KR100253254B1 - 스위치드 리럭턴스 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위치드 리럭턴스 모터에 관한 것으로, 본 발명은 고정자와 그 고정자에 권선되는 코일과, 상기 고정자의 내부에 위치하는 회전자를 포함하여 구성된 스위치드 리럭턴스 모터에서, 상기 회전자에 십자형으로 보조권선이 감겨서 상기 고정자 및 코일에 의해 발생된 자장에 의해 상기 보조권선에 전류가 흐르고, 그 보조권선에 의해 고정자에 발생된 자장 방향과 수직 방향의 자장이 형성되도록 하여, 회전자를 회전시키기 위한 구동력을 발생시키기 위하여 상기 고정자와 회전자에서 발생되는 반경방향의 힘을 보조권선을 사용하여 인덕턴스의 힘을 발생시켜 상기 반경방향의 힘을 감쇄시킴으로써 진동 및 소음 발생을 최소화하여 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

스위치드 리럭턴스 모터

본 발명은 모터에 관한 것으로, 특히 회전자에 보조권선을 갖는 스위치드 리럭턴스 모터(SRM; Switched Reluctance Motor)에 관한 것이다.

도 1은 스위치드 리럭턴스 모터의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이,상기 스위치드 리럭턴스 모터는 소정의 형상으로 형성된 고정자(Stator)(1)와 상기 고정자(1)에 권선되는 코일(2)과, 상기 고정자(1)의 내부에 위치하는 회전자(Rotor)(3)를 포함하여 구성된다.

상기 고정자(1)는 소정의 폭을 갖는 원통형의 내측으로 코일(2)이 권선되도록 소정의 길이로 돌출된 다수개의 코일권선부(1a)가 방사형으로 형성되어 있고, 상기 고정자(1)의 코일권선부(1a)에 각각 코일(2)이 권선되어 있다. 상기 코일권선부(1a)는 짝수개로 형성되며 서로 마주보는 코일권선부(1a)가 하나의 상을 이루게 된다. 도 1에 도시된 고정자(1)는 6개의 코일권선부(1a)에 코일(2)이 감긴 3상을 도시한 것이다. 상기 고정자(1)는 일반적으로 얇은 철판이 다수개 적층되어 이루어진다.

그리고 상기 회전자(3)는 원통형으로 상기 고정자(1)의 높이와 상응하게 형성되며 원통형 외주면에는 코일권선부(1a)의 폭과 상응하는 폭으로 돌출된 돌극부(3a)가 다수개 방사형으로 형성되어 이루어진다. 상기 돌극부(3a)는 짝수로 형성되며, 도 1에 도시된 회전자(3)는 4개의 돌극부(3a)가 형성되어 있다. 그리고 상기 회전자(3)의 중심에는 모터의 작동시 회전력을 외부로 전달하게 되는 회전축이 압입되는 관통공(3b)이 형성되어 있다.

상기한 바와 같은 스위치드 리럭턴스 모터의 작동은 다음과 같다.

먼저, 임의의 A상에 여자 되어 있을 때 회전자(3)는 순수하게 리럭턴스 힘에 의해 반시계방향으로 회전하게 되며, 이어 A상의 여자를 턴오프(Turn-Off)시키고 B상을 연이어 턴온(Turn-On)함을 번갈아 가며 연속적으로 각 상을 여자시키게 되면 계속적으로 회전자(3)가 회전하게 된다.

한편, 상기 회전자(3)에 회전력(Torque)을 발생시키기 위해서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 고정자(1)에 전류가 흐를 때 총발생 토크와 고정자(1)와 회전자(3)간의 인력에 의한 반경방향의 힘 F(r)이 작용하게 된다. 이 힘 F(r)이 최고가 되는 시점은 상의 턴오프가 되는 시점으로 상당히 큰힘이 고정자(1)와 회전자(3)사이에 작용하게 된다.

그러나, 상기 구조에서, 고정자(1)와 회전자(3)간의 인력에 의한 반경방향의 힘 F(r)이 최고로 작용하는 시점에서 상당히 큰힘이 고정자(1)와 회전자(3)사이에 작용하게 됨으로 이 힘에 의해 고정자(1)가, 도 3a, 3b에 도시한 바와 같이, 변형하게 되어 진동 소음을 유발시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 회전자에 흐르는 자속변화를 회전방향의 토크로 변화시켜 반경방향으로 작용하는 힘을 감소시켜 진동소음을 최소화할 수 있도록 한 스위치드 리럭턴스 모터를 제공함에 있다.

도 1은 종래 스위치드 리럭턴스 모터를 개략적으로 도시한 평면도,

도 2는 종래 스위치드 리럭턴스 모터 작동시 발생되는 상전류, 발생토크, 반경방향힘에 대한 그래프,

도 3a 및 3b는 종래 스위치드 리럭턴스 모터의 작동시 고정자의 변형상태를 도시한 평면도,

도 4는 본 발명의 스위치드 리럭턴스 모터를 개략적으로 도시한 평면도,

도 5는 본 발명의 스위치드 리럭턴스 모터에서 회전자를 도시한 평면도,

도 6은 본 발명의 스위치드 리럭턴스 모터의 작동시 발생되는 힘의 관계를 도시한 모터의 부분 확대도,

도 7은 본 발명의 스위치드 리럭턴스 모터에서 고정자와 회전자 보조권선에서 발생되는 전류를 도시한 그래프,

도 8a 및 8b는 본 발명의 스위치드 리럭턴스 모터에서 회전자에 권선되는 보조권선의 감긴방향을 도시한 회전자의 평면도,

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 ; 고정자 2 ; 코일

3 ; 회전자 3a ; 회전자 돌극부

3c ; 회전자 슬릿 4 ; 보조권선

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 고정자와, 상기 고정자에 권선되는 코일과, 상기 고정자의 내부에 위치하는 회전자를 포함하여 구성된 스위치드 리럭턴스 모터에 있어서; 상기 회전자에 십자형으로 보조권선이 감겨서 상기 고정자 및 코일에 의해 발생된 자장에 의해 상기 보조권선에 전류가 흐르고, 그 보조권선에 의해 고정자에 발생된 자장 방향과 수직 방향의 자장이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 스위치드 리럭턴스 모터가 제공된다.

상기 보조권선은 회전자에 돌출되어 극을 이루는 돌극부에 다수개의 슬릿을 각각 형성하고 상기 슬릿에 서로 수직이 되게 감겨진 것을 특징으로 하는 스위치드 리럭턴스 모터가 제공된다.

이하, 본 발명의 스위치드 리럭턴스 모터를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스위치드 리럭턴스 모터는, 도 4에 도시한 바와 같이, 고정자(1)와, 상기 고정자(1)에 권선되는 코일(2)과, 상기 고정자(1)의 내부에 위치하는 회전자(3)를 포함하여 구성됨은 종래의 구조와 같다. 그리고 상기 회전자(3)에 십자형으로 보조권선(4)이 감긴다.

상기 보조권선(4)은 상기 고정자(1) 및 코일에 의해 발생된 자장에 의해 상기 보조권선(4)에 유도 전류가 흐르고, 그 보조권선(4)에 의해 고정자(1)에 발생된 자장 방향과 수직 방향의 자장이 형성되도록 한다.

상기 보조권선(4)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 회전자(3)에 돌출되어 극을 이루는 돌극부(3a)에 다수개의 슬릿(3c)을 각각 형성하고 상기 슬릿(3c)에 서로 수직이 되게 감겨진다. 그리고 상기 보조권선(4)은 회전자(3)의 가운데에 회전축이 삽입될 경우 그 회전축과 단락되지 않도록 권선된다.

이하, 본 발명의 스위치드 리럭턴스 모터의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고정자(1)에 권선된 코일에 전류가 인가되어 임의의 A상에 여자 되어 있을 때, 도 6에 도시한 바와 같이, 회전자(3)는 순수하게 리럭턴스 힘에 의해 반시계 방향으로 회전하게 되며, 이어 A상의 여자를 턴오프(Turn-Off)시키고 B상을 연이어 턴온(Turn-On)함을 번갈아 가며 연속적으로 각 상을 여자시키게 되면 계속적으로 회전자(3)가 회전하게 된다. 이때 회전자(3)를 회전시키도록 하는 리럭턴스의 힘이 작용하는 것과 동시에 회전자(3)에 권선된 수평방향(도면상)의 보조권선(4)에 백 이엠에프(Back EMF)가 발생되고 이 백 이엠에프는 수직방향 일직선상으로 형성된 돌극부(3a)에 전류를 흐르게 하여 인덕턴스 힘을 발생시키게 된다. 이 인덕턴스 힘에 의해 반경방향으로 작용하는 힘 Fr이 상쇄되며 이로 인하여 소음/진동 발생을 감소시키게 된다.

한편, 상기 리럭턴스의 힘이 최고가 되는 시점은 상의 턴오프가 되는 시점으로 상당히 큰 힘이 고정자(1)와 회전자(3)사이에 작용하게 된다. 이때 회전자(3)에 권선된 보조권선(4)에 흐르는 전류는, 도 7에 도시한 바와 같이, 고정자(1)의 전류 변화가 심한 턴온부분과 턴오프부분에서 크게 흐르게 되며, 이로 인하여 이때 인덕션에 의한 보조적인 힘이 더욱 많이 발생하게 되어 토크 리플(Torque Ripple) 감소 및 반경반향의 힘 Fr이 감소된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 스위치드 리럭턴스 모터는 회전자를 회전시키기 위한 구동력을 발생시키기 위하여 발생되는 반경방향의 힘을 보조권선을 사용하여 인덕턴스의 힘을 발생시켜 상기 반경방향의 힘을 감쇄시킴으로써 진동 및 소음 발생을 최소화하여 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 고정자와, 상기 고정자에 권선되는 코일과, 상기 고정자의 내부에 위치하는 회전자를 포함하여 구성된 스위치드 리럭턴스 모터에 있어서; 상기 회전자에 십자형으로 보조권선이 감겨서 상기 고정자 및 코일에 의해 발생된 자장에 의해 상기 보조권선에 전류가 흐르고, 그 보조권선에 의해 고정자에 발생된 자장 방향과 수직 방향의 자장이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 스위치드 리럭턴스 모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 보조권선은 회전자에 돌출되어 극을 이루는 돌극부에 다수개의 슬릿을 각각 형성하고 상기 슬릿에 서로 수직이 되게 감겨진 것을 특징으로 하는 스위치드 리럭턴스 모터.