KR101117205B1 - 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기 - Google Patents

원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기 Download PDF

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강도현
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Abstract

본 발명은 고정자의 원주방향으로 다상 분포를 갖는 고정자 치의 배열을 통해 전기기기의 진동 및 축방향 길이를 줄일 수 있는 횡자속 전기기기에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 다상 횡자속 전기기기에 있어서, 서로 반대의 자극이 원주방향을 따라 교대로 배열된 상부 자석 및 상기 상부 자석의 자극 배열과 반대의 자극 배열을 갖는 하부 자석을 포함하는 회전자와; 상기 회전자의 수직으로 인접한 상부 자석 및 하부 자석의 자극과 각각 대향 되는 한 쌍의 상부 치 및 하부 치를 포함하는 다수의 'ㄷ'자형 치가 원주방향을 따라 배열되고, 상기 원주방향으로 배열된 다수의 치에 다수의 상에 대한 권선이 각각 교대로 감겨져 있는 고정자; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기를 제공한다.

Description

원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기{Transverse Flux Machine Having Multi Phase in Circumferencial Direction}
본 발명은 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고정자의 원주방향으로 다상 분포를 갖는 고정자 치의 배열을 통해 전기기기의 진동 및 축방향 길이를 줄일 수 있는 횡자속 전기기기에 관한 것이다.
일반적으로 전기기기는 전기에너지를 역학적 에너지로 변환시키는 장치로서, 고출력 및 고효율의 성능을 위해 다양한 형태로 개발되고 있다.
상기 전기기기는 자속의 흐름방향에 따라 종자속 전기기기와 횡자속 전기기기로 구분할 수 있다. 여기서 자속의 흐름방향이 전기기기 이동자의 이동방향과 동일한 경우를 종자속 전기기기라 하고, 자속의 흐름방향이 전기기기 이동자의 이동방향과 수직하는 경우 횡자속 전기기기라 한다.
이 중 종자속 전기기기는 자로(magnetic path)와 코일 단부의 길이가 길어서 철손과 동손에 의한 손실이 심하고, 부피가 상대적으로 크기 때문에 효율과 출력 밀도를 높이기 위하여 링(ring) 코일을 가지는 횡자속 전기기기를 사용할 수 있다. 이러한 횡자속 전기기기의 고정자(stator)는 요크(yoke)와 치(teeth)로 구성되는 고정자 코어(stator core) 및 링 형상의 코일로 구성되고, 회전자(이동자)(rotor)는 회전자 코어(rotor core)와 영구자석으로 이루어져 있다. 다만, 이는 기본적인 구조의 일 예이므로, 코일은 고정자 대신 회전자에 위치될 수도 있고, 영구자석 또한 회전자 대신 고정자에 위치될 수 있다.
그러나 상기 링 코일을 가지는 횡자속 전기기기에 있어서, 다상의 횡자속 전기기기를 구현하는 경우 축방향 상 배치로 인해 전기기기의 진동이 심해지고, 축방향 길이가 길어지는 단점이 있었다.
첨부된 도 1은 종래 기술에 따른 3상 횡자속 전기기기 고정자의 실시예를 나타내고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 3상 횡자속 전기기기의 고정자는 A, B, C 3개의 상을 위하여 각각 축방향으로 배치된 3개의 고정자(10a, 10b, 10c)를 필요로 하였다.
상기 각 고정자는 원주방향으로 권선(14a, 14b, 14c)이 감겨져 있는데, 상기 권선에 각각 A상, B상, C상의 전원이 인가됨에 따라 제 1 고정자(10a), 제 2 고정자(10b) 및 제 3 고정자(10c)가 순차적으로 여자 되어 회전력이 발생하였다.
그러나 상기와 같이 다수의 상에 대한 고정자가 축방향으로 배열될 경우 회전자(20)의 토크가 발생하는 곳이 축방향에 대하여 비대칭이기 때문에 진동이 심한 문제가 있었다. 즉, 제 1 고정자(10a), 제 2 고정자(10b) 및 제 3 고정자(10c)에서 각각 순차적으로 회전자(20)에 최대 토크를 발휘하게 되는데, 상기 회전자(20)가 축방향에 대하여 서로 다른 크기의 토크를 받게 되는 비대칭 현상이 일어나게 되어 진동이 심하게 발생하였다.
또한, 상기 A상, B상, C상에 대한 고정자가 축방향으로 배치됨으로 인해 횡자속 전기기기의 축방향 길이가 길어짐으로써 적용할 수 있는 시스템의 한계를 가졌다.
따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는데 그 목적이 있는 발명으로서, 다상 횡자속 전기기기에 있어서 다수의 상이 대칭적으로 분포하도록 구성함으로 진동을 감쇠하는 동시에 축방향 길이를 줄이기 위한 목적을 가지고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 회전방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기는, 서로 반대의 자극이 원주방향을 따라 교대로 배열된 상부 자석 및 상기 상부 자석의 자극 배열과 반대의 자극 배열을 갖는 하부 자석을 포함하는 회전자와; 상기 회전자의 수직으로 인접한 상부 자석 및 하부 자석의 자극과 각각 대향 되는 한 쌍의 상부 치 및 하부 치를 포함하는 다수의 'ㄷ'자형 치가 원주방향을 따라 배열되고, 상기 원주방향으로 배열된 다수의 치에 다수의 상에 대한 권선이 각각 교대로 감겨져 있는 고정자; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 횡자속 전기기기가 N개(N≥2)의 상을 가질 때, 상기 회전자의 원주방향으로 인접 배열되는 자석이 τ의 각도를 갖도록 배열되고, 상기 고정자의 원주방향으로 인접 배열되는 치가 N=2인 경우 τ/2, N≥3인 경우 2τ/N의 각도를 갖도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 권선은 상기 한 쌍의 상부 치 및 하부 치에 동일 상에 대한 권선이 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.
혹은, 상기 권선은 상기 한 쌍의 상부 치 및 하부 치 사이에 위치한 요크(yoke)에 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 상부 치 및 하부 치의 상기 회전자 자극에 대한 대향면은 상기 상부 치 및 하부 치의 권선이 감기는 부위의 단면적 보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 다상 횡자속 전기기기에 있어서, 원주방향을 따라 배열된 다수의 철심 사이에 다수의 자석이 교대로 배열되며, 상기 자석은 인접하는 각 자석 간의 자극 방향이 반대가 되도록 배열된 회전자와; 상기 회전자의 원주방향으로 인접하는 철심과 각각 대향 되는 한 쌍의 상부 치 및 하부 치를 포함하는 다수의 비틀어진 'ㄷ'자형 치가 원주방향을 따라 배열되고, 상기 원주방향으로 배열된 다수의 치에 다수의 상에 대한 권선이 각각 교대로 감겨져 있는 고정자; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 횡자속 전기기기가 N개(N≥2)의 상을 가질 때, 상기 회전자의 원주방향으로 인접 배열되는 철심이 τ의 각도를 갖도록 배열되고, 상기 한 쌍의 상부 치 및 하부 치는 원주방향으로 τ의 각도를 갖도록 비틀어지며, 상기 고정자의 원주방향으로 인접 배열되는 치가 N=2인 경우 τ/2, N≥3인 경우 2τ/N의 각도를 갖도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 권선은 상기 한 쌍의 상부 치 및 하부 치에 동일 상에 대한 권선이 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.
혹은, 상기 권선은 상기 한 쌍의 상부 치 및 하부 치 사이에 위치한 요크에 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 치 및 하부 치의 상기 회전자 자극에 대한 대향면은 상기 상부 치 및 하부 치의 권선이 감기는 부위의 단면적 보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 회전방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기에 의하면, 원주방향으로 다상 분포를 가지는 고정자를 제공함으로 각 상에서 회전자에 대한 토크의 발생이 대칭적으로 일어나게 되고, 이로 인해 전기기기의 진동을 현저히 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 동일한 축을 중심으로 다수의 상이 분포가능함으로 인해 횡자속 전기기기의 축방향 길이를 줄이고, 부피를 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 3상 횡자속 전기기기의 개략적 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기의 사시도.
도 3은 상기 도 2의 횡자속 전기기기의 분해 사시도.
도 4는 상기 도 2의 횡자속 전기기기의 평면도.
도 5는 상기 도 4의 A-A 단면을 나타낸 도면.
도 6은 상기 도 2의 횡자속 전기기기의 토크 발생을 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기의 사시도.
도 8은 상기 도 7의 횡자속 전기기기의 분해 사시도.
도 9는 상기 도 7의 횡자속 전기기기의 평면도.
도 10은 상기 도 9의 B-B 단면을 나타낸 도면.
도 11은 상기 도 7의 횡자속 전기기기의 토크 발생을 나타내는 단면도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기의 사시도.
도 13은 상기 도 12의 횡자속 전기기기의 분해 사시도.
도 14는 상기 도 12의 횡자속 전기기기에서 사용된 고정자 치의 사시도.
도 15는 상기 도 12의 횡자속 전기기기의 평면도.
도 16은 상기 도 12의 횡자속 전기기기의 고정자 치와 회전자 자극의 대향된 모습을 나타낸 단면도.
도 17은 상기 도 12의 횡자속 전기기기의 토크 발생을 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 원주 방향으로 다상의 분포를 가지는 횡자속 전기기기에 관한 것이다. 본 발명에서는 원주방향을 따라 배열된 고정자 치에 서로 다른 상에 대한 권선을 각각 번갈아가며 감음으로 동일 원주 상에 다상 분포를 갖는 횡자속 전기기기를 제공한다. 본 발명의 실시예에서는 3상 횡자속 전기기기를 예로써 설명하고 있으나, 본 발명을 3상 이외의 다상 횡자속 전기기기에도 용이하게 유추가능함은 당업자에게 자명한 사실이다.
첨부된 도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기를 나타내고 있으며, 도 4는 이의 평면도를 나타내고 있다. 도 2 및 도 3을 참조로 하면, 본 발명에 따른 회전자(200)는 상기 회전자(200)의 상단에 위치하는 상부 자석(220a)과 상기 회전자(200)의 하단에 위치하는 하부 자석(220b)을 포함할 수 있다. 상기 자석(220)은 회전자 요크(미도시)의 표면에 부착된 형태로 형성될 수 있다.
상기 상부 자석(220a)은 바람직하게는 N극과 S극이 원주방향을 따라 교대로 배열되어 있으며, 상기 하부 자석(220b)은 상기 상부 자석(220a)의 자극 배열과 반대로 S극과 N극이 원주방향을 따라 교대로 배열될 수 있다. 따라서, 상기 회전자(200)의 자석(220)은 원주방향으로 이웃하는 자석들 간에도 서로 다른 자극을 갖지만, 상?하로 이웃하는 자석들 간에도 서로 다른 자극을 갖도록 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 고정자(100)는 원주방향을 따라 배열되는 다수의 치(121, 123, 125)를 포함하고 있으며, 각 치에는 권선이 감겨져 있다. 상기 권선은 하기 설명하는 본 발명의 실시예에 따른 'ㄷ'자형 치의 상부 치 및 하부 치에 각각 감길 수 있으며, 하나의 치에 감긴 권선은 동일한 상에 대한 권선이다.
또한, 상기 권선은 원주방향으로 배열된 다수의 치에 대하여 각 상부 치를 기준으로 할 때, A상에 대한 권선(141a), B상에 대한 권선(143a) 및 C상에 대한 권선(145a)이 교대로 감겨져 있다. 이는 원주방향으로 배열된 다수의 치에 대하여 각 하부 치를 기준으로 할 때에도 마찬가지이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기에 있어서, 고정자의 치의 개수는 바람직하게는 3의 배수가 된다. 이때, 하나의 치(121)에 대하여 상부 치(121a)와 하부 치(121b)에 감긴 권선(141a, 141b)은 동일한 상에 대한 권선임은 상기 언급한 바와 같다.
도 5를 참조로 하면 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고정자의 치(121)는 그 배열된 원주 방향에 수직한 단면이 'ㄷ'자형 단면을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 치(121)는 회전자의 수직으로 인접한 상부 자석(220a) 및 하부 자석(220b)과 각각 대향 되는 상부 치(121a) 및 하부 치(121b)를 한 쌍으로 포함할 수 있으며, 상기 상부 치(121a)와 하부 치(121b) 사이를 연결하는 요크(121c)를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부 치(121a)의 외측을 흐르는 전류는 하부 치(121b)의 외측을 흐르는 전류와 동일한 방향이 되고, 상기 상부 치(121a)의 내측을 흐르는 전류는 하부 치(121b)의 내측을 흐르는 전류와 동일한 방향이 되도록 형성된다. 이때, 각 상에 대한 권선(141a, 141b)의 전류 흐름 방향에 따라 각 상부 치(121a) 및 하부 치(121b)에 형성되는 자극 방향이 마주보는 자석(220)의 극 방향과 다르면 흡인력이, 자극 방향이 같으면 반발력이 발생하게 된다.
도 5에 도시된 권선(141a, 141b)은 상부 치(121a) 및 하부 치(121b)의 외측이 도면에서 나오는 방향의 전류가 흐르고, 내측이 도면으로 들어가는 방향의 전류가 흐르고 있는 모습을 나타내고 있다. 따라서 상기 상부 치(121a)는 대향 되는 상부 자석(220a)을 향하여 N극이, 상기 하부 치(121b)는 대향 되는 하부 자석(220b)을 향하여 S극이 형성된다. 이때, 도 5에 나타난 바와 같이 상부 자석(220a)이 N극, 하부 자석(220b)이 S극을 띠고 있으면 상기 치(121)와 자석(220) 간에는 상호 반발력이 작용하게 되며, 반대로 상부 자석(220a)이 S극, 하부 자석(220b)이 N극을 띠고 있으면 상기 치(121)와 자석(220) 간에는 상호 인력이 작용하게 된다.
한편, 도 5에서는 상부 치(121a) 및 하부 치(121b)에 각각 권선(141a, 141b)이 감긴 모습을 도시하고 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따라 요크(121c)에 권선을 감을 수도 있다. 이때, 상기 치(121)에는 상기 상부 치(121a) 및 하부 치(121b)에 각각 권선을 감은 것과 같은 방향의 자로가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기의 상부 단면을 나타내고 있다. 상기 3상 횡자속 전기기기의 고정자는 A상에 대한 치(121), B상에 대한 치(123) 및 C상에 대한 치(125)가 원주방향으로 교대로 배치되고, 회전자는 N극과 S극의 자석이 원주방향으로 교대로 배치된다.
이때, 상기 회전자에 있어서 인접 배열된 N극과 S극 자석은 각 자극이 원주 방향을 따라 τ의 각도를 갖도록 배치될 수 있고, 상기 고정자에 있어서 인접 배열된 치는 원주 방향을 따라 2τ/3의 각도를 갖도록 배치될 수 있다. 즉, N개(N≥3)의 상을 갖는 횡자속 전기기기에 대하여, 회전자의 원주방향으로 인접 배열되는 자석이 τ의 각도를 갖도록 배열될 때 고정자의 원주방향으로 인접 배열되는 치는 2τ/N의 각도를 갖도록 배열될 수 있다. 이에 따라, 동일한 상에 대한 하나의 치와 다음 치는 원주방향으로 2τ의 각도를 가지게 될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바처럼 2τ의 간격으로 배열된 A상에 대한 치(121)는 2τ의 간격으로 배열된 N극의 자석과 각각 대향 할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 따른 전기기기가 2상(N=2) 횡자속 전기기기에 적용될 경우에는, 상기 회전자에 인접 배열된 N극과 S극 자석이 원주 방향을 따라 τ의 각도를 갖도록 배치될 경우에 상기 고정자의 인접 배열되는 치는 원주 방향을 따라 τ/2의 각도를 갖도록 배치될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고정자 치 및 회전자 자극의 원주방향 간격은 상기 각도 배열에 한정하지 않으며, 고조파 차수 조정을 위한 극수 및 치의 개수의 조합에 따라 충분히 변경 가능하다. 따라서, 극수 및 치의 개수의 비가 일반적인 2:3의 배수 배가 아닌 다른 비율로도 구성될 수 있음은 당업자에게 자명한 사실이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 횡자속 전기기기의 토크 발생을 나타내고 있다. 도 6(a)는 상부 치(121a)와 상부 자석(220a) 간의 대향 모습을, 도 6(b)는 하부 치(121b)와 하부 자석(220b) 간의 대향 모습을 도시하고 있다.
상기 상부 치(121a) 및 하부 치(121b)에 감긴 권선(141a, 141b)에 도 5에 도시된 바와 같은 방향의 전류가 흐르게 되면, A상에 대한 상부 치(121a)에는 N극이, A상에 대한 하부 치(121b)에는 S극이 형성된다. 이에 따라 상기 N극의 상부 치(121a)와 N극의 상부 자석(220a) 간에 반발력(fa)이 작용하게 되며, 상기 S극의 하부 치(121b)와 S극의 하부 자석(220b) 간에도 반발력(fb)이 작용하게 된다. 상기 반발력(fa, fb)에 의하여 회전자는 반시계방향으로 회전할 수 있게 된다. 도 5 및 도 6은 A상에 대한 치(121)와 회전자의 자석(220) 간의 상호 작용을 나타내고 있지만, B상에 대한 치(123) 및 C상에 대한 치(125)도 이와 동일하게 적용 가능하다.
본 발명에서 고정자 치는 A상에 대한 치(121), B상에 대한 치(123) 및 C상에 대한 치(125)가 각각 원주 방향을 따라 일정 간격을 가지고 배치됨으로, 상기 각 상이 회전자에 발휘하는 토크는 원주방향에 대하여 대칭이 된다. 또한, 본 발명에서는 축방향에 있어서도 상기 고정자(100)의 한 쌍의 상부 치 및 하부 치가 회전자(200)의 상부 자석 및 하부 자석에 발휘하는 작용력이 동일하므로 회전자에 발휘하는 토크는 상기 축방향에 대하여도 대칭을 이룰 수 있다. 즉, 전기기기의 회전자(200)가 받게 되는 토크가 원주 방향 및 축 방향으로 모두에 대하여 대칭을 이루게 되므로 횡자속 전기기기의 진동이 저감 된다.
이에 더하여, 본 발명의 실시예에 따르면 축 방향으로 하나의 고정자(100)만을 가지고도 다 상의 횡자속 전기기기의 구성이 가능하게 되어 전기기기의 축 방향 길이 역시 최소화할 수 있게 된다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기를 나타내고 있으며, 도 11은 상기 제 2 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기의 토크 발생을 나타내고 있다. 상기 제 2 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기 중 상기 제 1 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기와 동일한 구성에 대하여는 설명을 생략하도록 한다.
도 8 및 도 10을 참조로 하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기는 고정자(100)에 배열된 치(122)에 있어서, 상부 치(122a) 및 하부 치(122b)의 회전자 자극에 대한 대향면이 상기 상부 치(122a) 및 하부 치(122b)에 있어서 권선(142a, 142b)이 감기는 부위의 단면적 보다 넓게 형성될 수 있다.
즉, 각 고정자 치(122, 124, 126)가 회전자의 자석과 대향하는 면적을 넓게 함으로 자속 결손을 최소화할 수 있고, 이에 따라 고출력, 고효율의 횡자속 전기기기를 구현할 수 있게 된다.
첨부된 도 12 내지 도 16은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3상 횡자속 전기기기를 나타내고 있다. 도 12 및 도 13을 참조로 하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 회전자(400)는 자석(420)과 철심(440)이 원주 방향으로 번갈아 배열되어 있는 동시에, 상기 자석(420)은 인접하는 각 자석 간의 자극 방향이 반대가 되도록 마주보게 배열될 수 있다.
이와 같이, 상기 회전자의 철심(440)을 사이에 두고 서로 이웃하는 상기 자석(420)이 극 방향을 달리하여 서로 번갈아 위치할 경우, 상기 철심(440)에는 N, S의 자극이 번갈아 가며 형성된다. 즉, 좌?우에 N극의 자석과 맞닿은 철심(440)에는 N극의 자극이 형성되며, 좌?우에 S극의 자석과 맞닿은 철심(440)에는 S극의 자극이 형성된다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고정자 치(321)의 구조를 나타내는 사시도이다. 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고정자 치(321)는 돌출된 상부 치(321a) 및 하부 치(321b)와 상기 상부 치(321a) 및 하부 치(321b)를 연결하는 요크(321c)로 이루어질 수 있다. 상기 상부 치(321a) 및 하부 치(321b)는 바람직하게는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 회전자(400)에 있어서 원주방향으로 인접 배열된 철심(440)과 각각이 대향 되도록 비틀어진 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 치(321)는 비틀어진 'ㄷ'자 형태로 구성될 수 있다.
한편, 상기 치(321)의 상부 치(321a) 및 하부 치(321b)에는 동일한 상에 대한 권선(341a, 341b)이 감겨 있는데, 상기 권선은 상기 요크(321c)에 감길 수도 있음은 앞서 언급한 바와 같다.
도 13을 참조로 하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고정자 치는 상기 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 각 상에 대한 치(321, 323, 325)가 원주방향으로 번갈아가며 배열될 수 있다. 따라서, 3상 횡자속 전기기기에 있어서, 상기 치의 개수는 바람직하게는 3의 배수가 된다.
도 15는 상기 제 3 실시예의 단면도를 나타내고 있다. 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고정자 치는 비틀어진 'ㄷ'자 형태를 띠게 되므로, 각 상부 치 및 하부 치가 서로 다른 극을 형성하는 철심에 동시에 대향 할 수 있게 된다. 즉, A상에 대한 치(321)의 상부 치(321a)가 S극을 형성하는 철심과 대향하고 있는 상황에서, 하부 치(321b)는 인접 배열된 S극을 형성하는 철심과 대향 할 수 있다.
이때, 상기 회전자에 있어서 인접 배열된 철심(440)은 각 형성된 N극과 S극의 자극이 원주 방향을 따라 τ의 각도를 갖도록 배치될 수 있고, 상기 고정자에 있어서 한 쌍의 상부 치(321a) 및 하부 치(321b)는 상기 인접 배열된 철심(440)과 각각 대향 되도록 τ의 각도로 비틀어질 수 있다. 또한, 상기 고정자에 있어서 인접 배열된 치는 원주 방향을 따라 2τ/3의 각도를 갖도록 배치되어, 동일한 상에 대한 하나의 치와 다음 치는 원주방향으로 2τ의 각도를 가지게 된다.
따라서, 도 15에 도시된 바와 같이, 2τ의 간격으로 배열된 A상에 대한 치(121)에 있어서 각 상부 치(321a)는 2τ의 간격으로 배열된 S극의 철심(440)과 대향 할 수 있고, 각 하부 치(321b)는 2τ의 간격으로 배열된 N극의 철심(440)과 대향할 수 있게 된다.
한편, 상기 N개(N≥3)의 상을 갖는 횡자속 전기기기에 대하여, 회전자의 원주방향으로 인접 배열되는 자석이 τ의 각도를 갖도록 배열될 때 고정자의 원주방향으로 인접 배열되는 치는 2τ/N의 각도를 갖도록 배열될 수 있지만, 2개의 상을 갖는 횡자속 전기기기에 있어서는 고정자의 원주방향으로 인접 배열되는 치가 τ/2의 각도를 갖도록 배치될 수 있으며, 다른 비율로도 구성 가능함은 상기 제 1 실시예에서 설명한 바와 같다.
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고정자 치(321)의 단면을 나타내고 있다. 본 발명의 제 3 실시예에 있어서도, 앞서 언급한 바와 같이 한 쌍의 상부 치(321a)와 하부 치(321b)에 감긴 권선(341a, 341b)은 동일한 상에 대한 권선 이며, 상기 권선은 요크(321c)에 감기도록 형성될 수도 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 있어서 한 쌍의 상부 치(321a) 및 하부 치(321b)는 각각 회전자의 인접하는 서로 다른 자극의 철심(440)과 대향 되도록 형성된다. 따라서, 상기 치(321)에 감겨있는 권선(341a, 341b)의 전류 흐름 방향에 따라 상부 치(321a) 및 하부치(321b)가 각각 회전자의 인접하는 철심의 자극과 반대의 자극을 형성하면 흡인력이, 동일한 자극을 형성하면 반발력이 발생하게 된다. 도 16에 도시된 예에서는, 상기 권선(341a, 341b)에 흐르는 전류에 의하여 상부 치(321a)에 N극, 하부 치(321b)에 S극이 형성된 모습을 나타내고 있으며, 상기 치(321)와 회전자의 철심(440)에는 상호 인력이 작용하게 된다.
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 횡자속 전기기기의 토크 발생을 나타내고 있다. 도 17은 A상에 대한 치(321)의 상부 치(321a)가 N극이 형성된 철심에 대향 되고, 하부 치(321b)가 S극이 형성된 철심에 대향 된 예를 나타내고 있다.
상기 상부 치(321a) 및 하부 치(321b)에 감긴 권선(341a, 341b)에 도 16에 도시된 바와 같은 방향의 전류가 흐르게 되면, A상에 대한 상부 치(321a)에는 N극이, A상에 대한 하부 치(321b)에는 S극이 형성된다. 이에 따라 상기 N극의 상부 치(321a)와 N극의 철심(440) 간에 반발력(fa)이 작용하게 되며, 상기 S극의 하부 치(321b)와 S극의 철심(440) 간에도 반발력(fb)이 작용하게 된다. 상기 반발력(fa, fb)에 의하여 회전자는 반시계방향으로 회전할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 제 3 실시예에 있어서도, 상기 고정자 치(321)의 상부 치(321a) 및 하부 치(321b)의 회전자 자극에 대한 대향면이 상기 상부 치(321a) 및 하부 치(321b)에 있어서 권선(341a, 341b)이 감기는 부위의 단면적 보다 넓게 형성됨으로 자속 결손을 최소화할 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 횡자속 전기기기도 앞서 언급한 바와 같이, 원주 방향 및 축 방향의 토크 발생이 대칭을 이룰 수 있게 되어 진동을 줄일 수 있고, 전기기기의 축방향 길이를 최소화할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
100 : 고정자 121, 123, 125 : 치(제 1 실시예)
122, 124, 126 : 치(제 2 실시예) 141, 143, 145 : 권선(제 1 실시예)
142, 144, 146 : 권선(제 2 실시예) 200 : 회전자
220a : 상부 자석 220b : 하부 자석
300 : 고정자(제 3 실시예) 321, 323, 325 : 치(제 3 실시예)

Claims (10)

  1. 다상 횡자속 전기기기에 있어서,
    서로 반대의 자극이 원주방향을 따라 교대로 배열된 상부 자석 및 상기 상부 자석의 자극 배열과 반대의 자극 배열을 갖는 하부 자석을 포함하는 회전자와;
    상기 회전자의 수직으로 인접한 상부 자석 및 하부 자석의 자극과 각각 대향 되는 한 쌍의 상부 치 및 하부 치를 포함하는 다수의 'ㄷ'자형 치가 원주방향을 따라 배열되고, 상기 원주방향으로 배열된 다수의 치에 다수의 상에 대한 권선이 각각 교대로 감겨져 있는 고정자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 횡자속 전기기기가 N개(N≥2)의 상을 가질 때, 상기 회전자의 원주방향으로 인접 배열되는 자석이 τ의 각도를 갖도록 배열되고, 상기 고정자의 원주방향으로 인접 배열되는 치가 N=2인 경우 τ/2, N≥3인 경우 2τ/N의 각도를 갖도록 배열되는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 권선은 상기 한 쌍의 상부 치 및 하부 치에 동일 상에 대한 권선이 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 권선은 상기 한 쌍의 상부 치 및 하부 치 사이에 위치한 요크(yoke)에 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 치 및 하부 치의 상기 회전자 자극에 대한 대향면은 상기 상부 치 및 하부 치의 권선이 감기는 부위의 단면적 보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기.
  6. 다상 횡자속 전기기기에 있어서,
    원주방향을 따라 배열된 다수의 철심 사이에 다수의 자석이 교대로 배열되며, 상기 자석은 인접하는 각 자석 간의 자극 방향이 반대가 되도록 배열된 회전자와;
    상기 회전자의 원주방향으로 인접하는 철심과 각각 대향 되는 한 쌍의 상부 치 및 하부 치를 포함하는 다수의 비틀어진 'ㄷ'자형 치가 원주방향을 따라 배열되고, 상기 원주방향으로 배열된 다수의 치에 다수의 상에 대한 권선이 각각 교대로 감겨져 있는 고정자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 횡자속 전기기기가 N개(N≥2)의 상을 가질 때, 상기 회전자의 원주방향으로 인접 배열되는 철심이 τ의 각도를 갖도록 배열되고, 상기 한 쌍의 상부 치 및 하부 치는 원주방향으로 τ의 각도를 갖도록 비틀어지며, 상기 고정자의 원주방향으로 인접 배열되는 치가 N=2인 경우 τ/2, N≥3인 경우 2τ/N의 각도를 갖도록 배열되는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 권선은 상기 한 쌍의 상부 치 및 하부 치에 동일 상에 대한 권선이 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 권선은 상기 한 쌍의 상부 치 및 하부 치 사이에 위치한 요크에 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 치 및 하부 치의 상기 회전자 자극에 대한 대향면은 상기 상부 치 및 하부 치의 권선이 감기는 부위의 단면적 보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09107672A (ja) * 1995-04-27 1997-04-22 Blum Gmbh 多相横断磁束装置
KR20070070355A (ko) * 2005-12-29 2007-07-04 한국전기연구원 외전형 영구자석 여자 횡자속 전동기
KR20080061415A (ko) * 2006-12-28 2008-07-03 한국전기연구원 내전형 영구자석 여자 횡자속 전동기
KR20080081541A (ko) * 2007-03-05 2008-09-10 엘지전자 주식회사 비엘디시 모터

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09107672A (ja) * 1995-04-27 1997-04-22 Blum Gmbh 多相横断磁束装置
KR20070070355A (ko) * 2005-12-29 2007-07-04 한국전기연구원 외전형 영구자석 여자 횡자속 전동기
KR20080061415A (ko) * 2006-12-28 2008-07-03 한국전기연구원 내전형 영구자석 여자 횡자속 전동기
KR20080081541A (ko) * 2007-03-05 2008-09-10 엘지전자 주식회사 비엘디시 모터

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101348636B1 (ko) 2012-11-09 2014-01-08 한국전기연구원 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기의 고정자

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