KR20160122689A - Improved switched reluctance motor and switched reluctance apparatus for hybrid vehicles - Google Patents

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KR20160122689A
KR20160122689A KR1020167009930A KR20167009930A KR20160122689A KR 20160122689 A KR20160122689 A KR 20160122689A KR 1020167009930 A KR1020167009930 A KR 1020167009930A KR 20167009930 A KR20167009930 A KR 20167009930A KR 20160122689 A KR20160122689 A KR 20160122689A
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찰스 햄프턴 페리
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찰스 햄프턴 페리
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Abstract

스위치 자기저항 허브 모터를 가진 개선된 하이브리드 구동 장치. 상기 스위치 자기저항 모터는 미사용시 자기장을 턴 오프함으로써 종래 기술에서 사용된 모터의 기존 자기장에 의해 발생되는 임의의 항력을 제거한다. 그것은 또한 동작하는 동안 유발되는 임의의 자기 도로 먼지 또는 찌꺼기가 자기장이 턴오프될 때 급감하거나 또는 제거되면서 더 깨끗하고 보다 효율적으로 동작한다. 저 자기저항 플럭스 경로가 회전자 또는 회전자 바의 전체 직경을 통과하지 않도록 설계된 고정자 링과 회전자 링을 가진 개선된 스위치 자기저항 모터가 사용될 수 있다.Improved hybrid drive with switch magnetoresistive hub motor. The switch magnetoresistive motor removes any drag generated by the existing magnetic field of the motor used in the prior art by turning off the magnetic field when not in use. It also works cleaner and more efficiently as any magnetic road dust or debris caused during operation is reduced or eliminated when the magnetic field is turned off. An improved switch magnetoresistive motor with a stator ring and rotor ring designed to prevent the low magnetoresistive flux path from passing the full diameter of the rotor or rotor bar can be used.

Figure P1020167009930
Figure P1020167009930

Description

하이브리드 차량용 개선된 스위치 자기저항 모터 및 스위치 자기저항 장치{IMPROVED SWITCHED RELUCTANCE MOTOR AND SWITCHED RELUCTANCE APPARATUS FOR HYBRID VEHICLES}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an improved switch magnetoresistive motor and a switch magnetoresistive device for a hybrid vehicle. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention < RTI ID =

본 출원은 2013년 9월 16일 출원된 미국특허가출원 번호 제61/878,135의 효익 및 우선권을 주장하고, 우선권을 위한 그 출원일을 받을 권리가 있다. 미국특허가출원 번호 제61/878,135의 명세서, 도면 및 완전한 개시물은 모든 목적을 위해 특정한 참조문헌에 의해 본 명세서에 통합된다.The present application claims the benefit and priority of U.S. Patent No. 61 / 878,135, filed September 16, 2013, and is entitled to the filing date for priority. The specification, drawings, and full disclosure of U. S. Patent Application Serial No. 61 / 878,135 are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.

본 발명은 하이브리드 자동차의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 스위치 자기저항(reluctance) 모터를 사용한 내연-전기 하이브리드 차량용 차량 동력의 증대, 저장, 및 보존을 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to the field of hybrid vehicles. More specifically, the present invention relates to an apparatus for increasing, storing, and preserving vehicle power for an internal combustion-electric hybrid vehicle using a switch reluctance motor.

차량에 기전력(electric motive force)과 파워를 부가하여, 차량을 하이브리드로 변환시키기 위해 내연 동력 차량을 개량하고 그 위에 설치할 수 있는 모터 발전기 장치가 모든 목적을 위해 특정한 참조문헌에 의해 본 명세서에 통합된 US 2012/02153의 Perry, 외의 "차량 동력의 증대, 저장 및 변환을 위한 머신"에 개시된다. 이전의 하이브리드 동력 시스템은 모든 목적을 위해 특정한 참조문헌에 의해 본 명세서에 통합된 Lynch 등의 미국특허번호 제4,165,795 및 Kawakatsu의 미국특허번호 제4,335,429에 개시된다.A motor generator arrangement that can be retrofitted with an electric motive force and power applied to the vehicle to retrofit the vehicle to convert the vehicle to a hybrid and to be installed thereon is described in U.S. Pat. Perry, US 2012/02153, entitled " Machine for Increasing, Storing and Converting Vehicle Power. " The prior hybrid power system is disclosed in U.S. Patent No. 4,165,795 to Lynch et al. And U.S. Patent No. 4,335,429 to Kawakatsu, all of which are incorporated herein by reference for specific purposes.

본 발명은 하이브리드 자동차의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 스위치 자기저항(reluctance) 모터를 사용한 내연-전기 하이브리드 차량용 차량 동력의 증대, 저장, 및 보존을 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to the field of hybrid vehicles. More specifically, the present invention relates to an apparatus for increasing, storing, and preserving vehicle power for an internal combustion-electric hybrid vehicle using a switch reluctance motor.

스위치 자기저항 허브 모터를 가진 개선된 하이브리드 구동 장치. 상기 스위치 자기저항 모터는 미사용시 자기장을 턴 오프함으로써 종래 기술에서 사용된 모터의 기존 자기장에 의해 발생되는 임의의 항력을 제거한다. 그것은 또한 동작하는 동안 유발되는 임의의 자기 도로 먼지 또는 찌꺼기가 자기장이 턴오프될 때 급감하거나 또는 제거되면서 더 깨끗하고 보다 효율적으로 동작한다. 저 자기저항 플럭스 경로가 회전자 또는 회전자 바의 전체 직경을 통과하지 않도록 설계된 고정자 링과 회전자 링을 가진 개선된 스위치 자기저항 모터가 사용될 수 있다.Improved hybrid drive with switch magnetoresistive hub motor. The switch magnetoresistive motor removes any drag generated by the existing magnetic field of the motor used in the prior art by turning off the magnetic field when not in use. It also works cleaner and more efficiently as any magnetic road dust or debris caused during operation is reduced or eliminated when the magnetic field is turned off. An improved switch magnetoresistive motor with a stator ring and rotor ring designed to prevent the low magnetoresistive flux path from passing the full diameter of the rotor or rotor bar can be used.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 도면을 나타낸다.
도 3은 회전자 바를 가진 중심 회전자를 구비한 스위치 자기저항 모터의 도면을 도시한다.
도 4는 회전자 링을 가진 스위치 자기저항 모터의 도면을 도시한다.
도 5는 도 4의 섹션의 확대도를 도시한다.
도 6은 회전자가 제2 위치로 이동한 도 4의 스위치 자기저항 모터의 도면을 도시한다.
도 7은 회전자 링을 가진 스위치 자기저항 모터의 대안의 구성을 도시한다.
도 8은 회전자 링을 가진 스위치 자기저항 모터의 추가적인 대안의 구성을 도시한다.
Figure 1 shows a diagram of a system according to an embodiment of the invention.
Figure 2 shows a diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a diagram of a switch magnetoresistive motor with a center rotor with a rotor bar.
Figure 4 shows a diagram of a switch magnetoresistive motor with a rotor ring.
Fig. 5 shows an enlarged view of the section of Fig.
Figure 6 shows a view of the switch magnetoresistive motor of Figure 4 with the rotor moving to the second position.
Fig. 7 shows an alternative configuration of a switch magnetoresistive motor with a rotor ring.
Figure 8 shows a further alternative arrangement of a switch magnetoresistive motor with a rotor ring.

차량에 기전력(electric motive force)과 파워를 부가하여, 차량을 하이브리드로 변환시키기 위해 내연 동력 차량을 개량하고 그 위에 설치할 수 있는 모터 발전기 장치가 모든 목적을 위해 특정한 참조문헌에 의해 본 명세서에 통합된 US 2012/0215389의 Perry 외의 "차량 동력의 증대, 저장 및 변환을 위한 머신"에 개시된다. 이전의 하이브리드 동력 시스템은 모든 목적을 위해 특정한 참조문헌에 의해 본 명세서에 통합된 Lynch 외의 미국특허번호 제4,165,795 및 Kawakatsu의 미국특허번호 제4,335,429에 개시된다.A motor generator arrangement that can be retrofitted with an electric motive force and power applied to the vehicle to retrofit the vehicle to convert the vehicle to a hybrid and to be installed thereon is described in U.S. Pat. Perry, et al., US 2012/0215389, "Machine for Increasing, Storing and Converting Vehicle Power." The prior hybrid power system is disclosed in U.S. Patent No. 4,165,795 to Lynch et al., And U.S. Patent No. 4,335,429 to Kawakatsu, all of which are incorporated herein by reference for specific purposes.

본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 스위치 자기저항(reluctance) 허브 모터를 구비한 개선된 하이브리드 구동 장치이다. 스위치 자기저항 모터를 이용함으로써, 본 발명은, 미사용시 자기장을 턴 오프함으로써 종래 기술에서 사용되는 모터의 기존 자기장에 의해 발생된 임의의 항력(drag)을 제거하는 이점을 가진다. 본 발명은 또한 동작하는 동안 유발된 임의의 자계 도로 먼지 또는 찌꺼기가 자기장이 턴오프될 때 급감하거나 또는 방지되면서, 보다 깨끗하고 보다 효율적으로 동작하는 이점을 가진다.The present invention is an improved hybrid drive system with a switch reluctance hub motor as shown in Figures 1 and 2. By using a switch magnetoresistive motor, the present invention has the advantage of eliminating any drag generated by the existing magnetic field of the motor used in the prior art by turning off the magnetic field when not in use. The present invention also has the advantage of being cleaner and more efficient, as any magnetic field dust or debris generated during operation is reduced or prevented when the magnetic field is turned off.

스위치 자기저항 모터는 일 유형의 자기저항 모터(즉, 자기저항 토크에 의해 작동하는 전기 모터)이다. 일반적인 DC 모터 유형과 달리, 전력이 회전자 보다는 고정자 내의 권선(winding)으로 파워가 전달된다. 이는 파워가 이동 부분에 전달될 필요가 없기 때문에 기계 설계를 현저하게 단순화시킨다. 그러나, 일부 종류의 스위칭 시스템은 파워를 상이한 권선으로 전달하기 위해 사용될 필요가 있다.The switch magnetoresistive motor is a type of magnetoresistive motor (i.e., an electric motor operated by a magnetoresistive torque). Unlike typical DC motor types, power is delivered to the windings in the stator rather than the rotor. This significantly simplifies the mechanical design because the power need not be transferred to the moving part. However, some types of switching systems need to be used to deliver power to different windings.

다수의 실시예에서, 스위치 자기저항 모터는 계자 코일(field coil)를 권취한다(wind). 그러나, 회전자는 자석 또는 코일을 부착시키지 않는다. 일반적으로, 그것은 연자성체(예를 들면, 라미네이트된 강)로 만들어진 고체 돌극(salient-pole) 회전자(돌출 자극을 가지는)를 포함한다. 파워가 고정자 권선으로 인가될 때, 회전자의 자기 저항(reluctance)은 회전자 극을 가장 인접한 고정자 극과 정렬하도록 하는 힘을 생성한다. 회전을 유지하기 위해, 전자 제어 시스템은 고정자의 자기장이 회전자 극을 "유도하여" 그것을 전방으로 당기도록 순차적으로 연속한 고정자 극의 권선을 스위치 온 한다. 전형적인 모터에서와 같이 권선 전류를 스위칭하도록 기계적 정류자를 이용하는 것 보다는, 스위치 자기저항 모터는 고정자 권선을 스위칭하도록 회전자 샤프트와 솔리드 스테이트 전자기기의 각도를 판정하는 전자 위치 센서를 이용하고, 이는 펄스 타이밍과 성형의 동적 제어를 위한 기회를 제공한다.In many embodiments, the switch magnetoresistive motor winds a field coil. However, the rotor does not attach the magnet or the coil. Generally, it includes a solid salient-pole rotor (with a protruding stimulus) made of soft magnetic material (e.g., laminated steel). When power is applied to the stator windings, the rotor's reluctance creates a force that forces the rotor poles to align with the nearest stator poles. To maintain rotation, the electronic control system switches on the windings of the stator poles, which are successively consecutive, so that the magnetic field of the stator induces the rotor pole to pull it forward. Rather than using a mechanical commutator to switch the winding current as in a typical motor, the switch reluctance motor uses an electronic position sensor to determine the angle of the rotor shaft and the solid state electronics to switch the stator windings, And provides opportunities for dynamic control of molding.

스위치 자기저항 모터의 예시가 도 3에 도시된다. 스위치 자기저항 모터는 자기 회로 내의 자기저항 감소의 이점을 취하도록 설계된다. 일반적으로, 복수의 회전자 바(102)를 가진 회전자(100)는 고정자 링(110) 내부에서 회전한다. 고정자의 내부는 복수의 강자성 고정자 극(112)을 포함하고, 이는 극 주위의 자기 코일(114)에 의해 작동되어, 일시적으로 N극 및 단극 자석을 생성한다. 스위치 자기저항 모터에서의 회전자는 고정자 극으로부터 고정자 극으로의 낮은 자기저항 자기 경로를 제공하는 강자성 재료로 만들어진다. 자속 경로는 작동된 N극으로부터 작동된 S극으로 대응하는 회전자 바(102)를 통과하여 이루어진다.An example of a switch magnetoresistive motor is shown in Fig. The switch magnetoresistive motor is designed to take advantage of magnetoresistance reduction in the magnetic circuit. Generally, the rotor 100 with a plurality of rotor bars 102 rotates within the stator ring 110. The interior of the stator includes a plurality of ferromagnetic stator poles (112), which are actuated by magnetic coils (114) around the poles to temporarily create N poles and monopole magnets. The rotor in the switch magnetoresistive motor is made of a ferromagnetic material that provides a low magnetoresistive magnetic path from the stator pole to the stator pole. The flux path is made by passing through the rotor bar 102 corresponding to the S pole operated from the operated N pole.

스위치 자기저항 모터 동작의 예시는 하기와 같다. 90 및 270°위치(A1, A2)에서의 고정자 극은 강자성 극 주위의 자기 코일에 의해 작동되어, N극 및 S극 자석을 생성한다. 자속 경로는 N극으로부터 S극으로 회전자 바(B)를 통과하여 고정자 극(A1, A2)과 정렬하여 이루어지고, 이는 저 자기저항 경로이다. 자속의 경로는 고장자 링의 둘레의 하나의 고정자 극으로부터 다른 고정자 극으로, 그리고 대응하는 회전자 바를 통과하여 복귀하는 원형이다.An example of the operation of the switch magnetoresistive motor is as follows. The stator poles at the 90 and 270 占 positions (A1, A2) are operated by the magnetic coils around the ferromagnetic poles to produce N and S pole magnets. The flux path passes through the rotor bar (B) from the N pole to the S pole and is aligned with the stator poles (A1, A2), which is the low magnetoresistance path. The path of the flux is a circle that returns from one stator pole around the fault ring to another stator pole and through the corresponding rotor bar.

제어 회로는 고정자 극(A1, A2)으로의 전류를 턴 오프하고 315 및 135°위치(C1, C2)에서 고정자 극을 작동시킨다. 프로그래밍 가능한 제어 회로 및 메커니즘은 종래기술에 공지되고, 용이하게 사용 가능하다. 고정자 극(C1, C2)으로부터 조금 오프셋된 회전자 바(D)는 그런다음 바로 작동된 N 및 S 고정자 극(C1, C2)에 의해 반시계방향으로 회전하며 당겨진다. 회전자 바(D)가 고정자 극(Cl, C2)과 정렬하여 새로운 위치에 도달하면, 제어 회로는 전류를 턴 오프하고, 0 및 180° 고정자 극 위치(E1, E2)에서 전류를 턴 온하여, 회전자 바(F)가 반시계방향으로 당겨지도록 한다. 각각의 경우에, 수평 회전자 바(B) 및 고정자 극(A1, A2)의 경우에서와 같이, 2개의 작동된 고정자 극 사이에서 존재하는 고 자기저항이 고정자 극과 정확하게 정렬하도록 회전자 바에 의해 감소된다. 반시계방향으로 고정자 극을 전기적으로 작동시킴으로써, 회전자 바는 반시계 방향으로 회전하도록 하여, 모터 동작을 생성한다. 물론, 작동 방향(그리고, 그에 따른 회전)은 역이 될 수 있다.The control circuit turns off the current to the stator poles A1, A2 and actuates the stator poles at the 315 and 135 [deg.] Positions C1, C2. Programmable control circuits and mechanisms are known in the art and are readily available. The rotor bar D slightly offset from the stator poles C1, C2 is then rotated and rotated counterclockwise by the immediately activated N and S stator poles C1, C2. When the rotor bar D aligns with the stator poles Cl and C2 and reaches a new position, the control circuit turns off the current and turns on the current at the 0 and 180 ° stator pole positions E1 and E2 , So that the rotor bar F is pulled in the counterclockwise direction. In each case, as in the case of the horizontal rotor bar B and the stator poles Al, A2, the high magnetoresistance present between the two actuated stator poles is precisely aligned with the stator poles . By electrically actuating the stator poles in a counterclockwise direction, the rotor bar is caused to rotate in a counterclockwise direction to produce motor operation. Of course, the direction of operation (and hence the rotation) can be reversed.

상술한 바와 같이, 스위치 자기저항 모터의 현저한 이점은 모터가 영구 자석을 요구하지 않는 것(DC 브러시리스 모터에서의 경우와 같이)이다. 따라서, 더럽거나 강자성 먼지 입자를 함유한 환경에서 구축 및 작동하기에 간단하고 경제적이다. 그러나, 스위치 자기저항 모터는 제어 회로가 정확한 시간에 고정자 극을 작동시키도록 할 필요가 있고, 이는 복잡하고 광학 센서 또는 기타 적절한 방법과 같은 회전자 위치 피드백을 필요로 한다. 또한, 스위치 자기저항 모터는 반대 고정자 극이 작동 및 작동 중지되면서 소음을 일으키는 경향이 있으며, 이는 고정자 링에 대해 주기적으로 힘을 가하는 것을 교대로 온/오프하는 것에 기인하여 가청 주파수에서 진동한 것이다. As noted above, a significant advantage of the switch reluctance motor is that the motor does not require a permanent magnet (as in a DC brushless motor). Therefore, it is simple and economical to construct and operate in an environment containing dirty or ferromagnetic dust particles. However, the switch magnetoresistive motor requires the control circuit to operate the stator poles at the correct time, which is complicated and requires rotor position feedback, such as an optical sensor or other suitable method. In addition, the switch magnetoresistive motor tends to make noise while the opposite stator poles are turned on and off, which oscillates at the audible frequency due to the alternating on / off of applying a periodic force on the stator ring.

이런 결함들을 처리하기 위해 설계된 개선된 스위치 자기저항 모터가 하기에 기술된다. 다수의 실시예에서, 개선된 모터는 도 4에 도시된 바와 같이 변형된 자속 경로를 포함한다. 회전자는 회전자 링(200)이고, 고정자 링(210) 내부에서 회전한다. 회전자 링은 외주 상에 위치되는 복수의 회전자 극(202)을 포함한다. 고정자 링은 극들 주위에서 자기 코일(214)에 의해 작동되어 일시적으로 N극 및 단극 자석을 생성할 수 있는 복수의 강자성 고정자 극(212)을 포함한다. 반대 고정자 극은 쌍으로서 함께 작동되지 않으며; 대신에, N극 및 S극이 고정자 링의 동일한 면적으로 고정자 극을 작동시킴으로써 생성된다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자기저항이 감소된 자속 경로는 하나의 작동된 극으로부터 고정자 링 상의 단거리를 통과하여 다른 고정자 극으로, 그리고 회전자 링을 통과하고 2개의 대응하는 회전자 극을 통과하여 이동한다.An improved switch reluctance motor designed to handle these defects is described below. In many embodiments, the improved motor includes a modified flux path as shown in FIG. The rotor is the rotor ring 200 and rotates within the stator ring 210. The rotor ring includes a plurality of rotor poles (202) positioned on an outer circumference. The stator ring includes a plurality of ferromagnetic stator poles 212 that can be actuated by magnetic coils 214 around the poles to temporarily create N poles and monopole magnets. The opposite stator poles do not work together as a pair; Instead, the N pole and the S pole are created by operating the stator poles with the same area of the stator ring. As shown in Figs. 4 and 5, the reduced magnetic flux path passes from one operated pole through a short distance on the stator ring to another stator pole, and through the rotor ring and through two corresponding rotors Move through the pole.

개선된 스위치 자기저항 모터의 동작의 예시는 하기와 같다. 고정자 극(H)은 자신의 대응하는 코일에 의해 작동되어 N 전자석을 산출하고, 고정자 극(I)은 유사하게 작동되어 S 전자석을 산출한다. 회전자 극(F 및 G)은 그들 사이에서 자기 회로가 흐르면서 각각 고정자 극(H 및 I)과 정렬한다. 회전자 링(A)에서의 자기저항이 감소된 경로는 화살표(J)에 의해 표시되는 반면, 고정자 링(D)에서의 경로는 화살표(K)에 의해 표시된다. 고정자 쌍의 본 작동은 고정자 링 주위에서 반복되어, 다수의 저 자기저항 자기 회로(본 구성에서는 15)가 모터의 주변에서 생성될 수 있도록 한다. 고정자 극 전자석 쌍은 링 주위에서 N 및 S 방위를 교차하여 배치되도록 한다.An example of the operation of the improved switch magnetoresistive motor is as follows. The stator poles H are operated by their corresponding coils to produce N electromagnets, and the stator poles I are similarly operated to produce the S electromagnets. The rotor poles F and G align with the stator poles H and I, respectively, as the magnetic circuit flows between them. The path with reduced magnetoresistance in the rotor ring A is indicated by the arrow J while the path at the stator ring D is indicated by the arrow K. [ This actuation of the stator pair is repeated around the stator ring so that a number of low magnetoresistive magnetic circuits (15 in this configuration) can be created at the periphery of the motor. The stator pole electromagnet pairs are arranged to cross the N and S orientations around the ring.

제어 회로는 고정자 극(H, I)(및 링 주위의 기타 작동된 고정자 극 쌍)으로의 전류를 턴 오프하고, 고정자 극(N, O)을 작동시킨다. 이는 도 6에 도시된 바와 같이 회전자 극(L, M)을 고정자 극(N, O)과 정렬하도록 끌어 당기고, 극(L, N, M, O), 및 개재시킨 고정자 링 및 회전자 링 부분을 통과하는 새로운 저 자기저항 경로를 형성하도록 한다. 새로운 저 자기저항 자기 회로가 유사한 고정자 쌍의 작동과 함께 모터의 주변에서 생성된다는 것에 유의하라.The control circuit turns off the current to the stator poles H, I (and the other activated stator pole pair around the ring) and activates the stator poles N, O. This attracts the rotor poles L and M to align with the stator poles N and O as shown in Fig. 6 and forms the poles L, N, M, O, Thereby forming a new low-resistance path through the portion. Note that a new low magnetoresistive magnetic circuit is created around the motor with the operation of a similar stator pair.

회전자의 이 이동은 회전자 극(P, Q)을 고정자 극들이 재기동될 때 고정자 극(H, I)과 정렬하도록 순차적으로 당겨지는 위치로 회전자 극(P, O)을 끌어당긴다. 이는, 제1 위상을 구비하는 (H, I)의 동작과, 제2 위상을 구비하는 (N, O)의 작동을 하는, 2 위상 스위치 자기저항 모터를 기술한다. 본 구성에서, 한 번에 하나 걸로 다른 고정자 극이 작동된다(즉, 작동된 쌍에서의 각각의 작동된 고정자 극 사이에 미작동 고정자 극이 있다.). 모터는 또한 극의 거리 및 작동 타이밍에 따라서 3 위상 구성 또는 그 이상을 구비할 수 있다는 것에 유의하라.This movement of the rotor attracts the rotor poles (P, O) to a position where they are sequentially pulled to align the rotor poles (P, Q) with the stator poles (H, I) when the stator poles are restarted. This describes a two-phase switch magnetoresistive motor with (H, I) operation having a first phase and (N, O) operation having a second phase. In this configuration, one stator pole is actuated one at a time (i. E. There is an unactuated stator pole between each actuated stator pole in the activated pair). Note that the motor may also have a three-phase configuration or more, depending on the distance of the poles and the operating timing.

도 7은 3 위상 스위치 자기저항 모터의 예시를 도시하고, 이 경우 순차적으로 작동되는 3쌍의 고정자 쌍이 있다. 매 3번째 고정자 극이 동시에 작동된다(즉, 작동된 쌍에서 각각의 작동된 고정자 극 사이에 2개의 미작동 고정자 극이 있다).Fig. 7 shows an example of a three-phase switch magnetoresistive motor, in which three pairs of stator pairs are operated in sequence. Each third stator pole is activated simultaneously (ie there are two unactuated stator poles between each activated stator pole in the activated pair).

중심 영역(R)은 회전자 링을 위한 기계적 지지물일 수 있고, 알루미늄, 황동, 탄소 섬유, 또는 기타 적절한 재료와 같은(그러나 이에 한정되지 않는) 비강자성(non-ferromagnetic) 재료를 구비한다. 그것은 회전자를 고정자 극에 대해 정확한 위치에 배치하고, 회전자 어셈블리의 중심을 통과하는 샤프트에 대해 회전을 제공하는 것을 돕는다.The central region R can be a mechanical support for the rotor ring and includes a non-ferromagnetic material such as, but not limited to, aluminum, brass, carbon fiber, or other suitable material. It helps to position the rotor in the correct position relative to the stator poles and to provide rotation about the shaft passing through the center of the rotor assembly.

회전자 극과 고정자 극의 수는 변할 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, 고정자 링의 내부 원주 상에 30개의 고정자 극을 가지고, 회전자 링의 외주 상에 45개의 회전자 극이 위치된다. 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 수는 변할 수 있으며, 이 경우 60개의 회전자 극과 36개의 고정자 극이 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 회전자 내에서 원형 자속 경로를 이용하여 작업하도록 구성될 수 있는 다수의 고정자 극과 회전자 극의 조합이 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같이 고정자 극과 회전자 극의 수는 3개의 구성의 예시와 같다.The number of rotor and stator poles can vary. In the embodiment shown in FIG. 4, there are 30 stator poles on the inner circumference of the stator ring, and 45 rotor poles are located on the outer circumference of the rotor ring. Each number may vary, as shown in Figure 7, where there are 60 rotor poles and 36 stator poles. There is a combination of a plurality of stator poles and rotor poles that can be configured to work using a circular flux path in the rotor as shown in Fig. The number of stator poles and rotor poles as disclosed herein is the same as the example of three configurations.

본 설계는 단상 가변 주파수 AC 신호가 모터를 구동시키는 매우 단순한 구동 시스템을 허용할 것이다. 단상 AC 신호를 가지고 본 모터를 구동하는 기능은 1, 2, 또는 3상 AC를 가진 고정자 극 전자석을 구동시키기 위해 고정자와 회전자 극을 배열하는 선택사항을 한정하지 않는다.This design will allow a very simple drive system in which a single phase variable frequency AC signal drives the motor. The ability to drive this motor with a single-phase AC signal does not limit the choice of arranging the stator and rotor poles to drive a stator pole electromagnet with 1, 2, or 3-phase AC.

이 구성은 고정자 극을 교대로 작동시킴으로써 사인파, 사각파, 또는 기타 적절한 파 중 어느 하나의 단상 AC 신호에 의해 구동될 수 있다. 고정자 극(H, N, I, O)은 모터의 전기 360° 사이클을 위한 완전한 세트를 구성한다. 모터의 360°전기 사이클은 전체 전기 사이클이 완료되고 전기 동작이 그 자체를 반복하는 회전자 회전 각도이다. 도 4에 도시된 바와 같은 모터 설계에서, 24°의 회전자 링 회전에서 전체 360° 전기 사이클이 있다. 이는 360°의 회전자 링 회전에서 15사이클의 360° 전기 회전이 있다는 것을 의미한다. 4개의 고정자 극은 2 위상의 전체 사이클이 회전자 극 상에서 작동하도록 한다. 모터는 N-S 극성의 고정자 극(H 및 I)의 작동으로 동작하고, 그런다음 N-S 극성의 고정자 극(N 및 O)의 후속 작동으로 동작할 것이다. 적절한 순서로 2개 세트의 고정자 극 사이에서 교차하여 순차적으로 4개의 고정자 극만을 가지고 시계 또는 반시계 방향의 회전으로 회전자 링이 회전하도록 할 것이다. 스위치 자기저항 모터의 본 개선된 설계는 따라서 고정자 링에 대해 극의 부분적인 점유(partial population)를 허용한다. 종래기술에서의 스위치 자기저항 모터는 이러한 기능을 가지지 못한다.This configuration can be driven by a single phase AC signal of either a sine wave, a square wave, or any other suitable wave by alternating the stator poles. The stator poles (H, N, I, O) constitute the complete set of electrical 360 ° cycles of the motor. The 360 ° electrical cycle of the motor is the rotor rotational angle at which the entire electrical cycle is completed and the electrical operation repeats itself. In the motor design as shown in Fig. 4, there is a full 360 [deg.] Electric cycle at 24 [deg.] Rotator ring rotation. This means that there are 15 cycles of 360 ° electrical rotation in the rotor ring rotation of 360 °. The four stator poles allow the full cycle of two phases to operate on the rotor pole. The motor will operate with the operation of the stator poles H and I of the N-S polarity and then operate with the subsequent operation of the stator poles N and O of the N-S polarity. In a suitable sequence, the rotor ring will rotate in a clockwise or counterclockwise rotation with only four stator poles sequentially crossing between the two sets of stator poles. This improved design of the switch magnetoresistive motor thus permits a partial population of poles for the stator ring. Switch magnetoresistive motors in the prior art do not have this function.

본 설계의 또다른 애플리케이션은 스위치 자기저항 스텝퍼 모터로서 기능하는 것이다. 도 4에서, 상술한 바와 같이, 회전자 극(F 및 G)은 고정자 극(H 및 I)과 정렬하고, 회전자 극(L 및 M)은 고정자 극(N 및 O)과 정렬하도록 끌어당겨지는 위치에 있다. 고정자 극(H 및 I)에서의 전류가 DC라면, 회전자는 하나의 고정된 위치에 유지될 것이다. 고정자 극(H 및 I)에서의 DC 전류가 턴 오프되고, DC 전류가 고정자 극(N 및 O)로 인가되면, 회전자는 4°반 시계방향으로 회전하고 멈출 것이다. 적절한 거리와 회전자 및 고정자 극의 지오메트리, 및 정확하게 타이밍된 전기 전류의 적절한 인가를 가지고, 본 스위치 자기저항 모터는 변속 모터뿐 아니라 스텝퍼 모터로서 기능할 수 있다.Another application of this design is to function as a switch magnetoresistive stepper motor. 4, the rotor poles F and G are aligned with the stator poles H and I, and the rotor poles L and M are pulled to align with the stator poles N and O, It is in a losing position. If the current at the stator poles H and I is DC, the rotor will be held in one fixed position. When the DC current at the stator poles H and I is turned off and the DC current is applied to the stator poles N and O, the rotor will rotate and stop in a counterclockwise direction of 4 °. With appropriate distance, geometry of the rotor and stator poles, and proper application of precisely timed electrical current, this switch magnetoresistive motor can function as a stepper motor as well as a speed change motor.

도 4 및 5가 방사형 자속 경로를 도시하지만, 본 발명은 플럭스 경로가 회전자 또는 회전자 바의 전체 경로를 통해 지나가지 않는 기타 가능한 구성을 구비한다. 예를 들면, 도 2는 축방향 플럭스 구성을 가진 스위치 자기저항 모터를 도시한다. 본 실시예에서의 회전자 극은 자석강이고 영구 자석은 아니다(본 명세서 임의의 위치에서 기술된 바와 같은 DC 브러쉬리스 설계에 대한 현저한 이점을 나타냄).Although Figures 4 and 5 illustrate the radial flux path, the present invention has other possible configurations in which the flux path does not pass through the entire path of the rotor or rotor bar. For example, Figure 2 shows a switch magnetoresistive motor with an axial flux configuration. The rotor pole in this embodiment is a magnet steel and not a permanent magnet (which represents a significant advantage for a DC brushless design as described herein at any location).

상술한 개선된 스위치 자기저항 모터 설계는 휠 허브 모터를 포함하는(그러나 이에 한정되지 않음) 낮은 rpm(예를 들면, 약 2000rpm 이하), 고 토크 애플리케이션에 특히 잘 들어맞는다. rpm은 모터가 바퀴에 대해 직접 구동하기 때문에 낮다. 높은 기동 토크가 바람직하다.The improved switch reluctance motor design described above is particularly well suited for high torque applications, including (but not limited to) low rpm (e.g., below about 2000 rpm) including wheel hub motors. The rpm is low because the motor drives directly to the wheels. A high starting torque is preferable.

본 발명에 따른 개선된 스위치 자기저항 모터 설계에 의해 생성된 잡음은 종래의 설계보다 적게 될 것이다. 작동된 고정자 극과 대응하는 회전자 극 사이의 인력 자기력은 모터가 동작하는 방식 때문에 완전히 0으로 되지 않기 때문에 고정자에 작용하는 힘은 항상 일정할 것이다. 이는 고정자 링에서 진동하는 경향을 감소시킬 것이다.The noise produced by the improved switch reluctance motor design according to the present invention will be less than the conventional design. The force acting on the stator will always be constant since the attractive magnetic force between the operated stator pole and the corresponding rotor pole is not completely zero due to the manner in which the motor operates. This will reduce the tendency to oscillate in the stator ring.

따라서, 본 명세서에 기술된 실시예와 예시는, 본 발명의 원리들과 그의 실제 응용을 최상으로 예시하여 당업자가 고려되는 특정한 사용에 적합한 다양한 실시예 및 다양한 변형으로 본 발명을 최상으로 활용할 수 있도록 하기 위해 선택 및 기술되었다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 특정한 실시예가 기술되었다고 하더라도, 그것들은 배타적인 것으로 간주되어서는 않된다. 당업자에게 명확한 다수의 변형이 있다.Accordingly, the embodiments and examples described herein are to be considered in all respects only as illustrative of the best mode contemplating principles of the invention and its practical application, so that those skilled in the art can best utilize the invention in various embodiments and with various modifications as are suited to the particular use contemplated. It is to be understood that the invention has been chosen and described for the purpose of illustration. Although specific embodiments of the invention have been described, they should not be construed as being exclusive. There are a number of variations that will be apparent to those skilled in the art.

Claims (16)

내부 원주를 가진 고정자 링;
상기 내부 원주에 위치된 복수의 고정자 극으로서, 상기 고정자 극들이 전자석이 되도록 자기 코일에 의해 작동되는 상기 복수의 고정자 극;
상기 고정자 링 내부에 위치되고, 외주를 가진 회전자 링; 및
상기 회전자의 외주 상에 위치되는 복수의 회전자 극으로서, 상기 회전자 극들이 상기 고정자 극에 밀접하게 근접해 있는 상기 복수의 회전자 극;
을 포함하고,
저 자기저항(reluctance) 자속 경로는 고정자 극의 쌍이 작동될 때 상기 고정자 극의 쌍과 인접 회전자 극을 통과하여 형성되고;
상기 저 자기저항 자속 경로는 상기 고정자 극의 쌍 사이의 상기 고정자 링의 부분을 통과하고, 상기 회전자 극의 쌍 사이의 상기 회전자 링의 부분을 통과하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.
Stator rings with internal circumference;
A plurality of stator poles located on said inner circumference, said stator poles being operated by a magnetic coil such that said stator poles are electromagnets;
A rotor ring positioned within the stator ring and having an outer periphery; And
A plurality of rotor poles positioned on an outer periphery of the rotor, the rotor poles being in close proximity to the stator poles;
/ RTI >
The low reluctance flux path is formed through a pair of stator poles and adjacent rotor poles when a pair of stator poles is activated;
Wherein the low magnetoresistance flux path is formed by passing through a portion of the stator ring between a pair of stator poles and passing through a portion of the rotor ring between the pair of rotor poles. .
제1 항에 있어서, 상기 저 자기저항 자속 경로는 상기 회전자의 중심을 통과하지 않는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor according to claim 1, wherein the low magnetoresistance flux path does not pass through the center of the rotor. 제1 항에 있어서, 상기 저 자기저항 자속 경로는 상기 회전자의 직경을 통과하지 않는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor according to claim 1, wherein the low magnetoresistance flux path does not pass through the diameter of the rotor. 제1 항에 있어서, 상기 모터는 2상 모터인 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor according to claim 1, wherein the motor is a two-phase motor. 제1 항에 있어서, 상기 모터는 3상 모터인 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor according to claim 1, wherein the motor is a three-phase motor. 제1 항에 있어서, 상기 고정자 극의 쌍의 작동은 상기 회전자 극의 쌍을 상기 고정자 극들과 정렬하도록 당기는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor of claim 1, wherein the actuation of the pair of stator poles pulls the pair of rotor poles to align with the stator poles. 제1 항에 있어서, 상기 고정자 극의 쌍들은 상기 회전자 링이 회전하도록 순차적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor of claim 1, wherein the pairs of stator poles are sequentially operated to rotate the rotor ring. 제1 항에 있어서, 상기 모터는 변속 모터인 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor according to claim 1, wherein the motor is a variable-speed motor. 제1 항에 있어서, 상기 모터는 스텝퍼 모터인 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor according to claim 1, wherein the motor is a stepper motor. 제1 항에 있어서, 상기 모터는 차량 상의 휠 허브 장착 모터인 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor according to claim 1, wherein the motor is a wheel hub mounted motor on the vehicle. 제1 항에 있어서, 상기 회전자 링은 상기 회전자 링의 중심의 비강자성 기계 지지물 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor of claim 1, wherein the rotor ring is disposed on a non-ferromagnetic mechanical support at the center of the rotor ring. 제1 항에 있어서, 45개의 회전자 극과 30개의 고정자 극이 있는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor according to claim 1, characterized by having 45 rotor poles and 30 stator poles. 제12 항에 있어서, 하나 걸러 다른 고정자 극이 특정한 시간에 작동되는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor according to claim 12, wherein every other stator pole is operated at a specific time. 제1 항에 있어서, 60개의 회전자 극과 36개의 고정자 극이 있는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.The switch magnetoresistive motor according to claim 1, wherein there are 60 rotor poles and 36 stator poles. 제14 항에 있어서, 매 3번째 고정자 극이 특정한 시간에 작동되는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터.15. A switch magnetoresistive motor according to claim 14, wherein every third stator pole is operated at a specific time. 제1 항에 있어서, 상기 모터는 단상 가변 주파수 AC 신호에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 스위치 자기저항 모터. The switch magnetoresistive motor according to claim 1, wherein the motor is driven by a single-phase variable frequency AC signal.
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