KR20200099774A - Motor - Google Patents

Motor Download PDF

Info

Publication number
KR20200099774A
KR20200099774A KR1020190017809A KR20190017809A KR20200099774A KR 20200099774 A KR20200099774 A KR 20200099774A KR 1020190017809 A KR1020190017809 A KR 1020190017809A KR 20190017809 A KR20190017809 A KR 20190017809A KR 20200099774 A KR20200099774 A KR 20200099774A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stator
winding
mode
sub
rotor
Prior art date
Application number
KR1020190017809A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102224902B1 (en
Inventor
권병일
아유브
굴람
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 KR1020190017809A priority Critical patent/KR102224902B1/en
Publication of KR20200099774A publication Critical patent/KR20200099774A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102224902B1 publication Critical patent/KR102224902B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements 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
    • H02P25/022Synchronous motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/02Synchronous motors
    • H02K19/10Synchronous motors for multi-phase current
    • H02K19/12Synchronous motors for multi-phase current characterised by the arrangement of exciting windings, e.g. for self-excitation, compounding or pole-changing

Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a motor which is easy for maintenance. The motor comprises: a stator including a stator sub-windings and a stator winding switch which controls an electric path, in which the stator sub-windings are formed, by one electric path of a first electric path in which the stator sub-windings are formed in series, and a second electric path in which the stator sub-windings are partially formed in parallel; and a rotor rotating in a first mode or a second mode with regard to the stator. The first mode is driven when the stator sub-windings become the first electric path by the stator winding switch, and the second mode is driven when the stator sub-windings become the second electric path by the stator winding switch.

Description

전동기{Motor}Electric motor {Motor}

본 발명은 전동기에 관련된 것으로 보다 구체적으로는 두 개의 모드로 동작할 수 있는 전동기에 관련된 것이다. The present invention relates to an electric motor and, more specifically, to an electric motor capable of operating in two modes.

전동기(electric motor)는, 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용해 전기에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치이다. 그 중에서도 동기전동기(Synchronous Motor, SM)는, 고정자의 회전필드(field)에 동기하여 회전자가 일정한 속도로 회전할 수 있는 전동기를 말한다. 동기전동기의 회전자는 가변하는 전압 환경 속에서도 일정한 회전 속도를 유지할 수 있는 장점이 있다. An electric motor is a device that converts electrical energy into mechanical energy by using the force received by a conductor through which an electric current flows in a magnetic field. Among them, a synchronous motor (SM) refers to a motor in which a rotor can rotate at a constant speed in synchronization with a rotation field of a stator. The rotor of a synchronous motor has the advantage of being able to maintain a constant rotational 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.Such synchronous motors include a permanent magnet synchronous motor (PMSM) and a wound rotor synchronous motor (WRSM).

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. 특히 영구자석 동기전동기는 모터의 설계 사양에 허락하는 범위 내에서 메인 주파수에 동기하여 고정된 속도를 제공할 수 있는 점에서 유용할 수 있다. 다만 영구자석 동기전동기에 사용되는 희토류 자석의 단가가 비싸기 때문에 적용상 한계를 가지고 있다.A permanent magnet synchronous motor may use a permanent magnet to generate a rotor magnetic field (flux). Permanent magnet synchronous motors can provide a fixed speed in synchronization with the frequency of the power source despite fluctuations in load or voltage, and are widely used in various industrial and household applications due to their high efficiency and excellent performance of high torque density. have. In particular, a permanent magnet synchronous motor can be useful in that it can provide a fixed speed in synchronization with the main frequency within the range allowed by the design specifications of the motor. However, there are limitations in application because the unit cost of rare earth magnets used in permanent magnet synchronous motors is expensive.

이에 비해 계자권선형 동기전동기는, 영구자석 전동기와 달리 영구자석을 사용하지 않으므로 비용 면에서 저렴한 장점을 가지고 있다. 계자권선형 동기전동기는, 회전자에 영구자석 대신에 필드권선(field winding)을 사용하며, 이 때 필드권선은, 회전자 자장을 생성하기 위하여 DC 전류를 인가 받는다. On the other hand, the field-winding type synchronous motor has an advantage in terms of cost because it does not use a permanent magnet unlike a permanent magnet motor. A field winding type synchronous motor uses a field winding instead of a permanent magnet in the rotor, and the field winding receives DC current to generate the rotor magnetic field.

일반적으로 회전자의 필드권선이 전류를 인가 받음에 있어서, 브러쉬(brush) 또는 슬립링(slip-ring)의 사용을 필요로 하기 때문에, 계자권선형 동기전동기는, 브러쉬 및 슬립링에 의한 전기적 및 기계적 손실이 발생하고, 자기장 손실 및 유지보수 관리에 어려움을 발생시키게 된다.In general, when the field winding of the rotor receives electric current, it is necessary to use a brush or a slip-ring. Therefore, the field winding type synchronous motor is electrically operated by a brush and a slip ring. Mechanical loss occurs, magnetic field loss, and difficulty in maintenance management.

나아가, 계자권선형 동기전동기는 도 1에 도시된 바와 같이 물리적인 회전 접촉이 발생하는 브러쉬 또는 슬립링에서 파손이 발생하며, 파손이 발생하는 경우, 파손난 부위가 수리될 때까지 전동기를 멈춰야 하기 때문에 손실이 큰 문제가 있었다.Furthermore, as shown in Fig. 1, the field winding type synchronous motor is damaged in the brush or slip ring where physical rotational contact occurs, and if the damage occurs, the motor must be stopped until the damaged part is repaired. There was a big problem because of the loss.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 두 개의 모드로 동작하는 전동기를 제공하는 데 있다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide an electric motor that operates in two modes.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전동기의 일 부분의 고장 (slip ring, brush, DC source 등) 중에도 구동이 가능한 전동기를 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a motor that can be driven even during failure of a part of the motor (slip ring, brush, DC source, etc.).

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 유지 보수가 용이한 전동기를 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an electric motor that is easy to maintain.

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 고정자 서브 권선들 및 상기 고정자 서브 권선들이 형성하는 전기 경로를, 상기 고정자 서브 권선들이 직렬로 이루어진 제1 전기 경로와 상기 고정자 서브 권선들이 일부 병렬로 이루어진 제2 전기 경로 중 하나의 전기 경로로 제어하는 고정자 권선 스위치를 포함하는 고정자; 및 상기 고정자에 대하여 제1 모드 또는 제2 모드로 회동하는 회전자를 포함하되, 상기 제1 모드는 상기 고정자 권선 스위치에 의하여 상기 고정자 서브 권선들이 상기 제1 전기 경로가 되었을 때 구동되고, 상기 제2 모드는 상기 고정자 권선 스위치에 의하여 상기 고정자 서브 권선들이 상기 제2 전기 경로가 되었을 때 구동될 수 있다.An electric motor according to an embodiment of the present invention includes a stator sub-winding and an electric path formed by the stator sub-windings, a first electric path in which the stator sub-windings are in series, and a second electric path in which the stator sub-windings are partially parallel. A stator including a stator winding switch controlled by one of the electric paths; And a rotor rotating in a first mode or a second mode with respect to the stator, wherein the first mode is driven when the stator sub-windings become the first electric path by the stator winding switch, and the first mode The 2 mode may be driven when the stator sub-windings become the second electric path by the stator winding switch.

일 실시 예에 따르면, 상기 회전자는 회전자 필드를 생성하는 필드 권선을 더 포함하고, 상기 필드 권선은 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 중 어느 모드에 해당하는지에 따라 다른 에너지원을 통하여 회전자 필드를 생성할 수 있다.According to an embodiment, the rotor further includes a field winding for generating a rotor field, and the field winding is a rotor through a different energy source according to which mode of the first mode and the second mode is applied. Fields can be created.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 모드의 경우, 상기 회전자에 회전자 필드를 생성하는 동력원과 접촉하고 상기 제2 모드의 경우, 상기 회전자에 회전자 필드를 생성하는 동력원과 비-접촉할 수 있다.According to an embodiment, in the case of the first mode, a power source that generates a rotor field in the rotor is contacted, and in the second mode, a power source that generates a rotor field in the rotor is non-contact. I can.

일 실시 예에 따르면, 상기 회전자는, 회전자 필드를 생성하는 필드 권선을 더 포함하고, 상기 제1 모드의 경우, 상기 필드 권선은 외부 DC 전류가 인가받아 회전자 필드를 생성하고, 상기 제2 모드의 경우, 상기 필드 권선은 상기 고정자 서브 권선들에 흐르는 일부 전류에 의하여 생성된 서브 하모닉에 기반하여 회전자 필드를 생성할 수 있다.According to an embodiment, the rotor further includes a field winding for generating a rotor field, and in the first mode, the field winding receives an external DC current to generate a rotor field, and the second In the case of the mode, the field winding may generate a rotor field based on a sub harmonic generated by some current flowing through the stator sub windings.

일 실시 예에 따르면, 상기 회전자는 상기 필드 권선과 접촉식으로 연결되는 접촉식 공급부 및 상기 필드 권선과 접촉식 공급부 사이에 마련되어, 상기 필드 권선과 상기 접촉식 공급부 사이의 전기적 연결을 제어하는 외부 전류 스위치를 더 포함하되, 상기 제1 모드의 경우, 상기 외부 전류 스위치는 ON 상태로 제어되며, 상기 제2 모드의 경우, 상기 외부 전류 스위치는 OFF 상태로 제어될 수 있다.According to an embodiment, the rotor is provided between a contact type supply unit connected to the field winding in a contact type and between the field winding and the contact type supply unit, and an external current controlling an electrical connection between the field winding and the contact type supply unit A switch may be further included, wherein in the first mode, the external current switch is controlled in an ON state, and in the second mode, the external current switch may be controlled in an OFF state.

일 실시 예에 따르면, 상기 회전자는 상기 서브 하모닉에 의하여 하모닉 전류를 생성하는 하모닉 필드, 상기 하모닉 전류를 정류하여 상기 필드 권선으로 제공하는 정류기 및 상기 정류기와 상기 필드 권선 사이에 마련되어, 상기 필드 권선과 상기 정류기 사이의 전기적 연결을 제어하는 하모닉 전류 스위치를 더 포함하되, 상기 제1 모드의 경우, 상기 하모닉 전류 스위치는 OFF 상태로 제어되며, 상기 제2 모드의 경우, 상기 하모닉 전류 스위치는 ON 상태로 제어될 수 있다.According to an embodiment, the rotor is provided between the rectifier and the field winding, a harmonic field generating a harmonic current by the sub-harmonic, a rectifier that rectifies the harmonic current and provides it to the field winding, and Further comprising a harmonic current switch for controlling the electrical connection between the rectifier, in the case of the first mode, the harmonic current switch is controlled in an OFF state, in the case of the second mode, the harmonic current switch is in an ON state. Can be controlled.

일 실시 예에 따르면, 상기 고정자 서브 권선들은 적어도 4개로 이루어지며, 상기 제2 전기 경로에서 상기 고정자 서브 권선들 중 적어도 두 개의 고정자 서브 권선들은 병렬을 이루며, 상기 병렬을 이루는 고정자 서브 권선들을 흐르는 전류는 상기 제2 모드에서, 상기 회전자에게 제공되는 서브 하모닉을 생성할 수 있다.According to an embodiment, the stator sub-windings are composed of at least four, and at least two of the stator sub-windings are in parallel in the second electric path, and a current flowing through the stator sub-windings forming the parallel May generate a sub-harmonic provided to the rotor in the second mode.

일 실시 예에 따르면, 상기 고정자 서브 권선들은 제1 고정자 서브 권선, 제2 고정자 서브 권선, 제3 고정자 서브 권선 및 제4 고정자 서브 권선을 포함하고, 상기 고정자 권선 스위치는, 상기 제1 고정자 서브 권선과 상기 제3 고정자 서브 권선 사이의 전기적 연결을 제어하는 제1 고정자 권선 스위치, 상기 제2 고정자 서브 권선 및 상기 제4 고정자 서브 권선 사이의 전기적 연결을 제어하는 제3 고정자 권선 스위치 및 상기 제3 고정자 서브 권선과 상기 제1 고정자 권선 스위치 사이와 상기 제2 고정자 서브 권선과 상기 제3 고정자 권선 스위치 사이의 전기적 연결을 제어하는 제2 고정자 권선 스위치를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the stator sub-windings include a first stator sub-winding, a second stator sub-winding, a third stator sub-winding, and a fourth stator sub-winding, and the stator winding switch includes the first stator sub-winding And a first stator winding switch for controlling an electrical connection between the third stator sub winding, a third stator winding switch for controlling an electrical connection between the second stator sub winding and the fourth stator sub winding, and the third stator It may include a second stator winding switch for controlling an electrical connection between the sub-winding and the first stator winding switch and between the second stator sub-winding and the third stator winding switch.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 모드의 경우, 상기 제2 고정자 권선 스위치는 ON 상태이고, 상기 제1 및 제3 고정자 권선 스위치는 OFF 상태이며, 상기 제2 모드의 경우, 상기 제2 고정자 권선 스위치는 OFF 상태이고, 상기 제1 및 상기 제3 고정자 권선 스위치는 ON 상태일 수 있다.According to an embodiment, in the case of the first mode, the second stator winding switch is in an ON state, the first and third stator winding switches are in an OFF state, and in the second mode, the second stator winding The switch may be in an OFF state, and the first and third stator winding switches may be in an ON state.

일 실시 예에 따르면, 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 제1 모드로 상기 회전자를 회동 중, 이상이 감지된 경우, 상기 제1 모드를 상기 제2 모드로 변경하고, 상기 이상이 제거된 경우, 상기 제2 모드를 다시 상기 제1 모드로 복귀할 수 있다.According to an embodiment, the control unit further comprises a control unit, wherein when an abnormality is detected while rotating the rotor in the first mode, the first mode is changed to the second mode, and the abnormality is removed. If so, the second mode may return to the first mode.

일 실시 예에 따른 전동기는 두 개의 모드로 동작할 수 있다.An electric motor according to an embodiment may operate in two modes.

일 실시 예에 따른 전동기는 전동기의 일 부분을 고장(수리) 중에도 구동이 가능할 수 있다.The electric motor according to an exemplary embodiment may be capable of driving a part of the electric motor even during failure (repair).

일 실시 예에 따른 전동기는 유지 보수가 용이할 수 있다.The electric motor according to an embodiment may be easy to maintain.

도 1은 종래 기술에 따른 브러쉬 및 슬립링을 파손을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 동작 모드에 따른 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 동작 모드에 따라 고정자 서브 권선들의 회로 구성을 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 모드 전환을 위한 스위치 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구동 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기가 제1 모드로 동작 시의 시뮬레이션과 실제 실험 결과를 도시한다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기가 제2 모드로 동작 시의 시뮬레이션과 실제 실험 결과를 도시한다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 제작 예를 도시한다.
1 is a view showing damage to a brush and a slip ring according to the prior art.
2 is a diagram for explaining the structure of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are diagrams for explaining a circuit configuration according to an operation mode of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are diagrams for explaining in detail a circuit configuration of stator sub-windings according to an operation mode of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a switch control for mode switching of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a driving simulation of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
9 to 12 show simulations and actual experimental results when the electric motor according to an embodiment of the present invention operates in a first mode.
13 to 15 show simulations and actual experimental results when the electric motor according to an embodiment of the present invention operates in a second mode.
16 shows an example of manufacturing an electric motor according to an 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, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed 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, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, the shape and size are exaggerated for effective description of 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.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, in the present specification,'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

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. In the specification, expressions in the singular include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, terms such as "include" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, elements, or a combination of the features described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, and configuration It is not to be understood as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in the present specification, "connection" is used to include both indirectly connecting a plurality of constituent elements and direct connecting.

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.Further, in the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining the structure of an electric motor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기(1000)는 고정자(100)와 회전자(200)를 포함할 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상술한다.Referring to FIG. 2, an electric motor 1000 according to an embodiment of the present invention may include a stator 100 and a rotor 200. Each configuration is described in detail below.

고정자(100)Stator(100)

고정자(100)는, 회전자(200)의 일 측 예컨대, 반경 방향 외측에 마련되어, 회전자(200)에 회전력을 제공할 수 있다. 이를 위하여, 고정자(100)는, 내측에 중공을 포함하는 원통형상으로 생성될 수 있고, 이에 회전자(200)는, 고정자(100)의 중공에 인입된 상태에서 회전할 수 있다.The stator 100 may be provided on one side of the rotor 200, for example, outside in the radial direction, and may provide rotational force to the rotor 200. To this end, the stator 100 may be created in a cylindrical shape including a hollow inside, and the rotor 200 may rotate while being inserted into the hollow of the stator 100.

실시 예에 따르면, 고정자(100)는, 메인 권선이 안착되는 복수의 치(110)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 치(110)는, 고정자(100)의 원통형 내측에 원주 방향으로 배열될 수 있다. According to an embodiment, the stator 100 may include a plurality of teeth 110 on which the main winding is seated. For example, the plurality of teeth 110 may be arranged in a circumferential direction inside the cylinder of the stator 100.

고정자(100)는, 회전자(200)가 회동할 수 있도록 고정자 필드를 생성하는 고정자 권선(120)을 포함할 수 있다. 상기 고정자 권선(120)은 인가받는 전류의 상(phase)에 따라 그룹될 수 있다. 예를 들어, 상기 고정자 권선(120)에 A, B, C의 3 상이 인가되는 경우, 상기 고정자 권선(120)은 제1 고정자 권선(120A), 제2 고정자 권선(120B), 및 제3 고정자 권선(120C)으로 그룹핑될 수 있다. The stator 100 may include a stator winding 120 that generates a stator field so that the rotor 200 can rotate. The stator windings 120 may be grouped according to a phase of an applied current. For example, when three phases of A, B, and C are applied to the stator winding 120, the stator winding 120 includes a first stator winding 120A, a second stator winding 120B, and a third stator. It can be grouped into windings 120C.

이 때, 각각의 고정자 권선은 서브 고정자 권선들로 이루어질 수 있다. 서브 고정자 권선들 수의 제한은 없으나, 설명의 편의를 위하여 서브 고정자 권선들은 4개인 경우를 상정하기로 한다. 이 경우, 제1 고정자 권선(120A)는 제1-1 고정자 서브 권선(120A1), 제1-2 고정자 서브 권선(120A2), 제1-3 고정자 서브 권선(120A3) 및 제1-4 고정자 서브 권선(120A4)로 이루어질 수 있다. 같은 방식으로 제2 고정자 권선(120B)는 제1-1 고정자 서브 권선(120B1), 제1-2 고정자 서브 권선(120B2), 제1-3 고정자 서브 권선(120B3) 및 제1-4 고정자 서브 권선(120B4)으로 이루어질 수 있고, 제3 고정자 권선(120C)는 제1-1 고정자 서브 권선(120C1), 제1-2 고정자 서브 권선(120C2), 제1-3 고정자 서브 권선(120C3) 및 제1-4 고정자 서브 권선(120C4)로 이루어질 수 있다. In this case, each stator winding may be formed of sub stator windings. There is no limitation on the number of sub-stator windings, but for convenience of explanation, it is assumed that there are four sub-stator windings. In this case, the first stator winding 120A is the 1-1 st stator sub winding 120A1, the 1-2 st stator sub winding 120A2, the 1-3 st stator sub winding 120A3, and the 1-4 stator sub winding. It may be made of a winding 120A4. In the same way, the second stator winding 120B includes the 1-1 st stator sub winding 120B1, the 1-2 st stator sub winding 120B2, the 1-3 st stator sub winding 120B3, and the 1-4 stator sub winding. A winding 120B4 may be formed, and the third stator winding 120C includes the 1-1 stator sub winding 120C1, the 1-2 st stator sub winding 120C2, the 1-3 st stator sub winding 120C3 and It may be made of a 1-4 stator sub-winding 120C4.

회전자(200)Rotor(200)

회전자(200)는, 회전자(200)가 생성한 회전자 필드와 고정자(100)가 생성한 고정자 필드에 의하여 고정자(100)에 대하여 회전할 수 있다.The rotor 200 may rotate with respect to the stator 100 by a rotor field generated by the rotor 200 and a stator field generated by the stator 100.

보다 구체적으로 회전자(200)의 원주 방향을 따라 복수의 치(211)가 마련되며, 하모닉 권선(220) 및 필드 권선(240)은 복수의 치(211)에 각각 형성될 수 있다. 상기 회전자(200)의 구성에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.More specifically, a plurality of teeth 211 are provided along the circumferential direction of the rotor 200, and the harmonic winding 220 and the field winding 240 may be formed on the plurality of teeth 211, respectively. A detailed description of the configuration of the rotor 200 will be described later.

일 예에 따르면, 상기 고정자 권선(120)의 극 수는 상기 필드 권선(240)의 극 수와 동일할 수 있다. 또한 상기 하모닉 권선(220)의 극 수는 상기 고정자 권선(120)의 극 수 보다 n 배 적을 수 있다. 이는 고정자 권선(120)에서 생성되는 서브 하모닉에 의하여 상기 하모닉 권선(220)이 여기 되도록 하기 위함이다.According to an example, the number of poles of the stator winding 120 may be the same as the number of poles of the field winding 240. In addition, the number of poles of the harmonic winding 220 may be n times less than the number of poles of the stator winding 120. This is to cause the harmonic winding 220 to be excited by the sub harmonic generated in the stator winding 120.

이상 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기를 간략히 설명하였다. 이하 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 모드 동작을 설명하기로 한다.The electric motor according to an embodiment of the present invention has been briefly described above with reference to FIG. 1. Hereinafter, a mode operation of an electric motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 7.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 동작 모드에 따른 회로 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 동작 모드에 따라 고정자 서브 권선들의 회로 구성을 상세히 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 모드 전환을 위한 스위치 제어를 설명하기 위한 도면이다.3 and 4 are diagrams for explaining a circuit configuration according to an operation mode of an electric motor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are a stator according to an operation mode of an electric motor according to an embodiment of the present invention. A diagram for explaining the circuit configuration of the sub-windings in detail, and FIG. 7 is a diagram for explaining a switch control for mode switching of an electric motor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기는 제1 모드와 제2 모드 중 하나의 모드로 동작할 수 있다. 이 때 제1 모드인지 제2 모드인지 여부에 따라 회전자(200)가 생성하는 회전자 필드는 서로 다른 에너지원에 의하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 제1 모드인 경우, 회전자 필드는 접촉식으로 공급되는 에너지원 예를 들어, 브러쉬로 접촉된 직류 전원에 의하여 생성될 수 있고, 제2 모드인 경우, 회전자 필드는 비-접촉식으로 공급되는 에너지원 예를 들어, 고정자 권선에 의한 서브 하모닉에 의하여 생성될 수 있다.The electric motor according to an embodiment of the present invention may operate in one of a first mode and a second mode. In this case, the rotor field generated by the rotor 200 may be generated by different energy sources depending on whether the first mode or the second mode is used. For example, in the first mode, the rotor field may be generated by an energy source supplied in a contact manner, for example, a DC power source contacted with a brush, and in the second mode, the rotor field is non- The energy source supplied in a contact manner, for example, may be generated by a sub-harmonic by a stator winding.

제1 모드 또는 제2 모드의 구현을 위하여 고정자(100)와 회전자(200)에는 스위치가 마련될 수 있다. 이하에서는 고정자(100)에 마련된 고정자 권선 스위치를 먼저 설명하기로 한다.Switches may be provided in the stator 100 and the rotor 200 to implement the first mode or the second mode. Hereinafter, a stator winding switch provided in the stator 100 will be described first.

일 실시 예에 따른 전동기는 고정자 서브 권선들 사이에 마련되어, 고정자 서브 권선들에 의한 전기 경로를 제1 전기 경로(제1 모드에 적용) 또는 제2 전기 경로(제2 모드에 적용)로 제어하는 고정자 권선 스위치를 포함할 수 있다. An electric motor according to an embodiment is provided between the stator sub-windings, and controls the electric path by the stator sub-windings as a first electric path (applied to the first mode) or a second electric path (applied to the second mode). It may include a stator winding switch.

이 때, 제1 전기 경로는, 상기 고정자 서브 권선들이 직렬로만 전기 경로를 제공하는 경우이며, 제2 전기 경로는 상기 고정자 서브 권선들이 직렬 및 병렬로 전기 경로를 제공하는 경우로 정의될 수 있다.In this case, the first electric path may be defined as a case where the stator sub-windings provide an electric path only in series, and the second electric path may be defined as a case where the stator sub-windings provide electric paths in series and parallel.

도 5 및 도 6을 참조하면, 고정자 권선 스위치는, 제1-1 고정자 서브 권선(120A1)과 제1-3 고정자 서브 권선(120A3) 사이에 마련되어, 제1-1 고정자 서브 권선(120A1)과 제1-3 고정자 서브 권선(120A3) 사이의 전기적 연결을 제어하는 제1-1 고정자 권선 스위치(410A), 제1-2 고정자 서브 권선(120A2)과 제1-4 고정자 서브 권선(120A4) 사이에 마련되어, 제1-2 고정자 서브 권선(120A2)과 제1-4 고정자 서브 권선(120A4) 사이의 전기적 연결을 제어하는 제1-3 고정자 권선 스위치(430A), 제1-3 고정자 서브 권선(120A3)과 제1-1 고정자 권선 스위치(410A) 사이와 제1-2 고정자 서브 권선(120A2)와 제1-3 고정자 권선 스위치(420A) 사이의 전기적 연결을 제어하는 제1-2 고정자 권선 스위치(420A)를 포함할 수 있다.5 and 6, the stator winding switch is provided between the 1-1 st stator sub winding 120A1 and the 1-3 st stator sub winding 120A3, and the 1-1 st stator sub winding 120A1 and The 1-1 stator winding switch 410A for controlling the electrical connection between the 1-3 st stator sub-winding 120A3, between the 1-2 st stator sub-winding 120A2 and the 1-4 stator sub-winding 120A4 Provided in, the 1-3 stator winding switch 430A for controlling the electrical connection between the 1-2 stator sub-winding 120A2 and the 1-4 stator sub-winding 120A4, the 1-3 stator sub-winding ( 120A3) and the 1-1 stator winding switch 410A, and the 1-2 stator winding switch for controlling the electrical connection between the 1-2 st stator winding switch (120A2) and the 1-3 stator winding switch 420A (420A) may be included.

제1 고정자 서브 권선들(120A) 사이에 마련된 고정자 권선 스위치(410A, 420A, 430A)를 중심으로 설명하였으나, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제2 고정자 서브 권선들(120B) 사이와 제3 고정자 서브 권선들(120C) 사이에 각각 고정자 권선 스위치(410B, 420B, 430B) 및 고정자 권선 스위치(410C, 420C, 430C)가 마련될 수 있음은 물론이다.The first stator winding switches 410A, 420A, and 430A provided between the first stator sub-windings 120A have been described as the center, but as shown in FIGS. 5 and 6, the second stator sub-windings 120B It goes without saying that the stator winding switches 410B, 420B and 430B and the stator winding switches 410C, 420C, and 430C may be provided between the three stator sub-windings 120C, respectively.

도 5 및 도 7을 참조하면, 제1 모드의 구동을 위하여, 제어부(미도시)는 각각의 고정자 권선 스위치를 제어하여 제1 전기 경로를 구현할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 제1-2 고정자 권선 스위치(420A), 제2-2 고정자 권선 스위치(420B), 제3-2 고정자 권선 스위치(420C)를 ON 시키고 나머지 스위치는 OFF 시킬 수 있다. 이에 따라 고정자 서브 권선들은 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.5 and 7, for driving in the first mode, a controller (not shown) may implement a first electric path by controlling each stator winding switch. For example, the controller may turn on the 1-2 stator winding switch 420A, the 2-2 stator winding switch 420B, and the 3-2 stator winding switch 420C, and turn off the rest of the switches. Accordingly, the stator sub windings can be electrically connected in series.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제2 모드의 구동을 위하여 제어부는 각각의 고정자 권선 스위치를 제어하여 제2 전기 경로를 구현할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 제1-2 고정자 권선 스위치(420A), 제2-2 고정자 권선 스위치(420B), 제3-2 고정자 권선 스위치(420C)를 OFF 시키고 나머지 스위치는 ON 시킬 수 있다. 이에 따라 A 상의 전류를 인가받는 제1 고정자 서브 권선들 중 제1-2 고정자 서브 권선(120A2)와 제1-3 고정자 서브 권선(120A3)가 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 6 and 7, for driving in the second mode, the controller may implement a second electric path by controlling each stator winding switch. For example, the controller may turn off the 1-2 stator winding switch 420A, the 2-2 stator winding switch 420B, and the 3-2 stator winding switch 420C, and turn on the rest of the switches. Accordingly, of the first stator sub-windings to which the current of phase A is applied, the 1-2 st stator sub-winding 120A2 and the 1-3 st stator sub-winding 120A3 may be electrically connected in parallel.

이상 제1 모드 또는 제2 모드 구현을 위한 고정자의 구성을 살펴보았다. 이하 제1 모드 또는 제2 모드 구현을 위한 회전자의 구성에 대하여 설명하기로 한다.The configuration of the stator for implementing the first mode or the second mode has been described above. Hereinafter, a configuration of a rotor for implementing the first mode or the second mode will be described.

도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 회전자는, 외부 직류를 공급받는 접촉식 공급부(310)를 포함할 수 있다. 접촉식 공급부(310)는 예를 들어, 슬립링 또는 브러쉬일 수 있다. 상기 접촉식 공급부(310)는 외부 직류를 상기 필드 권선(240)에 공급할 수 있도록 상기 필드 권선(240)가 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 상기 접촉식 공급부(310)와 상기 필드 권선(240) 사이에는 외부 전류 스위치(440)가 마련될 수 있다. 3 and 4, the rotor according to an embodiment may include a contact type supply unit 310 receiving external direct current. The contact-type supply unit 310 may be, for example, a slip ring or a brush. The contact type supply unit 310 may be electrically connected to the field winding 240 so as to supply external direct current to the field winding 240. In this case, an external current switch 440 may be provided between the contact type supply unit 310 and the field winding 240.

상기 외부 전류 스위치(440)는 ON 상태에서 외부 직류가 필드 권선(240)으로 공급되도록 할 수 있고, OFF 상태에서 외부 직류가 필드 권선(240)에 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라 제어부는 외부 전류 스위치(440)를 ON 시킴으로써 제1 모드를 구현하고, 외부 전류 스위치(440)를 OFF 시킴으로써 제2 모드를 구현할 수 있다.The external current switch 440 may allow external direct current to be supplied to the field winding 240 in the ON state, and may block the external direct current from being supplied to the field winding 240 in the OFF state. Accordingly, the control unit can implement the first mode by turning on the external current switch 440 and implement the second mode by turning off the external current switch 440.

또한 회전자는 정류기(230)와 필드 권선(240) 사이에 마련되어 정류기(230)와 필드 권선(240)의 전기적 연결을 제어하는 하모닉 전류 스위치(450)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 제어부는 하모닉 전류 스위치(450)를 OFF 시킴으로써 제1 모드를 구현하고, 하모닉 전류 스위치(450)를 ON 시킴으로써, 제2 모드를 구현할 수 있다.In addition, the rotor may further include a harmonic current switch 450 provided between the rectifier 230 and the field winding 240 to control electrical connection between the rectifier 230 and the field winding 240. Accordingly, the control unit may implement the first mode by turning off the harmonic current switch 450 and implement the second mode by turning the harmonic current switch 450 ON.

이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구동 예가 설명된다.Hereinafter, an example of driving an electric motor according to an embodiment of the present invention will be described.

제어부는 일 실시 예에 따른 전동기(1000)를 제1 모드로 구동시킬 수 있다. 이를 위하여, 제어부는, 도 5 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이 고정자 권선 스위치를 제어하여, 고정자 서브 권선들이 도 3에 도시된 바와 같이 전기적으로 직렬로 연결되도록 할 수 있다. 즉, 제어부는 제1-2 고정자 권선 스위치(420A), 제2-2 고정자 권선 스위치(420B), 제3-2 고정자 권선 스위치(420C)를 ON 시키고 나머지 스위치는 OFF 시킬 수 있다. 또한 제어부는 도 3 하단에 도시된 바와 같이 하모닉 전류 스위치(450)는 OFF 시키고 외부 전류 스위치(440)를 ON 시킬 수 있다.The controller may drive the electric motor 1000 according to an embodiment in the first mode. To this end, the control unit may control the stator winding switch as described with reference to FIGS. 5 and 7 so that the stator sub-windings are electrically connected in series as shown in FIG. 3. That is, the controller may turn on the 1-2 stator winding switch 420A, the 2-2 stator winding switch 420B, and the 3-2 stator winding switch 420C, and turn off the rest of the switches. In addition, the controller may turn off the harmonic current switch 450 and turn on the external current switch 440 as shown in the lower part of FIG. 3.

이 경우, 고정자 권선(120)이 생성하는 고정자 필드와 회전자(200)의 필드 권선(240)이 생성하는 회전자 필드의 상호 작용에 의하여 회전 토크가 발생하게 된다.In this case, rotation torque is generated by the interaction between the stator field generated by the stator winding 120 and the rotor field generated by the field winding 240 of the rotor 200.

한편, 제1 모드로 구동 중에 이상이 감지된 경우, 제어부는 제1 모드에서 제2 모드로 모드를 변경할 수 있다. 예를 들어, 특정 부품에 파손이 발생하는 경우, 회전자가 기대되는 회전 속도로 회전하지 못하는 경우가 이상으로 판단될 수 있다. 이를 위하여 제어부는 회전자의 회전 속도를 인코더를 통하여 지속적으로 감지할 수 있다. Meanwhile, when an abnormality is detected while driving in the first mode, the controller may change the mode from the first mode to the second mode. For example, when a certain part is damaged, it may be determined that the rotor fails to rotate at the expected rotation speed. To this end, the control unit may continuously detect the rotational speed of the rotor through the encoder.

만약 제1 모드로 구동 중에 이상이 감지된 경우, 제어부는 외부 직류의 공급을 OFF 시키고, 고정자 권선으로 인가되는 전류를 OFF시킬 수 있다. 이상이 감지된 부품이 수리를 위하여 분리된 이후에, 상기 제어부는 제1 모드를 제2 모드로 변경할 수 있다. 즉, 이상 부품의 수리 중에도 전동기는 제2 모드 상태에서 지속적으로 회전할 수 있는 것이다.If an abnormality is detected while driving in the first mode, the controller may turn off the supply of external direct current and turn off the current applied to the stator winding. After the part in which the abnormality is detected is separated for repair, the control unit may change the first mode to the second mode. That is, even during repair of abnormal parts, the electric motor can continuously rotate in the second mode state.

이를 위하여, 제어부는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이 고정자 권선 스위치를 제어하여, 고정자 서브 권선들이 도 4에 도시된 바와 같이 전기적으로 일부 병렬로 연결되도록 할 수 있다. 즉 제어부는 제1-2 고정자 권선 스위치(420A), 제2-2 고정자 권선 스위치(420B), 제3-2 고정자 권선 스위치(420C)를 OFF 시키고 나머지 스위치는 ON 시킬 수 있다. 또한 제어부는 도 4 하단에 도시된 바와 같이 하모닉 전류 스위치(450)는 ON 시키고 외부 전류 스위치(440)를 OFF 시킬 수 있다.To this end, the controller may control the stator winding switch as described with reference to FIGS. 6 and 7 so that the stator sub-windings are electrically partially connected in parallel as shown in FIG. 4. That is, the control unit may turn off the 1-2 stator winding switch 420A, the 2-2 stator winding switch 420B, and the 3-2 stator winding switch 420C, and turn on the rest of the switches. In addition, the controller may turn on the harmonic current switch 450 and turn off the external current switch 440 as shown in the lower part of FIG. 4.

이 경우, 고정자 권선(120)을 흐르는 전류 중, 제1-1 고정자 서브 권선(120A1), 제1-4 고정자 서브 권선(120A4), 제2-1 고정자 서브 권선(120B1), 제2-4 고정자 서브 권선(120B4), 제3-1 고정자 서브 권선(120C1), 제3-4 고정자 서브 권선(120C4)을 흐르는 전류는 고정자 필드를 생성할 수 있다.In this case, among the current flowing through the stator winding 120, the 1-1 st stator sub winding 120A1, the 1-4 stator sub winding 120A4, the 2-1 stator sub winding 120B1, and the 2-4 Current flowing through the stator sub-winding 120B4, the 3-1 stator sub-winding 120C1, and the 3-4 stator sub-winding 120C4 may generate a stator field.

또한 병렬로 연결되어 분기된 전류를 공급받는 제1-2 고정자 서브 권선(120A2), 제1-3 고정자 서브 권선(120A3), 제2-2 고정자 서브 권선(120B2), 제2-3 고정자 서브 권선(120B3), 제3-2 고정자 서브 권선(120C2), 제3-3 고정자 서브 권선(120C3)은 서브 하모닉을 생성할 수 있다. In addition, the 1-2 stator sub-winding 120A2, the 1-3 stator sub-winding 120A3, the 2-2 stator sub-winding 120B2, and the 2-3 stator sub-winding are connected in parallel to receive the branched current. The winding 120B3, the 3-2 stator sub-winding 120C2, and the 3-3 stator sub-winding 120C3 may generate a sub harmonic.

상기 서브 하모닉에 의하여 회전자(200)의 하모닉 권선(220)은 여기될 수 있다. 이에 따라 하모닉 권선(220)은 하모닉 전류를 생성할 수 있다. 생성된 하모닉 전류는 정류기(230)에 의하여 정류될 수 있다. 정류된 하모닉 전류는 필드 권선(240)으로 공급될 수 있다. 필드 권선(240)은 공급받은 전류에 기반하여 회전자 필드를 생성할 수 있다. The harmonic winding 220 of the rotor 200 may be excited by the sub harmonic. Accordingly, the harmonic winding 220 may generate a harmonic current. The generated harmonic current may be rectified by the rectifier 230. The rectified harmonic current may be supplied to the field winding 240. The field winding 240 may generate a rotor field based on the supplied current.

이에 따라, 제2 모드에서도 고정자 권선(120)이 생성하는 고정자 필드와 회전자(200)의 필드 권선(240)이 생성하는 회전자 필드의 상호 작용에 의하여 회전 토크가 발생하게 된다.Accordingly, even in the second mode, rotation torque is generated by the interaction between the stator field generated by the stator winding 120 and the rotor field generated by the field winding 240 of the rotor 200.

이 후, 제어부는 감지된 이상이 해소된 경우 다시 제1 모드로 복귀할 수 있다. Thereafter, the controller may return to the first mode again when the detected abnormality is resolved.

이상 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기를 설명하였다. 이하 도 8 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 시뮬레이션 및 실제 실험 결과를 설명하기로 한다. 참고로, 실험을 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 극 수, 치의 수를 가지는 전동기를 기반으로 시뮬레이션을 진행하였고, 도 1에 도시된 극 수, 치의 수를 가지는 전동기를 기반으로 제조된 전동기(도 16 참조) 실제 실험을 진행하였다. The electric motor according to an embodiment of the present invention has been described above with reference to FIGS. 1 to 7. Hereinafter, simulation and actual experiment results according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 15. For reference, for the experiment, a simulation was conducted based on a motor having the number of poles and teeth as shown in FIG. 1, and a motor manufactured based on the motor having the number of poles and teeth shown in FIG. 16) The actual experiment was conducted.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기의 구동 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a driving simulation of an electric motor according to an embodiment of the present invention.

제1 모드로 동작 시의 MMF를 보라색 선으로 표시하였다. 또한 제2 모드로 동작 시의 MMF를 검은 색으로 표시하였다. 특히 제2 모드 부분을 참조하면, 고정자의 전류가 분기되지 않은 고정자 권선 영역(120A1, 120B1, 120C1, 120A4, 120B4, 120C4)에서는 제1 모드와 동일한 크기의 MMF가 발생함을 확인할 수 있었다. 이와 달리, 제2 모두에서 고정자의 전류가 분기된 고정자 권선 영역(120A2, 120B2, 120C2, 120A3, 120B3, 120C3)에서는 제1 모드보다 MMF 크기가 감소한 것을 확인할 수 있다. 이는 고정자의 전류 중 일부가 서브 하모닉 생성에 사용되었기 때문인 것으로 해석된다. The MMF during operation in the first mode is indicated by a purple line. In addition, the MMF when operating in the second mode is displayed in black. In particular, referring to the second mode part, it was confirmed that the MMF of the same size as the first mode was generated in the stator winding regions 120A1, 120B1, 120C1, 120A4, 120B4, and 120C4 in which the stator current was not branched. In contrast, in the stator winding regions 120A2, 120B2, 120C2, 120A3, 120B3, and 120C3 in which the stator current is branched in both the second mode, it can be seen that the MMF size is reduced compared to the first mode. It is interpreted that this is because some of the stator's current was used to generate the sub-harmonic.

도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기가 제1 모드로 동작 시의 시뮬레이션과 실제 실험 결과를 도시한다.9 to 12 show simulations and actual experimental results when the electric motor according to an embodiment of the present invention operates in a first mode.

도 9 및 도 10은 각각 제1 모드로 동작 시의 시뮬레이션 결과와 실제 실험 결과를 도시한다. 도 9에서 도시된 바와 같이 시뮬레이션에 따른 EMF는 도 10에 도시된 바와 같이 실제 실험 결과도로 확인될 수 있었다.9 and 10 show simulation results and actual experiment results when operating in the first mode, respectively. As shown in FIG. 9, the EMF according to the simulation could be confirmed as an actual experiment result as shown in FIG. 10.

도 11 및 도 12는 각각 제1 모드로 동작 시의 시뮬레이션 결과와 실제 실험 결과를 도시한다. 도 11에서 도시된 바와 같이 시뮬레이션에 따른 토크는 도 12에 도시된 바와 같이 실제 실험 결과로도 확인될 수 있었다.11 and 12 show simulation results and actual experiment results when operating in the first mode, respectively. As shown in FIG. 11, the torque according to the simulation could be confirmed as an actual experiment result as shown in FIG. 12.

도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동기가 제2 모드로 동작 시의 시뮬레이션과 실제 실험 결과를 도시한다.13 to 15 show simulations and actual experimental results when the electric motor according to an embodiment of the present invention operates in a second mode.

도 13은 하모닉 권선에 의하여 생성된 하모닉 전류와 하모닉 전류가 정류기에 의하여 정류된 필드 전류 각각에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 필드 권선에 안정적인 DC 필드 전류가 인가됨을 확인할 수 있다.13 shows simulation results for each of the field currents rectified by the rectifier with the harmonic current and the harmonic current generated by the harmonic winding. It can be seen that a stable DC field current is applied to the field winding.

도 14를 참조하면, 제2 모드로 동작 시에도 안정적으로 토크가 생성됨을 시뮬레이션 결과로 확인할 수 있고, 도 15를 참조하면, 제2 모드로 동작 시에도 안정적으로 토크가 생성됨을 실제 실험 결과로도 확인할 수 있다. Referring to FIG. 14, it can be confirmed as a simulation result that torque is stably generated even when operating in the second mode. Referring to FIG. 15, it is also shown as an actual experiment result that torque is stably generated even when operating in the second mode. I can confirm.

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.As described above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted by the appended claims. In addition, those who have acquired ordinary knowledge in this technical field should understand that many modifications and variations can be made without departing from the scope of the present invention.

Claims (10)

고정자 서브 권선들 및 상기 고정자 서브 권선들이 형성하는 전기 경로를, 상기 고정자 서브 권선들이 직렬로 이루어진 제1 전기 경로와 상기 고정자 서브 권선들이 일부 병렬로 이루어진 제2 전기 경로 중 하나의 전기 경로로 제어하는 고정자 권선 스위치를 포함하는 고정자; 및
상기 고정자에 대하여 제1 모드 또는 제2 모드로 회동하는 회전자를 포함하되,
상기 제1 모드는 상기 고정자 권선 스위치에 의하여 상기 고정자 서브 권선들이 상기 제1 전기 경로가 되었을 때 구동되고, 상기 제2 모드는 상기 고정자 권선 스위치에 의하여 상기 고정자 서브 권선들이 상기 제2 전기 경로가 되었을 때 구동되는 전동기.
The stator sub-windings and the electric path formed by the stator sub-windings are controlled by one of a first electric path in which the stator sub-windings are formed in series and a second electrical path in which the stator sub-windings are partially in parallel. A stator including a stator winding switch; And
Including a rotor rotating in a first mode or a second mode with respect to the stator,
The first mode is driven when the stator sub-windings become the first electric path by the stator winding switch, and the second mode is when the stator sub-windings become the second electric path by the stator winding switch. When the electric motor is driven.
제1 항에 있어서,
상기 회전자는 회전자 필드를 생성하는 필드 권선을 더 포함하고,
상기 필드 권선은 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 중 어느 모드에 해당하는지에 따라 다른 에너지원을 통하여 회전자 필드를 생성하는 전동기.
The method of claim 1,
The rotor further comprises a field winding generating a rotor field,
The electric motor for generating a rotor field through a different energy source according to which of the first mode and the second mode the field winding corresponds to.
제1 항에 있어서,
상기 제1 모드의 경우, 상기 회전자에 회전자 필드를 생성하는 동력원과 접촉하고
상기 제2 모드의 경우, 상기 회전자에 회전자 필드를 생성하는 동력원과 비-접촉하는 전동기.
The method of claim 1,
In the case of the first mode, the rotor is in contact with a power source that creates a rotor field and
In the case of the second mode, an electric motor in non-contact with a power source that creates a rotor field in the rotor.
제1 항에 있어서,
상기 회전자는, 회전자 필드를 생성하는 필드 권선을 더 포함하고,
상기 제1 모드의 경우, 상기 필드 권선은 외부 DC 전류가 인가받아 회전자 필드를 생성하고,
상기 제2 모드의 경우, 상기 필드 권선은 상기 고정자 서브 권선들에 흐르는 일부 전류에 의하여 생성된 서브 하모닉에 기반하여 회전자 필드를 생성하는 전동기.
The method of claim 1,
The rotor further comprises a field winding for generating a rotor field,
In the case of the first mode, the field winding receives an external DC current to generate a rotor field,
In the second mode, the field winding generates a rotor field based on a sub-harmonic generated by some current flowing through the stator sub-windings.
제4 항에 있어서,
상기 회전자는 상기 필드 권선과 접촉식으로 연결되는 접촉식 공급부 및 상기 필드 권선과 접촉식 공급부 사이에 마련되어, 상기 필드 권선과 상기 접촉식 공급부 사이의 전기적 연결을 제어하는 외부 전류 스위치를 더 포함하되,
상기 제1 모드의 경우, 상기 외부 전류 스위치는 ON 상태로 제어되며, 상기 제2 모드의 경우, 상기 외부 전류 스위치는 OFF 상태로 제어되는, 전동기.
The method of claim 4,
The rotor further comprises a contact-type supply part connected to the field winding in a contact manner, and an external current switch provided between the field winding and the contact-type supply part to control an electrical connection between the field winding and the contact-type supply part,
In the case of the first mode, the external current switch is controlled in an ON state, and in the second mode, the external current switch is controlled in an OFF state.
제4 항에 있어서,
상기 회전자는 상기 서브 하모닉에 의하여 하모닉 전류를 생성하는 하모닉 필드, 상기 하모닉 전류를 정류하여 상기 필드 권선으로 제공하는 정류기 및 상기 정류기와 상기 필드 권선 사이에 마련되어, 상기 필드 권선과 상기 정류기 사이의 전기적 연결을 제어하는 하모닉 전류 스위치를 더 포함하되,
상기 제1 모드의 경우, 상기 하모닉 전류 스위치는 OFF 상태로 제어되며, 상기 제2 모드의 경우, 상기 하모닉 전류 스위치는 ON 상태로 제어되는, 전동기.
The method of claim 4,
The rotor is provided between the field winding and a harmonic field generating a harmonic current by the sub-harmonic, a rectifier that rectifies the harmonic current and provides it to the field winding, and an electrical connection between the field winding and the rectifier Further comprising a harmonic current switch for controlling,
In the case of the first mode, the harmonic current switch is controlled in an OFF state, and in the second mode, the harmonic current switch is controlled in an ON state.
제1 항에 있어서,
상기 고정자 서브 권선들은 적어도 4개로 이루어지며,
상기 제2 전기 경로에서 상기 고정자 서브 권선들 중 적어도 두 개의 고정자 서브 권선들은 병렬을 이루며,
상기 병렬을 이루는 고정자 서브 권선들을 흐르는 전류는 상기 제2 모드에서, 상기 회전자에게 제공되는 서브 하모닉을 생성하는, 전동기.
The method of claim 1,
The stator sub-windings consist of at least 4,
In the second electric path, at least two of the stator sub-windings are in parallel,
A current flowing through the stator sub-windings forming the parallel generates a sub-harmonic provided to the rotor in the second mode.
제1 항에 있어서,
상기 고정자 서브 권선들은 제1 고정자 서브 권선, 제2 고정자 서브 권선, 제3 고정자 서브 권선 및 제4 고정자 서브 권선을 포함하고,
상기 고정자 권선 스위치는, 상기 제1 고정자 서브 권선과 상기 제3 고정자 서브 권선 사이의 전기적 연결을 제어하는 제1 고정자 권선 스위치, 상기 제2 고정자 서브 권선 및 상기 제4 고정자 서브 권선 사이의 전기적 연결을 제어하는 제3 고정자 권선 스위치 및 상기 제3 고정자 서브 권선과 상기 제1 고정자 권선 스위치 사이와 상기 제2 고정자 서브 권선과 상기 제3 고정자 권선 스위치 사이의 전기적 연결을 제어하는 제2 고정자 권선 스위치를 포함하는, 전동기.
The method of claim 1,
The stator sub-windings include a first stator sub-winding, a second stator sub-winding, a third stator sub-winding and a fourth stator sub-winding,
The stator winding switch comprises a first stator winding switch for controlling an electrical connection between the first stator sub winding and the third stator sub winding, and an electrical connection between the second stator sub winding and the fourth stator sub winding. A third stator winding switch to control and a second stator winding switch for controlling electrical connection between the third stator sub winding and the first stator winding switch and between the second stator sub winding and the third stator winding switch Made, electric motor.
제8 항에 있어서,
상기 제1 모드의 경우, 상기 제2 고정자 권선 스위치는 ON 상태이고, 상기 제1 및 제3 고정자 권선 스위치는 OFF 상태이며,
상기 제2 모드의 경우, 상기 제2 고정자 권선 스위치는 OFF 상태이고, 상기 제1 및 상기 제3 고정자 권선 스위치는 ON 상태인, 전동기.
The method of claim 8,
In the case of the first mode, the second stator winding switch is in an ON state, the first and third stator winding switches are in an OFF state,
In the second mode, the second stator winding switch is in an OFF state, and the first and third stator winding switches are in an ON state.
제1 항에 있어서,
제어부를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 제1 모드로 상기 회전자를 회동 중, 이상이 감지된 경우, 상기 제1 모드를 상기 제2 모드로 변경하고,
상기 이상이 제거된 경우, 상기 제2 모드를 다시 상기 제1 모드로 복귀하는, 전동기.
The method of claim 1,
Further comprising a control unit,
The control unit changes the first mode to the second mode when an abnormality is detected while rotating the rotor in the first mode,
When the abnormality is removed, the electric motor to return the second mode to the first mode again.
KR1020190017809A 2019-02-15 2019-02-15 Motor KR102224902B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190017809A KR102224902B1 (en) 2019-02-15 2019-02-15 Motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190017809A KR102224902B1 (en) 2019-02-15 2019-02-15 Motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200099774A true KR20200099774A (en) 2020-08-25
KR102224902B1 KR102224902B1 (en) 2021-03-05

Family

ID=72242125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190017809A KR102224902B1 (en) 2019-02-15 2019-02-15 Motor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102224902B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230161129A (en) * 2022-05-18 2023-11-27 한양대학교 에리카산학협력단 Dual Mode Motor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04347566A (en) * 1991-05-22 1992-12-02 Shindaiwa Kogyo Kk Brushless synchronous machine
US20120086381A1 (en) * 2010-10-11 2012-04-12 Lipo Thomas A Brushless synchronous machine utilizing third harmonic excitation
WO2016051456A1 (en) * 2014-09-29 2016-04-07 ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー (ホンコン) リミテッド Winding changeover motor drive device, drive control method for winding changeover motor, and refrigeration and air-conditioning device using same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04347566A (en) * 1991-05-22 1992-12-02 Shindaiwa Kogyo Kk Brushless synchronous machine
US20120086381A1 (en) * 2010-10-11 2012-04-12 Lipo Thomas A Brushless synchronous machine utilizing third harmonic excitation
WO2016051456A1 (en) * 2014-09-29 2016-04-07 ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー (ホンコン) リミテッド Winding changeover motor drive device, drive control method for winding changeover motor, and refrigeration and air-conditioning device using same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230161129A (en) * 2022-05-18 2023-11-27 한양대학교 에리카산학협력단 Dual Mode Motor

Also Published As

Publication number Publication date
KR102224902B1 (en) 2021-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7327048B2 (en) Hybrid gas turbine engine starter-generator
KR100215534B1 (en) Dual-stator induction synchronous motor
EP2983288A1 (en) Drive circuit for a permanent magnet motor
US20150364978A1 (en) Electric Machine
US10651711B2 (en) Magnetless rotary electric machine
JP2005304119A (en) Motor drive system
CN104335464A (en) Synchronous electric machine
US20110057534A1 (en) Reverse electromotive force generating motor
KR101184461B1 (en) Mechanically Commutated Switched reluctance motor
US6642683B1 (en) Controller and associated drive assembly for power sharing, time sliced control of a brushless direct current motor
KR101685283B1 (en) Brushless Synchronous Motor and Operating Method thereof
KR0167573B1 (en) Brushless induction synchronous motor with two stators
JP6563143B2 (en) Brushless synchronous generator
KR101767002B1 (en) Wound rotor synchronous motor and operating method thereof
JP2013031331A (en) Electric motor and electric motor control device
KR102224902B1 (en) Motor
US6661190B1 (en) Controller and associated drive assembly controlling a brushless direct current motor
KR100698218B1 (en) Driving circuit of the hybrid induction motor
JP2016019327A (en) Driving device for synchronous motor
KR102315932B1 (en) Motor
JP2009142130A (en) Rotating electric machine and drive device for rotating electric machine
JP2016077052A (en) Magnetless rotary electric machine and rotary electric machine control system
US20130181641A1 (en) Unipolar switching apparatus of switched reluctance motor
US20040164695A1 (en) Electrodynamic machines and components therefor and methods of making and using same
CA2925770C (en) Electric generator for diesel electric locomotive

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant