KR20080014801A - 모터 및 그의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 모터(100)는 원주방향으로 교호로 배치되는 S극과 N극을 갖는 영구 자석(12)을 구비하는 회전자(10); 고정자 자극이 원주방향 및 반경방향 모두로 시프트되는 방식으로 원주방향으로 배열된 복수의 고정자 자극(53, 54, 55, 56, 57, 58, 59)을 각각 구비하는 7개의 고정자 자극; 및 원주방향으로 형성되고, 축방향을 따라 각 고정자 자극에 인접하는 위치에 배열되는 복수의 루프형 권선(41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52)을 포함한다.

모터, 영구자석, 회전자, 고정자, 자극, 권선, 제어장치, 전기각, 위상

Description

모터 및 그의 제어장치{MOTOR AND CONTROL DEVICE THEREOF}

본 발명은 자동차나 트럭 등에 탑재되는 모터 및 그의 제어장치에 관한 것이다.

종래, 고정자 자극에 각 상의 권선이 집중적으로 권선된 브러시리스 모터는 공지되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 도 141은 이와 같은 종래의 브러시리스 모터의 개략적인 구성을 나타낸 종단면도이다. 또한, 도 143은 도 141의 A1-A1선의 단면도이다. 이들 도면에서는, 4극 6슬롯 형의 브러시리스 모터를 나타내고 있고, 고정자의 권선 구조는 소위 집중 권선이며, 각 고정자 자극에는 각 상의 권선이 집중적으로 권선되어 있다. 또한, 도 142에는 고정자를 원주방향으로 1주(周) 전개한 상태에서, U, V, W 등의 권선의 배치 관계를 나타낸 것이다. 가로축은 전기각으로 표현된 것으로, 1주(周)에서 720°로 되어 있다. 회전자(2)의 표면에는 N극의 영구자석과 S극의 영구자석이 원주방향으로 교호로 배치되어 있다. 고정자(4)에서, U상의 고정자 자극(TBU1, TBU2) 각각에는 U상 권선(WBU1, WBU2)이 권선되어 있다. 유사하게, V상의 고정자 자극(TBV1, TBV2) 각각에는 V상 권선(WBV1, WBV2)이 권선되어 있다. W상의 고정자 자극(TBW1, TBW2) 각각에는 W상 권선(WBW1, WBW2)이 권선되어 있다. 이와 같은 구조를 갖는 브러시리스 모터는 현재 산업용, 가전용에 널리 사용되고 있다.

또한, 도 144는 다른 고정자의 구성을 나타내는 횡단면도이다. 도 144에 나타낸 고정자는 24슬롯의 구성이고, 4극의 모터의 경우에는 분포된 권선이 가능하며, 고정자의 원주방향 기자력 분포를 비교적 완만한(smooth) 정현파(正弦波) 형태로 형성할 수 있기 때문에, 브러시리스 모터, 권선계자형 동기전동기, 유도전동기 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 릴럭턴스 토크(reluctance torque)를 활용하는 동기식 릴럭턴스 모터 및 릴럭턴스 토크 응용의 각종 모터나 유동전동기 등의 경우, 고정자에 의해 더욱 정밀한 회전 자계의 생성이 요구되기 때문에, 도 144에 나타낸 분포된 권선의 구조가 적절하다.

특허 문헌1: 일본 특개평6-261513호 공보(제3항, 도 1 - 3)

그러나, 도 141, 도 142, 도 144 및 특허 문헌1에 개시된 종래의 브러시리스 모터는 모터 권선을 고정자 자극마다 권선할 필요가 있기 때문에, 구조가 복잡하다. 또한, 모터 권선을 슬롯의 후방에 배치할 필요가 있기 때문에, 모터 권선의 권선에 대한 생산성이 저하하는 문제가 있었다. 또한, 이러한 구조로부터는 소형화, 고효율화, 저비용화가 곤란한 문제가 있었다. 더욱이, 고정자의 돌출 자극(突極)은 전기각 360도의 범위에서 3개밖에 없는 구조이기 때문에, 고정자에서 발생하는 기자력을 정현파 형태로 생성하고 회전자계를 정밀하게 생성하는 것이 곤란하고, 동기식 릴럭턴스 모터나 릴럭턴스 토크 응용의 각종 모터 또는 유도전동기 등으로의 적용이 곤란한 문제가 있다.

또한, 도 144에 나타낸 분포된 권선이 가능한 고정자 구조의 경우에는 고정자의 기전력 분포를 완만한 정현파 형태로 생성할 수 있지만, 슬롯의 개구부로부터 권선을 삽입할 필요가 있기 때문에, 권선의 점적율(space factor)이 낮아짐과 동시에, 코일 단부(coil end)의 축방향 길이가 길어지기 때문에, 모터의 소형화가 곤란한 문제점이 있다. 또한, 권선의 생산성이 저하하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 창작한 것으로, 그 목적은 권선 구조가 단순하고 생산성을 향상시킬 수 있으며, 소형화, 고효율화, 저비용화가 가능한 모터 및 그 모터를 제어하는 제어장치를 제공하는 데 있다.

상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군(群)을 갖는 회전자; 상(相)마다 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 (N+1)개의 고정자 자극 군; 및 각 상의 고정자 자극 군 사이에서 축방향을 따라 배치되고, 축방향 양단에 동일 상이 배치되는 2N개의 루프(loop)형 권선을 포함한다.

또한, 상기한 (N+1)개의 고정자 자극 군 각각은 전기각 위치가 순차적으로 변화하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 각 루프형 권선의 전류가 생성하는 기자력에 의해 모터 토크를 효과적으로 발생시킬 수 있다.

또한, 전기각이 서로 약 180° 다른 2개의 상에 대응하는 고정자 자극 군이 인접하도록 (N+1)개의 고정자 자극 군 각각이 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 회전자와 고정자가 대향하는 에어갭부(air gap portion)에서 고정자 자극 형상의 면적을 넓고 크게 할 수 있고, 회전자로부터 권선으로 쇄교(鎖交; interlinkage)하는 자속을 크게 할 수 있으며, 발생 토크를 증대시킬 수 있다.

또한, 전기각이 서로 약 180° 다른 2개의 상에 대응하는 고정자 자극 군을 하나의 세트(set)로 할 때, 인접하는 두 세트 각각에 포함되어 서로 인접하는 고정자 자극 군의 전기각의 위상차가 최소로 되도록 (N+1)개의 고정자 자극 군 각각이 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 이들의 사이에서 통전(通電)되는 전류를 최소로 할 수 있으며, 구리 손실(copper loss)을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기한 (N+1)개의 고정자 자극은 양단에 위치하는 2개의 고정자 자극에 있어서의 회전자에 대향하는 면의 회전자 샤프트 방향의 폭의 합은 이 이외의 각각의 고정자 자극의 회전자의 대향하는 면의 회전자 샤프트 방향의 폭과 동일하게 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 축방향 양단의 동일 상의 고정자 자극의 전자기적 작용과 다른 상의 전자기적 작용이 동등하게 된다.

또한, 본 발명의 제2 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 갖는 회전자; 상마다 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 N개의 고정자 자극 군; 및 각 상의 고정자 자극 군의 양측에서 축방향을 따라 배치되고, 축방향 양단에 동일 상이 배치되는 2N개의 루프형 권선을 포함한다.

또한, 회전자 샤프트 방향으로 인접하는 2개의 고정자 자극에 의해 형성되는 슬롯 내에 배치된 복수의 루프형 권선을 1개의 루프형 권선으로 통합하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 할 경우, 루프형 권선은 단순화되고, 복수의 전류의 산출적인 합의 전류는 공통의 권선으로 통전되며, 권선 내의 전류는 균일화되기 때문에 구리 손실을 감소시킬 수 있다. 특히, 복수의 권선에 정(포지티브)의 전류와 부(네거티브)의 전류가 흐르는 타이밍에서는 두 전류가 상쇄되기 때문에 통전 전류를 대폭 감소시킬 수 있다.

또한, 회전자 샤프트 방향에 따른 양단 각각에 배치되는 2개의 고정자 자극의 더 외측에 배치되는 루프형 권선을 제거하는 것이 바람직하다. 이러한 권선의 제거에 의하여 모터를 단순화할 수 있다.

또한, 상기한 고정자 자극의 회전자에 대향하는 면의 면적은 회전자의 원주방향을 따라서 정현파 형태의 면적 분포 또는 정현파에 가까운 면적 분포로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라 토크를 증가시키고, 토크 리플(torque ripple)을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기한 고정자 자극의 회전자에 대향하는 면은 회전자 샤프트를 따라서 인접하는 고정자 자극의 간격보다도 회전자 샤프트 방향 폭이 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 많은 자속이 고정자 자극을 통과하는 형상으로 이루어짐으로써 모터 토크 정수를 증가시킬 수 있다.

또한, 임의의 X상의 고정자 자극 군을 통과하는 자속의 총합을

x, 이 자속

x의 회전 변화율을 d

x/dθ, 이 고정자 자속과 회전자 자극 사이의 에어갭부에서 작용하는 기자력 또는 권선 전류를 Ix, 권선 턴수를 WTx, 이들의 곱 d

x/dθ×Ix×WTx으로 산출되는 발생 토크 성분을 Tx로 하고, 다른 임의의 Y상의 고정자 자극 군을 통과하는 자속의 총합을

y, 이 자속

y의 회전 변화율을 d

y/dθ, 이 고정자 자극과 회전자 자극 사이의 에어갭부에서 작용하는 기자력 또는 권선 전류를 Iy, 권선 턴수를 WTy, 이들의 곱 d

y/dθ×Iy×WTy으로 산출되는 발생 토크 성분을 Ty로 할 경우, 고정자 자극과 회전자 자극의 대향 면적에 의해 결정되는 자속

x,

y, 권선 전류 Ix, Iy, 및 권선 턴수 WTx, WTy 중 둘 이상이 X상의 고정자 자극과 Y상의 고정자 자극에서 다른 값이고, 각각의 고정자 자극에 대향하는 발생 토크 성분 Tx, Ty는 동일한 것이 바람직하다. 이에 따르면, 모터 커버나 피구동측 기구 등의 경우에서, 고정자 자극의 형상을 변형시킬 필요가 있을 경우, 자속

x, 전류 Ix 및 권선의 턴수 WTx에서 얻어지는 최종적인 전자기 작용을 변화시키지 않고, 개개의 파라미터를 변경할 수 있다.

또한, 상기한 각 상의 고정자 자극은 회전자 샤프트 방향으로 K개 분할되고, 각 상의 K개의 고정자 자극 각각의 회전자 샤프트 방향에 따른 양측 또는 일측에는 동일한 상의 K개의 루프형 권선이 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 원주방향의 기자력 분포를 스무스하게 하고, 보다 정현파에 가까운 분포로 할 수 있으며, 모터를 더욱 스무스하게 구동시킬 수 있다.

또한, 회전자 샤프트 방향에 인접하는 고정자 자극에 의해 형성되는 슬롯에는 다른 위상의 전류가 통전되는 복수의 루프형 권선이 권선되어 합성 전류를 얻을 수 있고, 슬롯에 권선된 복수의 루프형 권선 각각의 턴수는 각각에 흐르는 전류 벡터와 각각의 턴수의 곱의 합계가 합성 전류의 벡터에 일치하도록 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 각 위상의 고정자 자극 군에 대하여 적은 상 개수의 전류 원(current source)으로 각 상 이상의 수의 전류 위상을 생성할 수 있고, 보다 완만한 모터 구동을 실현할 수 있다.

또한, 상기한 루프형 권선끼리의 결선(wire connection)에서, 전기각적으로 동일한 위상의 루프형 권선끼리에 대해서는 직렬 접속하고, 전기각적으로 거의 180°위상의 다른 루프형 권선끼리에 대해서는 반대 방향으로 직렬 접속하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 보다 적은 전류 원으로 모터 구동을 실현할 수 있기 때문에, 모터의 배선을 단순화할 수 있고, 구동 정치도 단순화할 수 있다.

또한, 상기한 회전자는 표면 또는 내부의 일부에 영구 자석이 배치되고, 적어도 표면의 일부는 연자성체로 구성되는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 릴럭턴스 토크도 얻을 수 있는 각종 형상의 회전자를 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 상기한 회전자는 하나의 회전자 자극에서 다른 회전자 자극으로 향하는 방향으로 좁고 긴 공극 또는 비자성체나 영구 자석을 복수 배치하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 동기식 릴럭턴스 모터를 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 상기한 회전자는 자기적으로 연자성체의 원주방향 돌출 자극으로 자극이 구성되는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 릴럭턴스 모터를 용이하게 구성할 수 있다.

또한, 상기한 회전자는 유전 전류가 통전될 수 있는 권선을 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 유도 토크를 얻을 수 있다.

또한, 상기한 고정자 자극이 회전자에 대향하는 면의 면적은 회전자의 원주 방향을 따라서 정현파 형태의 면적 분포 또는 정현파에 가까운 면적 분포로 이루어지고, 3상의 고정자 자극이 구비되는 경우에, 자극 쌍의 개수 Pn와 고정자 자극의 개수 Nss는 Nss=3×Pn의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 또는 상기한 고정자 자극이 내경측에 배치되고, 회전자가 외측에 배치된 소위 아우터 로터(outer rotor) 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 고정자 자극과 상기 회전자는 상대적으로 축방향을 따라서 배치된 소위 축방향 간극형 모터(axial gap motor)형 모터 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 모터는 상기한 모터를 포함하는 2개 이상의 모터를 복합화하여 조합시킴으로써 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 모터를 포함하는 2개 이상의 모터를 복합화하여 구성함으로써, 모터 내부의 스페이스를 효과적으로 활용할 수 있고, 모터 구성부재의 공용 등도 가능하다. 2개의 모터를 1개의 모터에 복합화함으로써, 이들 모터를 사용한 시스템의 소요 스페이스를 감소시킬 수 있다. 또한, 모터 내부의 통전 전류가 언밸런스하여 모터의 회전자 샤프트 방향으로 기자력이 발생하는 경우는, 2개의 모터에서 발생하는 샤프트 방향 기자력이 상쇄되도록 배치하여, 결과적으로 복합화된 모터의 샤프트 방향 기자력을 없앨 수 있다.

또한, 상기한 회전자는 고정자 자극에 대향하는 면의 적어도 일부가 연자성체로 구성되고, 표면 또는 내부에 회전자 샤프트 방향 또는 반경방향으로 자속을 유도하는 연자성체의 자기 경로(megnetic path)를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라 고정자의 각 상의 회전자 샤프트 방향으로 교차하는 고정자 자기경로를 작게 할 수 있다.

또한, 상기한 회전자는 고정자 자극에 대향하는 면의 적어도 일부가 연자성체로 구성되고, 내부에 자속의 회전방향 자유성을 제한하는 공극부 또는 비자성체부를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 회전자 자속의 회전방향 위치 의존성을 높일 수 있다.

또한, 규칙적으로 배열된 고정자 자극의 일부 또는 회전자 자극의 일부가 제거되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제거된 부분을 모터 강도의 보강이나 전류, 전압, 자속 등의 센서의 배치 또는 권선 취출구의 공간으로서 사용할 수 있다.

또한, 상의 개수를 N, 자극 쌍의 개수를 Pn(자극 개수는 2×Pn)으로 설정하고, 고정자 자극의 개수가 S×Pn으로 이루어지는 구성에서 일부의 고정자 자극을 제거하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 고정자 자극 간의 누설 자속을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제3 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다에 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 P개의 고정자 자극 군; 각 상의 상기 고정자 자극 군 사이에서 축방향을 따라 배치되는 Q개의 루프형 권선을 포함하고, 상기 Q개의 루프형 권선 각각에 개별의 전류가 통전되도록 모터의 입력선이 구비되는 것을 특징으로 한다(여기에서, P=(N+1)에서 Q=2N, P=N에서 Q=2(N-1), P=(N+1)에서 Q=N 또는 P=N에서 Q=(N-1)이며, N은 3 이상의 정(正)의 정수로 함).

본 발명의 제4 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다에 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 P개의 고정자 자극 군; 각 상의 상기 고정자 자극 군 사이에서 축방향을 따라 배치되는 Q개의 루프형 권선을 포함하고, Q개의 고정자 권선 내에 2개 이상의 고정자 자극 군을 개재시켜 배치된 두 권선에 동일한 전류가 역방향으로 통전되는 것을 특징으로 한다(여기에서, P=(N+1)에서 Q+2N, 또는 P=N에서 Q=2(N-1)이며, N은 3 이상의 정의 정수로 함).

본 발명의 제5 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다에 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 P개의 고정자 자극 군; 각 상의 상기 고정자 자극 군 사이에서 축방향을 따라 배치되는 Q개의 루프형 권선을 포함하는 것을 특징으로 한다(여기에서, P=(N+1)에서 Q=N 또는 P=N에서 Q=(N-1)이며, N은 3 이상의 정의 홀수로 함).

본 발명의 제6 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다에 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 (N+1)개의 고정자 자극 군; 각 상의 상기 고정자 자극 군 사이에서 축방향을 따라 배치되는 N개의 루프형 권선을 포함하고, 상기 N개의 권선은 스타 결선되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다에 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 N개의 고정자 자극 군; 각 상의 상기 고정자 자극 군 사이에서 축방향을 따라 배치되는 (N-1)개의 루프형 권선을 포함하고, 상기 (N-1)개의 권선은 스타 결선되고, 상기 스타 결선의 중심 접속부도 모터의 입력부로서 N개의 입력선으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다에 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 4개의 고정자 자극 군을 포함하고, 양단의 고정자 자극 군의 내측에는 각각 턴수 Nw의 루프형 권선이 배치되고, 중앙의 2개의 고정자 자극 군 사이에는 턴수 Nw/2의 2개의 루프형 권선이 배치되며, 이들 4개의 권선은 스타 결선되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다에 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 4개의 고정자 자극 군을 포함하고, 양단의 고정자 자극 군의 내측에는 각각 턴수 Nw의 루프형 권선이 배치되고, 중앙의 2개의 고정자 자극 군의 사이에는 턴수 Nw/2/의 루프형 권선이 배치되며, 이들 3개의 권선은 스타 결선되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다에 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 (N+1)개의 고정자 자극 군을 포함하고, 이들 고정자 자극 군 중 전기각이 서로 약 180°다른 2개의 상에 대응하는 상기 고정자 자극 군이 인접하도록 배치되고, 각 상의 상기 고정자 자극 군의 사이에는 N개의 루프형 권선이 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제11 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다에 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 N개의 고정자 자극 군을 포함하고, 상기 N개의 고정자 자극 군의 배치순서는 전기각적 위상의 순서에서 1개씩 걸러 배열되는 순서로 이루어지고, 각 상의 상기 고정자 자극 군의 사이는 각 루프형 권선이 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제12 관점에 따른 모터는 6개의 고정자 자극 군을 갖는 모터로서, 전기각적으로 1, 3, 5상의 고정자 자극 군의 제1 구성부 및 전기각적으로 제2, 4, 6상의 고정자 자극 군의 제2 구성부가 회전자 샤프트 방향으로 배치되고, 상기 제1, 3, 5상의 고정자 자극 군 사이에 루프형 권선이 배치되고, 상기 제2, 4, 6상의 고정자 자극 군 사이에 루프형 권선이 배치되고, 각 고정자 자극 군에 대향하는 각 회전자 자극이 배치되며, 상기 제1 구성부와 제2 구성부 사이에 또는 이들 고정자 자극 군에 대향하는 2쌍의 회전자 자극 군 사이 중 적어도 하나는 공극 또는 비자성체에 의해 자기적으로 분리되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제13 관점에 따른 모터는 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다에 복수의 고정자 자극이 원주 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 N개의 고정자 자극 군을 포함하고, 상기 N개의 고정자 자극 군의 배치 순서는 전기각적 위상의 순서에서 2개씩 걸러 배열되는 순서로 이루어지고, 각 상의 상기 고정자 자극 군의 사이에는 각 루프형 권선이 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 이 외에도 다양한 구성의 모터 및 그의 제어장치를 제공하고, 이들은 이하에서 설명하는 실시예 및 첨부 도면에 의해 명확해진다.

[발명의 효과]

본 발명에 따르면, 권선 구조가 단순하고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 소형화, 고효율화, 저비용화가 가능한 모터 및 그 모터를 제어하는 제어장치를 제공할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 제1의 모터에 있어서는, 상기와 같은 구성으로 함으로써 고정자의 원주방향 기자력 분포를 비교적 완만한 정현파 형태로 형성할 수 있기 때문에, 진동이나 소음이 적은 고품질의 모터를 실현할 수 있다. 또한, 루프형 권선이기 때문에, 모터의 권선이 단순하고 제작성이 뛰어난 모터로 이루어질 수 있다.

본 발명의 제2의 모터는, 양단의 고정자 자극 군의 일단의 고정자 자극 군을 타단의 고정자 자극 군에 인접한 위치로 이동시킨 구성이고, 동일 상의 양단의 고정자 자극 군을 일측으로 집중시킴으로써 모터 구성을 단순화할 수 있다.

도 1은 루프형 권선을 구비하는 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 2는 도 1에 나타낸 회전자의 표면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면.

도 3은 도 1에 나타낸 고정자의 개략적인 구성을 나타낸 횡단면도.

도 4는 도 1에 나타낸 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면.

도 5는 도 1에 나타낸 고정자의 권선 중 하나를 나타내는 정면도 및 측면도.

도 6은 도 1에 나타낸 각 루프형 권선을 원주방향으로 직선 전개한 도면.

도 7은 도 6에 나타낸 권선을 2개씩 통합한 도면.

도 8은 도 1에 나타낸 고정자 자극과 권선의 관계를 나타낸 도면.

도 9는 도 1에 나타낸 모터의 전류, 전압 및 토크의 관계를 나타낸 도면.

도 10은 도 1에 나타낸 모터의 고정자 자극의 내주면 형상의 변형예를 나타 내는 도면.

도 11은 도 1에 나타낸 모터의 고정자 자극의 내주면 형상의 변형예를 나타내는 도면.

도 12는 도 1에 나타낸 모터의 고정자 자극의 내주면 형상의 변형예를 나타내는 도면.

도 13은 도 1에 나타낸 모터의 고정자 자극의 내주면 형상의 변형예를 나타내는 도면.

도 14는 영구자석을 내장하는 각종 회전자의 횡단면도.

도 15는 영구자석을 내장하는 각종 회전자의 횡단면도.

도 16은 영구자석을 내장하는 각종 회전자의 횡단면도.

도 17은 영구자석을 내장하는 각종 회전자의 횡단면도.

도 18은 돌출 자극형의 자극을 구비하는 릴럭턴스 모터의 회전자 열을 나타내는 횡단면도.

도 19는 유도전동기의 회전자의 개략적인 구성을 나타내는 횡단면도.

도 20은 2상, 3상, 4상, 5상, 6상, 7상의 각 벡터를 나타내는 도면.

도 21은 6상의 고정자 자극과 6상의 권선을 구비한 일 실시예의 모터를 나타내는 도면.

도 22는 도 21에 나타낸 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면으로, 각 루프형 권선의 배치를 부가하고, 하부에 회전자 외주 표면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면을 부가한 도면.

도 23은 도 21에 나타낸 모터의 각 부분의 횡단면도.

도 24는 3상 2극의 동기식 릴럭턴스 모터를 나타내는 횡단면도.

도 25는 동기식 릴럭턴스 모터를 d-q축 좌표로 표시한 전류와 자속의 벡터도.

도 26은 6상의 루프형 권선을 구비하며, 축방향으로 무한하게 긴 모터 모델의 고정자의 종단면도.

도 27은 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면으로, 각 루프형 권선의 배치를 부가한 예를 나타내는 도면.

도 28은 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면으로, 각 루프형 권선의 배치를 부가한 예를 나타내는 도면.

도 29는 도 28에 나타낸 고정자의 일부를 나타내는 종단면도.

도 30은 도 27, 도 28에 나타낸 권선의 각 전류를 표시하는 벡터도.

도 31은 도 21에 나타낸 모터의 고정자 코어와 권선을 나타낸 확대도.

도 32는 벡터의 합성을 나타내는 도면.

도 33은 합성된 벡터로 구성되는 6상의 벡터를 나타내는 도면.

도 34는 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면으로, 각 루프형 권선의 배치를 부가한 예를 나타내는 도면.

도 35는 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면으로, 각 루프형 권선의 배치를 부가한 예를 나타내는 도면.

도 36은 각 고정자 자극을 통과하는 자속의 회전 변화율의 예를 나타내는 도 면.

도 37은 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면으로, 각 루프형 권선의 배치를 부가한 예를 나타내는 도면.

도 38은 고정자 자극 형상의 예를 나타내는 종단면도.

도 39는 고정자 자극의 내경측 형상의 각종 예를 나타내는 도면.

도 40은 고정자 자극 형상 및 회전자 자극 형상의 예를 나타내는 횡단면도.

도 41은 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면으로, 각 루프형 권선의 배치를 부가한 예를 나타내는 도면.

도 42는 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면으로, 각 루프형 권선의 배치를 부가한 예를 나타내는 도면.

도 43은 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면으로, 각 루프형 권선의 배치를 부가한 예를 나타내는 도면.

도 44는 도 43에 나타낸 권선의 전류를 표시하는 벡터도.

도 45는 도 43에 나타낸 권선의 각 전류를 표시하는 벡터도.

도 46은 도 1에 나타낸 모터의 각 권선의 전류, 전압, 권선의 결선 관계를 나타내는 도면.

도 47은 도 46에 나타낸 권선의 전류와 전압의 관계를 벡터로 표시하는 도면.

도 48은 도 46에 나타낸 권선, 전류, 전압을 표시하는 도면.

도 49는 도 1에 나타낸 모터의 권선을 도 7에 나타낸 권선으로 변경한 모터 의 전류, 전압, 권선의 결선 관계의 예를 나타내는 도면.

도 50은 도 1에 나타낸 모터의 권선을 도 7에 나타낸 권선으로 변경한 모터의 전류, 전압, 권선의 결선 관계의 예를 나타내는 도면.

도 51은 도 50에 나타낸 권선의 전류와 전압의 관계를 벡터로 표시하는 도면.

도 52는 도 50에 나타낸 권선, 전류, 전압을 나타내는 도면.

도 53은 도 50에 나타낸 권선과 3상 인버터의 접속 관계를 나타내는 도면.

도 54는 도 21에 나타낸 권선의 접속과 3상 인버터의 접속 관계를 나타내는 도면.

도 55는 도 35에 나타낸 권선의 접속과 3상 인버터의 접속 관계를 나타내는 도면.

도 56은 도 28에 나타내는 권선의 접속과 3상 인버터의 접속 관계를 나타내는 도면.

도 57은 도 17에 나타낸 회전자에 유도 권선을 부가한 도면.

도 58은 고정자측의 1차 권선과 회전자측의 2차 권선 모두가 루프형 권선으로 구성되는 유동 전동기의 구성을 나타내는 종단면도.

도 59는 회전자가 외경측에 배치된 아우터 모터형의 모터의 종단면도.

도 60은 고정자와 회전자가 상대적으로 회전자 샤프트 방향으로 배치된 축방향 간극형 모터를 나타내는 종단면도.

도 61은 도 60에 나타낸 고정자 자극 형상과 각 루프형 권선의 배치를 부가 한 횡단면도.

도 62는 도 60에 나타낸 회전자를 나타내는 횡단면도.

도 63은 2개의 모터를 조합시킨 본 발명의 모터의 종단면도.

도 64는 도 63에 나타낸 고정자의 내주면 형상을 원주방향으로 직선 전개한 도면으로, 각 루프형 권선의 배치를 부가한 예를 나타내는 도면.

도 65는 회전자 내부에 축방향 자기 경로를 갖는 회전자의 횡단면도.

도 66은 적층된 전자기 강판의 형상 예를 나타내는 도면.

도 67은 회전자 자극의 연자성체부에 자속의 회전방향 자유성을 제한하는 공극부를 갖는 회전자의 예를 나타내는 도면.

도 68은 고저자 자극 사이의 거리를 크게 해서 고정자 자극 사이의 누설 자속을 감소시킨 고정자의 예를 나타내는 도면.

도 69는 고정자 자극 사이의 거리를 크게 해서 고정자 자극 사이의 누설 가속을 감소시킨 고정자의 예를 나타내는 도면.

도 70은 고정자 자극 사이의 거리를 크게 해서 고정자 자극 사이의 누설 가속을 감소시킨 고정자의 예를 나타내는 도면.

도 71은 루프형 권선을 갖는 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 72는 도 71의 전류, 전압의 벡터를 나타내는 도면.

도 73은 루프형의 권선을 갖는 3상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 74는 도 73의 전류, 전압의 벡터를 나타내는 도면.

도 75는 도 73에 나타낸 모터의 고정자 자극의 횡단면 형상을 나타내는 도 면.

도 76은 도 3에 나타낸 모터의 권선의 형상과 와전류를 나타내는 도면.

도 77은 루프형의 권선을 갖는 5상의 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 78은 도 77의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 79는 도 77의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 80은 루프형의 권선을 갖는 5상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 81은 도 80의 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 82는 도 80의 모터의 권선을 스타 결선한 권선 결선도.

도 83은 루프형의 권선을 갖는 5상의 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 84는 도 83의 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 85는 도 83의 모터의 권선을 스타 결선한 권선 결선도.

도 86은 루프형의 권선을 갖는 5상의 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 87은 도 83의 모터의 전류 파형을 나타내는 도면.

도 88은 도 83의 모터의 권선의 전압 파형을 나타내는 도면.

도 89는 도 83의 모터의 권선을 스타 결선한 경우의 각 단자의 전압 파형을 나타내는 도면.

도 90은 루프형의 권선을 갖는 5상의 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도 면.

도 91은 도 90의 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 92는 도 90의 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 93은 도 90의 모터의 권선을 스타 결선과 델타 결선한 권선 결선도.

도 94는 도 93의 모터의 전류 파형을 나타내는 도면.

도 95는 도 93의 모터의 권선의 전압 파형을 나타내는 도면.

도 96은 도 93의 모터의 권선을 스타 결선한 경우의 각 단자의 전압 파형을 나타내는 도면.

도 97은 루프형 권선을 갖는 5상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 98은 도 97에 나타내는 모터의 고정자 자극의 횡단면 형상을 나타내는 도면.

도 99는 루프형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 100은 도 99의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 101은 도 99의 모터의 권선을 스타 결선한 권선 결선도.

도 102는 루프형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 103은 도 102의 모터의 권선을 스타 결선한 권선 결선도.

도 104는 루프형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 105는 도 104의 모터의 권선을 스타 결선한 권선 결선도.

도 106은 루프형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 107은 도 106의 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 108은 루프형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 109는 도 108에 나타낸 모터의 고정자 자극의 횡단면 형상을 나타내는 도면.

도 110은 도 108의 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 111은 도 108의 모터의 권선을 스타 결선하고, 3상 권선화한 권선 결선도.

도 112는 도 108의 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 113은 도 108의 모터의 권선을 스타 결선하고, 3상 권선화한 권선 결선도.

도 114는 도 35의 6상 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 115는 도 35의 모터의 권선을 스타 결선한 권선 결선도.

도 116은 도 35의 모터의 전류 파형을 나타내는 도면.

도 117은 도 35의 모터의 권선의 전압 파형을 나타내는 도면.

도 118은 도 35의 모터의 권선을 스타 결선한 경우의 각 단자의 전압 파형을 나타내는 도면.

도 119는 위상을 상대적으로 30°위상 시프트한 3상 2 세트의 벡터도.

도 120은 도 119의 모터의 권선을 스타 결선한 권선 결선도.

도 121은 루프형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 122는 루프형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 123은 루프형 권선을 갖는 6상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 124는 루프형 권선을 갖는 6상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 125는 루프형 권선을 갖는 6상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 126은 도 125의 6상 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 127은 도 125의 6상 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 128은 루프형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 129는 도 128의 6상 모터의 전류의 벡터를 표시하는 도면.

도 130은 루프형 권선을 갖는 4상 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 131은 4극 릴럭턴스 모터의 회전자의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 132는 도 131의 회전자에 사용되는 전자기 강판의 형상을 나타내는 도면.

도 133은 도 131의 회전자에 영구 자석을 배치한 구성을 나타내는 도면.

도 134는 고정자 자극을 원주방향으로 시프트한 구성을 나타내는 도면.

도 135는 반경방향으로 요철인 고정자 자극 형상 및 회전자 자극 형상을 나타내는 도면.

도 136은 고정자의 권선의 파이프형 권선을 사용하는 예의 도면.

도 137은 모터의 각 권선을 개별적으로 구동하는 제어장치의 구성예를 나타내는 도면.

도 138은 5상 모터의 권선 구성과 그의 제어장치를 나타내는 도면.

도 139는 5상의 모터의 권선 구성과 그의 제어장치를 나타내는 도면.

도 140은 5상의 모터의 권선 구성과 그의 제어장치를 나타내는 도면.

도 141은 종래의 브러시리스 모터의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 142는 종래의 브러시리스 모터의 고정자 자극과 권선의 관계를 나타내는 고정자의 전개도.

도 143은 도 141의 A1-A1선 단면도.

도 144는 종래의 동기식 릴럭턴스 모터의 횡단면도.

이하, 본 발명을 적용한 일 실시예의 모터에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 관한 모터에 있어서 종래 공지된 기본적인 구성을 설명하고, 그 위에 본 발명에 특유한 특징을 제공하는 구성을 설명하는 것으로 한다.

도 1은 본 실시예에 관한 모터로서의 브러시리스 모터의 기본적인 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 브러시리스 모터(150)는 3상 교류로 작동하는 8극 모터이고, 회전자 샤프트(111), 영구 자석(112) 및 고정자(114)를 포함하여 구성된다.

회전자(110)는 표면에 배치된 복수의 영구 자석(112)을 구비한다. 이들 영구 자석(112)은 회전자(110) 표면을 따라 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된다. 도 2는 회전자(110)의 원주방향 전개도이다. 가로축은 기계각을 표시하고, 기계각에서 360°의 위치는 전기각에서 1440°이다.

고정자(114)는 각각 4개의 U상 고정자 자극(119), V상 고정자 자극(120), W상 고정자 자극(121)을 구비한다. 각 고정자 자극(119, 120), 121)은 회전자(110) 에 대하여 돌출 자극 형상을 갖는다. 도 4는 회전자(110)측으로부터 바라본 고정자(114)의 내주측 형상의 전개도이다. 4개의 U상 고정자 자극(119)은 동일 원주상에 등간격으로 배치된다. 유사하게, 4개의 V상 고정자 자극(120)은 동일 원주상에서 등간격으로 배치된다. 4개의 U상 고정자 자극(119)을 U상 고정자 자극 군, 4개의 V상 고정자 자극(120)을 V상 고정자 자극 군, 4개의 W상 고정자 자극(121)을 W상 고정자 자극 군으로 칭한다. 또한, 이들 각 고정자 자극 군 중에서, 축방향을 따라 단부에 배치되는 U상 고정자 자극 군과 W상 고정자 자극 군을 단부 고정자 자극 군, 이 외의 V상 고정자 자극 군을 중간 고정자 자극 군으로 칭한다.

또한, U상 고정자 자극(119), V상 고정자 자극(120), W상 고정자 자극(121) 각각은 서로 축방향 위치와 원주방향 위치가 오프셋(offset)된다. 구체적으로, 각 고정자 자극 군은 상대적으로 기계각에서 30°, 전기각에서 120°의 위상차가 되도록 서로 원주방향으로 오프셋되어 배치된다. 도 4에 나타낸 파선은 대향하는 회전자(110)의 각 영구 자석(112)을 나타낸 것이다. 동일 자극의 회전자 자극(N극의 영구 자석(112)끼리 또는 S극의 영구 자석(112)끼리)의 피치는 전기각에서 360°이고, 동일 상의 고정자 자극의 피치도 전기각에서 360°이다.

고정자(114)의 U상 고정자 자극(119), V상 고정자 자극(120), W상 고정자 자극(121) 각각의 사이에는 U상 권선(115), V상 권선(116, 117), W상 권선(118)이 배치된다. 도 6은 각 상의 권선의 원주방향 전개도를 나타내는 도면이다. U상 권선(115)은 U상 고정자 자극(119)과 V상 고정자 자극(120) 사이에 배치되고, 원주방향을 따라서 루프형상을 형성한다. 회전자 샤프트(111)측으로부터 바라볼 경우, 시 계회전방향의 전류를 정(正)으로 할 경우(다른 상의 상 권선에 대해서도 동일하게 함), U상 권선(115)에서 흐르는 전류(Iu)는 부(-Iu)로 된다. 유사하게, V상 권선(116)은 U상 고정자 자극(119)과 V상 고정자 자극(120) 사이에 배치되고, 원주방향을 따라 루프형상으로 형성된다. V상 권선(116)에서 흐르는 전류(Iv)는 정(+Iv)으로 된다. V상 권선(117)은 V상 고정자 자극(120)과 W상 고정자 자극(121) 사이에 배치되고, 원주방향을 따라 루프형상을 형성한다. V상 권선(117)에서 흐르는 전류(Iv)는 부(-Iv)로 된다. W상 권선(118)은 V상 고정자 자극(120)과 W상 고정자 자극(121) 사이에 배치되고, 원주방향을 따라 루프형상을 형성한다. W상 권선(118)에서 흐르는 전류(Iw)는 정(+Iw)로 된다. 이들 3종류의 전류(Iu, Iv, Iw)는 3상 교류 전류이고, 위상이 서로 120°씩 오프셋 된다.

다음으로, 고정자(114)의 각 상의 고정자 자극 형상과 각 상의 권선 형상에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 도 1의 고정자(114)의 단면 부분들을 나타낸 도면으로서, 도 3의 (A)에는 A-A선에 따른 단면도, 도 3의 (B)에는 B-B선에 따른 단면도, 도 3의 (C)에는 C-C선에 따른 단면도를 각각 나타내고 있다. 이들 도면에 나타낸 바와 같이, U상 고정자 자극(119), V상 고정자 자극(120), W상 고정자 자극(121) 각각은 회전자(110)에 대하여 돌출 자극 형상으로 형성되고, 상대적으로 각각 기계각에서 30°, 전기각에서 120°의 위상차를 갖는 위치 관계로 되도록 배치된다.

도 5는 U상 권선(115)의 개략적인 형상을 나타내는 도면으로서, 도 5의 (A)에는 정면도를 나타내고, 도 5의 (B)에는 측면도를 각각 나타내고 있다. U상 권 선(115)은 권선 시작단자(U)와 권선 종결단자(N)를 구비한다. 유사하게, V상 권선(116, 117)은 권선 시작단자(V)와 권선 종결단자(N)를 구비하고, W상 권선(1180은 권선 시작단자(W)와 권선 종결단자(N)를 구비한다. 각 상의 권선을 3상 Y결선하는 경우, 각 상의 권선(115, 116, 117, 118)의 권선 종결단자(N)가 연결된다. 각 상의 권선(115, 116, 117, 118)에서 흐르는 전류(Iu, Iv, Iw)는 각 상의 고정자 자극(119, 120, 121)과 회전자(110)의 영구 자석(112) 사이에서 토크를 발생하는 전류 위상에 의해 제어된다. 또한, Iu＋Iv＋Iw=0으로 되도록 제어된다.

다음으로, 각 상의 전류(Iu, Iv, Iw)와 이들 각 상의 전류에 의해 각 상의 고정자 자극(119, 120, 121)에 부여되는 기자력(起磁力)의 관계에 대하여 설명한다. 도 8은 에어갭측(air-gap surface)(회전자(110)측)으로부터 바라본 각 상의 고정자 자극(119, 120, 121)의 전개도(도 4 참조)에 등가적인 각 상의 전류 권선을 부가한 도면이다.

U상 권선은 4개의 U상 고정자 자극(119)에 동일 방향으로 직렬 권선된다. 따라서, 각 U상의 고정자 자극(119)은 동일 방향으로 기자력이 부여된다. 예를 들면, 도 8의 좌로부터 2번째의 U상 고정자 자극(119)에 권선되는 U상 권선은 도선 (3), (4), (5), (6)에 의해 형성되고, U상 고정자 자극(119)의 주위에 이 순서로 이들 도선이 복수회 권선된다. 도선 (2), (7)은 인접하는 U상 고정자 자극(119) 사이의 연결선이고, 전자기적 작용은 발휘하지 않는다.

이와 같은 U상 권선에 흐르는 전류(Iu)의 각 부분에 대해서 상세히 보면, 도선 (1)과 (3)의 전류의 크기는 동일하고, 역방향으로 흐르며, 기자력 암페어 턴(ampere turn)은 상쇄되기 때문에, 이들 도선은 등가적으로 전류가 흐르지 않은 때와 동일한 상태인 것으로 간주할 수 있다. 이와 같이 U상 고정자 자극(119) 사이에 배치되는 도선에 흐르는 전류는 항상 상쇄되기 때문에, 전류가 흐를 필요가 없고, 그 부분의 도선은 제거될 수 있다. 그 결과, 도선 (10), (6)에 대응하도록 고정자(114)의 원주상에서 루프형으로 흐르는 U상 전류(Iu)와, 도선 (4), (9)에 대응하도록 고정자(114)의 원주상에서 루프형으로 흐르는 U상 전류(-Iu)가 동시에 흐르고 있는 상태와 동일한 것으로 간주될 수 있다.

또한, 상기한 도선 (10), (6)에 대응하도록 고정자(114)의 원주상에서 루프형으로 흐르는 U상 전류(Iu)는 고정자 코어의 외부에서 루프형으로 흐르는 전류이고, 고정자 코어의 외부는 공기 등으로서 자기 저항이 높기 때문에, 브러시리스 모터(150)로의 전자기적 작용은 거의 없다. 이 때문에, 생략하더라도 영향이 없어 고정자 코어의 외부에 위치되는 루프형의 권선을 제거할 수 있다(상기한 예에서는 이 루프형의 권선을 생략하고 있지만, 생략하지 않고 남길 수도 있다). 결국, 도 1에 나타낸 U상 권선의 작용은 도 1 및 도 6에 나타낸 루프형의 U상 권선(115)과 등가인 것으로 간주할 수 있다.

또한, 도 8에 나타낸 V상 권선은 U상 권선과 동일하게 4개의 V상 고정자 자극(120)을 감도록 직렬로 권선된다. 이 중에서, 도선 (11)과 (13)에서 흐르는 전류는 크기가 동일하고 방향이 역방향이어서 기자력 암페어 턴은 상쇄되기 때문에, 이 부분은 등가적으로 전류가 흐르지 않을 때와 동일한 상태인 것으로 간주할 수 있다. 유사하게, 도선 (15)와 (18)의 전류에 대해서도 기자력 암페어 턴은 상쇄된다. 그 결과, 도선 (20), (16)에 대응하도록 고정자(114)의 원주상을 따라 루프형으로 흐르는 V상 전류(Iv)와, 도선 (14), (19)에 대응하도록 고정자(114)의 원주상에서 루프형으로 흐르는 V상 전류(-Iv)가 동시에 흐르고 있는 상태인 것으로 동일하게 간주될 수 있다. 결국, 도 1에 나타낸 V상 권선의 작용은 도 1 및 도 6에 나타낸 루프형의 V상 권선(116, 117)과 등가인 것으로 간주할 수 있다.

또한, 도 8에 나타낸 W상 권선은 U상 권선과 동일하게 4개의 W상 고정자 자극(121)을 감도록 직렬로 권선된다. 이 중에서, 도선 (21)과 (23)에서 흐르는 전류는 크기가 동일하고 방향이 역방향이어서 기자력 암페어 턴은 상쇄되기 때문에, 이 부분은 등가적으로 전류가 흐르지 않을 때와 동일한 상태인 것으로 간주할 수 있다. 유사하게, 도선 (25)와 (28)의 전류에 대해서도 기자력 암페어 턴은 상쇄된다. 그 결과, 도선 (30), (26)에 대응하도록 고정자(114)의 원주상에서 루프형으로 흐르는 W상 전류(Iw)와, 도선 (24), (29)에 대응하도록 고정자(114)의 원주상에서 루프형으로 흐르는 W상 전류(-Iw)가 동시에 흐르고 있는 상태인 것으로 동일하게 간주할 수 있다.

또한, 상기한 도선 권선(24), (29)에 대응하도록 고정자(113)의 원주상에서 루프형으로 흐르는 W상 전류(-Iw)는 고정자 코어의 외부에서 루프형으로 흐르는 전류이고, 고정자 코어의 외부는 공기 등으로서 자기저항이 크기 때문에, 브러시리스 모터(150)로의 전자기적 작용은 거의 없다. 이 때문에, 생략하더라도 영향이 없어 고정자 코어의 외부에 위치되는 루프형 권선을 제거할 수 있다. 결국, 도 8에 나타낸 W상 권선의 작용은 도 1 및 도 6에 나타낸 루프형의 W상 권선(118)과 등가인 것 으로 간주할 수 있다.

상기한 바와 같이, 고정자(114)의 각 상의 고정자 자극(119, 120, 121)에 전자기적 작용을 부여하는 권선 및 전류는 루프형의 단순한 권선으로 대체할 수 있고, 또한 고정자(114)의 축방향 양단의 루프형 권선을 제거할 수 있다. 그 결과, 브러시리스 모터(150)에 사용되는 구리(copper)의 양을 대폭 감소시킬 수 있기 때문에, 고효율화, 고토크화가 가능하게 된다. 또한, 동일 상의 원주방향의 고정자 자극 사이에 권선(도선)을 배치할 필요가 없기 때문에, 종래 구조 이상의 다극화가 가능하게 되고, 특히 권선 구조가 단순해지기 때문에, 모터의 생산성을 향상시킬 수 있고, 저비용화가 가능하게 된다.

또한, 자기적으로 U, V, W상의 고정자 자극을 통과하는 자속 φu, φv, φw는 백 요크부에서 합류하고, 다상 교류 자속의 총합이 영(zero)으로 되는 φu＋φv＋φw=0의 관계로 된다. 또한, 도 71, 도 72 및 도 73에 나타낸 종래 구조는 도 8에 나타낸 각 상의 돌출 자극(119, 120, 121)을 2개씩 합계 6개를 동일 원주상에 배열한 구조이고, 각각의 돌출 자극의 전자기적 작용, 토크 발생은 브러시리스 모터(150)와 동일하다. 다만, 도 71 및 도 72에 나타낸 바와 같은 종래의 브러시리스 모터는 그의 구조상, 도 1에서 도 7에 나타낸 브러시리스 모터(150)와 같이 권선의 일부를 제거하거나 하여 권선의 단순화를 행할 수 있다.

브러시리스 모터(150)는 이와 같은 구성을 구비하며, 다음으로 그의 동작을 설명한다. 도 9는 브러시리스 모터(150)의 전류, 전압, 출력 토크의 벡터도이다. X축은 실축(實軸)에 대응하고, Y축은 허축(虛軸)에 대응한다. 또한, X축에 대응하는 반시계방향의 각도를 벡터의 위상각으로 한다.

고정자(114)의 각 상의 고정자 자극(119,. 120, 121)에 존재하는 자속 φu, φv, φw의 회전각도 변화율을 단위전압으로 칭하고, Eu=dφu/dθ, Ev=dφv/dθ, Ew=dφw/dθ로 한다. 각 상의 고정자 자극(119, 120, 121)의 회전자(110)(영구 자석(112))에 대응하는 상대 위치는 도 4에 나타낸 바와 같이 전기각에서 120°씩 시프트되기 때문에, 각 상의 권선(115 내지 118)의 1턴에 유도되는 단위전압(Eu, Ev, Ew)은 도 9에 나타낸 바와 같은 3상 교류 전압으로 된다.

회전자가 일정 회전 dθ/dt=S1으로 회전하고, 각 상의 권선(115 내지 118)의 턴수를 Wu, Wv, Ww로 하며, 이들 값을 Wc로 동일한 것으로 할 경우, 권선(115 내지 118)의 각 유도전압(Vu, Vv, Vw)은 다음과 같이 표시된다. 또한, 각 고정자 자극의 누설 자속 성분을 무시할 경우, U상 권선의 자속 쇄교수는 Wu×φu, V상 권선의 자속 쇄교수는 Wv×φv, W상 권선의 자속 쇄교수는 Ww×φw이다.

Vv = Wu×(-dφu/dt)

= -Wu×dφu/dθ×dθ/dt

= -Wu×Eu×S1 ...(1)

유사하게,

Vv = Wv×Ev×S1 ...(2)

Vw = Ww×Ew×S1 ...(3)

여기에서, 구체적인 권선과 전압의 관계는 다음과 같이 이루어진다. U상의 단위 전압(Eu)은 도 1 및 도 6에 나타낸 U상 권선(115)의 역방향의 1턴에서 발생하 는 전압이다. U상 전압(Vu)은 U상 권선(115)의 역방향으로 발생하는 전압이다. V상의 단위 전압(Ev)은 V상 권선(116)의 1턴과 V상 권선(117)의 역방향의 1턴을 직렬 접속할 때 양단에서 발생하는 전압이다. V상 전압(Vv)은 V상 권선(116)과 역방향의 V상 권선(117)을 직렬 접속할 때의 양단의 전압이다. W상의 단위 전압(Ew)은 도 1 및 도 6에 나타낸 W상 권선(118)의 1턴에서 발생하는 전압이다. W상 전압(Vw)은 W상 권선(118)의 역방향으로 발생하는 전압이다.

브러시리스 모터(150)의 토크를 효율적으로 발생시키기 위하여 각 상의 전류(Iu, Iv, Iw)는 각 상의 권선의 단위 전압(Eu, Ev, Ew)과 동일 위상으로 통전(通電)될 필요가 있다. 도 9에서 Iu, Iv, Iw와 Eu, Ev, Ew가 각각 동일 위상인 것으로 하고, 벡터도의 단순화를 위하여 동일 상의 전압 벡터, 전류 벡터를 동일 벡터 화살표로 표현하고 있다.

브러시리스 모터(150)의 출력 파워 Pa, 각 상의 파워 Pu, Pv, Pw는

Pu = Vu×(-Iu) = Wu×Eu×S1×Iu ...(4)

Pv = Vv×Iv = Wv×Ev×S1×Iv ...(5)

Pw = Vw×Iw = Ww×Ew×S1×Iw ...(6)

Pa = Pu＋Pv＋Pw = Vu×Iu＋Vv×Iv＋Vw×Iw ...(7)로 이루어진다.

또한, 브러시리스 모터(150)의 출력 토크 Ta, 각 상의 토크 Tu, Tv, Tw는

Tu = Pu/S1 = Wu×Eu×Iu ...(8)

Tv = Pv/S1 = Wv×Ev×Iv ...(9)

Tw = Pw/S1 = Ww×Ew×Iw ...(10)

Ta = Tu＋Tv＋Tw

= Wu×Eu×Iu＋Wv×Ev×Iv＋Ww×Ew×Iw

= Wc×(Eu×Iu＋Ev×Iv＋Ew×Iw) ...(11)

로 이루어진다. 또한, 본 실시예의 브러시리스 모터(150)의 전압, 전류, 토크에 관한 벡터도는 도 71, 도 72 및 도 73에 나타낸 종래의 브러시리스 모터의 벡터도와 동일하다.

다음으로, 도 1 및 도 6에 표시된 각 상의 권선과 전류에 관하여 보다 고효율화하는 변형 방법에 대해서 설명한다. U상 권선(115)과 V상 권선(116)은 U상 고정자 자극(119)과 V상 고정자 자극(120) 사이에서 인접하게 배치된 루프형의 권선이고, 이들을 단일의 권선으로 합칠 수 있다. 유사하게, V상 권선(117)과 W상 권선(118)은 V상 고정자 자극(120)과 W상 고정자 자극(121) 사이에서 인접하게 배치된 루프형 권선이고, 이들을 단일의 권선으로 합칠 수 있다.

도 7은 2개의 권선을 단일 권선으로 합친 변형 예를 나타낸 도면이다. 도 7과 도 6을 비교에서 알 수 있듯이, U상 권선(115)과 V상 권선(116)은 단일의 M상 권선(138)으로 대체되고, V상 권선(117)과 W상 권선(118)은 단일의 N상 권선으로 대체된다. 또한, U상 권선(115)의 전류(-Iu)와 V상 권선(116)의 전류(Iv)를 더한 M상 전류 Im(= -Iu＋Iv)이 M상 권선(138)으로 흐름으로써, M상 권선(138)에 의해 발생하는 자속의 상태와 U상 권선(115) 및 V상 권선(116) 각각에 의해 발생하는 자속을 합성한 상태는 동일하게 되고, 전자기적으로 등가로 된다. 유사하게, V상 권 선(117)의 전류(-Iv)와 W상 권선(118)의 전류(Iw)를 더한 N상 전류 In(= -Iv＋Iw)이 N상 권선(139)으로 흐름으로써, N상 권선(139)에 의해 발생하는 자속의 상태와 N상 권선(117) 및 W상 권선(118) 각각에 의해 발생하는 자속을 합성한 상태는 동일하게 되고, 전기적으로 등가로 된다.

도 9는 이들 상태를 나타내고 있다. 도 9에 나타낸 M상 권선(138)의 단위 전압 Em, N상 권선(139)의 단위 전압 En은 아래와 같이 이루어진다.

Em = -Eu = -dφu/dθ

En = Ew = dφw/dθ

또한, 각 권선의 전압 V, 파워 P, 토크 T의 벡터 산출은 다음과 같이 이루어진다.

Vm = Wc×Em×S1 ...(12)

Vn = Wc×En×S1 ...(13)

Pm = Vm×Im = Wc×(-Eu)×S1×(-Iu＋Iv)

= Wc×Eu×S1×(-Iu＋Iv) ...(14)

Pn = Vn×In = Wc×Eu×S1×(-Iv＋Iw) ...(15)

Pb = Pm＋Pn = Vu×(-Iu＋Iv)＋(-Iv＋Iw) ...(16)

Tm = Pm/S1 = Wc×(-Eu)×(-Iu＋Iv) ...(17)

Tn = Pn/S1 = Wc×Ew×(-Iv＋Iw) ...(18)

Tb = Tm＋Tn = Wc×((-Eu×Im)＋(Ew×In) ...(19)

= Wc×(-Eu×(-Iu＋Iv)＋Ew×(-Iv＋Iw))

= Wc×Eu×Iu＋Wc×Iv×(-Eu－Ew)＋Wc×Ew×Iw

= Wc×(Eu×Iu＋Ev×Iv＋Ew×Iw) ...(20)

∵ Eu＋Ev＋Ew = 0 ...(21)

여기에서, (11)식에서 표시된 토크식은 3상으로 표현되고, (19)식에서 표현된 토크식은 2상으로 표현된다. 이들 토크식의 표현 방법은 다르지만, (19)식을 전개하면 (20)식으로 되고, 이들 두 식은 수학적으로 등가인 것임을 알 수 있다. 특히, 전압(Vu, Vv, Vw) 및 전류(Iu, Iv, Iw)가 평형 3상 교류의 경우는 (11)식으로 표시되는 토크(Ta)의 값은 일정하게 된다. 이때, (19)식으로 표시되는 토크(Tb)는 도 9에 나타낸 바와 같이, Tm과 Tn의 위상차인 Kmm = 90°으로 되는 정현파의 제곱함수의 합으로서 얻어지고, 일정 값으로 된다.

또한, (19)식은 2상 교류 모터의 표현 형태이고, (11)식과 (12) 식은 3상 모터의 표현 형태이지만, 이들 값은 동일하다. 그러나 (19)식에 있어서, (-Iu＋Iv)의 전류(Im)가 M상 권선(138)으로 통전되는 경우와, -Iu와 Iv의 전류가 각각 U상 권선(115)과 V상 권선(116)으로 통전되는 것으로 할 경우, 전자기적으로는 동일하더라도, 구리 손실은 다르다. 도 9의 벡터도에 나타낸 바와 같이, 전류(Im)의 실축 성분은 Im에 cos30°을 곱한 값으로 감소하기 때문에, M상 권선(138)에 전류(Im)가 통전되는 경우에서 구리 손실이 75%로 되고, 25%의 구리 손실이 감소하는 효과가 있다.

다음으로, 도 1에 나타낸 모터의 고정자(114)의 형상에 관하여 그의 갭 면 자극 형상의 변형 예에 대해서 설명한다. 고정자(114)의 자극 형상은 토크 특성에 크게 영향을 주고, 코깅 토크 리플(cogging torque ripple), 통전 전류에 의해 유도되는 토크 리플과 밀접하게 관련된다. 이하에서는 각 고정자 자극 군에 존재하는 자속의 회전각도 변화율인 단위 전압의 변형 및 진폭이 거의 동일하게 전기각에서 상호 120°의 위상차를 유지하도록 각 고정자 자극 군 각각에 대응하는 고정자 자극의 형상을 변형하는 구체 예에 대해서 설명한다.

도 10은 고정자 자극의 변형 예를 나타내는 원주방향 전개도이다. 도 4에 나타낸 각 상의 고정자 자극(122, 123, 124)은 회전자 샤프트(11)와 평행하게 배치되는 기본 형상을 갖는다. 각 고정자 자극은 각 상에 대해서 동일 형상이고, 상대적으로 전기각에서 120°의 위상차를 이루도록 배치된다. 이와 같은 형상을 갖는 각 고정자 자극(122, 123, 124)을 이용한 경우에는 토크 리플이 커지게 될 우려가 있다. 그러나, 각 고정자 자극(122, 123, 124)의 반경방향으로 볼록한 형상의 요철을 형성함으로써, 경계부에서에서의 전자기적 작용을 스무스하게 할 수 있고, 토크 리플을 감소시킬 수 있다. 또한, 다른 방법으로서, 회전자(110)의 영구 자석(112)의 각 자극의 표면에 볼록한 형상의 요철을 형성함으로써, 원주방향으로 정현파적인 자속 분포를 실현할 수 있고, 이에 의해 토크 리플을 감소시키도록 할 수 있다. 도 10의 수평축에 부여된 각도는 원주방향을 따르는 기계각이고, 좌단으로부터 우단까지의 1주(周)는 360°이다.

도 11은 고정자 자극이 다른 변형 예를 나타내는 원주방향 전개도이다. 도 11에 나타낸 각 상의 고정자 자극(125, 126, 127)은 도 10에 나타낸 기본 형상에 대하여 전기각에서 약 60°비스듬한 형상(회전자 샤프트(111)와 평행한 방향에 대 하여 원주방향을 따라 전기각에서 60°경사진 형상)을 갖는다. 이에 따라 토크 리플을 감소시키는 효과가 있다. 또한, 각 상의 고정자 자극(125, 126, 127)의 폭은 180°보다 좁아서 각 상의 고정자 자극(125, 126, 127)을 통과하는 최대 자속은 감소하지 않기 때문에, 토크 평균값의 감소는 작아지는 특징이 있다.

도 10 및 도 11에 나타낸 고정자 자극 형상을 채용한 경우, 고정자 자극의 에어갭 면 형상을 실현하기 위해서는, 각 상의 권선(115, 116, 117, 118)과 에어갭부 사이에 그 자극 형상을 실현하기 위한 각 상의 고정자 자극의 선단이 회전축 샤프트 방향으로 나오는 형상으로 이루어지도록 축방향으로 나오기 위한 자기 경로의 스페이스를 필요로 하여 이 스페이스를 확보하기 위한 모터 외형 형상이 커지게 되는 문제가 있다.

도 12는 고정자 자극의 다른 변형 예를 나타낸 원주방향 전개도이며, 상기 문제를 경감하는 고정자 자극 형상을 나타내고 있다. 고정자(114)의 U상 고정자 자극(128)에 존재하는 자속 φu의 회전각도 변화율인 U상의 단위 전압을 Eu(=dφu/dθ), V상 고정자 자극에 존재하는 자속 φv의 회전각도 변화율인 V상의 단위 전압을 Ev(=dφv/dθ), W상의 고정자 자극에 존재하는 자속 φw의 회전각도 변화율인 W상의 단위 전압을 Ew(=dφw/dθ)라고 할 경우, 각 상의 단위 전압(Eu, Ev, Ew)은 형상 및 진폭이 거의 동일하고, 위상은 전기각에서 서로 120°의 위상차를 갖도록 각 상의 고정자 자극(128, 129, 130)의 형상을 변형한 예가 도 12에 나타나 있다. 이들 고정자 자극 형상의 특징은 각 고정자 자극(128, 129, 130)의 에어갭 면의 길이는 각각의 고정자 자극의 티스(teeth)의 중간 부분에 대하여 짧아 회전자(110)로 부터의 자속이 각 고정자 자극 표면을 통과하고, 티스의 중간부분을 통과하며, 그리고 고정자(114)의 백 요크의 자기 경로를 통해 자속이 용이하게 통과할 수 있는 점이다. 따라서, 도 12에 나타낸 고정자 자극 형상은 도 10이나 도 11에 나타낸 고정자 자극 형상에 비하여 각 상의 권선(115, 116, 117, 118)과 에어갭부 사이의 고정자 자극의 스페이스를 작게 할 수 있게 된다. 그 결과, 브러시리스 모터의 외형 형상을 작게 할 수 있다.

도 13은 고정자 자극의 다른 변형 예를 나타낸 원주방향 전개도이고, 도 10에 나타낸 고정자 자극 형상을 더 변형한 고정자 자극 형상을 나타내고 있다. 도 13에 나타낸 예에서, 회전자 샤프트(111)방향 양단의 U상, W상 고정자 자극(134, 136)은 원주방향의 자극 폭을 전기각에서 180°확장시키고, 남은 스페이스를 V상 고정자 자극(135)과 밸런스가 이루어지도록 분배 배치하고, U상, W상 고정자 자극(134, 136)의 백 요크로부터 티스의 표면까지의 거리가 먼 부분에 대해서는 각각의 선단 부분이 좁게 이루어져 그 제작이 어렵게 되기 때문에 제거된다. 135는 V상 고정자 자극이다. 그리고, 각 상의 고정자 자극 형상의 표면의 회전각도 변화율인 각 상의 단위 전압(Eu, Ev, Ew)은 그 위상은 다르지만, 동일 값으로 이루어지도록 변형된다. 그 결과, 비교적 큰 유효 자속이 통과될 수 있고, 그의 제작도 비교적 용이한 고정자 자극 형상으로 이루어진다.

다음으로, 본 실시예에 관한 모터에 있어서, 본 발명에 따른 특징을 나타내는 상세한 구성 및 작용효과에 대해서 설명한다. 이 모터에는 본 발명에 관한 특징을 나타내는 고정자 구조에 관한 구성과, 도 14 내지 도 19, 도 73, 도 74에 나타 낸 각종 회전자와의 조합에 의해 독특한 효과를 얻는 구성이 포함되어 있다. 또한, 이 모터의 상의 개수는 도 20의 (a) 내지 (f)의 벡터도에 표시한 바와 같이, 2상 교류, 3상 교류, 그리고 4상 이상의 상의 개수의 다상 교류까지 각종 구성이 가능한다. 이 모터의 자극 수에 대해서도, 2극부터 다극까지 작용할 수 있고, 특히 자극 수를 크게 함으로써 각 상의 권선의 쇄교 자속의 회전 변화율을 크게 할 수 있으며, 큰 토크를 얻을 수 있다. 도 1에 나타낸 3상 교류 모터는 도 20의 (b)에서 표현된 3상 교류 모터에 상당한다.

도 21은 일 실시예의 8극 6상 모터의 종단면도이다. 또한, 도 22는 고정자의 내주면과 회전자의 외주면을 원주방향으로 직선 전개한 도면이다.

도 21에 나타낸 모터(100)는 회전자(10), 회전 샤프트(11), 영구 자석(12), 고정자(14)를 포함하여 구성된다. 영구 자석(12)은 회전자(10)의 외주측에 부착된다. 구체적으로, 도 22의 (a)에 나타낸 바와 같이, 회전자(10)의 외주 표면을 따라서 N극과 S극이 교호로 배치된다. 도 22의 (b)의 가로축은 회전자 회전방향위치를 나타내고, 1주(周)로 하면 전기각으로 360°×4 = 1440°으로 된다. 또한, 고정자(14)는 도 22의 (a)에 나타낸 바와 같이, 내주측에 제1상으로부터 제6상까지의 고정자 자극(53, 54, 55, 56, 57, 58, 59)을 구비한다. 축방향 양단에 위치하는 고정자 자극(53)과 고정자 자극(59)은 동일 극이며, 제1상의 고정자 자극으로 된다. 동일 상의 고정자 자극은 동일 원주상에서 360°피치로 4개가 배치된다. 그 예에서, 제1상으로부터 제6상까지의 각 고정자 자극은 각각 상대적으로 전기각에서 360°／6 = 60°의 위상차를 갖도록 배치되고, 각 고정자 자극의 원주방향의 폭은 180 °로 된다.

또한, 도 23은 도 21에 나타낸 모터(100)의 각 단면 형상을 나타낸 도면이다. 도 23의 (a)는 D-D선 단면 및 J-J선 단면을 나타내고, 도 23의 (b)는 E-E선 단면을 나타내고, 도 23의 (c)는 F-F선 단면을 나타낸다. 도 23의 (d)는 G-G선 단면을 나타내고, 도 23의 (e)는 H-H선 단면을 나타내고, 도 23의 (f)는 I-I선 단면을 나타낸다. D-D선 단면 및 J-J선 단면은 동일 상의 고정자 자극(53, 59)에 대응하는 것이기 때문에, 도 23의 (a)에 나타낸 바와 같이 동일 형상으로 된다. 도 22에 각 고정자 자극의 배치를 나타내도록 도 23에 나타낸 각 고정자 자극의 원주방향 위치는 60°씩 오프셋된다.

또한, 도 21 및 도 22의 (a)에 나타낸 바와 같이, 고정자(14)는 회전자 샤프트(11)를 중심으로 한 루프형 권선(41 내지 52)을 구비한다. 고정자 자극 53, 54의 사이의 슬롯에는 권선 41, 42가 권선된다. 유사하게, 고정자 자극 54, 55 사이의 슬롯에는 권선 43, 44가 권선된다. 고정자 자극 55, 56의 사이의 슬롯에는 권선 45, 46이 권선된다. 고정자 자극 56, 57의 사이의 슬롯에는 권선 49, 50이 권선된다. 고정자 자극 58, 59의 사이의 슬롯에는 권선 51, 52가 권선된다. 각 권선의 원주방향 형상을 직선으로 전개한 형상은 루프형 권선을 절개한 형상이며, 도 22에 나타낸 바와 같이 직선상으로 도시된다. 각 권선의 권선 전류의 전자기적 작용은 평행한 6상의 자기회로 구성으로 이루어지는 경우, 도 8을 이용하여 설명한 바와 같이, 예를 들면 고정자 자극(54)의 두 인접하는 권선(42, 43)의 턴수(number of turn)를 동일하게 하고, 권선(42)에 도 20의 (e)의 벡터 B로 표시된 전류가 통전되 며, 권선(43)에 벡터 B로 표시된 역방향의 전류가 통전되면, 그 기자력은 고정자 자극(54)에서 작용하는 것으로 고려할 수 있다. 등가적으로는 권선(42)에 대하여 권선(43)의 권선 방향을 역 권선으로서 결선하고, 동일 전류(B)가 통전되는 구성으로 할 수 있다. 다른 고정자 자극에 대해서도 동일한 관계로 권선이 배치된다. 도 22의 권선(41 내지 52) 각각으로 통전되는 전류는 이들의 좌단에 부가한 전류 벡터에서, 도 20의 (e)의 동일 부호의 벡터로 표시되는 전류로 이루어진다. 여기에서, 축방향 양단의 고정자 자극(53, 59)에 대해서는 약간 특별한 것으로, 양 사이드는 공간이기 때문에 자기저항이 커지고, 각각 권선 41과 권선 52의 전류는 각각의 양단의 고정자 자극(53, 59)에 자기적 작용을 발휘한다. 각 고정자 자극의 축방향 폭이 WDD일 경우, 제1상이며 동일 상의 고정자 자극(53, 59)의 각 축방향 폭 WD1, WD2의 합은 WDD와 동일하게 되도록 한 구성, 즉 WDD = WDA1＋WD2의 관계를 만족하도록 하면, 2개의 고정자 자극(53, 59)에 의해 고정자(14)의 축방향 중간에 배치되는 다른 상의 각 고정자 자극과 거의 동등한 전자기적 작용을 얻을 수 있다. 정리하면, A상에 고정자 자극 53, 59가 대응하고, 권선 52, 41은 이들 고정자 자극을 통과하는 자속과 쇄교한다. 유사하게, B상에 고정자 자극 54가 대응하고, 권선 42, 43은 이들 고정자 자극을 통과하는 자속과 쇄교한다. C상에 고정자 자극 55이 대응하고, 권선 44, 45는 이들 고정자 자극을 통과하는 자속과 쇄교한다. D상에 고정자 자극 55가 대응하고, 권선 46, 47은 이들 고정자 자극을 통과하는 자속과 쇄교한다. E상은 고정자 자극 57에 대응하고, 권선 48, 49는 이들 고정자 자극을 통과하는 자속과 쇄교한다. F상은 고정자 자극 58에 대응하고, 권선 50, 51은 이들 고정 자 자극을 통과하는 자속과 쇄교한다. 또한, 축방향 양단의 고정자 자극(53, 59)에 대해서는, 각 고정자 자극의 주변에서 누설된 자속의 랩어라운드(wraparound)에 의해 영향을 받고, 엄밀하게는 단순 모델에서는 나타나지 않는 오차를 발생하기 때문에, 그의 영향을 배려한 고정자 자극 형상으로 수정함으로써 토크 리플을 더욱 감소시키고, 더욱 정밀한 모터를 실현할 수 있다.

다음으로, 모터(100)의 구체적인 통전 예에 대해서 설명한다. 회전자(10)는 표면 자석형 회전자이고, 8극으로 된다. 제1상의 권선인 권선(41)과 권선(52)이 역방향으로 직렬 접속되고, 이들 권선에 쇄교하는 자속 φ1의 최대값을 FLm으로 하며, 그의 원주방향 분포는 정현파 분포인 것으로 할 경우, 권선(41, 52)으로 쇄교하는 쇄교 자속 φ1 = FL×sin(θE)의 회전각 변화율 E1은,

E1 = dφ1/dθ

= d(FLm×sin(θE))/dθ

= d(FLm×sin(θE))/d(θE)×d(θE)/dθ

= 4×FLm×cos(θE) ...(22)

로 된다. 여기에서, θ는 회전자(10)의 회전 위치이고, θE는 회전 위치의 전기각 단위이며, 8극의 경우에는 θE = 4×θ로 된다. 각각의 권선(41, 52)의 턴수를 W1으로 할 경우, 제1상의 권선(41, 52)에 유도되는 전압 V1은 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

V1 = W1×d(φ1)/dt ...(23)

= W1×d(φ1)/dθ×dθ/dt ...(24)

= 4×W1×FLm×cos(θE)×dθ/dt ...(25)

따라서, (25)식에 의해 쇄교 자속 φ1의 회전각도 변화율 E1과 동일 위상의 전류 Ip×cos(θE)가 통전될 경우, 토크를 효율적으로 발생시킬 수 있게 된다. Ip는 전류 진폭이다. 또한, 제1상의 권선(41, 52)의 자속 쇄교수는 W1×φ1이고, 전압 V1은 자속 쇄교수의 시간변화율이다.

다른 상에 대해서도 해당하는 고정자 자극의 축방향 전후의 2개의 권선이 역방향으로 권선되고, 직결 접속된다. 이들 권선에 유도되는 전압은 위상이 60°씩 다르지만, 동일한 관계로 이루어진다. 여기에서, 모터(100)의 내부 손실 Ploss = 0으로 가정할 경우, 모터(100)의 입력이고, 모터(100)의 기계적인 출력인 Pc는 각 상의 전압과 전류의 곱의 총합으로서 얻어지고, 다음의 식으로 된다.

Pc = 4W1×FLm×cos(θE)×dθ/dt×Ip×cos(θE)

＋4W1×FLm×cos(θE－π/6)×dθ/dt

×Ip×cos(θE－π/6)

＋4W1×FLm×cos(θE－2π/6)×dθ/dt

×Ip×cos(θE－2π/6)

＋4W1×FLm×cos(θE－3π/6)×dθ/dt

×Ip×cos(θE－3π/6)

＋4W1×FLm×cos(θE－4π/6)×dθ/dt

×Ip×cos(θE－4π/6)

＋4W1×FLm×cos(θE－5π/6)×dθ/dt

×Ip×cos(θE－5π/6)

= 4W1×FLm×6/2×dθ/dt×Ip

= 12W1×FLm×Ip×dθ/dt ...(26)

한편, 기계 출력 Pmec는 토크 Tc와 회전각 주파수 dθ/dt의 곱이기 때문에,

Pmec = Tc×dθ/dt ...(27)

이며, 모터(100)의 전자기적 출력 Pc와 기계 출력 Pmec는 동일하기 때문에, 토크 Tc는 (26)식, (27)식에 의해 아래에서 나타내는 식(28)로 표시된다.

Tc = 12W1×FLm×Ip ...(28)

그 결과, 토크 Tc는 자극수, 턴수 W1, 전류 Ip, 각 상의 권선에 쇄교하는 자속 FLm에 비례하는 것으로 된다. 토크 리플은 각 상의 권선에 쇄교하는 자속이 회전각에 대하여 정현파 분포일 경우, 원리적으로 발생하지 않는 것으로 된다. 실제, 쇄교 자속 φ1이 정현파 분포가 아니고, 많은 고주파 성분을 갖는 것이 대부분이기 때문에, 모터 전류가 영(zero)일 때의 코깅 토크, 통전시의 코깅 토크를 포함하게 된다.

각 상의 턴수(W1), 전류(Ip), 각 상의 권선에 쇄교하는 자속(FL)은 이들의 곱이 동일하면 변형될 수 있다. 예를 들면, 각 루프형의 권선의 전류가 발생하는 기자력은 턴수와 전류값의 곱이고, 암페어 턴수가 동일하면, 동일한 기자력을 발생할 수 있기 때문에, 예를 들면 턴수를 1/2로 하고 전류를 2배로 변경할 수 있으며, 이때 동일한 전자기적 작용을 얻을 수 있다. 또한, 자극 폭을 20% 감소시켜 권선에 쇄교하는 자속(FL)이 20% 감소하더라도, 턴수(W1) 또는 전류값(Ip)을 20% 증가시키 면, 토크(Tc)는 변경되지 않는다. 이와 같이 모터 설계의 형편에 따라 모터(100)의 출력 특성을 변화시키지 않고, 모터(100)의 내부 파라미터를 변경할 수 있다.

도 21, 도 22, 도 23에 나타낸 모터(100)에서는 각 상의 고정자 자극의 축방향 배치가 상의 순서로 배치되는 예를 나타내고 있지만, 배치 순서가 상의 순서로 한정되지 않을 뿐만 아니라, 다양한 축방향 배치가 가능하다. 특히, 도 21 및 도 22에 나타낸 표면 자석형 회전자를 사용하는 경우, 회전자 표면의 자속이 주로 영구 자석(12)에 의존하여 생성되기 때문에, 각 상의 고정자 자극의 축방향 배치를 도 20의 (e)에 나타낸 벡터 A, B, C, D, E, F의 순서로 배치하더라도, 다른 배치의 순서로 예를 들면 A, C, E, B, D, F의 순서로 배치하더라도 모터(100)의 출력 토크에 큰 차이는 발생하지 않는다. 다만, 각 상의 고정자 자극과 그 상의 권선에 흐르는 전류의 관계는 도 21 및 도 22와 동일하게 할 필요는 있다. 고정자 자극 배치의 형편, 권선 배치의 형편, 그 외 다른 조립성, 제작의 용이성 등에 따라 고정자 자극의 축방향 배치를 선택할 수 있다.

각 루프형 권선에 흐르는 전류가 영구 자석(12)의 자속 밀도를 크게 변화시키는 정도의 대전류인 경우에는, 상기 전류 진폭(Ip)과 각 상에 쇄교하는 자속의 최대값(FLm) 사이에 강한 인터페이즈(interphase)를 형성하여 FLm은 변화하게 된다. 따라서, (22)식에서 (28)식으로 표시된 각 특성값에 대하여 오차가 커지게 되고, 또한 각 상의 고정자 자극의 축방향 배치의 배치 순서가 모터(100)의 출력 토크에도 영향을 주게 된다.

도 21에 나타낸 바와 같은 모터(100)는 루프형의 단순한 구조의 권선(41) 등 을 구비하는 것으로, 도 71 내지 도 74에 나타낸 바와 같은 종래 구조의 모터의 권선 단부가 없는 것이 큰 특징이다. 또한, 도 71 내지 도 74에 나타낸 바와 같은 종래 구조의 모터에서, 다극화한 경우, 자극수가 증가하여 권선에 쇄교하는 자속의 회전변화율은 증가하지만, 동시에 슬롯 면적은 작아지기 때문에 도전 면적은 반비례하여 작아지고, 결국 두 모터 자극수의 증가와 1자극당 전류량의 감소는 상쇄되기 때문에, 토크는 증가할 수 없었다. 그러나, 도 21에 나타낸 고정자(14)에서는 루프형 권선(41) 등을 구비하기 때문에, 동일 상의 원주방향의 고정자 자극 사이에 권선(도선)을 배치할 필요없이, 다극화하더라도 각 상의 권선의 도선 크기를 좁게할 필요가 없기 때문에, 원리적으로 자극수에 비례해서 모터 토크를 향상시킬 수 있다는 특징이 있다.

다음으로, 회전자(10)가 표면 영구자석형 회전자가 아니고, 도 74나 도 14 내지 도 19에 나타낸 바와 같이 회전자 표면 근방에 연자성체를 다수 포함하도록 한 종류의 회전자일 경우, 도 21 및 도 22에 나타낸 고정자(14)와 조합되어 구성되는 모터에 있어서는 상기 전류 진폭(Ip)과 각 상의 권선에 쇄교하는 자속 사이에 강한 인터페이즈를 형성하게 되어 각 상의 고정자 자극의 축방향 배치의 배치 순서에 의해 모터 출력 토크가 크게 좌우되게 된다. 이 문제를 해결하고, 모터 출력 토크를 크게 하는 방법은 각 상의 고정자 자극의 축방향 배치를 상의 순서로 배치하는 것이다.

종래 예로서 도 74에 나타낸 동기식 릴럭턴스 모터의 고정자는 유도전동기의 고정자에도 사용되는 매우 일반적인 3상, 4극, 24슬롯의 고정자이다. 이와 같은 고 정자와 도 74나 도 14 내지 도 19에 나타낸 바와 같은 회전자를 조합시킨 모터의 전자기적인 작용은 모터를 d-q축 이론으로 표현하는 것이 일반적이다. 쉽게 이해할 수 있도록 일반적인 모델의 예로서, 3상, 2극, 6슬롯의 동기식 릴럭턴스 모터의 단면도의 예를 도 24에 나타내고 있다. 211은 회전자의 자극 방향으로 설치된 슬릿(slit)인 공극 또는 비자성체이며, 212는 슬릿(211)에 개재되며 자극의 방향으로 자속을 유도하는 좁은 자기 경로이다. 통상, 회전자의 자극의 방향을 d축, d축에 전자기적으로 직교하는 방향을 q축으로 칭한다. 219 내지 223은 고정자의 티스이며, 본 명세서에서는 각각의 티스에서 자기적인 개별 기능을 갖는 의미로 고정자 자극으로 칭한다. 213과 216은 3상 U, V, W상 중의 U상 권선이고, 권선 단부를 통해 풀-피치(pull-pitch)로 이루어진다. U상 전류(Iu)는 권선(213)에서 통전되고, 권선(216)으로는 역방향의 전류가 통전된다. 유사하게, V상 전류(Iv)는 권선(215)에서 통전되고 그의 역방향 전류가 권선(218)으로 통전된다. W상 전류(Iw)는 권선(217)으로 통전되고 그의 역방향 전류는 권선(214)으로 통전된다. 각 상의 전류 성분을 d축 방향 성분과 q축 방향 성분으로 벡터 분해하고, 각 상의 d축 방향 성분을 더한 d축 전류(Id)와, 각 상의 q축 방향 성분을 더한 q축 전류(Iq)를 얻는다. 예를 들면, 도 24에 나타낸 상태에서, 권선(213, 216)에 흐르는 전류(Iu)는 d축 방향으로 부(負)의 자속을 발생시키기 때문에, Iu는 모두가 부의 d축 전류 성분이고, 그의 값은 -Iu이다. 권선(215, 218)에 흐르는 전류(Iv)는 기자력의 방향이 d축 방향으로 60°의 각도로 이루어지며, d축 전류 성분은 1/2×Iv이고, q축 전류 성분은 -1.732/2×Iv이다. 한편, 모터의 d축 방향 인덕턴스를 Ld로 하고, q축 방향 인덕턴 스를 Lp로 한다.

이와 같은 구성에 있어서, 도 25는 각 상의 전류를 적절히 통전시켜 제어하는 예의 각 값의 벡터 관계를 나타낸 것이다. d축 전류(Id)에 의해 d축 방향으로 유도되는 d축 방향 자속 φd는 Ld×Id이며, q축 전류(Iq)에 의해 q축 방향으로 유도되는 q축 방향 자속 φq는 Lq×Iq이다. 모터 내에서 발생하는 자속 φm은 자속 φd와 φq를 벡터적으로 더한 값이다. 그리고 이때 발생하는 토크 Tsyn은 다음의 식으로 표시된다.

Tsyn = (Ld－Lq)Id×Iq ...(29)

= φd×Iq－φq×Id ...(30)

도 21 및 도 22에 나타낸 표면 자석형 모터(100)의 경우, 각 고정자 자극의 자속은 주로 영구 자석(12)에 의존하고, (22)식 내지 (28)식으로 나타낸 바와 같이 표현될 수 있지만, 도 24에 나타낸 바와 같은 회전자 표면에 연자성체를 다수 포함하는 회전자 구조의 모터에서, 각 고정자 자극의 자속은 통전되는 각 전류에 크게 의존되는 것임은 잘 알 수 있다.

다음으로, 도 74나 도 14 내지 도 19에 나타낸 바와 같은 회전자와, 도 21 및 도 22에 나타낸 고정자(14)를 조합하여 구성되는 모터에 대해서 설명한다. 이 모터는 도 24 및 도 25에 나타낸 모터 모델과 비교해 볼 때, 모터의 구성, 구조는 크게 다르지만, 전자지적인 특성은 공통되는 점을 구비하는 것으로, 이에 대비하여 설명한다.

도 21 및 도 22에 나타낸 모터(100)에 포함되는 고정자(14)는 8극의 구성이 기 때문에, 각 상의 고정자 자극이 원주방향으로 4개씩 배치되지만, 2극일 경우, 각 상의 고정자 자극은 1개씩으로서 도 24에 나타낸 고정자와 비교된다. 권선에 대해서, 도 22의 권선(41, 42)에 흐르는 각 전류를 합계한 전류는 도 24의 권선(213)에 흐르는 전류에 대응한다. 유사하게, 권선 43, 44는 권선 214에, 권선 45, 46은 권선 215에, 권선 47, 48은 권선 216에, 권선 49, 50은 권선 217에, 권선 51, 52는 권선 218에 각각 대응한다. 권선의 형태에 관하여, 도 21에 나타낸 고정자(14)는 루프형 권선이고, 도 24에 나타낸 고정자는 축방향 권선과 권선단부로 구성되어 크게 다른 형상으로 이루어진다. 고정자 자극에 관하여, 도 22의 고정자 자극 49, 53은 도 24의 고정자 자극 219에, 고정자 자극 54는 고정자 자극 220에, 고정자 자극 55는 고정자 자극 221에, 고정자 자극 56은 고정자 자극 222에, 고정자 자극 57은 고정자 자극 223에, 고정자 자극 58은 고정자 자극 224에 각각 대응한다.

도 22에 나타낸 고정자 자극의 형상은 원주방향으로 전기각에서 180°의 폭을 가지며, 회전자 샤프트(11) 방향의 폭은 모터의 축방향 폭의 약 1/6이지만, 도 24의 고정자 자극은 원주방향 폭이 약 60°이고, 회전자 샤프트 방향 폭은 모터의 축방향 폭과 동일하다. 두 고정자 자극의 형상은 구조가 크게 다르다. 그러나, 모터 전체로서의 전자기적 작용은 유사하고, 도 74나 도 14 내지 도 19에 나타낸 바와 같은 회전자와 도 21 및 도 22에 나타낸 고정자(14)로 구성되는 모터를 벡터도로 표현하면, 도 24의 모터와 동일한 도 25의 벡터도로 된다.

예를 들면, 도 21에 나타낸 모터(100)의 8극 고정자(14)와 도 24에 나타낸 회전자를 8극화한 회전자를 조합하여 3상, 8극의 동기식 릴럭턴스 모터를 구성할 수 있다. 이때, 이들 합계 전류에서의 U상 전류(Iu)는 권선 41, 42로 통전되고, 권선 47, 48로는 -Iu가 통전될 경우, 고정자 자극(54, 55, 56)으로는 전류 Iu에 상당하는 기전력이 예를 들면 고정자의 외측측으로부터 내경측으로 작용하게 되면, 동시에 고정자 자극(57, 58, 59, 53)으로는 역방향으로 고정자의 내경측으로부터 외경측으로의 기전력이 작용한다. 이 관계는 도 24의 U상 권선(213, 216)에 U상 전류(Iu)가 통전될 때에 고정자 자극(220, 221, 222)으로의 기전력이 예를 들면 고정자의 외경측으로부터 내경측으로 작용하고, 동시에 고정자 자극(223, 224, 219)으로는 고정자의 내경측으로부터 외경측으로 작용하는 것에 상당하다. 도 21의 다른 권선의 전류에 대해서도 동일하게 작용하고, 도 24의 모터와 동일한 전자기적 작용을 행한다. 구조적으로 다른 점이 많은데, 도 24의 모터의 기자력, 자속은 원주방향 및 반경방향임에 반하여, 도 21의 모터에서는 회전자 축방향으로도 작용하는 점, 도 24에서 위치가 다른 고정자 자극이 원주방향으로 배치되는 것임에 반하여, 도 21에서는 회전자 축방향으로 배치되는 점, 도 21에서 권선(41) 등이 루프형인 점, 도 24에서 위상이 다른 권선이 원주방향으로 위상 순서로 배치되는 점 등이다.

이와 같이 모터의 구성은 도 21 및 도 22에 나타낸 모터(100)에 있어서 회전 방향으로 위상이 다른 각 고정자 자극을 회전자 샤프트 방향으로 위상 순서로 배치하고, 이들 각 고정자 자극의 축방향 간극의 각 슬롯으로 각 루프형 권선이 배치되며, 회전방향 위상으로 동기해서 각 권선으로 전류가 통전된다. 모터의 작용은 상기 모터 구성에 의해 주로 계자 자속을 생성하는 d축 전류(Id) 성분과 주로 토크를 발생하는 q축 전류(Iq) 성분을 생성시킬 수 있고, 도 25의 벡터도에 나타낸 바와 같은 작용을 실현하며, 필요에 따라 모터 계자 자속(φm)을 효율적으로 생성하며, (29)식 및 (30)식에서 나타낸 토크를 얻을 수 있다. 도 21에 나타낸 고정자 자극(53) 등의 형상, 각 권선의 형태에 대해서 다양한 변형이 가능하다(후술됨).

또한, 도 26은 회전자 샤프트 방향으로 무한하게 연장하는 고정자의 종단면도를 나타낸 도면이다. 지면의 횡방향은 회전자 샤프트 방향이고, 상하방향은 반경방향(회전자 샤프트와 수직한 반경 방향)이다. 각 상의 고정자 자극, 각 슬롯과 권선에서, 도 20의 (e)에 나타낸 바와 같이 A, B, C, D, E, F로 표시되는 위상 관계는 축방향으로 반복하여 배치된다. 도 21에 나타낸 모터(100)의 고정자(14)는 도 26에 나타낸 고정자로부터 1세트의 WDFF를 컷아웃(cutout)한 것으로 간주할 수 있다. WDFF의 폭은 전자기적으로 1주기로 된다. 이와 같은 견지에서 볼 때, 1주기분의 폭을 변경하면, WDFR 등의 다른 장소에서 컷아웃하더라도 유사한 전자기적인 작용이 얻어지는 것임을 쉽게 예상할 수 있다.

다음으로, 고정자 자극의 배치 구조, 고정자 자극의 형태의 예에 대하여 설명한다. 도 27은 각 고정자 자극의 축방향에 인접하게 역상의 고정자 자극을 배치한 구성 예를 나타내는 도면으로서, 고정자의 내주면을 원주방향으로 직선 전개한 도면을 나타내고 있다. 인접하여 조합되는 고정자 자극 74, 75, 고정자 자극 76, 66, 고정자 자극 78, 79 각각의 세트에서, 각 고정자 자극에 전기각에서 서로 180°의 위상차를 갖도록 한다. 각 루프형 권선(82 내지 93)으로 통전되는 전류 벡터는 도면의 좌단에 표시한 -A로부터 A의 전류 벡터로 표시하고, 도 22에 나타낸 각 고정자 자극과 각 전류 관계는 유지된다.

도 27에 나타낸 고정자는 인접하는 고정자 자극이 서로 180°의 위상차를 갖고 있기 때문에, 고정자와 회전자의 경계면 근방에서, 고정자 자극과 선단부를 회전자 샤프트 방향으로 서로 돌출시켜 회전자에 대향하는 고정자 자극의 면적을 증대할 수 있다.

도 28은 도 27에 나타낸 고정자의 권선과 양단 자극을 변형한 고정자를 나타낸 도면으로서, 그 외에 대해서는 도 27에 나타낸 고정자와 동일하다. 도 29는 도 28의 Y-Y선 단면도이다. 도 27과 도 28에 공통된 고정자 자극(76, 77)을 예로 들면, 도 29의 고정자 자극(76)의 선단부(142)는 고정자 자극 77측으로 돌출하고 있음을 알 수 있다. 유사하게, 고정자 자극(77)의 선단부(143)는 고정자 자극 76측으로 돌출된다. 도 27에서, 고정자 자극 선단부의 돌출을 파선으로 나타내고, 고정자 자극(76, 77)은 전기각에서 180°위상이 다르기 때문에, 두 고정자 자극이 교호로 조합되며, 상호 간섭하지 않는 형상으로 된다. 이와 같이 회전자에 대향하는 고정자 자극의 면적을 증대시킴으로써, 더욱 많은 자속을 각 상의 권선으로 쇄교시킬 수 있고, 더욱 큰 토크를 발생하게 된다.

또한, 도 27에 나타낸 구조에서는 고정자 자극의 단순화 및 루프형 권선의 단순화가 가능하고, 도 28에 나타낸 바와 같이 변형할 수 있다. 구체적으로, 도 27에 나타낸 고정자 자극(80)은 전자기적으로 등가인 상태를 유지하면서, 고정자 자극(74)에 인접하는 위치로 이동할 수 있다. 루프형 권선(82, 83)은 양 권선으로 흐르는 전류를 산술적으로 가산해서 통전하는 것을 조건으로, 1개의 루프형 권선(96)으로 변경될 수 있다. 유사하게, 권선 84, 85는 권선 97로, 권선 86, 87은 권선 98 로, 권선 88, 89는 권선 99로, 권선 90, 91은 권선 100으로 각각 변경될 수 있다. 권선(92, 93)은 고정자 자극(80)을 이동시킴으로써, 고정자 코어의 외측에 배치되게 되고, 전자기적으로 토크 발생에서는 거의 기여하지 않기 때문에, 제거될 수 있다. 이러한 변경 결과, 도 27에 나타낸 고정자는 전자기적으로 등가인 상태를 유지하면서, 도 28에 나타낸 고정자로 변경될 수 있다.

도 28에 나타낸 고정자의 Y-Y선 단면의 형상은 도 29에 나타낸 바와 같이, 서로 역상 관계인 고정자 자극이 서로 고정자 자극의 선단측으로 관통된다. 따라서, 각 고정자의 축방향의 길이 WDR을 크게 할 수 있고, 회전자의 자속이 보다 많이 고정자 자극측으로 공급되며, 권선에 의해 많은 자속을 쇄교시킬 수 있기 때문에, 토크를 증대시킬 수 있다. 각 고정자 자극의 근원의 회전자 샤프트 방향 두께를 WDT로 하고, 고정자 자극 사이의 거리를 WDP로 할 경우, 각 고정자 자극의 선단부의 회전자 샤프트 방향 길이 WDR은 WDP보다 크고, 최대 WDP의 2배 가깝게까지 할 수 있다.

다음으로, 도 27 및 도 28에 나타낸 각 고정자의 루프형 권선에 흐르는 전류에 대하여 설명한다. 도 27에 나타낸 고정자의 권선으로는 도 20의 (e)에 나타낸 전류 벡터로 표시한 전류가 통전될 수 있다. 예를 들면, 권선 82로는 전류 벡터 A의 역상 전류, 즉 -A상의 전류가 통전되고, 권선 83으로는 전류 벡터 D의 전류가 통전된다. 이들 두 전류는 도 30의 (e)에 나타낸 전류 벡터 D, -A이고, 그의 더한 값은 전류 벡터 H이다. 이 전류 벡터 H는 전류 A와 동일 위상이고, 진폭은 2배로 되며, 이 전류는 도 28에 나타낸 권선(96)으로 통전된다. 권선 84로는 전류 벡터 -D상의 전류가 통전되고, 권선 85로는 전류 벡터 E의 전류가 통전된다. 이 두 전류는 도 30의 (b)에 나타낸 전류 벡터 -D, E이고, 그의 더한 값은 전류 벡터 I이다. 이 전류 벡터 I는 전류 벡터 -D와 E의 중간 위상이고, 진폭은 동일하며, 이 전류는 도 28에 나타낸 권선(97)으로 통전된다. 유사하게, 권선 98, 99. 100으로는 도 30의 (c)에 나타낸 전류 벡터 J, K, L로 표시된 전류가 통전된다. 권선의 좌단에는 통전되는 전류 벡터가 부가되었다. 도 28의 각 권선으로 통전되는 전류의 진폭은 다르기 때문에, 전류값에 대응한 권선 크기로 하고, 고정자 자극 등의 각 부분의 수치를 적절하게 할 수 있다.

다음으로, 도 28에 나타낸 고정자의 각 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 배치의 방법에 대해서 설명한다. 인접하는 한 쌍의 고정자 자극은 서로 전기각에서 180°위상차를 갖는 고정자 자극 쌍 SMP1, SMP2, SMP3로 하는 방법을 나타낸다. 여기에서, 고정자 자극 쌍(SMP1, SMP2, SMP3)의 회전자 샤프트 방향으로의 상대적인 배치 방법은 인접하는 고정자 자극이 가장 위상이 가까운 고정자 자극 쌍과 인접하는 조합으로 된다. 이때, 두 고정자 자극 쌍의 사이에 배치되는 루프형 권선의 전류를 작게 할 수 있고, 결과적으로 모터 손실을 적게 할 수 있으며, 모터 효율을 개선할 수 있다.

구체적으로, 도 28에 있어서, 고정자 자극 쌍 SMP1은 고정자 자극 95, 75에 의해, 고정자 자극 쌍 SMP2는 고정자 자극 76, 77에 의해, 고정자 자극 쌍 SMP3는 고정자 자극 78, 79에 의해 형성되는 것으로 할 경우, 고정자 자극 쌍 SMP1과 SMP2가 인접하는 부분의 고정자 자극은 75와 76으로 된다. 고정자 자극(75, 76)과의 원 주방향 위치의 위상차는 6상 교류의 최소 위상차인 60°로 된다. 그 결과, 두 고정자 자극 쌍의 사이에 배치되는 권선(97)으로는 도 30의 (b)에 나타낸 바와 같이 전류벡터 D와 E의 더한 값인 전류 벡터 I로 되고, 작은 전류값으로 된다. 여기에서, 도 20의 (e)에 있어서, 전류 벡터 -D와 E는 역상 이외 가장 위상차가 큰 전류로 조합될 수 있기 때문에, 전류 벡터 I의 진폭은 작아질 수 있다.

다음으로, 도 21 및 도 22에 나타낸 고정자 자극(14)의 고정자 자극 형상 및 그의 변형 예에 대해서 설명한다. 도 31은 도 21에 나타낸 모터(100)의 종단면도에서, 고정자 코어와 권선 부분을 제거하고 확대한 도면이다. 수평 방향은 회전자 샤프트(11) 방향이고, 종방향은 모터(100)의 반경방향이다. WDP는 인접하는 고정자 자극의 중심 사이의 거리이고, 고정자 자극 간 거리이다. WDD는 고정자와 회전자 사이의 에어갭부에 면하는 고정자 자극의 축방향 폭이고, WDD를 크게 할 경우, 상기 최대 쇄교 자속(FLm)을 크게 할 수 있고, 발생 토크를 크게 할 수 있다. WDT는 고정자 자극의 근원의 회전자 샤프트 방향 폭이다.

여기에서, 양단의 고정자 자극(53, 59)은 회전자(10)의 자극에 대하여 동일한 전기각적 위상이고, 전류 벡터A의 기자력은 두 고정자 자극(53, 59)에 동일한 방향으로 인가되는 관계이다. 그리고, 이들 2개의 고정자 자극(53, 59)의 작용을 합하여 1개의 작용을 행하는 관계로 이루어진다. 따라서, 고정자 자극(53, 59)의 폭 WDA1과 WDA2는 WDD=WDA1＋WDA2의 관계를 만족하는 형상을 가지며, 제1상의 쇄교 자속 최대값(FLm)과 중간부분의 다른 상의 쇄교자속 최대값(FLm)은 동일한 값으로 되도록 구성된다.

도 26에 나타낸 무한 길이의 고정자 모델에 대하여, 도 31에 나타낸 고정자 모델은 1주기분의 폭 WDFF만 절취한 모델인 것을 알 수 있다. 이와 같은 견지에서 볼 때, 1주기분의 폭을 변경할 경우, WDFR 등의 다른 부위에서 절취하여도 유사한 전자기적 작용을 얻는 것을 쉽게 예상할 수 있고, 그 결과 WDD=WDA1＋WDA2의 관계로 이루어진다.

또한, WDA2=0으로 하고, WDA1=WDD로 할 수 있다. 이 경우, 고정자 자극(59)은 제거되고, 고정자 자극의 수는 7개에서 6개로 감소하기 때문에, 모터의 구성을 단순화할 수 있다. 도 26에 나타낸 무한 길이의 고정자로 표현할 경우, 구간 WDFR을 절취한 구성이다.

다음으로, 도 21 및 도 22에 나타낸 고정자의 권선을 변형하는 방법에 대하여 설명한다. 도 22의 각 슬롯에는 2세트씩의 권선이 배치된다. 예를 들면, 권선 41에는 좌단에 부가한 바와 같이, 도 20의 (e)에 나타낸 -A의 전류가 통전되고, 권선 42에는 도 20의 (e)에 나타낸 B의 전류가 통전되며, 두 전류의 합계는 도 32의 (a)에 나타낸 바와 같은 전류 a와 등가이다. 유사하게, 권선 43에는 도 20의 (e)에 나타낸 -B의 전류가 통전되고, 권선 44에는 도 20의 (E)에 나타낸 C의 전류가 통전되며, 두 전류의 합계는 도 30의 (b)에 나타낸 바와 같은 전류 b와 등가이다. 다른 슬롯도 동일하게 고려될 수 있으며, 결국 각 슬롯의 전류는 도 33에 나타낸 전류 a, b, c, d, e, f가 통전될 수 있다. 그리고, 권선은 도 34에 나타낸 바와 같이, 각 슬롯에 결합된 1세트의 권선을 권선할 수 있고, 그의 턴수는 도 22의 루프형 권선과 동일한 턴수로 이루어진다. 그 결과, 도 34의 동일 슬롯 내의 턴수는 도 22의 1/2의 턴수로 되고, 권선의 크기인 단면적을 약 2배로 할 수 있으며, 전류의 진폭은 도 32에 나타낸 바와 같이 동일하기 때문에, 슬롯 내 전류는 1/2로 된다. 이에 따라 구리 손실은 1/4로 감소하게 된다. 고정자의 상의 수가 6상이 아닐 경우, 이 감소 비율도 변화된다.

통전 전류의 위상과 관련하여, 도 21 및 도 22에 나타낸 고정자와 도 34에 나타낸 고정자의 경우에는 크게 다르다. 도 22의 각 권선(41 내지 52)으로 통전되는 전류는 (22)식 내지 (28)식으로 표시되도록 예를 들면, 권선(42, 43)에 통전되는 전류는 고정자 자극(54)을 통과하는 자속의 회전 변화율에 거의 동기되는 전류이고, 도 20의 (c)의 전류 벡터 B이다. 한편, 도 34의 경우에는, 도 32 및 도 33의 a, b, c, d, e, f로 표시되는 바와 같이 전기각에서 120°위상이 다르다.

또한, 도 34에 나타낸 고정자 자극(53, 59)을 통합하여 도 35에 나타낸 고정자 자극(76)으로 대체될 수 있다. 이때, 권선(66)은 고정자 코어의 외부에 배치되지만, 주위 공기의 자기저항은 크기 때문에, 실질적으로 모터로의 전자기적 작용은 매우 작게 되어 제거될 수 있다. 결국, 도 35에 나타낸 바와 같이, 상의 수와 동일 수의 6세트의 고정자 자극 군과, 상의 수보다 1 적은 5세트의 권선으로 고정자를 구성할 수 있다. 이 경우에 있어서도 3상 교류의 전압, 전류를 모터에 부여함으로써 구동될 수 있도록 모터의 내부 결선을 행할 수 있기 때문에, 도 21 및 도 35에 나타낸 모터를 외부로부터 볼 때, 3상 교류 모터로 간주할 수 있다.

다만, 결선(66)을 제거하더라도, 토크 발생은 문제되지 않지만, 회전자 샤프트의 샤프트 방향 기자력이 발생하고, 회전자 샤프트로 연자성체의 분말이 부착되 거나, 모터 근방으로 전자기적인 영향을 줄 수 있는 문제가 발생하거나 하는 경우가 있다. 이와 같이 모터 근방에서의 기자력이 문제로 되는 것과 같은 사용에서는, 권선(66)을 제거하지 않고 배치하거나, 또는 모터축을 비자성체로 하는 등의 대응이 필요하다.

다음으로, 고정자와 회전자 사이의 에어갭부에 면하는 고정자 자극의 형상 및 각 권선의 쇄교자속에 관하여 설명한다. 상기한 바와 같이, 도 21에 나타낸 모터(100)와 관련해서, 그의 고정자(14)와 회전자(10) 사이의 에어갭부에 면하는 고정자 자극 선단 형상의 원주방향을 직선 전개한 형상인 예를 도 22의 (a)에 나타내었다. 고정자 자극(54 내지 58)의 형상은 실제로 고정자 내경측이고 원호형상이지만, 도 22의 (a)에서는 원주방향으로 직선 전개하여 표현하고 있기 때문에, 장방형으로 이루어진다. 그리고, 회전자(10)는 도 21 및 도 22의 (b)에 나타낸 바와 같이, 표면 자석형 회전자에서 회전자 외주형상이 원형인 경우의 각 고정자 자극을 통과하는 자속의 회전각 변화율에 대해서 고려해 본다. 고정자 자극(53, 59)을 통과하는 자속을 FA, 그의 회전변화율을 DFA, 고정자 자극(54)을 통과하는 자속을 FB, 그의 회전변화율을 DFB, 고정자 자극(55)을 통과하는 자속을 FC, 그의 회전변화율을 DFC, 고정자 자극(56)을 통과하는 자속을 FD, 그의 회전변화율을 DFD, 고정자 자극(57)을 통과하는 자속을 FE. 그의 회전변화율을 DFE, 고정자 자극(58)을 통과하는 자속을 FF, 그의 회전변화율을 DFF로 한다. 이론적인 6상 교류 모터의 경우, 각 고정자 자극의 자속의 회전변화율, 즉 권선에서 발생하는 전압의 성분은 도 36에 나타낸 바와 같이, 가로축의 전기각으로 표시한 회전 위치 θE에 대하여 정현 파형의 특성이 바람직하다. 그러나 도 22의 고정자 자극형상은 장방형이고, 각 자속의 회전변화율은 단형파형으로 되어 많은 고주파 성분을 포함하는 특성으로 이루어진다. 이들 고주파 성분은 코깅 토크, 토크 리플의 발생 원인으로 되거나, 모터의 토크 발생에 지장을 초래하게 된다.

이 문제를 경감하는 방법의 예로서, 도 22에 나타낸 고정자 자극의 형상 SPS를 도 37에 나타낸 고정자 형상으로 변형할 수 있다. 고정자 자극(53S, 54S, 55S, 56S, 57S, 58S, 59S)은 회전자 샤프트 방향으로 연장되고, 원주방향으로 기울어져 경사진 형상으로 이루어진다. 경사짐으로써 고정자 자극을 통과하는 자속의 회전각변화율의 고주파는 감소하기 때문에, 토크 리플 등이 감소한다. 또한 고정자 자극을 회전자 샤프트 방향으로 연장함으로써 자속의 회전각 변화율을 크게 할 수 있어 토크는 증가한다. 또한, 예를 들면, 도 37에 나타내는 고정자 자극(54S)의 형상은 수평 해칭을 부여한 부분이 도 38에 나타내는 고정자 자극의 근원부(54SB)이며, 도 37에 나타내는 고정자 자극(54S)에 있어서 사선 해칭을 부여한 부분이 도 38에 나타내는 고정자 자극의 선단부(54SS)이다.

이때, 고정자의 종단면은 도 31에 나타낸 형상으로부터 도 38에 나타낸 형상으로 변경되고, 고정자 자극의 선단부(54SS)의 회전자 샤프트 방향 폭은 도 31에 나타낸 WDD로부터 도 38에 나타낸 WDX로 증가된다. 또한 고정자 자극 선단부(54SS)로부터 백 요크(BY)의 도중의 고정자 자극의 근원부(54SB)에 대해서도 통과하는 자속은 증가하기 때문에, 자석 통로를 크게 할 필요가 있다.

또한, 고정자 자극 형상(SPS)의 개량, 변형에 관련하여는 도 39에 나타낸 바 와 같이 여러 방법으로 제안될 수 있다. 162로 나타낸 고정자 자극 형상(SPS)은 도 22와 동일한 형상이다. 이에 대하여, 163으로 나타낸 바와 같이 원주방향에 대하여 정현파형의 면적분포로 이루어지도록 함으로써, 고주파성분을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 164로 나타낸 고정자 자극은 원주방향에 기울어져 경사진 예이며, 162로 나타낸 장방형 형상과 비교하면, 정현파형의 면적분포를 갖는 163에 가까운 형상이다. 도 37에 나타낸 고정자 자극형상은 164로 나타낸 고정자 자극에 가까운 형상이다. 165로 나타낸 고정자 자극은 사다리꼴 형상이지만, 원주방향의 면적분포로 하는 점에서는 164로 나타낸 경사진 구조와 동일하다. 166으로 나타낸 고정자 자극은 장방형을 원주방향으로 기울인 형상으로 고정자 자극을 도 37에 나타낸 바와 같이 배치할 경우에 특히 유효한 형상이며, 인접하는 고정자 자극과 간섭하지 않으며, 원주방향의 면적분포는 165로 나타낸 사다리꼴 형상과 동일하고, 통과하는 자속의 회전각 변화율을 크게 할 수 있어 토크를 증대할 수 있고, 고주파도 감소시킬 수 있어 토크 리플 등도 작게 할 수 있다. 도 39의 각 고정자 자극 형상 162, 164, 165, 166에 부가한 파선의 형상과 같이, 각 각부를 라운드지게 하여 고주파 성분을 감소시킬 수 있다. 파선부로 나타낸 라운드부는 선택적으로 이루어질 수 있으며, 엄밀하게는 예를 들면 원주방향에 대하여 정현파형의 면적분포의 형상으로 이루어지는 고정자 자극 163과 동일한 특성을 얻도록 원주방향에 대한 면적분포를 정현파형으로 할 수 있다. 또한 도 39에 있어서, 각 자극형상의 원주방향 길이는 전기각에서 180°의 길이로 나타내고 있지만, 180°보다 길게 또는 180°보다 짧게 할 수 있다. 이 경우, 종래 구조의 모터의 권선 계수는 1보다 작게 이루어지는 효과와 동 일하여 단순 모델에서의 이론상에서 토크는 그만큼 저하하게 되지만, 인접하는 고정자 자극과의 간섭을 감소시킬 수 있는 등의 효과가 있다. 또한, 180°단절권선화(short-pitch winding)함으로써, 특정 토크 고주파, 즉 코깅 토크, 토크 리플을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

코깅 토크, 토크 리플을 감소시키는 다른 방법으로서, 도 40에 나타낸 바와 같이, 고정자 자극 160의 원주방향의 단부를 도 23에 나타낸 형상에 상반되게 고정자와 회전자 사이의 에어갭이 커지도록 하는 방법이나, 회전자의 영구자석(161)의 원주방향 단부를 완만한 형상으로 해서 회전자 자극의 경계부가 요부 형상으로 되는 방법 등이 효과적이다. 또한, 고주파의 감소를 행하는 각 방법은 토크 리플 등의 감소뿐만 아니라, 회전자가 회전할 때 회전자와 고정자 간의 반경방향 흡인력의 급격한 변화를 감소시키는 효과도 있고, 모터의 진동, 소음을 감소시키는 효과도 있다

또한, 상기한 고정자 자극의 형상(SPS)을 변형하는 방법, 회전자 자극형상을 변형하는 방법, 고정자와 회전자를 상대적으로 경사지게 하는 방법, 회전자 자극 또는 고정자 자극의 원주방향위치를 원주방향으로 이동시키는 방법 등을 조합하여 코깅 토크, 토크 리플을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 21, 도 22, 도 35 등에서는 6상의 모터에 관하여 설명했지만, 특히 상의 수(Ns)가 적은 모터에 있어서, 고정자 자극 형상(SPS)의 원주방향 면적분포가 정현파형상인 것이 토크 리플 등을 감소시키기 위하여 효과적이다. 모터의 자극 쌍의 수를 Pn으로 하고, 고정자 자극의 수를 Nss로 할 경우, 도 35에 나타낸 바와 같 은 기본적인 모터를 구성하면,

Nss = Pn×Ns ...(31)

의 관계로 된다. 상의 수 Ns가 커지면, 고정자 자극은 전기각 360°의 범위 내에서 상수의 수만큼 분포적으로 배치되어 각각의 권선의 전류도 Ns상의 다상 전류로 된다. 따라서, 현실적으로는 고정자의 구성상 곤란하지만, 단순 이론적으로 상수 Ns가 예를 들면 30이라는 큰 수일 경우, 고정자 자극의 원주방향의 이산성(discreteness)은 매우 작아져 코깅 토크, 토크 리플은 작은 값으로 된다. 반대로, 상의 수가 가장 작은 다상 교류인 2상 또는 인버터 구동의 부담, 모터 배선의 부담 등에서 유리한 3상의 경우, 고정자 자극의 원주방향 이산성이 커지기 때문에, 코깅 토크, 토크 리플은 쉽게 발생하게 된다.

이와 같이 이산성이 큰 경우, 고정자 자극 형상의 원주방향 면적 분포가 정현파형이면, 고정자 자극의 원주방향 이산성을 보상하는 효과가 있어 매우 효과적이다. 또한, 실제 상의 수 Ns=2의 2상 교류의 모터는 코깅 토크가 커서 그의 저감 대책이 필요하다. (31)식에 있어서 상의 수 Ns=3, Nss=3×Pn인 3상 교류 모터의 경우에 있어서, 구체적으로 원주방향의 전기각에서 360°사이에 고정자 자극을 3개 배치하는 구성의 3상의 모터에서, 코깅 토크, 토크 리플을 감소시키기 위하여 고정자 자극 형상의 원주방향 면적 분포를 정현파형으로 하는 기술은 중요도가 높은 기술이다. 상의 수 Ns=3으로 한 본 발명의 3상 교류 모터는 상의 수가 적기 때문에, 간단한 구성으로 할 수 있고, 부품수가 적고, 비용면에서도 유리한 구성이다.

도 21 및 도 31에 나타낸 고정자 자극(53 내지 59)은 그 고정자 자극의 회전 자 샤프트 방향 폭(WDD)이 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 피치(회전자 샤프트 방향의 간격)(WDP)보다 약간 작은 구조가 되어 있다. 그러나, 각 고정자 자극을 통과하는 자속의 회전각 변화율은 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 길이가 큰 쪽이 유리하여 인접하는 고정자 자극과 간섭하지 않는 구성으로 하면서, 도 38의 고정자 자극(54SS) 등의 회전자 샤프트 방향 폭(WDX)과 같이 고정자 자극 피치(WDP)보다 큰 값으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 고정자 자극의 선단부의 구체적 형상은 도 37에 나타낸 각 고정자 자극형상, 도 39의 고정자 자극형상(166), 도 29의 고정자 자극형상 등이다.

또한, 도 41에 나타내는 6상의 고정자 자극의 선단부 형상(140 145)은 원주방향의 폭(WA)을 전기각에서 360°/6=60°보다 약간 작게 해서 인접하는 고정자 자극과 간섭하지 않도록 하고, 그 회전자 샤프트 방향 길이를 이 모터의 외경 축방향최대 길이의 크기로 하고 있다. 또한, 예를 들면 도 41에 나타내는 고정자 자극(142)의 형상은 수평 해칭을 부여한 부분이 고정자 자극의 선단부로부터 고정자의 백 요크로 연장되는 고정자 자극의 근원부이며, 도 41에 나타내는 고정자 자극(142)의 사선 해칭을 첨부한 부분이 고정자 자극의 선단부이다. 또한, 도 41에 나타내는 각 고정자 자극의 형상은 고정자와 회전자 사이의 에어갭부에서 바라본 고정자의 내주면 형상을 원주방향에 직선 전개한 형상도이다. 도 41에 나타낸 바와 같은 고정자 형상은 특히 회전자 샤프트 방향 길이가 작고, 편평하고 얇은 모터의 경우에 바람직하다. 고정자 자극을 통과하는 자속의 회전각변화율을 크게 할 수 있어 모터 토크를 증대시킬 수 있다.

N상의 전체 고정자 자극 군(MPN)에 있어서, 임의의 X상의 고정자 자극 군을 통과하는 자속의 총합을 φx로 하고, 그 자속 φx의 회전변화율을 dφx/dθ, 그 고정자 자극과 회전자 자극 사이의 에어갭부에 작용하는 기자력인 권선전류를 h, 권선 턴수를 WTx로 하며, 이들의 곱인 모터의 발생 토크 성분 Tx = dφx/dθ×Ix×WTx로 하고, 다른 Y상의 구성에서 그 고정자 자극 군을 지나는 자속 Φy, 권선전류Iy, 턴수 WTy인 발생 토크 성분 Ty = dφy/dθ×Iy×WTy로 할 때, X상, Y상의 위상차를 제외하고, 고정자 자극과 회전자 자극의 대향하는 면적에 의해 결정되는 자속 φx, φy, 권선 전류Ix, Iy, 턴수 WTx, WTy의 2 이상이 X상과 Y상에서는 다른 값이며, 각각의 발생 토크 성분 Tx와 Ty는 동일하게 이루어지는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 고정자 자극의 형상은 모터 커버, 피구동측 기구 등에 맞게 형상을 변형시킬 필요가 있을 경우, 자속 Φx, 전류 Ix, 턴수 WTx에서 얻을 수 있는 최종적 전자기작용을 변경하지 않고 개개의 파라미터를 변경하는 쪽이 바람직하다.

도 42는 다른 고정자 자극배치, 권선 배치의 예를 나타내는 도면이다. 도 21, 도 37, 도 35 등에 나타낸 고정자 자극의 원주방향 위상의 종류가 6종류인 것임에 대해, 도 42에서는 중간 위상의 고정자 자극이 추가되고, 12종류 위상의 고정자 자극(101 내지 112)을 배치하고 있다. 권선과 관련하여 권선(113 내지 123)까지 11개의 루프형 권선을 배치하고 있다. 각 권선의 전류 벡터는 각 권선의 좌단에 부가하고 있는 값이고, 도 33에 나타낸 동일한 부호가 첨부된 전류 벡터에 대응한다. 동일 위상의 루프형 권선을 2세트씩 만들고, 동일 위상의 전류를 인접하는 2개의 슬롯의 권선에 전류가 통합하도록 배치한다. 이와 같이 동일 위상의 권선, 전류를 병렬하는 복수의 슬롯에 분할해서 배치할 수 있다. 도 41에 나타낸 구성으로 함으로써, 고정자 자극이 보다 많은 위상에 배치되기 때문에, 토크의 고주파 성분이 제거되어 토크 리플이 감소되고, 모터의 구동을 더욱 부드럽게 할 수 있다. 한편, 전류 벡터의 종류는 6종류이며, 역상의 전류 벡터에 관해서는 통전 방향을 반대로 함으로써, 3상 인버터에서의 제어가 가능해서 모터의 제어장치는 복잡해지지 않는다.

도 43은 다른 고정자 자극배치, 권선 배치의 예를 나타내는 도면이다, 도 42에 도 42와 비교해 보면 권선이 변경된다. 도 42에 나타낸 권선(114, 116, 118, 120, 122)을 더욱 정밀한 전류를 실현할 수 있는 권선으로 변경함으로써, 더욱 정밀하고 토크 리플이 작은 모터로 이루어진다. 권선(125, 126)의 전류 벡터는 도 44에 나타낸 바와 같이, a1, b1이다. 전류 벡터 a1, b1의 합 g은 전류 벡터 a1, b1과 진폭은 동일하고, 위상은 a, b 중간의 위상이다. 여기에서, a1 = 1/(2×cos30°)×a = O.57735×a, b1 = 0.157735×b이다. 권선(125, 126)의 기자력인 암페어 턴(amper turn)수는 턴수를 조정하고, 동일 전류가 흐르도록 함으로써 실현된다. 권선(127 내지 134)에 관해서도 유사하게 동일하게 고려될 수 있고, 도 44에 나타낸 전류 벡터를 형성할 수 있다. 도 45는 도 43에 나타내는 각 권선에 흐르는 전류 벡터의 관계를 표시한 도면이다.

도 43에 나타내는 모터는 도 35에 나타낸 모터에 대하여 2배로 다상화(多相化)되게 이루어진다. 다상화에 의해 토크의 고주파성분이 제거되어 토크 리플이 감소되고, 모터의 구동을 더욱 부드럽게 할 수 있다. 이때, 모터의 구동장치는 전류 벡터 a, b, c, d, e, f를 생성해야만 하기 때문에, 3상의 인버터로 구동할 수 있어 모터는 다상화에 의해 약간 복잡해지지만, 구동장치에서의 부담은 부과되지 않는다. 중간 위상의 g, h, i, j, k, 1의 전류 벡터를 구동장치에 생성한 경우에는, 구동장치의 트랜지스터의 수를 2배에 증가할 필요가 있다.

또한, 새롭게 제공된 권선(125, 126) 등의 턴수는 권선(113, 115) 등에 대하여 정수비로 이루어지지 않고 단부의 수로 되는 것이 많아지지만, 가능한 한 가까운 턴수를 선택함으로써 목적된 효과를 얻고, 실용적인 특성을 얻을 수 있다. 또한, 턴수의 비가 예를 들면, 1:0.57735 =6:3.4641로 되고, 3.4641는 정수로부터 상당히 떨어져 있다. 이 경우, a1을 3턴으로 하고, bl을 4턴으로 함으로써, 위상 오차는 다소 커지지만 진폭 오차를 작게 하는 방법, 또는 a1의 권선을 3.5턴으로 하고, 3.5턴 후에 자기회로로부터 취출하고, b1의 권선도 3.5턴으로 하여 배치적으로 al의 권선에 대하여 기계각에서 180°원주 방향으로 오프셋된 회전위치에 배치함으로써 소기의 목적을 거의 달성할 수 있다.

다음으로, 모터의 각 루프형 권선의 결선방법 및 인버터로의 접속 방법에 대해서 설명한다. 도 21에 나타낸 모터(100)는 도 20의 (e)에 나타내는 6상의 모터의 예다. 본 발명은 각종 상의 모터로 전개해서 적용할 수 있지만, 도 20의 (e)의 3상의 경우, 도 1에 나타낸 모터로 되고, 권선(115, 116, 117, 118)은 도 46에 나타낸 바와 같이 결선해서 3상 인버터로 제어할 수 있다. 여기에서, 각 루프헝 권선(115, 116, 117, 188)은 턴 시작위치를 쉽게 도시하도록 1턴의 권선 심볼로 나타내고 있다. 권선 115, 116에는 동일 U상 자속이 쇄교하기 때문에, 권선의 유도 전압은 동일 U상 전압의 마이너스 값(-Vu)이다. 권선 117, 118에는 동일 W상 자속이 쇄교하 기 때문에, 권선의 유도 전압은 동일 W상의 전압(Vw)이다. 따라서, U상 전류(Iu)는 권선 115에 역방향으로 통전되고, W상 전류(Iw)는 권선 118에 정방향으로 통전된다. V상 전압(Vu)은 Vu＋Vv＋Vw=0의 관계로부터 Vv=-Vu－Vw로 되기 때문에, V상 전류(Iv)는 권선 116에 정방향으로 통전되고, 권선 117은 역 직렬로 되어 역방향으로 통전된다.

이들 각 전압과 각 전류의 관계는 도 47에 나타내는 벡터도와 같이 이루어진다. 또한 각 권선, 각 전류, 각 전압은 도 48에 나타낸 바와 같이 표현될 수 있다. 여기에서, 각 권선에 부여한 돗트 마크(dot mark)는 권선의 턴 시작 측을 나타낸다. 이와 같이 역 상의 전류가 통전되는 권선을 반대 방향 직렬로 접속함으로써 3상 인버터에 의해 모터는 효율적으로 작동될 수 있다.

다음으로, 도 6, 도 7에 나타낸 바와 같이, 2개의 루프형 권선 115, 116을 권선 138에 통합하고, 권선 115, 116으로 통전되는 전류를 산술적으로 가산해서 가산 전류가 권선 138에 통전되고, 유사하게 2개의 루프형 권선 ll7, 118을 권선 139에 통합하고, 권선 117, 118에 통전되는 전류를 산술적으로 가산해서 가산 전류를 권선 139에 통전될 수 있다. 이들 권선 138, 139로 통전되는 전압, 전류, 권선의 모델, 권선의 접속방법에 관하여 도 49 또는 도 50, 도 51, 도 52에 나타낸다. 도 49에 나타낸 방법은 권선 138과 권선 139의 전류를 각각 단독으로 독립하게 제어하는 방법으로, 특히 기술적 곤란은 없지만, 두 전류를 단독으로 생성하기 위해서는 인버터의 소자 수가 늘어나고, 비용면에서 부담이 커진다. 한편, 도 50의 구성은 권선 138의 턴 시작에 전류 Im=-Iu+Iv가 통전되고, 권선 139의 턴 시작에 In=- Iv+Iw가 통전되며, 권선 138, 139의 턴 종결부를 결선해서 Io=-Im－In=Iw＋Iu가 통전되도록 구성할 수 있다. 이들 전류 Im, In, Io의 위상은 120°씩의 위상차를 가지며, 진폭은 3상 전류 Iu, Iv, Iw의 1.732배이다. 권선(138, 139)의 상 전압을 -Vu, Vw로 하면, 도 50, 도 51, 도 52에 부가한 바와 같이, 각 단자 전압은 (-Vw＋Vu)/3, (-Vu＋Vv)/3, (-Vv＋Vw)/3으로 된다. 도 51의 선간(線間) 전압은 도 48에 나타낸 선간 전압에 비하여 1/1.732 배로 된다. 이들 각 전압과 각 전류의 관계는 도 47에 나타낸 벡터도와 같이 이루어진다. 또한 각 권선, 각 전류, 각 전압은 도 48과 같이 표현될 수 있다. 또한, 도 50, 도 51, 도 52에 나타낸 모터의 전압, 전류를 도 46, 도 47, 도 48과 같이 하기 위해서는, 권선 138, 139의 턴수를 권선 ll5, 116, 117, 118의 1.732배로 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 50, 도 51, 도 52에 나타내는 모터의 구동은 평행한 3상 전압, 3상 전류의 구동이며, 도 53에 나타낸 바와 같은 일반적인 3상 인버터로 구동할 수 있다. 도 53에 있어서, 150은 직류 전압원, 151, 152, 153, 154, 155, 156은 역방향의 다이오드를 병렬로 배치한 트랜지스터이다.

다음으로, 도 54는 도 21, 도 22에 나타낸 권선(41 내지 52)의 결선방법 및 3상 인버터의 접속방법의 예를 나타낸 것이다. 도 21, 도 22에 나타낸 모터 모델에서 설명한 바와 같이, 고정자 자극(53, 59)은 동일 위상이고. 고정자 자극(56)은 180°위상이 다른 역 상의 고정자 자극이다. 고정자 자극(53, 59, 56)을 통과하는 자속을 U상 자속으로 하고, 동일 위상에서 쇄교되는 권선의 접속은 도 54에 나타낸 권선(41, 46, 47, 52) 각각의 접속으로 된다. 예를 들면, 고정자 자극(56)을 통과 하는 자속과 쇄교시키기 위해서는 그 축방향 전후의 권선(46, 47)을 역 직렬로 접속하는 것이 바람직하다. 또한, 권선의 턴 방향은 고정자 자극(59, 53)에 대한 권선(52, 41)의 관계는 역방향으로 하는 것이 바람직하다.

고정자 자극(55)을 통과하는 자속은 V상 자속이고, 고정자 자극(58)을 통과하는 자속은 -V상 자속이며, 권선의 접속은 도 54에 나타낸 권선(44, 45, 50, 51) 각각의 접속으로 된다. 고정자 자극(55)을 통과하는 자속과 쇄교시키기 위해서는 그 축방향 전후의 권선(44, 45) 역 직렬로 접속하는 것이 바람직하다. 고정자 자극(58)을 통과하는 자속과 쇄교시키기 위해서는 그 축방향 전후의 권선(50, 51)을 역 직렬로 접속하는 것이 바람직하다. 또한 권선의 턴 방향은 고정자 자극(55)에 대한 권선(44, 45)의 관계 및 고정자 자극(58)에 대한 권선(50, 51)의 관계와 역방향으로 하는 것이 바람직하다.

고정자 자극(57)을 통과하는 자속은 W상 자속이고, 고정자 자극(54)을 통과하는 자속은 -W상 자속이며, 권선의 접속은 도 54의 권선(48, 49, 42, 43) 각각의 접속으로 된다. 고정자 자극(57)을 통과하는 자속과 쇄교시키기 위해서는 그 축방향 전후의 권선(48, 49)을 역 직렬로 접속하는 것이 바람직하다. 고정자 자극(54)을 통과하는 자속과 쇄교시키기 위해서는 그 축방향 전후의 권선(42, 43)을 역 직렬로 접속하는 것이 바람직하다. 또한, 권선의 턴 방향은 고정자 자극(57)에 대한 권선(48, 49)의 관계 및 고정자 자극(54)에 대한 권선(42, 43)의 관계와 역방향으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 55는 도 35에 나타낸 루프형 권선(61, 62, 63, 64, 65)의 결선 방법 및 3상 인버터의 접속 방법의 예를 나타낸 것이다. 도 35에 나타낸 모터 모델에서 설명한 바와 같이, 권선 62와 권선 65는 2개의 루프형 권선을 역 직렬로 접속함으로써 3상 중 1상의 자속을 양 권선에서 쇄교시킬 수 있고, 역방향 직렬로 접속한 전압은 도 33에 나타낸 벡터 e의 위상으로 이루어지기 때문에, 전류 Iu가 통전된다. 또한, 권선 61과 권선 64는 2개의 루프형 권선을 역 직렬로 접속함으로써 3상 중 1상의 자속을 양 권선에서 쇄교시킬 수 있고, 역방향 직렬로 접속된 전압은 도 33의 a의 위상으로 전류 Iv가 통전된다. 남은 권선 63의 전압은 도 33에 나타내는 c의 위상으로 전류 Iw가 통전된다. 또한, 권선 63은 고정자의 중앙에서, 1개의 루프형 권선으로 3상 중 1상의 자속을 쇄교시킬 수 있지만, 전압을 발생하지 않는 도 34에 나타낸 권선 66은 생략되어 있다고 할 수 있다.

다음으로, 도 56은 도 28에 나타낸 루프형 권선(96, 97, 98, 99, 100)의 결선 방법 및 3상 인버터의 접속 방법의 예를 나타낸 것이다. 도 28에 나타낸 모터 모델에서 설명한 바와 같이, 그 고정자 구조, 권선 배치는 도 27에 나타낸 고정자 구조의 권선(82 내지 93)을 변형한 구조이다. 또한, 각 권선에 흐르는 전류는 도 28에 부가한 H, I, J, K, L이며, 도 30의 (e)에 나타낸 전류 벡터로 표시한 바와 같이 그 전류의 크기는 다르다. 그 결과, 도 28에 나타낸 각 권선에 흐르는 전류와 각 고정자 자극의 자속의 관계는 약간 복잡해진다. 그러나, 도 28에 나타낸 고정자의 작용은 도 27에 나타낸 각 권선의 전류 및 고정자 자극의 자속의 관계와 동일하다. 여기에서, 도 28의 각 권선에 흐르는 전류는 도 30의 (c)에 나타낸 전류 벡터로 하는 전제에서, 각 권선의 결선 방법 및 3상 인버터의 접속 방법의 예를 나타낸 다. 권선(96, 99)에 통전되는 전류 벡터 H와 K는 -U상의 위상이고 그 진폭은 권선(96)의 1/2의 전류가 권선(99)에 통전되어야 하기 때문에, 권선(99)의 턴수를 권선(96)의 턴수의 1/2로 해서 동일한 U상 전류Iu가 통전된다. 권선(97, 1OO)에 통전되는 전류 벡터 I와 L은 -V상의 위상이고, 그 진폭은 권선(100)의 1/2의 전류가 권선(97)에 통전되어야 하기 때문에, 권선(97)의 턴수를 권선(1OO)의 턴수의 1/2로 해서 동일한 V상 전류(Iv)가 통전된다. 권선(98)에 통전되는 전류 벡터 J는 -W상의 위상이고, 그 진폭은 권선(96, 100)과 동일하고, W상 전류(Iw)가 통전된다

이상에서 나타낸 바와 같이, 전기각적으로 거의 동일한 위상의 권선을 동일한 방향으로 직렬 접속하고, 또한 전기각적으로 거의 180°위상이 다른 권선을 반대 방향으로 직렬 접속하고, 또한 전류 벡터의 크기에 의해 각 루프형 권선의 턴수를 조정함으로써, 다상 위상의 전류를 보다 적은 전류원으로 제어하여 모터를 구동할 수 있고, 모터의 배선을 간략화할 수 있으며, 구동장치도 간략화할 수 있다.

또한, 모터의 전압, 전류를 제어하는 인버터와 관련하여, 주로 도 53에서 도 56까지에서 트랜지스터를 6개 사용하는 3상 인버터의 예를 도시하였지만, 트랜지스터 4개에서 하나의 전류, 전압을 제어하는 인버터를 3세트 사용하여 3상 교류를 제어하는 방법 등 각종 방법이 가능하다.

도 21, 도 22, 도 34, 도 35등에서는, 어떤 규칙성에 근거하는 모터의 구성에 관하여 설명했지만, 이들 모터 및 이들 모터의 상의 수를 변경한 모터 등은 각각 뛰어난 점이 있음과 동시에 개량의 여지도 있다. 이하, 뛰어난 점의 더욱 구체적인 설명, 또한 개량하는 여지가 있는 점 및 새로운 구성의 모터에 관하여 설명한 다.

도 22의 모터는 고정자 자극 군의 수가 (N＋1)이고, 권선의 수가 N의 모터에서, 53과 59는 동일 위상의 고정자 자극이며, N=6일 때의 6상의 모터이다. 또한, 견해에 따라서는, 180도 위상이 다른 상을 동일 상으로 생각하여 3상 교류 모터로의 해석도 가능하다. 그 해석 및 호칭은 어느 쪽이라도 좋고, 전기각 360도의 범위에서 6개 위상의 고정자 자극이 배치되는 모터이다.

도 22에 나타낸 각 고정자 자극의 회전자에 면하는 원주방향 형상을 직선 형태로 전개한 도면에서는, 원주방향으로 전기각 180°사이에는 자극이 배치되어 있지만, 나머지 180°의 사이에는 자극이 배치되지 않는다. 따라서, 약 반 정도의 면적은 유효하게 활용되지 않고 있는 문제가 있다. 또한 이 활용되지 않는 부분에는, 회전자측으로부터 공간을 통해 누설 자속이 발생하고, 이들 누설 자속은 토크를 감소시키는 방향으로 작용하기 때문에, 이 점도 문제이다. 또한, 도 22에서 각 고정자 자극에 작용하는 자속의 회전각 변화율이 토크 및 전압에 비례하기 때문에, 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향의 폭이 작아 이 점도 문제이다.

도 41에 나타낸 고정자 자극의 배치 구조는 각 상의 회전자에 면하는 고정자 자극 형상이 회전자 샤프트 방향의 일단으로부터 타단까지 배치된 구조이며, 단순논리적으로, 상기 고정자 자극 자속의 회전 변화율을 최대한 크게 한 구조이다. 도 37 및 도 38은 도 41만큼 극단적이지 않은 예이며, 각 상의 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향의 크기는 이 모터 전체의 회전자 샤프트 방향의 크기의 약 절반 정도의 형상으로 이루어진다. 도 38은 고정자의 종단면도이며, 수평 방향은 회전자 샤 프트 방향, 수직 방향은 모터의 반경 방향이다. 54SS는 도 37의 고정자 자극(54S)의 회전자에 면하는 티스의 선단부이고, BY는 고정자의 백 요크, 54SB는 티스의 선단(54SS)으로부터 백 요크(BY)까지 자속이 통과되는 티스이다. 도 37 및 도 38의 구성의 모터는 도 21 및 도 22의 구성과 비교해 볼 때, 단순논리적으로, 회전자 표면을 효율적으로 대향시키고, 또한 각 고정자 자극 자속의 회전각 변화율도 증대시키는 구조로 되는 것으로 말할 수 있다. 특히, 회전자의 표면 자속 밀도가 예를 들면, 1테스라(tesla)(1T)보다 작고, 모터의 구동 전류도 비교적 작은 영역에 있어서, 효과적으로 구동할 수 있다. 그러나, 모터에 큰 전류가 통전되어 큰 토크를 얻는 경우에는, 각 상의 고정자 자극이 다른 상의 고정자 자극과 이웃하고 근접하여 각 권선의 기자력은 상이 다른 고정자 자극 간의 누설 자속을 쉽게 발생시키는 배치 구조로 되어 이 점은 문제이다. 또한 티스(54SB) 부분의 자기 경로로서의 단면적은 티스의 선단(54SS)의 회전자에 대향하는 면적보다 작고, 높은 자속 밀도의 희토류 자석을 활용하는 경우에는, 자기 포화하기 쉬운 구조가 된다. 또한, 상기 누설자속도 겹치고, 티스의 선단으로부터 백 요크까지의 사이의 각 부위에서 쉽게 자기 포화되어 이 점에서도 문제이다.

다음으로, 이들의 문제를 감소시키는 기술에 관하여 설명한다. 설명을 간략화하기 위해서, 도 71에 나타낸 3개 위상의 고정자 자극 군을 갖는 모터의 예에 관하여 설명한다. 711 및 714는 A상의 고정자 자극이다. 712는 B상의 고정자 자극, 713은 C상의 고정자 자극이다. 회전자는 도면에 도시하지 않았지만, 다양한 회전자를 적용할 수 있으며, 예를 들면, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같은 표면 자석형의 회전자이다. 도 71의 고정자 자극의 회전자에 대향하는 면의 형상은 고정자 자극을 통과하는 자속의 회전각 변화율을 증대시키도록 모터 코어의 회전자 샤프트 방향 길이를 MT로 할 때, 각 고정자 자극의 회전자 방향 길이 MS를 MT/3보다 크게 한다.이는 고정자 자극을 통과하는 자속φ의 회전각 변화율 dφ/dθ를 크게 하고, 권선의 유도 전압 및 모터의 발생 토크를 크게 하는 구성이다. 도 4의 예에서, 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 길이가 모터 코어의 회전자 샤프트 방향 길이의 1/3보다 약간 작아, 도 71의 구성은 토크 면에서 도 4의 구성보다 유리하다.

고정자와 회전자가 대향하는 면의 대부분에 고정자 자극이 배치되어 있다. 6 상의 예에서, 도 22의 예는 약 절반 정도의 스페이스가 사용되지 않고 있지만, 도 37의 예는 보다 많은 부분에 고정자 자극이 배치되며, 도 71의 배치는 도 37과 유사한 고정자 자극의 배치이다.

각 고정자 자극 간에는 각각 2개의 권선이 배치되고, 권선의 형상은 각 상의 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향의 요철에 동기하여 파형의 형상으로 이루어진다. 동기 전동기를 구성할 경우에, 회전자에 동기해서 각 권선에 3상 교류 전류가 통전되어 모터를 구동한다. 예를 들면, 권선 71A에는 도 72의 (a)에 나타낸 1_A、권선 715에 -I_A가 통전된다. 유사하게, 권선 716에 I_B, 권선 717에 -I_B, 권선 718에 I_C, 권선 719에 -I_C가 흐른다. 각 권선의 전압에서, 예를 들면 권선 71A와 권선 715를 역 직렬로 접속했을 때의 양단 전압은 도 72의 (b)의 V_A, 권선 716과 717을 역 직렬로 했을 때의 양단 전압은 V_B, 권선 718과 719를 역 직렬로 했을 때의 양단 전압은 V_C이다. 그 결과, 이 모터에는 3상의 평행한 전압, 전류가 인가되어 구동될 수 있다.

도 73의 모터는 도 71의 모터의 각 고정자 자극 사이에 2개의 권선을 1개의 권선으로 통합하고, 그 권선에 2개의 전류를 산술적으로 가산한 전류가 통전되는 모터이다. 따라서, 권선 731로 도 74에 나타낸 전류 I_BA, 권선 732에 전류 I_CB, 권선 733에 I_AC가 흐른다. 권선 731에는 도 74의 (a)로 나타낸 바와 같이, -I_A와 +I_B의 합인 I_BA의 전류가 통전되고, 그 전류 진폭은 1.732배이다. 한편, 권선의 굵기는 2배로 할 수 있기 때문에, 결국 권선의 구리 손실을 3/4으로 할 수 있고, 구리 손실을 25% 감소시킬 수 있다.

각 권선의 전압은 도 74의 (b)에 나타낸 전압으로, 권선 731의 전압은 -V_A/2, 권선 732의 전압은 V_CB, 권선 733의 전압은 V_A/2로 된다. 도 74의 (b)에 나타낸 바와 같이, 3개의 권선의 전압은 언밸런스한 3상 전압이지만, 3개의 권선을 스타 결선했을 때의 3 단자의 단자간 전압은 서로 V_A, V_B, V_C와 동일한 진폭의 3상 평행 전압이다. 스타 결선으로 결선된 중심점의 전위가 3상 교류 전압의 변화와 함께 변동하는 관계가 이루어진다. 그 결과, 이 모터는 3상 교류의 전압, 전류를 제어하는 일반적인 3상 인버터로 이상적으로 구동할 수 있다.

도 73에 나타낸 단면 3DB-3DB를 도 75에 나타내며, 고정자 자극의 형상, 권 선의 형상 및 전자기적인 특성을 나타낸다. BY는 고정자의 백 요크이며, 712는 B상의 티스이다. MT는 모터 코어의 회전자 샤프트 방향 길이, MS는 B상의 티스(712)의 회전자 샤프트 방향 길이, MI는 B상의 고정자 자극의 선단부로부터 백 요크(BY)까지의 자기 경로부의 회전자 샤프트 방향 길이이다. 도 75의 예에서, B상의 고정자 자극의 선단으로부터 백 요크(BY)까지의 형상이 동일한 형상의 예이며, 상기 MS와 MJ가 동일한 크기의 예이다. 이 모터의 토크를 개선하기 위해서 MS를 도 75의 예보다 크게 할 수도 있다.

도 38의 티스의 일부인 자기 경로(54SB)는 고정자 자극의 선단부의 회전자 샤프트 방향 길이(WDX)의 1/4정도이고, 자속 밀도가 큰 희토류 자석을 회전자에 사용해서 권선에 큰 전류가 흐르는 경우에, 자기 경로(54SB) 부분에서의 자기포화 문제가 발생하기 쉽다. 도 38과 비교해 볼 때, 도 75의 구성은 자기 경로의 회전자 샤프트 방향의 크기(MJ)가 충분하게 크고, 고정자 자극에 자속이 통과하는 자기 경로의 단면적이 크기 때문에, 연자성체의 자기 포화의 문제가 해소된다. 따라서, 도 75의 구성의 모터는 큰 전류가 흘러 큰 토크를 얻을 수 있는 모터인 것으로 말할 수 있다. 후방에 위치하는 A상의 고정자 자극(714)에 관해서도 충분한 자기 경로 단면적을 확보하고, C상의 자기 경로 단면적에 관해서도 동일하게 충분한 크기의 자기 경로 단면적으로 이루어진다.

731B는 권선 731의 단면, 732B는 권선 732의 단면, 733B는 권선 733의 단면이며, 각 권선은 평판형의 도체를 3턴 권선한 예를 나타내고 있다, 이들 각 상의 권선은 각 상의 고정자를 폐색하도록 배치되기 때문에, 각 권선이 각 상의 고정자 자극에 작용하는 기자력은 각 상의 고정자 자극의 선단부 근방에 작용하는 구성으로 해서 각 고정자 자극으로부터 회전자측에 상기 기자력이 작용하는 구성으로 된다. 그 결과, 도 38에서 문제가 되는 다른 상의 고정자 자극과의 사이에 누설 자속을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 예를 들면 도 76의 (a)에 나타낸 권선 736B의 모양이 평판형의 권선 형상으로 하고 있기 때문에, 화살표 761로 나타낸 바와 같은 누설 자속이 증가할 때, 화살표 762로 나타낸 바와 같은 와전류가 유도되어, 이 와전류가 상기 자속 761의 증가를 방해하는 효과가 있다. 이 때문에, 다른 상의 고정자 자극 사이의 누설 자속 761을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 모터의 권선 형상은 도 76의 (a)등에 한정되는 것은 아니고, 도 76의 (b)의 모양에서 반경 방향으로 분할될 수도 있으며, 또한 통상의 라운드 와이어 또는 스트랜드(strand) 와이어도 가능하다, 권선 732의 각 부분에 흐르는 전류는 화살표 762와 같은 와전류와 권선 732에서 통전되는 상 전류와의 합성 전류로 된다. 또한, 각 상의 권선 형상은 도 75에 나타낸 바와 같은 형상으로 한정되는 것은 아니고, 각 권선이 고정자 자극의 개구부의 근방까지 배치되어 있으면, 다른 상의 고정자 자극 사이의 누설 자속을 감소시키는 효과가 있다.

이상에서는 도 41 또는 도 38과 도 75의 고정자 자극의 형상과 같이, 극단적인 고정자 자극 형상에 대해서 설명하였지만, 이들의 중간적인 배치, 구성의 모터도 실현될 수 있다. 도 37의 고정자 자극 형상에 있어서, B상 내지 F상의 고정자 자극 형상은 각각의 중심부로부터 회전자 샤프트 방향의 양쪽으로 돌출되어 연장되지만, 회전자 샤프트 방향 양단의 A상의 고정자 자극은 그 구성상 두 부분으로 분 할되고, 각각이 회전자 샤프트 방향의 한쪽으로 돌출되어 연장된다. 양단의 고정자 자극이 통합된 도 35와 같은 고정자 자극을 도 37의 고정자 자극과 같이 변형할 경우, 회전자 샤프트 방향 양단에 배치되는 고정자 자극은 고정자 중심방향을 향하고, 다른 상의 고정자 자극의 약 2배의 돌출(연장)이 요구된다. 이 때문에, 돌출부의 자속량이 증가하고, 연자성체의 자기 포화의 문제가 있다. 고정자 자극의 형상에 따르지만, 이 점에서 동일 상의 고정자 자극이 회전자 샤프트 방향의 양단으로 분리되는 것은 자기 경로 구성상에 의의가 있다.

다음으로, 본 발명의 모터의 권선의 접속 및 그 제어장치에 의한 전압, 전류의 인가 방법에 관하여 설명한다. 본 발명의 모터의 예로서 도시한 도 1, 도 6, 도 7, 도 27, 도 28, 도 34, 도 35등의 모터 및 각각의 상의 수를 변경한 모터 등의 권선은 각각 특유한 전압, 인덕턴스, 저항 등의 특성을 나타내어 균등한 특성이라고는 할 수 없다. 특히, 권선의 배치에 의해 그 쇄교 자속이 크게 변화되기 때문에, 구체적으로 권선의 유도 전압이 다르다. 각각의 모터 구성에 의해 특유한 권선의 결선 방법 및 전압 전류의 구동 방법이 있다. 그 구체적인 한 방법은 각 권선을 도 137에 나타낸 바와 같은 구동 회로에서 각 권선 단독으로 구동하는 방법이다. 여기에서, 구동 회로의 전압은 구동 환경으로서 일정한 전원 전압에서 구동되는 것이 대부분이기 때문에, 각 전력 소자의 구동 효율상, 권선의 턴수를 그 전원 전압에 맞춰서 설계하면 효율이 좋은 구동이 실현된다. 예를 들면, 쇄교 자속 φ이 작은 경우, 턴수 Nw와의 곱인 자속쇄교수 Ψ=φ×Nw는 다른 권선과 동일한 정도가 되도록 턴수 Nw를 크게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 각 권선의 자속쇄교수 Ψ= φ×Nw가 동일한 정도로 되도록 권선의 턴수 Nw를 설정하고, 각각의 권선을 독립적으로 도 137에 나타낸 바와 같은 구동 회로에서 각 권선 단독으로 구동하는 방법이다.

다음으로, 도 77에 나타낸 본 발명의 5상의 모터의 예에 대해서 설명한다. 도 77의 고정자 자극 및 권선의 배치도는 도 21 및 도 22의 7 고정자 자극 군에서 6상의 모터임에 반하여 5상의 모터이다. 5상의 모터는 4상 모터, 6상 모터에 대하여 유사한 점이 있는 반면, 5가 홀수인 것 등에 기인하여 많은 특수성, 구성의 차이 및 특성의 차이가 있다.

도 77은 회전자에 대향하는 각 고정자 자극과 각 권선의 원주방향의 형상을 직선상으로 전개한 도면으로, 가로축은 원주방향의 회전각을 전기각으로 나타내고, 세로축은 회전자 샤프트 방향을 나타내며, 각 권선의 전류 벡터 ―A, +B, -B, +C등을 부가적으로 나타내고 있다. 751과 756은 A상의 고정자 자극이며, 이들 2개의 고정자 자극에 맞춰서 A상의 고정자 자극의 기능을 달성하고 있어, 원주상에서 전기각으로 360°마다 동일 상의 고정자 자극이 배치된다. 유사하게, 752는 B상의 고정자 자극, 753은 C상의 고정자 자극, 754은 D상의 고정자 자극, 755은 E상의 고정자 자극이다. 757은 루프형의 권선이고, 도 78에 나타낸 벡터도에 있어서, -A의 벡터의 전류가 통전된다. 유사하게, 권선 758은 +B상의 전류, 권선 759은 -B상의 전류, 권선 75A는 +C상의 전류, 권선 75B은 -C상의 전류, 권선 75C는 +D상의 전류, 권선 75D는 -D상의 전류, 권선 75E는 +E상의 전류, 권선 75F는 -E상의 전류가 통전된다.

권선 757과 758은 동일 스페이스에 배치되기 때문에, 두 권선의 두 전류의 합계는 도 78의 벡터 A에서 벡터 B를 뺀 벡터 B-A로 표시된다. 마찬가지로, 권선 759과 75A는 벡터 C-B, 권선 75B와 75C는 벡터 D-C, 권선 75D와 75E는 벡터 E-D, 권선 75F와 75G은 벡터 A-E로 표시된다. 도 77의 좌측에 이해하기 쉽도록 각 전류의 벡터를 부가적으로 나타내었다. 도 78의 벡터 관계로부터 5상의 델타 결선으로 되고, 5상의 인버터로 구동될 수 있다. 또한 도 78의 각 벡터는 바꿔말하면, 도 79와 같이 나타낼 수 있으며, 스타 결선함으로써 5상의 인버터로 구동될 수 있다.

그러나, 벡터(B-A)의 전류가 모터로서 효과적으로 작용하는 것으로 가정했을 때의 권선 757과 758의 권선계수는 COS((180°- 72°)/2) = 0.5878로 되며, 도 77 및 도 78에 나타내는 5상의 모터는 커지지 않는다. 각각의 권선의 사용 방법에서는 개량의 여지가 있다.

이 권선 계수를 권선의 배치로 변경함으로써 개선하는 모터의 예를 도 80 및 도 81에 나타내었다. 구체적인 권선의 배치는 권선 808에 +B_S의 전류가 통전되고, 회전자 샤프트 방향으로 B상의 고정자 자극 752와 C상의 고정자 자극 753을 개재한 권선 80B에 -B_S의 전류가 흐른다. 유사하게, 권선 80A에 +C_S의 전류가 통전되고, 권선 80D에 -C_S의 전류가 흐른다. 권선 80C에 +D_S의 전류가 통전되고, 권선 80D에 -C_S의 전류가 흐른다. 권선 80E에 +E_S의 전류가 통전되고, 권선 807에 -E_S의 전류가 흐른다. 권선 80G에 +A_S의 전류가 통전되고, 권선 809에 -A_S의 전류가 흐른다. 여기에서, 도 79과 도 81의 벡터 B-A, C-B, D-C, E-D, A-E는 동일한 값이다. 그리고, 도 81에 나타낸 벡터 A_S, B_S, C_S, D_S, E_S는 5상의 벡터이다.

그 결과, 권선 807에는 벡터 E_S의 전류가 흐르고, 권선 808에는 벡터 +B_S의 전류가 흘러, 결국 A상의 고정자 자극 751과 B상의 고정자 자극 752 사이에는 벡터 B-A의 전류가 흐르게 되고, 도 77의 모터의 권선(757, 758)의 경우와 동일한 전자기적인 효과를 얻을 수 있다. 유사하게, 권선 809에는 벡터 ―A_S의 전류가 흐르고, 권선 80A에는 벡터 +C_S의 전류가 흘러, 결국 B상의 고정자 자극 752과 C상의 고정자 자극 753 사이에는 벡터 (C-B)의 전류가 흐르게 되고, 도 77의 모터의 권선(759, 75A)의 경우와 동일한 전자기적인 효과를 얻을 수 있다. 권선 80B에는 벡터 B_S의 전류가 흐르고, 권선 80C에는 벡터 +D_S의 전류가 흘러, 결국 C상의 고정자 자극 753과 D상의 고정자 자극 754 사이에는 벡터 (D-C)의 전류가 흐르게 되고, 도 77의 모터의 권선(75B, 75C)의 경우와 동일한 전자기적인 효과를 얻을 수 있다. 권선 80D에는 벡터 -C_S의 전류가 흐르고, 권선 80E에는 벡터 +E_S의 전류가 흘러, 결국 D상의 고정자 자극 754과 E상의 고정자 자극 755 사이에는 벡터 (E-D)의 전류가 흐르게 되고, 도 77의 모터의 권선(75D, 75E)의 경우와 동일한 전자기적인 효과를 얻을 수 있다. 권선 80F에는 벡터 -D_S의 전류가 흐르고, 권선 80G에는 벡터 +A_S의 전류가 흘러, 결국 E상의 고정자 자극 755과 A상의 고정자 자극 756 사이에는 벡터 (A-E)의 전류가 흐르게 되고, 도 77의 모터의 권선(75F, 75G)의 경우와 동일한 전자기적인 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 도 83에는 본 발명의 모터의 예를 나타낸 것이다. 도 83의 모터는 도 80의 A상의 고정자 자극 756을 고정자 자극 751과 통합해서 도 83의 831로 하고 있다. 832는 B상의 고정자 자극, 833은 C상의 고정자 자극, 834는 D상의 고정자 자극, 835는 E상의 고정자 자극이다. 각 권선(837, 838, 839, 83A, 83B, 83C, 83D, 83E)은 도 80의 각 권선과 동일하지만, 전압, 전류 모두에서 도 80의 고정자 자극 756 부분에서,360°/(5×2) = 36°만 위상이 오프셋된다. 그리고, 권선 83F와 권선 83G는 고정자 코어의 외측에 배치되는 것으로 되고, 거의 모터의 토크 발생상의 전자기적 작용을 모터에 발생시키지 않기 때문에 생략할 수 있다.

각 권선의 전류 벡터는 도 84에 나타낸 벡터이고, 권선 83F에 상당하는 -D_S의 전류와 권선 83G에 상당하는 +A_S의 전류는 필요 없게 된다. 그 외에는 도 81의 관계와 동일하다.

도 83의 모터의 각 권선의 접속은 2개의 고정자 자극을 개재해서 역방향으로 동일한 전류가 흐르는 2개의 권선을 역방향 직렬로 접속하여 스타 결선으로 하는 경우에는 도 85의 결선으로 된다. 도 85의 권선은 도 82의 권선과 비교해 볼 때, 권선 83F와 권선 83G의 2개의 권선이 없고, 위상은 360° 오프셋된다. 그러나, 스타 결선의 단자(TA, TB, TC, TD, TE)의 전압 진폭, 전류 진폭, 각 상의 상대 위상은 동일하다. 그리고, 스타 결선의 중심의 점(NN)의 전위는 상기 5개의 단자의 평균 전압이다.

또한 전압의 관점으로부터 보면, 이러한 상태의 역상의 각 전류는 2개의 고 정자 자극을 개재하여 역방향으로 흐르고 있기 때문에, 이들 2개의 권선을 역 직렬로 접속하면, 그 권선에 쇄교하는 자속은 전기각에서 (72°＋ 72°)=144°의 범위의 자속과 쇄교하는 관계로 이루어진다. 도 81에 나타낸 바와 같이 각 권선의 전류가 효율적으로 합성 기자력을 생성하는 관계로 이루어져 전압의 진폭은 동일하고, 위상은 각각 72°의 위상차를 갖는 5상 전압으로 된다. 그리고, 도 82에 나타낸 바와 같이 스타 결선해서 각 권선의 5상 전류를 제어하여 구동될 수 있다. 유사하게, 결선을 변경하여 델타 결선으로도 할 수 있다.

또한, 도 77, 도 80에 나타낸 개개의 권선의 전압은 도 86에 나타낸 바와 같이 권선이 배치되는 슬롯에 의해 각각 위상, 진폭이 다르게 된다. 상기와 같이, 2개의 고정자 자극을 개재해서 역 직렬로 접속한 5세트의 2 권선의 양단 전압은 동일 진폭이고, 또한 위상이 72° 씩 다른 평행 5상 전압으로 된다.

또한 상기 상태에서, 각 권선의 접속 방법에 관계없이 각 권선의 권선계수는 COS((180°- 144°)/2=0.951로 양호한 값으로 되고, 도 77 및 도 78의 관계보다 크게 개선된다.

본 발명 모터가 홀수의 상인 경우, 전기각에서 180°의 위상차가 있는 슬롯은 존재하지 않지만, 2개의 권선을 180°에 보다 가까운 위치에서 역방향으로 권선함으로써 효율이 좋은 구동을 실현할 수 있다. 5상 모터의 경우, 2개 혹은 3개의 고정자 자극을 개재해서 동일 상의 권선을 역방향으로 권선할 수 있다. 7상 모터의 경우, 3개 또는 4개의 고정자 자극을 개재해서 동일 상의 권선을 역방향으로 권선할 수 있다. 2개의 고정자 자극을 개재한 구성이어도, 하나의 고정자 자극의 양측 에 배치하는 것보다는 매우 효율이 좋다. 또한 다른 홀수 상의 모터 및 짝수 상의 모터에 관해서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 5상, 7상, 9상, 11상 등의 홀수 상은 큰 소수이기 때문에, 모터 전체로서의 각 상의 고주파는 제거될 확률이 높아지고, 토크 리플이 작은 모터 운전을 실현할 수 있다. 예를 들면, 3상 모터는 60°주기의 고주파가 발생하기 쉽고, 6상의 모터는 어느 정도는 감소하지만 60°주기의 고주파가 발생하기 쉽다. 4상의 모터는 소수가 2이기 때문에, 많은 고주파가 발생하기 쉽고, 모터 설계 시에는 고주파 감소의 연구가 필요하다. 이 점에서, 5상 및 7상의 모터는 낮은 수준의 고주파가 거의 제거되기 때문에, 모터 설계시의 고주파 감소가 용이하고, 토크 리플이 작고, 저소음, 저진동의 고품위 모터를 실현할 수 있다. 자동화 혹은 무인화된 산업기계, 생산라인에서 사용되는 모터와는 달리, 자동차 등, 인간의 청각, 촉각에 가까운 부위에 사용되는 경우는, 모터의 정숙성은 대단히 중요한 특성이다.

또한 앞서 설명한 바와 같이, 전기각 360°사이에서, N은 홀수이고, N개의 위상의 고정자 자극 군을 가지며, 고정자 자극 군의 사이에 복수의 루프형 권선을 갖는 모터는 결선 방법에 의해 권선계수를 작게 할 수 있고, 효율이 좋은 운전이 가능하다. 또한 스타 결선으로 함으로써, 평형 N상의 전압, 전류의 제어, 모터 구동이 가능한 것을 설명하였다.

또한 고정자 자극 군 사이에 1개의 루프형 권선을 갖는 모터는 후술하는 바와 같이, 각 권선 전압은 평형N상 전압이 아니지만, (N-1)개의 권선에 의한 스타 결선과 중심점의 N개의 단자에 의한 평형 N상 전압, 전류 구동이, 도 93의 (a)에 나타낸 바와 같이 가능하다. 또한 (N-1)개의 권선에 의한 1선이 부족한 델타 결선에서 N개의 단자에 의한 평형 N상 전압, 전류 구동이 도 93의 (b)에 나타낸 바와 같이 가능하다.

모터의 권선에 전압, 전류를 인가하여 구동하는 방법으로서는, 각 권선을 개별적으로 제어, 구동하는 방법, 스타 결선에 의한 N상 구동, 델타 결선에 의한 N상 구동, 이들을 변형한 구동 방법 등이 있다.

고정자 자극 군의 위상의 종류 N이 6 이상의 짝수인 경우, 예를 들면 도 34 및 도 35의 경우는 N==6이며, 전기각이 180°다른 위상의 권선 2개, 61과 64, 62와 65, 63과 66을 역 직렬로 접속하여 3세트의 권선에 의한 3상 스타 결선을 실현할 수 있고, 3상 인버터로 구동할 수 있다. 이와 같이 N이 6 이상의 짝수의 경우는 N/2의 상의 평형 교류 인버터로 구동할 수 있다.

N이 4인 경우, 전기각이 180°다른 위상의 권선 2개를 역 직렬로 접속할 수 있지만, 권선 세트가 2개로 되어 3상 이상의 다상 평형 교류 회로망을 구성할 수 없어 특유한 회로 구성을 제작할 필요가 있다.

N이 3의 경우, 도 1 및 도 71에 나타낸 바와 같은 모터 구성에서, 동일 상의 전류가 흐르는 2개의 권선을 전류의 방향에 맞춰서 직렬로 접속하고, 3상의 스타 결선을 구성할 수 있어 3상 인버터로 제어할 수 있다.

고정자 자극 군의 위상의 종류 N이 5 이상의 홀수인 경우, 도 77 및 도 80의 모터 구성에서 설명한 바와 같이, 일정한 규칙으로 접속, 구성된 N세트의 스타 권선을 구성할 수 있어 N상의 다상 평형 회로망을 구성하고, N상의 평형 교류 인버터 로 구동할 수 있다.

다상 교류 인버터로 효율적으로 운전할 수 있는 특징이 있다. 또한 여기에서 기술한 스타 결선의 구성의 경우에는, 중심의 접속부가 각 스타 결선의 단자의 평균 전압이 되어 전위는 안정되거나 안정화할 수 있다. 그리고, 이 전위가 안정화한 권선의 부위를 모터 철심에 권선을 권선하는 권선 시작으로 하면, 권선과 철심 간의 전위 변동이 작아져 권선과 철심 간의 부유 용량에 근거하는 누설 전류가 감소하고, 전자 장해 등의 문제를 경감시킬 수 있다.

또한 상기 권선은 델타 결선으로서 접속하고, 다상 교류 인버터로 제어할 수 있다. 다만 이 경우, 델타 결선 내에서의 루프 전류가 흐를 가능성이 있어 모터의 언밸런스 성분이 발생하지 않는 모터 설계, 제작상의 언밸런스, 인버터의 제어 상의 언밸런스 등이 발생하지 않도록 주의가 필요하다. 따라서, 특별한 이유가 없는 한 보통은 스타 결선이 대부분 사용된다.

다음으로, 도 86은 본 발명의 모터의 예를 나타낸 것이다. 고정자 자극 군은 도 77 및 도 80과 동일하게 6개이고, 5상의 모터이다. 861 , 865는 A상의 고정자 자극, 862는 B상의 고정자 자극, 863은 C상의 고정자 자극, 864은 D상의 고정자 자극 및 865는 B상의 고정자 자극이다. 867, 869, 86B, 86D, 86F는 각 고정자 자극 간의 권선이다. 각 권선에 흐르는 전류 벡터는 도 79의 B-A, C-B, D-C, E-D, A-E이다. 각 상의 전류 I_BA, I_CB, I_DC, I_ED, I_AE를 각각 수식으로 표시하면, A상의 회전방향 회전자 위치 θr = 0으로 해서 식(31) 내지 (35)로 되고, 도 87과 같다.

I_BA = I_O×(sin(θr－72°)－sin(θr)) ...(31)

I_CB = I_O×(sin(θr－144°)－sin(θr-72°)) ...(32)

I_DC = I_O×(sin(θr－216°)－sin(θr-144°)) ...(33)

I_ED = I_O×(sin(θr－288°)－sin(θr-216°)) ...(34)

I_AE = I_O×(sin(θr)－sin(θr-288°)) ...(35)

각 권선의 전압 VBA, VCB, VDC, VED, VAE은 식 (36) 내지 (40)으로 되고, 도 88과 같다.

V_BA = －V_O×sin(θr)/2 ...(36)

V_CB = V_BA －V_O×sin(θr－72°) ...(37)

V_DC = V_CB －V_O×sin(θr－144°) ...(38)

V_ED = V_DC －V_O×sin(θr－216°) ...(39)

V_AE = V_ED －V_O×sin(θr－288°) ...(40)

도 88의 전압 특성으로부터 알 수 있듯이, 각 권선의 전압은 평형한 5상 전압이 아니다. 그리고, 도 88의 V_N는 (36)식 내지 (40)식의 평균 전압이다. 여기에서, 각 권선을 스타 결선한 것으로 가정하고, 그 중심의 점의 전압이 -V_N인 것으로 해서, 각 스타 결선의 단자 전압을 계산하면, 도 89의 V_BAN, V_CBN, V_DCN, V_EDN, V_AEN으로 된다. 각 스타 결선의 단자 전압은 평형한 5상 전압이 된다.

이 결과, 도 86에서 나타낸 모터를 스타 결선하고, 회전자 회전에 동기해서 (31) 내지 (35)의 전류가 흐를 경우, 스타 결선의 중심의 점의 전압이 -V가 되어 크게 변동하지만, 각 스타 결선의 단자 전압은 도 89의 V_BAN, V_CBN, V_DCN, V_EDN, V_AEN으로 된다. 즉, 평형한 5상 전압으로 되고, 5상의 인버터로 효율적으로 운전, 구동할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

또한, 5상의 모터로 설명했지만, 5상 이외의 다른 상수의 모터에 관하여도 동일한 관계가 성립한다. 도 73의 3상의 모터에 관하여도 동일한 관계로 된다.

다음으로, 도 90은 본 발명의 다른 예를 나타낸 것이다. 881은 A상의 고정자 자극이며, 도 86의 A상의 고정자 자극 866을 861과 통합한 형상이다. 882는 B상의 고정자 자극, 883은 C상의 고정자 자극, 884은 D상의 고정자 자극, 885는 E상의 고정자 자극이다. 권선 887에는 도 91및 도 92 벡터 B-A로 표시되는 전류, 권선 889에는 벡터 C-B로 표시되는 전류, 권선 88B에는 벡터 D-C로 표시되는 전류, 권선 88D에는 벡터 E-D로 표시되는 전류가 흐른다. 도 91 및 도 92의 벡터 A-E로 표시되는 전류 I_N은 직접적으로 모터에 흐를 필요는 없다. 그러나, 각 권선을 도 93의 (a)와 같이, 스타 결선하면, 그 중심의 NN에는 4개의 권선의 총합의 전류가 흘러들어오게 되고, 그 전류의 부의 값은 상기 벡터 A-E로 표시되는 전류 I_N이다. 이 결과, 벡터 A-E로 표시되는 전류 I_N이 직접적으로 흐르는 권선은 없지만, 모터에는 이 전 류 I_N을 공급하고 있는 것으로 말할 수 있다.

각 권선의 전압은 도 88의 특성과는 달리, (51) 내지 (54)식으로 표시된다.

V_BA = -V_O×sin(θr) ...(51)

V_CD = V_BA -V_O×sin(θr－72°) ...(52)

V_DC = V_CB -V_O×sin(θr－144°) ...(53)

V_ED = V_DC -V_O×sin(θr－216°) ...(54)

그리고, 상기의 4개의 값을 더하여 5로 나눈 값은 도 95의 V_N으로 된다.

V_N = (V_BA＋V_CD＋V_DC＋V_ED＋0)/5 ...(55)

여기에서, 각 권선을 도 93의 (a)에 나타낸 바와 같이 결선하고, 중심의 점NN의 전위V_NN를

V_NN = -V_N ...(56)

로 해서 (51) 내지 (54)식에 더하여 각 단자 전압 V_{BAN ,} V_CBN, V_DCN, V_EDN을 재계산하면, 각 전압은 V_NN을 포함하고, 도 96에 나타낸 평형 5상 전압으로 된다.

이 결과, 도 90에서 나타낸 모터를 스타 결선하고, 4개의 단자와 스타 결선의 중심점 NN에, 회전자 회전에 동기해서 식(31) 내지 (35)에 나타낸 전류가 흐를 경우, 스타 결선의 중심의 점의 전압이 -V가 되어 크게 변동하지만, 각 스타 결선 의 단자 전압은 도 96의 V_{BAN ,} V_CBN, V_DCN, V_EDN, V_NN 으로 되고, 평형한 5상 전압이 되어 5상의 인버터로 효율적으로 운전, 구동할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

또한, 5상의 모터로 설명했지만, 5상 이외의 다른 상수의 모터에 관해서도 동일한 관계가 성립한다. 또한 도 1의 모터의 각 두 권선을 도 7과 같이 하나의 권선으로 통합한 모터에 관하여도 동일한 관계로 된다.

또한, 도 86과 도 90에 나타낸 모터의 토크 및 파워는 계산상, 완전히 동일한 값으로 된다.

다음으로. 도 97은 본 발명의 5상의 모터의 고정자 자극의 배치를 보다 현실적인 형상으로 한 예를 나타낸 것이다. 도 97은 원리적으로 도 86의 모터와 동일한 상대적인 위치 관계이다. 그러나, 형상, 배치 등이 크게 다르고, 특성적으로도 크게 다르다. 951과 956은 A상의 고정자 자극이며, 952은 B상의 고정자 자극, 953은 C상의 고정자 자극, 954은 D상의 고정자 자극, 955은 E상의 고정자 자극이다. 권선 957에는 도 91 및 도92 벡터 B-A로 표시되는 전류, 권선 958에는 벡터 C-B로 표시되는 전류, 권선 959에는 벡터 D-C로 표시되는 전류, 권선 95A에는 벡터 E-D로 표시되는 전류, 권선 95B에는 벡터 A-E로 표시되는 전류가 흐른다.

도 86에 나타낸 모터와 다른 점의 하나는, 회전자에 대향하는 면의 고정자 자극의 형상이다. 도 98은 단면 5BD-5BD를 나타낸 것이다. 도 97의 세로축은 회전자 샤프트 방향을 표시함으로, 이 단면 5BD-5BD는 회전자 샤프트 방향에 대하여 사면으로 되어 있지만, 상대적인 크기의 관계는 바뀌지 않는다. BY는 고정자의 백 요 크이고, 그 회전자 샤프트 방향길이는 MTY이고, B상의 고정자 자극 957의 회전자에 면하는 부분의 길이 MSY는 MTY/5을 보다 크다. 도 97 및 도 98에서는 2×MTY/5보다 크다. 따라서, 고정자 자극 957을 통과하는 자속의 회전 변화율은 크고, 큰 토크를 기대할 수 있다. 또한 고정자 자극 957의 회전자 표면 근방으로부터 백 요크(BY)까지의 자기 경로의 굵기 MJY는 고정자 자극 선단의 MSY와 동일하고, 자기포화가 발생하기 어려운 구조가 되어 있다. 도 38의 자기 경로(54SB)에 비하여 2배 이상의 크기로 이루어진다. 또한 B상의 고정자 자극과 E상의 고정자 자극 사이에는, 도 98의 권선 958, 959, 95A가 고정자 자극의 회전자에 면하는 오프닝부까지 배치되어 있어서, 다른 상의 고정자 자극과의 사이에서 누설 자속이 발생하기 어려운 배치 구조로 이루어진다. 도 97에 나타낸 각 상의 고정자 자극의 사이에는 각 권선이 동일한 배치 구조로 이루어지며, 다른 상의 고정자 자극과의 사이에서 누설 자속을 현저히 감소시키는 구조가 되어 있다. 권선은 회전자 샤프트 방향으로 요철이 있는 권선 형상으로 하고 있기 때문에, 도 76의 권선에서 나타낸 바와 같은 구조로 되어 동일한 효과를 얻을 수 있다. 도 97 및 도 98에 나타낸 바와 같은 구조의 모터로 함으로써 큰 피크 토크를 얻을 수 있는 구조가 되어 있다.

다음으로, 도 99는 본 발명의 다른 예를 나타낸 것이다. 이 모터는 도 86의 5상의 모터를 4상으로 변환한 모터에 해당한다. A21과 A25는 A상의 고정자 자극이며, A22은 B상의 고정자 자극, A23은 C상의 고정자 자극, A24는 D상의 고정자 자극이다. 권선 A27에는 도 100의 벡터 B-A로 표시되는 전류, 권선 A29에는 벡터 C-B로 표시되는 전류, 권선 A2B에는 벡터 D-C로 표시되는 전류, 권선 A2D에는 벡터 A-D로 표시되는 전류가 흐른다.

도 101은 각 권선을 스타 결선한 도면이며, 각각의 권선의 전압은 5상의 도 88의 예와 같이 각 상의 전압 진폭은 일정하지 않지만, 단자간 전압은 평형한 4상의 전압으로 된다. 4상의 스타 결선은 제약조건이 4선의 전류의 합이 0이 되는 것뿐이며, 각 상의 전류에 고주파성분을 부가하는 제어 등이 가능하다. 또한 2상의 직교 관계는 유지하면서, 다른 2상에 관하여는 위상을 45°회전시켜서, 토크 리플을 감소시키는 등의 개량도 가능하다. 또한, 이러한 개량은 도 99의 권선 중 위상차가 180°인 권선을 역 직렬로 접속한 2세트의 권선을 구성하는 방법에서는 실현할 수 없다. 또한 각 고정자 자극 및 권선의 배치, 구조에 대해서는 도 97 및 도 98과 같이 변형할 수도 있다.

다음으로, 도 102 및 도 103은 본 발명의 다른 예를 나타낸 것이다. A41은 A상의 고정자 자극이고, 도 99의 A상의 고정자 자극 A21을 A25와 통합한 형상이다. A42은 B상의 고정자 자극, A43은 C상의 고정자 자극, A44은 D상의 고정자 자극이다. 권선 A47에는 도 100의 벡터 B-A로 표시되는 전류, 권선 A49에는 벡터 C-B로 표시되는 전류, 권선 A4B에는 벡터 D-C로 표시되는 전류가 흐른다. 도 91 및 도 92의 벡터 A-D로 표시되는 전류 I_N은 직접적으로 모터에 흐를 필요는 없다. 그러나, 각 권선을 도 103과 같이 스타 결선하면, 그 중심의 NN에는 3개의 권선의 총합의 전류가 흘러들어가게 되고, 그 전류의 부의 값은 상기 벡터 A-D로 표시되는 전류 I_N이다. 그 결과, 벡터 D-E로 표시되는 전류 I_N가 직접적으로 흐르는 권선은 없지만, 모터에는 이 전류 I_N을 공급하는 것으로 말할 수 있다. 도 102의 모터는 도 99의 모터에 대하여, 권선이 1개 적어 구리 손실을 감소시키는 효과가 있다. 동일 스페이스에 권선을 배치한다고 할 경우, 권선 저항치는 3/4으로 되고, 저항 그 자체는 4개에서 3개에 적어지므로, 합계에서 구리 손실을 9/16로 감소시킬 수 있게 된다. 또한 각 고정자 자극 및 권선의 배치, 구조에 관해서는 도 97 및 도 98과 같이 변형할 수 있다.

다음으로. 도 104 및 도 105는 본 발명의 다른 예를 나타낸 것이다. A61은 A상의 고정자 자극, A62은 B상의 고정자 자극, A63은 C상의 고정자 자극, A64는 D상의 고정자 자극이다. 도 102의 권선 A49을 2개의 권선 A69, A6B로 분리하고 있다. 그리고 도 105과 같은 스타 결선으로 하고 있다. 권선 A67에는 도 1OO의 벡터 B-A로 표시되는 전류, 권선 A69, A6B에는 벡터 C-B로 표시되는 위상의 전류, 권선 A6B에는 벡터 D-C로 표시되는 전류가 흐른다. 권선 A69, A6B의 턴수는 다른 권선의 턴수의 1/2로 해서 전압 진폭의 밸런스를 이룰 수 있다. 또한 각 고정자 자극 및 권선의 배치, 구조에 대해서는 도 97 및 도 98과 같이 변형할 수도 있다.

다음으로, 도 106 및 도 1-7은 본 발명의 다른 예를 나타낸 것이다. 이 고정자 자극의 배치 구성은 도 28에 나타낸 6상의 고정자 자극의 배치 구성을 4상으로 변경하고, 고정자 자극 사이의 권선을 도 27의 구성과 같이 2개로 한 예다. A81은 A상의 고정자 자극, A82은 C상의 고정자 자극, A83은 B상의 고정자 자극, A84는 D상의 고정자 자극이다. 위상이 180°다른 고정자 자극을 회전자 샤프트 방향의 이 웃하게 배치함으로써, 도 106에서 비어 있는 스페이스에 각 상의 고정자 자극으로부터 회전자 샤프트 방향으로 연장하는 것이 용이한 배치 구성으로 이루어진다. 권선 A87에는 도 107의 (a)의 벡터 A에 상당하는 전류, 권선 A88에는 벡터 C에 상당하는 전류, 권선 A89에는 벡터 ―C에 상당하는 전류, 권선 A8A에는 벡터 B에 상당하는 전류, 권선 A8B에는 벡터 B에 상당하는 전류, A8C에는 벡터 DC에 상당하는 전류가 흐른다.

이때, 권선 A87과 A88을 1개의 권선으로 통합해서 도 107의 (b)에 표시된 벡터 C-A의 전류가 통전되고, 권선 A89과 A8A를 1개의 권선으로 통합해서 도 107의 (b)에 표시되는 벡터 B-C의 전류가 통전되고, 권선 A8B와 A8C를 1개의 권선으로 통합해서 도 107의 (b)에 나타낸 벡터 D-B의 전류가 통전되도록 할 수 있다. 이와 같이 구리 손실을 약 5/6로 줄일 수 있다.

도 108에 나타낸 고정자 자극과 권선의 배치 구성은 도 106의 배치 구성을 개량한 것이다. AA1은 A상의 고정자 자극, AA2은 C상의 고정자 자극, AA3은 B상의 고정자 자극, AA4는 D상의 고정자 자극이다. 도 106의 고정자 자극의 배치 구성과는 달리, 회전자에 대향하는 면의 거의 전체 면에 고정자 자극을 배치하고 있다. 따라서, 회전자로부터의 자속을 효율적으로 고정자측으로 안내하여 권선과 쇄교시킬 수 있기 때문에, 큰 토크 발생을 기대할 수 있다. 권선 AA7에는 도 100의 (a)의 벡터 C-A에 상당하는 전류가 흐르고, 권선 AA9는 권선 AA7, AAB의 턴수의 1/2의 턴수로 해서 2×(B-C)의 벡터에 상당하는 전류가 흐르며, 권선 AAB에는 벡터 D-B에 상당하는 전류가 흐른다. 이러한 구성으로 함으로써, 3개의 권선의 3전류의 합계 전류를 항상 0으로 하는 것이 가능해진다. 도 100의 (a)의 벡터 C-A, D-B, 2×(B-C)의 관계이다. 그리고, 도 111에 나타낸 바와 같은 스타 결선으로 함으로써, 3상 인버터를 사용할 수 있게 된다. TE, TG, TF는 스타 결선의 단자이다.

각 권선의 전압의 예는 도110의 (b)에 나타내는 특성이고, E는 권선 AA7의 전압, G은 권선 AAB이다. 권선 AA9의 전압은 이 권선에 자속이 쇄교하지 않도록 전류 2×(B-E)가 흐르기 때문에, 자속의 시간변화율에서 발생하는 전압은 기본적으로 0이며, 그 밖의 권선 저항의 전압 강하와 누설 자속의 시간변화율에서 발생하는 전압은 도 110의 (b)의 F에 나타낸 바와 같이 조금 갖는다. 대략 3상 전압으로 되고, 3단자의 전류의 합이 0이 되기 때문에, 3상 인버터에서의 구동이 가능하다.

그러나 엄밀히 말하자면, 이러한 상태에 있어서의 3단자 TE, TG, TF의 단자간 전압은 도 110의 (b)로부터 2:2:2.828의 관계로 되고, 평형 3상 교류 전압은 아니다. 그 의미에서, 도 112 및 도 113에서는 3상 교류전압, 전류를 더 효율적으로 사용하는 방법을 나타낸 것이다. 도 112에 있어서, 전류 벡터 B21, B22, B23, B24는 서로 위상차가 120°의 3상 벡터이다. 벡터 C-A를 벡터 B21과 B22로 합성하고 있다. 벡터 D-B을 벡터 B23과 B24로 합성하고 있다. 벡터 B25은 도 113의 결선상에서 벡터 B21, B23과 동일 진폭으로 된다. 그 결과, 도 112의 벡터 부합되도록 도 111의 각 권선의 턴수를 계산해 변경할 필요가 있다. 이 예에서는, 권선 AA7의 턴수에 대하여 권선 B31, B33의 턴수는 0.8165배, B82, B84의 턴수는 약 0.3배, AA9의 턴수는 O.866배로 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 할 경우, 도 113의 단자 TE, TF, TG의 전류는 3상 평형교류가 되고, 3상 인버터로 효율적으로 운전, 구동할 수 있다. 또한 이 경우의 각 권선의 배치는 권선 AA7 대신에 B31, B32의 2 권선을 배치하고, 권선 AA9 대신에 B35을 배치하고, 권선 AAB 대신에 B33, B34를 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 권선의 다른 접속 방법으로서 도 1033과 같은 권선구성도 물론 가능하다. 이 경우에는 4상의 인버터가 필요하다.

도 108의 고정자 자극의 단면 4GD-4GD는 도 109에 나타낸 형상으로 이루어진다. 이 모터와 도 106에 나타낸 모터와 다른 점의 하나는 회전자에 대향하는 면의 고정자 자극의 형상이다. BY는 고정자의 백 요크이고, 그 회전자 샤프트 방향길이는 MTZ이며, B상의 고정자 자극 AA1의 회전자에 면하는 부분의 길이 MSZ는 MTZ/4보다 크고, 도 97 및 도 98에서는 2×MTZ/4에 가까운 값이다. 따라서, 고정자 자극 AA1을 지나는 자속의 회전변화율은 크고, 큰 토크를 기대할 수 있다. 또한 고정자 자극 AA1의 회전자 표면 근방으로부터 백 요크(BY)까지의 자기 경로의 굵기 MJZ는 고정자 자극 선단의 MSZ와 동일하고, 자기포화가 일어나기 어려운 구조가 되어 있다. 도 29의 고정자 자극 144의 자기 경로 폭 WDT과 비교해 볼 때 2배 이상의 크기로 된다. 또한 B상의 고정자 자극과 D상의 고정자 자극 사이에는 도 109의 권선 AA7, AA9, AAB가 고정자 자극의 회전자에 면하는 오프닝부까지 배치되어 있어서 다른 상의 고정자 자극 간과의 누설 자속이 발생하기 어려운 배치 구조가 되어 있다.도 108에 나타낸 각 상의 고정자 자극의 사이에는 각 권선이 동일한 배치 구조로 되어 다른 상의 고정자 자극 사이의 누설 자속을 현저히 줄이는 구조로 이루어진다. 권선은 회전자 샤프트 방향에 요철이 있는 권선 형상으로 이루어지고, 도 76의 권선으로 나타낸 바와 같은 구조로 이루어져 동일한 효과를 얻을 수 있다. 도 108 및 도 109에 나타낸 바와 같은 구조의 모터로 함으로써 큰 피크 토크를 얻을 수 있는 구조로 된다.

또한, 도 108의 고정자 자극의 형상은 장방형에 가까운 특수한 형상을 도시하고 있지만, 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 예를 들면, 회전자 샤프트 방향으로 전자 강판을 적층하여 사용할 경우에는, 재료적으로 또한 전자(電磁) 강판을 사용하는 제작의 형편상, 도 108에 나타내는 각 고정자 자극의 형상은 장방형의 형상인 방법이 전자강판의 프레스 펀칭가공 제작 및 전자강판의 적층이 용이하다. 한편, 압분 자심(dust core)을 금형을 이용해서 프레스 성형으로 제작하는 경우에는, 고정자 자극의 형상의 자유도가 높아 도 108과 같은 곡면 형상인 것이 프레스 성형시에 적합하다.

다음으로, 도 35에 나타낸 본 발명의 6상의 모터의 전류, 전압에 관하여 설명한다. 이 모터는 먼저 어떤 권선과 180° 위상이 다른 다른 권선에 역방향의 전류가 흐르고, 권선으로서는 역방향 직렬 접속함으로써 3상 인버터로 제어, 구동할 수 있는 것을 설명하였다. 그 방법과는 다른 모터의 구성법으로서, 도 114 내지 도 118의 구성 또는 도 119, 도 120의 구성으로도 구성할 수 있다.

도 35의 각 권선(61, 62, 63, 64, 65)을 도 115 의 스타 결선으로 해서 중심점 NN을 포함시켜 6개의 단자(Ta, Tb, Tc, Td, Te, TN)로 한다. 상기 각 권선에는 각각 도 116의 Ia, Ib, Ic, Id, Ie가 흐르고, 단자 TN에는 In이 흐르게 된다. 그리고, 각 권선의 전압은 도 117의 Va, Vb, Vc, Vd, Ve가 되고, 5개의 전압을 더하여 6으로 나눈 값은 Vn이 되며, -Vn을 스타 결선의 중심점 NN의 전위로서 각 단자의 전위를 구하면, 도 118의 Van, Vbn, Vcn, Vdn, Ven, Vnn이 된다. 이 결과, 이 도 115의 스타 결선의 6단자에 6상의 전압, 전류를 인가함으로써, 도 35에서 나타낸 모터를 효율적으로 구동할 수 있는 것을 나타낸다. 그리고, 6상의 인버터를 그의 구동에 사용할 수 있다.

다음으로, 도 34에 나타낸 바와 같이 N이 4이상의 짝수 상의 모터에서, 모터의 각 상의 고주파성분을 제거하여 토크 리플, 진동 및 소음이 작은 모터를 실현하는 방법에 관하여 설명한다. 도 119에 있어서, 벡터 a, c, e에 관해서는 그대로의 벡터로 하고, 3상 평형의 전류가 흐르며, 한편 벡터 b, d, f에 관하여는 시계회전 방향(CW)으로 30°회전해서 벡터 ab, cd, ef로 3상 평형의 전류가 흐른다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 토크 리플 등의 고주파 성분에 대하여, 12상의 모터와 같은 효과를 얻을 수 있고, 토크 리플, 진동 및 소음이 작은 모터를 실현할 수 있다. 이때, 도 35의 각 고정자 자극도 마찬가지로, 전기각에서 120°씩 위상이 다른 고정자 자극 군 3상 분을 전기각에서 360° 원주방향으로 이동시킨다. 또한 상기 설명에서는, 3상 분의 전류와 3상 분의 고정자 자극을 모두 변화시켰지만, 한쪽만 변화시켜도 상응한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 인버터의 상수와 비용의 관계에 관하여, 큰 출력 용량의 모터, 예를 들면 50kw 이상의 모터를 구동하는 경우, 파워 트랜지스터를 병렬 사용하는 것이 대부분이고, 상수가 예를 들면 3상으로부터 6상으로 2배로 늘어나더라도 파워 트랜지스터의 수는 바뀌지 않아 비용 부담은 작다. 또한, 상수가 커질 경우, 모터의 고 주파 성분을 감소시킬 수 있고, 토크 리플을 작게 할 수 있는 등의 이점도 있다.

반대로, kw 이하의 모터의 경우, 인버터의 비용이 소자 수에 의해 변동하는 것이 대부분이고, 상수가 저질 경우, 비용면에서 불리하다. 따라서, 이 경우 작은 용량의 모터를 구동하는 경우에는 3상 교류 구동이 바람직하다.

다음으로, 본 발명 모터의 다른 예를 설명한다. 도 27의 모터는 회전자 샤프트 방향으로 인접하는 고정자 자극 군이 서로 180°의 위상차를 갖는 모터이고, 전기각 360°의 사이에 6종류의 위상차를 갖는 7개의 고정자 자극 군으로 이루어진다. 고정자 자극 군 사이에는 각각 2개의 권선이 배치된다. 이들 2개의 권선은 1개의 권선으로 통합되고, 상기 2개의 권선에서 흐르는 전류의 값을 산술적으로 더한값의 전류가 흐름으로써, 등가한 모터를 실현할 수 있다. 이때, 상기 2종류의 전류값이 동일한 위상이고, 동일한 전류 밀도에서 흐를 경우를 제외해서는 구리 손실이 감소되게 되고, 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 도 27의 각 고정자 자극으로부터 파선으로 회전자 샤프트 방향에 고정자 자극의 일부를 확대한 도면을 나타내고 있지만, 도 29의 140, 141과 같이, 회전자에 면하는 고정자 자극의 면적을 확대하는 것으로도 이루어질 수 있다. 또한 도 108, 도 109와 같이, 티스 전체가 회전자 샤프트 방향으로 돌출될 수도 있고, 도 29와 도 108, 도 109의 중간의 형상으로 이루어질 수도 있다. 도 27의 고정자 자극의 예는 상수 N이 6의 예이지만, N이 4 이상의 짝수일 경우에 동일한 형상으로 구성될 수 있다.

도 28에 나타낸 모터는 도 27의 모터의 회전자 샤프트 방향 양단의 고정자 자극을 일측으로 통합하고, 또한 고정자 자극 군의 2개의 권선을 1개의 권선으로 통합한 예이다. 이 도 28의 구성에 있어서, 고정자 자극 군의 권선을 2개로 할 수도 있다. 도 106, 도 107은 4상의 예이며, 동일 상의 전류가 흐르는 권선 A88과 A89을 역 직렬로 하고, 권선 A8A와 권선 A8B를 역 직렬로 하며, 다른 권선 A87, A8C과 4종류의 권선을 스타 결선하여 4상 인버터로 밸런스가 좋은 구동이 가능한다.

다음으로, 도 121은 본 발명의 다른 예를 나타낸 것이다. J1C는 회전자 샤프트이고, 회전자 샤프트로부터 좌측 절반 면의 단면도이다. 회전자로는 2개의 회전자가 자기적으로 분리되어 배치되고, J11과 J12는 제1 회전자와 그의 영구자석, J13과 J14는 제2 회전자와 그의 영구자석이다. 각 영구자석은 도 2와 같이 원주 상에 N극, S극이 교대에 배치되어 있다. J25는 A상의 고정자 자극, J26은 C상의 고정자 자석, J27은 B상의 고정자 자극, J28은 D상의 고정자 자극이다. J29는 A상, C상의 자속이 쇄교하도록 배치된 루프형의 권선, J2A는 B상, D상의 자속이 쇄교하도록 배치된 루프형의 권선이다. J2B은 양 고정자 코어 사이를 자기적으로 분리하기 위한 스페이서에서 비자성체이다. 자기 경로 J2C에는 C상의 자속φC이 통과하고, 자기 경로 J2D에는 자속φB이 통과한다. 전자기적인 배치 관계는 형상은 다르지만, 도 106, 도 108과 동일하고, 권선 A89, A8A, AA9에 상당하는 권선은 불필요한 구조로 이루어진다. 따라서, 구리 손실의 감소, 소형화가 가능하다. 또한, 도 121의 고정자 코어, 권선에 대해서는 도 108과 같이 변형할 수도 있고, 더욱 높은 토크화를 실현할 수 있다.

도 121에 있어서 회전자와 고정자 측 모두가 회전자 샤프트 방향으로 자기적 으로 분리되어 있지만, 각 회전자, 고정자 사이의 누설 자속을 무시한 단순 논리적인 면에서는, 회전자와 고정자의 한쪽이 분리되면, 2세트의 회전자, 고정자가 전자기적으로 독립되게 작용할 수 있다. 도 122는 회전자측이 자기적으로 분리된 구조이고, 고정자측은 스페이서 J2B가 제거되어 2개의 고정자가 밀착된 구조이다. J15는 A상의 고정자 자극, J16은 C상의 고정자 자극, J17은 B상의 고정자 자극, J18은 D상의 고정자 자극이다. 이때, 자기 경로 J1B의 부분에는 C상의 자속φC과 B상의 자속 φB이 통과하게 되고, φC과 φB은 위상이 45°다르기 때문에, 도 121의 자기 경로 J2C, J2D와 비교해 볼 때 자기 경로를 0.707의 굵기로 작게 할 수 있다. 따라서, 모터의 소형화가 가능하다. 또한 도 121의 고정자 코어, 권선에 관하여는, 도 1O8과 같이 변형할 수도 있고, 더욱 높은 토크화를 실현할 수 있다.

다음으로, 도 123, 도 124를 참조하여 회전자측은 3개로 자기적으로 분리되고, 고정자측의 코어는 백 요크부에서 각 상의 코어가 연결된 구조의 6상의 모터에 대해서 설명한다. B31은 A상의 고정자 자극, B32는 D상의 고정자 자극, B33은 F상의 고정자 자극, B34는 C상의 고정자 자극, B35는 E상의 고정자 자극, B36은 B상의 고정자 자극이다. K6D, K61은 제1 회전자와 그의 영구자석, K6E와 K62는 제2 회전자와 그의 영구자석, KF6과 K63은 제3 회전자와 그의 영구자석이다, 자기 경로 KJ6에는 A상의 자속이 통과하고, K6K에는 B상의 자속이 통과한다. 한편, 고정자 내부에 배치된 자기 경로 K6G에는 D상과 F상의 자속이 통과하도록 배치되며, 이들 양 자속의 위상차를 크게 하는 조합으로 하고 있기 때문에, 양 위상차는 전기각에서 120°이며, D상과 F상의 자속의 합계는 1상의 자속과 동일한 크기로 된다. 따라서, K6G에는 2상 분의 자속이 통과함에도 불구하고, A상의 자속이 통과하는 자기 경로 K6J와 동일한 굵기로 이루어지게 된다. 자기 경로 K6H에 관하여도 유사하게 C상과 E상의 자속이 통과하고, 양 자속의 위상차는 전기각에서 120°이며, 자기 경로 K6GH의 굵기는 A상의 자속이 통과하는 자기 경로 K6J와 동일한 굵기로 이루어질 수 있다. 이와 같이 회전자의 구성, 배치를 연구함으로써, 고정자의 일부를 소형화할 수 있고, 모터의 소형화, 저비용화를 실현할 수 있다. 또한 도 121의 고정자 코어, 권선에 관하여는 도 108, 도 109과 같이 변형할 수도 있고, 더욱 높은 토크화를 실현할 수 있다.

다음으로, 도 125, 도 126은 본 발명의 다른 예를 나타낸 것이다. B51은 A상의 고정자 자극, B52는 C상의 고정자 자극, B53은 E상의 고정자 자극, B54는 B상의 고정자 자극, B55는 D상의 고정자 자극이다. 도 126은 전류, 자석 등의 벡터를 표시하는 도면으로, A, B, C, D, E가 기본의 5상을 표시하는 벡터이다. 권선 B57에는 C-A 벡터의 전류가 흐르고, 권선 B59에는 E-C 벡터의 전류가 흐르고, 권선 B5B에는 B-E 벡터의 전류가 흐르며, 권선 B5D에는 D-B 벡터의 전류가 흐른다. 각 벡터를 도 127과 같이 재배열하고, 이와 같이 스타 결선으로 할 경우, 중심의 NN에는 A-D 벡터의 전류가 흐르게 된다. 이때, 각 권선의 관계는 도 90 내지 도 96에 나타낸 관계와 동일한 관계이고, 5상 인버터로 효율적으로 운전할 수 있다. 그리고, 인접하는 고정자 자극과의 위상차를 144°로 하고 있기 때문에, 도 157의 파선으로 나타낸 바와 같이, 회전자 표면에 대향하는 고정자 자극을 확대하는 것이 용이하여 보다 큰 토크를 생성할 수 있다.

또한, 도 125의 변형으로서, 6 고정자 자극, 5 권선의 5상의 모터를 실현할 수 있다. 또한 도 121의 고정자 코어, 권선에 관하여는, 도 108, 도 109와 같이 변형할 수 있어 더욱 높은 토크화를 실현할 수 있다.

다음으로, 도 128은 본 발명의 다른 예를 나타낸 것이다. B91은 A상의 고정자 자극, B92는 B상의 고정자 자극, B93은 C상의 고정자 자극, B94는 D상의 고정자 자극, B95는 E상의 고정자 자극, B96은 F상의 고정자 자극이다. 이러한 배치, 구성에서, 회전자는 도 121과 같이 자기적으로 절연된 2개의 회전자를 사용한다. 그리고, B91, B93, B95로 하나의 3상 모터를 구성하고, B92, B94, B96으로 또 하나의 모터를 구성하여 2개의 모터가 복합된 구성으로 이루어진다. 권선 B97에는 도 129의 벡터도에 있어서, C-A 벡터로 표시된 전류가 흐르고, 권선 B98에는 E-C 벡터로 표시된 전류가 흐르고, 권선 B99에는 F-B 벡터로 표시된 전류가 흐르고, 권선 B9A에는 D-F 벡터로 표시된 전류가 흐른다. 이러한 구성으로 함으로써, 도 1, 도 2, 도 7에 나타낸 모터가 2개 병렬로 구동되게 된다. 그리고, 이들 2개의 모터는 위상이 상대적으로 60° 오프셋 되기 때문에, 6상 모터의 성격을 가지며, 토크 리플이 감소된 모터를 구성할 수 있다. 또한, 도 29에 나타낸 바와 같이, 생략된 권선, 전류는 D-B, F-B 벡터의 전류이며, 정확히 역방향이며, 상쇄되는 관계로 이루어진다. 그 결과, 전체 전류에 의해 회전자 샤프트 방향으로 발생하는 기자력은 0이 되기 때문에, 회전자 샤프트 방향에 기자력이 발생하지 않고, 모터 주변부품의 자화 등의 우려도 없고, 주변의 철분이 흡착되는 문제도 해소된다.

다음으로, 본 발명의 다른 예를 설명한다. 도 125에서는 5상의 모터의 배치 구성에 관하여 설명했지만, 7상의 모터의 경우에는, A, B, C, D, E, F, G상의 7상의 고정자 자극이 배치된다. 7상의 경우에는 1상의 전기각적인 폭이 51.43°이며, 180°에 가까운 자극 폭의 정수값은 3이며, 3×51.43 = 154.3°로 된다. 따라서, 도 125의 모터의 방식에서 7상으로 확장될 경우, 인접하는 고정자 자극의 상은 A, D, G, C, F, B, E상의 순서로 회전자 샤프트 방향으로 배열되는 방법이 바람직하다. 이러한 구성의 경우에서, 각 고정자 자극의 발생 토크를 크게 할 수 있고, 회전자 샤프트 방향에 요철형상이 되는 루프형 권선의 배치도 비교적 용이하다.

다음으로, 도 130은 본 발명의 모터의 예를 나타낸 것이다. 본 발명의 각종 모터는 각 상의 고정자 자극이 동일 원주 상에 배치되지 않기 때문에, 몇몇 원인으로 인해 토크 리플의 발생 가능성이 있다. 그 원인으로서, 각 상의 고정자 자극의 배치되는 순서로 기인한 요인과 회전자 샤프트 방향 양단과 양단 이외의 회전자의 조건의 차이에 의한 요인이 있다. 이들 토크 맥동의 요인에 기인하는 토크 리플을 감소시키는 방법으로서, 원주방향을 여러 개에 구분하고, 서로 교체함으로써 고주파성분을 제거시킬 수 있다.

도 130은 도 108의 모터의 고정자 자극, 권선의 배치를 모터의 원주 절반에서 교체한 구조를 나타낸 것이다. DDl은 A상의 고정자 자극이고, DD2는 C상의 고정자 자극이다. 도 130 의 우측에서는 회전자 샤프트 방향의 반대측으로 배치를 변경하고, DD9, DDB는 A상 고정자 자극, DDA는 C상 고정자 자극이다. DD3은 B상 고정자자극, DD4은 D상 고정자 자극이며, 대체하여 DD5, DD7은 B상 고정자 자극, DD6, DD8은 D상 고정자 자극이다. 각 상의 고정자 자극은 전기각에서 동일한 위상으로 배치되지만, 고정자의 중앙부와 회전자 샤프트 방향 단부의 관계가 반전되어 이루어진다. 구체적으로, A상의 고정자 자극 DD1의 라운드부가 권선 DDC에 근접한 부분은 고정자의 거의 중앙부에 위치하지만, DD9에서는 회전자 샤프트 방향 단부에서 도 130의 하단에 위치하고 있다. 이와 같이 회전자 샤프트 방향의 위치를 변화시킴으로써, 회전자, 고정자의 회전자 샤프트 방향 단부의 전자기적인 작용, 및 중앙부의 전자기적 작용이 제거되는 구조로 이루어진다. 이 결과, 토크 리플이 감소되고, 안정된 토크 출력이 가능해진다.

또한, 도 130에 있어서, 고정자 자극의 교체로 인하여 빈 스페이스가 발생하고 있지만, 이 스페이스는 조금 작은 고정자 자극을 배치하는 등의 방법으로 토크 발생을 위하여 효과적으로 활용할 수 있다.

도 130에서, 4상의 예에 관하여 설명하였지만, A, B, C의 3상의 경우에는 A상, B상, C상을 순차 배치하는 대체 방법으로 토크 리플을 감소시킬 수 있다.

다음으로. 영구자석에 의한 토크, 소위 연자성체를 활용한 릴럭턴스 토크가 얻어질 수 있도록 도 14 내지 도 16에 나타낸 자석 매립구조의 회전자, 도 17에 나타낸 자석 삽입형 회전자와, 도 21, 도 22, 도 34, 도 35, 도 42, 도 43 등에 나타낸 고정자와 조합된 모터에 대하여 해서 설명한다. 또한, 각종 형상의 회전자는 각각에서 특성, 특징이 다르고, 용도에 따라 구분되어 사용된다. 또한, 이들 회전자에 대하여, 도 21, 도 22에 나타낸 표면 자석형의 회전자는 사용되는 영구자석의 특성에서 모터 내부의 대략적인 자속의 분포가 결정되는 구조이며, 고정자의 각 권선이 발생하는 기자력이 모터 내의 각부의 자속 밀도에 주는 영향은 적고, 소위 자 석 토크가 많아 릴럭턴스 토크는 작은 특성이 있다.

상기한 바와 같이, 도 73에 나타나 있는 바와 같은 소위 집중 권선의 고정자의 자극 폭이 전기각에서 약 120°이며, 원주방향으로 정현파형의 기자력 분포를 생성하는 것이 어려운 면이 있다. 따라서, 도 14 내지 도 17에 나타낸 바와 같은 회전자의 경우, 릴럭턴스 토크를 충분히 얻을 수 없게 된다. 또한, 코깅 토크, 토크 리플도 커지는 경향도 있다. 또한, 회전자의 연자성부의 자기 특성을 활용한 일정한 출력제어(constant-power control)가 어려운 문제도 있다.

그러나, 본 발명의 도 35 등에 나타낸 고정자에서는 원주방향으로 전기각에서 60°의 비교적 작은 이산성으로 고정자 자극을 배치할 수 있고, 더욱이 각 고정자 자극에 작용하는 기자력의 크기를 권선 전류의 진폭과 위상을 제어함으로써, 스무스한 회전 자계를 생성할 수 있고, 도 14 내지 도 17에 나타낸 바와 같은 회전자와 조합시켜서 큰 토크를 얻을 수 있다. 또한, 회전자의 회전 위치에 대응한 자유로운 기자력 제어에 의해, 도 74에 나타낸 고정자에서 얻을 수 있는 일정한 출력제어를 실현할 수 있다. 또한, 스무스한 회전 자계에 의해 코깅 토크, 토크 리플의 감소도 비교적 용이하다.

한편, 도 74에 나타낸 고정자는 슬롯의 오프닝부가 좁고, 3상 권선의 배치가 복잡해지는 경향이 있기 때문에, 권선의 점적율이 낮고, 권선의 조립성이 저하되며, 권선 단부가 길어져 모터가 커지는 경향이 있는 등의 문제가 있다. 본 발명의 도 35 등에 나타낸 고정자는 상기한 바와 같이, 권선의 양을 적게 할 수 있기 때문에, 구리 손실을 감소시킬 수 있고, 권선이 단순한 루프형의 권선이기 때문에 제작 이 용이하며, 도 73 및 도 74에 나타낸 고정자와 같이 축방향으로 배치되는 권선이 없기 때문에 다극화하여 권선 배치 단면적이 작아지지 않고, 다극화에 의한 높은 토크화가 가능하며, 코일 단부가 없기 때문에 모터를 소형화할 수 있는 등의 특징을 갖는다.

또한, 연자성체로서 전자 강판 또는 분말상태의 연자성체의 표면에 전기적 절연을 제공하여 가압 고정된 압분 철심 등을 사용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 도 35 등에 나타낸 고정자와 도 74에 나타낸 바와 같은 동기식 릴럭턴스 모터의 회전자가 조합된 모터에 대해서 설명한다. 또한, 이 회전자의 슬릿부(58)의 공극부는 비자성체로 이루어질 수 있고, 높은 토크화 등의 목적을 위해 영구자석을 삽입할 수도 있다.

도 73에 나타낸 바와 같은 소위 집중권선의 4극의 고정자와 도 74에 나타낸 4극의 회전자를 조합한 특성은 큰 토크 리플을 발생시키는 문제가 있다. 도 74의 고정자와의 조합에서 양호한 특성을 얻는 것으로 알려져 있지만, 상기한 고정자의 문제를 안고 있다. 특히, 동기식 릴럭턴스 모터는 영구자석 등의 고가 부재를 사용하지 않거나, 소량의 영구자석의 사용으로 실현되기 때문에, 저비용이며, 계자가 약한 제어가 가능하기 때문에, 저출력 제어가 가능한 뛰어난 특징을 갖지만, 도 74의 고정자의 문제로 인하여 이러한 모터의 경쟁력을 저하시킨다.

그러나, 본 발명의 도 35 등에 나타낸 고정자와 조합시킴으로써, 동기식 릴럭턴스 모터의 회전자의 특징과 본 발명의 도 35 등에 나타낸 고정자의 특징이 조합되어 뛰어난 모터를 실현할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 모터의 회전자 구조에 관하여 설명한다. 도 131은 회전자의 단면도를 나타낸 것이다.

도 131의 (a)에 나타낸 바와 같이 전자강판을 적층하여 회전자 자극을 구성하고 있다. D13은 회전자 샤프트, D12는 회전자의 각 자기 경로를 지지하는 지지 부재이고, 비자성체이다. D11은 도 132의 (a)에 나타낸 바와 같은 절곡된 형상의 전자강판으로 회전자 샤프트로 평행하게 배치되며, 유사 형상이고 사이즈가 다른 전자강판이 적층되어 8극의 회전자 자극을 형성하고 있다. 상기 적층된 전자강판의 상호 간격은 공간으로 되거나, 비자성체 부재가 배치되어 있어서 전자강판에서 생성되는 개개의 자기 경로 간의 자기저항을 크게 하고, 회전자 자극으로부터 이웃의 회전자 자석으로의 자기 저항을 작게 하여 모터의 d축 인덕턴스 Ld를 크게 한다. 동시에 회전자 자극 경계부에서 이웃의 회전자 자극의 경계부로의 자기저항을 크게 하여 모터의 q축 인덕턴스 Lq를 작게 한다. 또한, 공간의 간격 또는 비자성체 부재는 복수의 전자 강판 마다에 배치될 수 있다. 도 131에 나타낸 회전자 구성에서 각 전자강판의 고정 방법은 도면에 나타내지는 않았지만, 회전자 샤프트에 볼트로 고정하는 방법, 접착제로 고정하는 방법, 수지로 함침하는 방법 등, 여러 가지 방법으로 고정할 수 있다. 이 도면에서, 전자기적인 요건만을 나타내었다.

전술한 본 발명의 모터는 그 각 상의 자속이 원주방향, 반경방향뿐만 아니라, 회전자 샤프트 방향으로도 통과하는 구조인 것이 대부분이다. 그 점에서, 도 131, 도 132에서 나타낸 형상의 전자강판은 회전자 샤프트 방향으로 자속이 통과하더라도 전자강판의 형상에 따라 자속을 통과시킬 수 있기 때문에, 회전자 샤프트 방향으로의 자속을 용이하게 통과시킬 수 있고, 특히 본 발명의 고정자 구조에서는 이용되기 좋은 자기 경로 형상으로 이루어진다. 또한, 전자강판의 매수를 증가시키는 방법, 회전자 표면의 외형 형상을 각 자극 마다에 원호형으로 하는 등의 개량을 실행할 수도 있다. 이와 같이 릴럭턴스 토크를 응용하는 모터는 토크 리플을 감소시키기 위하여 이러한 모터 외형에 관계되는 개선이 중요하다.

도 132의 (a)에서 나타낸 전자 강판으로 도 131의 회전자를 구성했을 경우의 문제점으로서, 높은 토크에서 회전중에 회전자 표면 근방으로 자속이 회전자 원주방향으로 변화되도록 작용하고, 전자강판의 두께 방향으로 증감하는 자속으로 인하여 와전류가 발생하고, 와전류 손실이 발생하는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위해서, 도 132의 (b)에 나타낸 바와 같이 전자강판의 회전자 표면 근방에 위치하는 부분에 와전류를 감소시키도록 매우 좁은 슬릿을 설치하는 방법이 효과적이다. 이와 같이 매우 좁은 반경 방향의 슬릿은 자속량적으로도 원심력에 대한 강도적으로도 문제가 적게 된다.

또한, 도 131의 회전자 구성에서, 고속 회전에서의 회전자 각부에 걸리는 원심력은 강도 상에 문제가 있다. 이 회전자 구성은 약간 복잡한 구성이기 때문에, 고속 회전 용도에서는 회전자의 강화책이 필요하다. 또한, 도 131의 모터 구조에서 아우터 모터형으로 변형된 경우에는, 회전자의 외주측에 견고한 링 모양의 강재를 배치할 수 있어 원심력의 문제는 경감된다.

다음으로, 도 131 및 도 132에 나타낸 회전자를 구비하는 모터의 토크를 향상시키는 방법에 대해서 도 133을 참조하여 설명한다. 예를 들면, D31로 표시된 바 와 같이, 도면에 나타낸 방향과 같은 영구자석(D31, D32)을 각 고정자 자극에 배치하는 방법이 있다. 이때, 반대 방향으로 자극에 배치되는 자석의 방향은 반대 방향으로 할 필요가 있다. 도 131에 나타낸 바와 같은 회전자에서는, 대전류 시의 전자강판의 적층방향으로의 누설 자속이 역률(力率) 저하를 초래하여 토크가 저하하지만, 영구자석 D31을 추가함으로써 이들 누설 자속을 보상하는 효과가 있다. 또한, 영구자석 D31은 적극적으로 토크 자속을 공급하는 효과도 있어 토크의 증가를 실현할 수 있다.

또한, 영구자석 D31은 전자강판의 거의 전체면으로 삽입되는 예로서 나타냈지만, D32에 나타낸 영구자석과 같이, 짧은 자석을 전자강판 사이의 일부에 배치할 수도 있다. 또한, 각 전자강판 사이 모두에 영구자석을 배치하지 않더라도, 부분적인 영구자석의 배치에서도 상응한 효과를 갖는다. 모터에 요구되는 특성, 모터의 제작성, 자석의 종류 및 특성에 맞춘 배치가 가능하다.

또한, 도 18에 나타낸 바와 같은 돌출 자극형의 연자성체로 구성되는 회전자와 도 35 등에 나타낸 고정자를 조합시켜 견고하고 고속 회전 제어가 용이한 모터를 실현할 수도 있다. 또한, 회전자의 돌출 자극의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 회전자 내부로 슬릿을 부가하거나, 영구자석을 부가하는 등의 변형도 가능하다.

다음으로, 도 35 등에 나타낸 고정자와 도 19에 나타낸 유도전동기의 회전자를 조합시킨 본 발명의 모터에 관하여 설명한다. 도 19에 나타낸 모터는 도체(170)가 알루미늄의 다이캐스팅 성형으로 만들어지는 경우 및 구리제의 봉재를 슬롯에 삽입하는 경우가 있다. 어느 쪽이나 각 권선의 코일 단부는 단락되어 있어 유도전류가 흐르도록 제작된다. 또한, 고정자의 권선을 구성하는 표면이 절연된 동선으로 회전자의 2차 도체를 구성하는 것도 가능하다. 일반적으로, 유도전동기는 도 74에 나타낸 고정자 구성과 도 19에 나타낸 바와 같은 회전자 구성으로 널리 사용되고 있고, 견고하고 약한 계자에 의한 일정한 출력제어의 성능이 뛰어나, 50Hz, 60Hz의 상용 전원을 전자 접촉기의 개폐에 의해 간편하게 구동 및 정지할 수 있는 등의 특징이 있다. 그러나 도 74에 나타낸 고정자에 관하여 설명한 바와 같이, 몇몇 과제가 있고, 효율, 생산성, 모터 사이즈, 비용의 문제가 있다.

그러나, 도 35 등에 나타낸 고정자와 도 19에 나타낸 유도전동기의 회전자를 조합시킴으로써, 유도전동기의 특징을 구비하면서 고정자의 상기 과제를 해소할 수 있기 때문에, 뛰어난 유도형의 모터를 실현할 수 있다.

또한, 도 57에 나타낸 회전자는 도 17에 나타낸 회전자에 유도 권선(172, 173)을 추가한 구조를 구비한다. 이러한 동기 전동기의 회전자에 유도 권선(172, 172)을 추가함으로써, 50Hz, 60Hz의 상용 전원의 온-오프를 전환해서 모터를 기동, 정지할 수 있고, 통상 운전시에는 동기 전동기로서 효율적으로 운전될 수 있다. 171은 영구자석이고, 70은 연자성체이다. 또한, 유도 권선(172, 173)의 추가는 도 14 내지 도 18에 나타낸 회전자에 관해서도 가능하다.

또한, 유도 전동기의 또 하나의 과제는 회전자의 2차 도체에 흐르는 유도전류가 발생하는 2차 구리 손실의 발열로서, 모터 효율을 저하시키고, 용도에 따라서는 회전자의 온도를 상승시키는 문제가 있다. 이 문제를 해결하고, 회전자의 2차 구리 손실을 감소시키는 모터를 도 58에 나타내었다. 도 58에 나타낸 고정자(76)는 도 21에 나타낸 고정자(14)와 동일하다. 또한, 도 58에 나타낸 고정자의 권선(177)은 도 35에 나타낸 고정자와 같이 변형될 수 있고, 고정자의 권선부에서의 발열을 감소시키고, 구리 손실도 감소시킬 수 있다. 도 58에 나타낸 회전자는 도 34에 나타낸 고정자의 구조를 내경과 외경을 반대로 제작한 회전자로 한 것으로, 권선(178 내지 183)은 유도전동기의 2차 유도전류가 통전되는 루프형의 단락된 코일이다. 권선(178 내지 183)의 턴수는 1턴으로부터 복수 턴까지 자유롭게 선택할 수 있고, 이 권선을 알루미늄 다이캐스팅으로 제작할 때는 1턴의 단락 권선으로 된다.

도 58에 나타낸 모터의 특징은 고정자와 회전자 모두가 루프형의 권선을 사용한 구성으로 이루어진다는 것이다. 상기한 바와 같이, 권선의 양을 적게 할 수 있기 때문에, 강철 손실을 감소시킬 수 있고, 권선이 단순한 루프형의 권선이기 때문에 제작이 용이하며, 도 73 및 도 74에 나타낸 고정자와 같이 축방향으로 배치되는 권선이 없어 다극화하여 권선 배치 단면적이 작아질 일도 없기 때문에, 다극화에 의한 높은 토크화가 가능하고, 코일 단부가 없으므로 모터를 소형화할 수 있는 등의 특징을 갖는다. 특히, 다극화한 경우에는 도 19에 나타낸 회전자보다 도 58에 나타낸 회전자 쪽이 회전자측의 구리 손실을 작게 할 수 있다.

또한, 도 58에 나타낸 모터에서는, 고정자와 회전자가 간주되는 방식의 구조인 것을 명시하기 위해서, 동일한 티스의 수, 동일한 슬롯의 수로서 도시했지만, 유사 형태의 고정자와 회전자의 조합의 경우에는 토크 리플이 발생하기 쉬운 문제가 있다. 이러한 의미에서, 도 58에 나타낸 모터에 있어서, 고정자와 회전자의 티 스의 수, 슬롯의 수, 권선의 수를 달리한 값으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, (31)식의 Nss = Pn×Nx에서 상수 3의 고정자 구성, 즉 Nss = 3×Pn 구성의 고정자와 도 14 내지 도 19 및 도 57에 나타낸 회전자를 조합시킨 모터에 관하여 설명한다. 상기한 바와 같이, 이들 회전자 표면에는 연자성체가 포함되어 있어 회전자의 자속 분포를 고정자의 전류로 변경하는 것이 용이한 구조로 이루어져, 고정자로부터 원주방향으로 정현파적인 기자력 분포를 인가할 때에 효과적으로 작용하는 구조의 회전자이다. 한편, 도 35 등에 나타낸 6상의 고정자는 원주방향의 기자력 분포가 60°피치이고, 이산성이 작기 때문에 비교적 고정밀도로 원주방향에 정현파적인 기자력 분포를 인가할 수 있고, 도 14 내지 도 19 및 도 57에서 나타낸 회전자와 조합시켜서 효과적으로 구동할 수도 있다. 여기에서, 도 35에 나타낸 고정자 구성을 3상으로 변형할 경우, 고정자의 이산성은 2배로 큰 120°로 되기 때문에, 도 14 내지 도 19 및 도 57에 나타낸 회전자가 구동되면, 평균 토크의 감소 또는 토크 리플의 증가 등의 문제가 발생하여 효과적으로 구동할 수 없는 문제가 있다. 그러나 이의 대책으로서, 고정자의 자극 형상(SPS)을 도 39에 나타낸 바와 같은 형상으로 함으로써, 고정자 내주의 고정자 자극형상(SPS)의 원주방향의 면적분포를 정현파 분포에 근접시킬 수 있고, 회전자의 원주방향으로 정현파 분포 모양의 기자력을 인가할 수 있어 보다 효과적인 회전자의 구동이 가능해 진다.

또한, 회전자에 인가되는 기자력 분포가 원주방향으로 정현파적인 분포로 되도록 하기 위해서, 도 40에 나타낸 바와 같이 회전자의 지름방향 형상을 회전자 자극 경계부가 오목형이 되는 형상으로 하는 방법 또는 고정자 자극의 원주방향 양단 이 고정자 중심에 대한 반경이 커지는 형상으로 해서 도 23에 나타낸 고정자 자극형상에 대하여 양단부가 외경측으로 부드러운 형상으로 하는 방법도 효과적이다. 또한, 이들의 방법의 조합도 가능하다.

상기한 바와 같이, 도 35에 나타낸 고정자는 성능적으로는 뛰어나지만, 상수가 많기 때문에 약간 복잡한 구성으로 된다. 이 점에서, 도 35에 나타낸 고정자를 3상으로 해서 고정자 내주의 고정자 자극 형상(SPS)의 원주방향의 면적분포를 정현파 분포로 한 구조는 원주방향의 기자력 분포를 정현파로 할 수 있기 때문에, 도 14 내지 도 19 및 도 57에 나타낸 회전자를 효과적으로 구동할 수 있고, 고정자가 간소화되면서 효과적인 구동이 실현되고, 저비용과 고성능을 양립시킬 수 있다.

또한, 도 35에 나타낸 고정자를 3상으로 변형하고, 고정자 자극 형상(SPS)을 도 39에 나타낸 형상으로 하는 고정자의 구조 및 각부 형상은 도 1에 나타낸 구성의 고정자에서 고정자 자극의 내주면 형상(SPS)을 도 11 내지 도 13의 형상 또는 도 39의 고정자자극 형상으로 하는 것과 동일하다.

다음으로, 고정자와 회전자의 내경측, 외경측의 관계를 반대로 하고, 외경측이 회전하는 소위 아우터 모터의 형상에 관하여, 도 59를 참조하여 설명한다. 187 은 내경측에 배치된 고정자이고, 그 내부에 루프형의 권선(189 내지 194)이 배치된다. 이들 각 권선은 1슬롯 중에 2세트의 루프형 권선을 배치하고 있는 예를 게시하고 있지만, 도 34, 도 35의 각 권선과 같이 권선을 통합할 수도 있다. 186은 회전자를 지지하는 회전가능한 베어링, 185은 회전자의 출력샤프트, 203은 회전자이다. 195 는 회전자의 내경측에 고정된 영구자석이고, 원주방향을 직선전개한 형상은 내 경, 외경은 다르지만, 도 22의 (b)에 나타낸 영구자석(12)과 동일한 형상을 갖는다. 도 59에 나타낸 모터는 단지 외경측이 회전될 수 있다는 특징 이외에, 출력을 크게 할 수 있는 특징이 있다. 이는 모터의 내경측까지 효과적으로 전자기회로를 구성할 수 있기 때문에, 권선(189 내지 194)의 단면적을 도 21의 모터의 권선(41 내지 52)보다 넓게 형성할 수 있어서 통전전류를 크게 할 수 있고, 모터로서 전자기적으로 작용하는 자속의 양에 있어서도 영구자석(195)은 도 21에 나타낸 영구자석(12)과 비교해 볼 때 외경측에 배치할 수 있기 때문에, 전류, 자속 모두 커지고, 출력 토크를 크게 할 수 있다. 다만, 도 59에 나타낸 아우터 모터는 사용되는 용도, 사용되는 주위 환경에 따라 문제가 될 수도 있다. 예를 들면, 도 59에서는 모터 케이스를 도면에 나타내지 않았지만, 필요로 하는 용도도 있고, 또한 회전자 베어링의 배치에 필요하여 대부분 회전자 샤프트 강성이 낮아지게 된다.

다음으로, 도 60은 도 35에 나타낸 원통 모양의 고정자를 원반 모양으로 변형한 모터의 예를 나타낸 것이다. 고정자(196, 231)는 영구자석으로 구성된 회전자(194)의 샤프트 방향 양측에 배치된다. 195는 고정자 케이스이고, 비자성체로 구성된다. 11은 비자성체로 제작된 회전자 샤프트이고, 197은 베어링이다. 198 내지 202는 각 상의 루프형 권선에서, 도 61은 고정자(196)를 회전자 샤프트(11)의 반(反) 부하측으로부터 바라본 배치도이다. 237은 제1 상의 고정자 자극, 238은 제2 상의 고정자 자극, 239는 제3 상의 고정자 자극, 240은 제4 상의 고정자 자극, 241은 제5 상의 고정자 자극, 242는 제6 상의 고정자 자극이다. 각 상의 고정자 자극은 전기각에서 60°의 상대적 위상차를 갖도록 배치된다. 고정자(196)의 각 권 선(198 내지 202)은 도 61에 있어서 동일번호로 그 배치 관계를 표시하고 있다. 고정자(231)에 관해서도, 회전자 샤프트(11)의 반 부하측에서 바라본 배치 관계는 도 61과 동일하다. 또한, 각 고정자 자극의 형상은 각각 모터 중심으로부터의 거리가 다르기 때문에, 고정자 자극의 면적이 동일해지도록 지름방향의 폭은 정해져 있다. 회전자(196)를 회전자 샤프트(11)의 반 부하측에서 바라본 구성은 도 62로 되고, 원주방향으로 영구자석의 N극(243)과 S극(244)이 교대에 배치된 8극의 회전자로 이루어진다. 이때, 회전자(196)에 작용하는 회전자 샤프트 방향의 전자기적 흡인력은 고정자(196, 231)의 양측으로부터 작용하므로, 흡인력은 상쇄되고, 토크에 있어서는 큰 회전자샤프트 방향의 힘, 즉 큰 스러스트력이 발생하지 않는 구조로 이루어진다.

도 60에 나타낸 모터의 작용은 각 상 권선을 포함하는 고정자(196, 231)가 배치되지만, 전자기적인 작용은 도 35의 고정자와 동일하다. 또한, 고정자 자극의 형상, 루프형 권선, 회전자 등은 상기한 여러 구성으로 변형할 수도 있다. 고정자(196, 231)를 다른 구성의 고정자로 하는 것도 가능하며, 예를 들면, 한쪽의 고정자를 권선을 포함하지 않는 연자성체의 원반으로 할 수도 있다. 고정자(196, 231)의 위치에 2개의 회전자를 배치하고, 회전자(196)의 위치에 고정자를 배치할 수도 있다. 또한 상수, 극 수를 6상, 8극의 예에 관하여 설명했지만, 예를 들면 3상, 16극의 상수, 극 수로 하는 등, 상수, 극의 수를 자유롭게 선택할 수 있다.

도 60에 나타낸 바와 같은 모터 구조로 함으로써, 편평하고 얇은 형의 모터를 구성할 수 있다. 또한, 도 21, 도 35에 나타낸 모터와 비교해 보면, 상대적으로 큰 영구자석을 배치할 수 있으므로, 권선으로의 쇄교 자속을 크게 할 수 있고, 큰 토크를 발생할 수 있다.

다음으로, 도 63은 도 35에 나타낸 배치 구조의 고정자를 갖는 모터를 2개 조립하여 복합화한 모터의 예를 나타낸 것이다. 도 63에 나타낸 모터는 일점쇄선으로 표시한 수평선의 상측과 하측으로 2개의 모터가 구비된다. 도 64는 도 35와 같이, 도 63의 고정자를 회전자측에서 바라본 고정자의 내주측 형상을 직선 형태로 전개한 전개도이다. 도 63에 나타낸 상반부의 모터의 고정자 자극(67, 54, 55, 56, 57, 58) 및 루프형 권선(61 내지 65)은 도 35에 나타낸 고정자의 구성과 동일하고, 도 33에 나타낸 전류 벡터로 표시하는 평형 6상 전류의 권선에서 전류 벡터 f에 상당하는 권선을 생략한 구조이고, 그 전류 언밸런스만큼의 기자력이 회전자 샤프트 방향으로 발생한다. 도 63에 나타낸 하반부의 모터 구성은 도 35의 고정자 구성과 비교해 볼 때, 고정자 자극의 배치 순서 및 루프형 권선에 전류가 통전되는 전류의 순서와 극성이 반대이고, 그 전류 언밸런스만큼의 기자력이 상반부의 모터와 역방향으로 발생하는 구성으로 이루어진다. 다만, 도 63의 하반부의 모터가 발생하는 토크의 방향과 크기는 도 63의 상반부의 모터와 동일하게 되는 구성이다. 또한, 도 64에 나타낸 각 루프형 권선의 좌단에 표시된 전류 벡터 a, b, c, d, e, -a, -b, -c, -d, -e는 각 권선에 전류가 통전되는 전류이며, 도 33에 나타낸 전류 벡터이다. 이와 같이 2개의 모터를 조합시킴으로써, 각 모터가 발생하는 샤프트 방향 기자력을 제거하여 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 회전자 샤프트가 축방향으로 자화됨으로써, 모터 출력 축으로 주변의 철분이 부착되거나, 회전자 샤프트 위로 자기식의 인코더(encoder)를 장착하여 회전자 샤프트 방향 기자력이 문제로 된다는 용도에서는 효과적이다. 또한, 3개 이상의 전자기적으로 언밸런스한 모터를 동축 상으로 배치해서 전자기적인 밸런스를 유지할 수도 있다.

또한, 도 63에 있어서, 일점 쇄선으로 표시한 상하의 모터의 전자기적 작용이 일점 쇄선으로 표시한 면에 대하여 면대칭한 구성으로 이루어지기 때문에, 각각의 고정자는 밀착된 구성이더라도 2개의 모터 간의 전자기적인 간섭이 적은 예를 나타내고 있다. 그러나 2개의 모터의 다른 구성에서 회전자 샤프트 방향 기자력을 제거하지만, 일점 쇄선의 면에 있어서 전자기적으로 대칭한 구성으로 이루어지는 경우, 2개의 고정자 사이에 스페이스를 형성하고, 자기적인 분리를 할 수도 있다.

또한, 스페이스의 유효 활용에 의한 전체의 소형화 또는 부품의 공용 등에 의한 간소화, 저비용화의 목적에서도, 복수의 모터를 결합하는 복합화는 효과적으로 이루어진다. 축방향으로 복수의 모터를 결합하는 경우, 가늘고 긴 모터 구성으로 쉽게 구성할 수 있고, 지름방향으로 복수의 모터를 결합하는 경우는 짧고, 편평한 모터 구성으로 쉽게 구성할 수 있다. 예를 들면, 지름방향에 2개의 모터를 조합시키는 경우, 내측에 아우터 회전자형의 모타를 배치하고, 외측에 인너형의 회전자를 배치하고, 양 모터의 회전자를 일체화하는 구성으로 해서 내경측 모터와 외경측 모터는 크게 다른 형상이 되기 때문에, 각각의 형상에 알맞은 모터 타입으로 함으로써, 스페이스적으로, 또한 모터의 출력 밀도적으로 효과적인 구성으로 할 수 있다. 상기한 바와 같은 복합화의 대상이 되는 모터의 조합은 본 발명의 모터끼리의 조합, 또는 본 발명의 모터와 종래 모터의 조합도 가능하여 복수의 모터의 장점과 단점을 조합시킴으로써 그 용도의 목적, 성능을 달성할 수 있을 경우도 있다.

다음으로, 회전자 샤프트로 평행해서 배치된 전자강판을 회전자 내부에 배치한 도 65에 나타낸 회전자에 관하여 설명한다. 도 14에 나타낸 회전자는 265은 회전자 샤프트 방향으로 적층한 전자강판, 266은 연자성체의 회전자 샤프트이다. 262, 263은 영구자석에서 회전자 외주에 도시한 N극 및 S극의 방향으로 이루어지도록 각 영구자석의 극성이 지향된다. 이와 같이, 도 14에 나타낸 회전자에서, 회전자 내의 자속이 원주방향 및 지름방향으로 변화되더라도, 전자강판 내에서는 와전류가 과대하게 되기 어려운 구성으로 이루어진다. 그러나 도 35에 나타낸 고정자와 조합시켜서 구동할 경우, 전자강판(265)의 회전자 샤프트 방향 자속은 변화되고, 회전 시에는 전자강판(265)에서의 와전류가 크게 발생하여 와전류 손실이 문제로 된다.

도 65에 나타낸 횡단면도의 회전자는 도 14에 나타낸 전자강판(265)에 회전자 샤프트 방향으로 구멍을 형성하고, 그 구멍에 적층한 전자강판(264)을 설치한 구조이다. 적층된 전자강판(264)은 도 66에 나타낸 바와 같은 구성에서, 표면이 절연체 막으로 덮인 얇은 판자의 전자강판으로 적층되어 적층 방향과 직각한 방향으로의 자속이 증감했을 때에 와전류가 흐르기 어려운 구조가 이루어져 철심에 있어서의 전력 손실을 감소시킬 수 있는 구조로 이루어진다. 도 65에 나타낸 바와 같이 배치된 적층 전자강판(264)의 방향은 원주방향으로 거의 직각으로 배치되어 있기 때문에, 원주방향 이외의 방향, 즉 자속이 회전자 샤프트 방향과 지름방향으로 변화하더라도 철심에 있어서의 전력 손실을 작게 할 수 있는 배치로 이루어진다. 이 와 같이, 도 65에 나타낸 회전자는 도자 자기 경로로서의 적층 전자강판(264, 265)이 서로 교차하도록 배치되기 때문에, 회전자 자극의 자속이 회전자 샤프트 방향으로 증감하더라도 와전류가 발생하기 어려운 구성으로 이루어진다. 그 결과, 도 65에 나타낸 회전자와 도 35 등에 나타낸 고정자를 조합시킨 모터에 있어서, 영구자석(262, 263)에서 생성되는 자속을 도 35에 나타낸 고정자 자극(67, 54, 55, 56, 57, 58)으로 효과적으로 유도할 수 있고, 회전시에도 와전류 손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 전자강판(264)은 적층되어 배치되지만, 특히 적층 하는 것은 필요조건은 아니고, 자속을 통과시키기 위해 필요한 양의 전자강판을 분할, 분산되게 배치할 수도 있다. 또한, 전자강판 대신에 압분 자심이라 칭하는 연자성체 분말을 압입 고정하고 와전류가 적은 재료이더라도, 낮은 철 손실로 회전자 샤프트 방향으로 자속을 유도할 수 있다. 또한, 회전자의 연자성체부의 전체가 압분 자심으로 이루어질 수도 있다.

또한, 도 21에 나타낸 고정자 자극 형상 및 도 35에 나타낸 고정자 자극 형상은 도 31에 나타낸 고정자 자극형상과 같이, 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향폭(WDD)이 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 간격(WDP)보다 작은 구조를 나타내고 있지만, 회전자로부터의 자속을 보다 많이 유도함으로써 발생 토크를 크게 하는 경우에는, 도 38에 나타낸 고정자 자극 형상(54SS)와 같이 고정자 자극의 회전자 샤프트 방향 폭(WDX)을 크게 하는 구조가 유리하다. 그러나 이 경우에는, 도 31의 고정자 자극 선단부의 지름방향 두께(HD1)가 도 38에 나타낸 고정자 자극 선단부의 지름방향 두께(HD2)와 같이 회전자 샤프트 방향으로 자속을 많이 통과시키기 위해서 커지고, 이 때문에 인접하는 슬롯의 단면적은 작아져 도선은 가늘어지기 때문에 통전용량이 감소하는 문제가 있다.

이 문제에 대하여, 도 38에 나타낸 고정자와 도 65에 나타낸 회전자를 조합시킨 경우, 상기한 바와 같이, 도 65의 회전자 내부로 회전자 샤프트 방향으로 자속이 용이하게 통과할 수 있도록 도 38에 나타낸 고정자 자극의 지름방향두께(HD2)를 작게 할 수 있고, 슬롯 단면적, 도선 단면적을 크게 함으로써 구리 손실을 감소시킬 수 있고, 출력을 증가시킬 수 있다.

또한, 전자강판(264)의 추가를 도 14에 나타낸 회전자에 대해서 나타냈지만, 도 15 내지 도 18 등에 나타낸 이외의 종류의 회전자에 대해서도 실행할 수 있다. 또한, 추가하는 연자성체의 형상에 대해서는, 도 66에 나타낸 적층 전자강판(264)의 예를 도시했지만, 와전류가 적은 형상이라면 여러 가지 형상이 가능하다.

다음으로. 도 67에 나타낸 바와 같이 회전자 자극의 연자성체부에 자속의 회전방향 자유성을 제한하는 공극부 또는 비자성체부를 구비하는 회전자 구조에 관하여 설명한다. 도 67에 나타낸 회전자는 도 14에 나타낸 회전자의 연성체부(265)의 부분에, 267, 268로 나타낸 공극부 또는 비자성체부를 형성한 것이다. 회전자의 외주 형상은 각 자극의 경계부가 요부로 되고, 회전자 자극의 외주형상을 회전자 반경보다 작은 반경의 부드러운 원호형상으로 이루어진다. 공극부(267, 268)는 이들 공극부에 개재되는 자기 경로(269, 270)의 자속이 원주방향으로 자유로이 이동하여 벗어나지 않도록 자속의 회전방향 자유성을 제한한다. 또한, 공극부(267, 268) 슬 릿 형상의 방향은 회전자 자극의 중앙부의 자속 밀도가 높아지도록 영구자석(262, 263)으로부터의 자속이 집중되도록 하는 배치 구조로 이루어진다. 그 결과, 각 회전자 자극표면의 자속 분포는 중앙 근방에서 자속 밀도가 크고, 자극 경계부측의 자속밀도가 낮아지도록 비교적 정현파 분포에 가깝도록 한 구조로 이루어진다. 회전자 자극의 경계부 형상은 그 부분의 자속이 모터 토크를 발생시키기 위한 공헌도가 낮고, 반대로 그 부분의 자속 밀도가 크면, 토크 리플을 발생하는 요인으로 되기 쉽기 때문에, 요부형으로서 그 부분으로부터 고정자로 통과하는 자속의 자속밀도를 낮게 하고 있다.

또한, 공극부 267은 하나의 자극에 3개 배치하고, 공극부 268은 하나의 자극에 4개 배치하고 있어서, 공극부의 원주방향 피치(SPP)는 동일하고, 공극부(267, 268)는 자극 중심에 대하여 상대적으로 SPP/2만큼 원주방향위치가 오프셋되는 관계로 이루어진다. 그 결과, 공극부로 인해 코깅 토크, 토크 리플이 상쇄되는 관계가 되고, 보다 스무스한 회전자의 회전을 실현할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 모터의 회전자 자극의 일부를 제거하고, 그 스페이스를 활용해서 고정자의 루프형 권선의 코일 단의 권선 배선 스페이스로 형성하거나, 위치 검출 센서, 온도센서 등의 배치 스페이스로 형성하는 기술에 대해서 설명한다.

종래의 방법으로, 모터의 축방향 후단에 회전자 위치검출용 인코더 등의 센서를 배치하는 예를 많이 볼 수 있지만, 모터 전장이 길어지는 문제가 있다. 또한, 도 71에 나타낸 종래 모터의 고정자의 코일 단부(5) 근방의 스페이스를 활용해서 코일 단부의 배선 처리를 행하거나, 각종 센서를 배치하였지만, 코일 단부의 축방 향 길이가 짧은 모터의 경우, 또는 도 1, 도 21에 나타낸 바와 같은 본 발명의 모터와 같이 코일 단부의 경우에는, 모터 내부의 축방향 단부에서 코일 단부의 배선 처리를 행하거나, 각종 센서를 배치하면 모터의 축방향 길이가 커지는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위하여 도 10, 도 11, 도 12, 도 13에 나타낸 고정자 자극 형상과 같이 고정자 내주면의 원주방향의 대부분의 부분에 고정자 자극이 인접하여 배치되는 경우, 특별히 도면에는 나타내지 않았지만, 몇 개의 고정자 자극을 제거하거나 1개의 고정자 자극의 일부를 홈 형태로 하여 형상의 일부를 제거함으로써 스페이스를 확보할 수 있다. 또한, 그 스페이스를 이용하고, 루프형 권선의 코일 단부에 절곡 처리 또는 내열 절연 처리를 실시한 전선과 접속하는 처리를 행할 수 있다. 또한, 그 스페이스를 이용하여 전류센서, 전압 센서, 자속 센서, 가속도검출 센서, 속도검출센서, 위치검출센서, 온도센서, 진동센서 등을 배치할 수 있다.

또한, 도 1에 나타낸 모터는 3상 8극의 모터이며, U상의 고정자 자극(119), V상의 고정자 자극(120), W상의 고정자 자극(121)은 그 내주면의 원주방향 형상을 직선형으로 전개하면 도 4의 형상으로 이루어진다. 이때, 인접하는 고정자 자극의 간격은 좁고, 예를 들면 U상 고정자 자극(119)으로부터 V상 고정자 자극(120)으로의 누설자속 등 고정자 자극 간의 누설 자속이 발생하고, 회전자의 영구자석 등에서 발생하는 계자자속이 누설되어 모터 코일과 쇄교하는 성분이 감소됨에 따라 모터 토크의 감소 문제나, 각 상 권선의 전류(I)가 생성하는 기자력으로 인해 고정자 자극 간의 누설자속인 누설 인덕턴스(Lx)는 무시할 수 없을 만큼 커지게 되어 고속회전(ω), 대전류(I)에서의 전압 강하 Vx = ω×Lx×I는 커지고, 고속 회전에서의 출력 토크는 저하하는 문제나, 누설 인덕턴스(Lx)가 커짐에 따른 모터제어장치에 있어서의 전류 응답성의 저하의 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위하여 도 4의 구성을 도 68의 구성으로 함으로써, 고정자 자극 간의 거리를 크게 해서 고정자 자극 간의 누설자속을 감소시킬 수 있다. 도 4, 도 68 모두는 8극의 모터이고, 수평축은 기계각 각도 0°로부터 360°로 표시되며, 전기각으로 표현하면 0°에서 360°×4=1440°의 각도범위를 나타낸다. 271은 U상 고정자 자극, 272는 V상 고정자 자극이다. 이들 각상의 고정자 자극은 도 4와 비교해 볼 때, 1개씩 교호로 배열되고, 4개에서 2개로 절반 감소한다. 동일 상의 고정자 자극이 원주방향으로 배치되는 피치는 전기각에서 720°피치로 된다. 고정자 자극 사이의 거리는 커지고, 누설자속을 감소시킬 수 있기 때문에, 상기 여러 문제를 해결할 수 있다. 다만, 고정자 자극의 수는 절반 감소하기 때문에, 토크가 저하하는 문제가 새롭게 발생하고, 이 문제를 해결하기 위하여 고정자 자극의 형상을 빈 스페이스 확장시키는 방법, 모터의 극수를 크게 하는 방법 등을 병용하면 효과적이다. 이와 같이 고정자 자극 사이의 누설자속의 문제를 해결하고, 모터 발생 토크의 저하의 문제에 대해서는 다른 방법으로 개선할 수 있다.

도 4에 나타낸 고정자 자극의 형상은 각 상의 권선의 쇄교 자속을 크게 하여 토크를 증가시키기 때문에, 도 1O 내지 도 13에 나타낸 바와 같은 다양한 고정자 자극 형상으로 변형할 수 있다. 그러나 이들 고정자 자극 형상은 도 4에 나타낸 고정자 자극형상과 비교해 볼 때, 각 상의 고정자 자극이 인접하는 면적이 넓어지고, 상 사이의 누설자속이 증가하여 도 4의 누설 자속 쪽의 문제가 더 커지게 된다. 또한 다른 문제로서, 고정자 자극(122 내지 136)의 고정자 내주면에 집중되는 회전자 자속을 고정자의 백 요크부로 통과시키기 위한 자기 경로를 형성하기 위한 자기 경로 스페이스가 부족하게 되는 문제가 있다. 이 자기 경로 스페이스가 부족하게 되면 자기 경로가 자기포화 되어 토크가 저하하는 현상이 발생한다.

이들 문제를 해결하기 위해서, 예를 들면 도 11에 나타낸 고정자 자극의 경우, 도 69에 나타낸 바와 같이 동일 상의 고정자 자극의 원주방향으로 배치되는 피치를 전기각에서 720°피치로 이루어지는 것으로 할 수 있다. 도 69에 나타낸 모터도 3상 8극의 모터이다. 도 10 내지 도 13 및 도 69의 수평축은 기계각으로 표현하여 O°에서 360°이고, 전기각으로 표현하면 0°에서 360°×4=1440°의 각도범위를 도시하고 있다. 도 69에 나타낸 고정자 자극 형상의 경우, 명확하게 인접하는 고정자 자극 사이의 거리를 크게 할 수 있어 고정자 자극 사이의 누설자속을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 누설자속으로 인한 토크 감소의 문제, 누설 인덕턴스로 인한 고속회전, 대전류시의 인덕턴스 전압강하의 문제 등의 악영향을 감소시킬 수 있다. 또한, 고정자 자극 내주면에서 고정자 백 요크까지의 자기 경로 스페이스에 관한 상기 문제는 도 69와 같이 고정자 자극 사이의 스페이스를 확장시킬 수 있으면, 충분한 자기 경로 스페이스를 확보할 수 있고, 자기포화의 문제도 해소할 수 있다. 다만, 고정자 자극의 수는 도 11에 비하여 도 69는 절반 감소하기 때문에 토크가 저하하는 문제가 새롭게 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해서, 고정자 자극의 형 상을 빈 스페이스 내에서 확장시키는 방법, 모터의 극수를 크게 하는 방법 등을 병용하면 효과적이다. 이와 같이 고정자 자극 사이의 누설자속의 문제를 해결하고, 모터 발생 토크의 저하의 문제에 대해서는 다른 방법으로 개선할 수 있다.

도 12에 나타낸 고정자 자극 형상에 관하여도, 유사하게, 도 70에 나타낸 U상고정자 자극(277), V상 고정자 자극278, W상 고정자 자극(279)과 같이 동일 상의 고정자 자극 피치를 전기각에서 720°로 해서 인접하는 고정자 자극의 원주방향 평균 간격을 240°으로 한 3상, 8극의 모터를 구성할 수 있다. 극의 수는 8극의 예에 대해서 도시하였지만, 자유롭게 선택할 수 있다. 특히, 본 발명의 모터와 같이 루프형의 권선을 구비하는 모터의 경우에는, 극의 수가 큰 만큼 큰 토크의 발생이 가능하기 때문에, 토크 발생면에서는 극의 수를 크게 하는 쪽이 유리하다.

또한, 이 방법은 다른 각종 고정자 자극 형상의 모터에 관하여도 적용할 수 있다. 또한, 상의 수가 2상인 경우에는, 동이 상의 고정자 자극의 원주방향 간격을 전기각에서 720°로 해서 2상의 위상차가 90°이기 때문에, 인접하는 고정자 자극의 원주방향 간격을 360°＋90°=450°와 360°－90°=270°을 반복하고, 약간 변측적이지만 규칙적으로 배치할 수도 있다.

상의 수가 5, 7, 9 등의 홀수 상일 경우, 동일 상의 고정자 자극의 원주방향 간격을 전기각에서 720°로 해서 규칙적으로 배열할 수 있다. 상의 수가 4상 이상의 다상 모터에서, 원주방향으로 2개 걸러 고정자를 제거하는 방법, 3개 걸러 고정자를 제거하는 방법 등의 다양한 방법을 고려할 수 있다. 어떠한 방법이든, 일부의 고정자 자극을 제거함으로써, 각 고정자 자극의 근방에 스페이스를 형성할 수 있 고, 그 스페이스를 활용해서 각 고정자 자극의 내주측에서 백 요크까지의 사이의 자기 경로의 누설자속을 감소시키기 위한 공간을 형성할 수 있다. 동시에, 경사 고정자 자극의 내주면에서 백 요크까지의 사이의 자기 경로가 자기포화하지 않도록 자기 경로 단면적을 확보할 수 있다.

또한, 고정자 자극의 제거 방법은 원주방향 전체 둘레에서 동일한 규칙성이 있는 제거가 가능한 경우는 보다 다상 정현파 교류이론에 가까운 뛰어난 특성을 기대할 수 있지만, 원주방향으로 다소 불규칙하고 언밸런스한 고정자 자극의 배치 구성이더라도 스페이스를 형성함으로써, 각 고정자 자극 사이의 누설자속을 감소시키거나, 고정자 자극의 내주면에서 백 요크까지의 자기 경로의 단면적을 확보할 수 있다.

이상, 본 발명에 관한 다양한 형태의 예에 관하여 설명했지만, 본 발명의 다양한 변형도 본 발명에 포함되는 것이다. 예를 들면, 상의 수에 관해서는 3상, 6상에 대해서 많이 설명하였지만, 2상, 4상, 5상, 7상, 상의 수가 더 큰 다상도 가능하다. 소용량의 기기에 있어서는, 비용 면에서 부품수가 적은 것이 바람직하고, 상의 수의 작은 2상, 3상이 바람직하지만, 토크 리플의 관점이나 대용량 기기 경우의 1상의 파워 디바이스의 최대전류제약의 등의 점에서는 상의 수가 많은 쪽이 유리하다. 극의 수에 관하여도 한정하는 것은 아니고, 특히 본 발명의 모터에 있어서는 원리적으로 극의 수를 크게 하는 쪽이 바람직하다. 그러나, 물리적인 제약, 누설자속 등의 악영향, 다극화에 의한 철 손실의 증가, 다극화에 의한 제어장치의 한계 등이 있고, 용도 및 모터 사이즈에 대응한 적절한 극의 수의 선택이 바람직하다.

또한, 회전자의 종류에 대해서 도 14 내지 도 19, 도 73, 도 74에 나타내었지만, 회전자에 코일을 갖는 코일계자형 회전자, 축방향 단부에 고정된 계자코일을 구비하고, 갭을 통해 회전자에 자속을 생성시키는 소위 클로오 폴(claw pole) 구조 회전자 등의 각종 회전자로의 적용도 가능하다. 영구자석의 종류, 형상에 관해서도 한정되는 것은 아니다.

모터의 형태에 관해서도 다양한 형태가 가능하고, 고정자와 회전자 사이의 에어갭 형상으로 표현하며, 에어 갭 형상이 원통형인 인너 회전자형 모터, 아우터 회전자형 모터, 에어 갭 형상이 원반형인 축방형 모터 등으로 변형할 수 있다. 또한, 원통형인 에어 갭 형상을 대략 테이퍼진 형상으로 변형한 모터 형상도 가능하고, 특히 이 경우에는, 고정자와 회전자를 축방향으로 이동시킴으로써 에어 갭 길이를 변화시킬 수 있고, 계자의 크기를 변화시켜 모터 전압을 가변시킬 수 있다. 이러한 갭 가변에 의한 일정한 출력제어를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 모터를 포함하는 복수의 모터를 복합시켜 제작할 수 있다. 예를 들면, 내경측과 외경측에 2개의 모터를 배치하거나 축방향으로 복수의 모터를 직렬로 배치할 수 있다. 또한, 본 발명의 모터의 일부를 생략/제거한 구조도 가능하다. 연자성체로서는 일반적인 규소 강판을 사용하는 것 이외에, 비정질(amorphous)의 전자강판, 분말상태의 분말 연철을 압축성형한 압분 자심 등의 사용도 가능하다. 특히, 소형의 모터에 있어서는, 전자강판을 타발 가공, 벤딩 가공, 단조 가공을 행함으로써 3차원 형상부품을 형성하고, 전술한 본 발명의 모터의 일부의 형상을 형성할 수도 있다.

모터의 코일에 관하여는, 대부분 루프형 코일을 설명했지만, 반드시 원형일 필요는 없고, 타원형, 다각형, 자기 회로의 형편 등에 따라 회전자 축방향으로 부분적인 요철형상이 구비된 형상 등의 다소 변형된 것도 가능하다. 또한, 예를 들면 180°위상이 다른 루프형 권선이 고정자 내에 있는 경우, 반원형의 권선으로 해서 180°위상이 다른 반원형 권선에 접속하여 폐회로로 함으로써, 루프형 권선을 반원형 권선으로 변형할 수도 있다. 또한, 분할된 원호형 권선으로 변형할 수도 있다. 또한, 각 루프형 권선이 슬롯 내에 설치된 구성의 모터에 관하여 설명했지만, 슬롯이 없는 구조에서 고정자의 회전자측 표면 근방에 얇은 권선을 배치한 구조의 모터, 소위 코어리스 모터(coreless motor)로 하는 것도 가능하다. 모터에 통전되는 전류에 대해서는, 각 상의 전류가 정현파형의 전류인 것을 전제로 설명하였지만, 정현파 이외의 각종 파형의 전류로 제어할 수도 있다. 이들 다양하게 변형된 모터에 관해서도, 본 발명의 모터의 주지의 변형 기술은 본 발명에 포함하는 것이다.

다음으로, 고정자 구조를 제공하여 토크 리플을 감소시키는 방법에 대해서 설명한다. 예를 들면, RN 1차의 토크 리플을 감소시키는 경우, 복수의 A상의 고정자 자극을 N1세트의 그룹으로 나누고, 각 그룹의 회전 방향의 고정자 자극 위치를 전기각에서 360°/(RN1/N1)의 정수배만큼 상대적으로 시프트하고, 다른 상의 고정자 자극에 관하여도 A상 고정자 자극과 같이, 회전 방향으로 고정자 자극 위치의 시프트를 행한다.

도 134는 토크 리플 감소를 위해 행하는 고정자 자극 위치의 시프트의 구체적인 예를 나타내는 도면이고, A상의 고정자 자극에 관하여 구체적인 예로 나타내 었다. B상의 고정자 자극과 C상의 고정자 자극 등, 다른 상의 고정자 자극에 대해서도 동일하기 때문에, 상세한 도면에 나타내는 것은 생략한다. 도 134에 나타낸 가로축은 고정자의 원주방향에 따른 전기각을 나타내고 있다. 예를 들면, 6차(RN1=6)의 토크 리플 성분을 제거할 수 있는 고정자 구성에 관하여 설명한다. 도 134에 나타낸 4개의 A상 고정자 자극을 A－1, A－3과 A－2, A－4의 2세트로 분류하고, (N1=2)360°/(RN1×N1)=360°/(6×2)=30°으로 되기 때문에, 고정자 자극 A-2, A-4의 원주방향위치를 전기각으로 30°만 도 30에 나타낸 바와 같이 원주방향으로 시프트하면 된다. 이 결과 2세트에 나뉜 각 그룹의 U상 고정자 자극(19)이 발생하는 토크의 중, 6차 고주파성분에 관하여는 서로 180°의 위상차를 갖기 때문에, 브러시리스 모터(100)에서 토달하여 6차 고주파성분, 즉, 전기각에서 60°주기의 토크 리플은 제거된다.

이 상태로부터 복수의 토크 리플을 감소시킬 경우, 도 134에 나타낸 아이디어를 보충하면 된다. 다만, 복수의 토크 리플 감소 방법은 독립하여 기능하고, 서로 간섭하지 않는 배려는 필요하다.

도 134에 나타낸 고정자 자극의 배치, 구성을 변경한 토크 리플 감소 방법은 고정자와 회전자가 상대적이기 때문에, 동일한 방법을 회전자에 적용해서 토크 리플을 감소 효과를 얻을 수 있다. 또한, 하나의 토크 리플 성분을 고정자의 배치, 구성으로 감소시키고, 다른 토크 리플 성분을 회전자측의 회전자 자극의 배치, 구성으로 감소시킬 수 있다. 2 이상의 큰 토크 리플 성분을 포함하는 모터의 경우, 고정자측과 회전자측 모두에 토크 리플을 감소시키는 방법도 효과적이다.

다음으로, 회전자 자극 형상, 고정자 자극 형상을 개량하고, 토크를 향상하는 방법에 관하여 설명한다. 도 135은 4상의 모터의 예에서, D51, D53, D55, D57은 각각 A, B, C, D상의 회전자 자극이다. D52, D54, D56, D58은 각각 A, B, C, D상의 고정자 자극이다. 각 상의 자속φ의 회전변화율dφ/dθ는 토크에 비례하므로, 회전자 자극과 고정자 자극의 대향하는 면적 중, 특히 회전자 샤프트 방향의 대향하는 길이가 각 상의 자속φ의 회전변화율dφ/dθ에 크게 영향을 주고, 토크의 크기와 관계가 있다. 그 점에서, 도 15와 같이, 회전자 자극형상과 고정자 자극형상의 대향하는 부분의 형상을 사다리꼴 형상으로 함으로써, 더욱 많은 자속이 통과할 수 있는 구성으로 하여 토크를 증가시킬 수 있다. 자극의 형상은 도 135의 형상을 더 변형하는 것도 가능하며, 예를 들면 삼각형, 단순한 요철 형상 등도 가능하다.

그러나, 도 15와 같은 자극의 형상은 복잡하여 부품의 제작 면, 조립 형상 면에서 문제가 있어 모터의 제작성을 확보하기 위한 연구가 필요하다. 예를 들면, 고정자와 회전자의 회전자 샤프트 방향의 분할부를 각 고정자 자극의 중앙부에서 행하거나, 조립 정밀도와 모터 강도 확보를 위하여 각 부품에 단차, 요철 등을 형성하는 등의 여러 가지 모터의 제작상의 연구를 행할 수 있다.

도 35의 모터의 구성에 있어서, D59, D5A, D5B는 코일이며, 루프형의 파선형상이 회전자측까지 압입된 형상으로 이루어진다. 회전자측의 빈 스페이스를 효과적으로 활용한다고 하는 점과, 회전자측 쪽이 지름이 작아 동일 전류에 대하여 도선의 길이가 짧고, 구리 손실을 감소시킬 수 있다는 점이 유리하다. 결과적으로, 모터의 고효율화, 소형화, 높은 토크화를 실현할 수 있다.

다음으로, 도 136은 도 24에 나타낸 모터에 있어서, 권선(B37, B38, B39)을 파이프 모양의 권선으로 대체한 예를 나타낸 것이다. D61은 구리제의 파이프 등이며, 전류가 흐름과 동시에 파이프를 이용해서 그 중심부에 냉각수, 냉각용의 에어, 가스 등이 흐를 수 있다. 냉각 장치의 냉매 물질을 통과시킬 수도 있다. 파이프 사이는 전기적으로 절연될 필요가 있어 파이프 표면에 절연 처리를 할 수도 있다. 모터의 연속 출력 토크를 증대시키기 위해서 효과적이다.

이 파이프의 도체에 구리를 사용할 경우, 구리의 온도에 의한 저항 변화는 약 40%/100℃으로 되어 도체를 냉각하는 것은 구리 손실을 감소시키는 의미에서도 큰 효과가 있다.

또한, 도 136과 같은 구성은 종래 모터에서 전선의 굵기를 고려할 때 그다지 현실적이지 않지만, 본 발명의 모터에 있어서는, 다극화가 비교적 용이해서 모터의 권선의 턴수를 절감할 수 있고, 권선을 파이프 모양으로 하는 정도로 굵게 하는 것이 현실적으로 가능하다.

다음으로, 본 발명의 모터의 제어장치에 관하여 설명한다. 도 137은 권선의 수를 특정하지 않고, 단순한 구성의 구동부를 권선의 수만큼 갖는 제어장치를 나타낸 도면이다. D70은 직류전압전원, D75, D76, D77, D88은 모터의 권선을 표시하고, 그 권선의 수는 특정되지 않는다. D71과 D72는 파워 트랜지스터로, 소위 IGBT, 파워 MOS FET 등이다. 이들 2개의 트랜지스터는 쌍을 이루고, 서로 접속된 출력부의 전압을 제어한다. 정 또는 부의 값의 전류를 공급하는 전압 가변 유닛을 구성한다. 유사하게, D73, D74의 구성, D7A, D7B의 구성, D7C, D7D의 구성은 전압가변 유닛을 구성한다. 그리고 도 173에 나타낸 바와 같이, 2개의 전압가변유닛에서 각 권선으로 차동적인 전압을 공급하고, 전류가 흐를 수 있다. 이 구성은 비교적 단순한 구성의 전압가변유닛을 권선의 수만큼 병렬 설치하는 구성이지만, 트랜지스터의 수가 많아지는 문제가 있다.

다음으로, 5상의 모터를 구동하는 제어장치에 대해서 설명한다. 도 138은 도 83, 도 84, 도 85에 나타낸 5개의 고정자 자극 각각의 고정자 자극 사이에 배치되어 2개의 고정자 자극을 개재하여 배치한 권선을 역 직렬제어한 권선을 하나의 상으로 하는 5상 권선의 모터를 제어하는 구성을 나타내고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 도 85에 나타낸 스타 결선의 구성에서, 스타 결선의 각 단자의 전압은 평형한 5상의 전압으로 되고, 도 138에 나타낸 5상의 인버터에 의해 효율적으로 제어할 수 있다. 또한, 이 5상의 인버터는 상기 전압가변유닛이 5개 병렬로 구성된 구성에서 각 트랜지스터에는 역방향의 전류를 통전시키는 역방향 다이오드가 병렬로 접속된다.

또한, 도 85에 스타 결선으로 나타낸 각 권선의 전압 전류가 5상에 평형하게 이루어지기 때문에, 델타 결선으로 해서 제어할 수도 있다. 다만 이 경우, 순환 전류가 델타 결선 내를 흐르기 때문에, 모터의 고주파성분, 제어장치의 불평형 성분에는 주의를 요한다. 또한, 5상 이외의 3상 이상의 구성의 모터에 관해서도, 모터의 상의 수의 전압가변유닛을 사용하여 동일하게 구성할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 5상의 모터이며, 각 권선의 전압 진폭이 동일하지 않은 권선의 구동장치에 관하여 설명한다. 도 139는 도 86 내지 도 89에 나타낸 5상에서 5개의 권선의 모터를 제어하는 구성을 나타내고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 각 권선의 전압은 도 88에 나타낸 불평형한 전압, 위상으로 이루어진다. 그러나, 스타 결선의 구성으로 했을 경우의 각 단자의 전압 전류는 도 89에 나타낸 바와 같이 평형하여 효율적으로 구동할 수 있다.

다만, 권선마다 정밀한 제어가 필요할 경우, 도 83에 나타낸 전압관계를 기본으로 한 제어를 행할 필요가 있다. 예를 들면, 권선마다 각종 고주파전류가 중복되어 있는 경우에는, 도 88의 전압관계로부터 계산되는 권선마다에 전압의 피드포워드(feedforward) 제어를 행할 필요가 있다.

또한, 상기 고정자의 결선은 불평형이지만, 상의 순서대로 직렬 접속하고, 델타 결선으로 할 수 있다. 다만, 각 권선전압이 언밸런스하기 때문에, 인버터의 구동 효율은 다소 악화된다.

또한, 5상 이외의 3상 이상의 구성의 모터에 관해서도 모터의 상의 수의 전압가변유닛을 사용하여 유사하게 구성할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 5상의 모터이고, 각 권선의 전압진폭이 동일하지 않으며, 권선의 수가 상의 수보다 1개 적은 모터의 구동장치에 관하여 설명한다. 도 139는 도 90 내지 도 96에 나타낸 5상으로 4 권선의 모터를 제어하는 구성을 나타내고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 각 권선의 전압은 도 95에 나타낸 불평형한 전압, 위상으로 이루어진다. 그러나, 도 93의 (a)와 같이, 스타 결선의 중심점(NN)을 모터의 하나의 단자로 함으로써, 각 단자의 전압전류는 도 96에 나타낸 바와 같이 평형하여 효율적으로 구동할 수 있다.

다만, 권선마다 정밀하게 제어할 필요가 있는 경우, 도 95에 나타낸 전압관계를 기본으로 한 제어를 행할 필요가 있다. 예를 들면, 권선마다 어떤 종류의 고주파전류가 중복되는 경우, 도 95의 전압관계로부터 계산되는 권선마다에 전압의 피드포워드 제어를 행할 필요가 있다.

또한, 상기한 스타 결선은 불평형하지만, 상의 순서대로 직렬 접속하고, 델타 결선으로 할 수 있다. 다만, 이 경우에는, 도 93의 (b)로 나타낸 결선으로 결선하고, 권선이 부족한 부분인 양단의 2개의 단자를 델타 결선의 단자로 함으로써 델타 결선에서 구동할 수 있다. 다만, 각 권선 전압이 언밸런스하기 때문에, 인버터의 구동 효율은 다소 악화된다.

또한, 5상 이외의 3상 이상의 구성의 모터에 관하여도, 모터의 상의 수의 전압가변유닛을 사용하여 유사하게 구성할 수 있다.

본 출원은 일본 특허출원 제2005-18808(2005년 4월 28일 출원), 특허출원 제2005-144293(2005년 5월17일 출원), 특허출원 제2005-151257(2005년 5월 24일 출원) 및 특허출원 제2005-208358(2005년 7월 19일 출원)에 근거하는 것으로, 이들 출원에 의한 개시 내용은 참조로서 본 출원에 통합된다.

또한, 본 출원에 관한 발명은 특허청구의 범위에 의해서만 특정되고, 명세서에 기재된 실시의 양태 등에 한정적으로 해석되지 않는다.

Claims (58)

1. 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자;

   상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 (N+1)개의 고정자 자극 군; 및

   각 상의 상기 고정자 자극 군의 사이에서 축방향에 따라 배치되고, 축방향 양단에 동일 상이 배치되는 2N개의 루프형 권선;

   을 포함하는 모터.
2. 제1항에 있어서,

   (N+1)개의 상기 고정자 자극 군 각각은 전기각 위치가 순차적으로 변화되도록 배치되는

   모터.
3. 제1항에 있어서,

   전기각이 서로 거의 180°다른 두 개의 상에 대응하는 상기 고정자 자극 군이 인접하도록 (N＋1)개의 상기 고정자 자극 군 각각이 배치되는

   모터.
4. 제3항에 있어서,

   전기각이 서로 거의 180°다른 두 개의 상에 대응하는 상기 고정자 자극 군을 하나의 세트로 할 경우, 인접하는 2세트 각각에 포함되어 서로 인접하는 상기 고정자 자극 군의 전기각의 위상차가 최소로 되도록 (N+1)개의 상기 고정자 자극 군 각각이 배치되는

   모터.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   (N+1)개의 상기 고정자 자극은 양단에 위치되는 두 개의 상기 고정자 자극에서 상기 회전자에 대향하는 면의 회전자 샤프트 방향 폭의 합이 그 이외의 각각의 상기 고정자 자극의 상기 회전자에 대향하는 면의 회전자 샤프트 방향 폭에 동일하게 되도록 설정되는

   모터.
6. 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자;

   상마다 복수의 회전자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 N개의 고정자 자극 군; 및

   각 상의 상기 고정자 자극 군의 양측에서 축방향을 따라 배치되고, 축방향 양단에 동일 상이 배치되는 2N개의 루프형 권선

   을 포함하는 모터.
7. 제6항에 있어서,

   상기 회전자 샤프트 방향에 인접하는 두 개의 상기 고정자 자극에 의해 형성되는 슬롯 내에 배치된 복수의 상기 루프형 권선을 1개의 루프형 권선으로 통합하는

   모터.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 회전자 샤프트 방향에 따른 양단에 각각 배치되고, 두 개의 상기 고정자 자극의 외측에 배치된 상기 루프형 권선이 제거되는

   모터.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 고정자 자극의 상기 회전자에 대향하는 면의 면적은 상기 회전자의 원주방향을 따라 정현파형의 면적분포 또는 정현파에 유사한 면적분포로 이루어지는

   모터.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 고정자 자극의 상기 회전자에 대향하는 면은 회전자 샤프트를 따라 인접하는 상기 고정자 자극의 간격보다 회전자 샤프트 방향 폭이 크게 이루어지는

    모터.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    임의의 X상의 상기 고정자 자극 군을 통과하는 자속의 총합을 Φx, 상기 자속 Φx의 회전변화율을 dΦx/dθ, 상기 고정자 자극과 회전자 자극 사이의 에어갭부에 작용하는 기자력인 권선 전류를 Ix, 권선 턴수를 WTx, 이들의 곱 dΦx/dθ×Ix×WTx에서 산출되는 발생 토크 성분을 Tx로 하고, 다른 임의의 Y상의 상기 고정자 자극 군을 통과하는 자속의 총합을 Φy, 상기 자속Φy의 회전 변화율을 dΦy/dθ, 이 고정자 자극과 회전자 자극 사이의 에어갭부에 작용하는 기자력인 권선 전 류를 Iy, 권선 턴수를 WTy, 이들의 곱 dΦy/dθ×Iy×WTy에서 산출되는 발생 토크 성분을 Ty로 할 경우, 상기 고정자 자극과 상기 회전자 자극의 대향 면적에 의해 결정되는 상기 자속 Φx, Φy, 상기 권선 전류 Ix, Iy, 상기 권선 턴수 WTx, WTy 의 두 개 이상이, X상의 상기 고정자 자극과 Y상의 고정자 자극에서는 다른 값이고, 각각의 고정자 자극에 대응하는 상기 발생 토크 성분Tx, Ty는 동일하게 이루어지는

    모터.
12. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    각 상의 상기 고정자 자극은 회전자 샤프트 방향으로 K개로 분할되고,

    각 상의 K개의 고정자 자극 각각의 회전자 샤프트 방향에 따른 양측 또는 일측에는 동일 상의 K개의 상기 루프형 권선이 배치되는

    모터.
13. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    회전자 샤프트 방향에 인접하는 상기 고정자 자극에 의해 형성되는 슬롯에는 다른 위상의 전류가 통전되는 복수의 루프형 권선이 권선되어 합성 전류가 얻어지고,

    상기 슬롯에 권선된 복수의 루프형 권선 각각의 턴수는 각각에 흐르는 전류 벡터와 각각의 턴수의 곱의 합계가 상기 합성 전류의 벡터에 일치하도록 설정되는

    모터.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 루프형 권선끼리의 결선에서, 전기각적으로 동일한 위상의 상기 루프형 권선에 관하여는 직렬 접속하고, 전기각적으로 거의 180°위상이 다른 상기 루프형 권선끼리에 관하여는 반대방향으로 직결 접속하여 행하는

    모터.
15. 모터에 있어서,

    원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자;

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 P개의 고정자 자극 군;

    각상의 상기 고정자 자극 군의 사이에서 축방향을 따라 배치된 Q개의 루프형 권선을 포함하고,

    상기 Q개의 루프형 권선 각각에 개별의 전류가 통전되도록 모터의 입력선이 구비되는(여기에서, P=(N+1)에서 Q=2N, P=N에서 Q=2(N-1), P=(N+1)에서 Q=N 또는 P=N에서 Q=(N－)이며, N은 3 이상의 정의 정수로 함)

    모터.
16. 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자;

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치되는 P개의 고정자 자극 군; 및

    각 상의 상기 고정자 자극 군의 사이에서 축방향을 따라 배치된 Q개의 루프형 권선

    을 포함하고,

    Q개의 루프형 권선 중, 두 개 이상의 고정자 자극 군이 개재되어 배치된 두 권선에 동일한 전류가 역방향으로 통전되는(여기에서, P=(N+1)에서 Q=2N 또는 P=2N에서 Q=2(N－1)이며, N은 3 이상의 정의 정수라고 함)

    모터.
17. 제16항에 있어서,

    동일한 전류가 역방향으로 통전되는 상기 두 권선이 직렬 역방향으로 접속되 는

    모터.
18. 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자;

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 P개의 고정자 자극 군; 및

    각 상의 상기 고정자 자극 군의 사이에서 축방향을 따라 배치된 Q개의 루프형 권선을 포함하는(여기에서, P=(N+1)에서 Q=N 또는 P=N에서 Q=(N-1)이며, N은 3 이상의 정의 홀수로 함)

    모터.
19. 제1항 내지 제9항, 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    동일한 전류가 흐르는 각 루프형 권선을 전류의 방향에 일치시켜 직렬로 접속하고, 각각의 직렬 권선 또는 단독의 권선을 스타 결선으로 하는

    모터.
20. 원주방향으로 N극과 S극 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자;

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주의 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 (N+1)개의 고정자 자극 군; 및

    각 상의 상기 고정자 자극 군의 사이에서 축방향을 따라 배치된 N개의 루프형 권선

    을 포함하고,

    상기 N개의 권선은 스타 결선되는

    모터.
21. 모터에 있어서,

    원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자;

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 N개의 고정자 자극 군; 및

    각 상의 상기 고정자 자극 군의 사이에서 축방향을 따라 배치된 (N－1)개의 루프형 권선

    을 포함하고,

    상기 (N-1)개의 권선은 스타 결선 되고, 상기 스타 결선의 중심 접속부는 모 터의 입력으로서 N개의 입력선이 제공되는

    모터.
22. 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 및

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 네 개의 고정자 자극 군

    을 포함하고,

    양단의 고정자 자극 군의 내측에는 각각 턴수 Nw의 루프형 권선이 배치되고,

    중앙의 두 개의 고정자 자극 군 사이에는 턴수 Nw/2의 두 개의 루프형 권선이 배치되며,

    상기 네 개의 권선은 스타 결선 되는

    모터.
23. 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 및

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 네 개의 고정자 자극 군

    을 포함하고,

    양단의 고정자 자극 내측에는 각각 턴수 Nw의 루프형 권선이 배치되고,

    중앙의 두 개의 고정자 자극 군 사이에는 턴수 Nw/2의 루프형 권선이 배치되며,

    상기 세 개의 권선은 스타 결선 되는

    모터.
24. 제1항 내지 제16항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서.

    N은 짝수이고, 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 및

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 N개의 고정자 자극 군

    을 포함하고,

    N/2개의 고정자 자극 군은 전기각에서 360°/N의 정수배의 위상에 배치되고,

    다른 N/2의 고정자 자극 군은 전기각에서 360°/N의 정수배와는 다른 위상에 배치되는

    모터.
25. 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치되는 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 및

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 (N+1)개의 고정자 자극 군

    을 포함하고,

    상기 고정자 자극 군 중, 전기각이 서로 거의 180°다른 두 개의 상에 대응하는 상기 고정자 자극 군이 인접하도록 배치되고,

    각 상의 상기 고정자 자극 군 사이에는 N개의 루프형 권선이 배치되는

    모터.
26. 제25항에 있어서,

    회전자 샤프트 방향 양단의 두 개의 고정자 자극 군은 일측으로 인접해서 배치되어 하나의 고정자 자극 군으로 이루어지는

    모터.
27. 제3항, 제25항, 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 고정자 자극 군 중, 전기각이 서로 거의 180°다른 두 개의 상의 고정 자 자극 군이 인접하도록 배치되고,

    서로 거의 180°다른 두 개의 상의 고정자 자극 군의 백 요크부는 연자성체로 자기적으로 결합되고,

    서로 거의 180°다른 두 개의 상의 고정자 자극 군에 대향하는 회전자 자극군의 백 요크부도 서로 연자성체로 자기적으로 결합되며,

    상기 180°다른 두 개의 상에 의해 한 쌍의 구성을 이루는 고정자 자극 군과 인접하는 다른 한 쌍의 고정자 자극 군 사이, 또는 이들 고정자 자극 군에 대향하는 두 쌍의 회전자 자극 군의 사이의 적어도 하나는 공간 또는 비자성체에 의해 자기적으로 분리되는

    모터.
28. 제27항에 있어서,

    상기 180°다른 두 개의 상에 의해 한 쌍의 구성을 이루는 고정자 자극 군과 인접하는 다른 한 쌍의 고정자 자극 군에 대향하는 2쌍의 회전자 자극 군 사이에는 공간 또는 비자성체에 의해 자기적으로 분리되고,

    상기 서로에 대한 위상이 180°다른 두 쌍에서 네 개의 고정자 자극 군 중, 중앙측의 두 개의 고정자 자극 군의 티스의 선단으로부터 백 요크부까지의 자기 경로의 일부가 밀착되거나 공통화되는

    모터.
29. 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 및

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 N개의 고정자 자극 군

    을 포함하고,

    상기 N개의 고정자 자극 군의 배치 순서는 전기각적 위상의 순서에서 하나씩 걸러 배치되는 순서로 이루어지고,

    각 상의 상기 고정자 자극 군 사이에는 각 루프형 권선이 배치되는

    모터.
30. 6개의 회전자 자극 군을 갖는 모터로서,

    전기각적으로 제1, 3, 5상의 고정자 자극 군의 제1 구성부 및 전기각적으로 제2, 4, 6상의 고정자 자극 군의 제2 구성부가 회전자 샤프트 방향으로 배치되고,

    상기 제1, 3, 5상의 고정자 자극 군 사이에는 루프형 권선이 배치되고,

    상기 제2, 6, 4상의 고정자 자극 군 사이에는 루프형 권선이 배치되고,

    각 고정자 자극 군이 대향하는 각 회전자 자극이 배치되고,

    상기 제1 구성부와 제2 구성부 사이, 또는 이들의 고정자 자극 군에 대향하는 두 쌍의 회전자 자극 사이 중 적어도 하나는 공간 또는 비자성체에 의해 자기적 으로 분리되는

    모터.
31. 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 및

    상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 N개의 고정자 자극 군

    을 포함하고,

    상기 N개의 고정자 자극 군의 배치 순서는 전기각적 위상의 순서에서 두 개씩 걸러 배치되는 순서로 이루어지며,

    각 상의 상기 고정자 자극 군 사이에는 각 루프형 권선이 배치되는

    모터.
32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,

    각 상의 고정자 자극과 각 권선을 회전자 샤프트 방향으로 대체하거나 각 상의 회전자 샤프트 방향의 배열 순서를 회전각에 따라 회전자 샤프트 방향으로 순차적으로 시프트시키는

    모터.
33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 루프형 권선의 구체적인 형상은 각 상의 각 고정자 자극 형상에 맞춰서 요철형상으로 되는 루프형 권선으로 이루어지는

    모터.
34. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,

    권선은 평판형의 도선으로 구성되는

    모터.
35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,

    N상의 모터 코어의 회전자 샤프트 방향 길이를 MT로 할 경우, 각 고정자 자극의 선단으로부터 고정자의 백 요크까지의 자기 경로의 회전자 샤프트 방향 길이를 MT/N보다 크게 하는

    모터.
36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전자는 포면 또는 내부의 일부에 영구자석이 배치되고, 적어도 표면의 일부는 연자성체로 구성되는

    모터.
37. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전자는 하나의 회전자 자극으로부터 다른 회전자 자극에 향하는 방향으로 가늘고 긴 공극이나 비자성체 또는 영구자석을 복수 배치하는

    모터.
38. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,

    회전자 샤프트에 거의 평행하게 배치되고, 회전자의 자극의 방향으로 벤딩된 전자 강판을 적층하여 회전자 자극을 구성하는 회전자를 포함하는

    모터.
39. 제37항 또는 제38항에 있어서,

    상기 회전자 샤프트에 거의 평행하게 배치되는 전자 강판의 양측 혹은 일측에 영구자석을 구비하는

    모터.
40. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전자는 자기적으로 연자성체의 돌출 자극으로 자극이 원주방향으로 구성되는

    모터.
41. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전자는 유도전류가 통전가능한 권선을 포함하는

    모터.
42. 제15항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 고정자 자극의 상기 회전자에 대향하는 면의 면적은 상기 회전자의 원주방향을 따라 정현파형의 면적분포 또는 정현파에 가까운 면적분포로 이루어지고,

    3상의 상기 고정자 자극이 구비되는 경우, 극 쌍의 수 Pn과 상기 고정자 자극의 수 Nss는 Nss=3×Pn의 관계를 만족하는

    모터.
43. 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 고정자 자극은 내경측에 배치되고, 상기 회전자는 외경측에 배치되는

    모터.
44. 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 고정자 자극과 상기 회전자는 상대적으로 축방향을 따라 배치되는

    모터.
45. 청구항 1 내지 청구항 44 중 어느 한 항에 기재된 모터를 포함하는 2개 이상의 모터를 복합화하고 조합시켜 구성되는

    모터.
46. 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전자는 상기 고정자 자극에 대향하는 면의 적어도 일부는 연자성체로 구성되고, 표면 또는 내부에 회전자 샤프트 방향 또는 반경 방향으로 자속을 유도하는 연자성체의 유도 자기 경로를 구비하는

    모터.
47. 제1항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전자는 상기 회전자 자극에 대향하는 면의 적어도 일부는 연자성체로 구성되고, 내부에 자속의 회전 방향 자유성을 제한하는 공극부 또는 비자성체부를 구비하는

    모터.
48. 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,

    규칙적으로 배열된 상기 고정자 자극의 일부 또는 회전자 자극의 일부는 제거되는

    모터.
49. 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,

    상의 수가 Sn, 자극 쌍의 수는 Pn에서 극의 수는 2×Pn으로 설정되고,

    상기 고정자 자극의 수가 Sn×Pn으로 되는 구성에서 일부의 상기 고정자 자극을 제거하는

    모터.
50. 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,

    저감하고 싶은 토크 리플의 차수를 m으로 할 경우, 상기 고정자에 포함되는 상기 N개의 고정자 자극 군의 각각에 대해서 복수의 상기 고정자 자극을 n세트로 그룹 분할하고, 각 그룹에 속하는 상기 고정자 자극의 원주방향 위치를 전기각에서 360/(m×n)도의 정수배만큼 상대적으로 변위시키는

    모터.
51. 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,

    저감하고 싶은 토크 리플의 차수를 m으로 할 경우, 회전자 자극을 n세트로 그룹 분할하고, 각 그룹에 속하는 상기 회전자 자극의 원주방향 위치를 전기각에서 360/(m×n)도의 정수배만큼 상대적으로 변위시키는

    모터.
52. 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,

    근접해서 대향하는 고정자 돌출 자극과 회전자 돌출 자극의 형상은 요철형상 으로 이루어지고, 대향 면적을 크게 한 형상으로 이루어지는

    모터.
53. 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,

    고정자와 회전자는 대향하여 배치되고, 상기 회전자는 회전자 샤프트 방향으로 요부를 형성한 부분과 돌출부를 형성하는 부분을 구비하고, 고정자의 권선의 전체 또는 일부가 오목한 부분에 배치되는 구조로 이루어지는

    모터.
54. 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서.

    모터의 코일의 일부 또는 모두는 금속 파이프로 구성되고,

    도체인 상기 금속 파이프에 액체나 기체를 통과시키는 구조의 냉각 기구를 포함하는

    모터.
55. 청구항 16, 17, 19, 24, 29, 30항 중 어느 한 항의 기재의 N상 모터;

    전류의 온, 오프제어가 가능한 전력소자 TR이 전원의 단자 VP, VN에 직접 또 는 간접적으로 두 개 직렬로 접속된 전압 가변유닛 VVU을 N개 포함하고,

    상기 N상의 모터의 권선에서 스타 결선을 한 N개의 단자 또는 델타 결선을 한 각 접속부의 N개의 단자를 상기 N개의 전압가변유닛 VVU에 접속하여 전압 및 전류를 제어하는

    모터와 그 제어장치.
56. 청구항 18, 20, 22항 중 어느 한 항의 기재의 N상 모터;

    전류의 온, 오프제어가 가능한 전력소자 TR이 전원의 단자 VP, VN에 직접 또는 간접으로 두 개 직렬 접속된 전압가변유닛 VVU를 N개 포함하고,

    상기 N상의 모터의 권선에서 스타 결선을 한 N개의 단자 또는 델타 결선을 한 각 접속부의 N개의 단자를 상기 N개의 전압가변유닛VVU 에 접속하여 전압 및 전류를 제어하는

    모터와 그 제어장치.
57. 청구항 18 또는 21의 기재의 N상 모터;

    N개의 전류의 온, 오프제어가 가능한 전력소자 TR이 전원의 단자 VP, VN에 직접 또는 간접으로 두 개 직렬 접속된 전압가변유닛(VVU)을 포함하고,

    상기 N상의 모터의 권선에서 스타 결선을 한 (N-1)개의 단자와 스타 결선의 중심의 점(NN)의 합계 N개의 단자 또는 (N-1)개의 권선을 델타 결선을 한 각 접속부의 (N-2)개의 단자와 N번째의 권선이 배치되는 부분의 두 개의 단자의 합계 N개의 단자를 상기 N개의 전압가변유닛(VVU)에 접속하여 전압 및 전류를 제어하는

    모터와 그 제어장치.
58. 원주방향으로 N극과 S극이 교호로 배치된 회전자 자극 군을 구비하는 회전자; 상마다 복수의 고정자 자극이 원주상 또는 원주 근방에 전기각에서 거의 동일한 각도의 회전 위상의 위치로 배치된 세 개의 고정자 자극 군; 각상의 상기 고정자 자극 군 사이에서 축방향에 따라 배치된 두 개의 루프형 권선을 포함하고, 상기 두 개의 권선의 일단을 서로 접속하여 세 개의 모터 권선의 접속단자로 이루어지는 모터; 및

    전류의 온, 오프제어가 가능한 세 개의 전력소자 TR이 전원의 단자 VP, VN에 직접 또는 간접으로 두 개 직렬 접속된 전압가변유닛 VVU을 포함하고, 상기 세 개의 접속단자에 3상의 전압, 전류를 부여하여 상기 모터를 제어하는

    모터와 그 제어장치.

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