, 압축기구부(K2)와, 모터(K3)를 구비하고 있다. 압축기구부(K2)는 밀폐 용기(K1) 내에 배치되어 있다. 모터(K3)는 밀폐 용기(K1) 내 또한 압축기구부(K2)의 상측에 배치된다. 여기에서, 상측이란 밀폐 용기(K1)의 중심축이 수평면에 대해 경사져 있는지의 여부에 상관없이, 밀폐 용기(K1)의 중심축을 따른 상측을 말한다.

모터(K3)는 압축기구부(K2)를 회전 샤프트(K4)를 통해 구동한다. 모터(K3)는 상기의 실시 형태에서 설명된 구성을 구비하고 있다.

밀폐 용기(K1)의 하측 옆쪽에는 흡입관(K11)이 접속되고, 밀폐 용기(K1)의 상측에는 토출관(K12)이 접속된다. 냉매가스(도시 생략)가 흡입관(K11)으로부터 밀폐 용기(K1)로 공급되고, 압축기구부(K2)의 흡입측으로 인도된다. 이 로터리 압축기는 세로형으로서, 적어도 모터(K3)의 하부에 오일 저장부를 갖는다.

밀폐 용기(K1) 내는, 압축기구부(K2)를 사이에 두고 고압 영역(H)과 저압 영역(L)으로 구획된다. 고압 영역(H)에는 압축기구부(K2)로부터 토출된 고압의 냉매가스가 채워진다. 모터(K3)는 고압 영역(H)에 배치되어 있다.

요크(21) 및 고정자(3)는, 회전 샤프트(K4)에 대해 회전자(1)(도면 중에서는 회전자 코어(110)와 영구자석(10AS, 10AN)으로 나누어 표시되어 있다)보다 외주측에 배치되고, 밀폐 용기(K1)에 고정되어 있다.

압축기구부(K2)는, 실린더형상의 본체부(K20)와, 상단판(K8) 및 하단판(K9)을 구비한다. 상단판(K8) 및 하단판(K9)은 각각 본체부(K20)의 상하의 개구단에 부착된다. 회전 샤프트(K4)는, 상단판(K8) 및 하단판(K9)을 관통하여, 본체부(K20)의 내부에 삽입되어 있다. 회전 샤프트(K4)는 상단판(K8)에 설치된 베어링(K21)과, 하단판(K9)에 설치된 베어링(K22)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

회전 샤프트(K4)에는 본체부(K20) 내에서 크랭크 핀(K5)이 설치된다. 피스톤(K6)은 크랭크 핀(K5)에 끼워 맞춰져 구동된다. 피스톤(K6)과, 이것에 대응하는 실린더의 사이에는 압축실(K7)이 형성된다. 피스톤(K6)은 편심(偏芯)한 상태로 회전하거나, 또는, 공전 운동을 행하여, 압축실(K7)의 용적을 변화시킨다.

다음에, 상기 로터리 압축기의 동작을 설명한다. 흡입관(K11)으로부터 압축실(K7)에 냉매가스가 공급된다. 모터(K3)에 의해 압축기구부(K2)가 구동되어, 냉매가스가 압축된다. 압축된 냉매가스는 냉동기유(도시 생략)와 함께, 토출구멍(K23)을 경유하여 압축기구부(K2)로부터 압축기구부(K2)의 상측으로 운반되고, 또한 모터(K3)를 경유하여 토출관(K12)으로부터 밀폐 용기(K1)의 외부로 토출된다.

냉매가스는 냉동기유와 함께 모터(K3)의 내부를 상측으로 이동한다. 냉매가스는 모터(K3)보다 상측으로 인도되지만, 냉동기유는 회전자(1)의 원심력으로 밀폐 용기(K1)의 내벽으로 향한다. 냉동기유는 밀폐 용기(K1)의 내벽에 미립자의 상태로 부착함으로써 액화한 후, 중력의 작용에 의해, 모터(K3)의 냉매가스의 흐름을 상류측으로 되돌린다.

도 67은, 상기의 실시 형태의 모터가 적용되는 압축기의 종단면도이다. 도 67에 나타내어진 압축기는 저압 돔형의 스크롤 압축기로서, 그 냉매에는 예를 들면 이산화탄소가 채용된다.

이 압축기에서도, 모터(K3)가 밀폐 용기(K1) 내에 배치되고, 압축기구부(K2)를 회전 샤프트(K4)를 통해 구동한다. 압축기구부(K2)는 스크롤 기구를 갖고 있다.

밀폐 용기(K1) 내는 압축기구부(K2)를 사이에 두고 고압 영역(H)과 저압 영역(L)으로 구획된다. 단 모터(K3)는 저압 영역(L)에 배치되어 있다. 요컨대 압축기구부(K2)가 모터(K3)보다 상측에 배치되어 있다.

이 발명은 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에 있어서 예시로서, 이 발명이 그것에 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 이 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것으로 이해된다.

Claims (18)

1. 회전축(Q)의 주위에서 둘레방향으로 회전 가능하고 계자 자속을 발생시키는 계자자(界磁子)(1)와,
   상기 회전축에 평행한 회전축 방향의 한쪽으로부터 상기 계자자와 대향하여, 상기 계자 자속과 쇄교(鎖交)하는 전기자 권선(22)에 전기자 전류가 흐르는 전기자(2)와,
   상기 회전축 방향의 다른 쪽으로부터 상기 계자자와 대향하는 자성체의 고정자(3)를 구비하고,
   상기 계자자는,
   상기 회전축의 주위에 배치되어 제1 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제1 자성환(磁性環)(102N)과,
   상기 제1 자성환보다 상기 회전축(Q)측에 배치되어, 제2 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제2 자성환(102S)과,
   상기 전기자(2)에 대향하여 상기 둘레방향으로 환상(環狀)으로 배치되고, 상기 제2 자성환과 자기적으로 분리되며, 상기 제1 자성환과 자기적으로 연결되는 제1 자성판(101N)과,
   상기 전기자에 대향하여 상기 둘레방향의 위치를 상기 제1 자성판과 교대로 하여 환상으로 배치되고, 상기 제1 자성환 및 상기 제1 자성판과 자기적으로 분리되며, 상기 제2 자성환과 자기적으로 연결되는 제2 자성판(101S)을 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 자성판(101N)의 상기 회전축과 반대측은 상기 제1 자성환(102N)에 연결되고, 또한 상기 제2 자성환(102S)의 상기 전기자(2)측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장되며,
   상기 제2 자성판(101S)의 상기 회전축측은 상기 제2 자성환에 연결되고, 또한 상기 제1 자성환의 상기 전기자측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장되는, 액셜 갭형 회전 전기.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 자성환(102N)에 상기 제1 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제1 자극면(10N)과,
   상기 제2 자성환(102S)에 상기 제2 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제2 자극면(10S)과,
   상기 제1 자극면 및 상기 제2 자극면에 상기 계자 자속을 공급하는 영구자석(10A)을 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 영구자석(10A)은,
   상기 제1 자극면(10N) 및 상기 제2 자극면(10S) 중 적어도 어느 한쪽을 나타내는, 액셜 갭형 회전 전기.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 영구자석(10A)은, 상기 제1 자극면(10N) 및 상기 제2 자극면(10S) 중 어느 한쪽만을 나타내고,
   상기 계자자(1)는,
   상기 영구자석(10A)과 자기적으로 연결되고, 상기 제1 자극면(10N) 및 상기 제2 자극면(10S)의 다른 쪽을 나타내는 요크(10Y)를 더 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 영구자석(10A)은,
   상기 제1 자극면(10N)을 나타내고 상기 제1 극성의 상기 계자 자속을 발생하는 제1 환상 영구자석(10AN)과,
   상기 제2 자극면(10S)을 나타내고 상기 제1 환상 영구자석보다 상기 회전축(Q)측에 배치되며, 상기 제2 극성의 상기 계자 자속을 발생하는 제2 환상 영구자석(10AS)을 갖고,
   상기 고정자(3)는,
   상기 제1 환상 영구자석과 상기 제2 환상 영구자석의 사이에 비접촉으로 끼워 삽입하는 환상의 돌기(304)를 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 영구자석(10A)은,
   상기 제1 자극면(10N)을 나타내고 상기 제1 극성의 상기 계자 자속을 발생하는 제1 환상 영구자석(10AN)과,
   상기 제2 자극면(10S)을 나타내고 상기 제1 환상 영구자석보다 상기 회전축(Q)측에 배치되며, 상기 제2 극성의 상기 계자 자속을 발생하는 제2 환상 영구자석(10AS)을 갖고,
   상기 계자자(1)는,
   상기 제1 자성환(102N) 및 상기 제2 자성환(102S)과 반대측에서 상기 제1 영구자석 및 상기 제2 영구자석끼리를 자기적으로 연결하는 제3 자성판(106)을 더 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
8. 회전축(Q)의 주위에서 둘레방향으로 회전 가능하고 계자 자속을 발생시키는 계자자(1)와,
   상기 회전축에 평행한 회전축 방향의 한쪽으로부터 상기 계자자와 대향하여, 상기 계자 자속과 쇄교하는 전기자 권선에 전기자 전류가 흐르는 전기자(2)와,
   상기 회전축 방향의 다른 쪽으로부터 상기 계자자와 대향하는 자성체의 고정자(3)를 구비하고,
   상기 계자자는,
   상기 회전축의 주위에 배치되어 제1 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제1 영구자석(10DN)의 복수와,
   상기 회전축의 주위에서 상기 둘레방향으로 상기 제1 영구자석과 교대로 배치되어, 제2 극성의 상기 계자 자속을 공급하는 제2 영구자석(10DS)의 복수와,
   상기 전기자(2)에 대향하여 상기 둘레방향으로 환상으로 배치되고, 상기 제1 영구자석과 자기적으로 연결되는 제1 자성판(105N)과,
   상기 전기자에 대향하여 상기 둘레방향의 위치를 상기 제1 자성판과 교대로 하여 환상으로 배치되고, 상기 제1 자성판과 자기적으로 분리되며, 상기 제2 영구자석과 자기적으로 연결되는 제2 자성판(105S)과,
   상기 제1 자성판 및 상기 제2 자성판과 반대측에서, 상기 제1 영구자석의 복수끼리를 연결하는 제1 자성환(102N)과,
   상기 제1 자성판 및 상기 제2 자성판과 반대측에서, 상기 제2 영구자석의 복수끼리를 연결하는 제2 자성환(102S)을 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제1 자성판(101N)의 상기 회전축과 반대측은 상기 제1 자성환(102N)에 연결되고, 또한 상기 제2 자성환(102S)의 상기 전기자(2)측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장되며,
   상기 제2 자성판(101S)의 상기 회전축측은 상기 제2 자성환에 연결되고, 또한 상기 제1 자성환의 상기 전기자측에 도달할 때까지 직경방향으로 연장되는, 액셜 갭형 회전 전기.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 고정자(3)는,
    상기 제1 자성환(102N)과 상기 제2 자성환(102S)의 사이에 비접촉으로 끼워 삽입하는 환상의 돌기(304)를 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
11. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 계자자(1)는,
    상기 제1 영구자석(10DN) 및 상기 제2 영구 자석(10DS)과 반대측에서 상기 제1 자성환(102N) 및 상기 제2 자성환(102S)끼리를 자기적으로 연결하는 제3 자성판(106)을 더 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
12. 청구항 4에 있어서,
    상기 계자자(1)는,
    상기 전기자에 대향하여 상기 둘레방향의 위치를 제1 자성판(100N;101N) 및 제2 자성판(100S;101S)과 교대로 하여 환상으로 배치되고, 상기 제1 자성환(102N) 및 상기 제2 자성환(102S)과 자기적으로 분리되면서, 서로 자기적으로 연결되는 복수의 자성체(101Q)를 더 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 계자자(1)는,
    상기 복수의 자성체(101Q)끼리를 상기 회전축(Q)과 반대측에서 둘레방향으로 연결하는 자성환(101Qa)을 더 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 계자자(1)는,
    상기 복수의 자성체(101Q)끼리를 상기 제1 자성환(102N)과 상기 제2 자성환(102S)의 사이에서 둘레방향으로 연결하는 자성환(101Qc)을 더 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
15. 청구항 12에 있어서,
    상기 계자자(1)는,
    상기 복수의 자성체(101Q)끼리를 상기 회전축(Q) 측에서 둘레방향으로 연결하는 자성환(101Qb)을 더 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
16. 청구항 12에 있어서,
    상기 고정자(3)는,
    상기 복수의 자성체(101Q)에 근접하는 돌기(30Q)를 더 갖는, 액셜 갭형 회전 전기.
17. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정자(3)는,
    상기 둘레방향으로 감겨져, 상기 계자 자속을 발생시키기 위한 계자 권선(32)을 갖고,
    상기 계자 권선의 직경방향의 위치는 상기 제1 자성환(102N)과 상기 제2 자성환(102S)의 사이에 있는, 액셜 갭형 회전 전기.
18. 청구항 8에 있어서,
    상기 고정자(3)는,
    상기 둘레방향으로 감겨져, 상기 계자 자속을 발생시키기 위한 계자 권선(32)을 갖고,
    상기 계자 권선의 직경방향의 위치는 상기 제1 자성환(102N)과 상기 제2 자성환(102S)의 사이에 있는, 액셜 갭형 회전 전기.

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