KR101847349B1 - 가변 자속 유니버셜 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자속조정기를 구비한 가변 자속 유니버셜 모터에 관한 것이다. 자속조정기를 회전시키면 자속의 흐름이 변하면서 회전속도가 조정되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 가변 속도 유니버셜 모터는 전동공구 나 믹서 등의 제품에 적용할 수 있다.

Description

가변 자속 유니버셜 모터 {VARIABLE FLUX UNIVERSAL MOTOR}

본 발명은 자속조정기를 구비하여 회전속도의 조정을 가능하게 한 유니버셜 모터에 관한 것이다.

유니버셜 모터는 직류전원과 교류전원 모두에서 운전 가능한 모터를 칭한다.

유니버셜 모터의 주요 구성 요소에는 고정자권선이 감긴 고정자, 회전자권선이 감긴 회전자 그리고 회전자에 전류를 공급하는 브러쉬 및 정류자가 있다.

고정자와 회전자에는 자로(magnetic path)를 형성하는 자기코어(magnetic core)가 있다. 자기코어는 적층된 규소강판이나 적층된 철판이나 페라이트나 퍼얼로이 나 어모퍼스 등의 자성재료를 사용하여 자속(flux)이 잘 통하도록 한다.

고정자권선과 회전자권선은 절연처리된 동선 또는 알루미늄선 등을 사용하여 전류를 통하게 한다.

유니버셜 모터는 높은 회전속도나 높은 토크가 요구되는 제품에 많이 채택된다. 전동공구, 드럼세탁기, 청소기, 믹서 등이 대표적인 적용 분야이다.

유니버셜 모터의 회전속도 조정은 종래 전압 조정방식이 주로 이용하여 왔다. 그러나 전압 조정에는 부가장치가 필요하다. 특히, 출력이 커질수록 전력반도체를 사용하는데 따른 가격부담이 커지는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 10-1085497 (명칭: 드럼 세탁기의 세탁모터에 인가되는 전압 제어 방법, 공고일자: 2011년 11월 23일)에서는 세탁모터의 출력 향상을 위한 전압 조정에 인버터를 활용하는 방식이 고안되어 있다. 이 방식에는 인버터 등의 부가적인 제어 장치를 필요로 한다.

반면에 본 발명에 따른 가변 자속 유니버셜 모터는 인버터 등의 제어회로 없이 속도 조정을 가능하게 한다.

본 발명의 과제는 회전속도의 조정이 가능한 유니버셜 모터를 구현하는 것이다.

상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 가변 자속 유니버셜 모터는 세 갈래로 자로를 형성하는 제 1 자기코어와 제 2 자기코어 및 제 3 자기코어를 포함하며, 상기 제 1 자기코어의 양쪽 끝단과 상기 제 2 자기코어의 양쪽 끝단 및 상기 제 3 자기코어의 양쪽 끝단은 양쪽에서 연결되고, 상기 제 2 자기코어의 중간에 비어있는 공간이 있고, 상기 제 3 자기코어의 중간에 비어있는 공간이 있는 고정자코어;와 상기 제 1 자기코어에 감긴 고정자권선;과 자로를 형성하는 회전자코어와 상기 회전자코어에 고정된 회전축과 상기 회전자코어에 감긴 회전자권선을 포함하며, 상기 제 2 자기코어의 중간에 회전 가능하게 삽입된 회전자;와 자로를 형성하는 조정기코어를 포함하며, 상기 제 3 자기코어의 중간에 조정 가능하게 삽입이 되는 자속조정기;를 포함한다.

또한,상기 제 1 자기코어 와 상기 제 2 자기코어 및 상기 제 3 자기코어의 배열에 있어서, 상기 제 2 자기코어를 가운데에 배치할 수 있다.

또한, 상기 고정자코어가 아닌 고정자코어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 조정기코어의 외주면에 하나 이상의 곡면과 하나 이상의 평면이 있거나 또는 둘 이상의 반경이 서로 다른 곡면이 있을 수 있다.

또한, 상기 조정기코어의 외주면에 원통의 곡면 양쪽을 절단한 것처럼 두 개의 곡면과 두 개의 평면이 있을 수 있다.

또한, 상기 평면에 비자성물질로 만들어진 커버가 부착되어 상기 자속조정기의 외관이 원통 형상일 수 있다.

또한, 상기 자속조정기는 가이드구멍이 있고, 조정기가이드와 결합되며, 좌우 또는 상하로 이동하면서 회전속도를 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 조정기코어에 고정된 조정축을 포함하며, 상기 조정축을 회전시켜서 회전속도를 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 가변 자속 유니버셜 모터는 자속조정기를 이용하여 회전속도의 조정이 가능하다. 자속조정기 방식은 전압제어방식에 비하여 낮은 비용으로 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 코어 제 1 실시예의 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 코어 제 2 실시예의 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 코어 제 3 실시예의 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 자속조정기 제 1 실시예의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 자속조정기 제 2 실시예의 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 자속조정기 제 3 실시예의 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 자속조정기 제 4 실시예의 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 자속조정기 제 5 실시예의 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 유니버셜 모터 제 1 실시예에 따른 측면도.
도 10은 도 9의 유니버셜 모터 제 1 실시예에 따른 고출력 개념도.
도 11은 도 9의 유니버셜 모터 제 1 실시예에 따른 중출력 개념도.
도 12는 도 9의 유니버셜 모터 제 1 실시예에 따른 저출력 개념도.
도 13은 본 발명에 따른 유니버셜 모터 제 2 실시예에 따른 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 유니버셜 모터 제 3 실시예에 따른 단면도.
도 15는 본 발명에 따른 유니버셜 모터 제 4 실시예에 따른 단면도.
도 16은 본 발명에 따른 유니버셜 모터 제 5 실시예에 따른 측면도.

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 코어 제 1 실시예의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 코어 제 2 실시예의 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 코어 제 3 실시예의 평면도이다.

도 1 내지 도 3에는 세 갈래로 자로를 형성하는 제 1 자기코어(11)와 제 2 자기코어(12) 및 제 3 자기코어(13)를 포함하며, 상기 제 1 자기코어(11)의 양쪽 끝단과 상기 제 2 자기코어(12)의 양쪽 끝단 및 상기 제 3 자기코어(13)의 양쪽 끝단은 양쪽에서 연결되고, 상기 제 2 자기코어(12)의 중간에 비어있는 공간이 있고, 상기 제 3 자기코어(13)의 중간에 비어있는 공간이 있는 고정자코어(10)가 있다. 또, 자로를 형성하는 회전자코어(31)가 제 2 자기코어(12)의 중간에 삽입되어 있다. 또, 자로를 형성하는 조정기코어(41)가 제 3 자기코어(13)의 중간에 삽입되어 있다.

도 3에서의 점선은 제 1 자기코어(11)와 제 2 자기코어(12)와 제 3 자기코어(13)를 구분 짓는 가상선이다. 고정자코어(10)는 일체여서 외형적으로 자기코어(11,12,13)를 구분 짓기가 어려운 점이 있다. 그러나 상기 자기코어(11,12,13)를 구분 짓는 것은 자로(magnetic path)의 개념이다. 회전자코어(31)를 통과하는 자로가 있고, 그 자로의 양쪽 끝단이 회전자코어(31)와 대면하는 고정자코어(10)에 반드시 있으므로 이 부분을 제 2 자기코어(12)로 구분하면 된다.

고정자코어(10)의 제 1 자기코어(11) 와 제 2 자기코어(12) 및 제 3 자기코어(13)의 배열에 있어서, 제 1 자기코어(11) 또는 제 2 자기코어(12) 또는 제 3 자기코어(13)가 가운데에 위치하더라도 본 발명의 기술적 사상을 이용하는데 문제가 없다. 적용 제품의 필요에 따라 상기 배열뿐만 아니라 외형도 변형이 가능하다.

바람직하게는 제 1 자기코어(11) 와 제 2 자기코어(12) 및 제 3 자기코어(13)의 배열에 있어서, 제 2 자기코어(12)를 가운데에 배치하는 것이 구조적으로 안정적이다.

규소강판이나 철판 등을 적층하여 고정자코어(10)를 만들 때, 부분적으로만 본 발명에 따른 고정자코어(10)를 적용하고, 일부는 본 발명에 따르지 않는 고정자코어를 적용할 수도 있다. 이 경우도 본 발명에 따른 기술적 사상을 이용하고 있다는 점은 변하지 않는다.

도 4는 본 발명에 따른 자속조정기 제 1 실시예의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 자속조정기 제 2 실시예의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 자속조정기 제 3 실시예의 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 자속조정기 제 4 실시예의 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 자속조정기 제 5 실시예의 사시도이다.

도 4의 자속조정기(40)에는 자로를 형성하는 조정기코어(41)와 조정기코어(41)에 고정된 조정축(42)이 있다. 조정기코어(41)는 원통의 곡면 양쪽을 절단한 형상이다. 조정기코어(41)의 둘레를 감싸는 외주면은 두 곳의 곡면과 두 곳의 평면으로 되어 있다.

도 5의 자속조정기(40)에는 자로를 형성하는 조정기코어(41)가 있다. 조정기코어(41)의 평면에 비자성물질로 만들어진 커버(43)가 부착되어 자속조정기(40)의 외관은 원통 형상이다.

도 6의 자속조정기(40)에는 자로를 형성하는 조정기코어(41)와 조정기코어(41)에 고정된 조정축(42)이 있다. 조정기코어(41)의 둘레를 감싸는 외주면은 하나의 곡면과 하나의 평면으로 되어 있다.

도 7의 자속조정기(40)에는 자로를 형성하는 조정기코어(41)와 조정기코어(41)에 고정된 막대 모양의 조정축(42)이 있다. 조정기코어(41)의 둘레를 감싸는 외주면은 세 곳의 곡면과 두 곳의 평면으로 되어 있다. 도 7의 조정기코어(41)는 2단으로 구성되어서 제 3 자기코어(13)와 대면하는 면을 넓힐 수 있는 장점이 있다.

도 8의 자속조정기(40)에는 자로를 형성하는 조정기코어(41)와 가이드구멍(45)이 있다. 이 자속조정기(40)는 가이드구멍(45)이 있어서 조정기가이드(44)와 결합 될 수 있고, 좌우 또는 상하로 이동하면서 회전속도를 조정할 수 있다.

본 발명에서 자속조정기(40)는 조정시에 자로 상의 자기저항을 변화시켜서 통과하는 자속량을 조정하는 역할을 한다. 만약에 조정기코어(41)가 완전한 원통이라면 자속조정기(40)가 회전하여도 자기저항의 변화를 기대하기 어렵다. 그러나 현실에서 완전한 원통은 구현할 수가 없다. 따라서 조정기코어(41)를 포함하는 자속조정기(40)라면 조정시에 자기저항의 변화를 만들어서 통과하는 자속량을 조정하는 역할을 한다.

바람직한 실시예는 본 발명에 따른 조정기코어(41)의 외주면에 하나 이상의 곡면과 하나 이상의 평면이 있거나 또는 둘 이상의 반경이 서로 다른 곡면이 있는 것이다.

더 바람직한 실시예는 본 발명에 따른 조정기코어(41)의 외주면에 원통의 곡면 양쪽을 절단한 것처럼 두 개의 곡면과 두 개의 평면이 있어서 자기저항의 변화를 최대화하는 것이다.

또, 바람직한 실시예는 조정기코어(41) 외주면 상에서 가장 큰 곡면의 반경과 상기 곡면에 대면하는 제 3 자기코어(13)의 절단면의 반경을 비슷하게 하여, 조정기코어(41)와 제 3 자기코어(13)와의 사이 공극을 최소화 하는 것이다.

또, 바람직한 실시예는 조정기코어(41) 외주면 상의 곡면과 상기 곡면에 대면하는 제 3 자기코어(13)의 절단면에 구배를 주는 것이다.

도 9는 본 발명에 따른 유니버셜 모터 제 1 실시예에 따른 측면도이고, 도 10은 도 9의 유니버셜 모터 제 1 실시예에 따른 고출력 개념도이고, 도 11은 도 9의 유니버셜 모터 제 1 실시예에 따른 중출력 개념도이고, 도 12는 도 9의 유니버셜 모터 제 1 실시예에 따른 저출력 개념도이다.

도 9 내지 도 12에는 세 갈래로 자로를 형성하는 제 1 자기코어(11)와 제 2 자기코어(12) 및 제 3 자기코어(13)를 포함하며, 상기 제 1 자기코어(11)의 양쪽 끝단과 상기 제 2 자기코어(12)의 양쪽 끝단 및 상기 제 3 자기코어(13)의 양쪽 끝단은 양쪽에서 연결되고, 상기 제 2 자기코어(12)의 중간에 비어있는 공간이 있고, 상기 제 3 자기코어(13)의 중간에 비어있는 공간이 있는 고정자코어(10)가 있다. 또, 상기 제 1 자기코어(11)에 감긴 고정자권선(20)이 있다. 또, 자로를 형성하는 회전자코어(31)와 상기 회전자코어(31)에 고정된 회전축(32)과 상기 회전자코어(31)에 감긴 회전자권선(33)을 포함하며, 상기 제 2 자기코어(12)의 중간에 회전 가능하게 삽입된 회전자(30)가 있다. 또, 자로를 형성하는 조정기코어(41)를 포함하며, 상기 제 3 자기코어(13)의 중간에 조정 가능하게 삽입이 되는 자속조정기(40)가 있다.

여기서 자속조정기(40)가 조정 가능하다는 것은 일정한 범위 내에서 외력에 의한 움직임이 가능하다는 의미이다. 일정한 범위는 제품이나 모터의 요구조건에 따라 다양하게 달라질 수 있다.

그 외에 외부로부터의 전기를 회전자권선(33)에 전달하는 정류자(51)와 브러쉬(52)와 브러쉬홀더(53)가 있다. 정류자(51)는 회전축(32)에 고정되고, 브러쉬(52)와 브러쉬홀더(53)는 브라켓(61)에 고정되어 있다.

고정자권선(20)과 회전자권선(33)은 직렬 또는 병렬로 외부 전원에 연결할 수 있다. 교류전원을 사용하는 유니버셜 모터는 종래로부터 직렬방식이 많이 사용되어 왔다.

그 외에 고정자코어(10)에 고정되며, 회전자(30)를 지지하는 브라켓(61,62)이 있다. 브라켓은 하우징, 케이싱, 프레임 등의 여러 이름으로 불리며 모터의 외곽을 구성하는 다양한 형상으로 구현되어 왔다.

도 9에서 자속조정기(40)를 조정하는 방법은 두 가지가 있다. 첫째는 조정기코어(41)에 접촉하여 밀거나 당기는 힘을 가하여 조정하는 것이다. 둘째는 조정기코어(41)에 고정된 조정축(42)을 회전시켜 조정하는 것이다. 이 두 방법은 외부의 기계요소와 결합하여 다양한 조정방식을 제공할 수 있다.

도 10에서 제 3 자기코어(13)와 자속조정기(40) 간에는 공극이 커서 큰 자기저항이 생긴다. 따라서 대부분의 자속(71)은 제 2 자기코어(12)로 흐르고, 고출력이 발생하게 된다. 출력이 올라가면 동일한 부하조건에서 모터의 회전속도도 올라간다.

유니버셜 모터의 토크는 고정자권선(20)이 만드는 자속(71)과 회전자권선(33)이 만드는 자속 간에 작용하는 힘에 의한 것이다. 또, 고정자권선에 의하여 발생되는 자속(71) 중에서 제 2 자기코어(12)를 거쳐 회전자(30)를 통과하는 자속만이 출력에 기여하고, 제 3 자기코어(13)를 통과하는 자속은 출력에 기여하지 않는다. 따라서 자속조정기(40)를 이용하여 회전자(30)를 통과하는 자속량을 조정하면 유니버셜 모터의 출력과 회전속도가 조정되게 된다.

도 11에서 제 3 자기코어(13)의 중간에 삽입된 자속조정기(40)의 곡면은 제 3 자기코어(13)의 절단면과 부분적으로 대면하고 있다. 이 때 자속(71)의 일부는 제 3 자기코어(13)를 통과하고, 나머지 자속(71)은 대부분 제 2 자기코어(12)를 통과하고, 중출력이 발생하게 된다.

도 12에서 제 3 자기코어(13)와 자속조정기(40) 간에는 공극이 적어서 자기저항이 낮아진다. 이 때 비교적 많은 자속(71)이 제 3 자기코어(13)로 흐르고, 회전자(30)에는 줄어든 자속(71)이 통과하고, 저출력이 발생하게 된다.

도 13은 본 발명에 따른 유니버셜 모터 제 2 실시예에 따른 단면도이고, 도 14는 본 발명에 따른 유니버셜 모터 제 3 실시예에 따른 단면도이고, 도 15는 본 발명에 따른 유니버셜 모터 제 4 실시예에 따른 단면도이고, 도 16은 본 발명에 따른 유니버셜 모터 제 5 실시예에 따른 측면도이다.

도 13에는 본 발명에 따른 고정자코어(10), 고정자권선(20), 회전자(30) 및 자속조정기(40)가 있다. 제 3 자기코어(13)의 중간에 삽입된 자속조정기(40)는 조정기코어(41)와 커버(43)를 포함하여 도 5처럼 외관이 원통형상이다.

도 14에는 본 발명에 따른 고정자코어(10), 고정자권선(20), 회전자(30) 및 자속조정기(40)가 있다. 제 3 자기코어(13)의 중간에 삽입된 자속조정기(40)는 조정기코어(41)와 조정축(42)을 포함하며, 도 6의 형상이다.

도 15에는 본 발명에 따른 고정자코어(10), 고정자권선(20), 회전자(30) 및 자속조정기(40)가 있다. 제 3 자기코어(13)의 중간에 삽입된 자속조정기(40)는 조정기코어(41)와 가이드구멍(45)을 포함하며, 도 8의 형상이다.

도 16에는 본 발명에 따른 고정자코어(10), 고정자권선(20), 회전자(30) 및 자속조정기(40)가 있다. 브라켓(61,62)에 고정된 조정기가이드(44)는 자속조정기(40)를 관통하고 있어서, 자속조정기(40)는 점선을 따라서 좌우로 이동이 가능하다. 고정자코어(10)는 부분적으로 본 발명에 따른 제 3 자기코어를 가지고 있고, 일부는 본 발명에 따르지 않는 고정자코어를 추가한 구조이다. 이 경우에는 자속조정기(40)의 이동거리를 줄이고, 이동공간을 확보하기가 유리하다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 적용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경과 수정이 가능하다는 것을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 한다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 고정자코어
11 : 제 1 자기코어
12 : 제 2 자기코어
13 : 제 3 자기코어
20 : 고정자권선
30 : 회전자
31 : 회전자코어
32 : 회전축
33 : 회전자권선
40 : 자속조정기
41 : 조정기코어
42 : 조정축
43 : 커버
44 : 조정기가이드
45 : 가이드구멍
51 : 정류자
52 : 브러쉬
53 : 브러쉬 홀더
61, 62 : 브라켓
71 : 자속

Claims (8)

1. 세 갈래로 자로를 형성하는 제 1 자기코어와 제 2 자기코어 및 제 3 자기코어를 포함하며, 상기 제 1 자기코어의 양쪽 끝단과 상기 제 2 자기코어의 양쪽 끝단 및 상기 제 3 자기코어의 양쪽 끝단은 양쪽에서 연결되고, 상기 제 2 자기코어의 중간에 비어있는 공간이 있고, 상기 제 3 자기코어의 중간에 비어있는 공간이 있는 고정자코어;와
   상기 제 1 자기코어에 감긴 고정자권선;과
   자로를 형성하는 회전자코어와 상기 회전자코어에 고정된 회전축과 상기 회전자코어에 감긴 회전자권선을 포함하며, 상기 제 2 자기코어의 중간에 회전 가능하게 삽입된 회전자;와
   자로를 형성하는 조정기코어를 포함하며, 상기 제 3 자기코어의 중간에 조정 가능하게 삽입이 되는 자속조정기;를 포함하는 가변 자속 유니버셜 모터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 자기코어 와 상기 제 2 자기코어 및 상기 제 3 자기코어의 배열에 있어서, 상기 제 2 자기코어를 가운데에 배치한 가변 자속 유니버셜 모터.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 조정기코어의 외주면에 하나 이상의 곡면과 하나 이상의 평면이 있거나 또는 둘 이상의 반경이 서로 다른 곡면이 있는 가변 자속 유니버셜 모터.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 조정기코어의 외주면에 원통의 곡면 양쪽을 절단한 것처럼 두 개의 곡면과 두 개의 평면이 있는 가변 자속 유니버셜 모터.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 평면에 비자성물질로 만들어진 커버가 부착되어 상기 자속조정기의 외관이 원통 형상인 가변 자속 유니버셜 모터.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 자속조정기는 가이드구멍이 있고, 조정기가이드와 결합되며, 좌우 또는 상하로 이동하면서 회전속도를 조정하는 것을 특징으로 하는 가변 자속 유니버셜 모터.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 조정기코어에 고정된 조정축을 포함하며, 상기 조정축을 회전시켜서 회전속도를 조정하는 것을 특징으로 하는 가변 자속 유니버셜 모터.

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