KR100647897B1 - 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터 - Google Patents

구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정돌극에 계자코일이 권선된 고정자와, 상기 고정자의 고정돌극에서 발생된 전자기력에 의하여 회동되도록 회전돌극이 형성된 회전자가 내측에 설치되며, 상기 회전자와 함께 회동되는 회전축이 돌출 형성된 모터케이스와; 상기 모터케이스의 회전축에 고정되어 회동하는 송풍팬이 내측에 설치되며, 공기를 흡입하기 위한 흡입구가 일측에 형성된 상부케이스와; 상기 상부케이스의 흡입구와 연통 설치되는 방열관이 내측을 향하여 절곡 형성되며, 상기 상부케이스 일측에 고정된 커버부와; 상기 커버부 내측에 장착된 구동회로부를 포함하여 구성되며; 상기 구동회로부의 전력소자는 상기 방열관의 측벽에 고정 설치됨을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 스위치드 릴럭턴스 모터와 이를 제어하기 위한 구동회로부가 일체로 설치됨으로 인하여 제품이 소형화 되며, 상기 구동회로부를 냉각시키기 위하여, 별도의 냉각부재를 사용하지 않고 상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 동작에 따른 공기이동에 의하여 냉각됨으로 생산비를 절감할 수 있게 된다.
스위치드 릴럭턴스 모터, 구동회로부, 커버부, 모터케이스

Description

구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터{Switched reluctance motor with driving circuit}
도 1은 종래 스위치드 릴럭턴스 모터의 회로도이다.
도 2는 본 발명 일실시예에 의한 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명 일실시예에 의한 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터의 측단면도이다.
도 4는 본 발명 다른 실시예에 의한 의한 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터의 측단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20 : 스위치드 릴럭턴스 모터 30 : 본체케이스
40 : 상부케이스 41 : 송풍팬
42 : 흡입구 44 : 배출구
46 : 상부면 47 : 제1측면
48 : 제2측면 50 : 모터케이스
52 : 고정돌극 54 : 고정자
56 : 회전돌극 58 : 회전자
60 : 회전축 62 : 베어링
70 : 구동회로부 72 : 인쇄회로기판
74 : 전력소자 76 : 체결부재
80 : 커버부 81 : 커버측면
82 : 장착부 84 : 방열관
86 : 내측면 88 : 외측면
89 : 장착홈 90 : 실링부재
100 : 다층기판
본 발명은 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동회로부와 스위치드 릴럭턴스 모터를 일체로 하여 생산하는 것에 의하여 생산비를 절감하고, 구동회로부의 방열이 효과적으로 이루어지게 되어 동작신뢰성을 향상시키는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스위치드 릴럭턴스 모터는 다상의 고정자에 권취된 코일에 공급되는 전원을 스위칭 소자를 이용하여 단속함으로써 회전 토오크를 발생시키게 되는데, 회전자와 고정자간의 여자상태를 순차적으로 가변시킴으로써 자기 흡입력에 의 하여 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 세탁기나 진공청소기등의 가전제품의 동력원으로 사용되고 있다.
상기와 같은 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched reluctance motor;SRM)은 회전자에 권선이나 영구자석이 없는 구조로 이루어지고, 구동회로가 간단하여 제작비용이 저렴하고, 회전자의 관성이 적으며 넓은 범위의 속도에서 고효율운전이 가능하기 때문에 그 구조 및 작동상 여러 이점을 갖는 전동기이다
도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 회로도이다.
종래기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor; SRM)는 구동회로부(10)와, 상기 구동회로부(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.
상기 고정자(2)는 상하가 개방된 원통형으로 형성된 형성된 요크(2b)와, 상기 요크(2b)의 내벽에서 상기 회전자를 향해 원주방향으로 일정간격을 두고 돌출 형성된 돌극(2c)과, 상기 돌극(2c)에 권선된 계자 코일(2a)로 이루어진다.
상기 회전자(4)는 원주방향으로 일정간격을 두고 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 구동회로부(10)는 상기 회전자(4)의 위치나 속도를 감지하는 광센서 또는 홀센서 등으로부터 신호를 전달받아 상기 계자 코일에 흐르는 전류의 세기를 가변시키게 되며, 이를 위하여, 인쇄회로기판에는 다수개의 칩과 스위칭 트랜지스터로 사용되는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 다이오드등이 설치된다.
이와 같은, 스위치드 릴럭턴스 모터는 구동회로부(10)에 의해 계자 코일(2a)에 전류가 흐르면 고정자(2)와 회전자(4)사이에 릴럭턴스 토크가 발생되어 상기 회전자(4)는 자기회로의 저항이 최소가 되는 방향으로 회전된다.
상기 스위치드 릴럭턴스 모터는 상기 고정자의 돌극(2c)에 보조코일(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 일방향으로 회전된다.
그러나, 상기와 같은 동작특성을 갖는 스위치드 릴럭턴스 모터와 구동회로부(10)가 별개로 제작되는 것에 의하여, 각각의 설치공간이 별도로 마련되어야 하며, 조립공정등이 증가됨으로 인하여 생산성이 저하된다.
그리고, 상기 구동회로부(10)에 사용되는 전력소자 가운데 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 다이오드를 포함한 몇몇 소자들은 비교적 고온의 열을 발열시키는 것에 의하여 구동회로부(10)의 냉각을 위한 별도의 방열장치가 요구되며, 이로 인하여 생산비가 상승되는 문제점이 발생된다.
상기 열거된 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 구동회로부의 냉각을 위하여 별도의 장치가 요구됨으로 인하여 생산비가 상승되는 문제점과, 스위치드 릴럭턴스 모터와 구동회로부가 별도로 설치되는 것에 의하여 조립공정이 증가되며, 제품의 커진 부피로 인하여 비교적 많은 설치공간이 요구되는 문제점을 해결하기 위한 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 고정돌극에 계자코일이 권선된 고정자와, 상기 고정자의 고정돌극에서 발생된 전자기력에 의하여 회동되도록 회전돌극이 형성된 회전자가 내측에 설치되며, 상기 회전자와 함께 회동되는 회전축이 돌출 형성된 모터케이스와; 상기 모터케이스의 회전축에 고정되어 회동하는 송풍팬이 내측에 설치되며, 공기를 흡입하기 위한 흡입구가 일측에 형성된 상부케이스와; 상기 상부케이스의 흡입구와 연통 설치되는 방열관이 내측을 향하여 절곡 형성되며, 상기 상부케이스 일측에 고정된 커버부와; 상기 커버부 내측에 장착된 구동회로부를 포함하여 구성되며; 상기 구동회로부의 전력소자는 상기 방열관의 측벽에 고정설치됨을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 커버부의 내측을 향한 상기 방열관의 내측면 형상은 다각형 형상을 이루게 된다.
그리고, 상기 상부케이스와 접하는 상기 방열관의 일단에는 실링부재가 설치 된다.
그리고, 상기 커버부 내측에 설치된 상기 구동회로부의 인쇄회로기판은 다층구조로 적층된다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 스위치드 릴럭턴스 모터와 이를 제어하기 위한 구동회로부가 일체로 설치됨으로 인하여 제품이 소형화 되며, 상기 구동회로부를 냉각시키기 위하여, 별도의 냉각부재를 사용하지 않고 상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 동작에 따른 공기이동에 의하여 냉각됨으로 생산비를 절감할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명 일실시예에 의한 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명 일실시예에 의한 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터의 측단면도이며, 도 4는 본 발명 다른 실시예에 의한 의한 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터의 측단면도이다.
본 발명 실시예에 의한 스위치드 릴렉턴스 모터의 외형은 본체케이스(30)로 형성되어 있으며, 상기 본체케이스(30)는 송풍팬(41)이 내측에 설치된 상부케이스(40)와 고정자(54)와 회전자(58)가 내측에 설치된 모터케이스(50)로 구분된다.
상기 상부케이스(40)의 일측에는 흡입구(42)가 통공되어 있으며, 상기 송풍팬(41)의 회동에 의하여 외측의 공기가 흡입되는 통로가 된다.
상기 상부케이스(40)와 모터케이스(50) 사이에는 배출구(44)가 형성됨으로, 상기 흡입구(42)를 통하여 흡입된 공기가 외측으로 나가는 통로가 된다.
그리고, 상기 상부케이스(40)의 흡입구(42) 둘레에는 상부면(46)이 형성되어 있으며, 상기 상부케이스(40) 측면에는 단차지게 절곡된 부분을 경계로 제1측면(47)과 제2측면(48)이 형성된다.
상기 상부케이스(40)가 상측에 결합되는 모터케이스(50)의 내측에는, 고정돌극(52)에 계자코일이 권선된 고정자(54)와, 상기 고정자(54)의 고정돌극(52)에서 발생된 전자기력에 의하여 회동되도록 회전돌극(56)이 형성된 회전자(58)가 설치된다.
상기 회전자(58)에는 회전축(60)이 관통 설치되어서, 상기 모터케이스(50) 외측으로 돌출 형성된다.
상기 회전축(60)의 상하측에는 원활한 회전동작을 제공하기 위하여 베어링(62)이 각각 설치된다.
상기 상부케이스(40) 상측(도2기준)에 고정되는 커버부(80)는 일측만 개구된 원통 형상으로서, 커버측면(81)의 하단 내측은 단차진 형상에 의하여 상기 제1측면(47)에 접하여 고정된다.
상기 제1측면(47)과 제2측면(48)은 탄성을 갖는 재질로 이루어짐으로 인하여, 상기 제1측면(47) 외측에 커버측면(81)이 접하여 고정되는 경우, 억지끼움방식에 의하여 결합되며, 상기 제1측면(47)의 탄성적 복원력에 의하여, 상기 커버부(80)와 상부케이스(40)의 체결력이 부여된다.
상기 커버부(80)의 중앙에는, 상기 상부케이스(40)의 흡입구(42)와 연통 설치되는 관 형상의 방열관(84)은 상기 커버부(80)의 중앙에서 내측으로 절곡 형성된 다.
상기 방열관(84)은 공기와 접하는 외측면(88)과, 상기 외측면(88)의 타측에 설치된 내측면(86)으로 구분되어 설치되며, 냉각효과를 극대화 하기 위하여 상기 내측면(86)은 다각형 형상으로 형성된다.
상기 커버부(80)의 상측면의 내측에는 볼트 체결을 위한 장착부(82)가 하향으로 돌출 형성되며, 상기 장착부(82)에는 인쇄회로기판(72)이 체결부재(76)에 의하여 체결됨으로 고정된다.
상기 인쇄회로기판(72)에는 구동회로부(70)를 구성하기 위한 전력소자(74)들이 장착되어 있으며, 상기와 같은 전력소자(74)는 트랜지스터(TR), 전계효과트랜지스터(FET), 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT;Insulated Gate Bipolar Transistor) 등이 사용되며, 특히, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터를 포함한 열을 많이 내는 소자는, 다각형으로 형성된 상기 방열관(84)의 내측면(86)에 고정 설치한다.
상기와 같이, 상기 커버부(80) 내측에 설치되는 구동회로부(70)의 인쇄회로기판(72)은 도 3에 도시된 바와 같이 단층만 적층되어 사용될 수 있으나, 사용되는 전자소자등의 증가로 인하여 인쇄회로 기판이 추가로 요구될 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 2층이나 3층 이상의 다층 구조로 상기 커버부(80) 내측에 다층기판(100)이 적층되어 사용됨으로 제품 외형을 더욱 소형화 하게 된다.
그리고, 상기 상부케이스(40)와 접하는 상기 방열관(84)의 일단에는 장착홈(89)이 형성되며, 상기 장착홈(89)에 링 형상의 실링부재(90)가 장착된다.
한편, 상기 커버부(80)의 측면에는 배선홀(83)이 형성되어, 상기 구동회로부(70)와 상기 고정자(54)를 연결시키는 전기배선등이 지나가는 통로가 된다.
상기 구성을 갖는 본 발명 실시예에 의한 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터의 작동상태를 설명하기로 한다.
상기 스위치드 릴럭턴스 모터(20)는 구동회로부(70)의 작동에 의해서 고정자(54)의 고정돌극(52)에 권선된 계자 코일에 전류가 흐르면, 고정자(54)와 회전자(58) 사이에 릴럭턴스 토크가 발생되어 상기 회전자(58)는 자기회로의 저항이 최소가 되는 방향으로 회전된다.
상기 회전자(58)의 회전에 의하여 상기 회전축(60)도 회전하게 되고, 상기 회전축(60)과 연결된 송풍팬(41)도 회전하게 된다.
상기 송풍팬(41)의 회전에 의하여 외측의 공기는 커버부(80)의 방열관(84)을 통하여 상부케이스(40)의 흡입구(42)로 유입되며, 상기 송풍팬(41)을 거친 공기는 배출구(44)를 통하여 배출된다.
상기 방열관(84)의 외측면(88)은 흡입된 공기에 의하여 냉각이 이루어지게 되며, 이로 인하여, 상기 방열관(84)의 내측면(86)에 고정된 전력소자(74)도 냉각이 이루어지게 된다.
상기 방열관(84)의 내측면(86)은 다각형 형상을 함으로 인하여, 상기 전력소자(74)와 접하는 면적이 증대됨으로 냉각효과가 더욱 향상된다.
상기 전력소자(74)와 연결된 인쇄회로기판(72)은 상기 커버부(80) 내측에 설치되며, 필요에 따라서 상기 인쇄회로기판(72)은 도 4에 도시된 바와 같이, 추가로 다층기판(100)이 적층되어 설치됨으로 공간활용도를 극대화 하게 된다.
그리고, 상기 실링부재(90)가 상기 방열관(84)과 상부케이스(40)의 상부면(46) 사이에 설치됨으로 인하여, 상기 방열관(84)의 외측면(88)을 따라서 이동된 공기가 상기 방열관(84)과 상부케이스(40) 사이의 공간으로 누설되지 않고, 전량 흡입구(42)를 통하여 송풍팬(41) 측으로 유입되도록 하여, 더욱 향상된 기기의 동작효율을 제공하게 된다.
본 발명에서는 상기 방열관(84)의 내측면(86) 형상을 팔각형으로 하였으나, 이는 실시예에 의한 것일뿐, 상기 전력소자(74)와의 접촉면적을 증대시켜 열 발산이 원활하게 되도록 하기 위한 기술사상에서, 여러 변형이 가능할 것이다.
그리고, 상기 커버부(80)와 상기 상부케이스(40)가 접하여 고정됨에 있어서, 상기와 같이 상부케이스(40)의 측면이 탄성을 갖는 재질로 이루어져서 억지끼움 방식에 의하여 결합 할 수 있으며, 볼트를 포함한 별도의 체결부재(76)를 사용하여 결합을 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라, 단지 예시로 제시된 것이며, 본 발명의 기술사상 안에서 다양한 실시예가 적용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터에 의하면, 스위치드 릴럭턴스 모터의 본체케이스에 구동회로부가 내장된 커버부 를 일체로 결합함으로 인하여 조립공정과 부품수가 감소되어 생산비가 절감되며, 공간활용도를 극대화 하는 효과가 있다.
그리고, 스위치드 릴럭턴스 모터의 동작에 의하여 발생되는 공기의 흐름을 이용하여 구동회로부의 전력소자들이 냉각됨으로 인하여,별도의 냉각장치가 설치되지 않고서도 기기 동작의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
그리고, 스위치드 릴럭턴스 모터의 본체케이스와 결합되는 커버부를 공용으로 사용할 수 있게 되어 호환성이 극대화 되며, 부품비를 절감하게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 고정돌극에 계자코일이 권선된 고정자와, 상기 고정자의 고정돌극에서 발생된 전자기력에 의하여 회동되도록 회전돌극이 형성된 회전자가 내측에 설치되며, 상기 회전자와 함께 회동되는 회전축이 돌출 형성된 모터케이스와;
    상기 모터케이스의 회전축에 고정되어 회동하는 송풍팬이 내측에 설치되며, 공기를 흡입하기 위한 흡입구가 일측에 형성된 상부케이스와;
    상기 상부케이스의 흡입구와 연통 설치되는 방열관이 내측을 향하여 절곡 형성되며, 상기 상부케이스 일측에 고정된 커버부와;
    상기 커버부 내측에 장착된 구동회로부를 포함하여 구성되며;
    상기 구동회로부의 전력소자는 상기 방열관의 측벽에 고정설치됨을 특징으로 하는 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 커버부의 내측을 향한 상기 방열관의 내측면 형상은 다각형 형상을 이루게 됨을 특징으로 하는 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부케이스와 접하는 상기 방열관의 일단에는 실링 부재가 설치됨을 특징으로 하는 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 커버부 내측에 설치된 상기 구동회로부의 인쇄회로기판은 다층구조로 적층됨을 특징으로 하는 구동회로부 일체형 스위치드 릴럭턴스 모터.
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