KR100452381B1 - 스위치드 릴럭턴스 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 계자 코일이 권선된 고정자와, 상기 고정자와의 사이에 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 회전되는 회전자와, 상기 회전자에 일체로 회전되도록 결합된 링형 마그네트와, 상기 링형 마그네트의 일측에 배치되어 제동시 상기 링형 마그네트와의 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자를 유효토크발생영역에 제동시키는 파킹 마그네트와, 상기 회전자의 회전시 상기 링형 마그네트가 원심력에 의해 비산되는 것을 방지하는 비산방지수단을 포함하여 구성되기 때문에 상기 회전자가 고속으로 회전될 때 상기 링형 마그네트에 큰 원심력이 작용되더라도 비산되는 것이 방지된다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터{Switched reluctance motor}

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로서, 특히 회전자의 회전시 원심력에 의해 링 마그네트가 파손되는 것을 방지하는 비산방지수단을 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.

일반적으로 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor)는 고정자와 회전자에 각각 돌극이 돌출 형성되어 고정자의 돌극에만 코일이 권선되고, 회전자에는 코일이 권선되지 않을 뿐만 아니라 영구자석으로 이루어지지 않는 것을 특징으로 한다. 따라서, 스위치드 릴럭턴스 모터는 기존의 유도모터나 동기모터보다 구조가 간단하고, 단위체적당 토오크 및 효율이 좋으며, 속도 제어가 용이한 장점을 갖는다.

도 1은 종래 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 요부 구성이 도시된 평면도, 도 2는 종래 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자 어셈블 리가 도시된 측단면도이다.

종래 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 구동부(미도시)와, 상기 구동부로터 소정의 전류를 공급받는 계자 코일(2a)이 권선된 돌극(2b)이 내벽에 원주방향으로 복수개 돌출 형성된 고정자(2)와, 상기 고정자(2)의 내부에 위치되고 외벽에 상기 고정자(2)를 향해 돌극(4a)이 복수개 돌출 형성된 회전자(4)와, 상기 회전자(4)에 일체로 회전되도록 결합된 링형 마그네트(6)와, 상기 링형 마그네트(6)의 일측에 대향되게 배치되어 제동시 상기 링형 마그네트(6)와의 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자(4)를 유효토크발생영역(SEP)에 제동시키는 파킹 마그네트(8)와, 상기 링형 마그네트(6)의 타측에 대향되게 배치되어 상기 회전자(4)와 함께 회전되는 링형 마그네트(6)와의 사이에서 발생되는 자계 변화를 통해 상기 회전자(4)의 위치 및 속도를 검출하여 그 신호를 상기 구동부에 전달하는 홀센서(10)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 회전자(4)의 중앙에는 외부로 모터의 구동력을 전달하는 회전축(12)이 축설되어 일체로 회전되는데, 상기 회전축(12)은 양단이 모터 하우징(미도시)과의 사이에 배치된 베어링(14)에 의해 회전 가능하게 지지되고 전방단부에 상기 링형 마그네트(6)가 끼움되어 고정된다.

한편, 미설명부호 UEP는 무효토크발생영역(UEP)이다.

상기와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

구동부를 통해 계자 코일(2a)에 소정의 전류가 흐르면 회전자(4)가 자기저항이 최소로 되는 방향으로 회전되고, 상기 회전자(4)와 함께 회전축(12)과 링형 마그네트(6)가 일체로 회전된다.

여기서, 상기 링형 마그네트(6)가 회전됨에 따라 상기 홀센서(10)가 상기 링형 마그네트(6)와의 사이에 발생되는 자계의 변화를 통해 상기 회전자(4)의 위치및 속도를 검출한 후 그 검출신호를 구동부에 출력하고, 구동부는 이 검출신호에 따라 상기 계자 코일(2a)에 소정의 전류를 공급한다.

그리고, 제동시 상기 회전자(4)는 상기 링형 마그네트(6)와 파킹 마그네트(8)의 상호 작용에 의해 상기 회전자(4)가 유효토크발생영역(SEP)에 제동된다.

그러나, 종래 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 구동시 보통 회전자(4)가 40,000rpm 정도로 회전되는데, 상기 링형 마그네트(6)가 페라이트나 플라스틱과 같은 비교적 강도가 작은 재질로 형성되기 때문에 상기 링형 마그네트(6)가 회전자(4)의 회전시 원심력에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 회전자의 회전시 원심력에 의해 링형 마그네트가 파손되는 것을 방지하기 위해 상기 링형 마그네트의 강도가 보강된 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 요부 구성이 도시된 평면도,

도 2는 종래 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자 어셈블 리가 도시된 측단면도,

도 3은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 요부 구성이 도시된 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자 어셈블 리가 도시된 측단면도,

도 5는 본 발명에 따른 링형 마그네트와 보강 링이 도시된 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

52 : 고정자 54 : 회전자

56 : 베어링 58 : 회전축

60 : 링형 마그네트 62 : 파킹 마그네트

64 : 홀센서 70 : 보강 링

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 계자 코일이 권선된 고정자와; 상기 고정자와의 사이에 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 회전되는 회전자와; 상기 회전자에 일체로 회전되도록 결합된 링형 마그네트와;상기 링형 마그네트의 일측에 배치되어 제동시 상기 링형 마그네트와의 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자를 유효토크발생영역에 제동시키는 파킹 마그네트와; 상기 회전자의 회전시 상기 링형 마그네트가 원심력에 의해 비산되는 것을 방지하는 비산방지수단를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor, SRM)는 구동부(미도시)와, 상기 구동부로부터 소정의 전류를 공급받는 계자 코일(52a)이 권선된 고정자(52)와, 상기 고정자(52)의 내부에 회전 가능하게 위치된 회전자(54)와, 상기 회전자(54)의 중앙에 축설되고 양단이 모터 하우징(미도시)과의 사이에 배치된 베어링(56)에 의해 회전 가능하게 지지된 회전축(58)과, 상기 회전축(58)의 일단부에 끼움 결합되어 상기 회전자(54)와 일체로 회전되는 링형 마그네트(60)와, 상기 링형 마그네트(60)의 일측에 대향되게 배치되어 제동시 상기 링형 마그네트(60)와의 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자(54)를 유효토크발생영역(SEP)에 제동시키는 파킹 마그네트(62)와, 상기 링형 마그네트(60)의 타측에 대향되게 배치되어 상기 회전자(54)의 위치 및 속도를 검출하는 홀센서(64)와, 상기 회전자(54)의 회전시 상기 링형 마그네트(60)가 원심력에 의해 비산되는 것을 방지하는 비산방지수단을 포함하여 구성된다.

좀 더 자세히 설명하면, 상기 고정자(52)는 상하가 개방된 원통형으로 형성된 요크(52b)와, 상기 요크(52b)의 내벽에서 상기 회전자(54)를 향해 원주방향으로일정 간격을 두고 돌출 형성된 6개의 돌극(52c)과, 상기 6개의 돌극(52c)에 권선된 상기 계자 코일(52a)로 이루어진다.

상기 회전자(54)는 원주방향으로 일정 간격을 두고 6개의 돌극(54a)이 돌출 형성되고, 중앙에 상기 회전축(58)이 축설될 수 있도록 축설홀(h)이 형성된 코어(54b)가 회전축(58)의 축방향으로 적층되어 형성된다.

상기 링형 마그네트(60)는 페라이트 재질로 형성되어 극수가 상기 회전자의 돌극(54a) 개수의 n(n은 자연수)배이고, N극과 S극이 상기 회전축(58)의 원주방향으로 교대로 배열된다.

그리고, 상기 링형 마그네트(60)는 상기 회전자(54)와 마주보지 않는 일측면에 상기 회전자(54)와의 사이에 슬립(Slip)이 발생하지 않도록 원주방향으로 서로 이격된 6개의 홈(60a)이 형성된다.

상기 비산방지수단은 상기 링형 마그네트(60)의 상/하단 외둘레에 끼움된 보강 링(70)으로 이루어지는데, 상기 보강 링(70)은 상기 링형 마그네트(60)의 자속의 흐름에 영향을 미치지 않도록 비자성금속재질, 특히 알루미늄 재질로 형성되고, 상기 회전자(54)가 고속(보통 40,000rpm)으로 회전될 때 상기 링형 마그네트(60)가 작용되는 원심력을 견딜 수 있도록 소정의 두께를 갖는다.

따라서, 상기 링형 마그네트(60)는 상/하단의 직경이 중앙부위의 직경보다 상기 보강 링(70)의 두께만큼 작도록 단차지게 형성되고, 상기 보강 링(70)은 외경이 상기 링형 마그네트(60)의 중앙부위의 직경과 동일하게 형성되고 내경이 상기 링형 마그네트(60)의 상/하단의 직경과 동일하게 형성되어 상기 링형 마그네트(60)에 압입되어 고정된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

구동부를 통해 계자 코일(52a)에 전류가 흐르면, 고정자의 돌극(52c)이 여자되어 회전자(54)가 자기저항이 최소로 되는 방향으로 회전되고, 상기 회전자(54)와 함께 회전축(58)이 일체로 회전되면서 외부로 모터의 구동력을 전달하며, 링형 마그네트(60)가 상기 회전축(58)을 통해 상기 회전자(54)의 회전력을 전달받아 같이 회전되면서 상기 파킹 마그네트(62) 및 홀센서(64)와 상호 작용된다.

여기서, 상기 링형 마그네트(60)는 상기 회전자(54)가 고속으로 회전되기 때문에 비교적 큰 원심력의 작용을 받지만, 비산방지수단에 의해 비산되는 것이 방지된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 회전축에 고정된 링형 마그네트의 상/하단에 각각 비자성금속인 알루미늄 재질로 형성된 보강 링이 끼움 결합되기 때문에 회전자가 고속으로 회전될 때 상기 링형 마그네트에 큰 원심력이 작용되더라도 비산되는 것이 방지되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 계자 코일이 권선된 고정자와; 상기 고정자와의 사이에 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 회전되는 회전자와; 상기 회전자에 일체로 회전되도록 결합된 링형 마그네트와; 상기 링형 마그네트의 일측에 배치되어 제동시 상기 링형 마그네트와의 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자를 유효토크발생영역에 제동시키는 파킹 마그네트와; 상기 회전자의 회전시 상기 링형 마그네트가 원심력에 의해 비산되는 것을 방지하는 비산방지수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 비산방지수단은 상기 링형 마그네트의 상/하단 외둘레에 끼움된 보강 링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 보강 링은 알루미늄 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.