KR101437048B1 - 스테이터 슬롯 잇날 페어링 설계를 적용한 전기기기 - Google Patents

스테이터 슬롯 잇날 페어링 설계를 적용한 전기기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기기기에 관한 것이다. 용도와 관련하여서, 발전기 또는 모터로 이용될 수 있는 전기기기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 전기기기의 일 실시예는 회전가능하게 설치되는 샤프트; 외부링의 내주면에 제1잇날(Teeth)을 가지는 제1슬롯(Slot)과 상기 제1잇날과 다른 폭의 제2잇날을 가지는 제2슬롯이 교대로 배열된 제1스테이터; 내부링의 외주면에 제3잇날을 가지는 제3슬롯과 상기 제3잇날과 다른 폭의 제4잇날을 가지는 제4슬롯이 교대로 배열된 제2스테이터; 및 상기 샤프트와 결합되어 회전 가능하고, 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 배치되되, 센터링에 다수의 영구자석이 배열된 로터를 포함할 수 있다.

Description

스테이터 슬롯 잇날 페어링 설계를 적용한 전기기기{Electrical Apparatus Applied with Stator Slot Teeth Pairing Design}
본 발명은 스테이터 슬롯 잇날 페어링 설계를 적용한 전기기기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 스테이터 슬롯 잇날 페어링 설계를 적용하여 코깅토크를 감소시키며, 발전기 또는 모터 등으로 사용될 수 있는 전기기기에 관한 것이다.
일반적으로 발전기 또는 모터의 구조는 로터와 스테이터 및 이들을 고정하는 하우징을 포함한다. 발전기를 예로 들면, 로터에 설치되는 영구자석에서 발생하는 자속이 스테이터에 쇄교되어 전자기 유도작용에 의하여 스테이터가 포함하는 코일에 유도전류를 형성함으로써 발전이 이루어진다. 물론 모터의 경우도 마찬가지다. 이러한 발전기 또는 모터는 초기 기동에 있어서 코깅토크가 문제된다.
코깅토크(Cogging Torque)란 발전기 또는 모터 내의 비균일 토크로서, 발전기 장치의 자기 에너지가 최소인 위치로 이동하려는 접손 방향의 힘이다. 코깅토크는 로터의 영구자석과 스테이터 슬롯(Slot)의 잇날(Teeth)의 상호작용에 의하여 발생한다.
근자에는 경제적이고, 친환경적인 소형 풍력발전기가 각광을 받고 있는데 이러한 소형 풍력발전기와 같은 발전기는 코깅토크가 크면 초기 기동시 큰 기동토크를 요구하므로 낮은 풍량에서는 초기 기동이 어려운 문제가 있다.
또한, 코깅토크는 발전기의 토크 리플, 진동, 노이즈 발생에 영향을 주며, 발전기의 효율이나 출력 특성도 나빠지게 하는 문제가 있다.
또한, 종래의 발전기는 로터와 스테이터 사이에서 전자기 유도작용에 의하여 발전이 이루어질 때 열이 발생하는 데 이는 발전기의 출력과 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.
상술한 문제는 모터의 경우도 마찬가지로 발생한다.
발전기 또는 모터에 있어서, 코깅토크가 감소되는 새로운 구조의 영구자석의 배열을 갖는 발전기 또는 모터가 요구된다.
코깅토크가 감소되는 새로운 구조를 갖는 발전기 또는 모터를 제작하는 간편한 방법을 제시한다. 이러한 방법은 제조비용을 절감하는 효과가 있다.
또한, 쉽게 과열되지 않는 구조를 갖는 발전기 또는 모터가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있다.
본 발명에 의한 일실시예의 전기기기는 회전가능하게 설치되는 샤프트를 포함할 수 있다.
또한, 외부링의 내주면에 제1잇날(Teeth)을 가지는 제1슬롯(Slot)과 상기 제1잇날과 다른 폭의 제2잇날을 가지는 제2슬롯이 교대로 배열된 제1스테이터를 포함할 수 있다.
그리고, 내부링의 외주면에 제3잇날을 가지는 제3슬롯과 상기 제3잇날과 다른 폭의 제4잇날을 가지는 제4슬롯이 교대로 배열된 제2스테이터를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1잇날의 폭과 제2잇날의 폭을 다르게 하거나, 제3잇날과 제4잇날의 폭을 다르게 하여 코깅토크를 감소시킬 수 있다.
여기서, 제1잇날과 제3잇날은 동일한 폭을 가질 수 있다. 또한 제2잇날과 제4잇날도 동일한 폭을 가질 수 있다.
그리고, 상기 샤프트와 결합되어 회전 가능하고, 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 배치되되, 센터링에 다수의 영구자석이 배열된 로터를 포함할 수 있다.
상기 다수의 영구자석은 상기 센터링의 외주면과 내주면 각각에 배열될 수 있다.
상기 센터링의 외주면 및 내주면에는 N극 및 S극 영구자석이 원주 방향을 따라 교대로 배열될 수 있다. 여기서 상기 센터링의 외주면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석과 상기 센터링의 내주면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석이 상기 센터링의 반경 방향을 따라 정렬될 수 있다.
상기 N극 및 S극 영구자석은 소정의 간격을 두고 배열하되, 상기 간격은 상기 제1 및 제2스테이터에 상기 영구자석의 자속을 쇄교시킬 수 있을 정도인 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1스테이터의 제1 및 제2슬롯과 상기 제2스테이터의 제3 및 제4슬롯 각각에 권선되는 코일을 포함할 수 있다.
여기서 로터는 제1스테이터와 제2스테이터 사이에서 회전함으로써 일종의 냉각 팬 역할을 수행하게 되므로 본 발명에 따른 전기기기의 출력 또는 효율이 향상되는 효과가 있다. 이러한 구조는 결과적으로 전기기기의 내구성을 향상시키는 효과도 있다.
실시예에 따라서는 상기 외부링의 내주면에 배열된 제1 또는 제2슬롯과 상기 내부링의 외주면에 배열된 제3 또는 제4슬롯이 상기 외부링 또는 상기 내부링의 반경방향을 따라 정렬될 수 있다.
상기 제1 또는 제3잇날의 폭은 코깅토크가 감소하도록 상기 제2 또는 제4잇날의 폭을 고려 인자(factor)로 하여 결정될 수 있다. 또한, 상기 제2 또는 제4잇날의 폭은 코깅토크가 감소하도록 상기 제1 또는 제2잇날의 폭을 고려 인자(factor)로 하여 결정될 수도 있다.
실시예에 따라서는 상기 제1 또는 제3잇날의 폭(a)은 상기 제2 또는 제4잇날의 폭(b)과 다음의 수학식을 이용하여 결정될 수 있다.
(수학식)
｜sin(NL*(a/2))+sin(NL*(b/2))｜≤2
여기서, NL은 상기 외부링의 내주면에 마련된 제1 및 제2슬롯의 개수와 상기 센터링의 외주면에 마련된 영구자석의 개수의 최소공배수를 나타낸다. 또는 NL은 상기 내부링의 외주면에 마련된 제3 및 제4슬롯의 개수와 상기 센터링의 내주면에 마련된 영구자석의 개수의 최소공배수를 나타낸다. 즉, sin(NL*(a/2))+sin(NL*(b/2))의 절대값이 2보다 작은 것을 만족하는 제1 또는 제3잇날의 폭(a)과 제2 또는 제4잇날의 폭(b)가 선택될 수 있다.
실시예에 따라서는 본 실시예의 전기기기에 있어서, 상기 외부링의 내주면에 마련된 제1 및 제2슬롯의 개수와 상기 내부링의 외주면에 마련된 제3 및 제4슬롯의 개수는 각각 30개이고, 상기 센터링의 외주면과 상기 센터링의 내주면 각각에 마련된 영구자석의 개수는 20개일 수 있다.
실시예에 따라서는 상기 샤프트는 풍력발전기의 블레이드와 연결되어, 상기 블레이드로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다.
본 발명에 의한 일실시예의 전기기기는 상기 로터와 상기 제1 및 제2스테이터가 소정의 공극을 유지하도록 하기 위해 상기 로터가 삽입된 상기 제1 및 제2스테이터의 제1측면과 제2측면 각각을 덮는 제1하우징과 제2하우징; 및 상기 제1스테이터의 외주면을 둘러싸도록 상기 제1하우징과 상기 제2하우징 사이에 마련되는 제3하우징을 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 공극은 상기 제1 및 제2스테이터에 상기 영구자석의 자속을 쇄교시킬 수 있을 정도일 수 있다.
본 발명에 의한 또 다른 실시예의 전기기기는 샤프트; 제1잇날을 가지는 제1슬롯과 상기 제1잇날과 다른 폭의 제2잇날을 가지는 제2슬롯이 교대로 형성된 스테이터; 및 상기 샤프트와 결합되고, 상기 스테이터에 자속을 쇄교시키기 위한 N극 및 S극 영구자석이 교대로 형성된 로터를 포함할 수 있다.
전술한 실시예의 전기기기는 스테이터의 슬롯(Slot)의 잇날(Teeth)의 폭을 변경함으로써 코깅토크가 감소되는 효과가 있으며, 로터가 회전하면서 냉각 팬의 역할을 겸하므로 스테이터의 냉각 특성이 우수하여 전기기기의 효율 및 출력이 향상되는 효과가 있다.
특히 풍력발전기 등에 있어서 초기 기동을 원활하게 하여 발전의 효율 및 출력을 향상시키는 효과가 있다.
이외에도, 본 발명의 효과는 실시예에 따라서 우수한 내구성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서 제1스테이터와 제2스테이터 사이에 로터가 삽입된 모습를 나타내는 도면이다.
도 2는 N극 또는 S극 영구자석을 만드는 것을 설명하는 개념도이다.
도 3은 스테이터 슬롯(Slot)의 잇날(Teeth) 폭을 변경하기 전의 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 스테이터 슬롯의 잇날 폭을 변경한 후의 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 스테이터 슬롯의 잇날 페어링 설계의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 스테이터 슬롯의 잇날 페어링 설계시 발생하는 코깅토크의 한 주기 그래프를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에로서 로터, 제1스테이터 및 제2스테이터가 하우징에 의하여 둘러싸인 모습을 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 전기기기(10)의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 여기의 전기기기(10)는 발전기 또는 모터로서 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서 제1스테이터(20)와 제2스테이터(30) 사이에 로터(40)가 삽입된 모습를 나타내는 도면이다. 도 2는 N극 또는 S극 영구자석(41,42)을 만드는 것을 설명하는 개념도이다.
도 3은 스테이터 슬롯(Slot,21,31,22,32)의 잇날(Teeth) 폭(a,b)을 변경하기 전의 모습을 나타내는 도면이다. 도 4는 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 폭(a,b)을 변경한 후의 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 설계의 한 예를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 6은 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 설계시 발생하는 코깅토크의 한 주기 그래프를 나타낸다.
본 발명인 전기기기(10)의 일실시예는 발전기로 기능할 수 있다. 또한, 본 발명인 전기기기(10)의 또 다른 실시예는 모터로도 기능할 수 있다.
이하 본 발명의 일실시예로서 전기기기(10)가 발전기로 기능하는 경우를 설명한다.
먼저, 본 실시예는 샤프트, 로터(40), 제1스테이터(20) 및 제2스테이터(30)를 포함한다.
샤프트는 로터(40)와 결합되며 함께 회전 가능하다.
로터(40)는 외주면과 내주면을 갖는 센터링(40a)을 포함한다. 센터링(40a)의 외주면에는 N극과 S극 영구자석(41,42)이 원주 방향을 따라 교대로 배열된다. 센터링(40a)의 내주면에도 센터링(40a)의 외주면과 마찬가지로 N극과 S극 영구자석(41,42)이 원주 방향을 따라 교대로 배열된다.
실시예에 따라서는 센터링(40a)의 외주면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석(41,42)과 센터링(40a)의 내주면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석(41,42)이 센터링(40a)의 반경 방향을 따라 정렬할 수 있다.
여기서 N극 영구자석(41) 또는 S극 영구자석(42)은 일정한 배열이 없는 자기 모멘트(61)를 가진 자성체(60)에 한쪽 방향으로 강력한 자장(62)을 걸어 자기 모멘트(61)들을 일정방향으로 배열하게 하여 만들 수 있다. 즉 N극 영구자석(41)은 자속이 나가는 방향을 갖도록 자기 모멘트(61)를 배열시켜 만들 수 있고, S극 영구자석(42)은 자속이 들어오는 방향을 갖도록 자기 모멘트(61) 방향을 반대로 배열시켜 만들 수 있다.
N극 영구자석(41)에서 자속이 나가고, 스테이터(20,30)를 통하여 S극 영구자석(42)으로 들어오며, 다시 S극 영구자석(42)에서 N극 영구자석(41)으로 이어지는 자기 경로가 형성되고, 그 결과, 전자기 유도작용에 의하여 스테이터(20,30)의 코일(50)에 유도전류가 흐르게 되어 발전이 이루어진다.
제1 및 제2영구자석 배열(43,44)은 N극 영구자석(41)과 S극 영구자석(42)이 미리 정해진 간격을 두고 교대로 배열된 것이다. 여기서 간격이 너무 좁거나 너무 넓으면 자속이 제1 및 제2스테이터(20,30)에 쇄교되지 않을 수 있다. 따라서 N극 영구자석(41)과 S극 영구자석(42)의 간격은 제1 및 제2스테이터(20,30)에 자속을 쇄교시킬 수 있을 정도인 것이 바람직하다.
제1스테이터(20)와 제2스테이터(30)는 로터(40)를 사이에 두고 각각 배치된다. 즉 제1스테이터(20)는 로터(40)의 외측에 배치되며, 제2스테이터(30)는 로터(40)의 내측에 배치된다.
제1스테이터(20)는 외부링(20a)의 내주면에 원주 방향을 따라서 제1슬롯(Slot,21)과 제2슬롯(22)이 교대로 배열되어 있다. 제2스테이터(30)는 내부링(30a)의 외주면에 원주 방향을 따라서 제3슬롯(31)과 제4슬롯(32)이 교대로 배열되어 있다. 제1슬롯(21)과 제2슬롯(22)은 소정의 간격을 두고 배열되며 로터(40)의 영구자석(41,42)이 위치한 방향으로 각각 돌출되어 있다. 제3슬롯(31)과 제4슬롯(32)은 소정의 간격을 두고 배열되며 로터(40)의 영구자석(41,42)이 위치한 방향으로 각각 돌출되어 있다. 실시예에 따라서는 제1스테이터(20)의 외부링(20a)의 내주면에 배열된 제1슬롯(21) 또는 제2슬롯(22)과 제2스테이터(30)의 내부링(30a)의 외주면에 배열된 제3슬롯(31) 또는 제4슬롯(32)이 상기 외부링(20a) 또는 상기 내부링(30a)의 반경방향을 따라 정렬될 수 있다. 제1스테이터(20)의 제1 및 제2슬롯(21,22)과 제2스테이터(30)의 제3 및 제4슬롯(31,32) 각각에는 코일(50)이 권선된다.
제1슬롯(21)은 제1잇날(21a)을 포함한다. 제2슬롯(22)은 제2잇날(22a)을 포함한다. 제3슬롯(31)은 제3잇날(31a)을 포함한다. 제4슬롯(32)은 제4잇날(32a)을 포함한다.
본 발명의 실시예가 갖는 특징 중 하나는 제1잇날(21a)과 제2잇날(22a)의 폭이 다르고, 제3잇날(31a)과 제4잇날(32a)의 폭이 다른 점이다. 본 발명의 실시예가 갖는 특징 중 또 하나는 제1 또는 제3잇날(21a,31a)의 폭이 발전기의 코깅토크가 감소하도록 제2 또는 제4잇날(22a,32a)의 폭을 고려 인자(factor)로 하여 결정되는 점에 있다. 또는, 제2 또는 제4잇날(22a,32a)의 폭이 발전기의 코깅토크가 감소하도록 제1 또는 제3잇날(21a,31a)의 폭을 고려 인자로 하여 결정되는 점에 있다.
코깅토크는 로터(40)와 스테이터(20,30) 사이에서 발생하는 것으로, 코깅토크로 인하여 발전기의 초기 기동이 원활하게 이루어지지 않게 되며, 발전기의 출력 및 효율에도 악영향을 미치는 문제가 있다.
본 발명의 일실시예인 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 기법은 발전기의 코깅토크를 감소시키기 위한 것으로서 발전기의 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날(21a,31a,22a,32a)에서 발생되는 공극 퍼미언스 함수로부터 수학적 계산을 이용하여 최적의 잇날 각도를 도출하여 코깅토크를 감소시키는 기술이다. 본 발명의 일실시예인 스테이터 스롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 기법은 코깅토크를 감소시킬뿐만 아니라 제작과정도 간편하므로 경제적 측면에서도 유리하다.
스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 기법의 수학적인 계산을 설명한다.
코깅토크는 공극 에너지를 로터(40)의 회전각으로 편미분함으로써 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013003762668-pat00001
본 발명의 실시예에서 코깅토크는 다음의 수학식 2와 같이 공극 퍼미언스 함수
Figure 112013003762668-pat00002
과 자속 밀도 함수
Figure 112013003762668-pat00003
로 나타낼 수 있다.
Figure 112013003762668-pat00004
자속 밀도 함수
Figure 112013003762668-pat00005
은 영구자석(41,42)에서 발생되는 자속을 변경하여야 하기 때문에 배제하고, 발전기 내부 공극(70)에서 발생하는 공극 퍼미언스 함수
Figure 112013003762668-pat00006
을 제어하도록 한다.
도 5는 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 폭 a와 b를 한 쌍으로 하는 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 설계를 나타낸다. 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 설계시 나타나는 공극 퍼미언스 함수
Figure 112013003762668-pat00007
는 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013003762668-pat00008
전술한 수학식 3에서 고조파 차수인 n이 1일 때
Figure 112013003762668-pat00009
값을 줄이는 방법으로 코깅토크의 지배적인 성분을 없앨 수 있다. 즉 수학식 4를 만족하는 a와 b의 조합을 찾는다면 코깅토크의 지배적인 성분을 없앨 수 있다.
Figure 112014046969834-pat00018
또한, 발전기 구조상 수학식 4를 0으로 만들 수 없는 경우에는 수학식 4의 값을 작게 만들어도 코깅토크 감소효과를 적용시킬 수 있기 때문에 본 발명의 기술적 범위를 한정할 필요가 없다.
아래 표 1은 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 설계의 실시예를 보여준다.
a b sin(NL*(a/2)) sin(NL*(b/2)) sum
9 9 -1.00 -1.00 -2.00
7.6 10.4 -0.74 -0.74 -1.49
7 11 -0.50 -0.50 -1.00
6.5 11.5 -0.26 -0.26 -0.52
여기서 a와 b값들은 외부링(20a) 또는 내부링(30a)의 회전축을 중심으로 한 각도[deg.(m)]이다.
본 실시예에서의 발전기는 구조상 수학식 4의 값을 0으로 만들 수가 없어서 수학식 4의 값을 작게 만드는 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 설계를 실시하였다.
표 1을 참조하면, a가 9[deg.(m)]이고, b가 9[deg.(m)]인 경우 수학식 4의 값은 -2.00를 나타내고, a가 6.5[deg.(m)]이고, b가 11.5[deg.(m)]인 경우 수학식 4의 값은 -0.52를 나타낸다. a가 6.5[deg.(m)]이고, b가 11.5[deg.(m)]인 경우가 수학식 4의 값을 가장 작게 만드므로 본 실시예에서는 가장 바람직하다.
도 6에서 X축은 로터가 회전하는 각도[deg.(m)]를 나타내고, Y축은 코깅토크[Nm]를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 전술한 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 설계의 실시예에 있어서, 수학식 4의 값이 최소가 되는 조건인 a가 6.5[deg.(m)]이고, b가 11.5[deg.(m)]인 경우에 발전기에서는 가장 작은 코깅토크가 발생됨을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에로서 로터, 제1스테이터 및 제2스테이터가 하우징에 의하여 둘러싸인 모습을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 발전기는 예컨대 로터(40)가 삽입된 제1 및 제2스테이터(20,30)의 제1측면과 제2측면 각각을 덮는 제1하우징(80)과 제2하우징(81)을 포함할 수 있다. 또한, 제1스테이터(20)의 외주면을 둘러싸도록 제1하우징(80)과 제2하우징(81) 사이에 마련되는 제3하우징(82)을 포함할 수 있다.
여기서 제1하우징(80)과 제2하우징(81)은 다수의 영구자석(41,42)과 다수의 슬롯이 소정의 공극(70)을 유지하도록 하는 역할을 한다. 즉 제1스테이터(20), 로터(40) 및 제2스테이터(30) 사이에 간격을 유지시켜 로터(40)가 제1스테이터(20) 및 제2스테이터(30) 사이에서 원활하게 회전하게 하면서도 적절한 공극(70)을 유지시켜 영구자속에서 발생하는 자속이 제1 및 제2스테이터(20,30)에 충분히 쇄교되도록 한다.
따라서 여기서 공극(70)은 제1 및 제2스테이터(20,30)에 영구자석(41,42)의 자속을 적절하게 쇄교시킬 수 있을 정도인 것이 바람직하다.
본 실시예의 발전기에 있어서 샤프트는 풍력발전기의 블레이드(미도시)와 연결되어, 블레이드로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다.
코깅토크가 커지면 풍력발전기의 초기 기동시 큰 기동 토크가 요구되므로 적은 풍량에서는 초기 기동이 어려워지게 되고, 토크 리플, 진동 및 노이즈 발생에도 영향을 미친다. 또한, 발전기의 효율이나 출력 특성도 나빠진다.
그러나 본 실시예에 따르면 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 기법을 통하여 코깅토크를 최소화시켜 적은 풍량에서도 풍력발전기의 초기 기동이 원활하게 이루어지게 하는 효과가 있으며, 발전기의 효율과 출력 특성도 향상되는 효과가 있다.
다만, 본 실시예에 따른 발전기는 풍력발전기에 한정되는 것은 아니며 코깅토크를 감소시킬 필요가 있는 전기기기(10)에 있어서 여러 용도로 적용될 수 있다.
또한, 본 실시예는 로터(40)는 제1스테이터(20)와 제2스테이터(30) 사이에서 회전하면서 냉각 팬의 기능도 수행하게 되므로 발전기의 냉각특성을 향상시키는 효과가 있다. 이러한 냉각특성의 향상은 전기기기(10)의 출력 및 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 종국적으로 기기의 내구성을 향상시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예로서의 전기기기(10)는 샤프트, 스테이터 및 로터를 포함할 수 있다(미도시). 여기서 스테이터는 제1잇날을 가지는 제1슬롯과 상기 제1잇날과 다른 폭의 제2잇날을 가지는 제2슬롯이 교대로 형성될 수 있다. 또한, 로터는 샤프트와 결합되고, 스테이터에 자속을 쇄교시키기 위한 N극 및 S극 영구자석이 교대로 형성될 수 있다.
이상, 본 실시예에서는 전기기기(10)가 발전기로 기능하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서 전기기기(10)가 모터로 기능하는 경우도 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있다.
그리고 전술한 스테이터 슬롯(21,31,22,32)의 잇날 페어링 기법이 적용되는 전기기기(10)를 포함하는 장치로서 전술한 페어링 기법이 적용될 수 있는 장치라면 어느 것이든 본 발명에 의한 전기기기(10)가 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 상기와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이 외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 조합 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
10 : 전기기기
20 : 제1스테이터
30 : 제2스테이터
40 : 로터
50 : 코일

Claims (15)

  1. 회전가능하게 설치되는 샤프트;
    외부링의 내주면에 제1잇날을 가지는 제1슬롯(Slot)과 상기 제1잇날(Teeth)과 다른 폭의 제2잇날을 가지는 제2슬롯이 교대로 배열된 제1스테이터;
    내부링의 외주면에 제3잇날을 가지는 제3슬롯과 상기 제3잇날과 다른 폭의 제4잇날을 가지는 제4슬롯이 교대로 배열된 제2스테이터; 및
    상기 샤프트와 결합되어 회전 가능하고, 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 배치되되, 센터링에 다수의 영구자석이 배열된 로터;
    를 포함하되,
    상기 제1 또는 제3잇날의 폭은 코깅토크가 감소하도록 상기 제2 또는 제4잇날의 폭의 삼각 함수인 것을 특징으로 하는 전기기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 영구자석은 상기 센터링의 외주면과 내주면 각각에 배열된 것을 특징으로 하는 전기기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센터링의 외주면과 내주면에는 N극 및 S극 영구자석이 원주 방향을 따라 교대로 배열된 것을 특징으로 하는 전기기기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센터링의 외주면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석과 상기 센터링의 내주면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석이 상기 센터링의 반경 방향을 따라 정렬되는 것을 특징으로 하는 전기기기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 N극 및 S극 영구자석은 소정의 간격을 두고 배열하되, 상기 간격은 상기 제1 및 제2스테이터에 상기 영구자석의 자속을 쇄교시킬 수 있을 정도인 것을 특징으로 하는 전기기기.
  6. 회전가능하게 설치되는 샤프트;
    외부링의 내주면에 제1잇날을 가지는 제1슬롯(Slot)과 상기 제1잇날(Teeth)과 다른 폭의 제2잇날을 가지는 제2슬롯이 교대로 배열된 제1스테이터;
    내부링의 외주면에 제3잇날을 가지는 제3슬롯과 상기 제3잇날과 다른 폭의 제4잇날을 가지는 제4슬롯이 교대로 배열된 제2스테이터; 및
    상기 샤프트와 결합되어 회전 가능하고, 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 배치되되, 센터링에 다수의 영구자석이 배열된 로터;
    를 포함하되,
    상기 제1잇날과 상기 제3잇날의 폭이 동일하고, 상기 제2잇날과 상기 제4잇날의 폭이 동일한 것을 특징으로 하는 전기기기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 외부링의 내주면에 배열된 제1 또는 제2슬롯과 상기 내부링의 외주면에 배열된 제3 또는 제4슬롯이 상기 외부링 또는 상기 내부링의 반경 방향을 따라 정렬된 것을 특징으로 하는 전기기기.
  8. 삭제
  9. 회전가능하게 설치되는 샤프트;
    외부링의 내주면에 제1잇날을 가지는 제1슬롯(Slot)과 상기 제1잇날(Teeth)과 다른 폭의 제2잇날을 가지는 제2슬롯이 교대로 배열된 제1스테이터;
    내부링의 외주면에 제3잇날을 가지는 제3슬롯과 상기 제3잇날과 다른 폭의 제4잇날을 가지는 제4슬롯이 교대로 배열된 제2스테이터; 및
    상기 샤프트와 결합되어 회전 가능하고, 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 배치되되, 센터링에 다수의 영구자석이 배열된 로터;
    를 포함하고,
    상기 다수의 영구자석은 상기 센터링의 외주면과 내주면 각각에 배열되며,
    상기 제1 또는 제3잇날의 폭(a)은 상기 제2 또는 제4잇날의 폭(b)과 다음의 수학식을 이용하여 결정되며,
    (수학식)
    ｜sin(NL*(a/2))+sin(NL*(b/2))｜≤2
    여기서, NL은 상기 외부링의 내주면에 마련된 제1 및 제2슬롯의 개수와 상기 센터링의 외주면에 마련된 영구자석의 개수의 최소공배수를 나타내거나, 상기 내부링의 외주면에 마련된 제3 및 제4슬롯의 개수와 상기 센터링의 내주면에 마련된 영구자석의 개수의 최소공배수를 나타내는 전기기기.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 외부링의 내주면에 마련된 제1 및 제2슬롯의 개수와 상기 내부링의 외주면에 마련된 제3 및 제4슬롯의 개수는 각각 30개이고, 상기 센터링의 외주면과 상기 센터링의 내주면 각각에 마련된 영구자석의 개수는 20개인 것을 특징으로 하는 전기기기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트는 풍력발전기의 블레이드와 연결되어, 상기 블레이드로부터 동력을 전달받아 회전하는 것을 특징으로 하는 전기기기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1스테이터의 제1 및 제2슬롯과 상기 제2스테이터의 제3 및 제4슬롯 각각에 권선되는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기기.
  13. 회전가능하게 설치되는 샤프트;
    외부링의 내주면에 제1잇날을 가지는 제1슬롯(Slot)과 상기 제1잇날(Teeth)과 다른 폭의 제2잇날을 가지는 제2슬롯이 교대로 배열된 제1스테이터;
    내부링의 외주면에 제3잇날을 가지는 제3슬롯과 상기 제3잇날과 다른 폭의 제4잇날을 가지는 제4슬롯이 교대로 배열된 제2스테이터; 및
    상기 샤프트와 결합되어 회전 가능하고, 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 배치되되, 센터링에 다수의 영구자석이 배열된 로터;
    를 포함하되,
    상기 로터와 상기 제1 및 제2스테이터가 소정의 공극을 유지하도록 하기 위해 상기 로터가 삽입된 상기 제1 및 제2스테이터의 제1측면과 제2측면 각각을 덮는 제1하우징과 제2하우징; 및
    상기 제1스테이터의 외주면을 둘러싸도록 상기 제1하우징과 상기 제2하우징 사이에 마련되는 제3하우징;
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공극은 상기 제1 및 제2스테이터에 상기 영구자석의 자속을 쇄교시킬 수 있을 정도인 것을 특징으로 하는 전기기기.
  15. 샤프트;
    제1잇날(Teeth)을 가지는 제1슬롯(slot)과 상기 제1잇날과 다른 폭의 제2잇날을 가지는 제2슬롯이 교대로 형성된 스테이터; 및
    상기 샤프트와 결합되고, 상기 스테이터에 자속을 쇄교시키기 위한 N극 및 S극 영구자석이 교대로 형성된 로터;
    를 포함하되,
    상기 제1잇날의 폭은 코깅토크가 감소하도록 상기 제2잇날의 폭의 삼각 함수인 것을 특징으로 하는 전기기기.
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