KR100657717B1 - 스위치드 릴럭턴스 모터 - Google Patents

스위치드 릴럭턴스 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로서, 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 계자 코일(113)이 권선된 고정자(110)와, 고정자(110)와의 사이에 발생되는 전자기력에 의해 회전하는 회전자(120)와, 회전자(120)에 일체로 회전하도록 결합되는 링형 회전 마그네트(130)와, 링형 회전 마그네트(130)의 표면과 마주 보는 위치에 고정되며, 회전자(120)가 정지시 링형 회전 마그네트(130)와의 사이에서 발생되는 자력에 의해 회전자(120)를 유효토크발생영역에 파킹시키는 링형 고정 마그네트(140)를 포함한다. 따라서, 본 발명은, 회전자가 유효토크발생영역에 제대로 정지되기 위하여 회전자와 함께 회전하는 링형 마그네트와 마주보는 위치에 별도로 고정된 링형 마그네트를 마련함으로써 회전하는 링형 마그네트의 표면에 인력이 골고루 미치도록 하고, 이로 인해 이들 링형 마그네트간의 착자 세기를 최소화하여 회전자의 회전속도 변경을 줄임으로써 토크 리플을 감소시켜서 회전자가 매끄럽게 회전할 수 있도록 하며, 회전자와 함께 회전하는 링형 마그네트의 크기 및 중량을 최소화시킴과 아울러 회전자에 가해지는 하중을 최소화하여 모터의 출력특성을 향상시키는 효과를 가지고 있다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터{SWITCHED RELUCTANCE MOTOR}
도 1은 종래의 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 요부 구성을 도시한 평면도이고,
도 2는 종래의 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자 어셈블리를 도시한 측단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자 어셈블리를 도시한 측단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 고정자 111 : 요크
112 : 돌극 113 : 계자코일
120 : 회전자 121 : 돌극
122 : 코어 123 : 회전축
124 : 베어링 130 : 링형 회전 마그네트
140 : 링형 고정 마그네트 141 : 브라켓
150 : 홀센서
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 링형 마그네트의 착자 세기를 최소화하여 회전자의 회전속도 변경을 줄임으로써 토크 리플을 감소시키며, 회전자와 함께 회전하는 링형 마그네트의 크기 및 중량을 최소화시킬 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.
일반적으로, 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor)는 동기형 릴럭턴스 모터와 함께 릴럭턴스 모터로 분류되는데, 동기형 릴럭턴스 모터가 정현파에 의해 구동되는데 반해, 스위치드 릴럭턴스 모터는 펄스 신호에 의해 구동되며, 그 구조가 간단하고 견고하여 유지 및 보수가 거의 필요없으며, 생산단가가 저렴하다는 장점을 가진다.
종래의 스위치드 릴럭턴스 모터를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 요부를 도시한 평면도이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자 어셈블리를 도시한 측단면도이다. 종래의 스위치드 릴럭럭턴스 모터는 미도시된 구동부와, 구동부로부터 소정의 전류를 공급받는 계자 코일(2a)이 권선된 돌극(2b)이 내주면에 원주방향으로 복수로 돌출 형성되는 고정자(2)와, 고정자(2) 내부에 위치되고, 외주면에 고정자(2)를 향해 돌극(4a)이 복수로 돌출 형성되는 회전자(4)와, 회전자(4)에 함께 회전하도록 결합된 링형 마그네트(6)와 링형 마그네트(6) 일측에 대향되게 배치되어 제동시 링형 마그네트(6)와의 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 회전자(4)를 초기 기동위치, 즉 유효토크발생영역(SEP)에 제동시키는 파킹 마그네트(8)와, 링형 마그네트(6) 타측에 대향되게 배치되어 회전자(4)와 함께 회전되는 링형 마그네트(6)와의 사이에 발생되는 자계 변화를 통해 회전자(4)의 위치 및 속도를 검출하여 그 신호를 구동부에 전달하는 홀센서(10)를 포함한다.
그리고, 회전자(4)는 중앙에 외부로 구동력을 전달하기 위한 회전축(12)이 결합되어 회전축(12)과 일체로 회전되는데, 회전축(12)은 양단이 모터 하우징(미도시)과의 사이에 배치된 베어링(14)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 전방단부에 링형 마그네트(6)가 끼워져서 고정된다. 한편, 미설명부호 UEP는 무효토크발생영역이다.
이와 같은 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 동작을 설명하면 다음과 같다. 구동부를 통해 계자 코일(2a)에 소정의 전류가 흐르면 회전자(4)가 자기저항이 최소로 되는 방향으로 회전되고, 회전자(4)와 함께 회전축(12)과 링형 마그네트(6)가 일체로 회전된다. 여기서, 링형 마그네트(6)가 회전됨에 따라 홀센서(10)가 링형 마그네트(6)와의 사이에 발생되는 자계의 변화를 통해 회전자(4)의 위치 및 속도를 검출한 후 그 검출신호를 구동부에 출력하고, 구동부는 이 검출신호에 따라 계자 코일(2a)에 소정의 전류를 공급한다.
그리고, 제동시 회전자(4)는 링형 마그네트(6)와 파킹 마그네트(8)의 상호 작용에 의해 회전자(4)가 유효토크발생영역(SEP)에 제동된다.
그러나, 이와 같은 종래의 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 파킹 마그 네트(8)가 링형 마그네트(6)의 일측에만 위치하게 됨으로써 회전자(4)를 유효토크발생영역(SEP)에 파킹시 링형 마그네트(6)의 일부분만이 파킹 마그네트(8)와 인력이 작용하기 때문에 회전자(4)를 유효토크발생영역(SEP)에 제대로 파킹시키기 위해서 링형 마그네트(6)는 충분한 자력을 가질 수 있도록 크기 및 중량이 증가하고, 이로 인해 회전자(4)의 기동에 영향을 초래하여 모터의 출력특성을 저하시키며, 링형 마그네트(6)에 파킹 마그네트(8)와의 인력이 일부에만 집중되어 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터가 가지는 돌극 구조로 인해 야기되는 속도 변경에 따른 토크 리플(Torque Ripple)의 발생을 보다 더 악화시키는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 회전자가 유효토크발생영역에 제대로 정지되기 위하여 회전자와 함께 회전하는 링형 마그네트와 마주보는 위치에 별도로 고정된 링형 마그네트를 마련함으로써 회전하는 링형 마그네트의 표면에 인력이 골고루 미치도록 하고, 이로 인해 이들 링형 마그네트간의 착자 세기를 최소화하여 회전자의 회전속도 변경을 줄임으로써 토크 리플을 감소시켜서 회전자가 매끄럽게 회전할 수 있도록 하며, 회전자와 함께 회전하는 링형 마그네트의 크기 및 중량을 최소화시킴과 아울러 회전자에 가해지는 하중을 최소화하여 모터의 출력특성을 향상시키는 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 계자 코일이 권선된 고정자와, 고정자와의 사이에 발생되는 전자기력에 의해 회전하는 회전자와, 회전자에 일체로 회전하도록 결합되는 링형 회전 마그네트와, 링형 회전 마그네트의 표면과 마주 보는 위치에 고정되며, 회전자가 정지시 링형 회전 마그네트와의 사이에서 발생되는 자력에 의해 회전자를 유효토크발생영역에 파킹시키는 링형 고정 마그네트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 하겠다.
도 3은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자 어셈블리를 도시한 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(100)는 고정자(110)와, 고정자(110) 내부에 위치하는 회전자(120)와, 회전자(120)에 일체로 결합되는 링형 회전 마그네트(130)와, 링형 회전 마그네트(130)의 표면과 마주 보는 위치에 고정되는 링형 고정 마그네트(140)를 포함한다.
고정자(110)는 원통형으로 형성된 요크(111) 내주면에 회전자(120)를 향해 원주방향으로 6개의 돌극(112)이 일정 간격을 두고서 돌출 형성되고, 돌극(112) 각각에 계자코일(113)이 권선되며, 계자코일(113)에 미도시된 구동부로부터 전류가 공급된다.
회전자(120)는 외주면에 원주방향으로 일정 간격을 두고, 고정자(110)의 돌극(112) 수에 상응하는 수, 즉 6개의 돌극(121)이 돌출 형성되는 코어(122)가 다수 로 적층되어 형성되고, 중앙에 외부로 회전력을 전달하기 위한 회전축(123)이 결합되며, 고정자(110)의 내부에 회전 가능하게 설치되어 고정자(110)의 계자코일(113)에 전류가 흐름으로써 고정자(110)와의 사이에 발생되는 전자기력에 의해 일방향으로 회전한다. 회전자(120)의 회전축(123)은 그 양단이 베어링(124)에 각각 결합되어 모터 하우징(미도시) 내부에 회전 가능하게 장착된다.
링형 회전 마그네트(130)는 회전자(120)의 상측에 일체로 함께 회전하도록 결합되고, 원주방향을 따라 N극과 S극이 동일 간격으로 교대로 배열되며, 링형 고정 마그네트(140)가 표면끼리 서로 마주 보도록 설치되고, 일측에 적어도 하나 이상의 홀센서(150)가 대향되게 배치된다. 홀센서(150)는 회전자(120)와 함께 회전되는 링형 회전 마그네트(130)의 자계 변화를 감지하여 회전자(120)의 위치 및 속도를 검출하여 그 신호를 구동부에 전달한다.
링형 고정 마그네트(140)는 링형 회전 마그네트(130)의 상면에 마주 보도록 고정되며, 회전자(120)가 정지시 링형 회전 마그네트(130)와의 사이에서 발생되는 자력에 의해 회전자(120)를 유효토크발생영역(SEP)에 파킹시킨다.
링형 고정 마그네트(140)는 링형 회전 마그네트(130)와 마찬가지로 원주 방향을 따라 N극과 S극이 동일 간격으로 교대로 배열되며, 그 자극 수는 링형 회전 마그네트(130)의 자극 수와 같다. 한편, 링형 고정 마그네트(140)와 링형 회전 마그네트(130)는 자극의 수가 고정자(110)의 자극 수의 2배인 것이 바람직하다. 따라서, 고정자(110)의 자극 수가 본 실시예에서처럼 6개인 경우 링형 고정 마그네트(140)와 링형 회전 마그네트(130) 각각은 N극과 S극을 합한 수가 12개가 된다.
링형 고정 마그네트(140)는 회전자(120)의 회전축(123)이 관통하도록 중심에 관통홀(143)이 형성되고, 고정자(110)의 상측 또는 모터의 하우징(미도시)에 브라켓(141)에 의해 고정되며, 고정자(110)의 계자코일(113)에 흐르는 전류가 단락되면 링형 회전 마그네트(130)와의 자력에 의한 상호 인력에 의해 회전자(120)가 유효토크발생영역(SEP)에 위치하도록 회전자(120)의 파킹 위치를 결정한다.
이와 같은 구조로 이루어진 스위치드 릴럭턴스 모터의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
회전자(120)가 정지시 회전자(120)에 일체로 결합된 링형 회전 마그네트(130)와 그 상측에 고정된 링형 고정 마그네트(140)사이의 자력에 의한 상호 인력에 의해 회전자(120)가 도 3에서도 도시된 바와 같이, 유효토크발생영역(SEP)에 파킹된다. 회전자가 유효토크발생영역(SEP)에 파킹된 상태에서 고정자(110)의 계자코일(113)에 전류가 흐르면 고정자(110)와 회전자(120)사이에 발생되는 전자기력에 의해 회전자(120)는 유효회전방향으로 회전함으로써 구동력을 발생시킨다.
링형 회전 마그네트(130)가 회전시 홀센서(150)는 링형 회전 마그네트(130)와의 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하여 이를 신호로써 미도시된 구동부에 출력하고, 구동부는 홀센서(150)의 신호에 따라 계자코일(113)에 흐르는 전류의 세기를 조절하여 회전자(120)의 속도를 가변시킨다.
회전자(120)가 제동시 회전자(120)가 유효토크발생영역(SEP)에 벗어나 정지하더라도 링형 회전 마그네트(130)와 링형 고정 마그네트(140)와의 자력에 의한 인력에 의해 링형 회전 마그네트(130)는 회전자(120)를 유효토크발생영역(SEP)에 파 킹할 수 있는 위치에 정지한다.
회전자(120)가 유효토크발생영역(SEP)에 파킹시 링형 회전 마그네트(130)와의 사이에 자력에 의한 인력을 발생시키는 링형 고정 마그네트(140)는 링형 회전 마그네트(130)와 거의 유사한 링형상을 가짐과 아울러 표면끼리 서로 마주 보게 위치함으로써 링형 회전 마그네트(130) 표면에 인력이 골고루 미치도록 하며, 이로 인해 링형 회전 마그네트(130)와 링형 고정 마그네트(140)간의 착자 세기를 최소화할 수 있음으로써 회전자(120)의 회전속도 변경을 줄일 수 있다. 따라서, 회전자(120)가 토크 리플이 감소되어 매끄럽게 회전할 수 있다.
또한, 링형 고정 마그네트(140)에 의해 링형 회전 마그네트(130) 전 표면에 걸쳐서 균형된 인력이 작용함으로써 링형 회전 마그네트(130)의 크기 및 중량을 최대한 줄일 수 있으며, 이로 인해 회전자(120)에 가해지는 하중을 최소화하여 모터(100)의 출력특성을 향상시킨다.
그리고, 링형 고정 마그네트(140)와 링형 회전 마그네트(130) 각각의 자극 수가 고정자(110)의 자극 수의 2배이므로 링형 고정 마그네트(140)와 링형 회전 마그네트(130)간의 자력에 의해 회전자(120)가 정지하는 위치가 항상 일정하도록 용이하게 설계할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 회전자가 유효토크발생영역에 제대로 정지되기 위하여 회전자와 함께 회전하는 링형 마그네트와 마주보는 위치에 별도로 고정된 링형 마그네트를 마련함으로써 회전하는 링형 마그 네트의 표면에 인력이 골고루 미치도록 하고, 이로 인해 이들 링형 마그네트간의 착자 세기를 최소화하여 회전자의 회전속도 변경을 줄임으로써 토크 리플을 감소시켜서 회전자가 매끄럽게 회전할 수 있도록 하며, 회전자와 함께 회전하는 링형 마그네트의 크기 및 중량을 최소화시킴과 아울러 회전자에 가해지는 하중을 최소화하여 모터의 출력특성을 향상시키는 효과를 가지고 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (2)

  1. 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서,
    계자코일이 권선된 고정자와,
    상기 고정자와의 사이에 발생되는 전자기력에 의해 회전하는 회전자와,
    상기 회전자에 일체로 회전하도록 결합되는 링형 회전 마그네트와,
    상기 링형 회전 마그네트의 표면과 마주 보는 위치에 고정되며, 상기 회전자가 정지시 상기 링형 회전 마그네트와의 사이에서 발생되는 자력에 의해 상기 회전자를 유효토크발생영역에 파킹시키는 링형 고정 마그네트
    를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 링형 회전 마그네트와 상기 링형 고정 마그네트는,
    각각 원주 방향을 따라 N극과 S극이 교대로 배열되며, 각각의 자극 수가 상기 고정자의 자극 수의 2배인 것
    을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
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