KR20020046087A - 스위치드 릴럭턴스 모터 - Google Patents

Abstract

권선작업을 용이하게 하고 효율, 토크 및 진동/소음 감소성능을 향상시킬 수 있도록 한 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로, 극 부분이 돌출되고 각 극의 사이마다 함몰된 구조를 갖는 고정자와, 회전자와, 고정자의 각 극마다 권선된 상권선과, 고정자의 각 극마다 권선되고 서로 연결된 보조권선을 포함하여 구성되어 고정자의 함몰구조가 대칭구조를 가지므로 모터 효율, 토오크가 감소되고 진동/소음이 증가하는 것을 방지할 수 있고, 앤드 턴이 짧아져 모터 효율저하를 방지할 수 있으며, 보조권선과 상권선의 권선형태가 동일하므로 권선작업이 용이해져 제작효율을 향상시킬 수 있다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터{SWITCHED RELUCTANCE MOTOR}

본 발명은 모터에 관한 것으로서, 특히 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor: SRM)에 관한 것이다.

일반적으로 SRM은 단상, 2상, 3상 등으로 구분할 수 있고, 고정자와 회전자 그리고 상(相)을 이루기 위한 상권선으로만 구성된 고정자계 구조에, 상기 SRM을 구동하기 위한 구동회로, 회전자의 위치를 검출하기 위한 회전자 위치센서 및 회전자 위치센서의 출력에 따라 상기 구동회로를 제어하기 위한 제어부로 구성되었다.

이와 같은 고정자계 구조에 직류형태의 전압을 구형파 펄스로 순시인가하고 소호시키는 방식으로 SRM을 구동하였는데, 고정자계 구조로 인한 순시 전자력의 변화로 진동과 소음이 증가하는 문제점이 발생되었다. 이와 같이 고정자계 구조의 순시 전자력의 변화를 흡수하여 다음에 턴온되는 고정자 상권선에 에너지를 전달함으로서 상술한 문제점을 해결하기 위해 상권선 이외에 보조권선을 추가하는 SRM이 구성되었다.

이와 같이, 보조권선이 추가된 SRM은 도 1과 같이, SRM(11)을 구동하기 위해 IGBT(Insulating Gate Bipolar Transistor) 등의 스위칭 소자로 이루어진 구동회로(12)와, SRM 회전자의 위치를 검출하기 위한 회전자 위치센서(13) 및 회전자 위치센서(14)의 출력에 따라 상기 구동회로(12)를 제어하기 위한 제어부(14)가 연계 구성된다.

이때 도 1은 SRM의 3상중 1상의 경우에 대한 구동회로만 도시되어 있다.

그리고 보조권선이 추가된 SRM의 권선형태는 도 2에 도시된 바와 같이, 상권선(23)이 고정자(21)의 6극 각각에 집중(集中)권 형태로 감기고 보조권선(24)이 고정자(21)의 6극중 양 3극에 걸쳐 감기는 권선형태를 나타낸다. 따라서 상권선(23)과 보조권선(24)이 함께 감기는 계철은 다른 계철에 비해 권선량이 많으므로 다른 계철에 비해 함몰된 비대칭적인 구조를 갖게된다.

종래의 기술에 따른 SRM은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 상권선과 보조권선의 권선방식이 다르므로 권선작업이 어렵다.

둘째, 보조권선에 의해 계철이 비대칭적인 구조를 가지므로 자계의 취약부위가 발생하여 모터의 효율, 토크 및 진동/소음 감소성능을 저하시킨다.

셋째, 상권선에 비해 보조권선의 앤드 턴(End-Turn)이 길어져 권선저항이 증가하므로 모터의 효율을 저하시킨다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 권선작업을 용이하게 하고 효율, 토크 및 진동/소음 감소성능을 향상시킬 수 있도록 한 SRM을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 SRM 구동회로의 구성을 나타낸 도면

도 2는 도 1의 SRM의 권선형태를 설명하기 위한 도면

도 3은 본 발명에 따른 SRM의 권선형태를 설명하기 위한 도면

도 4는 본 발명에 따른 SRM의 인덕턴스 및 토오크 특성을 나타낸 그래프

도 5는 본 발명에 따른 SRM의 보조권선 유기전압을 나타낸 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31: 고정자 32: 회전자

33: 상권선 34: 보조권선

본 발명에 따른 SRM은 극 부분이 돌출되고 각 극의 사이마다 함몰된 구조를 갖는 고정자와, 회전자와, 고정자의 각 극마다 권선된 상권선과, 고정자의 각 극마다 권선되고 서로 연결된 보조권선을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 SRM의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 SRM의 권선형태를 설명하기 위한 도면, 도 4는 본 발명에 따른 SRM의 인덕턴스 및 토오크 특성을 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 SRM의 보조권선 유기전압을 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 SRM은 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 상권선(33)은 고정자(31)의 6극 각각에 감긴 집중권 형태를 유지한다. 반면에 보조권선(34)은 종래기술과 달리 상권선(33)과 동일한 형태로 고정자(31)의 6극 각각에 대해 집중권형태로 감기는데, 각 보조권선(34)들이 직렬연결된 점이 상권선(33)과 다르다.

이와 같이, 본 발명에 따른 SRM은 기존 이상의 보조권선 역할을 수행함과 동시에, 보조권선(34)이 고정자(31)의 6극에 대해 집중권 형태로 감기므로 모든 계철이 대칭되고 동일한 단면적을 갖고, 앤드 턴이 상권선(33)과 동일한 수준으로 짧아져 기존 보조권선의 구조적 문제를 해결할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 SRM의 인덕턴스 및 토오크 특성을 도시한 것으로, 상권선(33)의 인덕턴스가 위상에 따라 La, Lb, Lc 와 같이 변동하고, 보조권선(34) 자체의 인덕턴스가 Lf와 같이 변동하는 특성을 나타낸다.

이때 상권선(33)의 전압과 전류 변화에 따라 보조권선(34)에 유기되는 전압은 도 5와 같다.

이와 같이, 상권선(33)의 인덕턴스 변화의 영향을 받은 보조권선(34)의 인덕턴스는 Maf, Mbf, Mcf와 같이 변동하게 되고, 상권선(33)과 보조권선(34)의 연계동작에 따라 보조권선(34)의 전류(If)는 위상의 변화에 상관없이 일정하고 전체 토오크(T) 역시 일정하여 기존과 동일한 보조권선(34)의 역할을 수행함을 알 수 있다.

이때 토오크(T)는 상권선(33) 및 보조권선(34)의 전류와 인덕턴스 변화에 의해 발생한다.

결국, 본 발명에 따른 SRM은 보조권선의 권선형태 및 계철의 구조를 변경하여 기존의 문제점을 해결함과 동시에 기존과 동일하거나 그 이상의 보조권선 역할 즉, SRM의 진동/소음 감소를 기대할 수 있다.

본 발명에 따른 SRM은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 고정자의 전체 계철에 대해 상권선과 보조권선이 균일하게 권선되므로 전체 계철들이 대칭구조를 가져 모터 효율, 토오크가 감소되고 진동/소음이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 보조권선이 고정자의 각 극에 대해 집중 권선되므로 앤드 턴이 짧아져 권선저항이 감소하고 그에 따라 모터 효율저하를 방지할 수 있다.

셋째, 보조권선과 상권선의 권선형태가 동일하므로 권선작업이 용이해져 제작효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 극 부분이 돌출되고 각 극의 사이마다 함몰된 구조를 갖는 고정자,

   회전자,

   상기 고정자의 각 극마다 권선된 상권선,

   상기 고정자의 각 극마다 권선되고 서로 연결된 보조권선을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 각 극마다 권선된 보조권선은 동일한 턴수를 갖는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 고정자의 함몰된 구조들은 서로 마주보는 방향에 대해 동일한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 고정자의 함몰된 구조들은 전부 동일한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.