WO2019066487A1 - 회전 전기기기 - Google Patents

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강도현
우병철
황욱
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한국전기연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a rotary electric machine such as a motor, a generator, and the like.
  • Electric vehicles, electric bicycles, electric two-wheeled vehicles and three-wheeled vehicles have been commercialized in recent years due to the increased interest in moving means using electricity.
  • the power output of generators for producing electricity in motors and industries Efforts are being made to achieve miniaturization and price competitiveness as required.
  • electric motors mounted on the electric vehicles and robots, and generators that generate electricity in the industry are required to have a small installation volume and high output when they are installed on the conveying body, and the high output small motors and generators Mass production became necessary.
  • the conventional electric motor and the generator iron core are constituted by slots having protruding teeth and grooves, and the slots are formed in a groove shape for winding the windings.
  • windings are wound in the order of A +, B-, C +, A-, B + and C- in the groove and windings B- and B- C + is installed and crosses at the end of the winding, so that the space for the winding is narrow and the productivity is deteriorated.
  • Patent Document 1 KR10-1027935 B
  • Patent Document 2 US20150069875 A1
  • Patent Document 3 KR10-2007-0070355 A
  • Patent Document 4 KR10-2003-0054753 A
  • the present invention provides a stator for a stator, comprising: an outer stator core 211 having a plurality of outer stator winding slots 213 formed at regular intervals in the circumferential direction on an inner circumferential surface thereof; An external stator 210 including an external winding 510 wound around an external stator core 218 relatively formed by a pair of adjacent external stator winding slots 213; An inner stator 220 including an inner stator core 221 having a plurality of inner stator winding slots 223 formed on the outer circumferential surface at regular intervals in a circumferential direction; A plurality of rotor cores 340 and a plurality of permanent magnets (not shown) are provided between the outer stator 210 and the inner stator 220, with a first gap 610 to the outside and a second gap 620 to the interior.
  • the outer stator core 211 is recessed between a pair of outer stator winding slots 213 adjacent to each other with one or more outer stator core slots 212 formed on the inner circumferential surface thereof, And at least one inner stator iron core slot (222) is formed on the outer circumferential surface so as to be concave between a pair of inner stator winding slots (223) adjacent to each other.
  • the outer stator winding slot 213 is formed inside the outer stator winding slot 213 and the outer stator winding slot 213 is formed in the outer stator 210 in three stages for application or power generation of the three- .
  • the external stator winding slot 213 may be extended at least partially along the circumferential direction on the surface of the external stator winding slot extension 214 extending the winding area toward the rotor 300.
  • the outer stator iron core 211 is divided into a plurality of segments along the circumferential direction and the divided outer stator iron cores 211 are joined along the circumferential direction to form a cylindrical shape as a whole, 211 may be wound with an outer winding 510 in the outer stator winding slot 213.
  • the rotor 300 includes a housing 100 to which the external stator 210 is fixed and a rotation axis 310 of the rotor 300 and a housing 100 are provided with a position A sensor 700 may be installed.
  • the inner stator iron core slot 222 is formed so as to be rotated or generated in a predetermined direction by electromagnetic interaction of magnetic flux by a three-phase power source or an organic three-phase power source applied to an outer coil 510 of the outer stator 210.
  • a plurality of permanent magnets 330 of the rotor 300 are disposed between the rotor iron cores 340 in the circumferential direction of the outer stator iron core 218 in the N pole and S pole ⁇ ⁇ ) can be alternately installed.
  • the magnetic flux of the external stator 210 contacts the first gap 610 so as to smoothly communicate with the internal stator 220 through the permanent magnet 330 and the rotor iron core 340 of the rotor 300
  • the outer stator iron core teeth 218 having the second gap 620 and the inner stator iron core teeth 219 contacting the second gap 620 can be staggered from each other.
  • the inner stator 220 may further include an inner winding 520 wound around an inner stator core 219 relatively formed by a pair of inner stator winding slots 223 adjacent to each other .
  • the inner winding 520 is installed in the inner stator slot 223 and the inner stator slot 223 may be formed in the inner stator 220 in three times for application or power generation of the three- have.
  • the inner stator core 221 is divided into a plurality of segments along the circumferential direction and the divided inner stator core 221 is coupled along the circumferential direction to form a cylindrical shape as a whole.
  • the inner winding 520 can be wound around the inner stator winding slot 223.
  • the rotor center shaft hub 380 provided inside the rotor hub 380 can be engaged.
  • the housing 100 includes an inner support 400 for supporting the inner stator 220 so that the rotor 300 can be rotated while holding the first gap 610 and the second gap 620, And the inner supporting part 400 may rotatably support the rotor center shaft hub 380 by an inner bearing outer bearing 921.
  • the housing 100 includes an inner support 400 for supporting the inner stator 220 so that the rotor 300 can be rotated while holding the first gap 610 and the second gap 620, And a part of an end of the inner support part 400 is inserted into the rotor center shaft hub 380 and the inner support part outer bearing 921 provided on the inserted part supports the rotor center shaft
  • the hub 380 can be rotatably supported.
  • the housing 100 is formed with an opening 121 for exposing the rotating shaft 310 to the outside and the rotating shaft 310 is supported by one or more shaft supporting bearings 911 and 912 As shown in Fig.
  • At least one end of the rotor 300 is connected to the rotation axis 310 of the rotor 300 and at least one end of the rotor 100 is connected to the rotor 100
  • the outer circumferential surface of the rotor horizontal hub 381 is rotatably supported by a rotor horizontal hub bearing 923 installed in the housing 100 have.
  • the housing 100 includes an inner support 400 for supporting the inner stator 220 so that the rotor 300 can be rotated while holding the first gap 610 and the second gap 620, Can be installed.
  • the housing 100 includes an inner support 400 for supporting the inner stator 220 so that the rotor 300 can be rotated while holding the first gap 610 and the second gap 620, And a part of an end of the inner supporting part 400 is inserted into the inside of the rotor horizontal hub 381 and is guided by a rotor horizontal hub bearing 923 provided in the inserted part, So that it can rotate.
  • the rotor 300 includes a hub unit 380 having one end connected to the rotation axis 310 of the rotor 300, And an extended portion 320 whose other end is rotatably supported by bearings 924 and 925 provided on the housing 100.
  • the bearing for rotatably supporting the extension 320 includes an inner support bearing 925 provided on the inner circumferential surface of the extension 320 or an inner support bearing 925 formed on the inner surface of the housing 100 And a rotor side bearing 924 installed on the rotor side.
  • the external stator winding slot 213 is formed in the outer stator 210 to have 3n (n is a natural number of 2 or more) for the application or power generation of the three-phase power source, and the outer stator winding slot 213 is wound on the outer stator winding slot 213
  • the outer windings 510 include A 1 to A n , B 1 to B n , and C 3 to B n , respectively, in which three-phase power sources are connected in order of A, B, and C to the outer stator winding slots 213 along the circumferential direction. 1 to C n windings.
  • the A 1 to A n are connected in series or in parallel, and the B 1 to B n are connected in series or in parallel, and the C 1 to C n may be connected in series or in parallel.
  • the inner stator 220 further includes an inner winding 520 wound around an inner stator core 219 relatively formed by a pair of inner stator winding slots 223 adjacent to each other,
  • the inner stator winding slot 223 is formed with 3n (n is a natural number of 2 or more) in the inner stator 220 for application or power generation of the three-phase power source
  • the internal windings 520 include a 1 to a n , b 1 to b n , and c 1 , a 2 , b 3 , and c 4 , in which three-phase power sources are connected in the order of a, b, and c to each internal stator winding slot 223 along the circumferential direction. To c n windings.
  • the a 1 to a n are connected in series or in parallel, and the b 1 to b n are connected in series or in parallel, and the c 1 to c n may be connected in series or in parallel.
  • the external winding 510 and the internal winding 520 correspond to a three-phase power source, the A 1 to A n and the a 1 to a n are connected in pairs, and the paired A n and a n are connected in series or in parallel, the B 1 to B n and the b 1 to b n are connected in pairs, the paired B n and b n are connected in series or in parallel, The C 1 to A n and the c 1 to c n are connected in pairs, and the paired C n and c n may be connected in series or in parallel.
  • the present invention also includes a rotor 300 having at least one end connected to the rotating shaft 310 at both ends and having a cylindrical shape; And at least one stator 210 and 220 installed with two voids 610 and 620 located on the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the rotor 300, An external stator 210 installed with an outer circumferential surface of the first stator 300 and a first gap 610; And an inner stator 220 installed with an inner circumferential surface of the rotor 300 and a second gap 620.
  • the rotating electrical machine according to the present invention that is, the electric motor or the generator includes a plurality of winding slots formed at regular intervals in the circumferential direction, and at least one winding slot formed concavely in a portion protruding relatively by a pair of adjacent winding slots An inner stator having an iron core slot, and an outer stator, thereby greatly improving the output per weight of the rotating electrical machine.
  • the rotating electric machine, the electric motor or the generator according to the present invention increases the area where the force is generated by arranging the outer stator and the inner stator respectively on the inner side and the outer side of the rotor, There is an advantage that it can be improved.
  • the magnetic flux of the external stator passes through the rotor through the internal stator and the permanent magnet of the rotor and the rotor iron core are disposed to concentrate the magnetic flux, the air flux density can be increased and the output per unit volume can be increased .
  • the rotating electrical machine, the motor, or the generator according to the present invention may be configured such that at least one of the outer stator and the inner stator is formed by a combination of a plurality of stator members through which the coils are wound, There is an advantage of maximizing the production efficiency of the device.
  • the rotating electric machine according to the present invention particularly the electric motor, has a structure in which the position sensor for sensing the rotational position of the rotor is integrally formed in the electric motor, which is advantageous in that the structure is simple and convenient to use.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a longitudinal sectional view showing the rotating electric machine of Fig. 1 in the II-II direction.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a rotating electrical machine according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a longitudinal sectional view showing the rotating electrical machine of Fig. 3 in the II-II direction.
  • Figs. 5 and 6 are longitudinal sectional views showing modifications of the rotor of the rotating electric machine shown in Figs. 2 and 4.
  • Fig. 5 and 6 are longitudinal sectional views showing modifications of the rotor of the rotating electric machine shown in Figs. 2 and 4.
  • FIG. 7A to 7C are cross-sectional views showing modifications of respective iron cores in an outer stator and an inner stator used in embodiments of the present invention.
  • Figure 8 is a perspective view of the windings showing the windings of the coils wound on the outer and inner stator in embodiments of the present invention.
  • Figs. 9A to 9C are wiring diagrams of one out of three phases showing the connection of the windings of the outer windings and the inner windings according to the embodiment shown in Figs. 1 and 2.
  • Fig. 9A to 9C are wiring diagrams of one out of three phases showing the connection of the windings of the outer windings and the inner windings according to the embodiment shown in Figs. 1 and 2.
  • Figs. 10A and 10B are wiring diagrams of one phase out of three phases showing the connection of windings when only an external winding is present, according to the embodiment shown in Figs. 3 and 4.
  • Fig. 10A and 10B are wiring diagrams of one phase out of three phases showing the connection of windings when only an external winding is present, according to the embodiment shown in Figs. 3 and 4.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a combination of a rotor and a position sensor used in embodiments of the present invention.
  • 12A to 12D are longitudinal sectional views showing embodiments of a coupling structure of a rotor and a rotary shaft used in embodiments of the present invention.
  • 13A to 13D are cross-sectional views of an electric motor according to the prior art.
  • the main point of the present invention is that the present invention is applicable to all rotating electric machines such as electric motors that generate rotating force by electric power application and generators that are generated by rotation and the overall structure is substantially The same or similar.
  • the motor according to the present invention has a double pole structure composed of an outer stator 210, an inner stator 220 and a rotor 300 in order to generate a high rotating force, And a second gap 620 formed between the inner stator 220 and the rotor 300 to generate a rotational force between the inner stator 220 and the rotor 300.
  • the first gap 610 is formed to generate a rotational force between the rotor 300 and the inner stator 220, And various embodiments are possible.
  • an electric motor according to a first embodiment of the present invention includes an external stator 210, an internal stator 220, and a rotor 300.
  • the outer stator 210 includes an outer stator core 211 having a plurality of outer stator winding slots 213 formed at regular intervals in the circumferential direction on the inner circumferential surface thereof and a pair of outer stator winding slots 213 And an outer winding 510 wound around the outer stator iron core 218 relatively formed.
  • the outer stator iron core 211 may have a variety of configurations in which a plurality of outer stator winding slots 213 are formed at regular intervals in the circumferential direction on the inner circumferential surface.
  • the outer stator winding slot 213 is formed in the inner circumferential surface of the outer stator 210 such that the outer stator winding slot 213 is paired with the outer stator winding slots 213 adjacent to each other to wind the outer winding 510, And can be formed in various structures according to the winding configuration.
  • the outer stator winding slot 213 may be formed in the inner circumferential surface of the outer stator 210 so as to be three times, for example, six, in the circumferential direction so that three-phase power can be applied or induced.
  • the outer stator winding slot 213 is preferably formed with a winding slot extension portion 214 having an inverted 'T' shape, for example, in which an inner portion of the outer stator winding slot 213 extends along the circumferential direction.
  • the winding slot extension portion 214 is formed such that a portion formed on the inner side extends further along the circumferential direction, and the winding area can be increased.
  • winding slot extension 214 is preferably formed to extend further along the circumferential direction in the outer stator winding slot 213 formed on the inner surface of the outer stator 210.
  • the external stator winding slot 213 is formed in the outer stator winding slot 213 in order to protect the external winding 510 after the external winding 510 is wound on the external stator winding slot 213.
  • [ 510 may be additionally provided.
  • the protection member 216 protects the outer winding 510 against the rotor 300 such that the outer winding 510 protrudes toward the rotor 300 after the outer winding is wound. And may be installed in various ways such as being inserted along the longitudinal direction of the frame.
  • the external stator 210 may further include a protection member insertion slot 217.
  • the protection member insertion slot 217 is formed to facilitate insertion of the protection member 216, and various structures and shapes are possible.
  • a sheet of electrically insulating material may be provided on the inner surface of the outer stator winding slot 213 for electrical insulation with the outer stator 210 made of a conductive material.
  • the outer stator 210 may be made of any material capable of forming an electromagnetic field by a power source applied to an external winding 510 wound around the outer stator winding slot 213, That is, having a laminated iron core structure.
  • a first gap 610 which changes into a predetermined gap.
  • the first gap 610 is an air gap formed to minimize the interference of the external stator 210 from the rotation of the rotor 300.
  • the first gap 610 has an appropriate size according to design and design.
  • the outer stator 210 includes at least one outer stator iron core slot 212 formed on the inner circumferential surface of a protruding portion relatively formed by a pair of adjacent outer stator winding slots 213, It is preferable that it is formed concavely.
  • the external stator iron core slot 212 may be recessed between a pair of external stator winding slots 213 adjacent to each other.
  • the outer stator iron core slots 212 are arranged at a predetermined interval between a plurality of outer stator winding slots 213. Each of the outer stator iron core slots 212 is formed in the longitudinal direction of the outer stator 210 As shown in FIG.
  • the external stator iron core slot 212 has a large increase in the magnitude of the force with respect to the area of the outer circumferential surface of the rotor 300.
  • the outer stator core slot 212 is disposed at a predetermined interval between the plurality of external stator winding slots 213 Each of the external stator iron core slots 212 is formed along the longitudinal direction of the external stator 210.
  • the depth of the external stator iron core slot 212 may be formed deeper than the external stator winding slot 213 from one side of the external stator 210 facing the rotor 300.
  • the numbers and widths of the external stator iron core slots 212 may be variously formed according to design and design.
  • the outer winding 510 is configured such that the outer winding 510 is wound around a protrusion relatively formed by a pair of adjacent outer stator winding slots 213, that is, the outer stator iron core 218, Various configurations are possible according to the winding method of the coil.
  • the outer windings 510 may be formed by a pair of adjacent outer stator winding slots 213 with respect to six outer stator winding slots 213 so that three-phase power can be applied (in the case of a generator)
  • a coil to which a power corresponding to one of the three-phase power sources is applied (in the case of a generator) may be wound around the outer stator iron core 218.
  • the inner stator 220 includes an inner stator core 221 having a plurality of inner stator winding slots 223 formed at regular intervals in the circumferential direction on the outer circumferential surface thereof and a pair of inner stator winding slots 223 adjacent to each other. And an inner winding 520 wound around the inner stator iron core 219 which is relatively formed.
  • the inner stator 220 has a second gap 620 to be described later and is provided inside the rotor 300.
  • the inner stator 220 may have various configurations depending on whether the inner winding 520 is wound or not.
  • the inner stator core 221 may have a variety of constructions in which a plurality of inner stator winding slots 223 are formed on the outer circumferential surface at regular intervals in the circumferential direction.
  • the inner stator winding slot 223 is formed in the outer circumferential surface of the inner stator 220 so that the inner stator coil 220 is paired with the inner stator winding slots 223 adjacent to each other, And can be formed in various structures according to the winding configuration.
  • the inner stator winding slot 223 can be formed in the outer circumferential surface of the inner stator 220 so that the three-phase power source can be applied (generated in the case of a generator) by three times, for example, have.
  • the inner stator winding slot 223 is preferably formed corresponding to the number and positions of the outer stator winding slots 213.
  • the magnetic flux of the external stator 210 is in contact with the first gap 610 so as to smoothly communicate with the internal stator 220 through the permanent magnet 330 of the rotor 300 and the rotor iron core 340 It is preferable that the outer stator iron core teeth 218 and the inner stator iron core teeth 219 are positioned to be offset from each other in the radial direction.
  • the outer stator iron core tooth 218 is placed in line with the inner stator iron core slot 222.
  • the relative arrangement of the external stator 210 and the internal stator 220 may be such that the magnetic flux of the external stator 210 is applied to the permanent magnet 220 of the rotor 300, An outer stator core 218 contacting the first gap 610 to smoothly communicate with the inner stator 220 through the rotor core 330 and the rotor core 340 and an inner stator core 218 contacting the second gap 620,
  • the external stator core teeth 218 coincide with the internal stator core slots 222 when the teeth 219 are offset from each other, that is, imaginary lines in the radial direction from the center of the rotor 300.
  • a sheet of electrically insulating material may be provided on the inner surface of the inner stator winding slot 223 for electrical insulation with the inner stator 220 made of a conductive material.
  • the inner stator 220 may be made of any material capable of forming an electromagnetic field by a power source applied to the inner winding 520 wound around the inner stator winding slot 223, And various materials and structures are possible.
  • a second gap 620 having a predetermined gap is formed between the inner stator 220 and the rotor 300, that is, between the outer circumferential surface of the inner stator 220 and the inner circumferential surface of the rotor 300 (inside the rotor 300).
  • the second gap 620 is an air gap formed to minimize the interference of the inner stator 220 from the rotation of the rotor 300 and has an appropriate size according to design and design.
  • the inner stator 220 may have at least one inner stator core slot 222 formed in a concave shape on the outer circumferential surface of a protrusion relatively formed by a pair of inner stator winding slots 223 adjacent to each other.
  • the one or more inner stator iron core slots 222 may be recessed in the outer circumferential surface of the inner stator iron core 221 between a pair of adjacent inner stator coil slots 223.
  • the one or more inner stator iron core slots 222 are disposed at regular intervals between a plurality of inner stator winding slots 223 and each of the inner stator winding slots 223 is disposed along a longitudinal direction of the inner stator 220 .
  • the inner stator iron core slot 222 has a large increase in the magnitude of the force (the magnitude of electric power generated in the case of the generator) relative to the area of the inner circumferential face of the rotor 300, And the inner stator core slots 222 may be formed along the longitudinal direction of the inner stator 220. The inner stator core slots 222 may be formed in the longitudinal direction of the inner stator 220,
  • the depth of the inner stator iron core slot 222 may be formed deeper than the inner stator coil slot 223 from one side of the inner stator 220 facing the rotor 300.
  • the numbers and widths of the inner stator iron core slots 222 may be variously formed according to design and design.
  • the inner winding 520 is wound around a protrusion relatively formed by a pair of inner stator winding slots 223 adjacent to each other, that is, around the inner stator iron core 219, Configuration is possible.
  • the windings and arrangement of the inner windings 520 may include a pair of inner stator winding slots (not shown) adjacent to six inner stator winding slots 223 so that a three-phase power supply 223, the coil connected to the power source corresponding to one of the three-phase power sources can be wound.
  • the rotor 300 has a first gap 610 with respect to the outer stator 210 and between the outer stator 210 and the inner stator 220 and a first gap 610 with respect to the inner stator 220,
  • a plurality of rotor cores 340 and a plurality of permanent magnets 330 are installed in the circumferential direction between the rotor cores 340 so as to be rotatable and have various configurations Do.
  • the rotor 300 may include a plurality of rotor iron cores 340 and a plurality of permanent magnets 330 coupled along the circumferential direction.
  • the inner stator iron core slots 222 and the inner stator iron core slots 222 are formed so as to be rotated or generated in a predetermined direction by electromagnetic interaction of the magnetic flux by a three phase power source or an organic three phase power source applied to the outer windings 510 of the outer stator 210.
  • Is positioned in the middle of the outer stator iron core 218 and a plurality of permanent magnets 330 of the rotor 300 are arranged between the rotor iron cores 340 in the circumferential direction with N poles and S poles ⁇ ) can be alternately installed (indicated by ⁇ and ⁇ in the drawing on the basis of the magnetic pole direction).
  • the rotor 300 includes a cylindrical cylindrical portion in which a plurality of rotor iron cores 340 and a plurality of permanent magnets 330 are coupled along the circumferential direction between the rotor iron cores 340, A rotary shaft 310 for transmitting the electric power to the outside, and a generator having a rotary shaft 310 for rotating the rotor 200 by external mechanical power.
  • the arrangement and number of the permanent magnets 340 can be determined on the outer circumferential surface of the cylindrical portion according to design and design.
  • the cylindrical portion may be formed by forming a cylindrical shape as a whole and sequentially arranging the rotor iron core 340 and the permanent magnet 330.
  • the direction of the magnetic pole of the permanent magnet 330 is preferably arranged in the direction of ⁇ , ⁇ in the circumferential direction in order to concentrate the magnetic flux and increase the output.
  • the motor may include a housing 100 to which the external stator 210 is fixed.
  • An inner support 400 supporting the inner stator 220 may be further installed in the housing 100 such that the rotor 300 is rotatable in the first gap 610 and the second gap 620.
  • the inner support 400 supports the inner stator 220 such that the rotor 300 is rotatable by the first gap 610 and the second gap 620.
  • the inner stator 220 is integrally formed with the inner stator 220, And as a separable member.
  • the inner supporting part 400 is fixed to the housing 100 so as to be inserted into the inside of the rotor 300 and rotatably support the rotor 300.
  • the inner supporting part 400 is inserted into a through hole 224 formed in the longitudinal direction of the inner stator 220 so as to be able to support the inner stator 220 inserted into the inner stator 220 described later Various configurations are possible.
  • One end (left end in the drawing) is fixed to the housing 100 and the other end (right end in the drawing) is connected to the inner support outer bearing 921 or the rotor horizontal hub bearing 923, So that the rotor 300 can be directly or indirectly rotatably supported.
  • the inner support part 400 may be installed in the housing 100 in various ways, such as being integrally or detachably assembled so as not to rotate with respect to the housing 100.
  • One end (left end in the drawing) of the inner support part 400 is coupled to the housing 100 and inserted into the rotor 300, and the rotor 300 is coupled to the inner support part 400 And can be directly or indirectly supported at the other end (the right end in the drawing).
  • the rotor 300 (or the rotor 300 or the rotor horizontal hub 381 described later), the rotor 300 (or the rotor 300 ) Or the rotor horizontal hub 381) may not be properly supported.
  • the inner supporting part 400 is connected to an auxiliary supporting part 410 which extends to the outer end of the inner supporting part 400 so that the rotor 300 is rotated by the rotor horizontal hub bearing 923
  • the horizontal hub 381) can be rotatably supported.
  • the electric motor according to the first embodiment of the present invention includes a housing 100.
  • the housing 100 may have a variety of configurations, such as an external stator 210, and the like, as well as a rotor 300 to be described later.
  • the housing 100 may have various structures, such as a bearing or the like, which is rotatably supported at a plurality of points according to the rotatable support structure of the rotor 300 described later.
  • the housing 100 includes a housing main body 110 to which an external stator 210 is coupled; Housing members 120 and 130 coupled to both ends of the housing main body 110, and the like.
  • the housing main body 110 may have various structures and shapes such that the inner circumferential surface has a cylindrical shape so that the outer stator 210 is coupled to the inside of the housing main body 110.
  • the housing members 120 and 130 are respectively coupled to both ends of the housing main body 110 and include a first shaft 130 having an opening 131 through which at least a portion of the rotating shaft 310 or the rotor 300 is exposed, And may include a housing member 120 and a second housing member 130 coupled to the housing body 110 at a position opposite the first housing member 120.
  • One of the housing members 120 and 130 is formed such that at least a part of the rotor 300 is exposed to the outside.
  • any one of the housing members 120 and 130 may have an opening 131 so that the rotational shaft 310, which will be described later, transmits rotational force in the outward direction (in the case of the generator, rotated by external mechanical power) .
  • FIG. 1 and 2 a structure including an inner stator core 221 and inner windings 520 wound around the inner stator core 221 is shown in FIG.
  • the inner winding 520 is not wound, and various modifications are possible. For example, when the diameter of the motor is small, the winding operation of the inner winding 520 is difficult and the number of coils to be wound is very small, so that an increase in output torque (generation amount in the case of a generator)
  • the motor according to the second embodiment of the present invention is a motor in which the inner stator 220 is wound without the winding of the inner winding 520 It can consist only of iron core.
  • FIG. 1 and 2 show a first embodiment in which the outer winding 510 and the inner winding 520 are installed at the same time.
  • FIG. 3 and FIG. Only the outer windings 510 are installed.
  • the winding is somewhat complicated, but the winding cross-sectional area is wide and the loss can be reduced.
  • the electric motor according to the second embodiment of the present invention is the same as the electric motor except that the inner windings 520 are not wound.
  • the rotor 300 may have various embodiments according to a coupling structure with the rotation shaft 310 and a rotatable support structure with respect to the housing 100.
  • the rotor 300 may include a rotor 310 (see FIG. 12), as shown in FIGS. 1 and 2 And the rotor center shaft hub 380 installed inside the housing 100 may be coupled to at least one end of the rotor 300 at both ends thereof.
  • the rotor center hub 380 is connected to the rotary shaft 310 of the rotor 300 at at least one end of both ends of the rotor 300 and is installed inside the housing 100, Do.
  • the rotor center hub 380 may be configured to be coupled to at least one end of the rotor 300 so as to have a cylindrical shape as a whole.
  • the housing 100 is provided with an inner supporting part 400 for supporting the inner stator 220 so that the rotor 300 can be rotated while holding the first gap 610 and the second gap 620 .
  • the inner supporting part 400 may be configured to support the inner stator 220 so that the rotor 300 can be rotated while holding the first gap 610 and the second gap 620.
  • the inner support part 400 may rotatably support the rotor center shaft hub 380 by the inner support part outer bearing 921.
  • the support structure of the rotor center shaft hub 380 by the inner support part 400 is capable of various embodiments, and as shown in FIGS. 2 and 4 (FIGS. 12A and 12B)
  • the rotor center shaft hub 380 can be rotatably supported by the inner bearing outer bearing 921 inserted into the rotor center shaft hub 380 and installed in the inserted portion.
  • the support structure of the rotor center shaft hub 380 by the inner support portion 400 may be such that the inner circumferential surface of the rotor hub shaft 380 is supported by the inner bearing outer bearing 921, (Not shown).
  • the housing 100 is formed with an opening 121 through which the rotary shaft 310 can be exposed to the outside.
  • the rotation shaft 310 is rotatably supported by one or more shaft support bearings 911 and 912 installed on the housing 100 such as a first shaft support bearing 911 and a second shaft support bearing 912 .
  • the engaging portion 313 coupled to the portion of the housing 100 located inside the housing 100, that is, the hub center shaft hub 380, Is formed to be larger than a portion protruding outward of the base plate (100).
  • the first housing member 120 of the housing 100 may have a shape corresponding to the outer shape of the coupling portion 313.
  • the rotor 300 includes at least one of both ends of the rotor 300, as shown in Figs. 5 and 6 (refer to Figs. 12C and 12D)
  • the rotor horizontal hub 381 connected to the rotary shaft 310 of the rotor 300 and projecting to the outside of the housing 100 may be coupled.
  • the rotor horizontal hub 381 is configured to be connected to the rotary shaft 310 of the rotor 300 at at least one end of the rotor 300 and protrude to the outside of the housing 100 .
  • the rotor horizontal hub 381 may be configured to be coupled to at least one end of the rotor 300 so as to have a cylindrical shape as a whole.
  • the outer circumferential surface of the rotor horizontal hub 381 may be rotatably supported by a rotor horizontal hub bearing 923 installed in the housing 100.
  • the housing 100 includes an inner support portion (not shown) for supporting the inner stator 220 so that the rotor 300 can be rotated while holding the first gap 610 and the second gap 620 400 may be installed.
  • the inner supporting part 400 may be configured to support the inner stator 220 so that the rotor 300 can be rotated while holding the first gap 610 and the second gap 620.
  • the inner support part 400 may rotatably support the rotor horizontal hub 381 by the rotor horizontal hub bearing 923.
  • the support structure of the rotor horizontal hub 381 by the inner support part 400 is applicable to various embodiments and a part of the end thereof is inserted into the inside of the rotor horizontal hub 381, And the rotor horizontal hub 381 can be rotatably supported by the electronic horizontal hub bearing 923.
  • the support structure of the rotor horizontal hub 381 by the inner support 400 may be such that, as shown in Figures 5 and 6 ( Figures 12C and 12D), the support of the rotor horizontal hub 381
  • the inner circumferential surface can be rotatably supported by the rotor horizontal hub bearing 383 by the rotor horizontal hub bearing 923.
  • the rotor 300 includes a rotor center shaft hub 380 or a rotor rotor hub 381 connected to the rotational axis 310 of the rotor 300 described above at one end And the other end (the left part in the drawing) may include an extension part 320 rotatably supported by a bearing installed in the housing 100.
  • the extended portion 320 is coupled to the rotor 300 at the opposite end of the end coupled with the rotor center hub 380 or the rotor horizontal hub 381,
  • the entire shape of the rotor 300 and the hub portion 380 as described above is formed into a cylindrical shape.
  • the bearing for rotatably supporting the extension 320 is configured to support the extension 320 in the housing 100 so as to be rotatable.
  • an inner support bearing 925 provided on the inner peripheral surface side of the housing 320 as shown in Figs. 12B and 12D, or may be attached to the end of the extension portion 320 and the inner side surface of the housing 100, And a rotor side bearing 924 that rotatably supports the rotor 320 in the direction of the rotating shaft 310.
  • FIGS. 2 and 4 to 6 the rotor 300 is an embodiment for coupling with the rotation shaft 310
  • FIGS. 2 and 4 are views showing a state in which the rotor 300 is rotated in the housing 100 5 and 6 show a configuration in which the rotating shaft 310 is drawn from the center of the motor from the rotor center shaft hub 380 coupled to the electron 300, 381 are exposed to the outside and then the rotary shaft 310 is coupled to the rotor horizontal hub 381 exposed to the outside.
  • FIG. 5 shows a case where the outer winding 510 and the inner winding 520 are wound
  • FIG. 6 shows a case where only the outer winding 510 is wound.
  • the iron core of the external stator 210 and the internal stator 220 may be various embodiments.
  • the outer stator 210 is divided into a plurality of outer stator iron cores 211 in the circumferential direction, and the inner stator core 220 of the inner stator 220 is divided into a plurality of (221) may have a cylindrical shape as a whole.
  • Each divided outer stator iron core 211 is formed by winding an outer coil 510 in an outer stator winding slot 213 to form a unit core which is sequentially coupled along the circumferential direction to form a cylindrical shape as a whole have.
  • the plurality of divided external stator iron cores 211 may be formed with fixing structures 215 on both sides of the external stator iron cores 211 which are in close contact with the adjacent external stator iron cores 211.
  • the fixing structure 215 is formed on a contact surface where a plurality of divided outer stator iron cores 211 are closely contacted with each other and a plurality of outer stator iron cores 211 are formed to be fixed.
  • the fixing structure 215 includes at least one projection protruding from one surface of the external stator core 211, which is in close contact with an external stator core 211 positioned at an adjacent position; And a concave portion formed on the other surface so as to correspond to the protruding portion.
  • the external stator 210 is formed in a cylindrical shape by a plurality of divided external stator iron cores 211, further divided into external stator winding slots 213, and the external windings 510 are wound
  • the outer stator core 211 is easily coupled with the outer stator core 211 and the entire outer stator 210 is easily assembled.
  • the outer stator 210 has an outer stator core 211 integrally formed in a cylindrical shape, and the inner stator core 221 of the inner stator 220 May be divided into a plurality of pieces along the circumferential direction.
  • Each of the inner stator iron cores 221 is divided into an inner stator winding slot 223 and an outer winding 520 wound on the inner stator winding slot 223 to form a unit core and sequentially coupled along the circumferential direction to form a cylindrical shape as a whole have.
  • the inner stator core 221 is divided into a plurality of segments along the circumferential direction, and the divided inner stator core 221 is coupled along the circumferential direction to form a cylindrical shape as a whole.
  • each of the divided inner stator iron cores 221 is divided into an inner stator winding slot 223 and is coupled to the adjacent inner stator iron cores 221 in a state where the inner windings 520 are wound.
  • the divided inner stator iron cores 221 may be formed with fixing structures 225 on both sides of the inner stator core 221 adjacent to each other.
  • the fixed structure 225 has a structure in which a plurality of divided inner stator iron cores 221 are formed on a close contact surface to be closely contacted with each other and a plurality of divided inner stator iron cores 221 are formed to be fixed, Do.
  • the fixing structure 225 includes at least one protrusion formed on one surface of the inner stator core 221, which is in close contact with the inner stator core 221, And a concave portion formed on the other surface so as to correspond to the protruding portion.
  • the inner stator 220 is formed in a cylindrical shape by a plurality of divided inner stator iron cores 221 and further divided into inner stator winding slots 223 so that the inner windings 520 are wound
  • the inner stator 520 can be easily wound and the entire stator 220 can be easily assembled with the inner stator core 221.
  • the outer stator core 211 of the outer stator 210 and the inner stator core 221 of the inner stator 220 integrally have a cylindrical shape, as shown in FIG. 7C, .
  • the outer stator 210 is divided along the circumferential direction to have a cylindrical shape as a whole, and the inner stator 220 can have a cylindrical shape without being divided.
  • the outer stator 210 has a cylindrical shape without being divided, and the inner stator 220 may be divided along the circumferential direction to have a cylindrical shape as a whole.
  • the outer stator 210 and the inner stator 220 may have a cylindrical shape without being divided.
  • both the outer stator iron core 211 of the outer stator 210 and the inner stator iron core 221 of the inner stator 220 are all divided along the circumferential direction, And may have a cylindrical shape.
  • the outer stator winding slot 213 is formed in the outer stator 210 for the application or power generation of the three-phase power source, and has 3n (n is a natural number of 2 or more) A 1 to A n , B 1 to B n , and C 1 to C n , in which a three-phase power source is applied in order of A, B, and C to each external stator winding slot 213 along the circumferential direction, n windings.
  • the external winding 510 is connected to the three-phase power source A 1 + - A 1 - , B 1 + - B 1 - , C 1 + - C 1 - , A 2 + - A 2 - , B 2 + - B 2 - , and C 2 + - C 2 - .
  • the windings corresponding to the respective phases may be connected to each other in series or in parallel so that power can be applied.
  • a 1 + - A 1 - and A 2 + - A 2 - in series connection or parallel connection
  • B 1 + - B 1 - and B 2 + - B 2 - serial connection or parallel connection
  • C 1 + - C 1 - and C 2 + - C 2 - can be connected in series or parallel connection.
  • the inner windings 520 are arranged in correspondence with the outer windings 520 so as to correspond to the respective phases.
  • the outer winding 510 and the inner winding 520 are preferably connected in series with windings facing each other in order to make the organic electromotive force the same.
  • the inner stator winding slot 223 is formed with 3n (n is a natural number of 2 or more) in the inner stator 220 for application or power generation of the three-phase power source, and is wound around the inner stator winding slot 223
  • the inner winding 520 includes a 1 to a n , b 1 to b n , and c 1 (b 1 to b n ), in which three-phase power sources are applied in the order of a, b, and c to each inner stator winding slot 223 along the circumferential direction. To c n windings.
  • the windings and the arrangement of the inner windings 520 may be such that the inner windings 520 correspond to a three-phase power source and a 1 + - a 1 - , b 1 + b 1 - , c 1 + - c 1 - , a 2 + - a 2 - , b 2 + - b 2 - , c 2 + - c 2 - .
  • the windings corresponding to the respective phases may be connected to each other in series or in parallel so that power can be applied.
  • a 1 + - a 1 - and a 2 + - a 2 -, a serial or parallel connection, b 1 + - b 1 - and b 2 + - b 2 -, serial connection or parallel connection, c 1 + - c 1 -, and c 2 + - c 2 - , can be connected in series or in parallel.
  • windings can be connected in various ways, as shown in Figs. 9A to 9C, 10A and 10B.
  • a 1 to A n are connected in series or in parallel, and as shown in FIGS. 10A and 10B, B 1 to B n are connected in series or in parallel, and C 1 to C n , They can be connected in series or in parallel.
  • a 1 to a n are connected in series or in parallel, and the b 1 to b n are connected in series or in parallel, and the c 1 to c n may be connected in series or in parallel.
  • FIG. 9A to 9C various embodiments are possible as shown in Figs. 9A to 9C as a winding example by combination of the outer winding 510 and the inner winding 520.
  • outer windings 510 and the inner windings 520 may be connected in series as a whole.
  • FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a winding arrangement and a wiring diagram in the structure of FIG. 8, since the electromotive force induced in the outer winding 510 and the inner winding 520 is different from each other, an internal circulation current is generated in parallel connection, Therefore, they must be connected symmetrically when connected by a parallel circuit.
  • Figs. 9A and 9B it is preferable that they are connected in series or in parallel.
  • FIG. 9A to FIG. 10B illustrate only one phase in three phases, but it is needless to say that Y or DELTA connection can be performed with the remaining two phases.
  • the rotation axis 310 of the rotor 300 and the housing 100 are provided with a rotor position sensor (not shown) for sensing the rotational position of the rotor 300, (700) may be installed.
  • the rotor position sensor 700 is installed to sense the rotational position of the rotor 300 relative to the housing 100 in a relatively fixed state and detects the rotational position of the rotor 300 If possible, various configurations are possible.
  • the rotor position sensor 700 may be installed at various positions according to the shape and structure of the housing 100, the external stator 210, and the rotor 300.
  • the structure, shape and arrangement of the rotor position sensor 700 can be varied according to the shape and structure of the rotor 300.
  • the rotor position sensor 700 includes a first sensing unit 710 that is installed at one or more of the rotors 310 of the rotor 300 and rotates, a second sensing unit 710 installed at the housing 100, And a second sensing unit 720 fixed to sense the position of the second sensing unit 710.
  • the first sensing unit 710 may include a magnetic protrusion protruding radially from the rotary shaft 310 of the rotor 300
  • the second sensing unit 720 may include a first sensing unit 720, And two sensing portions corresponding to the magnetic body protruding portions 710, respectively.
  • the magnetic projection of the first sensing unit 710 may be integrally formed with the rotation axis 310 or may be formed as a separate member and may be formed as a plurality of projections in the radial direction on the rotation axis 310 of the rotor 300, Lt; / RTI >
  • the structure of the magnetic substance projecting portion can have a structure similar to the structure disclosed in Patent Document 1.
  • Patent Document 1 discloses a linear structure, but it can be modified so that the protrusion configuration and the sensor module are arranged in a circular shape.
  • the magnetic projection may be formed so that the angle is 2? In the circumferential direction, as shown in FIG.
  • two sensor modules of the second sensing unit 720 are provided corresponding to the arrangement of the magnetic protrusions of the first sensing unit 710, and one sensor module of the second sensing unit 720 Is preferably arranged so as to form an angle difference of? / 2 with respect to the magnetic substance projecting portion of the first sensing portion 710.
  • the sensing sensor can sense the rotational position of the rotary shaft 310, that is, the rotational position of the rotor 300, using the equation shown in FIG. 6 of Patent Document 1.
  • the rotor 300 and the rotary shaft 310 may be coupled in various manners as described above.
  • the present invention can be applied not only to general motors but also to conventional general motors, such as induction motors and permanent magnet motors, in order to increase the output.
  • the rotor 300 and the rotary shaft 310 of the motor according to the present invention may have an outer stator 210, an inner stator 520, a rotor 300, a housing (not shown) 100, an internal support portion 400, and bearings 990, 991, 992, and 993.
  • a second gap 620 is formed between the inside of the external stator 210 and the rotor 300 between the outside of the first gap 610 and the internal stator 520 and the rotor 300, To form voids.
  • the dipole motor rotor 300 corresponds to the inner- Since the rotating part and the rotating part of the outer type electric motor serve simultaneously, the mechanical output (generation amount in the case of the generator) increases in a given volume.
  • the outer stator 210 has the outer winding 510 and the inner stator 220 has the inner winding 520. Accordingly, it is preferable that the outer windings 510 are arranged in various concentric windings or distributed windings.
  • the structure of the two-pole motor can be variously configured depending on the shape of the rotor and the rotating shaft, and the bearing.
  • exemplary embodiments of the twin-rotor electric motor are classified according to the position where the rotor 300 and the rotary shaft 310 are coupled with each other according to the shape of the rotor and the rotary shaft.
  • the rotor center shaft hub 380 to which the rotary shaft 300 is coupled is positioned inside the housing 100 and the rotary shaft 310 is passed through the housing 100
  • the bearings 911, 912, 921, and 925 must be installed at four points.
  • the rotor horizontal hub 381 to which the rotary shaft 300 is coupled is positioned outside the housing 100 and the rotary shaft 310 is fixed to the outer side of the housing 100
  • shaft support bearings 911 and 912 are unnecessary and the bearings 921, 923 and 925 are installed at three points and are more stable.
  • the bearings 924 and 925 supporting the end portion of the rotor 300, that is, the extending portion 320 can be positioned at various positions, and the extended portion 320, as shown in FIGS. 12A and 12C, Bearings 924 and 925 that support the extensions 320 may be positioned as inner support bearings 925 on the inner circumferential surface of the extensions 320 or bearings 925 and 925 that support the extensions 320 as shown in Figures 12b and 12d 924, and 925 may be positioned as rotor side bearings 924 between the ends of the extensions 320 and the inner surface of the housing 100.
  • the motor according to another embodiment of the present invention includes a rotor 300 having a cylindrical shape, at least one end of which is connected to a rotation shaft 310 that transmits rotational force to the outside, And one or more stators 210 and 220 installed with two voids 610 and 620 located on the outer and inner circumferential surfaces of the rotor 300, respectively.
  • the stator 210, 220 includes an outer stator 210 installed with an outer circumferential surface of the rotor 300 and a first gap 610; And an inner stator 220 installed with an inner circumferential surface of the rotor 300 and a second gap 620.
  • the rotor 300 may have various configurations including the embodiments shown in Figs. 2, 4 to 6, 12A to 12D, and the like.
  • the force per unit area of the outer peripheral surface of the rotor is defined as a value obtained by dividing the torque generated at the rotating shaft 310 by the surface area of the rotor.
  • T is the torque
  • r is the radius
  • L st is the length of the rotor force generating part cylinder.
  • the force (kN / m 2) per unit area of the outer circumferential surface of the rotor is greatly improved as compared with the prior art.

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Abstract

본 발명은, 전동기, 발전기 등과 같은 회전 전기기기에 관한 것이다. 본 발명은, 복수의 외부고정자권선슬롯(213)이 내주면에 원주방향으로 일정 간격으로 형성되는 외부고정자철심(211)과, 서로 인접한 한 쌍의 상기 외부고정자권선슬롯(213)에 의하여 상대적으로 형성되는 외부고정자철심치(218)를 중심으로 권선되는 외부권선(510)을 포함하는 외부고정자(210)와; 복수의 내부고정자권선슬롯(223)이 외주면에 원주방향으로 일정간격으로 형성되는 내부고정자철심(221)을 포함하는 내부고정자(220)와; 상기 외부고정자(210)와 내부고정자(220) 사이에 외부에 대하여 제1공극(610)과 내부에 대하여 제2공극(620)을 가지며, 복수의 회전자철심(340)과 복수의 영구자석(330)들이 상기 회전자철심(340) 사이에서 원주방향을 따라 결합되어 회전가능하도록 설치되는 회전자(300)를 포함하며; 상기 외부고정자철심(211)은, 내주면에 하나 이상의 외부고정자철심슬롯(212)이 서로 인접한 한 쌍의 상기 외부고정자권선슬롯(213) 사이에서 오목하게 형성되며, 상기 내부고정자철심(221)은, 외주면에 하나 이상의 내부고정자철심슬롯(222)이 서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223) 사이에서 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기를 개시한다.

Description

회전 전기기기
본 발명은, 전동기, 발전기 등과 같은 회전 전기기기에 관한 것이다.
최근 들어 전기를 이용한 이동수단에 대한 관심이 증가하면서 전기차, 전기 자전거, 전기 이륜차 및 삼륜차 등이 많이 상품화되고 있으며, 또한 공장 자동화를 위한 로봇 분야 등에 전동기와 산업에서 전기를 생산하기 위한 발전기의 고출력화가 요구됨에 따라 소형화와 가격 경쟁력을 갖추기 위한 노력이 증대되고 있다.
특히 이러한 전기를 이용한 이동수단과 로봇에 필수로 장착되는 전동기와 산업에서 전기를 생산하는 발전기는 이송체에 설치될 경우 설치 부피가 작으면서도 고출력이 요구되며, 고출력 소형 전동기와 발전기(전기기기)의 대량 생산화가 필요하게 되었다.
그런데, 종래의 전동기와 발전기 철심은, 돌출부인 치와 홈이 있는 슬롯으로 구성되어 있는데, 슬롯은 권선이 권취하기 위해서 홈 형태로 되어 있다.
그리고 종래의 일반적인 3상 권선인 경우 홈에 A+, B-, C+, A-, B+, C- 순서로 권선이 권취되고, 3상 권선의 한 상인 A+, A- 사이에 다른 상의 권선 B-, C+가 설치되어, 권선의 끝 부분에서 교차하므로 권선을 위한 공간이 협소하고 이에 따라 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 전동기와 발전기의 용도에 따라서 고효율로 에너지를 절약할 수 있고 단위 무게당 출력이 큰 고출력의 요구조건에 충족되며, 자동화 공정으로 대량생산이 가능한 전동기와 발전기의 개발이 시급하다.
(특허문헌 1) KR10-1027935 B
(특허문헌 2) US20150069875 A1
(특허문헌 3) KR10-2007-0070355 A
(특허문헌 4) KR10-2003-0054753 A
(논문 1) 내측 고정자 여자를 제외한 이중공극과 단일 공극 버니어 모터의 비교 (2115년 대한전기학회 전기기기 및 에너지변환시스템부문회 춘계학술대회 논문집)
(논문 2) Analysis of a PM Vernier Motor With Spoke Structure (IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. 52, NO. 1, JANUARY/FEBRUARY 2016)
(논문 3) Analysis of a Vernier Motor with Concentrated Windings (IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 49, NO. 5, MAY 2013)
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점 및 요구조건을 해결하기 위하여, 단위 무게당 출력효율을 크게 높이고, 고효율화, 제작이 용이한 전동기와 발전기 등 회전 전기기기를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 복수의 외부고정자권선슬롯(213)이 내주면에 원주방향으로 일정 간격으로 형성되는 외부고정자철심(211)과, 서로 인접한 한 쌍의 상기 외부고정자권선슬롯(213)에 의하여 상대적으로 형성되는 외부고정자철심치(218)를 중심으로 권선되는 외부권선(510)을 포함하는 외부고정자(210)와; 복수의 내부고정자권선슬롯(223)이 외주면에 원주방향으로 일정간격으로 형성되는 내부고정자철심(221)을 포함하는 내부고정자(220)와; 상기 외부고정자(210)와 내부고정자(220) 사이에 외부에 대하여 제1공극(610)과 내부에 대하여 제2공극(620)을 가지며, 복수의 회전자철심(340)과 복수의 영구자석(330)들이 상기 회전자철심(340) 사이에서 원주방향을 따라 결합되어 회전가능하도록 설치되는 회전자(300)를 포함하며; 상기 외부고정자철심(211)은, 내주면에 하나 이상의 외부고정자철심슬롯(212)이 서로 인접한 한 쌍의 상기 외부고정자권선슬롯(213) 사이에서 오목하게 형성되며, 상기 내부고정자철심(221)은, 외주면에 하나 이상의 내부고정자철심슬롯(222)이 서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223) 사이에서 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기를 개시한다.
상기 외부권선(510)은, 상기 외부고정자권선슬롯(213) 내부에 설치되며, 상기 외부고정자권선슬롯(213)은, 3상 전원의 인가 또는 발전을 위하여 상기 외부고정자(210)에 3배수로 형성될 수 있다.
상기 외부고정자권선슬롯(213)은, 권선 면적을 확장하는 외부고정자 권선슬롯연장부(214)가 상기 회전자(300)를 향하는 면에 적어도 일부가 원주방향을 따라서 더 연장 형성될 수 있다.
상기 외부고정자철심(211)은, 원주방향을 따라 복수개로 분할되고, 분할된 상기 외부고정자철심(211)은, 원주방향을 따라 결합되어 전체로 원통형상을 형성하며, 분할된 각 외부고정자철심(211)은, 상기 외부고정자권선슬롯(213)에 외부권선(510)이 권취될 수 있다.
상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며, 상기 회전자(300)의 회전축(310)과 상기 하우징(100)에는, 상기 회전자(300)의 회전위치를 감지하기 위한 위치센서(700)가 설치될 수 있다.
상기 외부고정자(210)의 외부권선(510)에 인가되는 3상 전원 또는 유기되는 3상 전원에 의하여 자속의 전자기적 상호작용에 의하여 일정한 방향으로 회전 또는 발전되도록, 상기 내부고정자철심슬롯(222)은, 상기 외부고정자철심치(218)의 중간에 위치되고, 상기 회전자(300)의 복수의 영구자석(330)들이 상기 회전자철심(340) 사이에서 원주방향을 따라 N극 및 S극(→ ←)이 서로 번갈아가면서 설치될 수 있다.
상기 외부고정자(210)의 자속이 상기 회전자(300)의 영구자석(330) 및 회전자철심(340)을 통해 상기 내부고정자(220)로 원활히 통하도록, 상기 제1공극(610)에 접하고 있는 외부고정자철심치(218)와, 상기 제2공극(620)이 접하고 있는 내부고정자철심치(219)는, 서로 엇갈리게 위치할 수 있다.
상기 내부고정자(220)는, 서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223)에 의하여 상대적으로 형성되는 내부고정자철심치(219)를 중심으로 권선되는 내부권선(520)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 내부권선(520)은, 상기 내부고정자슬롯(223) 내부에 설치되며, 상기 내부고정자슬롯(223)은, 3상 전원의 인가 또는 발전을 위하여 상기 내부고정자(220)에 3배수로 형성될 수 있다.
상기 내부고정자철심(221)은, 원주방향을 따라 복수개로 분할되고, 분할된 상기 내부고정자철심(221)은, 원주방향을 따라 결합되어 전체로 원통형상을 형성하며, 상기 내부고정자철심(221)은, 상기 내부고정자권선슬롯(223)에 내부권선(520)이 권취될 수 있다.
상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며, 상기 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단은, 상기 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되며 상기 하우징(100)의 내부에 설치되는 회전자중심축허브(380)가 결합될 수 있다.
상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되며, 상기 내부지지부(400)는, 상기 회전자중심축허브(380)를 내부지지부외측베어링(921)에 의하여 회전가능하게 지지할 수 있다.
상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되며, 상기 내부지지부(400)는, 그 끝단 일부가 상기 회전자중심축허브(380)의 내측으로 삽입되고, 삽입된 부분에 설치된 내부지지부외측베어링(921)에 의하여 상기 회전자중심축허브(380)를 회전가능하게 지지할 수 있다.
상기 하우징(100)은, 상기 회전축(310)이 외부로 노출될 수 있도록 개구부(121)가 형성되며, 상기 회전축(310)은, 상기 하우징(100)에 설치된 하나 이상의 축지지베어링(911, 912)에 의하여 회전가능하게 지지될 수 있다.
상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며, 상기 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단은, 상기 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되며 상기 하우징(100)의 외부로 돌출되는 회전자수평허브(381)가 결합되며, 상기 회전자수평허브(381)의 외주면은, 상기 하우징(100)에 설치된 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 회전가능하게 지지될 수 있다.
상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치될 수 있다.
상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되며, 상기 내부지지부(400)는, 그 끝단 일부가 상기 회전자수평허브(381)의 내측으로 삽입되고, 삽입된 부분에 설치된 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 상기 회전자수평허브(381)를 회전가능하게 지지할 수 있다.
상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며, 상기 회전자(300)는, 일단이 상기 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되는 허브부(380)가 결합되며, 타단이 상기 하우징(100)에 설치된 베어링(924, 925)에 의하여 회전가능하게 지지되는 연장부(320)를 포함할 수 있다.
상기 연장부(320)를 회전가능하게 지지하는 베어링은, 상기 연장부(320)의 내주면 측에 설치되는 내측지지베어링(925) 또는 상기 연장부(320)의 끝단 및 하우징(100)의 내측면에 설치되는 회전자측면베어링(924)을 포함할 수 있다.
상기 외부고정자권선슬롯(213)은, 3상 전원의 인가 또는 발전을 위하여 상기 외부고정자(210)에 3n개(n은 2 이상의 자연수)로 형성되며, 상기 외부고정자권선슬롯(213)에 권선되는 상기 외부권선(510)은, 원주방향을 따라서 각 외부고정자권선슬롯(213)에 대하여 3상 전원이 A, B 및 C 순으로 연결되는, A1 내지 An, B1 내지 Bn, 및 C1 내지 Cn 권선을 가질 수 있다.
상기 A1 내지 An은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 B1 내지 Bn은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 C1 내지 Cn은, 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 내부고정자(220)는, 서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223)에 의하여 상대적으로 형성되는 내부고정자철심치(219)를 중심으로 권선되는 내부권선(520)을 추가로 포함하며, 상기 내부고정자권선슬롯(223)는, 3상 전원의 인가 또는 발전을 위하여 상기 내부고정자(220)에 3n개(n은 2 이상의 자연수)로 형성되며, 상기 내부고정자권선슬롯(223)에 권선되는 상기 내부권선(520)은, 원주방향을 따라서 각 내부고정자권선슬롯(223)에 대하여 3상 전원이 a, b 및 c 순으로 연결되는, a1 내지 an, b1 내지 bn, 및 c1 내지 cn 권선을 가질 수 있다.
상기 a1 내지 an은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 b1 내지 bn은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 c1 내지 cn은, 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 외부권선(510) 및 상기 내부권선(520)은, 3상 전원에 대응되어, 상기 A1 내지 An와, 상기 a1 내지 an가 서로 쌍을 이루어 연결되고, 쌍을 이룬 An 및 an은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 B1 내지 Bn와, 상기 b1 내지 bn가 서로 쌍을 이루어 연결되고, 쌍을 이룬 Bn 및 bn은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 C1 내지 An와, 상기 c1 내지 cn가 서로 쌍을 이루어 연결되고, 쌍을 이룬 Cn 및 cn은, 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명은, 또한 양단 중 적어도 일단이 회전축(310)과 연결되며 원통형상을 가지는 회전자(300)와; 상기 회전자(300)의 외주면 및 내주면 각각에 위치되는 2개의 공극(610, 620)을 가지고 설치되는 하나 이상의 고정자(210, 220)를 포함하며, 상기 고정자(210, 220)는, 상기 회전자(300)의 외주면과 제1공극(610)을 가지고 설치되는 외부고정자(210)와; 상기 회전자(300)의 내주면과 제2공극(620)을 가지고 설치되는 내부고정자(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기를 개시한다.
본 발명에 따른 회전 전기기기, 즉 전동기 또는 발전기는, 원주방향으로 일정 간격으로 형성되는 복수의 권선슬롯들과, 서로 인접한 한 쌍의 권선슬롯에 의하여 상대적으로 돌출된 부분에서 오목하게 형성되는 하나 이상의 철심슬롯을 가지는 내부고정자 및 외부고정자를 포함함으로써 회전 전기기기의 무게 당 출력을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
그리고 본 발명에 따른 회전 전기기기, 전동기 또는 발전기는, 회전자를 중심으로 내측 및 외측에 각각 외부고정자 및 내부고정자가 배치되도록 하여 힘이 발생되는 면적을 증가시킴으로써 회전 전기기기의 무게 당 출력을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
더 나아가 외부고정자의 자속이 회전자를 통해 내부고정자로 잘 통과하고, 회전자의 영구자석과 회전자철심을 배치하여 자속을 집중함에 따라 공극자속 밀도를 높혀 단위 부피당 출력을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 회전 전기기기, 전동기 또는 발전기는 외부고정자 및 내부고정자 중 적어도 어느 하나를 코일이 권선되는 복수의 고정자부재들의 결합에 의하여 형성되도록 함으로써 고정자에 권선되는 코일의 권선 작업 효율 및 회전 전기기기의 제작효율을 극대화 하는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 회전 전기기기, 특히 전동기는 회전자의 회전위치를 감지하기 위한 위치센서를 전동기에 일체로 형성되도록 함으로써 구조가 간단하고 사용을 편리하게 하는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명의 제1실시예에 따른 회전 전기기기를 보여주는 횡단면도이다.
도 2는, 도 1의 회전 전기기기를 Ⅱ-Ⅱ방향에서 보여주는 종단면도이다.
도 3은, 본 발명의 제2실시예에 따른 회전 전기기기를 보여주는 횡단면도이다.
도 4는, 도 3의 회전 전기기기를 Ⅱ-Ⅱ방향에서 보여주는 종단면도이다.
도 5 및 도 6은, 도 2 및 도 4에 도시된 회전 전기기기의 회전자의 변형 예들을 보여주는 종단면도들이다.
도 7a 내지 도 7c는, 본 발명의 실시예들에 사용되는 외부고정자와 내부고정자에서 각각의 철심의 변형 예들을 보여주는 횡단면도들이다.
도 8은, 본 발명의 실시예들에서 외부고정자 및 내부고정자에 권선되는 코일의 권선을 보여주는 권선배치도이다.
도 9a 내지 도 9c는, 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 따른 외부권선과 내부권선의 권선의 연결을 보여주는 3상 중에서 1상의 결선도들이다.
도 10a 및 도 10b는, 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에 따른 회전 전기기기로서, 외부권선만 있을 경우 권선의 연결을 보여주는 3상 중에서 1상의 결선도들이다.
도 11은, 본 발명의 실시예들에 사용되는 회전자와 위치센서의 결합을 보여주는 개념도이다.
도 12a 내지 도 12d는, 본 발명의 실시예들에 사용되는 회전자 및 회전축의 결합구조의 실시예들을 보여주는 종단면도들이다.
도 13a 내지 도 13d는, 종래기술에 따른 전동기의 횡단면도들이다.
이하 본 발명에 따른 회전 전기기기에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명의 주요 요지는, 전기 인가에 의하여 회전력을 발생시키는 전동기, 회전에 의하여 발전되는 발전기 등 회전 전기기기 모두에 적용이 가능하며, 전동기 또는 발전기 특유의 작동원리를 제외하고 전체적인 구조는 실질적으로 동일 또는 유사하다.
이하 전동기의 실시예를 들어 본 발명에 관하여 설명한다.
본 발명에 따른 전동기는, 높은 회전력을 발생시키기 위해서 외부고정자(210), 내부고정자(220) 및 회전자(300)로 구성된 2중공극 구조를 가지며, 이 2중 공극은, 외부고정자(210)와 회전자(300) 사이에서 회전력을 발생시키기 위해서 형성된 제1공극(610)과, 내부고정자(220) 및 회전자(300) 사이에서 회전력을 발생시키기 위해서 형성된 제2공극(620)을 포함함을 특징으로 하며, 다양한 실시예가 가능하다.
이하 본 발명에 따른 전동기에 관하여, 첨부된 도면 및 실시예에 따라 설명한다.
1. 제1실시예
본 발명의 제1실시예에 따른 전동기는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 외부고정자(210), 내부고정자(220), 회전자(300)를 포함한다.
- 외부고정자
상기 외부고정자(210)는, 복수의 외부고정자권선슬롯(213)이 내주면에 원주방향으로 일정 간격으로 형성되는 외부고정자철심(211)과, 서로 인접한 한 쌍의 상기 외부고정자권선슬롯(213)에 의하여 상대적으로 형성되는 외부고정자철심치(218)를 중심으로 권선되는 외부권선(510)을 포함하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 외부고정자철심(211)은, 복수의 외부고정자권선슬롯(213)이 내주면에 원주방향으로 일정 간격으로 형성되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 외부고정자권선슬롯(213)은, 서로 인접한 외부고정자권선슬롯(213)과 쌍을 이루어 외부권선(510)이 권선되도록 외부고정자(210)의 내주면에 형성되는 홈으로서 외부권선(510)의 권선구조에 따라서 다양한 구조로 형성될 수 있다.
예로서, 상기 외부고정자권선슬롯(213)은, 3상 전원이 인가 또는 유기될 수 있도록 외부고정자(210)의 내주면에 원주방향을 따라서 3배수, 예를 들면 6개로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 외부고정자권선슬롯(213)은, 내측에 형성된 부분이 원주방향을 따라서 더 연장된, 예를 들면 역 'T'자 형상을 가지는 권선슬롯연장부(214)가 형성됨이 바람직하다.
상기 권선슬롯연장부(214)는, 내측에 형성된 부분이 원주방향을 따라서 더 연장되도록 형성되며 권선 면적을 증가시킬 수 있게 된다.
특히 상기 권선슬롯연장부(214)는, 외부고정자(210)의 내면에 형성되는 외부고정자권선슬롯(213)에 원주방향을 따라서 더 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편 상기 외부고정자권선슬롯(213)은, 외부고정자권선슬롯(213)에 외부권선(510)이 권선된 후 외부권선(510)의 보호를 위하여 후술하는 회전자(300) 쪽으로 권선된 외부권선(510)을 보호하는 보호부재(216)가 추가로 설치될 수 있다.
상기 보호부재(216)는, 외부권선의 권선 후 회전자(300) 쪽으로 외부권선(510)이 돌출되는 등 회전자(300)에 대하여 외부권선(510)을 보호하는 구성으로서 외부고정자(210)의 길이방향을 따라서 삽입되는 등 다양한 방식에 의하여 설치될 수 있다.
이때, 상기 보호부재(216)의 삽입이 용이하기 위하여 상기 외부고정자(210)는, 보호부재삽입슬롯(217)이 추가로 형성될 수 있다.
상기 보호부재삽입슬롯(217)은, 보호부재(216)의 삽입이 용이하기 위하여 형성되는 구조로서 다양한 구조 및 형태가 가능하다.
또한 상기 외부고정자권선슬롯(213)의 내면에는, 전도성 재질의 외부고정자(210)와의 전기적 절연을 위하여 전기적 절연재질의 시트가 설치될 수 있다.
그리고 상기 외부고정자(210)는, 외부고정자권선슬롯(213)에 권선된 외부권선(510)에 인가되는 전원에 의하여 전자기장을 형성할 수 있는 재질이면 어떠한 재질도 가능하며 복수의 철판이 적층된 구조, 즉 적층철심구조를 가지는 등 다양한 재질 및 구조가 가능하다.
한편 상기 외부고정자(210)와 회전자(300) 사이, 즉 외부고정자(210)의 내주면 및 회전자(300)의 외주면 사이(회전자(300)의 외부에 대하여)에는, 전기에너지가 기계에너지로 변하는 미리 설정된 공극, 즉 제1공극(610)을 가진다.
상기 제1공극(610)은, 외부고정자(210)가 회전자(300)의 회전으로부터 간섭받는 것을 최소화하기 위하여 형성되는 공극으로 설계 및 디자인에 따라서 적절한 크기를 가진다.
한편 상기 외부고정자(210)는, 서로 인접한 한 쌍의 외부고정자권선슬롯(213)에 의하여 상대적으로 형성되는 돌출부, 즉 외부고정자철심치(218)의 내주면에 하나 이상의 외부고정자철심슬롯(212)이 오목하게 형성됨이 바람직하다.
즉, 상기 외부고정자철심슬롯(212)은, 서로 인접한 한 쌍의 외부고정자권선슬롯(213) 사이에서 오목하게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 하나 이상의 외부고정자철심슬롯(212)은, 복수의 외부고정자권선슬롯(213) 사이에 일정 간격으로 배치되고, 각각의 외부고정자철심슬롯(212)은, 외부고정자(210)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다.
상기 외부고정자철심슬롯(212)은, 시뮬레이션에 따르면 회전자(300)의 외주면의 면적 대비 힘의 크기가 크게 증가됨을 확인하였는바, 복수의 외부고정자권선슬롯(213) 사이에 일정 간격으로 배치되고, 각각의 외부고정자철심슬롯(212)은, 외부고정자(210)의 길이방향을 따라 형성됨이 바람직하다.
한편 상기 외부고정자철심슬롯(212)의 형성깊이는, 회전자(300)를 향하는 외부고정자(210)의 일측면으로부터 외부고정자권선슬롯(213)보다 덜 깊게 형성됨이 바람직하다.
그리고 상기 외부고정자철심슬롯(212)의 숫자 및 폭은, 설계 및 디자인에 따라서 다양하게 형성될 수 있다.
상기 외부권선(510)은, 서로 인접한 한 쌍의 외부고정자권선슬롯(213)에 의하여 상대적으로 형성되는 돌출부, 즉 외부고정자철심치(218)를 중심으로 외부권선(510)이 권선되는 구성으로서 코일의 권선방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 외부권선(510)은, 3상 전원이 인가(발전기의 경우 유기)될 수 있도록 6개의 외부고정자권선슬롯(213)에 대하여 인접한 한 쌍의 외부고정자권선슬롯(213)에 의하여 형성되는 외부고정자철심치(218)를 중심으로 3상 전원 하나에 대응되는 전원이 인가(발전기의 경우 유기)되는 코일이 권선될 수 있다.
- 내부고정자
상기 내부고정자(220)는, 복수의 내부고정자권선슬롯(223)이 외주면에 원주방향으로 일정간격으로 형성되는 내부고정자철심(221)과, 서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223)에 의하여 상대적으로 형성되는 내부고정자철심치(219)를 중심으로 권선되는 내부권선(520)을 포함하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 내부고정자(220)는, 후술하는 제2공극(620)을 가지며 회전자(300)의 내측에 설치되는 구성으로서 내부권선(520)의 권선여부 등에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
상기 내부고정자철심(221)은, 복수의 내부고정자권선슬롯(223)이 외주면에 원주방향으로 일정간격으로 형성되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 내부고정자권선슬롯(223)은, 서로 인접한 내부고정자권선슬롯(223)과 쌍을 이루어 내부권선(520)이 권선되도록 내부고정자(220)의 외주면에 형성되는 홈으로서 내부권선(520)의 권선구조에 따라서 다양한 구조로 형성될 수 있다.
예로서, 상기 내부고정자권선슬롯(223)은, 3상 전원이 인가(발전기의 경우 발전)될 수 있도록 내부고정자(220)의 외주면에 3배수, 예를 들면 2배수, 즉 6개로 형성될 수 있다.
특히 상기 내부고정자권선슬롯(223)은, 외부고정자권선슬롯(213)의 수 및 위치에 대응되어 형성됨이 바람직하다.
보다 구체적으로 상기 외부고정자(210)의 자속이 회전자(300)의 영구자석(330)과 회전자철심(340)을 통해 내부고정자(220)로 원활히 통하도록 제1공극(610)에 접하고 있는 외부고정자철심치(218)와 내부고정자철심치(219)는 반경방향으로 서로 엇갈리게 위치하는 것이 바람직하다.
즉 상기 회전자(300)의 중심에서 반경방향으로 가상의 선을 그으면 외부고정자철심치(218)는, 내부고정자철심슬롯(222)과 일직선상에 놓이는 것이 바람직하다.
다시 말하면, 상기 외부고정자(210)와 내부고정자(220)의 상대적 배치는, 회전자(300)가 한 방향으로 회전력을 발생시키기 위해서 외부고정자(210)의 자속이 회전자(300)의 영구자석(330)과 회전자철심(340)을 통해 내부고정자(220)로 원활히 통하도록 제1공극(610)에 접하고 있는 외부고정자철심치(218)과 제2공극(620)에 접하고 있는 내부고정자철심치(219)는 서로 엇갈리게 위치 즉 회전자(300)의 중심에서 반경방향으로 가상의 선을 그으면 외부고정자철심치(218)는 내부고정자철심슬롯(222)과 일치하게 된다.
상기 내부고정자권선슬롯(223)의 내면에는, 전도성 재질의 내부고정자(220)와의 전기적 절연을 위하여 전기적 절연재질의 시트가 설치될 수 있다.
그리고 상기 내부고정자(220)는, 내부고정자권선슬롯(223)에 권선된 내부권선(520)에 인가되는 전원에 의하여 전자기장을 형성할 수 있는 재질이면 어떠한 재질도 가능하며 복수의 철판이 적층된 구조를 가지는 등 다양한 재질 및 구조가 가능하다.
한편 상기 내부고정자(220)와 회전자(300) 사이, 즉 내부고정자(220)의 외주면 및 회전자(300)의 내주면 사이(회전자(300)의 내부에 대하여)에는, 전기에너지가 기계에너지로 변하는 미리 설정된 공극을 가지는 제2공극(620)이 형성된다.
상기 제2공극(620)은, 내부고정자(220)가 회전자(300)의 회전으로부터 간섭받는 것을 최소화하기 위하여 형성되는 공극으로 설계 및 디자인에 따라서 적절한 크기를 가진다.
한편 상기 내부고정자(220)는, 서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223)에 의하여 상대적으로 형성되는 돌출부의 외주면에 하나 이상의 내부고정자철심슬롯(222)이 오목하게 형성됨이 바람직하다.
즉, 상기 하나 이상의 내부고정자철심슬롯(222)은, 서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223) 사이에서 내부고정자철심(221)의 외주면에 오목하게 형성될 수 있다.
상기 하나 이상의 내부고정자철심슬롯(222)은, 복수의 내부고정자권선슬롯(223) 사이에 일정 간격으로 배치되고, 각각의 내부고정자권선슬롯(223)은, 내부고정자(220)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다.
상기 내부고정자철심슬롯(222)은, 시뮬레이션에 따르면 회전자(300)의 내주면의 면적 대비 힘의 크기(발전기의 경우 발전되는 전력의 크기)가 크게 증가됨을 확인하였는바, 복수의 내부고정자권선슬롯(223) 사이에 일정 간격으로 배치되고, 각각의 내부고정자철심슬롯(222)은, 내부고정자(220)의 길이방향을 따라 형성됨이 바람직하다.
한편 상기 내부고정자철심슬롯(222)의 형성깊이는, 회전자(300)를 향하는 내부고정자(220)의 일측면으로부터 내부고정자권선슬롯(223)보다 덜 깊게 형성됨이 바람직하다.
그리고 상기 내부고정자철심슬롯(222)의 숫자 및 폭은, 설계 및 디자인에 따라서 다양하게 형성될 수 있다.
상기 내부권선(520)은, 서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223)에 의하여 상대적으로 형성되는 돌출부, 즉 내부고정자철심치(219)를 중심으로 권선되는 구성으로서 코일의 권선방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 내부권선(520)의 권선 및 배치구조는, 3상 전원(발전기의 경우 발전)이 인가될 수 있도록 6개의 내부고정자권선슬롯(223)에 대하여 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223)에 의하여 형성되는 돌출부를 중심으로 3상 전원 하나에 대응되는 전원이 연결되는 코일이 권선될 수 있다.
- 회전자
상기 회전자(300)는, 외부고정자(210)와 내부고정자(220) 사이에서 외부, 즉 외부고정자(210)에 대하여 제1공극(610)과, 내부, 즉 내부고정자(220)에 대하여 제2공극(620)을 가지며, 복수의 회전자철심(340)과 복수의 영구자석(330)들이 회전자철심(340) 사이에서 원주방향을 따라 결합되어 회전가능하도록 설치되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 회전자(300)는, 원주방향을 따라 결합되는 복수의 회전자철심(340)과 복수의 영구자석(330)들을 포함할 수 있다.
한편, 상기 외부고정자(210)의 외부권선(510)에 인가되는 3상 전원 또는 유기되는 3상 전원에 의하여 자속의 전자기적 상호작용에 의하여 일정한 방향으로 회전 또는 발전되도록, 내부고정자철심슬롯(222)은, 외부고정자철심치(218)의 중간에 위치되고, 회전자(300)의 복수의 영구자석(330)들이 상기 회전자철심(340) 사이에서 원주방향을 따라 N극 및 S극(→ ←)이 서로 번갈아가면서 설치(도면 상에 자극방향을 기준으로 →, ←로 표시)될 수 있다.
예로서, 상기 회전자(300)는, 복수의 회전자철심(340)들 및 복수의 영구자석(330)들이 회전자철심(340) 사이에서 원주방향을 따라서 결합되는 원통형상의 원통부분 및 회전력을 외부로 전달하기 위한 회전축(310)-발전기는 외부의 기계적 동력에 의하여 회전자(200)를 회전시키는 회전축(310)-을 가지는 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
그리고 상기 원통부분은, 그 외주면에 설계 및 디자인에 따라서 영구자석(340)의 배치 및 숫자가 결정될 수 있다.
구체적으로 상기 원통부분은, 전체적으로 원통형상을 형성하며 회전자철심(340) 및 영구자석(330)이 순차적으로 배치되어 형성될 수 있다.
여기서 상기 영구자석(330)의 자극의 방향은, 자속을 집중시켜 출력을 높이기 위하여 원주방향을 따라서 ←, → 극성으로 배치됨이 바람직하다.
한편 상기 전동기는, 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함할 수 있다.
그리고 상기 회전자(300)가 제1공극(610)과 제2공극(620)에서 회전가능하도록 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 하우징(100)에 더 설치될 수 있다.
상기 내부지지부(400)는, 회전자(300)가 제1공극(610)과 제2공극(620)에서 회전가능하도록 내부고정자(220)를 지지하는 구성으로서 내부고정자(220)와 일체로 또는 분리가능한 부재로서 설치되는 등 다양한 구성이 가능하다.
이를 위하여 상기 내부지지부(400)는, 회전자(300)의 내측으로 삽입되어 회전자(300)를 회전가능하게 지지하도록 하우징(100)에 고정되어 설치된다.
특히 상기 내부지지부(400)는, 후술하는 내부고정자(220)에 삽입되어 내부고정자(220)를 지지할 수 있도록 내부고정자(220)의 길이방향으로 형성되는 관통홀(224)에 관통설치되는 등 다양한 구성이 가능하다.
그리고 상기 내부지지부(400)는, 일단(도면에서 좌측 끝단)이 하우징(100)에 고정되어 설치되며 타단(도면에서 우측 끝단)이 내부지지부외측베어링(921) 또는 회전자수평허브베어링(923)이 설치되어 회전자(300)를 직접 또는 간접으로 회전가능하게 지지할 수 있다.
예로서, 상기 내부지지부(400)는, 하우징(100)에 대하여 회전되지 않도록 일체로 또는 탈착가능하게 조립되는 등 다양한 방식에 의하여 하우징(100)에 설치될 수 있다.
그리고, 상기 내부지지부(400)는, 일단(도면에서 좌측 끝단)이 하우징(100)에 결합되며 회전자(300)의 내부에 삽입설치되며, 회전자(300)는, 내부지지부(400)의 타단(도면에서 우측 끝단)에서 직접 또는 간접으로 지지될 수 있다.
한편 상기 내부지지부(400)의 외경이 회전자(300)(또는 후술하는 회전자(300) 또는 회전자수평허브(381))의 내경보다 작아 회전자(300)(또는 후술하는 회전자(300) 또는 회전자수평허브(381))를 적절하게 지지할 수 없는 경우가 있다.
이에 상기 내부지지부(400)는, 끝단에 외경을 확장하는 보조지지부(410)가 결합되어 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 회전자(300)(또는 후술하는 회전자(300) 또는 회전자수평허브(381))를 회전가능하게 지지할 수 있다.
한편 본 발명의 제1실시예에 따른 전동기는, 하우징(100)을 포함한다.
상기 하우징(100)은, 외부고정자(210) 등이 고정설치됨과 아울러 후술하는 회전자(300)를 지지하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
특히 상기 하우징(100)은, 후술하는 회전자(300)의 회전가능 지지구조에 따라서 복수의 지점에 베어링 등과 같이 회전가능지지구조가 설치되는 등 다양한 구조가 가능하다.
예로서, 상기 하우징(100)은, 내부에 외부고정자(210)가 결합되는 하우징본체(110)와; 하우징본체(110)의 양단에 각각 결합되는 하우징부재들(120, 130) 등을 포함할 수 있다.
즉, 상기 하우징본체(110)는, 내부에 외부고정자(210)가 결합되도록 내주면이 원통형상을 가지는 등 다양한 구조 및 형상을 가질 수 있다.
상기 하우징부재들(120, 130)들은, 하우징본체(110)의 양단에 각각 결합되는 구성으로서, 회전축(310) 또는 회전자(300)의 적어도 일부가 노출되는 개구(131)가 형성되는 제1하우징부재(120)와, 제1하우징부재(120)와 대향되는 위치에서 하우징본체(110)에 결합되는 제2하우징부재(130)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 하우징부재(120, 130)들 중 어느 하나는, 회전자(300)의 적어도 일부가 외부로 노출 가능하도록 형성된다.
구체적으로 상기 하우징부재(120, 130)들 중 어느 하나는, 후술하는 회전축(310)이 외부 방향으로 회전력을 전달(발전기의 경우 외부의 기계적 동력에 의하여 회전됨)할 수 있도록 개구(131)가 형성되는 것이 바람직하다.
2. 제2실시예
한편 상기 내부고정자(220)의 구성과 관련하여, 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 내부고정자철심(221) 및 내부고정자철심(221)에 권선된 내부권선(520)을 포함하는 구성을 중심으로 설명하였으나, 내부권선(520)이 권선되지 않는 등 다양한 변형이 가능하다. 그 예로 전동기의 직경이 적은 경우 내부권선(520)의 권선 작업이 힘들고, 권선할 수 있는 코일 수가 매우 적으므로 출력되는 토크(발전기의 경우 발전량)의 증가를 거의 기대할 수 없다
즉, 본 발명에 따른 제2실시예에 따른 전동기는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예의 구성에서, 내부고정자(220)가 내부권선(520)의 권선 없이 철심으로만 구성될 수 있다.
정리하며, 도 1과 도 2는, 제1실시예로서, 상기 설명에서 외부권선(510)과 내부권선(520)이 동시에 설치된 경우이고, 제2실시예로서, 도 3과 도 4는 상기 설명에서 외부권선(510)만 설치된 경우이다. 외부권선(510)과 내부권선(520)이 모두 설치된 경우는 권선이 다소 복잡하나 권선 단면적이 넓어서 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 전동기는, 내부권선(520)이 권선되지 않은 것만 빼고 나머지 구성은 동일한바 자세한 설명은 생략한다.
3. 기타 구성의 따른 세부 실시예
이하 기타 구성의 세부실시예를 설명한다. 편의상 각 실시예의 설명에서 자세한 부분 내지 변형된 부분에 대해서만 설명한다.
- 회전자의 실시예
한편 상기 회전자(300)는, 회전축(310)과의 결합구조 및 하우징(100)에 대한 회전가능한 지지구조에 따라서 다양한 실시예가 가능하다.
상기 회전자(300)의 실시예로서, 상기 회전자(300)는, 도 1 및 도 2(도면부호는 도 12a 및 도 12b 참조)에 도시된 바와 같이, 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되며 하우징(100)의 내부에 설치되는 회전자중심축허브(380)가 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단에 결합될 수 있다.
상기 회전자중심축허브(380)는, 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단에서 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되며 하우징(100)의 내부에 설치되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 회전자중심축허브(380)는, 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단에 결합되어 전체 형상이 원통형상을 이루도록 구성될 수 있다.
한편 상기 하우징(100)은, 회전자(300)가 제1공극(610) 및 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치될 수 있다.
상기 내부지지부(400)는, 회전자(300)가 제1공극(610) 및 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 내부고정자(220)를 지지하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
그리고 상기 내부지지부(400)는, 회전자중심축허브(380)를 내부지지부외측베어링(921)에 의하여 회전가능하게 지지할 수 있다.
상기 내부지지부(400)에 의한 회전자중심축허브(380)의 지지구조는, 다양한 실시예들이 가능하며, 도 2 및 도 4(도 12a 및 도 12b)에 도시된 바와 같이, 그 끝단 일부가 회전자중심축허브(380)의 내측으로 삽입되고, 삽입된 부분에 설치된 내부지지부외측베어링(921)에 의하여 회전자중심축허브(380)를 회전가능하게 지지할 수 있다.
다른 예로서, 상기 내부지지부(400)에 의한 회전자중심축허브(380)의 지지구조는, 회전자중심축허브(380)의 내주면을 내부지지부외측베어링(921)에 의하여 회전자중심축허브(380)를 회전가능하게 지지할 수 있다.
한편 상기 회전자중심축허브(380)가 하우징(100)의 내부에 설치됨을 고려하여 하우징(100)은, 회전축(310)이 외부로 노출될 수 있도록 개구부(121)가 형성된다.
그리고 상기 회전축(310)은, 하우징(100)에 설치된 하나 이상의 축지지베어링(911, 912), 예를 들면 제1축지지베어링(911) 및 제2축지지베어링(912)에 의하여 회전가능하게 지지된다.
이때 상기 하우징(100)의 내측에 위치되는 부분, 즉 회전자중심축허브(380)와 결합된 결합부(313)는, 제1축지지베어링(911)에 의한 원활한 지지를 위하여 그 외경이 하우징(100)의 외부로 돌출된 부분보다 더 크게 형성됨이 바람직하다.
여기서 상기 하우징(100)의 제1하우징부재(120)는, 결합부(313)의 외형에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 회전자(300)의 다른 실시예로서, 회전자(300)는, 도 5 및 도 6(도면부호는 도 12c 및 도 12d 참조)에 도시된 바와 같이, 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단은, 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되며 하우징(100)의 외부로 돌출되는 회전자수평허브(381)가 결합될 수 있다.
상기 회전자수평허브(381)는, 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단에서 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되며 하우징(100)의 외부로 돌출되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 회전자수평허브(381)는, 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단에 결합되어 전체 형상이 원통형상을 이루도록 구성될 수 있다.
여기서 상기 회전자수평허브(381)의 외주면은, 하우징(100)에 설치된 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 회전가능하게 지지될 수 있다.
한편 상기 하우징(100)은, 앞서 설명한 바와 같이, 회전자(300)가 제1공극(610) 및 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치될 수 있다.
상기 내부지지부(400)는, 회전자(300)가 제1공극(610) 및 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 내부고정자(220)를 지지하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
그리고 상기 내부지지부(400)는, 회전자수평허브(381)를 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 회전가능하게 지지할 수 있다.
상기 내부지지부(400)에 의한 회전자수평허브(381)의 지지구조는, 다양한 실시예들이 가능하며, 그 끝단 일부가 회전자수평허브(381)의 내측으로 삽입되고, 삽입된 부분에 설치된 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 회전자수평허브(381)를 회전가능하게 지지할 수 있다.
다른 예로서, 상기 내부지지부(400)에 의한 회전자수평허브(381)의 지지구조는, 도 5 및 도 6(도 12c 및 도 12d)에 도시된 바와 같이, 회전자수평허브(381)의 내주면을 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 회전자수평허브(381)를 회전가능하게 지지할 수 있다.
한편 상기 회전자(300)는, 일단(도면에서 우측부분)이 앞서 설명한 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되는 회전자중심축허브(380) 또는 회전자수평허브(381)가 결합되며, 타단(도면에서 좌측부분)이 하우징(100)에 설치된 베어링에 의하여 회전가능하게 지지되는 연장부(320)를 포함할 수 있다.
상기 연장부(320)는, 회전자중심축허브(380) 또는 회전자수평허브(381)가 결합된 끝단의 반대쪽 끝단에 회전자(300)에 결합되어 하우징(100)에 설치된 베어링에 의하여 회전가능하게 지지되는 부분으로서, 앞서 설명한 회전자(300) 및 허브부(380)와 함께 전체 형상이 원통형상을 이룬다.
여기서 상기 연장부(320)를 회전가능하게 지지하는 베어링은, 하우징(100)에 설치되어 연장부(320)를 회전가능하게 지지하는 구성으로서, 도 12a 및 도 12c에 도시된 바와 같이, 연장부(320)의 내주면 측에 설치되는 내측지지베어링(925)으로 구성되거나, 도 12b 및 도 12d에 도시된 바와 같이, 연장부(320)의 끝단 및 하우징(100)의 내측면에 설치, 즉 연장부(320)를 회전축(310) 방향으로 회전가능하게 지지하는 회전자측면베어링(924)으로 구성되는 등 다양한 구성이 가능하다.
도 2, 도 4 내지 도 6을 참조하여 정리하면, 상기 회전자(300)는, 회전축(310)과의 결합을 위한 실시예들 도시하는 도 2와 도 4는, 하우징(100) 내부에서 회전자(300)에 결합된 회전자중심축허브(380)로부터 전동기 중심에서 회전축(310)을 빼낸 형태인 반면, 도 5 및 도 6은 회전자(300)에서 평행으로 연장된 회전자수평허브(381)를 외측으로 노출시킨 후 외부에 노출된 회전자수평허브(381)에 회전축(310)이 결합된 경우이다.
여기서 도 5는, 외부권선(510)과 내부권선(520)이 권선된 경우이고, 도 6은 외부권선(510) 만이 권선된 경우이다.
- 외부고정자 및 내부고정자의 철심 실시예들
한편 상기 외부고정자(210) 및 내부고정자(220)의 철심은 다양한 실시예들이 가능하다.
철심구조의 제1실시예로서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 외부고정자(210)는, 외부고정자철심(211)이 원주방향을 따라 복수개로 분할되고, 내부고정자(220)의 내부고정자철심(221)이 일체로 원통형상을 가질 수 있다.
그리고 분할된 각 외부고정자철심(211)은, 외부고정자권선슬롯(213)에 외부권선(510)이 권취되어 한 단위의 코어로서, 원주방향을 따라서 순차적으로 결합되어 전체로 원통형상을 형성할 수 있다.
즉, 상기 분할된 복수의 외부고정자철심(211)들은, 인접한 외부고정자철심(211)과 서로 밀착되는 양 측면에 고정구조(215)가 형성될 수 있다.
상기 고정구조(215)는, 분할된 복수의 외부고정자철심(211)들이 서로 밀착되는 밀착면에 형성되어, 복수의 외부고정자철심(211)들이 고정되기 위하여 형성되는 구조로서 다양한 구조가 가능하다.
구체적으로 상기 고정구조(215)는, 인접한 위치에 위치된 외부고정자철심(211)과 밀착되는 일면에 돌출 형성되는 하나 이상의 돌출부와; 타면에 상기 돌출부와 대응되도록 형성되는 오목부를 포함할 수 있다.
상기와 같이 상기 외부고정자(210)가 분할된 복수의 외부고정자철심(211)들에 의하여 원통형상을 이루어 형성되며, 더 나아가 외부고정자권선슬롯(213)에 분할되어 외부권선(510)이 권선된 상태로 인접한 외부고정자철심(211)과 서로 결합되게 되면 외부권선(510)의 권선이 용이함과 아울러 외부고정자(210)의 전체 조립이 용이한 이점이 있다.
철심구조의 제2실시예로서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 외부고정자(210)는, 외부고정자철심(211)이 일체로 원통형상을 가지며, 내부고정자(220)의 내부고정자철심(221)이 원주방향을 따라 복수개로 분할될 수 있다.
그리고 분할된 각 내부고정자철심(221)은, 내부고정자권선슬롯(223)에 외부권선(520)이 권취되어 한 단위의 코어로서, 원주방향을 따라서 순차적으로 결합되어 전체로 원통형상을 형성할 수 있다.
즉, 상기 내부고정자철심(221)이 원주방향을 따라 복수개로 분할되고, 분할된 내부고정자철심(221)은, 원주방향을 따라 결합되어 전체로 원통형상을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 분할된 각 내부고정자철심(221)은, 내부고정자권선슬롯(223)에 분할되어 내부권선(520)이 권선된 상태로 인접한 내부고정자철심(221)과 서로 결합됨이 바람직하다.
예로서, 상기 분할된 복수의 내부고정자철심(221)들은, 인접한 내부고정자철심(221)과 서로 밀착되는 양 측면에 고정구조(225)가 형성될 수 있다.
상기 고정구조(225)는, 분할된 복수의 내부고정자철심(221)들이 서로 밀착되는 밀착면에 형성되어, 분할된 복수의 내부고정자철심(221)들이 고정되기 위하여 형성되는 구조로서 다양한 구조가 가능하다.
구체적으로 상기 고정구조(225)는, 인접한 위치에 위치된 분할된 내부고정자철심(221)과 밀착되는 일면에 돌출 형성되는 하나 이상의 돌출부와; 타면에 상기 돌출부와 대응되도록 형성되는 오목부를 포함할 수 있다.
상기와 같이 상기 내부고정자(220)가 분할된 복수의 내부고정자철심(221)들에 의하여 원통형상을 이루어 형성되며, 더 나아가 내부고정자권선슬롯(223)에 분할되어 내부권선(520)이 권선된 상태로 인접한 내부고정자철심(221)과 서로 결합되게 되면 내부권선(520)의 권선이 용이함과 아울러 내부고정자(220)의 전체 조립이 용이한 이점이 있다.
철심구조의 제3실시예로서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 외부고정자(210)의 외부고정자철심(211) 및 내부고정자(220)의 내부고정자철심(221)이 일체로 원통형상을 가질 수 있다.
정리하면 도 7a에 도시된 바와 같이, 외부고정자(210)는, 원주방향을 따라서 분할되어 전체로 원통형상을 가지며, 내부고정자(220)는, 분할됨 없이 원통형상을 가질 수 있다.
또한 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 외부고정자(210)는, 분할됨 없이 원통형상을 가지며, 내부고정자(220)는, 원주방향을 따라서 분할되어 전체로 원통형상을 가질 수 있다.
또한 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 외부고정자(210) 및 내부고정자(220)는, 모두 분할됨 없이 원통형상을 가질 수 있다.
마지막으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 외부고정자(210)의 외부고정자철심(211)과 내부고정자(220)의 내부고정자철심(221) 모두가 모두 원주방향을 따라서 분할되어 전체로 원통형상을 가질 수 있다.
- 코일권선의 실시예들
상기 외부고정자권선슬롯(213)은, 3상 전원의 인가 또는 발전을 위하여 외부고정자(210)에 3n개(n은 2 이상의 자연수)로 형성되며, 외부고정자권선슬롯(213)에 권선되는 외부권선(510)은, 원주방향을 따라서 각 외부고정자권선슬롯(213)에 대하여 3상 전원이 A, B 및 C 순으로 인가되는, A1 내지 An, B1 내지 Bn, 및 C1 내지 Cn 권선을 가진다.
예로서, 상기 외부권선(510)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 외부권선(510)이 3상 전원에 대응되어 원주방향을 따라서 A1 +- A1 -, B1 +- B1 -, C1 +- C1 -, A2 +- A2 -, B2 +- B2 -, C2 +- C2 - 순서로 배치될 수 있다.
그리고, 각 상에 대응되는 권선은, 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전원이 인가될 수 있다.
즉, A1 +- A1 - 및 A2 +- A2 -,의 직렬연결 또는 병렬연결, B1 +- B1 - 및 B2 +- B2 -,의 직렬연결 또는 병렬연결, C1 +- C1 - 및 C2 +- C2 -,의 직렬연결 또는 병렬연결 등 다양한 연결이 가능하다.
한편 상기 내부권선(520)은, 각 상에 대응되도록 외부권선(520)과 대응되어 권선 및 배치됨이 바람직하다.
그리고 상기 외부권선(510) 및 내부권선(520)은, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 유기기전력이 동일하게 하기 위해서 공극을 마주하고 있는 권선이 직렬로 연결됨이 바람직하다.
그리고, 상기 외부권선(510) 및 내부권선(520)이 연결됨에 있어서, 도 9a에 도시된 바와 같이, 전체로 직렬로 연결되거나, 도 9b에 도시된 바와 같이 내부순환전류가 발생하지 않도록 서로 병렬로 결선됨이 바람직하다.
그리고, 상기 내부고정자권선슬롯(223)는, 3상 전원의 인가 또는 발전을 위하여 내부고정자(220)에 3n개(n은 2 이상의 자연수)로 형성되며, 내부고정자권선슬롯(223)에 권선되는 내부권선(520)은, 원주방향을 따라서 각 내부고정자권선슬롯(223)에 대하여 3상 전원이 a, b 및 c 순으로 인가되는, a1 내지 an, b1 내지 bn, 및 c1 내지 cn 권선을 가진다.
예로서, 상기 내부권선(520)의 권선 및 배치구조는, 도 8에 도시된 바와 같이, 내부권선(520)이 3상 전원에 대응되어 원주방향을 따라서 a1 +- a1 -, b1 +- b1 -, c1 +- c1 -, a2 +- a2 -, b2 +- b2 -, c2 +- c2 - 순서로 배치될 수 있다.
그리고, 각 상에 대응되는 권선은, 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전원이 인가될 수 있다.
즉, a1 +- a1 - 및 a2 +- a2 -,의 직렬연결 또는 병렬연결, b1 +- b1 - 및 b2 +- b2 -,의 직렬연결 또는 병렬연결, c1 +- c1 - 및 c2 +- c2 -,의 직렬연결 또는 병렬연결 등 다양한 연결이 가능하다.
한편 상기와 같은 권선은, 도 9a 내지 도 9c, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 다양한 방식에 의하여 결선될 수 있다.
즉, 상기 A1 내지 An은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, B1 내지 Bn은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 C1 내지 Cn은, 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
또한 상기 a1 내지 an은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 b1 내지 bn은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 c1 내지 cn은, 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
다른 예로서, 외부권선(510) 및 내부권선(520)의 조합에 의한 권선례로서, 도 9a 내지 도 9c와 같이 다양한 실시예가 가능하다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 하나의 상에 대응되는 권선이 A1 +-A1 --a1 +-a1 --A2 +-A2 --a2 +- a2 순서로 직렬로 결선될 수 있다.
즉, 상기 외부권선(510) 및 내부권선(520)이 연결됨에 있어서, 전체로 직렬로 연결될 수 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, A1 +-A1 --a1 +-a1 -, A2 +-A2 --a2 +- a2 각각이 직렬로 결선된 후 서로 병렬로 결선될 수 있다.
도 9c에 도시된 바와 같이, A1 +-A1 --A2 +-A2 -, a1 +-a1 --a2 +- a2 각각이 직렬로 결선된 후 서로 병렬로 결선될 수 있다.
즉, 상기 외부권선(510) 및 내부권선(520)이 연결됨에 있어서, 각각 전원의 상이 복수개로 배치된 각 상의 외부권선(510) 및 내부권선(520)이 직렬로 연결되고, 복수개로 배치된 각 상들은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
한편 도 9a 및 도 9b는, 도 8의 구조에서 권선 배치도 및 결선도로서 외부권선(510)과 내부권선(520)에서 유기되는 기전력이 다르므로 병렬 연결시 내부순환전류가 발생하여 전동기가 소손될 우려가 있으므로 병렬회로로 연결시 대칭이 되도록 결선되어야 한다.
구체적으로 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 직렬 또는 병렬로 결선됨이 바람직하다.
한편 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서와 같이, 내부권선(520)이 없는 경우, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 내부권선(520)에 대응되는 권선 없이 직렬 또는 병렬 결선로 결선됨이 바람직하다.
한편 도 9a 내지 도 10b는, 3상에서 1상만 나타내고 있으나 나머지 2상과 Y 혹은 Δ 결선을 할 수도 있음은 물론이다.
- 회전자 위치 감지센서
한편 본 발명의 실시예들에 따른 전동기는, 그 회전제어를 위하여 회전자(300)의 회전축(310)과 하우징(100)에는, 회전자(300)의 회전위치를 감지하기 위한 회전자위치센서(700)가 설치될 수 있다.
상기 회전자위치센서(700)는, 상대적으로 고정된 상태의 하우징(100)에 대한 회전자(300)의 회전위치를 감지하기 위하여 설치되는 구성으로서, 회전자(300)의 회전위치를 감지할 수 있으면 다양한 구성이 가능하다.
그리고 상기 회전자위치센서(700)는, 하우징(100), 외부고정자(210) 및 회전자(300)의 형태 및 구조에 따라 다양한 위치에 설치 가능하다.
특히 상기 회전자(300)의 형태 및 구조에 따라 상기 회전자위치센서(700)의 구조, 형태 및 배치는 다양하게 가능하다.
예로서, 상기 회전자위치센서(700)는, 회전자(300)의 회전축(310)에 하나 이상 설치되어 회전하는 제1감지부(710)와, 하우징(100)에 설치되어 제1감지부(710)의 위치를 감지하기 위하여 고정된 제2감지부(720)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1감지부(710)는, 회전자(300)의 회전축(310)에는 반경방향으로 복수로 돌출된 자성체 돌출부로 구성되고, 제2감지부(720)는 제1감지부(710)인 자성체 돌출부에 대응되는 2개의 센싱부로 구성될 수 있다.
상기 제1감지부(710)의 자성체 돌출부는, 회전자(300)의 회전축(310)에는 반경방향으로 복수로 돌출되는 구성으로서 회전축(310)과 일체로 형성되거나 별도의 부재로서 회전축(310)에 결합될 수 있다.
특히 상기 자성체 돌출부의 구성은, 특허문헌 1에 개시된 구조와 유사한 구조를 가질 수 있다. 특허문헌 1에는, 선형구조로 개시되어 있으나 돌출구성 및 센서모듈이 원형으로 배치되도록 변형될 수 있다.
한편 상기 자성체 돌출부는, 도 11에 도시된 바와 같이, 원주방향으로 각도가 2τ가 되도록 형성될 수 있다.
이때 상기 제2감지부(720)의 센서모듈은, 제1감지부(710)의 자성체 돌출부의 배치에 대응되어 2개 설치되는데, 이 중에서 한 개와 다른 한 개의 제2감지부(720) 센서모듈은 제1감지부(710)의 자성체 돌출부에 대하여 τ/2의 각도 차를 이루도록 배치됨이 바람직하다.
상기와 같은 배치에 의하여, 상기 감지센서는, 특허문헌 1의 도 6에 도시된 식을 이용하여 회전축(310), 즉 회전자(300)의 회전위치를 감지할 수 있게 된다.
- 2중공극을 가진 회전자의 설치구조
한편 상기 회전자(300) 및 회전축(310)은, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 바와 같이, 다양한 방식에 의하여 결합될 수 있으며, 본 발명에 따른 2중공극 전동기의 실시예들에 국한되지 않고 종래의 일반적인 전동기, 즉, 유도전동기, 영구자석 전동기 등에도 출력을 높이기 위해서 적용이 가능하다.
구체적으로 본 발명의 다른 기술적 요지로서, 본 발명에 따른 전동기의 회전자(300) 및 회전축(310) 결합구조는, 외부고정자(210), 내부고정자(520), 회전자(300), 하우징(100), 내부지지부(400) 및 베어링(990, 991, 992, 993)으로 구성된다.
그리고 상기 외부고정자(210)의 안쪽과 회전자(300) 사이에는, 제1공극(610)과 내부고정자(520)의 바깥쪽과 회전자(300) 사이에는 제 2공극(620), 즉 2개의 공극을 형성한다.
상기 외부고정자(210)는, 가장 일반적인 내전형 전동기의 고정부에 해당하고, 내부고정자(520)는, 외전형 전동기의 고정부에 해당되므로, 2중공극 전동기 회전자(300)는 내전형 전동기 회전부와 외전형 전동기의 회전부 역할을 동시에 하므로 주어진 체적에서 기계적 출력(발전기의 경우 발전량)이 증가한다.
2중공극 전동기의 권선의 경우도 마찬가지로 2개의 권선(500)을 가지는데 외부고정자(210)에는 외부권선(510), 내부고정자(220)에는 내부권선(520)으로 구성되고, 전동기의 형태에 따라 외부권선(510)은 다양하게 집중권선 혹은 분포권선이 배치됨이 바람직하다.
2중공극 전동기의 구조는 회전자 및 회전축의 형태, 베어링이 위치에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
2중공극 전동기의 구조 예로 도 12a 내지 도 12d에 도시된 바와 같이, 회전자 및 회전축의 형태에 따라 회전자(300) 및 회전축(310)가 결합되는 위치에 따라서 그 실시예가 구분된다.
예로서 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(300)이 결합되는 회전자중심축허브(380)를 하우징(100)의 내부에 위치시키고 회전축(310)이 하우징(100)을 관통하여 설치된 경우 베어링(911, 912, 921, 925)이 4개의 지점에 설치되어야 한다.
반면, 도 12c 및 도 12d에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(300)이 결합되는 회전자수평허브(381)를 하우징(100)의 외부에 위치시키고 회전축(310)이 하우징(100)의 외부에서 회전자수평허브(381)와 결합된 경우 축지지베어링(911, 912)이 불필요하여 베어링(921, 923, 925)이 3개의 지점에 설치되어 보다 안정적이다.
한편 상기 회전자(300)의 종단, 즉 연장부(320)를 지지하는 베어링(924, 925)을 다양한 위치에 위치시킬 수 있으며, 도 12a 및 도 12c에 도시된 바와 같이, 연장부(320)를 지지하는 베어링(924, 925)은, 연장부(320)의 내주면에 내측지지베어링(925)으로서 위치되거나, 도 12b 및 도 12d에 도시된 바와 같이, 연장부(320)를 지지하는 베어링(924, 925)은, 연장부(320)의 끝단 및 하우징(100)의 내측면 사이에서 회전자측면베어링(924)으로서 위치될 수 있다.
한편 도 12a 내지 도 12d에 도시된 구조 및 상기한 구성은, 코일의 권선 등 전동기의 타입에 무관하게 회전자(300) 및 회전축(310)의 설치구조에 관한 것으로서 확대가 가능하다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동기는, 양단 중 적어도 일단이 회전력을 외부로 전달하는 회전축(310)과 연결되며 원통형상을 가지는 회전자(300)와; 회전자(300)의 외주면 및 내주면 각각에 위치되는 2개의 공극(610, 620)을 가지고 설치되는 하나 이상의 고정자(210, 220)를 포함할 수 있다.
그리고 실시예로서, 상기 고정자(210, 220)는, 회전자(300)의 외주면과 제1공극(610)을 가지고 설치되는 외부고정자(210)와; 회전자(300)의 내주면과 제2공극(620)을 가지고 설치되는 내부고정자(220)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 회전자(300)는, 도 2, 도 4 내지 도 6, 도 12a 내지 도 12d에 도시된 실시예들로 구성되는 등 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전동기 및 종래기술에 따른 전동기를 비교하면 다음 표들과 같다.
제1공극과 제2공극이 0.3mm인 경우
구분 회전자 외주면 단위면적 당 힘(kN/㎡)
도 13a에 도시된 구조를 가지는 전동기 41
도 13b에 도시된 구조를 가지는 전동기 71
도 13c에 도시된 구조를 가지는 전동기 18.6
도 13d에 도시된 구조를 가지는 전동기 21
본 발명 (도 3 및 도 4에 도시된 구조) 82
본 발명 (도 1 및 도 2에 도시된 구조) 118
여기서 회전자 외주면 단위면적 당 힘은, 회전축(310)에서 발생된 토크를 회전자의 표면적으로 나눈 값으로 정의된다.
Figure PCTKR2018011419-appb-I000001
한편, 회전자 외주면 단위면적 당 힘을 토크로 표시하면 아래와 같다.
Figure PCTKR2018011419-appb-I000002
여기서 T는, 토크, r은, 반경, Lst는 회전자 힘발생부분 원통의 길이이다.
제1공극 및 제2공극이 0.8mm인 경우
구분 회전자 외주면 단위면적 당 힘(kN/㎡)
도 13a에 도시된 구조를 가지는 전동기 30
도 13b에 도시된 구조를 가지는 전동기 44
도 13c에 도시된 구조를 가지는 전동기 14.4
도 13d에 도시된 구조를 가지는 전동기 18
본 발명 (도 3 및 도 4에 도시된 구조) 42
본 발명 (도 1 및 도 2에 도시된 구조) 66
상기 시뮬레이션과 같이, 도 1 내지 도 12d에 도시된 구조를 가지는 경우, 회전자 외주면 단위면적 당 힘(kN/㎡)이 종래기술에 비하여 크게 향상됨을 확인할 수 있다.
한편 본 발명에 관하여, 전동기의 예를 들어 설명하였으나 전동기 특유의 구성을 제외한 본 발명의 본질적 구성들은 발전기로도 적용될 수 있음은 물론이다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

Claims (34)

  1. 복수의 외부고정자권선슬롯(213)이 내주면에 원주방향으로 일정 간격으로 형성되는 외부고정자철심(211)과, 서로 인접한 한 쌍의 상기 외부고정자권선슬롯(213)에 의하여 상대적으로 형성되는 외부고정자철심치(218)를 중심으로 권선되는 외부권선(510)을 포함하는 외부고정자(210)와;
    복수의 내부고정자권선슬롯(223)이 외주면에 원주방향으로 일정간격으로 형성되는 내부고정자철심(221)을 포함하는 내부고정자(220)와;
    상기 외부고정자(210)와 내부고정자(220) 사이에 외부에 대하여 제1공극(610)과 내부에 대하여 제2공극(620)을 가지며, 복수의 회전자철심(340)과 복수의 영구자석(330)들이 상기 회전자철심(340) 사이에서 원주방향을 따라 결합되어 회전가능하도록 설치되는 회전자(300)를 포함하며;
    상기 외부고정자철심(211)은, 내주면에 하나 이상의 외부고정자철심슬롯(212)이 서로 인접한 한 쌍의 상기 외부고정자권선슬롯(213) 사이에서 오목하게 형성되며,
    상기 내부고정자철심(221)은, 외주면에 하나 이상의 내부고정자철심슬롯(222)이 서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223) 사이에서 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부권선(510)은, 상기 외부고정자권선슬롯(213) 내부에 설치되며, 상기 외부고정자권선슬롯(213)은, 3상 전원의 인가 또는 발전을 위하여 상기 외부고정자(210)에 3배수로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부고정자권선슬롯(213)은,
    권선 면적을 확장하는 외부고정자 권선슬롯연장부(214)가 상기 회전자(300)를 향하는 면에 적어도 일부가 원주방향을 따라서 더 연장 형성된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부고정자철심(211)은, 원주방향을 따라 복수개로 분할되고, 분할된 상기 외부고정자철심(211)은, 원주방향을 따라 결합되어 전체로 원통형상을 형성하며,
    분할된 각 외부고정자철심(211)은, 상기 외부고정자권선슬롯(213)에 외부권선(510)이 권취된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며,
    상기 회전자(300)의 회전축(310)과 상기 하우징(100)에는, 상기 회전자(300)의 회전위치를 감지하기 위한 위치센서(700)가 설치된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부고정자(210)의 외부권선(510)에 인가되는 3상 전원 또는 유기되는 3상 전원에 의하여 자속의 전자기적 상호작용에 의하여 일정한 방향으로 회전 또는 발전되도록,
    상기 내부고정자철심슬롯(222)은, 상기 외부고정자철심치(218)의 중간에 위치되고, 상기 회전자(300)의 복수의 영구자석(330)들이 상기 회전자철심(340) 사이에서 원주방향을 따라 N극 및 S극(→ ←)이 서로 번갈아가면서 설치된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부고정자(210)의 자속이 상기 회전자(300)의 영구자석(330) 및 회전자철심(340)을 통해 상기 내부고정자(220)로 원활히 통하도록,
    상기 제1공극(610)에 접하고 있는 외부고정자철심치(218)와, 상기 제2공극(620)이 접하고 있는 내부고정자철심치(219)는, 서로 엇갈리게 위치하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 내부고정자(220)는,
    서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223)에 의하여 상대적으로 형성되는 내부고정자철심치(219)를 중심으로 권선되는 내부권선(520)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 내부권선(520)은, 상기 내부고정자슬롯(223) 내부에 설치되며,
    상기 내부고정자슬롯(223)은, 3상 전원의 인가 또는 발전을 위하여 상기 내부고정자(220)에 3배수로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 내부고정자철심(221)은, 원주방향을 따라 복수개로 분할되고, 분할된 상기 내부고정자철심(221)은, 원주방향을 따라 결합되어 전체로 원통형상을 형성하며,
    상기 내부고정자철심(221)은, 상기 내부고정자권선슬롯(223)에 내부권선(520)이 권취된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  11. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며,
    상기 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단은, 상기 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되며 상기 하우징(100)의 내부에 설치되는 회전자중심축허브(380)가 결합된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되며,
    상기 내부지지부(400)는, 상기 회전자중심축허브(380)를 내부지지부외측베어링(921)에 의하여 회전가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되며,
    상기 내부지지부(400)는, 그 끝단 일부가 상기 회전자중심축허브(380)의 내측으로 삽입되고, 삽입된 부분에 설치된 내부지지부외측베어링(921)에 의하여 상기 회전자중심축허브(380)를 회전가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 하우징(100)은, 상기 회전축(310)이 외부로 노출될 수 있도록 개구부(121)가 형성되며,
    상기 회전축(310)은, 상기 하우징(100)에 설치된 하나 이상의 축지지베어링(911, 912)에 의하여 회전가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  15. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며,
    상기 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단은, 상기 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되며 상기 하우징(100)의 외부로 돌출되는 회전자수평허브(381)가 결합되며,
    상기 회전자수평허브(381)의 외주면은, 상기 하우징(100)에 설치된 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 회전가능하게 지지되는 특징으로 하는 회전 전기기기
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되며,
    상기 내부지지부(400)는, 그 끝단 일부가 상기 회전자수평허브(381)의 내측으로 삽입되고, 삽입된 부분에 설치된 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 상기 회전자수평허브(381)를 회전가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  18. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며,
    상기 회전자(300)는, 일단이 상기 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되는 허브부(380)가 결합되며, 타단이 상기 하우징(100)에 설치된 베어링(924, 925)에 의하여 회전가능하게 지지되는 연장부(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 연장부(320)를 회전가능하게 지지하는 베어링은, 상기 연장부(320)의 내주면 측에 설치되는 내측지지베어링(925) 또는 상기 연장부(320)의 끝단 및 하우징(100)의 내측면에 설치되는 회전자측면베어링(924)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  20. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 외부고정자권선슬롯(213)은, 3상 전원의 인가 또는 발전을 위하여 상기 외부고정자(210)에 3n개(n은 2 이상의 자연수)로 형성되며,
    상기 외부고정자권선슬롯(213)에 권선되는 상기 외부권선(510)은, 원주방향을 따라서 각 외부고정자권선슬롯(213)에 대하여 3상 전원이 A, B 및 C 순으로 연결되는, A1 내지 An, B1 내지 Bn, 및 C1 내지 Cn 권선을 가지는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 A1 내지 An은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 B1 내지 Bn은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 C1 내지 Cn은, 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 내부고정자(220)는, 서로 인접한 한 쌍의 내부고정자권선슬롯(223)에 의하여 상대적으로 형성되는 내부고정자철심치(219)를 중심으로 권선되는 내부권선(520)을 추가로 포함하며,
    상기 내부고정자권선슬롯(223)는, 3상 전원의 인가 또는 발전을 위하여 상기 내부고정자(220)에 3n개(n은 2 이상의 자연수)로 형성되며,
    상기 내부고정자권선슬롯(223)에 권선되는 상기 내부권선(520)은, 원주방향을 따라서 각 내부고정자권선슬롯(223)에 대하여 3상 전원이 a, b 및 c 순으로 연결되는, a1 내지 an, b1 내지 bn, 및 c1 내지 cn 권선을 가지는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 a1 내지 an은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 b1 내지 bn은, 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 c1 내지 cn은, 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 외부권선(510) 및 상기 내부권선(520)은, 3상 전원에 대응되어,
    상기 A1 내지 An와, 상기 a1 내지 an가 서로 쌍을 이루어 연결되고, 쌍을 이룬 An 및 an은, 직렬 또는 병렬로 연결되며,
    상기 B1 내지 Bn와, 상기 b1 내지 bn가 서로 쌍을 이루어 연결되고, 쌍을 이룬 Bn 및 bn은, 직렬 또는 병렬로 연결되며,
    상기 C1 내지 An와, 상기 c1 내지 cn가 서로 쌍을 이루어 연결되고, 쌍을 이룬 Cn 및 cn은, 직렬 또는 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  25. 양단 중 적어도 일단이 회전력을 외부로 전달하는 회전축(310)과 연결되며 원통형상을 가지는 회전자(300)와;
    상기 회전자(300)의 외주면 및 내주면 각각에 위치되는 2개의 공극(610, 620)을 가지고 설치되는 하나 이상의 고정자(210, 220)를 포함하며,
    상기 고정자(210, 220)는,
    상기 회전자(300)의 외주면과 제1공극(610)을 가지고 설치되는 외부고정자(210)와;
    상기 회전자(300)의 내주면과 제2공극(620)을 가지고 설치되는 내부고정자(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며,
    상기 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단은, 상기 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되며 상기 하우징(100)의 내부에 설치되는 회전자중심축허브(380)가 결합된 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되며,
    상기 내부지지부(400)는, 상기 회전자중심축허브(380)를 내부지지부외측베어링(921)에 의하여 회전가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되며,
    상기 내부지지부(400)는, 그 끝단 일부가 상기 회전자중심축허브(380)의 내측으로 삽입되고, 삽입된 부분에 설치된 내부지지부외측베어링(921)에 의하여 상기 회전자중심축허브(380)를 회전가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  29. 청구항 26에 있어서,
    상기 하우징(100)은, 상기 회전축(310)이 외부로 노출될 수 있도록 개구부(121)가 형성되며,
    상기 회전축(310)은, 상기 하우징(100)에 설치된 하나 이상의 축지지베어링(911, 912)에 의하여 회전가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  30. 청구항 25에 있어서,
    상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며,
    상기 회전자(300)의 양단 중 적어도 일단은, 상기 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되며 상기 하우징(100)의 외부로 돌출되는 회전자수평허브(381)가 결합되며,
    상기 회전자수평허브(381)의 외주면은, 상기 하우징(100)에 설치된 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 회전가능하게 지지되는 특징으로 하는 회전 전기기기
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  32. 청구항 30에 있어서,
    상기 하우징(100)은, 상기 회전자(300)가 상기 제1공극(610) 및 상기 제2공극(620)을 유지하면서 회전될 수 있도록 상기 내부고정자(220)를 지지하는 내부지지부(400)가 설치되며,
    상기 내부지지부(400)는, 그 끝단 일부가 상기 회전자수평허브(381)의 내측으로 삽입되고, 삽입된 부분에 설치된 회전자수평허브베어링(923)에 의하여 상기 회전자수평허브(381)를 회전가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  33. 청구항 25 내지 32 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 외부고정자(210)가 고정되는 하우징(100)을 포함하며,
    상기 회전자(300)는, 일단이 상기 회전자(300)의 회전축(310)과 연결되는 허브부(380)가 결합되며, 타단이 상기 하우징(100)에 설치된 베어링(924, 925)에 의하여 회전가능하게 지지되는 연장부(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
  34. 청구항 18에 있어서,
    상기 연장부(320)를 회전가능하게 지지하는 베어링은, 상기 연장부(320)의 내주면 측에 설치되는 내측지지베어링(925) 또는 상기 연장부(320)의 끝단 및 하우징(100)의 내측면에 설치되는 회전자측면베어링(924)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기기.
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