JP2013081350A

JP2013081350A - スイッチドリラクタンスモータ

Info

Publication number: JP2013081350A
Application number: JP2011271036A
Authority: JP
Inventors: Moon Kyu Han; キュハン・ムン; Han-Kyun Bae; キュンベ・ハン; Dong Woohn Kim; ウンキム・ドン
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-05-02
Also published as: CN103036326A; US20130082549A1; KR20130035707A

Abstract

【課題】本発明はスイッチドリラクタンスモータに関する。
【解決手段】本発明のスイッチドリラクタンスモータは、複数個の磁石と、前記複数個の磁石の間にステータ突極が配置されたステータと、前記ステータ突極に対向するように内径には突極が形成されたロータと、を含み、前記磁石の間には３個のステータ突極が配置され、前記ステータ突極の数は６＊Ｎであり、前記ステータ突極に対向する前記ロータの突極数は３＊Ｎであり、Ｎは２以上の自然数であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチドリラクタンスモータに関する。

近年、モータの小型化及び軽量化のために多く使用されている希土類磁石部品のコストが大幅に上昇するにつれて、モータメーカーで希土類物質を含有しない安価の磁石の利用が増加しつつある。

従来技術によるモータは、３相の構造を有しており、ステータ突極部ごとに磁石が挿入され、ロータは３相に組み合わせることができる構造を有している。

この構造の場合、磁石が多く使用されるため、モータトルクは高いが、コイルが磁石挿入部に巻回されていなければならず、コアが磁石から分離されたり磁石と一体に形成されても分離に脆弱であるため、モータを製作することが難しい。

本発明は、上記のような問題点を解決するために導き出されたものであって、本発明の目的は、磁束密度を調節することができ、磁束の利用効率を極大化することができるスイッチドリラクタンスモータを提供することにある。

本発明の好ましい一実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、複数個の磁石と、前記複数個の磁石の間にステータ突極が配置されたステータと、前記ステータ突極に対向するように内径には突極が形成されたロータと、を含み、前記磁石の間には３個のステータ突極が配置され、前記ステータ突極の数は６＊Ｎであり、前記ステータ突極に対向する前記ロータの突極数は３＊Ｎであり、Ｎは２以上の自然数であることを特徴とする。

ここで、前記ステータ突極は、等間隔に配置され、前記ステータ突極の間隔は前記ステータ突極と前記磁石との間隔より狭いことを特徴とする。

また、前記磁石は、フェライト磁石またはフェライト磁石の磁力以上の磁力を有する磁石であり、前記ステータ突極はコイルが巻回されたことを特徴とする。

また、前記磁石は、前記ステータの半径方向に３６０／磁石数の間隔で配置されたことを特徴とする。

また、前記磁石は、前記ロータに対向するように前記ステータの内側方向に延長して形成されたことを特徴とする。

また、前記磁石は、前記ステータの外側方向に延長して形成されたことを特徴とする。

また、前記磁石は、前記ステータの内側及び外側方向に延長して形成されたことを特徴とする。

本発明の好ましい他の実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、磁石と、前記磁石の間にステータ突極が配置されたステータと、前記ステータ突極に対向するように内径に突極が形成されたロータと、を含み、前記磁石の間には３個のステータ突極が配置され、前記ステータ突極の数は６＊Ｎであり、前記ステータ突極に対応する前記ロータの突極数は５＊Ｎであり、Ｎは２以上の自然数であることを特徴とする。

本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。

本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。

本発明のスイッチドリラクタンスモータは、構造が簡単で製作が容易であり、ロータ部は磁石や導体（Ａｌ、Ｃｕ）を有しないコアのみを使用し、スイッチドリラクタンスモータ（以下、ＳＲＭ）のロバストな特徴を有しており、磁石部がステータに装着されて容易に冷却させることができる構造を有する。

また、希土類物質を含有しない安価の磁石（例えば、フェライトなど）を使用する場合にもトルク特性に優れ、逆起電力を検出することができるため、既存の３相ＢＬＤＣＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓ駆動方式を適用することができるという長所を有する。

即ち、磁石の強度が強い希土類磁石（ＮｄＦｅＢ、ＳｍＣＯ）を使用する場合には磁石の幅を狭くし、磁石の強度が弱いフェライト磁石を使用する場合には磁石の幅を広くして鉄心が飽和されない範囲内で自由に磁束密度を調節することができる。

ここで最も重要なことは、ステータ１１０とロータ１２０との組み合わせであり、ステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が６＊Ｎ／（３または５）＊Ｎ（Ｎは２以上の自然数）構造を有する場合にモータ特性を極大化することができる。

即ち、ステータ突極数に対するロータの突極数の割合が、１２／６または１２／１０、または１８／９または１８／１５、または２４／１２または２４／２０のように６＊Ｎ／（３または５）＊Ｎである場合に前記スイッチドリラクタンスモータは最も優れた特性を有する。

この構造の特徴は、磁石がステータに存在するため、容易に冷却することができ、ロータに磁石が存在する場合より熱的に強い特性を有する。

また、ロータ１２０は、ＳＲＭモータにおけるロータと類似した構造を有し、コアのみを含んでいるため、磁石がロータに配置される既存の場合に比べて空隙が減少し、磁束（フラックス）の利用効率を極大化することができ、ロバストな構造を有することができる。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの３相１２／６極の構造を示すものであり、図２は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの３相１２／１０極の構造を示すものである。

図３は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が中心部に配置された基本構造を示すものである。

図４は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が外側に追加配置された構造を示すものである。

図５は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が内側に追加配置された構造を示すものである。

図６は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が内外側に追加配置された構造を示すものである。

本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、構造的に簡単であるため、製作が容易であり、ロータ部は磁石や導体（Ａｌ、Ｃｕ）を有しないコアのみを使用してスイッチドリラクタンスモータ（以下、ＳＲＭ）のロバストな特徴を有しており、磁石部がステータに装着されて容易に冷却させることができる構造を有する。

また、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、希土類物質を含有しない安価の磁石（例えば、フェライトなど）を使用しても優れたトルク特性を有しており、逆起電力を検出することができる。そのため、既存の３相ＢＬＤＣＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓ駆動方式を本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータに適用することができる。

図１は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの３相１２／６極の構造を示すものである。

本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、コア部に別途の磁石挿入部が存在し、磁石と磁石との間に３の倍数の突極（３相）が存在し、コイルは磁石部でなく突極部のみに巻回されるため、既存モータに比べて簡単な構造を有し、製作が容易であるという長所を有する。

また、磁石部には別途のコイルが存在しないため、磁石の長さを上下に調整することができ、モータ特性による磁石種類の選択自由度が高い。また、磁束密度を調整することができ、既存モータの組み合わせに対するロータ極数を減らすことができるため、鉄損を減少させることができるという長所を有する。

図１に図示したように、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、３相構造を有しており、磁石１１１が装着されたステータ１１０及びステータ１１０の内径に装着されたロータ１２０を含む。

ステータ１１０に装着された磁石１１１は、希土類磁石でなく、一般のセラミック磁石（例えばフェライト）であるため、磁束の利用効率を極大化することができ、スイッチドリラクタンスモータの構造を簡単にすることができる。その結果、スイッチドリラクタンスモータが容易に製作されることができる。また、３相に駆動することによりトルクリップルを最小化することができる。

図１、２に図示されたように、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０には磁石１１１とコイル１１２が配置されており、磁石部とコイル部は互いに独立して配置されている。

図１は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が１２／６である構造を示すものであり、図２は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が１２／１０である構造を示すものである。

磁石１１１の間には３個のステータ突極が配置されており、ロータの極性に応じて電気角として１２０°または２４０°の電気的な位相差を有する必要がある。

そうすれば、３相の組み合わせにより１２０°位相差にＡ、Ｂ、Ｃ、または２４０°の位相差にＡ、Ｃ、Ｂの組み合わせが可能となる。

磁石１１１が存在する部分は、隣接する相と電気角に１８０°または３６０°の位相差を有しなければならず、磁石１１１が互いにＮ、Ｓの極対を有するため、ステータ１１０が３相に具現されるためには６＊Ｎ（Ｎは２以上の自然数）に対応する突極数を有する必要がある。

本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの構造は、磁石部には別途のコイルが巻回されておらず独立して配置され、これにより既存構造に比べて極数を減らすことにより、スイッチングロスを減らすことができ、磁石の強度に応じて磁石の長さを一定空間内で自由に変更することができるという点において既存構造（ＦＳＰＭ、ＤＳＰＭ）と相違している。

ここで、最も重要なことは、ステータ１１０とロータ１２０の組み合わせであり、ステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が６＊Ｎ／（３または５）＊Ｎ（Ｎは２以上の自然数）構造の場合にモータ特性を極大化することができる。

即ち、ステータ突極１１０の突極数に対するロータの突極数の割合が１２／６または１２／１０、または１８／９または１８／１５、または２４／１２または２４／２０のように６＊Ｎ／（３または５）＊Ｎ（Ｎは２以上の自然数）である場合にスイッチドリラクタンスモータは最も優れた特性を有する。

この構造の特徴は、磁石１１１がステータ１１０に存在するため、容易に冷却することができ、ロータ１２０に磁石が存在する場合より熱的に強い特性を有する。

また、ロータ１２０は、ＳＲＭモータにおけるロータと類似した構造を有しており、コアのみを含むため、磁石がロータに配置される既存の場合に比べて空隙が減少し、磁束（フラックス）の利用効率を極大化することができ、ロバストな構造を有することができる。

さらに、ステータ突極１１３は、等間隔であり、ステータ突極１１３と磁石１１１との間隔より狭く、ステータ突極１１３はコイルが巻回されたことを特徴とする。

図３〜図６は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が拡張した例を図示したものである。

図３は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合に対する基本構造を示すものであり、磁石１１１が一対のステータ突極１１３（Ａ、Ｂ、Ｃ）と他の対のステータ突極１１３との間の中心部に配置される。

Ａ、Ｂ、Ｃのステータ突極１１３は、４つの対が形成されており、磁石１１１もステータ突極１１３の間に４個形成されている。

図３ａは、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が１２／６である場合を示しており、図３ｂは、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が１２／１０である場合を示す。

図４は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の磁石１１１が外側に追加配置された構造を示すものであり、磁石１１１が一対のステータ突極１１３（Ａ、Ｂ、Ｃ）と他の対のステータ突極１１３との間の中心部に配置される。

図４の磁石１１１は、図３に図示された磁石１１１が外側に追加配置された構造であって、外側に長さが延長された形状を有する。

このようにモータの応用分野及び磁石の磁気強度に応じて磁石１１１を外側または内側に追加配置することができる。

図４ａは、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が１２／６である場合示しており、図４ｂは、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が１２／１０である場合を示す。

図５は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の磁石１１１が内側に追加配置された構造を示すものであり、磁石１１１が一対のステータ突極１１３（Ａ、Ｂ、Ｃ）と他の対のステータ突極１１３との間の中心部に配置される。

図５の磁石１１１は、図３に図示された磁石１１１が内側に追加配置された構造であって、内側に長さが延長された形状を有する。

図５ａは、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が１２／６である場合を示しており、図５ｂは、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が１２／１０である場合を示す。

図６は、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の磁石１１１が内外側に追加配置された構造を示すものであって、磁石１１１が一対のステータ突極１１３（Ａ、Ｂ、Ｃ）と他の対のステータ突極１１３との間の中心部に配置される。

図６の磁石１１１は、図３に図示された磁石１１１が内外側に追加配置された構造であって、内外側に長さが延長された形状を有する。

このようにモータの応用分野及び磁石の自分特性強度に応じて磁石１１１を内外側に追加配置することができる。

図６ａは、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が１２／６である場合を示しており、図６ｂは、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータのステータ１１０の突極数に対するロータ１２０の突極数の割合が１２／１０である場合を示す。

前記のような構成を有する本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、ステータ１１０の内径にロータ１２０を備えており、磁石１１１はステータ１１０のみに存在し、互いの極性が対向する構造を有している。

また、ロータ１２０には突極型コアのみが存在し、磁石１１１とコイル１１２の巻線がそれぞれ独立して配置されている構造を有する。本発明によるスイッチドリラクタンスモータは、磁石１１１と磁石１１１との間にステータ突極１１３が３個存在する３相駆動装置である。

ここで、ステータ１１０の突極数は、６＊Ｎ（Ｎ：２、３・・・）（例えば、１２／６、１８／９、・・・）であり、これに対応するロータ１２０の突極数は３＊Ｎまたは５＊Ｎ（例えば、１２／１０、１８／１５・・・）である。

また、磁石の長さは、ステータコアの鉄心が飽和されない範囲内であり、磁石材質及びモータ構造に応じて上下に長さを調整することができる。

ロータコア部は、コギングトルク低減のような特性向上のために一定角度に積層したり、軸方向に複数段に積層して組み立てる場合、一定の角度を与えて組立てることができる。

それだけでなく、ステータ１１０は、内側ステータ及び外側ステータとを含み、ロータ１２０は、内側ロータ（ｏｕｔｅｒｒｏｔｏｒ）及び外側ロータ（ｉｎｎｅｒｒｏｔｏｒ）とを含む。

このように、本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータは、構造的に簡単であるため容易に製作することができ、ロータ部は磁石や導体（Ａｌ、Ｃｕ）を有しないコアのみを使用してスイッチドリラクタンスモータ（以下、ＳＲＭ）のロバストな特徴を有しており、磁石部がステータに装着されて容易に冷却させることができる構造を有する。

また、希土類物質を含有しない安価の磁石（例えば、フェライトなど）を使用する場合にもトルク特性に優れており、逆起電力を検出することができるため、既存３相ＢＬＤＣＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓ駆動方式を適用することができるという長所を有する。

それだけでなく、モータの応用分野及び磁石の磁気強度に応じて磁石１１１を内外側に追加配置するなど、構造を様々に変更することができる。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明によるスイッチドリラクタンスモータはこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。

本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。

本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの３相１２／６極の構造を示すものである。本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの３相１２／１０極の構造を示すものである。本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が中心部に配置された基本構造を示すものである。本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が中心部に配置された基本構造を示すものである。本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が外側に追加配置された構造を示すものである。本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が外側に追加配置された構造を示すものである。本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が内側に追加配置された構造を示すものである。本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が内側に追加配置された構造を示すものである。本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が内外側に追加配置された構造を示すものである。本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータの磁石が内外側に追加配置された構造を示すものである。

１１０ステータ
１１１磁石
１１２コイル
１１３ステータ突極
１２０ロータ

Claims

複数個の磁石と、前記複数個の磁石の間にステータ突極が配置されたステータと、
前記ステータ突極に対向するように内径には突極が形成されたロータと、を含み、
前記磁石の間には３個のステータ突極が配置され、前記ステータ突極の数は６＊Ｎであり、前記ステータ突極に対向する前記ロータの突極数は３＊Ｎであり、Ｎは２以上の自然数であることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
前記ステータ突極は、等間隔に配置され、前記ステータ突極の間隔は前記ステータ突極と前記磁石との間隔より狭いことを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
前記磁石は、フェライト磁石またはフェライト磁石の磁力以上の磁力を有する磁石であり、前記ステータ突極はコイルが巻回されたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
前記磁石は、前記ステータの半径方向に３６０／磁石数の間隔で配置されたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
前記磁石は、前記ロータに対向するように前記ステータの内側方向に延長して形成されたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
前記磁石は、前記ステータの外側方向に延長して形成されたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
前記磁石は、前記ステータの内側及び外側方向に延長して形成されたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
磁石と、前記磁石との間にステータ突極が配置されたステータと、
前記ステータ突極に対向するように内径に突極が形成されたロータと、を含み、
前記磁石の間には３個のステータ突極が配置され、前記ステータ突極の数は６＊Ｎであり、前記ステータ突極に対応する前記ロータの突極数は５＊Ｎであり、Ｎは２以上の自然数であることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
前記ステータ突極は、等間隔に配置され、前記ステータ突極の間隔は前記ステータ突極と前記磁石との間隔より狭いことを特徴とする請求項８に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
前記磁石は、フェライト磁石またはフェライト磁石の磁力以上の磁力を有する磁石であり、前記ステータ突極はコイルが巻回されたことを特徴とする請求項８に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
前記磁石は、前記ステータの半径方向に３６０／磁石数の間隔で配置されたことを特徴とする請求項８に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
前記磁石は、前記ロータに対向するように前記ステータの内側方向に延長して形成されたことを特徴とする請求項８に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
前記磁石は、前記ステータの外側方向に延長して形成されたことを特徴とする請求項８に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
前記磁石は、前記ステータの内側及び外側方向に延長して形成されたことを特徴とする請求項８に記載のスイッチドリラクタンスモータ。