KR101310529B1

KR101310529B1 - 스위치드 릴럭턴스 모터

Info

Publication number: KR101310529B1
Application number: KR1020110088494A
Authority: KR
Inventors: 김창성; 이근홍; 최창환; 배한경; 신홍철
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-09-23
Also published as: JP2013055872A; JP5491484B2; US20130057091A1; KR20130025141A; CN102969850A; US8754568B2

Abstract

본 발명의 스위치드 릴럭턴스 모터는 더블로터 구조로서, 아웃로터돌극에 대응되는 아웃스테이터돌극을 주돌극, 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극을 순차적으로 배치하여 "E'형상으로 형성하고, 인로터돌극과 대응되는 인스테이터돌극을 제1 돌극 및 제2 돌극을 순차적으로 배치한 파이(π)형상 구조를 형성함으로써, 자속의 경로를 짧게 하여 자력손실을 방지하는 효과가 있다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터{Switched reluctance motor}

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.

최근 들어, 자동차, 항공우주, 군수산업, 의료장비 등의 다양한 분야에서 전동기 수요가 크게 증가하고 있다. 특히, 희토류 물질의 가격 급등으로 영구자석을 활용하는 모터의 단가가 상승하여 새로운 대안으로서 스위치드 릴럭턴스(Switched Reluctance Motor)가 다시 주목을 받고 있다.

SR 모터의 구동원리는 자기저항(magnetic reluctance)의 변화에 따라 발생하는 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)를 이용하여 로터를 회전시키는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(100)는 로터(110) 및 스테이터(120)를 포함하고, 상기 로터(110)에는 복수의 회전자 돌극(111)이 형성되고, 상기 스테이터(120)에는 상기 회전자 돌극(111)에 대향하는 복수개의 고정자 돌극(121)이 형성된다. 그리고 상기 고정자 돌극(121)에 코일(130)이 권취된다.

그리고 상기 로터(110)는 어떠한 여자장치, 예를 들어 코일의 권선 또는 영구자석 없이 철심만으로 구성된다.

따라서, 외부로부터 상기 코일(130)에 전류가 흐르게 되면 상기 코일(130)에서 발생되는 자기력에 의해 상기 로터(110)가 상기 코일(130) 방향으로 이동하는 릴럭턴스 토크가 발생하게 되어 상기 로터(110)는 자기회로의 저항이 최소가 되는 방향으로 회전하게 된다.

그러나, 종래기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(100)는 자속의 경로가 상기 스테이트(120) 및 로터(110)를 모두 통과하기 때문에 코어로스(core loss)가 발행하는 문제점을 지니고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인로터와 아웃로터에 대응되는 스테이터 코어의 구조적 변경을 통해 자속경로를 짧게 하여 코어로스를 감소시키고, 마그네트 삽입을 통해 작동 효율을 배가시킬 수 있는 더블로터 구조의 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 내측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극이 형성된 아웃로터, 상기 아웃로터의 내부에 수용되며, 외측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 인로터돌극이 형성된 인로터 및 상기 아웃로터와 상기 인로터 사이에 형성되고, 상기 아웃로터돌극에 대응되며 외측 둘레면을 따라 순차적으로 형성된 주돌극, 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극을 포함하는 복수의 아웃스테이터돌극과 상기 인로터돌극에 대응되며, 내측 둘레면를 따라 순차적으로 형성된 제1 돌극 및 제2 돌극을 포함하는 복수의 인스테이터돌극이 형성된 스테이터코어(30);를 포함하고, 상기 주돌극과 상기 제1 돌극 및 제2 돌극에 코일이 각각 권선되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 아웃스테이터돌극의 제1 보조돌극과 제2 보조돌극과 상기 인스테이터돌극의 상기 제1 돌극과 제2 돌극은 서로 대향되는 방향으로 대응되도록 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인스테이터돌극을 형성하는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이 및 상기 복수의 인스테이터돌극 사이에 형성되는 지지재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지지재는 비자성체 또는 절연물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지지재에 삽입되며, 복수로 형성된 상기 인스테이터돌극 사이에 배치되는 냉각파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한,상기 등간격으로 형성된 복수의 아웃로터돌극 사이에 형성되는 방음재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아웃스테이터돌극을 이루는 상기 주돌극의 둘레방향의 폭은 상기 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극보다 더 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인스테이터돌극을 이루는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이를 연결하는 상기 환형의 스테이터코어상에 삽입되는 마그네트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 내측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극이 형성된 아웃로터, 상기 아웃로터의 내부에 수용되며, 외측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 인로터돌극이 형성된 인로터; 및 상기 아웃로터와 상기 인로터 사이에 형성되고, 상기 아웃로터돌극에 대응되며 외측 둘레면을 따라 순차적으로 형성된 주돌극, 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극을 포함하는 복수의 아웃스테이터돌극과 상기 인로터돌극에 대응되며, 내측 둘레면를 따라 순차적으로 형성된 제1 돌극 및 제2 돌극을 포함하는 복수의 인스테이터돌극이 형성된 스테이터코어;를 포함하고, 상기 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극과 상기 제1 돌극 및 제2 돌극에 각각 코일이 권선되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 등간격으로 형성된 복수의 아웃로터돌극 사이에 형성되는 방음재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 인로터와 아웃로터 구조의 더블로터 스위치드 릴럭턴스 모터의 인로터 및 아웃로터에 형성된 돌극과 각각 대응되는 환형의 스테이터코어의 돌극구조의 변경을 통해 자속경로를 짧게 함으로써 자력의 손실을 방지하여 효율적인 모터구동을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 인로터에 형성된 돌극과 대응되는 스테이터코어의 파이(π)형 인스테이터돌극 구조를 통해 자속경로를 짧게하여 자력의 손실을 방지하는 효과가 있다.

또한, 아웃로터에 형성된 돌극과 대응되는 스테이터코어의 이(E)형 아웃스테이터돌극 구조를 통해 자속경로를 짧게하여 자력의 손실을 방지하는 효과가 있다.

또한, 아웃스테이터돌극 구조를 주돌극과 보조돌극으로 형성하고, 주돌극의 둘레방향의 폭을 보조돌극보다 넓게 형성함으로써, 주돌극에서 자속이 양분되어 각각 인접한 보조돌극을 통해 짧은 자속경로를 형성함으로써, 자력의 손실을 방지하여 효율적인 모터구동을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 인로터에 형성된 인로터돌극사이에 비자성체의 지지재를 형성함으로써 모터 구조의 강도를 향상시키고, 구동시의 소음과 진동을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 아웃로터의 돌극사이에 방음재를 형성함으로써, 모터 구동시의 소음을 장지하는 효과가 있다.

또한, 아웃스테이터코어의 주돌극 또는 보조돌극상에 각각 코일을 권선시킬 수 있어 목적하는 바에 따른 코일권선수의 구조를 변경시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 스테이터코어상에 마그네트를 형성하되, 아웃스테이터코어의 자속경로가 지나는 지점 및 인스테이터코어의 자속경로가 지나는 지점에 각 마그네트를 배치함으로써, 더블로터 구조의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동시 모든 마그네트가 토크성분을 형성함으로써, 마그네트의 효율적인 이용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 개략적인 단면도;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 스위치들 릴럭턴서 모터의 단면도;
도 3은 도 2의 코일권선 위치변경에 따른 일실시예인 스위치드 릴럭턴스 모터의 단면도;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 작동에 따른 자속경로를 도시한 단면도;
도 5는 도 4의 작동에 이은 스위치드 릴럭턴스 모터의 작동에 따른 자속경로를 도시한 단면도;
도 6은 도 2에 방음재가 포함된 일실시예로서 스위치드 릴럭턴스 모터의 단면도;
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네트가 포함된 스위치드 릴럭턴스 모터의 단면도;
도 8은 도 7에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 작동에 따른 자속경로를 도시한 단면도;
도 9는 도 8에 이은 스위치드 릴럭턴스 모터의 작동에 따른 자속경로를 도시한 단면도; 및
도 10은 본 발명의 스위치드 릴럭턴스 모터의 마그네트 사용에 따른 위상차와 토크특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 스위치들 릴럭턴서 모터의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 코일(33)의 권선의 위치를 변경한 스위치드 릴럭턴스 모터의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 작동에 따른 자속경로를 도시한 단면도이며, 도 5는 도 4의 작동에 이은 스위치드 릴럭턴스 모터의 작동에 따른 자속경로를 도시한 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 내측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극(21)이 형성된 아웃로터(20), 상기 아웃로터(20)의 내부에 수용되며, 외측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 인로터돌극(11)이 형성된 인로터(10); 및 상기 아웃로터(20)와 상기 인로터(10) 사이에 마주보도록 형성되고, 상기 아웃로터돌극(21)에 대응되며 외측 둘레면을 따라 순차적으로 형성된 주돌극(31a), 제1 보조돌극(31b) 및 제2 보조돌극(31c)을 포함하는 복수의 아웃스테이터돌극(31)과 상기 인로터돌극(11)에 대응되며, 내측 둘레면를 따라 순차적으로 형성된 제1 돌극(32a) 및 제2 돌극(32b)을 포함하는 복수의 인스테이터돌극(32)이 형성된 스테이터코어(30)를 포함하고, 상기 주돌극(31a)과 상기 제1 돌극(32a) 및 제2 돌극(32b)에 코일(33)이 각각 권선되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 더블로터구조의 스위치드 릴럭턴스 모터는 외부회전자인 아웃로터(20)와 내부회전자인 인로터(10)로 형성되며, 아웃로터(20)와 인로터(10) 사이에 스테이터코어(30)가 형성된다. 스테이터코어(30)는 인로터(10)와 아웃로터(20)의 형상에 대응되도록 형성되며, 일반적으로 환형으로 형성될 수 있다. 환형의 스테이터코어(30)의 외측둘레면과 내측둘레면에는 아웃로터(20)의 돌극과 인로터(10)의 돌극에 대응되는 복수의 아웃스테이터돌극(31)과 인스테이터돌극(32)이 형성된다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 아웃로터(20)는 내측원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극(21)이 형성된다. 아웃로터(20)는 외측에 형성되어 회전하는 외부회전자로서, 후술하는 스테이터코어(30)에 형성된 아웃스테이터돌극(31)에 대응되도록 등간격의 아웃로터돌극(21)이 내측방향으로 형성된다. 이때, 아웃로터돌극(21)은 아웃스테이터돌극(31)에 마주보도록 형성되지만, 권선된 코일(33)에 전류가 인가되어 A상, B상, C상의 순으로 전류가 인가되어 A상권선부(31A)에서 B상권선부(31B), C상권선부(31C)가 전기적으로 여자되면서 아웃로터(20)가 회전한다.

인로터(10)는 아웃로터(20)의 내부에 수용되어 회전가능하도록 배치된다. 인로터(10)의 외측 원형의 둘레면을 따라 돌출되는 복수개의 인로터돌극(11)이 형성될 수 있다. 인로터(10)는 내측에 형성되는 내부회전자로서, 후술하는 스테이터코어(30)의 인스테이터돌극(32)에 대응되도록 등간격의 인로터돌극(11)이 형성된다. 이때, 인로터돌극(11)은 인스테이터돌극(32)에 마주보도록 형성되지만, 권선된 코일(33)에 전류가 인가되어 A상, B상, C상의 순으로 전류가 인가되어 A상권선부(32A)에서 B상권선부(32B), C상권선부(32C)가 전기적으로 여자되면서 인로터(10)가 회전한다.

스테이터코어(30)는 아웃로터(20)와 인로터(10) 사이에 형성된다. 아웃로터(20)와 인로터(10)의 외측형상이 원형으로 형성되는 점에 비추어, 스테이터코어(30) 역시 이에 대응되도록 환형으로 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 인로터(10)와 아웃로터(20)에 대응되는 형상으로 적절한 설계변경이 가능함은 당업자에 의해 자명한 사항이다. 스테이터코어(30)에는 아웃로터(20)와 인로터(10)에 형성된 아웃로터돌극(21)과 인로터돌극(11)에 대응하는 아웃스테이터돌극(31)과 인스테이터돌극(32)이 각각 형성된다.

아웃스테이터돌극(31)은 스테이터코어(30)의 외측둘레면에 등간격으로 복수개가 외측으로 돌출되도록 형성되며, 아웃로터(20)의 내측둘레면으로부터 돌출되어 형성된 아웃로터돌극(21)에 대응되도록 형성된다. 아웃스테이터돌극(31)은 주돌극(31a), 제1 보조돌극(31b) 및 제2 보조돌극(31c)으로 구성되는 것으로, 주돌극(31a)으로부터 일측 방향으로 순차적으로 제1 보조돌극(31b)과 제2 보조돌극(31c)이 형성된다(본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 주돌극, 제1 보조돌극, 제2 보조돌극은 시계반대방향으로 순차적으로 형성됨을 기준으로 한다). 주돌극(31a)은 권선된 코일(33)에 전류가 인가되어 발생된 자속이 양분되어 흘러갈 수 있도록 하기 위해, 제1 보조돌극(31b) 및 제2 보조돌극(31c)의 둘레방향으로 형성된 폭보다 넓은 폭으로 형성될 수 있으며, 일예로서는 주돌극(31a)의 폭이 제1 보조돌극(31b) 및 제2 보조돌극(31c)의 폭에 2배로 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 아웃스테이터돌극(31)의 복수개가 스테이터코어(30)상에 순차적으로 복수개가 배치될 수 있다. 단위 아웃스테이터돌극(31)의 구조는 도 1에서와 같이 영문자 "E" 형상을 갖게 된다. 코일(33)은 주돌극(31a)에만 권선되어 형성될 수 있으며, 주돌극(31a)을 제외하고 제1 보조돌극(31b) 및 제2 보조돌극(31c)에만 권선되어 형성될 수 있음은 물론이다.

인스테이터돌극(32)은 스테이터코어(30)의 내측둘레면에 내측으로 돌출되어 등간격으로 복수개가 형성되며, 인로터(10)의 내측둘레면에 외측방향으로 돌출되어 형성된 인로터돌극(11)에 대응되도록 형성된다. 인스테이터돌극(32)은 제1 돌극(32a) 및 제2 돌극(32b)으로 구성되는 것으로, 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)이 연결되는 스테이터코어(30)와 함께 전체적으로 파이(π)형상을 이룬다. 스테이터코어(30)상에 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)이 나란히 이격되어 형성됨으로써, 후술하는 자속의 경로를 단축시켜 코어로스를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예로서 환형의 스테이터코어(30)상에 형성되는 아웃스테이터돌극(31)과 인스테이터돌극(32)은 서로 대향되는 방향으로 형성되며, 특히, 아웃스테이터돌극(31)의 제1 보조돌극(31b)과 제2 보조돌극(31c)과 인스테이터돌극(32)의 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)은 동일 선상에 형성되되, 방향만 서로 반대방향으로 대응되어 형성될 수 있다. 이러한 구조로 인하여, 후술하는 마그네트(60)가 삽입된 구조에 있어서, 아웃로터(20)의 회전을 위해 인가되는 전류에 의해 형성되는 자속경로와 인로터(10)의 회전을 위해 인가되는 전류에 의해 형성되는 자속경로상에 효과적으로 마그네트(60)를 배치할 수 있는 이점이 있다. 이러한 배치를 통하여, 마그네트(60)가 자속경로상에 형성되어 자력의 손실을 방지하고, 모든 마그네트(60)를 동시에 활용할 수 있는 것이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 인스테이터돌극(32)을 형성하는 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)사이와 복수개의 인스테이터돌극(32) 사이에 지지재(40)를 충진할 수 있다. 지지재(40)는 비자성체 또는 절연물질로 이루어질 수 있으며, 지지재(40)를 인스테이터돌극(32) 사이에 형성함으로써 스테이터의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 모터의 구동중에 발생되는 진동과 소음을 경감시킬 수 있다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 지지재(40a)는 아웃스테이터돌극(31)사이에 함께 형성될 수 있음은 물론이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 모터의 고속운전에 따라 발생되는 고열을 방열시키기 위해 지지재(40)에 삽입되는 형태로 냉각파이프(41)가 더 형성될 수 있다. 냉각파이프(41)는 단위 인스테이터돌극(32) 사이에 형성될 수 있고, 냉각파이프(41)는 내부에 물이 흐르는 워터쿨링파이프로 구현될 수 있다. 이외에도 냉각파이프(41)의 내부 형성물질은 고열을 냉각시키기 위한 다양한 물질로 충진되도록 설계변경하는 것은 당업자에 의해 자명한 사항이다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 아웃스테이터돌극(31)사이에 형성된 지지재(40a) 사이에도 냉각파이프(41a)가 형성될 수 있음은 물론이다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 스의치드 릴럭턴스 모터에 전류가 인가될 때 형성되는 스위치드 릴럭턴스 모터의 자속흐름의 경로를 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 아웃로터(20)의 회전을 위해, 스테이터코어(30)의 아웃스테이터돌극(31)의 주돌극(31a)에 코일(33)이 권선된 제1 상인 A상권선부(32A)에 전류를 인가함으로써 여자되어 자속이 발생할 경우, 상기 자속은 주돌극(31a)에서 양분되고, 아웃로터(20)의 돌극을 통해 인접한 양측의 아웃스테이터돌극(31)인 보조돌극 즉, B상권선부(31B)의 제1 보조돌극(31b)과, A상권선부(31A)의 제2 보조돌극(31c)을 통해 각각 흐르게 된다. 여기서, 각 상의 코일이 권선된 각상권선부의 주돌극(31a)에서 제1 보조돌극(31b) 및 제2 보조돌극(31c)은 도 4의 단면도를 기준으로 시계반대방향으로 순차적으로 형성되는 것을 기준으로 한다.

이와 마찬가지로, 반대편에 형성된 아웃스테이터돌극(31)의 주돌극(31a)에 코일(33)이 권선된 제1 상인 A'상권선부(31A')에 전류를 인가하여 여자된 경우에도, 발생된 자속이 A'상권선부(31A')의 주돌극(31a)에서 양분되고, 아웃로터돌극(21)을 통해 인접한 양측의 아웃스테이터돌극(31)인 보조돌극 즉, B'상권선부(31B')의 제1 보조돌극(31b)과 A'상권선부(31A')의 제2 보조돌극(31c)을 통해 각각 흐르게 된다.

동시에, 인로터(10)의 회전을 위해, 스테이터코어(30)의 코일(33)이 권선된 인스테이터돌극(32)에 전류를 인가함으로써 여자되어 자속이 발생할 경우, 상기 자속은 코일(33)이 권선된 인스테이터돌극(32)인 A상권선부(32A)의 제2 돌극(32b)으로부터 제2 돌극(32b)끝단과 마주보는 인로터돌극(11)으로 흐르고, 이어서, 인접한 인로터돌극(11)을 경유하여 마주보는 권선된 제1 돌극(32a)을 지나고, 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)이 연결되는 환형의 스테이터코어(30)로 이어짐으로써, A상권선부(32A)의 자속경로를 종래보다 짧게 구현할 수 있는 것이다.

이와 마찬가지로, 반대편에 형성된 A'상권선부(32A')에 전류를 인가하는 경우에도, A'상권선부(32A')의 권선된 제1 돌극(32a)으로부터 마주보는 인로터돌극(11)으로 흐르고, 이어서, 인접한 인로터돌극(11)을 경유하여 마주보는 권선된 제2 돌극(32b)을 지나고, 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)을 연결하는 환형의 스테이터코어(30)를 통해 자속이 흐름으로써, A'상권선부(32A')의 자속경로를 종래보다 짧게 구현할 수 있는 이점이 있다.

도 5는 도 4에 이어, 인접한 아웃스테이터돌극(31)인 B상권선부(31B)에 전류가 인가되어 여자된 경우의 자속의 흐름을 나타낸 경우로써, 그 기술적 원리는 도 4에 대한 설명과 동일하므로 여기에서 자세한 설명은 생략한다. 이러한 원리를 통하여 전류가 인가되면 자기저항의 변화에 따라 스위치드 릴럭턴스 모터가 구동되는 것이다.

도 6은 아웃로터(20)에 등간격으로 형성된 아웃로터돌극(21) 사이에 방음재(50)가 형성된 것을 도시한 도면이다. 아웃로터(20)의 아웃로터돌극(21) 사이에 방음재(50)를 형성함으로써 모터구동시의 진동과 소음을 경감시킬 수 있는 이점이 있다. 방음재(50)는 일반 절연물질로 형성될 수 있으며, 반드시 그 재질에 한정되는 것은 아니므로 아웃로터돌극(21) 사이에 배치될 수 있는 비전도성의 물질이라면 다양한 재질의 방음재(50)를 구성할 수 있을 것이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 스테이터코어(30)에 마그네트(60)를 삽입하여 그 인가되는 전류와 함께 그 효과를 배가시킬 수 있는 구조를 도시한 도면이다. 도 7a 및 도 7b에서와 같이 지지재(40, 40a)는 스테이터코어의 인스테이터돌극(32) 사이 또는 아웃스테이터돌극(31) 사이에 형성될 수 있으며, 각 지지재(40, 40a)에 냉각파이프(41. 41a)가 각각 형성될 수 있음은 이미 살펴본 바와 같다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 내측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극(21)이 형성된 아웃로터(20), 상기 아웃로터(20)의 내부에 수용되며, 외측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 인로터돌극(11)이 형성된 인로터(10) 및 상기 아웃로터(20)와 상기 인로터(10) 사이에 마주보도록 형성되고, 상기 아웃로터돌극(21)에 대응되며 외측 둘레면을 따라 순차적으로 형성된 주돌극(31a), 제1 보조돌극(31b) 및 제2 보조돌극(31c)을 포함하는 복수의 아웃스테이터돌극(31)과 상기 인로터돌극(11)에 대응되며, 내측 둘레면를 따라 순차적으로 형성된 제1 돌극(11a) 및 제2 돌극(11b)을 포함하는 복수의 인스테이터돌극(32)이 형성된 스테이터코어(30);를 포함하고, 상기 제1 보조돌극(31b) 및 제2 보조돌극(31c)과 상기 제1 돌극(32a) 및 제2 돌극(32b)에 각각 코일(33)이 권선되는 것을 특징으로 한다.

다만, 상기 본 발명의 일실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터와 중복되는 구성 및 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

여기서, 마그네트(60)는 세라믹(Ferrite)영구자석, 희토류(Rate-earth)영구자석, 알리코(Alico)영구자석을 사용할 수 있다. 특히, 희토류 영구자석에는 SmCo와 NdFeB가 있으며, SmCo는 잔류자속밀도,보자력 및 에너지적이 높고 감자곡선과 같은 온도계수를 갖는 장점이 있으며, NdFeB는 SmCo보다 높은 잔류자속밀도와 보자력 특성을 가지는 장점이 있다.

특히, 도 10에 도시된 바와 같이, 마그네트(60)를 삽입하지 않은 경우의 위상각에 따른 토크특성(그래프 A)보다 마그네트(60)를 삽입한 경우의 위상각에 따른 토크특성(그래프 B, C)이 더 향상된 것으로 나타난 것을 알 수 있다. 구체적으로, Y축의 토크특성의 양수값과 음수값은 각 로터의 회전방향에 따른 정방향, 역방향에 따른 시물레이션의 결과에 따른 토크값을 나타낸다. 마그네트(60)의 종류에 따라 희토류 영구자석인 NdFeB의 경우에는 그래프 C가 위상각에 따른 토크값을 나타내고 있으며, 세라믹(Ferrite)영구자석의 경우에는 그래프 B가 위상각에 따른 토크값을 나타내고 있다. 도 10의 그래프에서 알 수 있듯이, 마그네트(60)가 삽입되지 않은 그래프 A보다 마그네트(60)가 삽입된 그래프 B, C가 위상각에 따른 토크특성이 더욱 향상된 점을 알 수 있다.

마그네트(60)는 인스테이터돌극(32)을 이루는 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b) 사이에 연결되는 환형의 스테이터코어(30)상에 삽입된다. 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)사이에 형성됨으로써, 상기에서 살펴보았듯이, 자속의 흐름이 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)사이의 연결된 스테이터코어(30)로 흐르게 되면, 마그네트(60)의 삽입으로 자속에 의한 자력이 상대적으로 상승하게 되는 것이다. 마찬가지로, 아웃스테이터돌극(31)을 통해 주돌극(31a)에서 양분되어 흐르는 자속의 경로상에도 동일한 마그네트(60)가 삽입됨으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.

구체적으로, 도 8 및 도 9에 도시된 마그네트(60)가 삽입된 더블로터 구조의 스위치드 릴럭턴스 모터에 전류가 인가되어 여자된 경우의 자속의 흐름을 통해 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 아웃로터(20)의 회전을 위해, 스테이터코어(30)의 아웃스테이터돌극(31)의 주돌극(31a)에 코일(33)이 권선된 제1 상인 A상권선부(31A)에 전류를 인가함으로써 여자되어 자속이 발생할 경우, 상기 자속은 주돌극(31a)에서 양분되고, 아웃로터(20)의 돌극을 통해 인접한 양측의 아웃스테이터돌극(31)인 보조돌극 즉, B상권선부(31B)의 제1 보조돌극(31b)과, A상권선부(31A)의 제2 보조돌극(31c)을 통해 각각 흐르고, 이어서 A상권선부(31A)로 이어지는 스테이터코어(30)의 연결부로 흐르게된다. 이때, B상권선부(31B)의 제1 보조돌극(31b)에서 연결되는 환형의 스테이터코어(30)를 자속이 지날 때, 자속의 경로상에 삽입된 마그네트(60)에 의해 그 자력이 상승하며, 마찬가지로, 다른 쪽인 A상권선부(31A)의 제2 보조돌극(31c)에서 스테이터코어(30)로 연결되는 자속이 흐르는 자속의 경로상에 마그네트(60)가 배치됨으로써 상승된 자력을 얻을 수 있다.

이와 마찬가지로, 반대편에 형성된 아웃스테이터돌극(31)의 주돌극(31a)에 코일(33)이 권선된 제1 상인 A'상권선부(31A')에 전류를 인가하여 여자된 경우에도, 발생된 자속이 주돌극(31a)에서 양분되고, 아웃로터돌극(21)을 통해 인접한 양측의 아웃스테이터돌극(31)인 보조돌극 즉, C상권선부(31C)의 제1 보조돌극(31b)과 A'상권선부(31A')의 제2 보조돌극(31c)을 통해 각각 흐르게 될 때, 자속의 경로상에 각각 마그네트(60)가 삽입 배치됨으로써 상승된 자력을 얻을 수 있다.

동시에, 인로터(10)의 회전을 위해, 스테이터코어(30)의 인스테이터돌극(32)에 전류를 인가함으로써 여자되어 자속이 발생할 경우, 상기 자속은 코일(33)이 권선된 인스테이터돌극(32)인 A상권선부(32A)의 제2 돌극(32b)으로부터 마주보는 인로터돌극(11)으로 흐르고, 이어서, 인접한 인로터돌극(11)을 경유하여 마주보는 권선된 제1 돌극(32a)을 지나고, 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)이 연결되는 환형의 스테이터코어(30)로 이어짐으로써, 자속경로를 종래보다 짧게 구현할 수 있는 것이다. 이때에도, 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)을 잇는 스테이터코어(30)상으로 자속이 흐르고, 그 자속의 경로상에 마그네트(60)가 배치됨으로써 동일한 전류를 인가하였을 때 보다 상대적으로 더 큰 자력을 얻을 수 있게 된다.

이와 마찬가지로, 반대편에 형성된 인스테이터돌극(32)의 권선된 A상권선부(32A)의 제1 돌극(32a)으로부터 마주보는 인로터돌극(11)으로 흐르고, 이어서, 인접한 인로터돌극(11)을 경유하여 마주보는 권선된 제2 돌극(32b)을 지나고, 제1 돌극(32a)과 제2 돌극(32b)을 연결하는 환형의 스테이터코어(30)에 배치된 마그네트(60)를 통과하여 자속이 흐름으로써, 자속경로를 종래보다 짧게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 동일한 전류를 인가하였을 때 보다 상대적으로 더 큰 자력을 얻을 있다.

도 9는 도 8에 이어, 인접한 아웃스테이터돌극(31)인 B상권선부(31B)에 전류가 인가되어 여자된 경우와 마찬가지로 인스테이터돌극(32)인 B상권선부(31B)에 전류가 인가되어 여자된 경우의 자속의 흐름을 나타낸 경우로써, 그 기술적 원리는 도 8에 대한 설명과 동일하므로 여기에서 자세한 설명은 생략한다. 이러한 원리를 통하여 전류가 인가되면 자기저항의 변화에 따라 스위치드 릴럭턴스 모터가 구동되는 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 더블로터 구조의 스위치드 릴럭턴스 모터는 도 2 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 아웃스테이터돌극(31)은 환형의 스테이터의 원주방향으로 외측으로 돌출되어 등간격으로 6개가 형성되며, 인스테이터돌극(32)은 환형의 스테이터의 원주방향으로 내측으로 돌출되어 6개가 형성될 수 있다. 여기서, 아웃스테이터돌극(31)의 주돌극(31a)에 코일(33)이 권선되고 인스테이터돌극(32)의 제1 돌극(32a) 및 제2 돌극(32b)에 코일(33)이 권선된 3상권선으로 이루어진다. 아웃스테이터돌극(31)의 경우에는 주돌극(31a)이 아닌 제1 보조돌극(31b) 및 제2 보조돌극(31c)에만 코일(33)이 권선되는 실시예로 형성될 수도 있다. 아웃로터돌극(21)은 아웃스테이터돌극(31)에 대응되도록 등간격으로 10개가 형성되며 인로터돌극(11)은 인스테이터돌극(32)에 대응되도록 등간격으로 10개가 형성될 수 있다. 여기서, 아웃스테이터돌극(31)의 단위는 주돌극(31a), 제1 보조돌극(31b) 및 제2 보조돌극(31c)이 도 2에 도시된 단면도를 기준으로 시계반대방향으로 순차적으로 형성된 것을 기준으로 하며, 인스테이터돌극(32)은 제1 돌극(32a) 및 제2 돌극(32b)로 구성된 하나의 인스테이터돌극(32)을 기준으로 한 개수이다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 인로터 11: 인로터돌극
20: 아웃로터 21: 아웃로터돌극
30: 스테이터코어 31: 아웃스테이터돌극
31a: 주돌극 31b: 제1 보조돌극
31c: 제2 보조돌극 32: 인스테이터돌극
32a: 제1 돌극 32b: 제2 돌극
33: 코일 31A, 32A: A상권선부
31B, 32B: B상권선부 31C, 32C: C상권선부
31A', 32A': A'상권선부 31B', 32B': B'상권선부
31C', 32C': C'상권선부 40: 지지재
41: 냉각파이프 50: 방음재
60: 마그네트

Claims

내측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극이 형성된 아웃로터;
상기 아웃로터의 내부에 수용되며, 외측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 인로터돌극이 형성된 인로터; 및
상기 아웃로터와 상기 인로터 사이에 형성되고, 상기 아웃로터돌극에 대응되며 외측 둘레면을 따라 순차적으로 형성된 주돌극, 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극을 포함하는 복수의 아웃스테이터돌극과
상기 인로터돌극에 대응되며, 내측 둘레면를 따라 순차적으로 형성된 제1 돌극 및 제2 돌극을 포함하는 복수의 인스테이터돌극이 형성된 스테이터코어;를 포함하고,
상기 주돌극과 상기 제1 돌극 및 제2 돌극에 코일이 각각 권선되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 아웃스테이터돌극의 제1 보조돌극과 제2 보조돌극과 상기 인스테이터돌극의 상기 제1 돌극과 제2 돌극은 서로 대향되는 방향으로 대응되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 인스테이터돌극을 형성하는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이 및 상기 복수의 인스테이터돌극 사이에 형성되는 지지재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 3에 있어서,
상기 지지재는 비자성체 또는 절연물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 3에 있어서,
상기 지지재에 삽입되며, 복수로 형성된 상기 인스테이터돌극 사이에 배치되는 냉각파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 등간격으로 형성된 복수의 아웃로터돌극 사이에 형성되는 방음재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 아웃스테이터돌극을 이루는 상기 주돌극의 둘레방향의 폭은 상기 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극보다 더 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 2에 있어서,
상기 인스테이터돌극을 이루는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이를 연결하는 상기 스테이터코어상에 삽입되는 마그네트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
내측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 아웃로터돌극이 형성된 아웃로터;
상기 아웃로터의 내부에 수용되며, 외측 원형의 둘레면을 따라 등간격으로 복수의 인로터돌극이 형성된 인로터; 및
상기 아웃로터와 상기 인로터 사이에 형성되고, 상기 아웃로터돌극에 대응되며 외측 둘레면을 따라 순차적으로 형성된 주돌극, 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극을 포함하는 복수의 아웃스테이터돌극과
상기 인로터돌극에 대응되며, 내측 둘레면를 따라 순차적으로 형성된 제1 돌극 및 제2 돌극을 포함하는 복수의 인스테이터돌극이 형성된 스테이터코어;를 포함하고,
상기 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극과 상기 제1 돌극 및 제2 돌극에 각각 코일이 권선되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 9에 있어서,
상기 아웃스테이터돌극의 제1 보조돌극과 제2 보조돌극과 상기 인스테이터돌극의 상기 제1 돌극과 제2 돌극은 서로 대향되는 방향으로 대응되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 9에 있어서,
상기 인스테이터돌극을 형성하는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이 및 상기 복수의 인스테이터돌극 사이에 형성되는 지지재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 11에 있어서,
상기 지지재는 비자성체 또는 절연물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 11에 있어서,
상기 지지재에 삽입되며, 복수로 형성된 상기 인스테이터돌극 사이에 배치되는 냉각파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 9에 있어서,
상기 등간격으로 형성된 복수의 아웃로터돌극 사이에 형성되는 방음재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 9에 있어서,
상기 아웃스테이터돌극을 이루는 상기 주돌극의 둘레방향의 폭은 상기 제1 보조돌극 및 제2 보조돌극보다 더 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 10에 있어서,
상기 인스테이터돌극을 이루는 상기 제1 돌극과 제2 돌극 사이를 연결하는 상기 스테이터코어상에 삽입되는 마그네트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.