KR20040058356A - 축방향 간극형 회전전기기계 - Google Patents

Abstract

회전축에 고정된 원판 형상의 로터측 요크, 이 로터측 요크에 대향하는 원판 형상의 스테이터측 요크(23), 로터측 요크 및 스테이터측 요크 중 어느 하나에 대향하는 측에 고정된 자석, 로터측 요크 및 스테이터측 요크 중 다른 하나에 대향하는 측에, 자석과 대향하여 방사형으로 배치되어 요크(23)에 고정된 복수의 톱니(24) 및 이 복수의 톱니에 감겨진 코일을 포함하는 축방향 간극형 회전전기기계에 있어서, 톱니(24)는 톱니용 판재(124)의 적층체를 더 포함하며, 톱니용 판재의 적층면(124a)은 원주방향으로 배치됨으로써, 예컨대, 강자석을 사용하여 유도전류에 의한 에너지 손실을 감소시킴으로써 높은 토크의 구동원으로서 높은 모터효율을 얻을 수 있는 소형의 축방향 간극형 회전전기기계를 제공할 수 있다.

Description

축방향 간극형 회전전기기계{AXIAL GAP TYPE DYNAMO-ELECTRIC MACHINE}

전동 이륜차 등의 구동원 등의 일반적인 전동모터로서 래디얼 갭형 전동모터(radial gap type electric motor)가 사용되고 있다. 이 래디얼 갭형 전동모터에는, 예컨대 로터측의 축 주위에 원통형상으로 자석이 형성되고, 스테이터측의 자석의 원통면에 대향하는 복수의 톱니가 설치되며, 이 톱니 주위가 코일로 감겨져 있다. 그러므로, 자석과 각각의 톱니의 대향면 사이의 간극은 축을 따라 원통형상으로 형성된다.

한편, 비교적 작은 출력을 가진 오디오장치 등의 회전 구동원으로서 축방향 간극형 전동모터가 사용되고 있다. 이 축방향 간극형 전동모터는 회전축에 고정된 원판 형상의 로터측 요크, 로터측 요크에 대향하는 원판 형상의 스테이터측 요크, 로터측 요크 또는 스테이터측 요크 중 어느 하나의 요크의 대향면측에 고정된 자석, 로터측 요크 또는 스테이터측 요크 중 다른 하나의 요크의 대향면측에 자석과 대향하여 방사형으로 배치된 복수의 톱니 및 각각의 톱니 주위에 감겨진 코일로 구성된다. 그러므로, 자석과 톱니의 대향면 사이의 간극은 축과 수직인 평면형상으로 형성된다.

도 22는 종래기술의 축방향 간극형 전동모터의 자속의 설명도이다. 상기 도면은 하나의 톱니(3)에 대해서만 자속을 나타내고 있으며, 좌우 인접하는 톱니(3)에 대해서는 그 설명을 생략한다.

스테이터(1)에는 강판의 적층체를 갖는 원판 형상의 스테이터 요크(2) 및 각기 유사하게 스테이터 요크(2) 위에 방사형으로 배치된 강판의 적층체를 갖는 복수의 톱니(3)가 설치된다. 각 톱니(3)는 코일(도시하지 않음)로 감겨져 있다. 스테이터의 톱니(3)에 대향하여 원판 형상의 로터(도시하지 않음)가 배치된다. 이 로터에 톱니(3)의 상면으로부터 소정 간극을 두고 자석이 고정된다. 여기서, 원판 형상은 원형 및 평면 링형(도넛형)을 포함한다.

도시하지 않은 로터와 스테이터 사이에 자기회로가 형성되고, 자석의 N극으로부터 나오는 자속은 톱니(3)로부터 스테이터 요크(2)로 흐르며(화살표 A), 다른 톱니(3)를 지나서 자석의 S극으로 흐른다(도시하지 않음). 코일을 통전(通電)함으로써, 그 코일의 톱니가 여기되어 톱니의 상면에 대향하는 로터의 자석을 흡인 및 반발시킨다. 코일의 통전을 연속적으로 스위칭함으로써, 여기된 톱니가 연속적으로 이동되어 로터가 자석을 따라 회전된다.

이러한 축방향 간극형 모터에 따르면, 자석과 톱니의 대향면이 축방향과 수직이므로, 래디얼 갭형의 길이 보다 축방향의 길이가 짧게 된다. 출력을 증가시킬 경우에도, 축방향의 길이를 길게 하지 않고 간극을 통해 서로 대향하는 대향면을증가시킬 수 있으므로, 이러한 구성으로 인해 모터를 얇게 형성할 수 있다.

그러나, 상기에 설명한 축방향 간극형 전동모터에 따르면, 코일을 통전함으로써, 톱니(3)로부터 스테이터 요크(2)로 흐르는 자속은 로터측의 자석이 회전되기 때문에 그 방향 및 크기가 변화하며, 그 변화량에 따른 전자기유도에 의해, 소용돌이 형상의 유도전류 B가 스테이터 요크(2)의 내부에서 톱니(3)를 중심으로 그 주위에 흐른다(도 22). 유도전류 B는 줄열(Joule' heat)로 되어 에너지 손실을 발생시켜 모터효율이 저하된다.

열에 의한 에너지 손실은 낮은 출력의 경우에는 심각한 문제를 일으키지 않지만, 예컨대, 전동 이륜차에 큰 토크를 얻기 위해 강자석을 사용할 때, 그 손실은 현저하게 증가되며, 또한 온도상승속도가 증가되어 고온을 야기시킨다.

그러므로, 이러한 축방향 간극형 전동모터는 얇은 형태이고, 전동 이륜차의 차축 등에 장착하기에 바람직하다고 생각되지만, 높은 토크를 가지며 강자석을 사용하는 전동 이륜차의 경우에는 모터효율이 현저하게 저하되므로, 이 축방향 간극형 전동모터는 구동원으로 사용되지 않는다.

본 발명은 전동모터, 발전기 등을 구성하며, 차량의 구동원으로 사용될 때 회생 브레이크로서 모터와 발전기의 작용을 모두 이용하는 로터 및 스테이터를 가진 회전전기기계(rotating electric machine)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전동 이륜차의 측면도;

도 2는 도 1의 전동 이륜차의 뒷바퀴 부분의 도면;

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 스테이터의 주요부 구성의 사시도;

도 4는 본 발명의 실시형태의 작용 설명도;

도 5는 본 발명의 실시형태의 스테이터 요크의 평면도;

도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스테이터 요크의 평면도;

도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스테이터 요크의 평면도;

도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태의 형상 설명도;

도 9는 스테이터 요크의 단면도;

도 10은 슬릿의 형상예의 설명도;

도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 스테이터의 분해도;

도 12는 도 11의 스테이터의 전체 사시도;

도 13은 도 12의 스테이터를 조립한 전동모터의 전체 단면도;

도 14는 수지성형에 의해 밀봉된 본 발명의 실시형태의 설명도;

도 15는 본 발명의 다른 실시형태의 사시도;

도 16은 본 발명의 또 다른 실시형태의 사시도;

도 17은 도 15의 실시형태의 자속의 설명도;

도 18은 도 11의 실시형태의 자속의 설명도;

도 19는 본 발명의 다른 실시형태의 설명도;

도 20은 본 발명의 다른 실시형태의 설명도;

도 21은 본 발명의 다른 실시형태의 설명도;

도 22는 종래기술의 스테이터에 있어서의 유도전류의 설명도이다.

본 발명은 상기 종래기술을 고려하여 이루어진 것이며, 그 목적은 유도전류에 의한 에너지 손실을 감소시킴으로써, 강자석을 사용하는, 예컨대 높은 토크를 가진 구동원으로서 소형이고 높은 모터효율이 얻어지는 축방향 간극형 회전전기기계를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 회전축에 고정된 원판 형상의 로터측요크; 상기 로터측 요크에 대향하는 원판 형상의 스테이터측 요크; 상기 로터측 요크 또는 상기 스테이터측 요크 중 어느 하나의 대향면측에 고정된 자석; 상기 로터측 요크 또는 상기 스테이터측 요크 중 다른 하나의 대향면측에 상기 자석과 대향하여 방사형으로 배치되어 상기 요크에 고정된 복수의 톱니; 및 상기 복수의 톱니 각각의 주위에 감겨진 코일을 포함하는 축방향 간극형 회전전기기계에 있어서: 상기 톱니는 톱니용 판재의 적층체를 포함하며, 상기 톱니용 판재의 적층면은 원주방향으로 배치되는 축방향 간극형 회전전기기계를 제공한다.

이러한 구성에 의하면, 자석으로부터 톱니로 흐르는 자속에 의한 유도전류를 유효하게 감소시킬 수 있다. 이는 다음의 이유에 기초한다.

자석은 원판(도넛 형상)으로 이루어지므로, 톱니의 원주방향에 있어서, 톱니에 대향하지 않는 부분에도 자석이 존재한다. 그 자석으로부터 나오는 자속은 톱니의 대향면(상면)이 아닌 방사방향측의 측면(가로면)으로 들어간다(도 17, 도 18의 C). 그 측면이 톱니용 판재의 적층면측일 경우, 면내에 와전류가 형성되므로, 큰 유도전류가 흐르게 된다.

한편, 방사방향에 있어서 톱니에 대향하는 그 면으로부터 자석이 돌출되더라도, 그 양은 작으므로, 자석으로부터 나오는 자속(도 17, 도 18의 D)의 양도 작다. 그러므로, 이 면이 톱니용 판재의 적층면이더라도, 그 손실은 작다. 즉, 톱니에 대향하는 자석에는 톱니로의 실제 직사각형 대향면과 4변의 외주 가장자리의 돌출부가 형성된다. 4변의 돌출부는 방사방향의 내외 2변과 원주방향의 좌우 2변의 4변이다. 이 중에서도, 원주방향의 돌출부가 방사방향의 돌출부 보다 크기 때문에, 원주방향으로부터 자속에 대향하여 각각의 톱니용 판재의 측면(판두께를 나타내는 면)을 배치함으로써, 와전류가 형성되기 어렵게 되어, 유도전류를 감소시킬 수 있다.

즉, 방사방향의 돌출부가 원주방향의 돌출부 보다 작기 때문에, 이 부분의 자속을 톱니용 판재의 적층면측으로 형성함으로써 유도전류를 감소시킬 수 있다.

또한, 자석으로부터 나오는 거의 모든 자속은 톱니의 상면을 지나서 톱니로 들어가고, 돌출부로부터의 자속은 작다.

바람직한 구성예는 상기 요크에 형성된 상기 톱니를 고정하기 위한 고정구멍이 길이방향을 갖는 형상으로 형성되고, 상기 길이방향을 방사방향으로 한 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 각 톱니용 판재의 측면이 보이는 면(와전류가 흐르기 어려운 면)이 길이방향으로 배치되고, 이 면은 큰 자속을 갖는 측에 배치되므로, 유도전류를 유효하게 감소시킬 수 있다.

바람직한 구성예는 상기 고정구멍이 직사각형인 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 일정한 형상을 갖는 톱니용 판재를 적층함으로써 톱니를 형성할 수 있다.

바람직한 구성예는 톱니의 적층면측과 스테이터 요크의 고정구멍 사이에 자기저항부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 와전류가 형성되기 쉬운 톱니용 판재의 적층면측과 고정구멍 사이에, 예컨대 공간을 형성하여 자기저항을 증가시킴으로써, 이 면을 지나가는 자속이 감소되어 유도전류가 감소된다.

바람직한 구성예는 상기 각 톱니용 판재의 판두께를 나타내는 측면과 상기 스테이터 요크의 상기 고정구멍 사이에 유도전류에 대한 저항부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 유도전류를 유효하게 감소시킬 수 있다. 즉, 통상 고정구멍에 압입된 적층된 톱니의 압입면이 밀착되어, 전류가 흐르기 쉬우므로, 적층된 톱니용 판재 사이에 와전류가 흐르게 된다. 본 발명에 따르면, 이 압입 밀착면에 공간 또는 절연재 등을 형성함으로써 전기저항을 높여서 유도전류를 감소시킨다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 축방향 간극형 전동모터가 적용되는 전동 이륜차의 측면도이다.

전동 이륜차(10)는 메인프레임(4)의 선단에 고정 부착된 헤드파이프(5)에 삽입된 핸들(6)의 스티어링 축(도시하지 않음)이 장착되고, 거기에 연결된 프론트포크(7; front fork)를 통해 앞바퀴(8)를 지지한다. 차체의 중앙부에 안장(9)이 설치되고, 안장의 하측의 메인프레임(4)에 배터리(110)가 고정된다. 메인프레임(4)의 중앙부로부터 후방으로 댐퍼(14)를 통해 스윙 암(13;swing arm)이 피벗(12)에 의해요동가능하게 지지된다. 스윙 암(13)상의 후단부에 모터 케이스(16)가 일체로 형성된다. 모터 케이스(16)의 내부에 뒷바퀴(15)의 차축(도시하지 않음)을 따라 그 차축과 동축으로 후술하는 본 발명에 따른 축방향 간극형 전동모터가 장착된다.

도 2는 전동 이륜차의 뒷바퀴 부분의 주요부의 도면이다.

뒷바퀴(15)의 타이어(15a)는 차축(17)에 고정된 휠(18; wheel)에 장착된다. 스윙 암(13)과 일체의 모터 케이스(16)의 내부에 축방향 간극형 전동모터(19)가 장착된다. 이 전동모터(19)는 로터축(20), 로터축(20)에 고정된 로터 요크(21), 로터 요크(21)에 고정된 자석(22), 모터 케이스(16)에 고정된 스테이터 요크(23), 자석(22)과 대향하여 방사형으로 배치되어 스테이터 요크(23)에 고정된 복수의 톱니(24), 및 각각의 톱니(24)) 주위에 감겨진 코일(25)로 구성된다.

로터축(20)의 일단부는 베어링(26)을 통해 모터 케이스(16)에 의해 회전가능하게 지지되고, 그 타단부는 축지지체(27)를 통해 차축(17)에 의해 회전가능하게 지지된다. 로터축(20)은 유성기구(28)를 통해 차축(17)에 연결된다. 유성기구(28) 자체는 공지의 것이며, 원통형 하우징(29), 하우징(29)의 내면에 설치된 링기어(30), 로터축(20)에 설치된 선기어(31; sun gear), 선기어(31) 및 링기어(30)에 맞물림으로써 자전 및 공정하는 유성기어(32), 유성기어(32)를 지지하는 캐리어(33) 및 캐리어(33)를 지지하는 차축(17)과 일체의 캐리어 지지판(34)로 구성된다. 차축(17)은 베어링(35)을 통해 하우징(29)에 회전가능하게 부착된다.

도 3은 본 발명에 따른 축방향 간극형 전동모터의 스테이터 부분의 주요부의 도면이다.

각기 강판의 적층체를 가지는 복수의 톱니(24)가 강판의 적층체를 가지는 원판형상(도넛형상)의 스테이터 요크(23) 위에 방사형으로 배치되고, 예컨대, 거기에 압입 고정된다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 후술하는 바와 같이, 스테이터 요크(23)는 강판을 (이 예에서는 도 3에 나타낸 바와 같이 도넛 형상으로) 펀칭함으로써 구성된 요크용 판재(123)를 적층함으로써 형성된다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 톱니(24)는 강판을 펀칭함으로써 구성된 톱니용 판재(124)를 적층함으로써 형성된다.

톱니용 판재(124)는 앞뒤의 판면(124a)을 겹쳐서 적층된다. 강판의 판두께에 상당하는 측면(124b)이 적층체인 톱니(24)의 측면에 노출된다. 이 예에서는, 적층방향은 반경방향(방사방향)이며, 적층면으로 되는 판면(124a)의 방향이 원주방향이 되도록 톱니(24)가 요크(23)에 압입 고정된다.

각각의 톱니(24)에 코일(25)(도 2)이 감겨진다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상술한 바와 같이, 원판 형상의 로터 요크(21)에 고정된 자석(22)은 소정 간극을 두고 톱니(24)에 대향하여 배치된다. 실시형태에 따르면, 각각의 톱니(24)의 외주면에 스테이터 요크(23)를 절단함으로써 슬릿(36)이 형성된다.

도 4는 스테이터 요크에 형성된 슬릿의 작용 설명도이다.

각각의 톱니(24)에 감겨진 코일(도시하지 않음)을 통전함으로써, 코일의 톱니(24)가 여기되어 톱니의 상면에 대향하는 로터(도시하지 않음)의 자석을 흡인 및 반발시킨다. 여기된 코일을 연속적으로 스위칭함으로써, 로터는 자석을 연속적으로 흡인 및 반발함으로써 회전된다. 이 경우, 자석측으로부터 톱니(24)로 자속이 흐르게 되고, 자석, 소정 톱니(24) 및 스테이터 요크(23)를 지나서 자로가 형성된다. 자로를 형성하는 자속은 소정 톱니(24)로부터 화살표 A로 나타낸 바와 같이 스테이터 요크(23)를 지나서 흐르게 된다. 도 17을 참조하여 설명한 바와 같이, 톱니(24) 주위의 스테이터 요크(23) 내부에 유도전류가 발생된다(도면의 점선의 위치). 그러나, 본 실시형태에 따르면, 각각의 톱니(24)의 근원부의 압입부의 외주측의 스테이터 요크(23)에 절연층으로 되는 슬릿(36)이 형성되므로, 유도전류가 차단되어 실질적으로 유도전류가 흐르지 않는다.

즉, 슬릿(36)이 유도전류에 대한 저항부를 구성하며, 유도전류는 차단 또는 감소된다. 이러한 저항부는 가느다란 간격을 갖는 슬릿에 한정되지 않으며, 거의 간격이 없는 절단부 또는 다른 형상을 갖는 구멍 등의 공간부에 의해 형성되어도 좋다. 또한, 절연막을 사이에 끼워도 좋으며, 거기에 수지 등의 절연제를 충전하여도 좋다. 또는, 유도전류가 흐르는 부분을 화학처리, 레이저처리 등의 처리에 의해 변성시킴으로써 절연성을 부여하여 유도전류를 감소시켜도 좋다.

도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 스테이터 요크의 평면도이다.

링형상의 스테이터 요크(23)에 복수의 톱니압입구멍(37)이 관통하여 형성된다. 각각의 압입구멍(37)의 외주측으로 개방된 슬릿(36)이 스테이터 요크(23)를 절단하여 형성된다.

압입구멍(37)은 톱니의 일부[도 11의 압입부(24a)]를 요크에 대해 삽입하여 고정하기 위한 고정부이다. 이 고정부는 후술하는 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 요크(23)를 판두께방향으로 관통하는 구멍이어도 좋으며, 또는 도 9의 (C)에 나타낸 바와 같이, 관통하지 않고 그 중간까지 구멍을 형성한 오목부이어도 좋다.

도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스테이터 요크의 평면도이다.

이 실시형태에서는 스테이터 요크(23)에 형성된 각각의 톱니압입구멍(37)의 내주측을 절단함으로써 슬릿(36)을 형성한다. 이와 같이 각각의 톱니압입구멍(37)의 내주측을 절단하여도, 도 5의 예와 마찬가지로, 유도전류를 차단할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스테이터 요크의 평면도이다.

이 실시형태에서는 인접하는 톱니압입구멍(37)의 방사방향의 중앙부를 관통함으로써 원호형상 또는 직선형상의 슬릿(36)을 형성한다. 이와 같이, 스테이터 요크(23)의 원주방향(방사방향과 수직방향)을 따라 슬릿(36)이 형성된다. 슬릿(36)에 의해, 톱니로 고정된 압입구멍의 주위에 형성된 유도전류를 차단 또는 감소시킬 수 있다.

이 경우, 전기각으로 360°를 이루는 1세트의 톱니(24)를 연결하여 슬릿(36)을 형성함으로써 유도전류의 발생을 유효하게 억제할 수 있다. 도 7의 예는 18슬롯 및 12극을 갖는 모터에 있어서 인접하는 3개의 톱니(24)(U상, V상, W상)에 의해 360°의 전기각을 형성한 예이며, 인접하는 3개의 톱니압입구멍(37)마다 각각의 톱니압입구멍(37)의 방사방향의 중앙부를 연결함으로써 슬릿(36)이 형성된다. 또한, 슬릿(36)의 위치는 중앙부 이외이어도 좋다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태의 형상의 설명도이다.

이 실시형태에서는 슬릿(36)을 톱니압입구멍(37)에 개방하지 않고 슬릿(36)을 톱니압입구멍 앞까지 절단하여 톱니압입구멍(37)의 둘레 가장자리가 연속한 상태로 되도록 슬릿의 단부에 연결부(136)를 형성한다. 이것에 의해, 유도전류를 감소시킬 뿐만 아니라, 슬릿(36)을 형성함으로써 스테이터 요크의 변형 및 톱니의 압입유지력의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 도면의 예는 톱니의 외주측에 슬릿(36)을 형성한 도 5의 실시형태로의 적용예를 나타내고 있지만, 도 6 및 도 7의 예에 대해서도 마찬가지로, 톱니압입구멍(37)에 대해 개방하지 않고, 톱니압입구멍(37)의 둘레 가장자리가 연속한 상태로 슬릿(36)을 형성하여도 좋다.

도 9는 도 8의 요크(23)의 X-X선에 따른 단면도이다.

도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 스테이터 요크(23)는 요크용 판재(123)의 적층체이고, 압입구멍(37)과 슬릿(36)의 사이에 연결부(136)가 형성된다.

도 9의 (B)는 도 9의 (A)의 변형예이며, 슬릿(36)이 요크(23)의 판두께방향으로 관통하지 않고 그 중간까지 형성된 예이다. 이 예에서는, 가장 낮은 요크용 판재(123)에 슬릿용 개구가 형성되어 있지 않다. 이와 같이, 연결부(136)를 따라 요크의 판두께방향으로도 슬릿이 형성되지 않는 부분을 형성함으로써, 요크의 변형방지효과가 크게 된다.

도 9의 (C)는 압입구멍(37)이 요크(23)의 판두께방향으로 관통하지 않고 그 중간까지 형성된 오목형상의 압입구멍(37)을 나타낸다. 이 예에서는, 가장 낮은 요크용 판재(113)에 압입구멍(37)이 형성되어 있지 않다.

도 10의 (A)∼(G)는 본 발명에 따른 유도전류에 대한 저항부의 형상의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.

도 10의 (A)는 압입구멍(37)의 내주측 및 외주측에 대해 교대로 슬릿(36)을형성한 것이다. 슬릿(36)을 압입구멍(37)의 모든 내주측 및 외주측에 대해 교대로 형성하지 않고 그 복수개 마다 교대로 형성하여도 좋다.

도 10의 (B)는 외주측(또는 내주측)에 2개의 슬릿(36)을 역방향으로부터 형성한 것이다. 이와 같이 슬릿의 한쪽 단부를 개방하지 않고 폐쇄하여 연결된 상태로 2개(또는 그 이상)의 슬릿을 미로 형상으로 배치함으로써, 도 8의 예와 마찬가지로, 요크의 강도가 유지될 뿐만 아니라, 유도전류에 대한 저항이 증가되고 유도전류의 감소효과가 크게 된다.

도 10의 (C)에 있어서, 방사방향의 슬릿(36)의 양단부를 개방하지 않고 폐쇄하여 연결한다. 즉, 도 8의 예에서 요크(23)의 외주 가장자리측에 대해서도, 슬릿(36)의 단부가 내주측과 마찬가지로 연결되어 있다.

도 10의 (D)에 있어서, 방사방향의 슬릿(36)이 경사방향으로 경사져 있다. 슬릿(36)은 구부러져 있어도 좋다.

도 10의 (E)에 있어서, 인접하는 압입구멍(37) 사이에, 복수(이 예에서는 3개)의 슬릿(36)이 도 10의 (B)와 마찬가지로 미로 형상으로 원주방향으로 형성된다.

도 10의 (F)에 있어서, 인접하는 압입구멍(37) 사이에, 도 10의 (C)와 마찬가지로 그 양단을 폐쇄함으로써 연속되는 슬릿(36)이 원주방향으로 형성된다.

도 10의 (G)에 있어서, 슬릿(36) 대신에 원형의 구멍(36')을 압입구멍(37)의 내주측 및 외주측에 형성함으로써 유도전류에 대한 저항부가 구성된다. 저항부[구멍(36')]의 형상, 위치 및 개수는 도면의 예에 한정되지 않는다.

도 11은 본 발명에 따른 스테이터의 분해도이다.

이 예에 따르면, 도 5의 실시형태에 따른 스테이터를 나타낸다. 톱니압입구멍(37)의 외주측에 슬릿(36)이 형성된 스테이터 요크(23)는, 강판으로 이루어진 요크용 판재(123)의 적층체이다. 스테이터 요크(23)의 각 톱니압입구멍(37)의 위치에 장착된 절연재로 이루어진 보빈(절연체)(38) 및 보빈 플랜지(39)를 지남으로써, 스테이터 요크(23)에 강판으로 이루어진 톱니용 판재(124)의 적층체인 톱니(24)가 삽입된다. 톱니(24)는 그 하단의 압입부(24a)를 톱니압입구멍(37)에 압입함으로써 고정 유지된다. 보빈(38)을 통해 톱니(24)에 코일(25)이 감겨진다.

도 12는 본 발명에 따른 스테이터의 전체 사시도이다.

상술한 도 11에 나타낸 바와 같이, 보빈(38)을 통해 코일(25)이 감겨진 톱니(24)가 링형상 스테이터 요크(23) 위에 방사형으로 배치되어 압입되어 고정 유지된다. 그리하여, 스테이터(1)가 형성된다. 이 예에 따르면, 각 스테이터(24)의 외주측의 스테이터 요크(23)에 슬릿(36)이 형성된다.

도 13은 도 12의 스테이터를 조립한 전동모터의 전체 단면도이다.

모터 전체를 둘러싸는 모터 케이스(40)는 원판형상의 프론트커버(41)와 리어커버(42) 및 원통형상의 사이드커버(43)로 구성된다. 프론트커버(41)에는 상술한 본 발명의 슬릿(36)이 형성된 스테이터 요크(23)가 고정된다. 로터축(20)의 일단부가 베어링(26)을 통해 프론트커버(41)에 회전가능하게 장착된다. 로터축(20)의 타단부 근방이 베이링(44)을 통해 리어커버(42)에 회전가능하게 지지된다. 로터축(20)에 로터 요크(21)가 고정된다. 로터 요크(21)에 자석(22)이 고정된다.스테이터 요크(23)에 압입된 톱니(24)는 소정 간극(G)을 통해 자석(22)과 대향하여 배치된다.

도 14는 수지성형에 의해 밀봉된 스테이터를 나타낸다. 도 14의 (A)는 평면도이고, 도 14의 (B)는 단면도이다.

요크(23)에 복수의 톱니(24)가 링형상으로 장착되고, 각 톱니(24)에 보빈(38)을 통해 코일(25)이 감겨진다. 이와 같은 요크(23)와 톱니(24)로 이루어진 스테이터(1)는 거의 전체가 수지재(131)로 성형되어 밀봉된다. 수지성형체의 하면측 및 기판부착부(132)에는 위치결정용 보스(130, 134)가 형성된다. 도면부호 135는 기판부착용 나사구멍이다. 수지성형체의 둘레 가장자리부에는 부착구멍(136)이 형성되어 칼라(137)가 장착된다.

이와 같이 스테이터(1)를 수지성형에 의해 밀봉함으로써, 코일 등이 장착된 톱니(24)가 요크(23)에 의해 확실히 고정 유지된다. 또한, 유도전류를 감소시키기 위해 상술한 각종 슬릿(36) 등이 형성된 경우, 톱니압입시에 요크가 변형되기 쉽지만, 요크가 변형되더라도, 요크의 성형시, 요크를 다이(die)에 의해 교정한 상태로 설정할 수 있고, 높은 치수 정확도의 변형되지 않은 형상으로 스테이터를 성형할 수 있다.

이와 같이 변형을 교정할 때, 요크를 교정하기 위해 다이에 설치된 유지핀의 마크(138)가 수지성형의 성형체(131)에 형성된다. 이 예에서는, 유지핀의 마크(138)가 각각의 톱니(23)사이의 요크 상에 형성되고, 이 부분에는 수지가 없으므로 요크표면이 노출된다. 유지핀의 마크(138)는 스테이터(1)의 이면측에도 형성된다.

도 15는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 톱니의 사시도이다.

이 실시형태에 따르면, 톱니(24)의 적층방향이 변경된다. 즉, 도 15의 예에 따르면, 적층체의 톱니(24)를 구성하는 각 톱니용 판재(124)의 적층면으로 되는 판면(124a)[1매마다의 판재(124)에 대한 표리면 모두를 말함]을 스테이터 요크(23)의 방사방향으로 한다. 톱니용 판재(124)의 측면(124b)(강판의 판두께를 나타내는 면)은 스테이터 요크(23)의 원주방향으로 배치된다.

이와 같이 각각의 톱니용 판재(124)의 적층면으로 되는 판면(124a)을 방사방향으로 하더라도, 상술한 판면(124a)을 원주방향으로 한 예(도 11)와 마찬가지로, 슬릿(36)에 의한 유도전류 감소효과가 충분히 얻어진다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시형태의 사시도이다.

이 실시형태에 따르면, 스테이터 요크(23)에 압입된 톱니(24)의 내주측 및 외주측(내주측만 나타냄)의 압입부에 간극(45)이 형성된다. 또한, 이 예에 따르면, 톱니(24)의 압입부의 직사각형 단면이 긴변을 방사방향으로, 짧은변을 원주방향으로 하고 있다. 이 경우, 짧은변측에 톱니용 판재(124)의 적층면으로 되는 판면(124a)이 배치되고, 긴변측에 톱니용 판재(124)의 측면(124b)(판두께를 나타내는 면)이 배치된다. 그러므로, 간극(45)은 톱니(24)의 적층면으로 되는 판면(124a)측이고 또한 직사각형의 짧은변측에 형성된다. 간극(45)은 요크(23)에 형성된 톱니압입구멍(37)을 노치(notch)함으로써 형성된다.

이 간극(45)에 의해, 원주방향으로 배치된 짧은변측의 판면(124a)을 지나는자속이 감소되고, 자속에 기초한 유도전류가 감소되어 에너지손실이 더욱 경감된다. 또한, 각 판재(124)의 측면(124b)을 긴변측에 배치함으로써, 적층 경계면의 저항에 의해 긴변측에 발생되는 큰 유도전류를 유효하게 감소시킬 수 있다.

도 17은 상술한 도 15에 나타낸 톱니(24)의 각 톱니용 판재(124)의 판면(124a)을 방사방향으로 하고, 판재를 원주방향으로 적층하고, 압입부의 긴변측을 판면(124a)으로 한 경우의 자속의 흐름의 설명도이다.

톱니(124)의 상면측에 자석(도시하지 않음)이 대향하여 배치된다. 이 자석으로부터 톱니의 상면으로 자속(도시하지 않음)이 흐르고, 이 상면으로부터 흐르는 자속 이외에도 톱니의 상부의 측면으로부터 자속 C 및 자속 D가 흐른다. 이 경우, 톱니(24)의 적층면인 판면(124a)측으로부터 흐르는 자속 C는 판두께를 나타내는 면인 톱니용 판재(124)의 측면(124b)측으로부터 흐르는 자속 D 보다 크다. 판면(124a)에서는 면내에 와전류가 흐르기 때문에, 각 판재(124)의 면내의 자속 C에 기초하여 비교적 큰 유도전류 E가 발생된다.

또한, 톱니(24)로부터 스테이터 요크(23)측으로 나오는 자속에 대해서는, 직사각형 단면을 가지는 압입부의 긴변측으로부터 큰 자속 F가 흐르고, 짧은변측으로부터 작은 자속 G가 흐른다. 출구측의 자속에 있어서도, 각 강판의 면내에 긴변측의 큰 자속에 기초하여 비교적 큰 유도전류 H가 발생된다.

그러므로, 톱니(24)의 적층면인 판면(124a)을 방사방향으로 함으로써 직사각형 단면을 가지는 압입부의 긴변측을 판면(124a)으로 한 구성에 따르면, 상술한 도면 22에 나타낸 톱니(24)의 주위 전체에 흐르는 유도전류 B는 슬릿(36)에 의해 유효하게 차단되지만, 상기 톱니(24)의 가로면과 직각방향의 자속에 의한 유도전류 E, H는 각 톱니용 판재(124)의 면내에 흐르므로, 이로 인한 에너지손실이 발생한다.

도 18은 상술한 도 11 및 도 16에 나타낸 톱니(24)의 톱니용 판재(124)의 적층면인 판면(124a)을 원주방향으로 하고, 이것과 직교하는 압입부의 긴변측을 각 판재(124)의 판두께를 나타내는 측면(124b)으로 한 경우의 자속의 흐름의 설명도이다.

상술한 도 17의 예와 마찬가지로, 톱니(24)의 상면측에 자석(도시하지 않음)이 대향하여 배치된다. 이 자석으로부터 톱니 상면으로 자속(도시하지 않음)이 흐르고, 이 상면으로부터 흐르는 자속 이외에도 톱니의 상부의 가로면으로부터 자속 C 및 자속 D가 흐른다. 이 경우, 톱니(24)의 판재(124)의 측면(124b)측의 가로면으로부터 흐르는 자속 C는 적층면인 판면(124a)측의 가로면으로부터 흐르는 자속 D 보다 크다.

도 18의 톱니(24)의 경우에 있어서, 판면(124a)이 원주방향이기 때문에, 각 판재(124)의 면내에 자속 D에 기초하여 유도전류 J가 발생하지만, 자속 D가 작기 때문에 이 유도전류 J는 작다.

또한, 톱니(24)로부터 스테이터 요크(23)측으로 나오는 자속에 대해서도, 상술한 도 17의 예와 마찬가지로, 직사각형 단면을 가지는 압입부의 긴변측으로부터 큰 자속 F가 흐르고, 짧은변측으로부터 작은 자속 G가 흐른다. 출구측의 자속에 대해서도, 도 18의 예에 따르면, 톱니(24)의 판면(124a)이 짧은변측이기 때문에, 강판 면내에 짧은변측의 자속 G에 기초하여 유도전류 K가 발생하지만, 자속 G가 작기 때문에 이 유도전류 K는 작다.

그러므로, 도 18에 나타낸 바와 같이, 톱니(24)의 각 톱니용 판재(124)의 판두께를 나타내는 측면(124b)측의 면을 방사방향으로 하고, 이 면을 직사각형 단면의 압입부의 긴변측에 배치함으로써, 톱니의 가로면을 통해 톱니로 들어가는 자속에 의한 유도전류를 감소시킴으로써 에너지손실을 경감할 수 있다.

도 19의 (A)∼(E)는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 톱니압입구멍의 형상 설명도이다.

도 19의 (A)는 종래의 구조를 나타내며, 스테이터 요크(23)의 압입구멍(37)에 강판의 적층체를 갖는 톱니(24)가 압입되어 있다. 이 구조에 따르면, 상술한 바와 같이 유도전류 B가 발생한다. 유도전류 B는 도 19의 (B)에 나타낸 바와 같이 슬릿(36)을 형성함으로써 차단된다. 그러나, 톱니(24)의 톱니용 판재(124)의 측면(124b)측의 면(도 11, 도 16 참조)이 요크(23)의 압입구멍(37)의 내면에 가압 접촉(저저항으로 접촉)할 때, 도 19의 (C)에 나타낸 바와 같이, 이 가압접촉면을 통해 슬릿(36)을 우회하는 유도전류 Y가 흐른다. 본 실시형태에 따르면, 도 19의 (D)에 나타낸 바와 같이, 톱니(24)의 각각의 측면에 예컨대 긴변의 길이의 반 길이의 간극(46)(또는 절연막)에 의한 절연층을 서로 그 위치를 옮김으로써 형성한다. 이것에 의해, 각각의 판재(124)를 통한 유도전류 Y가 긴변의 전체길이에 걸쳐서 차단된다. 간극(46)은 도 19의 (E)에 나타낸 바와 같이 압입구멍(37)의 양측의 긴변의 전체길이(또는 한쪽만의 긴변의 전체길이)를 따라서 형성되어도 좋다.

도 19의 (E)의 경우, 도 20에 나타낸 바와 같이, 간극(46)을 요크(23)의 두께방향 전체에 걸쳐서 형성하지 않고, 또한 간극(46)을 몇개의 하부 판의 요크용 판재(123)에 형성하지 않음으로써, 몇개의 하부 판의 판재(123)에 의해 톱니(24)의 압입부(24a)를 압입구멍(37)내에 확실히 고정 유지할 수 있다. 도 19의 (D)의 경우에도, 이와 같이 몇개의 하부 판의 요크용 판재(123)에 간극(46)을 형성하지 않음으로써 톱니(24)의 고정유지력을 높여도 좋다.

이 간극(46)은 유도전류를 차단하기 위한 것이며, 따라서, 본 실시형태는 공간이 있는 간극에 한정되지 않으며, 전기적 절연부재를 설치하여도 좋다. 즉, 유도전류에 대한 저항부로 구성하여도 좋다.

도 20은 상기 압입부에 형성된 저항부[간극(46)]의 형성예를 나타낸다. 도 20의 (A)에 있어서, 톱니(24)의 하단부에 형성된 폭이 좁은 압입부(24a)의 양측에 간극(46)이 형성되어 있다. 도 20의 (B)에 있어서, 톱니(24)의 하부 전체가 하부의 압입부(24a)를 포함하는 동일 폭를 가진 형상으로 형성되고, 요크(23)측의 압입부(24a)의 양측에 간극(46)이 형성되어 있다. 도 20의 (C)에 있어서, 톱니(24)의 하단부의 폭을 넓게함으로써 압입부(24a)가 형성되고, 요크(23)측의 압입부(37)는 동일한 관통구멍으로 하여 압입부(24a)의 상측에 간극(46)이 형성되어 있다. 또한, 어느 경우에서도, 톱니(24)의 한쪽에만 간극(46)이 형성되어도 좋다.

도 21은 본 발명의 다른 실시형태를 나타낸다.

본 실시형태에 따르면, 톱니(24)의 형상은 상술한 실시형태와 달리 직사각형이 아닌 사다리꼴이다. 이 사다리꼴은 외주측에 긴변을 가지며 내주측에 짧은변을가지며, 그 길이방향을 방사방향으로 한 가느다란 사다리꼴이다. 이와 같이 톱니(24)를 사다리꼴로 함으로써, 직사각형인 경우에 비해, 인접하는 톱니(24)의 외주측의 간격 W를 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 톱니 상면에 대향하는 자석(도시하지 않음)으로부터 톱니 상면을 지나서 그 내부로 들어가는 자속을 크게 하고, 가로면으로부터 돌출된 부분의 자속을 작게 하여 유도전류를 감소시킬 수 있다.

이와 같은 사다리꼴 톱니(24)는 적층되는 톱니용 판재(124)의 형상을 그 폭이 점점 좁아지도록 변화시킴으로써 형성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 톱니용 판재의 적층체로 이루어진 톱니 각각의 톱니용 판재의 적층면을 원주방향으로 배치함으로써, 자석으로부터 톱니로 흐르는 자속에 의한 유도전류를 유효하게 감소시킬 수 있다.

이 경우, 요크에 형성된 톱니를 고정하기 위한 고정구멍은 길이방향을 가지는 형상으로 형성되고, 그 길이방향을 방사방향으로 한 구성에 의하면, 각각의 톱니용 판재의 측면이 보이는 면(와전류가 흐르기 어려운 면)을 길이방향으로 배치하고, 이 면을 자속이 큰 측에 배치하기 때문에, 유도전류를 효율적으로 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 고정구멍을 직사각형으로 형성한 구성에 의하면, 일정한 형상을 가진 톱니용 판재를 적층하여 톱니를 형성할 수 있다.

또한, 톱니의 적층면측과 스테이터 요크의 고정구멍 사이에 자기저항부를 형성한 구성에 의하면, 와전류가 형성되기 쉬운 톱니용 판재의 적층면측과 고정구멍의 사이에, 예컨대 공간을 형성하여 자기저항을 높임으로써, 이 면을 지나는 자속이 작게 되어 유도전류가 감소된다.

또한, 각각의 톱니용 판재의 판두께를 나타내는 측면과 스테이터 요크의 고정구멍 사이에 유도전류에 대한 저항부를 형성한 구성에 의하면, 유도전류를 유효하게 감소시킬 수 있다. 즉, 통상 고정구멍에 압입된 적층 톱니압입면이 밀착되어 전류가 흐르기 쉽기 때문에, 적층된 톱니용 판재 사이에 와전류가 흐르지만, 이 압입밀착면에 공간 또는 절연재 등을 형성하여 전기저항을 높임으로써 유도전류를 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 회전축에 고정된 원판 형상의 로터측 요크;

   상기 로터측 요크에 대향하는 원판 형상의 스테이터측 요크;

   상기 로터측 요크 또는 상기 스테이터측 요크 중 어느 하나의 대향면측에 고정된 자석;

   상기 로터측 요크 또는 상기 스테이터측 요크 중 다른 하나의 대향면측에 상기 자석과 대향하여 방사형으로 배치되어 상기 요크에 고정된 복수의 톱니; 및

   상기 복수의 톱니 각각의 주위에 감겨진 코일을 포함하는 축방향 간극형 회전전기기계에 있어서:

   상기 톱니는 톱니용 판재의 적층체를 포함하며, 상기 톱니용 판재의 적층면은 원주방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 축방향 간극형 회전전기기계.
2. 제1항에 있어서,

   상기 요크에 형성된 상기 톱니를 고정하기 위한 고정구멍이 길이방향을 갖는 형상으로 형성되고, 상기 길이방향을 방사방향으로 한 것을 특징으로 하는 축방향 간극형 회전전기기계.
3. 제2항에 있어서,

   상기 고정구멍은 직사각형인 것을 특징으로 하는 축방향 간극형 회전전기기계.
4. 제1항에 있어서,

   상기 톱니의 적층면측과 상기 스테이터 요크의 상기 고정구멍 사이에 자기저항부가 형성되는 것을 특징으로 하는 축방향 간극형 회전전기기계.
5. 제1항에 있어서,

   상기 각 톱니용 판재의 판두께를 나타내는 측면과 상기 스테이터 요크의 상기 고정구멍 사이에 유도전류에 대한 저항부가 형성되는 것을 특징으로 하는 축방향 간극형 회전전기기계.