KR100408052B1 - 회전 왕복동식 영구자석형 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터는 고정자(10)의 내측에 회전자(20)가 회전가능하게 삽입되어 있고, 그 회전자(20)의 중심에 출력축이 되는 회전축(30)이 고정되어 있는 자기저항 모터에서, 상기 고정자(10)는 고정자측 코아(12)의 전,후측내주면에 코일(16)이 감긴 1쌍의 고정자측 티스(15)가 각각 형성되고, 상기 회전자(20)는 고정자측 티스(15)가 교대로 여자되는 것에 의하여 고정자측 티스(15) 사이의 왕복회전영역에서 일정각도 왕복회전될 수 있도록 회전자측 코아(22)의 전,후측에 회전자측 티스(23)가 각각 돌출 형성되도록 하여, 대각선 방향의 각상(La 또는 Lb)에 교대로 전류를 인가하여 각상을 여자시킴으로써 회전자(20)가 일정각도 내에 형성된 왕복회전영역에서 왕복회전운동하게 된다.

Description

회전 왕복동식 영구자석형 모터{RESONANCE TYPE MAGNET MOTOR}

본 발명은 회전 왕복동식 영구자석형 모터에 관한 것으로, 특히 회전자가 일정각도 내에서 왕복회전운동 하도록 하는데 적합한 회전 왕복동식 영구자석형 모터에 관한 것이다.

일반적인 자기저항 모터는 다상의 고정자에 권취된 코일에 공급되는 전원을 스위칭 소자를 이용하여 단속함으로써 회전 토오크(TORQUE)를 발생시키게 되는데, 회전자와 고정자간의 여자상태를 순차적으로 가변시킴으로써 자기 흡입력에 의하여 정방향 회전 토오크를 발생시킬 수 있고, 특정 여자상태를 가변시키지 않을 때에는 일정위치에서 회전자가 정지하도록 할 수 있으며, 최대 인덕턴스 형상을 기점으로 스위칭 소자에 인가되는 입력펄스 신호의 위상을 제어함으로써 역회전력을 발생시킬 수 있는 다양한 구동제어가 가능함에 따라 방향제어가 필요한 전자제품들에 적용되어 사용되고 있다.

이러한 자기저항 모터의 일예를 도 1을 참고하여 간단히 설명하면, 원통형의 고정자(1) 내측에 회전자(2)가 회전가능하게 삽입되어 있고, 그 회전자(2)의 중심에는 출력축이되는 회전축(3)이 압입고정되어 있으며, 상기 회전자(2)의 위치를 검출하기 위한 위치검출수단 및 그 검출된 위치에 따라 제어하기 위한 제어부 등이 구비되어 있다.

그리고, 상기 고정자(1)는 몸체부의 내측에 일정각도(60°간격)로 6개의 고정자측 티스(TEETH)(1a)가 돌출형성되어 있고, 그 각각의 고정자측 티스(1a)에는 코일(4)이 권취되어 각각 고정자극을 이루고 있으며, 그 고정자극들은 서로 대각선 방향의 고정자극들끼리 서로 전기적으로 연결되어 동일한 극성이 발생되는 3상(La,Lb,Lc)을 이루도록 되어 있다.

그리고, 상기 회전자(2)는 외주면에 일정각도(90°)로 4개의 회전자측 티스(2a)가 돌출형성되어 있어서, 상기 고정자측 티스(1a)의 단부와 공극을 형성하며 회전하도록 되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 종래 자기저항 모터는 위치검출수단에 의하여 회전자측 티스(2a)의 위치를 검출하여 위치검출펄스를 출력함으로써 위치검출펄스에 동기시켜 3상(La,Lb,Lc)의 여자 코일(4)에 전류를 인가하면 전자기력이 발생된다.

그리고, La상에 전류를 인가하여 여자시켜서 전자기력을 발생시킨 다음, Lb상에 전류를 인가하여 여자시키면 회전자(2)의 회전자측 티스(2a)가 자기저항을 최소화하기 위하여 시계반대반향으로 회전하는 회전 토크를 발생하게 되며, 그와 같이 각상의 여자상태를 순차적으로 가변시켜서 회전자(2)가 회전하는 구동력을 발생시키게 된다.

또한, 상기와 같이 회전자(2)를 한방향으로 고속회전시키거나 위상제어를 통하여 역방향으로 고속회전시켜서 그 회전력을 기계적인 장치의 동력원으로 이용하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 자기저항 모터는 일방향 또는 역방향으로의 고속회전은 가능하나 일정각도 내에서 고속의 왕복회전운동이 불가능하여 이러한 고속의 왕복운동이 필요한 기구나 장치에는 적용이 불가능하고, 적용을 하더라도 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 별도의 변환기구를 반드시 갖추어야 하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 회전자가 일정각도 내를 고속으로 왕복회전할 수 있도록 하여 왕복회전운동이 필요한 기구나 장치에 별도의 변환기구 없이 적용할 수 있도록 하는데 적합한 회전 왕복동식 영구자석형 모터를 제공함에 있다.

도 1은 도 종래 자기저항 모터의 구조를 보인 횡단면도.

도 2는 본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터의 구조를 보인 분해사시도.

도 3은 본 발명의 종단면도.

도 4는 도 3의 A-A'선을 절취하여 보인 단면도.

도 5는 본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터의 동작을 보인 단면도.

도 6은 종래 자기저항 모터와 본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터의 인덕턴스 비교 그래프.

도 7은 종래 자기저항 모터와 본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터의 토크 비교 그래프.

도 8은 종래 자기저항 모터와 본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터의 다이나모 테스트 비교그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 고정자 12 : 고정자측 코아

15 : 고정자측 티스 15a,23a : 요부

15b,23b : 돌부 16 : 코일

20 : 회전자 22 : 회전자측 코아

23 : 회전자측 티스

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 고정자의 내측에 회전자가 회전가능하게 배치되는 자기저항 모터에 있어서, 상기 고정자는 고정자측 코아의 전,후측 내주면에 코일이 감긴 1쌍의 고정자측 티스가 각각 형성되고, 상기 회전자는 고정자측 티스가 교대로 여자되는 것에 의하여 고정자측 티스 사이의 왕복회전영역에서 일정각도 왕복회전될 수 있도록 회전자측 코아의 전,후측에 회전자측 티스가 각각 돌출 형성되며, 상기 고정자측 티스의 전면에는 상,하방향으로 요부와 돌부가 교대로 형성되어 있고, 상기 회전자측 티스의 전면에는 상기 고정자측 티스에 형성된 요부와 돌부에 중첩이 되도록 결합되는 요부와 돌부가 상,하방향으로 교대로 형성되어 있어서 플럭스가 넓게 형성되는데 따른 토크가 증대되도록 한 것을 특징으로 하는 회전 왕복동식 영구자석형 모터가 제공된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터를 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터의 일실시예를 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 종단면도이며, 도 4는 도 3의 A-A'선을 절취하여 보인 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터는 고정자(10)의 내측에 회전자(20)가 회전가능하게 삽입되어 있고, 그 회전자(20)의 중심에는 출력축이 되는 회전축(30)이 압입고정되어 있다.

상기 고정자(10)는 라미네이션 시트들이 적층되어 고정자측 코아(12)가 형성되어 있고, 그 고정자측 코아(12)의 내부 양측의 비회전영역(13)(13')을 제외한 전,후측의 왕복회전영역(14)(14')에는 한 쌍의 고정자측 티스(15)가 각각 형성되어 있으며, 그 고정자측 티스(15)에는 전류를 인가하는 것에 의하여 고정자측 티스(15)를 여자시키기 위한 코일(16)이 각각 권취되어 있다.

상기 회전자(20)는 라미네이션 시트가 적층되어 회전자측 코아(22)가 형성되어 있고, 그 회전자측 코아(22)의 전,후측(180°위치)에 돌출되도록 각각 회전자측 티스(23)가 돌출형성되어 있어서, 상기 고정자의 티스(15)가 교대로 여자되는 것에 의하여 왕복회전영역(14)(14')을 왕복회동하도록 되어 있다.

또한, 상기 고정자측 티스(15)의 전면에는 상,하방향으로 요부(15a)와 돌부(15b)가 교대로 형성되어 있고, 그 고정착측 티스(15)의 요부(15a)와 돌부(15b)에 결합되도록 상기 회전자측 티스(23)의 전면에 상,하방향으로 요부(23a)와 돌부(23b)가 교대로 형성되어 있어서, 넓은 플럭스(FLUX)의 형성에 따른 토오크가 증대될 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 고정자측 티스(15)에 권취되어 있는 코일(16)은 서로 대각선 방향의 코일(16)끼리 전기적으로 연결되어 있어서 스위치를 조작하는 것에 의하여 대각선 방향의 코일(16)에 전류를 인가하여 대각선 방향으로 동시에 여자시키는 것에 의하여 하나의 상(La 또는 Lb)이 이루어 지도록 되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터는 고정자측 티스(15)에 권취되어 있는 코일(16)에 전류를 인가하면 전기적으로 연결되어 있는 코일(16)의 대각선 방향 고정자측 티스(15)가 동시에 여자되고, 회전자(20)의 회전자측 티스(23)는 자기저항이 "0"이 되는 방향으로 회전하며 회전 토크를 발생시키게 된다.

그리고, 스위칭 수단에 의하여 각상(La 또는 Lb)에 전류를 교대로 인가하면 여자되는 방향으로 회전자(20)가 일정각도 내에서 정,역회전을 반복하게 되어 도 5에 점선으로 표시된 바와 같이 왕복회전영역(14)(14') 내에서 왕복회전을 하게 되고, 그와 같은 회전자(20)의 왕복회전에 의하여 출력축이 되는 회전축(30)이 일정각도 왕복회전을 하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 고정자(10)의 요부(15a)에 회전자(20)의 돌부(23b)가 삽입되고, 고정자(10)의 돌부(15b)가 회전자의 요부(23a)에 삽입되도록 결합되어 있어서, 여자시 플럭스가 넓게 형성되므로 토크가 크게 발생 된다.

도 6은 종래의 자기저항 모터와 본 발명 모터의 인덕턴스를 측정하여 비교한 그래프로, 종래 자기저항 모터에서 인덕턴스(INDUCTANCE)의 최대치/최소치(MAX/MIN) 비가 3인데 반하여 본 발명에서 인덕턴스(INDUCTANCE)의 최대치/최소치(MAX/MIN) 비는 4.5로 나타나서 종래의 자기저항 모터에 비하여 본 발명의 자기저항 모터가 50% 정도 증가되었으며, 이와 같은 점은 모터의 전체 크기를 증대시키지 않고도 효율을 대폭적으로 증대시킬 수 있는 잇점이 있다.

도 7은 종래의 자기저항 모터와 본 발명 모터의 스태틱 토크를 비교한 그래프로, 그래프에 나타난 바와 같이, 일정 전류에서 모터의 힘을 측정하는 스태틱 토크 테스트에서도 전류에 따라 종래의 자기저항 모터와 비교하여 본 발명의 자기저항 모터가 30~45% 정도의 토크가 증가 되었다.

도 8은 종래 자기저항 모터와 본 발명 모터의 효율을 비교 측정한 그래프로, 그패프에서와 나타난 것과 같이, 다이나모 테스터(DYNAMO TESTER)에서 측정한 결과 종래 자기저항 모터와 비교하여 본 발명의 자기저항 모터가 10% 이상의 효율이 증가되었음을 확인 할 수 있었고, 이와 같은 점은 통상적으로 새로운 모터의 개발시 1~2%의 효율증대가 상당히 어려운 점을 감안할때 획기적으로 효율이 증가되었음을 확인할 수 있었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 회전 왕복동식 영구자석형 모터는 고정자의 코아 내부 전,후면에 한 쌍의 고정자측 티스를 형성하고, 회전자의 코어 전후면에 돌출되도록 회전자측 티스를 형성하며, 상기 고정자측 티스에 각각 코일을 권취함과 아울러 대각선방향의 코일을 전기적으로 연결되도록 하여, 대각선 방향으로 각상에 전류를 교대로 여자시키는 것에 의하여 회전자가 왕복회전운동영역에서 왕복회전하도록 함으로써, 그 회전자에 고정된 회전축이 일정각도 왕복회전하게 되어 별도의 변환기구 없이 장치에서 왕복회전운동을 필요로 하는 부분에 간단하게 직결하여 사용할 수 있다.

Claims (2)

1. 고정자의 내측에 회전자가 회전가능하게 배치되는 자기저항 모터에 있어서, 상기 고정자는 고정자측 코아의 전,후측 내주면에 코일이 감긴 1쌍의 고정자측 티스가 각각 형성되고, 상기 회전자는 고정자측 티스가 교대로 여자되는 것에 의하여 고정자측 티스 사이의 왕복회전영역에서 일정각도 왕복회전될 수 있도록 회전자측 코아의 전,후측에 회전자측 티스가 각각 돌출 형성되며, 상기 고정자측 티스의 전면에는 상,하방향으로 요부와 돌부가 교대로 형성되어 있고, 상기 회전자측 티스의 전면에는 상기 고정자측 티스에 형성된 요부와 돌부에 중첩이 되도록 결합되는 요부와 돌부가 상,하방향으로 교대로 형성되어 있어서 플럭스가 넓게 형성되는데 따른 토크가 증대되도록 한 것을 특징으로 하는 회전 왕복동식 영구자석형 모터.
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