KR100568788B1 - 스위치드 릴럭턴스 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로서, 모터의 기동과 운전을 위한 제동부나 자계감지센서와 같은 소정의 부가장치가 스테이터에 일체로 결합된 것으로, 스테이터 일단에 링형마그네트와의 사이에서 발생하는 자력으로 로터의 초기위치를 유효토크 발생영역에 위치시키는 제동부를, 상기 제동부와 마주보는 방향에 위치한 스테이터 타단에 로터 회전시 링형 마그네트와의 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하는 소정의 자계감지센서를, 각기 일체로 결합시켜, 조립 공정을 보다 간소화해 양산효율을 증대시키고, 또한 비교적 안정된 간단한 구조를 가지도록 하여 실용성과 생산원가를 더욱 향상시킨다.

제동부, 자계감지센서, 스테이터, 몰딩, 일체, 결합

Description

스위치드 릴럭턴스 모터{Switched Reluctance Motor}

도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 도면,

도 2는 종래의 개량된 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 사시도,

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 자계감지센서의 고정양태를 도시한 부분사시도,

도 5는 본 발명에 따른 제동부의 제1고정실시예를 도시한 부분사시도,

도 6은 본 발명에 따른 제동부의 제2고정실시예를 도시한 부분사시도,

도 7은 본 발명의 동작원리를 설명한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

310 : 요크 320 : 돌극

330 : 인슐레이터 340 : 계자 코일

350 : 자계감지센서 360 : 제동부

본 발명은 조립 공정을 보다 간소화하여 양산효율을 증대시키고, 비교적 안정되고 간단한 구조를 가지도록 하여 실용성과 생산원가를 더욱 향상시킬 수 있는, 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.

초기에는 비교적 낮은 효율로 인해 상품화를 위한 연구 개발이 이루어지지 못하고 있다가, 근래의 반도체 기술과 전자기 설계 기술의 발달로 인해, 가전 제품 및 산업 기기에 릴럭턴스 전동기를 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

릴럭턴스 전동기는 크게 동기형 릴럭턴스 전동기와 스위치드 릴럭턴스 전동기로 분류할 수 있는데, 동기형 릴럭턴스 전동기가 일반적으로 정현파에 의해 구동되는데 비해, 펄스 신호에 의해 구동되는 스위치드 릴럭턴스 전동기는 고정자와 회전자가 모두 돌극 형상이다.

특히, 스위치드 릴럭턴스 모터는 구조가 간단하고 견고하여 유지, 보수가 거의 불필요하며, 생산비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 공극 표면의 돌극 형상에 의해 체적당 출력이 감소하고, 비교적 큰 토크리플을 가짐에 따라 고속회전을 요하는 분야로 그 응용범위가 제한되는데, 도 1은 이러한 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 도면이다.

이에 도시한 바와 같이, 스위치드 릴럭턴스 모터는 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 코일에 전류가 흐르면 상기 고정자(2)와의 사이에 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 일방향으로 회전되는 회전자(4) 등으로 이루어진다.

이렇게 이루어진 스위치드 릴럭턴스 모터는 구동부에 의해 계자 코일에 전류가 흐르면 고정자와 회전자 사이에 릴럭턴스 토크가 발생되어 상기 회전자가 자기 회로의 저항이 최소가 되는 방향으로 회전된다.

한편, 도시된 바와 같은 기존의 스위치드 릴럭턴스 모터 구조는 초기 기동 시 회전자가 항상 유효토크 발생영역에 위치되어야 하는데, 이를 위해 별도의 보조 코일을 권선해야 하며 또한 회전자의 위치 및 속도를 적절히 가변시키기 위해서는 홀 센서나 광 센서 등이 추가적으로 조립되는 것이 필요하다.

즉, 초기 기동이나 회전자의 위치 및 속도를 가변시키기 위한 일련의 부가적인 장치의 조립이 필요한데, 그로 인해 전체적인 모터 구조가 복잡해지는 문제점이 발생되어 본 출원인은 이를 해결하기 위해 대한민국 특허출원번호 제2002-59927의 단상모터를 제안한 바 있다.

도 2는 그 단상의 스위치드 릴럭턴스 모터 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이, 회전자에 링형 마그네트(20)가 결합되고 링형 마그네트(20)를 둘러싸는 리테이너(21)가 장착되어 그 일측에 파킹마그네트(22)가 고정되고, 타측에 홀 센서(23)가 링형 마그네트와 대향되게 고정시킴으로써 모터의 기동과 운전에 필요한 부가적인 장치가 비교적 간단한 구조로 설치가능하게 되었다.

하지만, 모터의 기동과 운전에 필요한 파킹 마그네트나 홀 센서와 같은 부가모듈들이 도시된 바와 같이, 소정의 리테이너를 통해 조립되고 이러한 리테이너가 다시 링형 마그네트를 둘러싸도록 회전자에 조립됨으로써 그로 인해 공정수가 많아져 양산효율을 저하시킬 뿐만 아니라 회전자의 회전시 부가모듈들이 불안정하게 흔들릴 수도 있는 등 실용성과 안정성에 있어서도 문제점이 초래되었고, 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 좀 더 개량된 구조의 스위치드 릴럭턴스 모터가 새로이 필요하게 되었다.

이에 본 발명은 상기한 필요성을 만족시키기 위하여 개발된 것으로, 조립 공정을 보다 간소화하여 양산효율을 증대시키고, 또한 비교적 안정된 간단한 구조를 가지도록 하여 실용성과 생산원가를 더욱 향상시킬 수 있는, 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적에 따라 본 발명은, 모터의 기동과 운전을 위한 제동부나 자계감지센서와 같은 소정의 부가모듈이 사출성형시킨 몰딩부재를 통해 스테이터에 일체로 결합되는데, 구체적으로는, 스테이터 일단에 링형 마그네트와의 사이에서 발생하는 자력으로 로터의 초기위치를 유효토크 발생영역에 위치시키는 제동부를, 상기 제동부와 마주보는 방향에 위치한 스테이터 타단에 로터 회전시 링형 마그네트와의 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하는 소정의 자계감지센서를, 각기 고정하여 몰딩부재로 일체 결합시키고자 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 3a와 도 3b를 참조하여 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(이하, "SRM"으로 약칭함)를 설명한다.

상기 도 3a는 본 발명에 따라 몰딩전 제동부 또는 자계감지센서가 소정의 SRM 스테이터에 고정된 것을 보인 사시도이고, 도 3b는 몰딩후 본 발명에 의해 제동부 또는 자계감지센서가 SRM 스테이터에 일체화된 사시도이다.

우선, 상기 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소정의 SRM 스테이터는, 요크(310)에 의해 연결되어 원주방향을 따라 방사상으로 돌출된 다수의 돌극(320)들 각각의 선단부 및 후단부에 소정의 인슐레이터(330)가 각기 삽입 고정되고 그 사이 슬롯에는 계자 코일(340)이 각기 권선되며, 중앙에는 소정의 수용공이 형성되어 본 발명에 사용되는 회전축 일단에 링형 마그네트가 고정된 소정의 로터가 삽입 수용된다.

이 때, 본 발명은 도시된 바와 같이, 스테이터 일단에 상기 로터 회전시 링형 마그네트(미도시)와의 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하는 소정의 자계감지센서(350)가 고정되는데, 가능한한 스테이터 일단, 특히 돌극의 선단부에 삽입 개재된 소정의 인슐레이터(330)에 일정 두께의 얇은 고정 홈을 형성하여 이렇게 형성한 고정 홈에 홀 센서와 같은 소정의 자계감지센서를 적어도 하나 이상 소정 개수만큼 삽입 고정하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 자계감지센서(350)와 마주보는 방향에 위치한 스테이터 타단에 상기 로터 회전시 링형 마그네트와의 사이에서 발생하는 자력으로 로터의 초기위치를 유효토크 발생영역에 위치되도록 하는 소정의 제동부(360)가 고정된 구조를 가지는데, 바람직하게는 링형 마그네트의 일측과 대향되는 스테이터 상단의 소정영역, 특히 링형 마그네트와 로터의 반경방향 또는 회전축방향으로 대향되는 위치에 속한 소정의 돌극과 인슐레이터의 상단부를 전체적으로 걸치게 포함하는 영역에 상기 제동부(360)를 고정시키는 것이 바람직하다.

이 때, 가능한한 해당되는 영역에 본딩부재 예컨대, SRM몰딩시 사용되는 것 과 같은 소정의 몰딩부재를 부착시켜 파킹 마그네트와 같은 소정의 제동부를 고정시키거나, 또는 인슐레이터 상단에 형성된 삽입홈에 압입가능하도록 성형된 소정의 리테이너에 제동부를 삽입 안착시키는 것이 바람직한데, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

한편, 전술한 바와 같이 스테이터 일단과 타단에 자계감지센서(350) 또는 제동부(360)가 각기 고정된 SRM은 소정의 몰딩 공간을 가지는 금형에 넣고 수지물을 채워 사출성형시킴으로써 도 3b에 도시된 바와 같이, 자계감지센서(350)와 제동부(360)가 스테이터 일단과 타단에 각기 일체로 결합된 본 발명의 SRM이 제조된다.

이와 같이, 본 발명의 SRM은 모터의 기동과 운전을 위한 제동부나 자계감지센서와 같은 소정의 부가모듈이 스테이터에 일체로 결합 고정됨으로써 종래와 같이, 전술한 부가모듈들을 소정의 리테이너를 통해 조립시킴으로써 발생되는 공정을 보다 간소화하거나 제거할 수 있어 양산효율을 증대시킬 수 있으며, 또한 비교적 안정된 간단한 구조를 가짐으로 인해 실용성과 생산원가를 더욱 향상시킬 수 있게 되는데, 이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 자계감지센서의 고정양태를 설명한다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용되는 자계감지센서(400), 특히 홀센서는 스테이터 일단, 특히 돌극의 선단부에 삽입 게재된 소정의 인슐레이터(330)에 일정 두께의 얇은 고정 홈(A)을 성형하여 이렇게 성형한 고정 홈(A)에 홀 센서와 같은 소정의 자계감지센서를 적어도 하나 이상 소정 개수만큼 삽입 고정시켜 상기 로터 회전시 링형 마그네트(미도시)와의 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하게 되는데, 이 때 자계감지센서를 고정시키는 돌극 및 그 고정 홈 위치나 두께 등과 관련된 일련의 사양은 SRM 구조에 따른 자계감지양태에 따라 얼마든지 다양한 변형이 가능하다.

계속해서, 도 5 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 제동부의 고정양태를 설명한다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제동부(500) 특히 파킹마그네트는, 자계감지센서와 마주보는 방향에 위치한 스테이터 타단, 바람직하게는 링형 마그네트의 일측과 대향되는 스테이터 상단의 소정영역, 특히 링형 마그네트와 로터의 반경방향 또는 회전축방향으로 대향되는 위치에 속한 소정의 돌극과 인슐레이터의 상단부를 전체적으로 걸치게 포함하는 해당 영역에 도 5에 도시된 바와 같이, 본딩부재 예컨대, SRM몰딩시 사용되는 것과 같은 소정의 몰딩부재(510)를 부착시켜 고정되거나, 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 인슐레이터(330) 상단에 형성된 삽입홈(B)에 압입가능하도록 일측에 끼움다리가 성형된 소정의 리테이너(600)에 제동부(500)를 압입 고정시키는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제동부를 압입 고정시키는 리테이너(600)는 하단부 가장자리 일측에 인슐레이터 상단에 형성된 삽입홈에 끼워고정될 수 있는 얇은 두께의 끼움다리가 성형되며, 내부는 소정의 파킹 마그네트가 압입 고정될 수 있도록 사용되는 파킹 마그네트의 크기에 따라 상단부 개구면과 더불어 적절히 가변제작가능하며, 이렇게 고정된 제동부는 상기 로터 회전시 링형 마그네트와의 사이에서 발생하는 자력으로 로터의 초기위치를 유효토크 발생영역에 위치되도록 한다.

마지막으로, 도 7을 참조하여 본 발명의 동작원리를 설명한다.

상기 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 SRM에서, 계자 코일에 전류가 흐르면 스테이터(300)와 로터(700) 사이에 릴럭턴스 토크가 발생되어 상기 로터와 함께 회전축(710), 링형 마그네트(720)가 유효 회전방향으로 회전되며 기동이 종료되면, 로터(700)가 링형 마그네트와 파킹 마그네트의 상호 작용에 의해 유효토크발생영역에 위치된다.

이 때, 상기 파킹 마그네트는 N극과 S극이 각기 하나씩 착자된 막대자석으로써, 계자 코일에 흐르는 전류가 단락되면 링형 마그네트와 상호 작용되어, 로터가 유효토크발생영역에 위치되도록 로터의 제동위치를 결정하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 제동부(360)는 초기 기동시 항상 로터가 유효토크발생영역에 위치되도록 하기 때문에, 로터가 상기 스테이터와의 사이에 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 회전축이 유효 회전방향으로 항상 회전되도록 하는 것이 가능하다.

한편, 본 발명의 자계감지센서부(350) 특히, 홀센서는 SRM 구동시 상기 링형 마그네트가 로터와 함께 일방향으로 회전될 때, 링형 마그네트와의 사이에 발생되는 자계의 변화를 감지하여 그에 따라 소정의 펄스 신호를 발생시켜 구동부에 전달함으로써 구동부가 그 전달된 신호를 통해 상기 로터의 위치 및 속도를 검출한 후 상기 계자 코일에 일정 세기의 전류를 인가함으로써 로터의 속도를 가변시키게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는, 모터의 기동과 운전을 위한 제동부나 자계감지센서와 같은 소정의 부가모듈이 스테이터에 일체로 결합 고정됨으로써 종래와 같이, 전술한 부가모듈들을 소정의 리테이너를 통해 조립시킴으로써 발생되는 공정을 보다 간소화하거나 제거할 수 있어 양산효율을 증대시킬 수 있으며, 또한 비교적 안정된 간단한 구조를 가짐으로 인해 실용성과 생산원가를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

1. 중심을 관통하는 회전축에 링형 마그네트가 고정되고 회전축의 반경 방향 외측으로 복수개의 돌극이 구비된 로터 및;

   선단부와 후단부에 각기 소정의 인슐레이터가 삽입 개재되고 그 사이에는 계자 코일이 각기 권선된 다수의 돌극이 원주방향을 따라 회전축방향으로 방사상 돌출되고 중앙에는 로터 수용공이 형성된 스테이터로 이루어지되,

   상기 스테이터에는;

   상기 로터에 고정된 링형 마그네트와의 사이에서 발생하는 자력으로, 로터의 초기위치를 유효토크 발생영역에 위치되도록 하는 제동부가 일체로 결합된 것을 특징으로 하는, 스위치드 릴럭턴스 모터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제동부는;

   상기 링형 마그네트의 일측과 대향되는 소정의 스테이터 상단에 고정되어 몰딩부재에 의해 일체 결합된 것을 특징으로 하는, 스위치드 릴럭턴스 모터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제동부가 스테이터 상단에 고정되는 것은 본딩 플레이트로 부착고정되는 것을 특징으로 하는, 스위치드 릴럭턴스 모터.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제동부가 스테이터 상단에 고정되는 것은 상기 인슐레이터 상단에 형성된 삽입홈에 삽입가능하도록 성형된 소정의 리테이너에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는, 스위치드 릴럭턴스 모터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 어느 한 항에 있어서, 상기 제동부는;

   파킹 마그네트인 것을 특징으로 하는, 스위치드 릴럭턴스 모터.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 스테이터는;

   상기 제동부와 마주보는 방향에 위치한 스테이터 타단에 상기 로터의 회전시 링형 마그네트와의 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하는 소정의 자계감지센서가 일체로 결합된 것을 특징으로 하는, 스위치드 릴럭턴스 모터.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 자계감지센서는;

   상기 스테이터 타단에 고정되어 몰딩부재에 의해 일체로 결합된 것을 특징으로 하는, 스위치드 릴럭턴스 모터.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 자계감지센서가 스테이터 타단에 고정되는 것은 스테이터의 인슐레이터 상단부에 형성된 홈에 삽입 고정되는 것을 특징으로 하는, 스위치드 릴럭턴스 모 터.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자계감지센서는;

   소정 개수의 홀 센서인 것을 특징으로 하는, 스위치드 릴럭턴스 모터.

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