KR100703176B1 - Switched reluctance motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회전자에 정류자편과 슬립링 및 브러시를 설치하여 고정자의 코일로 인가되는 전류를 연속적으로 제어함으로써, 스위치드 릴럭턴스 모터에서의 반도체 전류전환 장치와 인버터 등의 제어장치를 제거할 수 있어 제조비용을 대폭 낮출 수 있고, 정류자와 브러시의 접촉에 의한 전류전환에 의해 직입기동이 가능하여 고속구동이 가능함과 아울러 속도제어가 필요없는 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로, 그 구성은 각 상의 코일이 권선된 돌극이 내벽에서 원의 중심방향으로 복수개 돌출 형성된 고정자; 상기 고정자의 내부에 위치하되 중앙에 축공이 형성되며 상기 축공의 주변으로 상기 고정자의 돌극과 매칭되는 복수개의 철심이 돌출 형성된 회전자; 및 상기 회전자의 축공에 삽입 설치되며 일측에 슬립링과 복수의 정류자편 및 복수의 브러시가 각각 배치되되 상기 브러시는 고정자의 코일과 연결되어 상기 고정자의 코일로 인가되는 전원을 연속적으로 절환시키는 회전축;으로 이루어져 있다.According to the present invention, by installing a commutator piece, a slip ring and a brush on the rotor to continuously control the current applied to the coil of the stator, it is possible to eliminate a control device such as a semiconductor current switching device and an inverter in a switched reluctance motor. It is possible to drastically reduce the manufacturing cost, and to switch the reluctance motor without high speed control as well as high speed driving by the direct switching by the current switching by the contact of the commutator and the brush. A stator having a plurality of wound protrusions protruding from the inner wall toward the center of the circle; A rotor positioned inside the stator, the shaft hole being formed in the center thereof, and having a plurality of iron cores projecting around the shaft hole and matching the protrusions of the stator; And a rotation ring inserted into the shaft hole of the rotor and having a slip ring, a plurality of commutator pieces, and a plurality of brushes respectively disposed on one side thereof, wherein the brush is connected to a coil of the stator to continuously switch power applied to the coil of the stator. It consists of;
Description
도 1은 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 사시도이다. 1 is a perspective view showing a switched reluctance motor according to the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 도 1의 회전자의 구조를 도시한 분리 사시도이다.2 is an exploded perspective view illustrating a structure of the rotor of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 1의 스위치드 릴럭턴스 모터를 전기적으로 나타낸 회로도이다.FIG. 3 is a circuit diagram electrically showing the switched reluctance motor of FIG. 1. FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10: 고정자 11: 돌극10: stator 11: salient pole
15: 코일 20: 고정자15: coil 20: stator
21: 철심 25: 축공21: Iron core 25: Axis
30: 회전축 40: 슬립링30: rotating shaft 40: slip ring
50: 정류자편 59: 더미 정류자편50: commutator part 59: dummy commutator part
60: 브러시60: brush
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로, 특히 회전자가 아닌 고정 자의 코일로 공급되는 전류를 샤프트에 설치된 브러시와 정류자편 및 슬립링을 사용하여 절환시켜 연속적인 토크를 얻어내는 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switched reluctance motor, and more particularly, to a switched reluctance motor for converting current supplied to a coil of a stator, not a rotor, by using a brush, a commutator piece, and a slip ring installed on a shaft to obtain continuous torque. will be.
일반적으로, 정류자를 이용한 공급전류의 전환은 기존의 직류 모터 또는 유니버셜 모터에서 사용되어온 것으로, 대개는 회전자의 코일에 공급되는 전류를 정류자를 통하여 절환시켜 연속적인 토크를 얻어내는 구조로 되어 있다. In general, the switching of the supply current using the commutator has been used in a conventional DC motor or a universal motor. In general, the current supply to the coil of the rotor is switched through the commutator to obtain a continuous torque.
통상적으로 사용되는 스위치드 릴럭턴스 모터의 장점은 회전자의 구조가 간단하여 가격이 저렴한 것이지만, 릴럭턴스 모터를 구동하기 위해서는 반도체 스위치로 이루어진 인버터를 사용해야 하는 문제가 있어, 전체 시스템의 가격이 상승되는 문제점이 있었고, 또한 고속 구동시에는 적절한 제어를 하기 위해서는 더욱 고속의 제어회로가 적용되어야 하는 단점이 있었다.The advantage of the switched reluctance motor that is commonly used is that the rotor structure is simple and inexpensive. However, in order to drive the reluctance motor, there is a problem of using an inverter composed of a semiconductor switch, which increases the price of the entire system. In addition, there was a disadvantage that a higher speed control circuit should be applied in order to perform proper control during high speed driving.
따라서, 본 발명의 목적은, 기존의 직류모터와 유니버셜모터에 쓰이는 정류자는 회전자의 코일에 흐르는 전류를 절환할 수 있도록 하는 장치이지만 본 발명에서는 회전자에 정류자와 슬립링 및 브러시를 설치하여 회전자의 코일이 아니라 고정자의 코일로 흐르는 전류를 정류자를 통해 절환할 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는 데 있다.Therefore, an object of the present invention, the rectifier used in the existing DC motor and the universal motor is a device that can switch the current flowing through the coil of the rotor, but in the present invention by installing a commutator, slip ring and brush in the rotor It is to provide a switched reluctance motor capable of switching the current flowing through the commutator, not the coil of the electron.
본 발명의 다른 목적은, 회전자에 정류자편과 슬립링 및 브러시를 설치하여 고정자의 코일로 인가되는 전류를 연속적으로 제어함으로써, 스위치드 릴럭턴스 모 터에서의 반도체 전류전환 장치와 그 제어장치를 제거할 수 있고, 정류자와 브러시의 접촉에 의한 전류전환에 의해 직입기동이 가능함과 아울러 속도제어가 필요없는 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to remove the semiconductor current switching device and its control device in a switched reluctance motor by continuously installing a commutator piece, a slip ring and a brush on the rotor to continuously control the current applied to the coil of the stator. The present invention provides a switched reluctance motor that can be directly driven by switching current by contact between a commutator and a brush and does not require speed control.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 각 상의 코일이 권선된 돌극이 내벽에서 원의 중심방향으로 복수개 돌출 형성된 고정자; 상기 고정자의 내부에 위치하되 중앙에 축공이 형성되며 상기 축공의 주변으로 상기 고정자의 돌극과 매칭되는 복수개의 철심이 돌출 형성된 회전자; 및 상기 회전자의 축공에 삽입 설치되며 일측에 슬립링과 복수의 정류자편 및 복수의 브러시가 각각 배치되되 상기 브러시는 고정자의 코일과 연결되어 상기 고정자의 코일로 인가되는 전원을 연속적으로 절환시키는 회전축;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Technical means of the present invention for achieving the above object, the stator pole winding coils of each phase is formed in the inner wall a plurality of stators protruding in the direction of the center of the circle; A rotor positioned inside the stator, the shaft hole being formed in the center thereof, and having a plurality of iron cores projecting around the shaft hole and matching the protrusions of the stator; And a rotation ring inserted into the shaft hole of the rotor and having a slip ring, a plurality of commutator pieces, and a plurality of brushes respectively disposed on one side thereof, wherein the brush is connected to a coil of the stator to continuously switch power applied to the coil of the stator. It characterized by including.
구체적으로, 상기 고정자의 코일은 일측은 전원과 접속되고 타측은 브러시와 접속되며, 상기 코일과 접속되는 브러시는 정류자편과 접촉 설치되는 것을 특징으로 한다.Specifically, the coil of the stator is characterized in that one side is connected to the power supply and the other side is connected to the brush, the brush connected to the coil is installed in contact with the commutator piece.
상기 전원의 일측단과 직접 접속되는 브러시는 슬립링과 접촉 설치되는 것을 특징으로 한다.The brush directly connected to one end of the power source is characterized in that the contact is installed in contact with the slip ring.
또한, 상기 브러시와 연결된 정류자편에 인접하여 슬립링과 연결되지 않는 정류자편을 설치하여 전류 절환시의 충격을 완화시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.In addition, by installing a commutator piece that is not connected to the slip ring adjacent to the commutator piece connected to the brush is characterized in that configured to mitigate the impact during the current switching.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 살펴보고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 회전자의 구조를 도시한 분리 사시도로서, 고정자(10), 회전자(20) 및 회전축(30) 등으로 이루어져 있다.1 is a perspective view showing a switched reluctance motor according to the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view showing the structure of the rotor of Figure 1, the
상기 고정자(10)는 각 상의 코일(15)이 권선된 돌극(11)이 내벽에서 원의 중심방향으로 복수개 돌출 형성되어 있고, 회전자(20)는 고정자(10)의 내부에 위치하되 중앙에 축공(25)이 형성되며 상기 축공(25)의 주변으로 상기 고정자(10)의 돌극(11)과 매칭되는 복수개의 철심(21)이 돌출 형성되어 있으며, 회전축(30)은 상기 회전자(20)의 축공(25)에 삽입 설치되며 일측에 슬립링(40)과 복수의 정류자편(50) 및 복수의 브러시(60)가 각각 배치되되 상기 브러시(60)는 고정자(10)의 코일(15)과 연결되어 상기 고정자(10)의 코일(15)로 인가되는 전원을 연속적으로 절환시키도록 구성되어 있다. The
즉, 회전축(30)은 상기 회전자(20)의 축공(25)에 삽입 설치되며 일측에 슬립링(40)과 복수의 정류자편(50) 및 복수의 브러시(60)가 각각 배치됨과 아울러 상기 정류자편(50)에 맞닿도록 설치되는 복수의 브러시(60)는 고정자(10)의 코일(15)과 각각 연결되며, 전원의 일측과 연결되는 브러시(60)는 슬립링(40)에 맞닿도록 형성되어 상기 고정자(10)의 코일(15)로 인가되는 전원을 연속적으로 절환시키도록 구성되어 있다.That is, the
아울러, 상기 고정자(10)의 코일(15)은 일측이 전원과 접속되고 타측은 브러 시(60)와 전기적으로 접속되고, 상기 코일(15-1, 15-2, 15-3)과 접속되는 브러시(60-1, 60-2, 60-3)는 각 정류자편(50-1, 50-2, 50-3)과 접촉 설치된다.In addition, one side of the
한편, 상기 전원의 일측단과 직접 접속되는 브러시(60-4)는 슬립링(40)과 접촉 설치된다.On the other hand, the brush 60-4 directly connected to one end of the power source is installed in contact with the
또한, 상기 브러시(60)와 연결된 정류자편(50)에 인접하여 슬립링(40)과 연결되지 않는 정류자편들(59)을 설치하여 전류 절환시의 충격을 완화시키도록 구성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to install the
이와 같이 구성된 스위치드 릴럭턴스 모터는 기존의 직류모터 등에서 사용되는 정류자와 브러시를 응용하여 스위치드 릴럭턴스 모터의 반도체 스위치를 제거할 수 있도록 정류자(50), 슬립링(40) 및 브러시(60)를 사용한 전류절환 장치의 구조에 관한 발명으로서, 스위치드 릴럭턴스 모터의 장점인 저가격을 극대화할 수 있도록 전류전환용 반도체 스위치를 제거하였고, 활용성을 극대화할 수 있도록 직입기동이 가능하여 실질적으로 직류모터의 대부분의 사용 분야를 대치할 수 있는 특징이 있는 것이다.The switched reluctance motor constructed as described above uses a commutator and a brush used in a conventional DC motor to remove the semiconductor switch of the switched reluctance motor using a
도 3은 도 1의 스위치드 릴럭턴스 모터를 전기적으로 나타낸 회로도로서, 도 2를 참조해서 살펴보면 아래와 같다.FIG. 3 is a circuit diagram electrically showing the switched reluctance motor of FIG. 1. Referring to FIG. 2, FIG.
먼저, A상코일인 제 1 코일(15-1)의 일측단은 전원의 일측단에 연결되어 있고, 제 1 코일(15-1)의 타측단은 제 1 브러시(60-1)에 연결되어 있으며, 상기 제 1 브러시(60-1)는 제 1 정류자편(50-1)에 접촉 설치되어 있다.First, one end of the first coil 15-1, which is an A-phase coil, is connected to one end of the power supply, and the other end of the first coil 15-1 is connected to the first brush 60-1. The first brush 60-1 is provided in contact with the first commutator piece 50-1.
B상 코일인 제 2 코일(15-2)의 일측단은 전원의 일측단에 연결되어 있고, 제 2 코일(15-2)의 타측단은 제 2 브러시(60-2)에 연결되어 있으며, 상기 제 2 브러시(60-2)는 제 2 정류자편(50-2)에 접촉 설치되어 있다.One end of the second coil 15-2, which is a B-phase coil, is connected to one end of the power supply, and the other end of the second coil 15-2 is connected to the second brush 60-2. The second brush 60-2 is provided in contact with the second commutator piece 50-2.
C상 코일인 제 3 코일(15-3)의 일측단은 전원의 일측단에 연결되어 있고, 제 3 코일(15-3)의 타측단은 제 3 브러시(60-3)에 연결되어 있으며, 상기 제 3 브러시(60-3)는 제 3 정류자편(50-3)에 접촉 설치되어 있다.One end of the third coil 15-3, which is a C-phase coil, is connected to one end of the power supply, and the other end of the third coil 15-3 is connected to the third brush 60-3. The third brush 60-3 is provided in contact with the third commutator piece 50-3.
그리고, 전원의 타측단은 슬립링(40)에 접촉 설치된 제 4 브러시(60-4)에 직접 연결되어 있다.The other end of the power source is directly connected to the fourth brush 60-4 installed in contact with the
상기 제 1 내지 제 3 브러시(60-1∼60-3)는 상호 120°간격으로 각 정류자편(50-1∼50-3)에 각각 접촉 설치되어 있고, 상기 제 4 브러시(60-4)는 제 2 및 제 3 브러시(60-2, 60-3) 사이에 위치한 슬립링(40)의 하단에 접촉 설치되어 있다.The first to third brushes 60-1 to 60-3 are provided in contact with each of the commutator pieces 50-1 to 50-3 at 120 ° intervals, respectively, and the fourth brush 60-4. The contact is installed at the lower end of the
즉, 회전축(30)의 일측 외주면에 슬립링(40)과 정류자편(50) 및 브러시(60)가 배치되어 있는 데, 상기 코일(15)의 한쪽 끝단은 전원의 일측 전극에 연결되고 상기 코일(15)의 다른 끝단은 정류자편(50)과 맞닿는 브러시(60)에 연결되고, 전원의 타측 전극은 슬립링(40)과 맞닿는 브러시(60-4)에 연결되게 된다.That is, a
각 상의 코일(15)과 연결된 브러시(60)는 정류자편(50)에 접촉되고, 전원과 연결된 브러시(60)는 슬립링(40)에 접촉되어 있어 회전자(20)의 회전시에 릴럭턴스 차이를 발생시킬 수 있는 형상을 가지고 있다. The
정류자편들(50) 중에서 몇 개의 특정한 정류자편(50-1∼50-3)은 슬립링(40)과 직접 연결되어 슬립링(40)을 통해 공급된 전류가 각 상의 코일(15)에 특정한 위치에서 통전될 수 있도록 배치하여 한 회전시 연속적인 토크를 발생할 수 있도록 하지만, 슬립링(40)과 연결되지 않은 정류자편(59)은 브러시(60)와의 전류절환시 충격을 줄이기 위해 삽입된 것으로 전기적으로는 역할을 하지 않는 더미(dummy) 장치이다.Several specific commutator pieces 50-1 to 50-3 of the
이와 같이 구성된 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류제어 구조는 고속화에 따른 스위칭 인버터의 제어기 가격 상승이 없어 고속구동에도 적합하고, 상용전원에 직입기동이 가능해서 기본적으로 청소기용의 유니버셜모터와 단상유도기를 대체할 수 있으며, 구조가 간단하고, 기존의 직류 모터의 넓은 응용분야를 대부분 대체 가능하여 시장성이 매우 밝다.The current control structure of the switched reluctance motor configured in this way is suitable for high-speed operation because there is no controller price increase of the switching inverter due to the high speed, and it is possible to directly start the commercial power supply, thus basically replacing the universal motor and single phase induction machine for cleaner. The market is very bright because it is simple in structure and can replace most of the wide application fields of the existing DC motor.
따라서, 본 발명에서는 기존의 직류모터와 유니버셜모터에 쓰이는 정류자는 회전자의 코일에 흐르는 전류를 절환할 수 있도록 하는 장치이지만 본 발명에서는 회전자에 정류자와 슬립링 및 브러시를 설치하여 회전자의 코일이 아니라 고정자의 코일로 흐르는 전류를 정류자를 통해 절환할 수 있는 이점이 있다.Therefore, in the present invention, the commutator used in the existing DC motor and the universal motor is a device for switching the current flowing through the coil of the rotor, but in the present invention, the commutator and slip ring and brush are installed on the rotor to install the coil of the rotor. Rather, there is an advantage of switching the current flowing through the stator coils through the commutator.
또한, 회전자에 정류자편과 슬립링 및 브러시를 설치하여 고정자의 코일로 인가되는 전류를 연속적으로 제어함으로써, 스위치드 릴럭턴스 모터에서의 반도체 전류전환 장치와 인버터 등의 제어장치를 제거할 수 있어 제조비용을 대폭 낮출 수 있고, 정류자와 브러시의 접촉에 의한 전류전환에 의해 직입기동이 가능하여 고속구동이 가능함과 아울러 속도제어가 필요없는 등의 다양한 이점이 있다.In addition, by installing a commutator piece, a slip ring and a brush on the rotor to continuously control the current applied to the coil of the stator, it is possible to eliminate a control device such as a semiconductor current switching device and an inverter in a switched reluctance motor. The cost can be significantly reduced, and the direct current can be started by switching the current by the contact of the commutator and the brush, so that high speed driving is possible and speed control is not necessary.
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