KR20000010523U - 축방향으로 공극을 가지는 스위치드 리럭턴스모터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 스위치드 리럭턴스 모터에 관한 것으로, 본 고안은 스위치드 리럭턴스 모터는 다수의 고정자 돌극을 가지며 고정자 돌극에 코일이 권선되어 마련된 고정자와, 고정자 돌극보다 작은 수의 회전자 돌극을 가진 회전자를 구비하고, 고정자 돌극과 회전자 돌극은 축방향으로 서로 마주하도록 고정자 돌극은 고정자의 일측면에 축방향으로 돌출 형성되고, 회전자 돌극은 회전자의 일측면에 고정자 돌극과 마주하는 축방향으로 돌출 형성된 것이다. 이러한 본 고안에 따른 스위치드 리럭턴스 모터는 브러쉬리스 DC모터에서처럼 별도의 자석의 추가 없이 보다 간단한 구조로 축방향에 대한 돌극간의 공극을 가진 모터의 구성이 가능하여, 보다 저렴하고 간단한 구조로써 비디오의 드럼, 컴퓨터의 하드디스크 등의 구동을 위한 모터로써 사용할 수 있으며, 또한 회전자에 종래의 모터들처럼 마그네트 또는 다이케스팅물 등의 부가물이 포함되지 않으므로 회전자의 무게를 상당히 줄여 회전부의 관성모멘트를 줄일 수 있으므로 보다 효율적인 고속운전이 가능한 효과가 있다.

Description

축방향으로 공극을 가지는 스위치드 리럭턴스 모터

본 고안은 스위치드 리럭턴스 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전자와 고정자 사이의 공극을 축방향으로 전환하여 평판형으로 구성한 스위치드 리럭턴스 모터에 관한 것이다.

일반적으로 스위치드 리럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor : SRM)는 도 1에 도시된 바와 같이 외경이 크고 다수의 강판으로 적층 형성된 고정자(10)가 마련되고, 고정자(10)의 내경에는 고정자(10)의 내경과 소정간격 이격되어 반경방향으로 공극(G)이 형성된 회전자(20)가 마련된다.

이때 고정자(10)는 내경에 내측으로 돌출한 다수의 돌극(12)을 형성하며, 회전자(20)의 외경에는 외측으로 돌출한 다수의 돌극(22)을 또한 구비한다. 특히 고정자(10)의 돌극(12)에는 전류가 인가되어 고정자(10)의 돌극(12)에 자속이 유기 되도록 하는 유도코일(13)이 설치되어 있다.

이러한 종래 스위치드 리럭턴스 모터의 회전자(20)와 고정자(10)의 돌극(12)(22)은 고정자(10)가 12극의 돌극(12)을 가지고, 회전자(20)가 8극의 돌극(22)을 가지고 구동한다.

이때의 구동은 한 쌍의 고정자(10)에 권선된 코일(13)이 여자 되면 가장 가까운 회전자(20) 돌극(22)은 여자된 고정자(10)의 돌극(12)과 정렬이 되려는 방향으로 움직이게 되고, 여자상과 회전자(20)의 돌극(22)이 완전히 정렬되기 전에 스위칭 하여 여자상의 인가전압을 오프하고, 이웃한 상의 고정자(10) 코일(13)을 여자시키면 같은 원리에 의하여 여자상의 돌극(12)에 가장 가까운 회전자(20)의 돌극(22)이 정렬이 되려는 방향으로 움직이게 된다.

이와 같이 순차적으로 여자상을 바꾸어 줌으로써 회전자(20)는 지속적으로 회전하게 되는 것이다.

이러한 종래의 스위치드 리럭턴스 모터는 공극이 반경방향으로 형성되어 있기 때문에 회전자의 구조가 복잡하고, 무거운 중량을 가지고 있으며, 이 복잡한 구조와 무거운 중량으로 회전자의 관성모멘트가 크게 작용하여 고속회전에 불리한 문제점이 있었다.

따라서 비디오의 드럼, 하드디스크 회전용 모터 등의 고속회전에 사용되는 축방향 회전을 위한 모터는 거의 대부분이 브러시리스 DC모터를 사용하고 있는데, 이 브러시리스 DC모터는 회전자에 영구자석이 설치되어 있으므로 무거운 중량과 복잡한 구조를 가지고 있기 때문에 제조시 제조비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 축방향으로 회전이 가능하도록 스위치드 리럭턴스 모터의 구조를 개선하되, 회전자를 보다 가벼운 중량과 간단한 구조를 가질 수 있도록 한 축방향 공극을 가지는 스위치드 리럭턴스 모터를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 스위치드 리럭턴스 모터를 보인 도면이다.

도 2는 본 고안에 따른 스위치드 리럭턴스 모터의 고정자와 회전자를 보인 사시도이다.

도 3은 본 고안에 따른 스위치드 리럭턴스 모터의 고정자를 보인 사시도이다.

도 4는 본 고안에 따른 스위치드 리럭턴스 모터의 회전자를 보인 사시도이다.

도 5는 본 고안에 따른 스위치드 리럭턴스 모터의 적용 실시예를 보인 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

50...모터 100...고정자

110...고정자 요크 120a...제 1고정자 돌극

120b...제 2고정자 돌극 120c...제 3고정자 돌극

120d...제 4고정자 돌극 120e...게 5고정자 돌극

120f...제 6고정자 돌극 130...코일

140...돌출부 200...회전자

210...회전자 요크 220a...제 1회전자 돌극

220b...제 2회전자 돌극 220c...제 3회전자 돌극

220d...제 4회전자 돌극

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 코일이 권선된 다수의 고정자 돌극을 가진 고정자, 상기 고정자 돌극보다 작은 수의 회전자 돌극을 가진 회전자, 상기 고정자 돌극과 상기 회전자 돌극사이에 공극이 형성된 스위치드 리럭턴스 모터에 있어서, 상기 고정자와 상기 회전자는 서로 마주하여 나란히 설치되되, 상기 고정자 돌극은 상기 회전자를 향해 축방향으로 돌출되고 상기 회전자 돌극은 상기 고정자를 향해 축방향으로 돌출되어 상기 공극이 상기 회전자 돌극과 상기 고정자 돌극의 단부 사이에 형성되고, 상기 고정자 돌극은 원형고리형상으로 마련된 고정자 요크의 테두리에 돌출 형성되고, 상기 회전자 돌극은 원판형상으로 마련된 회전자 요크의 상기 회전자 돌극이 형성된 면과 마주하는 면에 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 고안에 따른 하나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 고안에 따른 스위치드 리럭턴스 모터를 보인 도면이고, 도 3은 본 고안에 따른 스위치드 리럭턴스 모터의 고정자를 보인 도면이다. 그리고 도 4는 본 고안에 따른 스위치드 리럭턴스 모터의 회전자를 보인 도면이고, 도 5는 본 고안에 따른 스위치드 리럭턴스 모터의 적용 실시예를 보인 사시도이다.

본 고안의 스위치드 리럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor : SRM)(50)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 강판이 적층되어 마련된 요크를 가진 회전자(200)와 고정자(100)를 구비한다.

먼저 고정자(100)의 요크(110)는 도 1과 도 3에 도시된 바와 같이 자속을 순환시기 위한 자로를 구성하는 것으로, 원형 고리형상으로 마련된다. 그리고 요크(110)의 측면중의 일측에는 제 1고정자 돌극(120a), 제 2고정자 돌극(120b), 제 3고정자 돌극(120c), 제 4고정자 돌극(120d) 그리고 제 5고정자 돌극(120d)과 제 6고정자 돌극(120f)이 형성된다.

이 돌극(120)들은 그 단부가 양측으로 연장된 돌출부(140)를 구비하여 대략 "T"자 형태로 마련되며 단부의 내측으로는 고정자 돌극(120)들을 자화시키기 위한 전기에너지가 공급되는 코일(130)이 권선되도록 되어 있다.

그리고 회전자(200)의 회전자 요크(210)는 도 1과 도 4에 도시된 바와 같이 후술할 회전자 돌극을 통과한 자속이 순환할 수 있도록 하는 것으로, 전체적인 형상이 원판형상으로 마련되며 그 직경은 고정자 요크(110)의 외경과 거의 동일하다.

또한, 이 회전자 요크(210)의 일측면의 가장자리에는 제 1회전자 돌극(220a), 제 2회전자 돌극(220b), 제 3회전자 돌극(220c) 그리고 제 4회전자 돌극(220d)이 형성되어 있다.

이 돌극(220)은 고정자 돌극(120)에서 발생한 자속에 의해 자기저항이 최소화되는 방향으로 회전자(200)에 회전력을 발생시키기 위한 것이다.

이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 고안의 스위치드 리럭턴스 모터(50)의 작용을 설명하기로 한다.

본 고안의 스위치드 리럭턴스 모터(50)는 최초 상태에 고정자(100)의 제 1고정자 돌극(120a)과 제 4고정자 돌극(120d)이 회전자(200)의 제 1회전자 돌극(220a)과 제 3회전자 돌극(220c)과 서로 완전히 일치하여 마주하고 있다.

이러한 상태에서 고정자의 제 3고정자 돌극(120c)과 제 6돌극(120f)에 권선된 코일(130)에 전류를 인가시켜 여자시키고, 그 외의 회전자 돌극(120a)(120b)(120d)(120f)에 있는 코일(130)에는 전류를 공급하지 않게 되면 회전자(200)의 제 2회전자 돌극(220b)과 제 4회전자 돌극(120d)은 고정자(100)의 제 3고정자 돌극(120c)과 제 6고정자 돌극(120f) 사이의 자기저항이 최소화시키기 위하여, 즉 회전자(200)의 제 2회전자 돌극(120b)과 제 4회전자 돌극(120d)이 고정자(100)의 제 3고정자 돌극(120c)과 제 6고정자 돌극(120f) 사이의 극중심이 일치되도록 움직인다.

정리해보면, 회전자(200)는 고정자(100)와의 사이에 자기저항이 최소화 되도록 움직이게 됨에 따라 회전력을 발휘하게 된다.

그리고 고정자(100)의 제 3고정자 돌극(120c)과 제 6고정자 돌극(120f)에 회전자(200)의 제 2회전자 돌극(120b)과 제 4회전자 돌극(120d)이 일치하게 되면 제 3고정자 돌극(120c)과 제 6고정자 돌극(120f)에 공급되던 전류를 차단시키고, 제 2고정자 돌극(120b)과 제 4고정자 돌극(120d)의 코일(130)로 전류를 공급하여 여자시키면 회전자(200)의 제 1회전자 돌극(120a)과 제 3회전자 돌극(120c)은 자기저항이 최소화되는 방향으로 회전하게 된다.

이와 같이 회전자(200)의 회전력은 고정자(100)의 각각의 돌극(120)들에 공급되는 전류를 제어하여 여자상을 순차적으로 바꾸어 줌으로써 회전자(200)에 계속된 회전력이 발생하도록 한다.

도 5는 이러한 스위치드 리럭턴스 모터(50)를 적용하여 실시한 것을 보인 것으로써 이에 적용된 후술한 구성은 이에 한정하지 않고, 전술한 고정자(100)와 회전자(200)의 구조로 마련된 모든 모터에 적용 가능하다.

도시된 바와 같이 먼저 외관을 이루는 원통형상의 하우징(51)을 설치하고, 이 하우징(51)의 내부에 고정자(100)를 설치한다.

그리고 회전자(200)를 하우징(51)의 개구단에 설치하는데, 하우징(51)과 회전자(200)의 접하는 부분에는 회전자(200)의 외주를 회전 가능하게 지지하는 베어링(52)을 설치하고, 회전자(200)에 관통압입되어 하우징(51)의 전후방에 베어링(230)(160)에 의하여 지지되는 회전축(300)을 설치한다.

또한 고정자(100)는 회전자(200)의 내측 하우징(51) 내부에 고정 설치한다.

이와 같이 구성한 후 전류를 고정자(100)의 각각의 돌극(120)에 선택적으로 공급함에 따라 회전자(200)는 회전구동을 하게 되며, 이때의 회전으로 회전축(300)은 회전 구동하게 됨으로써 외부로 회전력을 전달하게 된다.

이상과 같은 본 고안에 따른 스위치드 리럭턴스 모터는 브러쉬리스 DC모터에서처럼 별도의 자석의 추가 없이 보다 간단한 구조로 축방향에 대한 돌극간의 공극을 가진 모터의 구성이 가능하여, 보다 저렴하고 간단한 구조로써 비디오의 드럼, 컴퓨터의 하드디스크 등의 구동을 위한 모터로써 사용할 수 있으며, 또한 회전자에 종래의 모터들처럼 마그네트 또는 다이케스팅물 등의 부가물이 포함되지 않으므로 회전자의 무게를 상당히 줄여 회전부의 관성모멘트를 줄일 수 있으므로 보다 효율적인 고속운전이 가능한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 코일이 권선된 다수의 고정자 돌극을 가진 고정자, 상기 고정자 돌극보다 작은 수의 회전자 돌극을 가진 회전자, 상기 고정자 돌극과 상기 회전자 돌극사이에 공극이 형성된 스위치드 리럭턴스 모터에 있어서,

   상기 고정자와 상기 회전자는 서로 마주하여 나란히 설치되되, 상기 고정자 돌극은 상기 회전자를 향해 축방향으로 돌출되고, 상기 회전자 돌극은 상기 고정자를 향해 축방향으로 돌출되어 상기 회전자 돌극과 상기 고정자 돌극 사이에 상기 공극이 형성된 것을 특징으로 하는 스위치드 리럭턴스 모터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고정자 돌극은 원형고리형상으로 마련된 고정자 요크의 테두리에 돌출 형성되고, 상기 회전자 돌극은 원판형상으로 마련된 회전자 요크의 상기 회전자 돌극이 형성된 면과 마주하는 면에 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 스위치드 리럭턴스 모터.