KR101762270B1 - 가변자속자기회로의 제어특성을 고려한 마그넷 배열 - Google Patents

가변자속자기회로의 제어특성을 고려한 마그넷 배열 Download PDF

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이성호
이규석
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Abstract

본 발명은, 종래의 가변자속자기회로의 가변마그넷 부분을 보자력이 상이한 영구마그넷 및 가변마그넷이 포함된 마그넷으로 구성하여 상기 마그넷의 자속을 변화시키면서도 홀센서의 출력신호를 일정하게 함으로써 가변자속자기회로가 사용되는 장치의 여러 가지 제어를 용이하게 할 수 있는 마그넷 배열에 관한 것으로, 제1마그넷 및 상기 제1마그넷과 동종의 마그넷인 제2-1마그넷과 상기 제2-1마그넷보다 보자력이 작은 제2-2마그넷을 포함하는 제2마그넷을 포함하여 구성되는 이동자부, 상기 제1마그넷 또는 상기 제2마그넷과 자기적으로 연결되는 전자마그넷을 포함하여 상기 이동자부를 운동시키는 기능을 구비하는 고정자부, 상기 제1마그넷 또는 상기 제2마그넷의 자속을 감지하여 상기 이동자부의 위치를 검출하는 기능을 구비하는 홀센서를 포함하여 이루어지고, 상기 홀센서의 출력신호는 하이(high)와 로우(low)가 동일한 시간 동안 지속되는 것을 특징으로 하는 가변자속자기회로를 제공한다.

Description

가변자속자기회로의 제어특성을 고려한 마그넷 배열{Magnet arrangement considering control properties of a magnetic circuit with variable magnetic flux}
본 발명은, 가변자속자기회로의 제어특성을 고려한 마그넷 배열에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 종래의 가변자속자기회로의 가변마그넷 부분을 보자력이 상이한 영구마그넷 및 가변마그넷이 포함된 마그넷으로 구성하여 상기 마그넷의 자속을 변화시키면서도 홀센서의 출력신호를 일정하게 함으로써 가변자속자기회로의 여러 가지 제어를 용이하게 할 수 있는 마그넷 배열에 관한 것이다.
전기에너지를 운동에너지로 변환하는 모터나 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기는 현대 사회에서 필수 불가결한 장치이다. 최근에는 생활 가전 분야 또는 자동차 분야 등에서 고속 저토크 또는 저속 고토크 등의 넓은 범위의 가변속 운전 조건을 요구하는 고효율 모터의 개발이 이루어지고 있고, 이러한 모터는 모터에 포함된 가변마그넷의 자속을 운전 속도에 따라 변화시킴으로써 고효율을 얻을 수 있으므로 가변자속모터 등으로 불리운다.
가변자속자기회로는 가변자속모터나 가변자속발전기에 사용될 수 있으며, 구체적으로 전기자동차용 구동모터, 대용량 에어컨, 세탁기, 풍력발전기 등에 사용될 수 있다.
가변자속자기회로는 이동자부, 고정자부 및 홀센서 등을 포함하여 이루어진다. 기존의 자기회로는 이동자부에 영구마그넷을 사용하였고, 고정자부에 전자마그넷을 사용하였으며, 영구마그넷과 전자마그넷의 인력 또는 척력을 이용하여 이동자부를 운동시켰다. 가변자속자기회로는 이를 개량한 것으로, 이동자부에 영구마그넷 외에 가변마그넷을 사용하여 가변마그넷을 운전 조건에 따라 착·감자함으로써 가변자속자기회로가 사용되는 장치의 효율을 개선하였다.
이와 관련하여, 대한민국 등록특허 1276016호(발명의 명칭 : 가변자속모터, 이하 종래기술 1이라 한다.)에서는 로터와 상기 로터의 내측에 위치하는 스테이터로 이루어지는 가변자속모터에 있어서, 상기 로터는 로터 하우징, 상기 로터 하우징의 내측 벽면에 부착되는 복수 개의 단위 로터 코어 및 마그네트로 이루어지고, 상기 단위 로터 코어는 마그네트와 교대로 위치하고 있으며, 상기 스테이터는 스테이터 코어 베이스 및 상기 스테이터 코어 베이스의 외경면에 방사상으로 등간격을 가지며 형성된 복수 개의 티스로 이루어지며 상기 티스의 말단 양쪽에는 티스 이어가 형성되어 있고, 상기 마그네트는 제1 마그네트와 제2 마그네트로 이루어지고, 상기 제2 마그네트는 상기 단위 로터 코어 중 마주보는 한 쌍의 단위 로터 코어의 양측에 위치하는 마그네트와 상기 한 쌍의 단위 로터 코어를 연결하는 선과 직교하는 선이 만나는 한 쌍의 단위 로터 코어의 양쪽에 위치하는 마그네트이며, 상기 제1 마그네트는 제2 마그네트를 제외한 나머지 마그네트인 것을 특징으로 하는 가변자속모터가 개시되어 있다.
또한 대한민국 등록특허 1363199호(발명의 명칭 : 가변자속모터, 이하 종래기술 2라 한다.)에서는 종래기술 1에 있어서, 상기 제2마그네트는 양측의 두 단위 로터 코어와 이루는 공간의 일부만을 차지하고 있는 것을 특징으로 하는 가변자속모터가 개시되어 있다.
또한 대한민국 등록특허 1398702호(발명의 명칭 : 가변자속모터, 이하 종래기술 3이라 한다.)에서는 종래기술 2의 작동방법이 개시되어 있다.
또한 대한민국 등록특허 1407854호(발명의 명칭 : 가변자속모터, 이하 종래기술 4라 한다.)에서는 종래기술 1과 다른 부분은 동일하고, 상기 제2 마그네트는 상기 제1 마그네트 보다 보자력이 낮은 마그네트로서, 상기 제2 마그네트의 양측에는 복수 개의 제1 마그네트가 위치하고, 상기 로터 코어는 복수 개의 단위 로터 코어가 연결되어 이루어지며, 상기 단위 로터 코어의 양측면에는 레이저 용접선이 형성되어 상기 인접한 단위 로터 코어가 결합되어 있고, 상기 티스의 외경면 및 상기 티스 이어 사이에는 티스 홈부가 형성되고, 상기 티스 홈부의 중앙에는 티스 용접홈이 형성되어 상기 티스 용접홈을 따라 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 가변자속모터가 개시되어 있다.
대한민국 등록특허 1276016호 대한민국 등록특허 1363199호 대한민국 등록특허 1398702호 대한민국 등록특허 1407854호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래기술 1 내지 4에서 복수 개의 제1마그네트(영구마그넷) 사이에 위치하는 제2마그네트(가변마그넷)로 인하여 홀센서의 출력신호가 일정하지 않아서, 홀센서의 출력신호에 대응하여 전류를 인가하기 어렵다는 점 등 때문에 가변자속모터를 제어하기 어렵다는 문제점을 해결하려 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해 안출되는 본 발명은, 가변자속자기회로에 있어서, 제1마그넷 및 상기 제1마그넷과 동종의 마그넷인 제2-1마그넷과 상기 제2-1마그넷보다 보자력이 작은 제2-2마그넷을 포함하는 제2마그넷을 포함하여 구성되는 이동자부, 상기 제1마그넷 또는 상기 제2마그넷과 자기적으로 연결되는 전자마그넷을 포함하여 상기 이동자부를 운동시키는 기능을 구비하는 고정자부, 상기 제1마그넷 또는 상기 제2마그넷의 자속을 감지하여 상기 이동자부의 위치를 검출하는 기능을 구비하는 홀센서를 포함하여 이루어지고, 상기 홀센서의 출력신호는 하이(high)와 로우(low)가 동일한 시간 동안 지속되는 것을 특징으로 하는 가변자속자기회로를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제2-1마그넷은 영구마그넷이고, 상기 제2-2마그넷은 가변마그넷인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제2-2마그넷은 알니코(Al-Ni-Co) 마그넷, 철-크로뮴-코발트(Fe-Cr-Co) 마그넷 또는 사마륨-코발트(Sm-Co) 마그넷인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제2-1마그넷은 페라이트(Ferrite) 마그넷 또는 네오디뮴(Nd) 마그넷인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 전자마그넷은 티스(teeth) 및 상기 티스(teeth)에 권선된 코일을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 고정자부는 상기 홀센서의 출력신호로부터 검출된 상기 이동자부의 위치에 대응하여 상기 코일에 전원을 인가함으로써 상기 이동자부를 운동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 가변자속자기회로를 포함하여 이루어지는 가변자속모터를 제공한다.
또한, 본 발명은 가변자속자기회로를 포함하여 이루어지는 가변자속발전기를 제공한다.
본 발명은 종래의 가변마그넷의 단순한 변형으로 홀센서의 출력신호를 일정하게 함으로써, 홀센서의 출력신호에 대응하여 인가하는 전압 또는 전류를 통하여 가변자속자기회로를 용이하게 제어하고, 가변자속자기회로가 사용되는 장치의 구동속도, 효율 등을 용이하게 제어할 수 있다는 제1효과, 가변자속자기회로가 사용되는 가변자속모터의 경우 토크리플을 저감할 수 있다는 제2효과, 종래의 가변마그넷이 영구마그넷과 가변마그넷이 결합된 형태로 변형됨으로써 종래의 가변마그넷에 형성되었던 와전류를 감소시킬 수 있다는 제3효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명인 가변자속자기회로의 이동자부의 일실시예를 종래의 가변자속자기회로의 이동자부와 비교해서 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명인 가변자속자기회로의 실시예를 나타내는 사시도.
도 3은 일실시예로서, 종래의 가변자속자기회로의 홀센서 출력신호를 나타내는 그래프.
도 4는 일실시예로서, 본 발명의 가변자속자기회로의 홀센서 출력신호를 나타내는 그래프.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 가변자속자기회로(10)는 이동자부(100), 고정자부(200) 및 홀센서를 포함하여 이루어진다. 이하, 가변자속자기회로(10)를 이루는 각 구성요소별로 상술하기로 한다.
도 1의 좌측에는 종래의 가변자속자기회로의 이동자부(100a)의 예시 도면이 도시되어 있다. 도 1의 좌측에 도시된 종래의 이동자부(100a)는 제1마그넷(110a) 및 제2마그넷(120a)을 포함하여 구성되는데, 제1마그넷(110a)은 영구마그넷이고, 제2마그넷(120a)은 가변마그넷이다. 그리고 도 1의 우측에는 본 발명의 가변자속자기회로(10)의 이동자부(100)의 예시 도면이 도시되어 있고, 본 발명의 이동자부(100) 역시 제1마그넷(110) 및 제2마그넷(120)을 포함하여 구성된다. 제2마그넷(120)은 제2-1마그넷(121) 및 제2-2마그넷(122)을 포함하는데, 여기서 제2-1마그넷(121)은 제1마그넷(110)과 동종의 마그넷이고, 제2-2마그넷(122)은 제2-1마그넷(121)보다 보자력이 작은 마그넷이다.
영구마그넷은 일반적으로 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않고서도 강한 자화상태를 오랫동안 보존할 수 있는 마그넷을 의미하나, 엄밀하게는 주변 조건에 따라 그 자속이 전혀 변화하지 않는 것은 아니다. 또한 가변마그넷을 영구마그넷에 포함시키는 경우도 있다. 따라서 용어를 명확히 하기 위해 정의하자면, 본 명세서 전체에서 영구마그넷은 가변자속자기회로(종래의 가변자속자기회로와 본 발명의 가변자속자기회로를 모두 아우르는 가변자속자기회로를 의미함.)의 통상의 정격 운전 조건 하에서 인버터 등으로부터 공급되는 전류에 의해 자속이 거의 변화하지 않는 마그넷을 의미하고, 가변마그넷은 위와 같은 전류에 의해 자속이 변화하는 마그넷을 의미한다.
도 1의 좌측에서, 가변마그넷인 제2마그넷(120a)은 영구마그넷인 제1마그넷(110a)보다 보자력이 작고 착·감자될 수 있는데, 제2마그넷(120a)의 착·감자로 인하여 이동자부(100a)를 포함하는 가변자속자기회로의 효율을 개선할 수 있는 등의 이점도 있으나, 제1마그넷(110a)과 제2마그넷(120a)의 자속 차이로 인하여 홀센서의 출력신호가 일정하지 않다는 문제점이 있다. 이에 비해 본 발명은, 도 1의 우측에 도시된 바와 같이, 제2마그넷(120) 부분을 제1마그넷(110)과 보자력이 동일한 제2-1마그넷(121) 및 제2-1마그넷(121)보다 보자력이 작은 제2-2마그넷(122)을 포함하도록 하여, 종래의 가변자속자기회로에서 제2마그넷(120a)을 착·감자할 수 있었던 것처럼 본 발명의 가변자속자기회로(10)에서 제2-2마그넷(122)을 착·감자하면서도, 종래의 가변자속자기회로에서 홀센서가 제1마그넷(110a)의 자속 및 이와 다른 자속인 제2마그넷(120a)의 자속을 감지했지만 본 발명의 가변자속자기회로(10)에서는 홀센서가 제1마그넷(110)의 자속 및 이와 동일한 자속인 제2-1마그넷(121)의 자속을 감지하기 때문에 홀센서의 출력신호를 일정하게 할 수 있다. 이렇게 홀센서의 출력신호가 일정하기 때문에 가변자속자기회로(10)를 용이하게 제어할 수 있다는 것이 본 발명의 핵심이다. 그러나 제2마그넷(120)에 제2-1마그넷(121) 및 제2-2마그넷(122) 외에 다른 마그넷이 더 포함될 수 있음을 배제하는 것은 아니다. 이런 맥락에서 제1마그넷(110) 및 제2-1마그넷(121)은 영구마그넷일 수 있고, 제2-2마그넷(122)은 가변마그넷일 수 있다.
바람직한 실시예로서, 제1마그넷(110) 및 제2-1마그넷(121)은 일반적으로 보자력이 큰 페라이트(Ferrite) 마그넷 또는 네오디뮴(Nd) 마그넷이 되는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다. 그리고 제2-2마그넷(122)은 제1마그넷(110) 및 제2-1마그넷(121)보다 보자력이 작기 때문에 알니코(Al-Ni-Co) 마그넷, 철-크로뮴-코발트(Fe-Cr-Co) 마그넷 또는 사마륨-코발트(Sm-Co) 마그넷이 되는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
제2마그넷(120)은 제2-1마그넷(121) 및 제2-2마그넷(122)을 에폭시 수지 또는 BMC(Bulk Molding Compound) 수지(이러한 수지에 한정하지 않음.)로 접착함으로써 제조할 수 있으나, 이러한 방법에 한정하지 않음은 물론이다.
제2마그넷(120)이 제2-1마그넷(121) 및 제2-2마그넷(122)으로만 구성되는 경우, 가변자속자기회로(10)의 슬롯 수, 폴 수, 제2마그넷(120) 수, 제1마그넷(110) 및 제2-1마그넷(121)의 종류, 제2-2마그넷(122)의 종류, 제1마그넷(110) 및 제2마그넷(120)의 배열(제2마그넷(120)의 일측에 몇 개의 제1마그넷(110)이 위치하고, 제2마그넷(120)의 타측에 몇 개의 제1마그넷(110)이 위치하는지 등을 나타내는 배열을 의미하며, 이하 같다.) 등에 따라, 홀센서의 출력신호를 일정하게 하기 위해 제2마그넷(120)에 포함되는 제2-1마그넷(121)의 양이 달라지므로, 제2마그넷(120) 내에서 제2-1마그넷(121) 및 제2-2마그넷(122)이 각각 차지하는 비율은 어떠한 수치로든 한정하지 않는다.
고정자부(200)는 전자마그넷(210)을 포함하는데, 전자마그넷(210)은 제1마그넷(110) 또는 제2마그넷(120)과 자기적으로 연결되어 이동자부(100)를 운동시키는 기능을 구비하므로 고정자부(200) 또한 이러한 기능을 구비한다고 표현할 수 있다. 전자마그넷(210)은 전원을 인가받아 암페어법칙에 의해 자기장을 생성하는 마그넷을 말하며, 그 구조는 티스(teeth)(211) 및 티스(teeth)(211)에 권선된 코일(212)을 포함하여 이루어질 수 있으나, 이러한 구조에 한정하는 것은 아니다. 상기 전원은 제어하고자 하는 변수에 따라 전압원 또는 전류원이 될 수 있다. 상기에서 전자마그넷(210)이 제1마그넷(110) 또는 제2마그넷(120)과 자기적으로 연결된다는 표현은 전자마그넷(210)의 자극과 제1마그넷(110)의 자극 사이에 인력 또는 척력이 작용하거나, 전자마그넷(210)의 자극과 제2-1마그넷(121)의 자극 사이에 인력 또는 척력이 작용한다는 의미로서, 전자마그넷(210)은 제1마그넷(110) 또는 제2-1마그넷(121)과의 이러한 상호 작용에 의하여 이동자부(100)를 운동시킨다. 이동자부(100)의 운동은 가변자속자기회로(10)가 회전모터에 사용되는 경우 시계방향 또는 반시계방향의 회전운동이 될 것이고, 가변자속자기회로(10)가 선형모터에 사용되는 경우 직선운동이 될 것이나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한 상기에서 전자마그넷(210)이 제2마그넷(120)과 자기적으로 연결된다는 표현은 전자마그넷(210)의 코일(212)에 전원을 인가하여 제2-2마그넷(122)을 착자 또는 감자할 수 있다는 의미도 포함한다. 제2-2마그넷(122)을 착·감자하는 방법은 다음과 같다. (가) 대한민국 등록특허 1407854호에 공지된 바와 같이, 코일(212)의 중앙에 제2-2마그넷(122)을 정렬하여, 일시적으로 강한 전류를 일방향으로 코일(212)에 인가하여 제2-2마그넷(122)을 착자하거나, 일시적으로 강한 전류를 타방향으로 코일(212)에 인가하여 제2-2마그넷(122)을 감자할 수 있다. (나) 대한민국 등록특허 1276016호에 공지된 바와 같이, 제2-2마그넷(122) 두 개가 이웃하는 경우, 코일(212)의 중앙에 제2-2마그넷(122) 두 개 사이의 중간 지점을 정렬하여, 일시적으로 강한 전류를 일방향으로 코일(212)에 인가하여 제2-2마그넷(122) 두 개를 착자하거나, 일시적으로 강한 전류를 타방향으로 코일(212)에 인가하여 제2-2마그넷(122) 두 개를 감자할 수 있다. 그러나 제2-2마그넷(122)을 착·감자하는 방법을 상기 (가) 또는 (나)에 한정하는 것은 아니며, 슬롯 수, 폴 수, 제1마그넷(110) 및 제2마그넷(120)의 배열 등에 따라 다른 방법으로 제2-2마그넷(122)을 착·감자할 수도 있다.
홀센서는 제1마그넷(110) 또는 제2마그넷(120)(더욱 정확하게는 제2-1마그넷(121))의 자속을 감지하여 이동자부(100)의 위치를 검출하는 기능을 구비한다. 이동자부(100)의 위치는 가변자속자기회로(10)가 회전모터에 사용되는 경우 이동자부(100)가 기준 각도로부터 회전한 각도가 될 것이고, 가변자속자기회로(10)가 선형모터에 사용되는 경우 이동자부(100)가 기준 위치로부터 직선운동한 위치가 될 것이나, 이에 한정하는 것은 아니다. 전술한 바와 같이, 제2마그넷(120)에 제1마그넷(110)과 동종의 마그넷인 제2-1마그넷(121)이 포함되기 때문에 홀센서의 출력신호가 일정하게 나올 수 있는데, 본 명세서 전체에서 홀센서의 출력신호가 일정하다는 것은 홀센서의 출력신호의 하이(high)와 로우(low)의 주기가 동일한 시간 동안 지속되는 것을 의미한다.
가변자속자기회로(10)의 구동방법에 있어서, 가변자속자기회로(10)가 홀센서 없이 복수 개의 전자마그넷(210)을 포함하는 경우 복수개의 전자마그넷(210)의 코일(212) 각각에 일정한 순서로 전원을 인가하여 이동자부(100)를 운동시킬 수 있으나, 이러한 방법은 빠른 상전환으로 인해 탈조 현상을 일으킬 수 있다. 따라서 먼저 홀센서의 출력신호를 파악하고 이러한 출력신호로부터 검출된 이동자부(100)의 위치에 대응하여 전자마그넷(210)의 코일(212)에 전원을 인가하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 가변자속자기회로(10)가 회전모터에 사용되는 경우 사용자는 특정한 홀센서의 출력신호를 보고 이동자부(100)를 시계방향으로 회전시킬지 아니면 반시계방향으로 회전시킬지를 결정한 다음 현재 이동자부(100)의 위치로부터 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 상의 전류를 코일(212)에 인가할 수 있다. 또 다른 예로, 가변자속자기회로(10)가 선형모터에 사용되는 경우 사용자는 특정한 홀센서의 출력신호를 보고 이동자부(100)를 제1방향으로 운동시킬지 아니면 제1방향과 반대방향인 제2방향으로 운동시킬지를 결정한 다음 현재 이동자부(100)의 위치로부터 제1방향 또는 제2방향으로 운동시키는 상의 전류를 코일(212)에 인가할 수 있다. 전술한 바와 같이 본 발명은 홀센서의 출력신호가 일정하기 때문에, 이러한 출력신호에 대응하여 코일(212)에 전원을 인가하기 용이하며, 이로 인해 가변자속자기회로(10)의 여러 가지 제어가 용이하다. 상기 여러 가지 제어란 예를 들어, 가변자속자기회로(10)가 회전모터에 사용되는 경우, 통상의 회전모터처럼 전자마그넷(210)의 코일(212)에 인가되는 전압을 변화시켜 코일(212)에 흐르는 전류를 변화시킴으로써 회전토크를 변화시키는 것, 전자마그넷(210)의 코일(212)에 인가되는 전압을 변화시켜 회전속도를 변화시키는 것, 제2-2마그넷(122)을 착자하여 높은 역기전력을 형성함으로써 저속에서 고효율로 회전모터를 구동하는 것, 제2-2마그넷(122)을 감자하여 낮은 역기전력을 형성함으로써 고속에서 약계자 없이 고효율로 회전모터를 구동하는 것을 의미하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 가변자속모터 또는 가변자속발전기는 지금까지 상술한 가변자속자기회로(10)를 포함하여 이루어진다. 상기 가변자속모터는 회전모터 또는 선형모터가 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
앞에서 설명되지 않은 부분(예를 들어, 제1마그넷(110)의 개수, 제2마그넷(120)의 개수, 제1마그넷(110) 및 제2마그넷(120)의 배열, 전자마그넷(210)의 개수, 홀센서의 개수, 이동자 코어, 고정자 코어, 티스(teeth)(211)의 형태, 전원, 인버터 등)은 종래의 가변자속모터 또는 가변자속발전기 등에 공지된 바와 다르지 않으므로 상세한 설명을 생략하나, 본 발명의 가변자속자기회로(10)를 종래의 어떠한 가변자속자기회로(10)의 구성(제1마그넷(110)의 개수, 제2마그넷(120)의 개수, 전자마그넷(210)의 개수, 홀센서의 개수 등)으로든 한정하는 것은 아니고, 종래의 다양한 가변자속자기회로(10)에 본 발명의 제2마그넷(120)을 적용한다면 홀센서의 출력신호를 일정하게 할 수 있음을 명확히 한다. 그리고 앞에서 분명하지 않았던 부분은 이하의 실시예로부터 더욱 확실하게 이해될 수 있을 것이다.
[실시예]
도 2에 도시된 것과 같은 36슬롯-48폴의 외전형 BLDC 모터(이하, 모터1이라 한다.)를 준비하였다. 제1마그넷(110)은 네오디뮴(Nd) 마그넷(ND-38SH)을 사용하였다. 제2마그넷(120)은 6개를 배치하였으며, 제2-1마그넷(121)과 제2-2마그넷(122)을 에폭시 수지로 접착시켜 제조하였는데, 제2-1마그넷(121)은 제1마그넷(110)과 동일한 네오디뮴(Nd) 마그넷(ND-38SH)을 사용하였고, 제2-2마그넷(122)은 알니코(Al-Ni-Co) 마그넷(Alnico 9)을 사용하였다. 제2마그넷(120)에서 제2-1마그넷(121)의 비중은 25%로 하였고, 제2-2마그넷(122)의 비중은 75%로 하였다. 홀센서는 3개를 배치하였는데, 도 3 및 도 4에서 HA는 홀센서 A, HB는 홀센서 B, HC는 홀센서C를 의미하고, 홀센서 A, 홀센서 B 및 홀센서 C의 서로 간 전기적인 각도는 120도이다. 각 전자마그넷(210)의 코일(212)에 3상 전류(U상, V상, W상)를 순차적으로 인가하는 방식으로 모터 1을 구동하였다.
또한 종래 기술과의 비교를 위해 위와 같은 모터를 하나 더 준비하였는데, 이 모터를 모터2라고 하기로 하며, 이하 같다. 모터2는 모터1과 다른 부분은 모두 동일하고, 제2마그넷(120) 대신 제2-2마그넷(122)을 사용한다는 점만 다르다.
모터2를 착자한 후 50rpm으로 구동했을 때 홀센서의 출력신호를 도 3에 도시하였다. 도 3에 타원 점선으로 표시된 부분을 보면, 홀센서의 출력신호가 일정하지 않음을 알 수 있다.
모터1을 착자한 후 50rpm으로 구동했을 때 홀센서의 출력신호를 도 4에 도시하였다. 도 4를 도 3과 대비해서 보면, 홀센서의 출력신호가 일정해졌음을 알 수 있다. 또한 모터 1을 감자한 후 50rpm으로 구동했을 때도 홀센서의 출력신호는 도 4에 도시된 바와 같이 일정함을 확인하였다.
또한 도면에 도시하지는 않았지만 모터 1의 토크리플이 모터 2의 토크리플보다 작다는 것을 확인하였다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
10 : 가변자속자기회로
100, 100a : 이동자부
110, 110a : 제1마그넷
120, 120a : 제2마그넷
121 : 제2-1마그넷
122 : 제2-2마그넷
200 : 고정자부
210 : 전자마그넷
211 : 티스(teeth)
212 : 코일

Claims (8)

  1. 가변자속자기회로(10)에 있어서,
    영구마그넷인 제1마그넷(110), 및
    상기 제1마그넷(110)과 동종의 마그넷인 제2-1마그넷(121)과 가변마그넷인 제2-2마그넷(122)이 접착된 것인 제2마그넷(120),
    을 포함하여 구성되는 이동자부(100);
    상기 제1마그넷(110) 및 상기 제2마그넷(120)과 자기적으로 연결되고 환형을 이루도록 등간격으로 배열된 전자마그넷(210)을 포함하여, 상기 이동자부(100)를 회전운동시키는 기능을 구비하는 고정자부(200);
    상기 제1마그넷(110) 및 상기 제2-1마그넷(121)의 자속을 감지하여 하이(high)와 로우(low)가 동일한 시간 동안 지속되는 출력신호를 나타냄으로써 상기 이동자부(100)의 위치를 검출하는 기능을 구비하는 홀센서;
    를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1마그넷(110) 및 상기 제2마그넷(120)은 환형을 이루도록 배열되고,
    상기 제2-1마그넷(121) 및 상기 제2-2마그넷(122)은 상기 제1마그넷(110) 및 상기 제2마그넷(120)이 이룬 상기 환형의 축방향으로 접착되는 것을 특징으로 하는 가변자속자기회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1마그넷(110) 및 상기 제2마그넷(120)의 배열은 상기 제1마그넷(110) 및 상기 제2마그넷(120)이 인접한 배열과 상기 제1마그넷(110)끼리 인접한 배열로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변자속자기회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2-2마그넷(122)은 알니코(Al-Ni-Co) 마그넷, 철-크로뮴-코발트(Fe-Cr-Co) 마그넷 또는 사마륨-코발트(Sm-Co) 마그넷인 것을 특징으로 하는 가변자속자기회로.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2-1마그넷(121)은 페라이트(Ferrite) 마그넷 또는 네오디뮴(Nd) 마그넷인 것을 특징으로 하는 가변자속자기회로.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자마그넷(210)은 티스(teeth)(211) 및 상기 티스(teeth)(211)에 권선된 코일(212)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변자속자기회로.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고정자부(200)는 상기 홀센서의 출력신호로부터 검출된 상기 이동자부(100)의 위치에 대응하여 상기 코일(212)에 전원을 인가함으로써 상기 이동자부(100)를 운동시키는 것을 특징으로 하는 가변자속자기회로.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 선택되는 어느 하나의 항의 가변자속자기회로(10)를 포함하여 이루어지는 가변자속모터.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 선택되는 어느 하나의 항의 가변자속자기회로(10)를 포함하여 이루어지는 가변자속발전기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010124608A (ja) * 2008-11-19 2010-06-03 Toshiba Corp 永久磁石式回転電機
JP2010130719A (ja) * 2008-11-25 2010-06-10 Toshiba Corp 永久磁石モータおよび洗濯機

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010124608A (ja) * 2008-11-19 2010-06-03 Toshiba Corp 永久磁石式回転電機
JP2010130719A (ja) * 2008-11-25 2010-06-10 Toshiba Corp 永久磁石モータおよび洗濯機

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