KR101348636B1 - Stator of transverse flux electric machine having multi-phase in circumferencial direction - Google Patents

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KR101348636B1
KR101348636B1 KR1020120126532A KR20120126532A KR101348636B1 KR 101348636 B1 KR101348636 B1 KR 101348636B1 KR 1020120126532 A KR1020120126532 A KR 1020120126532A KR 20120126532 A KR20120126532 A KR 20120126532A KR 101348636 B1 KR101348636 B1 KR 101348636B1
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stator
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flux electric
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이지영
강도현
김종무
우병철
정시욱
홍도관
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한국전기연구원
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Abstract

The present invention relates to a stator of a traverse flux electric device forming a circumferential multi-phase distribution, capable of effectively solving a traditional problem such as degradation of productivity, device performance or characteristics caused by using an SMS core or a laminated core as a stator core in the traverse flux electric device forming the multi-phase distribution in a circumferential direction. To attain the purpose, provided is the stator of the traverse flux electric device forming the circumferential multi-phase distribution comprising a stator core including: an upper gear core forming an upper gear arranged such that coil wirings with multiple phases are alternately wound around a circumferential direction; a lower gear core forming a lower gear arranged such that coil wirings with multiple phases are alternately wound around a circumferential direction; a ring shaped yoke core inserted and arranged around the circumferential direction to connect a gear core between the upper gear core and the lower gear core. The upper gear core and the lower gear core are laminated cores where a steel plate is laminated around a circumferential direction and forms each gear, and the yoke core is a core formed with a ring shape. [Reference numerals] (110a) Upper gear; (110b) Lower gear; (110c) Yoke

Description

원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기의 고정자{Stator of transverse flux electric machine having multi-Phase in circumferencial direction}Stator of transverse flux electric machine having multi-Phase in circumferencial direction

본 발명은 횡자속 전기기기의 고정자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원주방향의 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기에서 고정자 코어로 SMC 코어를 사용하거나 적층 코어를 사용함으로 인한 종래의 문제점, 즉 제작성 저하의 문제점, 및 기기 성능과 특성 저하의 문제점을 효과적으로 해소할 수 있는 고정자에 관한 것이다.
The present invention relates to a stator of a transverse flux electric machine, and more particularly, in the transverse flux electric machine having a circumferential polyphase distribution, a conventional problem due to the use of an SMC core or a laminated core as a stator core. A stator capable of effectively eliminating the problem of degradation and the problem of deterioration of device performance and characteristics.

일반적으로 전기기기는 전기에너지를 역학적 기계에너지로 변환시키는 장치로서, 고출력 및 고효율의 성능을 위해 다양한 형태로 개발되고 있다.In general, electrical devices are devices that convert electrical energy into mechanical mechanical energy, and are being developed in various forms for high power and high efficiency.

상기 전기기기는 자속의 흐름방향에 따라 종자속 전기기기와 횡자속 전기기기로 구분할 수 있다. The electric device may be classified into a seed flux electric device and a transverse flux electric device according to the flow direction of the magnetic flux.

여기서, 자속의 흐름방향이 전기기기 이동자(또는 회전자)의 이동방향(또는 회전방향)과 동일한 경우를 종자속 전기기기라 하고, 자속의 흐름방향이 전기기기 이동자의 이동방향과 수직하는 경우 횡자속 전기기기라 한다.Here, the case where the flow direction of the magnetic flux is the same as the movement direction (or rotation direction) of the electric machine mover (or rotor) is called a seed flux electric device, and when the flow direction of the magnetic flux is perpendicular to the moving direction of the electric machine mover It is called genus electric equipment.

이 중 종자속 전기기기의 경우 자로(magnetic path)와 코일 단부의 길이가 길어서 철손과 동손에 의한 손실이 심하고 부피가 상대적으로 크기 때문에 효율과 출력 밀도를 높이기 위해 링(ring) 코일을 가지는 횡자속 전기기기를 사용할 수 있다. In the case of the seed flux electric equipment, the magnetic path and the length of the coil end are long, so the loss caused by iron loss and copper loss is severe and the volume is relatively large. Therefore, the transverse flux having a ring coil is used to increase the efficiency and the power density. Electrical equipment can be used.

횡자속 전기기기의 고정자(stator)는 요크(yoke)와 치(teeth)로 구성되는 고정자 코어(stator core) 및 링 형상의 코일로 구성되고, 회전자(rotor)(이동자)는 회전자 코어(rotor core)와 영구자석으로 이루어져 있다. The stator of the transverse flux electric machine is composed of a stator core composed of a yoke and teeth and a coil of a ring shape, and a rotor (mover) is formed of a rotor core ( rotor core) and permanent magnets.

다만, 이는 기본적인 구조의 일 예이므로, 코일은 고정자 대신 회전자에 위치될 수도 있고, 영구자석 또한 회전자 대신 고정자에 위치될 수 있다.However, since this is an example of a basic structure, the coil may be located on the rotor instead of the stator, and the permanent magnet may also be located on the stator instead of the rotor.

그러나, 상기 링 코일을 가지는 횡자속 전기기기에 있어서 다상의 횡자속 전기기기를 구현하고자 할 경우 축방향으로 상이 배치됨으로 인해 전기기기의 진동이 심해지고, 축방향 길이가 길어지는 단점이 있었다.However, in the transverse flux electric device having the ring coil, when the multiphase transverse flux electric device is to be implemented, the vibration of the electric device is increased due to the arrangement of the phase in the axial direction, and the axial length is long.

첨부된 도 1은 종래기술에 따른 3상 횡자속 전기기기 고정자의 일례를 나타내고 있으며, 도 2는 종래기술에 따른 3상 횡자속 전기기기 고정자에서 자속(flux) 방향과 전류 방향을 나타내고 있다.FIG. 1 shows an example of a three-phase transverse electric machine stator according to the prior art, and FIG. 2 shows a flux direction and a current direction in the three-phase transverse electric machine stator according to the prior art.

도 2에서 검정색의 화살표가 자속 방향을 나타내며, 파란색의 선 및 화살표가 와전류 루프(Eddy current loop)를 나타낸다. In FIG. 2, a black arrow indicates a magnetic flux direction, and a blue line and an arrow indicate an eddy current loop.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 3상 횡자속 전기기기의 고정자는 A, B, C 3개의 상을 위해 각각 축방향으로 배치된 3개의 고정자(10a,10b,10c)를 필요로 한다.As shown in Fig. 1, the stator of a conventional three-phase transverse flux electric machine requires three stators 10a, 10b, and 10c arranged axially for three phases A, B, and C, respectively.

상기 각 고정자에는 원주방향으로 링 형상의 코일(14a,14b,14c)이 감겨져 있는데, 상기 코일에 각각 A상, B상, C상의 전원이 인가됨에 따라 제 1 고정자(10a), 제 2 고정자(10b) 및 제 3 고정자(10c)가 순차적으로 여자되어 회전력이 발생하게 된다.Each stator is wound with ring-shaped coils 14a, 14b, and 14c in the circumferential direction, and the first stator 10a and the second stator (A, B, and C phases are applied to the coils, respectively). 10b) and the third stator 10c are sequentially excited to generate rotational force.

그러나, 상기와 같이 다수의 상에 대한 고정자가 축방향으로 배열될 경우 회전자(20)의 토크가 발생하는 곳이 축방향에 대하여 비대칭이기 때문에 진동이 심해지는 문제가 있다. However, when the stators for the plurality of phases are arranged in the axial direction as described above, since the place where the torque of the rotor 20 is generated is asymmetrical with respect to the axial direction, there is a problem of severe vibration.

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 발생하는 것이다.That is, each of the first stator 10a, the second stator 10b, and the third stator 10c sequentially exerts the maximum torque on the rotor 20. The rotor 20 has an axial direction. The asymmetric phenomenon occurs with different torques, and vibrations are severe.

또한 상기 A상, B상, C상에 대한 고정자가 축방향으로 배치됨으로 인해 횡자속 전기기기의 축방향 길이가 길어짐으로써 적용할 수 있는 시스템의 한계를 가지게 된다.In addition, since the stators for the A, B, and C phases are disposed in the axial direction, the axial length of the transverse flux electric machine is increased, thereby limiting the applicable system.

또한 누설 인덕턴스의 증가로 인해 역률이 저하되고, 전류 용량이 커져서 출력이 높아지는 대신 손실 또한 증가하여 많은 열이 발생하는 등의 문제를 가진다.In addition, the power factor is lowered due to an increase in leakage inductance, and the current capacity is increased, so that the output is increased, but the loss is also increased to generate a lot of heat.

이러한 문제점을 개선하기 위해 원주방향으로 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기가 본 출원인에 의해 출원되어 등록된바 있다(등록특허 제10-1117205호).In order to improve this problem, a transverse flux electric device having a multiphase distribution in the circumferential direction has been filed and registered by the present applicant (Patent No. 10-1117205).

상기 등록특허 제10-1117205호에는 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 고정자를 포함하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기가 제시되어 있다.Patent No. 10-1117205 discloses a rotor including an upper magnet having opposite magnetic poles alternately arranged along the circumferential direction and a lower magnet having a magnetic pole arrangement opposite to that of the upper magnets; A plurality of 'c' teeth comprising a pair of upper teeth and lower teeth respectively opposed to the magnetic poles of the vertically adjacent upper and lower magnets of the rotor are arranged along the circumferential direction, and the plurality of circumferentially arranged A transverse flux electric machine is shown having a circumferential polyphase distribution comprising a stator with windings of a plurality of phases each alternately wound on the tooth.

이러한 횡자속 전기기기는 원주방향으로 다상 분포(A상, B상, C상의 3상이 원주방향으로 배치됨)를 가지는 고정자를 가짐으로써 각 상에서 회전자에 대한 토크의 발생이 대칭적으로 일어나게 되고, 이로 인해 전기기기의 진동을 현저히 감소시킬 수 있게 된다.The transverse flux electric machine has a stator having a multi-phase distribution in the circumferential direction (three phases of A, B and C phases are arranged in the circumferential direction), thereby generating symmetrical torque for each rotor. This can significantly reduce the vibration of the electrical equipment.

또한 동일한 축을 중심으로 다수의 상이 분포되므로 축방향으로 3상이 배치되는 구조에 비해 횡자속 전기기기의 축방향 길이를 줄일 수 있고, 부피를 감소시킬 수 있게 된다.In addition, since a plurality of phases are distributed around the same axis, it is possible to reduce the axial length of the transverse flux electric machine and to reduce the volume as compared with the structure in which three phases are arranged in the axial direction.

그러나, 상기한 원주방향 다상 분포를 갖는 횡자속 전기기기에서는 고정자 코어가 원주방향의 자로를 형성하는 부분을 가져야 하고, 이러한 자로 형성을 위해서는 치를 포함하여 고정자 코어 전체가 종자속 전기기기에서와 같이 모두 붙은 일체형으로 제작되어야 한다.However, in the above-described transverse flux electric machine having a circumferential polyphase distribution, the stator core must have a portion forming a circumferential magnetic path, and in order to form such a magnetic path, all the stator cores including teeth are as in the seed flux electric machine. It should be made in one piece.

이와 같이 고정자 코어를 모두 붙은 형태로 제작하기 위해서는 적층 코어가 아닌 SMC 코어를 사용하여 고정자 코어를 구성해야 하는데, 강판을 축방향으로 적층한 적층 코어의 경우 축방향 위치에 따라 강판의 형상이 달라져야 하므로 제작 및 조립이 용이하지 않다.In order to fabricate all stator cores in this manner, the stator core must be configured using SMC cores, not laminated cores. In the case of laminated cores laminated in the axial direction, the shape of the steel sheet must vary according to the axial position. Fabrication and assembly are not easy

또한 강판을 원주방향으로 적층할 수도 있으나, 이 경우 노력과 경비가 상당히 요구될 뿐만 아니라 원주방향으로 강판이 적층된 구조로 인해 치와 치 사이에 자속이 흐를 수 없어 성능을 제대로 구현하지 못하게 된다.In addition, the steel sheet may be laminated in the circumferential direction, but in this case, much effort and expense are required, and due to the structure in which the steel sheets are laminated in the circumferential direction, magnetic flux cannot flow between the teeth and the teeth, thereby failing to properly implement performance.

그러나, SMC 코어는 분말 성형하여 제작되므로 제작 공차가 크게 발생하고, 일정 직경(예, 10cm)을 넘어가는 큰 직경일 경우 소결 자체가 어려울 뿐만 아니라 코어의 밀도가 불균일하여 특성이 제대로 구현되지 않는다.However, since the SMC core is manufactured by powder molding, a large manufacturing tolerance occurs, and a large diameter exceeding a certain diameter (eg, 10 cm) is not only difficult to sinter itself, but also the density of the core is uneven, so that characteristics are not properly implemented.

균일한 코어 밀도와 성형을 위해 치를 분할해서 소결할 경우 소결에 따른 공차가 누적되어 후 가공이 요구되는데, 공극면의 균일도를 맞추기 위해 후 가공을 할 경우 제작성이 나빠지는 것은 물론 분말 코팅이 제거되면서 철손이 증가하여 성능이 저하되는 문제가 있게 된다.In case of sintering by dividing teeth for uniform core density and forming, tolerances due to sintering accumulate and post-processing is required. As the iron loss increases, there is a problem that the performance is reduced.

철손을 줄이기 위해 분말이 일일이 코팅된 SMC 코어를 사용하는 것인데, 후 가공으로 인해 그 효과가 반감되는 것이다.To reduce iron loss, the powder is coated with SMC cores, which are halved by post-processing.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 원주방향의 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기에서 고정자 코어로 SMC 코어를 사용하거나 적층 코어를 사용함으로 인한 종래의 문제점, 즉 제작성 저하의 문제점, 및 기기 성능과 특성 저하의 문제점을 효과적으로 해소할 수 있는 고정자를 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the conventional problem by using the SMC core as a stator core or using a laminated core in a transverse flux electric machine having a circumferential polyphase distribution, that is, manufacturability It is an object of the present invention to provide a stator capable of effectively solving the problem of degradation and the problem of deterioration of device performance and characteristics.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 원주방향을 따라 교대로 반대의 자극을 갖도록 배열되는 상부 자석, 및 상부 자석의 자극 배열과 반대의 자극 배열을 갖도록 원주방향을 따라 배열되는 하부 자석을 포함하는 회전자를 포함하는 횡자속 전기기기에서, 고정자 코어가 회전자의 상부 자석과 하부 자석에 대향되도록 상측과 하측에 원주방향을 따라 배열되는 상부 치와 하부 치를 가지면서 상기 상부 치와 하부 치에 다수 상의 코일 권선이 원주방향을 따라 교대로 감겨진 원주방향 다상 분포를 갖는 횡자속 전기기기의 고정자에 있어서, In order to achieve the above object, the present invention provides an upper magnet arranged alternately along the circumferential direction, and a lower magnet arranged along the circumferential direction to have a magnetic pole arrangement opposite to that of the upper magnet. In a transverse flux electric machine comprising a rotating rotor, the upper and lower teeth having upper and lower teeth arranged circumferentially on the upper and lower sides so that the stator core faces the upper and lower magnets of the rotor. In a stator of a transverse flux electric machine having a circumferential polyphase distribution in which a plurality of coil windings are alternately wound along a circumferential direction,

상기 고정자 코어는 다수 상의 코일 권선이 원주방향을 따라 교대로 감겨지도록 배열되는 상부 치를 형성하는 상부 치 코어와, 다수 상의 코일 권선이 원주방향을 따라 교대로 감겨지도록 배열되는 하부 치를 형성하는 하부 치 코어와, 상기 상부 치 코어와 하부 치 코어 사이에 치 코어를 연결하도록 원주방향을 따라 길게 삽입되어 배치되는 링 형상의 요크 코어로 구성되며, The stator core has an upper tooth core forming an upper tooth which is arranged such that a plurality of coil windings are alternately wound along the circumferential direction, and a lower tooth core which forms a lower tooth which is arranged so that the plurality of coil windings are alternately wound along a circumferential direction. And a ring-shaped yoke core which is inserted and disposed in the circumferential direction so as to connect the tooth core between the upper tooth core and the lower tooth core.

상기 상부 치 코어와 하부 치 코어는 강판이 원주방향을 따라 적층되어 각 치를 형성하는 적층 코어이고, 상기 요크 코어는 링 형상으로 성형된 성형 코어인 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기의 고정자를 제공한다.The upper tooth core and the lower tooth core are laminated cores in which steel sheets are stacked along the circumferential direction to form respective teeth, and the yoke core is a shaped core formed in a ring shape. Provide the stator of the appliance.

여기서, 상기 요크 코어는 분말 성형에 의해 제조되는 SMC 코어가 될 수 있다.
Here, the yoke core may be an SMC core manufactured by powder molding.

이에 따라, 상술한 과제 해결 수단에 의하면, 상부 치를 형성하는 치 코어와 하부 치를 형성하는 치 코어를 적층 코어로 형성하고, 이들 치 코어 사이를 연결하도록 원주방향을 따라 링 형상의 SMC 코어를 삽입 배치하여 고정자 코어를 구성함으로써, 종래의 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기의 문제점, 즉 제작성 저하의 문제점, 및 기기 성능과 특성 저하의 문제점을 효과적으로 해소할 수 있게 된다.
Accordingly, according to the above-mentioned problem solving means, the tooth core forming the upper tooth and the tooth core forming the lower tooth are formed as a laminated core, and the ring-shaped SMC core is inserted along the circumferential direction so as to connect between these tooth cores. Thus, by constructing the stator core, it is possible to effectively solve the problems of the conventional transverse flux electric machine having a circumferential polyphase distribution, that is, a problem of deterioration in manufacturability and a problem of deterioration in device performance and characteristics.

도 1은 종래기술에 따른 3상 횡자속 전기기기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 종래기술에 따른 3상 횡자속 전기기기 고정자에서 자속(flux) 방향과 전류 방향을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고정자 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고정자에서 고정자 코어를 구성하는 강판의 적층방향과 링 형상의 SMC 코어 조립 상태를 도시한 사시도이다.
1 is a perspective view schematically showing a three-phase transverse flux electric machine according to the prior art.
2 is a view showing a flux direction and a current direction in a stator for three-phase transverse flux electric machine according to the related art.
3 is a perspective view showing a stator structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a perspective view showing the stacking direction and the ring-shaped SMC core assembly state of the steel sheets constituting the stator core in the stator according to the embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고정자 구조를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고정자에서 고정자 코어를 구성하는 강판의 적층방향과 링 형상의 SMC 코어 조립 상태를 도시한 사시도이다.Figure 3 is a perspective view showing a stator structure according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a perspective view showing the stacking direction and the ring-shaped SMC core assembly state of the steel plate constituting the stator core in the stator according to the embodiment of the present invention to be.

본 발명은 본 출원인에 의해 출원되고 등록된 등록특허 제10-1117205호에 제시되어 있는 횡자속 전기기기, 즉 원주방향의 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기에서 코일과 함께 고정자를 구성하고 있는 고정자 코어를 개선한 발명으로서, 도 3은 고정자 구조를 포함하여 회전자가 함께 조립된 구성의 횡자속 전기기기 일부를 도시한 것이다.The present invention relates to a stator core which comprises a stator together with a coil in a transverse flux electric device, that is, a transverse flux electric device having a circumferential polyphase distribution, as described in Korean Patent No. 10-1117205, filed and registered by the present applicant. As an improved invention, FIG. 3 shows a part of a transverse flux electric machine having a rotor assembled together, including a stator structure.

등록특허 제10-1117205호에는 회전자가 고정자 외측에 배치되어 회전되는 외전형 회전 전동기의 예가 제시되어 있으나, 도 3에 도시된 횡자속 전기기기는 회전자가 고정자 내측에 배치되어 회전되는 내전형 회전 전동기의 예로서, 이는 등록특허 제10-1117205호의 회전 전동기와 비교할 때 내전형과 외전형의 차이가 있을 뿐 고정자와 회전자의 기본 구성에는 차이가 없고, 다만 고정자 코어 자체에 있어서 구조 및 구성에 후술하는 바와 같이 차이가 있다.Patent No. 10-1117205 shows an example of an abduction type rotary motor in which a rotor is rotated by being disposed outside the stator. However, the transverse flux electric machine shown in FIG. 3 has a rotating motor in which the rotor is disposed and rotated inside the stator. As an example, this is a difference between the internal and external types, compared to the rotary motor of Patent No. 10-1117205, but there is no difference in the basic configuration of the stator and the rotor, but the structure and configuration of the stator core itself will be described later. There is a difference.

본 발명의 실시예에 따른 고정자를 설명함에 있어서 도 3 및 도 4에 예시된 내전형의 실시예를 예로 하여 설명하나, 본 발명의 고정자는 등록특허 제10-1117205호에 기술된 바와 같은 외전형 횡자속 전기기기의 고정자로도 적용이 가능하며, 본 발명의 기본 개념을 이용하면서 상기와 같이 외전형의 횡자속 전기기기에서 사용될 수 있도록 한 변형 역시 본 발명의 권리범위에 포함됨을 밝혀둔다. In describing the stator according to the embodiment of the present invention, the embodiment of the pronation type illustrated in FIGS. 3 and 4 will be described as an example, but the stator of the present invention is an abduction type as described in Korean Patent No. 10-1117205. It can also be applied as a stator of the transverse flux electric device, it is also found that the modification to be used in the abduction type transverse flux electric device as described above using the basic concept of the present invention is also included in the scope of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 도시된 바와 같이 회전자(200)는 영구자석으로서 상측에 위치하는 상부 자석(220a)과 하측에 위치하는 하부 자석(220b)을 포함하며, 상부 자석(220a)과 하부 자석(220b)은 회전자 코어(210)의 표면에 부착된 형태로 구비될 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, as illustrated, the rotor 200 includes a top magnet 220a positioned above and a bottom magnet 220b positioned below as a permanent magnet. 220a and the lower magnet 220b may be provided in a form attached to the surface of the rotor core 210.

상기 상부 자석(220a)은 N극과 S극이 원주방향을 따라 교대로 배열되도록 설치되며, 하부 자석(220b)은 상부 자석(220a)의 자극 배열과 반대로 S극과 N극이 원주방향을 따라 교대로 배열되도록 설치된다.The upper magnet 220a is installed such that the N pole and the S pole are alternately arranged along the circumferential direction, and the lower magnet 220b has the S pole and the N pole along the circumferential direction as opposed to the magnetic pole arrangement of the upper magnet 220a. It is installed to be arranged alternately.

따라서, 상부 자석(220a)의 배열과 하부 자석(220b)의 배열로 구성되는 회전자(200)의 자석은 원주방향으로 이웃하는 자석들 간에도 서로 다른 자극을 갖지만 상하로 이웃하는 자석들 간에도 서로 다른 자극을 갖는다.Therefore, the magnets of the rotor 200, which are composed of the arrangement of the upper magnets 220a and the arrangement of the lower magnets 220b, have different magnetic poles between neighboring magnets in the circumferential direction, but are different from each other between the upper and lower neighboring magnets. I have a stimulus.

한편, 본 발명에 따른 고정자(100)의 고정자 코어(110)는 원주방향을 따라 배열되는 다수의 치를 포함하고 있으며, 각 치에는 코일 권선(120a,120b,120c)이 감겨진다. Meanwhile, the stator core 110 of the stator 100 according to the present invention includes a plurality of teeth arranged along the circumferential direction, and coil windings 120a, 120b and 120c are wound around each tooth.

상기 코일 권선(120a,120b,120c)은 본 발명의 실시예에 따른 'ㄷ'자형 고정자 코어(110)의 상부 치와 하부 치에 각각 감겨지며, 하나의 치에 감긴 권선은 동일한 상에 대한 권선으로, 자로의 연속성을 위해 상부 치와 하부 치 권선의 전기적인 위상차는 180도이다.The coil windings 120a, 120b, and 120c are wound around the upper teeth and the lower teeth of the 'c'-shaped stator core 110 according to an embodiment of the present invention. For electrical continuity, the electrical phase difference between the upper and lower tooth windings is 180 degrees.

본 발명의 고정자(100)에서 고정자 코어(110)는 원주방향에 수직한 단면, 즉 종방향(축방향)을 따라 취한 단면 형상이 전체적으로 'ㄷ'자형 형상을 가지는데, 도 4에서 단면 형상을 볼 때 고정자 코어(110)는 상측에 위치되어 상부 자석(220a)에 대응되는 상부 치, 하측에 위치되어 하부 자석(220b)에 대응되는 하부 치, 그리고 상부 치와 하부 치 사이를 연결하도록 배치되는 요크 부분으로 구성된다.In the stator 100 of the present invention, the stator core 110 has a cross-sectional shape perpendicular to the circumferential direction, that is, a cross-sectional shape taken along the longitudinal direction (axial direction) as a whole, having a 'c' shape. In view, the stator core 110 is positioned to connect the upper teeth corresponding to the upper magnets 220a, the lower teeth corresponding to the lower magnets 220b, and the upper teeth corresponding to the lower magnets 220b. It consists of a yoke part.

이때, 코일 권선은 고정자 코어(110)의 상부 치를 기준으로 원주방향으로 배열되는 다수의 치에 A상에 대한 권선(120a), B상에 대한 권선(120b) 및 C상에 대한 권선(120c)이 교대로 감겨진다. At this time, the coil winding is a winding 120a for phase A, a winding 120b for phase B and a winding 120c for phase C on a plurality of teeth arranged circumferentially with respect to the upper teeth of the stator core 110. It is wound up alternately.

이는 하부 치에서도 마찬가지이며, 고정자 코어의 하부 치를 기준으로 원주방향으로 배열되는 다수의 치에 A상에 대한 권선, B상에 대한 권선 및 C상에 대한 권선이 교대로 감겨진다. The same applies to the lower teeth, in which windings for phase A, windings for phase B and windings for phase C are alternately wound around a plurality of teeth arranged circumferentially with respect to the lower teeth of the stator core.

상부 치에 감겨진 권선의 방향이 시계방향이라면, 하부 치에 감겨진 권선의 방향은 반시계방향으로 같은 상의 전류가 인가되더라도 전기적으로 180도의 위상차를 가지게 되고, 이에 따라 자속은 한 방향으로 흐르게 된다.If the winding wound on the upper tooth is clockwise, the winding wound on the lower tooth has a phase difference of 180 degrees electrically even when the same phase current is applied in the counterclockwise direction, so that the magnetic flux flows in one direction. .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고정자에서 원주방향으로 배열되는 치의 개수는 바람직하게는 3의 배수가 되며, 이때 원주방향의 동일 위치에서 상하로 배치는 상부 치와 하부 치에 감긴 권선은 동일한 상에 대한 권선이다.Therefore, the number of teeth arranged in the circumferential direction in the stator according to the embodiment of the present invention is preferably a multiple of 3. In this case, the windings wound on the upper teeth and the lower teeth arranged up and down at the same position in the circumferential direction are the same phase. For winding.

도 3에 예시된 바와 같이, 회전자(200)가 고정자(100) 내측으로 배치되는 내전형의 경우, 고정자(100)의 상부 치가 회전자 상부 자석(220a)의 외측으로 대향된 위치에 배치되며, 고정자(100)의 하부 치가 회전자 하부 자석(220b)의 외측으로 대향된 위치에 배치된다.As illustrated in FIG. 3, in the case of the pronation type in which the rotor 200 is disposed inside the stator 100, the upper teeth of the stator 100 are disposed at positions opposite to the outside of the rotor upper magnet 220a. The lower teeth of the stator 100 are disposed at positions opposite to the outer side of the rotor lower magnet 220b.

반대로 회전자가 고정자 외측으로 배치되는 외전형의 경우, 도면상 예시하지 는 않았으나, 당업자라면 고정자의 상부 치가 회전자 상부 자석의 내측으로 대향된 위치에 배치되며, 고정자의 하부 치가 회전자 하부 자석의 내측으로 대향된 위치에 배치됨을 이해할 수 있을 것이다(등록특허 제10-1117205호에 기술된 외전형 구조 참조)On the contrary, in the case of the abduction type in which the rotor is disposed outside the stator, although not illustrated in the drawings, those skilled in the art are positioned at the position where the upper teeth of the stator are opposed to the inside of the rotor upper magnet, and the lower teeth of the stator are inside the rotor lower magnet. It will be understood that the arrangement is located in the opposite position (see the abduction type structure described in Patent No. 10-1117205).

한편, 상기와 같이 구성되는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기의 고정자에 있어서, 본 발명에서는 원주방향 다상 분포 코일의 장점을 살리면서 자속이 횡자속 전기기기의 특징인 3차원 자로를 따라 잘 흘러 갈 수 있도록 적층 코어와 SMC 코어를 조합한 고정자 구성을 제시하고자 한다.On the other hand, in the stator of the lateral flux electric machine having a circumferential polyphase distribution configured as described above, in the present invention, while utilizing the advantages of the circumferential polyphase distribution coil, the magnetic flux is well along the three-dimensional magnetic path that is characteristic of the transverse flux electric machine. We propose a stator configuration that combines a laminated core and an SMC core to flow.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 고정자 코어(110)에서 코일 권선(120a,120b,120c)이 감겨지는 고정자 치 부분(상부 및 하부 치 코어)은 규소 강판을 적층한 적층 코어로 형성하고, 상부 치와 하부 치 사이를 연결하도록 배치되는 고정자 요크 부분은 원주방향의 자로를 형성하는 부분이면서 토크 리플 등의 성능을 개선할 수 있는 링 형상의 성형 코어로 형성한다.3 and 4, the stator tooth portions (upper and lower tooth cores) on which the coil windings 120a, 120b, and 120c are wound in the stator core 110 are formed of a laminated core in which silicon steel sheets are laminated. The stator yoke portion arranged to connect between the upper tooth and the lower tooth is a portion forming a circumferential magnetic path and formed of a ring-shaped forming core capable of improving performance such as torque ripple.

즉, 상부 치와 하부 치를 형성하는 각각의 치 코어(110a,110b)와, 상부 치와 하부 치 사이를 연결하도록 삽입되는 요크 코어(110c)를 별도로 제조하되, 이때 상부 치와 하부 치를 형성하는 각 치 코어(110a,110b)를 적층 코어로, 요크 코어(110c)를 성형된 링 형상의 성형 코어로 제조한 뒤, 적층 코어인 상부 치 코어(110a)와 하부 치 코어(110b) 사이에 요크 코어(110c)를 삽입하여 연결함으로써 고정자 코어(110)를 구성하는 것이다.That is, each tooth core (110a, 110b) forming the upper tooth and the lower tooth and the yoke core (110c) that is inserted to connect between the upper tooth and the lower tooth is separately manufactured, wherein each of the upper and lower teeth The tooth cores 110a and 110b are made of laminated cores, and the yoke core 110c is formed of molded ring shaped cores, and then the yoke core is formed between the upper tooth core 110a and the lower tooth core 110b, which are laminated cores. The stator core 110 is configured by inserting and connecting the 110c.

여기서, 치 코어(110a,110b)를 형성하는 적층 코어는 규소 강판을 원주방향으로 적층하여 제조할 수 있으며, 원주방향 다상 분포의 횡자속 전기기기를 구현하기 위한 'ㄷ'자형의 고정자 코어(110)에서 상부 치 코어(110a) 및 하부 치 코어(110b)가 원주방향을 따라 각 상의 권선이 교대로 감겨지는 상부 치와 하부 치를 형성하게 된다.Here, the laminated core forming the tooth cores 110a and 110b may be manufactured by laminating silicon steel sheets in the circumferential direction, and the 'c' stator core 110 for implementing a transverse magnetic flux device having a circumferential polyphase distribution. The upper tooth core 110a and the lower tooth core 110b form an upper tooth and a lower tooth at which windings of each phase are alternately wound along the circumferential direction.

그리고, 자로 형성 부재인 링 형상의 코어(110c)는 분말 성형하여 제조한 코어, 바람직하게는 일정한 밀도를 갖는 연자성 분말(Soft Magnetic Composites Powder)을 사용하여 성형 제조한 SMC 코어가 될 수 있다.In addition, the ring-shaped core 110c as the magnetic forming member may be a core manufactured by powder molding, preferably an SMC core molded using soft magnetic composite powder having a constant density.

이에 따라, 본 발명에 따른 고정자 코어(110)는 상기와 같은 코어 조합에 의해 원주방향의 다상 분포를 형성하도록 각 상의 코일 권선이 감겨지는 상부 치와 하부 치 사이에 이들을 연결하는 링 형상의 요크가 원주방향을 따라 길게 배치되는 구조를 갖게 된다. Accordingly, the stator core 110 according to the present invention has a ring-shaped yoke connecting them between the upper teeth and the lower teeth, on which coil windings of each phase are wound, to form a circumferential multiphase distribution by the core combination as described above. It has a structure arranged long along the circumferential direction.

축방향으로 다상 분포 코일이 배치되는 종래의 횡자속 전기기기에서 각 상마다 링 형상의 코일을 사용한 형태가 있으나(도 1 참조), 이러한 형태에서는 한 상의 전류에 의한 자속이 축방향으로 흐름에 따라 와류가 원주방향으로 회전하여 철손이 크게 증가하게 되며, 따라서 실제로는 코어가 분리된 형태를 사용해야 한다.In a conventional transverse flux electric machine in which a multi-phase distribution coil is disposed in the axial direction, a ring-shaped coil is used for each phase (see FIG. 1). As the vortex rotates in the circumferential direction, the iron loss is greatly increased, so in practice, the core must be separated.

그러나, 원주방향으로 다상 분포를 가지는 경우에는 링 형상의 코일을 사용할 때와 달리, 와류가 원주방향에 대해 회전하는 하나의 루프가 아닌 상별로 작은 루프를 형성하여 이에 따른 철손이 크지 않으므로, 코어 간의 자로 형성을 위해 링 형상의 코어를 삽입하는 것이 전기기기의 특성 개선을 위해 필요하다.However, in the case of having a multiphase distribution in the circumferential direction, unlike in the case of using a ring-shaped coil, since the vortex forms a small loop for each phase rather than one loop that rotates in the circumferential direction, the iron loss is not large accordingly. It is necessary to insert a ring-shaped core to form a ruler for improving the characteristics of the electric machine.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 상부 치를 형성하는 치 코어(110a)와 하부 치를 형성하는 치 코어(110b)를 적층 코어로 형성하고, 이들 치 코어(110a,110b) 사이를 연결하도록 원주방향을 따라 링 형상의 SMC 코어, 즉 요크 코어(110c)를 삽입 배치하여 고정자 코어(110)를 구성함으로써, 종래의 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기의 문제점, 즉 성능 및 특성 저하의 문제점을 효과적으로 해소할 수 있게 된다.In this way, in the present invention, the tooth core 110a forming the upper tooth and the tooth core 110b forming the lower tooth are formed as laminated cores, and the ring is circumferentially connected to connect the tooth cores 110a and 110b. The stator core 110 is formed by inserting and arranging the SMC core, that is, the yoke core 110c, to effectively solve the problem of the transverse flux electric machine having the conventional circumferential polyphase distribution, that is, the problem of deterioration in performance and characteristics. It becomes possible.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. And are included in the scope of the present invention.

100 : 고정자 110 : 고정자 코어
110a : 상부 치 코어 110b : 하부 치 코어
110c : 요크 코어 200 : 회전자
210 : 회전자 코어 220a : 상부 자석
220b : 하부 자석
100: stator 110: stator core
110a: upper tooth core 110b: lower tooth core
110c: yoke core 200: rotor
210: rotor core 220a: upper magnet
220b: bottom magnet

Claims (2)

원주방향을 따라 교대로 반대의 자극을 갖도록 배열되는 상부 자석, 및 상부 자석의 자극 배열과 반대의 자극 배열을 갖도록 원주방향을 따라 배열되는 하부 자석을 포함하는 회전자를 포함하는 횡자속 전기기기에서, 고정자 코어가 회전자의 상부 자석과 하부 자석에 대향되도록 상측과 하측에 원주방향을 따라 배열되는 상부 치와 하부 치를 가지면서 상기 상부 치와 하부 치에 다수 상의 코일 권선이 원주방향을 따라 교대로 감겨진 원주방향 다상 분포를 갖는 횡자속 전기기기의 고정자에 있어서,
상기 고정자 코어는 다수 상의 코일 권선이 원주방향을 따라 교대로 감겨지도록 배열되는 상부 치를 형성하는 상부 치 코어와, 다수 상의 코일 권선이 원주방향을 따라 교대로 감겨지도록 배열되는 하부 치를 형성하는 하부 치 코어와, 상기 상부 치 코어와 하부 치 코어 사이에 치 코어를 연결하도록 원주방향을 따라 길게 삽입되어 배치되는 링 형상의 요크 코어로 구성되며,
상기 상부 치 코어와 하부 치 코어는 강판이 원주방향을 따라 적층되어 각 치를 형성하는 적층 코어이고, 상기 요크 코어는 링 형상으로 성형된 성형 코어인 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기의 고정자.
In a transverse flux electric machine comprising a rotor including an upper magnet arranged alternately along the circumferential direction to have opposite magnetic poles, and a lower magnet arranged along the circumferential direction to have a magnetic pole arrangement opposite to that of the upper magnet. A plurality of coil windings alternately along the circumferential direction of the upper and lower teeth, with the upper and lower teeth arranged circumferentially on the upper and lower sides such that the stator core faces the upper and lower magnets of the rotor. In the stator of a transverse flux electric machine having a wound circumferential polyphase distribution,
The stator core has an upper tooth core forming an upper tooth which is arranged such that a plurality of coil windings are alternately wound along the circumferential direction, and a lower tooth core which forms a lower tooth which is arranged so that the plurality of coil windings are alternately wound along a circumferential direction. And a ring-shaped yoke core which is inserted and disposed in the circumferential direction so as to connect the tooth core between the upper tooth core and the lower tooth core.
The upper tooth core and the lower tooth core are laminated cores in which steel sheets are stacked along the circumferential direction to form respective teeth, and the yoke core is a shaped core formed in a ring shape. Stator of the device.
청구항 1에 있어서,
상기 요크 코어는 분말 성형에 의해 제조되는 SMC 코어인 것을 특징으로 하는 원주방향 다상 분포를 가지는 횡자속 전기기기의 고정자.
The method according to claim 1,
The yoke core is a stator of a transverse flux electric machine having a circumferential polyphase distribution, characterized in that the SMC core is manufactured by powder molding.
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