KR101199192B1

KR101199192B1 - 전기 기계

Info

Publication number: KR101199192B1
Application number: KR1020107017119A
Authority: KR
Inventors: 게리 호스트
Original assignee: 니덱 모터 코포레이션
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2012-11-07
Also published as: US7777386B2; CN101933214A; MX2010008463A; EP2238669A1; WO2009097031A1; KR20100095657A; JP2011511614A; US20090195109A1

Abstract

외부 로터 전기 모터에 이용하도록 구성된 스테이터 어셈블리가 개시된다. 상기 어셈블리는 허브(hub), 상기 허브로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되는 복수의 이빨들, 기저부 이빨 직경 및 외부 직경을 가지는 스테이터 코어를 포함한다. 각각의 이빨은 기저부(root), 상기 기저부로부터 연장되는 네크부(neck) 및 상기 기저부의 반대쪽에 있는 헤드부(head)를 가진다. 상기 네크부는 최대 폭을 가진다. 각각의 인접한 이빨들의 쌍은 대응하는 이빨들의 기저부들에서 측정되는 피치(pitch)를 가진다. 상기 어셈블리는 스테이터 코어의 적어도 3개의 이빨들의 각각의 이빨 둘레에 감긴 권선을 포함한다. 스테이터 코어의 외부 직경에 대한 스테이터 코어의 기저부 이빨 직경의 비율은 약 0.75 미만이다. 이빨들의 기저부에서 측정되는 이빨 피치에 대한 최대 이빨 네크부 폭의 비율은 약 0.36보다 크다.

Description

전기 기계{ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 모터들 및 발전기들과 같은 전기 기계들에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 알루미늄 권선(winding)들을 갖는 외부 로터 브러쉬리스 영구 자석(BPM : brushless permanent magnet) 전기 기계들에 관한 것이다.

모터들 또는 발전기들과 같은 전기 기계들은 하우징(housing) 내부에 장착된 스테이터(stator)와, 스테이터에 대한 회전을 위하여 하우징에 지지되는 로터(rotor)를 대표적으로 포함한다. 기계들의 스테이터 및/또는 로터는 전선의 코일들을 포함하는 권선들을 가진다. 모터들에서는, 자기장들을 발생시키기 위하여 이러한 코일들을 통해 전기가 전달되어, 로터가 회전하도록 한다. 발전기들에서는, 로터가 회전함에 따라 권선들에서 전기가 발생된다. 권선들을 만들기 위하여 상이한 전기 전도성 물질들이 이용될 수 있지만, 과거에는 이러한 권선들이 흔히 구리(copper) 또는 구리 합금(copper alloy)들로 만들어졌다. 전기 기계들은 세탁 기계들과 같은 제품들과, 고정식 자전거(stationary bicycle)들 및 트레드밀(treadmill)들과 같은 장치에 종종 통합된다. 전기 기계를 포함하는 제품의 크기, 성능 및 가격은 구매 결정들을 행할 경우에 중요한 인자(factor)들일 수 있다. 전기 기계의 크기, 성능 및 가격은 제품의 전체 크기 및 가격에 대해 흔히 상당한 영향을 가진다.

구리 권선들을 갖는 기존의 높은 토크 낮은 속도의 모터들은 더 짧은 이빨(tooth)들을 종종 가지게 되어, (i) 노이즈, (ii) 이빨들에서의 암페어 강하(ampere drop) 및 (iii) 유해한 플럭스 포화(flux saturation) 효과들이 감소하게 된다. 더욱 구체적으로, 더 짧은 이빨들은 힘들에 대해 견디고, 진동 및 노이즈를 감소시키는데 있어서 구조적으로 더욱 강하다. 또한, 기존에는 일부 짧은 이빨들은 너무 얇고 구조적으로 약해서 진동에 견딜 수 없었고, 인접하는 이빨들의 자유 단부(free end)들을 서로 연결하는 추가적인 구조적 부재들(예를 들어, 전선들)과 같이, 이빨들을 강화하기 위한 다른 구조적 수단을 필요로 하였다. 더욱이, 플럭스(flux)를 운반하는 더 짧은 이빨들은 이빨을 통해 플럭스를 구동하고 플럭스 포화의 해로운 효과들을 감소시키기 위하여 더 적은 암페어 회전들(즉, 전류)을 필요로 한다. 따라서, 더 낮은 구동 전류들은 더 낮은 전선 전류(즉, I²R) 손실들로 된다. 또한, 과도한 포화는 높은 토크 부하들에서 전류량(amperage) 당 비선형 토크로 될 수 있다. 따라서, 과거에 모터 설계를 최적화하기 위하여, 구리 권선들이 바람직한 짧은 이빨들과 짝을 이루어서 모터의 성능을 최적화하고 이러한 원하지 않는 효과들을 감소시켰다.

또한, 세탁 기계들의 경우, 더 높은 모터 중량들은 세탁 기계가 불균형으로 될 민감도(susceptibility)를 증가시키므로, 모터 중량은 세탁 기계 성능에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 더 가벼운 모터들이 바람직하다. 기존에는, 세탁 기계들을 위한 모터들에 구리 권선들이 이용된다. 더 낮은 밀도를 가지는 다른 전도성 물질들이 이용되면, 불균형으로 될 가능성이 더 적은 세탁 기계들이 만들어질 수 있다. 그러나, 이러한 저밀도 물질들의 대부분은 구리보다 전도성이 적다. 그러므로, 더 큰 규격의 전선이 권선들에 이용되어야 한다. 더 큰 전선 규격은 더 큰 열 전달을 가능하게 하여, 더 낮은 모터 동작 온도들로 될 가능성이 있다.

또한, 전도성 물질들의 가격들은 변동한다. 가끔, 일부 권선 물질들은 다른 것들보다 훨씬 고가이다. 예를 들어, 때때로 구리는 알루미늄과 같은 다른 전기 전도성 물질들에 비해 매우 고가이다. 물질의 전기 전도율도 중요한 고려사항이다. 전도율이 감소할수록, 손실들을 극복하기 위하여 더 큰 권선들이 이용되어야 한다. 그러나, 더 큰 권선들은 기계 크기 및 그에 따른 제품 크기에 대한 우려를 상승시킨다. 따라서, 알루미늄과 같은 일부 물질들이 구리와 같이 더욱 빈번하게 이용되는 물질들에 비해 가격 측면의 장점을 가질 수 있더라도, 구리는 크기에 의해 발생할 수 있는 이러한 다른 문제 때문에 여전히 이용될 수 있다. 기존에는 유사한 성능의 알루미늄 권선들을 받아들이기 위해 구리 권선들을 위해 설계된 모터를 변경하는 것은 더 큰 부피를 가지는 모터를 필요로 하였다. 이러한 부피 증가는 기존의 구리 권선 부피에 비해 증가된 알루미늄 권선 부피를 수용하기 위하여 모터의 직경 및/또는 길이를 증가시킴으로써 주로 달성되었다. 그러나, 모터의 외장 크기가 모터가 이용될 어플리케이션에 의해 제한되면, 길이 및/또는 직경에 있어서의 이러한 증가들은 달성될 수 없고, 대안적인 권선 물질(예를 들어, 알루미늄)은 성능을 희생시키지 않고서는 이용될 수 없다. 전기 기계는 대체로 동일한 직경 및 길이를 가지는 모터에서 유사한 성능을 유지하면서 가격에 있어서 더욱 효율적인 물질(예를 들어, 알루미늄 권선들)을 포함할 수 있다면 유익할 것이다.

본 발명은 유사한 성능을 유지하면서 가격에 있어서 더욱 효율적인 물질을 포함할 수 있는 전기 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일부 실시예들에서, 본 발명은 외부 로터 전기 모터에 이용하도록 구성된 스테이터 어셈블리에 관한 것이다. 상기 어셈블리는 허브(hub), 허브로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되는 복수의 이빨들, 기저부 이빨 직경(root tooth diameter) 및 외부 직경(outer diameter)을 가지는 스테이터 코어(stator core)를 포함한다. 복수의 이빨들의 각각의 이빨은 기저부(root), 기저부로부터 연장되는 네크부(neck) 및 기저부의 반대쪽에 있는 헤드부를 가진다. 네크부는 최대 폭을 가진다. 복수의 이빨들 중의 각각의 인접한 이빨들의 쌍은 대응하는 이빨들의 기저부들에서 측정되는 피치(pitch)를 가진다. 또한, 상기 어셈블리는 스테이터 코어의 복수의 이빨들 중의 적어도 3개의 이빨들의 각각의 이빨 둘레에 감긴 권선을 포함한다. 스테이터 코어의 외부 직경에 대한 스테이터 코어의 기저부 이빨 직경의 비율은 약 0.75 미만이다. 이빨들의 기저부에서 측정되는 이빨 피치에 대한 최대 이빨 네크부 폭의 비율은 약 0.36보다 크다.

다른 실시예들에서, 본 발명은 허브와, 허브로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되는 복수의 이빨들을 가지는 스테이터 코어를 포함하는 전기 기계에 관한 것이다. 복수의 이빨들의 각각의 이빨은 기저부, 기저부로부터 연장되는 네크부 및 기저부의 반대쪽에 있는 헤드부를 가진다. 네크부는 최대 폭을 가진다. 복수의 이빨들 중의 각각의 인접한 이빨들의 쌍은 대응하는 이빨들의 기저부들에서 측정되는 피치를 가진다. 또한, 상기 기계는 스테이터 코어의 복수의 이빨들 중의 적어도 3개의 이빨들의 각각의 이빨 둘레에 감긴 권선을 포함한다. 또한, 상기 기계는 스테이터 코어와 대향하는 내장 표면(interior surface)을 가지는 환형 벽(annular wall)을 포함하는 로터 본체로서, 스테이터 코어 위에 회전 가능하게 장착된 로터 본체를 포함한다. 또한, 상기 기계는 환형 벽 둘레에 원주 방향으로 이격된 복수의 자기 쌍극자들(magnetic dipoles)을 생성하기 위하여 로터 본체의 환형 벽 위에 위치된 복수의 자석들을 포함하고, 자기 쌍극자들은 로터 본체 벽의 내장 표면 내에 자속(magnetic flux)을 생성한다. 복수의 자석들 각각은 약 12,000 가우스(Gauss) 이하의 최대 잔류 유도용량(maximum residual inductance)(Br)을 가진다. 이빨들의 기저부에서 측정되는 이빨 피치에 대한 최대 이빨 네크부 폭의 비율은 약 0.36보다 크다.

또 다른 실시예들에서, 본 발명은 허브와, 허브로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되는 복수의 이빨들을 가지는 스테이터 코어를 포함하는 전기 기계에 관한 것이다. 스테이터 코어는 기저부 이빨 직경 및 외부 직경을 가진다. 상기 기계는 스테이터 코어의 복수의 이빨들 중의 적어도 3개의 이빨들의 각각의 이빨 둘레에 감긴 권선을 포함한다. 또한, 상기 기계는 스테이터 코어 위에 회전 가능하게 장착된 로터 본체를 포함하고, 로터 본체는 스테이터 코어와 대향하는 내장 표면(interior surface)을 가지는 환형 벽을 포함한다. 스테이터 코어의 외부 직경에 대한 스테이터 코어의 기저부 이빨 직경의 비율은 약 0.75 미만이다.

또 다른 실시예들에서, 본 발명은 외부 로터 전기 모터에 이용하도록 구성된 스테이터 어셈블리에 관한 것이다. 상기 어셈블리는 허브와, 허브로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되는 복수의 이빨들을 가지는 스테이터 코어를 포함한다. 스테이터 코어는 기저부 이빨 직경 및 외부 직경을 가진다. 상기 어셈블리는 스테이터 코어의 복수의 이빨들 중의 적어도 3개의 이빨들의 각각의 이빨 둘레에 감긴 권선을 포함한다. 스테이터 코어의 외부 직경에 대한 스테이터 코어의 기저부 이빨 직경의 비율은 약 0.75 미만이다.

다른 실시예들에서, 본 발명은 스테이터 어셈블리 위에 회전 가능하게 장착된 로터 본체를 가지는 외부 로터 전기 모터에 이용하도록 구성된 스테이터 어셈블리에 관한 것이며, 로터 본체는 로터 본체 둘레에 원주 방향으로 이격된 복수의 자기 쌍극자들을 생성하기 위한 복수의 자석들로서, 약 12,000 가우스 이하의 최대 잔류 유도용량(Br)을 가지는 복수의 자석들을 포함하고, 상기 어셈블리는, 허브와, 허브로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되는 복수의 이빨들을 가지는 스테이터 코어로서, 복수의 이빨들의 각각의 이빨은 기저부, 기저부로부터 연장되는 네크부 및 기저부의 반대쪽에 있는 헤드부를 가지고, 네크부는 최대 폭을 가지고, 복수의 이빨들 중의 각각의 인접한 이빨들의 쌍은 대응하는 이빨들의 기저부들에서 측정되는 피치를 가지는 스테이터 코어; 및 스테이터 코어의 복수의 이빨들 중의 적어도 3개의 이빨들의 각각의 이빨 둘레에 감긴 권선을 포함하고, 이빨들의 기저부에서 측정되는 이빨 피치에 대한 최대 이빨 네크부 폭의 비율은 약 0.36보다 크다.

본 발명의 다른 측면들은 부분적으로 명백할 것이며, 부분적으로는 추후에 지적될 것이다.

본 발명에 따르면, 알루미늄 권선들을 갖는 외부 로터 브러쉬리스 영구 자석(BPM) 전기 기계들을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 로터 브러쉬리스 영구 자석(BPM) 전기 기계에 의해 구동되는 전면 적재 세탁 기계의 개략적인 단면의(cross-sectional) 측면 입면도(side elevation)이다.
도 2는 본 발명에 따른 외부 로터 BPM 전기 기계의 스테이터 코어의 단부 입면도(end elevation)이다.
도 3은 외부 로터 BPM 전기 기계의 일부에 대한 확대된 단부 입면도이다.
도 4는 외부 로터 BPM 전기 기계의 사시도이다.
도 5는 단면 상태의 외부 로터 BPM 전기 기계의 단면 사시도이다.
도 6은 일부 단면 상태의 외부 로터 BPM 전기 기계의 또 다른 단면 사시도이다.
대응하는 참조 부호들은 몇 개의 도면에 걸쳐 대응하는 부품들을 나타낸다.

이하, 도면들 및 특히, 도 1을 참조하면, 전기 장치는 그 전체적으로 참조 번호 10으로 표시되어 있다. 일 실시예에서, 장치(10)는 하우징(14) 내에서 회전 가능하게 지지된 세탁기 드럼(12)을 가지는 전면 적재 세탁 기계(front loading washing machine)로 구성된다. 샤프트(shaft)(16)는 드럼(12)을 드럼 후방에 위치되고 전체적으로 20으로 표시된 전기 모터에 결합시킨다. 베어링들(22)은 샤프트(16)를 회전 가능하게 지지한다.

일 실시예에서, 전기 모터(20)는 세탁 기계(10)의 하우징(14)에 장착된 외부 로터 브러쉬리스 영구 자석(BPM) 전기 모터이다. 전기 모터(20)는 전체적으로 30으로 표시된 내부 스테이터 어셈블리와, 전체적으로 32로 표시된 외부 로터 어셈블리를 포함한다. 내부 스테이터 어셈블리(30)는 드럼(12) 후방의 하우징(14)에 위치된 장착용 브라켓(34)에 고정된다. 외부 로터 어셈블리(32)는 샤프트(16)에 의해 드럼(12)에 결합된다. 외부 로터 어셈블리(32)는 중앙 공동(central cavity)(44)의 경계를 부분적으로 정하는 외부 테두리(outer rim)(40) 및 중앙 허브(42)를 가지는 본체(38)를 포함하고, 중앙 공동(44)에는 내부 스테이터 어셈블리(30)가 위치된다. 영구 자석들(46)은 외부 로터 어셈블리(32)의 외부 테두리(40)의 내부 표면 위에 장착된다. 각각의 자석(46)은 2개 또는 그 이상의 자극(magnetic pole)들을 가진다. 외부 로터 어셈블리(32)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 수의 극(pole)들을 가질 수 있지만, 일 실시예에서 로터 어셈블리는 42개의 극들을 가진다. 영구 자석들(46)은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 물질들로 만들어질 수 있지만, 일 실시예에서 영구 자석들은 스트론튬 페라이트(strontium ferrite)로 만들어진다. 일 실시예에서, 자석들은 약 12,000 가우스(Gauss) 이하의 최대 잔류 유도용량(또는 잔류 자속 밀도(residual flux density))(Br)를 가진다. 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 자석들(46)은 외부 테두리(40) 둘레에 원주 방향으로 이격된 자기 쌍극자(magnetic dipole)들을 제공하고, 자기 쌍극자들은 로터 테두리의 내장 표면(interior surface) 내에 자속(magnetic flux)을 생성한다. 다른 실시예들에서, 최대 잔류 유도용량(Br)은 약 8,000 가우스 미만이다. 일부 실시예들에서는, 최대 잔류 유도용량(Br)이 약 5,000 가우스 미만이다.

도 2에 예시된 바와 같이, 내부 스테이터 어셈블리(30)는 전체적으로 50으로 표시된 박판접합 코어(laminated core)를 포함하고, 이 박판접합 코어는 중앙 장착 플랜지 또는 허브(54)로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되며 동일하게 이격되며 전체적으로 52로 표시된 이빨들을 가진다. 스테이터 코어(50)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 상이한 수의 이빨들(52)을 가질 수 있지만, 일 실시예에서, 코어는 약 12개의 이빨들 내지 약 48개의 이빨들을 가진다. 특정한 일 실시예에서, 코어(50)는 약 36개의 이빨들을 가진다.

도 1에 도시된 바와 같이, 권선들(60)은 스테이터 이빨들(52) 둘레에 감긴다. 일 실시예에서, 권선들(60)은 이빨 둘레에 복수 회 감긴 알루미늄 전선의 단일 가닥(strand)으로 각각 만들어진다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 특성들을 가지는 전선들이 이용될 수 있지만, 일 실시예에서, 전선들은 20 AWG(American Wire Gauge)의 절연된 단일 가닥의 구리 클래드 알루미늄 전선(copper clad aluminum wire)이다. 다른 실시예들에서, 전선은 대체로 모두 구리이거나 모두 알루미늄일 수 있다. 전선들은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 단면 형상들을 가질 수 있지만, 일 실시예에서, 전선은 원형의 단면을 가진다. 적당한 슬롯 밀도(slot density)를 얻기 위해 요구되는 솔리디티 계수(solidity factor)에 따라, 다른 단면 형상들이 이용될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 스테이터 어셈블리(30)는 직렬 감김, 병렬 감김 및 다수 경로 병렬 감김을 포함하는 몇 가지 상이한 방식들 중의 한 방식에 의해 감길 수 있다. 전류가 권선들(60)에 흐르고, 외부 로터 어셈블리(32)가 스테이터 어셈블리(30)에 대해 회전하도록 구동하기 위하여, 이 권선들(60)은 영구 자석들(46)의 자극들과 상호 작용하는 회전 자기장을 발생시킨다.

박판접합 코어(50)는 박판(lamina)들 또는 박형 구조물(lamination)들을 적층함으로써 구성된다. 코어(50)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 방식들에 의해 구성될 수 있지만, 일 실시예의 코어는 54개의 박판들로 구성되고, 각각은 약 0.5 밀리미터(mm)의 두께를 가진다. 이 실시예의 코어(50)는 약 27 mm의 전체 두께를 가진다. 박판들은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 물질들로 만들어질 수 있지만, 일 실시예에서, 박판들은 낮은 실리콘 스틸 합금(silicon steel alloy)으로 만들어진다. 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 박판들은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 부채꼴로 구성될 수 있고 엇갈린 배열(staggered configuration)로 적층될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 박판접합 스테이터 코어(50)의 각각의 이빨(52)은 전체적으로 T 형상이다. 이빨들(52)은 기저부 이빨 직경(64)으로부터 스테이터 외부 직경(66)까지 바깥쪽으로 연장되는 슬롯들(62)에 의해 이격된다. 스테이터 코어(50)는 (12xn) 개의 슬롯들(62)을 가지고, 이빨들(52)은 (12±2)n 개의 자극들에 대응하도록 감긴다. 값 n은 0보다 큰 정수이다(즉, n = 1, 2, 3, 4, ...). 스테이터 코어(50)에 의해 정의되는 예시적인 슬롯 및 극의 조합들은 12 개의 슬롯들 및 10 개의 극들과, 12 개의 슬롯들 및 14 개의 극들과, 24 개의 슬롯들 및 20 개의 극들과, 24 개의 슬롯들 및 28 개의 극들과, 36 개의 슬롯들 및 30 개의 극들과, 36 개의 슬롯들 및 42 개의 극들 등을 포함한다.

도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 코어(50)는 기저부 이빨 직경(64) 및 스테이터 외부 직경(66)을 포함한다. 코어(50)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 기저부 이빨 직경들(64) 및 외부 직경들(66)을 가질 수 있지만, 일 실시예에서, 스테이터는 약 100 mm로부터 약 200 mm까지의 기저부 이빨 직경과, 약 220 mm부터 약 300 mm까지의 외부 직경을 가진다. 특정한 일 실시예에서, 이빨(52)은 약 180 mm의 기저부 이빨 직경(64)과, 약 264 mm의 외부 직경(66)을 가진다. 또한, 각각의 이빨(52)은 허브(54)의 외부 직경에 있는 기저부(72)와 이빨의 첨단(tip)에 있는 헤드부(74) 사이에 연장되어 있는 이빨의 네크부(70)를 따라 전체적으로 일정한 폭(68)을 가진다. 이빨들(52)은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 폭(68)들을 갖는 네크부(70)들을 가질 수 있지만, 일 실시예에서, 이빨들 각각은 약 6 mm부터 약 10 mm까지의 네크부 폭을 가진다. 특정한 일 실시예에서, 각각의 이빨(52)은 약 7.7 mm의 네크부 폭(68)을 가진다. 인접한 이빨들(52)의 각각의 쌍은 슬롯(62)에 의해 분리되고, 슬롯(62)은 각각의 이빨들의 기저부(72)로부터 이빨들의 헤드부(74)까지 변동하는 폭을 가진다. 슬롯들(62)은 초기에 기저부(72)로부터 헤드부(74)까지 네크부(70)를 따라 폭이 넓어지고, 그 다음으로, 이빨들(52)의 T 형상 헤드부들로 인해 헤드부 근처에서 폭이 좁아진다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 네크부(70)를 따라 이빨 폭(68)이 일정하게 유지되기보다는, 이빨 네크부의 길이에 걸쳐서 변동될 수 있다. 네크부(70)는 최대 이빨 네크부 폭(68)을 가진다. 그 네크부를 따라 전체적으로 일정한 폭(68)을 가지는 이빨(52)의 경우, 최대 이빨 네크부 폭(68)은 이빨 네크부 폭과 동일하다. 이에 반해, 그 길이를 따라 변동되는 폭을 가지는 이빨(52)의 경우, 최대 이빨 네크부 폭은 이빨 네크부의 폭이 가장 넓은 지점에서 측정된다.

도 3에 예시된 바와 같이, 이빨 피치(tooth pitch)는 인접하는 이빨들(52)의 대응하는 면(face)들 사이의 원호 길이(arc length)로서 정의된다. 이빨 피치는 이빨들(52)을 따라 상이한 방사상 위치들에서 변동된다. 예를 들어, 이빨들(52)은 이빨들의 기저부(72)에서 측정되는 내부 이빨 피치(80)와, 스테이터 코어(50)의 외부 직경(66)에서 측정되는 외부 이빨 피치(82)를 가진다. 코어(50)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 이빨 피치들을 가질 수 있지만, 일 실시예에서, 코어는 약 12 mm로부터 약 20 mm까지의 내부 이빨 피치(80)와, 약 16 mm로부터 약 27 mm까지의 외부 이빨 피치(82)를 가진다. 특정한 일 실시예에서, 코어(50)는 약 15.7 mm의 내부 이빨 피치(80)와, 약 23.4 mm의 외부 이빨 피치(82)를 가진다.

도 4에 예시된 바와 같이, 외부 로터 어셈블리(32)는 자석들(46)의 내부 직경에서 측정되는 인접하는 극 쌍들의 대응하는 극들 사이의 원호 길이로서 정의되는 자기 피치(magnetic pitch)(84)를 가진다. 로터 어셈블리(32)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 자기 피치들을 가질 수 있지만, 일 실시예에서, 어셈블리는 약 10 mm로부터 약 30 mm까지의 자기 피치(84)를 가진다. 특정한 일 실시예에서, 로터 어셈블리(32)는 약 19.7 mm의 자기 피치(84)를 가진다. 도 4에 추가로 도시된 바와 같이, 드럼(12) 후방의 하우징(14)에 위치된 브라켓(34)(도 1)에 스테이터 코어를 고정하기 위한 볼트들(bolts)(92)을 수납하기 위하여, 스테이터 코어(50)에는 구멍들(90)이 구비되어 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 로터를 샤프트(16)(도 1)에 연결하기 위하여, 로터 어셈블리(32)의 허브(42)에는 스플라인 커플링(100)이 구비되어 있다. 또한, 로터에서 사용되는 물질을 감소시키기 위하여, 허브(42)에는 개구들(openings)(102)이 구비되어 있다.

스테이터 어셈블리(30) 및 로터 어셈블리(32)는 모터(20)가 전체 성능을 희생시키지 않으면서 알루미늄 권선들(60)을 가지도록 하는 다른 고유의 기하학적 파라미터들을 가진다. 예를 들어, 스테이터 코어(50)는 스테이터 외부 직경들(66)에 대한 기저부 이빨 직경들(64)의 비율이 약 0.75 미만이 되도록 구성된다. 더욱 구체적으로, 기저부 이빨 직경(64)은 약 180 mm일 수 있고, 스테이터 외부 직경(66)은 약 264 mm일 수 있어서, 180/264, 즉 0.68의 비율이 된다. 스테이터 외부 직경에 대한 스테이터 기저부 이빨의 비율은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 값들을 가질 수 있지만, 일부 실시예들에서, 이 비율은 약 0.74 또는 그 미만이다. 일부 실시예들에서, 이 비율은 약 0.7 미만이다. 특정한 일 실시예에서, 이 비율은 약 0.684이다. 이러한 비율들은 수용가능한 전선 손실들을 위해 충분한 슬롯 영역을 제공한다. 특히, 기존의 구리 모터와 동등한 성능을 유지하면서, 전도성이 더 작은 권선 물질(예를 들어, 알루미늄)이 사용될 수 있도록 하기 위하여, 이러한 비율들은 슬롯 영역들을 방사상으로 안쪽으로 확장시키므로, 기존의 지식에 의해 기술된 바와 같이 모터 직경 또는 길이를 증가시키지 않으면서, 충분한 양의 전선이 이용될 수 있다. 또한, 이러한 비율들은 권선 생산 기술들을 용인하는 슬롯 프로파일을 제공한다.

또한, 내부 이빨 피치에 대한 최대 이빨 네크부 폭(68)의 특정 비율들은 알루미늄 권선들(60)을 가지는 모터(20)를 달성함에 있어서 유리한 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 스테이터 코어(50)는 내부 이빨 피치(80)에 대한 최대 이빨 네크부 폭(68)의 비율이 약 0.36보다 크도록 구성될 수 있다. 내부 이빨 피치(80)에 대한 최대 이빨 네크부 폭(68)의 비율은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 값들을 가질 수 있지만, 일부 실시예들에서, 이 비율은 적어도 약 0.37이다. 특정한 일 실시예에서, 내부 이빨 피치(80)에 대한 최대 이빨 네크부 폭(68)의 비율은 약 0.49이다. 이와 유사하게, 자기 피치(84)에 대한 최대 이빨 네크부 폭(68)의 특정 비율들은 알루미늄 권선들(60)을 가지는 모터(20)를 달성함에 있어서 유리한 것으로 밝혀졌다. 자기 피치(84)에 대한 최대 이빨 네크부 폭(68)의 비율은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 값들을 가질 수 있지만, 일부 실시예들에서, 이 비율은 적어도 0.31이다. 특정한 일 실시예에서, 자기 피치(84)에 대한 최대 이빨 네크부 폭(68)의 비율은 약 0.39이다. 이러한 비율들은 이빨들을 통해 플럭스를 구동하기 위하여 이빨들에서 합리적인 암페어 회전 강하들(amperage turn drops)(즉, 전류)을 유지하기에 충분한 이빨 네크부 폭을 제공함으로써, 플럭스 포화의 바람직하지 않은 효과들을 감소시킨다. 또한, 이러한 비율들은 구조적으로 이빨들을 강화시켜서(즉, 보강하여), 힘들에 대해 견디고 진동을 감소시킨다(그리고, 이에 따라 노이즈를 감소시킨다).

도 3에 추가로 예시된 바와 같이, 스테이터 이빨들(52)의 방사상 외부 면들(90)은 관(crown)을 씌운 형상으로 구성되어, 외부 직경(66)의 절반 미만인 반경(110)을 가진다. 내부 스테이터 어셈블리(30) 및 영구 자석들(46) 사이에는 방사상 간극(112)이 구비되어 있다. 관을 씌운 면(90)의 단부들에서의 방사상 간극은 면의 중앙에서의 방사상 간극의 크기의 약 1.10 배 내지 약 2.00 배가 되도록 관이 구성된다. 스테이터 어셈블리(30) 및 로터 어셈블리(32)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 방사상 간극들을 가지는 모터들(20)을 생산하도록 구성될 수 있지만, 일 실시예에서, 방사상 간극(94)은 약 0.10 mm 및 약 2 mm 사이이다. 특정한 일 실시예에서, 방사상 간극(94)은 약 1.9 mm 이다.

세탁 기계(10) 및 모터(20)의 다른 특징들은 당업자에 의해 일반적으로 이해되므로, 이러한 장치들의 기존의 측면들에 대해서는 더욱 구체적으로 설명하지 않을 것이다.

본 발명 또는 그 실시예(들)의 구성요소를 소개할 때, 영문 명세서에 기재된 관사 "a", "an", "the" 및 "said"는 하나 또는 그 이상의 구성요소들이 존재하는 것을 의미하도록 의도한 것이다. 영문 명세서에 기재된 용어 "comprising", "including" 및 "having"은 포괄적임을 의도한 것이며, 열거된 구성요소들 이외의 추가적인 구성요소들이 존재한다는 것을 의미하도록 의도한 것이다.

발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 상기 구성들에서 다양한 변경들이 행해질 수 있으므로, 상기 설명에 포함되거나 첨부 도면들에 도시된 모든 사항은 한정의 의미가 아니라 예시적인 것으로 해석되어야 함을 의도한 것이다.

20 : 모터 30 : 스테이터 어셈블리
32 : 로터 어셈블리 46 : 영구 자석
50 : 스테이터 코어 54 : 허브
60 : 권선 84 : 자기 피치
90 : 구멍 92 : 볼트

Claims

허브와, 상기 허브로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되는 복수의 이빨들을 가지고, 기저부 이빨 직경 및 외부 직경을 가지는 스테이터 코어;
상기 스테이터 코어의 상기 복수의 이빨들 중의 적어도 3개의 이빨들의 각각의 이빨 둘레에 감긴 권선; 및
상기 스테이터 코어와 대향하는 내장 표면을 가지는 환형 벽을 포함하는 로터 본체로서, 상기 스테이터 코어에 대한 회전을 위해 장착되는 상기 로터 본체를 포함하고,
상기 스테이터 코어의 상기 외부 직경은 220 mm 및 300 mm 사이이고,
상기 스테이터 코어의 외부 직경에 대한 상기 스테이터 코어의 상기 기저부 이빨 직경의 비율은 0.7 미만인, 전기 기계.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 이빨들의 각각의 이빨은 허브에서의 기저부, 상기 기저부로부터 연장되는 네크부, 및 상기 기저부의 반대쪽에 있는 헤드부를 갖고, 상기 복수의 이빨들 중의 각각의 인접한 이빨들의 쌍은 대응하는 이빨들의 기저부들에서 측정되는 피치를 갖고, 상기 이빨들의 기저부에서 측정된 상기 이빨 피치에 대한 최대 이빨 네크부 폭의 비율은 적어도 0.37인, 전기 기계.
청구항 2에 있어서,
상기 스테이터 코어의 상기 외부 직경에 대한 상기 스테이터 코어의 상기 기저부 이빨 직경의 비율은 0.7인, 전기 기계.
청구항 3에 있어서,
상기 스테이터 코어의 상기 외부 직경에 대한 상기 스테이터 코어의 상기 기저부 이빨 직경의 비율은 0.68인, 전기 기계.
청구항 1에 있어서,
상기 로터 본체의 상기 환형 벽 위에 위치된 복수의 자석들을 더 포함하고, 상기 스테이터 코어는 상기 복수의 자석들의 내부에 위치되고, 상기 권선들은 선택적으로 급전되어, 상기 로터 본체를 상기 코어에 대해 회전하도록 구동하는, 전기 기계.
청구항 1에 있어서,
각각의 이빨 둘레에 감긴 상기 권선의 두께는 균일한, 전기 기계.
청구항 1에 있어서,
상기 권선은 구리 클래드 알루미늄(copper clad aluminum)을 포함하는, 전기 기계.
청구항 1에 있어서,
상기 로터 본체 벽의 내장 표면 내에 자속을 생성하는 복수의 자기 쌍극자들로서, 상기 환형 벽 둘레에 원주 방향으로 이격된 상기 복수의 자기 쌍극자들을 생성하기 위하여 상기 로터 본체의 상기 환형 벽 위에 위치된 복수의 자석들을 더 포함하고, 상기 복수의 자석들 각각은 12,000 가우스(Gauss) 이하의 최대 잔류 유도용량(maximum residual inductance)(Br)을 가지는, 전기 기계.
청구항 8에 있어서,
상기 복수의 자석들 각각의 상기 최대 잔류 유도용량은 8,000 가우스인, 전기 기계.
청구항 9에 있어서,
상기 복수의 자석들 각각의 상기 최대 잔류 유도용량은 5,000 가우스인, 전기 기계.
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