KR100229963B1 - 하이브리드 단상가변성 리럭턴스모터 - Google Patents

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그린 데니스 제이.
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Abstract

하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터는 중앙보어를 중심으로 하여 균등하게 떨어져 있는 4개의 내부돌출 치형들을 가진 스테터를 포함한다. 상권선은 2개의 마주하여 배치된 스테터 치형들과 작동하도록 관련된다. 상권선의 전압인가는 이들 2개의 치형의 임시자화를 일으킨다. 중앙보어 안에서 회전을 위하여 배치된 로터는 서로에 대하여 대체로 180°로 배치된 2개의 외부돌출치형들을 가진다. 하나의 영구자석은 상권선을 가지는 2개 보다 다른 스테터 치형들중 하나의 단부에서 중앙보어에 인접하여 배치된다. 위치센서는 중앙보어 안에서의 로터의 회전위치를 감지하기 위하여 제 4 스테터 치형에 배치된다. 위치센서는 모터의 한 사분면에 배치되고, 영구자석으로 부터의 플럭스와 상권선의 전압인가로 부터의 플럭스는 모터의 한 사분면에서 동일방향이다.

Description

하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터
제1도는 본 발명에 따른 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터의 제1 실시예의 개략도.
제2도는 제1도의 모터에서 토오크의 그래프 표시도.
제3a 및 3b도는 제1도 모터의 상권선 및 구동회로의 전기선도.
제4도는 제1도 모터의 전기선도와 관련된 회로도.
제5도는 제1도 모터용 로터의 한 실시예의 개략도.
제6a 내지 6c도 및 7a,7b 도는 제5도의 로터를 구비한 제1도 모터의 스타팅을 도시한 개략도.
제8도는 본 발명의 모터용 로터의 제 2 실시예의 개략도.
제9a 내지 9c도는 제8도의 로터를 구비한 본 발명에 따른 모터의 스타팅을 도시한 개략도.
제10도는 본 발명의 모터용 로터의 제 3 실시예의 사시도.
제11도는 제10도의 로터에 부착되는 분리판의 개략도.
제12도는 일부가 제거된 제10도의 로터를 사용하는 모터에서 플럭스 경로를 도시한 단면도.
제13도는 본 발명의 모터의 제 4 실시예의 개략도.
제14a및 14b도는 제13도 모터의 상이한 복원성 또는 멈춤위치를 도시한 개략도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
11 : 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터
13 : 스테터 15,45,55,65 : 로터
17 : 중앙보어 19 : 상 권선
21 : 축 25 : 홀 이펙트장치
본 발명은 가변성 리럭턴스 모터들에 관한 것이고, 보다 상세하게 팬모터로서 또는 다른 낮은 스타팅 토오크 적용으로 사용하기 위하여 특히 적합한 단상 가변성 리럭턴스 모터들에 관한 것이다.
고정 및 운동성 플럭스(flux)운반요소로 이루어진 어떤 간단한 자기회로에서, 운동성 요소는 자기회로의 리럭턴스가 최소이도록 위치를 취하려할 것이다. 리럭턴스 힘은 이러한 최소 리럭턴스의 위치를 취하게 하도록 운동성 단편상에서 발휘된다.
가변성 리럭턴스 모터에서, 고정요소(스테터) 및 운동성요소(로터) 둘다는 스테터 및 로터상에 치형을 가지며, 단지 스테터 극들상에서 상 권선(phase winding)과 함께 돌출한다. 그 결과, 가변성 리럭턴스 모터, 특히 단상 가변성 리럭턴스 모터는 간단하고 비교적 저렴한 구조를 가진다.
그러나, 이러한 구조는 결점이 없지않다. 예를 들면, 이러한 기구들을 위한 스타팅 토오크는 낮다. 그러나, 이는 팬들과 같은 낮은 토오크 적용들로 인한 문제는 아니다. 단상 가변성 리럭턴스 모터들이 가지는 보다 심각한 하나의 문제는 로터가 정지시에서 모터를 스타트시키는 것이 불가능한 위치를 위할 수 있다는 것이다. 물론, 이러한 위치는 최대 리럭턴스위치이다.
콤프터(compter)의 미합중국 특허 제 4,616,165 호는 로터가 항상 바람직한 정지위치로 부터 가능한한 바람직한 방향으로 스타팅을 취하는 것을 보장하도록, 로터에 인접한 한쌍의 편심 영구자석들을 제공하는 것에 의하여 이러한 문제를 어드레스한다. 그러나, 이 특허의 모터는 개선되어야만 한다. 왜냐하면, 2개의 영구자석들은 모터에 복잡함을 추가한다. 더우기, 이러한 자석들의 비대칭 배치는 로터에 적용되는 토오크에 복잡한 결과를 가진다.
본 발명의 다양한 목적 및 특징들 중에서 하나의 목적은 저가의 가변성 리럭턴스 모터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 항상 바람직한 방향으로 스타트하는 모터를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 3의 목적은 스테터 권선의 토오크가 하나의 영구자석에 의하여 도움을 받는 모터를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 4의 목적은 로터의 회전위치 감지가 표준 스테터 구성에 대하여 최소한의 변경으로 용이하게 성취되는 모터를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 5의 목적은 코일-여자 리럭턴스 토오크가 0 또는 무시해도 좋을때 로터 토오크를 제공하는 모터를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 6의 목적은 극히 간단한 전자제어 펙케이지를 구비한 모터를 제공하는데 있다.
다른 목적 및 특징들은 부분적으로 다음에 지적되어 명백하게 될것이다.
간단하게, 본 발명의 첫번째 견해에서, 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터는 중앙보어에서 종료되는 제 1,제 2,제 3, 및 제 4의 내부로 돌출한 치형을 가지는 스테터를 포함하고, 치형은 대체로 중앙보어 주위에서 균등하게 분리되어있다. 상 권선은 제 1 및 제 2 스테터 치형과 작동될 수 있도록 관련되고, 제 1 및 제 2 스테터치형은 중앙보어를 교차하여 서로에 대해서 마주하여 배치된다. 상권선의 전압인가는 제 1 및 제 2 스테터치형의 임시 자화를 일으킨다. 서로에 대하여 대체로 180°로 배치된 2개의 외부돌출 치형을 가지는 로터는 중앙보어 안에서 회전을 위하여 배치된다. 영구자석은 제 3 스테터 치형의 단부에서 중앙보어에 인접하여 배치된다. 그리고, 로터회전 감지센서는 중앙보어안에서 회전위치를 감지하기 위하여 제 4 스테터 치형에 배치된다.
두번째 견해에서, 본 발명의 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터는 중앙보어에서 종료되는 제 1,제 2,제 3, 및 제 4 내부 돌출 치형을 가지는 스테터를 포함한다. 상권선은 제 1 및 제 2 스테터 치형에 작동되도록 관련되고, 제 1 및 제 2 스테터치형은 중앙보어를 교차하여 서로에 대해서 마주하여 배치된다. 상권선의 전압인가는 제 1 및 제 2 스테터치형의 임시 자화를 일으킨다. 서로에 대하여 대체로 180°로 배치된 2개의 외부돌출 치형을 가지는 로터는 중앙보어 안에서 회전을 위하여 배치된다. 그리고, 영구자석은 제 1 및 제 2 스테터치형 사이에서 뽑아낸 선의 한 측부상에 있는 위치에서 중앙보어에 인접하여 배치되고, 제 1 및 제 2 스테터 치형사이에서 뽑아낸 그 선의 다른 측부상에는 영구자석이 없다. 영구자석은 제 3 스테터 치형의 단부에 배치된다.
본 발명의 세번째 견해에서 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터는 중앙보어에서 종료되는 제 1,제 2,제 3, 및 제 4 내부돌출 치형을 포함하고, 4개의 치형은 중앙보어 주위에서 균등하게 분리되어 있다. 상 권선은 제 1 및 제 2 스테터 치형에 작동하도록 관련되고, 제 1 및 제 2 스테터 치형은 중앙보어를 교차하여 서로에 대하여 마주하여 배치된다. 상권선의 전압인가는 제 1 및 제 2 스테터치형의 임시 자화를 일으킨다. 서로에 대하여 대체로 180°로 배치된 2개의 외부돌출 치형을 가지는 로터는 중앙보어 안에서 회전을 위하여 배치된다. 그리고, 영구자석은 제 3 스테터 치형의 단부에서 중앙보어에 인접하여 배치된다. 영구자석은 제 1 및 제 2 스테터치형들로 부터 직각이다.
본 발명의 네번째 견해에서는, 본 발명의 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터는 중앙보어에서 종료하는 제 1,제 2,제 3, 및 제 4 내부 돌출 치형을 가지는 스테터를 포함한다. 상권선은 제 1 및 제 2 스테터치형 작동하도록 관련되고, 제 1 및 제 2 치형은 중앙보어를 교차하여 서로에 대하여 마주하여 배치된다. 상권선의 전압인가는 제 1 및 제 2 스테터치형의 임시 자화를 일으킨다. 서로에 대하여 대체로 180°로 배치된 2개의 외부돌출 치형을 가지는 로터는 중앙보어 안에서 회전을 위하여 배치된다. 각각의 로터치형은 로터치형과 스테터 사이에 제 1 및 제 2 공기틈을 제공하도록 로터의 방사상 최외부 면을 따르는 어깨부를 가져서, 로터는 선택적인 회전방향을 가진다. 영구자석은 제 3 스테터 치형의 단부에서 중앙보어에 인접하여 배치된다.
본 발명의 다섯번째 견해에서 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터는 중앙보어에서 종료되는 제 1,제 2,제 3, 및 제 4 내부 돌출 치형을 가지는 스테터를 포함한다. 상권선은 제 1 및 제 2 스테터치형에 작동하도록 관련되고, 제 1 및 제 2 스테터 치형은 중앙보어를 교차하여 서로에 대하여 마주하여 배치된다. 상권선의 전압인가는 제 1 및 제 2 스테터치형의 임시 자화를 일으킨다. 서로에 대하여 대체로 180°로 배치된 2개의 외부돌출 치형을 가지는 로터는 중앙보어 안에서 회전을 위하여 배치된다. 각각의 로터치형은 로터치형과 스테터 사이에 제 1 및 제 2 공기틈을 제공하도록 로터의 방사상 최외부면을 따르는 어깨부를 가져서, 로터는 선택적인 회전방향을 가진다. 영구자석은 제 3 스테터 치형의 단부에서 중앙보어에 인접하여 배치된다. 그리고, 대체로 공기 침투성 보다 큰 자기 침투성을 가진 물질로 된 분리단편은 로터 치형에 인접한 로터의 한쪽 단부에 고정된 기하학적 관계로 고정되나, 이로부터 사전 결정된 합계만큼 회전변이된다. 분리단편은 로터치형에서 측정된 로터의 쪽과 대체로 동일한 길이를 가진다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면 전체에서 유사한 참조부호는 유사한 부분들을 지시한다.
본 발명의 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터(11, 제 11도)는 스테터(13)와 로터(15)를 포함하다. 스테터(13)는 중앙보어(17)에서 종료하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 내부돌출치형(13A, 13B, 13C 및 13D)들을 가진다. 4개의 스테터 치형들은 중앙보어(7) 주위에서 대체로 균등하게 분리된다. 특히, 스테터 치형들은 중앙보어를 교차하여 서로에 대해서 마주하여 배치된 대비 치형들로 중앙보어를 중심으로 하여 90° 떨어진 간격을 가진다.
상 권선(19)은 스테터 치형(13A, 13B)들에 작동하도록 관련된다. 제3도 및 제4도의 회로의 수단에 의한 상 권선(19)의 전압인가는 종래방법으로 스테터치형(13A, 13B)들의 임시자화를 일으킨다. 권선(19)는 제 3a 도 및 제 3b 도와 연결하여 다음에 기술되는 2개의 코일(19A, 19B)들로 이루어진다.
로터(15)는 서로에 대하여 대체로 180°로 배치된 2개의 외부돌출 치형들을 가진다. 로터는 중앙보어(17)안에서 회전을 위하여 축(21)에 고정 부착된다.
영구자석(23)은 스테터치형(13C)의 단부에서 중앙보어에 인접하여 배치된다. 명백하게 될것으로써, 영구자석(13)은 모터를 스타트시키기 위하여 바람직한 방향으로 정지시키게 하는 자화멈춤 토오크를 제공한다. 자화멈춤 토오크는 또한 코일여자 리럭턴스 토오크가 0 또는 무시해도 좋을때, 작동사이클의 부분들 동안 로터를 회전시키기 위한 토오크를 제공한다.
로터위치 감지수단은 중앙보어(17) 안에서 로터(15)의 회전위치를 감지하기 위하여, 중앙보어를 교차하여 치형(13C)과 마주하는 스테터치형(13D)에 배치된다. 로터위치 감지수단은 바람직하게 단극 홀 이펙트장치(unipolar Hall effect)또는 센서(25)를 포함한다. 대안적으로, 이것은 서치코일(27)을 포함할 수 있다.
도시된 바와같이, 스테터 치형(13A, 13B, 13C 및 13D)들의 단부는 곡면이며, 로터치형(15A, 15B)들의 단부는 사전결정된 보충곡면을 가진다.
영구자석(23)은 스테터 치형(13C)의 단부를 형성하고, 로터치형의 곡면에 대하여 보충곡면을 가진다. 대안적으로, 덜 비싼 블록자석(제 13 및 제 14도에 도시)도 자석(23)용으로 사용될 수 있다.
자석(23)은 자석이 설치되는 스테터 치형과 로터치형 및 대체로 동일한 폭을 가진다. 대안적으로, 자석(23)은 설치되는 스테터 치형보다 작게 될 수 있고, 또는 코일여자 및 자석여자된 스테터치형은 상이한 폭들을 가질 수 있다.
단지 하나의 영구자석(23)만이 중앙보어(17)에 인접하여 배치되는 것에 주목해야 한다. 대체로 모터가 스테터 치형(13A, 13B)들 사이의 선을 따라서 분할된 2개의 절반부들을 가진것으로서 고려된다면, 영구자석(23)은 한쪽 절반부에 배치되고, 모터의 다른쪽 절반부에는 영구자석이 없다.
로터(15)의 각 치형은 로터의 방사상 최외부면을 따르는 어깨부(제 1도에서 15C 및 15D 로 표시)를 가진다. 이러한 어깨부들은 각 치형의 최외부면을 2개의 부분(15E,15F)들로 분할하고, 부분(15F)은 부분(15E)보다 로터(15)의 중심으로 부터 멀리있다. 그 결과, 2개의 상이한 공기틈(제 1도에 도시되지 않았으나 제 5도에 유사한 공기틈 RA, RB와 RC로 도시)들이 로터치형과 스테터 치형사이에 제공된다.
작동동안에 리럭턴스 효과를 최대화하도록, 부분(15F)과 스테터 치형 사이에 있는 제 1틈은 작동가능한한 작게되도록 설계된다. 부분(15E)과 스테터 치형 사이에 있는 제 2공기틈은 다소 크다. 어깨부(15C, 15D)들을 가지는 효과는 로터가 선택적인 회전방향을 가지는 것이다. 이러한 효과가 어떻게 발생되는가는 제 6,7도 및 제 9도와 연결하여 상세하게 다음에 설명된다.
토오크는 제 2도에 도시된 토오크의 합계와 영구자석(23)과 권선(19)으로부터의 결과를 작성한다. 제 2도에 있는 눈금들은 한쪽에 자석 멈춤 토오크의 결과로서, 다른쪽엔 코일여자된 토오크 및 합계의 결과로서 차이가 있다는 것에 주목해야 한다. 자석멈춤 토오크는 코일여자 토오크 보다 훨씬 작은 절대크기를 가진다. 물론, 정확한 자석멈춤 토오크곡선은 자석(23)의 강도 및 배치와, 로터(15)의 구성에 따를 것이다.
비록, 자석멈춤 토오크의 결과로서, 곡선이 약간의 음(-)의 부분들을 포함할지라도, 그 토오크 및 코일여자 토오크의 합계는 두 토오크의 크기에 있어서의 상이함때문에 부분적으로 항상 양(+)의 값이다.
코일여자 토오크에 대하여, 곡선은 또한 양 및 음의 부분들을 도시하고, 음의 부분을 해칭부분이다. 이러한 곡선을 권선(15)이 항상 전압 인가되는 것으로 가정하여 로터(15)상에서의 토오크를 나타낸다. 물론, 적당한 제어 회로는 코일여자 토오크가 음으로 되게되는 싸이클의 그 부분들 동안 권선이 전압인가 되지 않도록 제공된다(제 4도에 도시). 그러므로, 코일여자 토오크 곡선의 해칭부분은 로터(15)에 의하여 실제로 도시되지 않는다. 제2도의 바닥에 있는 토오크 합계곡선은 이것을 계산하여 취한다.
권선(19)의 코일들은 제 3a 도 및 제 3b 도에 도시되었다. 제 3a 도에서 권선(19)은 2개의 바이필러(bifilar)코일(19A, 19B)들로 이루어진다. 바이필러 코일들이 사용될때, 하나의 전원스위치(Q1)는 권선에 전원작용을 제어하도록 사용된다.
표준 또는 바이필러 코일(19A, 19B)들이 사용되었을때 (제 3b 도에 도시), 한쌍의 전원스위치(Q3,Q5)들은 권선에 전원의 적용을 제어한다.
스위치(Q1,Q3,및 Q5)들은 제 4도에 도시된 바와같이 제어회로에 의하여 전기적으로 제어된다. 특히, 제 4도는 정류브리지(31)의 출력을 교차하는 제어스위치(Q1)와 직렬로 연결된 바이필러 권선(19)을 도시하엿다. 브리지(31)의 입력은 적당한 직류의 전원에 연결되고, 이것의 출력은 종래 방법대로 모두 캐패시터(C1)에 의하여 고르게 된다.
로터위치 정보는 유니폴라 홀 이펙트장치(25)에 의하여 제 4도의 회로에 공급된다. 출력전압(장치(25)로부터 3개의 리드선들 중 가운데에 있는)이 플럭스가 적거나 존재하지 않을때는 높고 플럭스가 존재할때는 낮은, 이 장치가 전류강하출력 형태로 구성되어 도시되었다.
플럭스가 존재하지 않을때, 홀 이펙트장치(25)의 높은 출력은 로터치형이 홀 이펙트 장치의 부근에 존재하지 않는 동안의 전도로 부터 pnp형 트랜지스터(Q7)를 유지한다. 예를 들면, 장치(25)의 출력은 로터가 제 1도에 도시된 위치에 있을때 높다.
로터의 치형들중 하나가 홀 이펙트 장치 부근으로 회전할대(제6A도에 도시), 장치(25)의 출력은 낮아지고, 트랜지스터(Q7)는 전도한다.
트랜지스터(Q7)의 전도는 전원스위치(Q1)를 전도와 같이 권선(19)을 전압인가하도록 한다. 펄스폭 변조 구동회로(33)는 권선에 적용된 전압을 조정하도록, 트랜지스터(Q7)와 전원스위치(Q1)사이에 배치된다. 회로(33)는 종래의 방법대로 모터전압 참조신호에 반응하여 적용되는 전압을 제어한다.
제 4도의 회로는 또한 전원스위치(Q1)와 정류브리지(31)의 (-)부분 사이에 연결된 전류 제한회로(35)를 포함한다.
로터의 제 2 실시예(45)가 제 5도에 도시되었다. 하나의 어깨부와 2개의 공기틈을 대신, 로터(45)는 상이한 깊이의 2개의 어깨부(S1, S2)들과, 세개의 공기틈(RA, RB및 RC)들을 가진다. 공기틈들은 공동부때문에 과장되었다. 로터(45)는 도면의 도시된 바와같이 반시계방향(CCW)으로 회전한다.
로터(45)의 각 치형들은 어깨부(S1,S2)들에 의하여 3개의 원호(A,B,C)(관련된 공기틈(RA, RB와 RC)들과 같이)들로 분할된다. 3개의 틈들중 Re는 가장 작고, RA는 중간크기이며 RB가 가장 크다.
틈(RA)의 쪽은 로터(45)의 호(A)가 홀 이펙트 장치에 의하여 통과하는 동안 낮은 장치출력을 유지하도록, 홀 이펙트 장치에 충분한 플린지(fringe)플럭스를 제공하도록 선택되어진다. 호(A)의 길이는 권선(19)용 스위칭 포인트와 일치하도록 선택된다. 이러한 것은 인덕턴스의 상승비율이 반시계방향으로 최대화 될때까지 긴 정지시간동안 권선(19)에서 상전류를 유지한다. 이는 로터 회전의 사전결정된 양으로 인하여 활성화된 홀 이펙트 장치를 유지한다.
로터(45)의 호(B)는 로터의 반시계 방향에 있는 구동개시 틈이다. 호(B)로 인한 공기틈(RB)은 이틈을 통한 플린지 플럭스가 홀 이펙트 장치(25)를 켜지 않도록 충분히 큰것은 중요한 것이다. 호(B)는 제거될 수 있게되나, 이것의 존재는 2가지의 잇점을 제공한다. 첫째, 전류가 반시계방향 구동 싸이클 동안 상승됨으로써, 토오크가 보다 많이 발생되어서 인덕턴스의 상승율을 증가시키고, 둘째, 스타팅동안 스타팅 토오크를 반시계방향으로 증가시킨다.
호(C)는 최소의 공기틈을 가지기 때문에 모터를 위한 주구동 토오크를 제공한다.
로터(45)를 가진 모터(11)의 작동은 제 6a-6b, 7a도 및 7b 도에 도시되었다. 제 6a 도는 로터치형들 중 하나가 영구자석(23)에 일치되어 있는 로터(45)의 전형적인 정지위치를 도시하였다. 물론, 이러한 것은 자석 여자 극들을 위한 2개의 최소 리럭턴스 위치들중 하나이다.
전원이 제 4도의 회로에 적용되었을때, 홀 이펙트 장치(25)는 자석(23)에 기인한 플럭스를 보인다. 그러므로, 장치(25)의 출력은 낮은 상태에 있다. 상기된 전압은 제 4도의 회로에 의하여 상권선(19)에 적용된다. 전류는 충분한 코일여자 플럭스가 자석멈춤 토오크보다 큰 코일여자 리럭턴스 토오크를 만들도록 할때까지 증대된다(도면에서 "X"는 페이지(page)로 전류흐름을 지시한다.)그결과, 로터(45)는 제 6b 도에 도시된 위치로 시계방향으로 회전한다.
한번 제 6도에 도시된 위치로 도달하면, 공기틈(RB)이 충분한 플럭스를 장치에 도달하도록 허용하지 않기 때문에, 홀 이펙트 장치 출력은 높아진다. 이러한 것은 상전압을 차단하고, 권선을 통한 전류는 쇠퇴하기 시작한다. 영구자석(23)에 의한 토오크는 로터(45)를 반시계방향으로 뒤로 당긴다. 운동량 때문에, 로터(45)는 제 6a 도에 도시된 위치를 지나쳐 제 6c 도에 도시된 위치에 도달한다. 이러한 운동동안, 홀 이펙트 장치(25)의 출력은 낮아진다. 그결과, 상전압은 적용되고, 권선을 통한 전류는 증가한다. 상 전류에 기인한 플럭스는 로터를 바람직한 회전방향인 반시계방향으로 당긴다.
로터(45)는 상전류에 기인한 리럭턴스 토오크의 영향하에서 반시계방향의 회전을 계속한다. 호(A)가 장치(25)를 통과하는 동안 공기틈(RA)이 홀 이펙트 장치를 연속 활성화시키는 플럭스를 허용하도록 충분히 작기 때문에, 홀 이펙트 장치(25)의 출력은 제 7a 도에 도시된 위치에 도달할때 까지 낮게 유지한다.
그러나, 제 7a 도에 도시된 위치에 한번 도달하면, 홀 이펙트 장치(25)의 출력은 높아진다. 상전압은 0으로 덜어지고, 상전류는 리럭턴스 토오크가 스테터 치형(13A,13B)이 로터 치형과 대략 완전히 일치할때 까지 계속하도록 느리게 쇠퇴한다.(제 7b 도에 도시)
이 지점에서, 상 전류는 0이다. 이때, 영구자석(23)으로 인한 토오크는 로터를 반시계방향으로 90°회전시킨다.
이러한 회전의 끝부분에서, 호(C)는 홀 이펙트 장치와 일치한다. 전압은 다시 상권선(12)에 적용되고, 로터(45)의 반시계방향 회전은 계속한다.
로터(55)의 제2의 세 틈도안이 제 8도에 도시되었다. 이러한 특별한 도안은 보다 매끄러운 일방향 스타트가 뒤따른다. 이러한 로터에 의한 모든 운동은 심지어 스타팅 동안에도 반시계방향으로 회전한다. 로터(45)와 같이, 로터(55)는 3개의 공기틈(RA,RB,및 Rc)들을 가지나, 3개의 호(A1,B1,및C1)의 길이는 로터(45)의 호길이와는 다르다.
특히, 다른것들 중에서도, 호(A1,B1,및C1)들 사이의 어떤 관계는 최소 및 최대 침투성 사이의 상이함을 유지하기 위하여 존재하는 것이 바람직하게 된다. 예를 들면, 180°와 호(A1,B1)들의 합계(각도로 측정된)사이의 차이는 호(C1, 각도로 측정된)와 같거나 또는 2.3배 크다.
로터(45)와 비교하여, 로터(55)의 공기틈(RB)은 그틈을 가로지르는 플럭스가 홀 이펙트 장치(25)의 출력을 낮게하지 않을 정도로 충분히 커야만 된다. 큰 전류상승이 따르는 상전압 및 상전류를 빨리 켜기 때문에, 호(B1)가 장치를 통과함으로써 홀 이펙트 장치의 출력은 높음으로 부터 낮음으로 가서는 안된다.
유사하게, 호(A1)에 부합하는 공기틈(RA)은 틈을 가로지르는 플럭스가 낮은 홀 이펙트 장치의 출력을 발생시키도록 충분히 작게 되어야만 한다.
이러한 공기틈(RA,RB)들의 차이때문에, 호(B1)는 초기에 침투의 변화율이 반시계방향으로 보다 높아지도록 보다 커져야만 된다. 이러한 것은 회전을 반시계방향으로 스타트하고, 그 방향으로 머무는 것을 보장한다.
비록, 틈(RA)이 낮은 홀 이펙트 장치(25)의 출력을 일으키도록 충분히 작을지라도, 틈(RA)이 틈(RC)만큼 작아서는 안된다. 틈(RA)은 영구자석(23)에 기인한 고정할 수 있는 하나의 멈춤위치이도록 등(RC)보다 커야만 한다.
로터(45)를 구비한 모터(11)의 스타팅은 제 9a-9c 도에 도시되어 있다. 스타팅은 로터가 제 9a 도에 도시된 멈춤 정지위치에 있을때 발생한다. 전원이 켜짐으로써, 홀 이펙트 장치(25)는 영구자석(23)에 기인한 플럭스를 보이고, 장치의 출력은 낮은상태로 있다. 그 결과, 상전압은 상 권선(19)에 적용된다. 상전류는 뒤따른 리럭턴스 토오크가 멈춤 토오크를 극복하여 로터(55)가 반시계방향으로 회전하기 시작할때까지 상승한다.
그리고 나서, 로터는 홀 이펙트 장치에 의하여 감지된 플럭스가 장치(25)의 출력이 높음으로 가는 지점으로 감소될때까지 반시계방향으로 회전한다. 이 지점은 대체로 제 9b 도에 도시되어있다. 홀 이펙트 장치(25)의 출력이 높게 될때, 상전압은 0으로 되고, 상전류는 쇠퇴하기 시작한다. 로터(55)는 운동량에 기인한 반시계방향으로 계속회전하고, 리럭턴스 토오크는 쇠퇴한 전류에 의하여 발생된다.
로터(55)가 제 9c 도에 도시된 위치에 도달할때, 상전류는 0으로 쇠퇴된다. 이때, 영구자석(23)에 기인한 토오크는 반시계방향으로 로터를 90°당긴다. 그리고 나서, 전원이 적용되는 동안은 회전을 계속한다.
본 발명의 제 3 실시예가 제 10-12도에 도시되었다. 대안적인 로터(65)외에는, 이 도면들에 도시된 모터(11)는 앞의 도면들의 그것들과 대체로 동일하다.
로터(65)는 로터가 홀 이펙트 장치하에서 스테터의 한 측부의 스테터(13)를 지나서 연장하도록, 로터 스택(rotor stack)의 한쪽 단부상에 고정된 추가강편(67)을 로터가 가지는 것에서 상기 논의된 로터들과 차이가 있다.
강편(67)은 몇가지 방법으로 로터의 구성을 단순화한다. 홀 이펙트 장치(25)를 통한 플럭스가 강편(67)의 호에 의하여 제어되기 때문에, 로터 자체는 제 10도에 도시된 바와같이 단지 2개의 틈(RB,RC)들만 가진다. 강편(67)이 어떤 바람직한 상대회전 위치에서 로터(65)에 고정될 수 있기 때문에, 홀 이펙트 장치용 켜짐/꺼짐 위치에서 증가한 신축성을 제공한다.
특히, 강편(67)의 배치는 홀 이펙트 장치용 켜짐/꺼짐 위치들이 결정하고, 한편 강편(67)에 의하여 한정된 호의 폭(D)은 홀 이펙트 장치가 각 상태에서 유지하는 동안 각도들을 제어한다.
더우기, 홀 이펙트 장치를 위한 플럭스의 합계이상의 제어는 증가된다. 보다 작은 자석(23)은 플럭스와 동일한 합계를 위하여 사용될 수 있다.
이러한 구성은 또한 앞서의 로터에서의 호(A)의 길이와, 호(B)의 길이들에서 속박을 경감시키기 때문에 개선된 스타팅 신축성이 따른다. 이때, 호(A)의 길이가 0이기 때문에, 180°로 되는 각도에서 호(B)의 길이를 뺀 호(B)길이의 한계는 호(C)의 길이와 같거나 2.3배 더 길다.
이러한 구성은 또한 강편(67)이 보다 용이하게 홀 이펙트 장치(25)를 통하여 적당한 플럭스레벨들을 보장하도록 만들기 때문에, 다양한 길이들로 모터(11)의 고안을 단순화한다.
제 10-12도는 모터의 구조를 도시하는 한편, 제 12도는 모터의 모든 실시예들에 대한 어떤 공통특징들을 도시한다. 예를 들면, 장치를 통한 적당한 플럭스 레벨들을 보장하도록 홀 이펙트 장치(25) 뒤에 배치된 어떤 자석강으로된 강편과 같은 플럭스 집중장치(69)를 가지는 것이 바람직하다. 다른 실시예들과 연결하여 상기 기술된 바와같이 장치(25)는 스테터 치형(13D)에 배치된다. 제12도에 도시된 바와같이, 이것은 중앙보어에 인접한 스테터 치형의 한 축선방향 단부에 설치된다.
제 12도는 또한 모터(11)의 스테터 및 로터가 종래방법으로 적층판으로 만들어진다는 사실을 도시한다.
영구자석(23)은 제 12도에서 모터의 스테터 치형상에서 축선 방향으로 중심을 둔것이 도시되었다. 다른 구성들도 가능하나, 이것들은 바람직하지 않게 적용되는 축선방향힘이 뒤따른다.
모터(11)의 제 4실시예는 제 13도 및 제 14도에 도시되었다. 이 실시예는 몇개의 독특한 특징들을 가지는 스테터를 가지고, 제 10-12도에 도시된 로터(65)와 뒷판 또는강편(67)을 사용한다. 제 13도 및 제 14도에 도시된 스테터(71)는 상기 형상의 자석(23)을 가지는 대신에 스테터 치형(71B)의 단부에 있는 평블록 자석(23A)을 가진다. 펑블록 자석들은 멈춤 토오크에서 동일한 수행에 관하여 보다 낮은 비용을 제공한다. 필요하다면 상기 형상의 자석(23) 대신에 이 자석들은 본 발명의 어떤 실시예들에서 사용될 수 있다.
제 13도 및 제 14도의 모터는 코일여자 돌출극(71A)이 자석 여자 돌축극(71B)들의 폭보다 큰 폭을 가지는 것에서 다른 실시예들과 차이가 있다. 즉, 제13도에 도시된 한 폭(A)은 다른쪽(B)보다 크다.
이러한 장치와 함게, 이것들은 제 14a 도 및 제 14b 도에 도시된 2개의 상이한 멈춤위치들과 같은, 다양한 고정 도는 멈춤위치들이다. 스타팅 토오크를 위한 가장 나쁜 경우의 위치는 제 14a 도에 도시되었다. 제 14a 도와 제 14b 도에 도시한것들 사이의 어떤 다른각도 위치는 로터가 제 14a 도에 도시된 위치에서 정지될때 그 결과 위에서 스타팅 토오크를 개선할 것이다.
일방향으로의 계속적인 스타트가 제 13도 및 제 14도의 모터로 동반되는 것을 보장하도록, 제 13도에 있는 영역(AX)에 있는 리럭턴스 는 영역(BX)에 있는 리럭턴스 보다 작아야만 된다. 더우기, 양호한 전체 수행을 취하기 위하여, 제 13도에서 각도 ANGZ은 양호한 최소-최대 리럭턴스 비율들을 유지하기 위하여 각도 ANGA보다 적어도 1.3배 정도되야 한다.
모터(11)의 4개의 모든 실시예들의 상기 기술된것으로 부터, 모든 실시예들의 자석-돌출극들이 상 권선(19)이 끊어질때, 그 영역동안 토오크를 알리는 능력을 제공한다. 모터의 기계적 시스템의 공명소음에 있어서, 이러한것은 다양한 감소가 뒤따르는 것과 함게 독특한 방법으로 파상 토오크/평균 토오크의 비율을 감소시킨다.
상기의 관점에서, 본 발명의 다양한 목적 및 특징들이 달성되고, 다른 이로운 결과들을 얻을 수 있다는 것을 알수 있다. 다양한 변경들이 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 상기 구조와 방법으로 얻어짐으로써, 상기 기술안에 포함되고 첨부된 도면에 도시된 모든 방법은 도시된 바와같이 해석될 것이고, 제한받지 않으려 한다.

Claims (35)

  1. 중앙보어에서 종료하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4의 내부돌출 치형을 가지며, 상기 4개의 치형들이 상기 중앙보어를 중심으로 하여 균등하게 떨어져 있는 스테터와 ; 상기 중앙보어를 교차하여 서로에 대해서 마주하여 배치된 상기 제 1 및 제 2 스테터 치형들과 작동하도록 관련되고, 전압이 인가되었을때 상기 제 1 및 제 2 스테터 치형들알 임시자화시키는 상 권선과 ; 서로에 대하여 180°로 배치된 2개의 외부돌출치형들을 가지며, 상기 중앙보어 안에서 회전을 위하여 배치되는 로터와 ; 상기 제 3스테터 치형의 단부에서 상기 중앙보어에 인접하여 배치되는 영구자석과 ; 상기 중앙보어 안에서 상기 로터의 회전위치를 감지하기 위하여 상기 제 4스테터 치형에 배치되는 로터위치 감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로터위치 감지수단이 홀 이펙트 장치센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 로터위치 감지수단이 서치코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  4. 제1항에 있어서, 로터의 각 치형이 사전결정된 곡면을 가지며, 상기 중앙보어에 마주하는 영구자석의 단부는 상기 로터의 치형곡면에 대하여 보충곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중앙보어에 인접한 영구자석의 단부가 제 3스테터 치형의 단부를 형성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 중앙보어에 인접한 영구자석의 단부가 평평한 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2스테터 치형들이 상기 제 3 및 제 4 치형들 보다 넓은것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  8. 제1항에 있어서, 모터의 회전축선으로 부터 측정됨으로써, 상기 로터치형들 사이에 있는 로터의 그부분에 의한 호각도가 제 1스테터 치형에 의한 호각도보다 큰것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  9. 제8항에 있어서, 로터 치형들 사이에 있는 로터의 그 부분에 의한 호각도가 제 1스테터 치형에 의한 호각도의 1.3배인 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  10. 중앙보어에서 종료하는 제 1,제 2,제 3 및 제 4의 내부돌출 치형을 가지는 스테터와 ; 상기 중앙보어를 교차하여 서로에 대해서 마주하여 배치된 상기 제 1 및 제 2스테터 치형들과 작동하도록 관련되고, 전압이 인가되었을때 상기 제 1 및 제 2스테터 치형들을 임시자화시키는 상 권선과 ; 서로에 대하여 180°로 배치된 2개의 외부돌출치형들을 가지며, 상기 중앙보어 안에서 회전을 위하여 배치되는 로터와 ; 상기 제 1 및 제 2스테터 사이에서 뽑아낸 선의 다른 측부상에는 없으며, 상기 제 1 및 제 2스테터 사이에서 뽑아낸 선의 한측부 상에 있는 위치에서 상기 중앙보어에 인접하여 배치되고, 상기 제 3 스테터의 단부에서 배치되는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 중앙보어안에서 상기 로터의 회전위치를 감지하기 위하여 상기 제 4스테터 치형에 배치되는 로터위치 감지수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  12. 제10항에 있어서, 로터의 각 치형이 사전 결정된 곡면을 가지며, 상기 중앙보어를 마주하는 영구자석의 단부는 상기 로터의 치형곡면에 대하여 보충곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  13. 제10항에 있어서, 상기 중앙보어에 인접한 영구자석의 단부가 제 3스테터 치형의 단부를 형성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  14. 제10항에 있어서, 상기 영구자석이 제 1 및 제 2스테터 치형들로 부터 90°로 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  15. 중앙보어에서 종료하는 제 1,제 2,제 3 및 제 4의 내부돌출 치형을 가지며, 상기 4개의 치형들이 상기 중앙보어를 중심으로 하여 균등하게 떨어져 있는 스테터와, 상기 중앙보어를 교차하여 서로에 대해서 마주하여 배치된 상기 제 1 및 제 2스테터 치형들과 작동하도록 관련되고, 전압이 인가되었을때 상기 제 1 및 제 2스테터 치형들을 임시자화시키는 상 권선과 ; 서로에 대하여 180°로 배치된 2개의 외부돌출치형들을 가지며, 상기 중앙보어 안에서 회전을 위하여 배치되는 로터와 ; 상기 제 3스테터 치형의 단부에서 상기 중앙보어에 인접하여 배치되고, 상기 제 1 및 제 2스테터 치형으로 부터 90°로 배치되는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  16. 제15항에 있어서, 상기 중앙보어 안에서 상기 로터의 회전위치를 감지하기 위하여 상기 제 4스테터 치형에 배치되는 로터위치 감지수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  17. 제15항에 있어서, 로터의 각 치형이 사전 결정된 곡면을 가지며, 상기 중앙보어를 마주하는 영구자석의 단부는 상기 로터의 치형곡면에 대하여 보충곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  18. 중앙보어에서 종료하는 제 1,제 2,제 3 및 제 4의 내부돌출 치형을 가지는 스테터와; 상기 중앙보어를 교차하여 서로에 대해서 마주하여 배치된 상기 제 1 및 제 2스테터 치형들과 작동하도록 관련되고, 전압이 인가되었을때 상기 제 1및 제 2스테터 치형들을 임시자화시키는 상 권선과 ;서로에 대하여 180°로 배치된 2개의 외부돌출치형들을 가지며, 상기 앙보어 안에서 회전을 위하여 배치되며, 상기 2개의 치형들 각각이 상기 치형들과 상기 스테터 사이에 제 1 및 제 2 공기틈들을 제공하도록 이것의 방사상 최외부면을 다른 어깨부를 가져서, 원주방향으로 회전하는 로터와 ;상기 제3 스테터 치형의 단부에서 상기 중앙보어에 인접하여 배치되는, 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  19. 제18항에 있어서, 상기 중앙보어 안에서 상기 로터의 회전위치를 감지하기 위하여 상기 제 4스테터 치형에 배치되는 로터위치 감지수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  20. 제18항에 있어서, 로터의 각 치형이 사전 결정된 곡면을 가지며, 상기 중앙보어를 마주하는 영구자석의 단부는 상기 로터의 치형곡면에 대하여 보충곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  21. 제18항에 있어서, 상기 영구자석이 제 1 및 제 2스테터 치형들로 부터 90°로 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  22. 제18항에 있어서, 로터의 각 치형이 상기 로터의 치형들과 스테터 사이에 제 1, 제 2 및 제 3의 공기틈들을 제공하도록 상이한 깊이의 한쌍의 어깨부를 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  23. 제22항에 있어서, 상기 중앙보어 안에서 로터의 회전위치를 감지하기 위하여 제 4스테터 치형에 배치되고, 상기 중앙보어에 인접하여 제 4스테터 치형의 한 축선방향 단부에 배치되는 홀 이펙트 장치와 ; 상기 홀 이펙트 장치 뒤에 배치된 플럭스 집중기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  24. 제22항에 있어서 상기 중앙보어 안에서 로터의 회전위치를 감지하기 위하여 제 4스테터 치형에 배치되고, 상기 중앙보어에 인접하여 제 4스테터 치형의 한 축선방향 단부에 배치되는 홀 이펙트 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  25. 제24항에 있어서, 상기 로터의 중심에서 보았을때, 상기 로터치형들의 어깨부들이 상기 제 1, 제 2 및 제 3의 공기틈들과 상응하는 제 1, 제 2 및 제 3의 호들을 한정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  26. 제25항에 있어서, 180°와 제 1 및 제 2호들의 합계사이의 차이가 제 3호와 동일하거나 또는 2.3배 큰것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  27. 제25항에 있어서, 제 1호가 제2호 보다 크고, 제 1공기틈이 제 2공기틈보다 큰것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  28. 제25항에 있어서, 제 1공기틈은 제 2공기틈 보다 크고, 상기 제 1공기틈은 너무커서 홀 이펙트 장치를 활성화시킬 수 없으며, 상기 제 2공기틈은 상기 홀 이펙트 장치를 활성화시키도록 충분히 작은것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제 2호의 크기가 상기 로터 회전의 사전 결정된 합계로 인하여 활성화된 홀 이펙트 장치를 유지하도록 상 권선의 쇠퇴 특징들에 일치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  30. 제25항에 있어서, 상기 제 2공기틈이 제 3공기틈보다 커서, 상기 제 3공기틈이 상기 로터의 멈춤위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  31. 중앙보어에서 종료하는 제 1,제 2,제 3 및 제4의 내부돌출 치형을 가지는, 스테터와, 상기 중앙보어를 교차하여 서로에 대해서 마주하여 배치된 상기 제 1 및 제 2스테터 치형들과 작동하도록 관련되고, 전압이 인가되었을때 상기 제 1 및 제 2스테터 치형들알 임시자화시키는 상 권선과 ; 서로에 대하여 180°로 배치된 2개의 외부돌출치형들을 가지며, 상기 중앙보어 안에서 회전을 위하여 배치되며, 상기 2개의 치형들 각각이 상기 치형들과 상기 스테터 사이에 제 1 및 제 2공기틈들을 제공하도록 이것의 방사상 최외부면을 다른 어깨부를 가져서, 원주방향으로 회전하는 로터와 ; 상기 제 3스테터 치형의 단부에서 상기 중앙보어에 인접하여 배치되는, 영구자석과 ; 상기 로터치형에 인접한 상기 로터의 한 단부에 대하여 고정된 기하학적 관계로 고정되나 상기 로터로 부터 사전 결정된 합계만큼 회전변이하며, 공기의 침투성보다 큰 침투성을 가지며, 상기 로터치형에서 측정된 로터의 폭과 동일한 폭을 가지는 분리단편을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  32. 제31항에 있어서, 상기 로터중심으로 부터 측정됨으로써, 상기 제 1공기틈을 한정하는 상기 로터치형의 그 부분은 상기 제 1호를 내재하며, 상기 제 2공기틈을 한정하는 로터치형의 그 부분은 상기 제 2호를 내재하며, 상기 분리단편은 상기 제 3호 내재하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  33. 제32항에 있어서, 180°와 제 1호의 차이가 제 2호와 동일하거나 또는 2.3배 큰것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  34. 제33항에 있어서, 상기 분리단편에 의하여 내재된 호는 상기 제 1 및 제 2호들의 값에 관계없는 것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
  35. 제31항에 있어서, 상기 영구자석이 상기 제 3스테터 치형에 대하여 축선방향으로 중심을 둔것을 특징으로 하는 하이브리드 단상 가변성 리럭턴스 모터.
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