KR200317098Y1 - 일체형 모터-발전기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 코일이 권선되는 고정자의 인접 슬롯 간에 유도 인덕턴스가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 슬롯 중앙에 긴 홈을 형성하고, 그 슬롯에 권선되는 코일을 모터용과 발전기용으로 구분하여 권선함으로써 모터와 발전기의 기능을 겸하는 일체형 모터-발전기를 구성하는 것에 관한 것이다.

본 고안의 일체형 모터-발전기는 등 간격으로 설치된 복수의 슬롯(20)에 코일이 권선되는 고정자(3)와, 상기 고정자의 선택되는 슬롯에 자속이 집중되도록 소정의 필요한 극 수로 구성되는 회전자(4)와, 상기 선택되는 코일의 권선부에 흐르는 전류방향을 결정하도록 하는 전원스위칭부(2)를 포함하도록 일체형 모터-발전기를 구성한다. 특히, 상기 고정자(3)는 슬롯(20)에 복수의 상을 갖는 모터용 코일과 발전기용 코일이 교대로 권선되도록 하고 상기 각각의 슬롯(20) 사이에는 인접하는 슬롯을 서로 분리하는 장형의 홈(21)이 형성되도록 한다. 또, 상기 전원스위칭부(2)는 상기 모터용 코일에 한하여 전류방향을 결정하도록 회로가 구성된다.

Description

일체형 모터-발전기{Integral motor - generator}

본 고안은 일체형 모터-발전기의 구성에 관한 것으로서, 더 상세히는 코일이 권선되는 고정자의 인접 슬롯 간에 유도 인덕턴스가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 슬롯 중앙에 긴 홈을 형성하고, 그 슬롯에 권선되는 코일을 모터용과 발전기용으로 구분하여 권선함으로써 모터와 발전기의 기능을 겸하는 일체형 모터-발전기를 제공하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 한국 특허공개번호 1989-13292호 및 한국 특허공개번호 1999-13313호에 도시된 바와 같이 무정류자 직류형 모터로 구성할 수 있다.

상기 종래의 모터에 대한 기술구성은 도 1내지 도 3을 참고하여 설명한다.

도 1은 종래의 모터 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 종래의 모터의 고정자의 결선도이고, 도 3은 도 1의 전원스위칭부와 극성검출엔코더 및 엔코더제어로직의 구조를 나타내는 회로도이다.

상기 도시된 모터는 전원공급부(1), 전원스위칭부(2), 고정자와 회전자로 구성된 모터(18), 극성검출엔코더(5), 펄스폭변조제어로직(6), 입력버퍼로직(7), 정류로직(8) 및 엔코더제어로직(9)으로 구성된다.

상기 극성검출엔코더(5)는 회전자의 위치를 감지하여 신호를 발생시키면 정류로직(8)이 전원스위칭부(2)의 트랜지스터(Q1∼Q12)를 작동시켜 회전자에 교번전류를 흐르게 하여 모터가 구동되도록 한다.

고정자의 3상(A,B,C상)은 각 상별로 독립하여 구성되는 것이 특징이나, 한 개의 직류 전원부에 각 상의 구동시스템을 병렬로 연결하여 각 상의 코일에는 교번전류를 흐르게 함으로써 모터를 원활하게 구동하도록 한다.

또, 모터의 회전자는 2극,4극,6극 ...n극 으로 구성할 수 있고, 고정자는 2상,3상,4상 ...n상으로 구성할 수 있다.

상기 전원스위칭부(2)는 각 상의 코일 양단에 트랜지스터 Q1∼Q12를 연결하여 A상에 4개의 트랜지스터(Q1∼Q4)로 구성하고, A상의 코일의 양단의 트랜지스터 2개를 1개의 포토트랜지스터(PA1, PA2)에 각각 연결하여 전류방향 결정을 포토트랜지스터의 작동에 따라 행하도록 한다.

동일한 방법으로 B상에 4개의 트랜지스터(Q5∼Q8)로 구성하고, 코일의 양단의 트랜지스터 2개를 1개의 포토트랜지스터(PB1,PB2)에 연결하고, C상에 4개의 트랜지스터(Q9∼Q12)로 구성하고, 코일의 양단의 트랜지스터 2개를 1개의 포토트랜지스터(PC1,PC2)에 연결하여 그 포토트랜지스터의 작동에 따라 코일에 흐르는 전류방향이 결정되도록 구성한다.

예를 들어 포토트랜지스터 PA1이 극성검출판(10)의 감지구간에 있으면 신호를 발생시켜 트랜지스터 Q1,Q4가 작동하여 전류는 트랜지스터 Q1방향에서 Q4방향으로 흐르게 된다.

이 경우에 포트트랜지스터 PA2는 극성검출판의 작동할 수 없는 위치에 있게 된다.

위치가 바뀌어 포토트랜지스터 PA2가 극성검출판(10)의 감지구간에 있게되면 포토트랜지스터(Q2,Q3)가 작동하여 전류방향은 반대가 되어 트랜지스터 Q2에서 Q3로 흐르게 되고, 역시 포토트랜지스터 PA1은 작동할 수 없는 위치에 있도록 설정된다.

상기와 같이 구성되는 종래 모터의 고정자 및 회전자 구조에서는 그 고정자에 발전기용 코일을 별도로 권선하여 발전기 겸용 모터를 구성하더라도 고정자의 코일이 권선되는 슬롯 간에 유도 인덕턴스가 발생하여 모터에 토오크 리플, 부 토오크 등의 문제점이 발생할 뿐만 아니라 발전기의 성능이 현저히 떨어져 일체형 모터-발전기를 구성하는데 한계가 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하여 모터의 성능을 개선하고, 발전기 기능을 겸한 모터를 구성하는 것을 목적으로 한다.

본 고안은 성능이 개선된 일체형 모터-발전기를 구성하기 위하여 코일이 권선되는 고정자의 슬롯과 슬롯 사이에 그 슬롯 사이를 분할하는 장형의 홈을 형성한다. 상기 장형의 홈이 사이사이에 형성된 슬롯에는 모터용 코일과 발전기용 코일이 교대로 권선되도록 한다.

상기와 같이 고정자의 슬롯 사이를 분할하는 장형의 홈을 형성하여 줌으로써 발전기용 슬롯과 모터용 슬롯 사이에서 그 슬롯에 형성된 자장간에 서로 간섭을일으키지 않도록 하고, 결국 하나의 고정자에 모터용 코일과 발전기용 코일을 교대로 권선하여 구성하더라도 충분한 성능과 기능을 갖는 일체형 모터-발전기를 구성할 수 있다.

도 1은 종래의 모터의 구조를 설명하기 위한 도면이고,

도 2는 종래의 모터의 고정자의 결선도 예이고,

도 3은 도 1의 전원스위칭부와 극성검출엔코더 및 엔코더제어로직의 구조를 나타내는 회로도의 예 이고,

도 4는 본 고안의 일체형 모터-발전기의 구조를 설명하기 위한 도면이고,

도 5는 본 고안의 일체형 모터-발전기의 고정자의 결선도를 나타내는 도면이고,

도 6은 본 고안의 일체형 모터-발전기의 고정자의 구조를 나타내는 도면이고,

도 7은 본 고안의 일체형 모터-발전기의 모터 전원스위칭부와 발전기부의 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 전원공급부 2 : 전원스위칭부

3 : 고정자 4 : 회전자

5 : 극성검출엔코더 6 : 펄스폭변조제어로직

7 : 입력버퍼로직 8 : 정류로직

9 : 엔코더제어 로직 10 : 극성검출판

11 : 영구자석 13 : 연철판

18 : 모터 19 : 모터-발전기

상기 목적 달성을 위하여 본 발명은 등간격으로 설치된 복수의 슬롯에 코일이 권선되는 고정자(3)와, 상기 고정자의 선택되는 슬롯에 자속이 집중되도록 소정의 필요한 극수로 구성되는 회전자(4)와, 상기 선택되는 코일의 권선부에 흐르는 전류방향을 결정하도록 하는 전원스위칭부(2)를 포함하는 일체형 모터-발전기에 있어서,

상기 고정자(3)는 슬롯(20)에 복수의 상을 갖는 모터용 코일과 발전기용 코일이 교대로 권선되어지되 상기 각각의 슬롯 사이에는 인접하는 슬롯을 서로 분리하는 장형의 홈(21)이 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 전원스위칭부(2)는 상기 모터용 코일에 한하여 전류방향을 결정하도록 회로가 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 4내지 도 7을 참고하여 본 발명의 일체형 모터-발전기의 기술적 구성 및 작용 효과를 상세히 설명한다.

본 고안의 일체형 모터-발전기는 전원공급부(1), 전원스위칭부(2)를 구비하고, 고정자(3)와, 회전자(4)로 구성된 모터-발전기(19), 극성검출엔코더(5), 펄스폭변조제어로직(6), 입력버퍼로직(7), 정류로직(8) 및 엔코더제어로직(9) 등을 구비한다.

극성검출엔코더(5)는 회전자의 위치를 감지하여 신호를 발생시키면 정류로직이 전원스위칭부의 스위칭소자(트랜지스터)를 작동시켜 회전자에 교번전류를 흐르게 한다.

상기 전원스위칭부는 모터의 A상에 4개의 트랜지스터(Q1∼Q4)를 구성하고, 모터의 A상의 코일의 양단의 트랜지스터 2개를 1개의 포토인터럽트(포토트랜지스터:PA1, PA2)에 각각 연결하여 전류방향 결정을 포토트랜지스터의 작동에 따라 행하도록 한다.

또, 모터의 B상에 4개의 트랜지스터(Q5∼Q8)로 구성하고, 코일의 양단의 트랜지스터 2개를 1개의 포토트랜지스터(PB1, PB2)에 연결하고, C상에 4개의 트랜지스터(Q9∼Q12)로 구성하고, 코일의 양단의 트랜지스터 2개를 1개의 포토트랜지스터(PC1, PC2)에 연결하여 그 포토트랜지스터의 작동에 따라 각상의 코일에 흐르는 전류방향이 결정되도록 구성한다.

상기 각각의 포토트랜지스터는 극성검출판(10)에 배치되어 감지구간을 통과할 때만 작동하도록 구성된다.

따라서, 소정의 상의 수 소정의 극의 수로 구성되는 전동기를 몇 개의 상이 항상 여자되게 구성할 것인가는 극성검출판의 각 포토트랜지스터의 감지영역의 간격을 적절히 조절함으로 가능하게 된다.

한편, 본 고안의 일체형 모터-발전기의 고정자(3)에는 상기 모터의 상 A,B,C와 교대로 발전기의 상 코일 G,H,I가 구성된다. 상기 발전기의 상 코일 G,H,I는 각각 정류용 브리지 다이오드(31,32,33) 회로와 연결하여 그 발전기의 상 코일을 통하여 나오는 출력전압을 정류할 수 있도록 구성한다.

특히, 본 고안의 고정자(3)에는 도 5의 구조와 같이 모터용 코일(A,B,C)과 발전기용 코일(G,H,I)이 교대로 권선되는 복수개의 슬롯(20)이 구성된다. 상기 슬롯과 슬롯 사이에는 그 슬롯과 슬롯 사이를 각각 차단하는 장형의 홈(21)이 구성된다.

상기 홈은 슬롯과 슬롯 사이를 따라 소정 폭으로 평행하게 절개되는 구조로 형성하거나, 슬롯과 슬롯 사이를 소정 형상으로 일부분만을 제거하여 구성하여도 본 고안이 의도하는 효과를 얻을 수 있다.

상기 홈(21)과 슬롯(20)이 형성된 고정자(3)의 내면에는 규소강판, 철 니켈, 코발트 등 강자성체로 된 연철판(13)에 고정된 영구자석(11)을 갖는 회전자(4)가 매입형으로 끼워지고, 그 회전자는 고정자의 중심축을 따라 회전할 수 있도록 구성된다.

본 고안은 상기 실시예 및 도면의 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 구조의 변경이 가능하다.

본 고안은 상기와 같이 고정자의 슬롯과 슬롯 사이에 장형의 홈을 구성함으로써, 슬롯에 회전자를 회전시키는 모터용 코일과 그 회전자의 회전에 의하여 얻어지는 자장을 유도하여 발전기용으로 이용할 수 있는 발전기용 코일을 동시에 고정자에 권선할 수 있다.

상기 슬롯 사이에 형성되는 홈은 발전기용 코일에서 모터 코일의 자력을 빼앗아 가는 것을 방지하고, 슬롯간에 유도리액턴스가 작용하는 것을 방지하도록 작용함으로써 성능이 개선된 일체형 모터 발전기를 제공하는 효과를 얻을 수 있다.

또, 모터의 회전속도 제어로 발전 전압의 무단 조절이 용이하여 풍력 발전이나 태양열 발전과 같이 고전압을 얻기 어려운 곳이나 전압 조정이 무단으로 필요한 분야에 본 발명의 일체형 모터-발전기를 효과적으로 적용할 수 있다.

Claims (2)

1. 등 간격으로 설치된 복수의 슬롯에 코일이 권선되는 고정자(3)와, 상기 고정자의 선택되는 슬롯에 자속이 집중되도록 소정의 필요한 극 수로 구성되는 회전자(4)와, 상기 선택되는 코일의 권선부에 흐르는 전류방향을 결정하도록 하는 전원스위칭부(2)를 포함하는 일체형 모터-발전기에 있어서,

   상기 고정자(3)는 슬롯(20)에 복수의 상을 갖는 모터용 코일(A,B,C)과 발전기용 코일(G,H,I)이 교대로 권선되어지되 상기 각각의 슬롯 사이에는 인접하는 슬롯을 서로 분리하는 장형의 홈(21)이 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 모터-발전기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전원스위칭부(2)는 상기 모터용 코일에 한하여 전류방향을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 모터-발전기.