KR101092334B1 - 영구자석 바이패스 디스크 모터. - Google Patents

영구자석 바이패스 디스크 모터. Download PDF

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Abstract

현대는 에너지문제가 세계적인 이슈로 떠오르고, 화석연료로 인한 이산화탄소의 온실효과로 지구가 위험에 처한 시점에서 열효율이 좋은 모터의 개발이 절실히 요구되는 시점이며 중요한 사업이 아닐 수 없다.
이에 본 발명은 영구자석을 효과적으로 이용하여 효율을 극대화 할 수 있는 고효율 모터를 발명하게 되었다. 본 발명에서는 영구자석의 자력의 흡인력을 이용하여 철심코어를 흡인하고, 흡인 후에는 자력을 감소시키는 자력 바이패스회로를 통하여 회전자가 쉽게 이탈하고, 회전하면서 동시에 발전효과를 갖는 디스크 타입의 모터를 발명하게 되었다.
Figure R1020090088888
바이패스회로. 바이패스코어. 발전코일. 구동코일. 자석코어. 스테이터 코어. 규소강. 순철. 코어리스 본딩코일.

Description

영구자석 바이패스 디스크 모터. {permanent magnet bypass disk motor}
전동 모터에는 영구자석을 쓰는 모터와 전류를 사용하는 모터로 크게 나누며, 12∼15종의 모터가 개발되어 있다. 이러한 모터들은 각각의 특성과 효율 면에서 차이가 많다. 일반적인 유도 전동기는 50％내외이고, DC자석모터는 70％내외이며, 코어리스모터는 80∼90％의 높은 효율을 내고 있으나 대형화가 어려운 실정이다.
본 발명에서는 영구자석을 효과적으로 이용하여, 효율을 극대화 하고, 겸하여 발전이 가능한 구조의 디스크 형 모터를 발명하여 고효율을 달성하게 되었다.
본 발명에서는 영구자석을 이용한 디스크 타입의 모터로서, 특수한 자석의 바이패스회로를 이용하여 전기에너지의 사용을 최소화하고,
구동과 동시에 자가발전이 가능한 구조를 채택하여 초기에는 일반전기나 배터리에서 전기를 공급받아 구동하고, 정상운전 시에는 자가 발전된 전기를 배터리에 저장하고, 저장된 전기를 사용하여 모터를 구동케 하고,
배터리 전력이 모자라는 경우에는 예비배터리나 일반전기를 이용 하도록 하는, 고효율 모터를 발명하게 되었다.
영구자석의 흡인력을 이용하기 위하여 자석과 대응하여 고정자에 철심코어를 사용하여 회전자의 자석을 흡인시켜 들어오게 하고, 흡인된 자석이 철심코어에서 이탈 시에는 자석의 흡인력을 감소시켜 이탈이 쉽게 해주는 획기적인 장치가 필요하다.
또한, 회전 운전과 동시에 발전이 가능한 구조를 채택하여, 자가발전이 가능한 구조를 만들어야 한다. 대형화에 대응할 수 있는 효과적인 구조를 채택하여 대형화에도 쉽게 부응 할 수 있어야 한다.
본 발명에서는 발전이 가능한 구조를 위하여,
원반형태의 디스크 타입의 고정자에, 규소강판을 이용한 스테이터 코어를 채택하여 회전자에 장치된 자석이 흡인되어 들어오도록 하고,
고정자의 스테이터 코어의 사이 공간에 발전코일을 코어리스 본딩 코일로 만들어 삽입하고, 자석이 배치된 회전자가 회전할 때, 회전하는 자력선에 의하여 쿨롱의 법칙에 의한 부하변동 없는 발전이 가능한 구조를 만들었다.
디스크 타입의 고정자는 스테이터 코어의 양면을 사용할 수 있으며, 스테이터 코어에는 구동코일을 감아서 자석의 흡인 후에 홀소자에 의한 신호에 따라 +, -의 반발 전류가 흐르도록 하여 발생한 저항 자력으로, 회전자의 자석이 스테이터 코어에서 이탈 하면서 회전 구동 하도록 하였다.
자석이 스테이터 코어에 흡인 후에는, 흡인된 자석이 이탈하여야 하는데, 이탈 시에 일반적인 모터는 전기적인 에너지에서 발생한 대항자력 으로만 반발하여 이탈하기 때문에 전기에너지의 소모가 커지는 문제가 있다. 코어리스모터의 경우에는 철심코어에 의한 흡인력이 없으므로 반발에너지는 크지 않지만 흡인 시에도 전기에너지를 사용해야하기 때문에 고효율을 달성하기 어렵고 대형화가 어렵다.
이에, 본 발명에서는 스테이터 코어에 회전자의 흡인 후에, 자석의 자력을 감소시켜서 반발전기에너지 소모를 최소화 할 수 있도록 하는 특별한 자력 바이패스회로를 만들어서, 이탈 시에 자석의 흡인력을 감소시킬 수 있는 바이패스코어를 만들었다.
바이패스회로는 자석코어와 바이패스코어에 의하여 형성되는데, 스테이터 코어로 흐르던 자석코어의 자력을 바이패스코어로 바이패스(N극→S극)시켜 흐르게 하여, 스테이터 코어에 대한 자력감소 효과로 스테이터 코어에서 자석코어가 쉽게 이탈할 수 있게 하여, 반발자력을 만들기 위한 전기에너지의 소모를 줄일 수 있게 되고, 겸하여 자가 발전까지 가능하게 되어 고효율의 모터를 발명할 수 있게 되었다.
본 발명에 의한 영구자석 바이패스코어에 의한 회전자의 흡인 후의 자력감소 효과로, 반발을 위한 전기에너지의 소모를 최소화 하고,
발전코일에 의한 발전의 효과로 전기에너지 소모를 최소로 하여 고효율의 모터를 만들 수 있게 되었다.
따라서, 동력과 에너지가 필요한 모든 분야에 효과적으로 사용할 수 있게 되어 에너지문제의 근본적인 해결과 자연환경 보호에도 커다란 효과를 달성할 수 있 게 된다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 측 단면도로서 원형의 하우징(100)내에 디스크 타입의 원반형의 고정자(200)가 하우징(100)에 결합 고정되며, 고정자(200)는 알루미늄이나 동 등의 비철금속이 아닌 고강도 수지 등으로 사출 성형해서 만들어야 한다. 이유는, 비철금속으로 만드는 경우에 자석의 회전 시에 아라고원반의 법칙에 의한 효과로 회전을 방해하고 줄열이 발생하여 효율이 떨어진다.
고정자(200)에는 도 2에서와 같이 규소강판의 적층 스테이터 코어(202)를 모터의 크기와 파워에 따라 필요한 일정극수로 만들고, 스테이터 코어(202)에는 구동코일(201)을 감아서 모터의 회전 시에 스테이터 코어(202)에 흡인된 자석코어(301)의, 이탈행정 때에 홀소자(102)의 신호에 따라 구동코일(201)에 흐르는 반발전류의 반발자력에 의하여 이탈 되도록 한다.
스테이터 코어(202)의 사이 공간에는 발전코일(204)을 코어리스 본딩코일로 만들어 내장하여 자석이 회전 시에 유도 자장에 의하여 발전이 되도록 하고, 발전된 전기는 정류를 거쳐 배터리에 저장하여 사용한다.
이때의 발전코일(204)에 철심코어가 없기 때문에 쿨롱의 법칙에 의하여 흡인력의 저항 없이 무 부하로 발전이 가능한 장점이 있다.
고정자(200)의 중심부에는 열의 냉각을 위한 공기 순환구(203)를 만들어서 회전자(300)의 회전 시에 발생하는 회전력에 의한 도 3의 공기구멍(304)을 빗살 팬 형태로 만들어 공기가 순환되도록 하여 모터의 열을 냉각시키도록 한다.
도 3의 회전자(300)는 원반을 비철금속이나 고강도 수지의 사출성형으로 만들 수 있으며, 스테이터 코어에 대응하는 자석코어(301)가 만들어지는데,
자석코어(301)는,
도 1의 301과 같이 영구자석(301A)을 양쪽으로 규소강판이나 순철판(301B)으로 감싸서 접착하여 만든다. 이유는, 영구자석(301A)은 이방성 자석으로 만들어서 자력이 양쪽으로 나오도록 하고, 여기에서 나오는 자력이 스테이터 코어(202)에 자석코어(301)가 흡인 후에, 바이패스코어(101,205)를 통하여 자력이 바이패스(N극→S극)되어 스테이터 코어(202)에 대한 자력이 감소 되도록 하기 위한 자속통로로 이용하기 위한 것이다.
자석코어(301)의 자력은 회전에 따라 그 극성이 N, S 로 교차하여 바뀌므로 자속통로로 쓰기 위한 자석코어(301)의 철판은, 자속저항이 적은 규소강판이나 순철판(301B)이 사용 되어야 한다.
스테이터 코어(202)에 흡인 되어 들어온 자석코어(301)를 자력을 감소 시켜 쉽게 이탈시키기 위한 바이패스회로를 만들기 위하여 바이패스코어(101, 205)를 만들었다. 위치는 자석코어(301)가 스테이터 코어(202)에 절반정도 위치에 흡인된 시점에서부터 자력이 바이패스코어(101, 205)를 통하여 바이패스 되면서 감소되도록 하여 자석코어(301)가 스테이터 코어(202)를 완전히 벗어날 때까지 바이패스회로가 유지되어 자력이 감소되도록 한다.
중요한 것은 바이패스코어(101, 205)는 자석코어(301)와의 공극(에어겝)을 스테이터 코어(202)와의 공극보다 미세하게 만들어 자속의 흐름을 좋게 하여야 한다. 자석코어(301)에서 스테이터 코어(202)를 통하여 흐르던 자력이 회전자의 자석코어(301)가 일정 바이패스코어(101. 205)의 위치에 진입하면 자력이 자석코어(301)의 순철판(301B)을 통로로 하여 바이패스코어(101. 205)로 흘러서 바이패스(N극 →S극) 되면서 스테이터 코어(202)에 대한 자력이 감소 되도록 하여야 한다.
자력이 자석코어(301)에서 스테이터 코어(202)로 흐르다가, 자석코어(301)가 바이패스코어(101. 205)의 위치에 진입하면, 자석코어(301)를 통하여 바이패스코어(101. 205)로 자력이 바이패스 되어, 스테이터 코어(202)에 대한 자력감소 효과가 발생하여, 회전자(300)의 회전을 쉽게 하게 되어 반발자력을 만들기 위한 전기 에너지의 소모를 줄일 수 있게 된다.
바이패스코어(101, 205)의 흡인력과 이탈저항은 3극의 경우에 대응하는 극에서 상쇄시키기 때문에 커다란 부하의 차이는 발생하지 않게 된다.
3극의 경우에 1번은 진입중일 때, 2번은 흡인직전이며, 3번은 이탈완료상태가 되어 흡출이 균형을 이루게 되어 바이패스코어 (101, 205)에 의한 부하의 증가는 미미하다.
본 발명에 의한 모터는 파워의 가감의 필요에 의하여 고정자(200)와 회전자(300)의 디스크를 적층 및 가감하여 그 출력을 가감할 수 있으며, 운전 중 속도의 가감은 구동코일(201)에 대한 전류의 흐름을 조절하여 간단히 제어할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 측 단면도.
도 2는 본 발명의 고정자의 구조도.
도 3은 회전자의 구조도.

Claims (7)

  1. 영구자석 바이패스 디스크모터에 있어서 모터의 고정자(200)와 회전자(300)를 원반형의 디스크 타입으로 만들고, 고정자(200)에 스테이터 코어(202)와 구동코일(201)이 있으며, 코어리스 본딩코일의 발전코일(204)이 내장되며,
    원반의 회전자(300)에 자석코어(301)가 만들어 지고 바이패스코어(101, 205)가 고정자(200) 스테이터 코어(202)의 양쪽으로 배치되어서 자력을 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 영구자석 바이패스 디스크 모터.
  2. 제 1항의 영구자석 바이패스 디스크모터에 있어서, 고정자(200)와 회전자(300)를 원반형의 디스크 형태로 만들고, 모터출력 가감의 필요에 의하여 디스크 타입의 고정자(200)와 회전자(300)를 적층하거나 감소시켜 모터파워를 증감할 수 있는 것을 특징으로 하는 영구자석 바이패스 디스크 모터.
  3. 영구자석 바이패스 디스크모터에 있어서 고정자(200)의 스테이터 코어(202)사이에 발전용의 코어리스 본딩코일의 발전코일(204)이 내장되어 발전이 가능한 구조를 특징으로 하는 영구자석 바이패스 디스크 모터.
  4. 영구자석 바이패스 디스크모터에 있어서 회전자(300)에 자석코어(301)가 영구자석(301A)을 양쪽으로 자기저항이 적은 규소강판이나 순철판(301B)으로 감싸고 접착하여 만들어진 자속통로가 있는 것을 특징으로 하는 영구자석 바이패스 디스크 모터.
  5. 영구자석 바이패스 디스크 모터에 있어서 스테이터 코어(202)에 자석코어(301)가 흡인되고 바이패스코어(101. 205)의 위치에 자석코어(301)가 진입한때에, 스테이터 코어(202)로 흐르던 자석코어(301)의 자력이, 바이패스코어(101. 205)를 통하여 N극에서 S극으로 바이패스 되어 흐르게 하여, 스테이터 코어(202)에 대한 자석코어(301)의 자력을 감소시킬 수 있는 바이패스코어(101. 205)가 있는 것을 특징으로 하는 영구자석 바이패스 디스크 모터.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서 회전자에 빗살 팬 형태의 공기구멍(304)을 만들어서 모터를 냉각 시킬 수 있는 공기구멍(304)을 갖는 것을 특징으로 하는 영구자석 바이패스 디스크 모터.
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