KR20000064622A

KR20000064622A - 회전전기 및 그 회전전기를 이용한 발전기 및 전동기

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Publication number: KR20000064622A
Application number: KR1019980707325A
Authority: KR
Inventors: 시게아키 하야사카
Original assignee: 하야사까 시게아끼
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2000-11-06
Also published as: KR100357310B1; CA2250048A1; TW358257B; EP0896415A4; DE69836605T2; HK1019178A1; WO1998033262A1; EP0896415A1; EP0896415B1; CN1101074C; JPH10210720A; DE69836605D1; CA2250048C; JP3302283B2; CN1216173A

Abstract

회전축(1)의 외주를 둘러싸도록 스테이터(2)를 배치함과 동시에 한쌍의 로터(3N)(3S)를 스테이터(2)를 사이에 두고 양측에 회전축(1)으로 일체로 마련되어 이루어지는 회전전기 및 이 회전전기를 이용한 발전기 및 전동기이다. 한쪽 로터(3N)는 N극성의 자극을, 다른쪽 로터(3S)는 S극성의 자극을 각각 같은 수씩 갖추고 있고, 각 로터의 각 자극은 회전축(1)의 축방향으로 서로 대향하도록 등각도위치에 배치된다. 또 스테이터(2)는 하나의 로터가 구비하는 자극수의 2배에 상당하는 수의 코어와, 각 코어의 양단에 형성된 자극부와, 각 코어에 감겨진 코일을 갖추며, 양단의 각 자극부는 각각 각 로터의 각 자극과 에어캡을 통해 대향하도록 등각도위치에 배치된다. 이 구성에 의해 각 로터(3N)(3S)의 자극을 평탄면에 형성할 수 있기 때문에 자속의 균일화가 가능해 지고 또한 스테이터(2)가 축방향으로 짧아짐으로써 철손이 감소하며 누설자속을 감소시킬 수 있다.

Description

회전전기 및 그 회전전기를 이용한 발전기 및 전동기

출원인은 이전에 도 12도 및 도 13에 도시하는 구조의 발전기를 제안했다(일본국 공개특허공보 특개평 7-123662호).

이 발전기는 회전축(90)에 일정한 간격을 두고 일체로 마련되는 한쌍의 로터(92N)(92S)와, 이들 로터(92N)(92S)의 외주를 둘러싸도록 배치된 스테이터(91)로 구성된다.

한쪽의 로터(92N)는 외주부의 대각위치에 N극성의 자극(93a)(93b)이 또 다른쪽의 로터(92S)는 외주부의 대각위치에 S극성의 자극(94a)(94b)이 각각 바깥쪽으로 형성되고 있다.

상기 스테이터(91)는 2개의 로터(92N)(92S) 외주에 4개의 코어(95a∼95d)를 원주에 배치하고, 각 코어(95a∼95d)의 길이 중앙부에 코일(96a∼96d)을 감은 구조이다. 각 코일(96a∼96d)를 감는 방향은 한쪽의 대각위치의 코일(96a)(96c)이 시계방향이면 다른쪽의 대각위치의 코일(96b)(96d)은 반시계방향이다.

이 발전기의 회전축(90)에 회전구동력을 부여하여 로터(92N)(92S)를 회전시켰을 때 예를들어 한쪽의 대각위치의 코일(96a)(96c)에는 도 14에 도시하는 것과 같이 톱니모양의 유도 기전력(V1)이 발생하고, 또 다른쪽의 대각위치의 코일(96b)(96d)에는 위상이 어긋난 동일한 유도 기전력(V2)이 발생한다. 각 코일(96a∼96d)의 유도 기전력(V1)(V2)을 합성하는 것에 의해 직사각형 모양의 발전출력(V)을 발생하고 또 이 발전출력(V)을 파형정형하는 것에 의해 직류발전출력을 발생한다.

그러나 상기의 발전기에서는 각 로터(92N)(92S)와 스테이터(91)는 회전축(90)의 지름방향에 대향하기 때문에 스테이터(91)의 각 코어(95a∼95d) 및 각 로터(92N)(92S)의 각 자극(93a)(93b)(94a)(94b)은 곡면형상이 되어 제작에 번거로움이 많아질 뿐 아니라 각 자극(93a)(93b)(94a)(94b)의 자속분포가 균일하게 되지 않아 상기 발전출력(V)이 왜곡되는 등의 문제가 있다.

또 각 자극(93a)(93b)(94a)(94b)의 자속을 크게 설정하기 위해서는 축방향으로 길다란 영구자석을 이용할 필요가 있기 때문에 발전기가 대형화하고, 자로 전 길이가 커져 철손이 증가하며 또한 누설자속도 증대하여 효율저하를 초래한다는 문제도 있다.

본 발명은 상기 문제에 착목하여 행해진 것으로 스테이터를 사이에 두고 양 측 위치에 한쌍의 로터를 배치한 구조로 함으로써 제작상 및 특성상의 문제점을 한꺼번에 해소할 수 있는 소형의 회전전기와, 이 회전전기가 이용된 발전기 및 전동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 스테이터를 사이에 두고 양 측위치에 한쌍의 로터가 배치된 구조의 회전전기와, 이 회전전기가 이용된 발전기 및 전동기에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 발전기의 외관을 나타내는 정면도.

도 2는 도 1의 발전기의 외관을 나타내는 측면도.

도 3은 도 2의 I-I선을 따른 단면도.

도 4는 로터의 외관을 나타내는 측면도.

도 5는 코어 권선부의 외관을 나타내는 사시도.

도 6은 스테이터 자극부의 배치를 나타내는 설명도.

도 7은 코일의 접속방법을 나타내는 설명도.

도 8은 발전기의 원리를 나타내는 설명도.

도 9는 전동기의 원리를 나타내는 설명도.

도10은 구동제어회로의 구성을 나타내는 전기배선도.

도11은 전동기의 동작을 나타내는 타임챠트

도12는 종래의 발전기의 구조를 나타내는 단면도.

도13은 도 12의 II-II선을 따른 단면도.

도14는 코일의 유도 기전력을 나타내는 설명도.

청구항 1의 발명은 회전축과, 회전축의 외주를 둘러싸도록 배치되는 스테이터와, 상기 스테이터를 사이에 두고 양 측 위치에 회전축과 일체로 마련되는 한쌍의 로터로 구성된 회전전기이다. 한쪽의 로터는 여러개의 N극성의 자극을 갖추고, 다른쪽의 로터는 같은 수의 S극성의 자극을 갖추고 있으며 각 로터의 각 자극은 스테이터를 중간에 개재시켜 축방향으로 서로 대향하도록 각각 등각도위치에 배치된다.

상기 스테이터는 하나의 로터 자극수의 2배에 상당하는 수의 코어와, 각 코어마다 그 양단에 형성된 자극부와, 각 코어에 감겨진 코일을 갖추고 있으며 양단의 각 자극부는 각 로터의 각 자극과 에어캡을 통해 대향하도록 등각도위치에 배치된다.

상기의 구성에 의하면 스테이터를 사이에 두고 양측에 한쌍의 로터를 배치함과 동시에 각 로터의 각 자극을 스테이터의 코어의 각 자극부와 축방향으로 대향시키기 때문에 각 로터의 자극은 평탄면이 되어 자속의 균일화가 가능하고 쉬워진다. 또 스테이터는 축방향으로 짧아지기 때문에 자로 전 길이가 작아져 철손이 감소하고 누설자속도 감소한다.

청구항 2의 발명은 청구항 1의 회전전기가 이용된 발전기로서, 상기 회전축에 회전구동력을 부여하여 로터를 회전시킴으로써 상기 스테이터의 각 코일에 톱니모양의 유도 기전력을 발생시키고 또한 코일의 유도 기전력을 합성하여 발전출력을 외부에 발생하도록 한 것이다.

상기 구성의 발전기에서는 외부에서 회전구동력이 부여되면 스테이터의 각 코일에 톱니모양의 유도 기전력이 발생하지만 로터의 각 자극의 자속이 균일화되기 때문에 각 코일의 유도 기전력을 왜곡되지 않고 안정된 발전출력을 얻을 수 있다.

청구항 3의 발명은 청구항 1의 회전전기가 이용된 전동기로서, 상기 스테이터의 각 코일에 정역 교호로 통전하는 것에 의해 각 코어 양단의 자극부와 각 로터의 각 자극 사이에 척력 및 흡인력을 동시에 발생시켜 회전축을 회전구동하도록 한 것이다.

상기 구성의 전동기에서는 각 코일에 정역 교호로 통전하면 각 코어 양단의 자극부와 각 로터의 각 자극부 사이에 척력 및 흡인력이 동시에 발생하고, 회전축이 회전구동된다. 이 경우 로터의 각 자극의 자속이 균일화되기 때문에 로터를 원활하게 회전시킬 수 있다.

또 청구항 4의 발명에서는 상기 구성의 전동기에 있어서 상기 스테이터를 각 코어의 양단의 자극부에서 생성되는 자속분포가 중심선에 대해 비대칭이 되도록 각 자극부의 양단부가 이형으로 형성된다. 이에 따라 각 자극부에서 생성되는 자속분포가 중심선에 대해 비대칭이 되어 시동시 자체구동이 가능해진다.

도 1 ∼ 도 3은 본 발명의 일실시예인 발전기의 구성을 나타내는 것으로 도 1 및 도 2에는 발전기의 외관이 도 3에는 발전기의 구조가 각각 나타나있다.

도시한 예의 발전기는 회전축(1)의 외주를 둘러싸도록 배치되는 스테이터(2)와, 상기 스테이터(2)를 사이에 두고 양 측에 회전축(1)으로 일체로 마련되는 한쌍의 로터(3N)(3S)로 구성된다.

상기 스테이터(2)는 한쌍의 베어링(4)(4)을 통해 회전축(1)을 지지하고 있다. 스테이터(2)의 내측에는 베어링(4)(4)의 간격을 설정하기 위한 스페이스(5)가 또 스테이터(2)와 각 로터(3N)(3S) 사이에는 에어캡을 설정하기 위한 스페이스(6)(7)가 각각 회전축(1)에 끼워진다.

또 스테이터(2) 및 각 로터(3N)(3S)는 도 3과 같이 통모양 케이스(8)에 수용된다. 이 통모양 케이스(8)의 양단 개구에는 단판(9a)(9b)이 각각 피복되고 각 단판(9a)(9b) 외측으로 회전축(1)의 양단부가 돌출하고 있다.

제 1로터(3N)는 도 4와 같이 자성금속재료로 이루어지는 로터피스(10)에 2개의 영구자석(11a)(11b)을 점착하여 구성된다.

상기 로터피스(10)는 중심위치에 상기 회전축(1)이 끼워지는 축공(12)이 뚫리고, 외주부의 대각위치에는 상기 영구자석(11a)(11b)이 점착되는 선형모양의 부착부(13)(13)가 형성된다.

각 영구자석(11a)(11b)은 부착부(13)의 외형을 따른 대략 90도 각도의 선형모양으로 형성되고 모두 로터피스(10)와 반대측의 평탄면을 N극성의 자극(N1)(N2)으로 하고 있다.

제 2로터(3S)도 제 1로터(3N)와 마찬가지로 로터피스(14) 외주의 각 부착부에 영구자석(16a)(16b)을 각각 점착하여 이루어진다. 각 영구자석(16a)(16b)은 로터피스(14) 반대측의 평탄면을 S극성의 자극(S1)(S2)으로 하고 있다.

제 1로터(3N)의 각 자극(N1)(N2)과 제 2로터(3S)의 각 자극(S1)(S2)이 스테이터(2)를 사이에 두고 서로 대향하도록 각 로터(3N)(3S)가 회전축(1)위에 일체로 부착된다.

상기 스테이터(2)는 4개의 코어(20A∼20D)와, 각 코어(20A∼20D)를 90도등각의 위치에 지지하는 비자성체의 지지틀(21)로 구성된다.

각 코어(20A∼20D)는 직사각형 모양의 규소강판을 적층하여 이루어지는 각축모양의 권선부(22A∼22D)의 양단면에 대략 90도의 각도를 이루는 선형모양의 규소강판을 적층하여 이루어지는 자극부(23A∼23D),(24A∼24D)를 각각 연접하여 구성된다. 각 권선부(22A∼22D)는 지지틀(21)의 외주에 마련된 4개의 부착홈(21a)에 각각 끼워지고, 각 권선부(22A∼22D)의 외주에는 도 5에 도시하는 것과 같이 코일(25A∼25D)이 축 둘레방향으로 감겨진다.

각 코어(20A∼20D)양단의 각 자극부(23A∼23D)(24A∼24D)는 도 6과 같이 제 1로터(3N)의 각 영구자석(11a)(11b) 및 제 2로터(3S)의 각 영구자석(16a)(16b)과 대략 같은 선형모양으로 되어있다. 각 자극부(23A∼23D)(24A∼24D)는 지지틀(21)의 양단면에 배치되고, 한쪽의 자극부(23A∼23D)는 제 1로터(3N)의 자극(N1)(N2)과 미소한 에어캡을 두어 대향하며 또 다른쪽의 자극부(24A∼24D)는 제 2로터(3S)의 자극(S1)(S2)과 미소한 에어캡을 두고 대향한다.

각 코일(25A∼25D)의 감는 방향은 한쪽 대향위치의 코일(25A)(25C)이 시계방향이면 다른쪽 대각위치의 코일(25B)(25B)은 반시계방향의 방향이다.

도시한 예의 각 코일(25A∼25D)은 도 7(1)에 도시하는 것과 같이 각 코일의 유도 기전력을 가산하여 출력시키도록 직렬로 결선하고 있지만 이 고전압출력에 적당한 직렬결선방식에 한정되지 않고 대전류출력에 적당한 도 7(2)의 병렬결선방식, 직렬결선방식과 병렬결선방식을 조합한 도 7(3)의 직병렬 결선방식등도 채택할 수 있다.

또 도 7에 있어서 T1은 각 코일(25A∼25D)의 감기시작하는 단, T2는 각 코일(25A∼25D)의 다 감은 단, 부호 26,27은 출력단자이다.

도 8은 상기 구성의 발전기의 원리설명도이고 다음 도 8 및 상기한 도 14에 기초하여 이 발전기의 동작원리를 설명한다.

도 14의 시각(t1)에서는 도 8에 도시하는 것과 같이 제 1로터(3N)에 대해서는 N극성의 각 자극(N1)(N2)이 스테이터(2) 한쪽의 대각위치의 각 자극부(23A,23C)에 대향위치한다. 또 제 2로터(3S)에 대해서는 도시하지 않지만 S극성의 각 자극(S1)(S2)이 스테이터(2)의 한쪽 대각위치의 각 자극부(24A)(24C)에 대향위치한다.

이 때 제 1로터(3N)와 제 2로터(3S)사이에는 도 3에 도시하는 것과 같이 제 1로터(3N)의 한쪽의 자극(N1)을 일으키고, 에어캡, 자극부(23A), 코어(20A), 자극부(24A), 에어켑, 제 2로터(3S)한쪽의 자극(S1)에 이르는 제 1의 자로와, 제 1로터(3N)의 다른쪽의 자극(N2)을 발생하며, 에어캡, 자극부(23C),코어(20C), 자극부(24C), 제 2로터(3S)의 다른쪽의 자극(S2)에 이르는 제 2의 자로가 형성된다. 제 1의 자로를 흐르는 자속은 코어(20A)에 감긴 코일(25A)과 쇄교하고, 제 2의 자로를 흐르는 자속은 코어(20C)에 감긴 코일(25C)과 쇄교한다.

회전축(1)에 회전구동력이 부여되어 각 로터(3N)(3S)가 도 8의 화살방향으로 일체로 회전하면 제 1로터(3N)의 각 자극(N1)(N2)은 스테이터(2)의 각 자극부(23A)(23C)에서 떨어져가고, 한쪽 제 2로터(3S)의 각 자극(S1)(S2)도 스테이터(2)의 각 자극부(24A)(24C)에서 떨어져간다. 이 때문에 코일(25A)(25C)과 쇄교하는 자속수가 감소해 가고 그 결과 각 코일(25A)(25C)에는 우나사의 법칙에 따라 자속수의 감소를 방해하는 방향으로 자속을 발생시키려고 하는 유도 기전력(V1)이 발생한다. 이 유도 기전력(V1)은 쇄교하는 자속수가 감소하는 데 따라 작아진다.

한편 각 로터(3N)(3S)의 회전에 의해 제 1로터(3N)의 각 자극(N1)(N2)은 스테이터(2)의 각 자극부(23B)(23D)로 또 제 2로터(3S)의 각 자극(S1)(S2)은 각 자극부(24B)(24D)로 각각 접근해 간다. 이 때문에 코일(25B)(25D)과 쇄교하는 자속수가 증가해 가고, 그 결과 각 코일(25B)(25D)에는 우나사의 법칙에 따라 자속수의 증가를 방해하는 방향으로 자속을 발생시키려고하는 유도 기전력(V2)이 발생한다. 이 유도 기전력(V2)은 쇄교하는 자속수가 증가하는 데 따라 커진다.

도 14의 시각(t2)은 각 로터(3N)(3S)가 90도 회전한 시점을 나타내는 것으로 제 1로터(3N)에 대해서는 각 자극(N1)(N2)이 스테이터(2)의 각 자극부(23B)(23D)에 대향배치하고, 다른쪽의 로터(3S)에 대해서는 각 자극(S1)(S2)이 스테이터(2)의 각 자극부(24B)(24D)에 대향위치한다. 이 시점에서는 코일(25A)(25C)의 유도 기전력(V1)은 0이 되고, 코일(25B)(25D)의 유도 기전력(V2)은 최대가 된다.

다음 도 14에서 시각(t3)(t4)(t5)은 각 로터(3N)(3S)의 회전각도가 180도, 270도, 360도가 된 시점을 각각 나타내고 있고, 시각(t2)이후의 유도 기전력(V1)(V2)의 발생원리에 대해서는 상기와 마찬가지로서 여기서는 설명을 생략한다.

이리하여 각 코일(25A∼25D)에 발생하는 유도 기전력(V1)(V2)은 로터(3N)(3S)의 회전에 따라 톱니모양으로 변화하는 것으로 상기한 출력단자(26)(27)에서는 각 코일(25A∼25D)의 유도 기전력(V1)(V2)을 가산합성한 직사각형모양의 발전출력(V)이 발생한다.

상기 실시예의 발전기는 전동기로서 이용할 수 있고, 도 9에는 전동기의 구성 및 원리를 나타내고 있다.

도시한 예의 전동기는 로터(3N)(3S)에서 각 자극(N1)(N2)(S1)(S2)의 형상 및 스테이터(2)의 각 자극부(23A∼23D),(24A∼24D)의 형상이 발전기와 구성상 차이가 있고, 그에 덧붙여 한쪽의 로터(3N)측에 위치센서(30)를 배치한 점에서 발전기와 다르다. 또 그 외 구성에 대해서는 발전기와 마찬가지로서 도 9에는 대응하는 구성에 동일부호를 붙이는 것으로 구체적인 설명은 생략한다.

로터(3N)(3S)의 각 자극(N1)(N2)(S1)(S2)은 도 9에 도시하는 것과 같이 중심선에 대해 대칭이 되도록 양단부의 형상이 동일하고 단테두리가 평행한 형상으로 형성되어 있으며 이에 대해 스테이터(2)의 각 자극부(23A∼23D),(24A∼24D)는 자속분포가 중심선에 대해 비대칭이 되도록 양단부의 형상이 이형으로 형성되어있고 이에 따라 시동시 자체구동이 가능해진다.

도시한 예에서는 각 자극부(23A∼23D),(24A∼24D)는 한쪽의 단테두리(P)와 다른쪽의 단테두리(Q)가 서로 직교하도록 형성되어있지만 자속분포가 중심선에 대해 불균형을 이룰 수 있다면 도시한 형태에 한정되는 것은 아니다.

상기 위치센서(30)는 로터(3N)(3S)의 회전각도위치를 검출하기 위해 제 1로터(3N)의 근방이며 스테이터(2) 자극부(23A)(23B)의 경계위치에 배치되어있다. 또 위치센서(30)로서 자기센서가 이용되고 있지만 광전센서나 근접스위치 등을 이용할 수 도 있다. 또 이 실시예에서는 하나의 위치센서(30)로 로터위치의 검출을 행하고 있지만 위치센서를 2개이상 이용해도 좋다.

도 10은 스테이터(2)의 각 코일(25A∼25D)로 적절히 통전을 행하여 전동기를 구동하기 위한 구동제어회로(31)의 구성을 나타낸다.

도면 중(A)(B)는 각각 2개의 변환단자(a1)(a2)(b1)(b2)를 갖는 변환스위치이며, C1∼C4, D1∼D4는 개폐스위치이다.

각 변환스위치(A)(B)와 각 개폐스위치(C1∼C4),(D1∼D4)는 변환동작과 개폐동작이 연동하여 행해지도록 되어있어 변환스위치(A)(B)가 한쪽의 변환단자(a1)(b1)측으로 작동하고, 개폐스위치(C1∼C4)가 「닫힘」또는 개폐스위치(D1∼D4)가 「열림」로 되었을 때, 각 코일(25A∼25D)에 실선의 화살표시로 나타내는 방향으로 전류를 흐르게 하기 위한 제 1의 통전회로(32)가 도통한다.

또 변환스위치(A)(B)가 다른쪽의 변환단자(a2)(b2)측으로 작동하고, 개폐스위치(D1∼D4)가 「닫힘」, 개폐스위치(C1∼C4)가 「열림」로 되었을 때 각 코일(25A∼25D)에 점선의 화살표시로 나타내는 방향으로 전류를 보내기 위한 제 2의 통전회로(33)가 도통한다.

각 변환스위치(A)(B) 및 각 개폐스위치(C1∼C4),(D1∼D4)는 상기 위치센서(30)의 위치검출신호에 기초하여 변환동작 및 개폐동작을 행하는 것으로 구체적인 실시예 있어서는 각 스위치(A)(B)(C1∼C4)(D1∼D4)는 트랜지스터 등의 반도체 스위치를 이용하여 구성한다.

각 코일(25A∼25D)에 통전하면 각 코일(25A∼25D)이 감겨진 코어(20A∼20D)양단의 각 자극부(23A∼23D)(24A∼24D)는 N,S중 어느 하나의 극성으로 자화한다.

예를들어 제 1로터(3N)측의 자극부(23A∼23D)에 있어서 자극부(23A)가 「N」으로 자화하면 다음의 자극부(23B)는 「S」로, 다음의 자극부(23C)는 「N」으로, 다음의 자극부(23D)는 「S」로, 각각 자화한다. 또 상기 자극부(23A)가 「N」으로 자화했을 때 제 2로터(3S)측의 자극부(24A∼24D)에 있어서 자극부(24A)는 「S」로, 자극부(24B)는 「N」으로, 자극부(24C)는 「S」로, 자극부(24D)는 「N」으로 각각 자화한다. 상기 변환스위치(A)(B)나 개폐스위치(C1∼C4),(D1∼D4)가 동작할 때마다 각 코일(25A∼25D)의 통전방향이 변환되기 때문에 그 때마다 각 자극부(23A∼23D)(24A∼24D)의 극성은 N,S반전한다.

도 11은 상기한 전동기의 동작원리를 나타내는 타입챠트로서, 다음 도 9∼도 11에 기초하여 전동기의 동작을 설명한다.

도 11의 시각(t1)에서는 도 9와 같이 제 1로터(3N)에 대해서는 N극성의 각 자극(N1)(N2)이 스테이터(2) 한쪽의 대각위치의 각 자극부(23A)(23C)에 대향위치하고, 또 제 2로터(3S)에 대해서는 S극성의 각 자극(S1)(S2)이 스테이터(2)한쪽의 대각위치의 각 자극부(24A)(24C)에 대향위치 하고 있다.

이 시점에서 위치센서(30)는 제 1로터(3N)의 자극(N1)에 감응하고, 위치검출신호가 상승한다(도 11(1)참조). 이 위치검출신호의 상승으로 변환스위치(A)(B)가 변환동작하여 변환단자(a1)(b1)측으로 작동하고(도 11(2)참조), 또 동시에 개폐스위치(C1∼C4)가 「닫힘」, 개폐스위치(D1∼D4)가 「열림」이되며(도 11(3)참조), 제 1의 통전회로(32)가 도통하여 각 코일(25A∼25D)이 통전한다. 이에 따라 제 1로터(3N)측의 자극부(23A)가 「N」으로, 자극부(23B)가 「S」로, 자극부(23C)가 「N」으로, 자극부(23D)가 「S」로 각각 자화한다(도 11(4) 참조). 또 제 2로터(3S)측의 각 자극부(24A∼24D)에 대해서는 도시하지 않지만 자극부(24A)가 「S」로, 자극부(24B)가 「N」으로, 자극부(24C)가 「S」로, 자극부(24D)가 「N」으로 각각 자화한다.

이상과 같이 스테이터(2)의 각 자극부(23A∼23D),(24A∼24D)가 N,S번갈아 자화하는 것에 의해 제 1로터(3N)에 대해서는 N극성의 자극(N1)(N2)과 「N」으로 자화한 자극부(23A∼23C)사이에 척력이 N극성의 자극(N1)(N2)과 「S」로 자화한 자극부(23B)(23D)사이에 흡인력이 각각 작용한다. 한편 제 2로터(3S)에 대해서는 S극성의 자극(S1)(S2)과 「S」로 자화한 자극부(24A)(24C)사이에 척력이 S극성의 자극(S1)(S2)과 「N」으로 자화한 자극부(24B)(24D)사이에 흡인력이 각각 작용한다. 이들 전자력의 작용을 받아 제 1, 제 2의 각 로터(3N)(3S)는 회전한다.

도 11의 시각(t2)은 각 로터(3N)(3S)가 90도 회전한 시점을 나타내고 있고, 제 1로터(3N)에 대해서는 각 자극(N1)(N2)이 스테이터(2)의 각 자극부(23B)(23D)에 대향위치하고, 제 2로터(3S)에 대해서는 각 자극(S1)(S2)이 스테이터(2)의 각 자극부(24B)(24D)에 대향위치한다.

이 시각(t2)에 이르면 위치센서(30)는 제 1로터(3N)의 자극(N1)에 감응하지 않게 되고, 위치검출위치는 하강한다(도 11(1)참조). 이 위치검출위치의 하강에 의해 변환스위치(A)(B)가 변환동작하여 변환단자(a2)(b2)측으로 작동하고(도 11(2)참조) 동시에 개폐스위치(D1∼D4)가 「닫힘」, 개폐스위치(C1∼C4)가 「열림」이 되며(도 11(3)참조), 제 2의 통전회로(33)가 도통하여 가가 코일(25A∼25D)이 역방향으로 통전한다. 이에 따라 제 1로터(3N)측의 자극부(23A)가 「S」로, 자극부(23B)가 「N」으로, 자극부(23C)가 「S」로, 자극부(23D)가 「N」으로, 각각 자화한다(도 11(4)참조). 또 제 2로터(3S)측의 각 자극부(24A∼24D)에 대해서는 도시하지 않지만 자극부(24A)가 「N」으로, 자극부(24B)가 「S」로, 자극부(24C)가 「N」으로, 자극부(24D)가 「S」로 각각 자화한다.

이상과 같이 스테이터(2)의 각 자극부(23A∼23D)(24A∼24D)가 N,S반전하는 것에 의해 제 1로터(3N)에 대해서는 N극성의 자극(N1)(N2)과 「N」으로 자화한 자극부(23B)(23D)사이에 척력이 N극성의 자극(N1)(N2)과 「S」로 자화한 자극부(23A)(23C)사이에 흡인력이 각각 작용한다. 한편 제 2로터(3S)에 대해서는 S극성의 자극(S1)(S2)와 「S」로 자화한 자극부(24B)(24D)사이에 척력이 S극성의 자극(S1)(S2)과 「N」으로 자화한 자극부(24A)(24C)사이에 흡인력이 각각 작용한다. 이들 전자력의 작용을 받아 제 1,제2의 각 로터(3N)(3S)는 다시 회전한다.

다음 도 11에서 시각(t3)(t4)(t5)은 각 로터(3N)(3S)의 회전각도가 180도, 270도, 360도의 시점을 각각 나타내고 있고, 시각(t2)이후의 회전구동력의 발생원리에 대해서는 상기와 마찬가지로서 여기서는 설명을 생략한다.

이리하여 각 코일(25A∼25D)에 정역교호 통전을 행하는 것에 의해 로터(3N)(3S)에 전자력이 계속작용하여 회전축(1)은 회전을 계속하게된다.

또 상기의 각 실시예에서는 각 로터(3N)(3S)의 자극수가 2개로서, 스테이터(2)의 코어수는 4개이지만 이에 한정되지 않고 각 로터(3N)(3S)의 자극수를 3개, 4개로 늘릴 수도 있으며 이 경우 스테이터(2)의 코어수는 자극수의 2배로 설정한다.

상기와 같이 스테이터(2)를 사이에 두고 양 측에 한쌍의 로터(3N)(3S)를 배치함과 동시에 각 로터(3N)(3S)의 각 자극(N1)(N2)(S1)(S2)을 스테이터(2) 코어의 각 자극부(23A∼23D),(24A∼24D)와 축방향으로 대향시키는 것에 의해 각 로터(3N)(3S)의 자극(N1)(N2)(S1)(S2)을 평탄면에 형성할 수 있어 자속을 용이하게 균일화할 수 있다. 또 스테이터(2)를 축방향으로 짧게할 수 있기 때문에 자로 전 길이가 작아져 철손이 감소하고, 누설자속을 적게 할 수 있다.

따라서 특성이 향상되고 소형의 회전전기를 용이하게 제작할 수 있는 것으로 이 회전전기를 발전기에 이용함으로써 각 코일의 유도 기전력이 왜곡되지 않고 안정된 발전출력을 얻을 수 있다. 또 이 회전전기를 전동기에 이용함으로써 로터가 원활하게 회전되는 소형의 전동기를 제공할 수 있다.

Claims

회전축과 이 회전축의 외주를 둘러싸도록 배치되는 스테이터와, 상기 스테이터를 사이에 두고 양측에 회전축과 일체로 마련되는 한쌍의 로터로 구성되어있고,

한쪽의 로터는 여러개의 N극성의 자극을 갖추고, 다른쪽의 로터는 같은 수의 S극성의 자극을 갖추고, 각 로터의 각 자극은 스테이터를 중간에 개재시켜 축방향으로 서로 대향하도록 각각 등각도위치에 배치하며,

상기 스테이터는 하나의 로터 자극수의 2배에 상당하는 수의 코어와 각 코어마다 그 양단에 형성한 자극부와 각 코어에 감긴 코일을 갖추며, 양단의 각 자극부는 각 로터의 각 자극과 에어캡을 통해 대향하도록 등각도위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전전기.
청구항 1의 회전전기가 이용된 발전기로서, 상기 회전축에 회전구동력을 부여하여 로터를 회전시킴으로써 상기 스테이터의 각 코일에 톱니모양의 유도 기전력을 발생시키고 또한 각 코일의 유도 기전력을 합성하여 발전출력으로 외부에 발생하도록 한 것을 특징으로 하는 발전기.
청구항 1의 회전전기가 이용된 전동기로서, 상기 스테이터의 각 코일에 정역 교호 통전함으로써 각 코어의 양단의 자극부와 각 로터의 각 자극 사이에 척력 및 흡인력을 동시에 발생시켜 회전축을 회전구동하도록 한 것을 특징으로 하는 전동기.
제 3항에 있어서,

상기 스테이터는 각 코어 양단의 자극부에서 생성되는 자속분포가 중심선에 대해 비대칭이 되도록 각 자극부의 양단부가 이형으로 형성되어있는 것을 특징으로 하는 전동기.