KR20140010055A - 평형 또는 불평형 비대칭 3상 릴럭턴스 모터 - Google Patents

평형 또는 불평형 비대칭 3상 릴럭턴스 모터 Download PDF

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KR20140010055A
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존 아이릭 브렌발
테르에 쇠로스
아스레 하겐
라스 에를링 스텐센
토르 에릭 넵
아그나 아
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엘토르퀴에 에이에스
그린웨이 에이에스
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Abstract

본 발명은 스테퍼 타입(stepper type)의 3상 릴럭턴스 모터(reluctance motor)에 대한 것으로, 상기 모터의 고정자(4)는 6개 슬롯(
Figure pct00113
)에 6개의 코일을 포함하며, 상기 모터의 회전자(5)는 n*6개의 티스(7)를 포함하고, 상기 n은 3이상의 양수이며, 바람직하게는 8-16이고, 상기 고정자(4) 내의 상기 티스(18)들은 비대칭으로 움직이며, 이를 통해 상기 회전자(5) 및 고정자(4) 사이에서 매 각도마다 토크를 생성할 수 있다.

Description

평형 또는 불평형 비대칭 3상 릴럭턴스 모터{Three phased balanced or unbalanced asymmetric reluctance motor}
본 발명은 3상 릴럭턴스 모터(reluctance motor)에 대한 것으로, 축 위를 회전하는 회전자, 다수의 코일들로 구성된 환형 모양의 고정자로 구성되어 있으며, 상기 회전자의 외부 표면과 상기 코일의 내부 표면에 다수의 티스(teeth)로 구성된다.
평형 또는 불평형의 모터는 이형이 존재한다. 상기 평형 이형은 베어링에서 흡수되어야 하는 총 전자기력이 없으며, 불평형 이형은 베어링에서 흡수되어야 하는 상당량의 전자기력이 존재한다. 그러나, 상기 불평형 이형은 더 많은 토크를 생성할 수 있다.
전자 모터의 사용에 있어서, 대부분의 시간 동안 사용되지 않은 상태를 유지할 수 있는 전자 모터의 필요성이 야기되고 있으며, 이를 위한 많은 시도들이 존재하였다. 일반적인 예로 밸브를 열고 닫을 수 있는 모터이다. 이와 같은 상기 모터는 저렴한 비용과 낮은 토크 밀도가 중요하다. 효율은 일반적으로 덜 중요한 요소이며, 이는 상기 모터는 동작하는 시간이 길지 않고, 따라서 에너지 소모 역시 많지 않기 때문이다.
상기 모터에 있어서 비싼 부품은 영구 자석과 구리코일이다. 전기 강판은 상대적으로 낮은 가격을 갖는다. 따라서 가격을 합리적으로 조절하기 위해 전기 강판의 양을 증가시켜 토크를 증가시키는 것이 선호된다. 게다가 상기 모터에 있어서 구리의 양을 줄이기 위해, 코일을 지나는 플럭스의 양은 코일 내부 영역에 따라 결정된다는 점 역시 중요한 요소이다. 최대 전류를 활용하기 위해 코일은 원형에 가깝게, 가능한 큰 원주를 가지도록 하여야 한다. 상기 모터의 부품은 최소의 엄격한 허용 오차를 가지고 용이하게 제조되어야 하고, 상기 모터는 조립되기 쉬워야 한다. 상기 릴럭턴스 모터는 코일로 전류가 흐르지 않는한 회전자와 고정자 사이에 어떠한 힘이 동작하지 않도록 하는 이점을 가진다.
전원 공급 장치의 파워 트랜지스터는 상대적으로 비싼 부품에 속하고, 가능한 최소한의 브리지(bridges)를 가지도록 하는 것이 선호된다. 릴럭턴스 모터(reluctance motor)에 있어서 일반적으로 코일 내부에 전류가 흐르게 하는 방식과 다르지 않다. 이는 전류의 위상을 공급하는 브리지가 4개가 아닌 1개의 트랜지스터로 구성될 수 있다는 점에서 흥미롭다.
위키피디아(wikipidia)(참조자료 1)에 의하면, 네 개 위상의 스테퍼 모터(stepper motor)가 개시되어 있으며, 상기 모터는 브러쉬(brushless) 및 동기식 전동 모터를 포함하고 있으며, 상기 동기식 모터는 전체 회전을 다수의 단계로 나눌 수 있다. 스테퍼 모터(stepper motor)는 전압이 터미널에 인가되어야 회전하는 DC 브러쉬 모터와 다른 방법으로 구동한다. 반면에, 스테퍼 모터(stepper motor)는 기어 형태를 한 아이론의 중심 주변으로 배열된 다수의 티스 전자석을 포함한다. 상기 전자석들은 마이크로 컨트롤러(micro controller)와 같은 외부 컨트롤 회로(control circuit)에 의해 에너지를 공급받게 된다. 상기 모터축(motor shaft)을 돌리기 위해서, 첫 번째 전자석은 파워를 받고, 이는 기어의 티스들이 전자기력에 의해 상기 첫 번째 전자석의 티스들로 끌려 오게 한다. 상기 기어의 티스들이 첫 번째 전자석의 티스에 일치하게되면 상기 기어의 티스들은 다음 전자석으로 조금씩 오프셋(offset)된다. 다음 전자석이 턴온(turn on)되고, 상기 첫 번째 전자석이 턴오프(turn off)되면, 상기 기어들은 다음 전자석과 일치되기 위해 회전하게 된다. 이와 같은 방식은 4개의 위상에서 반복되게 된다. 각각의 조금씩 회전하는 정도를 "단계"로 보고, 다수의 각 단계들에 의해 전체 회전이 이루어지게 된다. 이러한 방식을 통해 상기 모터는 정확한 각도를 가지면서 회전하게 된다.
상기에 개시된 스테퍼 모터(stepper motor)들은 유니폴라(unipolar) 또는 바이폴라(bipolar)이다. 상기 스테퍼 모터는 DC 브러쉬 모터(DC brush motor)와 다르게 전압이 터미널에 인가되어야지만 모터가 회전한다. 참조 자료 2에는 영구 자석이 사용된 하이브리드 스테퍼 모터(hybrid stepper motor)가 개시되어 있다.
본 발명은, 저렴한 비용, 낮은 토크, 및 낮은 회전 속도를 갖는 전기 모터의 필요성에 의해 동기 부여되었다.
본 발명은 릴럭턴스 모터에 대한 것으로, 다수의 티스를 포함하는 회전자와 고정자 사이에서 토크가 생성된다. 회전자가 다수의 티스를 가지고 있기 때문에 전기 주파수에 비해 낮은 속도로 회전한다.
상기 모터의 고정자에 있는 티스들은 비대칭 패턴으로 이동하기 때문에, 모든 회전자의 위치에서 양의 토크를 생성하는데 단지 6개의 코일만이 필요하다. 상기 코일은 모터가 3상으로 구성되어 있기 때문에 쌍을 이루고 연결되어 있다. 하나의 와이어는 3상 중 하나의 위상을 담당하도록 하여 3개의 전선으로 설계되며, 단지 0과 양수 사이에서 변화하도록 설계된다. 3개의 와이어 끝은 기계의 내부로 연결될 수 있으며, 기계 밖으로 나오는 전선의 수를 4개로 줄일 수 있다.
본 발명의 목적은 저렴한 비용, 낮은 토크 밀도 생성 및 스테퍼 모터(stepper motor)의 특징을 구비한 전기 모터를 제공하는 것으로, 상기 전기 모터는, 현재 널리 이용되고 있는 2개의 위상을 가지는 하이브리드 스테퍼 모터(stepper motor)와 견줄만하다.
또 다른 본 발명의 목적은 3상 릴럭던스 모터의 효율을 더 증가시키기 위해 더 촘촘한 형태의 티스를 가지는 회전자 및 고정자를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 비대칭의 릴럭턴스 모터에 대해서 독립항으로 정의하고, 상기 모터의 구성 및 대안들에 대해 종속항으로 기재함으로서 달성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 최소한 두개의 연속적인 코일 사이의 슬롯은 주변의 두개의 연속적인 코일 사이의 다른 슬롯과 구별된다.
본 발명의 주된 기술적 구성에 있어서, 평형 3상 릴럭턴스 모터는 3쌍의 코일을 위한 6개의 슬롯을 가지는 고정자를 포함하고 있으며, 회전자는 다수의 티스를 포함하고 있다. 상기 다수의 티스를 nTeeth라 하며, 상기 숫자는 n*6개이고, 이때 상기 n은 3이상의 양수이다. 상기 고정자 내에 코일 1 및 2를 포함하는 첫 번째 슬롯의 중심을 기준으로 첫 번째 티스의 중심까지의 각도는 360
Figure pct00001
/nTeeth이고, 360
Figure pct00002
/nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 코일 1 및 3을 포함하는 두 번째 슬롯까지 존재하고, 상기 코일 1 및 3을 포함하는 상기 두 번째 슬롯의 양 끝에 위치하는 티스 사이의 각도는 (7/3)*360
Figure pct00003
/nTeeth이고, 360
Figure pct00004
/nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 코일 2 및 3을 포함하는 세 번째 슬롯까지 존재하고, 상기 세 번째 슬롯의 양 끝에 위치하는 티스 사이의 각도는 (4/3)*360
Figure pct00005
/nTeeth이고, 360
Figure pct00006
/nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 코일 1 및 2를 포함하는 네 번째 슬롯까지 존재하고, 마지막 티스와 상기 네 번째 슬롯의 중심점까지의 각도는 (4/3)*360
Figure pct00007
/nTeeth이고, 상기와 같이 첫 번째 슬롯의 중심점에서 네 번째 슬롯의 중심점까지의 패턴이 반복되어 전체 회전을 완성하게 된다.
본 발명의 또 다른 주된 구성은, 불평형 3상 릴럭턴스 모터는 3쌍의 코일을 위한 6개의 슬롯을 가지는 고정자를 포함하고 있으며, 회전자는 다수의 티스를 포함하고 있다. 상기 다수의 티스를 nTeeth라 하며, 상기 숫자는 n*6개이고, 이때 상기 n은 3이상의 양수이다. 상기 고정자 내에 코일 1만을 포함하는 첫 번째 슬롯의 중심을 기준으로 첫번째 티스의 중심에 대한 각도는 360
Figure pct00008
/nTeeth이고, 360
Figure pct00009
/nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 코일 1 및 2를 포함하는 두 번째 슬롯까지 존재하고, 상기 코일 1 및 2를 포함하는 두 번째 슬롯의 양 끝에 위치하는 티스 사이의 각도는 (7/3)*360
Figure pct00010
/nTeeth이고, 360
Figure pct00011
/nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 코일 2만을 포함하는 세 번째 슬롯까지 존재하고, 상기 세 번째 슬롯의 양 끝에 위치하는 티스 사이의 각도는 2*360
Figure pct00012
/nTeeth이고, 360
Figure pct00013
/nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 코일 2 및 3을 포함하는 네 번째 슬롯까지 존재하고, 마지막 티스와 상기 네 번째 슬롯의 중심점까지의 각도는 (2/3)*360
Figure pct00014
/nTeeth이고, 상기와 같이 첫 번째 슬롯의 중심점에서 네 번째 슬롯의 중심점까지의 패턴이 반복되어 전체 회전을 완성하게 된다.
상기 두가지 형태의 3상 릴럭턴스 모터의 주된 구성에 있어서, 모든 형태는 모터 내의 어느 측면에서도 슬롯의 중심 및 중심축을 관통하거나 상기 중심축을 회전하는 평면에 대칭될 수 있다.
일부 고정자의 티스는 위치에서 조금씩 벗어나 움직일 수 있으며, 이를 여기서는 스큐잉 효과(skewing effect)를 달성하는 것으로 기재하고, 상기 슬롯 내부에 크기가 큰 추가적인 티스를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 모터의 기본 원칙을 위배하지 않으면서 기하학적 구조의 티스들의 일부가 제거될 수 될 수 있다. 게다가 코일을 위한 슬롯은 기하학 구조와 비교하여 불규칙하게 움직일 수 있으며, 상기 주된 두 가지 구성에 의해, 슬롯 근처에 위치한 티스 뒤 아이론의 세츄레이션 효과를 감소시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 사시도로, 기존의 동기식 스테퍼 모터(stepper motor)의 구조 및 주요 부품들을 나타내고,
도 2는 평형 모터의 고정자 및 회전자를 모터의 회전축에 수직한 평면을 기준으로 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도 3은 단면도인 도2의 일부분을 확대한 도면,
도 4는 사각파의 온오프, 전기적 각도의 함수에 의한 위상에 따른 전류를 나타낸 도면으로, 상기 전기적 각도는 기계적 각도*nTeeth이고, 상기 n은 회전자 위에 있는 티스의 수이다.
도 1은 기존의 동기식 스테퍼 모터(15)에 대한 사시도로, 상기 스테퍼 모터(15)는 환형(annulus)(16)으로 구성되어 있으며, 상기 환형(16) 내부 표면(24)에는 동일한 거리만큼 떨어져 배열된 4개의 전자석(
Figure pct00015
)이 포함되어 있다. 상기 전자석(
Figure pct00016
)에는 각각 4개의 전자석 티스(22)들이 회전자(19) 쪽의 방향의 표면에 포함되어 있다. 상기 전자석(
Figure pct00017
)은 연속적으로 에너지가 공급되며, 상기 에너지는 외부 컨트롤 회로(도면에 표시되지 않음)에 의해 조절된다. 게다가, 상기 스테퍼 모터(15) 중심에는 아이론 회전자(iron rotor)(19)가 구비되어 있으며, 축을 위한 구경(bore)(20)이 상기 스테퍼 모터(15) 중심에 구비되어 있다.(도면에 표시되어 있지 않음). 상기 아이론 회전자(19)는 기어 모양으로, 많은 수의 회전자 티스(21)를 포함하고 있다. 상기 아이론 회전자(19)의 회전을 개시하기 위해서 상기 가장 위에 위치한 첫 번째 전자석(
Figure pct00018
)이 동작하기 시작하고, 상기 동작에 의해 기어 모양의 상기 회전자(19)의 가장 가까이에 있는 상기 회전자 티스(21)을 끌어 당기며, 가장 가까이에 있는 티스는 도면상에 A로 표시하고, 상기의 동작은 회전의 첫 번째 단계가 된다. 상기 첫 번째 전자석(
Figure pct00019
)에 상기 회전자 티스(21)가 일치하게 되면 상기 회전자 티스(21)는 상기 두 번째 전자석(
Figure pct00020
)으로 조금씩 오프셋(offset)되어 이동하게 된다. 상기 첫 번째 전자석(
Figure pct00021
)의 동작이 멈추고, 오른쪽에 있는 전자석인 상기 두 번째 전자석(
Figure pct00022
)에 에너지가 공급되면 상기 가장 가까이에 있는 상기 회전자 티스(21)를 오른쪽으로 조금씩 끌어당기게 된다. 도 1에 도시된 기존의 모터는 상기의 결과와 같은 두 단계에 의해 3.6
Figure pct00023
의 회전이 이루어지게 된다. 가장 아래 위치한 세 번째 전자석(
Figure pct00024
)은 상기 두 번째 전자석(
Figure pct00025
)의 에너지 공급이 중단될 때 에너지를 공급받게 되며, 상기 회전자(19)에 대한 또 다른 3.6
Figure pct00026
회전 단계를 거치게 된다. 그 후 왼쪽에 위치한 전자석인 네 번째 전자석(
Figure pct00027
)은 상기 세 번째 전자석(
Figure pct00028
)에 대한 에너지 공급이 중단될 때 에너지를 공급받게 되고, 상기 회전자(19)를 다시 3.6
Figure pct00029
만큼 회전 시킨다. 상기 가장 위에 위치한 상기 첫 번째 전자석(
Figure pct00030
)이 다시 에너지를 공급받게 되면, 상기 스프로켓(sprocket)(19)의 상기 티스는 한주기의 회전을 수행하게 된다. 상기 모터에 25개의 티스가 존재하면 상기 스프로켓(19)의 전체 회전을 수행하기 위해서 100 단계가 소모되게 된다.
도 2는 본 발명에 있어서 모터(10)의 회전축에 수직한 평면에 대한 단면도이다. 상기 단면도는 상기 모터(10)의 전체 전자기적 동작을 보여준다. 상기 모터(10)는 고정자 아이론(stator iron)으로 구성된 고정자(4)와 1, 2, 3 세 쌍의 코일 및 코일 라이너(coil liner)(7)로 구성되어 있다. 상기 코일 라이너(7)는 엄격히 말하면 필수 적이지 않지만, 날카로운 모서리를 가지는 전기 강판으로부터 절연 전선을 보호할 수 있는 특징이 있다. 게다가, 상기 모터(10)는 회전축(8)을 누르거나 부착되는 회전자 아이론(rotor iron)으로 구성된 회전자(5)를 포함하고, 상기 회전축(8)은 모터에 의해 동작하는 장치에 기계적인 토크를 전달할 수 있다. 게다가, 상기 고정자(4)는 상기 고정자를 프레임 또는 이와 같은 것에 고정시키기 위한 홀(6)을 포함하고 있다.(도면에 개시하고 있지 않음)
상기 고정자(4) 및 회전자(5)는 전기 강판 층으로 이루어져 있으며, 상기 전기 강판 사이에는 얇은 절연층이 포함되어 있다. 상기 모터의 구성요소들은(4,5) 솔리드 아이론(solid iron) 또는 압축 분말 철(pressed powder iron)로 구성되어 있을 수 있으나, 상기 구성들은 가격이 비싸고 낮은 성능을 낸다.
상기 1, 2, 3 세 쌍의 코일들은 3개의 위상으로 배열되어 있으며, 도 2를 참조하면 상기 세 쌍의 코일에 대해서 위상 1, 위상 2, 및 위상 3으로 표시되어 있다. 또한, 도 2에 표시된 들은 상기 도면의 단면에 대해서 전류가 들어오고 나가는 것을 나타낸다. 이에 대해서 주어진 시간에 하나 또는 두 개의 위상에 대한 전류가 흐르게 된다. 상기 3개의 위상에 대한 전류는 도 4에 표시된 형태를 갖는다. 상기 모터의 최적화된 정보에 따라 표시된 사각파는 수정될 수 있다. 모터의 전력을 최적화하기 위해서는 사인(sinusoidal) 형태의 전류가 가장 적합하다. 만약 낮은 속도에서 일정한 토크가 필요하다면, 알파벳 M과 유사한 형태의 곡선이 가장 적합할 것이다.
상기 회전자(5)의 회전 방향을 반시계 방향으로 가정하면, 도2의 위상 2에 최대 전류가 흐를때, 위상 1의 전류가 공급되기 시작하고, 위상 3의 전류는 상기 모터가 또 다른 120
Figure pct00031
회전을 하기 전까지 동작하지 않은 상태로 유지된다.
상기 모터는 비대칭 형상이 정확하지 않는한 동작하지 않는다.
상기 고정자(4)에는 6개의 코일을 포함하고, 각각은 큰 티스(16) 내부에 위치한다. 도 3을 참조하면, 각각의 큰 티스(16)들은 동일한 수의 고정자 작은 티스(17)를 포함하고 있으며, 이는 상기 회전자(5) 내의 회전자의 작은 티스 전체 수(18)는 6의 배수임을 의미한다. 기하학적인 구조를 맞추기 위해 상기 고정자(4)에서 6개의 고정자 작은 티스(17)를 제거해야 된다. 두 개 위상에서의 전체 구리양을 줄이기 위한 이점에 있어서 6개의 티스 중 4개를 제거하지 않도록 하는 것이 가능하다. 또한, 이를 통해 상기 고정자(4)의 상기 작은 티스(17)의 수를 6개의 큰 티스(16) 수와 동일하지 않도록 할 수 있으나, 이는 토크 리플의 증가를 야기시키고, 상기 모터를 다소 불안정하게 하며 상기 두 가지 조건은 설계의 상당한 복잡성을 제공한다.
상기 티스의 개수는 상기 고정자의 큰 티스(16) 각각에 대해서 단지 하나의 작은 티스를 포함할 때 최소 공배수는 3이다. 상기 회전자의 총 티스를 nteeth라 하면 nteeth=n*6이고, n=3, 4, 5....으로 3보다 큰 양수이다. 상기 티스가 많을 경우 높은 토크를 낼 수 있으며, 이는 상기 모터가 공극의 둘레를 높은 비율로 이용할 수 있기 때문이다. 상기 티스의 수는 토크를 만들지 않는 상기 회전자의 경로에 의해 상당한 양의 플럭스 누출이 일어나는 때까지 증가할 수 있다.
도 2를 참조하여 실시예를 살펴보면, 다양한 수식은 티스의 수 및 각도에 의해 결정되며, 관련된 수식은 괄호로 주어진다. 도 2를 참조하면, 두 개의 회전자 티스의 중심 사이의 각도 a=360
Figure pct00032
/nteeth이다. 도 2에 도시된 구성된 상기 티스의 수 n은 72(nTeeth=72)인바, 각도 a=5
Figure pct00033
이고, 이 역시 도면 2에 표시되어 있다. 도 2의 코일 1 및 2를 위한 첫 번째 슬롯(
Figure pct00034
)의 중심과 첫 번째 고정자 티스(9)의 중심과의 각도는 bd이고, b=360
Figure pct00035
/nteeth이다. 그러므로, 도시된 구성에 의해 상기 회전자의 티스 수인 n은 72이고, b=5
Figure pct00036
이다. 도 2에는, 슬롯(
Figure pct00037
)에서 코일 1 및 3을 위한 슬롯(
Figure pct00038
)까지 상기 코일 1을 중심으로 반시계 방향으로 11개의 티스((nTeeth/6)-1)가 배열된다. 도2에 도시된 실시예에 의하면 상기 코일 1에 의해 둘러싸인 마지막 티스(10)의 중심으로부터 상기 코일 3에 의해 둘러싸인 첫 번째 티스(11)의 중심 사이의 각도는 b+d이고, b=5
Figure pct00039
(360
Figure pct00040
/72), d=6.67
Figure pct00041
[(4/3)*360
Figure pct00042
/72]인바, b+d=11.67
Figure pct00043
이다. 도 2에 도시된 실시예에 의하면, 11개의 티스((72/6)-1)가 슬롯(
Figure pct00044
)과 코일 2 및 3을 위한 슬롯(
Figure pct00045
) 사이에 배열된다. 도 2의 구성에 의하면, 코일 2 및 3을 위한 슬롯(
Figure pct00046
)의 양 끝에 위치한 티스(12,13) 사이의 각도는 2c, c=(2/3)*360
Figure pct00047
/nTeeth이고 c=6.67
Figure pct00048
이다. 상기 코일 2에 의해 둘러싸인 각각의 티스의 중심 사이에는 360
Figure pct00049
/nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스가 배열된다. 상기 코일 2로 둘러싸인 슬롯의 마지막 티스(14)의 중심으로부터 코일 1 및 2를 위한 네 번째 슬롯(
Figure pct00050
)의 중심까지의 각도 d=(4/3)*360
Figure pct00051
/nTeeth이고, 상기와 같은 패턴이 반복될 때, 상기 슬롯(
Figure pct00052
)은 다음 배열에서 첫 번째 슬롯이 된다. 도 2를 참조하면 상기 회전자(5)의 총 티스의 수는 nTeeth=6*12=72이다.
기존의 모터 디자인 설계와 비교하여 본 발명의 장점은 상기 고정자와 회전자 사이에 끌어당기는 힘이 균형을 이룬다는 것이다. 이는 연결된 코일들이 서로 반대되고, 이를 통해 베어링에서의 힘을 줄일 수 있다. 만약 회전자가 완벽하게 중심에 위치한다면 베어링에 제공되는 힘은 0일 것이다.
단점은 모든 위상에 대한 자기장이 기계 전체에 작용하고, 이는 서로 간의 상호 작용을 발생 시킨다. 그 결과 상기 고정자(4)의 백 아이론(back iron)은 두 개의 위상에 의한 자기장이 통과하는바 비교적 두껍게 구성된다. 이는 상기 회전자의 반지름을 감소시키게 되어 토크를 줄이게 된다. 또한, 이는 모터를 센서 없이 조절함에 있어서, 부드럽게 동작하는 것을 어렵게 한다. 도 4에서 보여지는 것처럼 주어진 주파수에서 위상에 따라 전류가 스위칭 되어 속도가 조절되는 경우에서, 부드럽게는 회전자가 모든 단계에서 시작하거나 멈추지 않는 것을 의미한다.
불평형 형태의 모터는 첫 번째 슬롯(
Figure pct00053
)의 중심으로부터 첫 번째 티스의 중심까지의 각도는 360
Figure pct00054
/nTeeth이다. 두 번째 슬롯(
Figure pct00055
)에 도달하기 전까지 배열된 (nTeeth/6-1)개의 티스 각각의 중심 간의 각도는 360
Figure pct00056
/nTeeth이다. 상기 두 번째 슬롯(
Figure pct00057
)의 양 끝에 위치한 티스의 중심간의 각도는 (7/3)*360
Figure pct00058
/nTeeth이다. 상기 세 번째 슬롯(
Figure pct00059
)에 도달하기 전까지 배열된 (nTeeth/6-1)개의 티스 각각의 중심 간의 각도는 360
Figure pct00060
/nTeeth이다. 이때, 상기 세 번째 슬롯(
Figure pct00061
)의 양 끝에 위치한 티스의 중심 간의 각도는 2*360
Figure pct00062
/nTeeth이다. 또한, 네 번째 슬롯(
Figure pct00063
)에 도달하기 전까지 배열된 (nTeeth/6-1)개의 티스 각각의 중심 간의 각도는 360
Figure pct00064
/nTeeth이다. 이때, 마지막 티스의 중심과 상기 네 번째 슬롯(
Figure pct00065
)의 중심과의 각도는 (2/3)*360
Figure pct00066
/nTeeth이다. 상기 고정자(4)는 첫 번째 및 네 번째 슬롯(
Figure pct00067
)의 중심을 기준으로 대칭되는 구조를 갖는다. 도 2에 제시된 모터를 비교해보면, 모터 안에 있는 상기 첫 번째 슬롯(
Figure pct00068
)은 위상 1에 대한 코일만을 포함한다. 이때 상기 두 번째 슬롯(
Figure pct00069
)은 위상 1 및 2에 대한 코일을 포함하고, 세 번째 슬롯(
Figure pct00070
)은 위상 2에 대한 코일만을 포함하며, 네 번째 슬롯(
Figure pct00071
)는 위상 2 및 3을 위한 코일을 포함한다. 이때, 다섯 번째 슬롯(
Figure pct00072
)는 위상 3에 대한 코일만을 포함하고, 여섯 번째 슬롯(
Figure pct00073
)은 위상 1 및 3에 대한 코일을 포함한다.
불평형 기계의 경우 더 큰 토크를 가지고 있어 모터를 부드럽게 동작시키기 쉽지만, 베어링이 큰 토크를 조절해야 한다.
참조자료 :
(1) 위키피디아 스테퍼 모터, 페이지 1-8, 18.01.2011 인쇄
(2) 웹-북 스테퍼 모터, 페이지 1-10, 18.01.2011 인쇄

Claims (7)

  1. 축(8)상에 배치되어 회전 가능한 회전자(5), 및 다수의 코일쌍(1-3)을 가지고 환형으로 이루어진 고정자(4)를 포함하고, 상기 회전자(5)의 외부 표면 및 상기 코일(1-3)의 내부 평면은 다수의 티스로 된 평형 3상 비대칭 릴럭턴스 모터(10)에 있어서,
    상기 고정자(4)에는 상기 코일 쌍(1-3)을 위한 6개의 슬롯(
    Figure pct00074
    )이 있고, 상기 회전자(5)상에는 다수의 티스(n)들이 있으며, 이하 nTeeth라 함, 상기 nTeeth는 6*n으로, n은 3이상의 양수이고,
    상기 고정자(4)의 코일 1 및 2를 위한 첫 번째 슬롯(
    Figure pct00075
    )의 중심에서부터 상기 고정자(4)의 첫 번째 티스(9)의 중심까지의 각도(b)는 360
    Figure pct00076
    /nTeeth이고,
    각 티스 간에 360
    Figure pct00077
    /nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 상기 고정자(4)의 코일 1 및 3을 위한 두 번째 슬롯(
    Figure pct00078
    )까지 존재하고,
    상기 두 번째 슬롯(
    Figure pct00079
    )의 양 끝의 티스(10,11) 사이의 각도(d+b)는 (7/3)*360
    Figure pct00080
    /nTeeth이고,
    각 티스 간에 360
    Figure pct00081
    /nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 상기 고정자(4)의 코일 2 및 3을 위한 세 번째 슬롯(
    Figure pct00082
    )까지 존재하고,
    상기 세 번째 슬롯(
    Figure pct00083
    )의 양 끝의 티스(12,13) 사이의 각도(c+c)는 (4/3)*360
    Figure pct00084
    /nTeeth이고,
    각 티스 간에 360
    Figure pct00085
    /nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 상기 고정자(4) 내의 코일 1 및 2을 위한 네 번째 슬롯(
    Figure pct00086
    )까지 존재하고,
    상기 네 번째 슬롯(
    Figure pct00087
    )의 중심과 마지막 티스(14) 사이의 각도(d)는 (4/3)*360
    Figure pct00088
    /nTeeth이고,
    상기 첫 번째 슬롯(
    Figure pct00089
    )의 중심 및 상기 네 번째 슬롯(
    Figure pct00090
    )의 중심까지의 패턴이 반복되어 하나의 전체 회전을 형성하고,
    상기 네 번째 슬롯(
    Figure pct00091
    )이 다음 회전에 있어서 첫 번째 슬롯이 되는 것을 특징으로 하는 평형 3상 비대칭 릴럭턴스 모터.
  2. 축(8)상에 배치되어 회전 가능한 회전자(5), 및 다수의 코일쌍(1-3)을 가지고 환형으로 이루어진 고정자(4)를 포함하고, 상기 회전자(5)의 외부 표면 및 상기 코일(1-3)의 내부 표면은 다수의 티스로 된 불평형 3상 비대칭 릴럭턴스 모터(10)에 있어서,
    상기 고정자(4)에는 상기 코일 쌍(1-3)을 위한 6개의 슬롯(
    Figure pct00092
    )이 있고, 상기 회전자(5)상에는 다수의 티스(n)들이 있으며, 이하 nTeeth라 함, 상기 nTeeth는 6*n으로, n은 3이상의 양수이고,
    상기 고정자(4)의 코일 1만을 위한 첫 번째 슬롯(
    Figure pct00093
    )의 중심에서부터 상기 고정자(4)의 첫 번째 티스(9)의 중심까지의 각도는 360
    Figure pct00094
    /nTeeth이고,
    각 티스 간에 360
    Figure pct00095
    /nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 상기 고정자(4)의 코일 1 및 2을 위한 두 번째 슬롯(
    Figure pct00096
    )까지 존재하고,
    상기 두 번째 슬롯(
    Figure pct00097
    )의 양 끝의 티스 사이의 각도는 (7/3) *360
    Figure pct00098
    /nTeeth이고,
    각 티스 간에 360
    Figure pct00099
    /nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 상기 고정자(4) 의 코일 2만를 위한 세 번째 슬롯(
    Figure pct00100
    )에 도달까지 존재하고,
    상기 세 번째 슬롯(
    Figure pct00101
    )의 양 끝의 티스 사이의 각도는 2*360
    Figure pct00102
    /nTeeth이고,
    각 티스 간에 360
    Figure pct00103
    /nTeeth의 각도를 가지는 ((nTeeth/6)-1)개의 티스들이 상기 고정자(4) 의 코일 2 및 3을 위한 네 번째 슬롯(
    Figure pct00104
    )까지 존재하고,
    상기 네 번째 슬롯(
    Figure pct00105
    )의 중심과 마지막 티스(14) 사이의 각도는 (2/3)*360
    Figure pct00106
    /nTeeth이고,
    상기 첫 번째 슬롯(
    Figure pct00107
    )의 중심 및 상기 네 번째 슬롯(
    Figure pct00108
    )의 중심까지의 패턴이 반복되어 하나의 전체 회전을 형성하고,
    상기 네 번째 슬롯(
    Figure pct00109
    )이 다음 회전에 있어서 첫 번째 슬롯(
    Figure pct00110
    )이 되는 것을 특징으로 하는 불평형 3상 비대칭 릴럭턴스 모터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 모든 형태는 모터 내의 어느 측면에서도 슬롯의 중심 및 중심축을 관통하거나 상기 중심축을 회전하는 평면에 대칭될 수 있는 3상 릴럭턴스 모터.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일부 고정자(4)의 티스(17)는 위치에서 조금씩 벗어나 움직이고, 본원에서 스큐잉 효과를 달성하는 것으로 기재되는 것인 3상 릴럭턴스 모터.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬롯에 충분히 추가적인 티스를 포함하는 것인, 3상 릴럭턴스 모터.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일용 슬롯(
    Figure pct00111
    )은 상기 슬롯(
    Figure pct00112
    )에 밀접한 티스 뒤 아이론의 세츄레이션 효과를 감소시키기 위해, 상기 제 1항 또는 제 2항의 기하학적 구조보다 약간 불규칙적으로 배열될 수 있는 3상 릴럭턴스 모터.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기하학적 구조로 된 티스들 일부가 제거된, 3상 릴럭턴스 모터.


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