KR20180069893A

KR20180069893A - 전동기

Info

Publication number: KR20180069893A
Application number: KR1020187014046A
Authority: KR
Inventors: 카츠아키 후지노
Original assignee: 가부시키가이샤 쿠우
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-06-25
Also published as: CN108292885A; KR102051115B1; WO2017110444A1; JP5920905B1; JP2017118746A; CN108292885B

Abstract

본 발명은 전력 소비를 증가시키지 않고 회전 속도가 제어 될 수있는 신규 한 전동기를 제공한다. 전동기(10)는, N극 또는 S극 중 어느 한쪽의 자극을 회전 반경 방향의 바깥쪽으로 향하게 영구 자석이 회전하는 회전자와, 영구 자석이 회전하는 주위에 영구 자석에 축선을 향해 배치된 제 1 권선(31)과, 제 1 권선(31)과 동축으로 제 1 권선(31)보다 외주 위치에 배치 된 제2 권선(32)과, 영구 자석의 한쪽 자극이 대향 위치에 있는 제 1 권선(31)에 한쪽의 자극과 같은 극의 자기장을 발생시키기 위한 전류를 통전하는 제어 회로(40)와, 제 2 권선(32)의 전류를 조정하여 회전자의 회전 속도를 조정하는 회전 속도 조정부(50)를 포함한다. 제어 회로(40)에서, 여자 회로부(42)는 제1 권선(41)에 의해 검출된다. 회전 속도 조정부(50)는 제2 권선(32)의 전류를 소비하여 영구 자석의 회전을 제어한다.

Description

전동기

본 발명은, 전력을 출력할 수 있는 전동기에 관한 것이다.

전력을 출력할 수 있는 전동기로서, 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다.

특허문헌 1에 기재된 자력 발전기는, 영구 자석의 자력을 이용하여 발전을 하는 것이다. 이 자력 발전기는, ON / OFF 전원의 공급에 의해 모터용 코일과 영구 자석 사이에 일하는 흡입 및 반발력을 이용하여 동력을 발생시켜, 그 동력을 이용하여 영구 자석과 발전용 코일을 상대 이동시켜 발전하고, 상기 발전용 코일에 의해 발전된 전력 에너지의 적어도 일부가 상기 모터용 코일에 공급되는 ON / OFF 전원에 사용된다는 것이다.

특허문헌 1: 일본공개특허공보 특개평7-23556호 공보

그러나, 이 특허 문헌 1에 기재된 자력 발전기는, 발전용 코일에서 꺼낸 전기 에너지가, 모터용 코일의 동력원으로 하여 배터리 전원 등으로 충전되는 것이다.

전동기의 회전수는, 전동기의 전원 전압에 의해 바뀔 수 있다. 그러나, 전동기의 전원 전압을 상승 시키면 소비 전력도 상승한다. 소비 전력을 증가시키지 않고, 회전수를 소정의 범위로 제어 할 수 있으면, 전동기의 용도도 확대 될 것으로 보인다.

따라서 본 발명은, 소비 전력을 증가시키지 않고 회전수를 제어 할 수 있는 신규의 전동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 전동기는, N극 또는 S극 중 어느 한쪽의 자극을 회전 반경 방향의 외측으로 영구 자석이 회전하는 회전자와, 상기 영구 자석이 회전하는 주위에, 상기 영구 자석에 축선을 향해 배치 된 제1 권선과, 상기 제1 권선과 동축으로, 상기 제1 권선보다 외주 위치에 배치 된 제2 권선과, 상기 영구 자석의 한쪽 자극이 대향 위치에 있는 상기 제1 권선에, 상기 한쪽 극과 같은 극의 자기장을 발생시키기 위한 전류를 통전하는 제어 회로와, 상기 제2 권선의 전류를 조정하여, 상기 회전자의 회전 속도를 조정하는 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전동기는, 제어 회로가, 영구 자석의 한쪽 자극이 대향 위치에 있는 제1 권선에 통전하여, 제1 권선에 하나의 자극을 발생시켜, 영구 자석을 회전시킨다. 제2 권선에는 영구 자석의 회전에 의해 발생하는 전류를 조정부에 출력한다. 이 때, 제2 권선은, 제1 권선과 동축으로, 제1 권선보다 외주 위치에 배치되어 있기 때문에, 제2 권선에 발생하는 자기장이 제1 권선을 조력하도록 작용 한다. 따라서, 조정부에 흐르는 전류에 따라 회전자의 영구 자석의 회전수를 조정 할 수 있다.

조정부는, 상기 제2 권선에 연결된 정류부와, 상기 정류부에서의 전류를 소비하는 소비부를 구비하는 것이 바람직하다. 소비부가 정류부에 의해 정류 된 직류를 소비하는 전류에 따라 영구 자석의 회전수를 조정할 수 있으며, 소비부에 전류를 활용 할 수 있다.

상기 영구 자석은, 상기 한쪽의 자극과 반대의 자극이 되는 다른 자극이 상기 한쪽의 자극이 향한 방향과 반대 방향을 향하고 있어, 상기 제어 회로는, 상기 영구 자석의 다른 극이 대향 위치 에 있는 상기 제 1 권선에, 상기 다른 자극과 같은 극의 자기장을 발생시키기 위한 전류를 통전하는 기능을 가지고 있는 것이 바람직하다. 제어 회로가 제1 권선에 하나의 자극을 발생시킬 때, 제1 권선과 대향 위치에 있는 다른 제1 권선에 다른 쪽의 자극을 발생시킴으로써, 영구 자석의 회전을 가속시킬 수 있다.

상기 영구 자석은, 상기 회전자의 회전축의 축선 위치가 굵고, 회전 반경 방향의 바깥쪽으로 가늘어 지도록 형성되는 것이 바람직하다. 영구 자석은, 회전 반경 방향의 바깥쪽으로 가늘어 지기 때문에, 영구 자석의 자속을 반경 방향 바깥쪽으로 집중시킬 수 있다.

상기 영구 자석을, 상기 축선 위치에서 회전 반경 방향의 바깥쪽으로, 단계적으로 가늘어 지도록 형성 할 수 있다.

상기 소비부는, 단락 상태에서 개방 상태로 저항값을 설정할 수 있는 것으로 할 수 있다. 상기 소비부는, 배터리의 충전 회로로 할 수 있다. 또한, 상기 소비부는, 조명기구로 할 수 있다. 또한, 상기 소비부는, 다른 전동기로 할 수 있다.

본 발명의 전동기는, 조정부에 흐르는 전류에 따라 영구 자석의 회전수를 조정할 수 있기 때문에, 소비 전력을 증가시키지 않고 회전수를 제어 할 수 있는 신규 전동기로 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전동기의 회전자 및 고정자를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전동기의 센서부를 설명하기위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 전동기의 제어 회로를 설명하기위한 도면이다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 전동기를 작동시켜, 소비 전류를 0A로 할 때의 측정 파형의 도면이다.
도 5는 도 1 내지 도 3에 도시된 전동기를 작동시켜, 소비 전류를 16A로 할 때의 측정 파형의 도면이다.
도 6은 도 1 내지 도 3에 도시 전동기를, 소비 전류를 0A에서 18A까지 동작 시켰을 때의 제1 권선에 입력 전압, 입력 전류, 제2 권선에서의 출력 전압, 출력 전류, 회전수의 관계를 측정 한 표이다.

본 발명의 실시 예에 따른 전동기를 도면에 따라 설명한다.

도 1에 도시된 전동기(10)는, 회전자(20)와 고정자(30)를 구비하고 있다.

회전자(20)는, 영구 자석(21)과, 영구 자석을 유지하는 회전자 본체 (22)를 구비하고 있다.

영구 자석(21)은, 회전자(20)의 회전축(미도시)의 축선 X1을 중심으로 회전 직경 방향을 따라 배치되는 것으로, 하나의 자극(예를 들어, N 극)이 회전 반경 방향의 바깥 쪽을 향함과 함께, 하나의 자극과 반대의 자극이 되는 다른 쪽의 자극(예를 들면, S 극)이 하나의 자극이 향한 방향과 반대 방향을 향하고 있다.

영구 자석(21)은, 회전자(20)의 축선 X1에 위치하는 제1 부분(211)이 굵고, 회전 반경 방향의 바깥쪽으로 제2 부분(212), 제3 부분(213), 제4 부분(214)이 가늘고, 짧아 지도록 형성되어 있다. 영구 자석(21)은, 자력이 다른 자석보다 강력한 네오디뮴 자석을 사용할 수 있다.

회전자 본체(22)는, 회전축의 축선 위치의 상단 및 하단에 돌기가 형성되고, 도시하지 않은 프레임에 회전 가능하게 유지된다.

고정자(30)는, 회전자(20)의 주위에 배치되어 있다. 고정자(30)는, 영구 자석(21)에 축선 X2를 향해 배치 된 제1 권선(31)과, 제1 권선(31)와 동축으로, 또한, 제1 권선(31)보다 외주 위치에 배치 된 제2 권선(32)과, 제1 권선(31)과 제2 권선(32)의 축선 X2에 배치 된 코어 (33)를 구비하고 있다.

제1 권선(31)은, 회전자(20)를 중심으로, 그 주위에 60도마다 배치되어 있는 것으로 6 개가, 도시하지 않은 프레임에 설치되어 있다. 제2 권선(32)도, 제1 권선(31)과 동축으로 배치되는 것으로, 6 개가 설치되어 있다.

본 실시 형태에서는, 회전자 본체(22)에 1 개의 영구 자석(21)이 매설되어, 그 주위에 고정자(30)가 배치되어 있지만, 영구 자석(21)은 회전자 본체(22)의 축선 X1에 따라 등 간격의 회전 각도마다 배치하도록 하고 있다. 예를 들어, 2 개의 영구 자석(21)을 배치하는 경우에는, 영구 자석(21)과 직교하는 방향으로 또 하나의 영구 자석(21)을 배치하면 90도마다 N극 또는 S극을 제1 권선(31)을 향해 고정 할 수 있다. 제1 권선(31)는, 제어 회로(40)가 연결되어 있다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 제어 회로(40)는, 센서부(41)와, 여자 회로(42)를 구비하고 있다. 도 3에 도시된 제어 회로(40)는, 1 개의 제1 권선(31) 및 제2 권선(32)에 대해 도시하고 있으며, 제1 권선(31) 및 제2 권선(32)마다 대응시켜, 센서부(41)와, 여자 회로부(42)가 설치되어 있다.

센서부(41)는, 영구 자석(21)의 N 극의 위치를 검출하는 제1 센서부(411)와, 영구 자석(21)의 S극의 위치를 검출하는 제2 센서부(412)를 구비하고 있다.

제1 센서부 (411) 및 제2 센서부(412)는, 회전자의 원주 방향을 따라 6 개소에 배치되고, 도 3과 같이 발광 다이오드와 포토 다이오드와 의한 투과형 포토 인터럽터(41a)와, 회전자(20)와 함께 회전하여, 투과형 포토 인터럽터(41a)의 발광 다이오드와 포토 다이오드 사이를 통과하는 차폐판(41b)을 구비하고 있다.

제1 센서부(411) 및 제2 센서부(412)의 차폐판(41b)은, 차폐판이 돌리개로 포토 인터럽터(41a)를 통과하여, 영구 자석(21)의 위치를 검출하는 기능을 갖추고 있다.

제1 센서부(411)의 차폐판(41b)은, 영구 자석(21)의 N 극의 위치에 대응시켜 배치되고, 제2 센서부(412)의 차폐판(41b)은, 영구 자석(21)의 S극의 위치에 대응시켜 배치 되어있다.

또한, 도 3의 제1 센서부(411)와 제2 센서부(412)는, 회전자(20)의 회전 반경 방향으로 늘어선 것을 보여주고 있다.

여자 회로부(42)는, 동일한 반경 방향에 위치하는 제1 센서부(411)와 제2 센서부(412)를 한 쌍으로, 제1 권선(31)에 통전 방향을 제어하는 것이다.

여자 회로부(42)는, 제1 FET(421a, 421b)에서 제3 FET(423a, 423b)까지의 트랜지스터에 의해, 제1 권선(31)에 통전 방향을 제어하고 있다.

제1 FET(421a)와 제3 FET(423a)는 n형 FET이다. 제2 FET(422a, 422b)는, p형 FET이다.

제 1FET(421a, 421b)는, 게이트 단자(G)가 저항 R11, R12를 통해 포토 인터럽터(41a)에 연결 되어있다. 또한 제1 FET(421a, 421b)는, 소스 단자(S)가 접지되어 있다.

제2 FET(422a, 422b)는, 소스 단자(S)가 다이오드(D11, D12)를 통해 전원에 연결 되어 있는 동시에, 커패시터(C11, C12)를 통해 접지되어 있다. 또한 제2 FET(422a, 422b)의 게이트 단자(G)는, 저항 R21, R22을 통해 제1 FET(421a, 421b)의 드레인 단자(D)에 연결 되어 있는 동시에, 저항 R31, R32을 통해 제2 FET(422a, 422b)의 소스 단자(S)에 연결되어 있다. 제2 FET(422a, 422b)의 드레인 단자 D는 다이오드(D21, D22)의 양극 단자 A에 연결되고, 커패시터(C11, C12)를 통해 접지되는 동시에, 제3 FET(423a, 423b)의 드레인 단자(D)에 연결되어 있다.

제3 FET(423a, 423b)는, 게이트 단자(G)가 저항 R41, R42를 통해 포토 인터럽터(41a)에 연결 되어 있다. 제3 FET(423a, 423b)의 소스 단자(S)는 접지되어 있다.

제1 권선(31)의 한쪽 배선은, 제2 FET(422a)의 드레인 단자(D)에 연결 되어 있는 동시에, 제3 FET(423a)의 드레인 단자(D)에 연결되어 있다.

제1 권선(31)의 다른 배선은, 제2 FET(422b)의 드레인 단자(D)에 연결 되어 있는 동시에, 제3 FET(423b)의 드레인 단자(D)에 연결되어 있다.

제2 권선(32)에는, 회전자(20)의 회전 속도를 조정하는 조정부(50)(회전 속도 조정부)가 연결 되어있다.

조정부(50)는, 정류부(51)와 소비부(52)를 구비하고 있다. 정류부(51)는, 다이오드 브리지로 구성 할 수 있다. 도 3에 도시된 조정부(50)는, 정류부(51)에 소비부(52)가 1 대 1로 연결되어 있지만, 조정부(50)는, 다른 제2 권선(32)에도 정류부(51)가 연결되고, 다른 복수의 정류부(51)도 1 개의 소비부(52)에 연결되어 있다.

소비부(52)는, 가변 저항기로 할 수 있지만, 가변 저항기 대신 전기 에너지를 활용하는 부하를 연결하고 있다. 예를 들어, 배터리 충전 회로로 하고, 조명기구로 하고, 전동기로 할 수 있다. 소비부(52)는, 단락 상태에서 개방 상태까지 저항 값을 설정할 수 있는 것으로 할 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 모터의 동작을 도면을 참조하여 설명한다. 도 3에 도시된 제어 회로(40)에 전원이 공급된다.

예를 들어, 영구 자석(21)의 N 극이 제1 권선(31)에 위치함으로써, 센서부(41) 중, 제1 센서부(411)의 포토 인터럽터(41a)에 차폐판(41b)이 위치한다.

포토 인터럽터(41a)의 빛의 투과가 차단되는 것으로, 제1 센서부(411)의 포토 인터럽터(41a)의 포토 트랜지스터가 통전한다. 포토 트랜지스터가 통전하여, 포토 인터럽터(41a)에, 저항 R11, R41을 통해 연결된 제1 FET(421a)의 게이트 단자(G)와, 제3 FET(423a)의 게이트 단자(G)는, 제1 FET(421a) 및 제3 FET(423a)와 이온 상태가 되어, 제1 전압이 된다.

또한, 제1 센서부(411)의 포토 인터럽터(41a)에 차폐판(41b)이 위치하는 경우에는, 제2 센서부(412)의 포토 인터럽터(41a)에는 차폐판(41b)이 위치하지 않기 때문에, 포토 인터럽터(41a)는 비통전 상태에 있다. 따라서, 제2 센서부(412)의 포토 인터럽터(41a)에 저항 R12, R42을 통해 연결된 제1 FET(421b)의 게이트 단자(G)와, 제3 FET(423b)의 게이트 단자(G)는, 제1 FET(421b) 및 제3 FET(423b)가 오프 상태가 되어, 제1 전압보다 낮은 전압의 제2 전압(0V)이 된다.

제1 FET(421b)가 오프 상태 인 경우에는, 제1 FET(421b)의 드레인 단자(D)에 저항 R21을 통해 연결된 제2 FET(422a)의 게이트 단자(G)는, 전원(Vss)에 연결된 저항 R31에 의해 제2 FET(422a)가 오프 상태가 되는 제1 전압이 된다.

제1 FET(421a)가 온 상태 인 경우에는, 저항 R22이 제1 FET(421a)의 드레인 단자(D)에 연결되어 있기 때문에, 제2 FET(422b)의 게이트 단자(G)는, 제2 FET(422b)가 ON 상태가 되어, 제2 전압이 된다.

이렇게 하여 제1 FET(421a, 421b) ~ 제3 FET(423a, 423b)의 온 상태와 오프 상태 등이 결정되면, 전원(Vss)의 전류가, 제2 FET(422b)의 소스 단자(S)에 다이오드(D12)을 통해 흘러 들어, 제2 FET(422b)의 드레인 단자(D)에서 제1 권선(31)으로 흐른다. 그리고, 제1 권선(31)의 반대편에서 전류가, 제3 FET(423a)의 드레인 단자(D)에서 소스 단자(S)로 흐르는 것으로, 제1 권선(31)은, 영구 자석(21)의 N극과 반발하는 동극의 자기장을 발생한다.

제1 권선(31)이 발생한 자기장에 의해, 영구 자석(21)의 N극이 반발하고, 회전자(20)가 회전한다.

한편, 영구 자석(21)의 S극 쪽에서는, 센서부(41) 중 제2 센서부(412)의 포토 인터럽터(41a)에 차폐판(41b)이 위치한다.

포토 인터럽터(41a)의 빛의 투과가 차단되는 것으로, 제2 센서부(412)의 포토 인터럽터(41a)의 포토 트랜지스터가 통전한다. 포토 트랜지스터가 통전하여, 포토 인터럽터(41a)에, 저항 R12, R42을 통해 연결된 제1 FET(421b)의 게이트 단자(G)와, 제3 FET(423b)의 게이트 단자(G)는, 제1 FET(421b)와 제3 FET(423b)과 이온 상태가 되어, 제1 전압이 된다.

또한, 제2 센서부(412)의 포토 인터럽터(41a)에 차폐판(41b)이 위치하는 경우에는, 제1 센서부(411)의 포토 인터럽터(41a)에는 차폐판(41b)이 위치하지 않기 때문에, 포토 인터럽터(41a)는 비통전 상태에 있다. 따라서, 제1 센서부(411)의 포토 인터럽터(41a)에, 저항 R11, R41을 통해 연결된 제1 FET(421a)의 게이트 단자(G)와, 제3 FET(423a)의 게이트 단자(G)는, 제1 FET(421a)와 제3 FET(423a)가 오프 상태가 되어, 제2 전압이 된다.

제1 FET(421a)가 오프 상태 인 경우에는, 제1 FET(421a)의 드레인 단자(D)에 저항 R22을 통해 연결된 제2 FET(422b)의 게이트 단자(G)는, 전원(Vss)에 연결된 저항 R32에 의해 제2 FET(422b)가 오프 상태가 되는 제1 전압이 된다.

제1 FET(421b)가 온 상태 인 경우에는, 저항 R21이 제1 FET(421b)의 드레인 단자(D)에 연결되어 있기 때문에, 제2 FET(422a)의 게이트 단자(G)는, 제2 FET(422a)가 ON 상태가 되어, 제 2 전압이 된다.

이렇게 하여, 제1 FET(421a, 421b) ~ 제3 FET(423a, 423b)의 온 상태와 오프 상태가 결정되면, 전원(Vss)의 전류가, 제2 FET(422a)의 소스 단자(S)에 다이오드(D11)를 통해 흘러 들어, 제2 FET(422a)의 드레인 단자(D)에서 제1 권선(31)에 흐른다. 그리고, 제1 권선(31)의 반대편에서 전류가, 제 3FET(423b)의 드레인 단자(D)에서 소스 단자(S)로 흐르는 것으로, 제1 권선(31)은, 영구 자석(21)의 S극과 반발하는 동극의 자기장을 발생한다.

제1 권선(31)이 발생한 자기장에 의해, 영구 자석(21)의 S극이 반발하여, 회전자(20)가 회전한다.

회전자(20)를 사이에 두고 마주 보는 한 쌍의 제1 권선(31)은, 영구 자석(21)이 반발하는 자기장을 여자함으로써 회전자(20)가 구동되어, 여자(통전)되는 제1 권선(31)이, 센서부(41)에 의해 회전 방향으로 순차적으로 전환하여 회전자(20)가 회전을 계속한다.

이처럼, 어느 위치에 배치 된 제1 권선(31)에 영구 자석(21)의 N 극이 접근하면, 이 제1 권선(31)을 제어하는 여자 회로(42)는 제1 권선(31)에 N극을 발생 시키는 동시에, 이 제1 권선(31)과 대향 위치에 있는 제1 권선(31)에 통전하는 제어 회로(40)는, 통전 방향이 반대가 되는 전류를 통전하여 S극을 발생시키는 것으로, 영구 자석(21)을 가속시킬 수 있다.

제1 권선(31)이 통전 됨으로써 제2 권선(32)에 전력이 발생한다. 제2 권선(32)로부터의 전류는 정류부(51)에 의해 전파 정류되어, 소비부(52)에 흐른다. 소비부(52)는, 제2 권선(32)로부터의 전력을, 설정된 저항에 의해 소모한다.

영구 자석(21)은, 회전자(20)의 회전축의 축선 X1에 위치하는 제1 부분(211)으로부터 회전 반경 방향의 바깥쪽으로 제 2 부분(212), 제3 부분(213), 제4 부분(214)과, 회전 반경 방향의 바깥쪽으로 가늘어 때문에, 영구 자석(21)로부터의 자속을 회전 반경 방향의 바깥쪽으로 집중시킬 수 있기 때문에, 제1 권선(31)에 대한 자기장을 더 강력한 것으로 할 수 있다. 또한, 영구 자석(21)이, 회전 반경 방향의 바깥쪽으로, 점차적으로 가늘어 형성되어 있기 때문에, 굵기가 다른 자석을 연결하여 영구 자석(21)을 형성 할 수 있다. 따라서, 영구 자석(21)을 용이하고, 저렴하게 제조 할 수 있다.

(실시예)

이와 같이 동작하는 본 실시 예에 따른 전동기(10)를 제작하여, 제1 권선(31)의 입력 전압 및 입력 전류와, 제2 권선(32)로부터의 출력 전압 및 출력 전류와, 회전자(20)의 회전수와의 관계를 측정했다.

제1 권선(31)은, 구리 클래드 알루미늄 와이어 (Φ1. 6mm)을 1000번 감은 것을 사용했다. 또한, 제2 권선(32)은, 구리 클래드 알루미늄 와이어 (Φ1 .6mm)을 1000번 감은 것을 사용했다.

영구 자석(21)은, 제1 부분(211)이 직경 100mm, 길이 90mm이며, 제2 부분(212)의 각각이 직경 80mm, 길이 50mm이며, 제3 부분(213)이 직경 50mm, 길이 20mm이며, 제4 부분(214)이 직경 25mm, 길이 3mm의 네오디뮴 자석을 사용했다.

제1 권선(31)에 공급하는 전원(VSS)으로, 국수(菊水)전자공업 주식회사의 디지털 프로그래머 직류 안정화 전원 PVD150-40T를 사용했다. 또한, 제1 센서부(411) 및 제2 센서부(412)에 전원 VEE로 주식회사 고사(高砂)제작소 제의 GP035-10을 사용했다. 또한, 소비부(52)로, 주식회사 계측기술연구소 제의 다기능 전자 부하 장치 LN-1000C-G7을 사용했다.

여자 회로부(42)에 전원(VSS)으로 120V를 인가하고, 소비부(52)로부터 꺼낼 출력 전류로, 0A에서 18A까지의 2A마다 측정했다. 그리고, 출력 전류가 0A 때와, 16A일 때의 파형을 관측했다.

또한, 오실로스코프는 황하(河)전기 주식회사의 DL-4050, 프로브는 황하전기 주식회사의 패시브 프로브 701939 및 차동 프로브 700924와, 삐코테쿠노로지사의 전류 프로브 TA018을 사용했다.

도 4에 도시된 측정 파형과, 도 5에 도시된 측정 파형의 각 파형은, 상부에서, 제1 센서부(411)의 출력 전압, 제2 센서부(412)의 출력 전압, 제1 권선(31)의 입력 전압, 제1 권선(31)의 입력 전류, 제2 권선(32)의 출력 전압, 제2 권선(32)의 출력 전류이다.

첫째, 소비부(52)의 소비 전류가 0A인 경우를, 도 4에 도시된 측정 파형에 기초해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 제1 권선(31)의 전압은, 하나의 배선을 기준으로, 다른 배선에 인가되는 상대적인 전압을 나타낸다. 따라서, 하나의 배선의 전위보다, 다른 배선의 전위가 높으면 플러스 전압이며, 그 반대는 마이너스 전압으로 표기하고 있다. 또한, 플러스 전압의 경우에는, 제1 권선(31)의 한쪽 배선에서 제1 권선(31)을 통해서 다른 배선을 향해 흐르는 전류(플러스 전류)이며, 마이너스 전압의 경우에는, 그 반대로 흐르는 전류(마이너스 전류)이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 센서부(411)가 N극을 감지하여 출력이 유효하게 되는 것으로, 제1 권선(31)에 마이너스 전압이 인가된다(부호 S101 참조). 제1 권선(31)에 마이너스 전압에 따른 마이너스 전류가 흐른다(부호 S102 참조).

제2 권선(32)에서는, N극이 접근하여, 제1 센서부(411)가 N극을 검출하기 전부터 발전하여, 마이너스 전압을 발생하고 있다(부호 S103 참조).

그러나, 제1 권선(31)에 마이너스 전류가 흘러, 제2 권선(32)이 유도되는 것으로, 플러스 전압이 발생한다(부호 S104 참조). 소비부(52)의 소비 전류를 0A(개방 상태)로 하고 있기 때문에 제2 권선(32)에 전류가 흐르지 않는다(부호 S105 참조).

제1 센서부(411)의 출력이 무효가 되면, 제1 권선(31)에 역기전력이 발생하기 때문에, 제1 권선(31)이 플러스 전압이 된다(부호 S106 참조). 또한, 제1 권선(31)의 전류는 점차 감소하여 0A에 접근한다(부호 S107 참조).

제2 센서부(412)는, 이 N 극을 감지하여 출력이 유효하게 되는 것으로, 제1 권선(31)에 플러스 전압이 인가된다(부호 S108 참조). 제1 권선(31)에 플러스 전압에 따른 플러스 전류가 흐른다(부호 S109 참조).

제2 권선(32)에는, S극이 접근하여, 제2 센서부(412)가 S극을 검출하기 전부터 발전하여, 플러스 전압을 발생한다(부호 S110 참조).

그러나, 제1 권선(31)에 플러스 전류가 흐르고, 제2 권선(32)이 유도되는 것으로, 마이너스 전압이 발생한다(부호 S111 참조). 소비부(52)의 소비 전류를 0A로 하고 있기 때문에 제2 권선(32)에 전류가 흐르지 않는다(부호 S112 참조).

제2 센서부(412)의 출력이 무효가 되면, 제1 권선(31)에 역기전력이 발생하기 때문에, 제1 권선(31)이 마이너스 전압이 된다(부호 S113 참조). 또한, 제1 권선(31)의 전류는 점차 감소하여 0A에 접근한다(부호 S114 참조).

회전자(20)의 영구 자석(21)은, 제1 권선(31)에 의해 여자 된 자기장에 의해 회전한다.

다음으로, 소비부(52)의 소비 전류가 16A로 한 경우를 도 5가 도시하는 측정 파형에 기초하여 설명한다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 센서부(411)가 N극을 감지하여 출력이 유효하게 되는 것으로, 제1 권선(31)에 마이너스 전압이 인가된다(부호 S121 참조). 제1 권선(31)에 마이너스 전압에 따른 마이너스 전류가 흐른다(부호 S122 참조).

제2 권선(32)에서는, N극이 접근하여, 제1 센서부(411)가 N극을 검출하기 전부터 발전하여, 마이너스 전압을 발생하여, 마이너스 전류가 소비부(52)에 흐르고 있다( 부호 S123, S124 참조).

제1 권선(31)에 마이너스 전류가 흐르고, 제2 권선(32)이 유도되는데, 제2 권선(32)은 마이너스 전압 및 마이너스 전류를 출력한다(부호 S125, S126 참조).

제1 센서부(411)의 출력이 무효가 되면, 제1 권선(31)에 역기전력이 발생하기 때문에, 제1 권선(31)이 플러스 전압이 된다(부호 S127 참조). 또한, 제1 권선(31)의 전류는 점차 감소하여 0A에 접근한다(부호 S128 참조).

이 때, 제2 권선(32)은, S극이 접근하여, 제2 센서부(412)가 S극을 검출하기 전부터 발전하여, 플러스 전압 및 플러스 전류를 발생한다(부호 S129,130 참조).

제2 센서부(412)가, S극을 감지하여 유효하게 되는 것으로, 제1 권선(31)에 플러스 전압이 인가된다(부호 S131 참조). 제1 권선(31)에 플러스 전압에 따른 플러스 전류가 흐른다(부호 S132 참조).

제1 권선(31)에 플러스 전류가 흐르고, 제2 권선(32)이 전자기 유도되는데, 제2 권선(32)은 플러스 전압 및 플러스 전류를 출력한다(부호 S133, S134 참조).

제2 센서부(412)의 출력이 무효가 되면, 제1 권선(31)에 역기전력이 발생하기 때문에, 제1 권선(31)이 마이너스 전압이 된다(부호 S135 참조). 또한, 제1 권선(31)의 전류는 점차 감소하여 0A에 접근한다(부호 S136 참조).

이처럼, 소비부(52)의 소비 전류가 커지면, 제1 권선(31)에 동축으로 배치 된 제2 권선(32)은, 제1 권선(31)에 의한 전자기 유도보다 회전자(20)의 영구 자석(21)에 의한 전자기 유도가 더 커지고 발생한 전류는 제1 권선(31)를 조력하는 자기장을 발생한다.

여기서, 소비부(52)로부터 꺼낼 출력 전류를 0A에서 18A까지의 2A마다 측정 한 결과를 도 6에 나타낸다.

도 6의 표에서도 알 수 있듯이, 제1 권선(31)의 입력 전압은 일정하게 하여, 소비부(52)가 제2 권선(32)으로부터 추출 출력 전류를 크게 하면, 제1 권선(31)으로의 입력 전류는 거의 일정하며, 소비부(52)의 출력 전압은 저하하지만, 회전자(20)의 회전수는 소비 전류(출력 전류) 0A에서 8A까지 저하하지만, 10A에서 점차 빨라진다.

또한, 가장 회전수가 낮은 10A를 제2 권선(32)로부터 꺼낼 때가, 가장 출력 전압이 높은 것을 알 수 있다.

여기에서, 전기 코일인 제1 권선(31)의 입력 전력에서, 발전 코일이 되는 제2 권선(32)로부터의 출력 전력의 차이가 전동기(10)의 전력이지만, 소비 전력(제1 권선(31) 입력 전력 - 제2 권선의 출력 전력)은, 제2 권선(32)로부터 꺼내는 전류 (출력 전류)가 0A 때를 기준으로, 2544.4W에서 출력 전류가 14A 일 때의 2069.3W까지 계속 줄고있다. 그리고, 출력 전류 14A에서 소비 전력이 증가하지만, 출력 전류 18A의 경우에도 2345.0W이며, 출력 전류가 0A 때의 2544.4W를 넘지 않는다.

이와 같이, 전동기(10)의 조정부(50)에 의해 전류를 조정하여, 회전수를 조정할 수 있기 때문에, 전동기(10)는 소비 전력을 증가시키지 않고 회전수를 제어 할 수 있는 신규의 전동기로 할 수 있다.

본 발명은, 전동기로서 회전 출력을 얻으면서, 조정부에서 전력을 추출 할 수 있기 때문에, 회전 출력에 의한 기계적 동작과, 전기적 동작을 사용하는 분야에 적합하다.

10 전동기 20 회전자
21 영구 자석 211 제1 부분
212 제2 부분 213 제3 부분
214 제4 부분 22 회전자 본체
30 고정자 31 제1 권선
32 제2 권선 33 코어
40 제어 회로 41 센서부
411 제1 센서부 412 제2 센서부
41a 포토 인터럽터 41b 차폐판
42 여자 회로부 421a, 421b 제1 FET
422a, 422b 제2 FET 423a, 423b 제3 FET
G 게이트 단자 S 소스 단자
D 드레인 단자
R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, R42 저항
C11, C12 커패시터
D11, D12, D21, D22 다이오드
50 조정부 51 정류부
52 소비부 X1, X2 축선

Claims

N극 또는 S극 중 어느 한쪽의 자극을, 회전 반경 방향의 바깥쪽으로 향하게 영구 자석이 회전하는 회전자와,
상기 영구 자석이 회전하는 주위에, 상기 영구 자석에 축선을 향해 배치된 제 1 권선과,
상기 제 1 권선과 동축으로, 상기 제 1 권선보다 외주 위치에 배치된 제2 권선과,
상기 영구 자석의 한쪽의 자극이 대향 위치에 있는 상기 제 1 권선에, 상기 한쪽의 자극과 같은 극의 자기장을 발생시키기 위한 전류를 통전하는 제어 회로와,
상기 제 2 권선의 전류를 조정하여, 상기 회전자의 회전 속도를 조정하는 조정부를 포함하는 전동기.
청구항 1에 있어서,
상기 조정부는, 상기 제 2 권선에 연결된 정류부와, 상기 정류부에서의 전류를 소비하는 소비부를 포함하는 전동기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 영구 자석은, 상기 한쪽의 자극과 반대의 자극이 되는 다른 자극이 상기 한쪽의 자극이 향한 방향과 반대 방향을 향하고 있고,
상기 제어 회로는, 상기 영구 자석의 다른 자극이 대향 위치에 있는 상기 제 1 권선에, 상기 다른 자극과 같은 극의 자기장을 발생시키기 위한 전류를 통전하는 기능을 포함하는 전동기.
청구항 1에 있어서,
상기 영구 자석은, 상기 회전자의 회전축의 축선 위치가 굵고, 회전 반경 방향의 바깥쪽으로 가늘어 지는 것을 특징으로 하는 전동기.
청구항 4에 있어서,
상기 영구 자석은, 상기 축선 위치에서 회전 반경 방향의 바깥쪽으로, 단계적으로 가늘어 지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.
청구항 2에 있어서,
상기 소비부는, 단락 상태에서 개방 상태로 저항값을 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
청구항 2에 있어서,
상기 소비부는, 배터리의 충전 회로인 것을 특징으로 하는 전동기.
청구항 2에 있어서,
상기 소비부는, 조명기구인 것을 특징으로 하는 전동기.
청구항 2에 있어서,
상기 소비부는, 다른 전동기인 것을 특징으로 하는 전동기.