KR20150048507A - 유도분극 bldc 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도분극(Induced Polirization)으로 효율을 극대화한 BLDC 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자의 자계면을 유도분극되게 하여 초자력(Magneto-motive Force ; Active Energy)를 극대화하고, 회전자의 자계면을 자속집중(Magnetic Flux Concentration)되게 하여 자기력(Magnetic Force ; Passive Energy)를 극대화함으로써, 두 에너지가 합성된 모터의 회전력(Torque)과 효율을 극대화시킨 유도분극 BLDC 모터에 관한 것이다.
고정자(STATOR)는 규소강판 적층 코어에 2n 개의 권선 슬롯(slot)과 2n 개의 유도분극 슬릿(Slit)을 구성하고, n개의 슬롯에만 독립·다상으로 분포권선하여 구성한다.
회전자(ROTOR)는 규소강판 적층 코어에 양면 착자된 평판 자석을 방사상으로 매립 구성한다.
정류 엔코더(COMMUTATION ENCODER)는 컵 형으로 감지 영역(Sensing Region)과 비감지 영역(Non-sensing Region)으로 분할 구성하며, 축(SHAFT) 한 쪽 외부에 설치한다.
광학 센서(OPTICAL SENSOR)는 각 상에 2개씩 설치하여 각 상의 H-BRIDGE에 연결하여 회로를 구성한다.
스위칭 스테이지(SWITCHING STAGE)는 각 상에 한 개씩 H-BRIDGE를 설치하여 구성한다.
따라서, 모터에 직류를 통전하면 각 상은 독립적으로 Switching 하여 모터는 기동·회전하며, 이때 모터의 회전 방향은 플레밍의 왼손 법칙(Fleming's Left Hand Rule)에 의하여 결정된다.

Description

유도분극 BLDC 모터{Induced Polarization Brushless DC Electric Motor}
본 발명은 유도분극(Induced Polirization)으로 효율을 극대화한 BLDC 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자의 자계면을 유도분극되게 하여 초자력(Magneto-motive Force ; Active Energy)를 극대화하고, 회전자의 자계면을 자속집중(Magnetic Flux Concentration)되게 하여 자기력(Magnetic Force ; Passive Energy)를 극대화함으로써, 두 에너지가 합성된 모터의 회전력(Torque)과 효율을 극대화시킨 유도분극 BLDC 모터에 관한 것이다.
21세기 물리학이 해결해야 할 지구촌적 과제는 "에너지 문제"와 "기후 변화 문제"이다. 이 문제의 핵심적 과제는 전기자동차 기술이다.
○ 전기자동차는 TRACION MOTOR와 BATTERY 기술에 달려 있다. 획기적인 신(新) 모터가 개발되어야 하고, 신(新) 모-젠(Running Costs Free Motor-Generator)이 탄생하여야 할 것이다.
○ 차세대 융합 기술인 로봇 기술은 "전투 로봇의 출현으로 인간의 피를 흘리지 않는 전쟁"의 실현을 목표로 하고 있다. 로봇의 3 요소 기술(IT 기술, MOTOR 기술, BATTERY 기술) 중 2 가지가 신 모터와 신 모-젠이 탄생하여야 할 이유이다.
○ 절삭유를 사용하지 않는 공작 기계의 기술 혁신은 60,000 RPM 이상의 고속 모터가 개발되어야 한다.
○ 산업 기계의 기술 혁신에는 고기능·고성능의 모터가 필요하다.
○ 가전제품, 자동차 전장, 전자완구, 고령화 시대에 대응하는 의료·건강 기기 등 각 분야에 걸쳐 고기능·고성능을 지원할 요소 기술로서 소형·정밀 모터의 개발이 절실하다.
○ 지구의 3/4 이 바다이다. 해저 자원 개발을 위하여는 수중 모터(Immersible Motor)의 개발이 절실하다.
○ 모터의 요소 기술로서 14,500 Gauss 를 생성하는 Neodymium Magnet(Nd1Fe14B1)이 개발된 것은 BLDE 모터의 대마력(大馬力)의 길을 연 것이다.
US 6,710,581 B1
일반적으로 BLDC 모터는 반영구의 마그네트 회전자가 설치된 면의 비용과 제작 상의 한계성이 있고, 제어기도 비용이 고가이며, 무변 출력이 되지 않는다.
한편, 소형 모터로서 일반적으로 BLDC 모터가 널리 사용되고 있지만 회전의 불균일, 토크리플(Torque-ripple), 발열 등의 문제를 완벽히 해결하지 못하고 있었다.
본 출원인은 선행기술문헌(US 6,710,581 B1)에서 상기한 문제를 해결하였으며, 본 발명은 상기 선행기술문헌의 BLDC 모터를 더욱 개량하여, 고정자의 초자력(Magneto-motive Force ; Active Energy)과 회전자의 자기력(Magnetic Force ; Passive Energy)를 극대화함으로써, 두 에너지가 합성된 모터의 회전력(Torque)과 효율을 더욱 극대화시킬 수 있는 유도분극 BLDC 모터를 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유도분극 BLDC 모터에 있어서,
고정자(STATOR)는 , 규소강판을 적층한 코어에 2n 개의 권선 슬롯(Winding Slot)을 구성하고, 각 슬롯(Slot) 사이에 2n 개의 폐구(閉口)된 유도분극 슬릿(Induced Polarization Slit)을 구성하고, 2n 개의 권선 슬롯 중 n 개의 슬롯에 독립·다상으로 분포권선(Distributed Winding)하며,
상의 수와 극의 수는, 상의 수 ; 2, 3, 4, …, n 상
극의 수 ; 2, 6, 8, …, 2n 극의 기준에 의하여 정해지며,
각 상의 코일은 스위칭 스테이지(Switching Stage)의 H-Bridge 에 상 별로 연결하여 각 상은 독립적으로 Bipolar Switching 하도록 하고, 권선 코일(Winding Coil)에 통전하면, 권선 슬롯(Winding Slot)의 양 쪽 자계면을 권선 슬릿(Winding Slit)의 유도분극에 의하여 회전자(ROTOR)를 회전하게 하는 것을 특징으로 하고,
회전자(ROTOR)는 , 규소강판을 적층한 코어에 양면 착자된 평판형 영구 자석을 방사상(Radial to the Shaft)으로 같은 극이 대면되도록 매입하여 구성하고, ROTOR의 극 수는 STATOR와 상응하도록 구성하며, 이때 영구자석의 자계면은 가능한 면적을 크게하여 ROTOR의 자계면의 자속밀도(Flux Density)를 높게 하고, ROTOR의 자계면에 차등 투자율(Differential Permeability)이 조성됨으로써, ROTOR의 자계면에 자속집중(Magnetic Flux Concentration)이 이루어지게 하고, 이 ROTOR는 별도의 기계적 장치 없이 고속 회전시에 자석이 비산되는 일이 없도록 Dove Tail 형의 Non-magnetic Holding Core 를 설치 구성하고, 자석 사이에는 공극(Empty Space)을 구성하여 ROTOR의 무게를 줄이도록 구성하는 것을 특징으로 하고,
정류 엔코더(COMMUTATION ENCODER)는 , 축(Shaft)의 한 쪽에 설치하고, 컵(Cup) 형으로 감지 영역(Sensing Region)과 비감지 영역(Non-sensing Region)으로 분할 구성하고,
감지 영역의 거리(각도)는
n ; total phase
1, 2, 3, …, a ; excited phases
1, 2, 3, …, b ; in-excited phases
{2π/(the number of poles in the rotor)} x {(n-b)phases/(the number of phases)} (degrees) 의 기준에 의하고,
감지 영역의 수는
(the number of poles)/2 의 기준에 의하는 것을 특징으로 하고,
광학 센서(OPTICAL SENSOR)는 , 각 한 상에 2개의 SENSOR를 배치 구성하여 COMMUTATION ENCODER와 상응하여 작동하도록 구성하고, 각 SENSOR는 정해진 기계각에 따라 PCB Board에 배치 구성함에 있어서 각 한 상의 2개의 SENSOR는 ROTOR의 각각 다른 Magnetic Pole 위에 위치하도록 배치 구성하며,
SENSOR의 배치 간격은
{2π/(the number of poles in the rotor)} x {1/(the number of phases)} (degrees) 의 기준에 의하고,
OPTICAL SENSOR가 COMMUTATION ENCODER의 감지 영역(Sensing Region)에 위치 할 때에 SENSOR는 Positive Pulse를 발생시키고, 이에 따라 H-Bridge는 Switching되며, 전류의 방향과 여자 폭 조정(Excited Width Modulation)을 하게 하는 것을 특징으로 하고,
스위칭 스테이지(SWITCHING STAGE)는 , 각 H-BRIDGE의 입력 단자는 직류 전원으로 병렬로 연결하고, 출력 단자는 각 상의 권선 코일에 연결하며, 각 H-BRIDGE의 각 Half H-BRIDGE의 Base는 각 상의 OPTICAL SENSOR에 각각 연결하여 회로를 구성하여, 모터에 직류를 통전하면 각 H-BRIDGE는 부분 구형파(Part Square Wave)를 발생시켜 각 Coil에 교번 전류를 제공하여 모터가 기동·회전하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 유도분극 BLDC 모터는, 감지 영역(Sensing Region)의 거리(각도)를 n > b > 1 [n ; 상의 수, b ; 비여자 상(In-excited Phases)]로 여자 폭 조정(Excited Width Modulation)을 하여, Advanced Commutation 이 되게 함으로써, Hysteresis Loss를 제거하여 모터는 Constant Power가 되게 하고, 효율을 향상시킨 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 유도분극 BLDC 모터는, 2n 개의 권선 슬롯(Winding Slot)에 독립·다상으로 분포권선하여, 일부 권선은 MOTOR로 기능하고 나머지 권선은 GENERATOR로 기능하여, MOTOR-GENERATOR가 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유도분극 BLDC 모터(이하, 'IP BLDC 모터'라 함)는 다음과 같은 효과가 있다.
1. 본 발명, IP BLDC 모터의 STATOR는 내부 결선(Inter Connection)이 없으므로 자동 권선과 자동 생산이 가능하다.
2. 본 발명, IP BLDC 모터의 ROTOR는 영구자석의 조립식으로 구성이 간단하여 자동 생산이 가능하다.
3. 본 발명, IP BLDC 모터의 CONTROLLER는 구성이 간단하고, 안전성이 높으며, 제조 원가가 저렴하다.
4. 본 발명, IP BLDC 모터는 대마력 제작이 용이하다.
5. 본 발명, IP BLDC 모터는 독립·다상으로 구성하므로, 저전압에서 대마력 모터가 된다.
6. 본 발명, IP BLDC 모터는 침수형 모터(Immersible Motor) 제작이 용이하다.
7. 본 발명, IP BLDC 모터는 열·소음·진동이 없다.
8. 본 발명, IP BLDC 모터는 Eddy Current Loss 가 없다.
9. 본 발명, IP BLDC 모터는 Hysteresis Loss 가 없다.
10. 본 발명, IP BLDC 모터는 Back EMF 가 없다.
11. 본 발명, IP BLDC 모터는 모든 변속 구간에서 Constant Power Motor 이며, 특히 Stall Torque가 크다.
12. 본 발명, IP BLDC 모터는 STATOR의 유도분극 효과로 200%의 효율을 발생하고, ROTOR의 자속집중 효과로 200%의 효율을 발생하며, 모터의 총 효율은 약 400%에 이른다.
도 1은 본 발명의 유도분극 BLDC 모터를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 센서부를 나타낸 도면,
도 3은 3상6극 유도분극 BLDE 모터의 고정자를 나타낸 도면,
도 4는 3상6극 유도분극 BLDE 모터의 고정자 권선을 나타낸 도면,
도 5는 3상6극 유도분극 BLDC 모터의 회전자를 나타낸 도면,
도 6은 3상6극 유도분극 BLDC 모터의 구동 전류를 나타낸 도면,
도 7은 3상6극 유도분극 BLDC 모터의 출력 토크를 나타낸 도면.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 유도분극 BLDC 모터를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 센서부를 나타낸 도면이며, 도 3은 3상6극 유도분극 BLDE 모터의 고정자를 나타낸 도면이고, 도 4는 3상6극 유도분극 BLDE 모터의 고정자 권선을 나타낸 도면이며, 도 5는 3상6극 유도분극 BLDC 모터의 회전자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 유도분극 BLDC 모터는 고정자(STATOR), 회전자(ROTOR), 정류 인코더(COMMUTATION ENCODER), 속도 인코더(VELOCITY ENCODER) 및 제어기와 전원 시스템을 포함하고 있으며, 도 2에는 센서 보드(SENSOR BOARD)를 더 포함하고 있다.
여기서, 고정자(STATOR)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 규소강판을 적층한 코어에 2n 개의 권선 슬롯(Winding Slot)을 구성하고, 각 슬롯(Slot) 사이에는 2n 개의 유도분극 슬릿(Induced Polarization Slit)을 구성한다. 이때, 2n 개의 유도분극 슬릿(Induced Polarization Slit)은 도 3에 도시된 바와 같이 폐구(閉口)를 구성한다.
또한, 2n 개의 권선 슬롯 중 n 개의 슬롯에 독립·다상으로 분포권선(Distributed Winding)한다. 이때, 상의 수는 2, 3, 4, …, n 상으로 정해지고, 극의 수는 2, 6, 8, …, 2n 극으로 정해진다.
각 상의 코일은 스위칭 스테이지(Switching Stage)의 H-Bridge에 상 별로 연결하여 각 상은 독립적으로 Bipolar Switching 하도록 한다. 이러한 구성에 따라 권선 코일(Winding Coil)에 통전하면, 권선 슬롯(Winding Slot)의 양 쪽 자계면을 권선 슬릿(Winding Slit)의 유도분극에 의하여 회전자(ROTOR)를 회전하게 한다.
따라서, 본 발명에서는 캔슬 현상(Cancel Phenomenon)은 없으며, 피크 전류(Peak Current)도 발생하지 않아 와류 전류 손실(Eddy Current Loss)은 원천적으로 제거된다. 따라서 모터의 효율이 향상된다.
또한, 고정자는 2n 개의 권선 슬롯(Winding Slot)에 독립·다상으로 분포권선하여, 일부 권선은 모터(MOTOR)로 기능하고 나머지 권선은 제너레이터(GENERATOR)로 기능하도록 함으로써, 모터-제너레이터(MOTOR-GENERATOR)가 일체형으로 구성될 수 있다.
그리고, 회전자(ROTOR)는 도 5에 도시된 바와 같이, 규소강판을 적층한 코어에 양면 착자된 평판형 영구 자석을 방사상(Radial to the Shaft)으로 같은 극이 대면되도록 매입하여 구성하고, 회전자의 극 수는 고정자와 상응하도록 구성한다.
이때 영구자석의 자계면은 가능한 면적을 크게하여 회전자의 자계면의 자속밀도(Flux Density)를 높게 하고, 회전자의 자계면에 차등 투자율(Differential Permeability)이 조성되도록 함으로써, 회전자의 자계면에 자속집중(Magnetic Flux Concentration)이 이루어지게 한다.
또한, 회전자는 별도의 기계적 장치 없이 고속 회전시에 자석이 비산되는 일이 없도록 Dove Tail 형의 비자성 홀딩 코어(Non-magnetic Holding Core)를 설치 구성하고, 자석 사이에는 공극(Empty Space)을 구성하여 회전자의 무게를 줄이도록 구성한다.
이러한 구조의 회전자는 대마력(大馬力) BLDC 모터를 제작할 수 있으며, 따라서 모터의 역률(Power Factor)과 효율(Efficiency)를 향상되게 한다.
그리고, 정류 엔코더(COMMUTATION ENCODER)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 회전자 축(Shaft)의 한 쪽에 설치하고, 컵(Cup) 형으로 감지 영역(Sensing Region)과 비감지 영역(Non-sensing Region)으로 분할 구성한다.
이때, 감지 영역의 거리(각도)는, n ; total phase, 1, 2, 3, …, a ; excited phases, 1, 2, 3, …, b ; in-excited phases라 할 때,
{2π/(the number of poles in the rotor)} x {(n-b)phases/(the number of phases)} (degrees) 의 기준에 의하여 정해지고,
감지 영역의 수는, (the number of poles)/2 의 기준에 의하여 정하여지는 것을 특징으로 한다.
또한, 감지 영역(Sensing Region)의 거리(각도)를 n > b > 1 [n ; 상의 수, b ; 비여자 상(In-excited Phases)]로 여자 폭 조정(Excited Width Modulation)을 하여, Advanced Commutation 이 되게 함으로써, Hysteresis Loss를 제거하여 모터는 Constant Power가 되게 하고, 효율을 향상시킨다.
도 6은 3상6극 유도분극 BLDC 모터의 구동 전류를 나타낸 도면이고, 도 7은 3상6극 유도분극 BLDC 모터의 출력 토크를 나타낸 도면이다.
이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 광학 센서(OPTICAL SENSOR)는, 각 한 상에 2개의 센서(SENSOR)를 배치 구성하여 정류 엔코더(COMMUTATION ENCODER)와 상응하여 작동하도록 구성한다. 또한, 각 센서는 정해진 기계각에 따라 PCB Board에 배치 구성함에 있어서 각 한 상의 2개의 센서는 회전자의 각각 다른 Magnetic Pole 위에 위치하도록 배치 구성한다.
이때, 센서의 배치 간격은, {2π/(the number of poles in the rotor)} x {1/(the number of phases)} (degrees) 의 기준에 의한다.
이러한 구성에 따라 광학 센서(OPTICAL SENSOR)가 정류 엔코더(COMMUTATION ENCODER)의 감지 영역(Sensing Region)에 위치 할 때에 센서는 Positive Pulse를 발생시키고, 이에 따라 H-Bridge는 Switching되며, 전류의 방향과 여자 폭 조정(Excited Width Modulation)을 하게 한다.
그리고, 스위칭 스테이지(SWITCHING STAGE)는, 각 H-BRIDGE의 입력 단자는 직류 전원으로 병렬로 연결하고, 출력 단자는 각 상의 권선 코일에 연결하며, 각 H-BRIDGE의 각 Half H-BRIDGE의 Base는 각 상의 OPTICAL SENSOR에 각각 연결하여 회로를 구성한다.
이러한 구성에 따라 모터에 직류를 통전하면 각 H-BRIDGE는 부분 구형파(Part Square Wave)를 발생시켜 각 Coil에 교번 전류를 제공하여 모터가 기동·회전하게 된다. 이때, 모터의 회전 방향은 플레밍의 왼손 법칙(Fleming's Left Hand Rule)에 따라 결정되며, 모터는 토크리플(Torque-ripple)이 없고, 무변출력(Constant-power)를 제공하며, 고효율을 나타낸다.
이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (3)

  1. 고정자(STATOR)는 ,
    규소강판을 적층한 코어에 2n 개의 권선 슬롯(Winding Slot)을 구성하고, 각 슬롯(Slot) 사이에 2n 개의 폐구(閉口)된 유도분극 슬릿(Induced Polarization Slit)을 구성하고, 2n 개의 권선 슬롯 중 n 개의 슬롯에 독립·다상으로 분포권선(Distributed Winding)하며,
    상의 수와 극의 수는,
    상의 수 ; 2, 3, 4, …, n 상
    극의 수 ; 2, 6, 8, …, 2n 극
    의 기준에 의하여 정해지며,
    각 상의 코일은 스위칭 스테이지(Switching Stage)의 H-Bridge 에 상 별로 연결하여 각 상은 독립적으로 Bipolar Switching 하도록 하고,
    권선 코일(Winding Coil)에 통전하면, 권선 슬롯(Winding Slot)의 양 쪽 자계면을 권선 슬릿(Winding Slit)의 유도분극에 의하여 회전자(ROTOR)를 회전하게 하는 것을 특징으로 하고,

    회전자(ROTOR)는 ,
    규소강판을 적층한 코어에 양면 착자된 평판형 영구 자석을 방사상(Radial to the Shaft)으로 같은 극이 대면되도록 매입하여 구성하고, ROTOR의 극 수는 STATOR와 상응하도록 구성하며,
    이때 영구자석의 자계면은 가능한 면적을 크게하여 ROTOR의 자계면의 자속밀도(Flux Density)를 높게 하고, ROTOR의 자계면에 차등 투자율(Differential Permeability)이 조성됨으로써, ROTOR의 자계면에 자속집중(Magnetic Flux Concentration)이 이루어지게 하고,
    이 ROTOR는 별도의 기계적 장치 없이 고속 회전시에 자석이 비산되는 일이 없도록 Dove Tail 형의 Non-magnetic Holding Core 를 설치 구성하고, 자석 사이에는 공극(Empty Space)을 구성하여 ROTOR의 무게를 줄이도록 구성하는 것을 특징으로 하고,

    정류 엔코더(COMMUTATION ENCODER)는 ,
    축(Shaft)의 한 쪽에 설치하고, 컵(Cup) 형으로 감지 영역(Sensing Region)과 비감지 영역(Non-sensing Region)으로 분할 구성하고,
    감지 영역의 거리(각도)는
    n ; total phase
    1, 2, 3, …, a ; excited phases
    1, 2, 3, …, b ; in-excited phases
    {2π/(the number of poles in the rotor)} x {(n-b)phases/(the number of phases)} (degrees) 의 기준에 의하고,
    감지 영역의 수는
    (the number of poles)/2 의 기준에 의하는 것을 특징으로 하고,

    광학 센서(OPTICAL SENSOR)는 ,
    각 한 상에 2개의 SENSOR를 배치 구성하여 COMMUTATION ENCODER와 상응하여 작동하도록 구성하고, 각 SENSOR는 정해진 기계각에 따라 PCB Board에 배치 구성함에 있어서 각 한 상의 2개의 SENSOR는 ROTOR의 각각 다른 Magnetic Pole 위에 위치하도록 배치 구성하며,
    SENSOR의 배치 간격은
    {2π/(the number of poles in the rotor)} x {1/(the number of phases)} (degrees) 의 기준에 의하고,
    OPTICAL SENSOR가 COMMUTATION ENCODER의 감지 영역(Sensing Region)에 위치 할 때에 SENSOR는 Positive Pulse를 발생시키고, 이에 따라 H-Bridge는 Switching되며, 전류의 방향과 여자 폭 조정(Excited Width Modulation)을 하게 하는 것을 특징으로 하고,

    스위칭 스테이지(SWITCHING STAGE)는 ,
    각 H-BRIDGE의 입력 단자는 직류 전원으로 병렬로 연결하고, 출력 단자는 각 상의 권선 코일에 연결하며,
    각 H-BRIDGE의 각 Half H-BRIDGE의 Base는 각 상의 OPTICAL SENSOR에 각각 연결하여 회로를 구성하여,
    모터에 직류를 통전하면 각 H-BRIDGE는 부분 구형파(Part Square Wave)를 발생시켜 각 Coil에 교번 전류를 제공하여 모터가 기동·회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유도분극 BLDC 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    감지 영역(Sensing Region)의 거리(각도)를 n > b > 1 [n ; 상의 수, b ; 비여자 상(In-excited Phases)]로 여자 폭 조정(Excited Width Modulation)을 하여, Advanced Commutation 이 되게 함으로써, Hysteresis Loss를 제거하여 모터는 Constant Power가 되게 하고, 효율을 향상시킨 것을 특징으로 하는 유도분극 BLDC 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    2n 개의 권선 슬롯(Winding Slot)에 독립·다상으로 분포권선하여, 일부 권선은 MOTOR로 기능하고 나머지 권선은 GENERATOR로 기능하여, MOTOR-GENERATOR가 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유도분극 BLDC 모터.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150105270A (ko) * 2015-06-26 2015-09-16 이이수 유도분극 스위칭-레스 dc 모터
KR101992094B1 (ko) * 2018-02-14 2019-06-24 오영한 유도분극 전동기

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10233887B2 (en) * 2014-08-01 2019-03-19 Piaggio & C. S.P.A. Permanent magnet electric motor for an internal combustion engine and related starting control system
CN106787312A (zh) * 2016-12-08 2017-05-31 广西南宁凯得利电子科技有限公司 双动力无刷直流电机
CN109713818B (zh) * 2018-12-29 2023-12-08 湖南开启时代科技股份有限公司 径向充磁永磁转子倍极式开关磁阻电机
CN113270989A (zh) * 2021-05-15 2021-08-17 谭志焘 旋转磁极式无刷直流发电机

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5327069A (en) * 1992-06-19 1994-07-05 General Electric Company Switched reluctance machine including permanent magnet stator poles
JPH0767381A (ja) * 1993-08-25 1995-03-10 Toshiba Corp 直流ブラシレスモータの駆動制御装置および駆動方法
KR950015957A (ko) * 1993-11-12 1995-06-17 이대원 유도 전동기의 벡터 제어방법 및 장치
KR19990013313A (ko) * 1998-02-11 1999-02-25 이이수 무변출력 무정류자 직류전동기
KR100610157B1 (ko) * 2004-07-20 2006-08-10 김고정 발전기 및 전동기의 겸용 사용을 가능케 하는 회전기
JP4784726B2 (ja) * 2005-02-25 2011-10-05 株式会社富士通ゼネラル 直流モータ
KR20070082819A (ko) * 2006-02-18 2007-08-22 심영숙 초효율 전동발전장치
JP5920769B2 (ja) * 2011-09-27 2016-05-18 株式会社ミツバ ブラシレスモータ制御方法及びブラシレスモータ制御装置並びに電動パワーステアリング装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150105270A (ko) * 2015-06-26 2015-09-16 이이수 유도분극 스위칭-레스 dc 모터
KR101992094B1 (ko) * 2018-02-14 2019-06-24 오영한 유도분극 전동기

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