KR20090085718A

KR20090085718A - 전기모터

Info

Publication number: KR20090085718A
Application number: KR1020080011451A
Authority: KR
Inventors: 성삼경
Original assignee: 성삼경
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2009-08-10
Also published as: WO2009099300A3; JP2009189227A; WO2009099300A2; US7990019B2; KR100943701B1; US20090195100A1; CN101505085A

Abstract

본 발명은 원형 패널의 베이스에 계자가 방사형으로 고정 설치된 고정자와; 상기 베이스의 중심을 관통하는 회전축에 결합되며 상기 고정자를 가운데에 위치시키는 동축 원통형으로서, 외통과 내통 사이에는 서로 다른 극으로 쌍을 이루며 착자된 회전자 자석들이 서로 마주보며 형성된 회전자와; 상기 회전자의 회전축은 관통 노출되도록 하면서 상기 회전자를 하우징 하면서 상기 원형 패널 베이스와 결합되는 커버와; 상기 커버의 상면에서 상기 회전축에 결합되며 상기 회전자 자석쌍과 동일 갯수의 자석이 내삽된 회전자석판과 상기 커버의 상면에 형성되어 상기 회전자석판과 접촉하는 자기검출센서와 상기 자기검출센서에서 감지한 회전각 신호를 이용하여 상기 고정자의 계자 자화방향을 제어하는 전류제어장치로 구성되는 전기모터에 있어서, 상기 회전자에 착자된 외통과 내통의 자석들은 서로 다른 극으로 쌍을 이루며 착자되어 마주보며 형성되되, 외통의 자석들과 내통의 자석들은 이격 간격을 가지면서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기모터에 관한 것이다.

상기한 구성에 의하여 본 발명은 선등록 특허의 에너지 효율을 크게 개선시키는 효과가 있다.

릴렉턴스, 회전자, 계자, 자기검출센서

Description

전기모터{electric motor}

본 발명은 전기모터에 관한 것으로서, 선등록특허 10-0417637의 개선발명이다.

상기 선등록 특허 10-0417637는 모터의 회전속도에 비례하여 계자권선에 흐르는 전류단속과 극성변화 시점을 제어하여 계자철심이 완전히 자화된 상태에서 계자철심과 회전자 자석의 중심점이 최대한 가까운 거리에서 인력과 반발력이 작용되도록 함으로써 회전력을 증대시키고, 또한, N, S극의 영구자석으로 착자된 회전자를 직경이 서로 다른 두 개의 자석을 일체로 형성하되, 계자철심을 상기 두 개의 회전자 자석 사이에 배치되게 하여 자화되어진 계자철심이 상기 두 개의 회전자 자석과 양방향으로 인력 및 반발력이 이중 작용함으로써 저전력으로 최대의 회전력을 얻을 수 있도록 하는 전기모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 회전기로서, 직류전원에 의해 구동되는 DC모터는 크게 본체 외측에 고정설치된 영구자석의 고정자와, 상기 고정자와의 인력과 반발력에 의해 회전이 이루어지는 회전자와, 상기 회전자에 접촉되어 코일에 전류를 공급하는 러시로 구성되어 있으며, 상기 회전자는 회 전축에 고정 설치되어 회전이 이루어지는 철심과, 상기 철심에 권선되어 인가되는 전류에 의해 철심이 전자석 성질을 갖게하는 코일과, 이 코일에 전류를 공급하기 위한 정류자로 구성되어 있다.

이와같은 종래 DC모터는 샤프트에 고정 설치되고 다수 폴더로 이루어진 철심과, 상기 폴더에 권선된 코일과, 이 코일에 전류를 공급하는 정류자가 모두 결합되어 회전자로 구성됨에 따라 회전자의 구성이 복잡하게 됨은 물론, 회전시 부하가 많이 걸리게 되어 회전력이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

또한 종래 DC모터는 철심에 형성된 폴더의 절반은 N극, 그리고 나머지 절반은 S극으로 고정 유지되어 고정자의 영구자석 종단부와 상기 종단부에 위치한 회전자의 일부 폴더에만 인력과 반발력이 작용하게 됨으로서 일정한 회전력을 유지하게 되지만, 보다 상승된 회전력을 얻기위해서는 정류자를 통해 더 많은 전류를 코일에 공급하여야하므로 소비전력이 높은 문제점이 발생되는 것이다.

특히, 최근에 들어 전기자동차의 개발이 급속히 이루어지고 있으며, 이러한 전기자동차에 있어 DC 전기모터는 동력발생 수단으로서는 필수적이므로 저전력에서 높은 회전력과 힘을 얻을수 있는 DC 전기모터의 개발이 절실히 요구되고 있는 것이다.

이를 위해 본 출원인은 등록특허 제 269035호와 등록특허 제0417637호를 제시한 바 있으며, 이를 더욱 개선하여 모터의 에너지 효율을 향상시키고자 한다.

본 발명은 본 출원인의 선등록 특허의 에너지 효율을 개선시킨 전기모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 원형 패널의 베이스에 계자가 방사형으로 고정 설치된 고정자와; 상기 베이스의 중심을 관통하는 회전축에 결합되며 상기 고정자를 가운데에 위치시키는 동축 원통형으로서, 외통과 내통 사이에는 서로 다른 극으로 쌍을 이루며 착자된 회전자 자석들이 서로 마주보며 형성된 회전자와; 상기 회전자의 회전축은 관통 노출되도록 하면서 상기 회전자를 하우징 하면서 상기 원형 패널 베이스와 결합되는 커버와; 상기 커버의 상면에서 상기 회전축에 결합되며 상기 회전자 자석쌍과 동일 갯수의 자석이 내삽된 회전자석판과 상기 커버의 상면에 형성되어 상기 회전자석판과 접촉하는 자기검출센서와 상기 자기검출센서에서 감지한 회전각 신호를 이용하여 상기 고정자의 계자 자화방향을 제어하는 전류제어장치로 구성되는 전기모터에 있어서, 상기 회전자에 착자된 외통과 내통의 자석들은 서로 다른 극으로 쌍을 이루며 착자되어 마주보며 형성되되, 외통의 자석들과 내통의 자석들은 이격 간격을 가지면서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기모터를 기술적 요지로 한다.

여기서 상기 전기모터는 외통과 내통의 자석들이 10쌍으로 된 회전자와; 상기 회전자의 외통과 내통 사이에 8개의 계자를 형성시키는 고정자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기모터로 되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 전기모터는 외통과 내통의 자석들이 20쌍으로 된 회전자와; 상기 회전자의 외통과 내통 사이에 12개의 계자를 형성시키는 고정자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기모터로 되는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 단면 구조도이며, 도 2는 본 발명의 회전자 자석 극성 배치도이며 도 3은 도 1의 본 발명에 사용되는 회전자석판의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 단면 구조도이며, 도 5는 도 4의 회전자 자석 극성 배치도이며, 도 6은 도 4의 본 발명에 사용되는 회전자석판의 사시도이며, 도 7은 본 발명의 회전자 자석과 계자철심간의 릴렉턴스 흐름도이며, 도 8은 종래기술의 회전자 자석과 계자철심간의 릴렉턴스 흐름도이며, 도 9는 본 출원인의 선등록 발명인 종래기술의 사시도이며, 도 10은 도 9의 종래기술 조립도이며, 도 11은 도 9의 종래기술의 전류제어장치 회로도이며, 도 12는 도 9의 종래기술 회전자석판과 그 실시도이며, 도 13은 도 9의 종래기술에서 계자권선으로 흐르는 전류의 그래프이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 전기모터에 관한 것으로서, 선등록 특허 10-0417637의 개선발명이다.

이하 본 발명의 설명을 위하여 상기 선등록 특허 10-0417637의 구조에 관하여 선출원의 도면과 함께 살펴보기로 한다.

상기 선등록 특허는 전기모터에 관한 특허로서, 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 크게 원형 패널의 베이스(91), 계자(900), 고정자(90), 회전축(50), 회전자(80), 커버(70), 회전자석판(42), 자기검출센서(71)와 전류제어장치로 구성된다.

상기 고정자(90)는 원형 패널의 베이스(91)에 계자(900)가 방사형으로 고정 설치된 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이 상기 고정자(90)의 원형 패널의 베이스(91)에는 계자(900)를 결합시키는 다수의 고정돌기(94)가 형성되며, 이 고정돌기(94)에 계자권선(93)이 권선된 계자철심(92)이 체결되어 고정자(90)의 계자(900)를 형성시킨다.

상기 회전자(80)는 상기 원형 패널의 베이스(91) 중심을 관통하는 회전축(50)에 결합되며 상기 고정자(90)를 가운데에 위치시키는 동축 원통형으로서, 외통()과 내통() 사이에는 서로 다른 극으로 쌍을 이루며 착자된 회전자 자석(82)들 이 서로 마주보며 형성된다.

상기 회전자(80)는 커버(70)에 의해 하우징되며, 상기 회전자(80)의 회전축(50)은 커버(70)의 상측으로 관통 노출된다.

상기 커버(70)의 상측으로 노출되는 회전자(80)의 회전축(50)에는 회전자석판(42)이 설치된다.

본 발명의 전류제어장치는 상기 고정자(90)의 계자 자화방향을 제어하는 회로부로서, 상기 커버(70)의 상면에서 상기 회전축(50)에 결합되며 상기 회전자 자석쌍과 동일 갯수의 자석이 내삽된 회전자석판(42)과 상기 커버(70)의 상면에 형성되어 상기 회전자석판(42)과 접촉하는 자기검출센서(71)에서 감지한 회전각 신호를 이용하여 계자권성의 전류방향을 제어한다.

도 12는 상기 전류제어장치에 있어 회전자석판(42)의 사시도로서, 도면에 도시된 바와 같이 자석이 착자된 상판과, 자석이 착자된 하판이 결합되어 이루어지는모양인데, 도 12에 도시된 바와 같이 자석과 자석의 사이에는 자석이 전혀 착자 되지 않는 부분(ℓ)이 존재한다.

회전자석판(42)의 외주면에는 자기검출센서(71)가 형성되어 회전자석판(42)의 회전을 감지하며, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 회전자(80)의 회전속도에 반응하여 그 설치각을 변화시키는 이완장치(80)가 설치되어 있다.

이와 같은 구성의 본 발명에 따른 전기모터는 전류제어장치에 의해 계자권선(93)에 흐르는 전류의 단속 및 극성을 변화시키면, 착자된 회전자 자석(81)과 계자철심(92)간의 자력극성에 의해 인력과 반발력이 발생되어 회전자(80)가 회전되며, 회전축에 설치된 회전자석판(42)도 연동 회전하게 된다.

이하, 도 11에 도시되어 있는 본 발명에 따른 전기모터에 있어 전류제어장치를 살펴보기로 한다. 상기 도 11의 회로도는 상기 자기검출센서(71)의 자기검출신호에 따라 계자권선(93)에 흐르는 전류의 방향을 가변시켜 계자철심(92)의 극성을 가변시키는 회로이다.

상기 회로도의 구성을 살펴보면, NPN형인 트랜지스터(예시 Q11)와 PNP형인 트랜지스터(예시 Q12)의 에미터단이 서로 연결되고, 베이스단은 자기검출센서(71)가 접속되며, 트랜지스터(Q11)의 콜렉터단은 전원부(71)에, 그리고 트랜지스터(Q12)의 콜렉터단이 접지되어 형성되는 스위칭부가 연속 구비된다.

그리고 대칭 위치에 있는 계자권선(93)의 일측단(예시 L1)(예시 L9)은 트랜지스터(Q11)(Q12)의 에미터단에 연결되며, 타측단(예시 L2)(예시 L10)은 이웃하는 스위칭부인 트랜지스터(예시 Q13)(예시 Q14)의 에미터단에 연결되며, 상기 각 트랜지스터는 자기검출센서(71)의 검출 전기 신호에 의하여 구동된다.

한편, 도 12의 (가) 및 (다)에서와 같은 상태일 경우 자기검출센서(73)는 상.하 모두 자석이 전혀 착자되지 않는 부분 (ℓ)에 위치하게 되어 자기검출이 되 지 않음에 따라 자기검출신호를 발생하지 않게 된다.

또한, 도 12의 (나)에서와 같은 상태일 경우, 자기검출센서(72)의 상측은 자기검출신호를 발생하며, 하측은 자기검출신호를 발생하지 않게 된다.

따라서 상기 회전자석판이 회전함에 따라 하나의 계자권선으로 유입되는 전류는 도 13과 같은 펄스파가 형성된다.

본 출원인의 선등록 특허 10-0417637는 상기와 같이 구성되며, 본 발명은 상기와 같은 구조의 선등록 특허를 개선한 것으로서 이하 본 발명의 특징에 관하여 살펴보기로 한다.

본 발명은 상기한 전기모터에 있어서, 상기 회전자(80)의 외통과 내에 착자된 회전자 자석(82)들은 서로 다른 극으로 쌍을 이루며 착자되어 마주보며 형성되되, 외통의 회전자 자석들과 내통의 회전자 자석들은 외통과 내통에서 상호 이격 간격(81)을 가지면서 형성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 회전자 자극은 도 1과 같이 도시될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 외통과 내통에서 상호 t 만큼의 이격간격(81)을 가지고 회전자 자석(82)이 형성되어 있다.

본 발명은 이와 같은 구성에 의하여 계자와 회전자 자석(82)간의 자력 효율을 향상시키는데 이는 종래기술방식과 같이 회전자 자석(82)이 연속되어 있으면, 도 8에 도시된 바와 같이 인접 회전자 자석(82)과의 자기력선 형성 거리가 짧아져, 계자철심과의 자기력선보다 릴렉턴스 R'가 작게 되어 인접 회전자 자석(82)으로 자기력선이 유도되는 현상이 생기는데 비하여, 도 7에 도시된 바와 같이 인접하는 회전자 자석(82)과 이격간격을 형성시켜두면 회전자 자석(82)과 계자철심(92)간의 릴렉턴스 차이(R - R'')가 축소되므로 자기력선이 계자철심측으로 더 많이 유도되기 때문이다.

상기 릴렉턴스(R-자기저항)는 R = L/μA (R :릴렉턴스, L : 거리, μ: 투자율, A : 면적) 이므로 공기의 투자율과 거리에 밀접한 관계를 가지고 있다.

본 발명은 이러한 인접 회전자 자석(82)과의 릴렉턴스를 축소시킴으로써 회전자 자석(82)의 자기력선이 계자철심(92)측으로 더 유도되게 함으로써 회전 효율을 향상시키는 것이므로, 회전자 자석(82)과 계자철심(92)간의 자기력선 연결이 많으면 많을수록 더욱 회전 효율이 향상된다.

이러한 방법으로서는 단일 회전자 자석(82)의 자력 또는 계자철심(92)의 자력을 크게하여 자기력선의 선속밀도를 높이는 방법도 있으나, 이는 모터의 크기 등 기타 문제가 동반되므로 본 발명은 회전자 자석(82)과 계자철심(92)의 만나는 횟수를 증가시켜 자기력선의 형성을 더 많게 하는 것을 또 다른 기술적 요지로 한다.

즉, 본 발명은 종래기술방식과 달리 도 1에 도시된 바와 같이 외통과 내통의 회전자 자석(82)들이 10쌍으로 된 회전자와 상기 회전자의 외통과 내통 사이에 8개의 계자(900)를 형성시키는 고정자(90)로 구성되는 전기모터로 구성할 수 있다.

상기 회전자 자석(82)은 도 2에 도시된 바와 같이 내통과 외통이 1쌍을 이루 며 서로 다른 극성을 가지고 이웃하는 회전자 자석(82)과도 서로 다른 극성을 가지도록 배치한다.

상기의 전기모터에 의하면 1회전 당 하나의 계자(900)는 10번의 자기력선 연결이 형성되어 전체 전기모터에서는 1회전당 8개의 계자(900)에서 각각 10번의 자기력선 연결이 시도되어 80회의 자기력선 연결이 형성된다.

이때 상기 계자(900)의 계자철심(92)의 자화방향을 제어하는 회전자석판(42)에는 도 3에 도시된 바와 같이 1회전당 1 계자철심이 10번의 극성변화가 발생되도록 회전자 자석쌍의 갯수와 동일한 갯수의 자석을 착자시킨다.

본 발명은 또한 도 4에 도시된 바와 같이 외통과 내통의 자석들이 20쌍으로 된 회전자(80)와 상기 회전자(80)의 외통과 내통 사이에 12개의 계자를 형성시키는 고정자(90)로 구성되는 전기모터로 되는 것도 바람직한데, 이러한 경우에는 1회전 당 하나의 계자는 20번의 자기력선 연결이 형성되어 전체 전기모터에서는 1회전당 12개의 계자에서 각각 20번의 자기력선 연결이 시도되어 240회의 자기력선 연결이 형성된다.

회전자 자석(82)이 20쌍의 자석으로 배치될 경우에는 도 5와 같은 자극 구성으로 되며, 도 6과 같이 20개의 자석이 배치된 회전자 자석(82)이 사용된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 종래기술방식의 선 등록특허와 비교하여 볼 때, 선등록 특허가 8개의 회전자 자석쌍(총 16개)과 8개의 계자로 이루어져 회전자 자석과 계자의 비율이 2:1 인 것(1개의 계자를 두개의 회전자 자석이 당김)에 비하 여, 10개의 회전자 자석(총 20개 자석)과 8개의 계자인 도 1의 본 발명은 회전자 자석과 계자의 비율이 2.5 :1의 비율(1개의 계자를 2.5개의 회전자 자석이 당김)을 가지고, 20개의 회전자 자석(총 40개 자석)과 12개의 계자인 도 3의 본 발명은 회전자 자석과 계자의 비율이 3.3 :1의 비율(1개의 계자를 3.3개의 회전자 자석이 당김)을 가지므로 단위 계자철심과 회전자 자석간의 힘의 크기가 더 커짐을 알 수 있다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 실시예는 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예에 불과하며, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 단면 구조도

도 2는 본 발명의 회전자 자석 극성 배치도

도 3은 도 1의 본 발명에 사용되는 회전자석판의 사시도

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 단면 구조도

도 5는 도 4의 회전자 자석 극성 배치도

도 6은 도 4의 본 발명에 사용되는 회전자석판의 사시도

도 7은 본 발명의 회전자 자석과 계자철심간의 릴렉턴스 흐름도

도 8은 종래기술의 회전자 자석과 계자철심간의 릴렉턴스 흐름도

도 9는 본 출원인의 선등록 발명인 종래기술의 사시도

도 10은 도 9의 종래기술 조립도

도 11은 도 9의 종래기술의 전류제어장치 회로도

도 12는 도 9의 종래기술 회전자석판과 그 실시도

도 13은 도 9의 종래기술에서 계자권선으로 흐르는 전류의 그래프

*도면의 주요부분에 관한 부호의 설명*

42 : 회전자석판 50 : 회전축

70 : 커버 71 : 자기검출센서

80 : 회전자 81 : 이격간격

82 : 회전자 자석 90 : 고정자

91 : 원형 패널의 베이스 92 : 계자철심

93 : 계자권선 900 : 계자

Claims

원형 패널의 베이스에 계자가 방사형으로 고정 설치된 고정자와;

상기 베이스의 중심을 관통하는 회전축에 결합되며 상기 고정자를 가운데에 위치시키는 동축 원통형으로서, 외통과 내통 사이에는 서로 다른 극으로 쌍을 이루며 착자된 회전자 자석들이 서로 마주보며 형성된 회전자와;

상기 회전자의 회전축은 관통 노출되도록 하면서 상기 회전자를 하우징 하면서 상기 원형 패널 베이스와 결합되는 커버와;

상기 커버의 상면에서 상기 회전축에 결합되며 상기 회전자 자석쌍과 동일 갯수의 자석이 내삽된 회전자석판과 상기 커버의 상면에 형성되어 상기 회전자석판과 접촉하는 자기검출센서와 상기 자기검출센서에서 감지한 회전각 신호를 이용하여 상기 고정자의 계자 자화방향을 제어하는 전류제어장치로 구성되는 전기모터에 있어서,

상기 회전자에 착자된 외통과 내통의 자석들은 서로 다른 극으로 쌍을 이루며 착자되어 마주보며 형성되되, 외통의 자석들과 내통의 자석들은 외통과 내통에서 상호이격 간격을 가지면서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기모터.
제1항에 있어서 상기 전기모터는

외통과 내통의 자석들이 10쌍으로 된 회전자와;

상기 회전자의 외통과 내통 사이에 8개의 계자를 형성시키는 고정자로 구성 되는 것을 특징으로 하는 전기모터.
제1항에 있어서 상기 전기모터는

외통과 내통의 자석들이 20쌍으로 된 회전자와;

상기 회전자의 외통과 내통 사이에 12개의 계자를 형성시키는 고정자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기모터.