KR20170077057A

KR20170077057A - 단상 영구 자석 모터

Info

Publication number: KR20170077057A
Application number: KR1020160177912A
Authority: KR
Inventors: 유에 리; 추이 요우 조우; 용 왕; 용 리
Original assignee: 존슨 일렉트릭 에스.에이.
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2017-07-05
Also published as: CN106921272A; JP2017139947A; MX2017000122A; US20170187272A1; BR102016030159A2

Abstract

단상 영구 자석 모터는 고정자와 회전자를 포함한다. 고정자는 권선을 가진 고정자 코어를 포함한다. 고정자 코어는 요크와 집게형 자극(claw-pole)을 포함한다. 각각의 집게형 자극은, 인벌루트(involute) 곡면인 호형 극면을 형성한다. 모든 호형 극면은 협동하여 회전자를 수용하기 위한 공간을 한정한다. 점진적으로 변화하는 불균일한 공극이 호형 극면과 회전자 사이에 한정된다. 모터가 전원이 꺼져 정지할 때, 회전자의 극축은 집게형 자극의 중심 축으로부터 특정 각도만큼 오프셋되어 회전자가 사점 위치에서 정지하는 것을 회피하여, 모터의 그 다음 시동을 용이하게 한다.

Description

단상 영구 자석 모터{SINGLE PHASE PERMANENT MAGNET MOTOR}

본 발명은, 단상 영구 자석 모터에 관한 것이며, 구체적으로 단상 영구 자석 내부 회전자 모터에 관한 것이다.

단상 영구 자석 모터는 일반적으로, 고정자 코어, 고정자 권선, 및 영구 자석 회전자를 포함한다. 고정자 코어는 집게형 자극(claw-pole)을 형성하고, 고정자 권선이 집게형 자극 주위에 감긴다. 권선에 전원이 공급될 때, 집게형 자극은 극성화된다. 집게형 자극 각각은 고정자 코어의 하나의 자극으로 동작하며, 영구 자석 회전자의 영구 자극과 협동하여 회전자를 밀어 연속해서 회전하게 하며, 이것은 또한 창문을 구동하여 자동차 응용에서 열리거나 닫히게 하는 것과 같이 부하를 구동하여 회전하거나 병진 운동하게 한다.

일반적으로, 단상 영구 자석 모터의 고정자 코어의 자극의 개수는 영구 자석 회전자의 자극의 개수와 동일하다. 결국, 모터에 전원 공급이 끊겨서 정지할 때, 영구 자석 회전자의 영구 자극은 모터의 방사 방향을 따라 고정자 코어의 자극과 정렬되어, 사점을 형성하며, 이로 인해 모터에 다시 전원이 공급될 때 회전자는 시동이 걸릴 수 없다.

상기 내용에 비추어, 모터에 전력 공급이 끊길 때 사점을 형성하는 것을 효과적으로 회피할 수 있어서, 모터에 다시 전원이 공급될 때 모터가 성공적으로 시동이 걸리게 할 수 있는 단상 영구 자석 모터에 대한 요구가 있다.

단상 영구 자석 모터는 고정자와 회전자를 포함한다. 고정자는 고정자 코어와, 고정자 코어 주위에 감기는 권선을 포함한다. 고정자 코어는 요크와, 요크로부터 연장하는 적어도 2개의 집게형 자극을 포함한다. 집게형 자극 각각은 호형 극면을 형성한다. 집게형 자극의 호형 극면은 협동하여 공간을 규정한다. 회전자는 고정자의 이 공간에 회전 가능하게 배열된다. 회전자는 적어도 2개의 영구 자극을 포함한다. 각각의 집게형 자극의 호형 극면은 인벌루트(involute) 곡면이어서, 불균일한 공극이 호형 극면과 회전자 사이에 규정된다.

바람직하게도, 영구 자극 각각은 고정자의 호형 극면에 면하는 자극면을 포함하며, 불균일한 공극은 호형 극면과 자극면 사이에 규정된다.

바람직하게도, 회전자의 중심축과 각 호형 극면 사이의 방사상 거리는 호형 극면의 원주 방향을 따라 호형 극면의 한 단부로부터 호형 극면의 다른 한 단부까지 점진적으로 변화하며, 각 호형 극면과 회전자 사이의 불균일한 공극은 한 단부로부터 다른 한 단부까지 점진적으로 변화한다.

바람직하게도, 집게형 자극은 서로로부터 이격되고, 각 2개의 인접한 집게형 자극의 원단부는 그 사이에 간격을 규정하며, 호형 극면은 원주 방향으로 연속적이지 않으며, 집게형 자극 사이의 간격에서 중단된다.

바람직하게도, 인접한 집게형 자극 사이의 간격은 공극의 최대값의 0 내지 6배이다.

바람직하게도, 인접한 집게형 자극 사이의 간격은 공극의 최대값의 2배보다 크며, 공극의 최대값의 4배보다 작다.

바람직하게도, 집게형 자극 사이의 간격의 폭은 고정자와 회전자 사이의 공극의 최대폭의 실질적으로 2배이다.

바람직하게도, 고정자 코어는 U자형 코어이고, 2개의 아암이 요크의 2개의 단부로부터 연장하며, 2개의 아암은 서로 평행하며 서로로부터 이격되고, 아암 각각은 그 원단부에서 집게형 자극 중 하나를 형성하며, 다른 한 집게형 자극에 면하는 각 집게형 자극의 내표면은 오목하게 되어 호형 극면을 형성한다.

바람직하게도, 집게형 자극 각각의 C자형이며, 집게형 자극 각각의 2개의 단부는 다른 집게형 자극을 향해 돌출하여 자극-팁을 형성한다.

바람직하게도, 고정자 코어는 실질적으로 θ 형상 코어이며, 서로에게 평행하고 서로로부터 이격되는 2개의 요크를 포함하고, 2개의 아암은 2개의 요크의 대향하는 단부를 각각 상호 연결하고, 집게형 자극의 개수는 2개이고, 2개의 집게형 자극은 2개의 요크의 중간으로부터 서로를 향해 수직으로 연장하며, 다른 한 집게형 자극에 면하는 각 집게형 자극의 내표면은 오목하게 되어 호형 극면을 형성한다.

바람직하게도, 요크는 환형이고, 복수의 아암이 요크의 내표면으로부터 방사상으로 그리고 내부로 연장하고, 집게형 자극은 각각 아암의 방사상 내부 단부에 형성되고, 각각의 집게형 자극은 호형이며, 각각의 집게형 자극의 방사상 내표면은 집게형 자극의 호형 극면으로 기능한다.

바람직하게도, 코어는 복수의 세그먼트를 이음으로써 형성하며, 세그먼트 각각은 호형 요크 부분과, 요크 부분의 방사상 내표면으로부터 연장하는 아암을 포함하고, 집게형 자극은 각각 아암의 원단부에 형성되고, 원주 방향으로 각 요크 부분의 일 단부는 외부로 돌출하여 탭을 형성하고, 각 요크 부분의 다른 한 단부는 오목하게 되어 리세스를 규정하며, 각 요크 부분의 탭은 하나의 인접한 요크 부분의 리세스에서 맞물려서 환형 요크를 형성한다.

바람직하게도, 요크는 실질적으로 직사각형이고, 2개의 아암이 요크의 2개의 대향하는 측의 내표면으로부터 연장하고, 집게형 자극의 개수는 2개이고, 2개의 집게형 자극은 각각 아암의 원단부에 형성되고, 2개의 보조 집게형 자극이 요크의 다른 2개의 대향하는 측의 내표면에서 연결되고, 2개의 집게형 자극과 2개의 보조 집게형 자극은 원주 방향을 따라 교대로 배치되고, 각각의 보조 집게형 자극의 방사상 크기는 각각의 집게형 자극의 방사상 크기보다 작으며, 집게형 자극과 보조 집게형 자극 각각의 내표면은 오목하게 되어 호형 극면을 형성한다.

바람직하게도, 요크는 오블롱(oblong)이고, 2개의 아암이 요크의 더 짧은 측의 쌍으로부터 일체형으로 연장하고, 2개의 보조 집게형 자극은 별도로 형성한 후 각각 요크의 더 긴 측의 쌍에 연결한다.

바람직하게도, 각각의 보조 집게형 자극의 호형 극면은 인벌루트 곡면이고, 각각의 보조 집게형 자극의 호형 극면과 회전자 사이의 공극은 불균일하다.

바람직하게도, 집게형 자극과 보조 집게형 자극 각각의 호형 극면은 동일한 원주 방향을 따라 나선형으로 외부로 연장한다.

바람직하게도, 권선은, 집게형 자극에 연결되는 아암 주위에만 감긴다.

종래기술과 비교하여, 본 발명의 단상 영구 자석 모터의 코어는 인벌루트 호형 극면을 형성하고, 고정자와 회전자는 불균일한 공극을 형성하여, 모터에 전력 공급이 끊기고 정지할 때, 회전자의 극축은 특정 각도만큼 집게형 자극의 중심축으로부터 오프셋되어, 모터의 회전자는 사점 위치에서 정지하는 것이 방지되어, 모터의 그 다음 시동을 용이하게 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단상 영구 자석 모터의 개략도이다.
도 2는 도 1의 모터의 정면도이다.
도 3은 도 1의 모터의 고정자 코어의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단상 영구 자석 모터의 개략도이다.
도 5는 도 4의 모터의 정면도이다.
도 6은 도 4의 모터의 고정자 코어의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단상 영구 자석 모터의 개략도이다.
도 8은 도 7의 모터의 정면도이다.
도 9는 도 7의 모터의 절반부의 확대도이다.
도 10은 도 7의 모터의 고정자의 개략도이다.
도 11은 도 10의 고정자의 정면도이다.
도 12는 도 11의 고정자의 부분 확대도이다.
도 13은 도 11의 고정자의 코어의 개략도이다.
도 14는 도 7의 모터의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 모터의 개략도이다.
도 16은 도 15의 모터의 정면도이다.
도 17은 도 15의 모터의 고정자의 개략도이다.
도 18은 도 17의 고정자의 정면도이다.
도 19는 도 18의 고정자의 코어의 개략도이다.
도 20은 도 15의 모터의 회전자의 개략도이다.
도 21은 도 20의 회전자의 정면도이다.

본 발명의 단상 영구 자석 모터는, 자동차 창문, 장난감의 바퀴, 임펠러와 같은 외부 장비를 (기어, 웜 기어, 웜 등과 같은 트랜스미션 메커니즘을 통해) 직간접적으로 구동하여 병진운동 또는 회전시키는데 사용할 수 있다. 본 발명의 기술적 해법과 장점은, 수반하는 도면을 참조하여 본 발명의 단상 영구 자석 모터의 실시예에 대한 다음의 설명을 고려하면 자명하게 될 것이다. 도면은 오직 참고 및 예시용이며, 제한으로서 간주되지 않아야 한다. 도면에 도시한 구성요소와 특성부의 치수는 일반적으로 표시의 명확성과 편의성을 위해서 선택하며, 반드시 실제 축적대로 도시하지는 않는다.

도 1은 본 발명의 단상 영구 자석 모터의 실시예를 도시한다. 바람직하게도, 모터는 내부 회전자 모터이며, 전도성 연성 자기 소재로 된 고정자 코어(10)를 갖는 고정자(40)와, 고정자 코어(10)에 회전 가능하게 배치되는 영구 자석 회전자(12)를 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 이 실시예에서, 고정자 코어(10)는 U자 형상 코어이며, 블록 형상 요크(14)와, 요크(14)의 2개의 단부로부터 각각 수직으로 그리고 외부로 연장하는 2개의 아암(16)을 포함한다. 아암(16)은 권선이 아암 상에 감기게 한다. 각 아암(16)의 원단부는 집게형 자극(18)을 형성한다. 모터가 시작할 때, 아암(16) 주위에 감기는 권선에 전원이 공급되어 유도된 전자계를 생성하여, 집게형 자극(18)은 극성화된다. 극성화된 집게형 자극(18)은 코어(10)의 자극으로서 기능한다. 2개의 집게형 자극(18)은 언제라도 반대 극성을 갖는다. 도면에서, 권선, 권선의 전류를 제어하기 위한 전기 회로, 및 모터 하우징과 같은 고정자의 일부 요소는 도시하지 않으며, 종래기술에서 단상 영구 자석 모터의 대응하는 부분일 수 있다.

바람직하게도, 코어(10)의 2개의 아암(16)과 요크(14)는 각각 복수의 라미네이션을 스택함으로써 형성하며, 라미네이션은 그 후 기계적 연결에 의해 함께 조립하여 코어(10)를 형성한다. 그에 따라, 권선을 먼저 아암(16) 각각의 주위에 감은 다음, 권선이 감긴 아암(16)을 요크(14)에 연결하여, 코어(10)의 구조와 크기의 제한에 구애받지 않고 권선은 더욱 편리하게 그리고 신속하게 감을 수 있다. 바람직하게도, 요크(14)는 내부로 오목하게 되어 요크(14)의 2개의 단부 근처의 2개의 위치에서 잠금 슬롯(20)을 형성한다. 아암(16) 각각은 외부로 돌출하여 요크(14)에 면하는 일 단부에서 잠금 블록(22)을 형성한다. 조립하는 동안, 각 아암(16)의 잠금 블록(22)은 요크(14)의 일 대응하는 잠금 슬롯(20)에 맞물려서, 아암(16)과 요크(14)를 함께 연결하여 코어(10)를 형성한다. 바람직하게도, 잠금 슬롯(20)과 잠금 블록(22)은 더브테일(dovetail)-타입 연결을 형성하여, 연결 후 분리됨을 회피한다. 다른 실시예에서, 잠금 슬롯(20)은 또한 아암(16)에 형성될 수 있으며, 대응하여, 잠금 블록(22)은 요크(14) 상에 형성된다.

2개의 아암(16)은 모두 세장형이며, 서로에게 평행하며 서로로부터 이격되어 있다. 집게형 자극(18)이 요크(14)로부터 먼 아암(16)의 단부에서 형성된다. 공간(24)이 2개의 집게형 자극(18) 사이에서 규정되어 그 내부에 회전자(12)를 수용한다. 공간(24)에 면하는 각각의 집게형 자극(18)의 내표면은 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)으로서 기능하며, 이러한 호형 극면은 오목하고, 매끄러운 곡면이다. 이 실시예에서, 집게형 자극(18)은 실질적으로 C자형이며, 집게형 자극(18) 각각의 호형 극면(26)은 인벌루트 곡면이다. 각각의 호형 극면(26)은, 도 3에 예시한 구성으로부터 볼 때, 반시계방향을 따라 계속해서 나선형으로 외부로 연장한다. 다시 말해, 각 호형 극면(26)의 직경은 반시계방향을 따라 점진적으로 증가한다. 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)에 의해 에워싸이는 공간(24)은 불규칙적이며, 실질적으로 원기둥 형상이다. 호형 극면(26) 각각과 공간(24)의 중심축, 즉 회전자(12)의 중심축 사이의 거리는 호형 극면(26)의 나선 방향을 따라, 즉 반시계방향으로 점진적으로 증가한다.

이 실시예에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 대체로 회전자(12)는 오블롱 횡단면을 가지며, 회전 샤프트(미도시)가 회전자(12)의 내부를 통해 삽입되어 부하에 연결된 후 부하를 구동하여 동작한다. 회전자(12)는, 고정자 코어(10)의 집게형 자극(18)과 동일한 개수인 영구 자극(28)을 포함한다. 각각의 영구 자극(28)의 외표면은 그 자극면(30)으로서 기능하며, 이 자극면은 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)에 대향한다. 바람직하게도, 영구 자극(28)의 자극면(30)은, 회전자(12)의 중심축과 일치하는 중심축을 갖는 원통 표면 상에 위치한다. 바람직하게도, 원통 표면의 외부 직경은, 고정자 코어(10)의 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)의 직경의 최소값보다 작다. 조립 동안, 회전자(12)의 중심축은 집게형 자극(18) 사이의 공간(24)의 중심축과 계속 일치하고 있다. 회전자(12)의 영구 자극(28)의 자극면(30)은 방사 방향을 따라 코어(10)의 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)에 면하고 이로부터 이격되어 있으며, 그 사이에 공극(32)이 규정되어, 회전 동안 회전자(12)의 코어(10)와의 간섭을 회피하여, 회전자(12)의 안정적인 회전을 보장한다.

코어(10)의 집게형 자극(18)의 인벌루트 호형 극면(26)으로 인해, 각각의 호형 극면(26)과, 회전자(12)의 대응하는 자극면(30) 사이에 규정되는 공극(32)은 호형 극면(26)의 나선 방향, 즉 반시계방향을 따라 점진적으로 증가하는 방사 폭을 갖는다. 그에 따라, 고정자(40)와 회전자(12)는 그 사이에 점진적으로 변화하며 불균일한 공극(32)을 규정하여, 모터에 전력이 끊겨서 정지할 때, 회전자(12)의 극축은 특정 각도만큼 각각의 집게형 자극(18)의 중심축으로부터 오프셋되어, 즉 사점 위치를 회피하여, 모터에 다시 전원이 공급될 때 모터의 성공적인 시동을 보장한다. 다른 실시예에서, 집게형 자극(18)의 각각의 호형 극면(26)이 모터의 회전 방향을 따라 시계방향을 따라 나선형으로 외부로 연장하는 인벌루트 곡면이 도록 설계할 수 있으며, 회전자(12)의 영구 자극(28)의 자극면(30)과 또한 협동하여 그 사이에 불균일한 공극을 형성하여, 모터가 정지할 때 회전자(12)가 사점을 회피함을 보장한다.

바람직하게도, 원주 방향을 따라 각각의 아암(16)의 집게형 자극(18)의 2개의 단부는 다른 아암(16)을 향해 외부로 연장하여 자극 팁(34)을 형성하며, 이로 인해, 각각의 집게형 자극(18)은 반원에 가까운 더 큰 호 길이를 갖게 된다. 그에 따라, 2개의 집게형 자극(18)의 대향하는 자극 팁(34)은 그 사이에 좁은 간격(36)을 규정하여, 2개의 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)은 연속적인 원주 방향 표면을 형성하기보다는 원주 방향을 따라 좁은 간격만큼 중단되어 자속 누설 및 코깅 토크를 감소시켜 모터의 효율적이며 안정적인 동작을 달성한다. 더욱 바람직하게도, 원주 방향으로 호형 극면(26)의 불연속의 폭, 즉 집게형 자극(18) 사이의 간격(36)의 폭은 고정자(40)와 회전자(12) 사이의 공극(32)의 최대폭의 실질적으로 2배이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 단상 영구 자석 모터의 다른 실시예를 도시하며, 이 실시예의 주된 상이점은: 이 실시예의 모터의 고정자 코어(10)가 θ 형상 코어이며, 서로에게 평행하며 서로로부터 이격된 2개의 세장형 요크(14)를 포함하고, 2개의 아암(16)이 각각 2개의 요크(14)의 대향하는 단부를 상호 연결하며, 집게형 자극(18)이 각 요크(14)의 중간으로부터 수직으로 연장한다는 점이다. 2개의 집게형 자극(18)은 서로 대향하여 서로로부터 이격된다. 각각의 집게형 자극(18)의 내표면은 다른 집게형 자극(18)에 면하며 오목하게 되어 호형 극면(26)을 형성한다. 2개의 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)은 그 사이에 공간(24)을 규정하여 회전자(12)를 수용한다. 유사하게, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 각각의 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)은 인벌루트 곡면이며, 회전자(12)의 자극면(30)과 협동하여 불균일한 공극(32)을 형성하여, 모터에 전력 공급이 끊겨 정지할 때, 회전자(12)의 극축이 집게형 자극(18)의 중심축으로부터 오프셋되어 사점 위치를 회피함을 보장한다. 게다가, 2개의 집게형 자극(18)은 서로로부터 이격되며, 호형 극면(26)은 집게형 자극(18) 사이의 간격(36)에서 중단되며, 원주 방향으로 연속적이지 않아서, 자속 누설을 효과적으로 감소시킨다.

도 7 내지 도 14는 본 발명의 단상 영구 자석 모터의 제3 실시예를 도시하며, 이 실시예의 주된 상이점은: 이 실시예의 모터의 고정자 코어(10)가 링 형상 코어이며, 이 코어는 도 13에 도시한 바와 같이 환형 요크(14)와, 요크(14)의 내측으로부터 방사상으로 그리고 내부로 연장하는 복수의 아암(16)(도면에는 4개의 아암(16)이 예시됨)을 포함한다는 점이다. 권선(38)은 코어(10)의 아암(16) 주위에 감기며, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 협동하여 모터의 고정자(40)를 형성한다. 아암(16) 각각은 그 방사상 내부 단부에서 호형 집게형 자극(18)을 형성한다. 인접한 집게형 자극(18)의 원단부는 그 사이에 간격(36)을 규정한다. 각 집게형 자극(18)의 방사상 내표면은 오목하여 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)으로 동작한다. 바람직하게도, 도 13에 도시한 바와 같이, 각각의 호형 극면(26)은 인벌루트 곡면이며, 이 도면에서 도시한 구성으로부터 볼 때 시계방향을 따라 나선형으로 외부로 연장한다. 호형 극면(26)은 협동하여, 실질적으로 기둥 형상이어서 회전자(12)를 수용하는 공간(24)을 규정한다.

바람직하게도, 도 12에 도시한 바와 같이, 코어(10)는 복수의 세그먼트(42)를 이음으로써 형성한다. 세그먼트(42) 각각은 호형 요크 부분(44), 요크 부분(44)의 방사상 내표면의 중간으로부터 연장하는 아암(16), 및 아암(16)의 원단부에 형성되는 집게형 자극(18)을 포함한다. 원주 방향으로 요크 부분(44)의 일 단부는 외부로 돌출하여 탭(46)을 형성하고, 다른 한 단부는 오목하게 되어 리세스(48)를 규정한다. 조립 동안, 도 12에 도시한 바와 같이, 각각의 요크 부분(44)의 탭(46)이 인접한 요크 부분(44)의 리세스(48)와 맞물려서, 요크 부분(44)은 단부 끼리 연결되어 환형 요크(14)를 형성하며, 코어(10)를 달성한다. 요크(14)가 복수의 이어진 세그먼트(42)에 의해 형성되므로, 세그먼트(42)를 잇기 전에, 권선(38)이 각각의 세그먼트(42)의 아암(16) 주위에 감길 수 있다. 그에 따라, 권선(38)의 감기는 코어(10)의 구조와 크기에 의해 제한되지 않는다. 권선(38)의 단락 회로를 회피하기 위해, 절연 브라켓(50)을 세그먼트(42) 각각 주위에 장착할 수 있어서, 세그먼트(42)를 권선(38)으로부터 분리할 수 있다.

도 14에 도시한 바와 같이, 이 실시예에서, 회전자(12)는 회전자 코어(52)를 더 포함한다. 회전자 코어(52)는 기둥 형상이며, 샤프트(54) 주위에 고정되게 장착되며 샤프트(54)와 동축이다. 영구 자극(28)이 회전자 코어(52)의 외표면에 부착되며, 영구 자극(28)의 개수는 집게형 자극(18)의 개수와 동일하며, 이들 둘 모두는 이 실시예에서 4개이다. 영구 자극(28) 각각은 회전자(12)의 하나의 자극으로 동작한다. 인접한 영구 자극(28)은 반대 극성을 갖는다. 영구 자극(28)의 외표면은 그 자극면(30)으로서 기능하며, 자극면은 고정자(40)의 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)에 직접 면한다. 바람직하게도, 영구 자극(28)의 자극면(30)은, 샤프트(54)의 축과 일치하는 축을 갖는 원통면 상에 공통적으로 위치한다. 샤프트(54)의 2개의 단부는 외부로 연장하여 부하에 연결된다. 바람직하게도, 베어링(56)이 샤프트(54) 주위에 장착되어 샤프트(54)를 회전에 대해 지지한다.

회전자(12)와 고정자(40)를 조립하여 모터를 형성할 때, 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 고정자(40)의 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)이 인벌루트 곡면이기 때문에, 호형 극면(26)은 회전자(12)의 영구 자극(28)의 자극면(30)과 협동하여 그 사이에 불균일한 공극(32)을 규정한다. 공극(32)은 (도 9에서 볼 때 시계방향을 따라) 호형 극면(26)의 나선 방향을 따라 점진적으로 증가하는 방사상 폭을 가지며, 이점은, 모터에 전원 공급이 끊겨서 정지할 때, 회전자(12)의 극축이 집게형 자극(18)의 중심축으로부터 오프셋되어 사점 위치를 회피함을 보장한다. 게다가, 간격(36)이 고정자(40)의 집게형 자극(18) 사이에 규정되며, 그 결과로, 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)은 집게형 자극(18) 사이의 간격(36)에서 중단된다. 그러므로, 집게형 자극(18)의 호형 극면(26)은 원주 방향으로 연속적이지 않으며, 이점은 자속 누설을 효과적으로 감소시켜 모터의 효율을 보장한다.

도 15 내지 도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따른 단상 영구 자석 모터를 도시하며, 이 실시예의 주된 상이점은: 이 실시예의 모터의 고정자 코어(10)가, 도 19에 도시한 바와 같이, 직사각형 요크(14), 요크(14)의 2개의 대향하는 측으로부터 연장하는 2개의 아암(16), 각각의 아암(16)의 원단부에서 형성되는 집게형 자극(18), 및 요크(14)의 다른 2개의 대향하는 측에서 형성되는 2개의 보조 집게형 자극(58)을 포함하는 직사각형 코어이다. 이 실시예에서, 요크(14)는 오블롱이다. 2개의 아암(16)은 요크(14)의 대향하는 더 짧은 측의 내표면으로부터 서로를 향해 일체형으로 연장한다. 집게형 자극(18)은 각각의 집게형 자극(18)의 방사상 내부 단부에 형성되며 호 형상이다. 권선(38)이 아암(16) 주위에 감기며 집게형 자극(18)의 외측에 위치한다. 2개의 보조 집게형 자극(58)은 별도로 형성된 후 요크(14)의 대향하는 더 긴 측의 내표면에 연결되어 집게형 자극(18)을 자기적으로 전도시켜 자속 루프를 형성하는 것을 돕는다. 2개의 집게형 자극(18)과 2개의 보조 집게형 자극(58)은 원주 방향을 따라 교대로 배치되며, 좁은 간격(36)이 인접한 집게형 자극(18)과 보조 집게형 자극(58) 사이에 형성된다. 집게형 자극(18)과 보조 집게형 자극(58) 모두의 내표면은 오목하게 되어 호형 극면(26)을 형성한다. 각각의 호형 극면(26)은 인벌루트 곡면이며, 도 19에 도시한 구성에서 볼 때 시계방향을 따라 외부로 나선형이다. 이 실시예에서, 권선에 전원이 공급되면, 하나의 자속 루프가 하나의 집게형 자극(18)과 하나의 인접한 보조 집게형 자극(58) 사이에 형성되며, 그리하여 자속 루프의 개수는 집게형 자극(18)의 개수의 2배이다.

도 20 및 도 21에 도시한 바와 같이, 회전자(12)는, 집게형 자극(18)과 보조 집게형 자극(58)의 호형 극면(26)에 의해 규정된 공간(24)에 회전 가능하게 수용된다. 회전자(12)는 샤프트(54), 회전자 코어(52), 복수의 영구 자극(28) 및 회전자 하우징(60)을 포함한다. 회전자 코어(52)는 샤프트(54) 주위에 고정되게 장착된다. 영구 자극(28)은 회전자 코어(52)의 외표면에 고정된다. 회전자 하우징(60)은 영구 자극(28) 주위에 장착되어 이에 고정된다. 바람직하게도, 영구 자극(28)의 개수는 집게형 자극(18)과 보조 집게형 자극(58)의 총 개수와 같다. 회전자 코어(52)에 대향하는 각각의 영구 자극(28)의 외표면이 영구 자극(28)의 자극면(30)으로 기능하며, 회전자(12)의 축에 일치하는 축을 갖는 원통 표면 상에 위치한다. 고정자(40)와 회전자(12)의 조립 후, 고정자(40)의 일벌루트 호형 극면(26)으로 인해, 고정자(40)와 회전자(12) 사이의 공극(32)은 불균일하다. 공극(32)의 방사상 폭은 (도 19에서 도시한 구성에서 볼 때 시계방향을 따라) 고정자(40)의 호형 극면(26)의 나선 방향을 따라 점진적으로 증가하며, 이러한 점은, 모터에 전력 공급이 끊길 때 회전자(12)가 사점 위치에서 정지하는 것을 효과적으로 회피하며, 모터에 다시 전원이 공급될 때 회전자(12)의 성공적인 시동을 보장한다. 더 나아가, 회전자 하우징(60)은 전도성 자기 소재로 만들어지며, 이 경우, 회전자 하우징(60)의 외부 원주 표면은 회전자(12)의 자극면(30)으로서 기능하며, 이점은 고정자(40)와 회전자(12) 사이에 공극(32)을 효과적으로 감소시켜, 모터의 효율을 개선한다.

상기 실시예에서, 인접한 집게형 자극 사이의 간격은 공극의 최대값의 0 내지 6배이며, 바람직하게도 인접한 집게형 자극 사이의 간격은 공극의 최대값의 2배보다 크며 공극의 최대값의 4배보다 작다.

상기 실시예에서, 모터의 고정자(40)와 회전자(12)가 구조 및 형태에서 일부 상이하더라도, 이들의 동작은 원칙적으로 동일하다. 모터에 전원이 공급될 때, 주기적으로 교호하는 전류가 권선(38)을 통해 흘러서 유도 전자계를 생성한다. 결국, 고정자 코어(10)의 집게형 자극(18)은 극성화되어, 회전자(12)의 영구 자극(28)과 상호동작하여 회전자(12)를 구동하며, 회전자는 또한 부하를 구동하여 동작시킨다. 본 발명의 실시예에서, 고정자의 코어(10) 모두는 원주 방향으로 연속적이지 않은 인벌루트 호형 극면(26)을 형성하며, 고정자(40)와 회전자(12)는 그 사이에 불균일한 공극(32)을 규정한다. 이러한 구성은, 모터에 전력 공급이 끊길 때 회전자(12)가 사점 위치에서 정지하는 것을 회피하여, 모터의 그 다음 시동을 용이하게 한다. 게다가, 이러한 구성은 자속 누설을 감소시킬 수 있으며, 모터의 효율을 보장할 수 있다.

상술한 실시예는 제한보다는 예시적이다. 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 여러 변경이 당업자에게 자명할 수 있으며, 그러한 변경 모두는 본 발명의 범위 내에 속해야 한다.

Claims

단상 영구 자석 모터로서,
고정자 코어와, 상기 고정자 코어 주위에 감기는 권선을 포함하는 고정자로서, 상기 고정자 코어는 요크와, 상기 요크로부터 연장하는 적어도 2개의 집게형 자극(claw-pole)을 포함하고, 상기 집게형 자극들 각각은 호형 극면을 형성하며, 상기 집게형 자극들의 호형 극면들은 협동하여 공간을 규정하는, 상기 고정자; 및
상기 고정자의 상기 공간에 회전 가능하게 배열되는 회전자로서, 상기 회전자는 적어도 2개의 영구 자극을 포함하는, 상기 회전자를 포함하며,
각각의 집게형 자극의 호형 극면은 인벌루트(involute) 곡면이어서, 불균일한 공극이 상기 호형 극면들과 상기 회전자 사이에 규정되는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 회전자의 중심축과 각 호형 극면 사이의 방사상 거리는 상기 호형 극면의 원주 방향을 따라 상기 호형 극면의 한 단부로부터 상기 호형 극면의 다른 한 단부까지 점진적으로 변화하며, 각 호형 극면과 상기 회전자 사이의 불균일한 공극은 한 단부로부터 다른 한 단부까지 점진적으로 변화하는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 집게형 자극들은 서로로부터 이격되고, 각 2개의 인접한 집게형 자극의 원단부들은 그 사이에 간격을 규정하며, 상기 호형 극면들은 원주 방향으로 연속적이지 않으며, 상기 집게형 자극들 사이의 간격들에서 중단되는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 코어는 U자형 코어이고, 2개의 아암이 상기 요크의 2개의 단부로부터 연장하며, 상기 2개의 아암은 서로 평행하며 서로로부터 이격되고, 상기 아암들 각각은 그 원단부에서 집게형 자극들 중 하나를 형성하며, 다른 한 집게형 자극에 면하는 각 집게형 자극의 내표면은 오목하게 되어 상기 호형 극면을 형성하는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 코어는 실질적으로 θ 형상 코어이며, 서로에게 평행하고 서로로부터 이격되는 2개의 요크를 포함하고, 2개의 아암이 상기 2개의 요크의 대향하는 단부를 각각 상호 연결하고, 상기 집게형 자극들의 개수는 2개이고, 상기 2개의 집게형 자극은 상기 2개의 요크의 중간으로부터 서로를 향해 수직으로 연장하며, 다른 한 집게형 자극에 면하는 각 집게형 자극의 내표면은 오목하게 되어 상기 호형 극면을 형성하는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요크는 환형이고, 복수의 아암이 상기 요크의 내표면으로부터 방사상으로 그리고 내부로 연장하고, 상기 집게형 자극들은 각각 상기 아암들의 방사상 내부 단부에 형성되고, 각각의 집게형 자극은 호형이며, 각각의 집게형 자극의 방사상 내표면은 상기 집게형 자극의 호형 극면으로 기능하는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 6에 있어서, 상기 코어는 복수의 세그먼트를 이음으로써 형성하며, 상기 세그먼트들 각각은 호형 요크 부분과, 상기 요크 부분의 방사상 내표면으로부터 연장하는 아암을 포함하고, 상기 집게형 자극들은 각각 상기 아암들의 원단부에 형성되고, 원주 방향으로 각 요크 부분의 일 단부가 외부로 돌출하여 탭을 형성하고, 각 요크 부분의 다른 한 단부가 오목하게 되어 리세스를 규정하며, 각 요크 부분의 탭은 하나의 인접한 요크 부분의 리세스에서 맞물려서 환형 요크를 형성하는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요크는 실질적으로 직사각형이고, 2개의 아암이 상기 요크의 2개의 대향하는 측의 내표면으로부터 연장하고, 상기 집게형 자극들의 개수는 2개이고, 상기 2개의 집게형 자극은 각각 상기 아암들의 원단부에 형성되고, 2개의 보조 집게형 자극이 상기 요크의 다른 2개의 대향하는 측의 내표면들에서 연결되고, 상기 2개의 집게형 자극과 상기 2개의 보조 집게형 자극은 원주 방향을 따라 교대로 배치되고, 각각의 보조 집게형 자극의 방사상 크기는 각각의 집게형 자극의 방사상 크기보다 작고, 상기 집게형 자극들과 상기 보조 집게형 자극들 각각의 내표면은 오목하게 되어 호형 극면을 형성하며, 상기 권선이, 상기 집게형 자극들에 연결되는 아암들 주위에만 감기는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 8에 있어서, 상기 요크는 오블롱(oblong)이고, 상기 2개의 아암은 상기 요크의 더 짧은 측의 쌍으로부터 일체형으로 연장하고, 상기 2개의 보조 집게형 자극은 별도로 형성한 후 각각 상기 요크의 더 긴 측의 쌍에 연결되는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 8에 있어서, 각각의 보조 집게형 자극의 호형 극면은 인벌루트 곡면이고, 각각의 보조 집게형 자극의 호형 극면과 상기 회전자 사이의 공극은 불균일하고, 상기 집게형 자극들과 보조 집게형 자극들 각각의 호형 극면은 동일한 원주 방향을 따라 나선형으로 외부로 연장하는, 단상 영구 자석 모터.