KR20010003883A - 스위치드 릴럭턴스 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로서, 반경방향외측으로 돌출된 6개이상의 회전자돌극을 갖는 회전자와; 원주방향을 따라 방사상으로 배치된 8개이상의 돌극과, 상기 각각의 돌극들을 원주방향을 따라 상호 연결하는 8개이상의 요크부가 구비된 고정자와; 상기 각 요크부에 권취되는 권선을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 설계변경을 용이하게 할 수 있고, 권취작업을 용이하게 할 수 있으며, 종래의 다른 모터에서 사용하는 제어회로를 채용하여 제어회로를 구성하는 데 소요되는 제조비용을 절감시킬 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터가 제공된다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터{Swtiched Reluctance Motor}

본 발명은, 고정자와 회전자 모두 돌극을 가지고 있으며, 각기 다른 갯수의 극이 마련되어 있는 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.

스위치드 릴럭턴스 모터(SRM)는 기존의 유도모터나 동기모터보다 구조가 간단하며 단위체적당 토오크 및 효율이 높으며, 속도제어가 용이하고 광범위한 변속범위와 초저속 운전시 우수한 특성을 가지고 있다. 또한, SRM은 기존의 가변속 모터와 비교하여 저렴하게 제작할 수 있고, 유지 보수가 용이하고 효율이 높다.

이러한 스위치드 릴럭턴스 모터는 고정자와 회전자 모두 돌극를 가지고 있으며, 각기 다른 갯수의 극이 마련된다. 특히, 고정자부분의 돌극에만 권선이 감겨져 있으며 회전자부분에는 어떠한 영구자석이나 권선도 존재하지 않는다.

그런데, 이러한 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터는, 권선을 고정자의 돌극에 권취하는 것이기 때문에 돌극에 권선을 감는 것이 용이하지 않으며 돌극의 크기에 따라 한정 횟수 이상의 권선은 감기지 않는다는 문제점을 가지고 있다.

이와 같이 보빈을 이용하여 전선을 권취하는 경우, 우선 보빈에 전선을 권취한 후 권선에 권취된 보빈을 각각의 돌극에 끼우는 작업을 수행해야 하기 때문에 권선을 권취하는 작업은 용이하지만, 보빈의 크기에 권선의 양이 한정되어 있을 뿐 아니라 보빈의 제작에 경비가 소요된다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터를 제어하는 제어회로는 상호 대향하는 한 쌍의 돌극만을 제어하도록 스위칭동작을 수행하는 트랜지스터가 연결되어 있어, 두쌍의 돌극을 여자하는 것이 용이하지 않을 뿐만 아니라 그 제어회로가 다른 모터에서 사용할 수 있는 제어회로와 상이하기 때문에 다른 모터에서 사용할 수 있는 제어회로를 사용할 수 없어 회로구성이 번거로우며, 이에 따른 제작경비가 많이 소요된다

따라서, 본 발명의 목적은, 설계변경을 용이하게 할 수 있으며 권취작업을 용이하게 할 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 다른 모터에 사용하는 제어회로를 공통으로 사용하여 제어회로를 구성하는 데 소요되는 제조비용을 절감할 수 있는 릴럭턴스 모터를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 사시도,

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 Cross결선형 회로구성도의 작동상태도,

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 Square결선형 회로구성도의 작동상태도,

도 8은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 Star결선형 회로구성도,

도 9는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 Penta결선형 회로구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 스위치드 릴럭턴스 모터 10 : 고정자

11 : 권선 13 : 돌극

15 : 요크부 20 : 회전자

21 : 회전축공 23 : 회전자돌극

41~50 : 트랜지스터 60 : 전원공급부

상기 목적은, 본 발명에 따라, 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 반경방향외측으로 돌출된 6개이상의 회전자돌극을 갖는 회전자와; 원주방향을 따라 방사상으로 배치된 8개이상의 돌극과, 상기 각각의 돌극들을 원주방향을 따라 상호 연결하는 8개이상의 요크부가 구비된 고정자와; 상기 각 요크부에 권취되는 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터에 의해 달성된다.

여기서, 상기 권선은 고정자의 축선을 중심으로 대향된 한 쌍의 요크부에 직렬로 결선되어 있으며, 상기 직렬로 결선된 각 쌍의 권선을 온오프하는 복수의 스위치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 복수의 스위치 중 적어도 두 개의 스위치를 온 시켜 2상을 동시에 여자시키는 것이 효과적이며, 상기 복수의 스위치는 트랜지스터인이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 Cross결선형 회로구성도의 작동상태도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 스위치드 릴럭턴스 모터(1)는, 권선(11)이 권취된 고정자(10)와, 고정자내에 삽입되어 회전하는 회전자(20)를 갖는다. 그리고, 고정자(10)의 외주면에는 절연재로 이루어진 하우징(25)이 마련되며, 각각의 돌극(13)과 요크부(15)가 이루는 공간에는 절연재(27)가 개재된다.

회전자(20)는 중앙영역에 도시 않은 회전축을 수용하는 회전축공(21)이 형성된 다수의 코어판이 적층형성되어 있으며, 반경방향외측으로 6개의 회전자돌극(23)을 가지고 있다. 이들 6 개의 회전자돌극(23)은 상호 대향하는 방향의 회전자돌극(23)들을 돌극α쌍, 돌극β쌍, 및 돌극γ쌍이라 한다.

그리고, 고정자(10)는 회전자(20)와 마찬가지로 다수의 코어판이 적층형성되어 있는 것으로, 회전자(20)측을 돌출한 8개의 돌극(13)과, 이웃하는 8개의 돌극(13)을 상호 연결하는 8개의 요크부(15)를 갖는다. 이때, 고정자(20)에 마련된 8개의 돌극(13) 또한 상호 대향하는 방향의 돌극(13)들로 각각 쌍을 이루고 있으며 이들을 돌극Ⅰ, 돌극Ⅱ, 돌극Ⅲ 및 돌극Ⅳ라고 한다.

한편, 스위치드 릴럭턴스 모터(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 토로이달 권선법을 채택하여 고정자(10)에 권선하는 것으로, 고정자(10)에 마련된 8개의 요크부(15)의 반경방향의 내벽면과 외벽면을 둘러싸도록 권선(11)을 권취한다. 고정자의 요크부(15)에 권취된 권선(11)은, 상호 180°방향에 마주하는 한 쌍의 요크부(15)를 따라 직렬로 결선되어 있으며, 이들 각각의 권선(11)의 일영역에는 각각의 권선을 온오프하여 스위칭작용을 수행하는 트랜지스터(41,42,43,44,45,46,47,47)가 마련되어 있다.

이때, 8개의 요크부(13)에 감겨진 권선(11)은, A와A'를 연결하는 제1권선, B와 B'를 연결하는 제2권선, C와 C'를 연결하는 제3권선 및 D와 D'를 연결하는 제4권선으로 이루어진다. 제1권선은 제1 및 제2트랜지스터(41,42) 사이에 연결되어 있으며, 제2권선은 제3 및 제4트랜지스터(43,44) 사이에, 제3권선은 제5 및 제6트랜지스터(45,46) 사이 그리고, 제4권선은 제7 및 제8트랜지스터(47,48) 사이에 연결되어 있다. 각 트랜지스터의 양단에는 전원을 공급하는 외부로부터 전원을 공급하는 전원공급부(60)가 마련된다.

또한, 본 발명의 스위치드 릴럭턴스 모터(1)에는 회전자돌극(23) 즉, 돌극 α쌍, 돌극β쌍, 돌극γ쌍의 위치를 감지하는 도시 않은 위치감지센서가 마련되어 있으며, 이 위치감지센서의 감지값에 따라 돌극 α쌍, 돌극β쌍 및 돌극γ쌍의 위치를 파악할 수 있다. 이러한 회전자돌극(23)의 위치에 따라 각 트랜지스터의 동작을 제어하며, 두 쌍의 권선에 동시에 전원을 인가하는 2여자방식을 사용한다.

이와 같은 구성에 의하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 위치감지센서에 의해 회전자의 돌극α쌍이, 고정자의 돌극 Ⅰ과 돌극 Ⅱ 사이에 위치하고 있음이 감지되면, 돌극Ⅱ에 기자력이 발생하도록 제1트랜지스터(41)와 제4트랜지스터(44)를 턴온시켜 제1권선과 제2권선에 전원을 인가한다. 제1권선과 제2권선에 전원이 인가되면 릴럭턴스에 의해 돌극α쌍이, 도 3에 도시된 바와 같이, 고정자의 돌극Ⅱ와 평행하게 되도록 회전자(20)가 회전하게 되며, 회전자의 돌극β쌍은 돌극Ⅲ과 돌극Ⅳ 사이에 위치한다. 이처럼, 돌극β쌍이, 고정자(10)의 돌극Ⅲ와 돌극Ⅳ 사이에 위치하는 것이 감지되면 돌극Ⅳ에 기자력이 발생하도록 제8트랜지스터(48)와 제2트랜지스터(42)를 턴온시켜 제4권선과 제1권선에 전원을 인가한다. 제4권선과 제1권선에 전원을 인가되면 릴럭턴스에 의해 돌극β쌍이 고정자의 돌극Ⅳ와 평행하게 되도록 회전자가 회전하게 된다.

그리고, 돌극γ쌍이, 고정자의 돌극Ⅳ과 돌극Ⅰ 사이에 위치하는 것이 감지되면 돌극Ⅰ에 기자력이 발생하도록 제3트랜지스터(43)와 제6트랜지스터(46)를 턴온시켜 제2권선과 제3권선에 전원을 인가한다. 제2권선과 제2권선에 전원을 인가되면 릴럭턴스에 의해 돌극γ쌍이 고정자(10)의 돌극Ⅰ과 평행하게 되도록 회전자(20)가 회전한다.

이와 같이, 위치감지센서에서 감지하는 회전자돌극(23)의 위치에 따라 각각의 트랜지스터를 턴온 또는 턴오프 시켜 릴럭턴스를 발생시키는 것으로 회전자(10)를 회전시킬 수 있다. 이때, 위치감지센서에서 감지하는 회전자돌극(23)의 위치 감지타임을 보다 짧게 유지시켜 트랜지스트의 스위칭동작을 수행하면 보다 리니어한 회전자계를 발생시킬 수 있다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, Cross결선형 스위치드 릴럭턴스 모터(1)는 회전자돌극(23)이 반시계방향으로 회전하여 회전자계를 발생하는 구성으로 A-A'-B'-B에서의 자계형성, B-B'-C'-C에서의 자계형성, C-C'-D'-D에서의 자계형성 및 D-D'-A'-A의 자계형성을 아주 짧은 시간속에서 반복적으로 수행한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 Square결선형 회로구성도의 작동상태도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, Square결선형 회로구성을 갖는 스위치드 릴럭턴스 모터(1)는 Cross결선형 스위치드 릴럭턴스 모터와그 구성의 차이는 없음으로 구성에 관한 설명은 생략한다.

스위치드 릴럭턴스 모터의 Square결선은 스위칭동작을 수행하는 트랜지스터의 온오프시점을 Cross결선 구성과 반대로 수행하는 것으로, 회전자돌극(23)의 위치에 따라 각각의 권선에 전원을 인가하여 자계를 형성하여 회전자돌극(23)을 회전시켜 Cross결선과 달리 시계방향으로 회전한다. 따라서, Square결선형 스위치드 릴럭턴스 모터는 A-A'-B-B'에서의 자계형성, B-B'-C-C'에서의 자계형성, C-C'-D-D'에서의 자계형성, D-D'-A-A'의 자계형성이 반복적으로 이루어지면서 시계방향회전을 한다.

즉, 6개의 회전자돌극과, 8개의 돌극을 갖는 스위치드 릴럭턴스 모터는, 각 권선(11)에 인가되는 전원의 방향에 따라, 돌극Ⅰ, 돌극Ⅱ, 돌극Ⅲ 및 돌극 Ⅳ에 순차적으로 기전력이 발생하여 회전자가 시계방향으로 회전하거나 ,돌극Ⅳ, 돌극Ⅲ, 돌극Ⅱ, 돌극Ⅰ에 순차적으로 기전력이 발생하여 회전자가 반시계방향으로 회전한다.

도 8은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 Star결선형 회로구성도이고, 도 9는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 Penta결선형 회로구성도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, Star결선형 및 Penta결선형 회로구성을 갖는 스위치드 릴럭턴스 모터(1) 또한 다른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성과 마찬가지로, 권선(11)이 권취된 고정자(10)와, 고정자내에 삽입되어 회전하는 회전자(20)를 갖는다.

회전자(20)는 중앙영역에 도시 않은 회전축을 수용하는 회전축공(21)이 형성되어 있는 다수의 코어가 적층형성된 것으로 반경방향외측으로 8개의 회전자돌극(23)이 돌출형성되어 있으며, 이들 8개의 회전자돌극은 상호 대향하는 돌극α쌍, 돌극β쌍, 및 돌극γ쌍, 돌극δ쌍으로 이루어진다. 그리고, 고정자(10)는 다수의 코어판이 적층형성되어 있는 것으로, 회전자(20)를 향하여 내측으로 돌출한 10개의 돌극(13)과, 이웃하는 10개의 돌극(13)을 상호 연결하는 10개의 요크부(15)를 갖는다.

이러한 스위치드 릴럭턴스 모터(1)는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 토로이달 권선법을 채택하여, 고정자(10)의 원주방향을 따라 형성되어 있는 요크부(15)에 권선(11)을 권취한다. 고정자(10)의 10개의 요크부(15)에는 5쌍의 권선이 권취되어 있으며, 상호 180°방향에 마주하는 한 쌍의 요크부(15)에 감겨진 권선은 직렬로 결선되어 있다.

그리고, 스위치드 릴럭턴스 모터(1)는 직렬로 연결된 각 쌍의 권선을 온오프하는 복수의 스위치 즉, 10개의 트랜지스터를 더 포함하고 있다. 이때, 10개의 요크부에 감겨진 권선은 다섯 쌍의 상, 즉, A와A'를 연결하는 제1권선, B와 B'를 연결하는 제2권선과, C와 C'를 연결하는 제3권선, 및 D와 D'를 연결하는 제4권선과 E-E'를 연결하는 제5권선으로 이루어진다. 제1권선은 제1 및 제2트랜지스터(41, 42) 사이에 연결되어 있으며, 제2권선은 제3 및 제4트랜지스터(43,44) 사이에, 제3권선은 제5 및 제6트랜지스터(45,46) 사이 그리고, 제4권선은 제7 및 제8트랜지스터(47,48) 사이, 제5권선은 제9 및 제10트랜지스터(49,50) 사이에 연결되어 있다.

각각의 트랜지스터는 전원을 공급하는 전원공급부(60)에 연결되어 전류를 공급받으며, 제1권선과 제2권선사이의 돌극은 돌극Ⅰ, 제2권선 및 제3권선 사이의 돌극은 돌극Ⅱ, 제3권선 및 제4권선 사이의 돌극은 돌극Ⅲ 및 제4권선 및 제5권선 사이의 돌극은 돌극 Ⅳ, 제5권선 및 제1권선 사이의 돌극은 돌극Ⅴ라하며, 이 스위치드 릴럭턴스 모터(1)에는 회전자돌극(23)의 위치를 감지하는 도시 않은 위치감지센서를 가지고 있어 회전자돌극(23)의 위치를 파악하여 스위치 역할을 하는 각 트랜지스터의 스위칭작용을 온오프를 제어하며, 두 쌍의 권선에 동시에 전원을 인가하는 2여자방식을 사용한다.

이러한 구성을 갖는 스위치드 릴럭턴스 모터는, Cross결선형 회로와 마찬가지로 스우칭동작을 수행하는 트랜지스터의 동작 방향에 따라 반시계방향으로 회전자계를 형성하거나 시계방향자계를 형성하면서 회전한다.

이와 같이, 반경방향외측으로 돌출된 6개이상의 회전자돌극을 갖는 회전자와; 원주방향을 따라 방사상으로 배치된 8개이상의 돌극과, 상기 각각의 돌극들을 원주방향을 따라 상호 연결하는 8개이상의 요크부가 구비된 고정자와; 상기 각 요크부에 권취되는 권선을 마련함으로서, 권선의 권취를 용이하게 할 수 있으며, 하나의 회로구성으로 복수의 결선을 동시에 이룰 수 있고, 이미 다른 모터 즉, BL DC 모터에서 채용하는 제어회로를 채용하여 새로운 회로구성에 소요되는 경비를 줄일 수 있다.

또한, 고정자의 외주면을 따라 마련되는 하우징을 절연재로 마련하고, 고정자의 각각의 돌극과 요크부가 이루는 공간내에 절연재를 채우면 절연효과를 향상시킬 수 있으며 회전자의 회전시 발생할 수 있는 소음을 줄일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 설계변경을 용이하게 할 수 있으며 토로이달 권선법을 사용하여 권취작업을 용이하게 할 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터가 제공된다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적에 따르면, 하나의 회로구성으로 Y결선 및 ??결선을 동시에 이룰 수 있으며, 종래의 다른 모터에서 사용하는 제어회로를 채용하여 제어회로를 구성하는 데 소요되는 제조비용을 절감시킬 수 있는 모터가 제공된다.

Claims (4)

1. 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서,

   반경방향외측으로 돌출된 6개이상의 회전자돌극을 갖는 회전자와;

   원주방향을 따라 방사상으로 배치된 8개이상의 돌극과, 상기 각각의 돌극들을 원주방향을 따라 상호 연결하는 8개이상의 요크부가 구비된 고정자와;

   상기 각 요크부에 권취되는 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 권선은 고정자의 축선을 중심으로 대향된 한 쌍의 요크부에 직렬로 결선되어 있으며, 상기 직렬로 결선된 각 쌍의 권선을 온오프하는 복수의 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
3. 제2항에 있어서,

   상기 복수의 스위치 중 적어도 두 개의 스위치를 온 시켜 2상을 동시에 여자시키는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
4. 제2항에 있어서,

   상기 복수의 스위치는 트랜지스터인 것을 특징으로 스위치드 릴럭턴스 모터.