KR20010044331A

KR20010044331A - 이중고정자구조의 직류전동기

Info

Publication number: KR20010044331A
Application number: KR1020010006042A
Authority: KR
Inventors: 장기준
Original assignee: 장기준
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2001-06-05
Also published as: KR100451418B1

Abstract

본 발명은 직류전동기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 서로 다른 극성을 가지는 주고정자와 부고정자로 이루어진 이중고정자를 형성시켜 잔류자속의 영향없이 회전자가 회전되는 직류전동기에 관한 것이다.

이에 따라 회전자의 회전시에 회전자의 극성변화가 생기지 않아서 고정자의 잔류자속에 의한 발열이나 소음이 없어지는 이점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참고로하여 본발명의 상세한 설명을 하기로 한다.

Description

이중고정자구조의 직류전동기{DC MOTER WITH DOUBLE STATOR STRUCTURE}

도1은 종래기술방식에 의한 직류전동기의 단면도이다.

일반적으로, 직류전동기는 고정자와 회전자와 정류자와 브러시를 기본구조로 하여 구성된다.

고정자란 회전자를 기준으로 대칭구조로 형성된 철심으로서 소정방향으로 감겨진 계자권선에 의하여 서로 다른 극성을 가지는 전자석을 말한다.

상기 회전자는 철심과 이 철심에 감겨진 코일로 이루어 지고, 정류자는 상기 회전자의 코일에 브러시를 통하여 전원에서 보내지는 직류를 교류로 바꾸어서 보내는 작용을 한다.

여자서 회전부분 전체를 전기자라고 하며, 직류전동기는 계자권선의 전류(이 전류를 여자전류라고 한다)가 어떤 형태로 보내어지는가에 따라서 타려·분권·복권·직권 등 4종류로 나누어진다. 이것은 각각 성질이 다르며 용도에 따라 선택되어 사용되는데, 계자저항(Rf)의 수치를 가감하여 속도를 조절한다. 타려식에 있어서는 계자저항에 의하지 않고 전기자에 가하는 전압(Vt)를 변화시켜서 속도를 바꿀 수 있다.

이상 설명된 종래의 직류전동기의 경우에는 필수적으로 브러시와 정류자가 있어야 하는데, 아크및 마찰등으로 인하여 손상이 생겨 자주 보수해야 하는 문제점이 있다.

그리하여 상기 단점을 보완하기 위하여 브러시가 없는 전동기에 대한 연구가 활발하다.

그중 하나로 제시되고 있는 수단으로서 영구자석을 이용한 모터가 있다.

그러나 영구자석은 힘이 약하여 큰마력을 가진 직류전동기의 제작이 힘들고 그 구조가 반발형이므로 영구자석에 교대로 반순리극성이 가해지면 자력이 급격히 약해지는 감자효과가 나타나는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해 전자석을 이용한 흡인식 전동기(SRM 방식 전동기))의 경우에는 고정자를 원주방향에 복수배열하고 내부에 철심으로 된 회전자를 위치시켜, 고정자를 감고 있는 계자권선에 순차적인 직류입력을 가함으로써, 회전자를 회전시키고 있다.

그러나 흡인식 전동기의 경우에는 고정자는 항상 일정방향의 자속만을 여자시키므로 회전자가 반회전할 때마다 회전자에 유도되는 자극의 극성이 변경되는 문제점이 있다.

상기 문제점을 예시된 도면으로 설명하면 도1과 같다.

도1는 종래 흡인식 전동기의 단면도로서, 회전자(2)의 회전에 따라 고정자(1)의 극성이 변화되는 모습이 도시된 것이다.

도1에서 보시된 바와 같이, 고정자(1)는 계자권선(3)에 전원이 인가될 때마다 항상 같은 방향의 자속이 유도된다.

상기 회전자(2)는 계자권선(3)의 순차입력에 따라 순차적으로 여자되고, 상기 회전자(2)는 상기 고정자(1)에 의하여 자속이 유도된 상태로 회전되게 된다.

상기 회전자(2)가 180도 회전되면 상기 고정자(1)의 반대극성과 만나면 상기 회전자(2)의 자극은 반대극성으로 전환된다.

여기서 상기 회전자(2)의 극성이 반대극성으로 전환됨에 따라, 상기 회전자(2)에 남아 있던 잔류자속은 회전자(2)의 회전에 기여되지 못하고 열이나 소음으로 변화되어 발산된다.

즉, 종래기술에 의한 흡인식 전동기의 경우에는 회전자의 극성이 회전자의 회전에 따라 변동되어 고정자(1)에 남아있는 잔류자속에 의하여 전동기에 열과 소음이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 고정자를 주고정자와 부고정자를 가진 이중고정자로 형성시키고, 상기 주고정자와 부고정자에 서로 다른 극성의 자속이 유도되게 하며, 회전자가 상기 이중고정자의 자속경로로 이용되게 함으로써, 회전자의 회전에 따라 고정자가 자화되더라도 고정자의 극성이 변화되지 않아 고정자에 남아 있는 잔류자속에 의한 열이나 소음의 발생이 제거되는 직류전동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래기술에 의한 직류전동기의 단면도

도2는 본 발명에 의한 직류전동기의 단면도

도3은 본 발명에 의한 직류전동기의 작용도

도4는 본 발명에 의한 직류전동기의 회로도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20 : 주고정자 20-1 : 부고정자

30 : 회전자 35 : 회전축

40 : 계자권선 50 : 회전결합물

60 : 오프센서 61 : 고속온센서

62 : 저속온센서 81 : 순방향다이오드

82 : 역방향다이오드

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 직류전동기에 있어서, 원주상에 대칭적으로 돌출배치된 주고정자(20)와, 상기 주고정자(20)와 축방향으로 소정이격되어 배치된 부고정자(20-1)로 구성된 이중고정자와, 상기 이중고정자에 여자된 자속의 대칭경로가 형성되는 회전자(30)와, 상기 주고정자(20)가 소정극성을 가지도록 권선되고, 상기 부고정자(20-1)는 상기 주고정자(20)와 반대극성을 가지도록 권선된 계자권선(40)을 포함하여 구성되는 이중고정자구조의 직류전동기를 기술적요지로 한다.

여기서 상기 이중고정자는 상기 주고정자(20)와 동일공간각에 위치되며, 상기 주고정자(20)와 축방향으로 소정이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 이중고정자구조의 직류전동기로 되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 주고정자와 부고정자는 자속이 집중되도록 2중 테이퍼(taper)되는 것이 바람직하다.

또한 상기 계자권선은, 원주상으로 소정간격으로 배치된 위치감지 센서에 의하여 온/오프되는 것이 바람직 하다.

그리고 상기 위치감지 센서는 계자권선을 오프(OFF)시키는 오프센서와; 계자권선을 온(ON)시키는 온센서가 상기 오프센서와 원주상의 일측방향으로 소정간격으로 이격되어 배열된 복수갯수의 온센서열로 구성되어; 상기 온센서열을 이루는 온센서중 하나가 선택적으로 결정됨으로써, 상기 회전자의 회전속도가 결정됨을 특징으로 하는 직류전동기로 되는 것이 좋다.

상기 온센서열은 상기 오프센서에서 소정 이격되어 배열된 첫번째 온센서로서 회전자속도를 고속으로 유지시키는 고속센서와; 상기 오프센서에서 소정이격되어 배열된 두번째 온센서로서 회전자속도를 저속으로 유지시키는 저속센서로 구성되는 것을 고려할만 하다.

바람직하게는 상기 계자권선은, 상기 계자권선의 일측단에 어노드가 연결되고, 상기 온센서의 출력이 게이트단자에 연결된 온 에스씨알(SCR)과; 상기 계자권선의 타측단에 어노드가 연결된 순방향다이오드와; 일측단은 상기 순방향다이오드의 캐소드단자와 연결되고, 타측단은 상기 온 에스씨알(SCR)의 어노드단자와 연결된 캐패시터와; 상기 순방향다이오드의 캐소드단자에 어노드가 연결되고, 상기 오프센서의 출력이 게이트단자에 연결되고, 상기 온 에스씨알(SCR)의 캐소드단자에 캐소드단자가 연결된 오프 에스씨알(SCR)과; 상기 오프 에스씨알(SCR)의 어노드단에 캐소드가 연결되고, 상기 오프 에스씨알(SCR)의 캐소드단에 어노드가 연결된 역방향다이오드와 상기 역방향다이오드의 어노드단과 상기 오프 에스씨알(SCR)의 캐소드단 사이에 연결된 저항을 포함하여 구성된 회로에 의하여 전원이 온/오프되는 것을 고려할 만 하다.

또한 상기 회전자는 자속이 집중되도록 테이퍼(taper)되는 것이 바람직하다.

도2은 본 발명에 따른 이중고정자 전동기의 단면도이다.

도2a는 이중고정자 전동기의 정단면도이고 도2b는 측단면도이다.

도2에서 도시된 바와 같이 본 발명은 주고정자(20)와 부고정자(20-1)로 구성된 이중고정자와 상기 이중고정자를 여자시키는 계자권선(40)과 상기 전동기의 몸체의 소정부분에 결합되고 원주상 배열된 위치감지 센서(60)와 상기 센서(60)를 온,오프시키는 회전결합물과 상기 회전결합물이 회전축(35)에 결합된 회전자(30)로 구성되어 있다.

즉, 상기 이중 고정자는 원주상에 대칭적으로 돌출배치된 주고정자(20)와, 상기 주고정자(20)와 동일공간각에 위치되며, 상기 주고정자(20)와 축방향으로 소정이격되어 배치된 부고정자(20-1)로 형성된다.

여기서 계자권선(40)은 상기 주고정자(20)가 소정극성을 가지도록 권선되고, 상기 부고정자(20-1)는 상기 주고정자(20)와 반대극성을 가지도록 권선된다.

본 발명의 설명에 있어서 고정자는 통상적인 전동기의 고정자처럼 회전자(30)를 기준으로 대칭으로 배치되는 1쌍의 철심을 지칭한다.

즉 상기 이중 고정자 역시 회전자(30)를 기준으로 대칭배치된 1쌍이 1개의 계자권선(40)에 의하여 여자되는 고정자이나, 본 발명에 기술적사상이 이에 한정된다는 의미는 아니다.

상기 주고정자(20)와 부고정자(20-1)에서 발생되는 자속은 상기 회전자(30)를 경로로 하여 폐경로가 형성되는데, 특히 도2b의 상기 회전자(30)가 형성시키는 자속경로를 주목할 만하다.

도2b에서 상기 회전자(30)는 주고정자(20)와 부고정자(20-1)와 함께 대칭적으로 자속의 경로를 형성시키고 있다.

즉, 주고정자(20)와 부고정자(20-1)는 항상 서로 다른 극성의 자속이 제공되고 대칭구조이므로 자속경로도 대칭형성되는 것이다.

상기 주고정자(20)와 부고정자(20-1)는 자속이 집중되도록 2중 테이퍼(taper)되는 것이 바람직하다.

도2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전동기는 계자권선(40)에 순차적으로 전원을 인가시킴으로서 회전하게 된다.

도3은 본 발명의 주고정자(20) 부분만이 도시된 도면으로서, 상기 회전자(30)의 회전위치와 고정자의 자극과의 관계를 설명하는 단면도이다.

도3에서 도시된 바와 같이, 상기 회전자(30)는 회전위치와 무관하게 항상 일정한 방향의 자속이 유도되고 있슴을 알 수 있다.

즉, 상기 주고정자(20)는 계자권선(40)의 순차입력에 대하여 항상 일정한 자속이 여자되어 모든 주고정자(20)의 자속은 같은 극성을 띄기 때문이다.

따라서 상기 회전자(30)는 회전에 따른 자속경로의 변경이 발생되지 않아 회전자(30)의 잔류자속에 의한 노이즈와 열, 소음을 차단시킬 수 있다.

계자권선(40)에 순차적인 전원인가 방법은 회전자(30)의 위치를 감지하는 위치감지센서(60)를 이용한다.

도4는 상기 계자권선(40)의 순차입력이 제어되는 회로도이다.

도4a는 본 발명에 따른 위치감지 센서의 배열도이고, 도4b는 위치감지 센서에 의하여 상기 계자권선(40)에 전원을 인가시키는 스위칭회로도이고 도4c는 SCR에 의하여 제어되는 계자권선(40)이 도시된 회로도이다.

도4a에서 상기 위치감지 센서는 계자권선(40)을 오프(OFF)시키는 오프센서와, 계자권선(40)을 온(ON)시키는 온센서가 상기 오프센서와 원주상의 일측방향으로 소정간격으로 이격되어 배열된 복수갯수의 온센서열로 구성되어 있다.

상기 위치감지 센서로는 광센서를 고려할 만하다.

상기 센서는 상기 도2에서 도시된 바와 같이 회전축(35)에 결합되어 회전자(30)와 함께 회전되는 회전결합물(50)에 의하여 온, 오프되고, 전동기 몸체의 소정부분에 원주상으로 배열되어 배치된다.

상기 계자권선(40)은 상기 온센서열을 이루는 온센서중 하나가 선택적으로 결정됨으로써 전원이 인가되고, 상기 회전자(30)의 회전속도는 선택되는 온센서에 따라 결정된다.

도4a에서는 상기 온센서열은 상기 오프센서에서 소정이격되어 배열된 첫번째 온센서로서 회전자(30)속도를 고속으로 유지시키는 고속센서와, 상기 오프센서에서 소정이격되어 배열된 두번째 온센서로서 회전자속도를 저속으로 유지시키는 저속센서로 구분되는 2개의 온센서로 구성된 모습이 예시적으로 도시되어 있다.

상기 회전결합물(50)은 회전자(30)와 함께 회전되어 상기 온센서를 구동시키므로 회전자(30)와 센서의 상대적인 위치에 따라 회전자(30)의 속도가 조정되게 된다.

도4b는 상기 계자권선(40)을 구동시키는 스위칭회로도이다.

도4b에서 도시된 바와 같이 상시 스위칭회로도는 상기 계자권선(40)의 일측단에 어노드가 연결되고 상기 온센서의 출력이 게이트단자에 연결된 온 에스씨알(SCR)(83)과, 상기 계자권선(40)의 타측단에 어노드가 연결된 순방향다이오드(81)와 일측단은 상기 순방향다이오드(81)의 캐소드단자와 연결되고, 타측단은 상기 온 에스씨알(SCR)(83)의 어노드단자와 연결된 캐패시터와, 상기 순방향다이오드(81)의 캐소드단자에 어노드가 연결되고 상기 오프센서(60)의 출력이 게이트단자에 연결되고 상기 온 에스씨알(SCR)(83)의 캐소드단자에 캐소드단자가 연결된 오프 에스씨알(SCR)(84)과, 상기 오프 에스씨알(SCR)(84)의 어노드단에 캐소드가 연결되고 상기 오프 에스씨알(SCR)(84)의 캐소드단에 어노드가 연결된 역방향다이오드(85)를 포함하여 구성된다.

여자서 온센서의 출력이 온 에스씨알(SCR)(83)을 턴 온(TUNE ON)시키면 초기에는 순방향다이오드(81)를 통하여 상기 스위칭캐패시터가 순방향 충전되고, 상기 스위칭캐패시터의 충전이 완료되면 계자권선(40)으로 전류가 흘러 이중고정자를 여자시킨다.

회전자(30)가 회전하여 오프센서(60)의 출력이 생기면 오프 에스씨알(SCR)(84)이 턴 온(TUNE ON)된다.

이때 상기 스위칭캐패시터는 온 에스씨알(SCR)(83)을 역 바이어스시켜 온 에스씨알(SCR)(83)을 턴 오프(TUNE OFF) 시킨다.

온 에스씨알(SCR)(83)이 턴 오프(TUNE OFF)되면 전류는 계자권선(40)과 스위칭캐패시터를 통하여 흐르면서 스위칭캐패시터를 역방향 충전시킨다.

상기 스위칭캐패시터가 역방향 충전되면 전류는 상기 순방향캐패시터를 통하여 흐르게 되고 계자권선(40)에는 전류가 흐르지 않으므로 이중고정자의 여자를 중단시킨다.

다시 상기 온 에스씨알(SCR)(83)이 온 센서에 의하여 턴 온 (TUNE ON)되면, 상기 스위칭캐패시터에 의하여 상기 오프 에스씨알(SCR)(84)이 역 바이어스되어 턴 오프(TUNE OFF)되고, 상기 스위칭캐패시터는 순방향 충전되며, 상기 스위칭캐패시터의 충전이 완료되면 계자권선(40)으로 전류가 흘러 이중고정자를 여자시킨다.

도4c는 상기 회로도가 각각 계자권선(40)을 순차제어시키는 것이 도시된 회로도이다.

이에 의해 계자권선(40)은 회전자(30)의 회전에 의하여 순차인가입력이 제공되고, 센서의 위치를 선택적으로 선택함으로써 회전자(30)의 회전속도가 제어되는 전동기가 구성된다.

이상 설명한 본 발명을 요약하면, 고정자를 주고정자(20)와 부고정자(20-1)로 분리 형성시켜, 상기 주고정자(20)와 부고정자(20-1)는 서로 다른 자속이 발생되도록 계자권선(40)을 권선시키고, 주고정자(20)나 부고정자(20-1)의 자속극성 변화는 발생되지 않도록 하는 이중고정자 전동기를 요지로 하는 것이다.

여기서 각 고정자에 권선된 계자권선(40)은 회전자(30)의 위치에 의하여 제어되고 회전자(30)는 센서의 위치에 따라 속도제어가 되는 것이다.

이상 설명한 본 발명에 따르면, 회전자(30)의 회전시에 고정자의 극성변화가 생기지 않아서 고정자의 잔류자속에 의한 발열이나 소음이 없어지는 이점이 있다.

또한 센서의 선택에 따라 간편한 속도제어가 이루어지는 이점이 있다.

Claims

직류전동기에 있어서,

원주상에 대칭적으로 돌출배치된 주고정자(20)와, 상기 주고정자(20)와 축방향으로 소정이격되어 배치된 부고정자(20-1)로 구성된 이중고정자와;

상기 이중고정자에 여자된 자속의 대칭경로가 형성되는 회전자(30)와;

상기 주고정자(20)가 소정극성을 가지도록 권선되고, 상기 부고정자(20-1)는 상기 주고정자(20)와 반대극성을 가지도록 권선된 계자권선(40)을 포함하여 구성되는 이중고정자구조의 직류전동기.
제1항에 있어서 상기 이중고정자는

상기 주고정자(20)와 동일공간각에 위치되며, 상기 주고정자(20)와 축방향으로 소정이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 이중고정자구조의 직류전동기.
제1항에 있어서 상기 이중고정자는

자속이 집중되도록 2중 테이퍼(taper)됨을 특징으로 하는 이중고정자구조의 직류전동기.
제1항에 있어서 상기 계자권선(40)은,

원주상으로 소정간격으로 배치된 위치감지 센서에 의하여 온, 오프되는 것을 특징으로 하는 이중고정자구조의 직류전동기.
제4항에 있어서 상기 위치감지 센서는

계자권선(40)을 오프(OFF)시키는 오프센서(60)와;

계자권선(40)을 온(ON)시키는 온센서가 상기 오프센서(60)와 원주상의 일측방향으로 소정간격으로 이격되어 배열된 복수갯수의 온센서열로 구성되어;

상기 온센서열을 이루는 온센서중 하나가 선택적으로 결정됨으로써, 상기 회전자(30)의 회전속도가 결정됨을 특징으로 하는 이중고정자구조의 직류전동기.
제5항에 있어서 상기 온센서열은

상기 오프센서(60)에서 소정이격되어 배열된 첫번째 온센서로서 회전자속도를 고속으로 유지시키는 고속센서와;

상기 오프센서(60)에서 소정이격되어 배열된 두번째 온센서로서 회전자속도를 저속으로 유지시키는 저속센서로 구성됨을 특징으로 하는 이중고정자구조의 직류전동기.
제4항 또는 제5항 또는 제6항에 있어서 상기 계자권선(40)은,

상기 계자권선(40)의 일측단에 어노드가 연결되고, 상기 온센서의 출력이 게이트단자에 연결된 온 에스씨알(SCR)(83)과;

상기 계자권선(40)의 타측단에 어노드가 연결된 순방향다이오드(81)와;

일측단은 상기 순방향다이오드(81)의 캐소드단자와 연결되고, 타측단은 상기 온 에스씨알(SCR)(83)의 어노드단자와 연결된 캐패시터와;

상기 순방향다이오드(81)의 캐소드단자에 어노드가 연결되고, 상기 오프센서(60)의 출력이 게이트단자에 연결되고, 상기 온 에스씨알(SCR)(83)의 캐소드단자에 캐소드단자가 연결된 오프 에스씨알(SCR)(84)과;

상기 오프 에스씨알(SCR)(84)의 어노드단에 캐소드가 연결되고, 상기 오프 에스씨알(SCR)(84)의 캐소드단에 어노드가 연결된 역방향다이오드(85)를 포함하여 구성된 회로에 의하여 전원이 온/오프됨을 특징으로 하는 이중고정자구조의 직류전동기.
제1항에 있어서 상기 회전자(30)는

자속이 집중되도록 2중 테이퍼(taper)됨을 특징으로 하는 이중고정자구조의 직류전동기.