KR101341450B1 - 유성 교류 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유성(planetary)교류 모터(AC Motor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 트로이달 마그네트(toroidal magnet)를 이용한 코어레스 유성 교류 모터에 관한 것이다.
본 발명은 단극 자성체의 마그네트가 배치된 삼상 회전력 전달체 각각을 독립적으로 회전축을 중심으로 방사상으로 배치하여 유성적으로 동력을 추출 하도록 구성함을 특징으로 한다.

Description

유성 교류 모터{Planetary AC motors}

본 발명은 유성(planetary)교류 모터(AC Motor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 트로이달 마그네트(toroidal magnet)를 이용한 코어레스 유성 교류 모터에 관한 것이다.

일반적으로, BLDC모터 또는 BLAC모터는 Brushless DC/AC모터의 약자로서, 다른 전동기에 비해 효율이 높고 제어가 용이하여, 냉장고/에어컨용 압축기 및 세탁기의 가변속 운전을 구현하기 위하여 현재 가장 많이 사용되고 있다.

이러한, 브러시가 없는 전동기인 BLDC모터를 운전하기 위해서는 회전자에서 발생하는 영구자석의 자속(flux)과 전기적으로 직각 또는 임의의 각도를 갖도록 고정자의 자속을 제어해야 한다. 이를 위해서는 회전자가 어느 위치에 있는가를 항상 검출하여 회전자의 위치에 따라 고정자의 자속 발생위치를 결정하도록 인버터 스

위칭 소자들의 스위칭 상태를 결정해야 한다.

즉, BLDC모터는 브러시와 정류자가 없이 회전자를 영구자석으로 하고 계자극이 3상 모터 구조의 권선으로 배치되어 있는데, 회전자의 위치를 홀 센서나 포토 센서로 검출하여 해당하는 계자코일에 흐르는 전류를 FET(전계효과트랜지스터) 등의 파워 소자로 단속하여, 회전자석과 고정코일 간에 흡입 반발을 유도하여 회전하게 되어 있는 모터이다.

상기, 회전자의 위치를 검출하기 위해서는 레졸버(resolver), 엔코더(absolute encoder), 홀센서(hall sensor)등을 사용할 수 있으나, 냉장고/에어컨용 압축기의 경우에는 온도/압력 등의 환경적인 요인에 의해 센서를 사용하기 어려우므로, 전동기에 인가되는 전압 또는 전류로부터 회전자의 위치를 검출한다.

상기와 같은 BLDC모터는 기본적인 구동회로의 센서 신호각대전류단속시기의 시간을(위상차)가변 하는 것만으로 속도와 토크를 간단하게 조절 할 수가 있고, 기계적인 마찰로 마모가 되어 수명에 영향을 주는 정류자와 브러시를 사용하지 않으므로 그 수명이 반영구적으로 길고 소음 또한 적으나, 브러시형 모터에 비해 가격이 비싸고 대형의 모터가 개발되어 있지 않고 가격이 비싸며, 고장 시에 전체를 교체 내지는 수리에 어려움이 많은 문제점이 있다.

또한, 종래 BLDC모터는 코일이 권취된 코어가 구비되어 있어, 모터의 부피가 커지고 중량이 무거운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기위하여 창출한 본 출원인이 선출원하여 등록받은 등록특허 제10-1115498호에 의하면, 외측 단부는 모터하우징의 내벽에 고정되고,

내측 단부는 모터하우징의 중앙부분으로 위치하여 방사상으로 마련되는 다수의 보빈; 상기 보빈에 각각 권취되어, 인가되는 교번신호에 따라 전기장을 발생시키는 코일; 상기 보빈의 코일이 권취된 부분을 각각 비 접촉 상태로 관통하여, 코일의 전기장에 대응하는 자기장을 발생시키는 다수의 마그네트; 전체적으로는 링 형상으로 이루어져, 상기 각 마그네트의 양단을 끼움 결합을 통해 일정 간격을 두고

지지하는 한편, 상기 마그네트와 연동 회전하는 마그네트지지구; 양측 선단부는 상기 모터하우징에 회전 가능상태로 결합되고, 선단부와 인접한 부분은 상기 마그네트지지구 외주연과 각각 접촉되어져, 대응 회전하는 회전력전달체1; 상기 회전력전달체1의 일측 단과 접촉되어 회전력을 전달받아 회전하는 회전력전달체2; 상기 회전력 전달체2의 중앙에 관통 치합되어 회전력을 전달받아 회전하는 회전축;을

포함하여 구성하여 제시하고 있다.

이러한 종전의 기술은 하나의 회전 구동체 내부에 다수의 마그네트를 배치한 형태 즉, 다극 자성체의 마그네트 배치 구조에 따른 구동 모터에 관한 것이어서, 확장성이 어려워 모터 출력 증대 효율을 확장시키기기가 매우 어려운 문제점을 안고 있다. 다시말하면, 하나의 회전축 주변에 다극 자성체를 가지는 여러개의 마그네트를 코일 내부에 배치하여 코일에 발생하는 자기력에 의해 여러개의 마그네트를 회전시켜 동력을 추출하는 것이어서, 출력증대 확장 시킬 목적으로 마그네트 설치 숫자를 늘릴 경우에는 마그네트 및 코일 , 보빈 등의 배치를 새롭게 하여 내부 구조를 변경시켜야 하므로 출력 증대를 위한 확장성이 크게 미달되는 문제점이 지적되고 있다.

[특허문헌]

등록특허 10-1115498호

본 발명은 모터의 출력증대를 위한 확장성을 높이도록 함을 기술적 과제로 삼는다.

본 발명은 단극 자성체의 마그네트가 배치된 삼상 회전력 전달체 각각을 독립적으로 회전축을 중심으로 방사상으로 배치하여 유성적으로 동력을 추출 하도록 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 단극 자성체 마그네트가 배치된 각각의 회전력 전달체를 회전축을 중심으로 유성적(planetary)으로 배치하여 제공하므로서 동력 전달 면적을 넓혀 회전력 증대를 가중시킴과 동시에 회전축 중심으로 원형의 마그네트가 배치된 상태이므로 3개의 회전력 전달체를 6개 또는 9개의 회전력 전달체를 배치할 수 있어 동력 증대를 위한 확장성이 크게 확보되어 출력증대 효과를 가질 수 있도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 사시도
도 2는 본 발명의 분리 사시도
도 3은 본 발명의 차폐커버를 분리한 사시도
도 4는 본 발명의 일부 절개 사시도
도 5는 본 발명의 측면도
도 6은 본 발명의 횡단면도
도 7은 본 발명의 요부 발췌 측단면도
도 8은 본 발명의 요부 발췌 분해 사시도
도 9는 본 발명의 작용 상태도
도 10은 본 발명을 설명하기 위한 그래프
도 11은 본 발명을 설명하기 위한 일반적인 삼상 회로도
도 12는 본 발명의 위상에 따른 동작 설명도로서, a) ~ f)는 각 위상별 극성 변화 및 마그네트 변화 위치 개략도

제시하는 도 1은 본 발명의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 분리 사시도, 도 3은 본 발명의 차폐커버를 분리한 사시도, 도 4는 본 발명의 일부 절개 사시도, 도 5는 본 발명의 측면도, 도 6은 본 발명의 횡단면도, 도 7은 본 발명의 요부 발췌 측단면도, 도 8은 본 발명의 요부 발췌 분해 사시도, 도 9는 본 발명의 작용 상태도, 도 10은 본 발명을 설명하기 위한 그래프, 도 11은 본 발명을 설명하기 위한 일반적인 삼상 회로도, 도 12는 본 발명의 위상에 따른 동작 설명도이다.

상기 제시한 도면을 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 보빈(1),(2), (3) 각각에 권치된 코일(a)와 (a'), (b)와 (b'), (c)와 (c') 사이의 내부에 단극 자성체의 마그네트(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B)가 각각 내부에 배치된 제 1, 제 2, 제 3 회전력 전달체(10), (20), (30) 각각을 독립적으로 회전축(40)을 중심으로 방사상으로 배치하여 유성적으로 동력을 추출 하도록 구성하는 것이다.

상기에서, 제 1, 제 2, 제 3 회전력 전달체(10), (20), (30) 각각에 대하여 구체적으로 설명하면, 보빈(1),(2), (3) 각각에 권치된 코일(a)와 (a'), (b)와 (b'), (c)와 (c')내부에 단극 자성체의 마그네트(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B)가 각각 내부에 배치시키는 구성은 공지의 기술이다. 그러나, 본 발명은 단극 자성체의 마그네트(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B) 각각을 제 1, 제 2, 제 3 회전력 전달체(10), (20), (30) 각각에 대하여 배치시키게 하므로서, 하나의 회전력 전달체 내부 조립 배치가 매우 수월함과 동시에 마그네트 이탈방지용 코일 스프링(50)을 상기 단극 자성체의 마그네트(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B) 각각의 둘레면에 권취하여 설치하게 하므로서 상기 마그네트가 각각 회전 시 코일 스프링(50)의 탄력에 의해 외측으로 이탈하는 것을 방지할 수 있으나, 종전 다극 자성체를 가지는 다수의 마그네트를 하나의 회전력 전달체 내부에 배치할 경우에는 다수의 마그네트를 조립 배치하기가 매우 어려운 점이 있을 뿐 아니라, 배치된 마그네트가 마그네트 지지구로서 이탈방지를 행하고 있지만, 상기 마그네트 지지구가 여러개의 조각으로 결합하면서 마그네트를 감싸는 구조이어서 마그네트 회전 시 보빈 내외측면측을 강하게 밀어 외측 둘레측으로 이탈하려고 할 때 상기 결합된 마그네트 지지구가 해체될 염려가 있어 모터의 구조적인 결함이 지적된다.

이와 같은 구성의 제 1, 제 2, 제 3 회전력 전달체(10), (20), (30) 각각은 회전축(40)을 중심으로 하여 각각 독립적으로 유성 배치되고, 이들 각각의 제 1, 제 2, 제 3 회전력 전달체(10), (20), (30)외측 둘레에는 자기차폐 커버(60), (70), (80)를 씌워 각각의 회전력 전달체(10), (20), (30) 구동 시 발생되는 자속이 상호 간섭되지 않도록 구성한다. 그리고, 보빈(1),(2), (3) 각각의 내측 외주면에 끼워진 합성수지재의 회전원통(1-1), (2-1), (3-1)전, 후방의 부싱(1-1'), (2-1'), (3-1')에는 유성기어(idle gear)(90), (100), (110)를 끼워 상기 마그네트(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B) 각각의 회전 시 회전원통(1-1), (2-1), (3-1)이 회동하면서 상기 유성기어(90), (100), (110)가 회전토록 구성하되, 회전축(40)의 전, 후방에 끼워진 선(sun) 기어(120)와 방사상으로 맞물리게 설치한다. 상기에서 회전원통(1-1), (2-1), (3-1)의 양단에 유성기어(90), (100), (110)를 일체로 형성하여 구성할 수 있고, 이 회전원통(1-1), (2-1), (3-1)외측 둘레면에 마그네트(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B)를 설치할 경우 회전원통(1-1), (2-1), (3-1)은 상,하에서 면접촉시킨 상태로 하고, 마그네트(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B)각각은 좌,우에서 면접촉하는 상태로 하여 결합하되, 상기 유성기어(90), (100), (110)도 회전원통(1-1), (2-1), (3-1)과 마찬가지로 상,하에서 면접촉시킨 상태로 하여 부싱(1-1'), (2-1'), (3-1')이 양단에서 끼워지는 상태로 결합한다.

한편, 본 발명은 실시예로서, 3개의 제 1, 제 2, 제 3 회전력 전달체(10), (20), (30)를 각각 독립적으로 회전축(40)을 중심으로 방사상으로 배치하고 있으나, 상기 회전력 전달체(10), (20), (30)를 6개 또는 9개 등 3배수 이상으로 배치하여 구성할 수 있어 출력증대를 위한 확장성을 높일 수 있게 할 수 있다.

도면 중 41은 부싱, 200은 모터 하우징이고, 210은 커버, 220은 고정볼트이다.

이와 같은 구성의 본 발명은 삼상 교류전원 공급에 의해 각각의 마그네트(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B)회전에 따른 각각의 제 1, 제 2, 제 3 회전력 전달체(10), (20), (30)의 위상이 변화하면서 유성기어(90), (100), (110)가 회전하고, 이에 맞물린 선 기어(120)를 회전시키므로서 유성적으로 회전 동력을 얻게 되는데, 그 구체적인 설명은 아래와 같다.

도 11과 같이 교류 삼상 전원이 공급되어 교류신호가 각 위상 A, 위상 B, 위상 C으로 공급되면 각 코일(a)와 (a'), (b)와 (b'), (c)와 (c')로 전류가 흘러 자기력이 발생된다.

예컨대, 도 9와 같이 위상 A 로 부터 전류가 공급되면 코일(a)-(a')측으로 전류가 흐르면서 공통접지측으로 바이패스되고, 이때 제 1 회전력 전달체(10)내부의 마그네트(11)(11A)가 회전되면서 회전원통(1-1)이 회동되고, 이때 마그네트(11)측의 극성은 N극이 형성되고, 마그네트(11A)측에 S극이 형성되는 동작을 반복적이면서 지속적으로 행하게 되므로서 유성기어(90)가 화살표 방향으로 회전하면서 선 기어(120)을 회동시키게 되는 것이다. 역시 제 2, 제 3 회전력 전달체(20), (30)도 상기 제 1 회전력 전달체(10)와 마찬가지로 각각의 마그네트(20A)(21A), (30B)(31B)가 회전되면서 각각의 유성기어(100), (110)가 도 9의 화살표 방향으로 회전되어 선 기어(120)를 회동시켜 보다 증대되는 회전력을 얻게 되는 것이다. 즉, 본 발명은 각 3개의 유성기어(90), (100), (110)가 트로이달 마그네트(toroidal magnet)(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B)의 회전에 따라 회전하면서 선 기어(120)을 회전시키므로서 유성적으로 동력을 추출할 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 선 기어(120)를 중심으로 제 1, 제 2, 제 3 회전력 전달체(10), (20), (30)각각을 독립적이면서도 방사상 형태로 배치하는 것이어서 새로운 개념의 유성모터를 제공할 수 있는 것이며, 선 기어(120)를 중심으로 방사상 형태로 회전력 전달체를 배치함에 있어 그 배치 숫자를 더 늘릴 수 있는 것이므로 회전력 증대를 위한 확장성을 높일 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명을 각 위상에 따라 구체적으로 설명하면 도 12의 a)와 같이 위상 A 시작점에서 마그네트(11)(11A)가 각각의 극성을 가지면서 화살표 방향으로 회전하게되고, 위상이 60 도(도 12의 b), 120 도(도 12의 c), 180 도(도 12의 d), 240 도(도 12의 e), 360 도(도 12의 f)로 변화될 때 마다 마그네트(11)(11A)가 이에 따라 회전하면서 도 10과 같은 그래프(위상 A 인 경우 실선)와 같이 동작을 수행하게 되는 것이다. 도 12에서는 위상 A에 한정해서 설명하고 있으나, 위상 B 및 위상 C 각각은 도 12의 c) 및 e)에서 시작하여 도 10의 점선 및 일점쇄선 과 같은 그래프로 동작을 수행하게 된다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을

한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속 하는 분야의 통상의 지식을 가진

자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에

예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.

그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 2, 3 : 보빈 1-1, 2-1, 3-1 : 회전원통
1-1', 2-1', 3-1' : 부싱 a,a',b,b',c,c' : 코일
11,11A, 20A, 201A, 30B,31B : 마그네트 40 : 회전축
10, 20, 30 : 제1, 제2, 제 3 회전력 전달체 50 : 코일 스프링
60, 70, 80 : 자기차폐 커버 90, 100, 110 : 유성기어
120 : 선 기어

Claims (5)

1. 모터 하우징(200)의 중심에 회전축(40)을 설치하고, 상기 회전축(40) 외측 둘레에 설치한 보빈(1), (2), (3) 각각에 코일(a)와 (a'), (b)와 (b'), (C)와 (C')을 각각 설치하고, 상기 코일(a)와 (a'), (b)와 (b'), (C)와 (C') 각각의 사이의 내부에 단극 자성체의 마그네트(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B)를 각각 배치한 것에 있어서, 상기 보빈(1), (2), (3) 각각에 권취된 코일(a)와 (a'), (b)와 (b'), (C)와 (C') 사이의 내부에 상기 마그네트(11)(11A), (20A)(21A), (30B)(31B)를 배치시켜 구성한 제 1, 제 2, 제 3 회전력 전달체(10), (20), (30) 각각을 독립적으로 상기 회전축(40)을 중심으로 방사상으로 설치하고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 회전력 전달체(10), (20), (30)를 구성하는 상기 보빈(1),(2), (3) 각각의 내측 외주면에 설치한 회전원통(1-1), (2-1), (3-1) 각각의 전, 후방에 끼워진 부싱(1-1'), (2-1'), (3-1')에 유성기어(90), (100), (110)를 각각 끼우되, 상기 회전축(40)의 전, 후방에 끼워진 선 기어(120)와 상기 각각의 유성기어(90), (100), (110)가 상호 각각 맞물리게 설치 구성함을 특징으로 하는 유성 교류 모터.
   
   
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images