KR20120128300A

KR20120128300A - 발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동회로

Info

Publication number: KR20120128300A
Application number: KR1020110046157A
Authority: KR
Inventors: 카오리 오타
Original assignee: 카오리 오타
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2012-11-27

Abstract

본 발명은 고정자 코어에 자석을 내장하고, 상기 고정자 코어에 개별권선에 의한 전동 코일과 발전 코일을 연속적으로 복수 형성하는 것으로, 로터 코어의 자석이 회전함에 따라 상기 고정자 코어의 자석의 자력선이 변동하고, 이 변동에 따라 고정자 코어에 감은 발전 코일에 흐르는 전류 에너지를 축전지에 충전하도록 하여, 상기 축전지에 충전된 에너지를 다시 모터를 구동하는 데 이용할 수 있도록 해 주는 발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동 회로를 제공한다.

Description

발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동회로{DRIVING CIRCUIT FOR MOTOR WITH A BUILT-IN GENERATOR}

본 발명은 발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자 코어에 자석을 내장하는 것으로 회전자 코어의 자석이 회전함에 따라 상기 고정자 코어의 자석의 자력선이 변동하고, 이 변동에 따라 고정자 코어에 감은 코일에 흐르는 전류 에너지를 축전지에 충전하도록 하는 발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동 회로에 관한 것이다.

일반적으로 발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기로서, 대부분이 회전이나, 직선운동에 의해서 발전기의 작용을 하는 것이 개발되어 실용화를 위한 연구가 진행되고 있다. 전자기유도작용으로 기전력을 발생시키는 점에서는 기계의 대/소, 직류/교류 발전기 등 모두 공통된 원리에 기초를 두고 있다. 이 기전력의 크기는 자기장의 세기와 도체의 길이 및 자기장과 도체의 상대적 속도에 비례하며, 기전력의 방향은 플레밍의 오른손 법칙에 의해 알 수 있다.

또한 모터라 함은 전기 에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 기계로서, 전동기라고도 한다. 이러한 모터의 대부분이 회전운동의 동력을 만들지만, 직선운동의 형식으로 하는 것도 있다. 이러한 모터는 직류와 교류의 종류가 있다고는 하지만 원리상으로 보면 동일한 것으로, 자기장 속에 도체를 자기장과 직각으로 놓고 여기에 전류를 통하면 자기장에도 직각 방향으로 전자기적인 힘이 발생한다는 전자유도현상을 응용한 것이며, 전자기력은 자기장의 세기, 전류의 세기 및 도체의 길이의 곱에 비례한다.

이와 같은 발전기 및 모터는 모두 동일한 원리를 이용한 것으로, 로터의 회전력에 의해 발생되는 전기력을 수용하는 발전기나, 전기력에 의해 로터가 회전되게 하는 모터는 동일한 구성임에도 불구하고 용도가 상이하다는 이유만으로 각기 개별적으로 생산되므로, 발전 및 전동작용을 동시에 요구하거나 발전기 및 모터를 함께 사용하여야 하는 장소에서는 불가피하게 각각의 장치를 구매하여 설치하여야 하므로 매우 비경제적인 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 고정자 코어에 자석을 내장하고, 상기 고정자 코어에 개별권선에 의한 전동 코일과 발전 코일을 연속적으로 복수 형성하는 것으로, 회전자 코어의 자석이 회전함에 따라 상기 고정자 코어의 자석의 자력선이 변동하고, 이 변동에 따라 고정자 코어에 감은 발전 코일에 흐르는 전류 에너지를 축전지에 충전하도록 하여, 상기 축전지에 충전된 에너지를 다시 모터를 구동하는 데 이용할 수 있도록 해 주는 발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동 회로를 제공하고자 한다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하고 있는 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다

본 발명의 일실시예에 따른 발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동회로는 등 간격으로 설치된 복수의 슬롯에 코일이 권선되는 고정자와, 상기 고정자의 선택되는 슬롯에 자속이 집중되도록 소정의 필요한 극 수로 구성되는 회전자를 포함하여 이루어지고, 상기 고정자의 코어에 자석을 내장하고 상기 고정자의 코어에 개별권선에 의한 전동 코일과 발전 코일을 연속적으로 복수 형성함으로써 발전 장치가 내장된 모터를 구동하는 구동 회로에 있어서, 상기 회전자의 코어의 자석이 회전함에 따라 상기 고정자 코어의 자석의 자력선이 변동하고, 이 변동에 따라 고정자 코어에 감은 발전 코일에 흐르는 전류 에너지를 배터리에 충전하도록 하는 배터리 충전 회로 및 상기 배터리에 충전된 에너지를 다시 모터를 구동하는 데 이용할 수 있도록 해 주는 모터 구동 회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 회전자에 회전에 의한 운동 에너지를 부여하여, 상기 회전자의 회전 자기력을 상기 고정자 코어의 발전 코일에 수용하여 전기에너지를 생산하는 발전기로 사용되게 구동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 고정자의 전동 코일에 전원을 인가하여 그 내측의 회전자가 회전됨으로써, 상기 고정자의 전기 에너지가 회전자의 운동 에너지로 전환되어 상기 회전자가 회전되게 하는 전동기로 사용되게 구동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 고정자 코어에 자석을 내장하고, 상기 고정자 코어에 개별권선에 의한 전동 코일과 발전 코일을 연속적으로 복수 형성하는 것으로, 회전자 코어의 자석이 회전함에 따라 상기 고정자 코어의 자석의 자력선이 변동하고, 이 변동에 따라 고정자 코어에 감은 발전 코일에 흐르는 전류 에너지를 축전지에 충전하도록 하여, 상기 축전지에 충전된 에너지를 다시 모터를 구동하는 데 이용할 수 있도록 해 주는 발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동 회로를 제공하여, 모터의 구동시간을 획기적으로 늘릴 수 있다.

도 1 은 하나의 실시예를 나타내는 일부를 발췌해 나타낸 종단 정면도이고,
도 2 는 본 발명에 따른 발전 장치를 내장한 모터의 종단 측면도이고,
도 3 은 본 발명에 따른 발전 장치를 내장한 모터의 고정자 자극의 첨단으로부터 좌우로 돌출된 폴 피스의 상세 형상을 도시한 도면이고,
도 4 는 본 발명에 따른 발전 장치가 내장된 모터의 고정자의 결선도를 나타내는 도면이고,
도 5 는 본 발명의 모터의 발전상태 측단면 동작도이고,
도 6 은 본 발명의 모터의 전동상태 측단면 동작도이고,
도 7 은 본 발명에 따른 발전 장치가 내장된 모터를 구동하는 구동 드라이버의 회로 구성도이고,
도 8 은 본 발명에 따른 전동 바이크 콘트롤러 기판의 일실시예에 따른 회로도이고,
도 9 는 본 발명에 따른 회생 브레이크 회로의 일실시예에 따른 회로도이고,
도 10 은 본 발명에 따른 모터 구동 회로의 일 실시예를 각각 도시한 회로도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

도 1은 본 발명 회전 전기 장치의 하나의 실시예를 나타내는 일부를 발췌해 나타낸 종단 정면도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 회전 전기 장치의 종단 측면도이다.

도 1에 나타나는 회전 전기 장치(1)는, 고정자(2)와 회전자(3)로 이루어진다. 고정자(2)는, 고정자 철심(5)과 3상의 집중권취된 고정자 코일(6)로 구성되어 커버(4)에 설치된다. 회전자(3)는, 컵 형태의 자성재료로 된 홀더(7)와 홀더(7)의 내주부에 배치되어 있으며 고정자 철심(5)과 공극(8)을 개입시켜 대향하는 링 상태의, 예를 들면 10극으로 착자된 페라이트계의 플라스틱 영구자석(9)에 의해 이루어진다. 홀더(7)는 알루미늄 혹은 황동 등의 비자극성체 부재로 된 부시(10)에 감합 또는 코킹, 봉합 등으로 고정되고, 부시(10)는 샤프트(11)의 롤렛부(12)에 압입되어 있다. 커버(4)의 돌기(15)에는, 영구자석(9)의 축방향 끝단면(13)에 대향하는 기판(14)이 설치된다. 기판(14)에는, 영구자석(9)의 자극 위치를 검출하는 홀 소자(16)(U,V,W상의 3개)가 배치된다. 회전자(3)의 샤프트(11)는, 커버(4)와의 사이에 볼베어링(17)을 개입시켜서 배치되어 판 용수철(18)로 지축 방향의 스러스트를 조정하고, 제지 고리(19)로 축방향으로 이동하지 않게 고정된다.

도 2는 본 발명의 영구자석 회전 전기 장치의 고정자와 회전자의 지름 방향 단면도로, 회전자(3)의 영구자석(9)이 10극으로 착자되어 있는 예를 나타낸다.

고정자(2)는, 원환모양 요크(21)에 지름 방향으로 배치한 12개의 고정자 자극(20)과 영구자석(9)의 회전 방향을 따라 상기 고정자 자극(20)의 첨단으로부터 좌우로 돌출된 폴 피스(22)로 이루어진다. 상기 좌우의 폴 피스(22)의 돌출량은 동일한 것이 바람직하다.

서로 인접하는 고정자 자극(20) 사이에는, 가지(茄子) 형상의 슬롯(23)이 형성되어 여기에 고정자 코일(6)이 감겨진다.

또한, 서로 인접하는 고정자 자극(20)의 폴 피스(22) 사이에 형성되는 슬릿 (24)을 개입시켜 고정자 코일(6)을 감는 노즐을 통과하게 한다. 이 슬릿(24)의 수는 고정자 자극(20)과 같은 12개가 되며, 이 12개의 슬릿(24)의 원주 방향의 폭은 동일 치수로 한다.

도 3은, 본 발명의 주요부인 고정자 자극(20)의 첨단으로부터 좌우로 돌출된 폴 피스(22)의 상세 형상을 나타내며, 이 폴 피스(22)는 샤프트(11)의 축심 X'를 중심으로 하는 원호 형상으로 구성된 중앙 원호상부(25)와, 슬릿(24)에 가까운 첨단의 평탄 경사면부(26)로 구성된다.

상기 실시예에서는, 고정자 자극(20)은 12개로 구성되어 있기 때문에, 1 슬롯 피치각도 θ₁은 30도이다. 중앙 원호상부(25)의 중앙선 X-X'로부터의 펼쳐진 각도 θ₃은 8.4도이고, 평탄 경사면부(26)의 펼쳐진 각도 θ₂는 4도이다. 또, 중앙선 X-X'와 평탄 경사면부의 경사각 θ₄는 59도이다. 또한, θ₂와 θ₃을 더한 각도인 폴 피스(22)의 돌출량은, 한쪽 12.4도로 크다.

상기와 같이, 고정자 자극의 첨단에 마련한 폴 피스의 외주면과 회전자의 내주면 간의 공극이 폴 피스의 양끝으로 향해 확대하도록 폴 피스의 외주면을, 그 중앙부보다 양끝의 곡률이 커지도록 구성한 것으로, 더욱 자속 분포가 완만하게 되고, 코깅 토크 저감을 실현할 수 있다.

상기의 예에서, 아우터 로터 타입으로 발명했지만, 회전자(3)를 내측에, 고정자(2)를 외측에 배치한 이너 로터 타입의 것으로, θ₂/θ₃의 비를 0.2부터 0.7의 범위로 하면, 영구자석 회전자의 극수 P와 고정자 자극수 M의 관계의 P:M의 비가 (6n-2):6n의 10:12의 경우, 코깅 토크를 큰 폭으로 저감할 수 있다.

도 4 는 상기와 같은 이너 로터 타입의 본 발명의 발전 장치가 내장된 모터의 고정자의 결선도를 나타내는 도면이다.

본 발명의 발전 장치가 내장된 모터의 고정자에는 상기 모터의 전동 코일 A, B, C와 교대로 발전기의 발전 코일 G, H, I가 구성된다. 상기 발전기의 발전 코일 G, H, I는 각각 정류용 브리지 다이오드(도시하지 않음) 회로와 연결하여 그 발전기의 발전 코일을 통하여 나오는 출력전압을 정류할 수 있도록 구성한다.

이상과 같은 본 발명의 발전 장치가 내장된 모터의 작용을 첨부도면에 의해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5 에서 보는 바와 같이, 외부 동력에 의해 로터(20)를 회전시키면, 상기 로터 코어의 자석이 회전하는 것으로, 고정자(30) 코어의 자석의 자력선이 변동하기 때문에, 그 변동에 의해 고정자 코어에 권선된 발전 코일에 전류가 흐르게 된다.

본 발명의 모터의 전동 상태를 설명하면, 도 6 에서 도시한 바와 같이, 상기 고정자(30)의 전동코일에 전원을 공급하게 되면 상기 고정자에 인가되는 전기장에 의해 영구자석체인 로터(20)를 회전시키게 된다.

도 7 은 본 발명에 따른 발전 장치가 내장된 모터를 구동하는 구동 드라이버의 회로 구성도이다.

본 발명에 따른 구동 드라이버는 모터의 구동 기능 뿐만 아니라 발전 기능을 제어하고 발전된 전력를 배터리에 충전하여 이를 다시 모터를 구동하는 데 이용할 수 있도록 구성되어 있는 점에 그 특징이 있다.

도 7 을 참조하여 보면, 본 발명에 따른 구동 드라이버는 고정자 코어에 권선된 발전 코일로부터 발전된 전력을 전기 2중층 콘덴서 및 배터리 충전회로를 통하여 배터리에 충전된다. 상기 배터리에 충전된 전류는 메인 스위치 및 메인 릴레이를 거쳐 모터 구동회로를 통해 모터 구동에 이용된다.

도 8 내지 도 10은 각각 전동 바이크 콘트롤러 기판, 회생 브레이크 회로 및 모터 구동 회로의 일 실시예를 각각 도시한 회로도이다.

한편, 상기에서 구체적인 실시예에 의해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이나 수정이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구의 범위뿐만 아니라, 이 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

등 간격으로 설치된 복수의 슬롯에 코일이 권선되는 고정자와, 상기 고정자의 선택되는 슬롯에 자속이 집중되도록 소정의 필요한 극 수로 구성되는 회전자를 포함하여 이루어지고, 상기 고정자의 코어에 자석을 내장하고 상기 고정자의 코어에 개별권선에 의한 전동 코일과 발전 코일을 연속적으로 복수 형성함으로써 발전 장치가 내장된 모터를 구동하는 구동 회로에 있어서,
상기 회전자의 코어의 자석이 회전함에 따라 상기 고정자 코어의 자석의 자력선이 변동하고, 이 변동에 따라 고정자 코어에 감은 발전 코일에 흐르는 전류 에너지를 배터리에 충전하도록 하는 배터리 충전 회로 및 상기 배터리에 충전된 에너지를 다시 모터를 구동하는 데 이용할 수 있도록 해 주는 모터 구동 회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 회전자에 회전에 의한 운동 에너지를 부여하여, 상기 회전자의 회전 자기력을 상기 고정자 코어의 발전 코일에 수용하여 전기에너지를 생산하는 발전기로 사용되게 구동하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동회로.
제 1 항에 있어서, 상기 고정자의 전동 코일에 전원을 인가하여 그 내측의 회전자가 회전됨으로써, 상기 고정자의 전기 에너지가 회전자의 운동 에너지로 전환되어 상기 회전자가 회전되게 하는 전동기로 사용되게 구동하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 내장한 모터를 구동하는 구동회로.