KR20020033197A - 단극 횡방향 플럭스 기계 - Google Patents

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KR20020033197A
KR20020033197A KR1020027003850A KR20027003850A KR20020033197A KR 20020033197 A KR20020033197 A KR 20020033197A KR 1020027003850 A KR1020027003850 A KR 1020027003850A KR 20027003850 A KR20027003850 A KR 20027003850A KR 20020033197 A KR20020033197 A KR 20020033197A
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카스팅어귄터
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 단극 횡방향 플럭스 기계에 관한 것이고, 특히 톱니가 형성된 두 개의 동축인 철자성 회전자 링(14, 15)과 회전자 링들 사이에 배열되고 축방향으로 단극 자화된 영구 자석 링(16)으로 구성된 회전자(12)와, 회전자 샤프트(13)에 대해 동심인 고정자(11)와, 자극을 나타내는 U형상 고정자 요크(19)와, 자성 복귀 요소(20)와, 고정자 코일(21)을 구비한 전동기에 관한 것이다. 매우 평평한 구조를 달성하고 특정 방향으로 한정된 기동을 보장하기 위하여, 고정자 코일(21)은 두 개의 보빈(22, 23)으로 이루어지고, 이 중 한쪽 보빈 측면(221, 231)은 고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20)의 그룹을 가로질러 연장되어 요크(19)의 아암들 사이에서 회전자 샤프트(13)로부터 멀리 향하여 자성 복귀 요소(20)의 측면을 따라 원주 방향으로 배열된다. 하나의 보빈(22)의 보빈 측면(221)에 의하여 걸치는 그룹은 물리적으로 고정자 원주 상에서 다른 보빈(23)의 보빈 측면(231)에 의하여 걸치는 그룹으로부터 90°만큼 변위되어 배열된다.

Description

단극 횡방향 플럭스 기계 {Unipolar Transverse Flux Machine}
그러한 단극 횡방향 플럭스 기계(DE 100 21 914.4)에 있어서, 회전자 축에 대하여 동축으로 배열되고 회전자 축으로부터 멀리 대면한 자성 복귀 요소의 외측면 상에서 고정자 요크의 요크 다리에 의하여 연장되는 링형 보빈으로서 고장자 코일을 형성하는 것이 이미 제안되었다. 여기서, 기계는 하나의 고정자 모듈 및 하나의 회전자 모듈을 구비한 단상형으로, 또는 적어도 두 개의 고정자 및 회전자 모듈을 구비한 다상형으로 형성될 수 있고, 축방향으로 인접하여 배열된 고정자 모듈들 각각은 링형 보빈을 구성한다. 이상형 실시예에 있어서, 고정자 또는 회전자 모듈은 적어도 90°만큼 전기적으로 서로에 대해 변위되어 배열되고, 링형 보빈은 회전자의 회전각에 따라서 전류 펄스에 의해 양극(兩極)성으로 통전될 수 있다.
단지 하나의 회전자 및 고정자 모듈을 구비한 단상형 기계는 스스로 기동될 수 없고 기동을 위하여 추가의 보조 기계가 제공되어야 하는 단점을 갖는다. 그러나, 매우 평평한 구조의 장점을 갖는다.
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 단극 횡방향 플럭스 기계에 관한 것이다.
도1은 단극 횡방향 플럭스 기계의 사시도이다.
도2는 도1의 선(II-II)을 따른 단면도이다.
도3은 전동기의 고정자 전류의 다이어그램이다.
본 발명에 따른 단극 횡방향 플럭스 기계는 이상(二相)의 매우 평평한 구조 및 고정자에 의하여 보장되는 특정 방향으로 한정된 기동의 장점을 갖는다.
다른 청구항에서 한정된 특징에 의하여, 청구범위 제1항에서 주어진 단극 횡방향 플럭스 기계의 다른 양호한 다른 실시예 및 개선이 가능하다.
본 발명이 도면에 도시된 실시예에 따라 이하의 설명에서 더욱 상세하게 설명된다.
도면에서 여러 각도 및 단면으로 도시된 통상적인 단극 횡방향 플럭스 기계에 대한 실시예인 단극 횡방향 플럭스 전동기는 고정자(11)와, 고정자(11) 내에서 회전하며 회전자 샤프트(13) 상에 회전 가능하게 고정 지지된 회전자(12)를 포함한다.
회전자(12)는 회전자 샤프트(13) 상에 회전 가능하게 고정되어 지지되며 사이에 축방향, 즉 로터축 또는 하우징축의 방향으로 단극 자화된 영구 자석 링(16)을 개재하고 있는 두 개의 동축인 철자성 회전자 링(14, 15; 도2)으로 구성된다. 도2에서, 예시적으로 영구 자석 링(16)의 자화 방향이 N-S로 주어져 있다. 각각의 회전자 링(14, 15)은 회전자 샤프트(13)로부터 멀리 향한 그의 외측 원주부 상에서일정한 톱니 피치로 톱니가 형성되어, 생성된 톱니열의 이홈(17)에 의하여 서로로부터 각각 분리된 톱니(18)들이 서로로부터의 동일한 회전각 차이를 갖는다. 회전자 링(14) 및 회전자 링(15) 상의 톱니(18)들은 축방향으로 서로에 대해 정렬된다. 일체로 형성된 톱니(18)들을 구비한 회전자 링(14, 15)들은 박판 성형되어 양호하게는 축방향으로 중첩 위치된 동일한 박판 천공편으로부터 형성된다.
회전자(12)에 대하여 동축으로 배열된 고정자(11)는 횡방향 웨브(193)에 의하여 연결된 두 개의 긴 요크 다리(191, 192)를 구비한 U형상 고정자 요크(19)와, 고정자 요크(19)들 사이에 배열되어 실시예에서 횡방향 웨브(203)에 의하여 U형상으로 각각 서로 연결된 두 개의 짧은 다리(201, 202)로 구성된 자성 복귀 요소(20)와, 고정자 코일(21)을 포함한다. 고정자 자극을 형성하는 고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20)는 박판 성형되어 천공 박판으로부터 박판 적층체로 구성되고, 고정자 요크(19)의 폭(bZS) 및 자성 복귀 요소(20)의 폭은 각각 회전 방향에서 측정하였을 때 대체로 동일하다. 여기서, (각각 회전 방향에서 측정하였을 때) 고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20)의 폭(bZS)에 대한 회전자 링(14, 15) 상의 톱니(18)의 톱니폭(bZR)의 비율은 1보다 크고 2보다 작으며, 양호하게는 1.5 이하로 선택된다. 고정자 요크(19)들은 톱니 피치에 대응하는 피치로 하우징(10) 상에 고정되고, 하나의 요크 다리(191)가 하나의 회전자 링(14)에 대하여 다른 요크 다리(192)가 다른 회전자 링(15)에 대하여 각각 반경방향 간극을 두고 대향된다 (도2). 고정자 요크(19)들 사이에, 각각 자성 복귀 요소(20)가 고정자 요크(19)로부터 절반의 요크 피치의 거리로 배열되고, 예를 들어 모멘트 변동을 감소시키기 위하여 소정의 변위가 허용된다. 자성 복귀 요소(20)들은 상호 요크 피치만큼 다시 변위되어 있다. 자성 복귀 요소(20)들은 양쪽 회전자 링(14, 15) 위로 연장되어, 그들의 짧은 다리(201, 202)에 의하여 회전자 링(14, 15)에 대해 각각 간극을 두고 위치된다. 한편으로 고정자 요크(19)와 회전자 링(14, 15) 사이 그리고 다른 한편으로 자성 복귀 요소(20)와 회전자 링(14, 15) 사이의 간극은 동일한 크기로 할당된다. 고정자 요크(19)의 요크 다리(191, 192)의 자유 단부면(194)은 적어도 회전자 링(14, 15)과 동일한 축방향 폭을 갖거나 또는 양호하게는 축방향 폭을 통해 한쪽 또는 양쪽 측면에서 돌출한다. 적어도 회전자 링(14, 15)과 동일한 축방향 폭을 갖거나 또는 축방향 폭을 통해 한쪽 또는 양쪽 측면에서 돌출하는 자유 단부면(204)을 갖는 자성 복귀 요소(20)에 대해서 동일하게 적용된다.
고정자 코일(21)은 각각 두 개의 보빈 측면(221, 222 또는 231, 232)을 구비한 동일하며 여기서 예시적으로 콩팥 형상인 두 개의 보빈(22, 23, 도1)으로 구성된다. 각각의 보빈(22 또는 23)의 하나의 보빈 측면(221 또는 231)은 회전자축 또는 회전자 샤프트(13)에 대해 동축으로 연장되고, 원주 방향으로 중첩된 고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20)들의 그룹 위로 연장되고, 보빈 측면(221 또는 231)은 회전자 샤프트(13)로부터 멀리 향한 자성 복귀 요소(20)의 측면 상에서 고정자 요크(19)의 요크 다리(191, 192)들 사이로 연장된다. 각각의 그룹은 동일한 개수의 원주 방향으로 중첩된 고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20)를 포함하고, 이들은 실시예에서 여섯 개의 고정자 요크(19) 및 여섯 개의 자성 복귀 요소(20)를포함한다. 여기서, 각각 전체적으로 12개의 고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20) 중 보빈(22)의 보빈 측면(221)에 의하여 걸치는 상부 그룹은 보빈(23)의 보빈 측면(231)에 의하여 걸치는 하부 그룹에 대하여 90°만큼 전기적으로 원주 상에서 변위되어 배열된다. 도1에서, 보빈 측면(231)에 의해 걸치는 하부 그룹의 자성 복귀 요소(20)는 회전자(12)의 톱니(18)와 반경방향으로 정렬되고 보빈 측면(221)에 의해 걸치는 상부 그룹 내의 자성 복귀 요소(20)는 회전자(12)의 톱니(18)에 대향하여 원주 방향으로 변위된 것을 알 수 있다. 16개의 톱니 개수와 22.5°의 톱니 피치에 있어서, 고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20)의 양쪽 그룹의 변위는 서로에 대해 5.625°주연 각도에 상응한다. 보빈(22 또는 23)의 다른 보빈 측면(221 또는 232)들이 회전자 샤프트(13)로부터 멀리 향하는 고정자 요크(19)의 외측면 상에서 횡방향 웨브(193) 위에서 회전자 샤프트(13)에 대해 동축으로 연장되어, 보빈 측면(221 또는 231)처럼 원형 단면 형상의 성형부를 갖는다.
고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20)의 양쪽 그룹의 전기적으로 90°의 변위를 실현하고 보빈(22, 23)의 코일 헤드를 수용하기 위하여, 하나의 그룹에 속하는 고정자 요크(19)의 개수가 톱니 또는 요크 피치로부터 발생된 고정자 요크(19)의 최대로 가능한 개수보다 작다. 도1의 실시예에서, 회전자(12)는 16개의 톱니(18)를 갖는다. 고정자 요크(19)의 최대로 가능한 개수는 자성 복귀 요소(20)의 최대로 가능한 개수처럼 16개이다. 그러나, 도1의 실시예에서 각각의 보빈(22, 23)에 단지 6개의 고정자 요크(19)와 6개의 자성 복귀 요소(20)가 배치되어 있고, 이들은 함께 전체적으로 각각의 보빈(22, 23)을 위한 12개의 극을 형성하고, 보빈(22, 23)은 각각의 극에 의하여 서로에 대해 직경 방향으로 배열되어 극이 없는 공간 내에서 보빈(22, 23)의 코일 헤드를 수용한다.
각각 영구 자석 여자식 이상 전동기의 코일 위상을 나타내는 양 보빈(22, 23)은 회전자(12)의 회전각에 따라 전류 펄스에 의하여 양극성으로 통전되고, 전류 펄스는 보빈(22, 23) 내에서 예를 들어 90°만큼 서로에 대하여 위상이 변위 된다. 양 보빈(22, 23)의 통전 모델이 도3에서 회전자(12)의 회전각에 따라 도시되어 있다. 도시된 수직선들 사이의 회전각 차이는 각각 5.625°이다.

Claims (13)

  1. 각각 회전자 샤프트(13)로부터 멀리 향한 외측 원주 상에서 일정한 톱니 피치로 톱니가 형성된 두 개의 동축인 철자성 회전자 링(14, 15)과 회전자 링(14, 15)들 사이에 축방향으로 개재되어 축방향으로 단극 자화된 영구 자석 링(16)으로 구성되어 회전자 샤프트(13) 상에 회전 가능하게 고정 지지된 회전자(12)와, 회전자 샤프트(13)에 대하여 동심인 고정자(11)와, 횡방향 웨브(193)에 의하여 U형상으로 서로 연결된 요크 다리(191, 192)를 포함하며 톱니 피치에 대응하는 피치로 하우징(10) 상에 고정되어 하나의 요크 다리(191)가 하나의 회전자 링(14)에 대하여 다른 요크 다리(192)가 다른 고정자 링(15)에 대하여 각각 반경방향으로 간극을 두고 대향하도록 배열된 고정자 요크(19)와, 각각 회전자(12)의 회전 방향으로 상호 중첩한 고정자 요크(19)들 사이에 배열되어 회전자 링(14, 15) 위에서 축방향으로 연장되어 반경방향 간극을 두고 회전자에 대향하고 고정자 코일(21)을 유지하는 자성 복귀 요소(20)를 구비한 특히 단극 횡방향 플럭스 전동기와 같은 단극 횡방향 플럭스 기계에 있어서,
    고정자 코일(21)은 각각 두 개의 보빈 측면(221, 222 또는 231, 232)을 구비한 두 개의 보빈(22, 23)을 포함하고, 보빈 측면(221 또는 231)은 회전자 샤프트(13)에 대하여 동축으로 각각 원주 방향으로 서로에 대해 중첩된 고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20) 위에서 회전자 샤프트(13)로부터 멀리 향한 자성 복귀 요소(20)의 측면을 따라 요크 다리(191, 192)들 사이로 연장되고, 하나의보빈(22)의 보빈 측면(221)에 의해 걸치는 그룹은 다른 보빈(23)의 보빈 측면(231)에 의해 걸치는 그룹에 대하여 90°만큼 전기적으로 고정자 원주 상에서 공간적으로 변위되어 배열된 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  2. 제1항에 있어서, 양쪽 보빈(22, 23)의 다른 보빈 측면(222 또는 232)은 회전자 샤프트(13)로부터 멀리 향한 고정자 요크(19)의 횡방향 웨브(193)의 외측면 상에서 연장되는 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 그룹은 동일한 개수의 원주 방향으로 서로에 대해 중첩한 고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 양쪽 보빈(22, 23)의 하나의 보빈 측면(221, 231)에 의해 전체적으로 걸치는 고정자 요크(19)의 개수는 톱니 또는 요크 피치로부터 생성된 고정자 요크(19)의 최대로 가능한 개수보다 더 큰 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 양쪽 보빈(22, 23)은 회전자(12)의 회전각(Θ)에 따라서 전류 펄스에 의해 양극성으로 통전되고, 보빈(22, 23) 내의 전류 펄스는 특히 90°만큼 서로에 대하여 위상이 변위된 것을 특징으로 하는단극 횡방향 플럭스 기계.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자 요크(19), 자성 복귀 요소(20) 및 회전자 링(14, 15)은 박판 성형된 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 자성 복귀 요소(20)는 특히 요크 피치의 절반만큼 고정자 요크(19)에 대하여 변위되어 배열된 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 한편으로 고정자 요크(19)와 회전자 링(14, 15) 사이 그리고 다른 한편으로 자성 복귀 요소(20)와 회전자 링(14, 15) 사이의 반경방향 간극은 동일한 크기로 할당된 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자 요크(19)의 요크 다리(191, 192)의 자유 단부면(194)은 적어도 회전자 링(14, 15)과 동일한 축방향 폭을 갖고, 양호하게는 축방향 폭을 통해 한쪽 또는 양쪽 측면에서 돌출한 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자 요크(19)의 폭과 자성 복귀 요소(20)의 폭은 각각 회전 방향에서 측정하였을 때 대체로 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자 요크(19) 및 자성 복귀 요소(20)의 폭(bZS)에 대한 회전자 링(14, 15) 상의 톱니(18)의 톱니폭(bZR)의 비율은 각각 회전 방향에서 보았을 때 1보다 크고 2보다 작으며, 양호하게는 1.5이하로 선택되는 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 자성 복귀 요소(20)는 회전자 링(14, 15)에 대해 각각 반경방향으로 대향된 짧은 두 개의 다리(201, 202)와, 이들을 서로 연결시키는 횡방향 웨브(203)를 구비한 U형상을 갖는 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
  13. 제12항에 있어서, 자성 복귀 요소(20)의 짧은 다리(201, 202)의 자유 단부면(204)은 적어도 회전자 링(14, 15)과 동일한 축방향 폭을 가지며, 양호하게는 축방향 폭을 통해 한쪽 또는 양쪽 측면에서 돌출한 것을 특징으로 하는 단극 횡방향 플럭스 기계.
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