KR100445661B1 - Single Phase Motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모터의 회전자가 제어하고자 하는 방향의 토크 발생 영역에서 제동되어 구동 대기하도록 상기 회전자의 링 마그넷과 파킹 마그넷이 안정된 위치 관계를 갖도록 하는 보조 제동 마그넷이 부가된 단상 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로써,The present invention relates to a single-phase switched reluctance motor to which an auxiliary braking magnet is added so that the ring magnet and the parking magnet of the rotor have a stable positional relationship so that the rotor of the motor is braked and waiting to be driven in a torque generating area in a direction to be controlled. By
n개의 돌극이 형성된 고정자 및 회전자와, 상기 회전자의 상부 둘레면에 링(ring) 형으로 배치되는 n개의 N극 및 S극을 가지는 링 마그넷 및 상기 링 마그넷과 대향되게 배치되는 파킹 마그넷으로 이루어져 상기 링 마그넷과 파킹 마그넷 사이에 작용하는 인력을 이용하여 상기 회전자를 제동시키는 주 제동 마그넷과, 상기 회전자의 하부 둘레면에 링(ring) 형으로 배치되는 n/2개의 N극 및 S극을 가지는 링 마그넷 및 상기 링 마그넷과 대향되게 배치되는 파킹 마그넷으로 이루어져 상기 링 마그넷과 파킹 마그넷 사이에 작용하는 인력에 의해 상기 주 제동 마그넷의 위치가 항시 안정되도록 하는 보조 제동 마그넷을 포함하여 구성됨에 따라,A stator and a rotor having n protrusions formed thereon, a ring magnet having n poles and n poles arranged in a ring shape on the upper circumferential surface of the rotor, and a parking magnet disposed to face the ring magnet. A main braking magnet for braking the rotor using an attractive force acting between the ring magnet and the parking magnet, and n / 2 N poles and S arranged in a ring shape on the lower circumferential surface of the rotor. It consists of a ring magnet having a pole and a parking magnet disposed opposite to the ring magnet, and an auxiliary braking magnet for stabilizing the position of the main braking magnet at all times by an attractive force acting between the ring magnet and the parking magnet. follow,
상기 회전자가 정방향 토크 발생 영역에서 구동 대기하여 항상 정방향 회전됨에 따라 모터 제어의 정확성 및 신뢰성을 향상시키고, 아울러 상기 회전자의 구동 대기 위치를 정렬하기 위한 별도의 보정 단계가 불필요하여 신속한 모터 구동이 가능하다.As the rotor waits to be driven in the forward torque generating region and is always rotated forward, it is possible to improve the accuracy and reliability of the motor control and to perform a fast motor driving by eliminating a separate calibration step for aligning the driving standby position of the rotor. Do.
Description
이하, 종래 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성 및 동작에 관해 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the single-phase switched reluctance motor of the related art will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.
도 1 은 일반적인 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로도이고, 도 2 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 제동을 위한 회전자의 구조 단면도이다.FIG. 1 is a driving circuit diagram of a typical single phase switched reluctance motor, and FIG. 2 is a structural cross-sectional view of a rotor for braking a conventional single phase switched reluctance motor.
단상 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor, SRM)는 구동부(미도시)와, 상기 구동부로부터 전류를 공급받는 계자 코일(W1내지 W3)이 권선된 고정자(Stator,20)와, 상기 고정자(20)의 내측에서 상기 계자 코일에 전류가 흐르면 상기 고정자(20)와의 사이에서 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 회전되는 회전자(Rotor,10)로 구성된다.A single phase switched reluctance motor (SRM) includes a driver (not shown), a stator (20) wound around field coils (W1 to W3) receiving current from the driver, and the stator (20). It consists of a rotor (Rotor, 10) is rotated by the reluctance torque generated between the stator 20 when the current flows in the field coil in the inner side of.
상기 고정자(20)는 상하가 개방된 원통형으로 형성된 요크와, 상기 요크의 내벽에서 원 중앙에 위치하는 상기 회전자(10)를 향해 일정 간격을 두고 돌출 형성된 다수개의 돌극과, 상기 돌극에 권선된 계자 코일(W1내지 W3)로 구성된다.The stator 20 includes a yoke formed in a cylindrical shape having an upper and lower sides open, a plurality of protrusions protruding at regular intervals from the inner wall of the yoke to the rotor 10 located at the center of the yoke, and wound on the protrusions. It consists of field coils W1 to W3.
상기 회전자(10)는 원주의 외측으로 일정 간격을 두고 6개의 돌극이 돌출 형성된 코어가 적층되어 회전자 코어(18)가 형성되며, 상기 회전자(10)의 중앙에는 모터의 구동력을 전달하는 회전축(17)이 상기 회전자(10)와 함께 회전 구동된다. 회전자(10)의 하부지지 및 회전을 위해 상부와 하부에 베어링(19)이 있으며, 상기 회전자의 코어(18)는 상하 베어링(19) 사이에 위치한다.The rotor 10 has a plurality of cores protruding from the circumference of the circumferentially spaced six protrusions are formed to form a rotor core 18, the center of the rotor 10 to transmit the driving force of the motor The rotary shaft 17 is driven to rotate together with the rotor 10. There are bearings 19 at the top and bottom for the lower support and rotation of the rotor 10, the core 18 of which is located between the upper and lower bearings 19.
상기 구동부는 상기 회전자(10)의 위치나 속도를 감지하는 다수개의 광센서 또는 홀센서 등의 센서수단(30)로부터 감지 신호를 전달받아 순차적으로 마주보는 한 쌍의 계자 코일과 연결된 스위치를 온/오프하는 구동 펄스를 생성함에 따라 전류가 도통되게 한다.The driving unit receives a detection signal from the sensor means 30 such as a plurality of optical sensors or hall sensors for detecting the position or speed of the rotor 10 to turn on the switch connected to a pair of field coils facing each other sequentially The current is conducted as it generates a drive pulse that turns on / off.
단상 스위치드 릴럭턴스 모터는 2개의 스위치 (SW1, SW2)를 가지는데, 상기스위치는 온/오프가 동시에 이루어져서, 상기 스위치는 마주보는 두 개의 돌극을 연결하는 동시에 상기 돌극 둘레를 감싸는 계자 코일(W1내지 W3)과 연결되어 상기 구동부에서 인가한 전류가 상기 계자 코일에 흐르도록 한다.Single-phase switched reluctance motor has two switches (SW1, SW2), the switch is turned on / off at the same time, the switch connects two opposite poles and at the same time wrap the field coil (W1 to W) around the poles W3) is connected so that the current applied from the driver flows to the field coil.
상기 계자 코일에 전류가 흐르면 상기 고정자(20)와 회전자(10) 사이에 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)가 발생되어 자기저항이 최소가 되는 방향으로 회전 구동된다.When a current flows in the field coil, a reluctance torque is generated between the stator 20 and the rotor 10 to be rotated and driven in a direction in which the magnetic resistance is minimized.
또한 상기 스위치드 릴럭턴스 모터는 단일의 방향으로 회전 구동될 수 있도록 특정 위치에서 상기 회전자(10)가 구동 대기하도록 자력을 이용하는데, 상기 자력을 유발하는 두 개의 자석은 상기 회전자(10)의 둘레면에 링형으로 형성된 링 마그넷(15)과, 상기 링 마그넷(15)과 상호 자력이 형성되는 파킹 마그넷(16)이 상기 링 마그넷(15)과 평행하는 위치에 고정되어 상기 회전자(10)가 정지 상태일 때 상기 두 마그넷에 작용하는 상호 인력에 의해 상기 회전자(10)가 특정 위치에 고정되도록 하는데, 이를 도 2 및 도 3 에 도시하였다.In addition, the switched reluctance motor uses a magnetic force to wait for the rotor 10 to be driven at a specific position so that it can be driven to rotate in a single direction, the two magnets that cause the magnetic force of the rotor 10 A ring magnet 15 formed in a ring shape on a circumferential surface thereof, and a parking magnet 16 formed with mutual magnetic force with the ring magnet 15 are fixed to a position parallel to the ring magnet 15 so that the rotor 10 is fixed. The rotor 10 is fixed to a specific position by mutual attraction acting on the two magnets when is in a stationary state, which is illustrated in FIGS. 2 and 3.
도 3 은 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 링 마그넷 및 파킹 마그넷의 구성도인데, 도시된 바와 같이 N극 및 S극의 개수는 각각 돌극수(6개)와 같다. 또한 파킹 마그넷(16)은 상기 링 마그넷(15)의 극과 너비가 동일한 단일개의 N극 및 S극이 상기 링 마그넷과 대향하여 위치한다.3 is a configuration diagram of a ring magnet and a parking magnet of a conventional single-phase switched reluctance motor, as shown in the number of N poles and S poles is equal to the number of protrusion poles (6), respectively. In addition, the parking magnet 16 has a single N-pole and S-pole having the same width as that of the ring magnet 15, and are located opposite the ring magnet.
회전자의 돌극 당 회전주기는 360도/6개와 같고, 상기 N극의 자성 변화에 따른 센서수단이 출력하는 파형의 주기 역시 360도/6과 같다. 이는 도 4 의 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 센서 수단에서 생성된 펄스 파형과 같다.The rotation period per pole of the rotor is equal to 360 degrees / 6, and the period of the waveform output by the sensor means according to the magnetic change of the N pole is also equal to 360 degrees / 6. This is equivalent to the pulse waveform generated by the sensor means of the conventional single phase switched reluctance motor of FIG.
상기 센서수단(30)은 제 1 센서(S1) 및 제 2 센서(S2)로 구성되는데, 상기 링 마그넷(15)의 자기력선의 변화를 감지하여 펄스 신호를 생성한다. 상기 제 1 센서로부터 생성된 펄스 신호를 제 1 펄스 신호라고 하고, 상기 제 2 센서로부터 생성된 펄스 신호를 제 2 펄스 신호라 한다. 상기 구동부는 상기 센서수단으로부터 출력된 상기 제 1 센서의 상승 신호, 상기 제 2 센서의 상승 신호, 상기 제 1 센서의 하강 신호의 논리적 공통 구간에서 구동 펄스를 상기 고정자에 인가하여 모터의 회전을 유도하고, 상기 구동 펄스의 폭을 조절하여 모터의 회전 속도를 제어할 수 있다.The sensor means 30 is composed of a first sensor (S1) and a second sensor (S2), and generates a pulse signal by detecting a change in the magnetic force line of the ring magnet (15). The pulse signal generated from the first sensor is called a first pulse signal, and the pulse signal generated from the second sensor is called a second pulse signal. The driving unit induces rotation of the motor by applying a driving pulse to the stator in a logical common section of the rising signal of the first sensor, the rising signal of the second sensor, and the falling signal of the first sensor output from the sensor means. The rotation speed of the motor may be controlled by adjusting the width of the driving pulse.
도 5 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 안정 평형 위치(SEP)를 도시한 도면이고, 도 6 은 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 불안정 평형 위치(UEP)를 도시한 도면도이고, 도 7 은 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 정렬(Align) 단계를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a stable balanced position (SEP) of a rotor of a conventional single phase switched reluctance motor, and FIG. 6 is a diagram illustrating an unstable equilibrium position (UEP) of a rotor of a conventional single phase switched reluctance motor. 7 is a diagram illustrating an alignment step of a rotor of a conventional single phase switched reluctance motor.
상기 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 대기시 링 마그넷(15)과 파킹 마그넷(16) 사이의 위치 관계를 안정한 평형 위치(Stable Equilibrium Position, 이하 SEP)또는 불안정한 평형 위치(Unstable Equilibrium Position, 이하 UEP)로 구분할 수 있는데, 제어하고자 하는 방향(정방향)을 반시계 방향이라고 가정할 때, 0~+30도 사이에서 제동된 회전자(10)가 재구동되면 전류가 인가된 고정자(20)의 돌극(A)에 가까운 회전자(10)의 돌극(A')이 정합하려는 방향, 즉 반시계 방향으로 회전되고, 이때 상기 링 마그넷과 상기 파킹 마그넷은 상이한 극이 대향되어 서로 인력이 작용하게 되며, 이러한 위치를 안정 평형 위치라 한다.The positional relationship between the ring magnet 15 and the parking magnet 16 is set to a stable equilibrium position (SEP) or an unstable equilibrium position (UEP) when the single phase switched reluctance motor is waiting to be driven. Assuming that the direction (forward direction) to be controlled is a counterclockwise direction, when the rotor 10 braked between 0 to +30 degrees is driven again, the protrusion A of the stator 20 to which current is applied. The pole pole A 'of the rotor 10 close to) is rotated in a direction to be matched, that is, counterclockwise, wherein the ring magnet and the parking magnet are opposed to each other so that the attraction force acts on each other. Is called the stable equilibrium position.
그러나 도 6와 같이 상기 -30~0도에서 회전자(10)가 제동된 채 구동 펄스가 인가되면 시계 방향으로 역회전하여 이로 인해 상기 모터가 내장된 기기의 제어 이상이 발생되며, 이때 상기 링 마그넷(15)과 상기 파킹 마그넷(16)은 동일극이 대향됨에 따라 상기 동일극 사이에 척력만 생성되어, 상호 인력에 의한 상기 회전자(10)의 좌우 정렬이 불가한 위치로써 이를 불안정 평형 위치(UEP)라 한다. 이렇게 상기 링 마그넷(15)과 파킹 마그넷(16)이 UEP의 관계를 이루면, 상기 회전자(10)가 역방향으로 회전되어 모터의 내구성이 저하되는 등의 기기의 고장이 유발되는 단점이 있다.However, as shown in FIG. 6, when the driving pulse is applied while the rotor 10 is braked at -30 to 0 degrees, the motor rotates in the clockwise direction, thereby causing an abnormal control of the device in which the motor is embedded. As the magnet 15 and the parking magnet 16 are opposite to each other, only the repulsive force is generated between the same poles, so that the left and right alignment of the rotor 10 is impossible due to mutual attraction. It is called (UEP). When the ring magnet 15 and the parking magnet 16 form a relationship between the UEP, the rotor 10 is rotated in the reverse direction, which causes a failure of the device such as deterioration of the durability of the motor.
따라서 상기 UEP에서 상기 회전자가 제동되는 경우 도 7 과 같이 상기 모터 구동부는 구동 펄스의 인가 전 일정 시간동안 정렬 펄스를 인가하여 회전자(10)의 돌극(A')과 고정자(20)의 돌극(A)이 완전 정합되도록 한 후, 상기 정렬 펄스를 차단하여 상기 회전자의 돌극(A')이 0~30도 사이에 고정되도록 하는 보정 단계를 별도로 수행하여야 하는 불편함이 있었다. 이로 인해 모터 제어의 신속성이 저하되어 상기 모터가 내장된 기기 사용의 불편함을 야기하는 문제점이 있었다.Therefore, when the rotor is braked in the UEP, as shown in FIG. 7, the motor driving unit applies an alignment pulse for a predetermined time before the driving pulse is applied to the salient pole A ′ of the rotor 10 and the salient poles of the stator 20. After A) was completely matched, it was inconvenient to separately perform a correction step to block the alignment pulse so that the salient pole A 'of the rotor was fixed between 0 to 30 degrees. As a result, the speed of the motor control is lowered, which causes inconvenience in using a device in which the motor is embedded.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 회전자의 구동 대기 위치를 정렬하기 위한 별도의 보정 단계 없이 상기 회전자가 제어하고자 하는 방향으로 회전될 수 있는 영역에서 제동되도록 주 제동 마그넷의 위치 관계가 안정 평형을 이루도록 하는 보조 제동 마그넷이 부가적으로구비된 단상 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the object of which is to brake in an area in which the rotor can be rotated in the direction to be controlled without a separate correction step for aligning the driving standby position of the rotor It is to provide an additionally equipped single-phase switched reluctance motor, in which auxiliary braking magnets are provided such that the positional relationship of the main braking magnets is in a stable equilibrium.
도 1 은 일반적인 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로도,1 is a driving circuit diagram of a typical single phase switched reluctance motor;
도 2 는 종래의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 제동을 위한 회전자의 구조 단면도,2 is a structural cross-sectional view of a rotor for braking a conventional single phase switched reluctance motor;
도 3 은 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 링 마그넷 및 파킹 마그넷의 구성도,3 is a configuration diagram of a ring magnet and a parking magnet of a conventional single-phase switched reluctance motor,
도 4 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 센서 수단에서 생성된 펄스 파형을 도시한 도면,4 is a diagram showing a pulse waveform generated by the sensor means of the conventional single-phase switched reluctance motor,
도 5 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 불안정 평형 위치(UEP)를 도시한 도면,5 shows the unstable equilibrium position (UEP) of a rotor of a conventional single phase switched reluctance motor,
도 6 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 정렬(Align) 단계를 도시한 도면,6 is a diagram illustrating an alignment step of a rotor of a conventional single-phase switched reluctance motor,
도 7 는 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 제동을 위한 회전자의 구조 단면도,7 is a structural cross-sectional view of a rotor for braking the single-phase switched reluctance motor of the present invention;
도 8 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 주 마그넷 및 보조 마그넷의 제 1 위치 관계를 도시한 전개도,8 is an exploded view showing the first positional relationship between the main magnet and the auxiliary magnet of the single-phase switched reluctance motor of the present invention;
도 9 는 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 주 마그넷 및 보조 마그넷의 제 2 위치 관계를 도시한 전개도,9 is an exploded view showing a second positional relationship between a main magnet and an auxiliary magnet of the single-phase switched reluctance motor of the present invention;
도 10 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 주 마그넷 및 보조 마그넷의 제 3 위치 관계를 도시한 전개도,10 is an exploded view showing the third positional relationship between the main magnet and the auxiliary magnet of the single-phase switched reluctance motor of the present invention;
도 11 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 주 마그넷 및 보조 마그넷의 제 4 위치 관계를 도시한 전개도이다.FIG. 11 is an exploded view showing a fourth positional relationship between a main magnet and an auxiliary magnet of the single phase switched reluctance motor of the present invention. FIG.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
10: 회전자 A': 회전자의 돌극10: rotor A ': rotor pole
20: 고정자 A : 고정자의 돌극20: stator A: pole of stator
150, 151: 링 마그넷(Ring Magnet) 160,161: 파킹 마그넷(Parking Magnet)150, 151: Ring Magnet 160, 161: Parking Magnet
155: 주 제동 마그넷 156: 보조 제동 마그넷155: main braking magnet 156: auxiliary braking magnet
17,170: 회전축 18,180: 회전자 코어17,170: axis of rotation 18,180: rotor core
19,190: 베어링 30,300: 센서19,190: bearing 30,300: sensor
W1,W2,W3: 계자코일 SW1,SW2: 스위치W1, W2, W3: Field coil SW1, SW2: Switch
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 의 특징에 따르면, 내측으로 n개의 돌극이 형성되고 상기 돌극에 계자 코일이 권선된 고정자와, 외측으로 n개의 돌극이 형성되고 상기 고정자 사이에서 발생되는 전자기력에 의해 회전되는 회전자와, 상기 회전자의 상부 둘레면에 링(ring) 형으로 배치되는 n개의 N극 및 S극을 가지는 링 마그넷 및 상기 링 마그넷과 대향되게 배치되는 파킹 마그넷으로 이루어져 상기 링 마그넷과 파킹 마그넷 사이에 작용하는 인력을 이용하여 상기 회전자를 제동시키는 주 제동 마그넷과, 상기 회전자의 하부 둘레면에 링(ring) 형으로 배치되는 n/2개의 N극 및 S극을 가지는 링 마그넷 및 상기 링 마그넷과 대향되게 배치되는 파킹 마그넷으로 이루어져 상기 링 마그넷과 파킹 마그넷 사이에 작용하는 인력을 이용하여 상기 주 제동 마그넷의 위치가 안정되도록 하는 보조 제동 마그넷과, 상기 회전자의 회전시 상기 주 제동 마그넷 사이의 자계 변화를 감지하여 상기 회전자의 위치 및 속도 정보를 검출하는 센서수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to a feature of the present invention for solving the above problems, the stator is formed n inner poles and the field coil is wound on the inner pole, and the electromagnetic force generated between the stator and n outer poles formed outside The ring is composed of a rotor rotated by a ring magnet having n poles and n poles arranged in a ring shape on the upper circumferential surface of the rotor, and a parking magnet disposed opposite to the ring magnet. A main braking magnet for braking the rotor by the attraction force acting between the magnet and the parking magnet, and n / 2 N poles and S poles arranged in a ring shape on the lower circumferential surface of the rotor. The subject is composed of a ring magnet and a parking magnet disposed opposite the ring magnet, using an attraction force acting between the ring magnet and the parking magnet. And an auxiliary braking magnet for stabilizing the position of the magnet, and sensor means for detecting a change in the magnetic field between the main braking magnet when the rotor rotates to detect the position and speed information of the rotor. It is done.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 8 는 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 제동을 위한 회전자의 구조 단면도로써, 이를 참조하여 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자 구조를 상세히 설명한다.FIG. 8 is a cross-sectional view of the rotor for braking the single phase switched reluctance motor of the present invention, and the rotor structure of the single phase switched reluctance motor of the present invention will be described in detail. FIG.
회전자는 원주의 외측으로 일정 간격을 두고 6개의 돌극이 돌출 형성된 코어가 적층되어 회전자 코어(180)가 형성되며, 중앙에는 모터의 구동력을 전달하는 회전축(170)이 상기 회전자와 함께 회전 구동된다.The rotor has a rotor core 180 is formed by stacking cores protruding six protrusions at a predetermined interval to the outside of the circumference, and the rotating shaft 170 for transmitting the driving force of the motor is driven to rotate in the center with the rotor do.
상기 회전자의 지지 및 회전을 위해 상부와 하부에 베어링(190)이 있으며, 상기 회전자의 코어(180)는 상하 베어링(190) 사이에 위치한다.Bearings 190 are provided at the top and bottom of the rotor to support and rotate the rotor, and the core 180 of the rotor is positioned between the upper and lower bearings 190.
링 마그넷(150, 151)은 회전자의 내외면 중 어느 하나에 회전축(170)과의 사이에 몰드재에 의해 몰드 성형되어 상기 회전축에 고정되거나, 상기 회전축의 단부에 끼워져 고정되어 상기 회전자와 일체 회전된다.The ring magnets 150 and 151 are molded by a mold material between one of the inner and outer surfaces of the rotor by a mold material to be fixed to the rotating shaft, or fixed to the end of the rotating shaft and fixed to the rotor. It is rotated integrally.
또한 상기 스위치드 릴럭턴스 모터는 제어하고자 하는 정방향으로 회전 구동하기 위해 특정 위치에서 제동되도록 자력을 이용하는데, 상기 자력을 유발하는 두 개의 자석은 상기 회전자의 둘레면에 링형으로 형성된 링 마그넷(150)과 상기 링 마그넷(150)과 상호 자력이 형성되는 파킹 마그넷(160)으로 구성되며, 이를 통칭하여 주 제동 마그넷이(155)라 한다.In addition, the switched reluctance motor uses a magnetic force to be braked at a specific position to drive rotation in the forward direction to be controlled, the two magnets that induce the magnetic ring ring ring 150 formed in the circumferential surface of the rotor And a parking magnet 160 having mutual magnetic force formed with the ring magnet 150, collectively referred to as a main braking magnet 155.
상기 링 마그넷(150)은 회전자의 내외 둘레면 중 어느 하나에 수평하게 일렬 배치될 수 있고, 상기 파킹 마그넷(160)은 상기 링 마그넷과 대향되는 위치에 고정되어 상기 회전자가 제동될 때 상기 두 마그넷에 작용하는 상호 인력에 의해 상기 회전자가 고정되도록 한다.The ring magnet 150 may be arranged horizontally on any one of the inner and outer circumferential surfaces of the rotor, and the parking magnet 160 may be fixed to a position opposite to the ring magnet to brake the rotor when the rotor is braked. The rotor is fixed by mutual attraction acting on the magnet.
상기 링 마그넷(150)은 N극과 S극이 좌우 교대로 배치되며 상기 N극 및 S극은 각각 돌극수만큼 존재한다. 따라서 N극 및 S극의 회전 주기는 60도이고, N<->S극의 회전 주기는 30도이다. 또한 상기 파킹 마그넷(160)은 상기 링 마그넷(150)의 N극 및 S극과 동일한 간격을 가지는 N극 및 S극으로 구성되는데, 구조가 간단하고 비용이 절약될 수 있는 측면에서 단일개의 N극 및 S극로 구성됨이 바람직하다.The ring magnet 150 has an N pole and an S pole alternately arranged left and right, and the N pole and the S pole are present as many as the number of poles. Therefore, the rotation period of the N pole and the S pole is 60 degrees, and the rotation period of the N <-> S pole is 30 degrees. In addition, the parking magnet 160 is composed of N poles and S poles having the same spacing as the N pole and S pole of the ring magnet 150, a single N pole in terms of simple structure and cost can be saved And an S pole.
상기 회전자의 상단에는 주 제동 마그넷(155)이 배치되고, 상기 회전자의 하단에는 보조 제동 마그넷(156)이 배치되어 상기 주 제동 마그넷(155)의 위치 관계가 안정되도록 한다. 그러나 상기 주 제동 마그넷(155)은 상기 회전자의 하단에 배치될 때에는 상기 보조 제동 마그넷(156)이 상단에 위치될 수 있다.The main braking magnet 155 is disposed at the upper end of the rotor, and the auxiliary braking magnet 156 is disposed at the lower end of the rotor to stabilize the positional relationship of the main braking magnet 155. However, when the main braking magnet 155 is disposed at the bottom of the rotor, the auxiliary braking magnet 156 may be located at the top.
안정 평형 위치(SEP)란 주 제동 마그넷의 링 마그넷(150)과 파킹 마그넷(160) 사이에 인력이 작용하도록 서로 다른 극이 대향되는 위치로서, 이때 회전자의 돌극은 정방향 회전 토크가 발생되는 영역에서 제동되어 구동 대기한다. 그러나 상기 주 제동 마그넷의 링 마그넷과 파킹 마그넷의 동일극이 대향되어 상호 척력이 작용하는 불안정 평형 위치(UEP)에서는 상기 회전자의 돌극이 역방향 회전 토크가 발생되는 영역에서 제동되어 구동 대기하므로, 이때 구동 펄스가 인가되면 상기 회전자가 역방향으로 회전하여 모터의 고장 및 마모를 유발할 수 있다. 따라서 이러한 불안정한 평형 위치 관계가 존재하지 않도록 보조 제동 마그넷을 이용한다.The stable equilibrium position (SEP) is a position where different poles face each other so that an attractive force acts between the ring magnet 150 and the parking magnet 160 of the main braking magnet, and the rotor pole is an area where forward rotation torque is generated. Brake on to wait for operation. However, in the unstable equilibrium position (UEP) where the ring magnet of the main braking magnet and the parking magnet are opposite to each other, and the mutual repulsive force acts, the rotor pole is braked in the region where the reverse rotation torque is generated and waits for driving. When a driving pulse is applied, the rotor rotates in the reverse direction, which may cause failure and wear of the motor. Therefore, the auxiliary braking magnet is used so that such an unstable equilibrium position relationship does not exist.
상기 보조 제동 마그넷(156)은 돌극수/2개(본 실시예에서는 3개)의 N극 및 S극을 가지는 링 마그넷(151)과 상기 링 마그넷에 대향하도록 배치되는 파킹 마그넷(161)으로 구성되므로, 상기 링 마그넷(151)의 N->N극의 회전 주기는 120도이고, N<->S극의 회전 주기는 60도이다. 또한 상기 파킹 마그넷(161)은 상기 링 마그넷의 N극 및 S극과 동일한 간격을 가지는 N극 및 S극으로 구성되는데, 구조가 간단하고 비용이 절약될 수 있는 측면에서 단일개의 N극 및 S극로 구성됨이 바람직하다.The auxiliary braking magnet 156 is composed of a ring magnet 151 having N poles / two poles (three in the present embodiment) and a parking magnet 161 disposed to face the ring magnet. Therefore, the rotation period of the N-> N pole of the ring magnet 151 is 120 degrees, and the rotation period of the N <-> S pole is 60 degrees. In addition, the parking magnet 161 is composed of an N pole and an S pole having the same distance as the N pole and the S pole of the ring magnet, and a single N pole and S pole in terms of simple structure and cost can be saved. Preferably configured.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 주 제동 마그넷(155) 및 보조 제동 마그넷(156)의 발생 가능한 위치 관계를 도시한 도면이다. 주 제동 마그넷의 링 마그넷에 형성된 N극의 수가 돌극의 수 n개(단, 본 실시예에서 n=6)와 동일하므로, 상기 N->N극으로의 주기는 360도/6개로써, 60도가 되고, N극->S극 또는 S->N극의 주기는 30도가 된다. 도 9 내지 도 12 는 상기 회전자 및 상기 회전자와 일체 회전하는 링 마그넷(150,151)이 30도씩 회전하면서 배치되는 파킹 마그넷(160,161)과의 위치 관계를 전개하여 도시한 것이다. 편의상 기준이 되는 N극을 볼드 처리하였다.9 to 12 show possible positional relations between the main braking magnet 155 and the auxiliary braking magnet 156 of the single-phase switched reluctance motor of the present invention. Since the number of N poles formed on the ring magnet of the main braking magnet is the same as the number of n poles (n = 6 in this embodiment), the period from the N-> N poles is 360 degrees / 6, which is 60 And the period of the N pole-> S pole or the S-> N pole is 30 degrees. 9 to 12 illustrate the positional relationship between the rotor and the parking magnets 160 and 161 which are arranged while rotating the rotor and the ring magnets 150 and 151 integrally rotated by 30 degrees. For convenience, the N pole, which is a standard, was bolded.
도 9 과 같이 상기 주 제동 마그넷(155)의 극 사이의 경계선과 상기 보조 제동 마그넷(156)의 극 사이의 경계선은 수직 일직선 상에 위치하도록 초기 배치된다. 따라서 상기 주 제동 마그넷(155)의 링 마그넷(150)과 보조 제동 마그넷(156)의 링 마그넷(151)은 수직 일직선 상에 위치하며, 아울러 상기 주 제동 마그넷(155)의 파킹 마그넷(160)과 보조 제동 마그넷(156)의 파킹 마그넷(161)은 수직 일직선 상에 위치한다.As shown in FIG. 9, the boundary line between the poles of the main braking magnet 155 and the boundary line between the poles of the auxiliary braking magnet 156 are initially disposed to be located on a vertical straight line. Therefore, the ring magnet 150 of the main braking magnet 155 and the ring magnet 151 of the auxiliary braking magnet 156 are located on a vertical straight line, and the parking magnet 160 of the main braking magnet 155 The parking magnet 161 of the auxiliary braking magnet 156 is located on a vertical straight line.
도 9의 상태로부터 상기 주 제동 마그넷(155) 및 보조 제동 마그넷(156)의 링 마그넷(150,151)이 30도만큼 회전하면 도 10과 같이 되는데, 상기 주 제동 마그넷을 보면 링 마그넷(150)과 파킹 마그넷(160)이 동일극끼리 마주보게 배치됨에 따라 상호 척력이 작용하게 되는 불안정한 평형 위치(UEP)가 된다. 그러나 상기 보조 제동 마그넷(156)은 서로 다른극이 마주보는 위치 관계를 가짐에 따라 인력이 작용하여 결국 보조 제동 마그넷의 파킹 마그넷(161)은 회전자를 좌측으로 회전 이동시키게 된다. 따라서 상기 주 제동 마그넷의 위치 관계는 안정 평형 위치(SEP)가 되며, 이는 도 9과 같다.When the ring magnets 150 and 151 of the main braking magnet 155 and the auxiliary braking magnet 156 rotate by 30 degrees from the state of FIG. 9, the main braking magnet is parked with the ring magnet 150. As the magnets 160 are arranged to face the same poles, they become an unstable equilibrium position UEP at which mutual repulsive forces act. However, as the auxiliary braking magnet 156 has a positional relationship in which different poles face each other, the attraction force acts, so that the parking magnet 161 of the auxiliary braking magnet rotates the rotor to the left. Therefore, the positional relationship of the main braking magnet becomes a stable equilibrium position SEP, as shown in FIG. 9.
따라서 주 제동 마그넷(155)의 불안정 평형을 이루는 위치 관계는 상기 보조 제동 마그넷(156)의 상호 인력에 의해 자연적으로 정렬되어 상기 주 제동 마그넷(155)은 안정한 위치 관계를 가지게 된다.Therefore, the positional relation that forms the unstable equilibrium of the main braking magnet 155 is naturally aligned by mutual attraction of the auxiliary braking magnet 156 so that the main braking magnet 155 has a stable positional relationship.
도 10 의 상태에서 30도 회전하면 도 11 과 같은 위치 관계를 가지게 되는데, 이때 주 제동 마그넷(155)의 위치 관계가 안정 평형 위치를 가짐에 따라 회전자의 돌극은 정방향 회전 토크 발생 영역에 구동 대기한다. 이 때 보조 제동 마그넷(156)의 불안정 평형 위치는 회전자의 회전 방향에 영향을 미치지 않는다.When rotating 30 degrees in the state of FIG. 10 has a positional relationship as shown in FIG. 11, where the positional relationship of the main braking magnet 155 has a stable equilibrium position, the rotor poles wait to be driven in the forward rotational torque generating region. do. At this time, the unstable equilibrium position of the auxiliary braking magnet 156 does not affect the rotation direction of the rotor.
도 11 의 상태에서 30도 회전하면 도 12와 같은 위치 관계를 가지게 되는데, 이때 주 제동 마그넷(155)의 링 마그넷(150)과 파킹 마그넷(160)은 동일극이 마주보게 되어 상호 척력이 작용하는 불안정 평형 위치를 가진다. 이때 보조 제동 마그넷(156)의 링 마그넷(151)과 파킹 마그넷(161)은 서로 다른 극이 마주보게 됨에 따라 상호 인력이 작용하여 상기 회전자가 우측으로 회전 이동하게 되어 결국 상기 주 제동 마그넷의 위치 관계는 안정 평형을 유지할 수 있는 것이다.When rotated 30 degrees in the state of FIG. 11 has a positional relationship as shown in FIG. 12, in which the ring magnet 150 and the parking magnet 160 of the main braking magnet 155 face the same pole so that mutual repulsive force acts. Has an unstable equilibrium position. At this time, the ring magnet 151 and the parking magnet 161 of the auxiliary braking magnet 156 are mutually attracted as the different poles face each other, so that the rotor rotates to the right and eventually the positional relationship of the main braking magnet Is to maintain a stable equilibrium.
따라서 도 9 및 도 12의 주 제동 마그넷(155)의 위치 관계는 상기 보조 제동 마그넷(156)의 상호 인력에 의해 자연적으로 정렬됨에 따라 항시 안정 평형 위치 관계를 가지게 되므로 결국 유지 불가능한 위치 관계가 되어 상기 주 제동 마그넷(155)의 불안정 평형 위치에 의한 회전자의 역방향 회전은 발생되지 않게 된다.Therefore, since the positional relationship between the main braking magnets 155 of FIGS. 9 and 12 is naturally aligned by mutual attraction of the auxiliary braking magnets 156, the positional relations of the primary braking magnets 156 are always maintained in a stable equilibrium positional relationship, and thus, the positional relations of the main braking magnets 156 become unmaintainable. The reverse rotation of the rotor due to the unstable balance position of the main braking magnet 155 does not occur.
이상과 같이 상기 고정자 및 회전자의 돌극의 개수가 6개씩 형성된 단상 스위치드 릴랙턴스 모터를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 돌극의 수, 마그넷의 위치 등은 모터가 적용되는 시스템에 따라 변경될 수 있다.As described above, the present invention has been described using an example of a single-phase switched reluctance motor in which the number of salient poles of the stator and the rotor is six, but the number of salient poles and the position of the magnet may be changed according to the system to which the motor is applied. .
상기와 같이 구성되는 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터는 주 제동 마그넷에 의해 모터 회전자가 역방향 토크 발생 영역에서 제동됨에 따라 발생되는 역방향 회전을 방지하기 위해 회전자 및 고정자의 돌극수의 1/2개의 N극 및 S극으로 구성된 링 마그넷과, 상기 링 마그넷의 극과 동일한 너비를 가지는 단일개의 N극 및 S극으로 구성된 파킹 마그넷으로 구성되는 보조 제동 마그넷이 부가적으로 장착되어, 상기 회전자가 항시 정방향 토크 발생 영역에서 구동 대기하도록 하여, 모터 제어의 정확성 및 신뢰성을 향상시키고, 아울러 상기 회전자의 구동 대기 위치를 정렬하기 위한 별도의 보정 단계가 불필요하여 신속한 모터 구동이 가능하다는 효과가 있다.The single-phase switched reluctance motor of the present invention configured as described above has one-half of the number of poles of the rotor and stator to prevent the reverse rotation generated when the motor rotor is braked in the reverse torque generating region by the main braking magnet. An additional brake magnet composed of a ring magnet composed of an N pole and an S pole and a parking magnet composed of a single N pole and an S pole having the same width as the pole of the ring magnet is additionally mounted so that the rotor is always in the forward direction. By waiting to drive in the torque generating region, it is possible to improve the accuracy and reliability of the motor control, and also to perform the fast motor driving without the need for a separate correction step for aligning the driving standby position of the rotor.
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