KR102195046B1 - Motor having Two Inputs and Outputs - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이중 입출력 모터에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 서로 독립적인 2 개의 입력과 2 개의 출력을 통하여 이중 모드 구동이 가능한 이중 입출력 모터에 관련된 것이다. The present invention relates to a dual input/output motor, and more specifically, to a dual input/output motor capable of dual mode driving through two independent inputs and two outputs.
저속 고 토크 및 고속 저 토크를 제공하는 모터에 대한 수요는 지속적으로 있어 왔다.There has been a continuing demand for motors that provide low speed high torque and high speed low torque.
이를 위하여, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 단일 입출력단을 이용하는 방식, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 이중 입력단을 활용하는 방식, 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 단일 입력단으로 두 개의 출력단을 구동하는 방식이 개발되고 있었다.To this end, as shown in Fig. 1(a), a method of using a single input/output terminal, a method of using a double input terminal, as shown in Fig. 1(b), as shown in Fig. 1(c), A method of driving two output stages with a single input stage was being developed.
그러나, 종래의 이들 방식은, 종속된 전자기 영역에 의해 출력단이 비록 두 개라 하더라도 서로의 구동에 구애된다. 즉, 종래의 방식은 하나로 종속된 전자기 영역을 활용하기 때문에, 저속 및 고속에서의 효율성이 낮아진다는 점에서 한계가 있었다. 또한, 종래 기기는 저속 고 토크와 고속 저 토크 영역을 넘나드는 과정에서 손실되는 효율과 요구되는 추가 인버터 기능 등의 단점을 가지고 있었다.However, these conventional methods are restricted to driving each other even if there are two output stages by the dependent electromagnetic region. That is, the conventional method has a limitation in that the efficiency at low speed and high speed is lowered because one dependent electromagnetic region is used. In addition, the conventional device has disadvantages such as efficiency lost in the process of crossing the low-speed high torque and high-speed low torque regions, and required additional inverter functions.
이에 본 발명자들은, 저속 고 토크 영역과 고속 저 토크 영역에서 모두 높은 효율성을 가지는 이중 입출력 모터를 발명하게 되었다.Accordingly, the present inventors have invented a dual input/output motor having high efficiency in both a low speed high torque region and a high speed low torque region.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 저속 고 토크 영역과 고속 저 토크 영역에서 모두 높은 효율성을 가지는 이중 입출력 모터를 제공하는 데 있다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a dual input/output motor having high efficiency in both a low speed high torque region and a high speed low torque region.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터는, 제1 고정자 및 상기 제1 고정자에 대하여 회전하는 제1 회전자를 포함하는 제1 머신; 상기 제1 머신의 일 측에 배치되고, 제2 고정자 및 상기 제2 고정자에 대하여 회전하되, 상기 제1 회전자보다 고속으로 회전하는 제2 회전자를 포함하는 제2 머신; 상기 제1 머신에 전류를 인가하는 제1 인버터; 및 상기 제1 인버터와 독립적으로 제2 머신에 전류를 인가하는 제2 인버터를 포함하여 이루어질 수 있다.The dual input/output motor according to an embodiment of the present invention includes: a first machine including a first stator and a first rotor rotating with respect to the first stator; A second machine disposed on one side of the first machine and including a second rotor and a second rotor rotating with respect to the second stator and rotating at a higher speed than the first rotor; A first inverter for applying current to the first machine; And a second inverter that applies current to the second machine independently from the first inverter.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 회전자에 연동하여 회전하는 제1 축 및 상기 제2 회전자에 연동하여 회전하되, 상기 제1 축과 독립적으로 회전하되, 상기 제1 축과 동축을 이루는 제2 축을 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 축의 반경 방향으로 외측으로, 상기 제2 회전자, 상기 제2 고정자, 상기 제1 고정자 및 상기 제1 회전자가 순차적으로 배치되며, 상기 제2 고정자와 상기 제1 고정자 사이에는 자계를 차폐하는 배리어가 배치될 수 있다.According to an embodiment, a first shaft that rotates in conjunction with the first rotor and a first shaft that rotates in conjunction with the second rotor, but rotates independently of the first shaft, and is coaxial with the first shaft. It further includes two shafts, the second rotor, the second stator, the first stator, and the first rotor are sequentially disposed outward in the radial direction of the first and second shafts, and the second stator and A barrier shielding a magnetic field may be disposed between the first stators.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 축으로부터의 상기 배리어의 반경거리는, 상기 제1 머신의 효율에 상기 제2 머신의 효율 보다 가중치를 두어, 결정될 수 있다.According to an embodiment, the radial distance of the barrier from the first and second axes may be determined by putting a weight on the efficiency of the first machine rather than the efficiency of the second machine.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 머신에는 관계식 (1)에 부합하도록 제1 권선 및 제1 자석이 배치될 수 있다.According to an embodiment, a first winding and a first magnet may be disposed in the first machine so as to conform to relational expression (1).
관계식 (1) : - Za = Zm - NrRelation (1):-Za = Zm-Nr
(Za는 제1 권선 극 쌍수, Zm은 제1 자석의 극 쌍수, Nr는 제1 회전자 극 쌍수)(Za is the number of poles of the first winding, Zm is the number of poles of the first magnet, and Nr is the number of poles of the first rotor)
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 고정자는 상기 제1 고정자의 원주 방향을 따라, 제1 권선이 배치되는 제1 고정자 치가 마련되고, 상기 제1 고정자 치의 일 면에는 상기 제1 회전자를 마주보는 방향으로 제1 자석이 마련되고, 상기 제2 고정자는 상기 제2 고정자의 원주 방향을 따라, 제2 권선이 배치되는 제2 고정자 치가 마련되고, 상기 제2 고정자 치의 일 면에는 상기 제2 회전자를 마주보는 방향으로 제2 자석이 마련되며, 상기 제1 자석은 상기 제1 회전자를 향하여 같은 자화방향을 가지는 자석들로 이루어지며, 상기 제2 자석은 상기 제2 회전자를 향하여 교번하는 자화방향을 가지는 자석들로 이루어질 수 있다.According to an embodiment, in the first stator, a first stator tooth on which a first winding is disposed is provided along a circumferential direction of the first stator, and a surface of the first stator tooth faces the first rotor. A first magnet is provided in the direction, the second stator is provided with a second stator tooth in which a second winding is disposed along a circumferential direction of the second stator, and the second rotor is on one surface of the second stator tooth. A second magnet is provided in a direction facing the first magnet, and the first magnet is made of magnets having the same magnetization direction toward the first rotor, and the second magnet is alternately magnetized toward the second rotor. It can be made of magnets having a direction.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터는, 제1 고정자 및 상기 제1 고정자에 대하여 회전하는 제1 회전자를 포함하는 제1 머신; 상기 제1 머신의 일 측에 배치되고, 제2 고정자 및 상기 제2 고정자에 대하여 회전하되, 상기 제1 회전자보다 고속으로 회전하는 제2 회전자를 포함하는 제2 머신; 상기 제1 머신에 전류를 인가하는 제1 인버터; 및 상기 제1 인버터와 독립적으로 제2 머신에 전류를 인가하는 제2 인버터를 포함하여 이루어질 수 있다.The dual input/output motor according to an embodiment of the present invention includes: a first machine including a first stator and a first rotor rotating with respect to the first stator; A second machine disposed on one side of the first machine and including a second rotor and a second rotor rotating with respect to the second stator and rotating at a higher speed than the first rotor; A first inverter for applying current to the first machine; And a second inverter that applies current to the second machine independently from the first inverter.
이에 따라, 제1 머신과 제2 머신이 서로 독립적인 전자기 영역을 가지므로, 고 효율성을 제공할 수 있다.Accordingly, since the first machine and the second machine have electromagnetic regions independent from each other, high efficiency can be provided.
일 실시 예에 따른 제1 머신은 버니어 모드로 구동할 수 있으므로, 감속 기어 생략이 가능케 될 수 있다.Since the first machine according to an exemplary embodiment may be driven in a vernier mode, it may be possible to omit a reduction gear.
일 실시 예에 따르면, 자석이 고정자 치의 일 면에 제공되므로, 회전자의 구성이 간략화 할 수 있고, 회전자의 내구성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment, since the magnet is provided on one side of the stator teeth, the configuration of the rotor can be simplified and durability of the rotor can be improved.
본 발명의 효과는 상술한 효과에 제한되지 아니하며, 이하의 설명에 의하여 보다 명확해 질 수 있다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and may be more clearly defined by the following description.
도 1은 종래 기술에 따른 모터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터의 효율 관점에서의 우수성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배리어의 효과에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배리어의 기하학적 형상 설계를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a motor according to the prior art.
2 to 4 are diagrams for explaining a dual input/output motor according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating excellence in terms of efficiency of a dual input/output motor according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for describing an effect of a barrier according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 are diagrams for explaining a geometric design of a barrier according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, the shape and size are exaggerated for effective description of technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, in the present specification,'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. In the specification, expressions in the singular include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, elements, or a combination of the features described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, and configurations It is not to be understood as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in the present specification, "connection" is used to include both indirectly connecting a plurality of constituent elements and direct connecting.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.Further, in the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터를 설명하기 위한 도면이다.2 to 4 are views for explaining a dual input/output motor according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)는, 제1 머신(110) 및 제2 머신(150)을 포함하여 이루어질 수 있다.2 to 4, the dual input/
상기 제1 머신(110)은 저속 고 토크 기동을 수행할 수 있으며, 상기 제2 머신(150)을 고속 저 토크 기동을 수행할 수 있다. 만약, 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)를 세탁기에 적용하는 경우, 세척 모드에서 제1 머신(110)이 구동되고, 탈수 모드에서 제2 머신(150)이 구동될 수 있다.The
상기 제1 머신(110)은, 제1 고정자(120) 및 제1 회전자(130)를 포함하여 이루어질 수 있다. The
상기 제1 고정자(120)는, 상기 제1 고정자(120)의 원주방향을 따라서 배열되는 제1 고정자 치들과, 인접하는 제1 고정자 치들 사이에 배치되는 제1 고정자 슬롯들로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 고정자 치들과 상기 제1 고정자 슬롯은, 상기 제1 고정자(120)의 원주방향을 따라 교번하여 배치될 수 있다.The
상기 제1 고정자 치에는, 제1 권선(미도시)이 마련될 수 있다.A first winding (not shown) may be provided on the first stator tooth.
일 예에 따르면, 상기 제1 고정자 치의 일 면 예를 들어, 상기 제1 회전자(130)을 마주보는 방향으로, 제1 자석(122)이 마련될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 한 개의 제1 고정자 치에는 두 개의 자석이 마련될 수 있다. 이 때, 한 개의 제1 고정자 치에 마련된 두 개의 자석들은 제1 고정자(120)의 원주방향을 따라 소정 거리 이격될 수 있다. 또한, 제1 자석(122)은 상기 제1 회전자(130)를 향하여 동일한 자화방향을 가질 수 있다. According to an example, a
참고로 본 명세서에서 자석이라 함은 영구자석을 의미할 수 있다.For reference, in this specification, the term magnet may mean a permanent magnet.
상기 제1 회전자(130)는 상기 제1 회전자(130)의 원주방향을 따라서, 제1 회전자 치(132) 및 제1 회전자 슬롯(134)을 가질 수 있다. 이 때, 제1 회전자 치(132) 및 제1 회전자 슬롯(134)은, 상기 제1 회전자(130)의 원주방향을 따라서 서로 교번하여 위치할 수 있다. The
상기 제1 회전자(130)는 상기 제1 고정자(120)에 대하여 소정의 축을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 제1 고정자(120)에 배치된 제1 권선과 상기 제1 자석(122)에 의하여 상기 제1 회전자(130)가 회전할 수 있는 것이다. 예를 들어, 상기 제1 회전자(130)는 릴럭턴스 토크(reluctance torque)에 의하여 회전할 수 있다.The
이 때, 상기 제1 회전자(130)가 저속 고 토크를 생성할 수 있도록 버니어 모드로 회전할 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 고정자(120) 및 상기 제1 회전자(130)는 아래의 관계식 (1)에 부합할 수 있다.In this case, the
관계식 (1) : -Za = Zm - NrRelation (1): -Za = Zm-Nr
(Za는 제1 권선 극 쌍수, Zm은 제1 자석의 극 쌍수, Nr는 제1 회전자 극 쌍수)(Za is the number of poles of the first winding, Zm is the number of poles of the first magnet, and Nr is the number of poles of the first rotor)
일 예에 따르면, Za는 24이고, Nr은 26이고, Za는 2일 수 있다.According to an example, Za may be 24, Nr may be 26, and Za may be 2.
상기 제1 머신(110)이 버니어 모드로 기동하는 경우, 저속 고 토크를 제공할 수 있을 뿐 아니라, 감속 기어를 생략할 수 있다는 점에서도 이점이 있다.When the
상기 제2 머신(150)은 제2 고정자(160) 및 제2 회전자(170)를 포함하여 이루어질 수 있다.The
상기 제2 고정자(160)도, 상기 제2 고정자(160)의 원주방향을 따라서, 배열되는 제2 고정자 치들과, 인접하는 제2 고정자 치들 사이에 배치되는 제2 고정자 슬롯들로 이루어질 수 있다. 상기 제2 고정자 치들과 상기 제2 고정자 슬롯은, 상기 제2 고정자(160)의 원주방향을 따라 교번하여 배치될 수 있다.The
상기 제2 고정자 치에는, 제2 권선(미도시)가 마련될 수 있다.A second winding (not shown) may be provided on the second stator tooth.
일 예에 따르면, 상기 제2 고정자 치의 일 면 예를 들어, 상기 제2 회전자(170)를 마주보는 방향으로, 제2 자석(162)가 마련될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 한 개의 제2 고정자 치에 두 개의 자석이 마련되되, 이들의 자화방향은 서로 반대일 수 있다. 또한, 한 개의 제2 고정자 치에 마련되는 두 개의 자석은 상기 제2 고정자(160)의 원주방향을 따라서 측면이 서로 접하도록 배치될 수 있다.According to an example, a
상기 제2 회전자(170)는 상기 제2 고정자(160)에 대하여 소정의 축을 중심으로 회전할 수 있다. 이 때, 상기 제2 회전자(170)의 회전 축과 상기 제1 회전자(130)의 회전 축은 서로 동축(co-axial)을 이룰 수 있다.The
상기 제2 고정자(160)에 배치된 제2 권선과 상기 제2 자석(162)에 의하여 상기 제2 회전자(170)가 회전할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 회전자(170)는 릴럭턴스 토크에 의하여 회전할 수 있다.The
이 때, 상기 제2 머신(150)의 구성들은 상기 제1 머신(110) 보다 고속 저 토크 기동에 부합하도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2 머신(150)의 구성들은 버니어 모드가 아닌 다른 모드로 배치될 수 있다.In this case, the components of the
도 2에 도시된 이중 입출력 모터(100)의 단면을 도시하는 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)는, 제1 축(192) 및 상기 제1 축과 동 축을 이루는 제2 축(190)을 중심으로 반경방향으로, 제2 회전자(170), 제2 고정자(160), 배리어(180), 제1 고정자(120) 및 제1 회전자(130)가 배치될 수 있다. 상기 제1 회전자(130)는 상기 제1 축(192)를 회전시킬 수 있도록 결합되고, 상기 제2 회전자(170)는 상기 제2 축(190)를 회전시킬 수 있도록 결합될 수 있다. 즉, 회전 축을 중심으로, 제2 축(190)을 고속 저 토크 회전시키는 제2 머신(150)이 배치되고, 제1 축(192)을 저속 고 토크 회전시키는 제1 머신(110)이 배치되는 것이다.Referring to FIG. 3 showing a cross section of the dual input/
저속 고 토크 기동하는 제1 머신(110)이 고속 저 토크 기동하는 제2 머신(150)에 비하여, 축 중심으로 반경방향 외측에 위치하기 때문에, 보다 큰 토크를 제공하는 데 유리할 수 있다.Since the
상기 배리어(180)는 상기 제1 머신(110)과 상기 제2 머신(150) 사이에는 샌드위치 배치되어, 상기 제1 머신(110)에서 상기 제2 머신(150)으로 제공되는 자계 및 상기 제2 머신(150)에서 상기 제1 머신(110)으로 제공되는 자계를 차폐할 수 있다. 즉, 상기 배리어(180)는 제1 머신(110)과 제2 머신(150) 간의 전자기 영역을 분리할 수 있다. The
이를 위하여, 상기 배리어(180)는 비 자성체로 이루어질 수 있다. 또한 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배리어(180)는 제2 회전자(170), 제2 고정자(160), 제1 고정자(120) 및 제1 회전자(130) 보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이로써, 상기 배리어(180)는 제1 머신(110)과 제2 머신(150) 간의 전자기 영역을 보다 독립적으로 분리할 수 있다.To this end, the
일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)는 상기 제1 머신(110)에 구동전류를 인가하는 제1 인버터(210) 및 상기 제2 머신(150)에 구동전류를 인가하는 제2 인버터(250)를 포함할 수 있다. 이들, 제1 인버터(210)와 제2 인버터(250)는 서로 독립적으로 각각의 머신의 권선에 구동전류를 인가할 수 있다.The dual input/
참고적으로, 상기 제1 인버터(210)는, 제1 DC/DC 컨버터(220)에 연결되고, 상기 제2 인버터(250)는 제2 DC/DC 컨버터(260)에 연결되고, 제1 DC/DC 컨버터(220) 및 제2 DC/DC 컨버터(260)는 전원 공급기(270)에 병렬 연결될 수 있다.For reference, the
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 머신(110)의 저속 고 토크 모드와 제2 머신(150)의 고속 저 토크 모드 각각에 독립적으로 구동전류를 인가할 수 있으므로, 하나의 구동모드에만 집중하여 설계될 수 있기 때문에, 고 효율성 및 고 성능을 제공할 수 있다. That is, according to an embodiment of the present invention, since the driving current can be independently applied to each of the low speed high torque mode of the
보다 구체적인 설명을 위하여 도 5를 참조하기로 한다.For a more detailed description, reference will be made to FIG. 5.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터의 효율 관점에서의 우수성을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram illustrating excellence in terms of efficiency of a dual input/output motor according to an embodiment of the present invention.
도 5(a)는 종래 기술에 따른 속도 대 토크 그래프를 도시하고, 도 5(b)는 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)의 속도 대 토크 그래프를 도시한다.5(a) shows a speed vs. torque graph according to the prior art, and FIG. 5(b) shows a speed vs. torque graph of the dual input/
도 5(a)를 참조하면, 정 출력 구간에서 가능한 속도까지 구동 후에 속도 영역을 넓히기 위한 약자속 제어를 활용하게 된다. 종래 기기는 종속된 전자기 영역에 의해 일정 속도 토크 영역에서만 높은 효율을 가지며 이에 따라 그 외의 속도 토크 영역 구동은 효율이 낮아진다. 효율이 높은 영역은 주로 약자속 제어를 활용한 직후의 영역 중 높은 토크 영역에서 나타난다. 이 외의 영역은 비교적 낮은 효율을 갖게 되며 특히, 저속 고토크 영역에서는 낮은 속도로 인한 낮은 출력으로 효율이 낮다. 이에 따라 저속 고토크 영역과 고속 저토크 영역의 활용이 강요되는 적용 사례에서는 두 효율 중 하나의 효율에 치중되도록 설계된다. 따라서, 종래 기기의 성능은 저속 고토크 영역과 고속 저토크 영역의 활용이 강요되는 적용 사례에서는 한계가 있었다. Referring to Fig. 5(a), the weak magnetic flux control is used to widen the speed range after driving to the possible speed in the positive output section. The conventional device has high efficiency only in a constant speed torque region due to the dependent electromagnetic region, and thus, driving other speed torque regions has low efficiency. The high-efficiency region mainly appears in the high torque region immediately after the weak magnetic flux control is used. The other areas have relatively low efficiency, and in particular, in the low-speed high-torque area, the efficiency is low due to low output due to low speed. Accordingly, it is designed to focus on one of the two efficiencies in application cases where the use of the low-speed high-torque region and the high-speed low-torque region are forced. Therefore, the performance of the conventional device is limited in the application cases where the use of the low-speed high-torque region and the high-speed low-torque region are forced.
이에 반해, 도 5(b)를 참조하면, 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)는 이중 입력단과 이중 출력단을 활용하여 저속 및 고속의 이중 모드 구동이 가능하다. 이 때, 각 모드 구동이 독립적으로 이루어지기 때문에 전자기 영역이 종속되는 종래의 이슈 해결이 가능케 될 수 있다. 이에 따라 각 기기는 속도 토크 영역을 넘나드는 과정에서 손실되는 효율과 요구되는 약자속 제어 기능의 단점 없이 배정된 속도 토크 영역에서 최고의 효율을 가지도록 설계된다. 따라서, 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)는 저속 고 토크 영역 및 고속 저 토크 영역 모두에서 고 효율성을 제공할 수 있다. 즉, 속도 토크 영역에만 치중되지 않고 구동하고자 하는 두 가지 속도 토크 영역 모두에서 고효율의 성능을 제공할 수 있다. 또한 저속과 고속 모드에서의 속도 토크 차이를 현저히 크게 할 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 5(b), the dual input/
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)의 효과는 아래 표로도 확인할 수 있다.Meanwhile, the effect of the dual input/
표 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)의 제1 머신(110)이 제공하는 저속 고 토크 영역은 50RPM의 속도와 17Nm의 토크를 제공할 수 있으며, 제2 머신(150)이 제공하는 고속 저 토크 영역은 50RPM 보다 현저히 큰 1400RPM의 속도와 17Nm 보다 현저히 작은 4.1Nm의 토크를 제공할 수 있다.Referring to Table 1, a low-speed high torque region provided by the
표 2를 참조하면, 종래 기술과 본 발명의 일 실시 예(100)가 서로 동일한 속도 및 토크를 제공하는 경우, 입력 전류를 줄일 수 있으며, 더 큰 효율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that when the prior art and the
표 1 및 표 2를 참조하여 설명한 효과는, 제1 및 제2 머신(110, 150)이 서로 독립적인 전자기 영역을 활용할 수 있다는 점에서 나타나는 효과인 것으로 해석된다.The effects described with reference to Tables 1 and 2 are interpreted to be effects that appear in that the first and
정리하면, 상술한 본 발명의 일 실시 예는 제1 머신(110)과 제2 머신(150)이 서로 다른 구동 모드를 제공하되, 제1 머신(110)과 제2 머신(150)이 독립적인 전자기 영역을 가짐으로써, 고 효율성을 제공할 수 있다.In summary, in the embodiment of the present invention described above, the
또한, 제1 머신(110)과 제2 머신(150)이 서로 전기적으로 독립화 되어 있으므로, 어느 쪽이 고장 나더라도 다른 쪽은 여전히 정상적으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 머신(110)에 구동전류를 공급하는 입력 단에 문제가 생긴 경우라 하더라도 제2 머신(150)은 정상적으로 구동할 수 있다.In addition, since the
또한, 제1 머신(110)이 버니어 효과를 활용하므로, 입력 대비 고 토크, 고 효율 특성을 가질 수 있다.In addition, since the
또한, 제1 고정자(120) 및 제2 고정자(160)이 자석(122, 162)이 배치되고, 제1 회전자(130) 및 제2 회전자(170)에는 자석이 생략되는 고정자 자석형으로 이루어짐으로써, 회전 기동하는 회전자의 구성을 간단하게 할 수 있다. 이로써, 회전자는 높은 신뢰성을 가질 수 있다.In addition, the
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배리어를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a barrier according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 6 to 8.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배리어의 효과에 대해서 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for describing an effect of a barrier according to an embodiment of the present invention.
도 6(a)는 일 실시 예와 동일하나 배리어(180)가 생략된 모터이고, 도 6(b)는 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)의 마그네틱 커플링(magnetic coupling)을 도시한다.FIG. 6(a) is a motor that is the same as an embodiment, but the
도 6(a)의 경우, 붉은 색으로 표시한 부분에서 마그네틱 커플링이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Back EMF의 변형(distortion)과 의도되지 않은 곳에서 의도되지 않은 토크를 야기한다. 이에 반해, 도 6(b)의 경우, 제1 머신(110)과 제2 머신(150) 사이에서 마그네틱 커플링이 억제된 것을 확인할 수 있다.In the case of FIG. 6(a), it was confirmed that magnetic coupling occurred in the portion marked in red. This leads to distortion of the back emf and unintended torque where it is not intended. In contrast, in the case of FIG. 6B, it can be seen that magnetic coupling between the
일 실시 예에 따른 배리어(180)는 상기 제1 머신(110)의 효율과 상기 제2 머신(150)의 효율을 모두 고려하여 설계될 수 있다.The
일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)의 효율은 아래 수학식 1에 의하여 정의될 수 있다.The efficiency of the dual input/
[수학식 1][Equation 1]
(는 각각 효율, 출력 토크, 회전 속도(rad/s), 동손(copper loss), 철손(iron loss)를 의미)( Means efficiency, output torque, rotational speed (rad/s), copper loss, iron loss, respectively)
이 때, 제1 머신(110)과 제2 머신(150)의 효율은, 축 중심으로부터 배리어(180)가 위치하는 반경거리에 영향을 받는다.At this time, the efficiency of the
도 7(a)을 참조하면, 제1 머신(110)의 효율은 배리어(180)의 반경거리가 증가할수록 증가하는 데 반해, 도 7(b)를 참조하면, 제2 머신(150)의 효율은 배리어(180)의 반경거리가 증가할수록 감소한다. 즉, 제1 머신(110)과 제2 머신(150)의 효율은 서로 trade-off 관계에 있다.Referring to FIG. 7(a), the efficiency of the
이에 따라, 배리어(180)의 반경거리를 설계 함에 있어서, 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)을 어디에 활용하는지가 고려될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에 따른 이중 입출력 모터(100)를 세탁기에 적용하는 경우, 세탁 모드의 시간이 탈수 모드의 시간 보다 통상적으로 길다. 이에 따라, 상기 배리어(180)의 반경은, 상기 제1 머신(110)의 효율에 상기 제2 머신(150)의 효율 보다 가중치를 두어, 결정될 수 있다. 보다 구체적으로 배리어(180)의 반경거리는 아래 수학식 2와 같이 가중치를 두어 결정될 수 있다.Accordingly, in designing the radial distance of the
[수학식 2][Equation 2]
(는 각각 평균 효율, 제1 머신(110) 효율, 제2 머신(150) 효율)( Is the average efficiency, the
따라서, 위 수학식 2를 고려하는 경우, 상기 배리어(180)의 축 중심으로부터의 반경거리는 도 8에 도시된 바와 같이, 83.5mm로 결정될 수 있다.Accordingly, when considering Equation 2 above, the radial distance from the axial center of the
구체적인 제1 머신(110)과 제2 머신(150)의 설계에 따라, 배리어(180)의 반경거리는 달라질 수 있으나, 상술한 제1 및 제2 수학식이 여전히 고려될 수 있음은 물론이다.Depending on the specific design of the
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted by the appended claims. In addition, those who have acquired ordinary knowledge in this technical field should understand that many modifications and variations can be made without departing from the scope of the present invention.
100: 이중 입출력 모터
110: 제1 머신
120: 제1 고정자
130: 제1 회전자
150: 제2 머신
160: 제2 고정자
170: 제2 회전자
180: 배리어100: dual input/output motor
110: first machine
120: first stator
130: first rotor
150: second machine
160: second stator
170: second rotor
180: barrier
Claims (5)
상기 제1 머신의 일 측에 배치되고, 제2 고정자 및 상기 제2 고정자에 대하여 회전하되, 상기 제1 회전자보다 고속으로 회전하는 제2 회전자를 포함하는 제2 머신;
상기 제1 머신에 전류를 인가하는 제1 인버터; 및
상기 제1 인버터와 독립적으로 제2 머신에 전류를 인가하는 제2 인버터를 포함하되,
상기 제1 고정자는 상기 제1 고정자의 원주 방향을 따라, 제1 권선이 배치되는 제1 고정자 치가 마련되고,
상기 제1 고정자 치의 일 면에는 상기 제1 회전자를 마주보는 방향으로 제1 자석이 마련되고,
상기 제2 고정자는 상기 제2 고정자의 원주 방향을 따라, 제2 권선이 배치되는 제2 고정자 치가 마련되고,
상기 제2 고정자 치의 일 면에는 상기 제2 회전자를 마주보는 방향으로 제2 자석이 마련되며,
상기 제1 자석은 상기 제1 회전자를 향하여 같은 자화방향을 가지는 자석들로 이루어지며,
상기 제2 자석은 상기 제2 회전자를 향하여 교번하는 자화방향을 가지는 자석들로 이루어지는, 이중 입출력 모터.A first machine comprising a first stator and a first rotor rotating about the first stator;
A second machine disposed on one side of the first machine and including a second rotor rotating with respect to the second stator and the second stator, and rotating at a higher speed than the first rotor;
A first inverter for applying current to the first machine; And
Including a second inverter for applying a current to the second machine independently from the first inverter,
The first stator is provided with a first stator tooth in which a first winding is disposed along a circumferential direction of the first stator,
A first magnet is provided on one side of the first stator tooth in a direction facing the first rotor,
The second stator is provided with a second stator tooth in which a second winding is disposed along a circumferential direction of the second stator,
A second magnet is provided on one side of the second stator tooth in a direction facing the second rotor,
The first magnet is made of magnets having the same magnetization direction toward the first rotor,
The second magnet is made of magnets having an alternating magnetization direction toward the second rotor, a dual input/output motor.
상기 제1 회전자에 연동하여 회전하는 제1 축 및 상기 제2 회전자에 연동하여 회전하되, 상기 제1 축과 독립적으로 회전하되, 상기 제1 축과 동축을 이루는 제2 축을 더 포함하며,
상기 제1 및 제2 축의 반경 방향으로 외측으로, 상기 제2 회전자, 상기 제2 고정자, 상기 제1 고정자 및 상기 제1 회전자가 순차적으로 배치되며,
상기 제2 고정자와 상기 제1 고정자 사이에는 자계를 차폐하는 배리어가 배치되는, 이중 입출력 모터.The method of claim 1,
A first shaft that rotates in conjunction with the first rotor and a second shaft that rotates in connection with the second rotor, and rotates independently of the first shaft, further comprising a second shaft coaxial with the first shaft,
Outward in the radial direction of the first and second axes, the second rotor, the second stator, the first stator and the first rotor are sequentially arranged,
A double input/output motor, wherein a barrier for shielding a magnetic field is disposed between the second stator and the first stator.
상기 제1 및 제2 축으로부터의 상기 배리어의 반경거리는, 상기 제1 머신의 효율에 상기 제2 머신의 효율 보다 가중치를 두어, 결정되는, 이중 입출력 모터.The method of claim 2,
The dual input/output motor, wherein the radial distance of the barrier from the first and second axes is determined by giving the efficiency of the first machine more weight than the efficiency of the second machine.
상기 제1 권선 및 상기 제1 자석은 관계식 (1)에 부합하도록 배치되는, 이중 입출력 모터.
관계식 (1) : - Za = Zm - Nr
(Za는 제1 권선 극 쌍수, Zm은 제1 자석의 극 쌍수, Nr는 제1 회전자 극 쌍수)The method of claim 1,
The first winding and the first magnet are arranged to conform to the relational equation (1).
Relation (1):-Za = Zm-Nr
(Za is the number of poles of the first winding, Zm is the number of poles of the first magnet, and Nr is the number of poles of the first rotor)
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