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공개특허 특2002-0033722
(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51) 。Int. Cl.7
H02K 21/12
(11) 공개번호
(43) 공개일자
특2002-0033722
2002년05월07일
(21) 출원번호 10-2002-7000088
(22) 출원일자 2002년01월04일
번역문 제출일자 2002년01월04일
(86)국제출원번호 PCT/DE2001/01665 (87) 국제공개번호 WO 2001/86785
(86)국제출원출원일자 2001년05월04일 (87) 국제공개일자 2001년11월15일
(81) 지정국 국내특허 : 브라질, 일본, 대한민국, 미국, 인도,
EP 유럽특허: 오스트리아, 벨기에, 스위스, 독일, 덴마크, 스페인, 프랑스, 영국, 그리스, 아
일랜드, 이탈리아, 룩셈부르크, 모나코, 네덜란드, 포르투칼, 스웨덴, 터어키, 핀랜드, 사이
프러스,
(30) 우선권주장 10021914.4
10039466.3
2000년05월05일
2000년08월12일
독일(DE)
독일(DE)
(71) 출원인 로베르트 보쉬 게엠베하
클라우스 포스, 게오르그 뮐러
독일 데-70442 스투트가르트 포스트파흐 30 02 20
(72) 발명자 카스팅어귄터
독일데-76571가게나우-쥴츠바흐뷔낵커스트라쎄1
파벨레츠안톤
독일데-70736펠바흐벡서스트라쎄52
(74) 대리인 이병호
심사청구 : 없음
(54) 단극 횡자속 발생기
요약
단극 횡자속 발생기에서, 제조 기술적으로 적합한 모듈 방식의 구조를 달성하기 위해, 고정자(11) 및 회전자(12)는 동
일한 개수의 동일한 고정자 모듈(14) 및 회전자 모듈(15)을 포함하고, 회전자 모듈(15)은 회전자 샤프트(13)상에 서
로 일직선으로 배치되고, 하우징(10) 내의 고정자 모듈(14)은 소정의 회전각 만큼 서로 회전된다. 상기 회전각은 2개
의 고정자 모듈(14)에서는 90°일렉트릭이고, m개의 고정자 모듈(14)에서는 360°/m 일렉트릭이며, m은 2 보다 큰
정수이다. 각 고정자 모듈(14)은 회전자 축(19)에 동축으로 배치된 링 코일(23) 및 이를 중첩하는 U-형 고정자 요크
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(24) 및 이 사이에 배치된 자성 복귀 부재(25)를 포함한다. 각 회전자 모듈(15)은 외부 톱니 모양을 가진 2개의 회전
자 링(16,17) 및 그 사이에 놓인, 회전자 축(19)의 방향으로 단극으로 자화된 영구 자석 링(18)으로 이루어진다.
대표도
도 1
색인어
고정자, 회전자, 고정자 모듈, 회전자 모듈, 회전자 샤프트, 하우징, 링 코일, 고정자 요크, 자성 복귀 부재, 영구 자석
링
명세서
기술분야
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 단극 횡자속 발생기에 관한 것이다.
배경기술
유럽 특허 제 0 544 200 A1호에서 횡자속을 포함하는 하이브리드 동기기(Hybrid Synchronous Machine)로서 공지
된 방식의 기계에서, 각 회전자 링의 톱니 형성(toothing)은 회전자 축의 반대편에 있는 회전자 링의 외부 둘레에 걸쳐
있는 톱니 열과, 회전자 축으로 향한 회전자 링의 내부 둘레에 걸쳐있는 톱니 열과, 동일한 톱니 피치(pitch)를 가진 톱
니 열을 포함한다. 이 경우 톱니 열은 각 회전자 링에서 톱니 피치만큼 서로 이동된다. 고정자의 요크 피치는 내부 또는
외부 톱니 열의 톱니 피치에 상응함으로써, 제 1 고정자 링의 외부 톱니 및 제 2 고정자 링의 내부 톱니는 항상 동시에
고정자 요크 하부에 놓인다. 그 사이에 놓인, 축방향으로 단극으로 자화된 링 자석을 포함하는 각각 2개의 회전자 링으
로 이루어진 2개의 회전자 모듈은 회전자의 축방향으로 서로 반대편에 있는 회전자 본체의 측면에 클램핑되고, 상기 회
전자 본체는 피벗 베어링 상에 있는 하우징에서 지지된다. 하우징에 의해 수용된 각 하나의 고정자 모듈의 고정자 요크
는 U-형으로 형성되고, 회전자 축에 대해 평행하게 배치된 요크 아암에 의해 회전자 모듈의 양 회전자 링의 내부 및 외
부 톱니 열을 중첩(overlapping)한다. 회전자 축과 동심으로 형성되도록 배치된 각 고정자 모듈 내의 원형 링 코일은
요크 바닥에 있는 고정자 요크를 통과하고, 즉 회전자 본체에 의해 안내된 외부 회전자 링의 표면과 고정자 요크의 크로
스 브리지 사이의 영역에 놓인다.
영구 자석이 여기되는 횡자속 발생기는 문헌 Michael Bork 저, " Entwicklung und Optimierung einer fertigungsg
erechten Transversalflussmaschine" (논문 82, RWTH Aachen, Shacker 출판사 Aachen, 1997, 페이지 8 ff)에
공지되어 있다. 원형으로 감긴 고정자 권선은 연철로 이루어진 U-형 요크에 의해 둘러싸이고, 상기 요크는 회전 방향
으로 2중 극 피치(pole pitch) 와 이격되어 배치된다. 상기 U-요크의 개방 단부는 고정자와 회전자 사이의 공기 틈을
향해 배치되고, 고정자의 극을 형성한다. 영구 자석 소형 플레이트는 하나의 고정자 요크의 극에 마주 놓인 2개의 소형
플레이트가 반대 극성을 가지도록 상기 개방 단부의 맞은 편에 배치된다. 회전자 회전시 임시로 고정자의 극 사이에 위
치하고, 강자성 복귀 특성을 가지지 않는 영구 자석을 단락시키기 위해, 고정자 내에 자성 복귀 부재가 배치된다. 이것
은 영구 자석의 자속이 요크 아암 및 링 코일을 통해 분산되는 것과, 고정자 자속의 약화에 의해 연속적인 고정자 자속
의 효과가 감소되는 것을 방지한다. 따라서 상기 자성 복귀 부재에 의해 기계의 파워가 확실히 상승된다.
발명의 상세한 설명
본 발명에 따른 단극 횡자속 발생기에서의 장점은 모듈 방식으로 형성된 간단한 구조를 가지는데 있으며, 상기 구조에
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의해 기계의 소정의 래인(lane)은 동일하게 형성된 고정자 및 회전자 유닛의 추가 또는 생략에 의해 실시될 수 있다.
즉 모듈 방식으로 형성될 수 있다. 각각 하나의 고정자 모듈 및 회전자 모듈로 이루어진 모듈 유닛의 개수가 증가됨으로
써 기계의 회전이 개선되고, 기계의 초기 단계적 스위칭과 유사한 특성은 모멘트 곡선에서 파동없는 연속적인 회전에서
무시된다. 기계의 전체 모멘트는 모듈 유닛의 모멘트 량의 총합이기 때문에, 기계의 전체 모멘트는 더 간단한 방식으로
기존의 요구에 문제 없이 적응될 수 있다.
종래의 횡자속 발생기와는 달리 본 발명에 따른 단극 횡자속 발생기에서의 장점은, 회전자의 간단한 단극 자화 및 간단
한 구조가 다수의 개별 영구 자석이 감소됨으로써 이루어진다는데 있다. 고정자 권선에서 발생된 자속이 우선 더 이상
영구 자석이 아닌 회전자 링의 톱니를 통해 흐르고, 자성 복귀 부재를 통해 종결됨으로써, 톱니는 더 유용하게 사용된다.
자속 가이드의 특성이 향상될수록, 분산 자속의 전체 량이 감소된다. 또한 자성 복귀 부재는 고정자의 반대 극을 발생시
키기 위해 사용됨으로써, 고정자와 회전자에는 동일한 개수의 극이 제공된다. 외부에 정렬된 고정자 요크 사이의 섹션
이 비교적 큰 표면을 차지하는 링 코일이 양호하게 냉각될 수 있음으로써, 링 코일 내에 높은 전류 밀도가 달성될 수 있
다.
종속항에서 실시된 조치에 의해, 청구항 제 1 항에서 제시된 단극 횡자속 발생기의 적합한 개선예 및 개선 사항이 가능
하다.
본 발명의 적합한 실시예에 따라, 자성 복귀 부재는 각각 하나의 회전자 링에 대해 방사 방향으로 마주 놓인 2개의 짧은
아암 및, 상기 아암을 서로 연결시키는 크로스 브리지를 포함하는 C-형태를 가지고, 상기 브리지는 회전자 축으로 향한
원형으로 형성된 링 코일의 내부 면에서 회전자 축에 대해 평행하게 연장된다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따라, 자성 복귀 부재는 고정자 요크와 동일하게 형성되고, 각각 하나의 고정자 링에 방사
방향으로 마주 놓인 2개의 긴 아암 및 상기 아암을 서로 연결시키면서 회전자 축에 평행하게 연장되는 크로스 브리지를
포함한 U-형태를 가진다. 고정자 모듈의 링 코일은 방사 방향 평면에서 회전자 축에 대해 점대칭으로 곡류 형태로서,
상기 링 코일이 연속적으로 교대로 고정자 요크의 요크 아암 사이를 관통하여, 회전자 축 반대편에 있는 자성 복귀 부재
의 외부면을 지나 연장하도록 형성된다. 이것은 요크 및 자성 복귀 부재용으로 동일한 공구가 사용될 수 있고, 이로 인
해 동일한 공구에 의해 더 많은 수의 부품이 제조될 수 있는 장점을 가진다. 링 코일은 상대적으로 간단하게 물결 형태
로 제공될 수 있다.
본 발명의 적합한 실시예에 따라, 각 고정자 모듈은 2개의 절반 셸로 이루어진 하우징 내에 수용되고, 상기 2개의 절반
셸은 동일하게 형성되며 경면 대칭으로 서로 상하로 놓이고, 서로 축방향으로 일직선상에 있는 고정자 요크 및 자성 복
귀 부재를 삽입하기 위한 방사 방향 그루브(groove) 및, 경면 대칭으로 서로 마주 놓여 있으며 하우징 축과 동심으로
배치된 링 코일을 수용하기 위한 홈을 포함한다. 이로 인해 자력 지지되는 고정자 구조가 동일한 부품과 간단한 조립 기
술에 의해 달성되고, 상기 조립 기술은 고자동화된 대량 생산에 있어서 가장 적합하다. 고정자 모듈(고정자 요크, 자성
복귀 부재, 링 코일)의 위치를 정확하게 설정하며 자력 지지되고 자력 유지되는 기능은 개별 고정 모듈에만 제한되는
것이 아니라, 추가 고정자 모듈의 위치 설정을 위해서도 서로 사용되고, 파워 또는 모멘트를 전달하는데도 사용된다.
본 발명의 적합한 실시예에 따라, 각 절반 셸은 내부 링 및 상기 내부 링과 동심으로 형성된 외부 링을 포함하는 격자형
구조를 가진다. 2개의 링은 방사 방향 브리지에 의해 서로 일체형으로 결합된다. 자성 복귀 부재를 수용하는 방사 방향
그루브는 내부 링 내에 형성되는 반면, 고정자 요크를 수용하는 방사 방향 그루브는 내부 링, 방사 방향 브리지 및 외부
링에 걸쳐 연장된다. 방사 방향 브리지 사이에 놓인 개구를 포함하는 이러한 격자형 구조는, 열이 활성화된 자기적 및
전기적 고정자 자성 복귀 부재로부터 냉매인 공기로 집약적으로 전달되어, 열이 집약적으로 주위로 방출되는 것을 가능
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하게 한다.
본 발명의 적합한 실시예에 따라, 고정자 요크 및 이를 수용하는 방사 방향 그루브는, 방사 방향 그루브로 삽입된 고정
자 요크에서 2개의 절반 셸이 서로 방사 방향 및 축방향으로 이동되지 않고 고정되도록 형태 및 크기 면에서 서로 대응
된다. 따라서 고정자 요크는 2개의 기능을 가진다. 즉 한편으로는 절반 셸을 결합시키고, 정확하게 위치를 설정시켜주
는 자속 가이드로서, 다른 한편으로는 기계적 클램프로서 기능을 가진다.
기계적 클램프 기능을 실시하기 위해, 고정자 요크는 본 발명의 적합한 실시예에 따라 그의 크로스 브리지의 양측에서
각각 하나의 돌출된 후크를 포함하고, 상기 후크는 방사 방향 그루브 내에 삽입된 고정자 요크에서 양 절반 셸 내에 있
는 방사 방향 브리지의 방사 방향 그루브 반대편에 있는 후면을 포지티브하게 중첩한다.
회전자 모듈이 축방향으로 일직선으로 회전자 샤프트 상에 배치되고, 고정자 모듈이 서로 소정의 각도만큼 회전되고,
상기 각도는 2개의 래인으로 실시될 경우에는 90°일렉트릭(electric)이고, m개의 래인으로 실시될 경우에는 m>
2 인 360°/m 일렉트릭이며, 단극 횡자속 발생기를 다수의 래인으로 실시할 경우, 방사 방향 그루브의 반대편에 있는
절반 셸의 외부면으로부터, 서로 이격된 2개의 방사 방향 리세스가 방사 방향 브리지 내로 연장된 절반 셸의 외부 링의
링 섹션에 형성되고, 방사 방향 리세스의 폭은 둘레 방향으로 볼 때 돌출한 후크의 폭에 상응하고, 그의 방사 방향 깊이
는 돌출한 후크의 루트의 축방향 깊이에 상응한다. 2개의 동일한 절반 셸을 경면 대칭으로 상하로 놓기 위해, 링 섹션
내에 형성된 제 1 방사 방향 리세스는 후속하는 고정자 요크용 방사 방향 그루브에 대해 소정의 각도 만큼 변위되어 배
치되고, 제 2 방사 방향 리세스는 선행하는 고정자 요크용 방사 방향 그루브에 대해 동일한 소정의 각도 만큼 변위되어
배치된다. 인접한 고정자 모듈의 돌출한 후크가 링 섹션 당 상기 방사 방향 리세스 중 하나 내로 삽입되고, 인접한 고정
자 모듈 사이의 요구되는 회전각 편차를 보장한다.
다수의 래인으로 실시된 기계의 대안적인 실시예에서, 고정자 모듈이 축방향으로 일직선상에 배치되는 반면, 회전자 모
듈은 상기 규정된 소정의 각도와 동일한 각도 만큼 회전되어 회전자 샤프트 상에 배치된다. 다수의 래인으로 이루어진
기계의 이러한 실시예에서, 상술한 외부 링 내의 방사 방향 리세스는 생략되고, 축방향으로 서로 인접하게 놓인 고정자
모듈의 고정자 요크는 그의 크로스 브리지 영역에서 축방향으로 연장된 브리지에 의해 서로 연결된다. 서로 연결된 고
정자 요크의 외부에 놓인 2개의 고정자 요크는 그 외측면에 각각 크로스 브리지로부터 돌출한 후크를 포함하고, 상기
후크는 방사 방향 그루브 내에 삽입된 고정자 요크에서 2개의 절반 셸 내에 있는 방사 방향 브리지의 방사 방향 그루브
반대편에 있는 후면을 중첩한다. 그 사이에 놓인 브리지에 의해 서로 연결된 고정자 요크가 적합하게 일체형 펀칭 부품
으로서 실시된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예에 의해 하기에 상세히 설명된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 2개의 래인으로 이루어진, 32개의 극을 가지는 단극 횡자속 발생기 장치의 개략 부분 투시 단면도.
도 2는 8개의 극을 가지는 단극 횡자속 발생기 장치의 모듈 유닛의 개략 평면도.
도 3은 도 2의 선 III-III에 따른 단면도.
도 4 및 도 5는 기능을 설명하기 위해 각각 2개의 래인으로 이루어진, 8개의 극을 가지는 단극 횡자속 발생기 장치가
회전자의 2개의 상이한 회전 위치로 나누어져서 개략적으로 도시된 평면도.
도 6은 2개의 래인으로 이루어진 단극 횡자속 발생기의 2개의 모듈 유닛의 고정자의 전류 공급 다이어그램.
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도 7은 2개의 회전자 모듈로 나누어진 모멘트 곡선과 회전자 샤프트의 전체 모멘트 곡선의 다이어그램.
도 8은 변형된 고정자 권선을 포함한 모듈 유닛의 단면도.
도 9는 하나의 래인으로 이루어진, 32개의 극을 가지는 단극 횡자속 발생기용 하나의 고정자 모듈을 수용하는 하우징의
분해도.
도 10은 도 9의 하우징에서 사용되기 위한 고정자 요크의 평면도.
도 11은 2개의 래인으로 이루어진 단극 횡자속 발생기용으로 서로 결합되면서 축방향으로 일직선상에 있는 2개의 고정
자 요크의 평면도.
도 12는 회전자 샤프트의 회전 베어링을 위해 하우징에 고정될 베어링 실드의 평면 단면도.
도 13은 중공 샤프트 형태로서 실시된 16개의 극을 가지는 단극 횡자속 발생기의 모듈 유닛의 간단한 단면도.
실시예
도면에서 상이한 측면도 및 단면도로 상이하게 도시된 단극 횡자속 발생기는 하우징에 고정된 고정자(11) 및 고정자(
11) 내에서 통과하는 회전자(12)를 구비한 하우징(10)을 포함하고, 상기 회전자는 하우징(10)내에 지지된 회전자 샤
프트(13) 상에 회전 고정된다. 상기 회전자(12)는 다수의 회전자 모듈(15)을 포함하고, 고정자(11)는 동일한 개수의
고정자 모듈(14)을 포함한다. 회전자 모듈(15)은 축방향으로 연속해서 직접 회전자 샤프트(13)에 회전 고정 배치되고,
고정자 모듈(14)은 축방향으로 연속해서 관련 회전자 모듈(15)에 대해 방사 방향으로 하우징(10)에 고정된다. 각각
하나의 고정자 모듈(14) 및 하나의 회전자 모듈(15)을 포함하는 모듈 유닛의 개수는 단극 횡자속 발생기의 선택된 래
인에 의해 결정되고, 상기 단극 횡자속 발생기는 상술한 실시예에서 2개의 래인으로 이루어지므로 2개의 모듈 유닛을
포함한다. 그러나 상기 단극 횡자속 발생기는 또한 하나의 래인으로 이루어지거나, 3개 또는 다수의 래인으로 실시될
수 있다. 고정자 모듈(14) 및 회전자 모듈(15) 그리고 모듈 유닛이 동일하게 형성됨으로써, 상기 단극 횡자속 발생기
는 하나의 모듈 방식의 구조 방식을 가지며, 모듈 유닛의 증가 또는 감소에 의해 출력 및 토크에 관련된 기존의 요구에
문제 없이 적용할 수 있다.
회전자 모듈(15)은 2개의 동축의, 톱니형의 강자성 회전자 링(16,17)으로 이루어지고, 상기 강자성 회전자 링들은 회
전자 샤프트(13)에 배치되고, 상기 링들 사이에는 영구 자석 링(18)이 고정되며, 상기 영구 자석 링은 축방향, 즉 회전
자 또는 하우징 축(19) 방향에서 단극으로 자화된다. 도 3에서 예컨대 영구 자석 링(18)의 자화가 제공되고, 영구 자
석 링(18)에 의해 발생된 자속(20)은 파선으로 도시된다. 분산된 전체 자속 진행 및 개선된 영구 자석 링(18)의 사용
을 최적화하기 위해, 상기 영구 자석 링의 링형 전방부는 회전자 링(16,17)의 서로를 향한 측면에 있는 각 하나의 축방
향의 중심 홈(29 또는 30)내에 수용된다. 각 회전자 링(16,17)이 회전자 축(19)으로부터 이격된 외부 둘레에서 일정
한 톱니 피치에 의해 톱니 형성됨으로써, 각각 하나의 톱니(21)에 의해 서로 분리된 제공된 톱니열의 톱니들(22)이 서
로 동일한 회전각 간격을 가진다. 톱니(22)는 회전자 링(16) 및 회전자 링(17)에서 축방향으로 서로 일직선상에 놓인
다. 일체형으로 형성된 톱니(22)를 포함한 회전자 링(16,17)이 적층되고, 적합하게 축방향으로 간격 없이 나란히 놓인
동일한 박판 펀칭 섹션으로 이루어진다.
방사 방향 간격을 두고 회전자 모듈(15)을 동심으로 둘러싸는 고정자 모듈(14)은 회전자 축(19)에 대해 동축으로 배
치된 링 코일(23) 및 링 코일(23)을 중첩하는 U-형 고정자 요크(24)를 포함한다. 마찬가지로 펀칭 박막으로 박막 패
킷이 조성되어 있는 적층된 고정자 요크(24)는 여기서 회전자 모듈(15)에 있는 톱니 피치들 중 하나에 상응하는 요크
피치를 포함하는 하우징(10)에 고정됨으로써, 상기 고정자 요크는 회전 링(16,17)의 톱니와 마찬가지로 동일한 회전
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각 간격을 가진다. 고정자 요크(24)는 여기서 각각 제 1 회전자 링(16)을 포함한 제 1 요크 아암(241) 및 할당된 회
전자 모듈(12)의 제 2 회전자 링(17)을 포함한 제 2 요크 아암(242)이 방사 방향으로 일직선상에 놓이도록 배치되고,
극면을 형성하는 요크 아암(241,242)의 자유 전방부(244)는 방사 방향 갭 간격을 두고 회전자 링(16 또는 17)에 마
주 놓인다(도 1 및 도 3 참조). 실시예에서 전방부(244)는 회전자 링(16,17)과 동일한 축방향 폭을 가진다. 적합하게
는 요크 아암(241,242)의 전방부(244)이 회전자 링(16,17)위로 한 측면 또는 양측면으로 축방향으로 돌출된다. 회전
자(12)의 회전 방향으로 연속적으로 놓인 고정자 요크(24) 사이에 각각 하나의 자성 복귀 부재(25)가 배치된다. 마찬
가지로 박막 패킷으로서 제조된 적층된 자성 복귀 부재(25)는 서로 고정자 요크(24)와 동일한 회전각 간격을 가지고,
고정자 요크(24)에 대해 1/2 요크 피치 또는 폴 피치(τ) 만큼 변위되어 배치된다. 자성 복귀 부재(25)는 회전자 축(
19)에 대해 평행하게 2개의 회전자 링(16,17)까지 연장되고, 고정자 요크(24)와 동일한 방사 방향 갭 간격을 두고 상
기 회전자 링에 대해 마주 놓인다. 회전 방향으로 측정한 자성 복귀 부재(25)의 폭은 회전 방향으로 측정할 때 고정자
요크(24)의 폭과 대략 같은 크기인 반면에, 회전 방향으로 측정한 회전자 링(16,17)의 톱니(22)의 폭은 폴 피치(τ)
보다 작다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 고정자 톱니 폭(bZR )으로 표기된 회전자 링(16,17)의 톱니(22)의 폭은 고정자 톱니
폭(bZS )으로 표기된 고정자 요크(24)와 자성 복귀 부재(25)의 폭과 비교해 볼 때 훨씬 더 크게 설정되고, 더 정확하
게 말하자면 고정자 톱니 폭(bZS )에 대한 회전자 톱니 폭(bZR )의 비율은 1보다 크고 2보다 작다. 이 경우 상한치는
적합하게 낮게 유지되고, 예컨대 1.5 이하로 선택된다. 고정자 요크(24) 및 자성 복귀 부재(25)가 정확하게 폴 피치(
τ) 만큼 변위되어 배치되지 않고, 폴 피치(τ)의 간격이 다를 경우, 예컨대 모멘트 파동의 파형이 평탄해지는 것과 같
은 개선된 기계 특성이 달성될 수 있다.
도 1 내지 도 5에 따른 실시예에서 자성 복귀 부재(25)는 각각 하나의 회전자 링(16,17)에 방사 방향으로 마주 놓인
짧은 2개의 아암(251,252) 및 상기 아암을 서로 결합시키는 하나의 크로스 브리지(253)를 구비한 C-형태를 가지고,
상기 크로스 브리지는 회전자 축(19)을 향한 원형으로 형성된 링 코일(23)의 내부면에서 회전자 축(19)에 대해 평행
하게 연장된다. 상기 자성 복귀 부재(25) 및 고정자 요크(24)의 이러한 형성에 의해 원형 링 코일(23)은 요크 아암 바
닥에 있는 고정자 요크(24)를 통과하고, 그 사이에서 각각 하나의 자성 복귀 부재(25)를 지나 연장한다. 여기서 아암
(251,252)의 전방부(254)의 축방향 폭은 회전자 링(16,17)의 축방향 폭과 동일하다. 그러나, 아암(251,252)도 축
방향으로 회전자 링(16,17) 위로 돌출할 수 있다.
도 1에서 투시도로 도시되고 도 4 및 5에서는 개략적으로 도시된 바와 같이, 2개의 래인으로 실시된 단극 횡자속 발생
기에서는 2개의 모듈 유닛의 축방향으로 인접하여 회전자 샤프트(13) 상에 배치된 2개의 회전자 모듈(15)이 서로 일
직선상에 배치되고, 2개의 모듈 유닛의 하우징(10) 내에서 축방향으로 인접 배치된 2개의 고정자 모듈(14)은 90°일
렉트릭 만큼 서로 회전되는데, 이것은 폴 피치(τ)의 1/2에 상응한다. 이러한 편차는 도 4 및 5에 도시된 8 개의 극으
로 실시된 기계에서는 22.5°의 회전각에 상응하고, 도 1에 도시된 32개의 극으로 실시된 기계에서는 5.625°의 회전
방향으로의 편차 각도에 상응한다. 대안적으로 2개의 고정자 모듈(14)은 축방향으로 서로 일직선상에 배치될 수 있고,
회전자 샤프트(13) 상에 배치된 회전자 모듈(15)은 상기 90°일렉트릭 만큼 서로 회전될 수 있다.
상기 기계의 기능은 동작 모드에서 모터로서 하기에서 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명된다. 이 경우 도 4 및 5에서 2
개의 래인으로 이루어진 기계는 평면도로 개략적으로 도시되고, 평면도에서 앞에 있는 모듈 유닛 뒤에 놓인 모듈 유닛
의 고정자 모듈(14)은 명백하게 보이기 위해 지름이 확대되어 도시된다. 회전자 샤프트(13)상에 회전 고정 배치되어,
회전자(12)를 형성하는 모듈 유닛의 2개의 회전자 모듈(15)이 서로 일직선상에 배치됨으로써, 평면도에서 앞에 있는
모듈 유닛의 회전 모듈(15)만이 보이게 된다. 도 4 및 5는 기계의 동일한 도면을 회전자(12)의 2개의 상이한 회전 부
분으로 나누어서 도시한다. 도 6에는 2개의 링 코일(23)의 전류 공급 다이어그램이 2개의 고정자 모듈(14)로 나누어
져서 회전자(12)의 회전각(θ)에 따라 도시된다. 각 링 코일(23)에 쌍극으로 전류가 공급된다. 즉 양 전류 펄스와 음
전류 펄스가 교대로 예컨대 동일한 진폭으로 공급되고, 전류 펄스는 고정자 모듈(14)의 2개의 링 코일(23) 내에서 9
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0°만큼 서로 위상 이동된다.
도 4에서는 회전각(θ1)을 가진 회전자(12)의 회전 위치에서, 링 코일(23)에 양 전류 펄스가 공급된다. 링 코일(23)
내에 흐르는 순간 전류 방향은 도 4에서 링 코일(23)에 할당된 화살표(26)에 의해 표시된다. 상기 전류는 도 4에서 고
정자 요크(24), 톱니(22) 및 자성 복귀 부재(25)에 대해 화살표(27)로 도시된 바와 같이, 고정자 요크(24), 회전자
링(16,17)의 톱니(22) 및 자성 복귀 부재(25)를 통해 고정자 자속(27)을 발생시킨다. 이 경우 고정자 자속(27)은 마
주 놓인 톱니(22)에 대한 하나의 요크 아암(241) 내에서 방사 방향으로 연장하고, 자성 복귀 부재(25), 제 2 요크 아
암(242) 및 고정자 요크(24)의 크로스 브리지(243)(여기서는 보이지 않음)를 통해 종결된다. 도 3에 도시된 바와 같
이, 회전자 링(16)에서는 방사 방향으로 외부로 향하고, 회전자 링(17)에서는 방사 방향으로 내부로 향하는 자속(20)
이 도 4 및 5에서 화살표(20)에 의해 표시된다. 도시된 자속 곡선에 의해, 자속(20)은 고정자 요크(24)의 영역에서는
고정자 자속(27)에 대해 반대 방향이고, 자성 복귀 부재(25)의 영역에서는 고정자 자속(27)과 동일한 방향으로 흐른
다는 것을 알 수 있다. 따라서 톱니(22)가 고정자 요크(24)에 의해 밀쳐져서 자성 복귀 부재(25)에 의해 끌어 당겨짐
으로써, 회전자(12)는 화살표 방향(27)으로 일정한 각만큼 회전된다. 제 2 고정자 모듈 내에서 90°만큼 위상 이동된
링 코일(23)에 전류가 동일하게 공급될 경우, 동일한 프로세스가 진행되고, 회전자(12)는 동일한 회전각만큼 회전됨
으로써, 상기 회전자는 전체적으로 회전각(θ2)(도 5) 만큼 회전된다. 이제 링 코일(23)에 흐르는 전류 펄스의 전류
방향이 전환되고, 이것은 링 코일(23)에 할당된 도 5의 화살표(26)에 의해 표시된다. 변경되지 않은 자속(20)에서 고
정자 자속은 도 5의 화살표(27)에 의해 도시된 방식으로 변경된다. 따라서 회전자(12)의 톱니(22)는 고정자 요크(2
4)에 의해 끌어 당겨지고, 자성 복귀 부재(25)에 의해 밀쳐지고, 회전자(12)는 동일한 회전 방향(28)으로 계속 이동
된다. 90°만큼 위상 이동되고 나서 제 2 고정자 모듈(14) 내의 링 코일(23)로 공급된 전류 펄스가 전환되고, 동일한
과정이 계속 진행된다. 도 6에서 2개의 고정자 모듈(14)의 전류 공급 패턴이 도시된 바와 같이, 상술한 과정이 회전자
(12)의 전체 회전각(θ=360°) 동안 계속됨으로써, 회전자(12)가 회전한다.
도 7에는 회전자 샤프트(13)에 접한 토크가 회전자(12)의 회전각(θ)에 따라 도시된다. 2개의 상부 다이어그램은 각
2개의 모듈 유닛에 의해 비례 배분적으로 공급된 토크의 곡선을 도시한다. 도 7의 하부 다이어그램은 회전자 샤프트(1
3)에 수용될 수 있는 전체 토크를 도시하고, 상기 전체 토크는 2개의 모듈 유닛에 의해 발생된 개별 모멘트의 합산에
의해 얻어진다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 토크(M)가 회전각(θ)에 따라 변동됨으로써, 토크 곡선에는 원하지 않
은 파동이 제공된다. 이러한 파동은 한편으로는 기계의 극 개수가 증가되고 다른 한편으로는 기계의 모듈 유닛의 개수
와 래인의 개수가 증가될 경우에는 인지될 수 없다. 이 경우 도 1에 도시된 32개의 극으로 실시된 기계는 전기 및 제조
기술에 있어서 적합한 것으로 입증된다.
실시예에서 기술된 2개의 래인을 가진 기계는 2개 이상의 래인으로 실시될 수 있다. 공동 회전자 샤프트(13)상에 배치
된 동일한 회전자 모듈(15)을 포함하는 래인의 개수(m)와 공간적으로 평행하게 배치된 모듈 유닛의 개수가 2 보다 큰
정수이면, 고정자(11)에서 축방향으로 연속적으로 배치된 고정자 모듈(14)은 360°/m 일렉트릭 각도만큼 서로 이동
될 수 있고, 3개의 모듈 유닛을 포함하는 3개의 래인으로 이루어진 기계에서는 즉 120°일렉트릭 만큼 이동된다.
도 1 내지 도 5에 따른 단극 횡자속 발생기의 실시예에서, 링 코일(23)은 원형으로 실시되고, 회전자 축(19)과 동심으
로 형성되도록 배치된다. 이것은 고정자 요크(24) 및 자성 복귀 부재(25)의 상이한 구조적 형성을 요구한다. 도 8에서
투시 단면적으로 전개도로서 도시된 바와 같이, 모듈 유닛의 대안적인 실시예에서 자성 복귀 부재(25')는 고정자 요크
(24)와 동일하게 형성된다. 여기서 고정자 요크(24)는 개략적으로만 도시되고, 예컨대 도 4 및 도 5에서 나타나는 바
와 같이, 그 비례는 회전자 링(16,17)의 톱니(22)의 비례에 대응되지 않는다. 고정자 요크(24)와 같이, 자성 복귀 부
재(25')는 각각 회전자 링(16 또는 17)에 대해 방사 방향으로 마주 놓인 2개의 긴 아암(251' 및 252')과 상기 아암을
서로 결합시키면서, 회전자 축(19)에 평행하게 연장된 크로스 브리지(253')을 포함하는 U-형태를 가진다. 따라서 고
정자 자속을 형성하기 위해 한편으로는 고정자 요크(24)를 관통하고, 다른 한편으로는 자성 복귀 부재(25')의 크로스
브리지(253') 위를 통해 연장하는 링 코일(23')은 방사 방향 평면에서 회전자 축(19)에 대해 점대칭으로 곡류 형태로
형성됨으로써, 상기 링 코일은 한편으로는 회전자 축(19)으로 향한 고정자 요크(24)의 크로스 브리지(243)의 내부면
에서, 다른 한편으로는 고정자 축(10) 반대편에 있는 자성 복귀 부재(25')의 크로스 브리지(253')의 외부면을 지나 연
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장한다.
상술된 각 고정자 모듈(14)은 자력 지지되는 구조로서 실시되고, 이를 위해 2개의 절반 셸(31,32)로 이루어진 하우징
(30)내에 수용된다. 도 9의 분해도에서 알 수 있는 바와 같이, 2개의 절반 셸(31,32)은 동일하게 형성되고, 경면 대칭
으로 서로 상하로 놓여 배치된다. 각 절반 셸(31,32)은 내부 링(33) 및 이와 함께 동심으로 형성된 외부 링(34)을 포
함하는 격자형 구조를 가지고, 상기 2개의 링은 방사 방향 브리지(35)에 의해 서로 일체형으로 결합된다. 절반 셸(31,
32) 내에 한편으로는 내부 링(33), 방사 방향 브리지(35) 및 외부링(34)에 걸쳐 연장되는, 고정자 요크(24)를 수용
하기 위한 방사 방향 그루브(36)가 형성되고, 다른 한편으로는 내부 링(33)에만 걸쳐 연장되는, 자성 복귀 부재(25)
의 삽입을 위한 방사 방향 그루브(37)가 형성된다. 방사 방향 그루브(36,37)의 개수는 전체적으로 고정자 자성 복귀
부재(고정자 요크 및 자성 복귀 부재)의 개수에 상응하고, 32개의 극으로 이루어진 단극 횡자속 발생기에 대한 도 9의
실시예에서는 32개이다. 이 경우 방사 방향 그루브(36,37)의 폭은 고정자 요크(24) 또는 자성 복귀 부재(25)의 두께
에 대응되고, 방사 방향 그루브(36,37)의 축방향 깊이는 고정자 요크(24) 또는 자성 복귀 부재(25)의 축방향 폭의 절
반보다 조금 더 크다. 방사 방향 그루브(36,37)와 함께 서로 상하로 놓여 배치된 2개의 절반 셸(31,32)은 고정자 모듈
(14)(도 1)의 링 코일(23)을 수용하기 위해 제공된 경면 대칭으로 서로 마주 놓이며, 하우징 축(38)과 함께 동심으로
형성되도록 배치된 홈(39)을 포함한다. 이 경우 홈(39)은 방사 방향 브리지(35)내에 형성됨으로써, 도 8에는 도시되
지 않은 링 코일(23)은 내부 링(33), 외부 링(34) 및 방사 방향 브리지에 의해 둘러싸인 공기 유동 개구(40)를 지나
연장되고, 상기 개구를 통해 링 코일(23) 및 고정자 요크(24) 및 자성 복귀 부재(25)의 최상의 열 방출이 보장된다.
고정자 요크(24) 및 방사 방향 그루브(36)는, 방사 방향 그루브(36, 37) 내에 삽입된 고정자 요크(24) 및 자성 복귀
부재(25)에서 하우징(30)의 2개의 절반 셸(31,32)이 방사 방향 및 축방향으로 이동하지 않고 고정되도록 서로 대응
된다. 이를 위해 고정자 요크(24)는 도 1 내지 도 3의 실시예에 비해 변형되고, 도 10에서 평면도로 도시되고 도 9에
서는 하우징(30) 내의 삽입 지점에서 도시된 고정자 요크(24)에서 알 수 있는 바와 같이, 그의 크로스 브리지(243)의
양측에는 각각 후크 루트(411)를 구비하며 외부로 방사 방향으로 돌출된 후크(41)와, 요크 아암(251,252)에 대해 평
행하게 연장된 중첩부(412)를 포함한다. 상기 중첩부는 방사 방향 그루브(36) 내에 삽입된 고정자 요크(24)(도 9)에
서 2개의 절반 셸(31,32) 내에 있는 방사 방향 브리지(35)의 방사 방향 그루브(36) 반대편에 있는 후면을 포지티브하
게 중첩한다. 이를 위해 고정자 요크(24)를 수용하기 위한 각 방사 방향 그루브(36)의 외부 링(34)내에 있는 단부에
서, 방사 방향 리세스(42)가 그루브 바닥내에 형성되고, 상기 방사 방향 리세스의 방사 방향 깊이는, 방사 방향 그루브
(36)내에 정확한 위치로 삽입된 고정자 요크(24)에서, 후크(41)의 후크 루트(411)의 내부 링(33)으로 향한 하부 에
지가 리세스(42)의 바닥에 접하도록 설정된다. 따라서 한편으로는 고정자 요크(24)가 방사 방향 방향으로 공차에 맞
게 위치가 설정되고, 다른 한편으로는 중첩부(412)의 후크(41)에 의해 2개의 절반 셸(31,32)이 서로 클램핑된다.
단극 횡자속 발생기의 자동 시동을 보장하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기계는 적어도 2개의 래인으로 실시
된다. 이 경우 각 고정자 모듈(14)은 상술한 하우징(30)내에 수용되고, 2개의 하우징(30)은 서로 90°일렉트릭 만큼
회전되어 축방향으로 끼워 맞춰진다. 단극 횡자속 발생기가 32개의 극으로 실시될 경우, 회전각 편차는 공간적으로 5.
625°의 회전각에 상응한다. 하우징(30)의 이러한 회전각 편차를 공차에 맞게 보장하기 위해, 방사 방향 그루브(36,
37)의 반대편에 있는 절반 셸(31 또는 32)의 외부면으로부터, 서로 이격되어 있는 동일한 2개의 방사 방향 리세스(4
3,44)가 방사 방향 브리지(35) 사이로 연장되어, 공기 유동 개구(40)를 외부로 제한하는 절반 셸(31 또는 32) 중 하
나의 외부 링(34)의 링 섹션(341)에 형성된다. 방사 방향 리세스(43,44)의 폭은 고정자 요크(24)의 양측에서 돌출한
후크(41)의 폭에 상응하고, 그의 방사 방향 깊이는 후크(41)의 축방향 크기에 상응한다. 하우징(30)의 둘레 방향으로
볼 때 연속하는 고정자 요크(24)용 방사 방향 그루브(36)에 대한 둘레 방향으로 볼 때 방사 방향 리세스(43)의 간격
및 상기 고정자 요크(24)용 방사 방향 그루브(36)에 대한 방사 방향 리세스(44)에 대한 동일한 간격은, 단극 횡자속
발생기가 2개의 래인으로 실시될 경우, 2개의 고정자 모듈(14)이 서로 회전되어야 하는 각도에 상응한다. 2개의 래인
으로 실시될 경우, 상기 간격은 90°일렉트릭이고, 즉 32개의 극을 가진 기계일 경우 공간적으로 5.625°이다. 다수의
래인으로 이루어진 기계에서 상기 회전각 편차는 360°/m 일렉트릭이고, m은 끼워 맞춰진 고정자 모듈(14)의 개수이
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고, 2보다 크다. 서로 상하로 놓인 절반 셸(31,32)에서 후크(41)가 그 다음 고정자 모듈(14)의 하우징(30)의 인접한
절반 셸의 방사 방향 리세스(43 또는 44)에 맞물림으로써, 2개의 고정자 모듈(14)이 둘레 방향으로 정확하게 위치 설
정된다.
하우징(30) 내에 고정자 모듈(14)이 조립되는 것은 하기의 결합 기술에 의해 이루어진다.
우선, 도 9에서 자성 복귀 부재용 하부 절반 셸(31)에서 도시된 바와 같이, 제 1 절반 셸(31)에서 내부 링(33)의 모든
방사 방향 그루브(37)에 자성 복귀 부재(25)가 장착된다. 그리고 나서 링 코일(23)(도 1)은 방사 방향 브리지(35)
내에 있으면서 둘레 방향으로 볼 때 일직선상에 있는 홈(39)내에 삽입된다. 그 후에 제 2 절반 셸(32)이 예비 조립된
절반 셸(31)상에 배치되고, 절반 셸(31)로부터 축방향으로 돌출된 자성 복귀 부재(25)가 절반 셸(32)의 방사 방향 그
루브(37)내로 삽입된다. 이어서 외부로부터 고정자 요크(24)는 돌출된 후크(41)의 루트(411)가 리세스(42)의 바닥
에 접할 때까지 방사 방향 그루브(36)로 삽입되고, 동시에 중첩부(412)가 방사 방향 브리지(35)의 후면을 중첩하므로,
2개의 절반 셸(31,32)은 축 방향으로 서로 결합된다. 2개의 절반 셸(31,32) 내에 있는 고정자 요크(24)의 위치는 도
9에서 하부 절반 셸(31) 내에 있는 고정자 요크(24)용으로 도시된다.
단극 횡자속 발생기가 다수의 래인으로 실시될 경우, 동일한 방식으로 결합된 하우징(30)을 포함한 제 2 고정자 모듈
(14)이 제 1 하우징(30)에 배치되고, 상술한 바와 같이, 고정자 요크(24)의 후크(41)는 제 2 하우징(30)의 방사 방
향 리세스(43 또는 44) 중 하나에 맞물리고, 고정자 모듈(14)가 서로 회전되는 것은 90° 일렉트릭으로 보장된다. 모
두 4 개의 절반 셸(31,32)의 2개의 외부 절반 셸(31,32)에 회전자 샤프트(13)를 수용하기 위한 베어링 실드(45)가
각각 하나씩 고정된다. 베어링 실드(45)는 도 12에서 투시도로서 절반만 보인다. 이러한 2개의 베어링 실드 절반부(4
5)는 플랜지 부분(46)에 의해 절반 셸(31 또는 32)의 내부 링(33)에 고정된다. 플랜지 부분(46)으로부터 직각으로
이격된 베어링 결합부(47)는 회전자 샤프트(13)(도 1)용 피벗 베어링을 수용한다.
이미 상술한 바와 같이, 다수의 래인으로 실시된 단극 횡자속 발생기는 옆으로 나란히 고정 배치된 고정자 모듈(14)이
축방향으로 일직선상에 배치되고, 회전자 모듈(15)이 서로 소정의 각도만큼 회전자 샤프트(13)에서 회전 배치되는 방
식으로 실시될 수 있다. 이러한 경우, 2개의 래인으로 이루어진 실시예용으로 도 11에서 도시된 바와 같이, 축방향으로
서로 나란히 놓인 고정자 모듈(14)의 고정자 요크(24)가 그의 크로스 브리지 영역에서 축방향으로 연장된 브리지(48)
에 의해 서로 결합되는 가능성이 발생된다. 이 경우 브리지(48)를 포함한 고정자 요크(48)는 일체형 펀칭 부품(49)으
로서 실시된다. 고정자 요크(24)의 서로 반대편에 있는 외부면에 각각 다시 하나의 돌출된 후크(41)가 배치된다. 펀칭
부품(49)은 예비 조립된 이후에 4 개의 절반 셸(31,32) 내에 있는 서로 일직선상에 있는 방사 방향 그루브(36) 내에
삽입되고, 브리지(48)는 끼워 맞춰진 2개의 절반 셸(31,32) 내에 있는 방사 방향 리세스(42)내에 삽입되고, 그리고
돌출된 후크(41)는 각각 2개의 외부 절반 셸(31,32)내에 있는 방사 방향 브리지(35)의 방사 방향 그루브(36) 반대편
에 있는 후면을 중첩한다.
도 13에는 중공 샤프트 형태로 실시된 16개의 극을 가진 단극 횡자속 발생기용 모듈 유닛이 도시된다. 상기 모듈 유닛
은 다시 둘 다 상술한 바와 같이 형성된 고정자 모듈(14)과 회전자 모듈(15)로 이루어짐으로써, 도 13에서 동일한 부
품에는 동일한 도면 부호가 제공된다. 도 13의 실시예에서 회전자 모듈(15)은 회전 고정되도록 중공 샤프트(50) 상에
배치된다. 도 1에서와 같이, 완전한 단극 횡자속 발생기는 2개의 래인으로 실시되므로, 2개의 고정자 모듈(14) 및 중
공 샤프트(50) 상에 인접 배치된 2개의 회전자 모듈(15)을 구비한 2개의 모듈 유닛을 포함하고, 제 2 모듈 유닛의 고
정자 모듈(14) 및 회전자 모듈(15)은 다시 제 1 모듈 유닛에 대해 90°일렉트릭 만큼 서로 회전된다.
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단극 횡자속 발생기의 이러한 중공 샤프트 버전은 예컨대 WO 96/00301호에 공지된 바와 같이, 전기 공학적 휠 브레이
크용 구동 모터로서 매우 적합하게 적합하다. 구동 모터에 의해 구동되는 회전/병진 변환 구동기는 중공 샤프트(50)의
내부에 배치됨으로써, 상기 휠 브레이크의 극도로 작은 구조적 형상이 달성된다.
물론 도 13의 실시예에 따른 단극 횡자속 발생기가 다수의 래인으로, 예컨대 3개의 래인으로 실시되는 것도 가능하며,
2개의 래인으로 이루어진 실시예는 전기 공학적 휠 브레이크의 배치를 위해 필요한 공간 요구의 관점에서 매우 적합하
다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
회전자 축(19) 주위로 회전 가능한 회전자(12) 및, 상기 회전자 축(19)과 동심으로 형성된 고정자(11)를 포함하며,
상기 회전자는 적어도 하나의 회전자 모듈(15)을 가지며, 상기 회전자 모듈은 각각 동축으로, 일정한 투스 피치를 가진
톱니형으로 형성된 2개의 강자성 회전자 링(16,17) 및, 상기 회전자 링(16,17) 사이에 고정되며 상기 회전자 축(19)
방향으로 단극으로 자화된 영구 자석 링(18)으로 구성되며, 상기 고정자는 상기 회전자 모듈(15)에 할당된 적어도 하
나의 고정자 모듈(14)을 포함하고, 상기 고정자 모듈은 상기 회전자 축(19)에 동축으로 배치된 하나의 링 코일(23;2
3') 및 이를 중첩하는 U-형의 고정자 요크(24)로 구성되며, 상기 고정자 요크는 톱니 피치 중 하나에 상응하는 피치를
가지고 하우징(10)에 고정되는 단극 횡자속 발생기에 있어서,
상기 회전자 링(16,17)의 톱니 형성은 상기 회전자 축(19) 반대편에 있는 회전자 링(16,17)의 외부 둘레에서만 이루
어지며,
상기 고정자 모듈(14)내에서 상기 고정자 요크(24)는, 상기 고정자 요크(24)의 제 1 요크 아암(241)이 제 1 회전자
링(16)에 대해, 그리고 상기 고정자 요크(24)의 제 2 요크 아암(241)이 제 1 회전 링(17)에 대해 각각 방사 방향 갭
간격을 두고 마주 놓이고,
상기 회전자(12)의 회전 방향으로 연속하는 고정자 요크(24) 사이에 각각 하나의 자성 복귀 부재(25;25')가 배치되고,
상기 자성 복귀 부재는 축방향으로 2개의 회전자 링(16,17)에 걸쳐져 있으며, 방사 방향 갭 간격을 두고 상기 회전자
링에 대해 마주 놓이는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 2.
제 1 항에 있어서, 상기 회전자(12)는 2개의 동일한 회전자 모듈(15)을 포함하며, 상기 고정자(11)는 2개의 동일한
고정자 모듈(14)을 포함하며,
상기 고정자 모듈(14)은 축방향으로 인접하여 하우징(10) 내에서, 상기 회전자 모듈(15)은 축방향으로 인접하여 회전
자 샤프트(13) 상에 서로 할당되며, 상기 고정자 모듈(14) 또는 상기 회전자 모듈(15)은 각각 90°일렉트릭 만큼 서
로 회전되도록 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 3.
제 1 항에 있어서, 상기 회전자(12)는 m개의 회전자 모듈(15)을 포함하고, 상기 고정자(11)는 m개의 고정자 모듈(1
4)을 포함하며,
상기 고정자 모듈(14)은 축방향으로 인접하여 하우징(10) 내에서, 상기 회전자 모듈(15)은 축방향으로 인접하여 회전
자 샤프트(13) 상에 서로 할당되며, 상기 고정자 모듈(14) 또는 상기 회전자 모듈(15)은 각각 360°/m 일렉트릭 만
큼 서로 회전되도록 배치되고, 상기 m은 2 보다 큰 정수인 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
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공개특허 특2002-0033722
청구항 4.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 요크(23) 및 자성 복귀 부재(25;25') 및 회전자 링(16,1
7)은 적층되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 5.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자성 복귀 부재(25;25')는 극 피치 만큼 상기 고정자 요크(24)에
대해 변위되어 배치되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 6.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 한편으로는 상기 조정자 요크(24)와 회전자 링(16,17) 사이의 방사 방
향 갭 간격, 및 다른 한편으로는 상기 자성 복귀 부재(25;25')와 상기 회전자 링(16,17) 사이의 방사 방향 갭 간격은
동일한 크기로 설정되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 7.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 요크(24)의 요크 아암(241,242)의 자유 전방부(244)는
적어도 상기 고정자 링(16,17)과 동일한 축방향 폭을 가지며, 상기 회전자 링 위로 한 측면 또는 양 측면으로 돌출되는
것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 8.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 요크(24)의 폭 및 상기 자성 복귀 부재(25;25')의 폭은 각
각 회전 방향으로 측정할 때 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 9.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자 링(16,17)의 톱니(22)의 톱니 폭(bZR ) 대 고정자 요크(
24)의 폭 및 상기 자성 복귀 부재(25)의 폭(bZS )의 비는 각각 회전 방향으로 볼 때 1보다 크고 2보다 작으며, 적합하
게는 1.5 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 10.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자성 복귀 부재(25)는 각각 하나의 회전자 링(16,17)에 대해 방사
방향으로 마주 놓인 짧은 2개의 아암(251,252) 및 상기 아암을 서로 결합시키는 하나의 크로스 브리지(253)를 구비
한 C-형태를 가지며, 상기 크로스 브리지는 회전자 축(19)을 향한 원형으로 형성된 링 코일(23)의 내부면에서 회전자
축(19)에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 11.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자성 복귀 부재(25')는 각각 회전자 링(16 또는 17)에 대해 방사
방향으로 마주 놓인 2개의 긴 아암(251' 및 252')과, 상기 아암을 서로 결합시키면서 회전자 축(19)에 평행하게 연장
된 크로스 브리지(253')를 포함하는 U-형태를 가지며,
상기 고정자 모듈(14)의 링 코일(23')은 방사 방향 평면에서 회전자 축(19)에 대해 점대칭으로 곡류 형태로 형성됨으
로써, 상기 링 코일이 연속적으로 교대로 고정자 요크(24)의 요크 아암(241,242) 사이를 관통하여, 회전자 축(19) 반
대편에 있는 상기 자성 복귀 부재(25')의 크로스 브리지(253')의 외부면을 지나 연장되는 것을 특징으로 하는 단극 횡
자속 발생기.
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공개특허 특2002-0033722
청구항 12.
제 11 항에 있어서, 상기 고정자 요크(24) 및 상기 자성 복귀 부재(25')는 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 단
극 횡자속 발생기.
청구항 13.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자성 복귀 부재(25 또는 25')의 아암(251,252 또는 251',252')
의 자유 전방부(254 또는 254')는 적어도 상기 회전자 링(16,17)과 동일한 축방향 폭을 가지며, 상기 회전자 링 위로
한 측면 또는 양 측면으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 14.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자(12)의 회전각(θ)에 따라 상기 고정자 모듈(14)의 양 극
에 전류 펄스가 공급되며,
상기 고정자 모듈(14)내의 전류 펄스는 2개의 고정자 모듈(14)에서는 90°일렉트릭 만큼, 그리고 m개의 고정자 모듈
(14)에서는 360°/m 일렉트릭 만큼 서로 위상 이동되며, m은 2 보다 큰 정수인 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생
기.
청구항 15.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 고정자 모듈(14)은 2개의 절반 셸(31,32)로 이루어진 하우징
(30) 내에 수용되며, 상기 절반 셸은 동일하게 형성되며, 경면 대칭으로 서로 상하로 놓이며, 서로 축방향으로 일직선
상에 있는, 한편으로는 고정자 요크(24)를, 다른 한편으로는 자성 복귀 부재(25)를 삽입하기 위한 방사 방향 그루브(
36,37) 및, 경면 대칭으로 서로 마주 놓이며 하우징 축(38)과 동심으로 배치되며 링 코일(23)을 수용하기 위한 홈(3
9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 16.
제 15 항에 있어서, 상기 각 절반 셸(31,32)은 내부 링(33) 및 이와 동심으로 형성된 외부 링(34)을 포함한 격자형
구조를 가지며, 상기 내부 링과 외부 링은 방사 방향 브리지(35)에 의해 일체형으로 서로 결합되며,
상기 자성 복귀 부재(25)를 수용하는 방사 방향 그루브(37)는 상기 내부 링(33)내에 형성되고, 상기 고정자 요크(24)
를 수용하는 방사 방향 그루브(36)는 내부 링(33), 방사 방향 브리지(35) 및 외부 링(34)에 걸쳐 연장되는 것을 특징
으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 17.
제 16 항에 있어서, 링 코일(23)용 홈(39)이 상기 방사 방향 브리지(35)내에 형성되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자
속 발생기.
청구항 18.
제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 요크(24) 및 이를 수용하는 방사 방향 그루브(36)는, 상
기 방사 방향 그루브(36,37) 내에 삽입된 고정자 요크(24) 및 자성 복귀 부재(25)에서 하우징(30)의 2개의 절반 셸
(31,32)이 서로 방사 방향 및 축방향으로 이동하지 않고 고정되도록 서로 대응되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속
발생기.
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공개특허 특2002-0033722
청구항 19.
제 18 항에 있어서, 상기 방사 방향 그루브(36,37)의 폭은 상기 고정자 요크(24) 및 상기 자성 복귀 부재(25)의 두께
에 대응되며, 상기 방사 방향 그루브(36,37)의 축방향 깊이는 상기 고정자 요크(24) 및 상기 자성 복귀 부재(25)의
축방향 폭의 절반보다 조금 더 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 20.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 고정자 요크(24)는 그의 크로스 브리지(243)의 양측에 각각 하나의 돌출된 후
크(41)를 포함하며, 상기 후크는 방사 방향 그루브(36) 내에 삽입된 고정자 요크(24)에서 양 절반 셸(31,32) 내에 있
는 방사 방향 브리지(35)의, 방사 방향 그루브(36) 반대편에 있는 후면을 포지티브하게 중첩하는 것을 특징으로 하는
단극 횡자속 발생기.
청구항 21.
회전자 모듈(15)이 축방향으로 일직선으로 회전자 샤프트(13) 상에 배치되고, 고정자 모듈(14)이 소정의 각도만큼 서
로 회전되는 다수의 래인을 가진 제 20 항에 따른 단극 횡자속 발생기에 있어서,
방사 방향 그루브(36)의 반대편에 있는 절반 셸(31)의 외부면으로부터, 서로 이격되어 있는 2개의 방사 방향 리세스
(43,44)가 방사 방향 브리지(35) 사이로 연장되고 절반 셸(31 또는 32)의 외부 링(34)의 링 섹션(341)에 형성되며,
상기 방사 방향 리세스의 폭은 고정자 요크(24)에서 돌출한 후크(41)의 폭에 상응하며, 그의 방사 방향 깊이는 후크(
41)의 축방향 크기에 상응하며,
상기 제 1 방사 방향 리세스(43)는 후속하는 고정자 요크(24)용 방사 방향 그루브(36)에 대해 소정의 회전 각도만큼
변위되어 배치되고, 상기 제 2 방사 방향 리세스(44)는 선행하는 고정자 요크(24)용 방사 방향 그루브(36)에 대해 동
일한 소정의 각도 만큼 변위되어 배치되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 22.
고정자 모듈(14)이 축방향으로 일직선으로, 회전자 모듈(15)이 소정의 각도만큼 서로 회전되어 회전자 샤프트(13)상
에 배치되는 다수의 래인을 가진 제 18 항 또는 제 19 항에 따른 단극 횡자속 발생기에 있어서,
축방향으로 서로 나란히 놓인 고정자 모듈(14)의 고정자 요크(24)가 그의 크로스 브리지 영역에서 축방향으로 연장된
브리지(48)에 의해 서로 결합되며,
서로 결합된 고정자 요크(24)의 외부에 놓인 2개의 고정자 요크는 그 외측면에 각각 크로스 브리지(243)로부터 돌출
한 후크(41)를 포함하며, 상기 후크는 방사 방향 그루브(36) 내에 삽입된 고정자 요크(24)에서 2개의 외부 절반 셸(
31,32) 내에 있는 방사 방향 브리지(35)의, 방사 방향 그루브(36) 반대편에 있는 후면을 중첩하는 것을 특징으로 하
는 단극 횡자속 발생기.
청구항 23.
제 22 항에 있어서, 상기 브리지(48)를 통해 서로 연결된 고정자 요크(24)는 일체형 펀칭 부품(49)으로서 실시되는
것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 24.
제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 링(34) 내에 놓인 방사 방향 그루브 중 하나의 단부에서,
방사 방향 리세스(42)가 그루브 바닥내에 형성되며, 상기 방사 방향 리세스의 방사 방향 깊이는, 방사 방향 그루브(3
6)내에 정확한 위치로 삽입된 고정자 요크(24)에서, 크로스 브리지(23)에서 돌출한 후크(41)의 후크 루트(411)의,
내부 링(33)으로 향한 하부 에지가 리세스(42)의 바닥에 접하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
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공개특허 특2002-0033722
청구항 25.
제 15 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자 샤프트(13)의 피벗 베어링을 위해, 2개의 베어링 실드(
45)가 외부에 놓인 2개의 절반 셸(32,32) 상에 배치되고, 상기 베어링 실드는 플랜지 부분(46)에 의해 상기 절반 셸
(31,32)에 고정되고, 상기 플랜지 부분으로부터 돌출한 동축 베어링 결합부(47)는 회전자 샤프트(13)를 수용하는 것
을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
청구항 26.
제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 회전자 모듈(15)이 하나의 중공 샤프트(50) 상에 회전
고정 배치되는 것을 특징으로 하는 단극 횡자속 발생기.
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