KR101121271B1 - 전동기, 로터 구조 및 자기 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유도 자극을 지지하는 전동기의 로터의 구조를 간소화하여 강도를 높이는 것을 목적으로 한다. 제1, 제2 전기자를 가지며 회전 자계를 형성하는 스테이터와, 제1, 제2 영구 자석을 갖는 내측 로터 사이에 배치되는 외측 로터(13)는, 연자성체로 만들어진 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R)을 매립하도록 지지하는 로터 보디(31)를 구비한다. 제1 유도 자극(38L)의 위상과 제2 유도 자극(38R)의 위상은 일치하고 있고, 로터 보디(31)에 축선(L) 방향으로 형성한 직선형의 슬릿(31a)에 삽입되어 조립된다. 이와 같이, 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R)을 축선(L) 방향으로 정렬시켰기 때문에, 외측 로터(13)의 구조가 단순해져 강도가 향상될 뿐만 아니라, 외측 로터(13)에 대한 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R)의 지지나 조립이 용이해진다.

Description

전동기, 로터 구조 및 자기 기계{ELECTRIC MOTOR, ROTOR STRUCTURE, AND MAGNETIC MACHINE}

본 발명은, 축선을 둘러싸도록 배치된 환상의 스테이터와, 축선 둘레로 회전 가능한 제1 로터와, 상기 스테이터 및 상기 제1 로터 사이에 배치되어 축선 둘레로 회전 가능한 제2 로터를 구비한 전동기에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 약자성체로 구성되어 축선 둘레로 회전하는 로터에, 연자성체로 구성된 유도 자극을 원주 방향으로 소정 간격으로 지지하는 로터 구조에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 복수의 자극을 나열한 제1 자극 열과, 복수의 자극을 나열한 제2 자극 열 사이에, 복수의 연자성체로 만들어진 유도 자극을 나열한 유도 자극 열을 배치한 자기 기계에 관한 것이다.

종래의 전동기로서, 예를 들어 하기 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다. 이 전동기는, 내측 로터, 스테이터 및 외측 로터를 갖고 있고, 내측 로터는 직경 방향으로 약간 연장되는 복수의 영구 자석을 둘레 방향에 배치한 원기둥형의 것이며, 스테이터는 복수의 전기자를 둘레 방향에 배치하고 수지 몰드로 고정한 원통형의 것이며, 외측 로터는 복수의 링을 적층한 코어에 코일을 감아 원통형으로 형성 되어 있고, 이 코일에는 전력이 공급되지 않도록 되어 있다. 또한, 내측 로터, 스테이터 및 외측 로터는, 내측으로부터 순서대로 설치되어 상대적으로 회전 가능하게 되어 있다.

이 전동기에서는, 스테이터에 전력을 공급하여 회전 자계를 발생시키면, 내측 로터의 영구 자석의 자극이 스테이터의 자극에 대하여 흡인ㆍ반발함으로써, 내측 로터가 회전 자계에 동기로 회전하고, 외측 로터가 전자 유도 작용에 의해 회전 자계에 비동기적으로 회전한다.

또한, 복수의 전기자를 가지며 회전 자계를 발생하는 환상의 스테이터를 케이싱에 고정하고, 외주에 복수의 영구 자석을 지지하는 제1 로터를 스테이터의 내부에 회전 가능하게 지지하고, 복수의 연자성체로 만들어진 유도 자극을 지지하는 원통형의 제2 로터를 상기 스테이터 및 상기 제1 로터 사이에 회전 가능하게 지지함으로써, 제1 로터 및 제2 로터로부터 개별적으로 출력을 취출하는 것을 가능하게 한 이축 출력형 전동기가 하기 특허문헌 2에 공지되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평성 제11-341757호 공보

특허문헌 2 : 일본 특허 제3427511호 공보

그런데 상기 특허문헌 1에 기재된 전동기는, 외측 로터를 전자 유도 작용에 의해 회전시키므로, 동기기가 아니라 유도기로서 기능하기 때문에, 높은 효율을 얻을 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 외측 로터를 전자 유도 작용에 의해 회전시키므로, 외측 로터의 코일에 발생하는 유도 전류 및 외측 로터의 코어에 발생하는 와전류에 의해 외측 로터가 발열하기 때문에, 외측 로터를 냉각시켜야 했다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 출원인은 일본 특허 출원 제2006-217141호에 의해 신규 전동기를 제안했다.

이 전동기는, 축선을 둘러싸도록 배치된 환상의 스테이터와, 축선 둘레로 회전 가능한 내측 로터와, 스테이터 및 내측 로터 사이에 배치되어 축선 둘레로 회전 가능한 외측 로터를 구비하는 것으로, 그 스테이터는, 복수의 제1 전기자로 구성되어 원주 방향을 따라 회전하는 제1 회전 자계를 발생시키는 제1 전기자 열과, 복수의 제2 전기자로 구성되어 원주 방향을 따라 회전하는 제2 회전 자계를 발생시키는 제2 전기자 열을 병치하여 이루어지고, 그 내측 로터는, 복수의 제1 영구 자석으로 구성된 제1 영구 자석 열과, 복수의 제2 영구 자석으로 구성된 제2 영구 자석 열을 병치하여 이루어지며, 그 외측 로터는, 연자성체로 만들어진 복수의 제1 유도 자극으로 구성된 제1 유도 자극 열과, 연자성체로 만들어진 복수의 제2 유도 자극으로 구성된 제2 유도 자극 열을 축선 방향으로 병치하여 이루어지고, 제1 유도 자극 열의 직경 방향 양측에 각각 제1 전기자 열 및 상기 제1 영구 자석 열을 대향시키며, 제2 유도 자극 열의 직경 방향 양측에 각각 제2 전기자 열 및 제2 영구 자석 열을 대향시켜 구성된다.

그러나, 일본 특허 출원 제2006-217141호에 의해 제안된 전동기는, 그 외측 로터에 지지되는 제1 유도 자극의 위상과 제2 유도 자극의 위상이 반피치만큼(전기각 90°만큼) 어긋나 있기 때문에, 외측 로터에 제1, 제2 유도 자극을 지지하는 구조가 복잡해지고, 그에 따라 외측 로터의 강도를 확보하는 것이 어려워진다는 과제가 있었다.

또한, 상기 특허문헌 2에 기재된 바와 같은 이축 출력형 전동기에 있어서, 로터에 유도 자극을 고정하는 수단으로서 볼트 등의 고정 수단이 사용되었기 때문에, 볼트를 사용한 만큼 부품수나 조립 공정수가 증가하고, 그것이 비용 상승의 요인이 된다는 문제가 있었다. 특히, 유도 자극이 적층 강판으로 구성되어 있는 경우에는, 그것에 암나사를 정밀하게 가공하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 볼트 고정의 강도를 충분히 확보할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 상기 특허문헌 2에 기재된 바와 같은 회전 전기(電機)에서, 내측 로터의 영구 자석의 자극, 외측 로터의 유도 자극 및 스테이터의 전기자의 자극이 직경 방향으로 정렬되어 있는 경우, 내측 로터의 자극으로부터 나온 자속은, 그 직경 방향 외측에 위치하는 외측 로터의 유도 자극을 통과하여, 그 직경 방향 외측에 위치하는 스테이터의 자극에 흐르지만, 외측 로터의 유도 자극이 원주 방향으로 어긋나 내측 로터의 원주 방향으로 인접하는 2개의 자극 사이에 위치하는 경우에는, 내측 로터의 자극으로부터 나온 자속은, 그 직경 방향 외측에 위치하는 외측 로터의 유도 자극을 통과하여, 상기 내측 로터의 자극의 원주 방향으로 인접하는 자극에 단락되어 버리고, 자기 효율이 저하하여 회전 전기의 성능이 충분히 발휘되지 않게 될 가능성이 있었다.

본 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 유도 자극을 지지하는 전동기의 로터의 구조를 간소화하여 강도를 높이는 것을 제1 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 연자성체로 만들어진 유도 자극을 간단한 구조로 로터에 확실하게 고정하는 것을 제2 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 제1, 제2 자극 열의 사이에 유도 자극 열을 배치한 자기 기계에 있어서, 자속의 단락을 최소한으로 억제하여 성능 향상을 도모하는 것을 제3 목적으로 한다.

상기 제1 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 특징에 의하면, 축선을 둘러싸도록 배치된 환상의 스테이터와, 축선 둘레로 회전 가능한 제1 로터와, 상기 스테이터 및 상기 제1 로터 사이에 배치되어 축선 둘레로 회전 가능한 제2 로터를 구비하고, 상기 스테이터는, 원주 방향으로 배치된 극성을 갖는 복수의 제1 전기자로 구성되고, 전력의 공급에 따라 상기 복수의 제1 전기자에 발생하는 자극에 의해, 원주 방향을 따라 회전하는 제1 회전 자계를 발생시키는 제1 전기자 열과, 원주 방향으로 배치된 복수의 제2 전기자로 구성되고, 전력의 공급에 따라 상기 복수의 제2 전기자에 발생하는 자극에 의해, 원주 방향을 따라 회전하는 제2 회전 자계를 발생시키는 제2 전기자 열을 축선 방향으로 병치하여 이루어지며, 상기 제1 로터는, 원주 방향으로 소정 피치로 교대로 다른 극성의 자극을 갖도록 복수의 제1 영구 자석을 배치하여 구성된 제1 영구 자석 열과, 원주 방향으로 상기 소정 피치로 교대로 다른 극성의 자극을 갖도록 복수의 제2 영구 자석을 배치하여 구성된 제2 영구 자석 열을 축선 방향으로 병치하여 이루어지고, 상기 제2 로터는, 원주 방향으로 상기 소정 피치로 배치된 연자성체로 만들어진 복수의 제1 유도 자극으로 구성된 제1 유도 자극 열과, 원주 방향으로 상기 소정 피치로 배치된 연자성체로 만들어진 복수의 제2 유도 자극으로 구성된 제2 유도 자극 열을 축선 방향으로 병치하여 이루어지며, 상기 제1 유도 자극 열의 직경 방향 양측에 각각 상기 제1 전기자 열 및 상기 제1 영구 자석 열이 대향하고, 상기 제2 유도 자극 열의 직경 방향 양측에 각각 상기 제2 전기자 열 및 상기 제2 영구 자석 열이 대향하며, 상기 제1 로터의 상기 제1 영구 자석 열의 자극의 위상 및 상기 제2 영구 자석 열의 자극의 위상을 서로 원주 방향으로 상기 소정 피치의 반만큼 어긋나게 하고, 상기 스테이터의 상기 제1 회전 자계의 극성의 위상 및 상기 제2 회전 자계의 극성의 위상을 서로 원주 방향으로 상기 소정 피치의 반만큼 어긋나게 하며, 상기 제2 로터의 상기 제1 유도 자극의 위상 및 제2 유도 자극의 위상을 일치시킨 것을 특징으로 하는 전동기가 제안된다.

또한, 본 발명의 제2 특징에 의하면, 상기 제1 특징에 더하여, 상기 제2 로터의 원통형의 로터 보디에 축선 방향으로 직선형으로 연장되는 복수의 슬릿을 형성하고, 상기 각 슬릿에 상기 제1, 제2 유도 자극을 끼워 맞춘 것을 특징으로 하는 전동기가 제안된다.

상기 제2 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제3 특징에 의하면, 약자성체로 구성되어 축선 둘레로 회전하는 로터에, 연자성체로 구성된 복수의 유도 자극을 원주 방향으로 소정 간격으로 지지하는 로터 구조에 있어서, 상기 유도 자극은 상기 로터에 매립되는 것을 특징으로 하는 로터 구조가 제안된다.

또한, 본 발명의 제4 특징에 의하면, 상기 제3 특징에 더하여, 상기 유도 자극의 일부가 상기 로터의 외주 표면에 노출되는 것을 특징으로 하는 로터 구조가 제안된다.

또한, 본 발명의 제5 특징에 의하면, 상기 제3 또는 제4 특징에 더하여, 상기 로터는 원통 형상이며, 상기 유도 자극의 일부가 상기 로터의 내주 표면에 노출되는 것을 특징으로 하는 로터 구조가 제안된다.

또한, 본 발명의 제6 특징에 의하면, 상기 제3～제5 중 어느 한 특징에 더하여, 상기 로터와 상기 유도 자극이 접하는 면은, 상기 로터에 대하여 상기 유도 자극이 직경 방향으로 이동하는 것을 규제하는 형상인 것을 특징으로 하는 로터 구조가 제안된다.

또한, 본 발명의 제7 특징에 의하면, 상기 제6 특징에 더하여, 상기 로터에 형성한 볼록부와 상기 유도 자극에 형성한 오목부를 결합시킴으로써, 상기 로터에 대하여 상기 유도 자극이 직경 방향으로 이동하는 것을 규제하는 것을 특징으로 하는 로터 구조가 제안된다.

또한, 본 발명의 제8 특징에 의하면, 상기 제3～제7 중 어느 한 특징에 더하여, 상기 로터는 축선 방향으로 연장되는 복수의 슬릿을 구비하며, 상기 각 슬릿에, 복수의 상기 유도 자극과, 축선 방향으로 인접하는 상기 유도 자극 사이에 위치하는 약자성체로 구성된 스페이서가 매립되는 것을 특징으로 하는 로터 구조가 제안된다.

또한, 본 발명의 제9 특징에 의하면, 상기 제8 특징에 더하여, 상기 로터와 상기 스페이서가 접하는 면은, 상기 로터에 대하여 상기 스페이서가 직경 방향으로 이동하는 것을 규제하는 형상인 것을 특징으로 하는 로터 구조가 제안된다.

또한, 본 발명의 제10 특징에 의하면, 상기 제8 또는 제9 특징에 더하여, 약자성체로 구성된 링으로 상기 스페이서의 외주면이 덮이는 것을 특징으로 하는 로터 구조가 제안된다.

또한, 본 발명의 제11 특징에 의하면, 상기 제3～제10 중 어느 한 특징에 더하여, 상기 유도 자극이 상기 로터에 대하여 축선 방향으로 이동하는 것을 규제하는 홀더를 구비하는 것을 특징으로 하는 로터 구조가 제안된다.

또한, 본 발명의 제12 특징에 의하면, 상기 제3～제11 중 어느 한 특징에 더하여, 상기 로터는 바닥이 있는 원통형의 로터 보디와, 상기 로터 보디의 개구를 덮도록 결합되는 로터 커버를 구비하고, 상기 로터 보디의 바닥부 및 상기 로터 커버에 회전축이 설치되는 것을 특징으로 하는 로터 구조가 제안된다.

상기 제3 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제13 특징에 의하면, 복수의 자극을 원주 방향으로 나열한 제1 자극 열과, 복수의 자극을 원주 방향으로 나열한 제2 자극 열 사이에, 복수의 연자성체로 만들어진 유도 자극을 원주 방향으로 나열한 유도 자극 열을 배치한 자기 기계에 있어서, 상기 제1 자극 열의 전기각 180°에 상당하는 기계각과, 상기 제2 자극 열의 전기각 180°에 상당하는 기계각 중의 적어도 하나보다, 상기 유도 자극 열의 유도 자극의 원주 방향 양단이 축선에 대하여 이루는 각도를 작게 한 것을 특징으로 하는 자기 기계가 제안된다.

또한, 본 발명의 제14 특징에 의하면, 복수의 자극을 직선 방향으로 나열한 제1 자극 열과, 복수의 자극을 직선 방향으로 나열한 제2 자극 열 사이에, 복수의 연자성체로 만들어진 유도 자극을 직선 방향으로 나열한 유도 자극 열을 배치한 자기 기계에 있어서, 상기 제1 자극 열의 자극의 전기각 180°에 상당하는 거리와, 상기 제2 자극 열의 자극의 전기각 180°에 상당하는 거리 중의 적어도 하나보다, 상기 유도 자극 열의 유도 자극의 직선 방향 양단 사이의 거리를 작게 한 것을 특징으로 하는 자기 기계가 제안된다.

또한, 본 발명의 제15 특징에 의하면, 상기 제13 또는 제14 특징에 더하여, 상기 제1 자극 열 및 상기 제2 자극 열 중의 하나를 복수의 전기자로 구성하고, 상기 복수의 전기자에 대한 통전을 제어하여 이동 자계를 발생시킴으로써, 상기 제1 자극 열 및 상기 제2 자극 열 중의 다른 하나와 상기 유도 자극 열 중의 적어도 하나를 이동시키는 것을 특징으로 하는 자기 기계가 제안된다.

또한, 본 발명의 제16 특징에 의하면, 상기 제13 또는 제14 특징에 더하여, 상기 제1 자극 열 및 상기 제2 자극 열 중의 하나를 복수의 전기자로 구성하고, 상기 제1 자극 열 및 상기 제2 자극 열 중의 다른 하나와 상기 유도 자극 열 중의 적어도 하나를 외력으로 이동시킴으로써, 상기 복수의 전기자에 기전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 자기 기계가 제안된다.

또한, 본 발명의 제17 특징에 의하면, 상기 제13 또는 제14 특징에 더하여, 상기 제1 자극 열, 상기 제2 자극 열 및 상기 유도 자극 열 중의 적어도 하나를 외력으로 이동시킴으로써, 다른 2개 중의 적어도 하나를 이동시키는 것을 특징으로 하는 자기 기계가 제안된다.

실시예의 외측 로터(13)는 본 발명의 로터 또는 제2 로터에 대응하고, 실시예의 내측 로터(14)는 본 발명의 제1 로터에 대응하며, 실시예의 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)는 본 발명의 스테이터에 대응하고, 실시예의 제1, 제2 전기자(21L, 21R)는 본 발명의 제1 자극 열의 자극 또는 전기자에 대응하며, 실시예의 제1, 제2 외측 로터 샤프트(34, 36)는 본 발명의 회전축에 대응하고, 실시예의 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R)은 본 발명의 유도 자극에 대응하며, 실시예의 제1, 제2 영구 자석(52L, 52R)은 본 발명의 제2 자극 열의 자극에 대응한다.

본 발명의 제1 특징에 의하면, 전동기는, 축선을 둘러싸도록 배치된 제1, 제2 전기자에 의해 제1, 제2 회전 자계를 발생시키는 환상의 스테이터와, 제1, 제2 영구 자석으로 구성된 제1, 제2 영구 자석 열을 가지며 축선 둘레로 회전 가능한 제1 로터와, 스테이터 및 제1 로터 사이에 배치되고, 제1, 제2 유도 자극으로 구성된 제1, 제2 유도 자극 열을 가지며 축선 둘레로 회전 가능한 제2 로터를 구비하고 있고, 제1 유도 자극 열의 직경 방향 양측에 각각 제1 전기자 열 및 제1 영구 자석 열을 대향시켜, 제2 유도 자극 열의 직경 방향 양측에 각각 제2 전기자 열 및 제2 영구 자석 열을 대향시켰기 때문에, 제1, 제2 전기자에 대한 통전을 제어하여 제1, 제2 회전 자계를 회전시킴으로써, 제1, 제2 전기자, 제1, 제2 영구 자석 및 제1, 제2 유도 자극을 통과하는 자로를 형성하고, 제1 로터 및 제2 로터 중의 하나 또는 양쪽 모두를 회전시킬 수 있다.

이 때, 제1 로터의 제1 영구 자석 열의 자극의 위상 및 제2 영구 자석 열의 자극의 위상을 서로 원주 방향으로 소정 피치의 반만큼 어긋나게 하고, 스테이터의 제1 회전 자계의 극성의 위상 및 제2 회전 자계의 극성의 위상을 서로 원주 방향으로 소정 피치의 반만큼 어긋나게 함으로써, 제2 로터의 제1 유도 자극의 위상 및 제2 유도 자극의 위상을 일치시킬 수 있다. 이에 따라, 제2 로터의 구조가 단순해져 강도가 향상될 뿐만 아니라, 제2 로터에 대한 제1, 제2 유도 자극의 지지나 조립이 용이해진다.

또한, 본 발명의 제2 특징에 의하면, 제2 로터의 로터 보디에 축선 방향으로 연장되도록 마련한 복수의 슬릿에 제1, 제2 유도 자극을 끼워 맞추기 때문에, 로터 보디에 대한 제1, 제2 유도 자극의 조립이 간단해진다.

또한, 상기 제3 특징에 의하면, 약자성체로 구성되어 축선 둘레로 회전하는 로터에, 연자성체로 구성된 복수의 유도 자극을 원주 방향으로 소정 간격으로 지지할 때, 유도 자극을 로터에 매립했기 때문에, 볼트 등의 특별한 고정 부재를 사용하지 않고 로터에 유도 자극을 지지하는 것이 가능해져, 상기 고정 부재만큼 부품수를 삭감할 수 있다.

또한, 상기 제4 특징에 의하면, 유도 자극의 일부가 로터의 외주 표면에 노출되기 때문에, 로터의 외측에 위치하는 자극과의 사이의 에어 갭을 작게 할 수 있다.

또한, 상기 제5 특징에 의하면, 로터는 원통 형상이며, 유도 자극의 일부가 로터의 내주 표면에 노출되기 때문에, 로터의 내측에 위치하는 자극과의 사이의 에어 갭을 작게 할 수 있다.

또한, 상기 제6 특징에 의하면, 로터와 유도 자극이 접하는 면을, 로터에 대하여 유도 자극이 직경 방향으로 이동하는 것을 규제하는 형상으로 했기 때문에, 로터가 회전했을 때의 원심력으로 유도 자극이 탈락하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제7 특징에 의하면, 로터에 형성한 볼록부와 유도 자극에 형성한 오목부를 결합시켰기 때문에, 그 결합에 의해 로터에 대하여 유도 자극이 직경 방향으로 이동하는 것을 규제할 수 있을 뿐 아니라, 유도 자극의 불필요 부분을 상기 오목부에 의해 삭제하여 와류손 및 히스테리시스손을 저감할 수 있다.

또한, 상기 제8 특징에 의하면, 로터에 축선 방향으로 연장되도록 마련한 복수의 슬릿에, 복수의 유도 자극과, 축선 방향으로 인접하는 유도 자극 사이에 위치하는 약자성체로 구성된 스페이서를 매립했기 때문에, 로터에 대한 유도 자극 및 스페이서의 조립이 용이해질 뿐만 아니라, 축선 방향으로 인접하는 유도 자극 사이를 약자성체의 스페이서로 자로를 차단할 수 있다.

또한, 상기 제9 특징에 의하면, 로터와 스페이서가 접하는 면을, 로터에 대하여 스페이서가 직경 방향으로 이동하는 것을 규제하는 형상으로 했기 때문에, 로터가 회전했을 때의 원심력으로 스페이서가 탈락하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제10 특징에 의하면, 약자성체로 구성된 링으로 스페이서의 외주면을 덮었기 때문에, 로터가 회전했을 때의 원심력으로 스페이서가 탈락하는 것을 한층 더 확실하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 로터의 축선 방향 중앙부가 원심력으로 팽창하는 것을 방지할 수 있다. 가령, 연자성체 상에 링을 감은 경우에는, 연자성체의 외주면측에 불필요한 갭이 발생하지만, 링을 스페이서의 외주면에 감음으로써 이를 방지할 수 있다.

또한, 상기 제11 특징에 의하면, 유도 자극이 로터에 대하여 축선 방향으로 이동하는 것을 규제하는 홀더를 설치했기 때문에, 로터로부터 유도 자극이 축선 방향으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제12 특징에 의하면, 바닥이 있는 원통형의 로터 본체와, 로터 본체의 개구를 덮도록 결합되는 커버로 로터를 구성하고, 로터 본체의 바닥부 및 커버에 회전축을 설치했기 때문에, 로터를 양쪽에서 지지하여 회전을 안정시킬 수 있다.

또한, 상기 제13 특징에 의하면, 제1 자극 열과 제2 자극 열 사이에 유도 자극 열을 배치한 자기 기계에 있어서, 제1 자극 열의 자극의 전기각 180°에 상당하는 기계각과, 제2 자극 열의 자극의 전기각 180°에 상당하는 기계각 중의 적어도 하나보다, 유도 자극 열의 유도 자극의 원주 방향 양단이 축선에 대하여 이루는 각도를 작게 했기 때문에, 제1 자극 열 또는 제2 자극 열의 원주 방향으로 인접하는 자극 사이에서, 유도 자극 열의 유도 자극을 통해 자기 단락이 발생하는 것을 억제하여 자기 효율을 높일 수 있다.

또한, 상기 제14 특징에 의하면, 제1 자극 열과 제2 자극 열 사이에 유도 자극 열을 배치한 자기 기계에 있어서, 제1 자극 열의 전기각 180°에 상당하는 거리와, 제2 자극 열의 자극의 전기각 180°에 상당하는 거리 중의 적어도 하나보다, 유도 자극 열의 유도 자극의 직선 방향 양단 사이의 거리를 작게 했기 때문에, 제1 자극 열 또는 제2 자극 열의 직선 방향으로 인접하는 자극 사이에서, 유도 자극 열의 유도 자극을 통해 자기 단락이 발생하는 것을 억제하여 자기 효율을 높일 수 있다.

또한, 상기 제15 특징에 의하면, 제1 자극 열 및 제2 자극 열 중의 하나를 복수의 전기자로 구성하고, 복수의 전기자에 대한 통전을 제어함으로써 이동 자계를 발생시키기 때문에, 제1 자극 열 및 제2 자극 열 중의 다른 하나 또는 유도 자극 열을 이동시켜 전동기로서 기능시킬 수 있다.

또한, 상기 제16 특징에 의하면, 제1 자극 열 및 제2 자극 열 중의 하나를 복수의 전기자로 구성하고, 제1 자극 열 및 제2 자극 열 중의 다른 하나 또는 유도 자극 열을 외력으로 이동시킴으로써, 복수의 전기자에 기전력을 발생시켜 발전기로서 기능시킬 수 있다.

또한, 상기 제17 특징에 의하면, 제1 자극 열, 제2 자극 열 및 유도 자극 열 중의 적어도 하나를 외력으로 이동시킴으로써, 다른 2개 중의 적어도 하나를 이동시켜 구동력 전달 수단으로서 기능시킬 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 전동기를 축선 방향에서 본 정면도(도 2의 1-1선 화살표 방향에서 본 도면)이다. (제1 실시예)

도 2는 도 1의 2-2선 단면도이다. (제1 실시예)

도 3은 도 2의 3-3선 단면도이다. (제1 실시예)

도 4는 도 2의 4-4선 단면도이다. (제1 실시예)

도 5는 도 2의 5-5선 화살표 방향에서 본 도면이다. (제1 실시예)

도 6은 도 3의 6-6선 화살표 방향에서 본 도면이다. (제1 실시예)

도 7은 전동기의 분해 사시도이다. (제1 실시예)

도 8은 외측 로터의 분해 사시도이다. (제1 실시예)

도 9는 내측 로터의 분해 사시도이다. (제1 실시예)

도 10은 도 3의 10부분의 확대도이다. (제1 실시예)

도 11은 내측 로터(14)의 영구 자석의 자기 단락을 설명하는 도면이다. (제1 실시예)

도 12는 전동기를 원주 방향으로 전개한 모식도이다. (제1 실시예)

도 13은 내측 로터를 고정한 경우의 작동 설명도(그 1)이다. (제1 실시예)

도 14는 내측 로터를 고정한 경우의 작동 설명도(그 2)이다. (제1 실시예)

도 15는 내측 로터를 고정한 경우의 작동 설명도(그 3)이다. (제1 실시예)

도 16은 외측 로터를 고정한 경우의 작동 설명도(그 1)이다. (제1 실시예)

도 17은 외측 로터를 고정한 경우의 작동 설명도(그 2)이다. (제1 실시예)

도 18은 제2 실시예에 따른, 스페이서의 볼록부의 형상을 나타내는 도면이다. (제2 실시예)

도 19는 제3 실시예에 따른, 상기 도 6에 대응하는 도면이다. (제3 실시예)

도 20은 도 19의 20-20선 단면도이다. (제3 실시예)

도 21은 도 19의 21-21선 단면도이다. (제3 실시예)

도 22는 제4 실시예에 따른, 상기 도 10에 대응하는 도면이다. (제4 실시예)

도 23은 제5 실시예에 따른, 상기 도 10에 대응하는 도면이다. (제5 실시예)

도 24는 제6 실시예에 따른, 상기 도 3에 대응하는 도면이다. (제6 실시예)

도 25는 도 24의 주요부 확대도이다. (제6 실시예)

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12L : 제1 스테이터(스테이터)

12R : 제2 스테이터(스테이터)

13 : 외측 로터(로터, 제2 로터)

14 : 내측 로터(제1 로터)

21L : 제1 전기자(제1 자극 열의 자극, 전기자)

21R : 제2 전기자(제1 자극 열의 자극, 전기자)

31 : 로터 보디

31a : 슬릿

31b : 볼록부

33 : 로터 커버

34 : 제1 외측 로터 샤프트(회전축)

36 : 제2 외측 로터 샤프트(회전축)

38L : 제1 유도 자극(유도 자극)

38R : 제2 유도 자극(유도 자극)

38a : 오목부

39 : 스페이서

41 : 홀더

52L : 제1 영구 자석(제2 자극 열의 자극)

52R : 제2 영구 자석(제2 자극 열의 자극)

59 : 링

L : 축선

L0 : 거리

L2 : 거리

θ0 : 기계각

θ2 : 각도

P : 소정 피치

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 기초하여 설명한다.

실시예 1

도 1～도 17은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 것이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 전동기(M)는, 축선(L) 방향으로 짧은 팔각 통형상을 이루는 케이싱(11)과, 케이싱(11)의 내주에 고정된 원환형의 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)와, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)의 내부에 수납되어 축선(L) 둘레로 회전하는 원통형의 외측 로터(13)와, 외측 로터(13)의 내부에 수납되어 축선(L) 둘레로 회전하는 원통형의 내측 로터(14)로 구성되는 것으로, 외측 로터(13) 및 내측 로터(14)는 고정된 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)에 대하여 상대 회전 가능하고, 외측 로터(13) 및 내측 로터(14)는 서로 상대 회전 가능하다.

도 1 및 도 2에서 분명한 바와 같이, 케이싱(11)은 바닥이 있는 팔각 통형상의 본체부(15)와, 본체부(15)의 개구에 복수 개의 볼트(16…)로 고정되는 팔각판 형상의 덮개부(17)로 구성되어 있고, 본체부(15) 및 덮개부(17)에는 통기를 위한 복수의 개구(15a…, 17a…)가 형성된다.

도 1～도 4 및 도 7에서 분명한 바와 같이, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)는, 동일한 구조의 것을 원주 방향으로 어긋나게 하여 중첩시킨 것이며, 그 중 하나인 제1 스테이터(12L)를 예를 들어 구조를 설명한다. 제1 스테이터(12L)는, 적층 강판으로 이루어지는 코어(18)의 외주에 절연체(19)를 통해 코일(20)을 감은 복수 개(실시예에서는 24개)의 제1 전기자(21L…)를 구비하고 있고, 이들 제1 전기자(21L…)는 전체적으로 원환형을 이루도록 원주 방향으로 결합된 상태로, 링형의 홀더(22)로 일체화된다. 홀더(22)의 축선(L) 방향 일단으로부터 직경 방향으로 돌출하는 플랜지(22a)가, 케이싱(11)의 본체부(15)의 내면의 단차부(15b)(도 2 참조)에 복수 개의 볼트(23…)로 고정된다.

제2 스테이터(12R)는, 전술한 제1 스테이터(12L)와 마찬가지로 24개의 제2 전기자(21R…)를 구비하고 있고, 그 홀더(22)의 플랜지(22a)가 케이싱(11)의 본체부(15)의 내면의 단차부(15c)(도 2 참조)에 복수 개의 볼트(24…)로 고정된다. 이 때, 제1 스테이터(12L) 및 제2 스테이터(12R)의 원주 방향의 위상은, 내측 로터(14)의 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)의 피치의 반만큼 서로 어긋나 있다(도 3 및 도 4 참조). 그리고, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)의 제1, 제2 전기자(21L…, 21R…)에, 케이싱(11)의 본체부(15)에 설치한 3개의 단자(25, 26, 27)(도 1 참조)로부터 3상 교류 전류를 공급함으로써, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)에 회전 자계를 발생시킬 수 있다.

도 2, 도 7 및 도 8에서 분명한 바와 같이, 외측 로터(13)는, 약자성체로 구성되고 바닥이 있는 원통형으로 형성된 로터 보디(31)와, 약자성체로 구성되고 원 판형으로 형성되어 로터 본체(31)의 개구를 덮도록 볼트(32…)로 고정되는 로터 커버(33)를 구비한 중공형의 부재로서, 로터 보디(31)의 바닥부의 중심으로부터 축선(L) 상에서 돌출하는 제1 외측 로터 샤프트(34)가 볼 베어링(35)에 의해 케이싱(11)의 본체부(15)에 회전 가능하게 지지되며, 로터 커버(33)의 중심으로부터 축선(L) 위에 돌출된 제2 외측 로터 샤프트(36)가 볼 베어링(37)에 의해 케이싱(11)의 덮개부(17)에 회전 가능하게 지지된다. 외측 로터(13)의 출력축이 되는 제1 외측 로터 샤프트(34)는, 케이싱(11)의 본체부(15)를 관통하여 외부로 연장된다.

약자성체란, 자석에 흡착되지 않는 재질로, 예를 들어 알루미늄 등 외에 수지, 나무 등을 포함하며, 비자성체로 불리는 경우도 있다.

도 2, 도 6, 도 8 및 도 10에서 분명한 바와 같이, 로터 보디(31)의 외주면에는, 축선(L)과 평행하게 연장되는 복수 개(실시예에서는 20개)의 슬릿(31a…)이, 직경 방향 내외에 연통하도록 형성된다. 각 슬릿(31a)은, 로터 보디(31)의 바닥부측이 개구되어 있고, 로터 보디(31)의 개구측이 폐색되어 있으며, 거기에 연자성체로 만들어진 제1 유도 자극(38L)과, 스페이서(39)와, 연자성체로 만들어진 제2 유도 자극(38R)이, 로터 보디(31)의 바닥부측으로부터 축선(L) 방향으로 삽입되어 매립된다. 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R)은, 축선(L) 방향으로 적층된 강판으로 구성된다.

로터 보디(31)의 각 슬릿(31a)의 서로 대향하는 내면에 서로 접근하는 방향으로 돌출된 한쌍의 볼록부(31b, 31b)가 형성되며, 상기 슬릿(31a)의 내면에 맞닿는 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R) 및 스페이서(39)의 외면에는, 상기 한쌍의 볼록 부(31b, 31b)에 슬라이딩 가능하게 결합하는 한쌍의 오목부(38a, 38a; 39a, 39a)가 형성된다.

이렇게 하여 슬릿(31a)에 삽입된 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R) 및 스페이서(39) 중, 제1 유도 자극(38L)의 전단이 슬릿(31a)의 전단의 스토퍼(31c)(도 6 참조)에 맞닿아 이동이 규제된 상태에서, 로터 보디(31)의 바닥부에 볼트(40…)로 고정한 원환형의 홀더(41)로부터 축선(L) 방향으로 돌출하는 복수의 탄성 갈고리(41a…) 중의 하나가, 제2 유도 자극(38R)의 후단에 탄발적으로 맞닿는다. 그 결과, 슬릿(31a)에 삽입된 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R) 및 스페이서(39)는 스토퍼(31c) 및 홀더(41)의 탄성 갈고리(41a)에 의해 축선(L) 방향으로 빠지지 않게 고정되며 덜걱거림의 발생이 방지된다.

도 2에서 분명한 바와 같이, 외측 로터(13)의 제2 외측 로터 샤프트(36)를 둘러싸도록, 외측 로터(13)의 회전 위치를 검출하기 위한 제1 리졸버(42)가 설치된다. 제1 리졸버(42)는, 제2 외측 로터 샤프트(36)의 외주에 고정된 리졸버 로터(43)와, 이 리졸버 로터(43)의 주위를 둘러싸도록 케이싱(11)의 덮개부(17)에 고정된 리졸버 스테이터(44)로 구성된다.

도 2～도 5 및 도 9에서 분명한 바와 같이, 내측 로터(14)는, 원통형으로 형성된 로터 보디(45)와, 로터 보디(45)의 허브(45a)를 관통하여 볼트(46)로 고정된 내측 로터 샤프트(47)와, 적층 강판으로 구성되어 로터 보디(45)의 외주에 끼워 맞춰지는 원환형의 제1, 제2 로터 코어(48L, 48R)와, 로터 보디(45)의 외주에 끼워 맞춰지는 원환형의 스페이서(49)를 구비한다. 내측 로터 샤프트(47)의 일단은 축 선(L) 상에서 제1 외측 로터 샤프트(34)의 내부에 볼 베어링(50)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 또한 내측 로터 샤프트(47)의 타단은 제2 외측 로터 샤프트(36)의 내부에 볼 베어링(51)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 제2 외측 로터 샤프트(36) 및 케이싱(11)의 덮개부(17)를 관통하고, 내측 로터(14)의 출력축으로서 케이싱(11)의 외부로 연장된다.

로터 보디(45)의 외주에 끼워 맞춰지는 제1, 제2 로터 코어(48L, 48R)는 동일한 구조를 갖는 것으로, 그 외주면을 따라 복수 개(실시예에서는 20개)의 영구 자석 지지 구멍(48a…)(도 3 및 도 4 참조)을 구비하고 있고, 거기에 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)이 축선(L) 방향으로 압입된다. 제1 로터 코어(48L)의 인접하는 제1 영구 자석(52L…)의 극성은 교대로 반전되어 있고, 제2 로터 코어(48R)의 인접하는 제2 영구 자석(52R…)의 극성은 교대로 반전되어 있으며, 제1 로터 코어(48L)의 제1 영구 자석(52L…)의 원주 방향의 위상과, 제2 로터 코어(48R)의 제2 영구 자석(52R…)의 원주 방향의 위상은, 이들의 피치의 반만큼 서로 어긋나 있다(도 3 및 도 4 참조).

그리고, 로터 보디(45)의 외주의 축선(L) 방향 중앙에 약자성체의 스페이서(49)가 끼워 맞춰지고, 그 외측에 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)을 빠지지 않게 고정하는 한쌍의 내측 영구 자석 지지판(53, 53)이 각각 끼워 맞춰지며, 그 외측에 제1, 제2 로터 코어(48L, 48R)가 각각 끼워 맞춰지고, 그 외측에 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)을 빠지지 않게 고정하는 한쌍의 외측 영구 자석 지지판(54, 54)이 각각 끼워 맞춰지고, 그 외측에 한쌍의 스토퍼링(55, 55)이 압입에 의해 각각 고정된다.

도 2에서 분명한 바와 같이, 내측 로터 샤프트(47)를 둘러싸도록, 내측 로터(14)의 회전 위치를 검출하기 위한 제2 리졸버(56)가 설치된다. 제2 리졸버(56)는, 내측 로터 샤프트(47)의 외주에 고정된 리졸버 로터(57)와, 이 리졸버 로터(57)의 주위를 둘러싸도록 케이싱(11)의 덮개부(17)에 고정된 리졸버 스테이터(58)로 구성된다.

그리고, 도 10에 확대하여 나타낸 바와 같이, 외측 로터(13)의 외주면에 노출된 제1 유도 자극(38L…)의 외주면에, 약간의 에어 갭(α)을 사이에 두고서 제1 스테이터(12L)의 제1 전기자(21L…)의 내주면이 대향하고, 외측 로터(13)의 내주면에 노출된 제1 유도 자극(38L…)의 내주면에, 약간의 에어 갭(β)을 사이에 두고서 내측 로터(14)의 제1 로터 코어(48L)의 외주면이 대향한다. 마찬가지로, 외측 로터(13)의 외주면에 노출된 제2 유도 자극(38R…)의 외주면에, 약간의 에어 갭(α)을 사이에 두고서 제2 스테이터(12R)의 제2 전기자(21R…)의 내주면이 대향하고, 외측 로터(13)의 내주면에 노출된 제2 유도 자극(38R…)의 내주면에, 약간의 에어 갭(β)을 통해 내측 로터(14)의 제2 로터 코어(48R)의 외주면이 대향한다.

다음으로, 상기 구성을 구비한 제1 실시예의 전동기(M)의 작동 원리를 설명한다.

도 12는 전동기(M)를 원주 방향으로 전개한 상태를 모식적으로 나타내는 것이다. 도 12의 좌우 양측에는, 내측 로터(14)의 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)이 각각 나타내어진다. 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)은 원주 방향(도 12 의 상하방향)으로 소정 피치(P)로 N극 및 S극이 교대로 배치되고, 제1 영구 자석(52L…)과 제2 영구 자석(52R…)은 소정 피치(P)의 반만큼, 즉 반피치(P/2)만큼 어긋나 배치된다.

도 12의 중앙부에는 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)의 제1, 제2 전기자(21L…, 21R…)에 대응하는 가상 영구 자석(21…)이 원주 방향으로 소정 피치(P)로 배치된다. 실제로는, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)의 제1, 제2 전기자(21L…, 21R…)의 수는 각 24개이며, 내측 로터(14)의 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)의 수는 각 20개이므로, 제1, 제2 전기자(21L…, 21R…)의 피치는 내측 로터(14)의 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)의 피치(P)와 일치하지 않는다.

그러나, 제1, 제2 전기자(21L…, 21R…)는 각각 회전 자계를 형성하므로, 이들 제1, 제2 전기자(21L…, 21R…)를, 피치(P)로 배치되어 원주 방향으로 회전하는 20개의 가상 영구 자석(21…)으로 치환할 수 있다. 이하에서는, 제1, 제2 전기자(21L…, 21R…)를, 가상 영구 자석(21…)의 제1, 제2 가상 자극(21L…, 21R…)이라 한다. 원주 방향으로 인접하는 가상 영구 자석(21…)의 제1, 제2 가상 자극(21L…, 21R…)의 극성은 교대로 반전되어 있고, 각 가상 영구 자석(21…)의 제1 가상 자극(21L…)과 제2 가상 자극(21R…)은 원주 방향으로 반피치(P/2)만큼 어긋나 있다.

제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)과 가상 영구 자석(21…) 사이에, 외측 로터(13)의 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)이 배치된다. 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)은 원주 방향으로 피치(P)로 배치되며, 제1 유도 자극(38L…)과 제2 유 도 자극(38R…)은 축선(L) 방향으로 정렬되어 있다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 가상 영구 자석(21)의 제1 가상 자극(21L)의 극성이, 그것에 대향하는 (가장 가까운)제1 영구 자석(52L)의 극성과 다를 때에는, 가상 영구 자석(21)의 제2 가상 자극(21R)의 극성이, 그것에 대향하는 (가장 가까운)제2 영구 자석(52R)의 극성과 동일해진다. 또한, 가상 영구 자석(21)의 제2 가상 자극(21R)의 극성이, 그것에 대향하는 (가장 가까운)제2 영구 자석(52R)의 극성과 다를 때에는, 가상 영구 자석(21)의 제1 가상 자극(21L)의 극성이, 그것에 대향하는 (가장 가까운)제1 영구 자석(52L)의 극성과 동일해진다[도 14(G) 참조].

우선, 내측 로터(14)[제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)]을 회전 불가능하게 고정한 상태에서, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)[제1, 제2 가상 자극(21L…, 21R…)]에 회전 자계를 발생시킴으로써, 외측 로터(13)[제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)]를 회전 구동하는 경우의 작용을 설명한다. 이 경우, 도 13(A)→도 13(B)→도 13(C)→도 13(D)→도 14(E)→도 14(F)→도 14(G)의 순서로, 고정된 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)에 대하여 가상 영구 자석(21…)이 도면 중 하향으로 회전함으로써, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)이 도면 중 하향으로 회전한다.

도 13(A)에 나타낸 바와 같이, 서로 대향하는 제1 영구 자석(52L…) 및 가상 영구 자석(21)의 제1 가상 자극(21L…)에 대하여 제1 유도 자극(38L…)이 정렬되고, 서로 대향하는 제2 가상 자극(21R…) 및 제2 영구 자석(52R…)에 대하여 제2 유도 자극(38R…)이 반피치(P/2) 어긋난 상태로부터, 가상 영구 자석(21…)을 도 13(A)의 아래쪽으로 회전시킨다. 이 회전을 개시할 때에는, 가상 영구 자석(21…) 의 제1 가상 자극(21L…)의 극성은, 그것에 대향하는 제1 영구 자석(52L…)의 극성과 다르며, 가상 영구 자석(21…)의 제2 가상 자극(21R…)의 극성은, 그것에 대향하는 제2 영구 자석(52R…)의 극성과 동일하게 된다.

제1 유도 자극(38L…)이 제1 영구 자석(52L…) 및 가상 영구 자석(21…)의 제1 가상 자극(21L…) 사이에 배치되어 있기 때문에, 제1 유도 자극(38L…)이 제1 영구 자석(52L…) 및 제1 가상 자극(21L…)에 의해 자화되고, 제1 영구 자석(52L…), 제1 유도 자극(38L) 및 제1 가상 자극(21L…) 사이에 제1 자력선(G1)이 발생한다. 마찬가지로, 제2 유도 자극(38R…)이 제2 가상 자극(21R…) 및 제2 영구 자석(52R…) 사이에 배치되어 있기 때문에, 제2 유도 자극(38R…)이 제2 가상 자극(21R…) 및 제2 영구 자석(52R…)에 의해 자화되고, 제2 가상 자극(21R…), 제2 유도 자극(38R…) 및 제2 영구 자석(52R…) 사이에 제2 자력선(G2)이 발생한다.

도 13(A)에 나타내는 상태에서는, 제1 자력선(G1)은, 제1 영구 자석(52L…), 제1 유도 자극(38L…) 및 제1 가상 자극(21L…)을 연결하도록 발생하고, 제2 자력선(G2)은, 원주 방향으로 인접하는 각 2개의 제2 가상 자극(21R…)과 양자간에 위치하는 제2 유도 자극(38R…)을 연결하도록, 또한 원주 방향으로 인접하는 각 2개의 제2 영구 자석(52R…)과 양자간에 위치하는 제2 유도 자극(38R…)을 연결하도록 발생한다. 그 결과, 이 상태에서는, 도 15(A)에 나타낸 바와 같은 자기 회로가 구성된다. 이 상태에서는, 제1 자력선(G1)이 직선형인 것에 의해, 제1 유도 자극(38L…)에는, 원주 방향으로 회전시키는 자력은 작용하지 않는다. 또한, 원주 방향으로 인접하는 각 2개의 제2 가상 자극(21R…)과 제2 유도 자극(38R) 사이의 2 개의 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도 및 총자속량이 서로 같고, 마찬가지로 원주 방향으로 인접하는 각 2개의 제2 영구 자석(52R…)과 제2 유도 자극(38R…) 사이의 2개의 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도 및 총자속량도 서로 같아져 균형잡혀 있다. 이 때문에, 제2 유도 자극(38R…)에도, 원주 방향으로 회전시키는 자력은 작용하지 않는다.

그리고, 가상 영구 자석(21…)이 도 13(A)에 나타내는 위치에서 도 13(B)에 나타내는 위치로 회전하면, 제2 가상 자극(21R…), 제2 유도 자극(38R…) 및 제2 영구 자석(52R…)을 연결하는 제2 자력선(G2)이 발생하고, 제1 유도 자극(38L…)과 제1 가상 자극(21L…) 사이의 제1 자력선(G1)이 굴곡된 상태가 된다. 이에 따라, 제1, 제2 자력선(G1, G2)에 의해, 도 15(B)에 나타낸 바와 같은 자기 회로가 구성된다.

이 상태에서는, 제1 자력선(G1)의 굴곡 정도는 작지만 그 총자속량이 많기 때문에, 비교적 강한 자력이 제1 유도 자극(38L…)에 작용한다. 이에 따라, 제1 유도 자극(38L…)은, 가상 영구 자석(21…)의 회전방향, 즉 자계 회전방향으로 비교적 큰 구동력에 의해 구동되고, 그 결과 외측 로터(13)가 자계 회전방향으로 회전한다. 또한, 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도는 크지만 그 총자속량이 적기 때문에, 비교적 약한 자력이 제2 유도 자극(38R…)에 작용하며, 이에 따라 제2 유도 자극(38R…)은 자계 회전방향으로 비교적 작은 구동력에 의해 구동되고, 그 결과 외측 로터(13)는 자계 회전방향으로 회전한다.

이어서, 가상 영구 자석(21)이, 도 13(B)에 나타내는 위치로부터, 도 13(C), (D) 및 도 14(E), (F)에 나타내는 위치로 순서대로 회전하면, 제1 유도 자극(38L…) 및 제2 유도 자극(38R…)은, 각각 제1, 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력에 의해 자계 회전방향으로 구동되고, 그 결과 외측 로터(13)가 자계 회전방향으로 회전한다. 그 동안, 제1 유도 자극(38L…)에 작용하는 자력은, 제1 자력선(G1)의 굴곡 정도가 커지지만 그 총자속량이 적어지는 것에 의해 서서히 약해지고, 제1 유도 자극(38L…)을 자계 회전방향으로 구동하는 구동력이 서서히 작아진다. 또한, 제2 유도 자극(38R)에 작용하는 자력은, 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도가 작아지지만 그 총자속량이 많아지는 것에 의해 서서히 강해지고, 제2 유도 자극(38R…)을 자계 회전방향으로 구동하는 구동력이 서서히 커진다.

그리고, 가상 영구 자석(21)이 도 14(E)에 나타내는 위치로부터 도 14(F)에 나타내는 위치로 회전하는 동안, 제2 자력선(G2)이 굴곡된 상태가 되고, 그 총자속량이 최다에 가까운 상태가 되며, 그 결과 최강의 자력이 제2 유도 자극(38R…)에 작용하고, 제2 유도 자극(38R…)에 작용하는 구동력이 최대가 된다. 그 후, 도 14(G)에 나타낸 바와 같이, 가상 영구 자석(21)이 당초의 도 13(A)의 위치로부터 피치(P)만큼 회전함으로써, 가상 영구 자석(21)의 제1, 제2 가상 자극(21L…, 21R…)이 각각 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)에 대향하는 위치로 회전하면, 도 13(A)의 상태와 좌우가 반전된 상태가 되어, 그 순간만 외측 로터(13)를 원주 방향으로 회전시키는 자력은 작용하지 않게 된다.

이 상태로부터, 가상 영구 자석(21)이 더 회전하면, 제1, 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력에 의해, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)이 자계 회전방향 으로 구동되고, 외측 로터(13)가 자계 회전방향으로 회전한다. 이 때, 가상 영구 자석(21)이 다시 도 13(A)에 나타내는 위치까지 회전하는 동안, 이상과는 반대로, 제1 유도 자극(38L…)에 작용하는 자력은, 제1 자력선(G1)의 굴곡 정도가 작아지지만 그 총자속량이 많아짐으로써 강해지고, 제1 유도 자극(38L…)에 작용하는 구동력이 커진다. 반대로, 제2 유도 자극(38R…)에 작용하는 자력은, 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도가 커지지만 그 총자속량이 적어짐으로써 약해지고, 제2 유도 자극(38R…)에 작용하는 구동력이 작아진다.

또한, 도 13(A)와 도 14(G)를 비교하면 분명한 바와 같이, 가상 영구 자석(21)이 피치(P)만큼 회전함에 따라, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)이 반피치(P/2)만큼만 회전하기 때문에, 외측 로터(13)는, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)의 회전 자계의 회전 속도의 1/2 속도로 회전한다. 이것은, 제1, 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력의 작용에 의해, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)이, 제1 자력선(G1)으로 연결된 제1 영구 자석(52L…)과 제1 가상 자극(21L…)의 중간 및 제2 자력선(G2)으로 연결된 제2 영구 자석(52R…)과 제2 가상 자극(21R…)의 중간에 각각 위치한 상태를 유지하면서 회전하기 때문이다.

다음으로, 도 15 및 도 16을 참조하면서, 외측 로터(13)를 고정한 상태에서, 내측 로터(14)를 회전시키는 경우의 전동기(M)의 작동에 관해 설명한다.

우선, 도 16(A)에 나타낸 바와 같이, 각 제1 유도 자극(38L…)이 각 제1 영구 자석(52L…)에 대향하고, 각 제2 유도 자극(38R…)이 인접하는 각 2개의 제2 영구 자석(52R…) 사이에 위치한 상태로부터, 제1, 제2 회전 자계를 도 16(A)의 아래 쪽으로 회전시킨다. 이 회전을 개시할 때, 각 제1 가상 자극(21L…)의 극성을, 그것에 대향하는 각 제1 영구 자석(52L…)의 극성과 다르게 하고, 각 제2 가상 자극(21R…)의 극성을 그것에 대향하는 각 제2 영구 자석(52R…)의 극성과 동일하게 한다.

이 상태로부터, 가상 영구 자석(21…)이 도 16(B)에 나타내는 위치로 회전하면, 제1 유도 자극(38L…)과 제1 가상 자극(21L…) 사이의 제1 자력선(G1)이 굴곡된 상태가 되고, 제2 가상 자극(21R…)이 제2 유도 자극(38R…)에 근접함으로써, 제2 가상 자극(21R…), 제2 유도 자극(38R…) 및 제2 영구 자석(52R…)을 연결하는 제2 자력선(G2)이 발생한다. 그 결과, 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…), 가상 영구 자석(21…) 및 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)에서, 전술한 도 15(B)에 나타내는 자기 회로가 구성된다.

이 상태에서는, 제1 영구 자석(52L…)과 제1 유도 자극(38L…) 사이의 제1 자력선(G1)의 총자속량은 높지만, 이 제1 자력선(G1)이 직선이기 때문에, 제1 유도 자극(38L…)에 대하여 제1 영구 자석(52L…)을 회전시키는 자력이 발생하지 않는다. 또한, 제2 영구 자석(52R…) 및 이것과 다른 극성의 제2 가상 자극(21R…) 사이의 거리가 비교적 긴 것에 의해, 제2 유도 자극(38R…)과 제2 영구 자석(52R…) 사이의 제2 자력선(G2)의 총자속량은 비교적 적지만, 그 굴곡 정도가 크기 때문에, 제2 영구 자석(52R…)에, 이것을 제2 유도 자극(38R…)에 근접시키는 자력이 작용한다. 이에 따라, 제2 영구 자석(52R…)은 제1 영구 자석(52L…)과 함께, 가상 영구 자석(21…)의 회전방향, 즉 자계 회전방향과 역방향(도 16의 상측)으로 구동되 고, 도 16(C)에 나타내는 위치를 향해 회전한다. 또한, 이에 따라, 내측 로터(14)가 자계 회전방향과 역방향으로 회전한다.

그리고, 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)이 도 16(B)에 나타내는 위치로부터 도 16(C)에 나타내는 위치를 향해 회전하는 동안, 가상 영구 자석(21…)은 도 16(D)에 나타내는 위치를 향해 회전한다. 이상과 같이, 제2 영구 자석(52R…)이 제2 유도 자극(38R…)에 근접함으로써, 제2 유도 자극(38R…)과 제2 영구 자석(52R…) 사이의 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도는 작아지지만, 가상 영구 자석(21…)이 제2 유도 자극(38R…)에 더 근접함에 따라, 제2 자력선(G2)의 총자속량은 많아진다. 그 결과, 이 경우에도, 제2 영구 자석(52R…)에, 이것을 제2 유도 자극(38R…)측에 근접시키는 자력이 작용하고, 이에 따라 제2 영구 자석(52R…)이 제1 영구 자석(52L…)과 함께, 자계 회전방향과 역방향으로 구동된다.

또한, 제1 영구 자석(52L…)이 자계 회전방향과 역방향으로 회전함에 따라, 제1 영구 자석(52L…)과 제1 유도 자극(38L…) 사이의 제1 자력선(G1)이 굴곡됨으로써, 제1 영구 자석(52L…)에, 이것을 제1 유도 자극(38L…)에 근접시키는 자력이 작용한다. 그러나, 이 상태에서는, 제1 자력선(G1)에 기인하는 자력은, 제1 자력선(G1)의 굴곡 정도가 제2 자력선(G2)보다 작은 것에 의해, 전술한 제2 자력선(G2)에 기인하는 자력보다 약하다. 그 결과, 두 자력의 차분에 상당하는 자력에 의해, 제2 영구 자석(52R…)이 제1 영구 자석(52L…)과 함께, 자계 회전방향과 역방향으로 구동된다.

그리고, 도 16(D)에 나타낸 바와 같이, 제1 영구 자석(52L…)과 제1 유도 자 극(38L…) 사이의 거리와, 제2 유도 자극(38R…)과 제2 영구 자석(52R…) 사이의 거리가 서로 거의 같아졌을 때에는, 제1 영구 자석(52L…)과 제1 유도 자극(38L…) 사이의 제1 자력선(G1)의 총자속량 및 굴곡 정도가, 제2 유도 자극(38R…)과 제2 영구 자석(52R…) 사이의 제2 자력선(G2)의 총자속량 및 굴곡 정도와 각각 거의 같아진다.

그 결과, 이들 제1, 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력이 서로 거의 균형을 이룸으로써, 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)이 일시적으로 구동되지 않는 상태가 된다.

이 상태로부터, 가상 영구 자석(21…)이 도 17(E)에 나타내는 위치까지 회전하면, 제1 자력선(G1)의 발생 상태가 변화하고, 도 17(F)에 나타내는 자기 회로가 구성된다. 이에 따라, 제1 자력선(G1)에 기인하는 자력이, 제1 영구 자석(52L…)을 제1 유도 자극(38L…)에 근접시키도록 거의 작용하지 않게 되므로, 제2 자력선(G2)에 기인하는 자력에 의해, 제2 영구 자석(52R…)은, 제1 영구 자석(52L…)과 함께, 도 17(G)에 나타내는 위치까지 자계 회전방향과 역방향으로 구동된다.

그리고, 도 17(G)에 나타내는 위치로부터, 가상 영구 자석(21…)이 약간 회전하면, 이상과는 반대로, 제1 영구 자석(52L…)과 제1 유도 자극(38L…) 사이의 제1 자력선(G1)에 기인하는 자력이, 제1 영구 자석(52L…)에, 이것을 제1 유도 자극(38L…)에 근접시키도록 작용하고, 이에 따라, 제1 영구 자석(52L…)이 제2 영구 자석(52R…)과 함께, 자계 회전방향과 역방향으로 구동되며, 내측 로터(14)가 자계 회전방향과 역방향으로 회전한다. 그리고, 가상 영구 자석(21…)이 더 회전하면, 제1 영구 자석(52L…)과 제1 유도 자극(38L…) 사이의 제1 자력선(G1)에 기인하는 자력과 제2 유도 자극(38R…)과 제2 영구 자석(52R…) 사이의 제2 자력선(G2)에 기인하는 자력의 차분에 상당하는 자력에 의해, 제1 영구 자석(52L…)이 제2 영구 자석(52R…)과 함께, 자계 회전방향과 역방향으로 구동된다. 그 후, 제2 자력선(G2)에 기인하는 자력이, 제2 영구 자석(52R…)을 제2 유도 자극(38R…)에 근접시키도록 거의 작용하지 않게 되면, 제1 자력선(G1)에 기인하는 자력에 의해, 제1 영구 자석(52L…)이 제2 영구 자석(52R…)과 함께 구동된다.

이상과 같이, 제1, 제2 회전 자계의 회전에 따라, 제1 영구 자석(52L…)과 제1 유도 자극(38L…) 사이의 제1 자력선(G1)에 기인하는 자력과, 제2 유도 자극(38R…)과 제2 영구 자석(52R…) 사이의 제2 자력선(G2)에 기인하는 자력과, 이들 자력의 차분에 상당하는 자력이, 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)에, 즉 내측 로터(14)에 교대로 작용하고, 이에 따라 내측 로터(14)가 자계 회전방향과 역방향으로 회전한다. 또한, 이와 같이 자력, 즉 구동력이 내측 로터(14)에 교대로 작용함으로써, 내측 로터(14)의 토크는 거의 일정해진다.

이 경우, 내측 로터(14)는, 제1, 제2 회전 자계와 동일한 속도에 역회전한다. 이것은, 제1, 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력의 작용에 의해, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)이, 제1 영구 자석(52L…)과 제1 가상 자극(21L…)의 중간, 및 제2 영구 자석(52R…)과 제2 가상 자극(21R…)의 중간에 각각 위치한 상태를 유지하면서, 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)이 회전하기 때문이다.

이상, 내측 로터(14)를 고정하여 외측 로터(13)를 자계 회전방향으로 회전시 키는 경우와, 외측 로터(13)를 고정하여 내측 로터(14)를 자계 회전방향과 역방향으로 회전시키는 경우를 개별적으로 설명했지만, 내측 로터(14) 및 외측 로터(13)를 서로 역방향으로 회전시키는 것도 물론 가능하다.

이상과 같이, 내측 로터(14) 및 외측 로터(13) 중 어느 하나, 또는 내측 로터(14) 및 외측 로터(13) 모두를 회전시키는 경우에, 내측 로터(14) 및 외측 로터(13)의 상대적인 회전 위치에 따라, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)의 자화 상태가 변하여, 슬라이딩없이 회전시키는 것이 가능하고, 동기기로서 기능하기 때문에 효율을 높일 수 있다. 또한, 제1 가상 자극(21L…), 제1 영구 자석(52L…) 및 제1 유도 자극(38L…)의 수가 서로 동일하게 설정되고, 제2 가상 자극(21R…), 제2 영구 자석(52R…) 및 제2 유도 자극(38R…)의 수가 서로 동일하게 설정되어 있기 때문에, 내측 로터(14) 및 외측 로터(13) 중 어느 것을 구동하는 경우라도, 전동기(M)의 토크를 충분히 얻을 수 있다.

그런데, 본 실시예의 전동기(M)에 의하면, 외측 로터(13)가 로터 보디(31)에 설치한 제1 외측 로터 샤프트(34)와, 로터 커버(33)에 설치한 제2 외측 로터 샤프트(36)에 의해, 케이싱(11)에 양쪽에서 지지되기 때문에, 외측 로터(13)의 안정된 회전을 가능하게 할 수 있다.

또한, 외측 로터(13)를 한쌍의 볼 베어링(35, 37)으로 케이싱(11)에 회전 가능하게 지지하고, 내측 로터(14)를 상기 한쌍의 볼 베어링(35, 37) 사이에 배치한 한쌍의 볼 베어링(50, 51)으로 외측 로터(13)에 회전 가능하게 지지했기 때문에, 외측 로터(13) 및 내측 로터(14)를 각각 직접 케이싱(11)에 회전 가능하게 지지하 는 경우에 비해, 전동기(M)의 축선(L) 방향의 치수를 소형화할 수 있다.

왜냐하면, 내측 로터(14)를 한쌍의 볼 베어링(50, 51)으로 케이싱(11)에 직접 지지하고자 하면, 이들 볼 베어링(50, 51)을 외측 로터(13)의 한쌍의 볼 베어링(35, 37) 사이에 배치할 수 없어, 외측 로터(13)의 한쌍의 볼 베어링(35, 37)의 축선(L) 방향 외측에 배치해야 하기 때문이다.

또한, 외측 로터(13)의 회전 위치를 검출하는 제1 리졸버(42)와, 내측 로터(14)의 회전 위치를 검출하는 제2 리졸버(56)를, 모두 축선(L) 방향의 일단측, 즉 케이싱(11)의 덮개부(17)측에 집중 배치했기 때문에, 덮개부(17)를 제거하는 것만으로 제1, 제2 리졸버(42, 56)의 점검, 수리, 조립, 교환 등의 작업을 동시에 행할 수 있게 되어, 편리성이 대폭 향상된다. 또한, 제1, 제2 리졸버(42, 56)의 하네스의 처리도 용이해진다.

또한, 외측 로터(13)는, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)의 외주 표면 및 내주 표면을, 각각 로터 보디(31)의 외주 표면 및 내주 표면에 노출시켰기 때문에, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)에 대한 상기 에어 갭(α)과, 내측 로터(14)의 제1, 제2 코어(48L, 48R)에 대한 상기 에어 갭(β)을 최소한으로 억제하여 자기 효율을 높일 수 있다.

또한, 제1 유도 자극(38L…) 및 제2 유도 자극(38R…)이 원주 방향으로 동일 위상으로 배치되기 때문에, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)을 원주 방향으로 다른 위상으로 배치하는 경우에 비해, 이들 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)을 지지하는 외측 로터(13)의 로터 보디(31)의 구조가 간소화될 뿐만 아니라, 로터 보 디(31)의 강도도 향상된다.

특히, 로터 보디(31)에 대한 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…) 및 스페이서(39…)의 지지를, 로터 보디(31)의 슬릿(31a)의 볼록부(31b, 31b)에 대하여, 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R) 및 스페이서(39)의 오목부(38a, 38a; 39a, 39b)를 축선(L) 방향으로 슬라이딩시키면서 삽입하여 행하기 때문에, 그 조립 작업이 용이해질 뿐만 아니라, 볼트와 같은 특별한 고정 수단이 불필요해져 부품수의 삭감 및 구조의 간소화에 기여할 수 있다. 또한, 외측 로터(13)의 회전에 의해 발생하는 원심력으로 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R) 및 스페이서(39)가 직경 방향으로 탈락하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)에 오목부(38a…)를 형성함으로써, 이 오목부(38a…)로 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)의 불필요 부분을 삭제하여, 와류손 및 히스테리시스손을 저감할 수 있다.

그런데, 도 11에 나타낸 바와 같이, 제1 스테이터(12L)의 제1 전기자(21L…)와 내측 로터(14)의 제1 영구 자석(52L…) 사이에서, 외측 로터(13)의 제1 유도 자극(38L…)을 통해 자속이 통과할 때, 쇄선으로 나타내는 위치에 제1 유도 자극(38L…)이 존재하는 상태에서는, 제1 영구 자석(52L…)으로부터 제1 유도 자극(38L…)을 통해 인접하는 제1 영구 자석(52L…)에 자속이 단락되어 버리고, 자기 효율이 저하된다는 문제가 있다. 이 문제는, 제2 전기자(21R…), 제2 영구 자석(52R…) 및 제2 유도 자극(38R…)에서도 동일하게 발생한다.

그런데, 본 실시예에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 제1, 제2 영구 자 석(52L…, 52R…)의 전기각 180°에 상당하는 기계각(θ0)보다, 축선(L)으로부터 각 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R)의 원주 방향 양단에 그은 2개의 직선이 이루는 각도(θ2)를 작게 설정하고 있다. θ1은, 축선(L)으로부터 각 제1, 제2 영구 자석(52L, 52R)의 원주 방향 양단에 그은 2개의 직선이 이루는 각도이며, 3개의 각도의 관계는 θ0>θ1≥θ2이다. 이렇게 함으로써, 원주 방향으로 인접하는 2개의 제1 영구 자석(52L, 52L) 사이의 자기 단락, 또는 원주 방향으로 인접하는 2개의 제2 영구 자석(52R, 52R) 사이의 자기 단락을 최소한으로 억제할 수 있다.

실시예 2

다음으로, 도 18에 기초하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.

제1 실시예에서는, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…) 및 스페이서(39)의 오목부(38a…, 39a…)의 형상과, 로터 보디(31)의 슬릿(31a…)의 볼록부(31b…)의 형상을 사각형으로 했지만, 도 18(A)에 나타낸 바와 같이 삼각형으로 하거나, 도 18(B)에 나타낸 바와 같이 U자형으로 해도, 동일한 작용 효과를 달성할 수 있다.

오목부(38a…, 39a…) 및 볼록부(31b…)의 위치 관계를 역으로 하고, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…) 및 스페이서(39)측에 볼록부를 형성하며, 슬릿(31a…)측에 오목부를 형성하더라도, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)을 확실하게 지지할 수 있는 것은 동일하다. 그러나, 실시예와 같이, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)측에 오목부(38a…)를 형성함으로써, 슬릿(31a…)측에 오목부를 형성하는 경우에 비해, 와류손 및 히스테리시스손을 저감할 수 있다.

실시예 3

도 19～도 21은 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 것이다.

제3 실시예는, 외측 로터(13)의 스페이서(39…)의 표면에 원주 방향으로 연장되는 홈(39b…)을 형성하고, 외측 로터(13)의 로터 보디(31)의 외주면에 상기 스페이서(39…)의 홈(39b…)에 이어지는 홈(31d…)을 형성하며, 이들 홈(39b…, 31d…)에 약자성체로 구성한 링(59)을 끼워 맞춘 것이다.

외측 로터(13)가 회전하면, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…) 및 스페이서(39…)에 원심력이 작용하여, 로터 보디(31)의 축선(L) 방향 중간부가 팽창하도록 변형하고자 한다. 그러나, 상기 링(59)으로 로터 보디(31)의 축선(L) 방향 중간부를 압박함으로써 그 변형을 방지할 수 있다.

실시예 4

다음으로, 도 22에 기초하여 본 발명의 제4 실시예를 설명한다.

제4 실시예는, 내측 로터(14)의 하나의 자극을 구성하는 제1 영구 자석(52L) 또는 제2 영구 자석(52R)을, 각각 2개로 분할한 것이다. 이 경우, 2개의 영구 자석이 하나의 자극을 구성하기 위해서는, 이 2개의 영구 자석의 극성이 일치해야 한다.

이 경우, 내측 로터(14)의 자극의 전기각 180°에 상당하는 θ0는, 하나의 자극을 구성하는 2개의 영구 자석(52L, 52L)(또는 52R, 52R)을 쌍으로 했을 때, 인접하는 쌍 사이를 통과하는 2개의 반경선이 이루는 각도로서 정의된다.

실시예 5

다음으로, 도 23에 기초하여 본 발명의 제5 실시예를 설명한다.

전술한 제1～제4 실시예에서는 본 발명을 회전형의 전동기(M)에 적용하고 있지만, 제5 실시예는 본 발명을 직선 운동형의 전동기(M)(소위 리니어 모터)에 적용한 것이다.

이 경우, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1, 제2 전기자(21L…, 21R…)로 구성된 직선형의 제1 자극 열과, 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)으로 구성된 직선형의 제2 자극 열 사이에, 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)으로 형성된 직선형의 유도 자극 열이 배치된다. 따라서, 제1, 제2 전기자(21L…, 21R…)에 통전하여 제1 자극 열에 이동 자계를 발생시키면, 제2 자극 열 및 유도 자극 열 중의 하나 또는 양쪽 모두를 직선 방향으로 이동시킬 수 있다.

그런데, 도 23에 나타낸 바와 같이, 제2 자극 열의 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)의 전기각 180°에 상당하는 거리(L0)보다, 유도 자극 열의 제1, 제2 유도 자극(38L…, 38R…)의 직선 방향 양단 사이의 거리(L2)를 작게 함으로써, 제2 자극 열의 직선 방향으로 인접하는 제1 영구 자석(52L…)[또는 제2 영구 자석(52R…)] 사이에서, 유도 자극 열의 제1 유도 자극(38L…)[또는 제2 유도 자극(38R…)]을 통해 자기 단락이 발생하는 것을 억제하여 자기 효율을 높일 수 있다.

실시예 6

다음으로, 도 24 및 도 25에 기초하여 본 발명의 제6 실시예를 설명한다.

제6 실시예는 본 발명을 마그네틱 기어에 적용한 것으로, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)는 제1, 제2 전기자(21L…, 21R…) 대신에 제1, 제2 영구 자석(60L…, 60R…)을 구비한다. 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)를 고정한 상태에서, 내측 로 터(14) 및 외측 로터(13) 중의 하나를 구동하면, 그에 따라 다른 하나가 회전함으로써, 동력 전달 기구를 구성할 수 있다. 내측 로터(14)를 고정하면, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R) 및 외측 로터(13) 사이에서 구동력을 전달할 수 있고, 외측 로터(13)를 고정하면, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R) 및 내측 로터(14) 사이에서 구동력을 전달할 수 있으며, 삼자를 회전 가능하게 하면 차동 장치로서 기능시킬 수 있다.

이 실시예에서도, 도 25(A)에 나타낸 바와 같이, 내측 로터(14)의 제1, 제2 영구 자석(52L…, 52R…)의 전기각 180°에 상당하는 θ0는, 축선(L)으로부터 각 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R)의 원주 방향 양단에 그은 2개의 직선이 이루는 각도(θ2)와, 축선(L)으로부터 각 제1, 제2 영구 자석(52L, 52R)의 원주 방향 양단에 그은 2개의 직선이 이루는 각도(θ1) 사이에, θ0<θ1≤θ2의 관계를 갖도록 설정된다.

마찬가지로, 도 25(B)에 나타낸 바와 같이, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R)의 제1, 제2 영구 자석(60L…, 60R…)의 전기각 180°에 상당하는 θ0는, 축선(L)으로부터 각 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R)의 원주 방향 양단에 그은 2개의 직선이 이루는 각도(θ2)와, 축선(L)으로부터 각 제1, 제2 영구 자석(60L, 60R)의 원주 방향 양단에 그은 2개의 직선이 이루는 각도(θ1) 사이에, θ0<θ1≤θ2의 관계를 갖도록 설정된다.

이상, 본 발명의 실시예를 설명했지만, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 설계를 다양하게 변경하는 것이 가능하다.

예를 들어, 실시예에서는 전동기(M) 및 마그네틱 기어를 예시했지만, 본 발명은 외측 로터 및 내측 로터 중의 하나를 고정하고 다른 하나를 회전시킴으로써 스테이터에 기전력을 발생시키는 발전기에 대해서도 적용할 수 있다.

또한, 실시예에서는 직경 방향 외측에 배치한 스테이터(12L, 12R)에 전기자(21L…, 21R…)를 설치하고, 직경 방향 내측에 배치한 내측 로터(14)에 영구 자석(52L…, 52R…)을 설치했지만, 그 위치 관계를 역으로 하여 전기자(21L…, 21R…)를 갖는 스테이터를 직경 방향 내측에, 영구 자석(52L…, 52R…)을 갖는 외측 로터를 직경 방향 외측에 배치해도 된다.

또한, 실시예에서는 스테이터(12L, 12R), 외측 로터(13) 및 내측 로터(14)를 직경 방향으로 배치(레디얼형 배치)하고 있지만, 이들을 축선(L) 방향으로 배치해도 된다. 즉, 유도 자극을 갖는 로터의 축선(L) 방향 양측에, 전기자를 갖는 스테이터 및 영구 자석을 갖는 로터를 배치(액셜형 배치)해도 된다.

또한, 실시예의 스테이터(12L, 12R)의 권선은 집중권이지만, 이것을 분포권으로 해도 된다.

또한, 제1, 제2 스테이터(12L, 12R), 외측 로터(13) 및 내측 로터(14)의 극대수는 실시예에 한정되지 않고, 적절하게 변경 가능하다.

Claims (18)

1. 축선(L)을 둘러싸도록 배치된 환상의 스테이터(12L, 12R)와, 축선(L) 둘레로 회전 가능한 제1 로터(14)와, 상기 스테이터(12L,12R) 및 상기 제1 로터(14) 사이에 배치되어 축선(L) 둘레로 회전 가능한 제2 로터(13)를 구비한 전동기로서,

   상기 스테이터(12L, 12R)는, 원주 방향으로 배치된 복수의 제1 전기자(21L)로 구성되고, 전력의 공급에 따라 상기 복수의 제1 전기자(21L)에 발생하는 자극에 의해, 원주 방향을 따라 회전하는 제1 회전 자계를 발생시키는 제1 전기자 열과, 원주 방향으로 배치된 복수의 제2 전기자(21R)로 구성되고, 전력의 공급에 따라 상기 복수의 제2 전기자(21R)에 발생하는 자극에 의해, 원주 방향을 따라 회전하는 제2 회전 자계를 발생시키는 제2 전기자 열을 축선(L) 방향으로 병치(竝置)하여 이루어지며,

   상기 제1 로터(14)는, 원주 방향으로 정해진 피치(P)로 교대로 다른 극성의 자극을 갖도록 복수의 제1 영구 자석(52L)을 배치하여 구성된 제1 영구 자석 열과, 원주 방향으로 상기 정해진 피치(P)로 교대로 다른 극성의 자극을 갖도록 복수의 제2 영구 자석(52R)을 배치하여 구성된 제2 영구 자석 열을 축선(L) 방향으로 병치하여 이루어지며,

   상기 제2 로터(13)는, 원주 방향으로 상기 정해진 피치(P)로 배치된 연자성체로 만들어진 복수의 제1 유도 자극(38L)으로 구성된 제1 유도 자극 열과, 원주 방향으로 상기 정해진 피치(P)로 배치된 연자성체로 만들어진 복수의 제2 유도 자극(38R)으로 구성된 제2 유도 자극 열을 축선(L) 방향으로 병치하여 이루어지며,

   상기 제1 유도 자극 열의 직경 방향 양측에 각각 상기 제1 전기자 열 및 상기 제1 영구 자석 열이 대향하고, 상기 제2 유도 자극 열의 직경 방향 양측에 각각 상기 제2 전기자 열 및 상기 제2 영구 자석 열이 대향하며,

   상기 제1 로터(14)의 상기 제1 영구 자석 열의 자극의 위상 및 상기 제2 영구 자석 열의 자극의 위상을 서로 원주 방향으로 상기 정해진 피치(P)의 반만큼 어긋나게 하고, 상기 스테이터(12L,12R)의 상기 제1 회전 자계의 극성의 위상 및 상기 제2 회전 자계의 극성의 위상을 서로 원주 방향으로 상기 정해진 피치(P)의 반만큼 어긋나게 하며, 상기 제2 로터(13)의 상기 제1 유도 자극(38L)의 위상 및 제2 유도 자극(38R)의 위상을 일치시킨 것을 특징으로 하는 전동기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 로터(13)의 원통형의 로터 보디(31)에 축선(L) 방향으로 직선형으로 연장되는 복수의 슬릿(31a)을 형성하고, 상기 각 슬릿(31a)에 상기 제1, 제2 유도 자극(38L, 38R)을 끼워 맞춘 것을 특징으로 하는 전동기.
3. 축선(L)을 둘러싸도록 배치된 환상의 스테이터(12L, 12R)와, 축선(L) 둘레로 회전 가능한 제1 로터(14)와, 상기 스테이터(12L,12R) 및 상기 제1 로터(14) 사이에 배치되어 축선(L) 둘레로 회전 가능한 제2 로터(13)를 구비한 전동기용 로터 구조로서,

   약자성체로 구성되는 상기 제2 로터(13)에, 연자성체로 구성된 복수의 유도 자극(38L, 38R)을 원주 방향으로 정해진 간격으로 지지하는 로터 구조에 있어서,

   상기 유도 자극(38L, 38R)은 상기 제2 로터(13)에 매립되고,

   상기 제2 로터(13)와 상기 유도 자극(38L, 38R)이 접하는 면은, 상기 제2 로터(13)에 대하여 상기 유도 자극(38L, 38R)이 직경 방향으로 이동하는 것을 규제하는 형상이고, 상기 제2 로터(13)에 형성한 볼록부(31b)와 상기 유도 자극(38L, 38R)에 형성한 오목부(38a)를 결합시킴으로써, 상기 제2 로터(13)에 대하여 상기 유도 자극(38L, 38R)이 직경 방향으로 이동하는 것을 규제하는 것을 특징으로 하는 로터 구조.
4. 제3항에 있어서, 상기 유도 자극(38L, 38R)의 일부가 상기 제2 로터(13)의 외주 표면에 노출되는 것을 특징으로 하는 로터 구조.
5. 제3항에 있어서, 상기 제2 로터(13)는 원통 형상이며, 상기 유도 자극(38L, 38R)의 일부가 상기 제2 로터(13)의 내주 표면에 노출되는 것을 특징으로 하는 로터 구조.
6. 제3항에 있어서, 상기 제2 로터(13)는 원통 형상이며, 상기 유도 자극(38L, 38R)의 일부가 상기 제2 로터(13)의 내주 표면에 노출되고, 상기 유도 자극(38L, 38R)의 일부가 상기 제2 로터(13)의 외주 표면에 노출되는 것을 특징으로 하는 로터 구조.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 로터(13)는 축선(L) 방향으로 연장되는 복수의 슬릿(31a)을 구비하며, 상기 각 슬릿(31a)에, 복수의 상기 유도 자극(38L, 38R)과, 축선(L) 방향으로 인접하는 상기 유도 자극(38L, 38R) 사이에 위치하는 약자성체로 구성된 스페이서(39)가 매립되는 것을 특징으로 하는 로터 구조.
8. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 로터(13)는 축선(L) 방향으로 연장되는 복수의 슬릿(31a)을 구비하며, 상기 각 슬릿(31a)에, 복수의 상기 유도 자극(38L, 38R)과, 축선(L) 방향으로 인접하는 상기 유도 자극(38L, 38R) 사이에 위치하는 약자성체로 구성된 스페이서(39)가 매립되고, 상기 제2 로터(13)와 상기 스페이서(39)가 접하는 면은, 상기 제2 로터(13)에 대하여 상기 스페이서(39)가 직경 방향으로 이동하는 것을 규제하는 형상인 것을 특징으로 하는 로터 구조.
9. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 로터(13)는 축선(L) 방향으로 연장되는 복수의 슬릿(31a)을 구비하며, 상기 각 슬릿(31a)에, 복수의 상기 유도 자극(38L, 38R)과, 축선(L) 방향으로 인접하는 상기 유도 자극(38L, 38R) 사이에 위치하는 약자성체로 구성된 스페이서(39)가 매립되고, 상기 스페이서(39)의 외주면이 약자성체로 구성된 링(59)으로 덮이는 것을 특징으로 하는 로터 구조.
10. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 자극(38L, 38R)이 상기 제2 로터(13)에 대하여 축선(L) 방향으로 이동하는 것을 규제하는 홀더(41)를 구비하는 것을 특징으로 하는 로터 구조.
11. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 로터(13)는 바닥이 있는 원통형의 로터 보디(31)와, 상기 로터 보디(31)의 개구를 덮도록 결합되는 로터 커버(33)를 구비하고, 상기 로터 보디(31)의 바닥부 및 상기 로터 커버(33)에 회전축(34, 36)이 설치되는 것을 특징으로 하는 로터 구조.
12. 복수의 자극(21L, 21R)을 원주 방향으로 나열한 제1 자극 열과, 복수의 자극(52L, 52R)을 원주 방향으로 나열한 제2 자극 열 사이에, 복수의 연자성체로 만들어진 유도 자극(38L, 38R)을 원주 방향으로 나열한 유도 자극 열을 배치한 자기(磁氣) 기계에 있어서,

    상기 제1 자극 열의 자극(21L, 21R)의 전기각 180°에 상당하는 기계각과, 상기 제2 자극 열의 자극(52L, 52R)의 전기각 180°에 상당하는 기계각(θ0) 중의 적어도 하나보다, 상기 유도 자극 열의 유도 자극(38L, 38R)의 원주 방향 양단이 축선(L)에 대하여 이루는 각도(θ2)를 작게 한 것을 특징으로 하는 자기 기계.
13. 복수의 자극(21L, 21R)을 직선 방향으로 나열한 제1 자극 열과, 복수의 자극(52L, 52R)을 직선 방향으로 나열한 제2 자극 열 사이에, 복수의 연자성체로 만들어진 유도 자극(38L, 38R)을 직선 방향으로 나열한 유도 자극 열을 배치한 자기 기계에 있어서,

    상기 제1 자극 열의 자극(21L, 21R)의 전기각 180°에 상당하는 거리와, 상기 제2 자극 열의 자극(52L, 52R)의 전기각 180°에 상당하는 거리(L0) 중의 적어도 하나보다, 상기 유도 자극 열의 유도 자극(38L, 38R)의 직선 방향 양단 사이의 거리(L2)를 작게 한 것을 특징으로 하는 자기 기계.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제1 자극 열 및 상기 제2 자극 열 중의 하나를 복수의 전기자(21L, 21R)로 구성하고, 상기 복수의 전기자(21L, 21R)에 대한 통전을 제어하여 이동 자계를 발생시킴으로써, 상기 제1 자극 열 및 상기 제2 자극 열 중의 다른 하나와 상기 유도 자극 열 중의 적어도 하나를 이동시키는 것을 특징으로 하는 자기 기계.
15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제1 자극 열 및 상기 제2 자극 열 중의 하나를 복수의 전기자(21L, 21R)로 구성하고, 상기 제1 자극 열 및 상기 제2 자극 열 중의 다른 하나와 상기 유도 자극 열 중의 적어도 하나를 외력으로 이동시킴으로써, 상기 복수의 전기자(21L, 21R)에 기전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 자기 기계.
16. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제1 자극 열, 상기 제2 자극 열 및 상기 유도 자극 열 중의 적어도 하나를 외력으로 이동시킴으로써, 다른 2개 중의 적어도 하나를 이동시키는 것을 특징으로 하는 자기 기계.
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