KR20130029659A

KR20130029659A - 스위치드 릴럭턴스 모터

Info

Publication number: KR20130029659A
Application number: KR1020110093063A
Authority: KR
Inventors: 전재우
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-03-25
Also published as: JP2013066360A; CN103001435A; US20130069495A1

Abstract

본 발명의 스위치드 릴럭턴스 모터는 자성체의 브라켓과, 상기 브라켓의 상부에 장착되어 전기력을 인가하는 각종 전자회로가 장착된 회로기판과, 상기 회로기판의 상부에 장착되며 다수의 돌극이 방사형으로 형성되며, 상기 돌극에 코일이 감긴 스테이터 어세이 및 측면에 돌출부와 홈부가 형성되며 상기 스테이터 어세이의 외경에 결합되고, 상기 코일에 전원이 인가되어 상기 스테이터 어세이에 전자기력이 발생되어 회전하는 로터케이스를 포함한다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터{Switched Reluctance Motor}

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로, 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor; SRM)는 고정자와 회전자가 모두 돌극(salient)인 자기구조를 갖는다.

그리고 고정자에 집중권의 코일이 감기고, 회전자는 어떠한 여자장치(권선 또는 영구자석 등)도 없이 철심으로만 구성되어 가격 경쟁력이 우수하다 또한, 속도가변형 스위치드 릴럭턴스 모터는 전력반도체를 이용한 컨버터와 위치센서의 도움으로 연속적인 토크를 안정적으로 발생하고 각 응용분야에서 요구되는 성능에 맞춰 제어가 용이하다는 장점을 지니고 있다.

또한, 스위치드 릴럭턴스 모터는 회전자의 구조가 간단하여 가격이 저렴하나, 릴럭턴스 토크를 발생하기 위해 반도체 스위치로 이루어진 컨버터를 사용해야 하고, 전체 시스템의 가격이 상승되는 문제점, 고속구동시 적절한 제어를 하기 위해 빠른 연산이 가능한 고가의 제어회로가 구비되어야 하는 문제점을 지니고 있다.

그리고, 청소기, 전동공구 등의 분야에서 주로 사용되는 유니버셜모터의 경우 간단한 기계적 구조인 정류자와 브러시의 사용으로 컨버터와 위치센서 없이 토크를 발생하며, 제어에 의한 성능향상보다는 저가의 모터 구조가 장점으로 인정되어 그 분야에서 널리 쓰이고 있으나, 코일이 고정자 뿐만 아니라 회전자에도 감겨있어 재료비가 높아지고 그로 인해 회전자동손(copper loss)이 발생하여 모터의 효율을 저감하므로 고효율이 요구되는 고급형 모델에 적용하기 어려운 문제점을 지니고 있다.

종래기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 아우트 로터 타입(Out rotor type) 모터에서는 로터에 마그네트가 부착되어 센터 고정측의 스테이터 어세이와 전자기 작용에 의해 회전을 이룬다.

즉, 스테이터 어세이의 전자기력와 마그네트의 자력에 의해 회전력을 얻는 구조로, 스테이터 어세이는 고정되어 있고 마그네트의 회전체인 로터 케이스와 어세이되어 자기력의 상호작용으로 회전을 한다.

그러나 최근 중국에서의 마그네트 규제에 따라, 마그네트 가격이 계속 상승하고 있으므로 향후 자원의 고갈에 대비해 마그네트 없는 구조에 대한 연구가 절실한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 마그넷 없는 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하여 원가절감을 이루는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 자성체의 브라켓과, 상기 브라켓의 상부에 장착되어 전기력을 인가하는 각종 전자회로가 장착된 회로기판과, 상기 회로기판의 상부에 장착되며 다수의 돌극이 방사형으로 형성되며, 상기 돌극에 코일이 감긴 스테이터 어세이 및 측면에 돌출부와 홈부가 형성되며 상기 스테이터 어세이의 외경에 결합되고, 상기 코일에 전원이 인가되어 상기 스테이터 어세이에 전자기력이 발생되어 회전하는 로터케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 스테이터 어세이의 상기 돌극은 12극으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테이터 어세이의 상기 돌극은 3상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테이터 어세이의 상기 돌극은 u,v,w극이 순차적으로 형성된 3n극인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터케이스의 돌출부는 8극으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터케이스는 자성체인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돌극의 v극에만 전원을 인가하면 v극 위치의 상기 스테이터 어세이에 전자기력이 발생하여 회전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돌극의 u극에만 전원을 인가하면 u극 위치의 상기 스테이터 어세이에 전자기력이 발생하여 회전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돌극의 w극에만 전원을 인가하면 w극 위치의 상기 스테이터 어세이에 전자기력이 발생하여 회전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터케이스의 상부에는 척어세이가 장착된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 스위치드 릴럭턴스 모터는 스테이터 어세이의 코일에 순차적으로 전원을 인가하면 로터케이스는 지속적인 회전력을 얻어 회전을 하게 된다.

즉, 스위치드 릴럭턴스 모터는 마그넷을 사용하지 않고 돌출부와 홈부가 형성되어 스테이터 어세이의 외경에 장착된 로터케이스를 구비하고, 스테이터 어세이의 코일에 순차적으로 전류를 인가하여 로터케이스를 회전시킴으로써 회전을 위한 별도의 마그넷이 불필요하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 분해사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류인가지점에 따른 로터케이스의 단면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 분해사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 단면도이다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류인가지점에 따른 로터케이스의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(100)는 아우터 로터타입(Outer rotor type) 모터로써 브라켓(110), 스테이터 어세이(120), 회로기판(130), 로터케이스(140), 척어세이(150), 러버(160)를 포함한다.

브라켓(110)은 모터의 하부를 전체적으로 지지하는 것으로, 자성체로 이루어진다.

스테이터 어세이(120)는 브라켓(110)의 상부에 장착된 것으로, 다수의 돌극으로 이루어져 있다. 돌극의 개수는 다양하게 이루어질 수 있으며 돌극에는 코일이 감겨져 있고, 돌극은 순차적으로 u,v,w극으로 이루어지며 각각의 극에 순차적으로 전류를 인가한다. 돌극 및 전류인가에 대한 구체적인 내용은 추후 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

회로기판(130)은 브라켓(110)과 스테이터 어세이(120) 사이에 장착되는 것으로, 전기력을 인가하기 위해 각종 전자소자 및 전기회로가 구비되어 있다.

회로기판(130)은 스테이터 어세이(120)의 코일에 대한 구동신호를 인가하기 위한 제어소자들이 실장되어 있으며, 하부에 장착된 브라켓(110)으로부터 연장된 원통형 받침부(미도시)에 의해 바닥으로부터 공간을 두고 지지되어 있다. 이 공간에는 회로기판(130)의 하부면에 실장되는 제어소자들이 위치된다.

로터케이스(140)는 스테이터 어세이(120)의 상부에 장착된 것으로, 회전판과 상기 회전판의 외경에 축방향으로 돌출부(141)와 홈부(142)가 등간격으로 형성되어 있다.

로터케이스(140)는 상부에 회전축(143)이 장착되어 있으며 모터의 회전을 지지한다.

로터케이스(140)의 돌출부(141)는 스테이터 어세이(120)의 돌극 사이에 배치되도록 형성된다. 스테이터 어세이(120)의 형상과 돌극의 배치관계는 추후 도면을 참조로 보다 상세히 설명하기로 한다.

척어세이(150)는 로터케이스(140)의 상부에 장착되며 내경이 회전축(143)에 장착되어 로터케이스(140)의 회전을 상부에서 지지한다.

러버(160)는 로터케이스(140)의 외경에 장착되어 타부품과의 마찰을 막기 위한 것으로, 일반적으로 탄성재질이 장착된다. 러버(160)는 로터케이스(140)의 외경에 장착되기 용이하도록 링형상으로 이루어진다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(100)의 로터케이스(140)와, 로터케이스(140)의 A-A단면을 나타낸 것이다.

로터케이스(140)는 자성강판이 적층되어 형성된 것으로 스테이터 어세이(120)의 외부에 일정 간극 이격되어 회전가능하게 배치되어 있다.

도 2의 (a)는 로터케이스(140)의 측면을 나타낸 것으로, 로터케이스(140)의 측면은 돌출부(141)와 홈부(142)가 순차적으로 형성되어 있다.

도 2의 (b)는 로터케이스(140)의 A-A단면을 나타낸 것으로, 로터케이스(14)는 스테이터 어세이(120)의 외경에 장착되는데, 이때 로터케이스(140)의 돌출부(141)는 B부분에 배치된다.

도 2의 (b)에 나타난 바와 같이, 로터케이스(140)의 돌출부(141)가 배치되는 B부분은 스테이터 어세이(120)의 돌극의 외주면과 돌극 사이의 외주면에 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(100)의 스테이터 어세이(120)의 돌극은 12개로 이루어지며 회전축(143)을 중심으로 방사상으로 형성된다.

스테이터 어세이(120)의 돌극에는 코일(121)이 감기며, 코일(121)에 흐르는 전류는 인접 코일과 반대방향으로 흐르게 구성된다.

모터에 전원이 인가되면 로터케이스(140)가 회전하게 되는데, 이때 스테이터 어세이(120)의 코일(121) 중 한부분에 전원을 인가하면 로터케이스(140)의 위치부가 자기력으로 인해 회전 진행방향대로 회전하게 된다.

따라서, 아우트 로터타입의 SRM모터에 있어서 상기와 같은 SRM모터는 별도의 마그네트를 사용할 필요없이 모터의 회전을 가능하게 하여 재료비를 크게 절감할 수 있다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(100)의 로터케이스(140)의 회전을 자세히 나타낸 것이다.

도 3은 스테이터 어세이(120)의 12돌극에 차례로 u,v,w극을 표시한 것이며, 12돌극의 v,v',v'',v''' 위치에 감겨진 코일(121)에만 전원을 인가하면 v,v',v'',v''' 위치의 스테이터 어세이(120)에 전자기력이 발생하고, 자석에 붙는 금속계열로 된 로터케이스(140)의 a,c,e,g 위치부가 자기력으로 인해 화살표방향(R)으로 회전을 하게 된다.

따라서, 돌극에 감겨진 일부 코일(121)에 전원을 인가함으로써 로터케이스(140)를 회전하게 할 수 있으므로 회전을 위한 별도의 마그넷이 불필요하다.

도 4는 스테이터 어세이(120)의 12돌극에 차례로 u,v,w극을 표시한 것이며, 회전하는 로터케이스(140)의 a,c,e,g와 스테이터 어세이(120)의 v,v',v'',v''' 의 센터가 되는 위치 전후의 최적의 지점에서 코일(121)의 v,v',v'',v'''에 인가되는 전원을 끈다. 그 후, 코일(121)의 w,w',w'',w'''에만 전원을 인가하면 로터케이스(140)의 b,d,f,h의 위치부가 자기력으로 인해 회전 진행방향(R)대로 회전을 하게 된다.

도 5는 회전하는 로터케이스(140)의 b,d,f,h와 스테이터 어세이(120)의 w,w',w'',w'''의 센터가 되는 위치 전후의 최적의 지점에서 코일(121)의 w,w',w'',w'''에 인가되는 전원을 끄고, 코일(121)의 u,u',u'',u'''에만 전원을 인가하면 로터케이스(140)의 a,c,e,g의 위치부가 자기력으로 인해 회전방향(R)으로 회전을 하게 된다.

도 6은 회전하는 로터케이스(140)의 a,c,e,g와 스테이터 어세이(120)의 u,u',u'',u'''의 센터가 되는 위치 전후의 최적의 지점에서 코일(121)의 u,u',u'',u'''에 인가되는 전원을 끄고, 코일(121)의 v,v',v'',v'''에만 전원을 인가하면 로터케이스(140)의 b,d,f,h의 위치부가 자기력으로 인해 회전방향(R)으로 회전을 하게 된다.

이와 같이 상기에 명시한 바와 같이 스테이터 어세이(120)의 코일(121)에 순차적으로 전원을 인가하면 로터케이스(140)는 지속적인 회전력을 얻어 회전을 하게 된다. 위치를 센싱하여 코일(121)에 전압을 인가하는 방법은 본 특허에서는 생략하기로 한다.

따라서, 상기와 같은 구조를 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터(100)는 마그넷을 사용하지 않고 돌출부(141)와 홈부(142)가 형성되어 스테이터 어세이(120)의 외경에 장착된 로터케이스(140)를 구비하고, 스테이터 어세이(120)의 코일(121)에 순차적으로 전류를 인가하여 로터케이스(140)를 회전시킴으로써 회전을 위한 별도의 마그넷이 불필요하다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 스위치드 릴럭턴스 모터 110: 브라켓
120: 스테이터 어세이 121: 코일
130: 회로기판 140: 로터케이스
141: 돌출부 142: 홈부
143: 회전축 150: 척어세이
160: 러버

Claims

자성체의 브라켓과, 상기 브라켓의 상부에 장착되어 전기력을 인가하는 각종 전자회로가 장착된 회로기판;
상기 회로기판의 상부에 장착되며 다수의 돌극이 방사형으로 형성되며, 상기 돌극에 코일이 감긴 스테이터 어세이; 및
회전판과 상기 회전판의 외경에 축방향으로 돌출부와 홈부가 등간격으로 형성되어 상기 스테이터 어세이의 외경에 결합되고, 상기 코일에 전원이 인가되어 상기 스테이터 어세이에 전자기력이 발생되어 회전하는 로터케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 스테이터 어세이의 상기 돌극은 12극으로 형성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 스테이터 어세이의 상기 돌극은 3상인 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 3에 있어서,
상기 스테이터 어세이의 상기 돌극은 u,v,w극이 순차적으로 형성된 3n상인 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 로터케이스의 돌출부는 8극으로 형성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 로터케이스는 자성체인 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 4에 있어서,
상기 돌극의 v극에만 전원을 인가하면 v극 위치의 상기 스테이터 어세이에 전자기력이 발생하여 회전하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 4에 있어서,
상기 돌극의 u극에만 전원을 인가하면 u극 위치의 상기 스테이터 어세이에 전자기력이 발생하여 회전하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 4에 있어서,
상기 돌극의 w극에만 전원을 인가하면 w극 위치의 상기 스테이터 어세이에 전자기력이 발생하여 회전하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
청구항 1에 있어서,
상기 로터케이스의 상부에는 척어세이가 장착된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.