KR20040105698A - 전동발전기 - Google Patents

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KR20040105698A
KR20040105698A KR10-2004-7010448A KR20047010448A KR20040105698A KR 20040105698 A KR20040105698 A KR 20040105698A KR 20047010448 A KR20047010448 A KR 20047010448A KR 20040105698 A KR20040105698 A KR 20040105698A
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KR
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winding
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rotor
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group
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KR10-2004-7010448A
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Inventor
가도야나오유키
곤도야스히로
다마키사토시
Original Assignee
마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

영구자석매립형 집중감김 전동발전기에 있어서, 기계적ㆍ전기적으로 독립된 제 1 및 제 2 권선군(4, 5) 중, 제 1 권선군(4)을 감은 복수의 제 1 톱니(2)를, 예를 들면 3개의 그룹(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)으로 나누고, 동일한 그룸(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ) 내에서 이웃하는 제 1 톱니(2)의 권선의 감김방향을 서로 반대방향으로 하였다. 그리고, 각 그룹(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ) 사이에 제 1 권선군(4)의 권선사양과는 상이한 권선사양의 제 2 권선군(5)을 감은 제 2 톱니(3)를 하나씩 설치하였다. 이로 인하여, 제 1 권선군(4)에서의 발전전압과 제 2 권선군(5)에서의 발전전압을 상이한 크기로 할 수 있으므로, 두 종류의 전위를 단체로 충전할 수 있는 공간절약 및 낮은 비용의 구성을 실현할 수 있는 것과 함께, 역기전압파형의 변형이 저감되어 철손을 줄일 수 있고, 모터의 효율을 높일 수 있어, 두 종류의 전위의 전원을 효율적으로 충전하는 것이 가능하게 된다.

Description

전동발전기{MOTOR GENERATOR}
종래, 엔진과 전기모터를 구동부로 하는 하이브리드 전기자동차에는 전기모터를 구동하기 위한 고전압계 배터리와, 램프, 오디오 등의 보조기기용 저전압계 배터리의 두 종류를 구비하고 있다. 차량에 탑재되는 배터리는 유지보수를 고려하여, 배터리의 충전은 차량에 탑재된 전동발전기로 충전하는 구성을 채용하고 있다.
도 16에 종래의 하이브리드 전기자동차의 구성을 나타낸다. 8은 엔진, 9는 전기모터로, 동력전환기구(10)를 통해 타이어에 엔진이나 전기모터, 또는 엔진과 전기모터 양쪽의 동력을 전달하고 있다. 전기모터(9)는 고전압 배터리(70)로부터 전력변환장치(30)를 통해 제어된다. 80은 교류발전기로 엔진회전에 의해 저전압 배터리(90)를 충전하는 시스템 구성을 취하고 있다. 고전압 배터리의 충전은 전기모터(9)를 발전기로서 동작시켜서, 전력변환장치(30)를 통해 고전압 배터리(70)를 충전하는 구조를 채용하고 있다.
또, 도 17은 다른 종래의 하이브리드 전기자동차의 구성도이다. 도 16과 다른 점은 저전압 배터리(90)를 충전하기 위해서는, 교류발전기(80)가 아니라, 고전압 배터리(70)로부터 DC-DC 변환기(100)를 통해 충전하는 구성을 취하고 있는 점이다(「TOYOTA ESTIMA HYBRID 신형차 해설서 제품번호 61994」, 토요타 자동차 주식회사 서비스부, 2001년 6월 발행, p0-9, p1-31 참조).
또, 전동발전기에 관해서는, 계자권선방식의 전동발전기가 많이 제안되어 있고, 고전압계 배터리에 접속되는 권선과 저전압계 배터리에 접속되는 권선의 2개의 권선을 가진 것이 알려져 있다(일본 특허공개 평6-105512호 공보(제 1페이지, 제 3페이지, 도 1) 참조).
상술한 바와 같은 종래의 전기자동차 구동시스템의 경우, 메인의 고압계와 보조기기용 저압계의 전동발전기를 두 종류 구비하거나, 또는 한 종류의 전동발전기에 DC/DC 변환기를 별도로 구비할 필요가 있다. 따라서, 설치공간이 넓어지고 비용이 높아진다는 문제점이 있다.
또, 계자권선방식에서 2권선으로 구성한 경우, 차량의 동력용으로 하여 권선을 감은 경우, 전동발전기의 규격이 매우 커져 차량에 탑재할 수 없다는 문제점이 있다. 또, 계자권선방식이기 때문에, 각각의 권선을 동시에 제어하기가 어렵다는 문제점도 있었다.
그래서, 본 발명은 자석계자방식으로 두 종류의 전동발전기를 일체화하여, 공간절약 및 저비용의 전기자동차 구동시스템을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 PEV(Pure Electric Vehicle : 순수 전기자동차)나, HEV(Hybrid Electric Vehicle : 하이브리드 전기자동차), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle : 연료전지 자동차) 등의 전기자동차에 적합한 전동발전기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에서의 전동발전기 주요부를 설명하기 위한 주요부 개략단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에서의 권선의 감김방향을 설명하기 위한 개략전개도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에서의 각 권선군끼리의 결선상태를 나타내는 결선도.
도 4는 톱니수의 조합의 일례를 나타내는 전동발전기의 주요부 개략단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에서의 전동발전기 주요부를 설명하기 위한 주요부 개략단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에서의 스테이터 코어를 설명하기 위한 부분확대도.
도 7A는 본 발명의 제 3 실시예에서의 스테이터 코어를 설명하기 위한 개략단면도.
도 7B는 본 발명의 제 3 실시예에서의 오목부 형성방법의 일례를 나타내는 부분도.
도 7C는 본 발명의 제 3 실시예에서의 오목부 형상의 일례를 나타내는 부분도.
도 8A는 본 발명의 제 4 실시예에서의 영구자석의 형상의 일례를 설명하기 위한 로터의 개략단면도.
도 8B는 본 발명의 제 4 실시예에서의 영구자석의 다른 형상을 설명하기 위한 로터의 개략단면도.
도 8C는 본 발명의 제 4 실시예에서의 영구자석의 또 다른 형상을 설명하기 위한 로터의 개략단면도.
도 8D는 본 발명의 제 4 실시예에서의 로터 코어의 형상의 일례를 나타내는 로터의 개략단면도.
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에서의 아우터로터형 전동발전기를 설명하기 위한 주요부 개략단면도.
도 10은 본 발명의 제 6 실시예에서의 하이브리드 자동차의 구성을 나타내는 개략도.
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에서의 다른 하이브리드 자동차의 구성을 나타내는 개략도.
도 12는 본 발명의 제 7 실시예에서의 하이브리드 자동차의 구성을 나타내는 개략도.
도 13은 본 발명의 제 7 실시예에서의 전력변환장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 14는 본 발명의 제 8 실시예에서의 전력변환장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 15는 본 발명의 제 10 실시예에서의 각 권선군의 접속상태를 나타내는 블록도.
도 16은 전동발전기를 탑재한 종래의 하이브리드 자동차의 구성을 나타내는 개략도.
도 17은 전동발전기와 DC-DC 변환기를 탑재한 종래의 하이브리드 자동차의 구성을 나타내는 개략도.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 전동발전기는, 복수의 영구자석을 보유한 로터(Rotor)와, 복수의 톱니(Teeth)를 갖는 스테이터(Stator)를 구비하며, 상기 복수의 톱니에 따로따로 감겨 이루어지는, 서로 기계적, 전기적으로 독립된 구성의 권선군을 2개 이상 갖는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 복수의 톱니는 제 1 톱니와 제 2 톱니로 구분되며, 상기 복수의 권선군은 제 1 권선군과 제 2 권선군으로 구분되고, 상기 제 1 권선군을 감은 상기 복수의 제 1 톱니 복수개를 구성한 그룹이 상기 스테이터 전체에서 복수그룹 설치되어 있다. 또한, 동일한 그룹 내에 있는 상기 복수의 제 1 톱니에는, 동상(同相)의 전압이 인가되는 제 1 권선군이, 인접하는 것과는 감김방향이 서로 반대방향이 되도록 각각 감기고, 인접하는 상기 복수의 그룹에는 각각 서로 다른 위상의 전압이 인가됨과 동시에, 그룹과 그룹 사이에는 상기 제 2 권선군을 감은 상기 제 2 톱니가 배치되어 있다.
이 때, 제 2 권선군의 권선사양을 제 1 권선군의 권선 사양과는 상이한 사양으로 하고, 감김회수를 제 1 권선군보다 적게 함으로써, 제 2 권선군에서의 회생시(回生時)의 발전전압을 제 1 권선군에서의 회생시의 발전전압보다 낮게 할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 정격회전시에 발생하는 발전전압을 제 1 권선군에서는 고압계의 고전압 배터리의 전압으로 하고, 제 2 권선군에서는 저압계의 저전압 배터리의 전압이 되도록 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 고전압 배터리를 위한 전동발전기 외에, 저전압 배터리를 위한 별도의 전동발전기를 구비할 필요가 없고, 회생시에 한 종류의 전압만을 발전하는 전동발전기에 DC/DC 변환기를 별도로 구비할 필요도 없어진다.
또, 고전압 배터리에 의해 제 1 권선군에서 역행(力行)을 하고, 전동발전기를 구동시켜, 제 2 권선군에서 회생(回生)을 하여, 저전압 배터리를 충전할 수도 있다.
또, 상기 2개 이상의 권선군을 갖는 전동발전기로서, 각각 독립된 전력변환장치 중 적어도 2개의 전력변환장치가 스위칭소자로 구성된 인버터와, 상기 인버터의 스위칭소자를 구동하는 게이트 드라이브회로와, 상기 인버터를 제어하는 제어부와, 모터전류를 검출하는 전류검출센서와, 모터의 자극위치를 검출하는 자극위치 검출센서와, 전원부를 구비하며, 상기 적어도 2개의 전력변환장치가 상기 제어부와 상기 자극위치 검출센서와 상기 전원부를 공유한다.
또, 저전압권선의 발전전압을 최고회전시에 정격전압이 되도록 설정하고, 또한 각각의 권선의 출력단에 접속된 전력변환장치를 승압모드에서 구동시킨다.
또, 저전압권선의 발전전압을 최고회전수의 대략 절반 정도의 회전수일 때에 정격전압이 되도록 설정하고, 또한 각각의 권선의 출력단에 접속된 전력변환장치를 약(弱)계자와 강(强)계자 사이를 절환하여 구동시킨다.
또, 자석으로부터의 자로형성부에 감기는 제어권선에 의해, 적어도 하나의 권선군의 출력단에 발생하는 발전전압을 제어한다.
또, 제 1 권선군에서 모터의 회전수를 가변하여 제 2 권선군의 출력단에 발생하는 발전전압을 제어한다.
또, 본 발명의 전동발전기는 영구자석매립형 로터를 이용하고 있고, 그 구조상 역돌출 극성을 구비하고 있으므로, 통전하는 전류의 전류위상을 진각(進角)시키는 것에 의해, 마그네트 토크(Magnet Torque)는 물론, 자기저항 토크(Reluctance Torque)eh 발생시킬 수 있어, 더욱 높은 토크의 전동발전기로 하고 있다. 즉, 동일한 출력의 전동발전기에서는 보다 소형화할 수 있다.
또한, 하나하나의 권선을 집중적으로 감은 권선로 하고 있고, 코일 단부를 분포하여 감은 것에 비해 대폭 작게 할 수 있으므로 전동발전기를 보다 소형화할 수 있다.
또, 본 발명의 전동발전기의 제 1 권선군에 발생하는 전압에 대해서는 U ·V ·W상의 각각의 그룹 내에서 그 권선 사양이 인접하는 제 1 톱니와 서로 다른 극성이 되도록 감겨 있으므로, 자계분포의 편중을 완화할 수 있고, 전동발전기 구동시에 주 권선에 유기되는 역기전압(逆起電壓)의 파형의 왜곡을 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 스테이터 코어나 로터 코어에서의 철손을 저감시킬 수 있고, 또 로터 코어 중의 영구자석에 대해서도 와전류의 발생이 억제되기 때문에, 그에 따른 열의 발생이 경감되어 영구자석의 감자(減磁)를 억제할 수 있으므로 효율이 좋은 전동발전기를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 전동발전기에서, 상기 복수의 그룹이 각각 제 1 권선군을 감은 n개(단, n2의 정수)의 제 1 톱니로 구성되어 있고, 또 상기 로터의 극수를 p, 상기 제 1 톱니의 총수를 t로 하고, U ·V ·W의 3상의 제 1 권선군 한벌을 1조로 한 권선 조(券線組)의 수를 s(단, p, t, s는 모두, 양의 정수)로 했을 때에,
p = 2 ×s ×(±1 + 3 ×k) 또한 p > t (단, k0의 정수)
가 되는 관계를 만족하는 구성으로 함으로써, 상기 제 1 권선군으로 구성되는 각그룹 내에서 인접하는 상기 복수의 제 1 톱니의 각각의 권선이 서로 다른 극성이 되어 자계분포의 편중을 완화할 수 있고, 전동발전기 구동시의 제 1 권선군의 단자간 발생전압파형의 왜곡을 저감할 수 있다. 따라서, 철손의 발생을 억제할 수 있어서 전동발전기의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 전동발전기에서, 상기에 기초하여 로터 극수를 10q극, 상기 제 1 톱니끼리의 사이에 형성되는 슬롯 총수를 9q개, 상기 제 2 톱니끼리의 사이에 형성되는 슬롯 총수를 3q개로 하고(단, 모두, q = 양의 정수), 상기 제 1 톱니의 로터 대향부 각도를 θ1[rad], 상기 제 2 톱니의 로터 대향부 각도를 θ2[rad]로 한 경우에,
π/10q < θ1 < π/5q 및,
π/45q < θ2 < π/10q
의 관계를 만족하는 구성으로 함으로써, 자속이 포화도 적고 보다 흐르기 쉽게 되어 토크가 더욱 향상되며, 한편, 권선에 유기되는 역기전압의 파형 왜곡도 저감할 수 있고, 철손을 저감하며, 또한, 영구자석에서의 와전류에 의한 발열도 억제하여 영구자석의 감자를 억제할 수 있어 전동발전기의 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 전동발전기에서, 상기 로터의 스테이터 대향면에 대향하는, 상기 복수의 제 1 톱니의 선단부의 둘레방향 단부의 근방에 상기 로터의 스테이터 대향면으로부터 분리되도록 절제부가 각각 설치된 구성으로 한다. 이러한 구성으로 함으로써, 각각의 톱니에서 급격한 자계변화를 완화시킬 수 있어, 전동발전기 구동시에 권선에 발생하는 역기전압의 파형을 한층 더 정현파에 가깝게 할 수 있게 되어 토크 리플 및 코깅 토크(Cogging Torque)를 저감시킬 수 있다.
본 발명의 전동발전기에서, 또한 상기 제 1 권선군을 감은 상기 제 1 톱니로 구성되는 각각의 그룹에서, 그룹 내의 하나 이상의 제 1 톱니의 선단부에 하나 이상의 오목부를 설치한 구성으로 한다. 또, 오목부의 형상을 대략 구 형상(矩形狀) 또는 원호(圓弧) 형상으로 한다. 물론, 그 이외의 형상으로 해도 된다.
이 구성에 의해, 제 1 톱니의 선단부에서의 자극이 외관상 S극, N극, S극과 같이 세분화되기 때문에, 높은 토크가 얻어짐과 동시에 토크 리플을 작게 억제할 수 있다.
마찬가지로, 상기 제 2 권선군을 감은 상기 제 2 톱니의 선단부에 하나 이상의 오목부를 설치한 구성으로 할 수도 있다. 또, 상기 제 1 권선군을 감은 상기 복수의 제 1 톱니로 구성된 그룹과 그룹 사이에, 상기 복수의 제 2 톱니가 로터의 자극 피치에 맞춘 간격으로 설치된 구성, 또는 상기 제 1 권선군을 감은 상기 복수의 제 1 톱니로 구성된 그룹과 그룹 사이에, 상기 제 2 권선군을 감은 상기 복수의 제 2 톱니가 등간격(等間隔)으로 배치된 구성으로 하여 제 1 톱니를 다수의 톱니로 함으로써, 자속(磁束)을 효율적으로 활용할 수 있어 고 토크화, 즉 고 출력화할 수 있게 된다.
또, 본 발명의 전동발전기에서, 상기 로터를, 상기 복수의 영구자석과, 상기 영구자석과 대략 동일한 형상을 가지면서 상기 영구자석의 두께보다 작은 폭을 갖는 복수의 슬릿이 상기 복수의 영구자석의 스테이터측과는 반대측에 설치된 로터 코어로 이루어지는 구성으로 한다.
이 구성에 의해, 슬릿부에서 영구자석에 의해 생기는 자속을 쉽게 통과시키지 못하도록 하고, 즉 자기저항을 높이고, 자기저항이 낮은 곳과의 차를 더욱 크게 하여, 더욱 큰 자기저항 토크를 발생시키게 되어 발생 토크를 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 전동발전기에서, 상기 로터에 구비되는 상기 복수의 영구자석의 각각의 스테이터측 측면과 상기 로터의 스테이터 대향면 사이의 거리가 상기 복수의 영구자석의 각각의 단부보다 중앙부가 큰 형상으로 되는 구성으로 하고, 상기 로터를 구성하는 상기 복수의 영구자석의 형상을 상기 로터의 상기 스테이터 대향면측과는 반대 방향으로 돌출된 대략 V자형상으로 하거나, 상기 로터의 반경방향으로 수직인 직선형상으로 하거나, 상기 로터의 스테이터 대향면측과는 반대 방향으로 돌출된 원호 형상으로 하는 외에, 상기 로터의 반경보다 큰 반경을 갖고 상기 로터의 스테이터 대향면측으로 돌출된 원호 형상으로 할 수도 있다.
이 구성에 의해, 로터의 스테이터 대향부에서 자속이 통과하기 쉬운 부분과 통과하기 어려운 부분, 즉 자기저항이 비교적 낮은 부분과 그것에 비해 자기저항이 높은 부분을 설치함으로써, 자기저항 토크를 발생시킬 수 있어 발생 토크를 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 전동발전기를 이용한 전기자동차를 구성함으로써, 종래와 같이 고압계와 저압계의 두 종류의 전동발전기를 구비하거나, 한 종류의 전압만을 회생시에 발전하는 전동발전기에 DC/DC 변환기를 별도로 구비할 필요가 없으므로, 공간절약은 물론 낮은 비용의 전기자동차 구동시스템을 구성할 수 있고, 따라서, 낮은 비용으로 차의 실내를 더욱 넓게 활용할 수 있는 전기자동차를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.
(제 1 실시예)
도 1∼도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 전동발전기를 설명하기 위한 도면이고, 도 1은 모터의 주요부를 설명하기 위하여 회전중심축에 수직인 면으로 절단한 단면의 주요부 단면도, 도 2는 제 1 권선군의 톱니에 감긴 권선의 감김방향을 설명하는 전개도, 도 3은 제 1 및 제 2 권선군의 각각의 결선상태를 나타내는 결선도이다.
도 1에서, 전자강판을 적층하여 구성한 스테이터 코어(1)는 제 1 권선군(4)을 감은 톱니(2)와 제 2 권선군(5)을 감은 톱니(3)를 구비하고 있다. 한편, 전자강판을 적층하여 구성한 로터 코어(6)에 영구자석(7)이 매립되어 로터를 구성하고 있으며, 회전중심 O의 둘레로 자유롭게 회전 가능한 상태로 제 1 및 제 2 톱니(2, 3)와 약간의 갭을 두고 배치되어 있다. 이 때, 영구자석(7)의 방향은 각각 서로 이웃하는 것과 다른 자계방향을 향하도록 각각 배치되어 있다.
그리고, 제 1 권선군(4)을 감은 제 1 톱니(2)는 전부 9개 있지만, U상의 전압이 인가되는 그룹 I, V상의 전압이 인가되는 그룹 Ⅱ, W상의 전압이 인가되는 그룹 Ⅲ으로 분류되어 있고, 각 그룹 I , Ⅱ, Ⅲ에는 각각 3개의 제 1 톱니(2)가 설치되어 있다. 또, 각 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ 사이에는 제 2 권선군(5)을 감은 제 2 톱니(3)가 설치되어 있다. 도 2에서, 각 그룹에서의 제 1 권선군(4)의 감김방향을 도시하고 있다. 그룹 내의 양단에 위치하는 제 1 톱니(2)에 감기는 제 1 권선군(4)의 감김방향(21)에 대하여 그룹 내의 중앙의 제 1 톱니(2)에 감긴 제 1 권선군(4)의 감김방향(22)이 반대방향이 되도록 하고 있다. 즉, 각 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ 내의 제 1 톱니(2)에 감기는 제 1 권선군(4)의 감김방향은 그 속하는 그룹 내에서 인접하는 제 1 톱니(2)와는 서로 반대방향이 되도록 제 1 권선군(4)이 감기고, 인접하는 제 1 톱니(2)의 제 1 권선군의 극성이 서로 반전하도록 되어 있다. 각각의 제 1 톱니(2)에 대한 제 1 권선군(4)은 직렬로 접속되어 있지만, 병렬로 접속할 수도 있다. 마찬가지로, 다른 그룹의 각각의 제 1 톱니(2)에 대해서도 동일한 방법으로 제 1 권선군(4)이 감기며, 각 그룹은 각각 U상, V상 및 W상의 3상 권선을 형성하여, 전기(電氣角)각으로 120도의 위상차로 배치되어 있으며, 스타결선이 이루어져 있다. 따라서, U상, V상, W상 각각의 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ 내에서 서로 인접하는 제 1 톱니(2)가 서로 다른 극성으로 되어 있기 때문에, 자계분포의 편중을 완화할 수 있고, 모터 구동시에 단자 사이에 발생하는 역기전압의 파형의 변형을 저감할 수 있으며, 따라서, 철손을 저감할 수 있다.
본 제 1 실시예에서는, 각 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ은 각각 제 1 권선군(4)을 감은 제 1 톱니(2)를 3개씩 구비하고(즉, 제 1 톱니(2)가 세갈래가 되고), U상 ·V상 ·W상의 권선 한 벌을 1조로 한 권선 조(券線組)의 수가 1조로 되어 있다.
상기 구성에서, 하나의 그룹 내에서의 제 1 톱니(2)의 수(갈래수)를 n(단, n2의 정수), 권선조의 수를 s(단, s1의 정수), 제 1 톱니(2)의 총개수를 t, 로터의 극수를 p로 하면,
의 관계가 성립된다.
상기 수학식 1을 이용하면, 본 제 1 실시예의 로터극수 p는,
p = 2 ×1(-1 + 3 ×k)
가 되고, k = 2로 하면,
p = 2 ×1 (-1 + 3 ×2)
= 10
이 된다. 이 때의 로터극수 p와 제 1 권선군(4)을 감은 제 1 톱니(2)의 총개수 t의 관계가,
p(=10)＞t(=9)
가 되기 때문에 본 제 1 실시예의 전동발전기는 상기 수학식 1을 만족하는 구성인 것을 알 수 있다.
여기서, 제 1 권선군(4)을 감은 제 1 톱니(2)의 1개당 각도는 10극 로터의 자극 1개분의 각도에 맞추어 36도로 하고 있다. 따라서, 각 그룹 내에는 제 1 톱니 (2)가 3개 나열되어 있으므로, 하나의 그룹은 108도가 되고, 각각의 그룹 사이에는 12도의 간극이 생기게 된다. 그래서, 이 간극에 제 2 권선군(5)을 감은 제 2톱니(3)를 배치한 구성으로 하고 있으나, 제 1 권선군(4)에 의한 모터의 기본 특성의 저하가 특별히 발생되지는 않는다.
제 2 권선군(5)은 제 1 권선군(4)의 각 상의 사이에 전기각으로 120도의 위상차로 배치되고, 스타결선이 이루어져 있으며, 제 1 권선군(4)과는 독립된 상태로, 마찬가지로 3상 권선을 형성하고 있다. 그러나, 그 권선 사양은 제 1 권선군(4)과는 상이한 사양으로 하고, 감김수를 제 1 권선군(4)보다 적게 하고, 예컨대, 제 1 권선군(4)의 감김수를 288회, 제 2 권선군(5)의 감김수를 12회로 하고, 각각의 출력은 제 1 권선군(4)에서는 10∼30kW, 제 2 권선군(5)에서는 1∼3kW가 되도록 설정한다.
또, 본 제 1 실시예에서의 제 1 권선군(4) 및 제 2 권선군(5)의 결선상태를 도 3에 나타낸다. 도 3에서 15u ·15v ·15w는 각각 제 1 권선군(4)의 U ·V ·W상의 각 출력점이고, 15r ·15s ·15t는 각각 제 2 권선군(5)의 U ·V ·W상의 각 출력점이다. 제 1 권선군(4)은 제 1 권선군(4)끼리 배선(17a)으로 접속되고, 제 2 권선군(5)은 제 2 권선군(5)끼리 배선(17b)으로 접속되어 있음에 따라, 제 1 권선군(4)과 제 2 권선군(5)은 각각 기계적으로도 전기적으로도 독립된 구성으로 되어 있다. 또, 도면 중의 16a, 16b는 각 중성점을 나타낸다.
이러한 구성으로 함으로써, 고전압 배터리에 의해 제 1 권선군(4) 측에서 역행(力行)을 하여(전압을 인가하여) 전동발전기를 구동시키고, 제 2 권선군(5) 측에서 회생(回生)을 하여(전압을 발생시켜) 저전압 배터리를 충전할 수도 있다.
여기서, 제 2 권선군(5)은 제 1 권선군(4)과 비교하여, 권선을 감은 제 2 톱니(3)의 수가 적게 설정되어 있지만, 제 1 권선군(4)과 비교하여 출력이 작으므로, 발전특성은 충분히 확보할 수 있다.
또, 제 1 권선군(4)과 제 2 권선군(5)의 쌍방을 회생용으로 했을 때에도, 회생시의 발전전압이 제 1 권선군(4)에서 고전압인 경우라도 제 2 권선군(5)쪽은 저전압으로 할 수 있고, 예컨대, 정격회전시에 발생하는 발전전압을 제 1 권선군(4)에서는 고압계의 고전압 배터리의 전압으로 하고, 제 2 권선군(5)을 저압계의 저전압 배터리의 전압으로 하도록 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 저전압 배터리를 위한 전동발전기를 별도로 구비하거나, 전동발전기에 부가하여 DC/DC 변환기를 별도로 구비할 필요가 없다.
또, 제 2 권선군(5)을 감은 제 2 톱니(3)의 톱니폭을 적절한 폭으로 설정함으로써, 제 2 톱니(3) 내의 자속이 어느 정도까지 커지면 자기포화에 의해 자속량이 억제되므로, 고속회전시에도 제 2 권선군(5)에 발생하는 발전전압을 낮게 억제할 수 있다.
또, 보다 더 고속회전시에도 제 1 권선군(4) 측에서 약(弱) 계자제어를 함으로써, 제 1 권선군(4)의 전압을 고압계의 고전압 배터리의 허용전압까지 억제함과 동시에, 제 2 권선군(5)의 전압을 저전압 배터리의 허용전압까지 억제할 수도 있다.
또, 본 제 1 실시예에서는 로터극수(p)가 10극, 제 1 권선군(4)을 감은 제 1 톱니 총개수(t)가 9(즉, 9개의 슬롯), 제 2 권선군(5)을 감은 제 2 톱니 총개수가 3인 경우로 설명하였으나, 본 발명은 그 경우에 한정되는 것은 아니며, 제 1 톱니총개수(t)와 로터의 극수(p)의 조합은 후술하는 표 1의 조합의 구성을 취해도 된다.
또, 제 1 권선군(4)을 감은 제 1 톱니(2)로 구성되는 각 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ 사이의 간극에 설치하는 제 2 권선군(5)을 감은 제 2 톱니(3)의 수를, 본 제 1 실시예의 구성으로 설명한 바와 같이 한 개로 하는 것에 한정되는 것은 아니며, 복수개 구비한 구성으로 하는 조합도 생각할 수 있다. 그 때, 제 1 톱니(2)끼리의 피치를 자석피치에 맞춤과 동시에, 제 2 톱니(3)끼리의 피치도 자석피치에 맞출 수도 있으나, 이 구성의 경우에는 서로 인접하는 제 1 톱니(2)와 제 2 톱니(3)의 간격이 반드시 자석피치와 동일한 피치가 되는 것으로 한정되지는 않는다. 또는, 제 1 톱니(2)끼리의 간격, 제 2 톱니끼리의 간격 및 서로 인접하는 제 1 톱니(2)와 제 2 톱니(3)의 간격을 모두, 동일한 간격으로 분할할 수도 있다.
제 1 권선군(4)을 감은 제 1 톱니 총개수(t)와, 제 2 권선군(5)을 감은 제 2 톱니(3)의 총개수와, 자석극수(p)의 조합은 제 1 권선군(4)에서의 전력과 제 2 권선군에서의 전력의 균형에 따라 최적의 조합으로 설계하면 된다. 또, 조합의 일례를 표 1에 나타낸다.
도 4는 제 1 톱니(2)를 5개 구비한 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ 사이에 각각 2개의 제 2 톱니(3)가 설치되도록 구성하고, 제 1 및 제 2 톱니(2, 3)가 모두, 등간격의 피치로 분할된 전동발전기의 주요부 개략단면도이다. 또, 이 도 4에서는 제 1 및 제 2 권선군은 생략되어 있지만, 상술한 구성의 전동발전기와 마찬가지로, U상의 전압이 인가되는 그룹과 V상의 전압이 인가되는 그룹과 W상의 전압이 인가되는 그룹으로 나뉘어져 있고, 제 1 권선군과 제 2 권선군은 기계적으로도 전기적으로도 독립된 구성으로 되어 있다. 여기서 도시한 구성은, 상기 표 1에서의 No.15의 조합이지만, 자석의 극수(p)를 크게 한 결과, 각 그룹 사이의 간극이 커지고, 제 2 톱니(3)를설치하기 위한 공간을 크게 취할 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 제 1 실시예에서, 로터극수는 10극이고, 제 1 권선군(4)을 감은 제 1 톱니(2)끼리의 사이에 형성되는 슬롯 총수는 9개(즉, 제 1 톱니의 총개수)이고, 제 2 권선군(5)을 감은 제 2 톱니(3)끼리의 사이에 형성되는 슬롯 총수는 3개(즉, 제 2 톱니의 총개수)이다.
이 구성을 더 검토한 결과, 로터극수를 10q극, 제 1 톱니(2)끼리의 사이에 형성되는 슬롯 총수를 9q개, 제 2 톱니(3)끼리의 사이에 형성되는 슬롯 총수를 3q개로 하여(단, 모두, q=양의 정수), 제 1 톱니(2)의 로터 대향부 각도를 θ1[rad], 제 2 톱니(3)의 로터 대향부 각도를 θ2[rad]로 한 경우에,
가 되는 관계를 만족하도록 설정하면, 자속의 포화도 적고 더욱 흐르기 쉽게 되어, 토크가 더욱 향상되는 외에, 권선에 유기되는 역기전압의 파형 변형도 저감할 수 있고, 철손을 저감하며, 또 영구자석에서의 와전류에 의한 발열도 억제하여 영구자석의 감자(減磁)를 억제할 수 있어서 전동발전기의 효율을 향상시킬 수 있다.
(제 2 실시예)
도 5 ∼도 6은 본 발명의 제 2 실시예의 전동발전기를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 회전중심축에 수직인 면으로 절단한 스테이터 코어와 그 내주면에 대향하는 로터의 개략 단면도이며, 도 6은 스테이터 코어를 구성하는 톱니형상을 설명하기 위한 스테이터 코어의 부분확대도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 스테이터 코어(31)는 제 1 권선군(34)을 감은 제 1 톱니(32)와, 제 2 권선군(35)을 감은 제 2 톱니(33)를 구비하고 있다. 제 1 권선군(34)을 감은 제 1 톱니(32)는 전부 9개 있지만, U상의 전압이 인가되는 그룹 I, V상의 전압이 인가되는 그룹 Ⅱ, W상의 전압이 인가되는 그룹 Ⅲ으로 나누어져 있고, 각 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ 사이에는 제 2 권선군(35)을 감은 제 2 톱니(33)가 설치되어 있다. 또, 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 각 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ의 제 1 톱니(32)에 감기는 제 1 권선군(34)의 감김방향은 그 속하는 그룹 내에서, 인접하는 제 1 톱니(32)와는 서로 반대방향이 되도록 제 1 권선군(34)이 감겨서 인접하는 제 1 톱니(32)의 제 1 권선군의 극성이 서로 반전하도록 되어 있다. 이 때, 각각의 제 1 톱니(32)에 대한 제 1 권선군(34)은 직렬로 접속되어 있지만, 병렬로 접속할 수도 있다. 마찬가지로, 다른 그룹의 각각의 제 1 톱니(32)에 대해서도 동일한 방법으로 제 1 권선군(34)이 감겨서 각 그룹은 각각 U상, V상 및 W상의 3상 권선을 형성하며, 전기각으로 120도의 위상차로 배치되어 있고, 스타결선이 이루어져 있다. 그리고, 영구자석매립형 로터(36)가 회전중심 O의 둘레에 자유롭게 회전 가능한 상태로 제 1 및 제 2 톱니와 약간의 갭을 두고 배치되어 있다. 또, 이 때, 영구자석(7)의 방향은 각각 서로 이웃하는 것과 다른 자계방향을 향하도록 각각 배치되어 있다.
그리고, 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 로터 극수를 10m극, 제 1 톱니(32)끼리 사이에 형성되는 슬롯 총수를 9m개, 제 2 톱니(33)끼리의 사이에 형성되는 슬롯 총수를 3m개로 하여(단, 모두, m=양의 정수), 제 1 톱니(32)의 로터 대향부 각도를 θ1[rad], 제 2 톱니(33)의 로터 대향부 각도를 θ2[rad]로 한 경우에, 상술한 수학식 2를 만족하도록 설정되어 있다.
도 6은 도 5의 제 1 톱니(32)의 부분확대도로서, 이하 도 6에 대하여 설명한다. 스테이터 코어(31)를 구성하는 제 1 톱니(32)의 선단부(41)의 각각의 둘레방향 단부에서, 로터(36)의 스테이터 대향면(42)에 대향하는 제 1 톱니(32)의 선단부(41)의 로터대향면이 각각의 둘레방향 단부의 근방에서 로터(36)의 스테이터 대향면(42)으로부터 분리되는 절제부(43, 44)를 갖는 형상으로 형성되어 있다. 또, 절제부(43)와 절제부(44) 각각의 크기는 대략 동등하게 되도록 형성하는 것이 좋다.
본 제 2 실시예에서는 제 1 톱니(32)의 모든 선단부가 동일한 형상을 갖도록 형성되어 스테이터 코어(31)를 구성하고 있다. 제 1 톱니(32)의 각각의 선단부를 이러한 형상으로 함으로써, 각각의 제 1 톱니(32)에서의 급격한 자계변화를 완화할 수 있기 때문에, 역기전압의 파형을 한층 더 정현파에 가깝게 하여 토크 리플 및 코깅 토크(Cogging Torque)를 저감시킨다.
이상과 같이, 본 제 2 실시예에 의하면, 제 1 톱니의 선단부의 로터대향면이 그 선단부의 각각의 둘레방향단부 근방에서 로터(36)의 스테이터 대향면으로부터 분리되는 형상을 갖도록 형성함으로써, 각각의 제 1 톱니(32)에서의 급격한 자계변화를 완화시킬 수 있기 때문에, 높은 토크를 발생시킬 수 있는 동시에, 발생전압의 파형을 더욱 정현파에 가깝게 하여 토크 리플 및 코깅 토크를 저감시킬 수 있고,또 발생전압의 변형을 억제할 수 있으며, 따라서, 철손도 억제되어 매우 효율이 좋은 전동발전기를 실현할 수 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 고전압 배터리에 의해 제 1 권선군(34) 측에서 역행을 하여(전압을 인가하여) 전동발전기를 구동시키고, 제 2 권선군(35) 측에서 회생을 하여(전압을 발생시키고) 저전압 배터리를 충전할 수도 있다.
여기서, 제 2 권선군(35)은 제 1 권선군(34)과 비교하여 권선을 감은 제 2 톱니(33)의 수가 적게 설정되어 있지만, 제 1 권선군(34)과 비교하여 출력이 작으므로 발전특성은 충분히 확보할 수 있다.
또, 제 1 권선군(34)과 제 2 권선군(35)의 쌍방을 회생용으로 했을 때에도, 회생시의 발전전압이 제 1 권선군(34)에서 고전압인 경우라도 제 2 권선군(35)은 저전압으로 할 수 있고, 예컨대 정격회전시에 발생하는 발전전압을 제 1 권선군(34)에서는 고압계의 고전압 배터리의 전압으로 하고, 제 2 권선군(35)을 저압계의 저전압 배터리의 전압으로 하도록 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 저전압 배터리를 위한 전동발전기를 별도로 구비하거나 전동발전기에 부가하여 DC/DC 변환기를 별도로 구비할 필요가 없다.
또, 제 2 권선군(35)을 감은 제 2 톱니(33)의 톱니폭을 적절한 폭으로 설정함으로써, 제 2 톱니(33) 내의 자속이 어느 정도까지 커지면 자기포화에 의해 자속량이 억제되므로, 고속회전시라도 제 2 권선군(35)에 발생하는 발전전압을 낮게 억제할 수 있다.
또, 보다 고속회전시에도 제 1 권선군(34)에서 약 계자제어를 함으로써 제 1 권선군(34)의 전압을 고압계의 고전압 배터리의 허용전압까지 억제함과 동시에, 제 2 권선군(35)의 전압을 저전압 배터리의 허용전압까지 억제할 수도 있다.
(제 3 실시예)
도 7A∼도 7C는 본 발명의 제 3 실시예의 모터를 설명하기 위한 도면으로, 스테이터 코어의 개략상면도이다.
도 7A에 나타내는 바와 같이, 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 스테이터 코어(51)는 제 1 권선군(54)을 감은 제 1 톱니(52)와, 제 2 권선군(55)을 감은 제 2 톱니(53)를 구비하고 있다. 제 1 권선군(54)을 감은 제 1 톱니(52)는 전부 9개 있지만, U상의 전압이 인가되는 그룹 I, V상의 전압이 인가되는 그룹 Ⅱ, W상의 전압이 인가되는 그룹 Ⅲ으로 나뉘어져 있고, 각 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ 사이에는 제 2 권선군(55)을 감은 제 2 톱니(53)가 설치되어 있다. 또, 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 각 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ의 제 1 톱니(52)에 감기는 제 1 권선군(54)의 감김방향은 그 속하는 그룹 내에서, 인접하는 제 1 톱니(52)와는 서로 반대방향이 되도록 제 1 권선군(54)이 감겨서 인접하는 제 1 톱니(52)의 제 1 권선군의 극성이 서로 반전하도록 되어 있다. 이 때, 각각의 제 1 톱니(52)에 대한 제 1 권선군(54)은 직렬로 접속되어 있으나, 병렬로 접속할 수도 있다. 마찬가지로, 다른 그룹의 각각의 제 1 톱니(52)에 대해서도 동일한 방법으로 제 1 권선군(54)이 감겨서 각 그룹은 각각 U상, V상 및 W상의 3상 권선을 형성하며, 전기각으로 120도의 위상차로 배치되어 있으며, 스타결선이 이루어져 있다. 그리고, 영구자석매립형 로터(도시생략)가 회전중심 O의 둘레에서 자유롭게 회전 가능한 상태로 제 1 및 제 2 톱니와 약간의 갭을 두고 배치되어 있다. 또, 이 때, 영구자석(도시생략)의 방향은 상기 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 각각 이웃하는 것과 다른 자계방향을 향하도록 각각 배치되어 있다.
그리고, 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 로터 극수를 10m극, 제 1 톱니(52)끼리 사이에 형성되는 슬롯 총수를 9m개, 제 2 톱니(53)끼리 사이에 형성되는 슬롯 총수를 3m개로 하고(단, 모두, m=양의 정수), 제 1 톱니(52)의 로터 대향부 각도를 θ1[rad], 제 2 톱니(53)의 로터 대향부 각도를 θ2[rad]로 한 경우에 상술한 수학식 2를 만족하도록 설정되어 있다.
여기서, 제 1 톱니(52)의 선단부의 형상에 대하여 상세히 설명한다. 각 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ의 중앙부에 있는 제 1 톱니(52)의 선단부의 로터(도시생략)에 대향하는 면에, 그 로터대향면의 둘레방향의 길이가 대략 3등분되는 형태로 대략 직사각형의 오목부(56)가 대략 3등분된 대향면의 중앙부분에 형성되어 있다. 제 1 톱니(52)에 오목부(56)를 형성함으로써, 제 1 톱니(52)에 감긴 제 1 권선군(54)에 의해 제 1 톱니(52)가 예를 들면, S극으로 여자되었을 때, 오목부(56)는 외관상 N극인 것처럼 작동한다. 따라서, 오목부(56)에 의해 제 1 톱니(52)의 선단부에서의 자극이 외관상 S극, N극 및 S극으로 세분화된 것이 된다. 다른 그룹의 각각의 중앙부에 있는 제 1 톱니(52)에도 동일한 오목부가 형성되어 있고, 각각에 대해서도 그들 제 1 톱니의 선단부에서의 자극이 외관상 S극, N극, S극으로 세분화된다. 이로 인하여 높은 토크를 발생시키는 동시에, 토크 리플을 작게 억제할 수 있다.
또, 오목부의 수는 한 개로 한정되는 것은 아니고, 도 7B에 나타내는 바와 같이, 제 1 톱니(57)의 선단부에 2개의 오목부(58a, 58b)를 형성해도 되고, 또 3개 이상이어도 된다. 또, 오목부의 형상은 직사각형으로 한정되는 것은 아니고, 도 7C에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 원호 형상의 오목부(59)라도 되고, 복수개의 원호 형상 오목부여도 된다. 또, 오목부가 형성되는 제 1 톱니(52)는 각각의 그룹의 중앙부에 위치하는 것만으로 한정되는 것은 아니고, 하나의 그룹 내의 다른 제 1 톱니(52)에 동일한 오목부를 설치한 구성으로 해도 되고, 제 1 톱니 뿐만 아니라, 제 2 톱니의 선단부에도 동일한 오목부를 설치한 구성으로 해도 된다.
또, 상술한 제 2 실시예에서의 제 1 톱니 선단부의 둘레방향 단부에 설치한 절제부를 본 제 3 실시예의 각각의 제 1 톱니(52)의 선단부에 오목부와 아울러 형성할 수도 있다.
이상과 같이 본 제 3 실시예에 의하면, 3개의 그룹 I, Ⅱ, Ⅲ의 각각의 중앙부에 있는 제 1 톱니(52)의 선단부에 하나 또는 복수의 직사각형 또는 원호 형상의 오목부를 형성함으로써, 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 마그트 토크(Magnet Torque) 이외에 자기저항 토크(Reluctance Torque)도 활용하여, 높은 토크를 발생시킬 수 있고, 동시에 토크 리플도 억제할 수 있으며, 또 발생전압의 변형을 억제할 수 있고, 따라서, 철손을 억제하고, 영구자석의 감자도 억제할 수 있어, 매우 효율적인 전동발전기를 실현할 수 있다.
이러한 구성으로 함으로써 상기 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 고전압 배터리에 의해 제 1 권선군(54) 측에서 역행을 하여(전압을 인가하여) 전동발전기를 구동시키고, 제 2 권선군(55) 측에서 회생을 하여(전압을 발생시켜) 저전압 배터리를 충전할 수도 있다.
여기서, 제 2 권선군(55)은 제 1 권선군(54)과 비교하여, 권선을 감은 제 2 톱니(53)의 수가 적게 설정되어 있으나, 제 1 권선군(54)과 비교하여 출력이 작기 때문에 발전특성은 충분히 확보할 수 있다.
또, 제 1 권선군(54)과 제 2 권선군(55)의 쌍방을 회생용으로 했을 때에도, 회생시의 발전전압이 제 1 권선군(54)에서 고전압인 경우라도 제 2 권선군(55)은 저전압으로 할 수 있고, 예컨대, 정격회전시에 발생하는 발전전압을 제 1 권선군(54)에서는 고압계의 고전압 배터리의 전압으로 하고, 제 2 권선군(55)을 저압계의 저전압 배터리의 전압으로 하도록 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 저전압 배터리를 위한 전동발전기를 별도로 구비하거나 전동발전기에 부가하여 DC/DC 변환기를 별도로 구비할 필요가 없다.
또, 제 2 권선군(55)을 감은 제 2 톱니(53)의 톱니폭을 적절한 폭으로 설정함으로써, 제 2 톱니(53) 내의 자속이 어느 정도까지 커지면 자기포화에 의해 자속량이 억제되므로, 고속회전시에도 제 2 권선군(55)에 발생하는 발전전압을 낮게 억제할 수 있다.
또, 보더 더 고속회전시에도 제 1 권선군(54)에서 약 계자제어를 함으로써, 제 1 권선군(54)의 전압을 고압계의 고전압 배터리의 허용전압까지 억제함과 동시에, 제 2 권선군(55)의 전압을 저전압 배터리의 허용전압까지 억제할 수도 있다.
(제 4 실시예)
도 8A∼도 8D는 각각 로터 코어에 매립되는 영구자석의 형상 및 로터 코어의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
상기 제 1 실시예∼제 3 실시예에서, 로터는 로터 코어와 로터 코어에 둘레방향으로 등간격으로 매립된 복수의 대략 V자 형상의 영구자석으로 구성되고, 로터의 스테이터 대향면이 스테이터의 로터대향면(즉, 제 1 및 제 2 톱니의 각각의 선단부의 로터 대향면)에 약간의 갭을 가져서 회전축중심 O의 둘레로 회전 가능한 상태로 배치되어 있다.
영구자석의 형상은, 예를 들면 도 8A에 도시한 것과 같이 반경방향으로 수직인 직선형상의 영구자석(61), 도 8B에 도시한 바와 같이 스테이터측과는 반대측의 방향으로 돌출한 원호 형상의 영구자석(62), 또는 도 8C에 도시한 바와 같이 스테이터측으로 돌출하고 또한 로터 코어(63)의 반경 이상의 반경을 갖는 원호 형상의 영구자석(64)이어도 된다. 또 로터는 도 8D에 나타내는 바와 같이, 로터 코어(63)에 매립되는 영구자석(65)과, 영구자석 65의 위치보다 스테이터(도시생략)측과는 반대측으로 영구자석 65와 대략 동일한 형상이며, 또한 영구자석(65)의 두께보다 작은 폭을 갖는 슬릿(66)이 설치된 로터 코어(63)로 이루어지도록 구성되어도 된다.
도 8D에 나타내는 바와 같이, 영구자석(65)의 근방에 슬릿(66)을 배치함으로써, 슬릿부(66)에 의해 자속을 통과시키기가 어렵게 하고, d축 인덕턴스를 감소시켜 q축 인덕턴스와의 차를 더 크게 하며, 더 큰 자기저항 토크를 발생시키게 되어, 모터로서의 발생토크를 증가시킬 수 있다. 그리고, 이 슬릿부착 로터 코어(63)의경우에도, 영구자석의 형상은 도 8A∼도 8C에 각각 도시한 직선형상, 스테이터측과는 반대측의 방향으로 돌출한 원호형상 또는 스테이터측으로 돌출한 원호형상이어도 된다.
이상과 같이 본 제 4 실시예에 의하면, 스테이터의 각각의 톱니 및 거기에 감긴 제 1 권선군을 U상, V상 및 W상의 3그룹으로 나누어, 동일한 그룹 내의 인접하는 권선의 극성이 다른 구성으로 하고, 또 로터의 스테이터 대향면과 스테이터측 측면의 거리가 스테이터측 측면의 단부보다 중앙부 쪽이 커지는 형상의 영구자석이 매립된 로터의 구성으로 함으로써, 마그넷 토크 이외에 자기저항 토크도 활용하게 되어 높은 토크를 발생시킬 수 있으며, 동시에, 발생전압의 변형을 억제하며, 따라서, 철손을 억제하고 영구자석의 감자도 억제할 수 있어, 매우 효율적인 전동발전기를 실현할 수 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 상기 제 1 실시예∼제 3 실시예와 마찬가지로, 고전압 배터리에 의해 제 1 권선군(도시생략) 측에서 역행을 하여(전압을 인가하여) 전동발전기를 구동시키고, 제 2 권선군(도시생략) 측에서 회생을 하여(전압을 발생시켜) 저전압 배터리를 충전할 수도 있다.
이 때, 상기 제 2 권선군을 감은 제 2 톱니(도시생략)의 수를 상기 제 1 권선군을 감은 제 1 톱니(도시생략)의 수에 비하여 적게 설정하더라도, 상기 제 2 권선군은 상기 제 1 권선군에 비하여 출력이 작기 때문에 발전특성은 충분히 확보할 수 있다.
또, 상기 제 1 권선군과 상기 제 2 권선군의 쌍방을 회생용으로 했을 때에도, 회생시의 발전전압이 상기 제 1 권선군에서 고전압인 경우라도, 상기 제 2 권선군쪽은 저전압으로 할 수 있어서, 예를 들어, 정격회전시에 발생하는 발전전압을 상기 제 1 권선군에서는 고압계의 고전압 배터리의 전압으로 하고, 상기 제 2 권선군을 저압계의 저전압 배터리의 전압으로 하도록 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 저전압 배터리를 위한 전동발전기를 별도로 구비하거나 전동발전기에 부가하여 DC/DC 변환기를 별도로 구비할 필요가 없다.
또, 상기 제 2 권선군을 감은 상기 제 2 톱니의 톱니폭을 적절한 폭으로 설정함으로써, 상기 제 2 톱니 내의 자속이 어느 정도까지 커지면 자기포화에 의해 자속량이 억제되므로, 고속회전시라도 상기 제 2 권선군에 발생하는 발전전압을 낮게 억제할 수 있다.
또, 보다 고속회전시에도 상기 제 1 권선군에서 약 계자제어를 함으로써, 상기 제 1 권선군의 전압을 고압계의 고전압 배터리의 허용전압까지 억제함과 동시에, 상기 제 2 권선군의 전압을 저전압 배터리의 허용전압까지 억제할 수도 있다.
(제 5 실시예)
또, 상술한 제 1 실시예∼제 3 실시예에서는 로터가 스테이터의 안쪽에 있는 구조인 소위 이너로터(Inner Roter)형 전동발전기에 대하여 설명하고 있지만, 물론 로터가 스테이터의 외측에 있는 소위 아우터로터(Outer Roter)형 전동발전기의 구조로 해도 된다. 이하, 도 9를 이용하여 영구자석매립형 아우터로터형 전동발전기에 대하여 설명한다.
도 9에서, 스테이터는 제 1 권선군(114)을 감은 제 1 톱니(112)를 9개 구비하고 있고, 이들 제 1 톱니(112)는 3개씩을 하나의 그룹으로 하여 스테이터 전체로 합계 3개의 그룹이 형성되어 있다. 각 그룹에는 상술한 제 1 실시예∼제 3 실시예와 마찬가지로, 하나의 그룹에 U상의 전압이 인가되고, 두번째 그룹에 V상의 전압이 인가되며, 세번째 그룹에는 W상의 전압이 인가됨과 동시에, 각 그룹 내에서의 제 1 톱니(112)에 감기는 제 1 권선군(114)의 감김방향은 서로 인접하는 것끼리 반대방향으로 감기는 구성으로 되어 있다. 또, 각 그룹 사이에는 제 2 권선군(115)을 감은 제 2 톱니(113)가 형성되어 있고, 전기각으로 120도의 위상차로 배치되며, 스타결선이 이루어져 있다.
그리고, 이 스테이터에서의 제 1 및 제 2 톱니(112, 113)의 각각의 선단부와 약간의 갭을 갖고, 스테이터의 반경방향 외측에 대략 V자 형상을 한 영구자석(117)이 매립된 로터 코어(116)가 설치되어 있으며, 회전중심 O의 둘레로 자유롭게 회전 가능한 상태로 배치되어 있다.
이러한 구성의 아우터로터형 전동발전기를 이용하면 상기 제 1 실시예∼제 3 실시예와 마찬가지로, 고전압 배터리에 의해 제 1 권선군(114) 측에서 역행하여(전압을 인가하여) 전동발전기를 구동시키고, 제 2 권선군(115) 측에서 회생을 하여(전압을 발생시켜) 저전압 배터리를 충전할 수 있다.
이 때, 제 2 권선군(115)을 감은 제 2 톱니(113)의 수를 제 1 권선군(114)을 감은 제 1 톱니(112)의 수에 비하여 적게 설정하더라도, 제 2 권선군(115)은 제 1 권선군(114)에 비하여 출력이 작기 때문에 발전특성은 충분히 확보할 수 있다.
또, 제 1 권선군(114)과 제 2 권선군(115)의 쌍방을 회생용으로 했을 때에도, 회생시의 발전전압이 제 1 권선군(114)에서 고전압인 경우라도 제 2 권선군(115)쪽은 저전압으로 할 수 있어서, 예를 들어, 정격회전시에 발생하는 발전전압을 제 1 권선군(114)에서는 고압계의 고전압 배터리의 전압으로 하고, 제 2 권선군(115)을 저압계의 저전압 배터리의 전압으로 하도록 할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 저전압 배터리를 위한 전동발전기를 별도로 구비하거나 전동발전기에 부가하여 DC/DC 변환기를 별도로 구비할 필요가 없다.
또, 제 2 권선군(115)을 감은 제 2 톱니(113)의 톱니폭을 적절한 폭으로 설정함으로써, 제 2 톱니(113) 내의 자속이 어느 정도까지 커지면 자기포화에 의해 자속량이 억제되므로 고속회전시에도 제 2 권선군(115)에 발생하는 발전전압을 낮게 억제할 수 있다.
또, 더욱 고속회전시에도 제 1 권선군(114)에서 약 계자제어를 함으로써 제 1 권선군(114)의 전압을 고압계의 고전압 배터리의 허용전압까지 억제함과 동시에, 제 2 권선군(115)의 전압을 저전압 배터리의 허용전압까지 억제할 수도 있다.
또, 제 1 톱니(112)의 선단부의 둘레방향 단부에 상기 제 2 실시예에서 설명한 것과 동일한 절제부를 설치한 구성으로 할 수도 있으며, 제 1 톱니(112)의 선단부에 상기 제 3 실시예에서 설명한 것과 동일한 오목부를 설치할 수도 있다. 또, 로터를 상기 제 4 실시예에서 설명한 것과 같은 직선형상이나 원호 형상과 같은 형상의 영구자석을 구비한 구성으로 해도 된다.
(제 6 실시예)
도 10은 본 발명의 제 6 실시예에서의 기계적 ·전기적으로 독립된 구조의두 종류의 권선을 구비한 전동발전기를 탑재한 하이브리드 자동차의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 10에서 8은 엔진, 110은 전기모터로, 동력절환기구(10)를 통해 타이어에 엔진(8)이나 전기모터(110), 또는 엔진(8)과 전기모터(110) 양쪽의 동력을 전달하고 있다. 전기모터(110)는 2개의 독립된 권선을 갖는 모터로, 당해 모터로서는 이미 설명한 제 1 실시예∼제 5 실시예에 기재된 각 전동발전기를 이용할 수 있다. 상기 기계적·전기적으로 독립된 두 종류의 권선 중, 하나의 권선 단부는 전력변환장치(121)를 통해 고전압 배터리(70)에 접속되어 있고, 다른 하나의 권선의 단부는 전력변환장치(122)를 통해 저전압 배터리(90)에 접속되어 있으나, 모터의 구조상, 두 종류의 권선은 기계적·전기적으로 독립되어 있으므로 절연은 용이하게 확보할 수 있다.
하나의 권선은 고전압 배터리(70)에 접속되어 있고, 이 권선에 의한 동력으로 차량을 주행시킨다. 다른 하나의 권선은 저전압 배터리(90)에 접속되어 있고, 저전압 배터리(90)를 충전하는 발전기로서 제어한다.
이와 같이 접속함으로써, 모터로 주행 중이더라도 저전압 배터리(90)를 충전할 수 있게 되고, 교류발전기, DC-DC 변환기 등의 다른 부품을 준비하지 않더라도 저전압 배터리(90)를 충전할 수 있게 되어 비용절감 및 공간절약에 기여할 수 있다.
또, 도 17에 도시한 종래의 구성과 같이, 고전압 배터리(70)로부터 DC-DC 변환기(100)를 통해 저전압 배터리(90)를 충전하는 시스템에서는, 고전압 배터리(70)가 어떠한 원인으로 고장난 경우, 저전압 배터리(90)의 부하상황에 따라서는 저전압 배터리(90)가 방전되어 차량의 주행이 불가능하게 될 가능성이 있다. 그러나, 본 제 6 실시예에 의하면, 고전압계와 저전압계가 독립되어 있기 때문에, 고전압계의 고장이 발생하더라도 안정되게 저전압을 공급할 수 있어서 저전압 전원의 백업으로서의 기능도 함께 가지게 된다.
도 10은 기계적·전기적으로 독립된 권선이 2개(2종류)인 형태로 설명하였으나, 도 11은 기계적·전기적으로 독립된 권선이 3개(3종류)인 형태에 대한 설명도이다. 도 11에서 90은 12V의 전원, 130은 42V의 전원, 70은 240V의 전원이고, 이들의 복수의 다른 전원을 탑재한 차량에서, 가장 높은 전압인 240V는 차량구동용 모터로서의 전원, 42V는 에어컨, 파워스티어링 등의 비교적 소비전력이 큰 부하용 전원, 12V는 램프, 오디오 등의 비교적 소비전력이 작은 부하용 전원이다. 부하용량에 따른 전원을 설정함으로써, 각 기기의 효율이 좋은 영역에서 사용할 수 있고, 기기의 소형·경량화로 이어진다.
각 전원에 전용 발전기를 탑재한 경우에는 각 발전기의 탑재공간이나 중량이 증가되어, 전원전압을 다양하게 갖는 장점이 없어진다. 그러나, 본 제 6 실시예에 의하면, 발전기용 공간을 개별로 확보할 필요가 없고, 12V계, 42V계 및 240V를 개별적으로 충전제어할 수 있게 된다.
여기서, 기계적·전기적으로 독립된 3개의 권선 중 2개의 권선은, 상술한 2종류의 권선을 구비한 모터의 구성과 마찬가지로 스테이터에 설치된 2종류의 톱니에 감고, 나머지 1개의 권선을 상기 기계적·전기적으로 독립된 2개의 권선 중 어느 하나와 겹쳐서 감는다.
(제 7 실시예)
도 12는 본 발명의 제 7 실시예에서의, 전동발전기를 탑재한 하이브리드 자동차의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 12에서 8은 엔진, 110은 전기모터로, 동력절환기구(10)를 통해 타이어에 엔진(8)이나 전기모터(110), 또는 엔진(8)과 전기모터(110) 양쪽의 동력을 전달하고 있다. 전기모터(110)는 2개의 독립된 권선을 갖는 모터로, 당해 모터로는 이미 설명한 제 1 실시예∼제 4 실시예에 기재된 각 전동발전기를 이용할 수 있다. 2개의 독립된 권선 중, 하나의 권선 단부는 전력변환장치(126)를 통해 고전압 배터리(70)에 접속되어 있다. 다른 하나의 권선 단부는 전력변환장치(127)를 통해 저전압 배터리(90)에 접속되어 있다.
도 12와 같이 구성된 본 제 7 실시예의 시스템에서 각각의 전력변환장치는 인버터로 구성되어 있다. 이 시스템은 도 13에 나타낸 바와 같이, 스위칭소자로 구성된 인버터(141, 142)와, 인버터의 스위칭소자를 구동하는 게이트 드라이브회로(151, 152)와, 인버터를 제어하는 제어부(160)와, 모터전류를 검출하는 전류검출센서(171, 172)와, 모터의 자극위치를 검출하는 위치검출센서(180)와, 전원부(190)를 구비하고 있다.
입출력 인터페이스(200)로부터 모터에 지령이 입력되고, 모터에 흐르는 전류, 모터의 자극위치를 전류검출센서(171, 172) 및 위치검출센서(180)로부터 제어부(160)에 입력하며, 상기 각 센서입력에 따라 앞서의 지령대로 모터를 제어하기위한 연산을 제어부(160)에서 행하고, 그 결과로 게이트 드라이브회로(151, 152)를 통해 인버터(141, 142)를 구성하는 스위칭소자를 구동하여 모터를 제어한다. 제어부(160)가 마이크로프로세서로 구성되어 있으면, 두번째 이상의 권선, 즉 모터를 제어하기 위해, 도 11과 같이, 제어부(160)와 자극위치센서(180)와 전원부(190)를 공유할 수 있어, 2개의 모터를 독립적으로 제어하는 경우에 비해 구성부품수를 줄일 수 있고, 비용절감 및 소형화에 기여할 수 있다.
(제 8 실시예)
이하, 본 발명의 제 8 실시예에 대하여 설명한다. 앞서 설명한 제 6 실시예, 제 7 실시예의 시스템구성을 전제로 설명한다.
모터가 발생하는 발전전압은 모터의 회전수에 따라서 발생한다. 예컨대, 1000r/min에서 10V의 전압이 모터에 발생하고 있으면 10000r/min에서 100V의 전압이 발생하게 된다. 차량구동용 메인모터, 즉 고전압용 권선은 차량의 고속성능을 확보하기 위해 10000r/min 가까이까지 회전시켜야 한다. 한편, 저전압용 권선발전기는 일정한 전압, 예를 들어, 14V가 되도록 제어할 필요가 있다. 그래서, 10000r/min일 때 정격전압 14V를 발생하도록 저전압권선을 설계하고, 전력변환장치를 인버터로 구성한다. 그렇게 하면, 10000r/min보다 낮은 회전수에서는 14V 이하의 발전전압밖에 발생하지 않는다. 그리고, 인버터를 승압모드로 제어함으로써 일정전압 14V를 확보한다. 도 14에 전력변화장치를 인버터로 구성한 일례의 구성도를 나타낸다.
상기한 바와 같이 구성함으로써, 인버터의 스위칭소자가 종래 6개 필요하던것을 3개로 구성할 수 있어 부품수의 감소, 비용절감 및 소형화에 기여할 수 있다.
(제 9 실시예)
이하, 본 발명의 제 9 실시예에 대하여 설명한다. 앞서 설명한 제 6 실시예, 제 7 실시예의 시스템구성을 전제로 설명한다.
모터가 발생시키는 발전전압은 모터의 회전수에 따라서 발생된다. 예컨대, 1000r/min에서 10V의 전압이 모터에 발생하고 있다면, 10000r/min에서 100V의 전압이 발생하게 된다. 차량구동용 메인모터, 즉 고전압용 권선은 차량의 고속 성능을 확보하기 위해 10000r/min 가까이까지 회전시켜야 한다. 한편, 저전압용 권선발전기는 일정한 전압, 예를 들어, 14V가 되도록 제어할 필요가 있다. 그러나, 0∼10000r/min 정도로 변화하는 회전수 중에서, 가령 1000r/min에서 10V가 발생되도록 저전압권선을 설계하면 0V∼100V의 전압이 발생하므로 그 전압을 일정전압 14V로 제어할 필요가 있다. 일정전압으로 제어하기 위해서는 발생전압의 다이내믹 영역은 작을수록 제어성이 좋다. 그래서, 대략 1/2의 회전수 5000r/min에서 정격전압 14V가 발생되도록 권선을 설계하고, 전력변환장치를 인버터로 구성한다.
정격전압을 초과하는 회전범위에서는 약 계자제어, 하회하는 회전범위에서는 강(强) 계자제어를 행한다. 이와 같이 제어상태를 전환함으로써, 발생전압이 정격전압보다 낮은 범위에서는 강 계자를 행하여 발생전압을 높게 하고, 발생전압이 정격전압보다 높은 범위에서는 약 계자를 행하여 발생전압을 낮게 제어함으로써, 다이내믹 영역을 외견상 절반으로 억제하여 제어성을 향상시킨다.
여기에서는, 발생전압의 제어에 인버터를 이용하여 계자제어를 행하는 방법에 대하여 설명하였으나, 제어권선에 전류를 통전하여 자석으로부터의 자기저항을 변화시키고, 그 결과, 제 2 권선에 발생하는 전압을 제어하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제 10 실시예)
이하, 본 발명의 제 10 실시예에 대하여 설명한다. 도 15에서 4는 제 1 권선군으로, 전력변환장치(30)를 통해 고전압 배터리(70)에 접속된다. 5는 제 2 권선군으로 정류기(300)를 통해 저전압 배터리(90)에 접속되어 있다.
제 1 권선군(4)을 모터(역행)로, 제 2 권선군(5)을 발전기(회생)로 동작시키고, 저전압 배터리(90)의 전압이 일정하게 되도록 제 1 권선군(4)의 전력을 제어하여 모터의 회전수를 조정함으로써 저전압 배터리(90)의 부하상황에 관계없이, 일정한 전압으로 제어할 수 있게 된다.
또, 제 1 권선군(4)에서 모터를 회전(역행)시켜서, 회전 에너지를 이용하여 발전전력을 제어할 수 있기 때문에, 고속으로 회전시킬수록 소형화할 수 있는 전동발전기를 제공할 수 있다.
또, 상기 제 1 실시예∼제 10 실시예의 전동발전기를 PEV(Pure Electric Vehicle : 순수 전기자동차)나, HEV(Hybrid Electric Vehicle : 하이브리드 전기자동차), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle : 연료전지 자동차) 등의 자동차 구동용 모터로서 사용함으로써, 종래와 같이 고압계와 저압계의 두 종류의 전동발전기를 구비하거나 DC-DC 변환기를 별도로 구비할 필요가 없어지므로, 공간이 절약되고, 또 낮은 비용의 전기자동차 구동시스템으로 할 수 있으며, 따라서, 낮은 비용으로,차의 실내를 더욱 넓게 활용할 수 있는 전기자동차를 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 제 1 권선군과 제 2 권선군이 각각 서로 전기적·기계적으로 독립된 구성임과 동시에, 제 2 톱니에 감기는 제 2 권선군은 제 1 권선군과는 상이한 권선사양(券線仕樣)이므로, 회생시의 발전전압이 제 1 권선군에서 고전압인 경우에도, 제 2 권선군 측은 저전압으로 하기에 적합하다. 구체적으로는, 정격회전시에 발생하는 발전전압을, 제 1 권선군에서는 고압계의 고전압 배터리의 전압으로 하고, 제 2 권선군에서는 저압계의 저전압 배터리의 전압으로 하도록 할 수 있기 때문에, 고전압 배터리용과 저전압 배터리용의 2개의 전동발전기를 구비할 필요성 및 단일체(單一體)의 전동발전기에 DC-DC 변환기를 별도로 구비한 구성으로 할 필요성이 없어지므로, 공간절약 및 낮은 비용의 구동시스템을 제공하기에 적합하다.
또, 제 1 톱니와 제 2 톱니에 각각 감기는 제 1 권선군과 제 2 권선군이 서로 전기적·기계적으로 독립되어 있기 때문에, 고전압 배터리에 의해 제 1 권선군에서 역행을 하여 전동발전기를 구동시키고, 제 2 권선군에서 회생을 하여 저전압 배터리를 충전하는 구성을 실현하기에도 적합하다.
더우기, 영구자석매립형 집중감김모터로서 높은 토크를 발생시킴과 동시에, 제 1 권선군을 감은 제 1 톱니를 복수개 구비한 각 그룹 내에서, 인접하는 제 1 톱니끼리 서로 다른 극성으로 하고 있으므로 자계분포의 편중을 완화시키고, 모터구동시의 단자간 발생전압의 왜곡을 억제하여, 철손을 저감시키기에 적합함과 동시에, 영구자석에서의 와전류에 의한 열의 발생이 작아지고, 영구자석의 감자도 억제할 수 있으므로 매우 효율적인 전동발전기를 제공하기에 적합하다.

Claims (29)

  1. (삭제)
  2. (보정후)
    복수의 영구자석(7, 61, 62, 64, 65)을 포함하는 로터와, 복수의 톱니(2, 32, 52, 3, 33, 53)를 갖는 스테이터를 구비함과 동시에, 상기 복수의 톱니(2, 32, 52, 3, 33, 53)에 따로따로 감겨 이루어지고, 서로 기계적, 전기적으로 독립된 구성의 권선군(4, 34, 54, 5, 35, 55)을 2개 이상 갖는 전동발전기에 있어서,
    상기 복수의 톱니(2, 32, 52, 3, 33, 53)를 제 1 톱니(2, 32, 52)와 제 2 톱니(3, 33, 53)로 구분함과 동시에, 상기 권선군(4, 34, 54, 5, 35, 55)을 제 1 권선군(4, 34, 54)과 제 2 권선군(5, 35, 55)으로 구분하여, 상기 제 1 권선군(4, 34, 54)을 감은 상기 제 1 톱니(2, 32, 52)를 복수개 구비한 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ)을 상기 스테이터 전체에서 복수개 구비하며, 동일한 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ) 내에 있는 상기 복수의 제 1 톱니(2, 32, 52)에는 동상(同相)의 전압이 인가되는 제 1 권선군(4, 34, 54)이 인접하는 것과는 감김방향이 서로 역방향이 되도록 각각 감기고, 인접하는 상기 복수의 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ)에는 각각 이상(異相)의 전압이 인가됨과 동시에, 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ)과 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ) 사이에는 상기 제 2 권선군(5, 35, 55)을 감은 상기 제 2 톱니(3, 33, 53)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ)은 각각 제 1 권선군(4, 34, 54)을 감은 n개(단, n2의 정수)의 제 1 톱니(2, 32, 52)로 구성된 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 로터의 극수를 p, 상기 제 1 톱니(2, 32, 52)의 총수를 t로 하고, U·V·W의 3상의 제 1 권선군(4, 34, 54) 한 벌을 1조로 한 권선 조(券線組)의 수를 s(단, p, t, s는 모두, 양의 정수)로 했을 때,
    p = 2 ×s ×(±1 + 3 ×k), 또한 p > t(단, k0의 정수)
    가 되는 관계를 만족하는 구성인 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 권선군(54)을 감은 상기 제 1 톱니(52)로 구성되는 각각의 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ)에서, 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ) 내의 하나 이상의 제 1 톱니(52)의 선단부에 하나 이상의 오목부(56, 58a, 58b, 59)를 설치한 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 권선군(55)을 감은 상기 제 2 톱니(53)의 선단부에 하나 이상의오목부(56, 58a, 58b, 59)를 설치한 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 오목부(56, 58a, 58b, 59)의 형상은 구형상(矩刑狀) 또는 원호(圓弧)형상인 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 권선군(4, 34, 54)을 감은 상기 복수의 제 1 톱니(2, 32, 52)로 구성된 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ)과 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ) 사이에는 상기 제 2 권선군(5, 35, 55)을 감은 상기 제 2 톱니(3, 33, 53)가 복수개 설치된 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 권선군(4, 34, 54)을 감은 상기 복수의 제 1 톱니(2, 32, 52)로 구성된 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ)과 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ) 사이에 상기 복수의 제 2 톱니(3, 33, 53)가 로터의 자극피치에 맞는 간격으로 설치된 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 권선군(4, 34, 54)을 감은 상기 복수의 제 1 톱니(2, 32, 52)로 구성된 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ)과 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ) 사이에 상기 제 2 권선군(5, 35, 55)을감은 상기 복수의 제 2 톱니(3, 33, 53)가 등간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 로터의 스테이터 대향면에 대향하는, 상기 스테이터를 구성하는 상기 복수의 제 1 톱니(32)의 각각의 선단부(41)의 둘레방향 단부의 근방에 상기 로터(36)의 스테이터 대향면(42)으로부터 이격되도록 절제부(43, 44)가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  12. 제 2항에 있어서,
    로터극수를 10q극, 상기 제 1 톱니(2, 32, 52)끼리의 사이에 형성되는 슬롯 총수를 9q개, 상기 제 2 톱니(3, 33, 53)끼리의 사이에 형성되는 슬롯 총수를 3q개로 하고(단, 모두, q = 양의 정수), 상기 제 1 톱니(2, 32, 52)의 로터 대향부 각도를 θ1[rad], 상기 제 2 톱니(3, 33, 53)의 로터 대향부 각도를 θ2[rad]로 한 경우에,
    π/10q < θ1 < π/5q 및
    π/45 q < θ2 < π/10q
    의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 권선군(4, 34, 54)을 감은 상기 제 1 톱니(2, 32, 52) n개로 구성된 그룹(I, Ⅱ, Ⅲ)이 상기 스테이터 전체에서 합계 3n개(단, 모두, n = 양의 정수) 구성되고, 또 상기 제 2 권선군(5, 35, 55)을 감은 상기 제 2 톱니(3, 33, 53)가 3m개 구성된 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2 권선군(5, 35, 55)을 감은 상기 제 2 톱니(3, 33, 53) m개로 구성된 그룹이 상기 스테이터 전체에서 합계 3m개(단, 모두, m = 양의 정수) 구성된 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  15. (보정후)
    제 2항에 있어서,
    상기 로터는 복수의 영구자석(7, 61, 62, 64, 65)이 매립된 구성인 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  16. (보정후)
    제 2항에 있어서,
    상기 로터는 복수의 영구자석(7, 61, 62, 64, 65)이 표면에 배치된 구성인 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  17. (보정후)
    제 2항에 있어서,
    상기 로터는 상기 복수의 영구자석(65)과, 상기 영구자석(65)과 대략 동일한 형상을 가지면서 상기 영구자석(65)의 두께보다 폭이 작은 복수의 슬릿(66)이 상기 복수의 영구자석(65)의 스테이터측과는 반대측에 설치된 로터 코어(63)로 이루어지는 구성인 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  18. (보정후)
    제 2항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석(7, 61, 62, 64, 65)을 구비하는 상기 로터에 있어서, 각각의 영구자석(7, 61, 62, 64, 65)의 스테이터측 측면과 상기 로터의 스테이터 대향면 사이의 거리가 상기 복수의 영구자석(7, 61, 62, 64, 65)의 각각의 단부보다 중앙부 쪽이 큰 형상인 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 로터를 구성하는 상기 복수의 영구자석(7, 65)의 형상은 상기 로터의 상기 스테이터 대향면측과는 반대의 방향으로 돌출된 대략 V자 형상인 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 로터를 구성하는 상기 복수의 영구자석(61)의 형상은 상기 로터의 반경방향으로 수직인 직선형상인 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 로터를 구성하는 상기 복수의 영구자석(62)의 형상은 상기 로터의 스테이터 대향면측과는 반대의 방향으로 돌출된 원호 형상인 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  22. 제 18항에 있어서,
    상기 로터를 구성하는 상기 복수의 영구자석(64)의 형상은 상기 로터의 반경보다도 큰 반경을 가져서 상기 로터의 스테이터 대향면측으로 돌출된 원호 형상인 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  23. (보정후)
    제 2항에 있어서,
    상기 2개 이상의 권선군(4, 5)의 출력단이 각각 독립된 전력변환장치(121, 122, 126, 127)를 통해 각각 다른 전위의 전원(70, 90, 130, 190)과 전기부하에 접속된 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 2개 이상의 권선군(4, 5)을 갖는 전동발전기로서,
    각각 독립된 전력변환장치(126, 127) 중 적어도 2개의 전력변환장치(126, 127)가 스위칭소자로 구성된 인버터(141, 142)와, 상기 인버터(141, 142)의 스위칭소자를 구동하는 게이트 드라이브회로(151, 152)와, 상기 인버터(141, 142)를 제어하는 제어부(160)와, 모터전류를 검출하는 전류검출센서(171, 172)와, 모터의 자극위치를 검출하는 자극위치 검출센서(180)와, 전원부(190)를 구비하며,
    상기 적어도 2개의 전력변환장치(126, 127)가 상기 제어부(160)와 상기 자극위치 검출센서(180)와 상기 전원부(190)를 공유한 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 2개 이상의 권선군(4, 5)을 갖는 전동발전기로서,
    적어도 하나의 권선군(4)에 대해서는 당해 권선군(4)의 출력단에 발생하는 발전전압을 최고 회전시에 정격전압이 되도록 설정하고, 또한 각각의 권선의 출력단에 접속된 전력변환장치를 승압모드로 구동시키는 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  26. 제 23항에 있어서,
    상기 2개 이상의 권선군(4, 5)을 갖는 전동발전기로서,
    적어도 하나의 권선군(5)에 대해서는 당해 권선군(5)의 출력단에 발생되는 발전전압을 최고 회전수의 대략 절반의 회전수일 때에 정격전압이 되도록 설정하고, 또 각각의 권선의 출력단에 접속된 전력변환장치를 약(弱) 계자와 강(强) 계자 사이를 절환하여 구동시키는 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  27. 제 23항에 있어서,
    상기 2개 이상의 권선군(4, 5)을 갖는 전동발전기로서,
    영구자석으로부터의 자로형성부에 감기는 제어권선에 의해, 적어도 하나의 권선군(5)의 출력단에 발생하는 발전전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  28. 제 23항에 있어서,
    상기 2개 이상의 권선군(4, 5)을 갖는 전동발전기로서,
    적어도 하나의 권선군(4)에 인가하는 전압을 조정하여 모터의 회전수를 제어하고, 그 결과에 따라서 다른 권선군(5)의 출력단에 발생하는 발전전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전동발전기.
  29. (보정후)
    제 2항 또는 제 23항에 기재된 전동발전기를 발전용 전기모터로 내부에 구비한 것을 특징으로 하는 전기자동차.
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