(57)【要約】  本発明はＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機及びモーターに関する。本発明は、ステータが、非磁性体でなる上下側ジグ板の間に配設されたコイルを含み、前記上下側ジグ板の間のコイルが設置された空間部に冷却絶縁油が充填され、両側面ジグ板によって密封され、前記発電機のハウジングに熱伝導されるように一側面ジグ板が発電機のハウジングに固定連結されてなることを特徴とする。また、前記ローターは、ローターディスクに円弧状に配設された磁石、及び前記ローターディスクの内側中央部に所定高さで突出するように一体的に形成されたヨーク部を含む。前記ローターディスクは前記回転軸に固定装着され、前記ヨーク部は前記ローターに対する隣接ローターのヨーク部と結合されて磁場の通路の役目をする。前記ローター及びステータはマルチ構造に構成される。本発明は前記発電機と同じ構造を有するモーターにも適用することができる。
2010516226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸とともに回転するように回転軸に回転可能に固定装着され、磁石が配設されたローター；及び側面ハウジングに固定装着され、コイルが配設されたステータ；を含むＡＦＰＭコアレス型発電機において、
前記ステータは、非磁性体でなる上下側ジグ板の間に配設されたコイルを含み、前記上下側ジグ板の間のコイルが設置された空間部に不活性ガスまたは冷却絶縁油が充填され、両側面ジグ板によって密封され、前記発電機のハウジングに熱伝導されるように一側面ジグ板が発電機のハウジングに固定連結されてなることを特徴とする、ＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機。
【請求項２】
前記ローターは、ローターディスクに円弧状に配設された磁石、及び前記ローターディスクの内側中央部に所定高さで突出するように一体的に形成されたヨーク部を含み、前記ローターディスクは前記回転軸に固定装着され、前記ヨーク部は前記ローターに対する隣接ローターのヨーク部と結合されて磁場の通路の役目をすることを特徴とする、請求項１に記載のＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機。
【請求項３】
前記ステータは隣合う上下側ローターの間に装着され、上下側ヨーク部は前記ステータから隔たって上下側ローターに一体的に形成され、前記上下側ヨーク部の対応端部は前記上下側ヨーク部が互いに結合されるように段差部が形成されたことを特徴とする、請求項２に記載のＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機。
【請求項４】
前記側面ハウジングの外周面に付着された複数の放熱板をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機。
【請求項５】
前記ローターと前記ステータは少なくとも一対以上が配設されてマルチローターとマルチステータの構造に構成されたことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機。
【請求項６】
回転軸とともに回転するように回転軸に回転可能に固定装着され、磁石が配設されたローター；及び側面ハウジングに固定装着され、コイルが配設されたステータ；を含むＡＦＰＭコアレス型発電機において、
前記ステータは、非磁性体でなる上下側ジグ板の間に配設されたコイルを含み、前記上下側ジグ板の間のコイルが設置された空間部に冷却絶縁油が充填され、両側面ジグ板によって密封され、前記発電機のハウジングに熱伝導されるように一側面ジグ板が発電機のハウジングに固定連結されてなることを特徴とする、ＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機。
【請求項７】
前記ローターは、ローターディスクに円弧状に配設された磁石、及び前記ローターディスクの内側中央部に所定高さで突出するように一体的に形成されたヨーク部を含み、前記ローターディスクは前記回転軸に固定装着され、前記ヨーク部は前記ローターに対する隣接ローターのヨーク部と結合されて磁場の通路の役目をすることを特徴とする、請求項６に記載のＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機。
【請求項８】
前記側面ハウジングの外周面に付着された複数の放熱板をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載のＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機。
【請求項９】
前記ローターと前記ステータは少なくとも一対以上が配設されてマルチローターとマルチステータの構造に構成されたことを特徴とする、請求項６ないし８のいずれか１項に記載のＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸方向磁束の永久磁石コアレス型（Ａｘｉａｌ−Ｆｌｕｘ−Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｃｏｒｅｌｅｓｓ、以下、‘ＡＦＰＭコアレス型’という）マルチ発電機及びモーターに係り、特にマルチローター及びマルチステータの構造において、コイルで発生する熱を冷却絶縁油を利用してステータ板に伝導させ、そのステータ板の熱をハウジングに伝導させて放熱させるようにしたＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機及びモーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発電機はローターとステータを備えており、ローターは多数の磁石が配設されたローターディスクが回転軸に固定設置され、ステータは前記ローターから隔たって設置され、ローターの回転によって発生する磁気力線によって電圧を誘発するコイルがステータディスクに配設され、ステータは発電機ハウジングに固定設置される構造でなる。このような基本的な発電機の構造は、前記回転軸に外部回転動力が伝達されてステータのコイルに誘発される電力を出力させるものである。
【０００３】
ところが、外部回転力によって前記回転軸が回転されることによりローターが回転され、ローターに設置された磁石によって誘導される磁場がステータのコイルに誘発されることでコイルから出力を得ることになる。この際、コイルでは、誘発される磁場によって電力が発生するとともに熱が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の発電機に使用される巻線は、ステータディスクにコイルを磁極の数によって配設し、絶縁樹脂でモールディングすることで構成されている。したがって、巻線で発生する熱はモールディング樹脂を通じて放熱される。ところが、モールディング樹脂は熱伝導がよくないから放熱効果が下がり、これは小型発電機では大きく問題とならないが、出力が高くなるほど熱発生も増加して発電機に悪影響を及ぼすことになる。
【０００５】
従来の超大型発電機においては、別の放熱手段として巻線が設置されたステータの外側に水冷式放熱構造を設置するか、巻線とともに冷却数管をともに巻き回して巻線そのものを冷却させる構造などを採択しているが、このような放熱構造は超大型発電機にだけ適用することができ、一般産業用モーター（１０ＫＷ級〜５０ＫＷ）には適用することができない構造であり、通常の産業用発電機では別途の放熱構造を採択することができず、発電機の外部に送風ファンを設置するなどの外的な放熱方式を採択する程度であった。特に、コアのない構造、つまりコアレス型ステータにおいては、放熱構造がないため、熱発生による問題点が増大する。
【０００６】
また、発電機の構造と同一構成で電流をコイルに供給して回転軸で回転動力を出力するモーターの構造においても、ステータに設置されたコイルの放熱性能が低下する問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明は前記のような発電機の放熱に関連する問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、巻線で発生する熱をステータの外表面に伝達して放熱させるようにした放熱構造を有するＡＦＰＭコアレス型発電機を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、前記放熱構造を採択したＡＦＰＭコアレス型発電機において、ステータとローターをマルチ構造で設置して高出力を生成するＡＦＰＭコアレス型発電機を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、ＡＦＰＭコアレス型発電機において、ローターの磁気力を伝達するヨークを上下ローターのディスクに一体型構造で形成し、上下ローター結合の際、漏洩磁束を減らして効率を向上させるＡＦＰＭコアレス型発電機を提供することである。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、前記発電機と同一構造を有するＡＦＰＭコアレス型マルチモーターを提供することである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機及びモーターによれば、ステータのコイルで発生する熱を、冷却絶縁油を利用して、効果的にステータジグ板を介してハウジングに伝導させて放熱させることにより、発熱による効率低下を防止することができる。
【００１２】
本発明は、ローターのヨーク構造をローターディスクと一体型の構造で構成することにより、組立て作業及び工程を簡素化し、かつ磁場経路の形成の際、結合部位で生じる漏洩磁束を防止して性能向上をはかることができる。
【００１３】
さらに、ローターとステータ構造をマルチ構造に配設することにより、小型装置で高出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機の断面図である。
【図２】本発明によるＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機のステータの要部を示す部分断面図である。
【図３】本発明によるＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機のローターのヨーク構造を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明は、回転軸とともに回転するように回転軸に回転可能に固定装着され、磁石が配設されたローター；及び側面ハウジングに固定装着され、コイルが配設されたステータ；を含むＡＦＰＭコアレス型発電機において、
【００１６】
前記ステータは、非磁性体でなる上下側ジグ板の間に配設されたコイルを含み、前記上下側ジグ板の間のコイルが設置された空間部に冷却絶縁油が充填され、両側面ジグ板によって密封され、前記発電機のハウジングに熱伝導されるように一側面ジグ板が発電機のハウジングに固定連結されてなる、ＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機を提供する。
【００１７】
また、前記ローターは、ローターディスクに円弧状に配設された磁石、及び前記ローターディスクの内側中央部に所定高さで突出するように一体的に形成されたヨーク部を含み、前記ローターディスクは前記回転軸に固定装着され、前記ヨーク部は前記ローターに対する隣接ローターのヨーク部と結合されて磁場の通路の役目をする。
【００１８】
前記ステータは隣合う上下側ローターの間に装着され、上下側ヨーク部は前記ステータから隔たって上下側ローターに一体的に形成され、前記上下側ヨーク部の対応端部は前記上下側ヨーク部が互いに結合されるように段差部が形成される。
【００１９】
また、ＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機は、前記側面ハウジングの外周面に付着された複数の放熱板をさらに含む。
【００２０】
また、本発明は、前記ＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機と同じ構成を有するＡＦＰＭコアレス型マルチモーターを提供する。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明によるＡＦＰＭコアレス型マルチ発電機の断面図である。
【００２３】
図１に示すように、回転軸１０にローター３０が固定設置され、ローター３０から隔たってステータ４０が設置され、前記ステータ４０は側面ハウジング２２に固定設置され、上下ハウジング２１が前記回転軸１０に対してベアリングを介して回転可能に設置される。前記ローター３０は、円盤形ローターディスクに円弧状に磁石が配設され、前記ステータ４０は、円盤形ステータジグ上に、前記ローター３０の磁石配列と対応してコイルが配設されて構成される。
【００２４】
前記ローター２０とステータ４０は少なくとも２段以上の複数が設置されてマルチローター及びマルチステータの構造で構成される。
【００２５】
図２は本発明によるステータの要部断面図である。
【００２６】
前記ステータ４０は、非磁性体でなる上下側ジグ板４１の間にコイル４３が配設され、前記上下側ジグ板４１の間のコイル４３が設置された空間部に冷却絶縁油４７が充填され、両側面板４５によって密封され、前記発電機の側面ハウジング２２への熱伝導がなされるように前記側面板４５がネジで固定設置されて構成される。前記冷却絶縁油の代わりに不活性ガスを充填し密封して構成することもできる。
【００２７】
図３は本発明のＡＦＰＭコアレスマルチ発電機のローターのヨーク構造を示す断面図である。
【００２８】
本発明によるローター３０は、ローターディスク３１に円弧状に磁石３２が配設され、中央部に所定の高さで突出するようにヨーク部３３が一体的に形成され、前記ローターディスク３１が回転軸１０に固定設置され、前記一体型ヨーク部３３が対応の隣接したローターの一体型ヨーク部と結合されて磁場の通路の役目をするように構成される。すなわち、ローターディスク３１と中央のヨーク部３３が一体的に構成されることを特徴とする。
【００２９】
前記ヨーク部３３は、上下側ローター３０の間に前記ステータ４０が設置され、ステータ４０から隔たって上下側ローター３０に一体的に形成されたヨーク部３３が互いに結合される。
【００３０】
結合方法は、図３に示すように、互いに対応するように段差部が加工されて結合される構成にすることもでき、一側ヨーク部には凹部が、他側ヨーク部には前記凹部に挿合される挿入部が形成されて結合されるように構成されることもできる。
【００３１】
このように構成された本発明は、ローター３０のローターディスク３１にはヨーク部３３が一体的に構成されたものを例として挙げたが、ローターディスク３１とヨーク部３３が分離型でネジで結合されることができる構造にも構成されることができる。
【００３２】
本発明によるＡＦＰＭコアレス型発電機は、ステータ４０の構成において、コイル４３を巻き取るためのコアを使用しない構造のもので、上下側ジグ板４１は非磁性体（例えば、黄銅）で構成し、円弧状にコイル４３を配設する。コイル４３は通常楕円形に巻き付け、これを下側ジグ板に接着し、その上に上側ジグ板を設置するが、両側面板４５によってコイルの設置された空間が所定空間部を持つように組み立てられて構成され、側面板４５と上下側ジグ板４１の間には図面に図示しないオイルなどを利用してシーリング構造で密封構成し、外側面板４１の任意の位置に冷却絶縁油４７の注入口を形成し、冷却絶縁油４７を注入してから注入口を密封する。冷却絶縁油４１はコイル４３で発生する熱を放熱させるために注入する。そして、ステータ４０の外側面板は発電機の側面ハウジング２２にネジで固定結合される。この際、側面ハウジング２２に凹部を形成し、ステータ４０の側面が挿合された状態でネジで結合されるように構成される。
【００３３】
そして、ローター３０は、磁性体でなるローターディスク３１にヨーク部３３が一体型構造に構成され、磁石３２が円弧状に配設される。そして、ローターディスク３１は、結合部３４を形成して回転軸１０にネジで結合させることで固定される。
【００３４】
前記ローター３０が設置された後、ステータ４０が結合され、さらにローター３０が設置され、中央部に設置されるローター３０は、上下面に磁石が設置され、ヨーク部が上下面に一体型構造に形成できる。前記ハウジング２１は回転軸１０に対して回転可能に設置される。
【００３５】
ローター３０とステータ４０は少なくとも一対以上が配設されてマルチ構造に構成され、回転軸１０に外部回転力が伝達されれば、回転軸１０に固定設置されたローター３０が回転され、ローター３０の回転による磁気力によってステータ４０のコイルに誘導電流が流れ、これによりコイル４３から電流が出力されて発電機として動作するものである。
【００３６】
この際、コイル４３に電流が誘導されるにつれて熱が発生する。コイル４３で発生した熱は冷却絶縁油４７に伝達され、冷却絶縁油４７によって上下側及び側面ジグ板に熱が均一に伝導され、ジグ板に伝導された熱はハウジング２２にそのまま伝導される。よって、ハウジングの全体が放熱板の役目をする。
【００３７】
したがって、放熱効果を高めるために、側面ハウジング２２の外側部に放熱板（図示せず）をさらに設置して構成すれば、一層効果的に放熱させることができる。
【００３８】
このように、本発明においては、ステータ４０のコイル４３で発生する熱を効果的にハウジング２２に伝達して外部空気によって放熱させることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上説明したように、本発明によるＡＦＰＭコアレス型発電機は小容量だけでなくコアレス型発電機において比較的大容量の１０ＫＷ〜５０ＫＷ級風力発電機などにも適用することができる。
【００４０】
また、本発明によるＡＦＰＭコアレス型発電機は、小型の構造を用いながらもマルチローターとステータによって高出力を得ることができ、効率的な発熱構造を採択して、熱による劣化や性能低下などを防止することができる。
【００４１】
一方、本発明を特定の発電機の構造に基づいて説明したが、この発電機と同じ構造を有するモーターにも使用可能である。本発明の構造がモーターに使用される場合、ステータ４０のコイル４３に電流を供給すれば、誘導磁場によってローター３０の磁石と相互作用してローター３０を回転させ、その回転力が回転軸に伝達される。
【００４２】
本発明は発電機だけではなくモーターにも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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