KR20090058632A - 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기 - Google Patents

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Abstract

이동자 배치를 전동기 이동 방향으로 배치하는 방법과 이동자의 이동방향과 수직이 되도록 배치하는 방법을 제시하여 공간상의 제약을 받는 응용에도 능동적으로 대처할 수 있는 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기가 제공된다. A상 전동기는 고정자에 대하여 직렬로 배치되고 제1 영구자석, 제1 이동자 코어, 및 제1 권선으로 구성된다. B상 전동기는 상기 고정자에 대하여 직렬로 배치되고 제2 영구자석, 제2 이동자 코어, 및 제2 권선으로 구성된다. C상 전동기는 상기 고정자에 대하여 직렬로 배치되고 제3 영구자석, 제3 이동자 코어(880), 및 제3 권선(890)으로 구성된다. 전력 변환 장치는 상기 A상 전동기에 연결되어 상기 A상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제1 스위치, 상기 B상 전동기에 연결되어 상기 B상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제2 스위치, 및 상기 C상 전동기에 연결되어 상기 C상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제3 스위치를 구비한다.
3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기

Description

3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기{Three phase permanent magnet excited transverse flux linear motor}
본 발명은 전동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기에 관한 것이다.
영구자석 여자 횡자속 전동기는 기존의 전동기에 비해 고출력(출력/전동기무게: kW/kg)과 고효율(출력/입력)의 성능이 있는 것으로 알려져 있으나, 영구자석 여자 횡자속 전동기를 구동하기 위한 전력변환 장치는 기존 전동기의 전력변환장치에 비해 구조가 복잡하고 가격이 비싸다는 단점이 있다. 영구자석 여자 횡자속 전동기를 기존의 선형 전동기 구조와 같이 3상으로 구성하고 전력변환 장치를 3상 풀 브리지 형태로 사용할 수 있다면, 기존에 많이 개발되어 왔던 범용 3상 드라이버를 이용하여 고출력, 고효율의 영구자석 여자 횡자속 전동기를 구동할 수 있다. 횡자속 전동기의 경우 전동기 각 상이 독립적으로 구성되어 있기 때문에 3상을 구성하는데 있어서 Y 결선 및 Δ 결선을 비교적 자유롭게 선택할 수 있고, 각 상의 배치 방법에 있어서도 진행방향으로의 배치나 진행 방향과 수직이 되는 배치 구조도 가능하게 된다. 따라서 여기서는 횡자속 전동기의 3상 구동에 있어서 Y 결선 및 Δ 결선으로 구성된 3상 횡자속 전동기의 기존 3상 드라이버에 의한 구동 가능성을 보이고, 각 상의 유연한 배치 방법을 제시함으로서 횡자속 전동기의 실제 산업현장 적용에 있어서 유연성을 확보하는 것을 목적으로 한다.
일반적으로 영구자석 여자 횡자속 전동기를 구동하기 위한 전력변환 장치로는 1상당 스위치가 4개 필요한 H-브리지 형태를 사용하고 있다. 일반적인 3상 전동기를 구동하기 위한 전력변환장치로는 6개의 스위치가 필요한 반면, 영구자석 여자 횡자속 전동기를 구동하기 위해서는 최소 전동기 구성요건인 2상 구성에 대해서도 8개의 스위치가 필요하게 되어 비용이나 부피 면에서 상당히 불리한 면이 있다. 또한 기존의 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기의 경우 각 상의 배치는 이동자의 이동 방향으로만 배치하도록 하여 상 수가 늘어날수록 이동자가 이동 방향으로 길어지게 되어 공간적 제약이 따르는 특정한 응용에 있어서는 적합하지 못한 문제점도 있었다.
도 1은 종래의 영구자석 여자 횡자속 전동기 1상을 구동하기 위한 전력변환장치의 구조로 DC 전원(1)과 IGBT와 같은 전력 스위칭 소자(2) 4개를 필요로 한다. 전동기에 + 전류를 인가하고자 하는 경우 스위치 S1과 S4를 턴온시키며, - 전류를 인가하고자 하는 경우 스위치 S2와 S3을 턴온시키게 된다.
도 2는 기존의 구동 방법에 의한 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기를 구동하기 위한 전력변환장치 구성이다. 각 상 별로 독립적으로 제어가 이루어지고 있으며, 총 12개의 스위칭 소자(2)를 필요로 한다. 각 상 별로 + 전류를 인가하고자 할 경우 스위치 S1과 S4, S5와 S8 그리고 S9와 S12을 각각 턴 온시키며, - 전류를 인 가하고자 하는 경우에는 스위치 S2와 S3, S6과 S7 그리고 S10과 S11을 턴 온 시키게 된다. 이와 같이 3상으로 구성하는 경우 각 상간 전기적 위상 차가 120도가 되도록 배치하게 되며, 각 상별로 독립적인 전류 제어를 수행하더라도 임의의 시간에는 각 상 전류 벡터의 합이 0이 되도록 각 상에 전류를 인가하여야 한다.
도 3은 종래의 영구자석 동기 선형 전동기의 구조를 나타낸다. 3상으로 구성된 종래의 영구자석 동기 선형 전동기는 하나의 이동자(8)에 3상 코일(9)이 모두 포함되는 구조를 갖는다. 즉, 전동기 각 상의 배치가 자유롭지 못하고 하나의 이동자에 모두 포함되어 있어야 하는 특징이 있다.
종래의 영구자석 여자 횡자속 전동기는 2상을 많이 사용하여 왔다. 기존의 구동 방법에 의한 2상 영구자석 여자 횡자속 전동기를 구동하기 위해서는 1상 전동기당 4개의 스위치가 필요하게 되어 최소 8개의 스위치가 필요하였다. 또한, 2상 전동기의 경우 각 상의 위상 차가 90도가 되고, 2상 합성 평균 추력은 1상 전동기 발생 피크 추력에 비해 약 27% 증가하는 대신 추력의 리플은 10%가 넘게 나타나게 된다. 이를 3상으로 구동하게 되는 경우 3상 합성 평균 추력은 1상 피크 추력에 비해 약 91%정도 증가하게 되는 반면 리플은 5% 정도로 2상에 비해 더 좋은 구동 특성을 갖게 된다. 또한 전동기 구동을 위한 스위치 개수도 6개로 2상 구동에 비해 더 적은 스위치로 구동하는 것이 가능하다. 부가적으로 횡자속 전동기의 특성상 3상으로 구성할 경우 Y 결선 및 Δ 결선을 자유롭게 변경할 수 있으므로 응용분야에 따라 선택적으로 사용할 수 있게 된다. 제어성능에 있어서도 기존의 방식으로 제어할 경우 정현적인 전류기준치를 추종해야하는 부담이 있었지만, 기존의 3상 전동기 제어에 적용되는 좌표변환 방법 등을 이용하여 전류를 일정 크기로 유지하도록 하는 제어 문제로 바뀜으로써 제어성능의 향상도 기대할 수 있다.
전동기의 배치 문제에 있어서도 기존의 배치 방법은 이동 방향으로 각 상을 배치하여 경우에 따라서는 공간상의 제약을 받는 경우도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 이동자 배치를 전동기 이동 방향으로 배치하는 방법과 이동자의 이동방향과 수직이 되도록 배치하는 방법을 제시하여 공간상의 제약을 받는 응용에도 능동적으로 대처할 수 있는 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기는 고정자; 상기 고정자에 대하여 직렬로 배치되고 제1 영구자석, 제1 이동자 코어, 및 제1 권선으로 구성된 A상 전동기; 상기 고정자에 대하여 직렬로 배치되고 제2 영구자석, 제2 이동자 코어, 및 제2 권선으로 구성된 B상 전동기; 상기 고정자에 대하여 직렬로 배치되고 제3 영구자석, 제3 이동자 코어, 및 제3 권선으로 구성된 C상 전동기; 상기 A상 전동기에 연결되어 상기 A상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제1 스위치, 상기 B상 전동기에 연결되어 상기 B상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제2 스위치, 및 상기 C상 전동기에 연결되어 상기 C상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제3 스위치를 구비하는 전력 변환 장치를 포함하고, 상기 A상 전동기, 상기 B상 전동기, 및 상기 C상 전동기는 상호 전기적으로 120도의 위상 차를 가지도록 Y 또는 Δ 결선으로 접속된다는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기는 고정자; 상기 고정자에 대하여 병렬로 배치되고 제1 영구자석, 제1 이동자 코어, 및 제1 권선으로 구성된 A상 전동기; 상기 고정자에 대하여 병렬로 배치되고 제2 영구자석, 제2 이동자 코어, 및 제2 권선으로 구성된 B상 전동기; 상기 고정자에 대하여 병렬로 배치되고 제3 영구자석, 제3 이동자 코어, 및 제3 권선으로 구성된 C상 전동기;상기 A상 전동기에 연결되어 상기 A상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제1 스위치, 상기 B상 전동기에 연결되어 상기 B상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제2 스위치, 및 상기 C상 전동기에 연결되어 상기 C상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제3 스위치를 구비하는 전력 변환 장치를 포함하고, 상기 A상 전동기, 상기 B상 전동기, 및 상기 C상 전동기는 상호 전기적으로 120도의 위상 차를 가지도록 Y 또는 Δ 결선으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 이용하게 되면, 영구자석 횡자속 여자 전동기를 기존의 3상 구동 방식과 같이 구동하는 경우 전력변환장치의 비용이나 부피를 줄일 수 있게 된다. 또한 기존에 상용화되어 있는 범용 3상 드라이버를 이용할 수 있게 됨으로써 추가적인 전력변환장치의 개발 없이 고 신뢰성의 전력변환장치의 이용이 가능해지며, 기존의 3상 전동기 구동에 사용되고 있는 여러 가지 제어 기법들을 이용할 수 있다. 결과적으로 전동기 구동 전력변환장치의 구조를 단순화하고 제어를 용이하게 함으로써 시스템 전체의 성능을 향상할 수 있고 소음 및 진동을 줄일 수 있다. 또한, 영구자석 여자 횡자속 전동기의 3상 배치 방법을 다양화함으로써 공간 및 크기 의 제약이 따르는 응용에도 능동적으로 대처할 수 있다.
본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 전동기의 3상 구동 방식은 영구자석형 동기기나 유도기를 구동하기 위한 3상 풀 브리지 인버터를 적용한 것이며, 기존의 영구자석 여자 횡자속 전동기 구동 드라이버에 비해 비용이나 부피를 줄일 수 있게 된다. 기존의 영구자석 여자 횡자속 전동기의 구동 방법은 여러 가지가 있을 수 있으나, 일반적으로 정현파 구동 방식을 많이 사용하였기 때문에 3상 풀 브리지 인버터를 적용하여 구동하는 경우에도 문제가 없으며, 기존 3상 전동기 구동에 사용되는 좌표축 변환을 통한 제어 성능 향상이나 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)을 적용한 DC 링크 전압의 사용 효율 향상 및 고조파 저감의 효과도 기대할 수 있다. 또한, 기존의 3상 전동기와 달리 영구자석 여자 횡자속 전동기는 각 상을 1 모듈로 제작하게 되어 3상으로 구성할 경우 Y 결선이나 Δ 결선을 선택적으로 적용할 수 있다는 장점이 있다. Y 결선 3상 전동기의 경우 DC 링크 전압 이용률이 Δ 결선 3상 전동기에 비해 낮다는 단점이 있지만 드라이버에서 공급해야 하는 상전류가 더 적어도 된다는 장점이 있기 때문에 응용분야의 특성에 따라 자유롭게 결선을 변경할 수 있게 된다. 또한, 이동자의 배치 방법에 있어서도 이동 방향으로의 직렬 배치와 이동 방향과 수직이 되도록 배치하는 병렬 배치 방법을 제안함으로써, 공간이나 크기에 제약을 받는 응용에도 능동적으로 대처할 수 있도록 하였다.
도 4는 본 발명에 따른 Y 결선으로 구성된 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기을 구동하기 위한 전력변환장치를 나타내는 것으로 6개의 스위칭 소자(2)만을 필요 로 한다. 기존의 각 상이 독립적으로 제어되는 것과 마찬가지로 3상이 각각 120도의 전기적 위상 차이를 갖고 배치되기 때문에 임의의 순간에 3상에 흐르는 전류 벡터의 합은 0이 된다. 도 3에 나타낸 전류의 흐름(3)은 여러 가지 중 한가지 경우에 대한 것으로 A상 전동기(310)에 + 전류를 인가하고 B상 전동기(320) 및 C상 전동기(330)에는 - 전류를 인가하는 경우를 나타낸다. 전동기를 Y 결선으로 하여 사용하는 경우 드라이버 측면에서는 DC 링크 전압을 이용하여 만들어 내는 상 전압 이용률이 상대적으로 낮다는 단점이 있지만, 드라이버 상에서 공급하는 전류가 곧바로 전동기 1상 전류와 일치하기 때문에 Δ 결선에 비해 드라이버의 전류 용량이 작아도 된다는 장점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 Δ 결선으로 구성된 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기를 구동하기 위한 전력 변환 장치를 나타내는 것으로 6개의 스위칭 소자(2)만을 필요로 한다. Y 결선의 경우와 마찬가지로 3상이 각각 120도의 전기적 위상 차이를 갖고 배치되기 때문에 임의의 순간에 3상에 흐르는 전류 벡터의 합은 0이 된다. 도 4에 나타낸 전류의 흐름(4)은 여러 가지 중 한 가지 경우에 대한 것으로 A상 전동기(410)에 + 전류를 인가하고 B상 전동기(420) 및 C상 전동기(430)에는 - 전류를 인가하는 경우를 나타낸다. Δ 결선 전동기의 경우 드라이버 측면에서는 DC 링크 전압에 의한 각 상 전압 이용률이 Y 결선에 비해 높다는 장점이 있지만 드라이버의 한 상에서 공급하는 전류가 전동기의 한 상 전류와 일치하지 않기 때문에 드라이버의 전류 용량이 Y 결선 전동기를 구동하는 경우에 비해 커진다는 단점이 있다.
도 6은 본 발명에 따른 2상으로 구성된 영구자석 여자 횡자속 전동기를 적용 한 경우 각 상의 전동기 위치에 따른 입력전류(5)로서, 한쪽 방향으로 힘을 연속적으로 발생시키기 위해서는 이동자 위치에 따라 전류의 극성을 변화시켜줘야 하기 때문에 A상의 경우 0 ~ τp, 2*τp ~ 3*τp에서는 양의 여자전류를 인가하고, τp ~ 2*τp, 3*τp ~ 4* τp에서는 음의 여자전류를 인가하고 있다. 각 상의 전동기 위치에 따른 발생 추력(6)은 볼록한 사인파형으로 A상 추력의 경우 전류의 주기가 변화는 부분 τp, 2*τp, 3*τp, 4*τp에서는 전동기 이동자의 자극 위치와 고정자의 자극 위치가 공극을 두고 수직 방향이므로 추력을 발생시키지 않는다. 전동기 위치에 따른 2상 전동기의 합성 추력(7)은 시간(t) 혹은 전동기 위치에 따른 2상 합성 발생 힘 특성이다. 2상 전동기의 경우 각 상은 90도의 위상차를 가지고 있으며, 발생되는 추력을 정현 파형으로 가정했을 경우, 두 상의 합성 추력은 항상 전동기 추력 피크치의 약 1.273배이고, 추력 리플은 약 10%정도가 된다.
도 7은 본 발명에 따른 3상으로 구성된 영구자석 여자 횡자속 전동기를 적용한 경우 각 상의 전동기 위치에 따른 입력 전류(5)로서 한쪽 방향으로 힘을 발생시키기 위해서 이동자의 위치에 따라 전류의 방향이 변해야 하며 A상의 경우 2상 구동시와 마찬가지로 전동기의 위치에 따라 전류의 극성이 변화하고 있으며, 각 상의 전동기 위치에 따른 발생 추력(6) 역시 위치에 따라 추력을 발생하지 않는 부분이 존재한다. 전동기 위치에 따른 3상 전동기의 합성 추력(7)은 시간(t) 혹은 전동기 위치에 따른 3상 합성 발생 힘 특성이다. 3상 전동기의 경우 각 상은 120도의 위상차를 가지고 있으며, 발생되는 추력을 정현 파형으로 가정했을 경우, 두 상의 합성 추력은 한상 전동기 추력 피크치의 약 1.91배이고, 추력 리플은 약 5%정도가 된다. 따라서 추력 발생 특징으로 볼 때 3상 전동기가 2상 전동기에 비해 우수한 특성이 있다.
도 8은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기의 다양한 배치 구조 중 한 가지 배치 구조로, 3상을 진행방향에 직렬로 배치한 구조를 나타낸다. 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기의 각 상은 영구자석(10)과 이동자 코어(12) 및 권선(11)으로 독립적으로 구성되어 있으므로 3상 배치에 있어서 종래의 전동기들에 비해 자유롭다는 특징이 있다. 이동자의 폭이 크지 않아야 하는 응용에서는 도 8과 같이 이동 방향으로 각 상을 고정자(13)에 대해서 직렬로 각각 서로 전기적으로 120도의 위상차를 갖도록 배치할 수 있다.
도 9는 도 8 전동기의 측면도를 나타낸다.
도 4, 도 8, 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기는 고정자(13), A상 전동기(310), B상 전동기(320), C상 전동기(330), 및 전력 변환 장치(2)를 포함한다.
A상 전동기(310)는 상기 고정자(13)에 대하여 직렬로 배치되고 제1 영구자석(810), 제1 이동자 코어(820), 및 제1 권선(830)으로 구성된다. B상 전동기(320)는 상기 고정자(13)에 대하여 직렬로 배치되고 제2 영구자석(840), 제2 이동자 코어(850), 및 제2 권선(860)으로 구성된다. C상 전동기(330)는 상기 고정자(13)에 대하여 직렬로 배치되고 제3 영구자석(870), 제3 이동자 코어(880), 및 제3 권선(890)으로 구성된다.
전력 변환 장치(2)는 상기 A상 전동기(310)에 연결되어 상기 A상 전동기(310)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제1 스위치(S1 및 S2), 상기 B상 전동기(320)에 연결되어 상기 B상 전동기(320)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제2 스위치(S3 및 S4), 및 상기 C상 전동기(330)에 연결되어 상기 C상 전동기(330)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제3 스위치(S5 및 S6)를 구비한다.
상기 A상 전동기(310), 상기 B상 전동기(320), 및 상기 C상 전동기(33)는 상호 전기적으로 120도의 위상 차를 가지도록 Y 결선으로 접속된다.
도 5, 도 8, 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기는 고정자(113), A상 전동기(410), B상 전동기(420), C상 전동기(430), 및 전력 변환 장치(2)를 포함한다.
A상 전동기(410)는 상기 고정자(13)에 대하여 직렬로 배치되고 제1 영구자석(1010), 제1 이동자 코어(1020), 및 제1 권선(1030)으로 구성된다.
B상 전동기(420)는 상기 고정자(113)에 대하여 직렬로 배치되고 제2 영구자석(1040), 제2 이동자 코어(1050), 및 제2 권선(1060)으로 구성된다.
C상 전동기(430)는 상기 고정자(113)에 대하여 직렬로 배치되고 제3 영구자석(1070), 제3 이동자 코어(1080), 및 제3 권선(1090)으로 구성된다.
전력 변환 장치(2)는 상기 A상 전동기(410)에 연결되어 상기 A상 전동기(410)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제1 스위치(S41 및 S42), 상기 B상 전동기(420)에 연결되어 상기 B상 전동기(420)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제2 스위치(S43 및 S44), 및 상기 C상 전동기(430)에 연결되어 상기 C상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제3 스위치(S45 및 S46)를 구비한다.
상기 A상 전동기(410), 상기 B상 전동기(420), 및 상기 C상 전동기(430)는 상호 전기적으로 120도의 위상 차를 가지도록 Δ 결선으로 접속된다.
도 10은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기의 다양한 배치 구조 중 또 다른 한 가지 배치 구조로, 3상을 진행방향에 병렬로 배치한 구조를 나타낸다. 이동자의 이동방향으로의 길이가 길지 않아야 하는 응용에서는 도면 10과 같이 이동 방향으로 각 상을 고정자(13)에 대해서 병렬로 각각 서로 전기적으로 120도의 위상차를 갖도록 배치할 수 있다.
도 4 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기는 고정자(113), A상 전동기(310), B상 전동기(320), C상 전동기(330), 및 전력 변환 장치(2)를 포함한다.
A상 전동기(310)는 상기 고정자(113)에 대하여 병렬로 배치되고 제1 영구자석(1010), 제1 이동자 코어(1020), 및 제1 권선(1030)으로 구성된다.
B상 전동기(320)는 상기 고정자(113)에 대하여 병렬로 배치되고 제2 영구자석(1040), 제2 이동자 코어(1050), 및 제2 권선(1060)으로 구성된다.
C상 전동기(330)은 상기 고정자(113)에 대하여 병렬로 배치되고 제3 영구자석(1070), 제3 이동자 코어(1080), 및 제3 권선(1090)으로 구성된다.
전력 변환 장치(2)는 상기 A상 전동기(310)에 연결되어 상기 A상 전동 기(310)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제1 스위치(S1 및 S2), 상기 B상 전동기(320)에 연결되어 상기 B상 전동기(320)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제2 스위치(S3 및 S4), 및 상기 C상 전동기(330)에 연결되어 상기 C상 전동기(330)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제3 스위치(S5 및 S6)를 구비한다.
상기 A상 전동기(310), 상기 B상 전동기(320), 및 상기 C상 전동기(330)는 상호 전기적으로 120도의 위상 차를 가지도록 Y 결선으로 접속된다.
도 5 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기는 고정자(113), A상 전동기(410), B상 전동기(420), C상 전동기(430), 및 전력 변환 장치(2)를 포함한다.
A상 전동기(410)는 상기 고정자(113)에 대하여 병렬로 배치되고 제1 영구자석(1010), 제1 이동자 코어(1020), 및 제1 권선(1030)으로 구성된다.
B상 전동기(320)는 상기 고정자(113)에 대하여 병렬로 배치되고 제2 영구자석(1040), 제2 이동자 코어(1050), 및 제2 권선(1060)으로 구성된다.
C상 전동기(430)는 상기 고정자(113)에 대하여 직렬로 배치되고 제3 영구자석(1070), 제3 이동자 코어(1080), 및 제3 권선(1090)으로 구성된다.
전력 변환 장치(2)는 상기 A상 전동기(410)에 연결되어 상기 A상 전동기(410)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제1 스위치(S41 및 S42), 상기 B상 전동기(420)에 연결되어 상기 B상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제2 스위치(S43 및 S44), 및 상기 C상 전동기(430)에 연결되어 상기 C상 전동 기(430)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제3 스위치(S45 및 S46)를 구비한다.
상기 A상 전동기(410), 상기 B상 전동기(420), 및 상기 C상 전동기(430)는 상호 전기적으로 120도의 위상 차를 가지도록 Δ 결선으로 접속된다.
본 발명에 따른 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기는 전동기가 사용되는 산업 현장에 적용될 수 있다.
도 1은 종래에 사용해온 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기의 1상 구동용 전력변환 장치를 나타낸 회로도이다.
도 2는 종래의 방법에 의한 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기 구동용 전력변환 장치를 나타낸 회로도이다.
도 3은 종래의 3상 영구자석 동기 선형 전동기의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 3상 풀 브리지를 이용한 Y 결선된 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기 구동용 전력변환 장치를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 3상 풀 브리지를 이용한 Δ 결선된 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기 구동용 전력변환 장치를 나타낸 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 2상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기 구동시 전류 및 추력 파형을 나타낸 파형도이다.
도 7은 본 발명에 따른 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기 구동시 전류 및 추력 파형을 나타낸 파형도이다.
도 8은 본 발명에 따른 진행방향에 대해 직렬로 배치된 3상 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 전동기의 측면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 진행방향에 대해 병렬로 배치된 3상 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 구조를 나타낸 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : DC 전원
2 : 전력 변환 장치
3 : Y 결선된 3상 전동기의 전류 흐름
4 : Δ 결선된 3상 전동기의 전류 흐름
5 : 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기의 상전류
6 : 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기의 상별 추력
7 : 3상 영구자석 여자 횡자속 선형 전동기의 합성 추력
8 : 이동자
9 : 3상 코일
13, 113: 고정자
310, 410: A상 전동기
320, 420: B상 전동기
330, 430: C상 전동기
810, 1010: 제1 영구자석
820, 1020: 제1 이동자 코일
830, 1030: 제1 권선
840, 1040: 제2 영구자석
850, 1050: 제2 이동자 코일
860, 1060: 제2 권선
870, 1070: 제3 영구자석
880, 1080: 제3 이동자 코일
890, 1090: 제3 권선

Claims (2)

  1. 고정자;
    상기 고정자에 대하여 직렬로 배치되고 제1 영구자석, 제1 이동자 코어, 및 제1 권선으로 구성된 A상 전동기;
    상기 고정자에 대하여 직렬로 배치되고 제2 영구자석, 제2 이동자 코어, 및 제2 권선으로 구성된 B상 전동기;
    상기 고정자에 대하여 직렬로 배치되고 제3 영구자석, 제3 이동자 코어, 및 제3 권선으로 구성된 C상 전동기;
    상기 A상 전동기에 연결되어 상기 A상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제1 스위치, 상기 B상 전동기에 연결되어 상기 B상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제2 스위치, 및 상기 C상 전동기에 연결되어 상기 C상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제3 스위치를 구비하는 전력 변환 장치를 포함하고,
    상기 A상 전동기, 상기 B상 전동기, 및 상기 C상 전동기는 상호 전기적으로 120도의 위상 차를 가지도록 Y 또는 Δ 결선으로 접속된 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기.
  2. 고정자;
    상기 고정자에 대하여 병렬로 배치되고 제1 영구자석, 제1 이동자 코어, 및 제1 권선으로 구성된 A상 전동기;
    상기 고정자에 대하여 병렬로 배치되고 제2 영구자석, 제2 이동자 코어, 및 제2 권선으로 구성된 B상 전동기;
    상기 고정자에 대하여 병렬로 배치되고 제3 영구자석, 제3 이동자 코어, 및 제3 권선으로 구성된 C상 전동기;
    상기 A상 전동기에 연결되어 상기 A상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제1 스위치, 상기 B상 전동기에 연결되어 상기 B상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제2 스위치, 및 상기 C상 전동기에 연결되어 상기 C상 전동기에 흐르는 전류의 양을 제어하는 한 쌍의 제3 스위치를 구비하는 전력 변환 장치를 포함하고,
    상기 A상 전동기, 상기 B상 전동기, 및 상기 C상 전동기는 상호 전기적으로 120도의 위상 차를 가지도록 Y 또는 Δ 결선으로 접속된 3상 영구자석 여자 횡자속 전동기.
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