KR20040017723A - Single Phase Motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 단상 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로서, 특히 모터 회전자가 불안정 평형 위치에서 제동되어 구동 대기시 상기 회전자가 역방향 회전되지 않도록 상기 회전자의 위치를 인위적으로 정렬하는 단계가 불필요한 단상 스위치드릴럭턴스 모터에 관한 것이다.The present invention relates to a single phase switched reluctance motor, in particular a single phase switch reluctance which eliminates the step of artificially aligning the position of the rotor such that the motor rotor is braked in an unstable equilibrium position so that the rotor does not rotate in reverse when waiting for driving. It's about a motor.
이하, 종래 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성 및 동작에 관해 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the single-phase switched reluctance motor of the related art will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.
도 1 은 일반적인 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로도이고, 도 2 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 제동을 위한 회전자의 구조 단면도이다.FIG. 1 is a driving circuit diagram of a typical single phase switched reluctance motor, and FIG. 2 is a structural cross-sectional view of a rotor for braking a conventional single phase switched reluctance motor.
단상 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor, SRM)는 구동부(미도시)와, 상기 구동부로부터 전류를 공급받는 계자 코일(W1내지 W3)이 권선된 고정자(Stator,20)와, 상기 고정자(20)의 내측에서 상기 계자 코일에 전류가 흐르면 상기 고정자(20)와의 사이에서 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 회전되는 회전자(Rotor,10)로 구성된다.A single phase switched reluctance motor (SRM) includes a driver (not shown), a stator (20) wound around field coils (W1 to W3) receiving current from the driver, and the stator (20). It consists of a rotor (Rotor, 10) is rotated by the reluctance torque generated between the stator 20 when the current flows in the field coil in the inner side of.
상기 고정자(20)는 상하가 개방된 원통형으로 형성된 요크와, 상기 요크의 내벽에서 원 중앙에 위치하는 상기 회전자(10)를 향해 일정 간격을 두고 돌출 형성된 다수개의 돌극과, 상기 돌극에 권선된 계자 코일(W1내지 W3)로 구성된다.The stator 20 includes a yoke formed in a cylindrical shape having an upper and lower sides open, a plurality of protrusions protruding at regular intervals from the inner wall of the yoke to the rotor 10 located at the center of the yoke, and wound on the protrusions. It consists of field coils W1 to W3.
상기 회전자(10)는 원주의 외측으로 일정 간격을 두고 6개의 돌극이 돌출 형성된 코어가 적층되어 회전자 코어(18)가 형성되며, 상기 회전자(10)의 중앙에는 모터의 구동력을 전달하는 회전축(17)이 상기 회전자(10)와 함께 회전 구동된다. 상기 회전자(10)의 하부지지 및 회전을 위해 상부와 하부에 베어링(19)이 있으며, 상기 회전자의 코어(18)는 상하 베어링(19) 사이에 위치한다.The rotor 10 has a plurality of cores protruding from the circumference of the circumferentially spaced six protrusions are formed to form a rotor core 18, the center of the rotor 10 to transmit the driving force of the motor The rotary shaft 17 is driven to rotate together with the rotor 10. Bearings 19 are provided at the top and bottom of the rotor 10 for supporting and rotating the bottom of the rotor 10, and the core 18 of the rotor is located between the upper and lower bearings 19.
상기 구동부는 상기 회전자(10)의 위치나 속도를 감지하는 다수개의 광센서또는 홀센서 등의 센서수단(30)로부터 감지 신호를 전달받아 순차적으로 마주보는 한 쌍의 계자 코일과 연결된 스위치를 온/오프하는 구동 펄스를 생성함에 따라 전류가 도통되게 한다.The driving unit receives a detection signal from a plurality of optical means or a sensor means 30, such as a Hall sensor for detecting the position or speed of the rotor 10 to turn on the switch connected to a pair of field coils facing each other sequentially The current is conducted as it generates a drive pulse that turns on / off.
단상 스위치드 릴럭턴스 모터는 2개의 스위치 (SW1, SW2)를 가지는데, 상기 스위치는 온/오프가 동시에 이루어져서, 상기 스위치는 마주보는 두 개의 돌극을 연결하는 동시에 상기 돌극 둘레를 감싸는 계자 코일(W1내지 W3)과 연결되어 상기 구동부에서 인가한 전류가 상기 계자 코일에 흐르도록 한다.Single-phase switched reluctance motor has two switches (SW1, SW2), the switch is turned on / off at the same time, the switch connects two opposite poles at the same time the field coil (W1 to wrap around the poles) W3) is connected so that the current applied from the driver flows to the field coil.
상기 계자 코일에 전류가 흐르면 상기 고정자(20)와 회전자(10) 사이에 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)가 발생되어 자기저항이 최소가 되는 방향으로 회전 구동된다.When a current flows in the field coil, a reluctance torque is generated between the stator 20 and the rotor 10 to be rotated and driven in a direction in which the magnetic resistance is minimized.
또한 상기 스위치드 릴럭턴스 모터는 제어하고자 하는 방향(정방향)으로 회전 구동될 수 있도록 특정 위치에서 상기 회전자(10)가 구동 대기하도록 자력을 이용하는데, 상기 자력을 유발하는 두 개의 자석은 상기 회전자(10)의 둘레면에 링형으로 형성된 링 마그넷(15)과, 상기 링 마그넷과 평행하는 위치에 고정되어 상기 링 마그넷(15)과 상호 자력이 형성되는 파킹 마그넷(16)으로 구성되어, 상기 회전자(10)가 제동될 때 상기 두 마그넷에 작용하는 상호 인력에 의해 상기 회전자(10)가 특정 위치에 고정되도록 하는데, 이를 도 2 및 도 3 에 도시하였다.In addition, the switched reluctance motor uses a magnetic force to wait for the rotor 10 to be driven at a specific position so that the rotational drive in the direction (forward direction) to be controlled, the two magnets that cause the magnetic force is the rotor A ring magnet 15 formed in a ring shape on a circumferential surface of the ring 10 and a parking magnet 16 fixed to a position parallel to the ring magnet to form a mutual magnetic force with the ring magnet 15. When the electron 10 is braked, the rotor 10 is fixed to a specific position by mutual attraction forces acting on the two magnets, which are illustrated in FIGS. 2 and 3.
도 3 은 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 링 마그넷 및 파킹 마그넷의 구성도인데, 도시된 바와 같이 N극 및 S극의 개수는 각각 돌극수(6개)와 같다. 또한 파킹 마그넷은 상기 링 마그넷의 극과 너비가 동일한 단일개의 N극 및 S극이 상기 링 마그넷과 대향하여 위치한다.3 is a configuration diagram of a ring magnet and a parking magnet of a conventional single-phase switched reluctance motor, as shown in the number of N poles and S poles is equal to the number of protrusion poles (6), respectively. In addition, the parking magnet has a single N-pole and S-pole having the same width as that of the ring magnet and are located opposite the ring magnet.
회전자의 돌극 당 회전주기는 360도/6개와 같고, 상기 N극의 자성 변화에 따른 회전 주기 역시 360도/6과 같다. 따라서 상기 회전자 및 고정자의 각 돌극간 형성되는 인덕턴스(자기유도) 파형의 주기는 60도이다. 이를 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 센서수단에서 생성된 펄스 파형 및 인덕턴스 프로파일을 도 4 에 도시하였다.The rotation period per rotor pole of the rotor is equal to 360 degrees / 6, and the rotation period according to the magnetic change of the N pole is also equal to 360 degrees / 6. Therefore, the period of the inductance (magnetic induction) waveform formed between each salient pole of the rotor and stator is 60 degrees. 4 illustrates a pulse waveform and an inductance profile generated by the sensor means of the conventional single phase switched reluctance motor.
상기 센서수단은 제 1 센서 및 제 2 센서로 구성되는데, 상기 링 마그넷의 자기력선의 변화를 감지하여 펄스 신호를 생성한다. 상기 제 1 센서 및 제 2 센서로부터 각각 생성된 펄스 신호를 제 1 펄스 신호 및 제 2 펄스 신호라 하고, 각각의 신호는 감지 위치에 따른 시간차가 존재하며, 신호의 주기는 60도이다.The sensor means includes a first sensor and a second sensor, and detects a change in the magnetic force line of the ring magnet to generate a pulse signal. Pulse signals generated from the first sensor and the second sensor, respectively, are referred to as a first pulse signal and a second pulse signal, and each signal has a time difference according to a sensing position, and the period of the signal is 60 degrees.
상기 구동부는 상기 센서수단으로부터 출력된 상기 제 1 센서의 상승 신호, 상기 제 2 센서의 상승 신호, 상기 제 1 센서의 하강 신호의 논리적 공통 구간에서 구동 펄스를 상기 고정자에 인가하여 모터의 회전을 유도하는데, 상기 공통구간을 도 4의 인덕턴스 프로파일 상에 볼드선 처리하였으며 이는 인덕턴스 파형의 기울기가 양인 구간으로써, 상기 회전자가 정방향 회전할 수 있도록 유도하는 정방향 토크 발생 영역임을 의미한다. 이와 같은 정방향 토크 발생 영역에서 상기 구동부는 구동 펄스의 폭을 조절하여 모터의 회전 속도를 제어할 수 있다.The driving unit induces rotation of the motor by applying a driving pulse to the stator in a logical common section of the rising signal of the first sensor, the rising signal of the second sensor, and the falling signal of the first sensor output from the sensor means. The common section is bold-lined on the inductance profile of FIG. 4, which means that the inclination of the inductance waveform is a positive section, which is a forward torque generating region for inducing the rotor to rotate in the forward direction. In this forward torque generation region, the driving unit may control the rotation speed of the motor by adjusting the width of the driving pulse.
도 5 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 불안정 평형 위치(UEP)를 도시한 도면이고, 도 6 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 정렬(Align) 단계를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating an unstable equilibrium position (UEP) of a rotor of a conventional single phase switched reluctance motor, and FIG. 6 is a diagram illustrating an alignment step of the rotor of a conventional single phase switched reluctance motor.
상기 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 대기시 링 마그넷과 파킹 마그넷 사이의 위치 관계를 안정한 평형 위치(Stable Equilibrium Position, 이하 SEP)또는 불안정한 평형 위치(Unstable Equilibrium Position, 이하 UEP)로 구분할 수 있는데, 제어하고자 하는 방향(정방향)을 반시계 방향이라고 가정할 때, 0~+30도 사이에서 고정된 회전자가 재구동되면 전류가 인가된 고정자(20)의 돌극(A)에 가까운 회전자(10)의 돌극(A')이 정합하려는 방향, 즉 반시계 방향으로 회전되고, 이때 상기 링 마그넷과 상기 파킹 마그넷은 상이한 극이 대향되어 서로 인력이 작용하게 되며, 이러한 위치를 안정 평형 위치라 한다.The positional relationship between the ring magnet and the parking magnet may be classified into a stable equilibrium position (SEP) or an unstable equilibrium position (UEP) during standby of the single phase switched reluctance motor. Assuming that the rotating direction (forward direction) is a counterclockwise direction, when the fixed rotor is driven again between 0 to +30 degrees, the salient pole of the rotor 10 close to the salient pole A of the stator 20 to which current is applied (A ') is rotated in a direction to be matched, i.e. counterclockwise, wherein the ring magnet and the parking magnet have different poles facing each other to work with each other, and this position is called a stable equilibrium position.
그러나 도 5와 같이 상기 -30~0도에서 회전자(10)가 고정된 채 구동 펄스가 인가되면 시계 방향으로 역회전하여 이로 인해 상기 모터가 내장된 기기의 제어 이상이 발생되며, 이때 상기 링 마그넷(15)과 상기 파킹 마그넷(16)은 동일극이 대향됨에 따라 상기 동일극 사이에 척력만 생성되어, 상호 인력에 의한 상기 회전자(10)의 좌우 정렬이 불가한 위치로써, 이를 불안정 평형 위치(UEP)라 한다. 이렇게 상기 링 마그넷과 파킹 마그넷이 UEP의 관계를 이루면, 상기 회전자(10)가 역방향으로 회전되어 모터의 내구성이 저하되는 등의 기기의 고장이 유발되는 단점이 있다.However, as shown in FIG. 5, when the driving pulse is applied while the rotor 10 is fixed at -30 to 0 degrees, the driving pulse is rotated in the clockwise direction, thereby causing an abnormal control of the device in which the motor is embedded. As the magnet 15 and the parking magnet 16 are opposite to each other, only repulsive force is generated between the same poles, so that the left and right alignment of the rotor 10 is not possible due to mutual attraction. This is called location (UEP). When the ring magnet and the parking magnet form a relationship between the UEP, the rotor 10 rotates in the reverse direction, which may cause a failure of a device such as deterioration of durability of the motor.
따라서 상기 UEP에서 상기 회전자가 제동되는 경우, 도 6 과 같이 상기 모터 구동부는 구동 펄스의 인가 전 일정 시간동안 정렬 펄스를 인가하여 회전자의 돌극(A')과 고정자의 돌극(A)이 완전 정합되도록 한 후, 상기 정렬 펄스를 차단하여 상기 회전자(10)의 돌극(A')이 0~+30도 사이에 고정되도록 하는 보정 단계를 별도로 수행하여야 하는 불편함이 있었다. 이로 인해 모터 제어의 신속성이 저하되어, 상기 모터가 내장된 기기 사용의 불편함을 야기하는 문제점이 있었다.Therefore, when the rotor is braked in the UEP, as shown in FIG. 6, the motor driving unit applies an alignment pulse for a predetermined time before the driving pulse is applied to completely match the rotor pole A 'of the rotor and the pole pole A of the stator. After that, there was an inconvenience in that a correction step was performed to block the alignment pulse so that the salient pole A 'of the rotor 10 was fixed between 0 to +30 degrees. As a result, the speed of the motor control is lowered, which causes the inconvenience of using a device in which the motor is embedded.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 모터의 회전자가 역방향 회전 토크를 발생시키는 위치에서 구동 대기하는 할 경우 상기 회전자의 위치를 정렬하기 위한 보정 단계 없이, 항시 상기 회전자가 정방향 회전 토크를 발생시키는 위치에서 제동되어 구동 대기하도록 링 마그넷과 파킹 마그넷의 N극 및 S극의 수가 각각 돌극수/2로 감소된 단상 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, the rotation of the motor at all times without the correction step for aligning the position of the rotor when the motor waits to drive in a position to generate the reverse rotation torque, the rotation at all times A single phase switched reluctance motor is provided in which the number of N poles and S poles of a ring magnet and a parking magnet is reduced to the number of pole poles / 2, respectively, so as to brake and wait for driving in a position that generates a self-rotating forward torque.
도 1 은 일반적인 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로도,1 is a driving circuit diagram of a typical single phase switched reluctance motor;
도 2 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 제동을 위한 회전자의 구조 단면도,2 is a structural cross-sectional view of a rotor for braking a conventional single phase switched reluctance motor;
도 3 은 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 링 마그넷 및 파킹 마그넷의 구성도,3 is a configuration diagram of a ring magnet and a parking magnet of a conventional single-phase switched reluctance motor,
도 4 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 센서수단에서 생성된 펄스 파형을 도시한 도면,4 is a view showing a pulse waveform generated by the sensor means of the conventional single-phase switched reluctance motor,
도 5 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 불안정 평형 위치(UEP)를 도시한 도면,5 shows the unstable equilibrium position (UEP) of a rotor of a conventional single phase switched reluctance motor,
도 6 는 종래 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 정렬(Align) 단계를 도시한 도면,6 is a diagram illustrating an alignment step of a rotor of a conventional single-phase switched reluctance motor,
도 7 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 제동을 위한 회전자의 구조 단면도,7 is a structural cross-sectional view of the rotor for braking the single-phase switched reluctance motor of the present invention;
도 8 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 링 마그넷 및 파킹 마그넷의 구성도,8 is a configuration diagram of a ring magnet and a parking magnet of the single-phase switched reluctance motor of the present invention;
도 9 는 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 안정 평형 위치(SEP)를 도시한 도면,9 shows the stable equilibrium position SEP of the rotor of the single-phase switched reluctance motor of the present invention;
도 10 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 불안정 평형 위치(UEP)를 도시한 도면,10 shows the unstable equilibrium position (UEP) of the rotor of the single phase switched reluctance motor of the present invention;
도 11 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 센서수단에서 생성된 펄스 파형을 도시한 도면이다.FIG. 11 is a diagram showing pulse waveforms generated by the sensor means of the single-phase switched reluctance motor of the present invention.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
10: 회전자 A': 회전자의 돌극10: rotor A ': rotor pole
20: 고정자 A : 고정자의 돌극20: stator A: pole of stator
15, 150: 링 마그넷(Ring Magnet) 16, 160: 파킹 마그넷(Parking Magnet)15, 150: ring magnet 16, 160: parking magnet
17: 회전축 18: 회전자 코어17: axis of rotation 18: rotor core
19: 베어링 30, 300: 센서19: bearing 30, 300: sensor
W1,W2,W3: 계자코일 SW1,SW2: 스위치W1, W2, W3: Field coil SW1, SW2: Switch
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 단상 스위치드 릴럭턴스 모터는 내측으로 n개의 돌극이 형성되고, 상기 돌극에 계자 코일이 권선된 고정자와, 외측으로 n개의 돌극이 형성되고, 상기 고정자 사이에서 발생되는 전자기력에 의해 회전되는 회전자와, n/2개의 N극과 n/2개의 S극이 상기 회전자의 둘레면에 링(ring) 형으로 배치되는 링 마그넷과, 상기 링 마그넷과 대향되게 배치되고, 상기 링 마그넷 사이에서 작용하는 인력에 의해 상기 회전자를 정방향 토크 발생 영역에 제동시키는 파킹 마그넷과, 상기 링 마그넷의 타측에 대향되게 배치되어 상기 회전자의 위치 및 속도 정보를 검출하는 센서수단과, 상기 센서수단에 의해 감지된상기 회전자의 위치 및 속도 정보에 따라 구동 펄스를 인가하는 구동 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In the single-phase switched reluctance motor according to the present invention for solving the above problems, n protrusions are formed inward, a field coil is wound around the protrusions, and n protrusions are formed outward, and between the stators. The rotor rotated by the generated electromagnetic force, a ring magnet in which n / 2 N-poles and n / 2 S-poles are arranged in a ring shape on the circumferential surface of the rotor, and the ring magnets face each other. And a parking magnet arranged to face the other side of the ring magnet and a parking magnet configured to brake the rotor to a forward torque generating region by an attractive force acting between the ring magnets, and to detect position and speed information of the rotor. Means and a drive control unit for applying a drive pulse according to the position and speed information of the rotor sensed by the sensor means. The.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 방법은 도 1 과 동일하며, 도 7 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 제동을 위한 회전자의 구조 단면도이고, 도 8 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 링 마그넷 및 파킹 마그넷의 구성도이다.The driving method of the single-phase switched reluctance motor of the present invention is the same as that of FIG. 1, and FIG. 7 is a structural cross-sectional view of the rotor for braking the single-phase switched reluctance motor of the present invention, and FIG. 8 is a single-phase switched reluctance of the present invention. It is a block diagram of the ring magnet and parking magnet of a motor.
도 7 에 도시된 바와 같이, 회전자는 원주의 외측으로 일정 간격을 두고 6개의 돌극이 돌출 형성된 코어가 적층되어 회전자 코어(180)가 형성되며, 중앙에는 모터의 구동력을 전달하는 회전축(170)이 상기 회전자와 함께 회전 구동된다. 상기 회전자의 하부지지 및 회전을 위해 상부와 하부에 베어링(190)이 있으며, 상기 회전자의 코어(180)는 상하 베어링(190) 사이에 위치한다.As shown in FIG. 7, the rotor has a rotor core 180 formed by stacking cores having six protrusions protruded outward from the circumference at a predetermined interval, and a rotating shaft 170 transmitting a driving force of the motor at the center thereof. It is rotationally driven together with the rotor. Bearings 190 are located at the top and bottom of the rotor to support and rotate the bottom of the rotor, and the core 180 of the rotor is located between the upper and lower bearings 190.
링 마그넷(150)은 회전자의 내외면 중 어느 하나에 회전축과의 사이에 몰드재에 의해 몰드 성형되어 상기 회전축에 고정되거나, 상기 회전축의 단부에 끼워져 고정되어 상기 회전자와 일체 회전된다. 이에 따라 상기 회전자가 회전되도록 하는 구동 펄스가 차단되면, 상기 링 마그넷(150)은 파킹 마그넷(160) 사이에 작용하는 전자기력에 의해 제동되므로, 상기 파킹 마그넷은 상기 링 마그넷과 수평 대향되는 것이 바람직하다.The ring magnet 150 is molded by a mold material between one of the inner and outer surfaces of the rotor by a mold material to be fixed to the rotating shaft, or fixed to the end of the rotating shaft and integrally rotated with the rotor. Accordingly, when the driving pulse for allowing the rotor to be rotated is blocked, the ring magnet 150 is braked by an electromagnetic force acting between the parking magnet 160, so that the parking magnet is horizontally opposed to the ring magnet. .
도 7 및 도 8 과 같이 상기 링 마그넷(150)은 N극과 S극이 좌우 교대로 배치되며, 상기 N극 및 S극은 각각 돌극수/2 만큼 존재한다. 따라서 N극의 회전 주기는 120도이고, S극의 회전 주기 역시 120도로써, 돌극 회전각의 2배가 된다. 또한 상기 파킹 마그넷은 상기 링 마그넷의 N극 및 S극과 동일한 간격을 가지는 단일개의 N극 및 S극으로 구성된다.As shown in FIGS. 7 and 8, the ring magnet 150 has N poles and S poles arranged alternately from left to right, and the N poles and S poles each have a number of protrusion poles / 2. Therefore, the rotation period of the N pole is 120 degrees, and the rotation period of the S pole is also 120 degrees, which is twice the rotation angle of the salient pole. In addition, the parking magnet is composed of a single N pole and S pole having the same spacing as the N pole and the S pole of the ring magnet.
센서수단(300)은 링 마그넷의 N극 및 S극이 각각 (돌극수/2)로 감소됨에 따라 구동부(미도시)가 상기 모터의 운전 제어를 위해 필요로 하는 3 개의 신호를 출력하는 제 1 내지 제 3 센서(S1 내지 S3)로 구성된다.The sensor means 300 is a first that outputs three signals required by the driving unit (not shown) for driving control of the motor as the N pole and the S pole of the ring magnet are reduced to (number of pole poles / 2), respectively. To third sensors S1 to S3.
도 9 는 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 안정 평형 위치(SEP)를, 도 10 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 불안정 평형 위치(UEP)를 도시한 도면이다.Fig. 9 shows the stable equilibrium position (SEP) of the rotor of the single-phase switched reluctance motor of the present invention, and Fig. 10 shows the unstable equilibrium position (UEP) of the rotor of the single-phase switched reluctance motor of the present invention.
6개의 돌극을 가지는 회전자(10) 및 6개의 돌극을 가지는 고정자(20)로 구성된 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 경우 각 돌극간 각도는 60도이므로 돌극의 회전 주기는 60도이고, 전류가 인가된 고정자의 돌극(A)의 중심을 0도라 할 때, 상기 회전자의 돌극(A')의 위치는 우측으로 30도, 좌측으로 30도의 변위를 가지게 된다. 편의상 상기 중심으로부터 우측을 +로, 좌측을 -로 표기한다.In the case of the single-phase switched reluctance motor composed of the rotor 10 having six salient poles and the stator 20 having six salient poles, the rotation period of the salient pole is 60 degrees because the angle between the salient poles is 60 degrees. When the center of the salient pole A of the stator is 0 degrees, the position of the salient pole A 'of the rotor has a displacement of 30 degrees to the right and 30 degrees to the left. For convenience, the right side is represented by + and the left side is represented by-from the center.
안정 평형 위치(SEP)란 링 마그넷과 파킹 마그넷 사이에 인력이 작용하도록 서로 다른 극이 대향되는 위치로서, 회전자의 돌극(A)은 0~30도 사이에 위치하여 상기 모터 구동부가 구동 펄스를 인가하면, 상기 회전자는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 상기 0~30도는 정방향 회전 토크가 발생되는 영역이다.The stable equilibrium position (SEP) is a position where different poles face each other so that attractive force acts between the ring magnet and the parking magnet, and the rotor pole A of the rotor is located between 0 to 30 degrees so that the motor driving unit generates a driving pulse. When applied, the rotor rotates counterclockwise. The 0 to 30 degrees is an area in which the forward rotation torque is generated.
도 10 와 같은 불안정 평형 위치(UEP)란 링 마그넷(150)과 파킹 마그넷(160) 사이에 척력이 작용하도록 동일극이 대향되는 위치로서, 도 9과 그 위치를 비교하면, 상기 링 마그넷과 파킹 마그넷의 극 간격이 2배로 넓어짐에 따라 회전자가 60도만큼 회전되었을 경우에 형성되는 위치 관계이다. 돌극(A')의 회전 주기는 60도이므로, 상기 돌극(A')은 도 9 에서처럼 0~30도 사이의 동일한 영역, 즉 정방향 회전 토크가 발생되는 영역에 구동 대기된다.The unstable equilibrium position (UEP) as shown in FIG. 10 is a position where the same poles are opposed to each other so that the repulsive force acts between the ring magnet 150 and the parking magnet 160. Compared with FIG. 9, the ring magnet and the parking This is a positional relationship formed when the rotor is rotated by 60 degrees as the pole spacing of the magnet is doubled. Since the rotation period of the salient pole A 'is 60 degrees, the salient pole A' is waiting to be driven in the same region between 0 and 30 degrees, that is, the region in which the forward rotation torque is generated, as shown in FIG.
즉, 상기 링 마그넷(150)의 N극->N극의 주기가 120도이고, 상기 N->S극의 주기가 60도가 됨에 따라 상기 돌극(A')의 회전 주기 60도와 동일하도록 상기 링 마그넷(150)의 극 수를 변화시킴에 따라 상기 링 마그넷과 파킹 마그넷의 위치 관계가 안정 평형 위치 또는 불안정 평형 위치에 무관하게 언제나 정방향 회전 토크를 발생시키는 영역에 회전자의 돌극이 위치되도록 하는 것이다.That is, as the period of the N pole-> N pole of the ring magnet 150 is 120 degrees, and the period of the N-> S pole is 60 degrees, the ring so that the rotation period of the salient pole A 'is equal to 60 degrees By varying the number of poles of the magnet 150, the positional relationship between the ring magnet and the parking magnet is such that the rotor pole is positioned in an area that always generates a forward rotational torque regardless of the stable equilibrium position or the unstable equilibrium position. .
도 11 은 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터의 센서수단(300)에서 생성된 펄스 파형을 도시한 도면으로써, 상기 센서수단은 링 마그넷(150)의 N극 및 S극이 각각 (돌극수/2)로 감소됨에 따라 상기 구동부가 상기 모터의 운전 제어를 위해 필요로 하는 3 개의 신호를 출력하는 제 1 내지 제 3 센서(S1 내지 S3)로 구성된다. 종래 발명의 제 1 및 제 2 센서 외에 제 3 센서가 보조적으로 부착되어 3개의 신호를 출력하게 된다.11 is a diagram showing the pulse waveform generated by the sensor means 300 of the single-phase switched reluctance motor of the present invention, wherein the N and S poles of the ring magnet 150 are respectively (number of pole poles / 2). As shown in FIG. 2, the driving unit includes first to third sensors S1 to S3 for outputting three signals required for driving control of the motor. In addition to the first and second sensors of the prior art, a third sensor is auxiliaryly attached to output three signals.
상기 다수개의 센서는 링 마그넷의 타측에 수평 정렬되어 배치되어 상기 회전자와 일체 회전하는 링 마그넷의 N극 및 S극의 극성이 주기적인 변화를 감지하여, 제 1 내지 제 3 펄스 신호를 생성한다.The plurality of sensors are arranged horizontally on the other side of the ring magnet to detect the periodic change in the polarity of the north pole and the south pole of the ring magnet that is integrally rotated with the rotor, to generate the first to third pulse signal .
따라서 상기 제 1 내지 제 3 펄스 신호는 360도를 (돌극수/2)로 나눈 각도, 즉 120도의 주기를 가지게 되며, 각각의 센서의 배치에 따른 각도차만큼 각각의 펄스 신호가 딜레이되어 생성된다.Accordingly, the first to third pulse signals have an angle of 360 degrees divided by (number of poles / 2), that is, a period of 120 degrees, and are generated by delaying each pulse signal by an angle difference according to the arrangement of each sensor. .
또한 회전자의 인덕턴스 프로파일을 보면, 돌극의 회전 주기는 60도를 가지며, 양의 기울기를 가지는 영역은 정방향 회전 토크가 발생되는 영역(0~30도)이고, 반대로 음의 기울기를 가지는 영역은 역방향 회전 토크가 발생되는 영역(-30~0도)이다.In addition, when looking at the inductance profile of the rotor, the rotation period of the salient pole is 60 degrees, the region having positive slope is the region where the forward rotation torque is generated (0 to 30 degrees), and the region having the negative slope is the reverse direction. It is an area (-30 to 0 degrees) at which rotation torque is generated.
모터 구동부는 상기 센서수단에 의해 감지된 제 1 펄스 신호의 상승 신호 및 상기 제 2 펄스 신호의 상승 신호, 그리고 상기 제 3 펄스 신호의 하강 신호의 논리적 공통 구간(AND)에서 상기 회전자가 회전되도록 구동 펄스를 인가한다. 따라서 상기 공통 구간에 해당하는 인덕턴스 프로파일(볼드선 처리)은 항상 양의 기울기를 가지는 구간으로서, 이때 인가된 구동 펄스에 의해 상기 회전자는 상기 링 마그넷과 파킹 마그넷의 위치 관계에 무관하게 항시 정방향으로 회전되는 것이다.The motor driving unit drives the rotor to rotate in a logical common section AND of the rising signal of the first pulse signal, the rising signal of the second pulse signal, and the falling signal of the third pulse signal sensed by the sensor means. Apply a pulse. Therefore, the inductance profile (bold line processing) corresponding to the common section always has a positive slope, wherein the rotor rotates in the forward direction at all times regardless of the positional relationship between the ring magnet and the parking magnet by an applied driving pulse. Will be.
이상과 같이 상기 고정자 및 회전자의 돌극의 개수가 6개씩 형성된 단상 스위치드 릴럭턴스 모터를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 돌극수 및 마그넷의 위치는 모터가 적용되는 시스템에 따라 변경될 수 있다.As described above, the present invention has been described using an example of a single-phase switched reluctance motor in which the number of salient poles of the stator and the rotor is six, but the position of the salient pole and the magnet may be changed according to the system to which the motor is applied.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 단상 스위치드 릴럭턴스 모터는 회전자 및고정자의 돌극수의 1/2개의 N극 및 S극으로 구성된 링 마그넷과, 상기 링 마그넷의 극과 동일한 너비를 가지는 단일개의 N극 및 S극으로 구성된 파킹 마그넷에 의해 상기 회전자가 불평형 안정 위치(UEP)에서 제동되더라도, 상기 회전자는 정방향으로 회전됨에 따라 제어의 신뢰성 및 안전성이 보장되고, 아울러 상기 회전자의 구동 대기 위치를 정렬하기 위한 별도의 보정 단계가 생략됨에 따라 보다 신속한 모터의 구동이 가능하다는 효과가 있다.The single-phase switched reluctance motor of the present invention configured as described above comprises a ring magnet composed of 1/2 N pole and S pole of the number of poles of the rotor and the stator, and a single N having the same width as the pole of the ring magnet. Although the rotor is braked in the unbalanced stable position (UEP) by the parking magnet composed of poles and S poles, the rotor is rotated in the forward direction to ensure the reliability and safety of the control, and also to align the driving standby position of the rotor. As a separate correction step is omitted, the motor can be driven more quickly.
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