KR20210075391A - 회전자 형상변경 구조의 srm - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전자 형상변경 구조의 SRM에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전자극 형상을 개선하여 토크 리플을 감소시키기 위한 "회전자 형상변경 구조의 SRM"에 관한 것이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 회전자 형상변경 구조의 SRM은 복수의 고정자극을 구비한 고정자; 및 상기 고정자의 내측에 수용되고 방사상 복수의 회전자극을 구비하되 회전자축을 중심으로 회전하는 회전자;를 포함하고, 상기 회전자극은 회전방향을 따라 상기 고정자극과 만나기 시작하는 선단부에서 균일 공극을 유지하다 상기 회전자극의 폭 길이의 2/3을 지나 비균일 공극을 형성하는 동시에 상기 비균일 공극을 이루는 구간의 소정 깊이에서 상기 회전자축 방향과 평행한 방향으로 관통홀이 형성되는 제1 회전자극과, 회전방향을 따라 상기 고정자극과 만나기 시작하는 선단부에서 비균일 공극을 유지하다 상기 회전자극의 폭 길이의 1/3을 지나기 전부터 균일 공극을 형성하는 동시에 상기 비균일 공극을 이루는 구간의 소정 깊이에서 상기 회전자축 방향과 평행한 방향으로 관통홀이 형성되는 제2 회전자극을 형성한다.

Description

회전자 형상변경 구조의 SRM{SRM of rotor shape change structure}
본 발명은 회전자 형상변경 구조의 SRM에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전자극 형상을 개선하여 토크 리플을 감소시키기 위한 "회전자 형상변경 구조의 SRM"에 관한 것이다.
최근 들어, 자동차, 항공우주, 군수산업, 의료장비, 드론(drone) 등의 다양한 분야에서 전동기(모터) 수요가 크게 증대하고 있다.
특히, 희토류 물질의 가격 급등에 따라 영구자석을 사용하는 모터의 단가가 상승하여, 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor)가 영구자석 모터의 대안으로 다시 주목을 받고 있다.
스위치드 릴럭턴스 모터(이하 'SRM'이라 함)는 이중 돌극형과 고정자에만 권선이 위치한 집중권 방식의 전동기구이다.
한편, SRM은 전기 에너지를 회전하는 기계 에너지로 변환시키는 전동기(모터) 기술분야에서 꽤 오랜 역사를 지니고 있지만, 제어하기가 힘든 이유 등으로 인해 최근에 와서야 공학적인 응용에 사용되고 있다.
SRM에서는 고정자 권선에서 발생한 자속에 의한 릴럭턴스(Reluctance)에 의해 토크가 발생하므로, SRM은 타 전동기(모터)와 달리 회전자에 자속을 생성하기 위한 영구자석 및 권선이 존재하지 않는다.
따라서 SRM은 기계적으로 강인하여 고속운전에 대해 안정적이고 가격이 저렴하며, 고열 또는 격렬한 온도 변화에서도 가동 가능한 점과 같은 유리한 특징이 있다.
하지만, SRM은 상기와 같이 일반적인 모터에 비해 구조가 간단하고 가격이 저렴하며 토크 밀도와 효율이 높은 장점들이 있으나, 토크 맥동이 심하여 토크 리플(touque ripple) 및 이에 기인한 진동 소음이 큰 것이 문제점으로 지적되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 미국 특허등록번호 7,948,145호이고 발명의 명칭인 'SWITCHED RELUCTANCE MOTOR'가 개시된 바와 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 덴소(denso) 일본기업이 미국에 출원한 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor)는 회전자극의 선단에 복수의 오목부(α)와 볼록부(β)가 제공된다.
오목부(α)의 깊이는 고정자극 및 회전자극이 먼저 접근하는 가장자리 측에서 깊고, 고정자극과 회전자극 사이의 대면 영역이 증가함에 따라 얕아진다.
따라서 고정자극과 회전자극 사이의 자기저항은 고정자극과 회전자극이 서로 마주보는 초기에 높고, 고정자극과 회전자극 사이에 대면하는 영역이 증가함에 따라 낮다.
상기의 구성으로 높은 전류가 흐를 경우 토크 맥동(토크 리플)을 감소시킬 수 있고 낮은 전류가 흐를 경우 최소 발생 토크를 높일 수 있다.
특히, 상기 덴소의 특허기술은 자속 밀도가 어느 정도 증가하다가 더 이상 증가하지 않는 자기포화를 감소시키고자 오목부(α) 및 볼록부(β)로 형성된 요철부를 채용하고 있다.
하지만, 상기 요철부로 인하여 토크 맥동(torque fluctuation)에 비례하여 기계적 파손이 심각할 뿐 아니라, SRM이 본질적으로 고정자와 회전자의 이중 돌극형 구조로 구성되어 있기 때문에 높은 토크 리플(torque ripple)이 발생하므로, 산업 분야에 SRM 활용을 높이기 위해서 토크 리플의 발생을 최소화시켜야 할 것이고, 상기 덴소의 특허기술보다 더욱 낮은 토크 리플을 제안할 필요가 있다.
미국 특허등록번호 7,948,145호, 발명의 명칭 'SWITCHED RELUCTANCE MOTOR' (등록일자 2011.05.24.) 일본 특허등록번호 제4433047호, 발명의 명칭 '스위치드 릴럭턴스 모터' (등록일자 2010.01.08.)
본 발명은 상기한 문제점 및 필요성을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 회전자극 형상을 개선하여 토크 리플을 감소시키는 "회전자 형상변경 구조의 SRM"을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 회전자 형상변경 구조의 SRM은 복수의 고정자극을 구비한 고정자; 및 상기 고정자의 내측에 수용되고 방사상 복수의 회전자극을 구비하되 회전자축을 중심으로 회전하는 회전자;를 포함하고,
상기 회전자극은 회전방향을 따라 상기 고정자극과 만나기 시작하는 선단부에서 균일 공극을 유지하다 상기 회전자극의 폭 길이의 2/3을 지나 비균일 공극을 형성하는 동시에 상기 비균일 공극을 이루는 구간의 소정 깊이에서 상기 회전자축 방향과 평행한 방향으로 관통홀이 형성되는 제1 회전자극과, 회전방향을 따라 상기 고정자극과 만나기 시작하는 선단부에서 비균일 공극을 유지하다 상기 회전자극의 폭 길이의 1/3을 지나기 전부터 균일 공극을 형성하는 동시에 상기 비균일 공극을 이루는 구간의 소정 깊이에서 상기 회전자축 방향과 평행한 방향으로 관통홀이 형성되는 제2 회전자극을 형성한다.
본 발명에 따르면, 덴소의 SRM과 같은 요철부가 제거되어 심각한 기계적 손상을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 평균 공극(average air gap)이 고정자극 및 회전자극 서로가 대면하는 초기 단계에서 크게 되므로, 자기저항이 높아져 토크 리플을 감소시키는 이점이 있다.
또한, 12/8 SRM에 적용하여 토크 리플을 감소시켜 진동 및 소음을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 하나의 쌍(a pair)을 이루는 회전자극들 중 하나인 회전자극(24a) 및 상기 회전자극(24a)에 자기적으로 끌어당기는 고정자극(23a)을 확대한 도면이다.
도 2는 상기 쌍(the pair)을 이루는 회전자극들 중 다른 하나인 회전자극(24b) 및 상기 회전자극(24b)에 자기적으로 끌어당기는 고정자극(23b)을 확대한 도면이다.
도 3은 덴소(denso)가 제안한 SRM을 설명한 도면이다.
도 4는 종래 SRM의 회전자에 따른 토크 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 덴소의 SRM(D)과 비교하여 본 발명이 제안하고자 하는 회전자 표면을 설명한 도면이다.
도 6은 본 발명이 제안하고자 하는 비균일 공극 구간(S) 및 균일 공극 구간(T)을 설명한 도면이다.
도 7은 본 발명이 제안하고자 하는 SRM에서 비균일 공극 구간(S) 및 균일 공극 구간(T)을 설명한 도면이다.
도 8은 덴소의 SRM 및 본 발명이 제안하고자 하는 SRM을 비교한 도면이다.
도 9는 SRM에 관통홀이 하나일 경우(D1)를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 SRM에 관통홀이 2개일 경우(D2)를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 SRM에 관통홀이 2개이면서 크기가 다른 경우(D3)를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 SRM에 관통홀이 3개일 경우(D4)를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 관통홀의 수량에 따른 토크 비교 그래프를 도시한 도면이다.
도 14는 도 13에 대한 결과 데이터를 비교 표시한 도면이다.
도 15는 덴소(denso)의 SRM 및 본 발명이 제안하는 SRM(D3)을 비교한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일실시 예에 따른 회전자 형상변경 구조의 SRM을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시 예는 본 발명의 이상적인 실시 예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형, 예를 들면 제조 방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다. 따라서 실시 예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다. 편평하다고 도시되거나 설명된 영역은 일반적으로 걸치거나/거칠고 비선형인 특성을 가질 수 있다.
또한, 날카로운 각도를 가지는 것으로 도시된 부분은 라운드질 수 있다. 따라서 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것도 아니다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 다른 실시 예에서 대응하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명은 종래 자기포화를 감소시키고자 오목부(α) 및 볼록부(β)로 형성된 요철부의 톱니 형상을 제거하면서 덴소(denso) 일본기업의 특허기술보다 토크 리플(torque ripple)이 작게 발생될 수 있도록 회전자극의 형상을 개선하여 완성되었다.
도 1은 하나의 쌍(a pair)을 이루는 회전자극들 중 하나인 회전자극(24a) 및 상기 회전자극(24a)에 자기적으로 끌어당기는 고정자극(23a)을 확대한 도면이고, 도 2는 상기 쌍(the pair)을 이루는 회전자극들 중 다른 하나인 회전자극(24b) 및 상기 회전자극(24b)에 자기적으로 끌어당기는 고정자극(23b)을 확대한 도면이며, 도 3은 덴소(denso)가 제안한 SRM을 설명한 도면이고, 도 4는 종래 SRM의 회전자에 따른 토크 그래프를 도시한 도면이다.
또한, 도 5는 덴소의 SRM(D)과 비교하여 본 발명이 제안하고자 하는 구성을 설명한 도면이고, 도 6은 본 발명이 제안하고자 하는 비균일 공극 구간(S) 및 균일 공극 구간(T)을 설명한 도면이며, 도 7은 본 발명이 제안하고자 하는 SRM에서 비균일 공극 구간(S) 및 균일 공극 구간(T)을 설명한 도면이고, 도 8은 덴소의 SRM 및 본 발명이 제안하고자 하는 SRM의 회전자 표면을 비교한 도면이다.
또한, 도 9는 SRM에 관통홀이 하나일 경우(D1)를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 SRM에 관통홀이 2개일 경우(D2)를 설명하기 위한 도면이며, 도 11은 SRM에 관통홀이 2개이면서 크기가 다른 경우(D3)를 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 SRM에 관통홀이 3개일 경우(D4)를 설명하기 위한 도면이다.
또한, 도 13은 관통홀의 수량에 따른 토크 비교 그래프를 도시한 도면이고, 도 14는 도 13에 대한 결과 데이터를 비교 표시한 도면이며, 도 15는 덴소(denso)의 SRM 및 본 발명이 제안하는 SRM(D3)을 비교한 도면이고, 도 16은 본 발명의 일실시 예에 따른 회전자 형상변경 구조의 SRM을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 덴소(denso)의 일본기업에서 제안하는 SRM은 회전자극(24a, 24b)의 표면, 즉 선단부에 다수의 오목부(α) 및 볼록부(β)가 교대로 형성되어 있다.
여기서, 도 1과 같이, 오목부(α), 볼록부(β), 오목부(α), 볼록부(β) 순으로 배열되는 회전자극(24a)을 X형이고, 도 2와 같이, 볼록부(β), 오목부(α), 볼록부(β), 오목부(α) 순으로 배열되는 회전자극(24b)을 Y형이다.
오목부(α)의 깊이가 고정자극(23a, 23b) 및 회전자극(24a, 24b)이 먼저 접근하는 가장자리 측에서 깊기 때문에 고정자극(23a, 23b) 및 회전자극(24a, 24b) 사이의 평균 공극(average air gap)이 고정자극(23a, 23b) 및 회전자극(24a, 24b) 서로가 대면하는 초기 단계에서 크게 된다.
이것은 고정자극(23a, 23b) 및 회전자극(24a, 24b) 사이의 자기저항이 높아져 인덕턴스 변화율이 작아지고 이로 인하여 최대 발생 토크가 낮아진다.
또한, 오목부(α)의 깊이가 고정자극(23a, 23b) 및 회전자극(24a, 24b) 사이 대면 영역이 증가함에 따라 얇아져 평균 공극(average air gap)이 작아진다.
이것은 고정자극(23a, 23b) 및 회전자극(24a, 24b) 사이의 자기저항이 낮아져 인덕턴스 변화율이 높아지고 이로 인하여 출력 토크 저하를 억제할 수 있다.
상기의 구성으로 높은 전류가 흐를 경우 토크 맥동(토크 리플)이 억제될 수 있고 낮은 전류가 흐를 경우 최소 발생 토크가 커질 수 있다.
즉, 덴소(denso)의 일본기업이 제안하는 SRM은 도 3에 도시된 바와 같이, 오목부(α), 볼록부(β), 오목부(α), 볼록부(β) 순으로 배열되는 X형 회전자극과, 볼록부(β), 오목부(α), 볼록부(β), 오목부(α) 순으로 배열되는 Y형 회전자극으로, 높은 전류가 코일에 흐를 때 토크 맥동(토크 리플)을 억제할 수 있고, 낮은 전류가 코일에 흐를 때 최소 발생 토크를 커질 수 있으며, 높은 전류가 코일에 흐를 때 과도한 출력 토크 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 상기 덴소(denso)의 특허기술은 자기포화를 감소시키고자 오목부(α) 및 볼록부(β)로 형성된 요철부의 톱니 형상을 채용하고 있어 토크 맥동(torque fluctuation)시 기계적 파손이 심각하여 개선될 필요가 있고, 토크 리플의 발생을 최소화시킬 수 있도록 더욱 낮은 토크 리플(torque ripple)이 요구된다.
종래 SRM은 도 4에 도시된 바와 같이, 최대 토크(Tmax) 및 최소 토크(Tmin)를 알 수 있는 회전자 위치에 따른 토크 그래프를 도시한 도면이다.
참고로, 토크 리플(Tripple)의 방정식은 다음과 같다.
Figure pat00001
상기 토크 리플(Tripple)의 방정식과 같이, 토크 리플(Tripple)을 낮추기 위해 동일 조건에서 최소 토크(Tmin)나 평균 토크(Tavg)를 높일 필요가 있다.
따라서, 본 발명자는 다음과 같이 제안한다.
첫째, 회전자극 표면에 일부 비균일 공극(non-uniform air gap) 구간을 형성한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 덴소(denso)의 요철부 중 우측에서 좌측으로 일정 구간 균일 공극(uniform air gap, lgap)을 유지하다가, 즉 회전자극의 폭 길이(W)의 적어도 2/3 이상이 되는 지점부터 좌측 끝단에 가까워지면서 비균일 공극(non-uniform air gap)을 형성시킨다.
더욱 자세하게는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 균일 공극(lgap) 구간(T)과 비균일 공극(lgap2) 구간(S)으로 나눈다.
여기서 비균일 공극(lgap2)은 균일 공극(lgap)보다 크다.
한편, 덴소(denso)의 회전자극 구성은 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 오목부(α), 볼록부(β), 오목부(α), 볼록부(β) 순으로 배열되는 X형 회전자극과, 볼록부(β), 오목부(α), 볼록부(β), 오목부(α) 순으로 배열되는 Y형 회전자극이다.
따라서, 본 발명자는 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 덴소의 X형 회전자극에 대응하여 회전방향을 따라 균일 공극(T영역)에서 비균일 공극(S영역)으로 이동하는 X형 회전자극과, 덴소의 Y형 회전자극에 대응하여 회전방향을 따라 비균일 공극(S영역)에서 균일 공극(T영역)으로 이동하는 Y형 회전자극을 제안한다.
둘째, 회전자극 표면에 비균일 공극(non-uniform air gap) 구간을 가지면서 회전자극(121) 표면의 소정 깊이(h)에서 관통홀(121h)을 형성한다.
여기서, 본 발명이 제안하는 SRM은 관통홀(121h)의 수량 및 크기를 달리하여 실험한 결과 다음과 같이 도출되었다.
a) 관통홀(121h)이 없는 덴소의 SRM의 경우(D)
도 5에 도시된 바와 같이, 관통홀(121h)이 전혀 없으면서 회전자 표면이 요철부를 가진다.
b) 관통홀(121h)이 하나인 경우(D1)
도 9에 도시된 바와 같이, 회전자극 표면의 소정 깊이(h)에서 회전자축 방향과 평행하게 관통홀 하나를 형성한다.
c) 관통홀(121h)이 2개인 경우(D2)
도 10에 도시된 바와 같이, 회전자극 표면의 소정 깊이(h)에서 회전자축 방향과 평행하게 관통홀 2개를 형성한다.
d) 관통홀(121h)이 2개이면서 크기가 다른 경우(D3)
도 11에 도시된 바와 같이, 회전자극 표면의 소정 깊이(h)에서 회전자축 방향과 평행하게 관통홀 2개를 형성한다.
또한, 관통홀은 비균일 공극을 이루는 구간(S)에서 상기 균일 공극을 이루는 구간(T) 쪽으로 갈수록 작다.
e) 관통홀(121h)이 3개인 경우(D4)
도 12에 도시된 바와 같이, 회전자극 표면의 소정 깊이(h)에서 회전자축 방향과 평행하게 관통홀 3개를 형성한다.
또한, 관통홀은 회전자극 표면에 비균일 공극(non-uniform air gap) 구간을 가지면서 회전자극(121) 표면의 소정 깊이(h)에서 소정 간격 이격되어 3개를 형성한다.
도 13 및 14에 도시된 바와 같이, 관통홀의 수량에 따른 D, D1, D2, D3의 토크를 비교하여 최적의 결과를 얻었다.
즉, D3의 경우와 같이, 회전자극 표면에 비균일 공극(non-uniform air gap) 구간을 가지면서 회전자극(121) 표면의 소정 깊이(h)에서 관통홀(121h)이 2개이고, 상기 관통홀(121h)이 비균일 공극을 이루는 구간(S)에서 균일 공극을 이루는 구간(T) 쪽이 작게 구성할 경우 토크 리플이 최소화된 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명이 제안하는 회전자극(121)은 도 15의 (b) 및 도 16에 도시된 바와 같이, 회전방향을 따라 고정자극(111)과 만나기 시작하는 선단부(표면)에서 균일 공극(lgap)을 유지하다 회전자극(121)의 폭 길이(S + T)의 2/3을 지나 비균일 공극(lgap2)을 형성하는 동시에 상기 비균일 공극(lgap2)을 이루는 구간(S)의 소정 깊이(h)에서 상기 회전자축(120s) 방향과 평행한 방향으로 관통홀(120h)이 형성되는 제1 회전자극(X)과, 회전방향을 따라 고정자극(111)과 만나기 시작하는 선단부(표면)에서 비균일 공극(lgap2)을 유지하다 회전자극(121)의 폭 길이(S + T)의 1/3을 지나기 전부터 균일 공극(lgap)을 형성하는 동시에 상기 비균일 공극(lgap2)을 이루는 구간(S)의 소정 깊이(h)에서 회전자축(120s) 방향과 평행한 방향으로 관통홀(120h)이 형성되는 제2 회전자극(Y)을 형성한다.
이로 인하여 평균 공극(average air gap)이 고정자극(111) 및 회전자극(121) 서로가 대면하는 초기 단계에서 크게 되므로, 자기저항이 높아져 토크 맥동(토크 리플)이 작아질 뿐 아니라, 덴소의 SRM과 같은 요철부를 제거하여 심각한 기계적 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안하는 관통홀(120h)은 제1 관통홀(120h-1) 및 제2 관통홀(120h-2)로 구성되되 제1 관통홀(120h-1)이 제2 관통홀(120h-2)보다 크게 형성된다.
이와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 회전자 형상변경 구조의 SRM(100)은 복수의 고정자극(111)을 구비한 고정자(110); 및 상기 고정자(110)의 내측에 수용되고 방사상 복수의 회전자극(121)을 구비하되 회전자축(120s)을 중심으로 회전하는 회전자(120);를 포함한다.
또한, 회전자극(121)은 회전방향을 따라 고정자극(111)과 만나기 시작하는 선단부에서 균일 공극(T 구간의 lgap)을 유지하다 회전자극(121)의 폭 길이(S + T)의 2/3을 지나 비균일 공극(S 구간의 lgap2)을 형성하는 동시에 상기 비균일 공극을 이루는 구간(S)의 소정 깊이(h)에서 회전자축(120s) 방향과 평행한 방향으로 관통홀(121h)이 형성되는 제1 회전자극(X)과, 회전방향을 따라 고정자극(111)과 만나기 시작하는 선단부에서 비균일 공극(S 구간의 lgap2)을 유지하다 회전자극의 폭 길이(S + T)의 1/3을 지나기 전부터 균일 공극(T 구간의 lgap)을 형성하는 동시에 상기 비균일 공극을 이루는 구간(S)의 소정 깊이(h)에서 회전자축(120s) 방향과 평행한 방향으로 관통홀(121h)이 형성되는 제2 회전자극(Y)을 형성한다.
또한, 비균일 공극(lgap2)은 균일 공극(lgap)보다 크다.
또한, 관통홀(121h)은 비균일 공극을 이루는 구간(S)에서 균일 공극을 이루는 구간(T) 쪽으로 갈수록 작다. 즉, 제1 관통홀(121h-1)은 제2 관통홀(121h-2)보다 크다.
또한, 회전자(120)의 관통홀(121h)은 제1 관통홀(121h-1) 및 제2 관통홀(121h-2)로 2개이다.
또한, 고정자(110)는 12개의 고정자극(111)을 구비하고, 회전자(120)는 8개의 회전자극(121)을 구비한다.
이와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 회전자 형상변경 구조의 SRM(100)은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에 따르면, 덴소의 SRM과 같은 요철부가 제거되어 토크 맥동에 따른 심각한 기계적 손상을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 평균 공극(average air gap)이 고정자극(111) 및 회전자극(121) 서로가 대면하는 초기 단계에서 크게 되므로, 자기저항이 높아져 토크 리플을 감소시키는 이점이 있다.
또한, 12/8 SRM에 적용하여 토크 리플을 감소시켜 진동 및 소음을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 회전자에 권선 또는 영구자석을 사용하지 않기 때문에 내구성이 뛰어난 이점이 있다.
또한, 영구자석의 제한된 자기에너지에 영향을 받지 않으므로 단위 체적당 토크가 좋아 속도-출력 제어 특성이 뛰어나고, 구조가 간단하여 저렴하게 생산할 수 있는 이점이 있다.
또한, 고온 환경에서도 매우 높은 내구성을 제공하는 이점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 본 발명이 제안하는 SRM
110 : 고정자
111 : 고정자극
120 : 회전자
121 : 회전자극
121h : 관통홀

Claims (4)

  1. 복수의 고정자극을 구비한 고정자; 및
    상기 고정자의 내측에 수용되고 방사상 복수의 회전자극을 구비하되 회전자축을 중심으로 회전하는 회전자;를 포함하고,
    상기 회전자극은 회전방향을 따라 상기 고정자극과 만나기 시작하는 선단부에서 균일 공극을 유지하다 상기 회전자극의 폭 길이의 2/3을 지나 비균일 공극을 형성하는 동시에 상기 비균일 공극을 이루는 구간의 소정 깊이에서 상기 회전자축 방향과 평행한 방향으로 관통홀이 형성되는 제1 회전자극과, 회전방향을 따라 상기 고정자극과 만나기 시작하는 선단부에서 비균일 공극을 유지하다 상기 회전자극의 폭 길이의 1/3을 지나기 전부터 균일 공극을 형성하는 동시에 상기 비균일 공극을 이루는 구간의 소정 깊이에서 상기 회전자축 방향과 평행한 방향으로 관통홀이 형성되는 제2 회전자극을 형성하는 것을 특징으로 하는 회전자 형상변경 구조의 SRM.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비균일 공극은 상기 균일 공극보다 크고,
    상기 관통홀은 상기 비균일 공극을 이루는 구간에서 상기 균일 공극을 이루는 구간 쪽으로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하는 회전자 형상변경 구조의 SRM.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자의 관통홀은 2개인 것을 특징으로 하는 회전자 형상변경 구조의 SRM.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자는 12개의 고정자극을 구비하고,
    상기 회전자는 8개의 회전자극을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전자 형상변경 구조의 SRM.
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미국 특허등록번호 7,948,145호, 발명의 명칭 'SWITCHED RELUCTANCE MOTOR' (등록일자 2011.05.24.)

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