KR20140073519A

KR20140073519A - 전자제어형 직교류 겸용 모터

Info

Publication number: KR20140073519A
Application number: KR1020147008951A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 피에트로모나코
Original assignee: 에이알엠 리미티드
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-06-16
Also published as: WO2013041835A3; EP2759045A2; CN103828204A; WO2013041835A2; US8450954B2; US20130069566A1; JP2014530589A; CN103828204B; KR101950683B1; JP6078544B2; EP2759045B1

Abstract

직교류 겸용 모터로서 구성된 전기모터장치와 이 전기모터장치의 작동방법을 제공한다. 전기모터장치는, 고정자 부분에 대해 회전하도록 배치된 회전자 부분을 구비한다. 회전자 권선 배치부는 상기 회전자 부분에 실장되고, 고정자 권선 배치부는 상기 고정자 부분에 실장된다. 회전위치 표시기는, 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위를 나타내는 회전위치정보를 발생한다. 회전자 권선 제어부는, 상기 회전자 부분에 고정되게 실장되어, 상기 회전자 부분에 공급된 회전자 공급전압에 결합된다. 상기 회전자 제어부는, 상기 회전위치정보에 따라 상기 회전자 공급전압으로부터 회전자 파형을 발생하는 회전자 파형 발생동작을 행하여, 상기 회전자 파형을 상기 회전자 권선 배치부에 인가하도록 구성된다. 고정자 권선 파형 발생기는, 고정자 공급전압을 수신하고, 이로부터 고정자 파형을 상기 회전위치정보에 따라 발생하고, 상기 고정자 파형을 상기 고정자 권선 배치부에 인가하도록 구성된다. 상기 회전자 파형 및 상기 고정자 파형은, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부의 상기 상대적 방위와의 상호작용을 동기화시키도록 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상기 상대적 방위와 동기해서 발생된다.

Description

전자제어형 직교류 겸용 모터{AN ELECTRONICALLY CONTROLLED UNIVERSAL MOTOR}

본 발명은, 전기모터에 관한 것으로, 특히 회전자와 고정자 양쪽에 권선이 배치된 직교류 겸용 모터에 관한 것이다.

자신과 관련된 장점과 단점이 있는 전기모터를 구성하는 여러 가지의 다른 방식이 있다는 것이 알려져 있다. 도 1은, 일 세트의 영구자석이 중앙 회전자의 원주둘레에 배치되고, 그 고정자의 고정 권선이 통전되어 회전자가 상기 고정자에 대해 회전하게 하는, 영구자석 DC 모터의 축상을 개략적으로 나타낸 것이다. 이러한 DC 모터는, 비교적 강력하지만 그 회전자에 실장된 영구자석의 자기 저항(drag)을 받음으로써 효율이 떨어진다고 알려져 있다.

도 2는 동일한 고정자가 도 1에 나타낸 것처럼 배치되는 유도 모터를 개략적으로 나타내고, 여기서 철제 회전자는 영구자석 대신에 (예를 들어, 구리로 제조된) 도체바(conducting bar)가 삽입되어져 있다. 고정자 권선 배치부에 의한 통전으로 상기 회전자의 도체바에서는 전류가 유도된다. 이렇게 하여, 상기 고정자 권선 배치부에서 발생한 전자기장과 이들의 유도전류간의 상호작용에 의해 상기 회전자를 고정자에 대해 회전시킨다. 유도 모터는, 소정의 설계속도에 매우 효율적이지만, 서로 다른 속도에서 작동할 때는 효율이 떨어진다고 알려져 있다.

또 다른 공지된 형태의 모터로서는, 도 3에 개략적으로 나타낸 직교류 겸용 모터가 있다. 여기서, 상기 회전자와 고정자 양쪽은 권선 배치부를 갖는다. 이러한 직교류 겸용 모터는, DC전력이나 AC전력으로 작동될 수 있고, 일반적으로 소형 및 고전력 모터를 제공한다. 유도 모터와 영구자석 모터 양쪽의 장점을 조합한 직교류 겸용 모터를 볼 수 있는 경우가 있다. 그러나, 필요한 파형을 상기 회전자 권선 배치부와 결합하는데 관련된 곤란함은 상당한 단점이 된다.

직교류 겸용 모터의 배치에 관한 보다 상세한 내용은 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 축(axle)(15)상에서 회전하도록 구성된 회전자(10)에는, 그 원주둘레에 일 세트의 권선(20)이 배치되어 있다. 고정자(명료하게 도시되지 않음)는 일 세트의 고정자 코일(권선)(30)이 회전자 권선(20)에 대응하도록 배치된 상기 회전자(10)를 둘러싼다. 전원공급장치(35)는, 전력을 고정자 코일 제어부(40)와 회전자 코일 제어부(45)에 공급한다. 고정자 코일 제어부(40)는, 그 공급된 전력으로부터 적합한 고정자 파형을 발생하여 상기 고정자 코일(30)에 제공한다. 그러나, 회전자 권선(20)에 전원을 투입하는 것은, 회전자의 회전에 의해 고정자 권선(30)에 전원을 투입하는 것만큼 간단하지 않다. 이에 따라, 전형적인 직교류 겸용 모터는, 외부 공급전력을 상기 회전자 코일(20)에 결합하는 정류자(50)를 설치함으로써 상기 회전자의 회전을 이용하려고 설계한다. 이 정류자는, 복수의 접점(60)과 단속적으로 접촉되게 상기 회전자의 상기 축의 원주 둘레에 실장된 일 세트의 접점(55)을 구비한다. 상기 세트의 접점(55)은, 상기 회전자 권선 배치부를 구성하는 각각의 다른 권선(20)에 전기적으로 결합된다. 따라서, 상기 회전자의 회전으로, 순차로 다른 회전자 코일(20)이 회전자 코일 제어부(45)에 결합하여 일련의 파형이 상기 회전자 코일(20)에 인가될 수 있다. 그러나, 정류자는, 노이즈가 있고 비효율적으로 되는 비교적 초기의 기계적 커넥터다.

회전자에 필요한 전기적 연결을 제공하는 것에 대한 공지된 다른 해결방법으로서는, 이들을 슬립(slip) 링의 형태로 배치하는 방법이 있다. 그렇지만, 일반적으로 필요로 하는 별도의 전기적 연결의 수와, 이어서 제공되어야 하는 슬립 링의 수로 인해, 상당한 제조의 복잡성은, 다수의 슬립 링으로 이루어진 회전자와 관련되고, 또한 (일반적으로 샤프트상에 적층된) 대응한 동심 전력 채널의 수를 갖는 샤프트와 관련된다.

이에 따라, 직교류 겸용 모터로서 구성된 전기모터장치를 제공함으로써, 상술한 직교류 겸용 모터의 장점에 의해 이익을 얻지만 노이즈가 있고 비효율적인 정류자를 거쳐 또는 다수의 슬립 링을 사용하여 상기 모터 권선을 외부전원에 결합하는 상술한 단점이 없는 것이 바람직할 것이다.

제 1 국면에서 본 본 발명은, 직교류 겸용 모터로서 구성된 전기모터장치를 제공하고, 상기 전기모터장치는,

회전자 부분과 고정자 부분-상기 회전자 부분이 상기 고정자 부분에 대해 회전하도록 배치됨-;

상기 회전자 부분에 실장된 회전자 권선 배치부;

상기 고정자 부분에 실장된 고정자 권선 배치부;

상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위를 나타내는 회전위치정보를 발생하도록 구성된 회전위치 표시기;

상기 회전자 부분에 고정되게 실장되어, 상기 회전자 부분에 공급된 회전자 공급전압에 결합되고, 상기 회전위치정보에 따라 상기 회전자 공급전압으로부터 회전자 파형을 발생하는 회전자 파형 발생동작을 행하여, 상기 회전자 파형을 상기 회전자 권선 배치부에 인가하도록 구성된, 회전자 권선 제어부; 및

고정자 공급전압을 수신하고, 이로부터 고정자 파형을 상기 회전위치정보에 따라 발생하고, 상기 고정자 파형을 상기 고정자 권선 배치부에 인가하도록 구성된 고정자 권선 파형 발생기를 구비하고,

상기 회전자 파형 및 상기 고정자 파형은, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부의 상기 상대적 방위와의 상호작용을 동기화시키도록 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상기 상대적 방위와 동기해서 발생된다.

이에 따라서, 전기모터장치는, 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분이 각각의 권선 배치부를 갖는 직교류 겸용 모터로서 구성되도록 제공된다. 또한, 상기 회전자 권선 제어부가 상기 회전자 부분을 일부로 하여서 회전하도록, 상기 회전자 부분에 고정되게 실장된 회전자 권선 제어부가 설치되어 있다. 이러한 회전자 권선 제어부는, 회전자 파형 발생동작을 행하여 상기 회전자 권선 배치부에 인가된 회전자 파형을 발생한다. 상기 회전자 권선 배치부는, 상기 회전자 부분에 공급된 회전자 공급전압으로부터 이 회전자 파형을 발생한다. 이에 따라서, 종래기술의 정류자나 다수의 슬립 링은, 상기 외부적으로 공급된 회전자 공급전압만이 상기 회전자 부분에 결합되는 것이 필요하므로, 필요하지 않다. 이것이 의미하는 것은, 정류자와 관련된 노이즈 및 비효율성과, 다수의 슬립 링과 관련된 제조의 복잡성 각각을 회피한다는 것이다.

상기 회전자 권선 제어부는, 회전위치 표시기에서 발생한 회전위치정보에 따라 상기 회전자 파형을 발생하고, 그 회전자 파형의 발생이 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위와 일치되게 한다. 마찬가지로, 상기 고정자 권선 파형 발생기는 그 고정자 파형을 상기 회전위치정보에 따라 발생하여, 상기 회전자 파형과 상기 고정자 파형이 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위와 동기해서 발생 가능하게 함으로써, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부의 상호작용이 그 상대적 방위와 동기화된다. 상기 정류와 다수의 슬립 링을 사용하지 않는 것과 관련된 상술한 이점이외에, 여기서 개시된 전기모터장치의 또 다른 이점은, 상기 회전자 파형의 주파수가 회전자 부분 자체의 회전 주파수에 더 이상 전혀 의존하지 않는다는 것이다. 회전자 및 고정자 권선 배치부에 인가 가능한 파형 주파수의 선택의 보다 큰 유연성을 제공한다. 원리상 많은 슬립 링을 갖는 배치로 달성 가능하면서, 상기 회전자의 회전 주파수와 상기 회전자 파형 주파수를 사전에 분리하는 것은, 그 많은 슬립 링을 제조 및 배치하는 금지비용으로 인해 실현하기에는 실용적이지 않았다. 또한, 상기 회전 주파수의 중요성이 크게 감소되므로, 여러 가지의 응용에 있어서 기계적으로 전송할 필요가 없는데, 그 이유는 회전 주파수가 종래의 직교류 겸용 모터 구조보다 더 쉽게 달라질 수 있기 때문이다.

일 실시예에서, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부의 상기 상호작용은, 상기 회전자 부분이 상기 고정자 부분에 대해 회전 구동하게 한다. 달리 말하면, 여기서 개시된 상기 전기모터장치는, 공급전력을 구동된 상기 회전자 부분의 회전으로 변환하는 전기모터로서 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부의 상기 상호작용은, 상기 회전자 부분이 상기 고정자 부분에 대해 회전에 저항하게 한다. 달리 말하면, 이와는 달리, 여기서 개시된 전기모터장치는, 상기 회전자 부분의 회전운동을 전력으로 변환하는 전기모터로서 구현되어도 된다. 이러한 일 실시예에서, 상기 전기모터장치는, 상기 회전에 저항한 결과 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부 중 적어도 한쪽에서 유도된 전력을 인출하도록 구성된 적어도 하나의 전력 인출부를 더 구비한다. 상기 전기모터장치를 전기모터로서 구성하는 경우, 상기 회전자 권선 배치부 및/또는 상기 고정자 권선 배치부에서 유도된 전력은 상기 전력 인출부에 의해 인출될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 회전자 공급전압은 슬립 링 배치부를 거쳐 상기 회전자 부분에 공급된다. 상기와 같이, 대다수의 슬립 링이 상기 관련된 제조 복잡성과 비용으로 인해 이롭지 않을 수 있지만, 본 발명의 전기모터장치는 상기 회전자 부분에 요구되는 간단한 연결(회전자 공급전압을 제공하는 경우)에서만 이익을 얻고, 예를 들면 2개만 연결하는 간단한 슬립 링 배치부에 의해 효율적으로 간단히 연결할 수도 있다.

일 실시예에서, 상기 회전자 공급전압은 제1 연결부 및 제2 연결부를 거쳐 상기 회전자 부분에 공급되고, 상기 제1 연결부는 상기 회전자 부분의 제1 축방향측에 배치되고, 상기 제2 연결부는 상기 회전자 부분의 제2 축방향측에 배치된다. 여기서 개시된 전기모터장치에 있어서, 상기 회전자 공급전압만이 상기 회전자 부분에 연결될 필요가 있다(즉, 다수의 상이한 연결이 회전자 부분의 다수의 코일과 관련되지 않는다)는 사실은, 그 회전자 부분에 2개의 외부 연결을 행하는 현저하게 간단한 배치를 가능하게 한다는 것을 의미하고, 예를 들면, 상기 회전자 부분의 각 축방향측은 상기 회전자 공급전압의 상기 2개의 연결부 중 하나와 관련된다.

상기 회전자 권선 제어부를 제공할 수 있는 서로 다른 방식이 많이 있지만, 일부의 실시예들은, 현대의 전자기술에 의해 디지털 제어부가 전기모터장치의 회전자 부분에 실장하기에 적절한 규모로 제공할 수 있다는 사실을 이용한다. 이에 따라, 이러한 실시예들에서, 상기 회전자 권선 제어부는, 디지털 제어부와 디지털 대 아날로그 변환기를 구비한다. 이러한 배치에서, 상기 디지털 제어부는 회전자 파형 발생동작을 관리할 능력을 제어하고, 상기 디지털 대 아날로그 변환기는 필요한 인터페이스를 상기 회전자 권선 배치부에 제공한다.

디지털 제어부가 디지털 대 아날로그 변환기를 제어할 수 있는 방식이 많이 있지만, 일 실시예에서, 상기 디지털 제어부는 이진 부호화 신호를 사용하여 상기 디지털 대 아날로그 변환기를 제어하도록 구성된다는 것을 알 것이다. 다른 실시예에서, 상기 디지털 제어부는 펄스폭 변조신호를 사용하여 상기 디지털 대 아날로그 변환기를 제어하도록 구성된다.

일 실시예에서, 상기 디지털 제어부는 마이크로프로세서 유닛으로 이루어진다. 상술한 것처럼, 일부의 실시예들은, 현대의 전자기술에 의해 디지털 제어부의 형태로 상기 회전자 부분에 비교적 고도의 제어능력으로 실장될 수 있다는 사실을 이용하고, 이러한 특정의 실시예는 그 디지털 제어부를 마이크로프로세서 유닛으로서 제공한다. 현대의 마이크로프로세서 유닛들은, 예를 들어 상기 회전자가 고속으로 회전하고 있을 때에도, 상기 회전위치정보에 따라 상기 회전자 파형을 발생하는데 필요한 데이터 처리 능력이 상기 디지털 제어부를 마이크로프로세서로서 구현하여서 제공될 수 있다는 것을 의미하는, 대량의 처리능력을 매우 작은 형상 인자(very small form factor)로 묶고, 또한, 이것은 상기 회전자 부분에 큰 추가의 부분을 물리적으로 쌓지 않고 행해진다.

일 실시예에서, 상기 회전자 부분에 실장된 상기 회전자 권선 배치부에는, 상기 회전자 부분의 원주 둘레에 전기적으로 분리된 복수의 권선이 이격되어 있다.

이러한 일 실시예에서, 상기 회전자 권선 제어부는, 상기 회전자 권선 배치부의 상기 전기적으로 분리된 복수의 권선의 각각에 개개의 회전자 파형을 인가하도록 구성된다. 따라서, 상기 회전자 권선 제어부는, 상기 전기적으로 분리된 권선들 각각에 개개의 회전자 파형을 제공함으로써 상기 회전자 권선 배치부의 상기 고정자 권선 배치부와의 상호작용에 대한 제어에 있어서 융통성이 크다.

여기서 개시된 전기모터장치의 제공, 특히 상기 회전자 파형 주파수가 상기 회전자 부분의 회전 주파수에서 분리되어 있다는 사실도, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부를 제공할 수 있는 방법에 있어서 상당한 융통성을 제공한다. 특히, 각각에 전기적으로 분리된 권선들의 수의 여러 가지 서로 다른 순열을 생각할 수 있다. 따라서, 일부의 실시예에서, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부는 전기적으로 분리된 권선의 수가 서로 같다. 이와는 달리, 다른 실시예에서, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부는 전기적으로 분리된 권선의 수가 서로 다르다.

여기서 개시된 상기 전기모터를 구성할 수 있는 융통성의 또 다른 특징은, 상기 회전자 파형과 상기 고정자 파형의 형태에 관한 것이다. 상기 회전자 부분의 상기 회전자 파형 주파수와 상기 회전 주파수간의 명시된 연결로부터의 상술한 이탈이 있다면, 상기 회전자 파형과 상기 고정자 파형의 다른 형태의 범위를 생각해본다. 이에 따라서, 일부의 실시예에서, 상기 회전자 파형과 상기 고정자 파형 중 적어도 한쪽의 파형은 정현파형을 포함한다. 이와는 달리, 또는 추가로, 일부의 실시예에서, 상기 회전자 파형과 상기 고정자 파형 중 적어도 한쪽의 파형은 펄스파형을 포함한다. 톱니파형, 삼각파형 또는 사각파형, 또는 그 조합으로 이루어진 합성파형과 같은 다른 주기적 파형도 고려할 수 있다.

상기 회전 위치 표시기를 구현할 수 있는 서로 다른 방식이 많이 있다는 것을 알 것이다. 예를 들면, 이 회전 위치를 표시하는 배치부는, 광원/검출기, 홀(hall) 효과 센서, 기계 디바이스 등에 기초할 수 있다. 그러나, 특정한 일 실시예에서, 상기 회전 위치 표시기는, 샤프트 부호화를 판독하는 판독부를 구비한다. 따라서, 상기 회전자 부분의 상기 샤프트에서 제공한 부호화는, 상기 판독부에 의해 판독되어 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위를 결정할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 고정자 권선 파형 발생기는, 상기 회전자 권선 제어부와 통신하는 고정자 권선 제어부를 구비한다. 상기 회전자 파형과 상기 고정자 파형의 필요한 동기화는 상기 회전 위치 정보에 대해 각각의 발생으로만 달성 가능하지만, 상기 고정자 권선 제어부와 상기 회전자 권선 제어부가 서로 통신하도록 구성하면, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부간에 여러 가지 항목의 정보를 교환할 수 있으므로 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부의 상호작용의 동기화를 용이하게 한다. 예를 들면, 상기 회전자 파형과 상기 고정자 파형의 타이밍을 적절하게 모니터링하여 조정할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 회전 위치 정보를 일 제어부에서 다른 제어부로, 이를테면 상기 고정자 권선 제어부에서 상기 회전자 권선 제어부로 송신할 수도 있다.

상기 고정자 권선 제어부와 상기 회전자 권선 제어부간에 다수의 방식으로 통신할 수 있지만, 일 실시예에서 상기 고정자 권선 제어부는 상기 회전자 권선 제어부와 무선 통신하도록 구성된다는 것을 알아야 한다. 블루투쓰, 와이파이(wi-fi), RF신호와 같은 각종의 서로 다른 무선통신 프로토콜이 알려져 있다. 또한, '무선' 통신은, 광학적으로 행해질 수 있다.

또한, 다른 실시예에서, 상기 고정자 권선 제어부는, 유선연결을 거쳐 상기 회전자 권선 제어부와 통신하도록 구성된다. 일부의 실시예에서는 상기 회전자 부분에 또 다른 결합에 의해(예를 들면, 전용 슬립 링의 제공에 의해) 상기 유선 연결을 할 수 있지만, 일 실시예에서는 상기 유선 연결에 의한 통신이 상기 회전자 공급전압 위에 겹쳐있다. 달리 말하면, 상기 회전자 공급전압을 상기 회전자 부분에 제공하기 위해 도통로가 이미 존재한다는 사실은, 이 공급전압을 변조하여서 상기 회전자 권선 제어부와 상기 고정자 권선 제어부간의 통신을 부호화하는 것을 이용할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 회전자 권선 제어부는 상기 회전자 부분의 축방향의 면에 실장되어 있다. 상기 회전자 권선 제어부가 원리상 다수의 서로 방식으로 또는 상기 회전자 부분 내부에 또는 상기 회전자 부분 위에 실장될 수 있지만, 그 회전자 권선 제어부를 상기 회전자 부분의 축방향의 면 위에 실장하는 것은 상기 회저자 권선 제어부의 냉각과 제조/유지관리의 단순화도 가능하게 한다.

상기 직교류 겸용 모터에는 DC전압 또는 AC전압의 전원이 투입될 수 있음에 따라서, 일부의 실시예에서는 상기 회전자 공급전압이 DC전압이고 다른 실시예에서는 상기 회전자 공급전압이 AC전압이다.

상기 회전자 공급전압이 AC전압인 일부의 실시예에서, 상기 회전자 권선 제어부는 상기 AC전압을 오버샘플링하도록 구성된 오버샘플러(oversampler)를 구비한다. 이에 따라, 이를테면, 상기 AC공급전압을 적절한 회전자 파형으로 추가로 변환하기 위한 DC 전압으로 변환하는 것 대신에, 오버샘플러의 제공에 의해 상기 AC 전압이 오버샘플링 가능하게 하여(즉, AC전압 자체의 주파수보다 높은 주파수에 샘플링 가능하게 하여), 그 후, 그 결과로 얻어진 상기 AC공급전압의 "미세하게 얇게 잘려진" 샘플들을 직접 사용하여 상기 회전자 파형을 갖는 부분을 형성할 수 있다.

예를 들면, 일 실시예에서, 상기 회전자 권선 제어부는, 상기 오버샘플링된 AC전압의 선택된 부분들을 상기 회전자 권선 배치부에 분배하도록 구성된 분배기를 구비한다. 이에 따라, 상기 회전자 권선 제어부에서는, 이 분배기를 사용하여 상기 오버샘플링된 전압의 상기 선택된 부분들을 상기 회전자 권선 배치부에 인가할 수 있다. 예를 들면, 다수의 서로 다른 회전자 파형을 전기적으로 분리된 다수의 권선에 제공할 때, 상기 분배기는 상기 오버샘플링된 AC전압의 상기 선택된 부분들을 간단히 상기 회전자 권선 배치부의 상기 전기적으로 분리된 권선에 분배할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 회전자 권선 배치부는 전기적으로 분리된 복수의 권선을 구비하고, 상기 분배기는 상기 전기적으로 분리된 복수의 권선 중에서 상기 오버샘플링된 AC전압의 상기 선택된 부분을 분배하도록 구성된다. 이에 따라, 상기 분배기는, 상기 전기적으로 분리된 복수의 권선의 각각에, 필요에 따라 상기 오버샘플링된 AC전압으로부터 취해진 적절한 샘플을 제공할 수 있다.

상기 오버샘플링된 AC전압으로부터 취해진 특정한 샘플이 동시에 하나보다 많은 상기 분리된 권선에 적절하게 공급될 수 있기 때문에, 일 실시예에서, 상기 분배기는 상기 오버샘플링된 AC전압의 상기 선택된 부분 중 적어도 하나를 동시에 하나보다 많은 상기 전기적으로 분리된 권선에 선택적으로 분배하도록 구성된다고 말할 수도 있다.

상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분이 서로에 대해 여러 가지로 배치될 수 있다는 것을 알아야 한다. 일 실시예에서, 축상에서 상기 회전자 부분은, 상기 고정자 부분 내측에 실장된다. 달리 말하면, 상기 회전자 부분은 상기 고정자 부분내에서 회전한다. 다른 실시예에서, 축상에서 상기 회전자 부분은 상기 고정자 부분 외측에 실장된다. 달리 말하면, 상기 회전자 부분은 상기 고정자 부분 외부에서 회전한다.

제2 국면에서 본 발명은, 직교류 겸용 모터로서 구성된 전기모터장치를 제공하고, 상기 전기모터장치는,

고정자 수단과, 상기 고정자 수단에 대해 회전하는 회전자 수단;

상기 회전자 수단에 실장된 회전자 권선 수단;

상기 고정자 수단에 실장된 고정자 권선 수단;

상기 회전자 수단과 상기 고정자 수단의 상대적 방위를 나타내는 회전위치정보를 발생하는 회전위치 표시수단;

상기 회전자 부분에 고정되게 실장되어, 상기 회전자 부분에 공급된 회전자 공급전압에 결합되고, 상기 회전위치정보에 따라 상기 회전자 공급전압으로부터 회전자 파형을 발생하는 회전자 파형 발생동작을 행하여, 상기 회전자 파형을 상기 회전자 권선 수단에 인가하는, 회전자 권선 제어수단; 및

고정자 공급전압을 수신하고, 이로부터 고정자 파형을 상기 회전위치정보에 따라 발생하고, 상기 고정자 파형을 상기 고정자 권선 수단에 인가하는, 고정자 권선 파형 발생수단을 구비하고,

상기 회전자 파형 및 상기 고정자 파형은, 상기 회전자 권선 수단과 상기 고정자 권선 수단의 상기 상대적 방위와의 상호작용을 동기화시키도록 상기 회전자 수단과 상기 고정자 수단의 상기 상대적 방위와 동기해서 발생된다.

제3 국면에서 본 본 발명은, 회전자 부분과 고정자 부분-상기 회전자 부분이 상기 고정자 부분에 대해 회전하도록 배치됨-; 상기 회전자 부분에 실장된 회전자 권선 배치부; 및 상기 고정자 부분에 실장된 고정자 권선 배치부를 구비한, 직교류 겸용 모터로서 구성된 전기모터장치를 작동하는 방법을 제공하고, 이 방법은,

상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위를 나타내는 회전위치정보를 발생하는 단계;

상기 회전자 부분에 고정되게 실장되어, 상기 회전자 부분에 공급된 회전자 공급전압에 결합하는 단계;

회전자 권선 제어부에서 상기 회전위치정보에 따라 상기 회전자 공급전압으로부터 회전자 파형을 발생하는 회전자 파형 발생동작을 행하는 단계;

상기 회전자 파형을 상기 회전자 권선 배치부에 인가하는 단계;

고정자 권선 파형 발생기에서 고정자 공급전압을 수신하고, 이로부터 고정자 파형을 상기 회전위치정보에 따라 발생하는 단계; 및

상기 고정자 파형을 상기 고정자 권선 배치부에 인가하는 단계를 포함하고,

본 발명을 아래의 첨부도면에 나타낸 것과 같은 실시예들을 참조하여 예시로만 더욱 설명하겠다:
도 1은 영구자석이 상기 회전자의 원주 둘레에 이격된 종래의 DC모터를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 2는 종래의 유도 모터를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 3은 회전자와 고정자 양쪽이 복수의 권선들을 갖는 종래의 직교류 겸용 모터를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 4는 정류자를 사용하여 회전자 코일을 외부 전원장치에 결합하는 것을 나타내는 종래의 직교류 겸용 모터를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 5는 일 실시예에 따른 직교류 겸용 모터를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 6은 일 실시예에 있어서 상기 회전자 부분의 축방향면에 실장되고 슬립 링을 거쳐 외부 전원장치에 결합된 회전자 제어부를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 7a는 회전자 권선 제어부와 고정자 권선 제어부가 서로 무선 통신하는 일 실시예에 따른 직교류 겸용 모터의 축상을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 7b는 상기 회전자 부분이 상기 고정자 부분 외측에 배치된 다른 배치의 축상을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 8은 샤프트 부호화를 사용하여 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위를 결정하는 일 실시예에 있어서의 회전위치 표시기를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 9는 일 실시예에 있어서의 디지털 제어부를 형성하는 프로세서 코어와, 디지털 대 아날로그 변환기에 의해 디지털 제어신호를 회전자 파형으로 변환하는 것을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 10은 회전자 코일과 고정자 코일의 수가 같은 실시예의 배치를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 11은 회전자 코일과 고정자 코일의 수가 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 12a 내지 12c는 회전자 파형을 발생하기 위한 AC소스 전압의 오버샘플링과 그 오버샘플링된 AC전압의 선택부분의 사용을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 13은 일 실시예에서 AC공급전압의 오버샘플링을 행하는 회전자 권선 제어부를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 14는 오버샘플링된 AC소스전압 공급장치로부터 선택된 샘플들의 분배에 의한 3개의 회전자 파형의 발생을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 5는 일 실시예에서 전기모터장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 축(105)상에 회전하는 회전자(100)는, (2개만이 뚜렷하게 도시된) 원주 둘레에 배치된 일 세트의 회전자 코일(110)을 갖는다. 회전자 코일(110) 각각은, 제어부(115)로부터 회전자 파형이 공급되도록 구성된 권선 배치부를 구비한다. 그 회전자 파형을 회전자 코일(110)에 인가하는 것에 의해, 상기 전기모터장치의 (뚜렷하게 도시되지 않은) 고정자 부분의 일부를 형성하는 회전자 코일(110)과 고정자 코일(120)간에 상호작용이 생긴다.

회전자 공급전압원(125)과 고정자 공급전압원(130)은 회전자 코일과 고정자 코일 각각에 전력을 제공하도록 되어 있다. 상기 고정자 공급전압원(130)은, 고정자 코일(120)에 인가되는 고정자 파형을 발생하도록 구성된 고정자 코일 제어부(135)에 결합된다. 상기 고정자 코일 제어부(135)는, 상기 고정바 부분에 대한 상기 회전자 코일 부분의 상대적 방위를 나타내는 이 고정자 코일 제어부가 수신하는 위치정보에 따라 상기 고정자 파형을 발생한다. 이하, 이 위치정보의 발생에 관한 또 다른 상세내용을 보다 상세히 설명하겠다. 회전자 공급전압원(125)은, 회전자 부분(100)에 결합되어, 상기 회전자 공급전압을 상기 회전자 권선 제어부(115)에 제공한다. 그 설명된 실시예에서는, 이하에 보다 상세히 설명할 슬립 링 배치부에 있어서의 접점(140)을 상기 회전자 공급전압을 위해 회전자 부분에 연결한다. 도 5에서 알 수 있듯이, 2개의 접점(140)은, 회전자 부분의 양쪽 단부에 단일 전원만을 연결할 필요가 있는 구조적으로 간단한 축을 사용하도록, 회전자 부분(100)의 축(105)의 각 단부에 결합된다. 도 5의 설명을 명백하게 하기 위해서, 상기 제어부(115)는 회전자 부분에 대해 중심에 도시되어 있지만, 이러한 위치결정은 필요하지 않다. 실제로, 이하 도 6에 대해 설명하는 것처럼, 일부의 경우에는, 회전자 부분의 축방향 단부에 회전자 권선 제어부가 실장되게 배치하는 것이 바람직하기도 하다.

일부의 실시예들에서, 상기 고정자 코일 제어부(135)와 상기 회전자 코일 제어부(115)가 서로 통신하도록 배치되어도 된다. 이러한 통신이 무선이어도 되지만, 이하 보다 상세히 설명하는 것처럼, 일부의 실시예에서, 이들 2개의 코일 제어부 사이에는 유선 통신로가 설치되어도 된다. 이러한 유선의 개별 제어(inter-control) 통신로를 설치하는 일 방식은, 그 공급전압로에서 이미 제공한 상기 회전자 제어부(115)에의 연결을 이용하는 방식이다. 이러한 배치에 있어서, 상기 고정자 코일 제어부(135)와 상기 회전자 코일 제어부(115)간에는, 상기 회전자 공급전압원(125)과 회전자 제어부(115) 사이에 설치된 상기 전압로들 상에 통신신호들을 겹쳐서 통신한다. 예를 들면, 이러한 통신의 겹침은, 그 전압이 AC전압으로서 제공되는 경우 상기 전압의 주파수 변조나 진폭 변조에 의해, 또한, DC전압공급장치용 그 밖의 공지된 송신로 신호 기술에 의해, 제공될 수도 있다. 이렇게 전압 공급로상의 피기백킹(piggybacking)은, 고정자 코일 제어부(135)와 회전자 코일 제어부(115)간의 유선 통신로가, (예를 들면 또 다른 슬립 링을 거쳐) 상기 회전자 부분에 추가의 전용 연결을 제공할 필요 없이 제공될 수 있다는 이점을 갖는다.

도 5에 개략적으로 나타낸 전기모터장치는, 회전자 코일(110)과 고정자 코일(120)의 상호작용에 의해 회전자 부분(100)을 상기 고정자에 대해 회전 구동하게 하는, 모터로서 제공될 수 있다는 것을 알아야 한다. 이와는 달리, 도 5에 개략적으로 나타낸 전기모터장치는, 회전자 코일(110)과 고정자 코일(120)의 상호작용에 의해 상기 고정자에 대해 상기 회전자 부분(100)의 회전에 저항하게 하는 전기 발생기로서 구성될 수 있다. 발생기로서 구성될 때, 전기모터장치에는, 상기 회전자 및 고정자 공급전압선 각각에 결합된 전력인출부(145, 150)가 추가로 구비될 수 있어, 상기 회전자 코일(110)과 고정자 코일(120)의 상호작용에 의해 제공된 저항에 대해 상기 회전자의 회전으로 이들 경로에 도입된 전력이 인출될 수 있다. 원리상, 하나의 전력인출부만(145 또는 150)이 필요하다. 당업자는 전기 발생기의 구성을 잘 알고, 여기서는 간결을 기하기 위해서 추가의 상세 내용은 제공하지 않는다.

모터로서 또는 발생기로서 구성된 전기모터장치는, 회전자 파형이 회전자 부분상에서 국소적으로 발생되므로 그 회전자 부분의 회전 주파수에 좌우되지 않는다는 사실에서 이익을 얻는다. 이것은, 많은 응용에 있어서 기계적으로 전송할 필요가 없다는 것을 의미한다. 예를 들면, 모터로서 구성되는 경우, 회전자 부분의 회전 주파수가 상기 단부 인가의 원하는 회전속도에 대응하도록 선택될 수 있는 반면에, 종래의 직교류 겸용 모터의 많은 응용에서는, 모터가 바람직한 속도로 작동하게 하고, 그 바람직한 속도를 원하는 단부 인가속도로 변환하도록, 기계적으로 전송할 것이다. 반대로, 발생기로서 구성되는 경우, 발생기로서 배치된 종래의 직교류 겸용 모터의 "바람직한" 회전속도 대신에, 구동력(예를 들면, 풍력발전용 터빈의 회전)에 의해 결정된 속도로 회전자 부분을 회전시킬 수 있다.

도 6은 상술한 것처럼, 회전자 부분의 축방향면에 회전자 권선 제어부가 실장된 실시예를 개략적으로 나타낸 것이다. 도시의 명백함을 기하기 위해서, 도 6에는, 상기 회전자 부분의 축방향 단면(205)과 상기 축(210)을 나타내는, 상기 회전자 부분(200)의 단부 영역만이 도시되어 있다. 상기 회전자 부분(200)의 축방향 단면(205) 위에는, 마이크로프로세서 유닛(프로세서 코어)(215)과 디지털 대 아날로그 변환기(220)가 고정되게 실장되어 있다. 프로세서 코어(215)와 디지털 대 아날로그 변환기(220) 양쪽은, 외부로부터 수신된 전력공급을 거쳐 상기 회전자 부분에 전력이 투입된다. 이러한 전력공급은 상기 슬립 링 배치부(225)를 거쳐 회전자 부분에 결합된다. 분리된 유선 통신로가 상기 회전자 제어부(즉, 도 6의 프로세서 코어(215) )와 고정자 제어부와의 사이에 설치되는 실시예들에 있어서, 도시된 것처럼 추가의 슬립 링(230)이 설치되어도 된다.

프로세서 코어(215)는, 상기 회전자 코일들에 인가된 회전자 파형을 발생하는 상기 디지털 대 아날로그 변환기(DAC)(220)의 동작을 제어하도록 디지털 제어부로서 작동한다. 상기 회전자 코일들은, 도 6에 명백히 도시되어 있지 않지만, 회전자 부분(200)의 외부 코일 영역(235)에 설치되어 있다. 상기 디지털 대 아날로그 변환기(220)는, 상기 회전자 부분(200)의 외부 원주에서 상기 코일 영역(235) 둘레에 전기적으로 이격된 분리된 권선 각각에 n개의 연결을 갖는다.

도 7a는 상기 회전자 권선 제어부와 고정자 권선 제어부가 서로 무선으로 통신하도록 구성된 일 실시예에서 전기모터장치(300)를 개략적으로 나타낸 것이다. 이러한 실시예에서, 상기 전기모터장치는, 3개의 세트의 회전자 코일(315)로 이루어진 회전자 권선 배치부를 갖는 회전자 부분(305)과, 3개의 세트의 고정자 코일(320)로 이루어진 고정자 권선 배치부를 갖는 고정자 부분(310)을 구비한다. 상기 회전자 코일(315)은, 프로세서 코어(330)의 제어하에 디지털 대 아날로그 변환기(DAC)(335)에 의해 회전자 파형을 제공하고, 상기 고정자 코일(320)은 프로세서 코어(340)의 제어하에 디지털 대 아날로그 변환기(DAC)(345)에 의해 고정자 파형을 제공한다. 프로세서 코어(340)는, 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위를 나타내는 위치정보를 수신하도록 구성된다. 상기 고정자 프로세서 코어(340)와 회전자 프로세서 코어(330)는, 본 실시예에서 RF 신호에 의해 서로 무선 통신하도록 구성된다. 이러한 무선통신의 일부로서, 상기 프로세서 코어 340은, 프로세서 코어 330에 상기 위치정보를 제공하여서, 그 2개의 프로세서 코어가 상기 디지털 대 아날로그 변환기(335, 345)의 동작을 동기화 가능하게 하고, 또한 이러한 정보를 제공하기 위해 프로세서 코어 330에 유선 연결할 필요가 없다.

이렇게 상술한 실시예들 모두는 상기 회전자 부분이 고정자 부분내에서 회전하도록 배치되어 있었지만, 이것이 그 경우가 될 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 도 7b는 회전자 부분이 상기 고정자 부분의 외측 둘레에서 회전하도록 배치된 다른 배치를 개략적으로 나타낸 것이다. 이렇게, 이러한 구성은, 예를 들면, (다수의 기타의 응용 중에서) 전동식 자전거 휠용 구동력으로서 이용될 수 있는 일종의 "디스크 모터"를 제공할 수 있다.

도 8은 일 실시예에서 회전위치정보를 발생하는 모양을 나타낸다. 여기서, 회전위치 표시기는, 상기 회전자 부분의 상기 축의 단면의 외주 둘레에 마킹된 샤프트 부호화(350)를 판독하도록 구성된 판독부(360)를 구비한다. 판독부(360)는, 상기 판독부의 그 단면이 상기 샤프트 부호화의 마킹된 부분 또는 마킹되지 않은 부분 위에 현재 설치되어 있는지를 판정하도록 배치된, 4개의 분리된 검출기를 구비한다. 이렇게 하여, 도 8의 하부절반에서 알 수있듯이, (상기 샤프트 부호화의 마킹된 또는 마킹되지 않은 단면을 가리키는) 이진값의 조합은, 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위의 이진 부호화를 형성한다. 도 8에 나타낸 배치는, 물론, 판독부(360)를 형성하는 검출기의 수에 관하여, 또는 상기 샤프트상에 마킹된 특정한 부호화(350)에 관하여 달라지기도 한다. 반대로, 도 8에 나타낸 실시예에서, 상기 부호화가 회전자 부분에 마킹되고 상기 판독부가 상기 고정자 부분에 대해 고정되게 실장되지만, 부호화가 고정자 부분에 마킹되고 상기 회전자 부분에 대해 고정되게 실장된 판독부에 의해 판독되는 정반대도 고려한다.

도 9는 도시된 예에서 디지털 대 아날로그 변환기(DAC)(410)를 제어하는 프로세서 코어(400)의 형태로 디지털 제어부를 구비한 회전자 권선 제어부에 의해 일 세트의 3개의 회전자 파형의 발생을 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 프로세서 코어(400)와 디지털 대 아날로그 변환기(410) 양쪽에는, DC전압공급(VDD 및 VSS)이 제공된다. 프로세서 코어(400)는, 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위를 나타내는 위치정보를 더 수신한다. 이 회전위치정보에 의거하여, 프로세서 코어(400)는, 3개의 디지털 제어신호D1, D2, D3에 의해 상기 DAC(410)를 제어한다. 이들 제어신호 각각은, DAC(410)에 의해 각각의 회전자 코일에 전해져야 하는 회전자 파형을 결정한다. 이들 디지털 제어신호는, DAC(410)에서 공지된 디지털 대 아날로그 변환기술을 거쳐 아날로그 회전자 파형으로 변환되는 펄스폭 변조신호(420)나 이진부호화(430)(도 9의 하부절반 참조)의 형태 등의 다수의 형태를 취하여도 된다.

상술한 것처럼, 여기서 기술된 전기모터장치의 이점 중 하나는, 상기 회전자 및 고정자 권선(코일)의 각각의 배치와 이들에 인가될 수도 있는 각각의 회전자와 고정자 파형에 관해서 융통성이다. 도 10은 회전자가 일 세트의 4개의 회전자 코일을 갖고, 상기 고정자가 이에 대응한 세트의 4개의 고정자 코일을 갖는 실시예를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 10의 하부 절반은, 이들 회전자 코일과 고정자 코일에 인가되는 2개의 다른 파형A와 B를 나타낸다. 도 10에 도시된 예에서, 동일한 파형이 상기 회전자와 상기 고정자에 인가된다. 파형A는 연속 정현파형이고, 또 파형B는 펄스파형이다.

도 11은 회전자 코일과 고정자 코일의 수가 다를 수도 있는 실시예를 나타낸다. 여기서 도시된 예에는, 회전자 코일이 3개이고 고정자 코일이 6개다. 도 11의 하부에는, 상기 회전자 코일과 고정자 코일에 인가된 각각의 파형이 도시되어 있다. 여기서 상기 회전자 파형과 고정자 파형 양쪽은, 60도 간격으로 상기 회전자 파형이 맥박치고 120도 간격으로 고정자 파형이 맥박치는, 펄스 파형이다는 것을 알 수 있다. 도 10과 도 11에 도시된 예들은 단지 예시로 든 것일 뿐이고, 각각에 인가된 대응한 파형과 함께, 각각의 회전자 코일과 고정자 코일의 수의 많은 순열이 가능하다. 또한, 도 10 및 도 11에 도시된 정현파 및/또는 펄스파형 형상은 예시일 뿐이고 그것의 다른 파형 형상(예를 들면, 톱니파, 삼각형, 정사각형 등)이나 이 조합도 사용되어도 된다.

일부의 실시예들에서, 회전자 부분에 공급된 소스전압은, AC전압이어도 된다. 이러한 AC소스 전압 파형이 도 12a에 개략적으로 도시되어 있다. 또한, 도 12a에는, 이 AC소스 전압의 오버샘플링이 도시되어 있고, 그 소스전압의 전압 샘플들은 그 소스전압 자체가 갖는 것보다 높은 주파수로 만들어진다. 그 후, 상기 오버샘플링된 AC소스 전압을 재사용하여 원하는 회전자 파형에 근사시켜도 된다. 상기 소스 전압의 샘플들이 원하는 회전자 파형에 완벽하게 일치할 수 없을 수도 있지만, 상기 오버샘플링된 AC전압의 인가는, 상기 원하는 회전자 파형에 충분히 근사시킬 수 있어 전기모터를 작동시킬 수 있다.

도 12b는 도 12a에 도시된 것과 같이 샘플링된 오버샘플링된 AC소스 전압을 사용하여, 그 AC 소스 전압 자체의 거의 두배인 기간에 회전자 파형을 근사시키는 예를 나타낸 것이다. 이에 따라, 상기 오버샘플링된 소스전압은, 상기 회전자 파형의 포지티브 스윙(swing)의 전반부와 회전자 파형의 네가티브 스윙의 후반부에 기여할 수 있을 뿐이다. 그럼에도 불구하고, 상기 전기모터의 회전 관성은, 완전한 회전자 파형이 인가될 필요가 없고 심지어 도 12b에 나타낸 것과 같은 근사화가 상기 전기모터를 구동할 수도 있다는 것을 의미한다. 도 12c는, 상기 AC소스 전압의 반전도 가능하여, 상기 회전자 파형에 보다 가깝게 근사시키는 또 다른 변형 예를 나타낸다.

도 13은 오버샘플링부(510), 제어부(520) 및 분배부(530)를 구비하는 회전자 권선 제어부(500)를 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 오버샘플러(510)와 상기 분배부(530)는, 제어부(520)의 제어하에 동작된다. 따라서, 상기 제어부(520)는, 오버샘플러(510)에 대하여 도 12a에 나타낸 것과 같은 상기 수신된 AC공급전압의 오버샘플링을 행하는 것을 지시한다. 그 후, 상기 오버샘플링된 전압은, 오버샘플러(510)로부터 분배부(530)에 보내져 상기 회전자 코일에 적절하게 분배된다(이는 도 12b와 도 12c에 도시됨). 도 12c에 나타낸 것과 같은 반전이 필요한 경우, 상기 회전자 권선 제어부(500)는, 예를 들면 오버샘플러(510)나 분배부(530)에 내장될 수 있는 반전능력을 추가로 포함한다.

도 14는 AC공급전압의 오버샘플링과 분배를 3개의 원하는 회전자 파형으로 근사시키는 모양의 또 다른 예를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 14의 그래프 A는, 상술한 오버샘플링 프로세스로부터 얻어진 일부의 선택된 샘플들(해칭된 길고 가느다란 조각)과 함께 AC 소스 전압을 나타낸다. 도 14의 그래프 A에는 상기 회전자 코일에 분배하기 위해 사용된 상기 선택된 샘플들만이 도시되어 있고, 상기 AC소스 전압은 실제로, 예를 들면 도 12a에 도시된 것처럼 완전히 오버샘플링될 것이라는 것을 알아야 한다. 도 14의 그래프 B, C 및 D는, 오버샘플링된 AC 소스전압을 사용하여 3개의 원하는 회전자 파형(#1, #2, #3)의 근사화를 나타낸다. 따라서, 상기 회전자 파형 중 근사한 파형에 인가될 수 있는 상기 오버샘플링된 AC소스 전압의 그들의 샘플들은, 도 14의 그래프 B, C 및 D에 나타낸 것처럼 사용된다. 상술한 것처럼, 특정한 회전자 파형에의 근사화는 곳곳에서 약간 부족할 수 있지만(예를 들면, 도 14의 그래프 C에 나타낸 기간에 있어서, AC소스 전압과 원하는 회전자 파형#2의 상대 위상은 상기 오버샘플링된 AC소스 전압의 샘플들의 매우 제한된 사용만을 허용한다), 회전하는 모터의 관성은 그럼에도 불구하고 이들 샘플들이 상기 모터를 구동하는데 사용될 수 있다는 것을 의미한다는 것을 알아야 한다. 또한, 필요한 경우, 상기 오버샘플링된 파형의 특정한 샘플은, 각 회전자 파형의 어떤 특정 순간의 요구사항에 따라 동시에 하나보다 많은 회전자 파형에 제공될 수 있다는 것을 주목해야 한다.

여기에서는 본 발명의 특정 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 범위내에서 여러 가지로 변경 및 추가하여도 된다는 것이 자명하다. 예를 들면, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 이하의 종속항의 특징들과 독립항의 특징을 여러 가지로 조합할 수 있다.

Claims

직교류 겸용 모터로서 구성된 전기모터장치로서,
회전자 부분과 고정자 부분-상기 회전자 부분이 상기 고정자 부분에 대해 회전하도록 배치됨-;
상기 회전자 부분에 실장된 회전자 권선 배치부;
상기 고정자 부분에 실장된 고정자 권선 배치부;
상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위를 나타내는 회전위치정보를 발생하도록 구성된 회전위치 표시기;
상기 회전자 부분에 고정되게 실장되어, 상기 회전자 부분에 공급된 회전자 공급전압에 결합되고, 상기 회전위치정보에 따라 상기 회전자 공급전압으로부터 회전자 파형을 발생하는 회전자 파형 발생동작을 행하여, 상기 회전자 파형을 상기 회전자 권선 배치부에 인가하도록 구성된, 회전자 권선 제어부; 및
고정자 공급전압을 수신하고, 이로부터 고정자 파형을 상기 회전위치정보에 따라 발생하고, 상기 고정자 파형을 상기 고정자 권선 배치부에 인가하도록 구성된 고정자 권선 파형 발생기를 구비하고,
상기 회전자 파형 및 상기 고정자 파형은, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부의 상기 상대적 방위와의 상호작용을 동기화시키도록 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상기 상대적 방위와 동기해서 발생된, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부의 상기 상호작용은, 상기 회전자 부분이 상기 고정자 부분에 대해 회전 구동하게 하는, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부의 상기 상호작용은, 상기 회전자 부분이 상기 고정자 부분에 대해 회전에 저항하게 하는, 전기모터장치.
제 3 항에 있어서,
상기 회전에 저항한 결과 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부 중 적어도 한쪽에서 유도된 전력을 인출하도록 구성된 적어도 하나의 전력 인출부를 더 구비한, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 공급전압은 슬립 링 배치부를 거쳐 상기 회전자 부분에 공급되는, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 공급전압은 제1 연결부 및 제2 연결부를 거쳐 상기 회전자 부분에 공급되고, 상기 제1 연결부는 상기 회전자 부분의 제1 축방향측에 배치되고, 상기 제2 연결부는 상기 회전자 부분의 제2 축방향측에 배치되는, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 권선 제어부는, 디지털 제어부와 디지털 대 아날로그 변환기를 구비한, 전기모터장치.
제 7 항에 있어서,
상기 디지털 제어부가 이진 부호화 신호를 사용하여 상기 디지털 대 아날로그 변환기를 제어하도록 구성된, 전기모터장치.
제 7 항에 있어서,
상기 디지털 제어부는 펄스폭 변조신호를 사용하여 상기 디지털 대 아날로그 변환기를 제어하도록 구성된, 전기모터장치.
제 7 항에 있어서,
상기 디지털 제어부는 마이크로프로세서 유닛으로 이루어진, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 부분에 실장된 상기 회전자 권선 배치부에는, 상기 회전자 부분의 원주 둘레에 전기적으로 분리된 복수의 권선이 이격되어 있는, 전기모터장치.
제 11 항에 있어서,
상기 회전자 권선 제어부는, 상기 회전자 권선 배치부의 상기 전기적으로 분리된 복수의 권선의 각각에 개개의 회전자 파형을 인가하도록 구성된, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부는 전기적으로 분리된 권선의 수가 서로 같은, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부는 전기적으로 분리된 권선의 수가 서로 다른, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 파형과 상기 고정자 파형 중 적어도 한쪽의 파형은 정현파형을 포함하는, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 파형과 상기 고정자 파형 중 적어도 한쪽의 파형은 펄스파형을 포함하는, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전 위치 표시기는, 샤프트 부호화를 판독하는 판독부를 구비한, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 고정자 권선 파형 발생기는, 상기 회전자 권선 제어부와 통신하는 고정자 권선 제어부를 구비한, 전기모터장치.
제 18 항에 있어서,
상기 고정자 권선 제어부는 상기 회전자 권선 제어부와 무선 통신하도록 구성된, 전기모터장치.
제 18 항에 있어서,
상기 고정자 권선 제어부는, 유선연결을 거쳐 상기 회전자 권선 제어부와 통신하도록 구성된, 전기모터장치.
제 20 항에 있어서,
상기 유선 연결에 의한 통신이 상기 회전자 공급전압 위에 겹쳐있는, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 권선 제어부는 상기 회전자 부분의 축방향의 면에 실장되어 있는, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 공급전압이 DC전압인, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전자 공급전압이 AC전압인, 전기모터장치.
제 24 항에 있어서,
상기 회전자 권선 제어부는 상기 AC전압을 오버샘플링하도록 구성된 오버샘플러를 구비한, 전기모터장치.
제 25 항에 있어서,
상기 회전자 권선 제어부는, 상기 오버샘플링된 AC전압의 선택된 부분들을 상기 회전자 권선 배치부에 분배하도록 구성된 분배기를 구비한, 전기모터장치.
제 26 항에 있어서,
상기 회전자 권선 배치부는 전기적으로 분리된 복수의 권선을 구비하고, 상기 분배기는 상기 전기적으로 분리된 복수의 권선 중에서 상기 오버샘플링된 AC전압의 상기 선택된 부분을 분배하도록 구성된, 전기모터장치.
제 27 항에 있어서,
상기 분배기는 상기 오버샘플링된 AC전압의 상기 선택된 부분 중 적어도 하나를 동시에 하나보다 많은 상기 전기적으로 분리된 권선에 선택적으로 분배하도록 구성된, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
축상(axial view)에서 상기 회전자 부분은, 상기 고정자 부분 내측에 실장된, 전기모터장치.
제 1 항에 있어서,
축상에서 상기 회전자 부분은 상기 고정자 부분 외측에 실장된, 전기모터장치.
직교류 겸용 모터로서 구성된 전기모터장치로서,
고정자 수단과, 상기 고정자 수단에 대해 회전하는 회전자 수단;
상기 회전자 수단에 실장된 회전자 권선 수단;
상기 고정자 수단에 실장된 고정자 권선 수단;
상기 회전자 수단과 상기 고정자 수단의 상대적 방위를 나타내는 회전위치정보를 발생하는 회전위치 표시수단;
상기 회전자 부분에 고정되게 실장되어, 상기 회전자 부분에 공급된 회전자 공급전압에 결합되고, 상기 회전위치정보에 따라 상기 회전자 공급전압으로부터 회전자 파형을 발생하는 회전자 파형 발생동작을 행하여, 상기 회전자 파형을 상기 회전자 권선 수단에 인가하는, 회전자 권선 제어수단; 및
고정자 공급전압을 수신하고, 이로부터 고정자 파형을 상기 회전위치정보에 따라 발생하고, 상기 고정자 파형을 상기 고정자 권선 수단에 인가하는, 고정자 권선 파형 발생수단을 구비하고,
상기 회전자 파형 및 상기 고정자 파형은, 상기 회전자 권선 수단과 상기 고정자 권선 수단의 상기 상대적 방위와의 상호작용을 동기화시키도록 상기 회전자 수단과 상기 고정자 수단의 상기 상대적 방위와 동기해서 발생되는, 전기모터장치.
회전자 부분과 고정자 부분-상기 회전자 부분이 상기 고정자 부분에 대해 회전하도록 배치됨-; 상기 회전자 부분에 실장된 회전자 권선 배치부; 및 상기 고정자 부분에 실장된 고정자 권선 배치부를 구비한, 직교류 겸용 모터로서 구성된 전기모터장치를 작동하는 방법으로서,
상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상대적 방위를 나타내는 회전위치정보를 발생하는 단계;
상기 회전자 부분에 고정되게 실장된 회전자 권선 제어부를, 상기 회전자 부분에 공급된 회전자 공급전압에 결합하는 단계;
상기 회전자 권선 제어부에서 상기 회전위치정보에 따라 상기 회전자 공급전압으로부터 회전자 파형을 발생하는 회전자 파형 발생동작을 행하는 단계;
상기 회전자 파형을 상기 회전자 권선 배치부에 인가하는 단계;
고정자 권선 파형 발생기에서 고정자 공급전압을 수신하고, 이로부터 고정자 파형을 상기 회전위치정보에 따라 발생하는 단계; 및
상기 고정자 파형을 상기 고정자 권선 배치부에 인가하는 단계를 포함하고,
상기 회전자 파형 및 상기 고정자 파형은, 상기 회전자 권선 배치부와 상기 고정자 권선 배치부의 상기 상대적 방위와의 상호작용을 동기화시키도록 상기 회전자 부분과 상기 고정자 부분의 상기 상대적 방위와 동기해서 발생되는, 전기모터장치의 작동방법.