KR102053660B1 - 좁은 치형부를 구비한 최적의 전기 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3개 이상의 코일들을 운반하고 (즉, 상기 전기 모터의 회전 축에 수직하게) 상기 모터의 중심으로부터 상기 치형부들의 단부에서 측정된, 동일한 각도 폭(알파)의, 방사상으로 연장되는 12×N개의 곧은 치형부로 구성된 고정자 및 P = 5+2×R 인 P쌍의 자화된 극들을 구비한 회전자를 포함하는 단상 또는 다상 전기 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 여기서, N은 1과 같거나 큰 정수이며, P는 3의 배수가 아니고, R은 0과 같거나 큰 정수이며, 상기 알파는 360 °/(12×N)/3와 360 °/(12×N)/2 사이에 있다.

Description

좁은 치형부를 구비한 최적의 전기 모터 {OPTIMIZED ELECTRIC MOTOR WITH NARROW TEETH}

본 발명은 전기 모터 분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 즉, 수 킬로와트까지의 출력 전력을 전달할 수 있는, 중-저 에너지 단상 또는 다상 영구 자석 장치들에 관한 것이다.

전기 장치 성능들은 특정한 수의 요인들에 의해 특징지어진다. 상기 요인들의 중요성은 목표하는 유형의 제품에 의존한다.

주된 크기 요소는 모터 상수이며, 또한 Km 라고 일컬어지며, 와트 제곱근에 대한 토크 단위로 표현되며, 즉, 코일에서 주어진 전력 소모에 대해 모터가 발생시킬 수 있는 토크를 반영한다.

중요할 수 있는 또 다른 요소는 전류가 없는 토크이다. 이것은 (노이즈, 손실, 기계적 마모, 기어드(geared) 모터의 가역성, ... 과 같은) 다양한 이유들로 인해 주로 가능한 감소되어야 한다.

본 특허의 범위 내에서, 주어진 축 방향 전체 치수들과 지름에 대해서 모터 상수의 최적화가 우리의 관심사가 될 것이며, 동시에 "방사상" 토폴로지(topology)를 갖는, 즉 치형부들이 방사상으로 연장되고 흐르는 평면을 구비한, 모터에서 전류가 없는 최소 토크를 갖는 모터를 구비하는 것에 몰두한다.

상기 축 방향 전체 치수는 여기서 고정자의 높이에 더하여 상기 고정자 위에 코일 헤드들의 높이를 더한 것으로서 정의될 것이다.

보다 일반적으로, 이러한 모터의 산업 가능성은 고려될 명백한 배경 요소이다.

결국, 또한 우선적으로 (노이즈 또는 회전자 가이드 부재의 마모와 같은 문제점들을 해결할 수 있게 하는) 균형된 방사상 힘을 갖는 구조들에 우선적으로 흥미를 가질 것이다.

앞서 언급한 기준은 주로 항상 최적화된 구조를 얻게 할 수 없는 구조들의 정의에서 타협을 유도한다.

저-중 파워 모터들에 대하여, 6 또는 12개의 고정자 치형부들을 갖는 토폴로지들은, 12개의 치형부 토폴로지로 Km의 측면에서 최고의 성능을 획득할 수 있다는 것이 최근 발견된다.

동일한 피크 발산을 갖는 12개의 치형부를 구비한 고정자 토폴로지들은, 5+2R (여기서, R은 정수임)과 같고, 3의 배수가 아닌, 수의 쌍의 극들을 구비한 자화된 회전자들과 함께, 12번째 열(제외됨)까지 전류가 없는 토크의 고조파를 제거하는 것을 가능하게 한다. 제1 출현 및 주된 고조파는 따라서 모터의 전기 주기보다 작은 12회의 주기를 갖는다. 고조파의 진폭이 그 열과 함께 감소함으로써, 이러한 모터들은 특히 전류가 부재하며 최소 토크를 요구하는 제품에 대하여 특히 가치 있는 것이다.

미국 등록 특허 제7,595,577가 고정자에 그 단부에서 연장된 12개의 동일한 치형부들을 구비한 모터에 관한 종래 기술로서 알려져 있다.

이 대안은 본 기술 분야에서 요구되는 제품에서 전류가 없이 토크를 최소화하기 위한 전형적인 방법이다. 사실, 전류가 없는 토크는 고정자 치형부들 사이의 갭(gap)들로 인하여 자석 회전자들이 차지할 수 있는 바람직한 위치에 관련되어 있기 때문에, 이러한 공간을 최소화하는 것, 또는 심지어 제12 고조파를 감소시키기 위하여 치형부들과 접촉함으로써 이러한 것들을 제거하는 경우에는 바람직한 것으로 보인다.

그러나, 이러한 유형의 대안들은 몇 가지 단점을 갖는다. 우선, (주로 목부(neck)로서 일컬어지는) 접촉 영역들이 자기적으로 기포화되도록 배치된 경우일지라도, 치형부들 사이의 접촉 또는 가까운 거리는 플러스들의 누설을 유도하고, 이것은 모터의 성능에 영향을 미친다.

게다가, 이러한 토폴로지들은 슬롯(slot)들에 직접 권선되는 것 또는 몇 개의 하위 집단으로 고정자들에 구현되는 것을 요구하며, 이것은 산업적 생산의 측면에서 번거로운 것일 수 있다. 결국, 구리 권선을 위해 가능한 공간은 최적이 아니다.

독일 특허 출원 제DE102009000681호가 알려져 있다. 여기서, 14개의 극들을 구비한 회전자와 상기 회전자의 방향에서 중심축에 대하여 방사 방향으로 돌출되는 12개의 고정자 치형부를 구비한 고정자를 포함하는 기계적 장치를 설명하고, 여기서 상기 회전자는 중심축에 대하여 회전가능하도록 배치되며, 각각의 고정자 치형부는 고정자 코일을 구비하여 제공되고, 2개의 인접한 고정자 코일들은 매번 한쌍의 고정자 코일을 형성하도록 서로에 대하여 연속하여 연결되며, 한쌍의 고정자 코일은 회로 시작점을 형성하도록, 전용 중성점에 연결되어 상과 결합되는 것을 특징으로 한다. 이러한 유형의 종래기술에 대하여, 곧은 치형부 동기기는 일반적으로 대략 15°의 치형부 너비인, 노치(notch)들만큼 넓은 치형부 너비에 대해 대비한다. 독일 특허 출원 제102009000681호의 도면은 치형부의 각도 상의 폭을 명확하게 이해하게 할 수 없고, 게다가 하나의 치형부로부터 다른 하나로 종래 기술 문헌의 도 3에서는 15.1°또는 15.8°로 바뀐다.

유럽특허 제0872943호는 집중 권선을 갖는 고정자를 구비한 영구 자석들을 갖는 전기 역학적 회전 기기의 또 다른 실시예를 설명한다.

곧은 치형부를 구비한 모터 구조에 관한 특허 출원 제WO93/07672호가 또한 알려져 있다. 그러나 제시된 토폴로지(topology)는 회전자 상에 4쌍의 자극들을 포함하고, 잔류 토크의 제6 고조파(sixth harmonic)의 자연 보상을 허용하지 않으며, 잔류 토크를 감소시키기 위하여 회전자 자석의 형상이 바뀌게 되는 수정을 요구한다. 게다가, 만일 이 구조가 곧은 치형부에 사용되는 경우, 상기 곧은 치형부는 넓은 폭(폴 피치(pitch)의 대략 50%)을 갖게 될 것이며, 이것은 최적화되지 않는다.

특정 수의 출원인의 특허들에서, 출원인은, 여기서 전류가 없는 토크가 제거되거나, 최소한 명백하게 감소될 수 있고, 고정자 치형부의 폭의 측면에서 발견될 수 있는 구조를 나타내는 반면 5 또는 7쌍의 극들을 구비한 회전자들에 연결되는 곧은 치형부 토폴로지들을 사용함에 따른 상기 언급한 단점들의 전부 또는 일부를 수정하게 할 수 있는 대안들을 제시하였다.

특히, 미국 특허 출원 제8,102,093호는 12개의 곧은 고정자 치형부를 구비한 모터에 관한 것이며, 6개는 감겨있고, 6개는 감겨있지 않으며, 특히 감긴 치형부들은 적어도 감겨있지 않은 치형부의 2배만큼 넓다. 따라서, 코일을 운반하는 넓은 치형부는 증가된 투자도(permeance)로 인하여 특정 조건 하에서 Km 값을 최대화할 수 있다. 상기 치형부 폭은 치형부 사이의 동일하지 않은 폭으로 인하여 나타나는 잔류 토크의 제6 고조파의 최적의 보상을 얻도록 선택될 수 있다.

이러한 유형의 구조는 균형된 방사상 힘들 때문에 전류가 없는 토크의 감소에 대한 요구를 완벽하게 충족하고, 이어서 고정자에 부가되는 코일 본체부들에 독립적인 권선을 가능하게 하고, 성능의 만족할 만한 레벨을 달성한다.

그러나, 만약 일정한 축 방향 전체 치수들 및 직경이 사용되는 경우, 놀랍게도 당업자에게 일부 경우에 이러한 토폴로지가 최적을 결과를 초래하지 않는 것으로 보인다. 모터 Km 값을 최적화하기 위하여 종래 기술에서 제시하였던 개시사항들과 동일하나 더욱 좁은 치형부를 구비하는 것이 더 유리할 것으로 보인다.

예를 들면, 비록 고정자의 높이가 감소하였을 지라도, 더 넓은 코일 헤드를 사용하는 경우, 일정한 전체 치수를 유지하는 것이, Km 값의 측면에서, 다른 크기를 갖는 12개의 치형부들을 갖는 것보다 동일한 폭을 갖는 12개의 좁은 치형부들로 더 나은 구성이 얻어진다. 여기서 치형부 폭들은 극 피치의 절반보다 작다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점들에 대한 대안을 제공하는 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 3개 이상의 코일들을 운반하고, 상기 모터의 중심으로부터 상기 치형부들의 단부에서 측정된 동일한 각도 폭(peak divergence)((알파(alpha))의, 방사상으로 (즉, 상기 전기 모터의 회전 축에 수직하게) 연장되는 12×N개의 곧은 치형부로 구성된 고정자, 및 P = 5+2×R 인 P쌍의 자화된 극들을 구비한 회전자를 포함하는 단상 또는 다상 전기 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 여기서, N은 1과 같거나 큰 정수이며, P는 3의 배수가 아니고, R은 0과 같거나 큰 정수이며, 상기 알파는 360°/(12×N)/3와 360°/(12×N)/2 사이에 있다.

바람직하게는, 전기 모터는 2개 중에서 하나의 치형부가 코일을 운반하는 것을 특징으로 한다.

선택적인 안에서, 상기 전기 모터는 모든 치형부가 코일들을 운반하는 것을 특징으로 한다.

특정 실시예에서, 상기 전기 모터는 60° 간격으로 치형부에 설치된 3개의 코일들을 포함하고, 주로 120°와 같거나 작은 치형부 피치(세타(theta))로 분포된다.

전류가 없는 토크의 더욱 큰 감소가 필요한 경우, 상술한 방법들은 또한 치형부들 사이의 에어 갭(air gap)을 적어도 국지적으로 감소시키는 데에 사용될 수 있다. 상기 고정자 구조는 따라서 높이의 일부에 대하여 기포화(saturable) 목부를 획득하도록 변경될 수 있고, 또는 하나 이상의 강자성 링을 부가하도록 변경될 수 있다.

따라서, 특정 실시예에서, 전기 모터는 2개의 다른 유형의 금속 플레이트들을 적층하여 만들어진 고정자를 구비하며, 여기서 인접한 고정자 치형부들은 기포화 자기 목부들을 통하여 제1 유형의 금속 플레이트와 접촉하게 된다.

선택적인 방안으로, 상기 전기 모터는 고정자 치형부와 자기 회전자 사이에 방사상으로 에어 갭에 삽입되는 하나 이상의 강자성 링을 구비한다.

강자성 링을 수용하기 위해 적용된 홈을 형성하는 2가지 유형의 금속 플레이트들을 구비하는 고정자를 갖는 전기 모터가 또한 고려될 수 있다.

또 다른 가능한 대안에 따르면, 상기 전기 모터는 자기 회로의 폐쇄를 제공하도록 치형부의 권선 후에 배치되는 외부 링을 갖는 고정자를 구비한다.

상기 회전자에 관하여, 바람직한 선택적인 안에 따르면, 자석은 방사상 자화, 또는 적어도 이에 근접하게 대응하는 교번하는 자극들을 구비한 링 타입이다. 이 경우에, 회전자는 고정자에 내접하게 된다. 그러나, 축 방향 타입의 자화를 갖는 디스크 형상 자석이 또한 사용될 수 있고, 그러면 여기서 자석은 방사상으로 연장된 치형부들 위에서 회전하며, 코일들은 상기 자석에 대하여 방사상으로 오목한 곳에 있게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 확장된 12개의 치형부를 구비한 모터를 도시한다.
도 2는 종래기술에 따른 12개의 곧은 치형부, 6개의 넓은 치형부 및 6개의 좁은 치형부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터를 도시한다.
도 4는 일정한 축 방향 전체 치수를 갖는, 12개의 동일한 좁은 치형부를 구비한 모터에서, 상기 치형부의 폭의 기능으로서 일정한 모터 토크의 이론적 변화를 나타낸다.
도 5는 일부가 기포화 목부들을 구비한 선택적인 금속 플레이트들을 사용한 제2 실시예에 따른 고정자를 나타내는 단면도이다.
도 6은 제1 대안으로, 에어 갭에 강자성 링들을 사용한 또 다른 제2 실시예에 따른 고정자를 나타내는 단면도이다.
도 7은 제2 대안으로, 에어 갭에 강자성 링들을 사용한 본 발명의 또 다른 제2 실시예에 다른 고정자를 나타내는 단면도이다.
도 8은 5쌍의 극과 12개의 감긴 좁은 치형부를 사용한 본 발명의 실시예에 따른 모터를 나타내는 정면도이다.
도 9는 에어 갭에 7쌍의 극들과 강자성 링들을 사용한 본 발명의 실시예에 따른 모터를 나타내는 정면도이다.
도 10은 에어 갭에 11쌍의 극들과 강자성 링들을 사용한 본 발명에 따른 모터의 정면도를 도시한다.
도 11은 한정된 치형부 피치로 배치된 3개의 코일들을 사용한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터의 정면도를 도시한다.
도 12 및 도 13은 2가지 다른 관점에서 축 방향을 자화된 디스크 회전자를 구비한 본 발명의 대안을 도시한다.
도 14는 선택적인 실시예를 도시한다.

본 발명은 첨부된 도면들을 예시하면, 더욱 잘 이해될 것이다.

도 1은 고정자에 감긴 12개의 치형부와 회전자에 5쌍의 자극들을 구비한 모터에 관한 미국등록특허 제7,595,577호의 도면이다. 상기 치형부들 각각은 자화된 회전자와 대향하는 그 단부에 연장부(1)를 구비한다. 이 실시예는, 치형부들 사이의 누설 플럭스, 권선의 복잡성, 코일들에 대한 감소된 간격과 같은, 이 특허의 전제부에 인식되는 단점들을 갖는 전류가 없이 토크를 최소화하도록 연장된 치형부를 구비한 전형적인 방안을 나타내는 것이다.

도 2는 출원인의 프랑스 특허 제2899396호에 따른 단점들을 개선하기 위하여 적절한 대안을 제공한다. 이것은 교번하는 넓은 치형부(2)와 그리고 좁은 치형부(3)를 구현하며, 그들의 각도 폭은, 상기 화전자와 마주하는 치형부 단부에서 측정하였을 때, 상기 치형부(2) 요소로부터 상기 넓은 치형부에 대하여는 주로 22°로, 상기 좁은 치형부에 대하여는 10°로 바뀐다. 이것은 여전히 앞선 예에서, 5쌍의 자극들을 구비한 회전자와 같다. 이러한 다른 폭들은, 권선을 위한 넓은 빈공간을 확보할 수 있고, 잔류 토크의 고조파(harmonic)의 기본 보상을 초래한다.

그러나, 어떤 환경에서는, 전류가 없는 매우 낮은 토크를 목적으로 하는 반면, 주어진 축 방향 전체 치수에 대한 최대 토크 밀도가 우리의 관심사라면, 이러한 대안은 제한적인 것이 될 것이다.

우선, 고조파 보상 방법에도, 자석의 결점들은 전류가 없는 특정 값의 토크 이하로 떨어지는 것을 항상 방지할 것이다.

이제, 12개의 동일한 치형부들을 구비한 모터는 제6 고조파의 자연 보상을 갖는다. (이론적으로, 제1 고조파의 존재는 제12 고조파가 된다.) 이것이 치형부의 폭의 감소를 갖고 조합된다면, 일부 경우에, 이러한 치형부들의 과도한 포화를 피하면서 구리의 보다 큰 부피로 인하여 더 우수한 성능이 얻어질 수 있는 것으로 나타난다.

도 3은 도 2에 도시된 것과 같은 동일한 외부 치수를 갖는 치형부의 단부에서 측정되었을 때 각도 폭(알파 = 13°)을 갖고 동일하게 방사상으로 연장되는 좁은 치형부(4a, 4b)를 갖는 본 발명에 따른 12개의 치형부와 5쌍의 자극을 구비한 모터를 절단한 정면도로 나타낸 것이다.

반경 방향 중앙 축에 수직한 평면에서 단면뿐만 아니라 횡단 평면을 따른 단면은 직사각형이다. 상기 치형부(4a, 4b)는 방사상으로 배향되어 있다.

고정자(7)는 치형부(4a, 4b)와 코일(5)들로 구성된다. 2개 중 하나의 치형부(4a)는 - 주로 구리 또는 알루미늄으로 만들어진 - 전기 코일(5)에 의해 둘러싸인다. 2개의 코일(5)들은 모터 중심 둘레로 기계적으로 180°의 간격을 가지며, 따라서 전기적 상을 형성하고, 모든 6개의 코일(5)들은 3-상 모터를 형성한다. 코일(5)들을 운반하지 않는 치형부(4b)는 바람직하게는, 이에 제한되는 것은 아니나, 그리고 치형부(4a, 4b)의 뒤에서 발생하는 자기 플럭스 복귀(flux return) 및 자기적 성능에 영향을 미치지 않고 고정자를 구성하는 금속 플레이트들에 부착할 수 있게 하는 구멍(6)들을 구비한다. 이러한 구멍(6)들은 치형부들이 주변 벨트 구역을 통하여 연장되도록 확장되는 전개 영역에 제공된다.

상기 고정자(7)로부터 공기 간극(15)으로 분리된, 상기 회전자는, 방사 방향에 가까운 자화를 제공하도록 균일하게 자화된 양자화 부분(quantized sector) 또는 - 교번하는 N/S의 - 다극 균일 링의 방사상으로 자화된 형태의 강자성 요크(9)로 일반적으로 구성된다.

회전자는 또한 본 기술분야에서 현재 알 수 있는 본 기술분야에서 다양한 개시사항들을 따라서 요크에 자석을 매립시킴으로써 만들어질 수 있다.

동일한 모터 높이에 대하여, 금속 플레이트들 두께와 코일들의 두께에 의해 형성되며, 그러나 이러한 높이의 다양한 분포로 인하여, 도 2에 도시된 모터와 비교하였을 때 동일한 좁은 치형부를 구비한 이러한 모터에서 Km 값에서 대략 7%의 이득이 얻어질 수 있다. 또한, 이러한 모터는, 제6 고조파의 자연적 보상으로 인하여 (재료의 이질성, 자화, ... 와 같은) 자석에 의해 유도된 변화에 덜 민감한 전류가 없는 더 우수한 토크를 갖는다.

도 4는 (앞선 도면의 경우에) ((각각 5PP 및 7PP로 일컬어지는) 6개의 와이어가 치형부에 감긴 5 및 7쌍의 극들과, (각각 5PP-12로 일컬어지는) 치형부에 감긴 12개의 와이어로 감긴 5쌍의 극들의) 3개의 다른 모터 구조에 대해 Km에서의 변화를 나타내는 그래프를 통하여 13°로 치형부 폭을 선택하는 것을 정당화한다. 그리고, 이것은, 코일 번(buns)들의 두께를 포함하는 동축 치수(ie 인덱스)를 갖고, 동일-유효(iso-active) 길이(ia 인덱스)를 갖는다. 상기 유효 길이는 상기 회전자의 회전축(18) 방향으로 측정된 고정자 금속 플레이트의 높이가 된다. 따라서, 이러한 도 4는 치형부의 폭(알파)의 기능으로서, 연구된 각도 상의 범위에서 관찰되는 최대 Km 값에 대하여, 각각의 주어진 치형부의 폭에 대한 Km 비의 개선을 나타낸다.

알 수 있듯이, 5쌍의 극/ 6개의 감긴 치형부들에 대한 최적의 Km 값은 대략 13°(또는 360°/(12×N)/2.3)이고, 최적은 값들은 주로 360°/(12×N)/3과 360°/(12×N)/2 사이의 범위에 있다. 보다 구체적으로, 5 및 7쌍의 극들에 대하여 10° 과 14°사이에 있다. 만약, N=1 (고정자 당 12개의 치형부)이라면, 동일-전체 치수인지 또는 동일-유효 길이 비교인지가 고려된다. 제시된 범위는 도 4에 이중 화살표의 폭으로 상징적으로 표시되어 있다.

상술하였듯이, 전류가 없이 토크를 감소시키기 위한 전형적인 대안은 (목부로서 일컬어지는) 기포화 구역들을 통하여 연장된 또는 심지어 수축된 치형부를 사용하는 것으로 구성되었다. 권선 문제점들에 더하여, 이것은 모터 성능을 감소시키는 누설을 초래한다. 이제, 고정자의 전체 높이를 따라서 이러한 치형부 프로파일들을 사용할 필요가 없어진다.

여기서 단면으로 도시된, 고정자(7)는 교번하는 목부(10)들을 구비한 금속 플레이트(13a)들과 목부가 없는 금속 플레이트(13b)로 구성되고, 따라서 도 5에서와 같이 고려될 수 있다. 고정자 치형부의 권선은 그러면 자기 회로의 폐쇄를 제공하는 외부 링(11)의 배치에 앞서 치형부의 뒤로부터 실행된다. 목부(10)를 갖는 금속 플레이트(13a)와 목부를 갖지 않는 금속 플레이트(13b) 사이의 비는 1보다 적을 수 있다. 일반적으로, 상기 높이의 1/3에 정도로 목부(10)를 사용하는 것은 이미 목부(10)에서 누설 흐름이 없이 유효한 토크에 영향을 미치지 않고 잔류 토크에 대해 좋은 타협을 초래할 수 있다.

이러한 대안은 효과적이나, 따라서 권선 공정을 복잡하게 할 수 있다. 또 다른 대안은 원래의 고정자 구조를 유지하는 것으로 구성되며, 따라서 강자성 물질로 만들어진 하나 이상의 링(들)을 추가하는 것으로 구성된다.

도 6은 고정자(7)와 회전자(미도시) 사이에 에어 갭에 직접적으로 강자성 링(12)들을 사용하는 첫 번째 대안을 도시한다. 사실, 이러한 링(12)들은 좁은 치형부(4)의 앞에 배치되며, 전류가 없이 토크의 크기를 줄이고, 고정자 조립체(7)에 대하여 오로지 한가지 유형의 금속 플레이트(13b)들을 사용하는 것을 가능하게 한다. 이와는 반대로, 상기 고정자(7)와 회전자(미도시) 사이의 에어 갭(15)은 전체로서 약간 증가한다.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 또 다른 대안은 상기 금속 플레이트들의 적층체의 어느 한 측면에 강자성 링(12)들을 배치하는 것으로 구성되며, 상기 링(들)(12)을 수용하기 위해 적용된 홈(14)을 형성하도록 2개의 다른 내부 직경들을 갖는 금속 플레이트(13c, 13d)들을 사용한다. 비록 상기 코일(5)들의 깊이의 약간의 감소를 요구하지만, 이 대안은 작은 에어 갭(15)을 유지할 수 있다는 장점을 갖는다.

도 8은 각각 코일(5)을 운반하는 12개의 동일한 좁은 치형부(4a)를 구비하는 본 발명에 따른 모터를 도시한다. 상기 회전자는 요크(9)에 의해 운반되는 5쌍의 자극(8)을 구비한다.

도 9는 동일한 각도 폭을 갖는 12개의 좁은 치형부와 7쌍의 자극(8)들을 구비한 모터를 도시한다. 하나 이상의 강자성 링(들)(12)은, 그 기능은 상술하였으며, 회전자와 고정자(7) 사이의 에어 갭(15)에 배치된다.

도 10은 12개의 동일한 각도 폭을 갖는 12개의 좁은 치형부를 갖고 11쌍의 자극(8)들을 구비한 모터를 도시한다. 하나 이상의 강자성 링(12)들은, 그 기능은 상술한 바와 같으며, 상기 회전자와 고정자(7) 사이의 에어 갭(15)에 배치된다.

도 11은 (상기 회전자의 회전 축을 따라서 고정자의 두께에서) 작은 축 방향 전체 치수를 필요로 하는 제품에 사용하고자 하는 또 다른 대안적인 실시예를 도시한다. 사실, 상기 모터는, 2개 중에서 오직 하나의 치형부에 감기고, 전체로서 오로지 120°의 치형부 피치(pitch)(세타)로 있도록, 기계적으로 60°로 분리된 치형부들을 구비하고, 3개의 치형부(4a)에 의해 운반되는 오로지 3개의 전기 코일(5)들을 구비한다. 이 구조는, 예를 들면, 낮은 속도와 높은 토크에서 외부 부재(미도시)를 움직이는 회전자의 속도의 감소를 제공하는 한 세트의 기어(gears)(미도시)들이 배치될 수 있도록, 이와 같이 형성된 치형부 피치(theta)의 대향하는 측면에 빈공간을 제공할 수 있다. 그러면, 이러한 기어드 모터는, 여기서, 코일(5)들이 배치되는 상기 고정자(7)의 부분이 내접하게 되는 고정자(7)의 제2 외부 반지름(17)보다 작은 고정자(7)의 제1 외부 반지름(16) 때문에, 대향하는 치형부 피치(theta)의 작은 축 상 및 방사상 전체 치수에서 상기 고정자에 가능한 가깝게 위치하게 된다.

도 12 및 도 13은 6개의 코일(5)들을 구비한 고정자(7)의 경우에, (회전축(18)에 평행하거나 고정자(7)의 방사상 연장부에 수직한) 축 방향으로 교번하는 자화된 극들을 갖는 디스크-형상 자석(8)의 사용 가능성을 나타낸다. 디스크-형상 자석은 링-형상 자석에 비하여 전개시키는 데에 덜 비싸기 때문에, 이러한 유형의 자석은 경제적인 측면에서 바람직할 수 있고, 또한 재료의 균일성의 측면에서 바람직하다. 그러나, 이러한 유형의 구조는, 자석(8)이 배치될 수 있도록, 코일(5)들을 짧게 하는 것을 초래하고, 또는 적어도 이것들을 방사상으로 오목하게 하는 것을 초래한다. 이러한 비-제한적인 실시예에서, 고정자(7)는 단일 금속 플레이트(13a)로 구성되나, 몇 개의 금속 플레이트들을 사용하는 것을 고려할 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 모터를 사용한 비-제한적인 실시예의 기어드 모터를 도시한다. 본 발명에 따른 모터는 특히 모션(motion) 기계적 변환 (감속 또는 증속) 시스템과 결합되어 사용되는 경우에 바람직할 것이며, 따라서 효율적인 기어드 모터를 획득하는 것이 가능해 질 것이다. 사실, 탄성 복귀 시스템이 기계적 변환 시스템의 상류 또는 하류에 배치되는 경우, 전류를 갖는 높은 토크 밀도의 특징들은 상기 기어드 모터를 컴팩트 하게 할 것이며, 전류가 없는 낮은 토크는 상기 기어드 모터를 페일 세이프(failsafe)라고 일컬어지는 위치로 복귀시킬 수 있을 것이다.

도 14는 모션 감속 시스템(19)에 결합된 본 발명에 따른 모터를 도시한다. 상기 모터의 회전자는 제1 맞물림(meshing) 기어(20)와 맞물리며, 마지막 맞물림 기어(21)는 외부 부재(미도시)가 결합되어 이동될 수 있는 기계적 출력 샤프트(22)와 결합된다.

Claims (14)

1. 단상 또는 다상 전기 모터로서,
   3개 이상의 코일들을 운반하고, 모터의 중심으로부터 그 단부에서 측정된 동일한 각도 폭(알파)의, 방사상으로 연장된 12×N개의 곧은 치형부로 구성된 고정자, 및 P = 5+2×R인, P쌍의 자화된 극들을 구비한 회전자를 포함하고,
   여기서, N은 1과 같거나 큰 정수이며, P는 3의 배수가 아니며, R은 0과 같거나 큰 정수이고,
   상기 알파는 360°/(12×N)/3와 360°/(12×N)/2 사이에 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 알파는 360°/(12×N)/3와 360°/(12×N)/2.1 사이인 것을 특징으로 하는 전기 모터.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   2개 중 하나의 치형부(4a)는 코일(5)을 운반하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   모든 치형부들은 코일(5)들을 운반하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 코일(5)들은 모두 3개이고, 60°의 간격으로 치형부(4a)에 설치되며, 120°와 같거나 작은 치형부 피치(세타)로 분포되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
   
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 회전자 상에 상기 P쌍의 극들은 방사상으로 자화되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
   
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 회전자 상의 상기 P쌍의 극들은 축 방향으로 자화되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
   
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 고정자(7)는 2가지 유형의 다른 금속 플레이트(13a, 13b)의 적층에 의해 형성되고, 인접한 고정자 치형부(4)는 기포화 자기 목부(10)들에 의해 제1 유형의 금속 플레이트(13a)와 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
   
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   하나 이상의 강자성 링(12)은 상기 고정자(7)의 치형부(4)와 자기 회전자 사이의 에어 갭(15)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
   
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고정자(7)는 강자성 링(12)을 수용하도록 적용된 홈(14)을 형성하는 2가지 유형의 금속 플레이트(13c, 13d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
    
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고정자(7)는 자기 회로의 폐쇄를 제공하도록 상기 치형부의 권선 후에 배치되는 외부 링(11)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
    
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    5쌍의 자극과 12개의 방사상의 치형부(4a, 4b)들을 구비하고,
    상기 치형부의 단부에서 측정된 각도 폭(알파)은 13°와 같고,
    2개 중 하나의 치형부(4a)는 전기 코일(5)에 둘러싸이며,
    2개의 코일(5)들은 전기 상을 형성하는 모터의 중심의 둘레에 기계적으로 180°의 간격으로 이격되고,
    6개의 코일(5)들의 조립체가 3상 모터를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
    
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코일(5)을 운반하지 않는 상기 치형부(4b)는 주변 벨트를 형성하도록 플레어링(flaring) 부분에 구멍(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
    
14. 제 1 항에 따른 모터를 포함하는 기어드 모터로서,
    모션 기계적 변환 세트와, 상기 기계적 변환 세트의 출력 축에 배치되는 샤프트와, 상기 기계적 변환 세트의 상류 또는 하류에 위치한 탄성 복귀 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어드 모터.

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