KR20020053709A

KR20020053709A - 전기 기계식 회전 장치 및 이 전기 기계식 회전 장치를사용하는 활차 구동 장치

Info

Publication number: KR20020053709A
Application number: KR1020010074930A
Authority: KR
Inventors: 다이코쿠아키히로; 하시구치나오키
Original assignee: 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시; 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2002-07-05
Also published as: US6737778B2; EP1220426A3; JP4722309B2; CN1361578A; US20020113511A1; TW543264B; EP1220426A2; CN1249895C; EP1220426B1; KR100454518B1; JP2002262528A

Abstract

본 발명은 회전력을 저하시키지 않도록 하는 동시에, 토크 리플을 저감할 수 있는 전기 기계식 회전 장치 및 이 전기 기계식 회전 장치를 사용하는 활차 구동 장치를 제공한다.

본 발명의 전기 기계식 회전 장치는 회전축(5)의 축방향을 축을 따라 직렬로 배치된 고정자(3b,4b)와 회전자(6a,6b)의 조합으로 이루어지는 모터A(3) 및 모터B(4)와, 모터A(3) 및 모터B(4) 각각을 독립적으로 구동하는 가변전원(2a,2b)을 구비하고, 또한 모터A(3)의 회전자(6a)와 모터B(4)의 회전자(6b)의 자극은 동일 자극이 회전축(5)의 둘레 방향에서의 동일위치에 배치되고, 모터A(3)의 고정자(3b)의 자극(+ U1)과 모터B(4)의 고정자(4b)의 자극(+ U1)은 회전축(5)의 둘레 방향의 위치가 어긋나게 배치된다.

Description

전기 기계식 회전 장치 및 이 전기 기계식 회전 장치를 사용하는 활차 구동 장치{A ROTARY ELECTROMECHANICAL DEVICE AND A PULLEY DRIVING SYSTEM USING THE ROTARY ELECTROMECHANICAL DEVICE}

본 발명은 토크 특성 및 낮은 토크 리플(torque ripple)의 요구가 엄격한 분야에 사용되는 전기 기계식 회전 장치 및 이 전기 기계식 회전 장치를 사용한 활차 구동 장치에 관한 것이다.

예컨대, 유도전동기 등의 전기 기계식 회전 장치에 있어서는 고정자 또는 회전자에, 코일을 수용하기 위한 철심에 꿰뚫은 홈, 이른바 슬롯이 틈부 근방에 형성되고, 이 슬롯부와 철심부와의 자기저항의 차이에 의해 틈부에 형성되는 자계의 자속밀도에는 소밀(疎密)이 발생한다. 이 때문에 틈부의 자속분포에 다량의 고조파 성분이 포함되고, 유도 전동기에 토크의 대소(大小)가 발생한다. 유도 전동기에 발생하는 토크의 대소는 이른바 토크 리플(토크 맥동)이라 불리는 것이고, 이 토크 리플의 문제를 해결할 필요가 있었다.

종래에는 이 문제를 해결하기 위해 고정자 또는 회전자에 형성된 슬롯을 회전방향으로부터 비스듬히 놓은, 이른바 비스듬한 슬롯이 채용된다. 또한, 실용신안 공개공보 제92-97459호에 개시된 전기 기계식 회전 장치와 같이 하나의 회전자에 대해 복수개의 고정자를 설치하고, 이 복수개의 고정자에 형성되는 슬롯의 위치를 서로 회전방향에 비스듬히 놓든지, 하나의 고정자에 대하여 회전자를 복수개 설치하고, 이 복수개의 회전자의 슬롯의 위치를 서로 회전방향에 비스듬히 놓는 동시에, 슬롯내에 수용된 각 코일을 직렬로 접속시킨 것이다.

엘리베이터용 전기 기계식 회전 장치 등에서는, 저토크 리플에 대한 엄격한요구와 동시에, 회전력에 대하여도 엄격한 요구가 있다. 그러나, 상기 비스듬한 슬롯을 채용한 전기 기계식 회전 장치 또는 실용실안 공개공보 제92-97459호에 개시된 전기 기계식 회전 장치는 회전자의 자극과 고정자의 자극과의 대향면적이 감소하는 등의 이유로, 상기 요구를 만족시키는 회전력을 얻기 어렵다는 문제점이 있었다.

특히, 고정자를 구성하는 코어에 형성된 톱니(teeth)에 코일을 집중적으로 감은 이른바 자극집중권(磁極集中卷)의 전기 기계식 회전 장치에 있어서는 상기와 같은 종래의 토크 리플의 저감방법은 회전력의 저하가 커진다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 실시된 것이고, 회전력을 저하시키지 않는 동시에, 토크 리플을 저감할 수 있는 전기 기계식 회전 장치 및 이 전기 기계식 회전 장치를 사용한 활차 구동 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 있어서의 실시예 1의 구성을 도시한 부분 단면도,

도 2a 및 도 2b는 각각 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면 및 Ⅲ-Ⅲ 단면을 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 있어서의 실시예 1의 권선의 모양을 설명하기 위한 부분 확대도,

도 4는 본 발명에 있어서의 실시예 1의 권선의 결선상태를 설명하기 위한 도면,

도 5a 및 도 5b는 실시예 1에서의 고정자 코어의 톱니의 접속상태를 도시하기 위한 평면도,

도 6은 실시예 1에서의 모터 코어의 용접의 모양을 설명하기 위한 도면,

도 7은 실시예 1에서의 모터 코어 용접시의 고정자 내경변형의 모양을 설명하기 위한 도면,

도 8은 본 발명에 있어서의 실시예 2의 구성을 도시한 부분 단면도,

도 9a 및 도 9b는 실시예 1 및 2의 고정자와 회전자의 위치관계의 다른 예를도시한 평면도,

도 10은 본 발명에 있어서의 실시예 3의 구성을 도시한 단면도,

도 11은 본 발명에 있어서의 실시예 3의 또 다른 구성을 도시한 단면도,

도 12는 본 발명에 있어서의 실시예 4의 구성을 도시한 단면도,

도 13은 본 발명에 있어서의 실시예 5의 구성을 도시한 단면도,

도 14a, 도 14b 및 도 14c는 본 발명에 있어서의 고정자의 경사 구성을 도시한 평면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 회전자2: 구동부

2a,2b: 가변전압3,4: 모터A, 모터B

3a,4a: 요크부3b,4d: 고정자

5: 회전축6,6a,6b: 회전자

7,7a,7b:프레임8,8a,8b: 브래킷

9: 베어링10: 인코더

12: 활차부13: 활차

본 발명에 따른 제 1의 전기 기계식 회전 장치는, 회전축과 이 회전축을 따라 직렬로 고정된 복수개의 회전자와 이 복수개의 회전자 각각에 대향한 고정자와의 조합으로 이루어진 복수의 모터부와, 이 복수의 모터부 각각을 독립적으로 구동하는 전원을 구비하고, 상기 모터부에서의 회전자 및 고정자의 동일 자극의 상기 회전축 둘레 방향에서의 상대 거리를 각 모터부에서 서로 다르게 한 것이다.

본 발명에 따른 제 1의 활차 구동 장치는, 회전축과 이 회전축에 따라 직렬로 고정된 복수개의 회전자와 이 복수개의 회전자 각각에 대향한 복수개의 고정자와의 조합으로 이루어지는 복수의 모터부와, 상기 회전축의 축방향으로 상기 회전자와 직렬로 배치되고, 상기 회전축에 고정된 활차부와, 상기 복수의 모터부 각각을 독립적으로 구동하는 전원을 구비하고, 상기 모터부에서의 회전자 및 고정자의 동일 자극의 상기 회전축 둘레 방향에서의 상대 거리를 각 모터부에서 서로 다르게 한 것이다.

이하, 도면에 근거하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

실시예 1

도 1은 본 발명에 있어서의 실시예 1의 구성을 도시하는 부분 단면도이다. 도면에서 참조부호(1)은 회전기부이고, 참조부호(2)는 회전기부(1)를 구동하는 구동부이다. 회전기부(1)는 대략 회전 대칭이기 때문에, 회전축의 한 쪽만 나타내고 있다.

우선, 회전기부(1)의 구성에 관해서 설명한다. 회전기부(1)에는 모터A(3) 및 모터B(4)가 배치되어 있다. 회전자(6a,6b)는 요크부(철심부)(3a,4a)가 일체로 형성되어 회전축(5)에 고정되어 있다. 요크부(3a)에 영구자석(3e)이 고정되고, 요크부(4a)에 영구자석(4e)가 고정되어 있다. 프레임(7)에 고정된 고정자(3b)와 회전자(6a)가 조합되고, 프레임(7)에 고정된 고정자(4b)와 회전자(6b)가 조합되어, 모터A(3) 및 모터B(4)가 구성되어 있다. 즉, 모터A(3) 및 모터B(4)는 회전축(5)의 동축상에 회전축(5)를 따라 직렬로 배치된 구성으로 되어 있다. 프레임(7) 및 브래킷(8)과 회전축(5)와의 사이에는 베어링(9)이 배치되어, 회전축(5)을 회전 가능하게 지지하고 있다.

모터A(3)의 회전자(6a)의 내부에 형성된 공간에는 회전 위치 검출 장치로서 기능하는 인코더(10)가 배치되고, 인코더(10)의 회전부는 회전축(5)에 고정되고, 인코더(10)의 고정부는 브래킷(8)에 고정되어 있다.

다음에, 구동부(2)와의 관계에 관해서 설명한다. 회전기부(1)의 구동용으로서, 2개의 전압 및 주파수를 가변으로 하는 가변전원(2a,2b)가 설치되고, 각각 모터A(3)와 모터B(4)에 접속되고, 모터A(3)에는 파워부(A)로부터, 또한 모터B(4)에는 파워부(B)로부터 각각에 전류가 공급된다. 즉, 모터A(3)와 모터B(4)는 각각 독립적인 가변전원(2a) 및 가변전원(2b)에 의해 구동된다. 인코더(10)로부터 출력되는 회전 위치 신호는 가변전원(2a)의 콘트롤러A에 전해지고, 이 콘트롤러A로부터 다시 가변전원(2b)의 콘트롤러B에 전해진다. 즉, 인코더 신호를 콘트롤러A 및 콘트롤러B에서 공유하는 구성으로 되어있다.

다음으로, 모터A(3) 및 모터B(4)에 관해서 설명한다. 모터A(3) 및 모터B(4)는 동일의 구성이고 회전자(6a,6b)는 요크부(3a,4a)와 영구자석(3e,4e)를 구비하고, 고정자(3b,4b)는 전기자코일(3c,4c)과 고정자코어(3d,4d)를 구비한다. 이른바 회전계자형(回轉界磁型)의 동기 전동기이다.

도 2a 및 도 2b는 도 1 중의 II-II 단면 및 Ⅲ-Ⅱ단면(단, 코일생략)을 도시하는 도면이고, 도 3은 도 2a 및 도 2b의 코일의 모양을 설명하기 위한 부분 확대도이고, 도 4는 전기자 코일의 결선을 도시한 도면이고, 도 5a 및 도 5b는 고정자 코어를 구성하는 톱니를 도시한 평면도이다. 이들 도면을 사용하여 모터A(3) 및 모터B(4)의 구성을 설명한다.

본 실시예에서는 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 회전자(6a,6b)에 고정된 영구자석(3e,4e)의 극수를 16개, 고정자(3b,4b)에 형성된 슬롯수를 18개로 하고 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 고정자(3b,4b)에 배치된 전기자코일(3c,4c)은 각각의 톱니(3f,4f)에 코일(3c,4c)이 집중적으로 감긴, 이른바 자극집중권에 의해 구성되어 있다. 고정자코어(3d,4d)에 형성된 톱니(3f,4f)는 1개씩 분할되어, 권선공정 후에 링상으로 형성되는, 분할구조의 코어로 되어 있다. 이 분할구조에 관해서는 각 톱니(3f,4f)가 완전히 분리되어 있어도 좋고, 예컨대 도 5a에 도시한 바와 같이, 분할된 톱니(3f,4f)가 박육부(薄肉部)(3h,4h)로 연결된 구조, 또는 도 5b에 도시한 바와 같이, 분할된 톱니(3f,4f)가 조인트부(3j,4j)에 의해 이어진 구조라도 좋다. 즉, 각 톱니(3f,4f)의 코일 권취부(3k,4k)의 간격을 코일을 감을 때에는 넓히고, 코일을 감은 후에 좁혀서 원형상으로 하기 위해 박육부(3h,4h) 또는 조인트부(3j,4j)인 접속부를 설치하는 것이다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 전기자코일(3c,4c)의 결선에 관해서는 동일 상(相)의 집중 감기 코일이 3개씩 직렬로 이어진 것이 다시 2조 병렬로 이어진 3상 별모양 결선으로 되어 있다.

도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 모터A(3)의 회전자(6a)와 모터B(4)의 회전자(6b)의 자극은 동일한 극성의 자극이 회전축(5)의 둘레 방향에서의 동일위치에 배치되고, 모터A(3)의 고정자(3b)의 자극(+U1)과 모터B(4)의 고정자(4b)의 자극(+U1)은 회전축(5)의 둘레 방향의 위치를 어긋나게 배치하고 있다. 예컨대, 어떤 기준위치 θ를 정했을 때, 회전자(6a,6b)의 N극 중심이 모터A(3) 및 모터B(4)의 쌍방에 있어서 θ=0°의 위치에 와있다. 한편, 고정자(3b,4b)에 관해서는 모터A(3)에서 하나의 U상 코일축의 중심이 θ=0°의 위치에 놓여있지만, 모터B(4)에서의 동일 U상 코일축의 중심이 θ=11.25°의 위치에 놓여 있다. 즉, 회전자(6a,6b)는 회전축(5)에 대하여 회전축(5)의 둘레 방향이 같은 위치에 부착되어 있는데 대하여, 고정자(3b,4b)의 설치 각도는 기계각(機械角)으로 11.25°의 위상차가 발생하도록 하고 있다. 본 실시예에서는 16개의 극이기 때문에, 이 설치 각도의 어긋남은 후술한 바와 같이 전기각(電氣角) 11.25×(16/2)=90°에 상응한다. 이와 같이 본 발명에서는 모터부A,B(3,4)에 있어서의 회전자(6a,6b) 및 고정자(3b,4b)의 동일 자극의 회전축(5) 둘레 방향에서의 상대 거리를 모터부A,B(3,4)에서 서로 다르게 한 것이다.

다음에, 모터A(3) 및 모터B(4)에 발생하는 토크 리플에 관해서 설명한다. 영구자석 모터에서는 영구자석이 형성하는 자계분포에 포함되는 공간 고조파 성분에 기인하여 토크 리플(토크 맥동)이 발생한다고 알려져 있다. 본 실시예와 같이 3상 별모양 결선에 의해 구동되는 모터에 있어서는 3차 고조파 자속에 기인한 유기전압(誘起電壓)은 상쇄되기 때문에, 5차, 7차, 11차, 13차, …의 유기전압 고조파 성분이 발생한다. 이 유기전압과 전류와의 곱이 토크가 되지만, 3상코일의 기계적인 배치를 고려하면, 일반적으로 토크는 다음 식(1)으로 나타낸다.

T=T_0+T_6·cos(6·ω·t+δ_6)+T_12·cos(12·ω·t+δ_12)+… (1)

단, T_0는 평균 토크, ω는 전원 전류의 각주파수, T_n은 n차의 토크 맥동 성분의 진폭, δ_n은 n차 성분 토크 리플의 초기 위상이다.

일반적으로, 이러한 토크 리플 중에서, 보다 저차의 성분 쪽이 절대치가 크다고 알려져 있고, 실용상문제가 되는 것은 6차 성분이다.

다음에, 고정자에 공작오차가 있는 경우, 일반적으로 2n차의 토크 리플이 발생한다고 알려져 있다. 즉, 이 때의 토크 T는 다음 식(2)으로 나타내고, 식의 중에서, 특히 2차 성분의 값이 크다.

T=T_0+T_2·cos(2·ω·t+δ_2)+T_4·cos(4·ω·t+δ_4)+T_6·cos(6·ω·t+δ_6)+T_8·cos(8·ω·t+δ_8)+T_10·cos(10·ω·t+δ_10)+T_12·cos(12·ω·t+δ_12)+… (2)

단, T_0은 평균 토크, ω는 전원의 각주파수, T_ n은 n차 토크 맥동 성분의 진폭, δ_n은 n차 성분 토크 리플의 초기위상이다.

상기 식(1) 및 (2)와 같이 영구자석이 만드는 고조파에 기인하는 성분과 고정자의 공작오차에 기인하는 성분이 합성되어, 토크 리플이 발생하고, 그 중에서 특히 2차와 6차 성분이 크게 된다.

공작 오차에 의한 토크 리플의 요인으로서는 각 상코일의 언밸런스, 편심, 고정자 내경 변형 등을 들 수 있다. 이들 요인 중, 특히, 분할구조의 코어를 사용한 경우에 있어서, 고정자의 내경 변형이 토크 리플에 대하여 크게 영향을 미친다.

발명자들의 실험에 의해, 고정자의 변형은 용접위치에서 거의 규정되는 경향이 있고, 특히 분할구조의 코어의 경우는 그 경향이 현저한 것으로 알려져 있다. 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이, 9개의 톱니(3f,4f)로 이루어진 2개의 코어 블록(3g,4g)을 용접함으로써 원형의 코어를 완성시킨 경우, 도 7에 모식도로 도시한 바와 같이, 2개소의 용접부(3y,4y)에 의해 상하 화살표의 방향으로 변형이 생겨, 타원형상으로 변형되어 버린다. 따라서, 모터A(3)와 모터B(4)에 있어서, 용접부(3y,4y)의 위치를 동일하게 하여 놓으면, 상기 설명의 위상차를 모터A(3)와 모터B(4)의 사이에 설치함으로써 안정적으로 재현성도 양호한 상태로 토크 리플을 저감할 수 있다.

다음에, 모터A(3)와 모터B(4)를 독립의 가변전원(2a,2b)으로 구동하고 독립적으로 제어한 경우의 토크 리플 억제 방법에 관해서 설명한다.

모터A(3)와 모터B(4)의 6차 토크 리플 및 2차 토크 리플의 위상을 반전시킴으로써, 토크리플을 상쇄할 수 있다. 반전시키기 위한 각도는 6차 토크 리플에 관해서는 기본파 성분(전원 주파수)의 1/6이므로, 전기각에서 180/6=30°의 홀수배(30°,90°,150°,…)이면 좋다. 또한, 2차 토크 리플에 관해서는 기본파 성분(전원 주파수)의 1/2이므로, 전기각에서 180/2=90°의 홀수배(90°,270°,450°,…)이면 좋다. 즉, 이들의 전기각도에 공통된 위상차로서, 전기각에서 90°의 홀수배이면, 6차 및 2차의 쌍방의 토크 리플을 상쇄시킬 수 있다.

이 때의 구동 전류파형으로서는 모터A(3), 모터B(4) 각각에 최적의 통전 위상으로 통전되게 된다. 즉, 모터A(3)와 모터B(4)에서는 통전 타이밍이 전기각 90°분만큼 어긋나게 된다.

이상의 설명에서 명백히 알 수 있듯이, 고정자(3b,4b) 및 회전자(6a,6b)의 조합으로 이루어지는 모터A(3) 및 모터B(4)에 있어서의 고정자(3b,4b)와 회전자(6a,6b)의 자극의 위치관계를 서로 회전축(5)의 둘레 방향으로 어긋나게 놓고, 모터A(3) 및 모터B(4)를 회전축(5)의 축방향으로 직렬로 배치하여, 모터A(3) 및 모터B(4) 각각을 독립적으로 가변전원(2a,2b)으로 구동함으로써, 회전력이 저하되지 않도록 하는 동시에, 토크 리플을 저감할 수 있다.

특히, 종래, 토크 리플 대책에 의해서 토크 리플의 저하가 커진 집중권 모터에 대하여, 본 실시예의 모터A(3) 및 모터B(4)를 구비한 경우, 특히, 회전력을 저하시키지 않고도 토크 리플을 억제하는 효과가 현저해진다.

또한, 모터A(3) 및 모터B(4) 각각이 3상교류의 가변전원으로 구동되는 전기 기계식 회전 장치에 있어서, 모터A(3)와 모터B(4) 간의 위상차이를 전기각에서 90도의 홀수배로 함으로써, 고조파 자속에 의해 발생하는 토크 리플(전원 주파수의 6배의 주기), 및, 고정자의 공작 오차(회전자와의 대향면의 변형, 또는 편심 등)에 기인하여 발생하는 토크 리플(전원 주파수의 2배의 주기)의 양자를 상쇄시킬 수 있다.

또한, 상기 본 실시예의 설명에 있어서는 2개의 모터부의 위상관계를 사용하여 토크 리플을 저감하고, 비스듬한 슬롯 구성을 채용하지 않는 경우에 관해서 설명했는데, 또한 각각의 모터부에 비스듬한(경사) 슬롯 구성을 채용해도 좋다. 경사진 구성을 채용함으로써, 토크 리플을 보다 확실히 제거할 수 있다. 또한, 고조파 자속에 의해 발생하는 토크 리플 및 고정자의 공작 오차에 의해 발생하는 토크 리플 이외의 토크 리플도 제거할 수 있다.

도 14a, 도 14b 및 도 14c는 경사진 구성의 일례로서, 회전자측의 영구자석(자극)을 경사진 구성으로 한 예에 관해서 도시한 것이고, 도 14a는 회전자와 고정자의 대향면이 회전축의 축방향과 평행하게 배치된 반경방향 갭형에서의 회전자의 영구자석을 평면 전개도로 도시한 것이고, 도 14b는 후술하는 축방향 갭형의 회전자의 영구자석을 도시한 평면도이다. 도 14a에 있어서, 영구자석(3e)은 회전축의 축방향을 나타내는 화살표에 대하여 비스듬히 되도록 설치되어 있다. 이와 같이 영구자석(3e)을 축방향에 대하여 비스듬히 되도록 설치함으로써, 고정자에 교차하는 자속의 위상이 축방향으로 어긋나게 되고, 그 결과 토크 리플을 상쇄할 수 있다.

경사각은 축방향에 대하여 비스듬한 비율이고, 도 14a 중에 도시한 a(축방향으로부터 기울어진 때의 하단의 어긋난량), b(S+N자석의 폭)를 사용하여 정의하면, 전기각에서 360×a/b(deg)로 표시된다. 이 경사각을 적당히 조정함으로써, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

즉, 경사각을 전기각에서 180°상응하는 것으로써, 전원 주파수의 6배의 주기를 가지는 성분과 전원주파수의 2배의 주기를 갖는 성분의 양자를 상쇄하는 것이 가능해지고, 2개의 독립된 모터를 설치하여, 위상을 어긋나게 한 것과 더불어, 보다 확실히 토크 리플을 저감할 수 있다.

또한, 경사각을 전기각에서 180°이외의 값으로 한 경우라도, 상기 전원 주파수와 관계된 성분 이외의 성분이 발생한 경우에, 이 성분을 상쇄할 수 있게 된다. 예컨대 회전자의 공작 오차(계자 자극의 위치 어긋남 등)에 기인하고, 1회전 상당의 슬롯수와 동수의 토크 맥동(본 실시예에서는 1회전당 18회의 토크 맥동이 된다)이 발생하는 경우가 있지만, 이 경우, 경사각을 전기각에서 160°로 함으로써상기 18회의 토크 맥동을 저감할 수 있게 된다.

도 14b에 도시한 바와 같이 축방향 갭형의 경우에는 경사가 없는 경우에 비해, 영구자석의 회전축 직경방향의 각도를 어긋나게 해두면 좋고, 이 어긋난 각도가 경사각이고, 이 경사각을 조정함으로써, 도 14a의 반경방향 갭형의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 14c에 도시한 바와 같이, 영구자석(3e)을 2단으로 구성하고, 각 단을 가로방향으로 어긋난 경사진 구성으로 실시해도, 도 14a와 같이 비스듬히 경사진 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 14a, 도 14b 및 도 14c에서는 회전자측의 자극을 경사진 구성으로 실시한 예에 관해서 도시했지만, 고정자측의 자극을 경사진 구성으로 실시해도 좋고, 또한 회전자측 및 고정자측 양쪽의 자극을 서로 역방향이 되도록 경사진 구성으로 실시해도 좋다.

실시예 2

도 8은 본 발명에 있어서의 실시예2의 구성을 도시한 부분 단면도이고, 상기 실시예 1의 전기 기계식 회전 장치를 사용한 모터 일체형의 활차 구동 장치의 예이다. 도면에 있어서, 실시예 1과 동일 부호는 동일부분 또는 상당부분을 나타내고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도면에 도시한 바와 같이, 감아올리는 기계(11)는 중앙에 활차부(12), 활차부(12)의 좌우에 모터A(3) 및 모터B(4)가 배설되고, 모터A(3) 및 모터B(4)의 회전자(6a,6b)의 요크부(철심부)(3a,4a)와 활차부(12)의 활차(13)는, 일체로 구성되고,이 일체 구성된 것이 회전축(5)에 고정되어 있다. 즉, 활차(13)를 통해, 모터A(3)와 모터B(4)는 회전축(5)의 동축상에 일체형로 배치되어 있다.

모터A(3) 및 모터B(4)의 회전자(6a,6b)의 내부공간에는 브레이크(14a,14b)가 배치되고, 프레임(7) 또는 브래킷(8)에 고정되어 있다.

감아올리는 기계(11)를 구동하는 구동부(2)에는 실시예 1과 마찬가지로, 2개의 가변전원(2a,2b)가 설치되고, 각각 모터A(3)와 모터B(4)에 접속된다. 즉, 모터A(3)와 모터B(4)는 각각에 별도의 가변전원(2a,2b)에 의해서 구동된다.

본 실시예에 있어서는 실시예 1에 도시한 전기 기계식 회전 장치를 사용하여 활차 구동 장치를 구성했기 때문에 토크 리플을 저감시킬 수 있는 동시에 감아올리는 기계(11)의 회전력이 저하되지 않도록 할 수 있다.

또한, 부하가 걸리는 활차부(12)를 모터A(3)와 모터B(4)의 사이에 배치하여, 부하에 대하여 모터A(3)와 모터B(4)를 대칭으로 배치했기 때문에 활차부(12)에 대하여 가해지는 부하를 균형있게 하고, 활차부(12)와 모터부(A3,B4)에 가해지는 힘을 분산시킬 수 있기 때문에, 활차부와 모터부의 접속부분에 있어서의 강도를 필요 이상 높일 필요가 없어서, 소형화가 가능해진다.

또한, 상기 실시예 1 및 2에 있어서는 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 회전자(6a,6b)의 동일 자극이 회전축(5)의 둘레 방향에서 동일위치가 되도록 부착하고, 고정자(3b,4b)의 자극이 회전축(5)의 둘레 방향으로 전기각 90℃ 어긋나게 한 예에 관해서 나타냈지만, 토크 리플(토크 맥동)을 상쇄할 수 있는 배치이면 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 9a 및 도 9b는 그 일례로서, 각각 도 1의 Ⅱ-Ⅱ단면 및 Ⅲ-Ⅲ단면을 나타내고 있다. 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이, 이 예에서는 고정자(3b,4b)의 동일한 자극이 회전축(5)의 둘레 방향에서 동일위치가 되도록 부착되고, 회전자(6a,6b)의 동일극성의 자극이 회전축(5)의 둘레 방향으로 전기각 90°어긋나게 구성하고 있다.

또한, 회전자(6a,6b)의 극수를 16개, 고정자의 슬롯수를 18개라고 한 예에 관해서 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 모터A(3)와 모터B(4)의 2개인 경우를 나타냈는데, 3개 이상의 모터로 실시해도 좋다. 이 경우도, 2개의 모터인 경우와 마찬가지로 모터부에서의 회전자 및 고정자의 동일 자극의 회전축 둘레 방향에서의 상대거리를 각 모터부에서 빗나가게 해서 설치하면 좋다.

또한, 회전위치 검출장치로서 인코더를 사용한 예에 관해서 기술했는데, 이것에 한정되는 것은 아니고, 리졸버(resolver) 등이라도 좋다.

또한, 인코더로부터의 회전 위치 신호는 센서 신호 그대로 공유하고, 쌍방의 콘트롤러에서 연산처리를 실행해도 좋고, 마스터 슬레이브처럼, 한편(마스터측)에서만 신호처리를 실시하여, 다른쪽(슬레이브측)은 스위칭의 타이밍 정보만을 마스터측으로부터 수취해도 좋다.

실시예 3

도 10은 본 발명에 있어서의 실시예3을 도시한 단면도이고, 도 8과 동일부호는 동일부분 또는 상당부분을 나타낸다.

본 실시예에 있어서는 프레임이 그 중심부분에 있어서 프레임(7a)과프레임(7b)에 분할되어 있다. 이러한 구성으로 실시함으로써 모터A(3)의 고정자(3b)를 프레임(7a)에, 모터B(4)의 고정자(4b)를 프레임(7b)에 수축 끼워맞춤(shrink fiitting)한 뒤, 조립하는 것에 의해 고정자(3b,4b)를 구성할 수 있다. 즉, 공작시에 고정밀도의 위치 결정이 요구되는 수축 끼워맞춤 공정에서, 고정자(3b)와 고정자(4b)의 수축 끼워맞춤을 독립적으로 실행할 수 있기 때문에, 생산성이 향상된다.

또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 프레임을 프레임(7a,7b)과 브래킷(8a,8b)으로 4분할해도 좋다. 이 경우, 고정자(3b)와 고정자(4b)의 수축 끼워맞춤을 독립적으로 실행할 수 있는 것은 도 10의 경우와 마찬가지다. 또한, 프레임(7a,7b)과 브래킷(8a,8b)로 나눔으로써, 회전자(6)의 내경측 공간으로의 접속이 용이해지고, 예컨대 인코더 등의 부품을 조립할 때의 조립 작업성이 향상된다.

실시예 4

도 12는 본 발명에 있어서의 실시예4를 도시한 단면도이며, 도 8과 동일부호는 동일부분 또는 상당부분을 나타낸다.

본 실시예에서는 모터A(3), 모터B(4)가 활차부(12)의 한 쪽에 집중적으로 배치되어 있다. 또한, 프레임(7) 및 브래킷(8)은 3분할구조로 되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써 이하의 이점이 있다.

① 모터A(3)와 모터B(4) 간의 거리가 작아지기 때문에, 이 모터 간의 비틀림 강성이 높아지고, 이 비틀림에 기인한 제어응답의 지연이 없어진다. 그 때문에, 부하토크의 대소에 관계없이 토크 리플의 상쇄가 가능해진다.

② 1방향 조립이 가능해지고, 생산성이 향상된다.

③ 실시예 3과 마찬가지로, 모터A(3)의 고정자(3b)를 프레임(7a)에, 모터B(4)의 고정자(4b)를 프레임(7b)에 수축 끼워맞춘 후, 조립함으로써 고정자(3b,4b)를 구성할 수 있다. 즉, 공작시에 고정밀도의 위치 결정이 요구되는 수축 끼워맞춤 공정에 있어서, 고정자(3b) 및 고정자(4b)의 수축 끼워맞춤을 각각 독립적으로 실행할 수 있기 때문에 생산성이 향상된다.

④ 회전자(6)의 내경측의 공간을 보다 넓게 확보할 수 있기 때문에, 이 공간에 배치하는 기기의 설계자유도가 증가한다.

도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 고정자(3b,4b)의 위치관계를 회전축의 둘레 방향으로 어긋나게 하고, 회전자(6)를 회전축의 둘레방향으로 동위치로 한 경우에는, 회전자(6)의 가공 공정에서 영구자석(3e,4e)의 둘레 방향 위치 결정 가공을 2개의 모터부에서 동시에 실시할 수 있어서, 생산성이 더욱 향상된다.

실시예 5

도 13은 본 발명에 있어서의 실시예 5를 도시한 단면도이며, 도 8과 동일부호는 동일부분 또는 상당 부분을 나타낸다.

본 실시예에 있어서는 모터A(3) 및 모터B(4)에 있어서, 고정자(3b,4b)와 회전자(6)의 대향면을 원통면으로 하지 않고 회전축(5)과 수직인 면을 구비하는 측면(평면부)로 되어 있는, 이른바 축방향 플럭스형 모터(axial flux type motors)로 되어 있다. 이러한 구성에서는, 대향면에 가해지는 전자기력에 저항하여 틈새의 넓이를 유지하기 위한 지지구조를 보다 굳건하게 할 필요가 있지만, 기계적인면정밀도는 원통면에 비하여 향상되기 때문에, 이 면정밀도에 기인하는 토크 리플을 저감시킬 수 있다.

본 발명에 따른 제 1의 전기 기계식 회전 장치에 의하면, 회전축과 이 회전축을 따라 직렬로 고정된 복수개의 회전자와 이 복수개의 회전자 각각에 대향한 고정자와의 조합으로 이루어지는 복수의 모터부와, 이 복수의 모터부 각각을 독립적으로 구동하는 전원을 구비하고, 상기 모터부에서의 회전자 및 고정자의 동일 자극의 상기 회전축 둘레 방향에서의 상대 거리를 각 모터부에서 서로 다르게 한 것이기 때문에, 토크를 저하시키는 일없이, 토크 리플을 저감시킬 수 있어서, 고성능의 전기 기계식 회전 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 제 1의 활차 구동 장치에 의하면, 회전축과 이 회전축을 따라 직렬로 고정된 복수개의 회전자와 이 복수개의 회전자 각각에 대향한 고정자와의 조합으로 이루어지는 복수의 모터부와, 상기 회전축의 축방향으로 상기 회전자와 직렬로 배치되어, 상기 회전축에 고정된 활차부와, 상기 복수의 모터부 각각을 독립적으로 구동하는 전원을 구비하고, 상기 모터부에서의 회전자 및 고정자의 동일 자극의 상기 회전축 둘레 방향에서의 상대 거리를 각 모터부에서 서로 다르게 한 것이기 때문에, 토크를 저하시키는 일 없이, 토크리플을 저감시킬 수 있어서 고성능의 활차 구동 장치를 제공할 수 있다.

Claims

회전축과 이 회전축을 따라 직렬로 고정된 복수개의 회전자와 이 복수개의 회전자 각각에 대향한 고정자와의 조합으로 이루어지는 복수의 모터부와, 이 복수의 모터부 각각을 독립적으로 구동하는 전원을 구비하고, 상기 모터부에서의 회전자 및 고정자의 동일 자극의 상기 회전축 둘레 방향에서의 상대 거리를 각 모터부에서 서로 다르게 한

전기 기계식 회전 장치.
회전축과 이 회전축을 따라 직렬로 고정된 복수개의 회전자와 이 복수개의 회전자 각각에 대향한 고정자와의 조합으로 이루어지는 복수의 모터부와, 상기 회전축의 축방향으로 상기 회전자와 직렬로 배치되고 상기 회전축에 고정된 활차부와, 상기 복수의 모터부 각각을 독립적으로 구동하는 전원을 구비하고 상기 모터부에서의 회전자 및 고정자의 동일 자극의 상기 회전축 둘레 방향에서의 상대 거리를 각 모터부에서 서로 다르게 한

활차 구동 장치.