KR100437058B1 - 단상 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단상 모터에 관한 것으로서, 특히 회전자에 링 마그네트를 장착하고, 링 마그네티의 일측에 파킹 마그네트와 홀 센서를 장착한 단상 모터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 단상모터는 계자 코일이 권선된 고정자와, 상기 고정자와의 사이에 발생되는 전자기력에 의해 회전되는 회전자와, 상기 회전자에 일체로 회전되도록 결합된 링형 마그네트와, 상기 링형 마그네트의 일측에 배치되어 제동시 상기 링형 마그네트와 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자를 유효토크발생영역에 제동시키는 파킹 마그네트와, 상기 링형 마그네트의 타측에 배치되어 상기 회전자의 회전시 상기 링형 마그네트와 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하여 상기 회전자의 위치 및 속도를 검출하는 홀센서로 이루어지기 때문에 전체적인 구조가 간단하고 저렴하여 실용성이 높다.

Description

단상 모터{Single phase motor}
본 발명은 단상 모터에 관한 것으로서, 특히 회전자에 링 마그네트를 장착하고, 링 마그네티의 일측에 파킹 마그네트와 홀 센서를 장착한 단상 모터에 관한 것이다.
일반적으로 단상 모터는 유니버셜 모터, BLDC, 스위치드 릴럭턴스 모터 등이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회로도이다.
종래 기술에 따른 단상 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor,SRM)는 구동부(10)와, 상기 구동부(10)로부터 전류를 공급받는 계자 코일(2a)이 권선된 고정자(2)와, 상기 고정자(2)의 내부에 삽입되어 상기 계자 코일(2a)에 전류가 흐르면 상기 고정자(2)와의 사이에 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 일방향으로 회전되는 회전자(4) 등으로 이루어진다.
좀 더 자세히 설명하면, 상기 고정자(2)는 상하가 개방된 원통형으로 형성된요크(2b)와, 상기 요크(2b)의 내벽에서 상기 회전자(4)를 향해 원주방향으로 일정 간격을 두고 돌출 형성된 6개의 돌극(2c)과, 상기 6개의 돌극(2c)에 권선된 계자 코일(2a)로 이루어진다.
상기 회전자(4)는 원주방향으로 일정 간격을 두고 6개의 돌극(4a)이 돌출 형성된 코어(4b)가 적층되어 형성되고, 상기 회전자(4)의 중앙에는 외부로 모터의 구동력을 전달하는 회전축(6)이 축설되어 상기 회전자(4)와 함께 회전된다.
상기 구동부(10)는 상기 회전자(4)의 위치나 속도를 감지하는 광센서 또는 홀센서 등으로부터 신호를 전달받아 상기 계자 코일(2a)에 흐르는 전류의 세기를 가변시킨다.
이와 같은 단상 스위치드 릴럭턴스 모터는 구동부(10)에 의해 계자 코일(2a)에 전류가 흐르면 고정자(2)와 회전자(4) 사이에 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)가 발생되어 상기 회전자(4)가 자기회로의 저항이 최소가 되는 방향으로 회전된다.
한편, 종래의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터는 상기 고정자의 돌극(2c)에 보조 코일(미도시)을 권선하거나 자력을 이용하여 기동시 상기 회전자의 돌극(4a)이 상기 고정자의 돌극(2c)에 대해서 유효토크발생영역에 위치되도록 하기 때문에 상기 회전축(6)이 항상 일방향으로 회전된다.
그러나, 종래 기술에 따른 단상 모터는 스위칭 소자의 갯수가 적어 구동부의 구조가 비교적 간단하고 저렴하지만, 기동을 위해 보조 코일을 권선하거나 자력을 이용하고 운전을 위해 광센서나 홀센서를 이용하기 때문에 전체적인 구조가 복잡하고 비교적 제조원가가 높아 실용성이 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기동과 운전을 위한 부가적인 장치가 간단하게 구현되어 실용성이 큰 단상 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회로도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 사시도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전자 어셈블 리가 도시된 측면도,
도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전자 어셈블 리가 도시된 측면도,
도 4b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전자 어셈블 리가 도시된 측단면도,
도 5a는 본 발명에 따른 단상 스위치드 릴럭턴스 모터가 제동될 때 정렬전 상태가 도시된 도면,
도 5b는 본 발명에 따른 단상 스위치드 릴럭턴스 모터가 제동될 때 정렬 후 상태가 도시된 도면,
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 측단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
50 : 고정자 52 : 회전자
54 : 링형 마그네트 56 : 파킹 마그네트
58 : 홀센서 60 : 회전축
62 : 베어링 64 : 리테이너
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 단상 모터는 계자 코일이 권선된 고정자와, 상기 고정자와의 사이에 발생되는 전자기력에 의해 회전되는 회전자와, 상기 회전자에 일체로 회전되도록 결합된 링형 마그네트와, 상기 링형 마그네트의 일측에 배치되어 제동시 상기 링형 마그네트와 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자를 유효토크발생영역에 제동시키는 파킹 마그네트와, 상기 링형 마그네트의 타측에 배치되어 상기 회전자의 회전시 상기 링형 마그네트와의 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하여 상기 회전자의 위치 및 속도를 검출하는 홀센서를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 스위치드 릴럭턴스 모터는 구동부(미도시)와, 상기 구동부로터 전류를 공급받는 계자 코일(50a)이 권선된 고정자(50)와, 상기 고정자(50)의 내부에 위치되어 상기 계자 코일(50a)에 전류가 흐르면 상기 고정자(50)와의 사이에 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 일방향으로 회전되는 회전자(52)와, 상기 회전자(52)에 일체로 회전되도록 결합된 링형 마그네트(54)와, 상기 링형 마그네트(54)의 일측에 적어도 하나가 대향되게 배치되어 제동시 상기 링형 마그네트(54)와 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자(52)를 유효토크발생영역에 제동시키는 파킹 마그네트(56)와, 상기 링형 마그네트(54)의 타측에 적어도 하나가 대향되게 배치되어 상기 회전자(52)와 함께 회전되는 링형 마그네트(54)의 자계 변화를 감지하여 상기 회전자(52)의 위치 및 속도를 검출하여 그 신호를 상기 구동부에 전달하는 홀센서(58)를 포함하여 구성된다.
좀 더 자세히 설명하면, 상기 고정자(50)는 전/후방이 개구된 원통형으로 형성된 요크(50b)와, 상기 요크(50b)의 내벽에서 상기 회전자(52)를 향해 원주방향으로 일정 간격을 두고 돌출 형성된 6개의 돌극(50c)과, 상기 6개의 돌극(50c)에 권선된 계자 코일(50a)로 이루어진다.
상기 회전자(52)는 원주방향으로 일정 간격을 두고 6개의 돌극(52a)이 돌출 형성된 코어(52b)가 적층되어 형성되고, 상기 회전자(52)의 중앙에는 외부로 모터의 구동력을 전달하는 회전축(60)이 축설되어 상기 회전자(52)와 함께 회전된다.
여기서, 상기 회전축(60)의 양단에는 베어링(62)에 결합되어 있어 상기 회전축(60)이 모터의 외관을 형성하는 모터 하우징(미도시)에 회전 가능하게 장착된다.
상기 링형 마그네트(54)는 극수가 상기 회전자의 돌극(54a) 개수의 n(n은 자연수)배이고, N극과 S극이 동일 간격으로 상기 회전축(60)의 원주방향으로 교대로배열되며, 상기 회전자(52)의 상측에 위치된 회전축(60)의 일부에 끼움 결합되어 상기 파킹 마그네트(56) 및 홀센서(58)와 상호작용을 행한다.
여기서, 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 링형 마그네트(54)는 최상단에 적층된 회전자의 코어(52b)의 상면에 고정될 수 있다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 링형 마그네트(54)는 회전자(52)에 회전축(60)이 축설된 후 회전축(60)에 끼워진 상태에서 일정 형상을 갖는 금형에 넣어져 상기 회전축(60)과의 사이에 몰드 성형된 몰드재(m)가 충진됨으로써 상기 회전축(60)에 고정될 수도 있다.
상기 파킹 마그네트(56)는 N극과 S극이 각각 하나씩 있는 막대자석으로서, 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 계자 코일(50a)에 흐르는 전류가 단락되면 상기 링형 마그네트(54)와 상호 작용되어, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 회전자(52)가 유효토크발생영역에 위치되도록 상기 회전자(52)의 제동위치를 결정한다.
따라서, 기동시 상기 회전자(52)가 유효토크발생영역에 위치되어 있기 때문에 상기 회전자(52)는 상기 고정자(54)와의 사이에 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 회전축(60)이 유효 회전방향으로 항상 회전될 수 있도록 한다.
상기 홀센서(58)는 상기 모터의 구동시 상기 링형 마그네트(54)가 상기 회전자(52)와 함께 일방향으로 회전될 때, 상기 링형 마그네트(54)와의 사이에 발생되는 자계의 변화에 따라 펄스 신호를 발생시켜 상기 구동부에 전달한다. 상기 구동부는 상기 홀센서(58)의 신호를 통해 상기 회전자(52)의 위치 및 속도를 검출한 후 상기 계자 코일(50a)에 일정 세기의 전류를 인가한다.
한편, 상기 고정자(50)의 상면에는 상기 파킹 마그네트(56)와 홀센서(58)가 일측에 고정되도록 지지하는 리테이너(64)가 장착되는데, 상기 리테이너(64)는 중앙에 상기 링형 마그네트(54)를 둘러싸는 홀(64a)이 형성되고, 상기 홀(64a)의 일측에 상기 파킹 마그네트(56)가 부착되는 부착부(미도시)가 형성되며, 상기 홀(64a)의 타측에 상기 홀센서(58) 및 상기 홀센서(58)와 구동부를 연결하는 인쇄회로기판(59)이 부착된다.
그리고, 상기 리테이너(64)는 한 쌍의 끼움다리(64b)가 상기 고정자(50)의 상면에 반경방향으로 서로 대향되게 형성된 한 쌍의 끼움홈(50d)에 각각 끼움되어 고정되는데, 상기 끼움다리(64b)는 상기 파킹 마그네트(56)가 상기 링형 마그네트(54)와 반경방향으로 대향될 수 있도록 일정 높이로 형성된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 리테이너(64')는 중앙에 상기 회전축(60)이 관통될 수 있도록 홀(64a')이 형성되어 상기 링형 마그네트(54)의 상측에 일정 간격을 두고 배치되고, 저면 일측에 상기 파킹 마그네트(56)가 부착되는 부착부(64b)가 형성되어 상기 파킹 마그네트(56)가 상기 링형 마그네트(54)와 회전자(52)의 축방향으로 대향되게 배치되며, 저면 타측에 상기 홀센서(58) 및 인쇄회로기판(미도시)이 부착된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 5b에 도시된 바와 같이 회전자(52)가 링형 마그네트(54)와 파킹 마그네트(56)의 상호 작용에 의해 유효토크발생영역에 위치되어 있는 상태에서, 계자 코일(50a)에 전류가 흐르면 고정자(50)와 회전자(52) 사이에 릴럭턴스 토크가 발생되어 상기 회전자(52)와 함께 회전축(60), 링형 마그네트(54)가 유효 회전방향으로 회전된다.
이 때, 상기 홀센서(58)는 상기 링형 마그네트(54)가 회전됨에 따라 상기 링형 마그네트(54)와의 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하여 그에 따른 신호를 구동부에 출력하고, 상기 구동부는 상기 홀센서(58)의 신호에 따라 상기 계자 코일(50a)에 흐르는 전류의 세기를 조절하여 회전자(52)의 속도를 가변시킨다.
그리고, 제동시 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 회전자(52)가 유효토크발생영역에 제동되어 있지 않으면, 상기 링형 마그네트(54)와 파킹 마그네트(56)가 상호 작용되어 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 회전자(52)가 유효토크발생영역에 위치될 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 단상 모터는 회전자에 링형 마그네트가 결합되고 상기 링형 마그네트의 일측 및 타측에 각각 파킹 마그네트와 홀센서가 배치되어 제동시 상기 회전자가 유효토크발생영역에 위치되어 회전자가 항상 일방향으로 회전될 수 있고, 상기 회전자의 위치 및 속도를 감지할 수 있기 때문에 모터의 기동과 운전을 위한 부가적인 장치가 비교적 구조가 간단하고 저렴하여 실용성을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 계자 코일이 권선된 고정자와; 상기 고정자와의 사이에 발생되는 전자기력에 의해 회전되는 회전자와; 상기 회전자에 일체로 회전되도록 결합된 링형 마그네트와; 상기 링형 마그네트의 일측에 배치되어 제동시 상기 링형 마그네트와 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자를 유효토크발생영역에 제동시키는 파킹 마그네트와; 상기 링형 마그네트의 타측에 배치되어 상기 회전자의 회전시 상기 링형 마그네트와의 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하여 상기 회전자의 위치 및 속도를 검출하는 홀센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단상 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 링형 마그네트는 N극과 S극이 원주방향으로 교대로 배열되고, 극수가 상기 회전자의 극수의 n배(n은 자연수)인 것을 특징으로 하는 단상 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 링형 마그네트는 상기 회전자에 일체로 회전되도록 결합된 회전축의 단부에 끼워져 고정된 것을 특징으로 하는 단상 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 링형 마그네트는 회전자의 양단면 중 어느 하나에 고정된 것을 특징으로 하는 단상 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 링형 마그네트는 상기 회전자에 일체로 회전되도록 결합된 회전축과의 사이에 몰드 성형된 몰드재에 의해 상기 회전축에 고정된 것을 특징으로 하는 단상 모터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자의 상부에는 상기 링형 마그네트를 둘러싸는 리테이너가 장착되어 상기 리테이너의 일측에 상기 파킹 마그네트가 상기 링형 마그네트와 대향되게 고정되고, 상기 리테이너의 타측에 상기 홀 센서가 상기 링형 마그네트와 대향되게 고정된 것을 특징으로 하는 단상 모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파킹 마그네트는 상기 링형 마그네트와 회전자의 반경방향으로 서로 대향되게 배치된 것을 특징으로 하는 단상 모터.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 파킹 마그네트는 상기 링형 마그네트와 회전자의 축방향으로 서로 대향되게 배치된 것을 특징으로 하는 단상 모터.
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