KR20070078541A - 영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는발전기 및 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는 발전기 및 모터에 관한 것으로, 그 목적은 모터 내부의 기계적 구성을 개선하여 간단한 방법으로서 역기전력을 감소시킬 수 있도록 하는 영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는 발전기 및 모터를 제공함에 있다. 이는 자계를 형성하도록 코일이 권선된 고정자(10)와, 상기 고정자의 내부에 회전가능 하도록 구성된 영구자석 회전자(20)를 갖는 모터에 있어서, 상기 회전자(20)의 주위로 다수의 회전가능한 영구자석의 보조회전자(30)를 구성하도록 한 것이다.

고정자, 회전자, 보조회전자

Description

영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는 발전기 및 모터{ Generator and moter decreasing counter electromotive force by slit phenomenon of permanent magnet}

도 1은 종래의 일반적인 모터의 구성 상태도

도 2는 도 1 모터의 고정자의 권선 상태를 나타내 도면

도 3은 본 발명에 따른 모터 구성 상태도

도 4는 본 발명에 따른 도 3의 회전자들의 단면 상태도

(도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10: 고정자

20: 주회전자

30: 보조회전자

본 발명은 기존의 모터 및 발전기의 회전자 부위로 회전가능한 영구자석을 배치하여 기존의 발전기 및 모터에서 필수적으로 발생하는 역기전력을 감소시키도록 하는 영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는 발전기 및 모터에 관한 것이다.

일반적으로 영구자석을 가지는 회전자 발전기 또는 모터 (이하“모터”로 통칭한다)는 영구자석을 회전자로, 전기자의 권선을 고정자로 위치시켜, 고정자에 인가되는 전원을 전자회로에 의하여 스위칭 하여 모터를 구동하는 것이다.

이러한, 영구자석의 회전자를 사용하는 일반적인 브러시레스모터는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자계를 발생시키기 위하여 코일(1a)로 권선된 고정자(1), 고정자(1) 내부로 공극을 두고 위치하며 영구자석을 갖는 회전자(2), 회전자(2)의 위치를 감지하기 위한 위치검출부(3)로 크게 이루어진다.

상기 고정자(1)는 일반적으로 얇은 규소강판을 축방향으로 성층하여 형성되며, 그 내부에 중심축을 향해 방사상으로 슬롯이 형성되며, 이 각각의 슬롯에는 전류를 인가하여 자계를 형성하는 코일(1a)이 권선되어 있다.

상기 회전자(2)는 영구자석으로 이루어지며, 고정자(1)의 중심부에 축방향으로 설치되고, 고정자(1)의 극수와 동일하게 극수를 이루도록 구성되어 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 일반적인 브러시레스 모터의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

모터에 전원이 인가되면, 위치검출부(3)의 회전판이 정지된 상태에서 회전판에 가려지지 않는 부분의 광전소자는 광원을 수광하게 되어 회전자(2)의 위치를 검출하게 된다.

이 검출된 정보를 기초로 하여 위치검출부(3)의 트랜지스터나 MOSEF를 이용한 전자회로에서 고장자(1)에 인가되는 전원을 스위칭함으로써, 고정자(1)를 여자 하게 되고 이 여자된 고정자(1)는 영구자석으로 이루어진 회전자(2)와 자기회로를 구성하면 상호 전자기적 현상을 일으켜 구동력을 얻게 되는 것이다.

이처럼, 어떤 광전소자가 수광하고 있는가에 따라 회전자의 위치를 검출하게 되고, 이 검출된 정보를 기초로 하여 고정자의 코일(1a)에 인가되는 전원을 스위칭 하게 되는 것이다.

즉 전자회로의 스위칭 작업을 회전자의 위치를 검출하면서 실행해 나가기 때문에 브레시모터는 기동을 하게 되는 것이다.

도 2는 도 1의 브러시레스모터의 고정자(1)의 코일(1a)의 권선을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 고정자(1)는 얇은 규소강판을 축 방향으로 성층하여 형성되며, 그 내부에 충심축을 향해 방사상으로 슬롯(6)이 형성되며, 이 각각의 슬롯(6)의 내부에는 전류를 인가하여 자계를 형성하는 코일(1a)이 권선되어 있다.

상기 고정자(1)의 슬롯(6)에 감겨진 코일(1a)은 상(PHASE)이라고 부르는 세 개의 권선을 형성하도록 연결되어 있다.

권선된 상은 고정자내에 자계를 형성하며 이 회전자계는 회전자(2)를 일정속도로 회전을 시키게 되는 것이다.

그러나, 이러한 영구자석 회전자를 갖는 브러시레스모터가 회전자의 회전시 필수적으로 역기전압이 발생하게 되는 이 발생된 역기전압은 회전자(2)와 고정자(1) 사이에서 발생하는 회전자계와 상쇄되어 소비되어 버리는 문제점이 있었다.

따라서, 이렇게 회전자(2)의 회전시에 발생하는 역기전압을 해소하여 역기전력을 얻고자 하는 노력들이 이루어지고 있는 실정이다.

소비되는 역기전압을 해소하게 되면 해소한 만큼의 추가적인 전력을 얻게되고 이에 따라 소비전력을 절감하는 효과를 얻게 되는 것이기 때문이다.

이와 같이 역기전력을 해소하기 위한 종래의 기술로서 국내 실용신안 공개번호 1998-029083호(1998년 8월 5일)에 개시되어 있는 바와 같이, 브러시레스모터의 내부에 보조권선을 취부하여 회전자의 회전시에 발생하는 역기전력을 얻어 다수의 부하를 이용하는 장치에서 입력전원이 적은 부하에 공급하는 기술이 있다.

또한, 다른 기술로서 국내 특허공개번호 2005-0054590호(2005년 6월 10일)로 개시되어 있는 역기전력을 이용하는 무정류자 직류 모터의 기술은, 상기 기술과 유사하게 고정자의 코어에 전원이 인가되는 무정류자 직류모터의 코어중에서 전원이 인가되어 전류가 도통하는 코어의 상을 제외한 무전류 코어의 상에 역기전력을 검출하는 기전력 검출부를 연결하고, 이 기전력 검출부에는 순수 역기전력 성분을 정류하기 위한 정류부를 연결하고, 정류부에는 역기전력이 축전되는 축전수단을 연결하고, 이 축전수단에는 축전된 역기전력을 출력시켜 동력을 전환하기 위한 출력 제어부를 연결하여 역기전력을 이용하는 형태이다.

상기한 바와 같은 종래 기술은 거의 대부분은 전기적인 수단을 통하여 역기전력을 해소하도록 하는 방법이나 구성들이 복잡하고 이에 따라 얻어지는 역기전력이 한정되는 단점들이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 모터 내부의 기계적 구성을 개선하여 간단한 방법으로서 역기전력을 감소시 킬 수 있도록 하는 영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는 발전기 및 모터를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자계를 형성하도록 코일이 권선된 고정자와, 상기 고정자의 내부에 회전가능 하도록 구성된 영구자석 회전자를 갖는 모터에 있어서, 상기 회전자의 주위로 다수의 회전가능한 영구자석의 보조회전자를 구성하도록 한 것이다.

또한, 상기 보조회전자가 주회전자의 주위로 8개 배치되는 것이다.

또한, 상기 보조회전자는 회전자를 지지하는 중심축과, 상기 중심축의 회전을 가이드하여 지지하는 베어링으로 구성되는 것이다.

또한, 상기 회전자와 보조회전자는 2극 또는 4극의 영구자석으로 이루어진 것이다.

이 본 발명을 첨부된 도면과 함께 이를 자세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 모터의 개략적인 단면도이다.

모터의 주요 구성 요소인 고정자(10)와 회전자(20)에 대해서는 이미 상술한 종래 기술에서 자세하게 설명한 관계로 여기서는 설명을 생략하기로 한다. 이하에서는 회전자(20)를 주회전자로 표현한다.

본 발명에 있어서는 고정자(10)와 주회전자(20)의 사이로 회전 가능한 다수의 보조회전자(30)를 배치 구성한 것이다.

상기 보조회전자(30)는 주 회전자(20) 같이 회전축을 가지며 상기 회전축은 통상의 베어링에 의하여 원활하게 회전 가능하도록 배치 구성된다.

상기 회전축이 구성된 보조회전자(30)는 주 회전자와 같이 영구자석으로 구성되어 있다. 이때 주회전자(20)와 보조회전자(30)의 영구자석의 물성은 상호 동일하게 구성하거나 또는 다르게 구성하는 것이 가능하다.

도 4는 도 3에 구성된 주회전자(20)와 보조회전자(30)의 배치 상태를 나타내 주기 위한 단면도로서, 보조회전자(30)는 주 회전자(20)의 원주면의 외부로 주 회전자(20)의 중심을 지나도록 하여 적절하게 배치된다.

본 실시예에 있어서는 주회전자(20)의 둘레로 동일 단면적을 갖는 보조회전자(30)를 8개 배치한 형태로 구성되어 있으나, 보조회전자(30)의 개수나 단면적의 크기는 적절하게 변형하는 것이 가능한 것이다.

예를 들면, 주회전자(20) 및 보조회전자(30)의 극성을 2극 또는 4극으로 형성하도록 하는 것이 가능하고, 보조회전자(30)를 주회전자(20)의 극성에 대하여 4개 또는 8개로 배치하는 것이 가능한 것이다.

본 실시예의 경우는 도 4와 같이 주회전자(20)는 4극을 갖도록 구성하고 이 주위로 배치되는 보조회전자(30)는 8개로서 주회전자(20)의 극성에 따라 자성의 본래 기능에 의하여 서로 끌어당기는 반대 극성으로 위치를 갖게 되는 것이다.

이때, 보조회전자(30)는 도면에 도시된 바와 같이, 극성을

2극을 갖도록 구성하는 것도 가능하고, 주회전자(20)의 형태와 같이 4극으로 구성하는 것도 물론 가능하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

모터의 구동은 종래 모터와 동일하게 이루어진다.

종래의 경우는 주회전자(20)의 위치를 판별하는 위치 검출 수단을 통하여 이루어지게 된다.

그러나 본 발명의 경우는 주회전자(20)의 근접하여 위치하고 있는 8개의 보조회전자(30)가 주회전자(20)와 항상 서로 다른 극성을 나타내고 있는 관계로 종래의 위치 검출 수단을 통하여 주회전자(20)의 위치 판독과 같이 보조회전자(30)를 통하여 위치를 검출하는 것과 동일한 기능을 수행하게 되는 것이다.

이와 같은 보조회전자(30) 및 주회전자(20)의 위치 검출에 의하여 고정자(10)로 자계가 형성되는 경우 보조회전자(30) 및 주회전자(20)는 종래 모터의 경우와 동일하게 회전이 이루어지게 되는 것이다.

회전이 이루어지게 되는 경우에는 주회전자(20)와 보조회전자(30)가 서로 끌어당기는 극성에 의하여 하나의 회전자와 같은 형태로 회전이 이루어지게 되는 것이다.

이와 같이 하나의 회전자와 같은 형태로 회전되는 경우 역기전력이 발생하게 되면 이 역기전력에 의하여 보조 회전자는 주회전자(20)와 함께 회전하는 현상이 계속 이루어지지 못하고 보조회전자(30)는 주회전자(20) 사이에 미끌어짐 현상이 계속 발생하면서 회전을 하게 되는 것이다.

그러나, 이런 미끌어짐 현상이 발생하면서 회전하는 보조회전자(30)는 이에 연동하는 주회전자(20)를 극성 변화에 의하여 계속 가속화 현상으로 주회전자(20)를 빠르게 회전시키게 되는 것이다.

즉, 이런 현상에 의하여 역기전력을 이용한 보조회전자(30)의 슬릿 현상이 발생하고 이 슬릿현상에 의하여 주회전자를 가속화 시키는 작용을 함에 따라 역기전력을 이용한 부하를 줄여 주는 기능을 수행하게 되는 것이다.

따라서, 모터의 회전축에 연결된 각종 기기에 의한 부하가 발생을 하더라도 부하에 따를 모터의 기능 저하를 역기전력을 이용하여 이를 보완하여 주는 기능을 수행하게 되는 것이다.

본 실시예의 경우는 모터를 통하여 이를 설명을 하였으나 발전기의 경우로 생각을 하면 보면 발전기의 사용에 따라 기존의 발전기에 있어서의 발전량이외에 역기전력을 통하여 추가되는 발전량을 보조하는 기능을 수행하게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 종래의 모터 또는 발전기의 구조를 개량하여 회전자의 주위에 회전자의 극성에 대향하여 회전가능하게 설치되는 보조회전자를 통하여 역기전력이 발생하는 경우 보조회전자의 슬릿현상이 발생하고 이 슬릿 현상에 의하여 주회전자(20)를 가속화 시켜 주는 기능에 의하여 모터의 성능 향상을 기하거나 발전기의 발전량을 추가적으로 보조하여 주는 기능을 수행하게 되는 것이다.

이상 상세히 설명한 바와 같은 본 발명의 영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는 발전기 및 모터는 주회전자의 주위에 복수의 보조회전자을 설치하도록 함으로서, 간단한 구성으로 역기전력을 감소시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 자계를 형성하도록 코일이 권선된 고정자(10)와, 상기 고정자의 내부에 회전가능 하도록 구성된 영구자석 회전자(20)를 갖는 모터에 있어서,

   상기 회전자(20)의 주위로 다수의 회전가능한 영구자석의 보조회전자(30)를 구성하도록 한 것을 특징으로 하는 영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는 발전기 및 모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 보조회전자(30)가 주회전자(20)의 주위로 8개 배치됨을 특징으로 하는 영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는 발전기 및 모터.
3. 제1항에 있어서, 상기 보조회전자(30)는 회전자(20)를 지지하는 중심축과, 상기 중심축의 회전을 가이드하여 지지하는 베어링으로 구성됨을 특징으로 하는 영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는 발전기 및 모터.
4. 제1항에 있어서, 상기 회전자(20)와 보조회전자(30)는 2극 또는 4극의 영구자석으로 이루어짐을 특징으로 하는 영구 자석의 슬릿 현상으로 인한 역기전력이 감소되는 발전기 및 모터.

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