KR20180131099A - Motor and the Operating Method thereof - Google Patents

Motor and the Operating Method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20180131099A
KR20180131099A KR1020170067685A KR20170067685A KR20180131099A KR 20180131099 A KR20180131099 A KR 20180131099A KR 1020170067685 A KR1020170067685 A KR 1020170067685A KR 20170067685 A KR20170067685 A KR 20170067685A KR 20180131099 A KR20180131099 A KR 20180131099A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stator
rotor
speed mode
mode
permanent magnet
Prior art date
Application number
KR1020170067685A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101970398B1 (en
Inventor
권병일
노만발로치
Original Assignee
한양대학교 에리카산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 에리카산학협력단 filed Critical 한양대학교 에리카산학협력단
Priority to KR1020170067685A priority Critical patent/KR101970398B1/en
Publication of KR20180131099A publication Critical patent/KR20180131099A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101970398B1 publication Critical patent/KR101970398B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

A motor according to an embodiment of the present invention includes a stator which includes stator teeth arranged in a circumferential direction and a wire provided in the stator teeth, and a rotor which includes a fixed permanent magnet having a constant magnetic flux direction and a variable permanent magnet whose magnetic flux direction varies in accordance with a low speed mode or a high speed mode. The magnetic flux rotation speed of the stator may be faster than the rotation speed of the rotor in the low speed mode than the high speed mode.

Description

전동기 및 전동기의 구동방법{Motor and the Operating Method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a motor,

본 발명은 전동기 및 전동기의 구동방법에 관련된 것으로, 구체적으로 저속 모드와 고속 모드에 있어서, 회전자의 극 쌍수가 가변하는 전동기 및 전동기의 구동방법에 관련된 것이다. The present invention relates to a method of driving an electric motor and an electric motor, and more particularly to a motor and a method of driving an electric motor in which the number of poles of a rotor is variable in a low speed mode and a high speed mode.

동기전동기 (synchronous motor, SM)은 고정자의 회전하는 자기필드에 동기하여 회전자가 일정한 속도로 회전할 수 있는 전동기를 말할 수 있다. 동기전동기의 회전자는 가변하는 전압 환경 속에서도 일정한 회전 속도를 유지할 수 있는 장점이 있다. A synchronous motor (SM) is an electric motor in which a rotor can rotate at a constant speed in synchronization with a rotating magnetic field of a stator. The rotor of the synchronous motor is advantageous in that it can maintain a constant rotation speed even in a variable voltage environment.

이러한 동기전동기에는 영구자석 동기전동기(Permanent magnet synchronous motor, PMSM)와 계자권선형 동기전동기(wound rotor synchronous motor, WRSM)가 있다.These synchronous motors include permanent magnet synchronous motors (PMSM) and wound rotor synchronous motors (WRSM).

이 중 영구자석 동기전동기는 회전자 자계(flux)를 발생시키기 위하여 영구자석을 이용할 수 있다. 영구자석 동기전동기는 부하나 전압의 흔들림에도 불구하고 전력원의 주파수에 동기하여 고정된 속도를 제공할 수 있으며, 높은 효율과 높은 토크 밀도의 우수한 성능을 이유로 다양한 산업 및 가정용 응용 프로그램에 널리 사용되고 있다. The permanent magnet synchronous motor may use a permanent magnet to generate a rotor magnetic flux. Permanent magnet synchronous motors are capable of providing a fixed speed in synchronism with the frequency of the power source in spite of charge or voltage fluctuations and are widely used in a variety of industrial and residential applications due to their high efficiency and high torque density performance .

그러나, 이러한 동기전동기는 저속 즉, 낮은 rpm에서 효율이 낮다는 문제점이 있다. 이에 본 발명자들은 고속에서의 동기전동기의 우수한 특성을 보유하면서도 저속에서 고 효율을 가지되, 간이한 구성으로 구현 가능한 전동기 및 전동기의 구동방법 개발의 필요성을 인식하게 되었다. However, such a synchronous motor has a problem that efficiency is low at low speed, that is, at low rpm. Therefore, the inventors of the present invention have recognized the necessity of developing a driving method of a motor and a motor which can realize a high efficiency at a low speed and a simple configuration while maintaining excellent characteristics of a synchronous motor at high speed.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 회전자의 회전 속도에 따라 전동기 구동 모드가 가변하는 전동기 및 전동기의 구동방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of driving an electric motor and an electric motor in which a motor drive mode is variable according to a rotational speed of the rotor.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 저속에서는 버니어 모드(vernier mode)로 동작하고 고속에서는 동기 모드(synchronous mode)로 구동하는 전동기 및 전동기의 구동방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of driving an electric motor and an electric motor which operate in a vernier mode at a low speed and in a synchronous mode at a high speed.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 저속에서 고 효율을 가지고 고속에서 낮은 코어 로스(core loss)를 제공하는 전동기 및 전동기의 구동방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of driving a motor and an electric motor that provides low core loss with high efficiency at low speed.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고정자의 극 쌍수는 일정하게 유지되고, 회전자의 극 쌍수가 가변됨으로써, 저속 모드와 고속 모드가 구현되는 전동기 및 전동기의 구동방법을 제공하는 데 있다.Another aspect of the present invention is to provide a motor and a method of driving a motor in which a low speed mode and a high speed mode are realized by maintaining the number of poles of the stator constant and varying the number of poles of the rotor .

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 간이한 구성으로 저속 모드 및 고속 모드 간의 가변이 가능한 전동기 및 전동기의 구동방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a motor and a method of driving the motor, which are capable of changing between a low speed mode and a high speed mode with a simple structure.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기는 원주 방향으로 배열된 고정자 치 및 상기 고정자 치에 마련된 권선을 포함하는 고정자 및 자속의 방향이 일정한 고정영구자석과 자속의 방향이 저속 모드 또는 고속 모드에 따라 가변하는 가변영구자석을 포함하는 회전자를 포함하되, 상기 고속 모드 보다 상기 저속 모드에서 상기 회전자의 회전 속도 보다 상기 고정자의 자속 회전 속도가 빠를 수 있다.The motor according to an embodiment of the present invention includes a stator having a stator arranged in a circumferential direction, a stator including a winding provided in the stator, a fixed permanent magnet having a fixed direction of the magnetic flux, and a fixed permanent magnet having a variable direction according to a low- Wherein the stator has a magnetic flux rotation speed faster than the rotation speed of the rotor in the low speed mode than the high speed mode.

일 실시 예에 따르면, 상기 저속 모드와 상기 고속 모드에서 상기 고정자의 고정자 극 쌍수(pole pair)는 동일할 수 있다.According to one embodiment, the stator pole pairs of the stator in the low speed mode and the high speed mode may be the same.

일 실시 예에 따르면, 상기 저속 모드와 상기 고속 모드에서의 회전자 극 쌍수가 서로 다르도록 상기 가변영구자석의 자속 방향이 제어될 수 있다.According to an embodiment, the magnetic flux direction of the variable permanent magnet can be controlled such that the number of rotor pole pairs in the low speed mode and the high speed mode are different from each other.

일 실시 예에 따르면, 상기 저속 모드의 경우, 상기 회전자와 상기 고정자는 관계식 (1)에 의하여 부합하고, 상기 고속 모드의 경우, 상기 회전자와 상기 고정자는 관계식 (2)에 의하여 부합할 수 있다.According to one embodiment, in the case of the low speed mode, the rotor and the stator coincide with each other according to the relational expression (1), and in the high speed mode, the rotor and the stator satisfy the relation (2) have.

관계식 (1) : Zr=Zs±PRelational expression (1): Zr = Zs + P

관계식 (2) : Zr=PRelation (2): Zr = P

(Zr는 회전자의 극 쌍수, Zs는 고정자의 치 수, P는 고정자의 극 쌍수)(Where Zr is the pole pair number of the rotor, Zs is the stator pitch, and P is the pole pair number of the stator)

일 실시 예에 따르면, 상기 고속 모드에서 상기 회전자의 회전 속도와 상기 고정자의 자속 회전 속도는 동일할 수 있다.According to one embodiment, the rotational speed of the rotor and the magnetic flux rotational speed of the stator may be the same in the high speed mode.

일 실시 예에 따르면, 상기 저속 모드는 버니어 모드(vernier mode)이고, 상기 고속 모드는 동기 모드일 수 있다.According to an embodiment, the low speed mode may be a vernier mode, and the high speed mode may be a synchronous mode.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기는 원주 방향으로 배열된 고정자 치 및 상기 고정자 치에 마련된 권선을 포함하는 고정자 및 자속의 방향이 일정한 고정영구자석과 자속의 방향이 저속 모드 또는 고속 모드에 따라 가변하는 가변영구자석을 포함하는 회전자를 포함하되, 상기 저속 모드와 상기 고속 모드에서 상기 고정자의 고정자 극 쌍수는 동일하고, 상기 저속 모드와 상기 고속 모드의 회전자 극 쌍수는 서로 다를 수 있다.The motor according to an embodiment of the present invention includes a stator having a stator arranged in a circumferential direction, a stator including a winding provided in the stator, a fixed permanent magnet having a fixed direction of the magnetic flux, and a fixed permanent magnet having a variable direction according to a low- Wherein the number of stator poles of the stator is the same in the low speed mode and the high speed mode and the numbers of rotor pole poles in the low speed mode and the high speed mode may be different from each other.

일 실시 예에 따르면, 상기 저속 모드의 회전자 극 쌍수가 상기 고속 모드의 회전자 극 쌍수 보다 많을 수 있다.According to one embodiment, the number of rotor pole pairs in the low speed mode may be greater than the number of rotor pole pairs in the high speed mode.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구동방법은, 고정자에 대한 회전자의 회전 속도가 저속인지 또는 고속인지 판단하는 판단 단계, 상기 판단 결과에 따라 저속인 경우, 관계식 (1)에 따라 상기 회전자를 회동시키는 저속 회전 단계 및 상기 판단 결과에 따라 고속인 경우, 관계식 (2)에 따라 상기 회전자를 회동시키는 고속 회전 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of driving an electric motor, comprising the steps of: determining whether a rotational speed of a rotor with respect to a stator is low or high; And a high-speed rotation step of rotating the rotor according to the relational expression (2) when the speed is high according to the determination result.

관계식 (1) : Zr=Zs±PRelational expression (1): Zr = Zs + P

관계식 (2) : Zr=PRelation (2): Zr = P

(Zr는 회전자의 극 쌍수, Zs는 고정자의 치 수, P는 고정자의 극 쌍수)(Where Zr is the pole pair number of the rotor, Zs is the stator pitch, and P is the pole pair number of the stator)

일 실시 예에 따르면, 상기 고정자의 극 쌍수는 상기 저속 회전 단계 및 상기 고속 회전 단계에서 서로 동일할 수 있다.According to one embodiment, the number of pole pairs of the stator may be equal to each other in the low-speed rotation step and the high-speed rotation step.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기는 저속과 고속에서 각각의 구동 방법이 버니어 모드와 동기 모드로 이원화됨으로써, 저속 및 고속 모두에서 전동기의 효율을 향상시킬 수 있다.The motor according to the embodiment of the present invention can improve the efficiency of the motor at both the low speed and the high speed because the driving method of each of the motors at the low speed and the high speed is diverged into the vernier mode and the synchronous mode.

또한, 저속이 버니어 모드로 구동되고, 고속이 동기 모드로 구동됨으로써, 고정자의 극 쌍수가 일정하게 유지될 수 있으므로, 고정자 극 쌍수 변경에 의해 발생하는 구동의 부자연스러움을 해소할 수 있고, 구조를 간단하게 할 수 있다.Further, since the low speed is driven in the vernier mode and the high speed is driven in the synchronous mode, the number of pole pairs of the stator can be kept constant, so that the unnaturalness of drive caused by the change in the number of stator poles can be eliminated, It can be done simply.

또한, 저속 모드와 고속 모드 간의 변환이 고정자 극 쌍수는 유지하고, 회전자 극 쌍수 변경에 의하여 구현될 수 있으므로, 구동방법이 간단할 수 있다.Also, since the conversion between the low-speed mode and the high-speed mode can be realized by maintaining the number of stator poles and changing the number of pairs of rotor poles, the driving method can be simple.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 저속 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 고속 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 저속 모드와 고속 모드에서의 자속을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구동방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저속 모드와 고속 모드에서의 자속 밀도를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an electric motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a low-speed mode of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a high-speed mode of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining magnetic fluxes in a low speed mode and a high speed mode according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a method of driving an electric motor according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the magnetic flux density in the low speed mode and the high speed mode according to the embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성의 두께 및 구성의 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Also, in the drawings, the thickness of the configuration and the size of the configuration are exaggerated for an effective description of the technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term "connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 저속 모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 고속 모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 저속 모드와 고속 모드에서의 자속을 설명하기 위한 도면이다. 이하 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기가 설명된다.FIG. 1 is a view for explaining an electric motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view for explaining a low speed mode of an electric motor according to an embodiment of the present invention. 4 is a view for explaining a magnetic flux in a low speed mode and a high speed mode according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, an electric motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기(100)는 고정자(110) 및 회전자(130)를 포함하여 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 1, an electric motor 100 according to an embodiment of the present invention may include a stator 110 and a rotor 130.

상기 고정자(110)는 회전자(130)의 일 측 예를 들어, 반경 방향 내측에 마련되어, 상기 회전자(130)에게 회전력을 제공할 수 있다. 이를 위하여, 상기 고정자(110)는 자속 경로 제공 특성이 우수하고 기계적 강도가 높은 물질 예를 들어, 규소 및 강철 중 적어도 하나의 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.The stator 110 may be provided at one side of the rotor 130, for example, radially inward, and may provide rotational force to the rotor 130. For this purpose, the stator 110 may include at least one material having excellent magnetic flux path characteristics and high mechanical strength, for example, silicon and steel.

상기 고정자(110)는 자속을 생성하는 고정자 권선(114)과 고정자 권선(114)이 안착하는 고정자 치(112)를 포함하여 이루어질 수 있다. 고정자 권선(114)과 고정자 권선(114)은 상기 고정자(110)의 원주 방향을 따라 배열될 수 있다. 구체적으로 상기 고정자(110)의 원자 방향을 따라 복수의 고정자 치(112)가 배열되며, 상기 고정자 권선(114)은 복수의 고정자 치(112)에 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 고정자(110)는 기계각 10도로 배열된 36개의 고정자 치(112)를 포함하여 이루어질 수 있다. 고정자 치의 수는 설명의 편의를 위한 예에 불과하며, 이에 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.The stator 110 may include a stator winding 114 that generates a magnetic flux and a stator tooth 112 that the stator winding 114 seats. The stator winding 114 and the stator winding 114 may be arranged along the circumferential direction of the stator 110. Specifically, a plurality of stator teeth 112 are arranged along an atomic direction of the stator 110, and the stator winding 114 may be provided on a plurality of stator teeth 112. For example, the stator 110 may include 36 stator teeth 112 arranged at a machine angle of 10 degrees. The number of stator teeth is only an example for convenience of explanation, and the scope of the invention is not limited thereto.

상기 고정자 권선(114)은 인가 받는 전류에 대응하여 회전 필드를 형성할 수 있다. 다시 말해, 상기 고정자 권선(114)에 의하여 생성된 회전 필드와 후술할 회전자(130)의 영구자석간의 상호 작용에 의하여 회전력이 생성될 수 있다.The stator winding 114 may form a rotating field corresponding to the applied current. In other words, a rotational force can be generated by the interaction between the rotating field generated by the stator winding 114 and the permanent magnet of the rotor 130, which will be described later.

상기 회전자(130)는 상기 고정자(110)의 일 측 예를 들어, 반경 방향 외측에 마련될 수 있다. 상기 회전자(130)는 상기 고정자(110)가 위치할 수 있도록 내부에 중공이 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 회전자(130)가 상기 고정자(110)의 반경 방향 내측에 위치하도록 변형될 수 있음은 물론이다.The rotor 130 may be provided on one side of the stator 110, for example, on the radially outer side. The rotor 130 may have a hollow therein so that the stator 110 may be positioned. Alternatively, the rotor 130 may be deformed to be positioned radially inward of the stator 110.

상기 회전자(130)도 자속 경로 제공 특성이 우수하고 기계적 강도가 우수한 물질 예를 들어, 규소 및 강철 중 적어도 하나의 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.The rotor 130 may also include at least one material having excellent magnetic flux path characteristics and excellent mechanical strength, for example, silicon and steel.

상기 회전자(130)의 일 측에는 자속의 방향이 일정한 고정영구자석(136)과 자속의 방향 제어가 가능한 가변영구자석(134)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 고정영구자석(136)과 상기 가변영구자석(134)은 고정자 치(112)를 마주보는 방향인 상기 회전자(130)의 내측에 마련될 수 있다. 이 때, 상기 고정영구자석(136)과 상기 가변영구자석(134)이 상기 회전자(130)의 내측에 매립되어 제공될 수 있음은 물론이다.On one side of the rotor 130, a fixed permanent magnet 136 having a constant magnetic flux direction and a variable permanent magnet 134 capable of controlling the direction of the magnetic flux may be provided. For example, the fixed permanent magnet 136 and the variable permanent magnet 134 may be provided inside the rotor 130 facing the stator tooth 112. In this case, the fixed permanent magnet 136 and the variable permanent magnet 134 may be embedded in the rotor 130.

일 실시 예에 따르면, 상기 고정영구자석(136)과 상기 가변영구자석(134)의 스팬(span)은 동일하되, 상기 가변영구자석(134)의 두께는 상기 고정영구자석(136)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 이는 가변영구자석(134)의 감자(demagnetization)을 방지하고, 가변영구자석(134)가 고정영구자석(136)와 실질적으로 동일한 동작점에서 동작하도록 하기 위함이다.The fixed permanent magnet 136 and the variable permanent magnet 134 have the same span and the variable permanent magnet 134 has a thickness that is less than the thickness of the fixed permanent magnet 136. In other words, It can be thick. This is to prevent the demagnetization of the variable permanent magnet 134 and to allow the variable permanent magnet 134 to operate at substantially the same operating point as the fixed permanent magnet 136. [

상기 고정영구자석(136)과 상기 가변영구자석(134)은 상기 회전자(130)의 내측 원주 방향을 따라 교번하여 배열될 수 있다. 다시 말해, 제1 고정영구자석, 제1 가변영구자석, 제2 고정영구자석, 제2 가변영구자석,.. 제n-1 고정영구자석, 제n-1 가변영구자석, 제n 고정영구자석, 제n 가변영구자석 순서로 배열될 수 있다. 이 때, 회전자(130)의 원주 방향으로 고정영구자석(136)과 가변영구자석(134)는 서로 접하도록 이웃하여 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 고정영구자석(136) 12개, 상기 가변영구자석(134) 12개가 원주 방향으로 서로 교번하여 배열될 수 있다. The fixed permanent magnet 136 and the variable permanent magnet 134 may be alternately arranged along the inner circumferential direction of the rotor 130. In other words, the first fixed permanent magnet, the first variable permanent magnet, the second fixed permanent magnet, the second variable permanent magnet, the n-1th fixed permanent magnet, the n-1th variable permanent magnet, , And n-th variable permanent magnets. At this time, the fixed permanent magnet 136 and the variable permanent magnet 134 may be adjacent to each other so as to be in contact with each other in the circumferential direction of the rotor 130. For example, as shown in FIG. 1, twelve fixed permanent magnets 136 and twelve variable permanent magnets 134 may be alternately arranged in the circumferential direction.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 고정영구자석(136)은 서로 이웃하는 제1 서브 고정영구자석(136a)과 제2 서브 고정영구자석(136b)를 포함하여 이루어질 수 있다. 다시 말해, 제1 서브 고정영구자석(136a)과 제2 서브 고정영구자석(136b)은 서로 쌍(pair)을 이루어 고정영구자석(136)을 구성할 수 있다. 이 때, 상기 제1 서브 고정영구자석(136a)과 상기 제2 서브 고정영구자석(136b)의 자속 방향은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 서브 고정영구자석(136a)의 자속 방향은 반경 방향 안쪽이고 상기 제2 서브 고정영구자석(136b)의 자속 방향은 반경 방향 바깥쪽일 수 있다.2, the fixed permanent magnet 136 may include a first sub-stationary permanent magnet 136a and a second sub-stationary permanent magnet 136b which are adjacent to each other. In other words, the first sub-stationary permanent magnet 136a and the second sub-stationary permanent magnet 136b can form a fixed permanent magnet 136 in pairs with each other. At this time, the magnetic flux directions of the first sub-stationary permanent magnet 136a and the second stationary permanent magnet 136b may be different from each other. For example, the magnetic flux direction of the first sub-stationary permanent magnet 136a may be radially inward and the magnetic flux direction of the second sub-stationary permanent magnet 136b may be radially outward.

또한 가변영구자석(134)도 서로 이웃하는 상기 제1 서브 가변영구자석(134a)과 상기 제2 서브 가변영구자석(134b)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 제1 서브 및 제2 서브 가변영구자석(134a, 134b)의 자속 방향은 반경 방향 안쪽 또는 바깥쪽으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 서브 가변영구자석(134a)의 자속 방향은 반경 방향 안쪽이고, 상기 제2 서브 가변영구자석(134b)의 자속 방향은 반경 방향 바깥쪽으로 제어될 수 있고 이와 반대로 상기 제1 서브 가변영구자석(134a)의 자속 방향은 반경 방향 바깥쪽이고, 상기 제2 서브 가변영구자석(134b)의 자속 방향은 반경 방향 안쪽으로 제어될 수 있다. 또한, 상기 제1 서브 가변영구자석(134a)과 상기 제2 서브 가변영구자석(134b)의 자속 방향이 모두 반경 방향 안쪽으로 제어될 수도 있고, 반경 방향 바깥쪽으로 제어될 수도 있다. Also, the variable permanent magnet 134 may include the first sub-variable permanent magnet 134a and the second sub-variable permanent magnet 134b which are adjacent to each other. The magnetic flux direction of the first and second sub variable permanent magnets 134a and 134b can be controlled radially inward or outward. For example, the magnetic flux direction of the first sub-variable permanent magnet 134a may be radially inward and the magnetic flux direction of the second sub-variable permanent magnet 134b may be controlled to be radially outward, The magnetic flux direction of the sub variable permanent magnet 134a is radially outward and the magnetic flux direction of the second sub variable permanent magnet 134b can be controlled radially inward. In addition, the magnetic flux directions of the first sub-variable permanent magnet 134a and the second sub-variable permanent magnet 134b may both be controlled radially inwardly or radially outwardly.

이를 위하여, 상기 제1 서브 및 제2 서브 가변영구자석(134a, 134b)은 자속 방향의 제어가 가능한 LCF 자석(Low Coercive Magnet) 또는 전자석으로 이루어질 수 있다.For this purpose, the first and second sub variable permanent magnets 134a and 134b may be made of a low coercive magnet or an electromagnet, which can control the direction of the magnetic flux.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기는 저속 모드와 고속 모드에서 서로 다른 전동기 구동 방식으로 운전될 수 있는 바, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 저속 모드와 고속 모드를 상술하기로 한다.The motor according to an embodiment of the present invention can be operated in different motor drive modes in the low speed mode and the high speed mode. Referring to FIGS. 2 and 3, the low speed mode and the high speed mode according to the embodiment of the present invention Will be described in detail.

저속 모드Low-speed mode

본 발명의 일 실시 에에 따른 전동기는 저속 모드에서 버니어 모드로 동작할 수 있다. 버니어 모드라 함은, 영구자석의 기자력(Magneto-motive Force　: MMF) 외에 공극 퍼미넌스(air gap permeance) 까지도 활용하는 모드를 말할 수 있다. 버니어 모드에서는 회전자의 회전 속도(θn) 보다 고정자의 자속 회전 속도(θ)가 더 빠르기 때문에 공극 퍼미넌스도 활용될 수 있다. 버니어 모드의 경우, 동기 모드에서는 적극적으로 활용되지 못하는 공극 퍼미넌스까지도 활용함으로써 특히 저속에서 고 토크 및 고 효율을 제공할 수 있다.An electric motor according to an embodiment of the present invention can operate in a low speed mode and a vernier mode. The vernier mode refers to a mode that utilizes not only the magnetome-motive force (MMF) of the permanent magnet but also the air gap permeance. In the vernier mode, since the magnetic flux rotation speed? Of the stator is faster than the rotation speed? N of the rotor, the porosity permeability can be utilized. In vernier mode, it can provide high torque and high efficiency especially at low speed by utilizing even vacancy permeability which is not actively utilized in synchronous mode.

버니어 모드에서 공극 퍼미넌스까지도 기전력으로 활용하기 위하여, 상기 고정자(110)와 상기 회전자(130)는 아래의 관계식(1)에 따라 정의될 수 있다.The stator 110 and the rotor 130 may be defined in accordance with the following relational expression (1) in order to utilize air permeability even in the vernier mode as an electromotive force.

관계식 (1)Relational expression (1)

Zr=Zs±PZr = Zs + P

(Zr는 회전자의 극 쌍수, Zs는 고정자의 치 수, P는 고정자의 극 쌍수)(Where Zr is the pole pair number of the rotor, Zs is the stator pitch, and P is the pole pair number of the stator)

이를 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(미도시)는 상기 회전자에 마련된 개개 서브 가변영구자석의 자속 방향을 제어할 수 있다. 구체적으로 상기 제어부는 개개 서브 가변영구자석의 자속 방향이 반경 방향을 기준으로 서로 반대 방향이 되도록 제어하되, 이웃하는 서브 고정영구자석과도 자속 방향이 반경 방향을 기준으로 서로 반대 방향이 되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 개개 서브 가변영구자석의 자속 방향을 제어함으로써, 회전자 극 쌍수를 24개로 하여, 관계식 (1)에 부합하도록 할 수 있다(고정자 극 쌍수 12개, 고정자 치 수 36개). 이 경우 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 자속 라인(flux line)이 형성될 수 있다.To this end, as shown in FIG. 2, a control unit (not shown) may control the magnetic flux directions of the individual sub variable permanent magnets provided in the rotor. Specifically, the controller controls the magnetic flux directions of the individual sub-variable permanent magnets to be opposite to each other with respect to the radial direction, and controls the magnetic flux directions of the adjacent sub-fixed permanent magnets to be opposite to each other with respect to the radial direction . For example, the control unit may control the magnetic flux direction of each sub-variable permanent magnet so that the number of rotor electrode poles is 24, so as to satisfy the relational expression (1) (12 stator poles, 36 stator teeth ). In this case, as shown in Fig. 4 (a), a flux line may be formed.

고속 모드High-speed mode

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기는 고속 모드에서 동기 모드로 동작할 수 있다. Referring to FIG. 3, an electric motor according to an embodiment of the present invention may operate in a synchronous mode in a high speed mode.

동기 모드에서는 영구자석의 기자력을 활용하여 회전력이 제공되기 때문에 회전자의 극 쌍수와 고정자의 극 쌍수는 동일해야 한다. 즉 동기 모드로 구동하기 위해서는 상기 고정자(110)와 상기 회전자(130)는 아래의 관계식 (2)에 따라 정의될 수 있다.In the synchronous mode, since the rotational force is provided by utilizing the magnetomotive force of the permanent magnet, the number of poles of the rotor and the number of poles of the stator should be the same. That is, in order to drive in the synchronous mode, the stator 110 and the rotor 130 may be defined according to the following relational expression (2).

관계식 (2)Relational expression (2)

Zr=PZr = P

(Zr는 회전자의 극 쌍수, Zs는 고정자의 치 수, P는 고정자의 극 쌍수)(Where Zr is the pole pair number of the rotor, Zs is the stator pitch, and P is the pole pair number of the stator)

이를 위하여, 상기 제어부는 도 3에 도시된 바와 ?이, 서로 이웃하는 서브 고정영구자석과 서브 가변영구자석의 자속 방향이 동일하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 회전자 극 쌍수를 12개로 하여 관계식 (2)에 부합하도록 할 수 있다(고정자 극 쌍수 12개). 이 경우 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 자속 라인이 형성될 수 있다.For this, the control unit can control the directions of the magnetic fluxes of the sub fixed permanent magnets adjacent to each other and the sub variable permanent magnets to be the same as shown in FIG. For example, the control unit can be made to satisfy the relational expression (2) by setting the number of rotor electrode poles to 12 (12 stator poles). In this case, as shown in Fig. 4 (b), a magnetic flux line can be formed.

일 실시 예에 따르면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기가 저속인 버니어 모드로 구동하는 경우 및 고속인 동기 모드로 구동하는 경우에 있어서, 고정자의 극 쌍수는 동일하게 유지될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 고정자의 극 쌍수는 12개로 동일할 수 있다. 고정자 극 쌍수 유지에 따른 효과는 후술하기로 한다.According to an embodiment, in the case where the motor according to the embodiment of the present invention is driven in the low speed vernier mode and in the case of driving in the high speed synchronous mode, the number of poles of the stator can be kept the same. That is, as described with reference to FIGS. 2 and 3, the number of poles of the stator may be equal to twelve. The effect of maintaining the number of stator pole pairs will be described later.

이상 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 에에 따른 전동기를 설명하였다. 이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구동방법을 설명하기로 한다.The motor according to one embodiment of the present invention has been described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. Hereinafter, a method of driving an electric motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구동방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하여 설명할 전동기의 구동방법이 앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 일 실시 예에 따른 전동기에 의하여 구현됨은 물론이다.5 is a view for explaining a method of driving an electric motor according to an embodiment of the present invention. It is needless to say that the method of driving the electric motor to be described with reference to FIG. 5 is realized by the electric motor according to the embodiment described with reference to FIG. 1 to FIG.

도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구동방법은 고정자에 대한 회전자의 회전 속도가 저속인지 또는 고속인지 판단하는 판단 단계(S110), 상기 판단 결과에 따라 저속인 경우, 관계식 (1)에 따라 상기 회전자를 회동시키는 저속 회전 단계(S120) 및 상기 판단 결과에 따라 고속인 경우, 관계식 (2)에 따라 상기 회전자를 회동시키는 고속 회전 단계(S130)을 포함하여 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 5, a method of driving a motor according to an exemplary embodiment of the present invention includes a determining step S110 of determining whether a rotational speed of a rotor with respect to a stator is a low speed or a high speed, (S120) for rotating the rotor according to the equation (1), and a high-speed rotation step (S130) for rotating the rotor according to the relational expression (2) when the speed is high according to the determination result have.

관계식 (1) : Zr=Zs±PRelational expression (1): Zr = Zs + P

관계식 (2) : Zr=PRelation (2): Zr = P

(Zr는 회전자의 극 쌍수, Zs는 고정자의 치 수, P는 고정자의 극 쌍수)(Where Zr is the pole pair number of the rotor, Zs is the stator pitch, and P is the pole pair number of the stator)

단계 S110에서, 상기 제어부는, 고정자(110)에 대한 회전자(130)의 회전 속도가 저속인지 또는 고속인지 확인할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 버니어 모드에서의 효율이 동기 모드에서의 효율보다 높은 rpm까지를 저속으로 판단하고, 그 보다 높은 rpm을 고속으로 판단할 수 있다.In step S110, the controller can confirm whether the rotational speed of the rotor 130 with respect to the stator 110 is low or high. For example, the control unit may determine that the efficiency in the vernier mode is lower than the efficiency in the synchronous mode to rpm, and determine the higher rpm at a higher speed.

단계 S120에서, 상기 제어부는 회전 속도가 저속이라고 판단한 경우, 버니어 모드로 회전자가 회전할 수 있도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어부는 상술한 관계식 (1)인 Zr=Zs±P에 부합하도록 가변영구자석의 자속 방향을 제어할 수 있다. 구체적으로 회전자의 극 쌍수만을 가변영구자석의 자속 방향 제어를 통하여 변경함으로써, 관계식 (1)에 부합하도록 할 수 있다. 이에 따라 상기 회전자(130)는 상기 고정자(110)에 대해 버니어 모드로 회동할 수 있다.In step S120, when the controller determines that the rotation speed is low, the controller can control the rotation of the rotor in the vernier mode. That is, the control section can control the magnetic flux direction of the variable permanent magnet so as to conform to Zr = Zs + P, which is the relational expression (1). Specifically, only the pole pair number of the rotor can be changed through the control of the magnetic flux direction of the variable permanent magnet, so that it can be made to conform to the relational expression (1). Accordingly, the rotor 130 can be rotated in the vernier mode with respect to the stator 110.

단계 S130에서, 상기 제어부는 회전 속도가 고속이라고 판단한 경우, 동기 모드로 회전자가 회전할 수 있도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어부는 상술한 관계식 (2)인 Zr=P에 부합하도록 가변영구자석의 자속 방향을 제어할 수 있다. 구체적으로 회전자의 극 쌍수만을 가변영구자석의 자속 방향 제어를 통하여 변경함으로써, 관계식 (2)에 부합하도록 할 수 있다. 이에 따라 상기 회전자(130)는 상기 고정자(110)에 대해 동기 모드로 회동할 수 있다.In step S130, if the controller determines that the rotation speed is high, the controller can control the rotation of the rotor in the synchronous mode. That is, the control unit can control the magnetic flux direction of the variable permanent magnet so that Zr = P, which is the relational expression (2). Specifically, only the pole pair number of the rotor can be changed through the control of the magnetic flux direction of the variable permanent magnet, so that it can be made to conform to the relational expression (2). Accordingly, the rotor 130 can be rotated in the synchronous mode with respect to the stator 110.

이상 본 발명의 일 실시 에에 따른 전동기의 구동방법을 설명하였다. 이하에서는 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구현성을 설명하기로 한다.The driving method of the electric motor according to one embodiment of the present invention has been described above. Hereinafter, the implementation of the motor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 저속 모드와 고속 모드에서의 자속 밀도를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the magnetic flux density in the low speed mode and the high speed mode according to the embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 50rpm 회전 속도에서 저속 모드와 고속 모드 각각의 자속 밀도 시뮬레이션 결과를 확인할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 저속 모드와 고속 모드 모두에서 비 포화(under saturation)인 것으로 나타나므로, 저속 및 고속 모드 모두에서 정상적으로 동작함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, the results of the magnetic flux density simulation of the low-speed mode and the high-speed mode can be confirmed at a rotation speed of 50 rpm. As shown in FIG. 6, since it is shown to be under saturation in both the low speed mode and the high speed mode, it can be confirmed that it operates normally in both the low speed mode and the high speed mode.

상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기 및 전동기의 구동방법에 따르면, 저속에서는 버니어 모드로 동작하고 고속에서는 동기 모드로 동작할 수 있다. 구체적으로 아래 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기는 50rpm과 같이 저속에서는 버니어 모드로 구동하고, 1250rpm과 같이 고속에는 동기 모드로 구동할 수 있다.According to the driving method of the electric motor and the motor according to the embodiment of the present invention, it is possible to operate in the vernier mode at low speed and in the synchronous mode at high speed. Specifically, referring to Table 1 below, an electric motor according to an embodiment of the present invention may be driven in a vernier mode at a low speed such as 50 rpm and a synchronous mode at a high speed such as 1250 rpm.

파라미터

parameter

효율(%)
efficiency(%)
버니어 모드Vernier mode 동기 모드Synchronous mode 스피드(rpm)
Speed (rpm)
5050 7474 6868 12501250 8686 89.189.1

이로써, 저속에서는 버니어 모드의 고 토크 및 고 효율 특성을 활용할 수 있고, 고속에서는 동기 모드로 동작함으로써 버니어 모드에서 발생하는 코어 로스를 줄임으로써, 효율성을 향상시킬 수 있다.Thus, high torque and high efficiency characteristics of the vernier mode can be utilized at low speed, and efficiency can be improved by reducing the core loss occurring in the vernier mode by operating in the synchronous mode at high speed.

특히, 일 실시 예에 따르면, 저속의 버니어 모드와 고속의 동기 모드로, 속도에 따라 전동기 방식이 이원화되어 있기 때문에, 저속 모드와 고속 모드 간의 변경은, 고정자 극 쌍수의 변화가 없더라도, 회전자 극 쌍수의 변화를 통하여 구현될 수 있다. Particularly, according to the embodiment, since the motor system is binary according to the speed in the low-speed vernier mode and the high-speed synchronous mode, the change between the low-speed mode and the high- Can be implemented through a change in the number of pairs.

이와 달리, 저속과 고속에서의 전동기 방식이 이원화되지 못하고, 동기 모드로만 구동되는 경우, 회전자 극 쌍수 변경을 통하여 저속 동기 모드가 구현된다 하더라도, 동기 모드의 경우 회전자 극 쌍수와 고정자 극 쌍수가 동일하여야 하므로, 회전자 극 쌍수 변경에 따른 고정자 극 쌍수 변경이 불가피하게 된다. 즉 저속 모드에서 고속 모드로 변경되는 경우, 저속 모드에서 상호 작용하는 개개의 회전자 극과 개개의 고정자 극간의 관계가 고속 모드에서는 달라지기 때문에 모드 경계에서 구동이 부드럽지 못한 문제가 발생하게 된다. 또한 고정자 극 쌍수 변경을 위해서는 고정자 권선에 연결되는 권선 연결도 변경 되어야 하기 때문에 추가적인 권선 커넥션이 연결된다는 점에서 문제가 발생하게 된다.On the contrary, in the case where the motor system at low speed and high speed is not dualized and only driven in the synchronous mode, even if the low speed synchronous mode is implemented by changing the number of the rotor poles, the number of rotor poles and the number of stator poles It is inevitable to change the number of stator poles according to the number of pairs of rotor poles. That is, when the mode is changed from the low-speed mode to the high-speed mode, the relationship between the individual rotor poles interacting with each stator pole in the low-speed mode changes in the high-speed mode. In addition, in order to change the number of stator poles, the winding connection to the stator winding must also be changed, which causes a problem in that an additional winding connection is connected.

그러나 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 저속 모드에서 고속 모드로 변경됨에 있어서, 상호 작용하는 회전자 극과 고정자 극의 관계가 연속적으로 활용될 수 있고, 고정자 권선의 극 쌍수는 일정하게 유지되기 때문에 단일의 권선 커넥션으로도 구현이 가능하다는 점에서 이점이 있다.However, according to an embodiment of the present invention, when changing from the low-speed mode to the high-speed mode, the relationship between the interacting rotor poles and the stator poles can be continuously utilized and the number of pole pairs of the stator windings is kept constant This is advantageous in that it can be implemented with a single winding connection.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기 및 전동기의 구동방법은 저속 및 고속에서 효율성을 향상시키되, 저속 및 고속 간의 모드 변경이 간이하다는 효과를 제공할 수 있다.Therefore, the driving method of the motor and the motor according to the embodiment of the present invention can improve the efficiency at low speed and high speed, and can provide a simple mode change between low speed and high speed.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

100: 전동기
110: 고정자
112: 고정자 치
114: 고정자 권선
130: 회전자
134: 가변영구자석
136: 고정영구자석100: electric motor
110: stator
112: stator tooth
114: stator winding
130: rotor
134: variable permanent magnet
136: Fixed permanent magnet

Claims (10)

원주 방향으로 배열된 고정자 치 및 상기 고정자 치에 마련된 권선을 포함하는 고정자; 및
자속의 방향이 일정한 고정영구자석과 자속의 방향이 저속 모드 또는 고속 모드에 따라 가변하는 가변영구자석을 포함하는 회전자;를 포함하되,
상기 고속 모드 보다 상기 저속 모드에서 상기 회전자의 회전 속도 보다 상기 고정자의 자속 회전 속도가 빠른 전동기.A stator including stator teeth arranged in the circumferential direction and windings provided in the stator teeth; And
And a rotor including a fixed permanent magnet whose direction of magnetic flux is constant and a variable permanent magnet whose direction of magnetic flux varies in accordance with a low speed mode or a high speed mode,
Wherein the magnetic flux rotation speed of the stator is higher than the rotation speed of the rotor in the low speed mode than the high speed mode. 제1 항에 있어서,
상기 저속 모드와 상기 고속 모드에서 상기 고정자의 고정자 극 쌍수(pole pair)는 동일한 전동기.The method according to claim 1,
Wherein the stator pole pairs of the stator in the low speed mode and the high speed mode are the same. 제2 항에 있어서,
상기 저속 모드의 경우, 상기 회전자와 상기 고정자는 관계식 (1)에 의하여 부합하고,
상기 고속 모드의 경우, 상기 회전자와 상기 고정자는 관계식 (2)에 의하여 부합하는 전동기.
관계식 (1) : Zr=Zs±P
관계식 (2) : Zr=P
(Zr는 회전자의 극 쌍수, Zs는 고정자의 치 수, P는 고정자의 극 쌍수)3. The method of claim 2,
In the case of the low speed mode, the rotor and the stator meet the formula (1)
In the high-speed mode, the rotor and the stator satisfy the relation (2).
Relational expression (1): Zr = Zs + P
Relation (2): Zr = P
(Where Zr is the pole pair number of the rotor, Zs is the stator pitch, and P is the pole pair number of the stator) 제3 항에 있어서,
상기 저속 모드와 상기 고속 모드에서의 회전자 극 쌍수가 서로 다르도록 상기 가변영구자석의 자속 방향이 제어되는 전동기.The method of claim 3,
Wherein the direction of the magnetic flux of the variable permanent magnet is controlled such that the number of pairs of rotor poles in the low speed mode and the high speed mode are different from each other. 제1 항에 있어서,
상기 고속 모드에서 상기 회전자의 회전 속도와 상기 고정자의 자속 회전 속도는 동일한 전동기The method according to claim 1,
In the high speed mode, the rotation speed of the rotor and the magnetic flux rotation speed of the stator are the same, 제1 항에 있어서,
상기 저속 모드는 버니어 모드(vernier mode)이고, 상기 고속 모드는 동기 모드인 전동기.The method according to claim 1,
Wherein the low speed mode is a vernier mode and the high speed mode is a synchronous mode. 원주 방향으로 배열된 고정자 치 및 상기 고정자 치에 마련된 권선을 포함하는 고정자; 및
자속의 방향이 일정한 고정영구자석과 자속의 방향이 저속 모드 또는 고속 모드에 따라 가변하는 가변영구자석을 포함하는 회전자;를 포함하되,
상기 저속 모드와 상기 고속 모드에서 상기 고정자의 고정자 극 쌍수는 동일하고, 상기 저속 모드와 상기 고속 모드의 회전자 극 쌍수는 서로 다른 전동기.A stator including stator teeth arranged in the circumferential direction and windings provided in the stator teeth; And
And a rotor including a fixed permanent magnet whose direction of magnetic flux is constant and a variable permanent magnet whose direction of magnetic flux varies in accordance with a low speed mode or a high speed mode,
Wherein the number of stator poles of the stator is the same in the low speed mode and the high speed mode, and the numbers of rotor pole pairs in the low speed mode and the high speed mode are different. 제7 항에 있어서,
상기 저속 모드의 회전자 극 쌍수가 상기 고속 모드의 회전자 극 쌍수 보다 많은 전동기.8. The method of claim 7,
Wherein the number of rotor pole pairs in the low speed mode is greater than the number of rotor pole pairs in the high speed mode. 고정자에 대한 회전자의 회전 속도가 저속인지 또는 고속인지 판단하는 판단 단계;
상기 판단 결과에 따라 저속인 경우, 관계식 (1)에 따라 상기 회전자를 회동시키는 저속 회전 단계; 및
상기 판단 결과에 따라 고속인 경우, 관계식 (2)에 따라 상기 회전자를 회동시키는 고속 회전 단계;를 포함하는 전동기 구동방법.
관계식 (1) : Zr=Zs±P
관계식 (2) : Zr=P
(Zr는 회전자의 극 쌍수, Zs는 고정자의 치 수, P는 고정자의 극 쌍수)A determination step of determining whether the rotational speed of the rotor with respect to the stator is low or high speed;
A low-speed rotation step of rotating the rotor according to the relational expression (1) when the speed is low according to the determination result; And
And a high-speed rotation step of rotating the rotor according to the relational expression (2) when the speed is high according to the determination result.
Relational expression (1): Zr = Zs + P
Relation (2): Zr = P
(Where Zr is the pole pair number of the rotor, Zs is the stator pitch, and P is the pole pair number of the stator) 제9 항에 있어서,
상기 고정자의 극 쌍수는 상기 저속 회전 단계 및 상기 고속 회전 단계에서 서로 동일한 전동기 구동방법.10. The method of claim 9,
Wherein the number of pole pairs of the stator is the same in the low-speed rotation step and the high-speed rotation step.
KR1020170067685A 2017-05-31 2017-05-31 Motor and the Operating Method thereof KR101970398B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170067685A KR101970398B1 (en) 2017-05-31 2017-05-31 Motor and the Operating Method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170067685A KR101970398B1 (en) 2017-05-31 2017-05-31 Motor and the Operating Method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180131099A true KR20180131099A (en) 2018-12-10
KR101970398B1 KR101970398B1 (en) 2019-04-18

Family

ID=64670409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170067685A KR101970398B1 (en) 2017-05-31 2017-05-31 Motor and the Operating Method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101970398B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113472170A (en) * 2021-08-05 2021-10-01 威海西立电子有限公司 Variable magnetic flux permanent magnet synchronous motor, control method and control system
KR20230013910A (en) 2021-07-20 2023-01-27 한양대학교 에리카산학협력단 Device for Converting Energy

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011172323A (en) * 2010-02-16 2011-09-01 Toshiba Corp Permanent magnet type rotary electric machine
JP2013042574A (en) * 2011-08-11 2013-02-28 Toshiba Corp Permanent magnet type rotating electrical machine
KR101398702B1 (en) * 2013-03-22 2014-05-27 뉴모텍(주) Motor with variable magnet flux
JP2015096001A (en) * 2013-11-13 2015-05-18 株式会社ジェイテクト Rotary electric machine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011172323A (en) * 2010-02-16 2011-09-01 Toshiba Corp Permanent magnet type rotary electric machine
JP2013042574A (en) * 2011-08-11 2013-02-28 Toshiba Corp Permanent magnet type rotating electrical machine
KR101398702B1 (en) * 2013-03-22 2014-05-27 뉴모텍(주) Motor with variable magnet flux
JP2015096001A (en) * 2013-11-13 2015-05-18 株式会社ジェイテクト Rotary electric machine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
김병택.영구자석 버니어모터의 특성분석 및 설계를 위한 사례연구.대한전기학회 학술대회 논문집,pp644-645.(2016.07.15.)* *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230013910A (en) 2021-07-20 2023-01-27 한양대학교 에리카산학협력단 Device for Converting Energy
CN113472170A (en) * 2021-08-05 2021-10-01 威海西立电子有限公司 Variable magnetic flux permanent magnet synchronous motor, control method and control system

Also Published As

Publication number Publication date
KR101970398B1 (en) 2019-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102792569B (en) electric motor
RU2664505C1 (en) Rotary electric machine
US20090134731A1 (en) Magnet type synchronous machine
CN110994839B (en) Electric motor rotor and alternating-pole electric motor
US10361614B2 (en) AC excitation synchronous rotating electric machine
JP4576873B2 (en) Permanent magnet motor, driving method and manufacturing method thereof, compressor, blower and air conditioner
KR20170091527A (en) Single phase motor and rotor of the same
US10673311B2 (en) Electric motor with low torque ripple
JPWO2021131071A1 (en) Hybrid field double gap synchronizer and drive system
JP2008289209A (en) Brushless dc motor
CN100367639C (en) Permanent-magnet type rotary electric machine
KR101970398B1 (en) Motor and the Operating Method thereof
JP2006087283A (en) Permanent magnet type rotation motor
JP7047337B2 (en) Permanent magnet type rotary electric machine
JP2004135375A (en) Rotor structure of coaxial motor
JP6083307B2 (en) Rotating machine
JP2000166135A (en) Brushless motor
JP2002272067A (en) Squirrel-cage rotor and motor using the squirrel-cage rotor
EP2806546A1 (en) Partitioned stator permanent magnet machine
EP4068573A1 (en) A cogging electric machine and a method of operating the cogging electric machine
JP6473567B2 (en) Rotating electric machine
JP2005057942A (en) Rotary electric machine
JP5324025B2 (en) Rotating electric machine
JP2016019389A (en) Rotary electric machine
KR102497574B1 (en) Permanent Magnet Synchronous Machine

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20170531

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20180809

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20190214

PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20190412

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20190412

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220329

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230320

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240402

Start annual number: 6

End annual number: 6