KR101996320B1

KR101996320B1 - 원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계 및 그 냉각 방법

Info

Publication number: KR101996320B1
Application number: KR1020177007599A
Authority: KR
Inventors: 마나부 시라키; 츠토무 시라키
Original assignee: 가부시키가이샤 앰링크
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2019-07-04
Also published as: US20180323673A1; CN106716793A; JP5943333B1; JP2016154440A; JP6198085B2; KR20170048414A; DE112015004041T5; US10637319B2; JPWO2016035358A1; WO2016035358A1; US10651702B2; CN106716793B; US20170288489A1

Abstract

소형화를 목적으로 한 고기능의 회전 전기 기계에 관해, 동손 및 자성체에 생기는 와전류에 기인하는 발열에 의한 회전 전기 기계 내부의 온도 상승에 의해서 효율 η이 열화 하는 등의 피하기 어려운 기술적 과제에 도전한다. 이러한 기술적 과제는, 도전성 금속 시트의 적층체 구조에 의해서 원통형으로 성형된 통전 가능한 무철심의 원통 코일의 한편의 단면이 고정된, 구동 샤프트에 회전자재로 연결된 개형 마운트의 고정자(2)에 대해서, 원통 코일의 한편의 단면이 배치되는 에어갭을 형성하는 외측 원통 공로 형성체 및 내측 원통 공로 형성체에 배비된 마그넷(4)과 함께 일체화된, 개형 마운트를 관통한 구동 샤프트에 연결 고정된 컵형 마운트의 회전자(3)를 대치시키고, 원통 코일의 내주면에 형성된 공극에 냉매 또는 냉각용 공기를 이송 또는 인입하고, 에어갭에 배치되는 원통 코일의 내주면 및 외주면을 직접 냉각하도록 구성하는 것에 의해서, 해결할 수 있다.

Description

원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계 및 그 냉각 방법{Coreless rotating electric machine provided with stator including cylindrical coil and cooling method for same}

본 발명은, 원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계 및 그 냉각 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 도전성 금속 시트의 적층체 구조에 의해서 원통형으로 성형된 원통 코일을 포함한 고정자 및 원통 코일을 끼워 넣어 에어갭을 형성하는 회전자에 의해서 구성된 무철심 회전 전기 기계 및 그 무철심 회전 전기 기계의 원통 코일을 포함한 에어갭을 냉각하기 위한 냉각 방법에 관한 것이다.

전동 모터는, 상기 에너지를 운동 에너지로 변환하는 장치이다. 그것은, 크게는 DC 모터와 AC 모터로 구분되고, 고정자(스테이터)와 회전자(로터)의 배치 관계로부터 이너 로터형과 아우터 로터형으로 구분되고, 또한 권선 계자형과 영구 자석형으로도 구분되지만, 어느 경우에도, 고정자가 자계의 방향을 회전시킴으로써 회전자에 영향을 주어 회전시키는, 이른바 회전 자계를 이용하는 것이 포함된다.

원통 코일을 포함한 고정자 및 원통 코일을 끼워 넣어 에어갭을 형성하는 회전자에 의해서 구성된 회전 자계형 모터에 있어서, 통전에 의해, 원통 코일의 저항(동손)에 의한 발열, 또는 원통 코일이나 에어갭을 형성하는 도체의 이너 요크(Yoke)와 아우터 요크 등에 생기는 와전류에 의한 발열 및 철심의 히스테리시스 현상에 의한 발열이 일어나는 것은, 주지의 사실이다. 이 자기에너지를 열에너지로 변환시키는 동손이나 히스테리시스 손실은 피하기 어려운 기술적 과제인 사실도 주지이다.

이러한 기술적 과제에 수반하는 전동 모터의 출력이나 효율에의 영향에 대해, 또 회전자를 구성하는 이너 요크의 외주면 및／또는 아우터 요크의 내주면에 배비(配備)되는 영구 자석이 가열되는 것에 의한 그 보자력을 열화 시킨다고 하는 기술적 과제에 대해서는, 지금까지의 전동 모터의 내부에 공기를 도입하는 등, 권선의 코일 표면을 냉각하는 시도 등이 되고 있지만, 발본적인 과제 해결에는 이르고 있지 않다. 본 발명은, 이러한 기술적 과제에 도전해 개발된 원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계 및 그 냉각 방법이다.

특개 2012－16218호 공보(특허 문헌 1)에는, 무철심형 코일의 휠인모터가 기재되어 있다. 구체적으로는, 이 전동 모터는, 휠과 일체화된 원통형 모양의 아우터 요크 및 그 아우터 요크와의 사이에 에어갭을 형성하는 원통형 모양의 이너 요크가 고정 샤프트에 회전자재로 장착된 회전자를 구성하고, 그 에어갭에 배치되는 원통형 모양의 코일체가 고정 샤프트에 연결 고정된 고정자를 구성하고, 회전자를 구성하는 아우터 요크의 내주면에 배비된 영구 자석의 마그넷이 고정자를 구성하는 코일체의 외주면에 대향 배치하도록 구성된 모터이다.

특개 2012－30786 공보(특허 문헌 2)에는, 특허 문헌 1에 기재된 회전자와 고정자와 같은 구성을 가지는 무철심형 코일의 휠인모터가 기재되어 있다. 특허 문헌 2에 기재의 전동 모터는, 회전자의 이너 요크의 내주면에 형성되는 공간에 그 이너 요크에 고정하는 브레이크 수단을 더 포함하는 것이다.

특허 문헌 1에는 전동 모터를 작동시킬 때의 발열을 냉각하는 수단에 대한 기재는 없지만, 특허 문헌 2에 기재의 전동 모터는 또한, 아우터 요크에 고정된 휠의 단면을 고정자에 대해서 개방하고, 그것을 통기공으로서 모터 내를 바깥공기와 연통해, 이너 요크의 내면과 휠 내면으로 형성되는 모터 내의 공간을 냉각하는 수단이 기재되어 있다. 이것은, 이 통기공은 원통형의 이너 요크의 내주면에 형성된 그 공간이 바깥공기에 연통하고 있으며, 브레이크에 의한 마찰열을 완화하기 위한 냉각 수단이라고 생각되지만, 후술되는 본 발명의 특징인, 코일체 및 양 요크로 형성되는 에어갭을 직접 냉각하는 것을 의도한 것은 아니다.

특허 2657192호 명세서(특허 문헌 3)에는, 리니어 직류 브러시리스 모터가 기재되어 있으며, 이 전동 모터는, 고정 전기자에 대해 상대적으로 이동하는 계자 마그넷을 배비한 이동자로 구성된 리니어 모터이며, 본 발명의 대상인 회전 자계형 모터는 아니다.

이것은 리니어 모터이지만, 고정 전기자에 에어 공급 통로가 뚫려져 설치되어 있으며, 「에어 공급 통로로부터 전기자 코일에 에어를 직접 내뿜고, 전기자 코일을 냉각함과 동시에 마그넷 요크에 대한 스테이터 요크 자체도 냉각하도록 한 구성」을 가진다. 단, 이 고정 전기자는, 도선을 다수턴 권회 형성된 직사각형 모양의 공심형 코일을 프린트 배선 기판에 이동자의 이동 방향으로 합쳐 다수 병렬로 첩부한 스테이터 요크로 구성되어 있으며, 전기자 코일에 에어를 직접 내뿜었다고 해도, 다수턴 권회 형성된 도선을 빠짐없이 냉각할 수 없다.

특개 2006－246678호 공보(특허 문헌 4)에는, 아우터 로터형의 휠인모터가 기재되어 있다. 이 전동 모터는 중공 차축에 스테이터 측 6극, 로터 측 4극의 돌극 코어로 구성된 SR 모터에 있어서, 스테이터 측 6극에 장착된 도선을 다수턴 권회 형성한 코일의 냉각 수단이 기재되어 있다.

그 냉각 수단은, 중공 차축에 유입 통로와 배기 통로를, 격벽을 개재시켜 설치하고, 유입 통로에 의해서 코일에 공기를 제공하고, 배기 통로에 의해서 코일에 접한 공기를 스테이터 밖으로 배기하는 것이며, 이것에 의해, 특허 문헌 4는, 발열한 코일을 냉각한 공기를 배출하는 경로를 형성한 휠인모터를 제시한다. 단, 이것도 특허 문헌 3과 같이, 코일에 공기를 직접 내뿜었다고 해도, 공기는 다수턴 권회 형성된 도선의 노출면을 덧쓸 뿐이며, 권회 형성된 도선을 빠짐없이 냉각할 수는 없다.

특허 제3494056호 공보(특허 문헌 5)에는, 환상의 스테이터 코어에 코일을 감아 꾸민(卷裝) 고정자와, 그 고정자의 외주를 덮는 통부의 내주면에 영구 자석을 지지시킨 아우터 요크로 구성되는 회전자로 구성되어 있으며, 그 고정자가 회전자재로 연결된 회전축에 그 회전자가 고정된 아우터 로터형 자석 발전기가 기재되어 있다.

이 전동 모터는, 그 회전축에 회전자재로 연결된 고정자를 지지하는 플레이트에 통풍구를 설치하고, 스테이터 코어에 권장된 코일 및 영구 자석의 내면을 냉각하기 위해, 회전자의 저부에 설치한 통풍구와 연통시키고, 그 회전자를 회전시켜 플레이트의 통풍구로부터 공기를 흡입시키고, 회전자의 통풍구로부터 흡출하고, 이것을 또한 회전자의 통부에 내뿜고, 또한 영구 자석을, 통부를 통해 냉각하는 수단을 포함하는 것이다.

실개 평5－22133호 공보(특허 문헌 6)에는, 상기 자동차용의 아우터 로터형 휠인모터의 내부를 강제적으로 냉각하는 냉각 수단이 기재되어 있다. 이 전동 모터는, 단적으로는 필터를 개재시키고, 바깥공기를 중공축으로 연통하는 냉각 팬에 의해 그 중공축의 통기구로부터 고정자 내부로 도입하고, 또한 고정자의 권선과 회전자의 내면을 경유시킨 공기를 칸막이 판의 배기구로부터 배기하는 냉각 수단을 포함하는 것이다.

미국 특허 6,873,085호 명세서(특허 문헌 7)에는, 고정 전기자를 포함한 무철심형 코일 모터 및 회전 전기자에 장비되는 원통형 모양으로 성형된 원통 코일이 기재되어 있다. 단, 이 전동 모터는, 원통 코일 및 아우터 요크와 이너 요크로 형성되는 공극에 원통 코일이 배비되어 있지만, 이것들을 냉각하는 수단을 가지는 것은 아니다.

특허 제3704044호 공보(특허 문헌 8)에는, 절연 재료인 폴리아미드에 의해 서로 분리된 일련의 거의 평행한 도전체를 생성하는 패턴에 의해 가공된 원통형의 코일체를 포함한 DC 모터용으로 무철심 전기자가 기재되어 있다.

특허 문헌 1: 특개 2012－16218호 공보 특허 문헌 2: 특개 2012－30786 공보 특허 문헌 3: 특허 2657192호 명세서 특허 문헌 4: 특개 2006－246678호 공보 특허 문헌 5: 특허 제3494056호 공보 특허 문헌 6: 실개 평5－22133호 공보 특허 문헌 7: 미국 특허 US6,873,085 B2 명세서 특허 문헌 8: 특허 제3704044호 공보

비특허 문헌 1:「사상 최강 컬러 도해 최신 모터 기술의 모든 것을 이해할 수 있는 책」아카츠관 감수 나쓰메 출판 기획 주식회사(2013년 7월 20일 발행)

원통 코일을 포함한 고정자 및 원통 코일이 배치되는 에어갭을 형성하는 회전자에 의해서 구성된 무철심 회전 전기 기계에 있어서, 원통 코일의 동손 및 도체에 생기는 와전류에 기인하는 발열에 의한 모터 내부의 온도 상승은, 전동 모터의 효율 η을 열화 시키는 등, 전동 모터에 내재하는 피하기 어려운 기술적 과제로서 인식되어 있으며, 그 때문에도, 지금까지 여러 가지 제안이 되어 왔지만, 발본적인 과제 해결에는 이르고 있지 않다. 본 발명자들은 이들의 기술적 과제에 과감하게 도전하고, 본 발명의 원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계를 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 기술적 과제는, 도전성 금속 시트의 적층체 구조에 의해서 원통형으로 성형된 통전 가능한 무철심의 원통 코일의 한편의 단면이 고정된, 구동 샤프트에 회전자재로 연결된 개형 마운트의 고정자(2)에 대해서, 원통 코일의 한편의 단면이 배치되는 에어갭을 형성하는 외측 및 내측의 원통 공로 형성체에 배비된 마그넷(4)과 함께 일체화된, 개형 마운트를 관통한 구동 샤프트에 연결 고정된 컵형 마운트의 회전자(3)를 대치시키고, 원통 코일의 내주면에 형성된 공극에 냉매 또는 냉각용 공기를 이송하고 또는 인입하고, 에어갭에 배치되는 원통 코일의 내주면 및 외주면, 또한 에어갭에 배비되는 마그넷(4)을 직접 냉각하도록 구성하는 것에 의해서 해결할 수 있었다.

본 발명의 제1의 양태는, 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 길이 방향으로 복수의 이간된 선상부와 절연층을 개재시켜 중첩에 의해 형성되는 도전성 금속 시트의 적층체 구조에 의해서 원통형으로 성형된 통전 가능한 무철심의 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 고정하는 개형 마운트(300)의 중심부(310)에 구동 샤프트(100)가 회전자재로 연결된 고정자(2)와, 개형 마운트(300)의 대극에 위치하는 컵형 마운트(400)에 대해서 원통 코일(200)의 다른 한편의 단면(202)이 극간을 남겨 폐쇄하도록, 또한, 컵형 마운트(400)에 일체화된 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)와의 사이에 에어갭을 형성하는 제1 공극(40)에 원통 코일(200)이 배치되도록 구성되고, 또한 개형 마운트(300)의 중심부(310)를 관통한 구동 샤프트(100)가 컵형 마운트(400)의 중심부(410)에 연결 고정되고, 제1 공극(40)에는 외측 원통 공로 형성체(600)의 내주면 및／또는 내측 원통 공로 형성체(500)의 외주면에 마그넷(4)이 배비된 회전자(3)와, 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)의 한편의 단면(530, 630)과 개형 마운트(300)와의 사이에 형성되는, 원통 코일(200)의 내주 측(210)에 위치하는 제2 공극(20) 및 원통 코일(200)의 외주 측(220)에 위치하는 제3 공극(30)으로 이루어지는 무철심 회전 전기 기계(10)에 관한 것이다.

또한, 무철심 회전 전기 기계(10)는, 도 1에 나타난 바와 같이, 제2 공극(20)에 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 이송 또는 인입하는 수단을 설치하고, 그 냉매 또는 냉각용 공기(80)는, 제1 공극(40)에 배치되는 원통 코일(200)의 내측 및 외측을 통하고, 제3 공극(30)으로부터 배출되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 2에 나타난 바와 같이, 개형 마운트(300)는, 중심부(310)에 구동 샤프트(100)를 회전자재로 지지하는 베어링 기구(311)와, 중심부(310)를 포함한 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 원통 모양으로 고정하는 기체(312)와, 중심부(310)를 포함한 기체(312)로부터 뻗는 원주(313)로 구성하고, 베어링 기구(311)는, 기체(312) 및 원주(313)의 각각이 협동하는 베어링(3110)을 포함할 수 있다. 또, 기체(312)는 대좌(314)를 포함하고, 대좌(314)에 지지되는 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 원통 모양으로 고정하기 위한 고정판(315)을 더 설치하고, 고정판(315)의 중심을 원주(313)가 관통해 뻗도록 구성할 수 있다.

원통 코일(200)은, 한편의 단면(201)에 접속된 리드선(3001)을 포함하고, 개형 마운트(300)는 또한, 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 이송 또는 인입하기 위한 제2 공극(20)으로 통하는 경로(3200)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 1, 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 컵형 마운트(400)는, 구동 샤프트(100)가 연결 고정된 중심부(410)를 포함한 지지체(411)와, 지지체(411)에 일체 성형되든가 또는 별체로 성형되어 일체로 고착되는, 컵형 마운트(400)의 외통을 구성하는 외측 원통 공로 형성체(600) 및 내주면(510)이 상기 제2 공극(20)으로 통하는 공간(540)을 형성하도록 구성된 컵형 마운트(400)의 내통을 구성하는 내측 원통 공로 형성체(500)와, 제1 공극(40)을 형성하는 외측 원통 공로 형성체(600)의 내주면(610) 및／또는 상기 내측 원통 공로 형성체(500)의 외주면(520)에 배비되는 마그넷(4)으로 구성할 수 있다.

그런데 마그넷(4)의 형상은, 장변이 제1 공극(40)에 배치된 원통 코일(200)의 길이에 대응하고, 단변이 원통 코일(200)의 원주 방향으로 극간(401)을 띄워 길이 방향을 따라서 배비되도록 한 직방체로 성형할 수 있다. 원통 코일(200)의 길이 방향을 따르도록 마그넷(4)의 각각을, 극간(401)을 띄워 배비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 1에 나타난 바와 같이, 컵형 마운트(400)의 지지체(411)는, 상기 구동 샤프트(100)가 관통하는 상기 개형 마운트(300)의 원주(313)에 대치하도록 배치되는 원통부(412)를 더 포함하고, 또한, 내측 원통 공로 형성체(500)의 내주 측(510)에 형성된 공간(540)에 바깥공기를 도입하기 위한 통기공(430) 및 그 통기공(430)을 덮는 필터(431)를 더 설치할 수 있다.

그렇게 함으로써, 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 회전자 주위의 압력차에 의해서 공간(540)에 바깥공기를 도입할 수 있다. 필터(431)는 회전자와 일체로 고속 회전함으로써 먼지를 튕겨 날리기 때문에, 눈 막힘 하기 어렵게 된다고 하는 이점이 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 2, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 컵형 마운트(400)는 또한, 원통 코일(200)의 길이 방향을 따르도록 배비된 상기 마그넷(4)의 극간(401)에 상당하는 내측 원통 공로 형성체(500)의 위치에 내측 배기 구멍(560) 및／또는 외측 원통 공로 형성체(600)의 위치에 외측 배기 구멍(660)을 설치할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 5에 나타난 바와 같이, 고정자(2)는, 개형 마운트(300)에 한편의 단면(901)이 지지된 외측 원통 공로 형성체(600)보다 내경이 큰 보호 외투(900)를 가지는 외장체(9)를 더 포함하고, 외장체(9)는, 외장체(9)의 일부에 통기공(910) 및 제1 공극(40)으로부터 배출되는 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 놓아주기 위한 배출 구멍(90), 및, 리드선(3001)의 취출구(902)를 더 설치할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 6에 나타난 바와 같이, 개형 마운트(300) 및 컵형 마운트(400)를 관통하는 영역의 구동 샤프트(100)는, 중공체(1100)가 형성되어 있으며, 개형 마운트(300)를 관통하는 영역의 구동 샤프트(100)의 중공체(1100)는, 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 받아들이는 수입구(1110)를 포함하고, 컵형 마운트(400)를 관통하는 영역의 구동 샤프트(100)의 중공체(1100)는, 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 배출하는 배출구(1120)를 포함하고, 수입구(1110)는 개형 마운트(300)의 경로(3200)와 연통시키고, 배출구(1120)는 제2 공극(20)으로 통하는 공간(540)에 연통시킬 수 있다. 그렇게 함으로써, 제2 공극(20) 뿐만 아니라 본 무철심 회전 전기 기계의 내부 전체가 냉각되게 된다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 7에 나타난 바와 같이, 또는, 제3 공극(30) 및 외측 배기 구멍(660)에 대응하는 폭을 가지는 2매의 원판(2100)과 원판(2100)의 축심으로 향한 2매의 원판(2100)에 현가(懸架)된 복수의 날개판(羽根板)으로 구성된 수차형의 외측 원통 공로 형성체(600)에 끼워서 꾸며 고정되는 다익(多翼) 원심 송풍 회전체(2000)를 설치하고, 그렇게 함으로써, 냉매 또는 냉각용 공기(80)의 제1 공극(40) 내의 유량을 보다 증가시키고, 냉각 효과를 높이도록 할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 원통 코일(200)은, 두께가 5mm 이하의 적층체 구조로 성형된 것이며, 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)는, 자성체 요크 또는 세라믹제 혹은 내열성 수지제의 어느 것인가에 의해서 성형된 것을 이용해도 좋다.

본 발명의 제2의 양태는, 도 1, 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 무철심 회전 전기 기계(10)의 냉각 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은, 길이 방향으로 복수의 이간된 선상부와 절연층을 개재시켜 중첩에 의해 형성되는 도전성 금속 시트의 적층체 구조에 의해서 원통형으로 성형된 통전 가능한 무철심의 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 고정하는 개형 마운트(300)의 중심부(310)에 구동 샤프트(100)가 회전자재로 연결된 고정자(2)와, 개형 마운트(300)의 대극에 위치하는 컵형 마운트(400)에 대해서 원통 코일(200)의 다른 한편의 단면(202)이 극간을 남겨 폐쇄하도록, 또한, 컵형 마운트(400)에 일체화된 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)와의 사이에 에어갭을 형성하는 제1 공극(40)에 원통 코일(200)이 배치되도록 구성되고, 또한, 개형 마운트(300)의 중심부(310)를 관통한 구동 샤프트(100)가 컵형 마운트(400)의 중심부(410)에 연결 고정되고, 제1 공극(40)에는 외측 원통 공로 형성체(600)의 내주면 및／또는 내측 원통 공로 형성체(500)의 외주면에 마그넷(4)이 배비된 회전자(3)와, 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)의 한편의 단면(530, 630)과 개형 마운트(300)와의 사이에 형성되는, 원통 코일(200)의 내주 측(210)에 위치하는 제2 공극(20) 및 원통 코일(200)의 외주 측(220)에 위치하는 제3 공극(30)으로 이루어지는 무철심 회전 전기 기계(10)의 냉각 방법이다.

본 방법은, 원통 코일(200)로의 통전에 의해서 회전자(3)를 작동시키는 스텝과, 제2 공극(20)에 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 이송 또는 인입하는 스텝과, 냉매 또는 냉각용 공기(80)가 원통 코일(200)의 양면을 직접 냉각하는 스텝과, 제1 공극(40)을 유통한 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 무철심 회전 전기 기계(10)로부터 배출시키는 스텝을 포함하는 것이다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 1에 나타난 바와 같이, 개형 마운트(300)는, 원통 코일(200)의 내주 측(210)에 위치하는 제2 공극(20)으로 통하는 경로(3200)를 더 포함하고, 본 방법은, 경로(3200)로부터 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제2 공극(20)에 이송 또는 인입하는 스텝을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 컵형 마운트(400)는, 컵형 마운트(400)에 내측 원통 공로 형성체(500)의 내주 측(510)에 형성된 공간(540)에 바깥공기를 도입하기 위한 통기공(430) 및 그 통기공(430)을 덮는 필터(431)를 설치하고, 그것에 의해, 본 방법은, 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 회전자 주위의 압력차에 의해서 바깥공기를 도입함과 동시에, 제1 공극(40)에 이송된 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제1 공극(40)에 흡인시키는 스텝을 더 포함하고, 그것에 의해, 무철심 회전 전기 기계(10)의 내부 냉각을 더 높일 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 5에 나타난 바와 같이, 고정자(2)는, 개형 마운트(300)에 한편의 단면(201)이 지지된 외측 원통 공로 형성체(600)보다 내경이 큰 보호 외투(900)를 가지는 외장체(9)를 더 포함하고, 외장체(9)는, 외장체(9)의 일부에 통기공(910) 및 배출 구멍(90)이 설치되어 있으며, 본 방법은, 그것에 의해, 제1 공극(40)으로부터 배출된 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 배출 구멍(90)에서 놓아주는 스텝을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 6에 나타난 바와 같이, 개형 마운트(300) 및 컵형 마운트(400)를 관통하는 영역의 구동 샤프트(100)를 중공체(1100)에 형성하고, 개형 마운트(300)를 관통하는 영역의 구동 샤프트(100)의 중공체(1100)는, 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 받아들이는 개형 마운트(300)의 경로(3200)와 연통하는 수입구(1110)를 포함하고, 컵형 마운트(400)를 관통하는 영역의 구동 샤프트(100)의 중공체(1100)는, 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 배출하는 제2 공극(20)으로 통하는 공간(540)에 연통하는 배출구(1120)를 포함하고, 그것에 의해, 본 방법은, 냉매 또는 냉각용 공기(80)가 수입구(1110)를 경유하고, 배출구(1120)로부터 제2 공극(20)으로 통하는 공간(540)에 배출되는 스텝을 더 포함할 수 있고, 그것에 의해 본 무철심 회전 전기 기계의 내부 전체의 냉각이 가능하게 된다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 4, 도 5 및 도 7에 나타난 바와 같이, 마그넷(4)은, 장변이 제1 공극(40)에 배치된 원통 코일(200)의 길이에 대응하고, 단변이 원통 코일(200)의 원주 방향으로 극간(401)을 띄워 길이 방향을 따라서 배비되도록 성형된 직방체이며, 컵형 마운트(400)는, 극간(401)을 띄워 원통 코일(200)의 길이 방향을 따르도록 배비된 상기 마그넷(4)의 그 극간(401)에 상당하는 내측 원통 공로 형성체(500)의 위치에 내측 배기 구멍(560) 및／또는 외측 원통 공로 형성체(600)의 위치에 외측 배기 구멍(660)을 더 설치하고, 그렇게 함으로써, 본 방법은, 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 회전자 주위의 압력차에 의해서 제1 공극(40)에 이송된 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제3 공극(30) 및 외측 배기 구멍(660)으로부터 배출시키는 스텝을 더 포함할 수 있다.

컵형 마운트(400)는 또한, 도 7에 나타난 바와 같이, 제3 공극(30) 및 외측 배기 구멍(660)에 대응하는 폭을 가지는 2매의 원판(2100)과 원판(2100)의 축심으로 향하는 2매의 원판(2100)에 현가된 복수의 날개판(2200)으로 구성된 수차형의 외측 원통 공로 형성체(600)에 끼워서 꾸며 고정되는 다익 원심 송풍 회전체(2000)를 설치하고, 그렇게 함으로써, 본 방법은, 제3 공극(30) 및 배기 구멍(660)으로부터 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 배출시키는 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 회전자 주위의 압력차를 더 증폭시키는 스텝을 포함하고, 냉매 또는 냉각용 공기(80)의 제1 공극(40) 내의 유량을 보다 증가할 수 있다.

본 발명의 제3의 양태는, 도 8에 나타난 바와 같이, 길이 방향으로 복수의 이간된 선상부와 절연층을 개재시켜 중첩에 의해 형성되는 도전성 금속 시트의 적층체 구조에 의해서 원통형으로 성형된 통전 가능한 무철심의 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 고정하는 개형 마운트(300)의 중심부(310)에 구동 샤프트(100)가 회전자재로 연결된 고정자(2)와, 개형 마운트(300)의 중심부(310)를 관통한 구동 샤프트(100)의 중간부(110)에 연결 고정된 중간 마운트(1000)와, 상기 중간 마운트(1000)의 외주면(1200)에 일체적으로 장착한 내측 원통 공로 형성체(500)와, 상기 내측 원통 공로 형성체(500)의 외주면(520)에 배비되는 마그넷(4)으로 이루어지는 회전자(3)와, 개형 마운트(300)의 중심부(310)에 회전자재로 연결된 구동 샤프트(100)가 중간 마운트(1000)의 중심부(1100)를 관통한 종단부(120)에 회전자재로 연결된, 개형 마운트(300)의 대극에 위치해 내측 원통 공로 형성체(500)와의 사이에 원통 코일(200)이 배치되는 에어갭을 형성하는 제1 공극(40)을 형성하고, 또한, 제1 공극(40)에 배치되는 원통 코일(200)의 다른 한편의 단면(202)이 극간을 남겨 폐쇄하도록 구성된 외측 원통 공로 형성체(600)를 포함한 컵형 마운트(400)로 이루어지는 제2 회전자(5)와, 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)의 한편의 단면(530, 630)과 개형 마운트(300)와의 사이에 형성되는, 원통 코일(200)의 내주 측(210)에 위치하는 제2 공극(20) 및 원통 코일(200)의 외주 측(220)에 위치하는 제3 공극(30)으로 이루어지는 무철심 회전 전기 기계(10)에 관한 것이다.

또한, 무철심 회전 전기 기계(10)는, 도 8에 나타난 바와 같이, 제2 공극(20)에 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 이송 또는 인입하는 수단을 설치하고, 그 냉매 또는 냉각용 공기(80)는, 제1 공극(40)에 배치되는 원통 코일(200)의 내측 및 외측을 통하고, 제3 공극(30)으로부터 배출되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 8 및 도 9에 나타난 바와 같이, 개형 마운트(300)는, 중심부(310)에 구동 샤프트(100)를 회전자재로 지지하는 베어링 기구(311)와, 중심부(310)를 포함한 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 원통 모양으로 고정하는 기체(312)와, 중심부(310)를 포함한 기체(312)로부터 뻗는 원주(313)로 이루어지고, 베어링 기구(311)는, 기체(312) 및 원주(313)의 각각에 협동하는 베어링(3110)을 포함할 수 있다. 또 기체(312)는 대좌(314)를 포함하고, 대좌(314)에 지지되는 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 원통 모양으로 고정하기 위한 고정판(315)을 더 설치하고, 고정판(315)의 중심을 원주(313)가 관통해 뻗어지도록 구성할 수 있다.

도 8 및 도 10에 나타난 바와 같이, 원통형 코일은, 한편의 단면(201)에 접속된 리드선(3001)을 포함하고, 개형 마운트(300)는 또한, 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 이송 또는 인입하기 위한 제2 공극(20)으로 통하는 경로(3200)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 8 및 도 9에 나타난 바와 같이, 컵형 마운트(400)는, 구동 샤프트(100)의 종단부(120)에 회전자재로 연결된 중심부(410)를 포함한 지지체(420)와, 중심부(410)에 구동 샤프트(100)의 종단부(120)를 회전자재로 지지하는 베어링 기구(411)와, 지지체(420)에 일체 성형되든가 또는 별체로 성형되어 일체로 고착되는 자로(磁路)를 닫도록 작용하는 외측 원통 공로 형성체(600)로 이루어지고, 지지체(420)는 외벽(412) 및 원주(413)를 포함하고, 베어링 기구(411)는 외벽(412) 및 상기 원주(413)의 각각에 협동하는 베어링(4110)을 포함할 수 있다.

또 구동 샤프트(100)의 중간부(110)에 중심부(1180)가 연결 고정되는 중간 마운트(1000)는, 구동 샤프트(100)가 관통하는 개형 마운트(300)의 원주(313)에 대치하도록 배치되는 원통부(1120)를 더 포함하도록 구성할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 8 및 도 9에 나타난 바와 같이, 내측 원통 공로 형성체(500)의 외주면(520)에 배비되는 마그넷(4)은, 장변이 상기 제1 공극(40)에 배치된 원통 코일(200)의 길이에 대응하고, 단변이 원통 코일(200)의 원주 방향으로 극간(401)를 띄워 길이 방향을 따라서 성형된 직방체이며, 마그넷(4)의 각각을 원통 코일(200)의 길이 방향을 따르도록, 그 극간(401)을 띄워 배비할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 10에 나타난 바와 같이, 고정자(2)는, 개형 마운트(300)에 한편의 단면(901)이 지지된 외측 원통 공로 형성체(600)보다 내경이 큰 보호 외투(900)를 가지는 외장체(9)를 더 포함하고, 외장체(9)는 외장체(9)의 일부에 제1 공극(40)으로부터 배출되는 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 놓아주기 위한 배출 구멍(90), 및, 리드선(3001)의 취출구(902)를 더 설치할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 외측 원통 공로 형성체(600)는 또, 원통 코일(200)의 길이 방향을 따르도록 배비된 직방체의 마그넷(4)의 각각의 극간(401)에 상당하는 위치에 배기 구멍(660)을 설치할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 11에 나타난 바와 같이, 개형 마운트(300) 및 중간 마운트(1000)를 관통하는 영역의 구동 샤프트(100) 및 그 구동 샤프트의 중간부(110)에 중공체(1100)를 형성하고, 개형 마운트(300)를 관통하는 영역에 형성된 중공체(1100)는, 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 받아들이는 수입구(1110)를 포함하고, 중간 마운트(1000)를 관통하는 영역에 형성된 중공체(1100)는, 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 배출하는 배출구(1120)를 포함하고, 수입구(1110)는 개형 마운트(300)의 경로(3200)와 연통시키고, 배출구(1120)는 제2 공극(20)으로 통하는 공간(540)에 연통시킬 수 있고, 그것에 의해 본 무철심 회전 전기 기계의 내부 전체의 냉각이 가능하게 된다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 원통 코일(200)은, 두께가 5mm 이하의 적층체 구조로 성형된 것이며, 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)는, 자성체 요크 또는 세라믹제 혹은 내열 합성 수지제의 어느 것인가에 의해 성형된 것을 이용해도 좋다.

본 발명의 제4의 양태는, 도 8 및 도 9에 나타난 바와 같이, 원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계(10)의 냉각 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은, 길이 방향으로 복수의 이간된 선상부와 절연층을 개재시켜 중첩에 의해 형성되는 도전성 금속 시트의 적층체 구조에 의해서 원통형으로 성형된 통전 가능한 무철심의 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 고정하는 개형 마운트(300)의 중심부(310)에 구동 샤프트(100)가 회전자재로 연결된 고정자(2)와, 개형 마운트(300)의 중심부(310)를 관통한 구동 샤프트(100)의 중간부(110)에 연결 고정된 중간 마운트(1000)의 외주면(1200)에 일체적으로 장착한 내측 원통 공로 형성체(500)와, 내측 원통 공로 형성체(500)의 외주면(520)에 배비되는 마그넷(4)으로 이루어지는 회전자(3)와, 개형 마운트(300)의 중심부(310)에 회전자재로 연결된 구동 샤프트(100)가 중간 마운트(1000)의 중심부(1100)를 관통한 종단부(120)에 회전자재로 연결된, 상기 개형 마운트(300)의 대극에 위치해 내측 원통 공로 형성체(500)와의 사이에 상기 원통 코일(200)이 배치되는 에어갭을 형성하는 제1 공극(40)을 형성하고, 또한, 제1 공극(40)에 배치되는 원통 코일(200)의 다른 한편의 단면(202)이 극간을 남겨 폐쇄하도록 구성된 외측 원통 공로 형성체(600)를 포함한 컵형 마운트(400)로 이루어지는 제2 회전자(5)와, 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)의 한편의 단면(530, 630)과 개형 마운트(300)와의 사이에 형성되는, 원통 코일(200)의 내주 측(210)에 위치하는 제2 공극(20) 및 원통 코일의 외주 측(220)에 위치하는 제3 공극(30)으로 이루어지는 무철심 회전 전기 기계(10)의 냉각 방법이다.

본 방법은, 원통 코일(200)로의 통전에 의해서 상기 회전자(3)를 작동시키는 스텝과, 제2 공극(20)에 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 이송 또는 인입하는 스텝과, 냉매 또는 냉각용 공기(80)가 원통 코일(200)의 양면을 직접 냉각하는 스텝과, 제1 공극(40)을 유통한 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 무철심 회전 전기 기계(10)로부터 배출시키는 스텝을 포함하는 것이다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 8에 나타난 바와 같이, 개형 마운트(300)는, 원통 코일(200)의 내주 측(210)에 위치하는 제2 공극(20)으로 통하는 경로(3200)를 더 포함하고, 본 방법은, 경로(3200)로부터 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제2 공극(20)에 이송 또는 인입하는 스텝을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 10에 나타난 바와 같이, 고정자(2)는, 개형 마운트(300)에 한편의 단면(201)이 지지된 외측 원통 공로 형성체(600)보다 내경이 큰 보호 외투(900)를 가지는 외장체(9)를 더 포함하고, 외장체(9)는, 외장체(9)의 일부에 배출 구멍(90)이 설치되어 있으며, 제1 공극(40)으로부터 배출된 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 배출 구멍(90)에서 놓아주는 스텝을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 8, 도 9 및 도 10에 나타난 바와 같이, 마그넷(4)은, 장변이 제1 공극(40)에 배치된 원통 코일(200)의 길이에 대응하고, 단변이 원통 코일(200)의 원주 방향으로 극간(401)을 띄워 길이 방향을 따라서 배비되도록 성형된 직방체이며, 컵형 마운트(400)는, 극간(401)을 띄워 원통 코일(200)의 길이 방향을 따르도록 내측 원통 공로 형성체(500)에 배비된 마그넷(4)의 각각의 극간(401)에 상당하는 외측 원통 공로 형성체(600)의 위치에 배기 구멍(660)을 설치하고, 그렇게 함으로써, 본 방법은, 제2 회전자(5)의 회전 토크에서 발생하는 회전자 주위의 압력차에 의해서, 제1 공극(40)에 이송된 또는 인입된 상기 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 상기 제3 공극(30) 및 상기 배기 구멍(660)으로부터 배출시키는 스텝을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 11에 나타난 바와 같이, 개형 마운트(300) 및 중간 마운트(1000)를 관통하는 영역의 구동 샤프트(100)를 중공체(1100)에 형성하고, 개형 마운트(300)를 관통하는 영역의 구동 샤프트(100)의 중공체(1100)는, 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 받아들이는 개형 마운트(300)의 경로(3200)와 연통하는 수입구(1110)를 포함하고, 중간 마운트(1000)를 관통하는 영역의 구동 샤프트(100)의 중공체(1100)는, 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 배출하는 제2 공극(20)으로 통하는 공간(540)에 연통하는 배출구(1120)를 포함하고, 그렇게 함으로써, 본 방법은, 냉매 또는 냉각용 공기(80)가 수입구(1110)를 경유하고, 배출구(1120)로부터 제2 공극(20)으로 통하는 공간(540)에 배출되는 스텝을 더 포함할 수 있고, 본 무철심 회전 전기 기계의 내부도 냉각되게 된다.

본 발명의 제5의 양태는, 도 12에 나타난 바와 같이, 길이 방향으로 복수의 이간된 선상부와 절연층을 개재시켜 중첩에 의해 형성되는 도전성 금속 시트의 적층체 구조에 의해서 원통형으로 성형된 통전 가능한 무철심의 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 고정하는 개형 마운트(300)의 중심부(310)에 구동 샤프트(100)가 회전자재로 연결된 고정자(2)와, 개형 마운트(300)의 중심부(310)를 관통한 구동 샤프트(100)의 종단부(120)에 연결 고정된, 개형 마운트(300)의 대극에 위치해 원통 코일(200)의 다른 한편의 단면(202)이 극간을 남겨 폐쇄하도록 구성된 외측 원통 공로 형성체(600)와, 외측 원통 공로 형성체(600)의 내주면(610)에 배비되는 마그넷(4)을 포함한 컵형 마운트(400)로 이루어지는 회전자(3)와, 개형 마운트(300) 및 컵형 마운트(400)의 사이에, 개형 마운트(300)의 중심부(310)를 관통한 구동 샤프트(100)의 중간부(110)에 회전자재로 연결된 중간 마운트(1000)와, 컵형 마운트(400)에 일체화된 외측 원통 공로 형성체(600)와의 사이에 에어갭을 형성하는 제1 공극(40)을 형성하도록 배치되는, 중간 마운트(1000)의 외주면(1200)에 일체적으로 장착한 내측 원통 공로 형성체(500)로 이루어지는 제2 회전자(5)와, 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)의 한편의 단면(530, 630)과 개형 마운트(300)와의 사이에 형성되는, 원통 코일(200)의 내주 측(210)에 위치하는 제2 공극(20) 및 원통 코일(200)의 외주 측(220)에 위치하는 제3 공극(30)으로 이루어지는 무철심 회전 전기 기계(10)에 관한 것이다.

또한, 무철심 회전 전기 기계(10)는, 도 12에 나타난 바와 같이, 제2 공극(20)에 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 이송 또는 인입하는 수단을 설치하고, 그 냉매 또는 냉각용 공기(80)는, 제1 공극(40)에 배치되는 원통 코일(200)의 내측 및 외측을 통하고, 제3 공극(30)으로부터 배출되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 12 및 도 13에 나타난 바와 같이, 개형 마운트(300)는, 중심부(310)에 구동 샤프트(100)를 회전자재로 지지하는 베어링 기구(311)와, 중심부(310)를 포함한 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 원통 모양으로 고정하는 기체(312)와, 중심부(310)를 포함한 기체(312)로부터 뻗는 원주(313)로 이루어지고, 베어링 기구(311)는, 상기 기체(312) 및 원주(313)의 각각에 협동하는 베어링(3110)을 포함할 수 있다. 또 기체(312)는 대좌(314)를 포함하고, 대좌(314)에 지지되는 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 원통 모양으로 고정하기 위한 고정판(315)을 더 설치하고, 고정판(315)의 중심을 원주(313)가 관통해 뻗어지도록 구성할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 12 및 도 13에 나타난 바와 같이, 컵형 마운트(400)는, 구동 샤프트(100)의 종단부(120)에 연결 고정된 중심부(410)를 포함한 지지체(420)와, 지지체(420)에 일체 성형되든가 또는 별체로 성형되어 일체로 고착되는, 컵형 마운트(400)의 외통을 구성하는 외측 원통 공로 형성체(600)와, 외측 원통 공로 형성체(600)의 내주면(610)에 배비되는 마그넷(4)으로 구성할 수 있다.

그런데 마그넷(4)의 형상은, 장변이 제1 공극(40)에 배치된 원통 코일(200)의 길이에 대응하고, 단변이 원통 코일(200)의 원주 방향으로 극간(401)을 띄워 길이 방향을 따라서 배비되도록 한 직방체로 성형할 수 있다. 또한, 지지체(420)는 외벽(412) 및 원주(413)를 포함할 수 있다.

발명의 일실시 형태에 있어서, 도 12 및 도 13에 나타난 바와 같이, 자로를 닫도록 작용하는 내측 원통 공로 형성체(500)를 일체적으로 장착한 중간 마운트(1000)는, 구동 샤프트(100)의 상기 중간부(110)에 중심부(1100)를 회전자재로 지지하는 베어링 기구(1110)와, 내측 원통 공로 형성체(500)를 외주면(1200)에 일체적으로 장착한 중심부(1100)를 포함한 지지체(1120) 및 그 지지체(1120)로부터 구동 샤프트(100)를 따라서 뻗는 원주(1130)로 이루어지고, 베어링 기구(1110)는, 지지체(1120) 및 원주(1130)의 각각에 협동하는 베어링(1111)을 더 포함할 수 있다.

발명의 일실시 형태에 있어서, 도 13에 나타난 바와 같이, 외측 원통 공로 형성체(600)의 내주면(610)에 배비되는 마그넷(4)은, 장변이 제1 공극(40)에 배치된 원통 코일(200)의 길이에 대응하고, 단변이 원통 코일(200)의 원주 방향으로 극간(401)을 띄워 길이 방향을 따라서 배비되도록 성형된 직방체이며, 마그넷(4)의 각각을 상기 원통 코일(200)의 길이 방향을 따르도록, 그 극간(401)을 띄워 배비할 수 있다.

본 발명의 일실시 형태에 있어서, 도 14에 나타난 바와 같이, 고정자(2)는, 개형 마운트(300)에 한편의 단면(901)이 지지된 외측 원통 공로 형성체(600)보다 내경이 큰 보호 외투(900)를 가지는 외장체(9)를 더 포함하고, 외장체(9)는 외장체(9)의 일부에 제1 공극(40)으로부터 배출되는 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 놓아주기 위한 배출 구멍(90), 및, 리드선(3001)의 취출구(902)를 더 설치할 수 있다.

발명의 일실시 형태에 있어서, 도 15에 나타난 바와 같이, 컵형 마운트(400)를 구성하는 외측 원통 공로 형성체(600)는, 원통 코일(200)의 길이 방향을 따르도록 배비된 마그넷(4)의 극간(401)에 상당하는 위치에 배기 구멍(660)을 더 설치할 수 있다.

컵형 마운트(400)는 또, 제3 공극(30) 및 배기 구멍(660)에 대응하는 폭을 가지는 2매의 원판(2100)과 원판(2100)의 축심으로 향하는 2매의 상기 원판(2100)에 현가된 복수의 날개판(2200)으로 수차형으로 구성된 외측 원통 공로 형성체(600)에 끼워서 꾸며 고정되는 다익 원심 송풍 회전체(2000)를 더 설치하고, 그렇게 함으로써, 냉매 또는 냉각용 공기(80)의 제1 공극(40) 내의 유량을 보다 증가시키고, 냉각 효과를 높이도록 하는 것이 바람직하다.

발명의 일실시 형태에 있어서, 원통 코일(200)은, 두께가 5mm 이하의 적층체 구조로 성형된 것이며, 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)는, 자성체 요크 또는 세라믹제 혹은 내열성 수지제의 어느 것인가에 의해서 성형된 것을 이용해도 좋다.

본 발명의 제6의 양태는, 무철심 회전 전기 기계(10)의 냉각 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은, 도 12 및 도 13에 나타난 바와 같이, 길이 방향으로 복수의 이간된 선상부와 절연층을 개재시켜 중첩에 의해 형성되는 도전성 금속 시트의 적층체 구조에 의해서 원통형으로 성형된 통전 가능한 무철심의 원통 코일(200)의 한편의 단면(201)을 고정하는 개형 마운트(300)의 중심부(310)에 구동 샤프트(100)가 회전자재로 연결된 고정자(2)와, 개형 마운트(300)의 상기 중심부(310)를 관통한 구동 샤프트(100)의 종단부(120)에 연결 고정되는, 개형 마운트(300)의 대극에 위치해 원통 코일(200)의 다른 한편의 단면(202)이 극간을 남겨 폐쇄하도록 구성된 외측 원통 공로 형성체(600)와, 외측 원통 공로 형성체(600)의 내주면(610)에 배비되는 마그넷(4)을 포함한 컵형 마운트(400)로 이루어지는 회전자(3)와, 개형 마운트(300) 및 컵형 마운트(400)의 사이에, 개형 마운트(300)의 중심부(310)를 관통한 구동 샤프트(100)의 중간부(110)에 회전자재로 연결된 중간 마운트(1000)와, 컵형 마운트(400)에 일체화된 외측 원통 공로 형성체(600)와의 사이에 에어갭을 형성하는 제1 공극(40)을 형성하도록 배치되는, 상기 중간 마운트(1000)의 외주면(1200)에 일체적으로 장착한 내측 원통 공로 형성체(500)로 이루어지는 제2 회전자(5)와, 내측 원통 공로 형성체(500) 및 외측 원통 공로 형성체(600)의 한편의 단면(530, 630)과 개형 마운트(300)와의 사이에 형성되는, 원통 코일(200)의 내주 측(210)에 위치하는 제2 공극(20) 및 원통 코일(200)의 외주 측(220)에 위치하는 제3 공극(30)으로 이루어지는 무철심 회전 전기 기계(10)의 냉각 방법이다.

발명의 일실시 형태에 있어서, 도 12에 나타난 바와 같이, 개형 마운트(300)는, 원통 코일(200)의 내주 측(210)에 위치하는 제2 공극(20)으로 통하는 경로(3200)를 더 포함하고, 본 방법은, 경로(3200)로부터 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제2 공극(20)에 이송 또는 인입하는 스텝을 더 포함할 수 있다.

발명의 일실시 형태에 있어서, 도 13에 나타난 바와 같이, 마그넷(4)은, 장변이 상기 제1 공극(40)에 배치된 원통 코일(200)의 길이에 대응하고, 단변이 원통 코일(200)의 원주 방향으로 극간(401)을 띄워 길이 방향을 따라서 배비되도록 성형된 직방체이며, 컵형 마운트(400)는, 극간(401)을 띄워 원통 코일(200)의 길이 방향을 따르도록 배비된 마그넷(4)의 각각의 극간(401)에 상당하는 외측 원통 공로 형성체(600)의 위치에 배기 구멍(660)을 설치하고, 그렇게 함으로써, 본 방법은, 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 회전자 주위의 압력차에 의해서, 제1 공극(40)에 이송 또는 인입된 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제3 공극(30) 및 배기 구멍(660)으로부터 배출시키는 스텝을 더 포함할 수 있다.

또 다른 방법에 있어서, 도 14에 나타난 바와 같이, 고정자(2)는, 개형 마운트(300)에 한편의 단면(201)이 지지된 외측 원통 공로 형성체(600)보다 내경이 큰 보호 외투(900)를 가지는 외장체(9)를 더 포함하고, 외장체(9)는, 외장체(9)의 일부에 배출 구멍(90)이 설치되어 있고, 제1 공극(40)으로부터 배출된 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 배출 구멍(90)에서 놓아주는 스텝을 더 포함할 수도 있다.

컵형 마운트(400)는 또한, 도 15에 나타난 바와 같이, 제3 공극(30) 및 외측 배기 구멍(660)에 대응하는 폭을 가지는 2매의 원판(2100)과 그 원판(2100)의 축심으로 향하는 2매의 상기 원판(2100)에 현가된 복수의 날개판(2200)으로 수차형으로 구성된 외측 원통 공로 형성체(600)에 끼워서 꾸며 고정되는 다익 원심 송풍 회전체(2000)를 설치하고, 그렇게 함으로써, 본 방법은, 제3 공극(30) 및 상기 배기 구멍(660)으로부터 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 배출시키는, 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 회전자 주위의 압력차를 더 증폭시키는 스텝을 더 포함하고, 냉매 또는 냉각용 공기(80)의 제1 공극(40) 내의 유량을 보다 증가하는 것이 가능하게 된다.

도 1은, 발명의 일실시 형태인 원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계를 단면도로서 나타내는 모식도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 무철심 회전 전기 기계의 일부를 절단한 사시도이다.
도 3은, 도 1에 나타내는 개형 마운트 및 컵형 마운트를 구성하는 부재의 해체 사시도를 나타내는 모식도이다.
도 4는, 원주 방향으로 극간을 띄워 마그넷이 배비된 내측 원통 공로 형성체의 사시도를 나타내는 모식도이다.
도 5는, 도 1에 나타내는 무철심 회전 전기 기계에 보호 외투를 가지는 외장체를 장착한 단면도(a) 및 사시도(b)로서 나타내는 모식도이다.
도 6은, 도 1에 나타내는 무철심 회전 전기 기계의 구동 샤프트의 일부를 중공체에 성형한 단면도로서 나타내는 모식도이다.
도 7은, 도 1에 나타내는 외측 원통 공로 형성체에 다익 원심 송풍 회전체를 끼워서 꾸며 고정한 무철심 회전 전기 기계의 단면도(a) 및 사시도(b)(c)를 나타내는 모식도이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시 양태인 원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계를 단면도로서 나타내는 모식도이다.
도 9는, 도 8에 나타내는 개형 마운트, 중간 마운트, 컵형 마운트를 구성하는 부재의 해체 사시도를 나타내는 모식도이다.
도 10은, 도 8에 나타내는 무철심 회전 전기 기계에 보호 외투를 가지는 외장체를 장착한 단면도(a) 및 사시도(b)로서 나타내는 모식도이다.
도 11은, 도 8에 나타내는 무철심 회전 전기 기계의 구동 샤프트의 일부를 중공체에 성형한 단면도로서 나타내는 모식도이다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시 양태인 원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계를 단면도로서 나타내는 모식도이다.
도 13은, 도 12에 나타내는 개형 마운트, 중간 마운트, 컵형 마운트를 구성하는 부재의 해체 사시도를 나타내는 모식도이다.
도 14는, 도 12에 나타내는 무철심 회전 전기 기계에 보호 외투를 가지는 외장체를 장착한 단면도(a) 및 사시도(b)로서 나타내는 모식도이다.
도 15는, 도 12에 나타내는 외측 원통 공로 형성체에 다익 원심 송풍 회전체를 끼워서 꾸며 고정한 무철심 회전 전기 기계의 단면도(a) 및 사시도(b)를 나타내는 모식도이다.
도 16은, 무철심 회전 전기 기계의 일실시 형태에 근거하는 구동 시험의 개요도이다.
도 17은, 도 16에 나타내는 피측정 회전 전기 기계의 단면도(a) 및 사시도(b)를 나타낸다.
도 18은, 구동 전압을 24V 및 48V로 설정하고, 부하 토크(N·m)를 변화시켜, 그것에 의한 회전수(rpm) 및 전류량(A)의 변화에 대해서, 피측정 회전 전기 기계의 원통 코일의 내측에 형성된 제2 공극에, 제1로 냉각용 공기를 공급하는 것이 없는 경우, 제2로 1기압·20℃의 냉각용 공기를 30리터(stp)／분의 냉각용 공기를 공급하는 경우, 및, 제3으로 144리터(stp)／분의 냉각용 공기를 공급하는 경우를 각각 계측한 비교도이다.
도 19는, 구동 전압을 24V 및 48V로 설정하고, 부하 토크(N·m)를 변화시켜, 거기에 따른 출력(W) 및 온도(℃)의 변화에 대해서, 피측정 전동 모터의 원통 코일의 내측에 형성된 제2 공극에, 제1로 냉각용 공기를 공급하는 일 없는 경우, 제2로 1기압·20℃의 냉각용 공기를 30리터(stp)／분의 냉각용 공기를 공급하는 경우, 및, 제3으로 144리터(stp)／분의 냉각용 공기를 공급하는 경우를 각각 계측한 비교도이다.
도 20은, 구동 전압을 24V 및 48V로 설정하고, 부하 토크(N·m)를 변화시켜, 거기에 따른 효율 η(％)의 변화에 대해서, 피측정 전동 모터의 원통 코일의 내측에 형성된 제2 공극에, 제1로 냉각용 공기를 공급하는 일 없는 경우, 제2로 1기압·20℃의 냉각용 공기를 30리터(stp)／분의 냉각용 공기를 공급하는 경우, 및, 제3으로 144리터(stp)／분의 냉각용 공기를 공급하는 경우를 각각 계측한 비교도이다.
도 21은, 구동 전압을 24V로 설정하고, 부하 토크(N·m)를 0.10~0.95(N·m)로 변화시키고, 급기 압력을 0, 50kPa, 265kPa로 했을 때의 각각의 급기 류량을 0, 30리터(stp)／min, 144리터(stp)／min로서, 회전수(rpm), 전류(A), 입출력(W), 원통 코일의 내측 및 외측의 평균 온도, 및, 효율(％)의 실측치를 나타낸 표이다.
도 22는, 구동 전압을 48V로 설정하고, 부하 토크(N·m)를 0.10~1.05(N·m)에 변화시키고, 급기 압력을 0, 50kPa, 265kPa로 했을 때의 각각의 급기 류량을 0, 30리터(stp)／min, 144리터(stp)／min로서, 회전수(rpm), 전류(A), 입출력(W), 원통 코일의 내측 및 외측의 평균 온도, 및, 효율(％)의 실측치를 나타낸 표이다.

회전 전기 기계의 성능의 하나인 발생 토크 T(N·m)는, 전기자 코일에 흐르는 전류의 세기 I(A)에 비례하고, 출력 P(W)는 토크 T(N·m)와 회전 각속도 ω(rad／s)의 곱으로 나타내진다. 한편, 전압 강하로 보면, 전원 전압 V(V)는 전기자 코일에 흐르는 전류 I(A)와, 전기자 코일의 저항 R(Ω)과의 곱에 유도 기전력인 역기전력 E0(V)를 합산한 식과 평형을 이룬다.

T=Kt×I···(1)

P=T×ω···(2)

V=IR＋E0···(3)

상기의 식에 의해, 토크 및 출력을 올리려면 코일 저항치를 내리는 것이 중요하다는 것을 알 수 있다.

거기서 본 발명을 특징짓는 도 1~도 15에 나타나는 원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계(이하, 「본 발명의 전동 모터」라고 칭한다.)의 기본 구조에 대해 개관하면, 기본 구조의 특징은, 제1로, 고정 전기자를 구성하는 통전 가능한 코일체로서, 도전성 금속 시트의 적층체 구조에 의해서 성형된 원통 코일을 이용했던 것에 있다. 그것은, 코일체 및 그 제조 방법으로서, 예를 들면 특허 문헌 7 및 특허 문헌 8에 기재되어 있는 바와 같이, 길이 방향으로 복수의 이간된 선상부와 절연층을 개재시켜 복수 매의 도전성 금속 시트의 적층체 구조로 부터 성형되는, 바람직하게는, 두께가 5mm 이하의 일정한 강성을 가지는 것이다.

기본 구조의 특징의 제2로는, 그것은, 원통 코일의 한편의 단면을 고정자(2)의 내주면에 의해서 폐쇄하고, 원통 코일의 개방된 다른 한편의 단면을, 회전자(3)를 구성하는, 예를 들면, 영구 자석의 마그넷(4)이 배비된 자성체로 이루어지는 외측 및 내측의 원통 공로 형성체(이들의 일실시 형태로서, 이하 외측 원통 공로 형성체를「아우터 요크」라고 하고, 내측 원통 공로 형성체를「이너 요크」라고 칭하는 것으로 한다.)에 의해서, 단면 도넛 모양의 자계가 형성되는 제1 공극 즉 에어갭(40)에 삽입 배치하는 구조를 가진다.

더 상세하게는, 에어갭(40)에 삽입 배치된 원통 코일은, 그 내외 주위 면을 회전자(3)의 아우터 요크의 내주면 및 이너 요크의 외주면에 접하지 않게, 또한, 그 개방 단면을 회전자(3)의 내면에 접하지 않게 에어갭(40) 내에 조금의 간극으로 띄우게 한 상태가 된다. 그것은, 원통 코일이 이와 같이 배치되도록 고정자(2) 및 회전자(3)를 구동 샤프트에 배치하는 구조를 가지는 것이다.

기본 구조의 특징의 제3으로는, 그것은, 고정자(2)와 원통 코일과 회전자(3)에 의해서, 제2 공극(20) 및 제3 공극(30)을 형성하는 구조를 가지는 것이다. 보다 상세하게는, 제2 공극(20)은, 회전자(3)에 일체화된 아우터 요크 및 이너 요크의 개방된 단면과 그 단면에 대치하는 고정자(2)의 내면과의 사이에, 고정자(2)의 내면에 의해서 폐쇄된 원통 코일의 내주면에 형성되고, 그 공극은 에어갭(40)에 통한다. 또 제3 공극(30)은, 고정자(2)의 내면에 의해서 폐쇄된 원통 코일의 외주면에 에어갭(40)과 바깥공기와의 사이에 형성된다.

그렇게 되면, 원통 코일의 내주면과 고정자(2)의 내면으로 형성되는 폐쇄 공간이 되는 제2 공극(20)은, 에어갭(40)에 연통하고, 회전자(3)의 내면을 거쳐 원통 코일의 외주면과 고정자(2)의 내면과 아우터 요크의 개방 단으로 형성되는 개방 공간이 되는 제3 공극(30) 만 연통시킬 수 있다.

본 발명의 전동 모터는, 적어도 제2 공극(20)이 제3 공극(30)을 경유해 아우터 요크의 개방 단에 의해서 바깥공기로 통하는 구조를 가지는 것이다. 따라서, 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 회전자 주위의 압력차에 의해서 제2 공극(20)은 부압 상태가 생성된다. 여기에 바깥공기를 도입하든가 혹은 냉매 또는 냉각용 공기를 이송하는 것에 의해, 흡인되는 바깥공기나 혹은 이송된 냉매 또는 냉각용 공기는, 자계가 형성된 에어갭(40)을 통할 때에 원통 코일의 내주면 및 외주면을 덧쓰면서, 제3 공극(30)을 경유해 아우터 요크의 개방 단으로부터 배출되게 된다.

분명한 것은, 본 발명의 전동 모터는, 회전자(3)의 회전수가 높아지는 만큼, 즉 출력 W가 커질수록, 회전자(3)의 주위의 압력차도 커지기 때문에, 냉각 효과도 증가한다는 획기적인 기술적 특징을 가지는 것이다. 그것은, 상기한 본 발명의 전동 모터의 기본 구조에 유래하는 것이다. 즉, 자속밀도가 큰 협애(狹隘)의 에어갭(40)에 회전수가 높아지면 증대하는 철손이 존재하지 않는 무철심 코일이며 두께가 5mm 이하의 매우 얇은 두께의 금속 시트의 적층체로 성형된 강성을 가지는 원통 코일을 띄우게 한 상태로 삽입 배치하고, 폐쇄 공간의 제2 공극(20)이 아우터 요크의 개방 단에만 연통시킨 기본 구조로 이루어지는 전동 모터라고 하는 특징에서 유래한다.

이러한 본 발명의 전동 모터에 대해서, 그 성능을 평가하기 위한 구동 실험을 행했다. 도 16은, 도 17에 나타내는 원통 코일을 포함한 고정자를 갖춘 무철심 회전 전기 기계의 일실시 형태(프로토타입·모터)에 근거하는 구동 실험의 개요도이다.

본 구동 실험은, 피측정 전동 모터의 단면도(a) 및 사시도(b)로부터 분명한 바와 같이, 해당 모터의 출력축으로 토크계(UNIPULSE TM301)를 개재시켜 발전기(m－link CP8048)를 결합하고, 발전기가 발전하는 전력(삼상 PWM 방식 구동 전원：ICAN·TEC BLD750)을 외부 가변 저항기 등으로 소비시키는 것으로 생기는 부하 토크 및 회전수로부터 유도되는 출력 동력과 해당 모터로의 입력 전력을 측정하는 것으로써 해당 모터의 효율을 구하는 것이다.

해당 모터로의 입력 전력은, 구동 전원으로부터 공급되는 전압과 전류와 구동 상태의 역률에 의하기 때문에, 모터 구동 전원과 해당 모터의 사이에 전력계(HIOKI PW33369)를 넣어 측정했다. 측정 순서는, 발전기 부하를 거의 제로로 한 근사 무부하 상태에서, 해당 모터를 일정 전압 V(V)로 구동시키는 것으로부터 개시했다. 발전기 외부 저항을 순서대로 변화시켜 해당 모터의 부하 토크를 늘리고, 적당히, 전류 I(A), 입력 전력 Pi(W), 출력 동력 Po(W), 토크 T(N·m), 회전수 N(rpm)을 기록하고, 입력 전력에 대한 출력 동력의 비(Po／Pi) 즉 효율 η을 구했다.

도 17에 나타나는 피측정 전동 모터의 단면도(a) 및 사시도(b)에 대해 개설하면, 제1로, 두께는 1.35mm이며 외경은 51mm의 원통 코일은, 폭 11mm이며 길이 방향의 길이가 37.75mm의 제1 공극의 에어갭(40)에 삽입 배치된다. 그런데 마그넷(4)은, 도 17의 사시도(b)에 나타난 바와 같이, 두께 3.85mm의 직방체로 이루어지는 8극의 네오디뮴 자석을 길이 방향으로 1.19mm의 간격을 띄워 이너 요크의 외주면에 배비된다.

제2로, 회전자(3)에 일체화된 아우터 요크 및 이너 요크의 개방된 단면과 그 단면에 대치하는 고정자(2)의 내면과의 사이에, 2.33mm 폭의 제2 공극 및 제3 공극이 형성되어 있고, 폐쇄 공간의 제2 공극에는, 냉각용 공기를 이송하기 위해서 외부와 연통하는 내경 3mm의 경로가 설치된다.

제3으로, 도 17의 단면도(a)에 나타난 바와 같이, 원통 코일의 내주면과 네오디뮴 자석(4)의 외주면과의 간극은, 불과 0.3mm, 원통 코일의 외주면과 아우터 요크의 내주면과의 간극은, 0.4mm에 지나지 않는다. 어느 것의 간극도 협애하고, 그 기술적 특징은 후술 된다.

본 구동 실험에 있어서는, 구동 전원에 의해서 구동 전압을 24V 및 48V로 설정한 후, 발전기의 가변 부하에 의해서 부하 토크(N·m)를 발전기의 근사 무부하 상태의 0.1(N·m)로부터 차례차례 증가시키고, 거기에 따른 구동 회전수(rpm) 및 전류(A)의 변화에 대해서, 피측정 전동 모터의 원통 코일의 내측에 형성된 제2 공극에,〈1〉외부와 연통하는 내경 3mm의 경로를 폐쇄해 냉각용 공기를 공급하지 않는 경우,〈2〉그 경로를 개방해 1기압·20℃의 냉각용 공기를 30리터(stp)／분의 냉각용 공기를 공급하는 경우, 및,〈3〉마찬가지로 그 경로를 개방해 144리터(stp)／분의 냉각용 공기를 공급하는 경우를 각각 계측했다.

도 22는, 그 계측치에 근거한 비교도이다. 또한, 여기에 나타난 제2 공극에 공급되는 공기량은, 압축기로 강제적으로 이송된 공기량, 즉〈2〉의 경우 50kPa에 의해 이송된 공기량 20리터(op)／분,〈3〉의 경우 265kPa에 의해 이송된 공기량 40리터(op)／분의 각각을 1기압·20℃으로 환산한 수치이다.

도 18로부터 분명한 바와 같이, 부하 토크를 0.1N·m로부터 차례차례 0.65N·m까지 증가시켜도〈1〉~〈3〉의 경우에 큰 차이는 생기지 않았다. 보다 상세하게는, 구동 전압이 24V로 설정했을 때, 전류는〈1〉~〈3〉의 경우가 9.8A~10.2A이고, 회전수로 보면,〈1〉~〈3〉의 경우가 2700~2800rpm이다.

구동 전압의 설정을 48V로 전환했을 때, 전류는〈1〉~〈3〉의 경우가 10.2A~10.7A이며, 24V로 설정했을 때와 비교해도 큰 차이 없다. 또 회전수에 대해 보면, 24V로 설정했을 때에는 2700~2800rpm인데 대해, 48V의 설정으로 전환했을 때에는,〈1〉~〈3〉의 어느 것의 경우도 6900rpm 미만이고, 24V로 설정했을 때의 2.5배 전후이지만,〈1〉~〈3〉의 경우에 큰 차이는 없다. 상기한 (1) 식 즉,

T=Kt×I···(1)

에 있어서, 부하 토크(N·m)의 증가에 따라 전류(A)는 직선적으로 증가하고 있고, 구동 전압을 변화시키고, 또한〈1〉에서〈3〉으로 조건을 바꾸었을 경우에서도 상기한 (1) 식이 성립되는 것이 확인되었다.

본 구동 실험에 있어서, 부하 토크(N·m)를 변화시키고, 거기에 따른 출력 동력(W) 및 온도(℃)의 변화, 및, 입력 전력에 대한 출력 동력으로 본 효율 η(％)의 변화에 대해서, 구동 전압을 24V 및 48V로 설정한 다음에,〈1〉에서〈3〉의 경우의 각각을 계측하고, 그 계측치를 비교했던 것이 도 19 및 도 20이다.

전동기는 전력을 동력으로 변환하는 장치, 즉 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하기 위한 것이다. 한편, 발전기는 동력을 전력으로 변환하는 것이고, 양자에 구조적인 차이는 없기 때문에, 본 발명은 전동기 및 발전기가 대상이 된다. 에너지 변환하는 프로세스에 있어서, 각종의 손실이 발생해 열로 바뀌어 버린다. 일반적인 회전 전기 기계의 손실은, (i) 동손, (ii) 철손(히스테리시스 손실＋와전류 손실), (iii) 기계 손실로 분류된다. 이 중에서 (i) 동손, (ii) 철손이 손실에 차지하는 비율이 크다. 원통 코일을 포함한 고정자(2) 및 원통 코일을 삽입 배치하는 에어갭(40)을 포함한 회전자(3)에 의해서 구성된 본 발명의 전동 모터에 있어서는, 무철심이기 때문에 (ii) 철손이 생길 것은 없지만, 코일에 와전류 손실이 발생하고, 이것도 (i) 동손과 함께 코일의 발열 요인이 된다. 따라서, 본 발명의 기술적 과제의 제1은, 원통 코일의 발열을 제어하는 것이고, 기술적 과제의 제2는, 에어갭(40)의 길이 방향으로 이너 요크의 외주면에 배비되는 직방체의 마그넷이 가열에 의해 보자력을 열화 시키지 않게, 마그넷의 가열을 억제하는 것이다.

마그넷의 가열에 의한 보자력의 열화에 대해 부언하면, 전동 모터가 많은 용도로 소형화가 요구되고 있지만, 같은 소재의 자석으로 자속밀도를 높이는 것은 어렵다. 그런데 종래형의 페라이트 자석을 희토류 자석, 예를 들면 네오디뮴 자석으로 변경하는 것만으로, 같은 크기의 전동 모터의 토크를 높일 수 있다(비특허 문헌 1의 53 페이지를 참조하시기 바란다). 또 희토류의 네오디뮴과 철과 붕소를 주성분으로 하는 네오디뮴 자석에 대해 더 부언하면, 그것은, 매우 자력은 강하지만 열에 의한 감자(減磁) 작용이 크고, 80℃ 정도가 사용 한도이라고 한다(비특허 문헌 1의 27 페이지를 참조하시기 바란다.). 이와 관련하여 본 구동 실험에 이용한 영구 자석은 네오디뮴 자석이지만 내열 타입을 사용하고 있어 120℃까지 사용 가능하다. 또한, 본 발명의 전동 모터에 이용하는 마그넷(4)은, 내열 타입의 네오디뮴 자석인 것이 보다 바람직하다.

도 19로부터 분명한 것은,〈1〉의 경우 즉 외부와 연통하는 경로를 닫아 냉각용 공기를 공급하는 것 없이 부하 토크를 0.65N·m까지 높이면, 구동 전압을 24V로 설정했을 때에, 원통 코일의 평균 표면 온도는 80℃에 이르고, 구동 전압을 48V로 전환했을 때에는, 원통 코일의 평균 표면 온도는 100℃에 이른다. 구동 전압을 같은 조건으로 설정한 채, 부하 토크를 이것 이상 높여도, 마그넷(4)의 유지력(保持力)을 열화 시킬 뿐만 아니라, 원통 코일의 발열에 의해서 그 저항치 R은 늘어나고, 회전수의 저하가 커지고, 거기에 알맞은 출력은 얻을 수 없게 된다.

그런데〈2〉의 경우 즉 냉각용 공기를 매분 30리터 공급하면, 구동 전압을 24V로 했을 때의 부하 토크는, 원통 코일의 평균 표면 온도가 80℃을 넘는 0.85N·m까지 높일 수 있고, 203W의 출력을 얻었다. 또〈3〉의 경우 즉 냉각용 공기를 매분 144리터 공급하면, 부하 토크가 0.95N·m를 넘어도 원통 코일의 평균 표면 온도가 80℃에 이르는 것은 없다. 마찬가지로 구동 전압을 48V로 전환했을 때에 대해서 보면,〈2〉의 경우에서 원통 코일의 평균 표면 온도가 80℃를 넘는 부하 토크는, 0.75N·m이고, 그 때의 출력이 519W,〈3〉의 경우에서 1.0N·m이고, 그 시점에서 621W의 출력을 얻었다.

구동 전압을 높게 설정하면, 당연, 회전수(rpm)는 증대한다. 그것에 따라서, 출력(W)도 높아진다. 출력(W)이 높게 되면 될수록, 원통 코일의 발열량(J／m³)도 증대한다. 그것에 의해, 원통 코일의 저항치 R은 필연적으로 높아진다. 도 18 및 도 19로부터 분명한 것은,〈2〉및〈3〉의 경우에는,〈1〉의 경우에 비해 원통 코일 표면의 발열량(J／m³)이 냉각용 공기에 의해서 빼앗기는 것으로, 코일의 온도 상승이 억제되고, 출력(W)으로의 영향이 적은 것이다. 〈3〉의 경우의 영향은,〈2〉의 경우에 비해 보다 현저하다.

전력 모터의 성능을 보는 척도의 하나로서, 출력의 크기에 의해서 평가할 수 있다. 이와 관련하여 구동 전압을 48V로 설정했을 경우로 보면,〈1〉냉각용 급기(給氣) 없음에서 원통 코일의 온도가 80℃인 때의 부하 토크는 0.55N·m이고, 출력은 410W이다. 이것에 대해,〈2〉냉각용 급기 30리터(stp)／min에서 원통 코일의 온도가 80℃인 때의 부하 토크는 0.75N·m(〈1〉의 1.36배)이고, 출력은 519W(〈1〉의 1.27배)이다. 또 냉각용 급기 144리터(stp)／min에서 원통 코일의 온도가 80℃인 때의 부하 토크는 0.95N·m(〈1〉의 1.73배)이고, 출력은 604W(〈1〉의 1.43배)이다.

전력 모터의 성능을 보는 상기와는 다른 척도로서, 입력 전력에 대한 출력 동력의 비(Po／Pi) 즉 효율 η에 의해서 평가할 수 있다. 또한, 구동 전압을 높게 설정하면 할수록, 그 성능에 있어서 차이가 분명하게 된다. 도 20은, 구동 전압을 24V로 설정했을 때와 48V로 전환했을 때의 각각의〈1〉~〈3〉의 경우의 효율 η의 변화를 나타낸 것이다.

전동 모터로서는, 바람직한 효율 η은 80％ 이상이라고 하면, 구동 전압을 24V로 설정했을 때는,〈1〉~〈3〉의 경우에 큰 차이는 없다. 보다 상세하게는,〈1〉에서〈3〉의 경우에는 효율 η이 80％를 넘을 때의 부하 토크는 0.40~0.50N·m 정도, 출력은 137~153W 정도이고, 전동 모터로서의 성능에 큰 차이는 생기지 않는다. 도 21에 나타내는 표로부터도 분명한 바와 같이, 전동 모터로서의 효율 η은,〈2〉및〈3〉의 경우와 같이, 냉각용 공기를 공급해 원통 코일을 냉각했다고 해도, 상기 이상의 부하 토크에 있어서 80％를 밑돈다.

그런데 구동 전압을 두 배인 48V로 설정했을 때는,〈1〉~〈3〉의 경우에 큰 차이가 생긴다. 〈1〉의 경우, 원통 코일의 평균 온도는 100℃로 한계에 가깝지만, 전동 모터로서의 효율 η은 80％를 유지하고 있다. 이때의 부하 토크는 0.65N·m, 출력은 470W 되고, 본 발명의 전동 모터로서의 기본 구조에 근거하는 성능의 확실성을 나타내고 있는 것으로 평가될 것이다. 도 22에 나타내는 표로부터도 분명한 바와 같이,〈2〉의 경우에 효율 η이 80％를 밑도는 것은, 부하 토크가 0.80N·m, 출력이 537W인 때이고,〈3〉의 경우에는 부하 토크가 0.90N·m, 출력이 592W인 때이다. 그 때의 원통 코일의 표면 평균 온도는,〈2〉의 경우에 88℃이고,〈3〉의 경우에서는 71℃로 유지되고, 80℃에는 달하지 않았다.

구동 전압을 예를 들면 24V, 36V, 48V, 60V와 같이 차례차례 높이면서 이번과 같은 성능 시험을 행하는 것에 의해서, 본 발명의 전동 모터의 특징이 보다 선명히 할 수 있을 것이다. 그것은, 이번 구동 실험 결과로부터도 용이하게 추정되는 것이다. 상기한 기술적 과제에 대해서는, 예를 들면, 특허 문헌 5 및 6에 기재되어 있는 전동 모터의 내부에 바깥공기를 도입하고, 마그넷의 표면을 냉각해 권선의 코일 표면을 냉각하는 시도 등이 되고 있지만, 발본적인 과제 해결에는 이르고 있지 않다. 본 발명은, 이러한 기술적 과제에 도전해 개발된 전동 모터이다.

따라서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 고정자(2)를 구성하는 개형 마운트(300)에 바깥공기로 연통하는 경로(3200)를 설치할 뿐만 아니라, 회전자(3)의 컵형 마운트(400)에 필터(431)를 개재시켜 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 회전자(3)의 주위의 압력차에 의해서 바깥공기를 도입하기 위한 통기구(430)를 설치하여, 더욱더 냉각 효과를 높일 수도 있다.

또한, 도 4는, 본 발명의 전동 모터의 기본 구조의 제4를 나타내는 것이다. 이번 구동 실험에 이용된 피전동 모터를 나타내는 17도(b)의 모식도에 나타내져 있듯이, 이너 요크의 표면에 구동 샤프트의 길이 방향을 따라서 접착 고정된 직방체의 네오디뮴 자석은, 얼마 안 되는 간격, 예를 들면 1.19mm의 간격을 띄워 배비되어 있다.

그것들은, 단적으로는, 이너 요크의 표면의 형상에 맞추어 에폭시계의 접착제 등을 이용하고, 또는 폴리아미드 수지 등으로 굳힌 8극의 마그넷(4)에 상당한다. 1.19mm의 간격은, 각각의 마그넷(4)의 간격(401)에 상당하고, 제2 공극(20)에 공급되는 냉매 또는 냉각용 공기(80)가 제1 공극의 에어갭(40)을 통과할 때에, 냉매 또는 냉각용 공기(80)의 유속을 높여 냉각 효과를 높이는 날개체(翼體)로서의 우근(羽根) 효과 즉 흡인력을 높이는 효과를 가지는 것이다.

도 5로부터 도 7은, 본 발명의 전동 모터의 기본 구조에 근거해, 더욱더 개량을 가한 것이다. 즉, 도 5는, 사시도(b)로부터 분명한 바와 같이, 도 1에 나타내는 본 발명의 전동 모터에 보호 외투(900)를 가지는 외장체(9)를 장착하고, 외부로부터의 이물의 침입 등을 방지하도록 한 것이다. 도 6은, 도 1에 나타내는 본 발명의 전동 모터의 구동 샤프트(100)의 일부를 중공체(1100)로 성형하고, 그 중공체(1100)를 경유시켜 폐쇄 공간의 제2 공극(20)에 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 공급하고, 원통 코일(200)에 의해서 폐쇄된 전동 모터의 내부 전체를 냉각하도록 한 것이다.

또한, 도 7은, 도 1 및 도 4에 나타난 무철심 회전 전기 기계의 이너 요크(500) 및 아우터 요크(600)에 설치된 마그넷(4)의 각각의 간격(401)에 대응하는 위치의 내측 배기 구멍(560) 및 외측 배기 구멍(660)과 협동하고, 원통 코일(200) 및 마그넷(4)에 대한 냉각 효과를 높이는 다익 원심 송풍 회전체(2000)를 끼워서 꾸며 고정하도록 한 것이다.

본 발명의 제2의 양태인 전동 모터의 냉각 방법에 대해 보면, 그것은, 원통 코일(200)로의 통전에 의해서 회전자(3)를 작동시키고, 제2 공극(20)에 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 이송 또는 인입하고, 냉매 또는 냉각용 공기(80)가 원통 코일(200)의 내주면 및 외주면을 직접 냉각하고, 제1 공극(40)을 유통한 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 본 전동 모터로부터 배출시키는, 각각의 스텝을 포함하는 것이다.

또한, 도 1에 나타난 바와 같이, 그것은, 원통 코일(200)의 내주 측(210)에 위치하는 제2 공극(20)으로 통하는 경로(3200)를 개형 마운트(300)에 설치하고, 그 경로(3200)로부터 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제2 공극(20)에 이송 또는 인입하는 스텝, 및／또는, 이너 요크(500)의 내주 측의 제2 공극(20)으로 통하는 공간(540)에 바깥공기를 도입하기 위한 통기공(430) 및 그 통기공(430)을 덮는 필터(431)를 회전자(3)의 외면에 뚫어 설치하고, 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 그 회전자 주위의 압력차에 의해서, 바깥공기를 도입함과 동시에 제2 공극(20)에 이송된 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제1 공극(40)으로 흡인시키는 스텝을 더 포함할 수 있다. 게다가, 회전수가 높아지는 만큼 필터(431)에 먼지 등이 부착하기 어려워진다고 하는 이점을 가지기 때문에, 전동 모터의 내부 냉각을 더 높일 수 있다.

본 발명의 제2의 양태인 전동 모터의 냉각 방법은, 도 4, 도 5 및 도 7에 나타난 바와 같이, 컵형 마운트(400)는, 극간(401)을 띄워 원통 코일(200)의 길이 방향을 따르도록 배비된 마그넷(4)의 그 극간(401)에 상당하는 이너 요크(500)의 위치에 내측 배기 구멍(560) 및／또는 아우터 요크(600)의 위치에 외측 배기 구멍(660)을 더 설치하고, 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 회전자(3)의 주위의 압력차에 의해서, 제1 공극(40)에 이송된 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제3 공극(30) 및 외측 배기 구멍(660)으로부터 배출시키는 스텝을 더 포함하고, 냉매 또는 냉각용 공기(80)에 의한 냉각 효과를 높이도록 할 수도 있다.

그것은 또, 제3 공극(30) 및 외측 배기 구멍(660)에 대응하는 폭을 가지는 2매의 원판(2100)과 원판(2100)의 축심으로 향하는 2매의 원판(2100)에 현가된 복수의 날개판(2200)으로 구성된 수차형의 아우터 요크(600)에 끼워서 꾸며 고정되는 다익 원심 송풍 회전체(2000)에 의해서, 제3 공극(30) 및 배기 구멍(660)으로부터 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 배출시키는 회전자(3)의 회전 토크에서 발생하는 회전자(3)의 주위의 압력차를 더 증폭시키는 스텝을 포함하고, 냉매 또는 냉각용 공기(80)의 제1 공극(40) 내의 유통을 보다 고속화할 수도 있다.

다음에, 본 발명의 개량형 전동 모터로서, 도 8로부터 도 11에 근거해 본 발명의 제3 및 제4의 양태인 전동 모터에 대해 보면, 고정자(2)를 구성하는 개형 마운트(300)의 구조는, 제1의 양태의 전동 모터의 것과 변함없다.

제1의 양태의 전동 모터와의 구조상의 차이점은, 회전자(3)에 대해서, 마그넷(4)이 외주면에 배비된 이너 요크(500)를 포함한 중간 마운트(1000)를 구동 샤프트(100)에 고정 연결한 회전자(3)와, 이너 요크(500)로 제1 공극 즉 에어갭(40)을 형성하고 자로를 닫도록 작용하는 아우터 요크(600)를 포함한 컵형 마운트(400)가 중간 마운트(1000)를 관통한 구동 샤프트에 회전자재로 연결된 제2 회전자로부터 구성하도록 한 것이다.

본 전동 모터는, 원통 코일(200)로의 통전에 의한 시동 시에 회전자(3)가 우선 회전한다. 다음에, 제2 회전자(5)는 회전자(3)와 협동해 자계를 형성하므로, 그것은, 회전자(3)의 회전에 추종해 늦게 회전을 시동한다. 정상 상태에 이르렀을 때에는, 회전자(3)와 제2 회전자(5)는 동기 해 회전한다. 따라서, 본 전동 모터는, 회전자(3)의 회전의 시작 또는 정지는, 제1의 양태의 전동 모터에 비해, 아우터 요크(600)와 별체로 구성되어 있으므로, 시동 시 또는 정지 시의 관성력 즉 관성은 작다고 하는 기술적 특징을 가진다. 다만, 구조상, 제2 회전자(5)를 구성하는 컵형 마운트(400)에 이너 요크(500)의 내주 측의 제2 공극(20)으로 통하는 공간(540)으로 바깥공기를 도입하기 위한 통기구(430)를 설치할 수 없다.

따라서, 본 전동 모터의 냉각 방법은, 도 8에 나타난 바와 같이, 고정자(2)에 설치된 경로(3200)로부터 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제2 공극(20)에 이송 또는 인입하고, 회전자(3) 및 제2 회전자(5)의 회전 토크에서 발생하는 회전자(3)의 주위의 압력차에 의해서, 냉매 또는 냉각용 공기(80)가 원통 코일(200)의 내주면 및 외주면을 직접 냉각하고, 제1 공극(40)을 유통한 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 본 전동 모터로부터 배출시키는, 각각의 스텝을 포함하는 것이다. 그것에 의해, 제2의 양태의 전동 모터와 같이 본 전동 모터의 내부를 냉각할 수 있다.

게다가 또한, 본 발명의 새로운 개량형 전동 모터로서, 도 12로부터 도 15에 근거해 본 발명의 제5 및 제6의 양태인 전동 모터에 대해 보면, 고정자(2)를 구성하는 개형 마운트(300)의 구조는, 제1의 양태의 전동 모터의 개형 마운트(300)의 구조와 변함없다.

제1의 양태의 전동 모터와의 구조상의 차이점은, 회전자(3)에 대해서, 마그넷(4)이 내주면에 배비된 아우터 요크(600)를 포함한 컵형 마운트(400)를 구동 샤프트(100)에 고정 연결한 회전자(3)와, 아우터 요크(600)로 제1 공극 즉 에어갭(40)을 형성하고 자로를 닫도록 작용하는 이너 요크(500)를 포함한 중간 마운트(1000)가 고정자(2)와 회전자(3)와의 사이에 구동 샤프트(100)에 회전자재로 연결된 제2 회전자(5)로부터 구성하도록 한 것이다.

본 전동 모터는, 원통 코일(200)로의 통전에 의한 시동 시에 회전자(3)가 우선 회전한다. 다음에, 제2 회전자(5)는 회전자(3)와 협동해 자계를 형성하므로, 그것은, 회전자(3)의 회전에 추종해 늦게 회전을 시동한다. 정상 상태에 이르렀을 때에는, 회전자(3)와 제2 회전자(5)는 동기 해 회전한다. 따라서, 본 전동 모터는, 회전자(3)의 회전의 시작 또는 정지는, 제1의 양태의 전동 모터에 비해, 이너 요크(500)와 별체로 구성되어 있으므로, 시동 시 또는 정지 시의 관성력 즉 관성은 작다고 하는 기술적 특징을 가진다. 다만, 도 12로부터 분명한 바와 같이, 구조상, 제2 회전자(5)를 구성하는 중간 마운트(1000)에 고정된 이너 요크(500)의 내주 측에 제2 공극(20)으로 통하는 공간(540)을 설치할 필요는 없다.

본 발명의 제3의 양태의 전동 모터와 대비해 보면, 마그넷(4)이 회전자(3)를 구성하는 아우터 요크(600)의 내주면에 접착 고정하도록 배비되어 있으므로, 회전자(3)의 고속 회전에 의한 원심력에 의해서 마그넷(4)이 박리될 우려는 없다. 또 마그넷(4)이 길이 방향으로 극간(401)을 개재시켜 배비되어 있고, 극간(401)에 상당하는 아우터 요크(600)의 위치에 배기 구멍(660)을 더 설치하고, 제3 공극(30) 및 배기 구멍(660)에 대응하도록 아우터 요크(600)에 다익 원심 송풍 회전체(2000)를 끼워서 꾸며 고정하고, 냉매 또는 냉각용 공기(80)의 제1 공극(40) 내의 유통을 보다 효율화시키고, 본 전동 모터의 냉각 효과를 높이도록 할 수 있다.

따라서, 본 전동 모터의 냉각 방법은, 도 14 또는 도 15에 나타난 바와 같이, 고정자(2)에 설치된 경로(3200)로부터 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 제2 공극(20)에 이송 또는 인입하고, 회전자(3) 및 제2 회전자(5)의 회전 토크에서 발생하는 회전자(3) 또는 회전자(5)의 주위의 압력차에 의해서, 냉매 또는 냉각용 공기(80)가 원통 코일(200)의 내주면 및 외주면을 직접 냉각하고, 제1 공극(40)을 유통한 냉매 또는 냉각용 공기(80)를 본 전동 모터로부터 배출시키는, 각각의 스텝을 포함하는 것이다. 그것에 의해, 제2의 양태 또는 제4 양태의 전동 모터와 같이 본 전동 모터의 내부를 냉각할 수 있다.

본 발명의 전동 모터를 실현시킨 최대의 요인의 하나는, 도전성 금속 시트의 적층체 구조로 이루어지는 매우 얇은 두께의 역학적 강도를 가지는 원통 코일(200)의 개발에 성공한 것이다. 원통 코일(200)은 한편의 단면을 고정자의 내면에 폐쇄하도록 고정되고, 개방된 다른 한편의 단면을 협애한 에어갭(40)에 띄운 상태로 삽입하는 것에 의해서, 자속밀도가 높은 자계에 원통 코일(200)의 본체가 자리매김 되도록 한 것이다.

그렇게 함으로써, 본 전동 모터 내부로 냉매 또는 냉각용 공기를 이송하든가 또는 인입할 수 있는 폐쇄 공간의 제2 공극이 형성되고, 거기에서, 원통 코일(200)의 내주면 및 외주면을 덧쓰면서, 개방 공간의 제3 공극으로부터 가열된 냉매 또는 냉각용 공기를 외부에 배출할 수 있도록 한 것이다. 이것은, 구동 전압을 높게 설정하는 만큼, 그 냉각 효과가 크다고 하는 실현 불능이라고 생각되고 있던 기술적 과제를 해결시켰던 것이다.

본 발명은, 바람직한 실시 형태에 관련해서 기재되었지만, 당업자이면, 본 발명의 범위로부터 일탈하는 일 없이, 여러 가지 변경이 이루어질 수 있고, 균등물이 그것에 대해서의 요소에 대체될 수 있는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명을 실시하기 위해서 고려된 최선의 실시 형태로서 개시된 특정의 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것이 의도된다.

1: 전기자를 포함한 무철심 회전 전기 기계의 구조
2: 고정자
3: 회전자
4: 마그넷
5: 제2 회전자
9: 외장체
10: 전기자를 포함한 무철심 회전 전기 기계
20: 제2 공극
30: 제3 공극
40: 제1 공극 또는 에어갭
41: 내측 간극
42: 중간 간극
43: 외측 간극
80: 냉매 또는 냉각용 공기
90: 배출 구멍
100: 구동 샤프트
110: 구동 샤프트의 중간부
120: 구동 샤프트의 종단부
200: 원통 코일
201: 원통 코일의(고정) 단면
202: 원통 코일의(개방) 단면
210: 원통 코일의 내주면
220: 원통 코일의 외주면
300: 개형 마운트
310: 개형 마운트의 중심부
311: 개형 마운트의 베어링 기구
312: 개형 마운트의 기체
313: 개형 마운트의 원주
314: 개형 마운트의 대좌
315: 원통 코일의 고정판
400: 컵형 마운트
401: 마그넷 간의 극간
410: 컵형 마운트의 중심부
411: 컵형 마운트의 지지체
412: 컵형 마운트의 원통부
430: 통기공
431: 통기공용 필터
500: 내측 원통 공로 형성체 또는 이너 요크
510: 내측 원통 공로 형성체 또는 이너 요크의 내주 측
520: 내측 원통 공로 형성체 또는 이너 요크의 외주면
530: 내측 원통 공로 형성체 또는 이너 요크의 단면
540: 내측 원통 공로 형성체 또는 이너 요크의 내주 측 공간
560: 내측 원통 공로 형성체 또는 이너 요크의 내측 배기 구멍
600: 외측 원통 공로 형성체 또는 아우터 요크
610: 외측 원통 공로 형성체 또는 아우터 요크
620: 외측 원통 공로 형성체 또는 아우터 요크
630: 외측 원통 공로 형성체 또는 아우터 요크의 단면
660: 외측 원통 공로 형성체 또는 아우터 요크의 외측 배기 구멍
800: 냉각 장치
900: 보호 외투
901: 보호 외투의 단면
910: 통기공
1000: 중간 마운트
1001: 중간 마운트의 중심부
1100: 구동 샤프트의 중공체
1110: 수입구
1120: 반출구
2000: 다익 원심 송풍 회전체
2100: 다익 원심 송풍 회전체의 원판
2200: 다익 원심 송풍 회전체의 날개판
3001: 리드 선
3110: 베어링
3200: 개형 마운트의 경로

Claims

통전 가능한 무철심의 원통 코일과, 그 원통 코일의 한편의 단면이 고정되어 중심부에 구동 샤프트가 회전이 자재(自在)로이 연결되어 있는 개형 마운트를 가지는 고정자와,
상기 개형 마운트에 회전이 자재로이 연결되어 있는 상기 구동 샤프트가 중심부에 연결 고정되어 상기 개형 마운트의 대극(對極)에 배치되어 있는, 저부와 내측 원통 공로(空路) 형성체 및 외측 원통 공로 형성체를 가지는 컵형 마운트와, 상기 외측 원통 공로 형성체의 내주면 및／또는 상기 내측 원통 공로 형성체의 외주면에 상기 원통 코일의 원주 방향으로 서로 간극(間隙)을 띄워 배비(配備)되어 있는 복수의 마그넷을 가지는 회전자를 포함하며,
상기 컵형 마운트는, 상기 저부와 상기 내측 원통 공로 형성체 및 상기 외측 원통 공로 형성체로 제1 공극(空隙)의 에어갭이 형성되어 있고, 상기 에어갭에는, 배비되어 있는 노출한 상기 복수의 마그넷과 함께, 상기 원통 코일이 그 원통 코일의 다른 한편의 단면이 상기 저부와의 사이에 극간(隙間)을 남겨 띄운 상태로 배치되어 있고, 상기 컵형 마운트의 한편의 단면과 상기 개형 마운트와의 사이에 상기 원통 코일의 내주 측에 위치하는 제2 공극과 상기 원통 코일의 외주 측에 위치하는 제3 공극을 가지는 무철심 회전 전기 기계이며,
상기 컵형 마운트는 상기 저부에 상기 제2 공극에 바깥공기를 끌어들이는 통기공을 가지고 있고, 상기 회전자의 회전 및 상기 복수의 마그넷의 회전에 의해 발생하는 상기 회전자 주위의 압력차에 의해서 상기 제2 공극으로 끌어들여진 상기 바깥공기는, 상기 제1 공극을 유통하고, 상기 제1 공극에 노출한 가열하고 있는 상기 복수의 마그넷 및 상기 제1 공극에 배치되어 있는 상기 원통 코일의 양면을 직접 냉각하고, 상기 제3 공극을 경유해 외부에 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 무철심 회전 전기 기계.
제 1항에 있어서,
상기 원통 코일은, 길이 방향으로 이간된 복수의 선상부를 가지는 도전성 금속 시트의 복수로 구성된 적층체 구조를 가지는 원통형이며 도전성 금속 시트의 각각의 선상부가 절연층으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 무철심 회전 전기 기계.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 복수의 마그넷의 각각은, 장변은 상기 제1 공극에 배치되어 있는 상기 원통 코일의 길이에 대응하고, 단변은 상기 원통 코일의 원주 방향으로 서로 극간을 띄워, 상기 외측 원통 공로 형성체의 내주면 및／또는 상기 내측 원통 공로 형성체의 외주면에 상기 원통 코일의 길이 방향을 따라서 배비되어 있는 직방체인 것을 특징으로 하는 무철심 회전 전기 기계.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 컵형 마운트는, 상기 통기공을 덮는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무철심 회전 전기 기계.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 컵형 마운트는, 상기 원통 코일의 원주 방향으로 극간을 띄워, 길이 방향을 따르도록 배비된 상기 마그넷의 상기 극간에 상당하는 상기 내측 원통 공로 형성체의 위치에 내측 배기 구멍 및／또는 상기 외측 원통 공로 형성체의 위치에 외측 배기 구멍을 더 설치하는 것을 특징으로 하는 무철심 회전 전기 기계.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 컵형 마운트는, 상기 외측 원통 공로 형성체의 상기 제3 공극 및／또는 외측 배기 구멍에 대응하는 위치에 2매의 원판과 그 원판의 축심으로 향한 상기 원판에 현가(懸架)된 복수의 날개판(羽根板)을 가지는 다익(多翼) 원심 송풍 회전체가 끼워서 꾸며 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 무철심 회전 전기 기계.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 고정자는, 상기 개형 마운트에 한편의 단면이 지지된 상기 외측 원통 공로 형성체보다 내경이 큰 보호 외투를 가지는 외장체를 더 포함하고, 상기 외장체는 상기 제3 공극 및／또는 외측 배기 구멍으로부터 배출된 상기 바깥공기를 외부에 놓아주는 배출 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 무철심 회전 전기 기계.
통전 가능한 무철심의 원통 코일과, 그 원통 코일의 한편의 단면이 고정되어 중심부에 구동 샤프트가 회전이 자재(自在)로이 연결되어 있는 개형 마운트를 가지는 고정자와,
상기 개형 마운트에 회전이 자재로이 연결되어 있는 상기 구동 샤프트가 중심부에 연결 고정되어 상기 개형 마운트의 대극(對極)에 배치되어 있는, 저부와 내측 원통 공로 형성체 및 외측 원통 공로 형성체를 가지는 컵형 마운트와, 상기 외측 원통 공로 형성체의 내주면 및／또는 상기 내측 원통 공로 형성체의 외주면에 상기 원통 코일의 원주 방향으로 서로 간극(間隙)을 띄어 배비(配備)되어 있는 복수의 마그넷을 가지는 회전자를 포함하며,
상기 컵형 마운트는, 상기 저부와 상기 내측 원통 공로 형성체 및 상기 외측 원통 공로 형성체로 제1 공극(空隙)의 에어갭이 형성되어 있고, 상기 에어갭에는, 배비되어 있는 노출한 상기 복수의 마그넷과 함께, 상기 원통 코일이 그 원통 코일의 다른 한편의 단면이 상기 저부와의 사이에 극간(隙間)을 남겨 띄운 상태로 배치되어 있고, 상기 컵형 마운트의 한편의 단면과 상기 개형 마운트와의 사이에는, 상기 원통 코일의 내주 측에 위치하는 제2 공극과 상기 원통 코일의 외주 측에 위치하는 제3 공극을 가지고 있고, 상기 컵형 마운트는 상기 저부에 상기 제2 공극에 바깥공기를 끌어들이는 통기공을 가지는 무철심 회전 전기 기계의 냉각 방법이며,
상기 원통 코일에 통전하고, 상기 회전자를 작동시키는 스텝과,
상기 회전자의 회전 및 상기 복수의 마그넷의 회전에 의해 발생하는 상기 회전자 주위의 압력차에 의해서, 상기 통기공을 개재시켜 상기 제2 공극에 상기 바깥공기를 끌어들이는 스텝과,
상기 제2 공극으로 끌어들여진 상기 바깥공기는, 상기 회전자의 회전 및 상기 복수의 마그넷의 회전에 의해 발생하는 상기 회전자 주위의 압력차에 의해서, 상기 제1 공극을 유통해 상기 제1 공극에 노출한 가열하고 있는 상기 복수의 마그넷 및 상기 제1 공극에 배치되어 있는 상기 원통 코일을 직접 냉각하는 스텝과,
상기 회전자의 회전 및 상기 복수의 마그넷의 회전에 의해 발생하는 상기 회전자 주위의 압력차에 의해서 상기 제1 공극을 유통시킨 상기 바깥공기를, 상기 제3 공극을 경유시켜, 상기 무철심 회전 전기 기계로부터 배출시키는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항에 있어서,
상기 원통 코일은, 길이 방향으로 이간된 복수의 선상부를 가지는 도전성 금속 시트의 복수로 구성된 적층체 구조를 가지는 원통형이며 도전성 금속 시트의 각각의 선상부가 절연층으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 복수의 마그넷의 각각은, 장변은 상기 제1 공극에 배치되어 있는 상기 원통 코일의 길이에 대응하고, 단변은 상기 원통 코일의 원주 방향으로 서로 극간을 띄워, 상기 외측 원통 공로 형성체의 내주면 및／또는 상기 내측 원통 공로 형성체의 외주면에 상기 원통 코일의 길이 방향을 따라서 배비되어 있는 직방체인 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 컵형 마운트는, 상기 통기공을 덮는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 컵형 마운트는, 상기 원통 코일의 원주 방향으로 극간을 띄워, 길이 방향을 따르도록 배비된 상기 마그넷의 상기 극간에 상당하는 상기 내측 원통 공로 형성체의 위치에 내측 배기 구멍 및／또는 상기 외측 원통 공로 형성체의 위치에 외측 배기 구멍을 더 설치하고,
상기 제1 공극을 유통시킨 상기 바깥공기를, 상기 제3 공극 및 상기 내측 배기 구멍 및／또는 상기 외측 배기 구멍을 경유시켜, 상기 무철심 회전 전기 기계로부터 배출시키는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 컵형 마운트는, 상기 외측 원통 공로 형성체의 상기 제3 공극 및／또는 외측 배기 구멍에 대응하는 위치에 2매의 원판과 그 원판의 축심으로 향한 상기 원판에 현가(懸架)된 복수의 날개판(羽根板)을 가지는 다익(多翼) 원심 송풍 회전체가 끼워서 꾸며 고정되어 있고,
상기 다익 원심 송풍 회전체에 의해서 상기 회전자의 회전 및 상기 복수의 마그넷의 회전에 의해 발생하는 상기 회전자 주위의 압력차를 더 높이고, 상기 제2 공극으로 끌어들여진 상기 바깥공기의 유량을 증가시켜, 그것에 의해, 상기 바깥공기는, 상기 제1 공극을 유통시켜 상기 제3 공극을 경유해 상기 무철심 회전 전기 기계로부터 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 고정자는, 상기 개형 마운트에 한편의 단면이 지지된 상기 외측 원통 공로 형성체보다 내경이 큰 보호 외투를 가지는 외장체를 더 포함하고, 상기 외장체는 상기 외장체의 일부에 배출 구멍이 설치되고, 상기 제3 공극 및／또는 외측 배기 구멍으로부터 배출된 상기 바깥공기를 상기 배출 구멍으로부터 놓아주는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 방법.
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