KR20130089142A

KR20130089142A - 차량 시동기용 회전 전기 기계

Info

Publication number: KR20130089142A
Application number: KR1020127027966A
Authority: KR
Inventors: 니콜라스 라브; 필리프 테송; 브누아 듀포; 오렐리엥 보클랭; 장 폴 빌레
Original assignee: 발레오 에뀝망 엘렉뜨리끄 모떼르
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2013-08-09
Also published as: CN102971941A; US9450461B2; FR2959361B1; US20130207488A1; WO2011135244A1; FR2959361A1; CN102971941B; EP2564491B1; EP2564491A1; KR101888205B1

Abstract

본 발명은 회전 전기 기계에 관한 것으로서 상기 회전 전기 기계는 로터(2)와 스테이터(3)를 포함하며, 상기 로터(2)는 본체(34)를 포함하고, 상기 본체(34)의 주변부 상에는 권선을 형성하는 전도체(36)가 장착되며, 상기 스테이터(3)는 상기 로터(2) 주위로 위치하여 상기 스테이터(3)의 원주방향을 따라 연장되는 자화 구조를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 로터(2)의 본체(34)는, 전기자의 주변부 상에서, 에어 갭 근처의 노치들을 종래에 분리시키는 치형부 영역에서 특히, 부분적으로 플라스틱으로 제조된다. NdFeB 타입의 자석으로 제조된 할바흐 타입의 자석의 수정형 구조를 이용하는 것이 가능할 것이며, 이는 스테이터(3)의 두께를 감소시킬 수 있게 하고, 따라서, 특정 실시예에서, 로터(2)의 본체(34)의 주변부 상에서 모든 전도체(36)를 최대 직경으로 하나의 동일층 상에 배치시킬 수 있도록, 로터(2)의 반경(R2)을 증가시킬 수 있다.

Description

차량 시동기용 회전 전기 기계{ROTATING ELECTRIC MACHINE IN PARTICULAR FOR A MOTOR VEHICLE STARTER}

본 발명은 작동 특성이 최적화된 회전 전기 기계에 관한 것이다. 본 발명은 차량 시동기 분야에서 특히 바람직한 응용예를 갖는다.

일반적으로 페라이트로 제조된 복수의 영구 자석을 갖는 자화 구조 및 헤드로 구성되는 스테이터 또는 인덕터를 구비한 회전 전기 기계를 구현하는 차량 시동기가 알려져 있다.

이 기계는 로터, 또는, 로터의 권선을 형성하는 전도체를 포함하는 전기자를 또한 포함한다. 이를 위해, 일 실시예에 따르면, 적층된 금속 플레이트들에 의해 형성되는 코어를 포함하는 로터가, 치형부에 의해 분리되는 종방향 노치를 갖고, "U"자형의 전도체들이 2개의 구분된 층, 즉, 하부층 및 상부층, 상에서 이러한 노치 내로 삽입된다. 로터의 본체를 구성하는 코어는 금속 샤프트와 일체형이다.

이러한 타입의 시스템에서 철손은, 유도 및 포화 레벨이 매우 큰 회전 부품, 특히, 로터 치형부에서 자기장의 변화와 관련된다고 알려져 있다. 미국특허출원공보 제2006/0125345호에서, 청구항 1의 전제부에 따르면, 이러한 철손은 잡음 및 진동을 제거하기 위해 비자성 재료로 제조된 복수의 치형부를 로터 코어에 제공함으로써 제한된다. 미국특허공보 제5,536,985호에서, 적층된 금속 플레이트로 제조된 코어가 제거되어, 비자성 접합제에 의해 연결되는 복수의 자성 입자를 포함하는 복합 코어로 대체된다.

전기자의 회전 중 철손이 있을 수 있는 영역에서 너무 큰 유도없이 회전 전지 기계의 전기자와 인덕터 사이에 우수한 자성 결합을 갖는 것이 바람직하다.

이러한 요건들을 충족시키기 위해, 부분적으로 플라스틱 재료로 제조된 로터가 제조된다. 따라서, 로터는 한 세트의 금속 플레이트 형태인 내측부와, 전도체들이 매립되는 플라스틱 재료로 제조된 외측부의 두 부분으로 제조되는 본체를 가질 수 있다. 전도체는 2개의 개별층 상에서, 또는 단일층 상에서, 로터의 주변부 상에 위치할 수 있다. 내측부는 자화 구조물에 의해 발생되는 자기적 흐름을 통과시킬 수 있다.

전기자 상의 강자성 재료 제거로부터 나타나는 구동 토크의 감소를 보상하기 위해, 인덕터 스테이터를 형성하는 데 기존에 사용되고 있는 페라이트 자석을 소결 NdFeB로 제조된 자석으로 대체하는 것이 가능하다. 이는 스테이터의 자석 두께를 감소시킬 수 있게 하고, 결과적으로, 동일 직경의 스테이터에 대해, 단일층 상에서 로터의 주변부 상에 모든 전도체들을 쉽게 배치할 수 있도록 하기 위해, 로터의 직경을 증가시킬 수 있다.

반경방향으로 증강된 부분을 갖는 할바흐(Halbach) 타입의 수정형 영구 자석 구조물을 갖춘 스테이터를 이용하는 것이 또한 가능하다. 본 구조에 따르면, 기존의 스테이터의 헤드 크기가 보유되고, 자석은 그 두께를 실질적으로 2로 나눔으로써 구성된다. 이는 국부화된 할바흐 효과로 나타나서, 로터의 전도체를 향한 흐름의 통과를 최적화시키기 위해 반경방향 자화 시스템이 겹쳐지도록 인덕터의 자기 에너지를 집중시키기 위해 자극 간에 자기적 천이를 보장할 수 있다.

전기자의 인덕턴스를 증가시킬 수 있는 스틸 극간부(steel interpolar parts)에 의해 완성되는 부분 할바흐 타입의 인덕터를 이용하는 것이 또한 가능하다.

따라서, 본 발명은 특히,

전기자의 인덕턴스가 크게 감소하기 때문에, 스위칭에 의해 야기되는 손실을 사실상 제거하고, (푸코 전류, 히스테리시스와 같은) 철손 감소를 이용하여 전기 기계의 성능을 증가시키며,

접지부에 연결되는 로터의 금속 플레이트와 전도체 사이에 전기적 절연에 관한 관심사가 존재하지 않기 때문에, 로터의 제조 프로세스가 용이해지며,

회전시 낮은 관성의 결과로, 전류 이용 측면에서 전압 성능이 개선된다. 이는, 적색 신호등 시에 엔진지 정지하고 그 후 재시동되는, "스탑 앤드 스타트"(stop and start) 기술에 대한 주관심사를 구성하며,

인덕터의 자극의 에지가 전기자 회전 중 치형부-노치 자기 저항의 교번에 종속되기 않기 때문에, 자기 노이즈가 제거되며,

전기자와 관련된 임의의 자기 포화가 제거된다(노치를 분리시키는 스틸 치형부와 기존에 관련된 포화).

따라서, 발명은 회전 전기 기계에 관한 것으로, 상기 회전 전기 기계는,

금속 샤프트 상에 끼워맞춰지는 로터로서, 상기 로터의 권선을 형성하는 전도체가 외주부에 장착되어 있는 본체를 포함하는, 상기 로터와,

상기 로터 주위로 위치하는 스테이터로서, 상기 스테이터는 상기 스테이터의 원주방향을 따라 연장되는 영구 자화를 갖는 자화 구조물을 포함하며, 상기 로터 및 스테이터는 에어 갭에 의해 분리되는, 상기 스테이터를 포함하며,

상기 로터의 본체는 부분적으로 플라스틱 재료로 제조되고, 내측의 한 세트의 금속 플레이트 형태의 내측부와, 상기 한 세트의 금속 플레이트 주위로 오버-몰딩된 플라스틱으로 제조되는 외측부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 로터는 상기 로터의 외주부 상에서, 에어 갭에 가까운 노치를 분리시키는 치형부 영역에 플라스틱 재료로 제조된다.

일 실시예에 따르면, 상기 본체는 돌출부(projection)를 구비한 구멍을 내주부 상에 갖고, 상기 금속 샤프트와 관련된 돌기부(protuberance)가 돌출부 내로 상보형 방식으로 통과한다.

일 실시예에 따르면, 이러한 돌기부는 샤프트에 속한, 또는, 돌출부와 샤프트의 외주부 상에 제공되는 중공부 사이에 삽입되는 키이다.

일 실시예에 따르면, 상기 한 세트의 금속 플레이트는 플라스틱으로 제조된 상기 외측부를 보유하기 위해, 그루브와 같은, 고정 수단을 외주부 상에 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 한 세트의 금속 플레이트는, 외측 플라스틱부를 보유하기 위해, 그루브와 같은 돌기부를 외주부 상에 포함한다.

일 실시예에 따르면, 한 세트의 금속 플레이트는 외측 플라스틱부를 보유하기 위해, 반-닫힘 노치와 같은 요홈을 외주부 상에 포함한다.

일 실시예에 따르면, 플라스틱 재료로 제조된 상기 외측부는 상기 로터의 축(X)방향으로 내부를 향하여 면하는 가장자리부를 각각의 축방향 단부에서 갖고, 상기 한 세트의 금속 플레이트는 가장자리부 사이에 삽입되어, 외측부가 한 세트의 금속 플레이트에 의해 축방향으로 차단되게 되어, 가장자리부 사이에서 브레이스(brace)를 형성한다.

일 실시예에 따르면, 상기 가장자리부는 환형 형태를 갖거나, 나누어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 전도체들이 단일층 상에 위치한다.

일 실시예에 따르면, 상기 전도체들은 로터 본체의 플라스틱에 매립된다.

일 실시예에 따르면, 상기 전도체들은 기다란 형상의, 예를 들어, 실질적으로 장방형인, 횡방향 단면을 갖는다.

일 실시예에 따르면, 상기 전도체들의 단면은 전도체의 길이방향(47)을 따라 반경방향으로 배향된다.

일 실시예에 따르면, 상기 전도체들은 상기 로터의 주변부 상에 엇갈리게 배치된다.

일 실시예에 따르면, 상기 전도체들은, 상기 로터의 외주부 상에 전류 시트를 형성하기 위해, 회전축으로부터 가능한 멀리, 나란하게 배치된다.

일 실시예에 따르면, 로터를 제조하는 데 사용되는 플라스틱은 PEEK(polyether ether ketone) 타입의 플라스틱이다.

상기 스테이터는 유동의 중단을 위한 헤드와, 반경방향의 자화를 갖는 희토류로 제조된 영구 자석의 조립체에 의해, 구성된다.

일부 실시예에 따르면, 희토류 자석은 네오디뮴, 철, 붕소(NdFeB)계 또는 사마륨 코발트계이다.

일 실시예에 따르면, 스테이터는,

상기 기계의 자극을 형성하는 반경방향의 자화를 갖는 자화 영역과,

반경방향 자화의 2개의 영역 사이에 배치되는 반경방향과는 다른 자화 방향을 갖는 자기 천이 영역을 포함하며,

상기 반경방향 자화 영역에 의해 점유되는 반경방향 존은 반경방향과는 다른 자화 영역에 의해 점유되는 반경방향 존에 비해 훨씬 넓다.

일 실시예에 따르면, 반경방향 자화를 갖는 2개의 일련의 자석 사이에서, 반경방향과는 다른 자화 영역은,

실질적으로 직교-반경방향인 자화 영역과,

이 영역의 양 측부 상에서, 반경방향 및 직교-반경방향과는 다른 자화 방향을 갖는 2개의 영역으로서, 그 자화 방향은 예를 들어, 반경방향으로 대략 45도의 각도를 형성하는, 상기 2개의 영역에 의해 구성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 스테이터는 상기 스테이터의 2개의 일련의 자극 사이에서 반경방향으로 삽입되는 스틸 극간부(steel interpolar parts)를 추가적으로 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 스틸 극간부는 상기 직교-반경방향 자화 영역을 대체한다.

일 실시예에 따르면, 상기 스틸 극간부는 평행육면체 형태 또는 아치 형태를 갖는다.

본 발명은 발명에 따른 전기 기계를 구비한 시동기에 또한 관한 것이다.

본 발명은 다음의 상세한 설명을 읽고 이에 동반된 도면들을 살핌으로써 더 잘 이해될 것이다. 이러한 도면들은 전혀 제한없이 단순히 발명의 예시를 통해 제공된다. 도면은 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 시동기의 개략도,
도 2는 부분적으로 플라스틱으로 제조된, 본 발명에 따른 기계의 로터의 측면도,
도 3은 외주부 상에 노치를 갖는, 본 발명에 따른 기계의 로터의 정면도,
도 4는 전도체가 단일 층 상의 주변부에 위치하는, 본 발명에 따른 기계의 로터의 정면도,
도 5는 주변부에 위치하는 전도체가 후프에 의해 보유되는, 본 발명에 따른 기계의 로터의 정면도,
도 6은 평탄화된 형태를 갖는 전도체가 반경방향 배향을 갖는, 본 발명에 따른 기계의 로터의 정면도,
도 7은 개별적인 2개의 엇갈린 층 상에 전도체가 위치하는, 본 발명에 따른 기계의 로터의 정면도,
도 8a 내지 도 8b는 평탄화된 형태를 갖는 전도체들이 각각 엇갈려 배치되거나 직교-방사형 방향에 따라 배치되는, 본 발명에 따른 기계의 로터의 주변부의 부분도,
도 9a 내지 도 9b는 전도체들이 2개층 상의 또는 단일 층 상의 플라스틱부 내에 매립된, 금속판으로 제조된 코어와 오버-몰딩된 플라스틱 부품을 갖는 본발명에 따른 로터의 정면도,
도 10은 도 9a 내지 도 9b의 기계의 로터의 개략적 측면도,
도 11은 외주부 상에 그루브를 포함하는 도 9 및 도 10의 로터의 금속 코어의 정면도,
도 12는 NdFeB로 제조된 자석을 포함하고 6개의 자극을 갖는, 본 발명에 따른 기계의 스테이터의 정면도,
도 13a 및 도 13b는 각각, 할바흐(Halbach) 타입의 공지된 자화 구조를 포함하는 스테이터와, 반경방향 자화가 강화된 영역을 갖는 수정형 할바흐 구조를 포함하는, 본 발명에 따른 스테이터의 개략도,
도 14는 기계의 2개의 이어지는 자극 사이에 삽입되는 스틸 극간부(steel interpolar parts)를 포함하는 수정형 할바흐를 포함하는, 본 발명에 따른 스테이터의 개략도,
도 15는 극간부가 아치 형태인 도 14의 변형예의 개략도.

동일하거나, 유사하거나, 비슷한 요소들은 도면 간에 동일한 도면 부호를 갖는다.

도 1은 차량 연소 엔진용 시동기(1)의 개략도를 도시한다. 이러한 시동기(1)는 우선적으로, 회전축(X)을 갖는 금속 샤프트(2.1) 상에 일체형으로 끼워맞춤되는, 전기자라고도 알려진 로터(2)와, 두 번째로, 에어 갭의 존재와 함께 로터(2) 주위로 설치되는, 인덕터라고도 알려진 스테이터(3)를 포함하는 전기 모터를 포함한다. 이러한 스테이터(3)는 영구 자화로 자화 구조(5)를 갖는 금속 헤드(4)를 포함한다. 환형 형상을 갖는 로터(2)는 샤프트(2.1)와 일체형인 로터 본체(7)와, 상기 로터(2)의 외주부 상에 설치되는 전도체(36)(도 2에 도시됨)들에 의해 형성되는 권선(8)을 포함한다.

도시되는 예에서, 시동기(1)에 의해 형성되는 회전 전기 기계는 6개의 자극을 갖는 타입이다. 로터(7)의 본체의 양 측부 상에서, 권선(8)은 전방 시뇽(front chignon)(9) 및 후방 시뇽(10)을 형성한다. 후방에서, 로터(2)에는 복수의 접촉부를 포함하는 컬렉터(12)가 제공되고, 상기 복수의 접촉부는 이 경우에, 권선(8)의 전도성 요소(고려되는 예에서 와이어에 의해 형성됨)에 전기적으로 연결되는, 구리 플레이트와 같은 전기 전도성 플레이트이다. 컬렉터의 플레이트는 샤프트와 일체형인 플라스틱 재료로 제조된 지지부에 의해 지지된다. 온도에 대한 우수한 내성을 위해, 컬렉터의 지지부는 페놀계 열경화성 재료, 예를 들어, 베이클라이트(Bakelite)와 같은 열경화성 재료로 제조된다.

본 경우에 반경방향인 일 그룹의 브러시(13, 14)가 권선(8)의 전기 공급을 위해 제공되며, 브러시 중 하나(13)는 시동기(1)의 접지부에 연결되고, 브러시 중 다른 하나(14)는 와이어(16)를 통해 접촉기(17)의 전기 단자(15)에 연결된다. 예를 들어, 4개의 브러시가 존재한다. 브러시(13, 14)는 로터(2)가 회전하고 있을 때 컬렉터(12)의 플레이트 상에서 문질러져서(rubbing), 로터(2)의 섹션에서 전류 스위칭에 의해 로터(2)의 권선(8)의 공급을 가능하게 한다. 브러시(13, 14)의 수는 응용예에 따라 좌우되며, 한 쌍 또는 복수 쌍의 브러시(13, 14)가 제공될 수 있다.

시동기(1)는 로터(2)의 권선(8)이 전기적으로 공급될 때, 로터(2)에 의해 축(X) 주위로 회전하도록 설계된 구동 샤프트(18) 상에서 슬라이딩 방식으로 끼워맞춤되는 런처 조립체(launcher assembly)(19)를 추가로 포함한다. 감속기 조립체(20)가 로터(2)의 샤프트(2.1)와 구동 샤프트(18) 사이에 공지된 방식으로 삽입된다. 일 변형예로서, 시동기(1)는 감속기없이, "디렉트 드라이브"(Direct Drive) 방식일 수 있다. 따라서, 샤프트(18)는 로터(2)의 샤프트(2.1)와 구분되거나, 로터(2)의 샤프트(2.1)와 결합될 수 있다.

런처 조립체(19)는 도시되지 않는, 연소 엔진의 구동 유닛 상에 결합하도록 설계된 구동 요소(21)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 본 구동 유닛은 연소 엔진의 크랭크샤프트의 풀리와 협동하는 벨트를 수용하는 풀리(21)다. 다른 실시예에 따르면, 구동 샤프트(21)는, 연소 엔진의 크랭크샤프트에 강체형으로 또는 탄성적으로 연결되는 톱니형 시동기 링을 회전시키도록 구성되는, 기어 요소, 대개 피니언이다. 런처 조립체(19)는 구동기(23)와 구동 요소(21) 사이에 삽입되는, 예를 들어, 롤러를 구비한, 프리 휠(free wheel)(22)과 구동기(23)를 공지된 방식으로 추가로 포함한다. 구동기(23)는 나선 형태의 그루브가 내주부 상에 제공되는 슬리브를 갖고, 상기 그루브는 샤프트(18)의 외주부 상에 제공되는 나선 형태를 갖는 상보형 그루브와 결합한다.

프리 휠(22) 및 구동기(23)는 런처 조립체(19)의 작동을 위해 포크(27)의 하측 단부(25)를 수용하기 위한 채널(24)을 갖도록 구성된다. 공지된 방식으로, 이러한 포크(27)는 전자기 접촉기(17)의 이동성 코어에 연결되는 로드(rod)에 관절 형태로 연결되는 상측 단부 및 중간 피보팅 포인트를 갖는다. 이러한 이동성 코어는 브러시(1)에 연결된 단자(15)에, 그리고, 전기 연결 요소, 특히, 와이어(30)를 통해, 차량의 전기 공급원에, 그리고, 특히, 배터리에, 연결되는 단자(29)에, 접촉하도록 설계된 소형 플레이트 형태로 이동성 접촉부를 지지하는 추진기(thruster) 상에 작용하도록 설계된다. 접촉기(17), 그리고, 일반적으로, 시동기에 관한 추가적인 세부사항에 대해서는, 전기 모터의 헤드가 시동기의 하우징에 속함을 염두에 둔 상태에서, 예를 들어, 미국특허공보 제7,375,606호를 참조할 수 있다.

포크(27)는 예를 들어, 플라스틱 재료를 몰딩함으로써 제조된다. 포크(27)는, 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 축(X)을 따라, 구동 샤프트(18)에 대해 런처 조립체(19)를 변위시키기 위해, 접촉기(17)의 이동성 코어에 의해 작동하도록 설계되며, 상기 제 1 위치에서는 접촉기(17)의 이동성 접촉부가 단자(14, 29)와 접촉하여 로터(2)의 권선(8)을 전기적으로 공급하여 로터(2)를 회전시키고 구동 요소(21)를 이용하여 연소 엔진의 구동 유닛을 구동시키며, 상기 제 2 위치에서는, 런처 조립체(19)가 연소 엔진의 구동 유닛으로부터 분리되고 이동성 접촉부가 단자(14, 29)로부터 분리된다.

도 2는 발명에 따른 로터(2)의 측면도를 도시한다. 샤프트(2.1) 상에 끼워맞춰진 이러한 로터(2)는 소위 "드럼" 타입의 컬렉터(12)를 지원한다. 이러한 컬렉터(12)는 브러시(13, 14)가 러빙(rubbing)되는 기준부(33)를 갖는 전기 전도성 플레이트를 갖는다. 로터(2)는 권선(8)을 형성하기 위해 전도체(36)들이 설치되는 외주부 상에 코어라고도 알려진 본체(34)를 포함한다. 이러한 경우에, 각각의 전도체(36)는 에나멜과 같은 전기 절연층으로 덮히고, "U" 형상을 형성하도록 베이스(36.2)에 의해 연결되는 2개의 브렌치(36.1)를 가지며, 이러한 전도체(36)들의 단부는 플레이트(33)에 용접된다. 일 실시예에 따르면, 플레이트(33) 및 전도체(36)는 구리로 만들어진다. 원심력 효과로 플레이트에 대한 전도체(36)의 분리를 방지하기 위해, 브랜치(36.1)의 단부의 리벨에 (기준부 없이) 후프가 존재한다.

알려진 방식으로, 스테이터(3)의 자화된 구조(5)는 로터(2)에서 전파되는 자기장을 생성한다. 일 특성에 따르면, 환형 형상을 갖는 본체(34)는, 철손(즉, 로터(2)가 회전하고 있을 때 히스테리시스에 의한 손실 및 푸코 전류에 의한 손실)으로 알려진 자기 회로의 손실을 감소시키기 위해, 적어도 부분적으로 플라스틱 재료로 제조된다. 따라서, 이는 전기 모터의 성능 및 토크를 증가시킬 수 있고, 또한, 잡음을 감소시킬 수 있으며, 로터(2)의 설계를 용이하게 하고, 로터(2)의 관성을 감소시키며, 특히, 시동기의 전기 모터의 마모를 피할 수 있다.

도 3에 도시되는 발명의 제 1 실시예에 따르면, 가능한 철손을 제한하고 로터의 관성을 감소시키기 위해, 본체(34)는 부분적으로 플라스틱 재료로 제조되고, 그 중앙으로 금속 샤프트(2.1)가 관통한다. 본체(34)는 돌출부(39)를 구비한 구멍(38)를 내주부 상에 갖는다. 구멍(38)은 샤프트(2.1)의 통과 용도이며, 금속 샤프트(2.1)와 연계된 돌기부(40)가, 본체(34)를 회전시키기 위해, 돌출부(39) 내로 상보형으로 관통한다. 일 실시예에 따르면, 이러한 돌기부(40)는 돌출부(39)와 샤프트(2.1)의 외주부 상에 제공되는 중공부(40.2) 사이에 끼워지는 키(key)(40.1)이다. 일 변형예로서, 돌기부(40)는 샤프트(2.1)에 속한다. 일 변형예로서, 어떤 돌출부(39)도 제공되지 않는다. 도 2에 부분적으로 도시되는 바와 같이 샤프트(2.1)에 그루브가 형성되어, 로터의 본체(34)는, 샤프트(2.1)와 일체형으로 회전하면서 유지되기 위해, 샤프트(2.1) 상에 강제된다. 돌기부(40) 및 그루브는, 샤프트의 그루브가 단부 플랜지의 형성으로 본체(34)에 고랑(furrows)을 생성함을 알고 있기 때문에, 샤프트(2.1)와 본체(34)의 축방향 연결을 또한 가능하게 한다. 본 실시예에서, 도 4 내지 도 8a 및 도 8b에서와 같이, 본체(34)는 도 9a, 도 9b 및 도 10의 도면 부호(48, 49)를 각각 갖는 2개의, 외측부와 내측부 내에 있다. 이러한 도면은, 일 특성에 따르면, 한 세트의 금속 플레이트 형태로 내측부 주위로 오버-몰딩된 플라스틱 재료로 제조됨을 알고 있기 때문에, 이러한 2개의 부분을 분리시키는 원을 나타낸다. 돌출부(39)는 내측부(48)에 속한다.

일 변형예로서, 본체(34)는 샤프트(2.1)의 우수한 균형을 위해, 점선으로 표시되는 적어도 2개의 대각선 대향 돌출부(39)를 포함한다. 이러한 돌출부(39)는 샤프트(2.1)에 의해 지지되는 대응 돌기부(40)의 형태와 협동하도록 설계된다. 모든 경우에, 샤프트(2.1)에 대해 축방향으로 본체(34)를 차단하기 위해, 본체(34)의 단부의 재료가 통과해 들어가는 2개의 채널을 샤프트 내에 제공하는 것이 가능하다.

본 실시예에 따르면, 본체(34)의 플라스틱 재료로 제조된 외측부는 노치(41) 및 치형부(42)의 교번 구성을 외주부 상에 갖는다. 따라서 로터(2)는 노치(41)를 갖고, 상기 노치(41)는 본체(34)의 외주부 상에 제공되고, 플라스틱 재료로 제조된 치형부(42)에 의해 분리된다. 전도체(36)들이 2개의 층, 즉, 상부층 및 하부층 상에서 노치(41) 내로 삽입될 수 있다. 이 구조에 따르면, 전도체(36)의 브랜치들은 로터(2)의 회전축으로부터 서로 다른 반경방향 거리에 놓인다.

일 변형예로서, 도 4에 도시되는 바와 같이, 전도체(36)에 의해 생성되는 라플라스 힘의 모멘트를 최대화시키고 전기 시동기 모터의 토크를 추가적으로 증가시키기 위해, 본체(34)의 외측부의 외주부 상의 단일층(43) 상에 모든 전도체(36)들이 위치한다.

도 5에 도시되는 바와 같이 전도체(36)는, 이러한 전도체(36)에 원심력 효과가 가해지는 것을 방지하기 위해, 본체(34)의 외주부(즉, 외측부의 외주부)에 대해 배치될 수 있고 후프(45)에 의해 반경방향으로 보유될 수 있다. 대안으로서, 전도체(36)가 본체(34)의 플라스틱에 매립된다.

전도체(36)는, 전도체와, 가능하다면, 로터(2)의 매스(mass) 사이의 열 교환 표면을 최대화시키기 위해, 도 3 내지 도 5에 도시되는 바와 같이 둥근 단면을 가질 수 있고, 또는, 기다란(예를 들어, 장방형의) 횡방향 단면을 갖는 평탄화된 형태를 가질 수 있다. 이러한 전도체(36)는 도 6에 도시되는 바와 같이 방향(F1)을 따라 반경방향으로 길이방향(47)에 따라 배향될 수 있다.

일 변형예로서, 도 7 및 도 8a에 도시되는 바와 같이, 하나의 층 또는 2개의 층 상의 이러한 전도체들은 엇갈리게 배치될 수 있고, 그 후 전도체(36)는 반경방향(F1)과 반경방향(F1)에 실질적으로 수직인 직교-반경방향(F2) 사이에서 가변적인 기울기(i)를 갖는다. 이를 위해, 로터(2)의 본체(34)에는 주변부 상에 경사진 노치가 제공될 수 있다.

극단적인 경우에, 도 8b에 도시되는 바와 같이, 직교-반경방향(F2)으로, 평탄화된 전도성 영역들이, 로터(2)의 주변부 상의 전류 시트를 형성하기 위해, 회전축(X)으로부터 가능한 멀리 서로에 인접하게 배치된다.

도 9a, 도 9b 및 도 10에 도시되는, 발명의 다른 실시예에 따르면, 로터의 본체(34)는 앞선 도면에서와 같이 두 부분(즉, 한 세트의 금속 플레이트 형태인 내측 적층부(48)와, 한 세트의 금속 플레이트(48) 주위로 오버-몰딩된 외측 플라스틱부(49))로 이루어진다. 이러한 타입의 실시예는 회전 중 철손이 존재할 수 있는 영역에서 너무 높은 유도없이, 인덕터 스테이터(3)와 전기자(2) 사이에 우수한 자기 결합을 얻도록 할 수 있다. 외측부(49)는 비자성체이고, 로터를 경량화할 수 있으며, 반면, 내측부(48)는 푸코 전류를 감소시킬 수 있고, 로터의 본체와 샤프트 사이에서 우수한 기계적 연결을 갖는다. 내측부는 자기적 흐름을 또한 통과하게 한다. 바람직한 경우, 플라스틱부(49)를 보유하기 위해, 한 세트의 금속 플레이트(48)는 도 11에 도시되는 바와 같이, 외주부 상에 길이방향으로 연장되는 그루브(50)를 갖는다. 이 경우에 치형부 형태인, 그루브(50)는 플라스틱부(49) 내 중앙 개구부에 고정되며, 이 개구부는 플라스틱부(49)의 내주부를 구성한다. 한 세트의 금속 플레이트(48)는 특히 그루브를 이용하여 기존의 방식대로 샤프트(2.1)에 회전 연결된다. 이러한 그루브는 도 2에서 상술한 방식으로 확인할 수 있다.

도 10의 실시예에서, 전도체(36)들이 매립된 플라스틱 재료로 만든 외측부(49)는, 축(X)방향으로, 내부를 향하여 면하는 가장자리부(rim)를 각각의 축방향 단부 상에 갖는다. 일 실시예에 따르면, 가장자리부는 환형 형태를 갖는다. 따라서, 한 세트의 금속 플레이트는 가장자리부 사이에 끼여서, 플라스틱부(49)는 가장자리부 사이에서 브레이스를 형성하는 한 세트의 금속 플레이트에 의해 축방향으로 차단되게 된다. 도 9a 내지 도 11의 구성은 도 3 내지 도 8b 및 이후에 설명되는 도 12 내지 도 15의 실시예에 적용가능하다.

앞서와 같이, 전도체(36)는 로터의 본체(34)의 외주부 상의 2개의 층 상에(도 9a 참조), 또는 단일층(43)(도 9b 참조) 상에 배치될 수 있다. 응용예에 따라, 한 세트의 금속 플레이트(48)의 반경이 변화하고, 전도체(36)가 2개층 상에 위치할 때(반경(R2))에 비해 단일층 상에 위치할 때(반경(R1)) 반경이 더 크다. 로터의 직경이 60mm인 일례의 경우에, 내측의 한 세트의 금속 플레이트(48)는 대략 20mm의 반경(R2)을 갖고, 2개층을 갖는 플라스틱 재료로 제조된 외측부(49)는 대략 10mm의 두께(e1)를 갖는다. 다른 예에서, 한 세트의 금속 플레이트(48)는 대략 25mm의 반경(R1)을 갖고, 단일층을 갖는 플라스틱 재료로 제조된 부분(49)은 대략 5mm의 두께(e2)를 갖는다. 본 예에서, 스테이터의 외경, 특히 금속 헤드(52)의 외경은 71mm다.

로터(2)의 본체(34)의 외측부(49)의 제조에 사용되는 플라스틱은 우수한 내열성을 갖는 열경화성 플라스틱 재료이다. 이러한 열경화성 플라스틱 재료는 베이클라이트와 같은 페놀계 열가소성 플라스틱 재료이어서, 일 실시예에 따르면, 본체(34)가 컬렉터의 플레이트들의 지지부와 동일한 재료로 제조되고, 일 실시예에 따르면, 본체와 단일 조각으로 제조된다. 일 변형예로서, 용도가 스티렌계 열가소성 플라스틱 재료로 제조된다. 다른 실시예에 따르면, 우수한 내열성을 갖는, PEEK(polyether ether ketone) 타입의 플라스틱 재료를 이용할 수 있다.

따라서, 본체(34)의 플라스틱 재료는 컬렉터의 플레이트에 대한 지지부의 재료와 동일한 플라스틱 재료일 수 있고, 또는 이러한 지지부의 재료와 다를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 본체(34)는 이러한 지지부와 단일 조각으로 제조되고, 또는, 일 변형예로서, 이러한 지지부와 별개일 수 있다. 적어도 부분적으로 플라스틱 재료로 제조되는 본체를 갖는 로터는 더 가볍고, 이는 연소 엔진을 구비한 차량용 시동기가 "스탑 스타트"(Stop Start) 기능(예를 들어, 적색 신호등 시에 연소 엔진을 중단시키고 그 후 연소 엔진을 재시동) 을 실행할 때 유리하다. 플라스틱 재료는, 한 세트의 금속 플레이트로 제조된 로터 본체의 버(burr)보다 덜 공격적이기 때문에, 전도체(36)의 커버링을 피하게 해준다. 본체(34)가 내측의 한 세트의 금속 플레이트를 포함할 때, 이는 특히, 이후 설명되는 방식으로 자기장이 전도체(36)를 통해 반경방향으로 통과하도록, 자기장을 원활하게 채널링할 수 있다.

도 12에 도시되는 바와 같이, 인덕터(3)는 흐름의 중단을 위해 금속 헤드(4)에 의해 구성되며, 금속 헤드(4)는 철로 제조되고, 반경방향 자화로 한 세트의 영구 자석(54)을 둘러싸서, 인덕터(3)의 자극을 형성한다. 로터(2) 및 스테이터(3)는 에어 갭(E)에 의해 서로로부터 분리된다. 스테이터(3)는 자석(54)과 나란히 놓이는 스틸 부분(steel segments)을 구성하는 공지된 방식의 자기 션트(magnetic shunt)를 추가로 포함할 수 있다. 자석(54)은 예를 들어, NdFeB(네오디뮴 아이언 보론) 타입의, 희토류 자석인 것이 바람직하고, 이는 페라이트 타입의 자석에 비해 훨신 큰 자기장을 발생시킨다. 따라서, 이러한 타입의 자석은 사용되는 자석(54)의 두께를 감소시킬 수 있고, 이는 단일 층 상에 전도체를 배치하기 위해 로터(2)의 직경을 증가시킬 수 있게 한다. 따라서, 동일한 외경의 헤드에 대하여, 로터(2)의 외경을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 71mm의 외경의 헤드의 경우에, 로터의 외경은 종래 기술의 57mm에 비해 상술한 방식으로 60mm일 수 있다. 자석(54) 및 헤드(4)의 두께 비율은 두께가 자석(54) 측 상에서 작고, 헤드(4) 측 상에서 크다.

본 발명은 반경방향 타입(도 12)의, 또는, 프랑스특허출원 제 2 910 192 A 호에 기재된 할바흐 타입의, 또는, 수정형 할바흐 타입(도 13b 내지 도 15)의 자화 구조를 갖는 인덕터(3)로 구현될 수 있다. 앞서의 도 9a 및 도 9b에서와 마찬가지로, 도 13a는 당 업자에게 알려져 있는 할바흐 타입의 자화 구조를 구현하는 스테이터(3)를 보여준다. 이 구조에 따르면, 자화 구조의 두 일련의 자극 N과 S 사이에서, 이 구조의 자화 방향과 반경방향(F1) 사이의 각도가, 단조롭고 불연속적인 방식으로, 각도 복원없이, 변화한다. 이 문서는 특히 러그(lugs)를 이용하여, 자석의 고정을 위한 모드를 또한 보여준다(도 6 내지 도 23). 추가적인 세부사항을 위해, 이 문서를 참조하여야 한다.

특히(도 12), 유동 중단을 위한 헤드(4) 내부에, 스테이터(2)는 기계의 6개의 자극을 형성하는 반경방향(F1)으로 자화를 갖는 자석(56a)을 포함하며, 로터(2)의 내부에 대향하여 3개의 북극(N)과 3개의 남극(S)이 존재한다. 이러한 자극들은 원주방향을 따라 교번한다.

도 9a, 9b, 및 13a의 실시예에서, 2개의 일련의 자석(56a) 사이에, 다음과 같이 3개의 영구 자석이 배열된다.

방향(F1)에 수직인 실질적으로 직교-반경방향의 자화 방향(F2)을 갖는 자석(56b)과,

이 자석(56b)의 양 측부 상에서, 반경방향 및 직교-반경방향과는 다른 자화 방향을 갖는 2개의 자석(56c). 관련 예에서, 자화 방향은 각각의 자석 내에서 실질적으로 규칙적이고, 반경방향(F1)으로 대략 45도의 각도를 형성한다.

이러한 타입의 구조는 로터(2)와 스테이터(3) 사이에서 에어 갭(E)을 향하여 자기 에너지를 집중시킬 수 있고, 이는 자화 구조의 외부 상의 유도의 상당한 감소와, 전기자가 위치하는 내부를 향해 유도의 상당한 증가에 해당한다.

본 발명은 도 13b에 도시되는 수정형 할바흐 구조를 갖는 스테이터(3)로 또한 구현될 수 있다.

이 구조에서, 반경방향 자화 방향을 갖는 자석(56a)은 반경방향이 아닌 자화 방향을 갖는 다른 자석(56b, 56c)에 의해 점유되는 영역(Zr')에 비해 더욱 연장된 반경방향 영역(Zr)을 차지하며, 2개의 일련의 반경방향 영역(56a) 사이에서 자기장의 방향의 천이를 보장한다.

본 실시예에서, 반경방향의 자화를 갖는 2개의 일련의 자석(56a) 사이의 각도 천이 수는 3과 같고, 일 자석(56b)은 직교-반경방향의 자화를 갖고, 자석(56c)은 반경방향 또는 직교-반경방향과는 다른 자화 방향을 갖는 양 측부 상에 배치된다. 자화 방향은 반경방향(F1)으로 대략 45도의 각도를 형성한다. 일 변형예로서, 기계의 두 일련의 자극 사이의 각도 천이 수는 3이 아닐 수 있다.

이는 반경방향 자화 시스템이 겹쳐지는, 반경방향 자화 영역(56a) 사이의 국부화된 천이 할바흐 효과로 나타나며, 이는 전기 기계의 로터(2)의 전도체(36)를 향한 유동의 통과를 최적화시킬 수 있다.

영구 자석은 동일한 치수를 가져서, 자화 구조는 원주방향(F3)에 대한 변위가 이루어질 때 실질적으로 일정한 방향(F1)을 따라 측정되는 두께를 갖는다. 자석(56a-56c)은 NdFeB 타입인 것이 바람직하며, 이는 기존의 할바흐 인덕터의 유효 두께를 절반으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 로터(2) 내 철의 제거로 인한 낮은 전자기적 엔진 토크를 보상하도록, 반경(R2)으로부터 반경(R1)으로 진행하기 위해, 로터(2)의 직경을 증가시킬 수 있다.

이러한 경우에, 각각의 자석(56a-56c)은 특정한 단일 자화 방향을 갖고, 이 자석들은 이방성인 것이 유리하다. 대안으로서, 등방성 성질을 갖는 자석들이 사용되고, 각각의 자석은 복수의 자화 방향을 가지며, 자화 영역(Zr, Zr')의 각도 비율이 유지된다.

일 변형예로서, 전기자 유도를 증가시키기 위해, 스테이터(3)의 2개의 일련의 자극 사이에서 반경방향으로 스틸 극간부(steel interpolar parts)(68)를 삽입할 수 있다. 2개의 일련의 자극 사이의 자기 천이 영역(56c)은 그 후 극간부(68)의 양 측부 상에 배치된다. 일례에서, 극간부(68)는 할바흐 구조의 직교-반경방향 좌화 영역(56b) 대신에 위치한다.

극간부는 평행육면체사변형 구조를 갖지만, 대안으로서, 도 15에 도시되는 바와 같이, 아치 형태를 가질 수도 있다.

이러한 타입의 구조는 또한, 예를 들어, 로터(2) 내 철 제거로 인해, 매우 낮은 레벨의 전자기 엔진 토크를 보상할 수 있다.

예를 들어, 사마륨 코발트계의, 다른 희토류 자석을 이용하는 것이 가능하다.

본체(34)가 내측의 한 세트의 금속 플레이트(48)를 가질 때, 자기장이 전도체에 수직으로 지향된다. 수정형 할바흐 타입의 실시예에서, 유동 부분은 헤드(4)를 통해 지나가고, 기존의 할바흐 인덕터를 갖는 경우에는 사실상 어떤 유동도 헤드(4)를 통과하지 못한다.

본 발명은 설명되는 실시예에 제한되지 않는다.

모든 조합들이 가능하다. 따라서, 도 11의 그루브(50)는 샤프트(2.1)와 내측부(48) 사이에 삽입되는 타입의 돌기부로 대체될 수 있다. 따라서, 이러한 돌기부는 내측부(48)의 외주부로부터 확보되는 돌출 러그로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이러한 로그는 "T"자 형태를 취한다. 일 변형예로서, 이러한 러그는 더브테일(dovetail) 조립체에 속한 장붓구멍(mortices)들의 경계를 정하도록 구성된다. 일 변형예로서, 내측부(48)는, 외측부(49)의 내주부를 보유하기 위해, 반-닫힘 타입의 노치와 같이, 외주부 상에 요홈을 갖고, 플라스틱 재료는 요홈 내로 관통한다. 일반적으로, 한 세트의 금속 플레이트 형태로 내측부(48)를 제조하는 것은, 외측 주변 내측부(48) 상에 내측 주변 외측부(49)의 고정을 위해, 서로 다른 형태로 돌기부 또는 요홈을 절단함으로써 제조하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 내측부(48)는 외측부(49)를 보유하기 위해, 고정 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

모든 경우에, 내측부(48)는 샤프트(2.1)의 통과를 위한 중앙 구멍을 갖는다. 내측부(48)와 샤프트의 조립은 상술한 방식으로 이루어진다.

외측부는 자기적 흐름의 더 우수한 통과를 위해 좁은 두께를 갖는 것이 바람직하다.

Claims

회전 전기 기계에 있어서,
금속 샤프트(2.1) 상에 끼워맞춰지는 로터(2)로서, 상기 로터(2)의 권선을 형성하는 전도체(36)가 외주부에 장착되어 있는 본체(34)를 포함하는, 상기 로터(2)와,
상기 로터(2) 주위로 위치하는 스테이터(3)로서, 상기 스테이터(3)는 상기 스테이터(3)의 원주방향을 따라 연장되는 영구 자화를 갖는 자화 구조물을 포함하며, 상기 로터(2) 및 스테이터(3)는 에어 갭(E)에 의해 분리되는, 상기 스테이터(3)를 포함하며,
상기 로터(2)의 본체(34)는 부분적으로 플라스틱 재료로 제조되고, 한 세트의 금속 플레이트 형태의 내측부(48)와, 상기 한 세트의 금속 플레이트(48) 주위로 오버-몰딩된 플라스틱으로 제조되는 외측부(49)를 포함하는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 로터의 본체(34)는 상기 로터(2)의 외주부 상에 에어 갭(E)에 가까운 노치(41)를 분리시키는 치형부 영역에서 플라스틱 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 한 세트의 금속 플레이트(48)는 플라스틱으로 제조된 상기 외측부(49)를 보유하기 위해, 그루브(50)와 같은 고정 수단을 외주부 상에 포함하는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
플라스틱 재료로 제조된 상기 외측부(49)는 상기 로터(2)의 축(X)방향으로 내부를 향하여 면하는 가장자리부를 각각의 축방향 단부에서 갖고, 내측의 한 세트의 금속 플레이트(48)는 가장자리부 사이에 삽입되어, 상기 외측부(49)가 한 세트의 금속 플레이트에 의해 축방향으로 차단되게 되어, 가장자리부 사이에서 브레이스를 형성하는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전도체(50)가 단일층 상에 위치하는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전도체(36)가 상기 로터 본체(34)의 플라스틱에 매립되는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전도체(36)는 예를 들어 실질적으로 장방형인 기다란 형태의 횡방향 단면을 갖는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 7 항에 있어서,
상기 전도체(36)의 단면은 전도체의 길이방향(47)을 따라 반경방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 8 항에 있어서,
상기 전도체(36)는 상기 로터(2)의 외주부 상에 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 7 항에 있어서,
상기 전도체는, 상기 로터(2)의 외주부 상에 전류의 시트를 형성하기 위해, 회전축으로부터 가능한 멀리 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터를 제조하는 데 사용되는 플라스틱은 PEEK(polyether ether ketone) 타입의 플라스틱인 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스테이터(3)는 유동의 중단을 위한 헤드(4)와, 반경방향의 자화를 갖는 희토류로 제조된 영구 자석(54, 56)의 조립체에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스테이터(3)는,
상기 회전 전기 기계의 자극을 형성하는 반경방향(F1)의 자화를 갖는 자화 영역(56a)과,
반경방향 자화의 2개의 영역(56a) 사이에 배치되는 반경방향과는 다른 자화 방향을 갖는 자기 천이 영역(56b)을 포함하며,
상기 반경방향 자화 영역(56a)에 의해 점유되는 반경방향 존(Zr)은 반경방향과는 다른 자화 영역(56b, 56c)에 의해 점유되는 반경방향 존(Zr')보다 넓은 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 13 항에 있어서,
반경방향 자화를 갖는 2개의 일련의 자석(56a) 사이에서, 반경방향과는 다른 자화 영역은,
실질적으로 직교-반경방향(F2)인 자화 영역(56b)과,
이러한 자화 영역의 양 측부 상에서, 반경방향 및 직교-반경방향과는 다른 자화 방향을 갖는 2개의 영역(56c)에 의해 구성되며,
상기 2개의 영역(56c)의 자화 방향은 예를 들어 반경방향(F1)으로 대략 45도의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 스테이터(3)는 상기 스테이터(3)의 2개의 일련의 자극 사이에서 반경방향으로 개재되는 스틸 극간부(steel interpolar parts)(68)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 15 항에 있어서,
상기 스틸 극간부(68)는 상기 직교-반경방향 자화 영역(56b)을 대체하는 것을 특징으로 하는
회전 전기 기계.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 전기 기계를 구비하는 것을 특징으로 하는
시동기.