KR20160090361A - 회전 전기 - Google Patents

Abstract

환상의 스테이터(15)와, 스테이터(15)의 내주측에 회전 가능하게 배치된 로터(14)를 구비하는 회전 전기에 있어서, 스테이터(15)에는 로터(14)측을 향해서 돌출되고 코일(52)을 권취시킨 복수의 스테이터 티스(51)가 둘레 방향으로 등간격으로 설치되고, 로터(14)에는 스테이터(15)측을 향해서 돌출된 복수의 로터 티스(41)가 둘레 방향으로 등간격으로 설치되고, 로터 티스(41)는 볼록상의 티스 본체부 (42)와 티스 본체부 (42)의 선단으로부터 둘레 방향의 양측으로 연장된 연장부(43)를 갖고, 로터 티스(41)의 돌출 방향의 중간에는 스테이터 티스(51) 선단의 둘레 방향의 폭(WS1)보다도 작은 둘레 방향의 최소폭(WR2)을 갖는 잘록부(44)가 설치되어 있다.

Description

회전 전기{ROTATING ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 회전 전기에 관한 것이고, 스위치드 릴럭턴스(이하, SR; Switched Reluctance로 약기한다) 모터 및 동 구조의 발전기의 개량에 관한 것이다.

종래, 진동이나 소음을 저감하는 것을 목적으로 한 SR 모터가 제안되어 있다 (예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이러한 SR 모터는 로터 티스(rotor teeth) 선단의 형상으로서, 볼록조의 제 1 부분과, 제 1 부분의 둘레 방향의 양측에 인접하게 설치하는 제 2 부분과, 제 2 부분의 둘레 방향의 양측에 인접하게 설치하는 연장부와, 연장부로부터 로터 티스의 기단측을 향해서 연장되는 언더컷에 의해 형성된 요부(waist portion)를 갖고 있다. 연장부는 제 2 부분과 불연속이 발생하지 않는 둥근 형상으로 하고, 로터 티스의 선단폭을 스테이터 티스(stator teeth)의 선단폭보다도 크게 하는 역할을 하고 있다. 또한, 요부를 형성하는 언더컷은 완만한 형상으로 하고, 연장부와 로터 티스의 기단측의 사이에서 불연속이 발생하지 않도록 되어 있다.

일본특허공개 평11-262225호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 SR 모터에서는 로터 티스에 설치된 연장부가 둥근 형상인데다 이 연장부와 로터 티스의 기단측이 완만한 언더컷 형상의 요부에 의해 연속하고 있기 때문에 로터 티스에서의 자속이 통과하기 쉬움의 변화가 커지고, 로터 회전 중의 로터 티스 및 스테이터 티스간에 발생하는 레이디얼력(radial force)의 시간 변화가 급준하게 된다. 이 때문에, 레이디얼력의 고조파가 커져서 진동이나 소음의 억제가 저해되어, 진동이나 소음을 충분하게 저감할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또한, 로터 티스에서의 자속의 통과하기 쉬움의 변화가 커짐으로써 발생하는 레이디얼력이 커지기 때문에, 진동이나 소음을 경감하는 것에는 한계가 있다.

본 발명의 목적은 진동이나 소음을 확실하게 충분히 저감할 수 있는 회전 전기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 회전 전기는 환상의 스테이터와, 상기 스테이터의 내주측에 회전 가능하게 배치된 로터를 구비하는 회전 전기에 있어서, 상기 스테이터에는 상기 로터측을 향해서 돌출되고 코일을 권취시킨 복수의 스테이터 티스가 둘레 방향으로 등간격으로 설치되고, 상기 로터에는 상기 스테이터측을 향해서 돌출된 복수의 로터 티스가 둘레 방향으로 등간격으로 설치되고, 상기 로터 티스는 볼록상의 티스 본체부와, 상기 티스 본체부의 선단으로부터 둘레 방향의 양측으로 연장된 연장부를 갖고, 상기 로터 티스의 돌출 방향의 중간에는 상기 스테이터 티스 선단의 둘레 방향의 폭보다도 작은 둘레 방향의 폭을 갖는 잘록부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 회전 전기에 있어서, 상기 연장부에 있어서의 선단측의 둘레 방향의 끝 가장자리에는 엣지가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 회전 전기에 있어서는 상기 로터 티스 선단의 둘레 방향의 폭은 상기 잘록부의 둘레 방향의 최소폭의 1.5배보다도 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 회전 전기에 있어서는 상기 잘록부의 둘레 방향의 최소폭은 상기스테이터 티스 선단폭의 0.75배보다도 작은 것이 바람직하다.

본 발명의 회전 전기에 있어서는 상기 로터 티스는 상기 티스 본체부의 선단 및 상기 연장부에 걸쳐 연속한 원호면을 갖고, 상기 원호면과 상기 스테이터 티스 선단의 원호면의 사이에서 형성되는 갭은 둘레 방향에 걸쳐 일정한 것이 바람직하다.

본 발명의 회전 전기는 환상의 스테이터와, 상기 스테이터의 내주측에 회전 가능하게 배치된 로터를 구비하는 회전 전기에 있어서, 상기 스테이터에는 상기 로터측을 향해서 돌출되고 소선(素線)을 권취시킨 복수의 스테이터 티스가 둘레 방향으로 등간격으로 설치되고, 상기 로터에는 상기 스테이터측을 향해서 돌출된 복수의 로터 티스가 둘레 방향으로 등간격으로 설치되고, 상기 로터 티스는 볼록상의 티스 본체부와, 상기 티스 본체부의 선단으로부터 둘레 방향의 양측으로 연장된 연장부와, 상기 티스 본체부의 선단 및 상기 연장부에 걸쳐 연속한 원호면을 갖고, 상기 원호면과 상기 스테이터 티스 선단의 원호면의 사이에서 형성되는 갭은 둘레 방향에 걸쳐 동일하고, 상기 연장부에 있어서의 선단측의 둘레 방향의 끝 가장자리에는 엣지가 형성되고, 상기 로터 티스의 돌출 방향의 중간에는 둘레 방향의 최소폭을 갖는 잘록부가 설치되고, 상기 로터 티스 선단의 둘레 방향의 폭은 상기 잘록부의 둘레 방향의 최소폭의 1.5배보다도 크고, 상기 잘록부의 둘레 방향의 최소폭은 상기 스테이터 티스 선단폭의 0.75배보다도 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 로터 티스에 연장부 및 스테이터 티스보다도 폭이 좁은 잘록부가 설치되어 있으므로 자기 포화가 발생해서 스테이터 티스측에서의 자속이 로터 티스의 내부를 통과하기 어려워져서 발생하는 레이디얼력의 피크를 억제할 수 있다. 따라서, 로터 티스와 스테이터 티스의 정대 위치에서 스테이터 티스로부터 로터 티스로 통하는 자속이 제한되어 진동이나 소음을 충분하게 경감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 회전 전기를 탑재하는 건설 기계의 측면도이다.
도 2는 상기 건설 기계의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 3은 상기 회전 전기를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 상기 회전 전기를 나타내는 단면도이다.
도 5는 상기 회전 전기의 로터 및 스테이터를 나타내는 정면도이다.
도 6은 상기 로터 및 스테이터의 요부를 나타내는 확대도이다.
도 7은 상기 실시형태의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 상기 실시형태의 다른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 변형예를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 따른 티스 형상이 적용된 회전 전기로서의 발전기 모터(10)를 탑재하는 유압 굴착기(1)의 측면도이다. 도 2는 유압 굴착기(1)의 일부를 나타내는 평면도이다.

[유압 굴착기의 대략 구성]

유압 굴착기(1)는 엔진(6)에 의해 발전기 모터(10)를 구동해서 전력을 발생시키고, 이 전력에 의해 상부 선회체(3)를 선회시키거나, 유압 굴착기(1)의 보기류(補機類)를 구동하거나 하는, 소위 하이브리드 방식의 건설 기계이다.

이러한 유압 굴착기(1)는 하부 주행체(2)와, 하부 주행체(2)에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(3)를 구비하고 있다. 상부 선회체(3)는 작업기(4), 캡(5), 엔진(6), 유압 펌프(7), 인버터(8), 커패시터(9) 및 발전기 모터(10)를 구비하고 있다. 발전기 모터(10)와 인버터(8)는 전원 케이블(CA1)을 통해서 전기적으로 접속되고, 또한 인버터(8)와 커패시터(9)가 전기적으로 접속되어 있다.

이 중의 상부 선회체(3)는 발전기 모터(10) 또는 커패시터(9)로부터의 전기 에너지에 의해 동작하는 선회 전동 모터(3A)로 구동된다. 선회 전동 모터(3A)와 인버터(8)는 전원 케이블(CA2)을 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 선회 전동 모터(3A)는 상부 선회체(3)의 감속시의 회생 동작에 의해 발전하고, 발전으로 얻어진 전기 에너지는 인버터(8)를 통해서 커패시터(9)에 축적된다.

또한, 상부 선회체(3)에는 스윙 서클(SC)의 아우터 레이스(OL)가 고정되어 있고, 하부 주행체(2)에는 스윙 서클(SC)의 이너 레이스(IL)가 고정되어 있다. 이러한 구조에 의해 스윙 서클(SC)은 상부 선회체(3)와 하부 주행체(2)를 연결한다. 선회 전동 모터(3A)의 입출력 샤프트는 감속 기구를 구비한 스윙 머시너리(swing machinery)를 통해서 스윙 피니언(SP)과 연결되어 있다. 스윙 피니언(SP)은 스윙 서클(SC)의 이너 레이스(IL)에 형성된 내부 티스와 맞물려 있다.

선회 전동 모터(3A)의 구동력은 상기 스윙 머시너리를 통해서 스윙 피니언(SP)에 전달되어 상부 선회체(3)를 선회시킨다. 본 실시형태에 있어서, 선회 전동 모터(3A)는 세로로 위치되고, 즉, 하이브리드 유압 굴착기(1)를 수평면에 설치한 경우에 있어서, 선회 전동 모터(3A)의 입출력 샤프트가 중력이 작용하는 방향을 향하도록 설치된다.

작업기(4)는 붐(4A), 암(4B) 및 버킷(4C)을 구비해서 구성된다. 붐(4A), 암(4B) 및 버킷(4C)은 도 2에 나타내는 유압 펌프(7)로부터 압송되는 작동유에 의해, 컨트롤 밸브를 통해서 각각 붐(4A)용, 암(4B)용, 버킷(4C)용의 각 유압 실린더에 의해 구동되어 굴착 등의 각종 작업을 실행한다.

[발전기 모터의 구성]

도 3은 본 실시형태에 따른 발전기 모터(10)의 분해도이다. 도 4는 발전기 모터(10)의 단면도이다. 보다 구체적으로, 도 4는 발전기 모터(10)의 로터(14)의 회전 중심축(Z)를 포함하고, 또한 회전 중심축(Z)과 평행한 평면에서 발전기 모터(10)를 절단했을 때의 단면을 나타내고 있다.

발전기 모터(10)는 엔진(6)의 출력 축 및 유압 펌프(7)의 입력 축에 대하여, 로터 축(14A)이 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있고, 엔진(6)의 출력 축의 회전 구동력에 의해 발전을 행한다. 엔진(6)의 회전을 증가시키는 경우 등, 발전기 모터(10)는 필요에 따라서 커패시터(9)에 축적된 전기 에너지에 의해 전동기로서 사용되어 엔진(6)의 회전을 어시스트한다. 또한, 예를 들면 엔진(6)이 아이들링 상태에 있는 경우에는 발전기 모터(10)는 엔진(6)의 회전 구동력을 받아서 발전하고, 발전에 의해 발생한 전기 에너지는 커패시터(9)에 축적된다.

본 실시형태에서의 발전기 모터(10)는 3상의 스위치드 릴럭턴스(이하 SR: Switched Reluctance로 약기한다) 모터의 구조를 갖는 발전기 모터이고, 예를 들면 엔진(6)측의 제 1 하우징(11)과, 플라이휠(12)과, 커플링(13)과, 로터(14)와, 스테이터(15)와, 유압 펌프(7)측의 제 2 하우징(16)과, 플랜지(17)를 구비하고 있다.

제 1 하우징(11)은 주철제의 부재이고, 제 2 하우징(16)과 접합되어서 내부에 로터(14)나 스테이터(15) 등을 수용하는 공간을 형성한다. 이 수용 공간의 하부에는 로터 축(14A)이나 베어링(18) 부분의 윤활을 촉진함과 아울러, 스테이터(15)의 발열 부위(코일(52) 등)을 냉각하기 위한 냉각유를 저장하는 오일 저장부(21)가 형성되어 있다. 스테이터(15)의 냉각 구조에 대해서는 후술한다.

플라이휠(12)은 제 1, 제 2 하우징(11, 16)에 의해 형성되는 수용 공간내에 있어서, 엔진(6)의 출력 축에 고정된다. 또한, 플라이휠(12)은 커플링(13)을 통해서 로터(14)와 접속되고, 제 1, 제 2 하우징(11, 16)내에서 회전한다.

커플링(13)은 대략 원환상의 부재이고, 플라이휠(12)에 대하여 볼트 고정된다. 이 커플링(13)은 내경 부분에 형성된 내부 스플라인이 로터 축(14A)의 엔진측의 외경 부분에 형성된 외부 스플라인과 맞물리고, 서로 스플라인 결합된다. 이것에 의해, 플라이휠(12), 커플링(13) 및 로터 축(14A)을 갖는 로터(14)는 함께 회전하고, 엔진(6)에 의해 구동된다.

로터(14)는 제 1, 제 2 하우징(11, 16)내에 있어서, 스테이터(15)의 내주측의 공간에 배치되어 있다. 로터(14)의 중앙에는 로터 축(14A)이 볼트 고정되는 지지 공간(14B)이 형성되어 있다. 지지 공간(14B)내에는 플랜지(17)의 중앙에 설치된 원통상의 지지부(17A)가 들어간다. 그리고, 지지 공간(14B)의 내주면과 지지부(17A)의 외주면의 사이에 베어링(18, 18)이 배치됨으로써 로터(14)가 플랜지(17)의 지지부(17A) 주위에 회전 가능하게 지지된다.

한편, 로터(14)의 로터 축(14A)에 있어서의 유압 펌프(7)측의 부분은 플랜지(17)의 지지부(17A) 내에 삽입된다. 로터(14)의 로터 축(14A)에 있어서, 지지부(17A) 내에 삽입된 부분의 내경측에는 내부 스플라인이 형성되어 있다. 이 내부 스플라인과 유압 펌프(7)의 입력 축에 설치된 외부 스플라인이 스플라인 결합된다. 이것에 의해, 유압 펌프(7)가 로터(14)를 통해서 엔진(6)에 의해 구동되는 것이 된다.

스테이터(15)는 제 1, 제 2 하우징(11, 16)내의 공간에 설치되고, 로터 코어(40) 부분을 엔진(6)측으로부터 관통하는 복수의 볼트(26)(도 3 중에 1개만을 도시)에 의해 제 2 하우징(16)에 볼트 고정된다.

제 2 하우징(16)은 주철제의 부재이고, 발전기 모터(10)에 있어서의 유압 펌프(7)측(도 4 중에서의 우측)에 설치되어 있다. 제 2 하우징(16)은 볼트 고정되는 제 1 하우징(11)과 함께, 플라이휠(12), 커플링(13), 로터(14) 및 스테이터(15)를 수용하는 수용 공간을 형성함과 아울러 발전기 모터(10)의 외곽을 형성한다.

제 2 하우징(16)의 어깨 부분에는 수용 공간과 연통하는 내부 공간을 갖는 전기 박스(19)가 부착된다. 전기 박스(19)의 내부 공간내에는 코일(52)로부터의 리드선을 결선하는 터미널이 배치되어 있다. 이러한 터미널은 전기 박스(19)에 고정되는 전원 케이블(CA1)(도 2)의 커넥터에 접속된다. 즉, 발전기 모터(10)로 발전된 전기 에너지는 전기 박스(19)로부터 상기 전원 케이블(CA1)을 통해서 인버터(8)에 송전된다.

플랜지(17)는 제 1, 제 2 하우징(11, 16)으로 형성되는 수용 공간을 제 2 하우징(16)측에서 폐쇄하는 부재이다. 따라서, 플랜지(17)는 제 2 하우징(16)에 대하여 유압 펌프(7)측으로부터 볼트 고정된다. 플랜지(17)의 중앙에는 지지부(17A)와 동축 상에 삽입 구멍(17B)이 형성되고, 이 삽입 구멍(17B)에 삽입되는 유압 펌프(7)의 입력 축이 상술한 바와 같이, 로터(14)의 로터 축(14A)과 스플라인 결합된다.

[발전기 모터의 냉각 구조]

도 4에 있어서, 제 2 하우징(16)에는 오일 등의 냉각 매체가 도입되는 냉각 매체 도입로(31)가 회전 중심축(Z)을 향해서 설치되어 있다. 냉각 매체 도입로(31)의 하단은 제 2 하우징(16)과 플랜지(17)의 접촉면에 있어서, 플랜지(17)측으로 개구하고 있다. 플랜지(17)에는 상단이 냉각 매체 도입로(31)의 하단과 연통하고, 하단이 로터 축(14A)에 형성된 내부 스플라인의 단부에 개구된 연직된 냉각 매체 연통로(32)가 설치되어 있다. 또한, 플랜지(17)에는 냉각 매체 연통로(32)의 도중으로부터 수평 방향으로 분기되어서 지지부(17A)의 상방에 개구한 냉각 매체 분기로(33)가 설치되어 있다. 지지부(17A)에는 직경 방향의 연통하는 연통 구멍(17C)이 둘레 방향을 따라서 복수 설치되어 있다.

제 2 하우징(16)의 냉각 매체 도입로(31)에 공급된 냉각 매체의 일부는 플랜지(17)의 냉각 매체 연통로(32)를 통해서 흘러내린다. 흘러내린 냉각 매체의 다른 일부는 플랜지(17)와 로터 축(14A)의 간극을 통과하고, 지지부(17A)와 로터 축(14A)의 사이의 공간을 흐른다. 또한, 냉각 매체 연통로(32)로부터 흘러내리는 냉각 매체의 다른 일부는 로터 축(14A)과 유압 펌프(7)(도 2)의 입력 축의 스플라인 결합 부분을 통하여 로터 축(14A)의 내부 공간으로 흐른다.

지지부(17A)와 로터 축(14A)의 사이의 공간에 흘러들어 온 냉각 매체는 로터(14) 회전 시의 원심력에 의해 지지부(17A)의 내면측으로 이동하고, 지지부(17A)의 연통 구멍(17C)을 통해서 베어링(18)측에 공급되고, 이 베어링(18)을 냉각 및 윤활한다. 베어링(18)을 냉각한 냉각 매체는 원심력에 의해 외방으로 더 이동하고, 그 대부분이 로터(14)의 외주에 설치된 단면 J자 형상의 제 1 블레이드(34)에 달한다. 제 1 블레이드(34)에 달한 냉각 매체는 제 1 블레이드(34)에 형성된 토출 구멍(34A)으로부터 원심력에 의해 토출되고, 코일(52)의 코일 엔드와 제 2 하우징(16)의 사이의 간극에 공급되고, 코일(52)의 제 2 하우징(16)측을 향한 코일 엔드를 효율적으로 냉각한다.

이것에 대하여 로터 축(14A)의 내부 공간에 흘러들어 온 냉각 매체는 로터 축(14A)과 엔진(6)(도 2)의 출력 축의 스플라인 결합 부분으로부터 유출된 후, 로터 축(14A)과 커플링(13)의 스플라인 결합 부분을 통해서 커플링(13)의 외주측으로 유출된다. 유출된 냉각 매체는 원심력에 의해 외방으로 이동하고, 그 대부분이 로터(14)의 외주에 설치된 제 2 블레이드(35)에 달한다. 제 2 블레이드(35)에 달한 냉각 매체는 제 2 블레이드(35)에 형성된 토출 구멍(35A)으로부터 원심력에 의해 토출되어 코일(52)의 제 1 하우징(11)측을 향한 코일 엔드를 효율적으로 냉각한다.

한편, 냉각 매체 도입로(31)에 공급된 냉각 매체 중, 냉각 매체 분기로(33)측으로 흐른 냉각 매체는 지지부(17A)의 상방으로 유출한다. 유출된 냉각 매체는 지지부(17A)의 주위로 퍼진 후, 원심력에 의해 외방으로 이동하고, 제 1 블레이드(34)에 달한다. 제 1 블레이드(34)에 달한 냉각 매체는 상술한 바와 같이, 토출구멍(34A)으로부터 원심력에 의해 토출되어 코일 엔드를 냉각한다.

코일 엔드를 냉각한 냉각 매체는 제 1, 제 2 하우징(11, 16)내를 적하해서 오일 저장부(21)에 저장되고, 여기서부터 배출 통로(22), 도시하지 않은 필터 및 펌프를 경유해서 도 3에 나타내는 오일 쿨러 입구(23)로 보내진다. 오일 쿨러로 냉각된 냉각 매체는 오일 쿨러 출구(24)로부터 배관(25)을 통해서 다시 냉각 매체 도입로(31)의 상부에 공급된다.

[스테이터 및 로터의 구조]

도 5는 발전기 모터(10)의 로터(14) 및 스테이터(15)를 나타내는 정면도이다. 도 6은 로터(14) 및 스테이터(15)의 요부를 나타내는 확대도이다.

도 5에 있어서, 로터(14)는 원환상의 로터 코어(40)를 갖고 있다. 로터 코어(40)는 복수의 전자 강판을 적층해서 구성되어 있다. 각각의 전자강판은 같은 형상이고, 로터(14)의 회전 중심축(Z)에 직교하는 면에서의 로터 코어(40)의 단면형상은 모든 개소에서 동일하다. 로터 코어(40)에는 스테이터(15)측을 향해서 돌출하는 복수의 로터 티스(41)가 둘레 방향을 따라 등간격으로 설치되어 있다. 본 실시형태에서는 24극의 로터(14)를 구성하기 위해서, 로터 코어(40)에는 합계 24개의 로터 티스(41)가 설치되어 있다. 로터 티스(41)는 직경 방향을 따른 중심선에 대하여 선대칭한 형상으로 설치되어 있다.

스테이터(15)는 원환상의 스테이터 코어(50)를 갖고 있다. 스테이터 코어(50)는 복수의 전자 강판을 적층해서 구성되어 있다. 각각의 전자 강판은 동일한 형상이고, 로터(14)의 회전 중심축(Z)에 직교하는 면에서의 스테이터 코어(50)의 단면 형상은 모든 개소에서 동일하다. 스테이터 코어(50)에는 로터(14)측을 향해서 돌출하는 복수의 스테이터 티스(51)가 둘레 방향을 따라 등간격으로 설치되어 있다. 각 스테이터 티스(51)에는 집중 권취에 의한 코일(52)이 권취되어 있다. 본 실시형태에서는 36극의 스테이터(15)를 구성하기 위해서, 스테이터 코어(50)에는 합계 36개의 스테이터 티스(51)가 설치되어 있다. 인접하는 스테이터 티스(51)간의 공간은 슬롯(53)이 되고 있다. 스테이터 티스(51)도 직경 방향을 따른 중심선에 대하여 선대칭한 형상으로 설치되어 있다.

도 6에 확대해서 나타내는 바와 같이, 로터 요크의 외주면(40A)으로부터 돌출하는 로터 티스(41)는 볼록상의 티스 본체부(42)와, 티스 본체부(42)의 선단으로부터 둘레 방향의 양측으로 연장된 연장부(43, 43)를 갖고 있다. 연장부(43)에 있어서의 선단측의 둘레 방향의 끝 가장자리에는 엣지(43A)가 형성되어 있다. 이 엣지(43A)에 의해, 로터 티스(41) 및 스테이터 티스(51)간의 레이디얼력의 변화가 완만해지므로 고조파를 저감할 수 있어 진동이나 소음을 한층 더 경감할 수 있다. 로터 티스(41)의 돌출 방향의 중간에는 스테이터 티스(51) 선단의 둘레 방향의 폭(WS1)보다도 작은 둘레 방향의 최소폭(WR2)을 갖는 잘록부(44)가 설치되어 있다. 「돌출 방향의 중간」이란 로터 요크의 외주면(40A)에 대하여 상승된 부분부터 주방향으로 연장된 연장부(43)의 베이스 부분까지의 사이를 말한다.

즉, 로터 코어(40)에는 테이퍼 형상으로 돌출되고, 그 도중부터 선단을 향함에 따라서 둘레 방향으로 확장되는 것으로 로터 티스(41)가 형성되어 있다. 티스 본체부(42)에 있어서, 테이퍼 부분부터 확장 부분으로의 변환 위치에서 잘록부(44)가 형성되고, 돌출 방향의 선단측에서 둘레 방향의 양측으로 확장된 부분에 의해 연장부(43)가 형성되어 있다. 로터 티스(41)는 티스 본체부(42)의 선단 및 연장부(43)에 걸쳐 연속한 원호면(45)을 갖고 있다.

즉, 스테이터 티스(51)의 선단, 및 이 선단과 근접 대향하는 로터 티스(41)의 선단은 모두 둘레 방향을 따른 원호면(45, 55)으로서 형성되어 있다. 그리고, 로터 티스(41)의 원호면(45)에 있어서, 둘레 방향의 양 단측에 형성되는 끝 가장자리가 엣지(43A)이다. 이들 스테이터 티스(51) 선단의 원호면(55)과 로터 티스(41) 선단의 원호면(45)의 사이에서 형성되는 갭(G)은 둘레 방향에 걸쳐 일정하다. 따라서, 로터 티스(41) 및 스테이터 티스(51)간의 레이디얼력의 변화를 보다 확실하게 완만하게 할 수 있어 고조파를 저감하여 진동이나 소음을 한층 더 저감할 수 있다.

여기서, 로터 티스(41) 선단의 둘레 방향의 폭(WR1)은 잘록부(44)의 둘레 방향의 최소폭(WR2)의 1.5배보다도 크다. 또한, 잘록부(44)의 둘레 방향의 최소폭(WR2)은 스테이터 티스(51) 선단의 폭(WS1)의 0.75배보다도 작다. WR1은 WS1의 1.25배 부근에서 최선이 된다. 로터 티스(41)의 원호면(45)과 잘록부(44)로부터 연장부(43)를 향하는 사면(46)과 이루는 각도(θ)는 대략 45°이다. 스테이터 티스(51) 선단의 폭(WS1)과 슬롯(53)(도 5)의 개구 폭(WS2)의 비(WS1:WS2)는 4:6이다.

[특성과 효과]

도 7에는 발전기 모터(10)의 정 토크(static torque) 특성이 나타나 있다. 본 실시형태의 발전기 모터(10)의 정 토크 특성이 실선으로 나타내어지고, 배경기술로서 설명한 종래의 발전기 모터의 정 토크 특성이 점선으로 나타내어진다. 정 토크 특성이란 스테이터(15)의 1상분의 코일(52)에 직류 전류를 공급하고, 발생하는 자력 중에서 로터(14)를 회전시켰을 때에 로터(14)를 회전시키는데 필요한 토크를 계측함으로써 얻어지는 특성이다. 도 7의 가로축은 전기각도(edeg（°)), 세로축은 토크(Nm)이다.

전기각도 180°의 위치는 서로 인접하게 설치하는 한쌍의 로터 티스(41) 사이에 스테이터 티스(51)가 위치하고 있고, 로터 티스(41)와 스테이터 티스(51)가 비대향 위치에 있다. 본 실시형태의 발전기 모터(10)에서는 비대향 위치로부터 로터(14)를 전진시키면, 연장부(43)의 엣지(43A)가 종래의 것보다도 빨리 스테이터 티스(51)에 가까이 가므로, 그 직후의 빠른 시점에서 토크가 발생되기 시작하고, 230°부근에서는 이미 피크에 가깝게 되고, 280°부근까지 지속된다.

이러한 특성은 로터 티스(41)에 연장부(43)가 설치되어 있는 것에 의한다. 따라서, 발전기 모터(10)로서는 비대향 위치에 가까운 위치로부터 소정의 크기의 토크가 발생하기 시작하므로, 로터 티스(41)와 스테이터 티스(51)가 대향할 때까지 전류를 흘리지 않아도 충분한 토크가 얻어져 로터 티스(41)와 스테이터 티스(51) 사이에서 발생하는 레이디얼력을 저감할 수 있어서 진동이나 소음을 경감할 수 있다.

도 8에는 전기 각도에 따라 변화되는 로터 티스(41)와 스테이터 티스(51) 사이에서의 레이디얼력이 나타내어지고 있다. 본 실시형태의 발전기 모터(10)의 레이디얼력이 실선으로 나타내어지고, 종래의 발전기 모터의 레이디얼력이 점선으로 나타내어진다. 레이디얼력은 스테이터(15)의 1상분의 코일(52)에 직류 전류를 공급했을 때에, 로터 티스(41)와 스테이터 티스(51)를 통하는 자력선(쇄교 자속)으로부터 구해지는 값이다. 도 8의 가로축은 전기각도(edeg（°)),세로축은 레이디얼력(N)이다.

본 실시형태에서는 로터 티스(41)에 잘록부(44)가 최적인 최소폭(WR2)으로 설치되어 있으므로, 그 잘록부(44)에 있어서 자기 포화가 발생하고, 레이디얼력을 억제할 수 있다. 이 결과, 도 8에 나타내는 바와 같이, 최대 레이디얼력(레이디얼력의 피크 부분)이 평탄하게 되고, 자기 포화가 발생하기 어려운 종래의 것에 비해서 최대 레이디얼력을 확실하게 작게 할 수 있어 소음을 양호하게 경감할 수 있다. 그리고, 이러한 1상분에 있어서, 최대 레이디얼력이 작아지는 것으로부터, 3상으로 실제로 발전기 모터(10)를 구동한 경우에는 각 상에서의 피크간의 레이디얼력의 저감을 각별히 작게 할 수 있어 진동을 대폭 억제할 수 있다.

또한, 로터 티스(41)에 설치된 연장부(43)에 의해, 이러한 연장부(43)가 설치되지 않은 경우에 비하여 빠른 단계에서부터 레이디얼력이 발생하기 시작하기 때문에 레이디얼력의 시간 변화를 적게 해서 레이디얼력의 고조파 성분을 억제할 수 있다. 게다가 연장부(43)의 끝 가장자리에 엣지(43A)가 형성되어 있으므로, 레이디얼력의 변화를 완만하게 할 수 있고, 이점에서도 고조파를 저감할 수 있다. 따라서, 수축부(44)에 의한 효과와 더불어 진동이나 소음을 확실하게 저감 가능하다.

특히, 로터 티스(41) 선단의 둘레 방향의 폭(WR1), 잘록부(44)에서의 둘레 방향의 최소폭(WR2), 스테이터 티스(51) 선단의 폭(WS1)의 관계가 최적으로 설정되어 있으므로, 그 작용 효과가 현저하다.

또한, 본 발명은 상술의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는 로터 티스(41)의 선단은 단순한 원호면(45)으로 형성되어 있었지만, 도 9에 나타낸 바와 같이, 로터 티스(41)의 선단에 원호면(45)으로부터 소정 깊이로 움푹 들어간 오목부(47)를 설치해도 된다. 이러한 오목부(47)를 설치함으로써 자기 저항이 커지기 때문에 레이디얼력을 더욱 저감할 수 있어 진동이나 소음을 보다 경감할 수 있다.

상기 실시형태에서는 로터 티스(41) 및 스테이터 티스(51)의 각 폭(WR1, WR2, WS1, WS2)의 서로의 관계가 규정되어 있었지만, 그러한 규정으로부터 벗어나서 설정되어 있는 경우에도, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에 있어서, 본 발명에 포함된다. 즉, 연장부(43)를 포함한 로터 티스(41)의 선단의 폭(WR1)이 스테이터 티스(51)의 선단의 폭(WS1)보다도 작은 경우라도, 로터 티스(41)로서 본발명에 따른 엣지(43A)가 있는 연장부(43) 및 잘록부(44)를 갖고 있으면, 본 발명에 포함된다.

상기 실시형태에서는 로터 티스(41)와 스테이터 티스(51) 간의 갭(G)이 둘레 방향의 전역에서 일정했지만, 선행 기술문헌에서 열거된 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 둘레 방향의 양측을 향함에 따라 갭(G)의 크기가 서서히 커져도 된다.

상기 실시형태에서는 로터 티스(41)에 있어서의 최소폭(WR2)을 갖는 잘록부(44)가 티스 본체부(42)와 연장부(43)의 사면(46)이 교차하는 위치에 대응해서 설치되어 있었지만, 예를 들면 그러한 교차 위치보다도 내측, 즉, 회전 중심축(Z)측에 설치되어 있어도 된다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명은 하이브리드형의 건설 기계에 이용할 수 있는 것 외, 하이브리드형의 자동차, 전기식의 자동차, 또는 전기식의 건설 기계에도 이용할 수 있다.

10 : 회전 전기인 발전기 모터 14 : 로터
15 : 스테이터 41 : 로터 티스
42 : 티스 본체부 43 : 연장부
43A : 엣지 44 : 잘록부
45 : 원호면 51 : 스테이터 티스
52 : 코일 G : 갭
Z : 회전 중심축 WR2 : 최소폭

Claims (6)

1. 환상의 스테이터와,
   상기 스테이터의 내주측에 회전 가능하게 배치된 로터를 구비하는 회전 전기에 있어서,
   상기 스테이터에는 상기 로터측을 향해서 돌출되고 코일을 권취시킨 복수의 스테이터 티스가 둘레 방향으로 등간격으로 설치되고,
   상기 로터에는 상기 스테이터측을 향해서 돌출된 복수의 로터 티스가 둘레 방향으로 등간격으로 설치되고,
   상기 로터 티스는 볼록상의 티스 본체부와 상기 티스 본체부의 선단으로부터 둘레 방향의 양측으로 연장된 연장부를 갖고,
   상기 로터 티스의 돌출 방향의 중간에는 상기 스테이터 티스 선단의 둘레 방향의 폭보다 작은 둘레 방향의 최소폭을 갖는 잘록부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 연장부에 있어서의 선단측의 둘레 방향의 끝 가장자리에는 엣지가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 로터 티스 선단의 둘레 방향의 폭은 상기 잘록부의 둘레 방향의 최소폭의 1.5배보다도 큰 것을 특징으로 하는 회전 전기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 잘록부의 둘레 방향의 최소폭은 상기 스테이터 티스 선단폭의 0.75배보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 전기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로터 티스는 상기 티스 본체부의 선단 및 상기 연장부에 걸쳐 연속한 원호면을 갖고,
   상기 원호면과 상기 스테이터 티스 선단의 원호면의 사이에 형성되는 갭은 둘레 방향에 걸쳐 일정한 것을 특징으로 하는 회전 전기.
6. 환상의 스테이터와,
   상기 스테이터의 내주측에 회전 가능하게 배치된 로터를 구비하는 회전 전기에 있어서,
   상기 스테이터에는 상기 로터측을 향해서 돌출되고 코일을 권취시킨 복수의 스테이터 티스가 둘레 방향으로 등간격으로 설치되고,
   상기 로터에는 상기 스테이터측을 향해서 돌출된 복수의 로터 티스가 둘레 방향으로 등간격으로 설치되고,
   상기 로터 티스는 볼록상의 티스 본체부와, 상기 티스 본체부의 선단으로부터 둘레 방향의 양측으로 연장된 연장부와, 상기 티스 본체부의 선단 및 상기 연장부에 걸쳐 연속한 원호면을 갖고,
   상기 원호면과 상기 스테이터 티스 선단의 원호면의 사이에서 형성되는 갭은 둘레 방향에 걸쳐 일정하고,
   상기 연장부에 있어서의 선단측의 둘레 방향의 끝 가장자리에는 엣지가 형성되고,
   상기 로터 티스의 돌출 방향의 중간에는 둘레 방향의 최소폭을 갖는 잘록부가 설치되고,
   상기 로터 티스 선단의 둘레 방향의 폭은 상기 잘록부의 둘레 방향의 최소폭의 1.5배보다 크고,
   상기 잘록부의 둘레 방향의 최소폭은 상기 스테이터 티스 선단폭의 0.75배보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 전기.

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