KR20210078659A

KR20210078659A - 개선된 레디얼포스 감소 srm

Info

Publication number: KR20210078659A
Application number: KR1020190170316A
Authority: KR
Inventors: 안진우; 정광일; 그레이스; 라주알람
Original assignee: 경성대학교 산학협력단
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-29
Also published as: KR102300921B1

Abstract

본 발명은 개선된 레디얼포스 감소 SRM에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전자극 형상을 개선하여 레디얼포스(radial force)를 감소시키므로 진동 및 소음이 감소될 수 있기 위한 "개선된 레디얼포스 감소 SRM"에 관한 것이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM은 복수의 고정자극을 구비한 권선으로 둘러싸인 고정자와, 상기 고정자의 내측에 수용되고 외측을 향한 복수의 회전자극을 구비한 회전자를 포함하여 이루어지고, 상기 회전자극은 내부에 중공의 홀(hole)부가 길이방향으로 형성되되, 상기 홀(hole)부가 길이방향의 길이의 40 ~ 60%에 해당하고 길이방향으로 동일하게 나누어진 제1 및 제2 홀부로 형성되어 레디얼포스를 감소시킨다.
또한, 상기 홀(hole)부는 길이방향으로 소정 간격 이격되게 상기 제1 및 제2 홀부가 배열되되 길이방향의 양단에서 상기 소정 간격만큼 이격된다.
또한, 상기 홀(hole)부는 직경이 회전자 폭의 1/2 이하이다.
또한, 상기 고정자는 6개의 고정자극을 구비하고, 상기 회전자는 4개의 회전자극을 구비한다.
또는, 상기 고정자는 12개의 고정자극을 구비하고, 상기 회전자는 8개의 회전자극을 구비한다.

Description

개선된 레디얼포스 감소 SRM{Improved Radial Force Reduction Switched Reluctance Motor}

본 발명은 개선된 레디얼포스 감소 SRM에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전자극 형상을 개선하여 레디얼포스(radial force)를 감소시키므로 진동 및 소음이 감소될 수 있기 위한 "개선된 레디얼포스 감소 SRM"에 관한 것이다.

최근 들어, 자동차, 항공 우주, 군수 산업, 의료 장비 등의 다양한 분야에서 전동기(모터) 수요가 크게 증가하고 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(Switched Reluctance Motor, 이하 'SRM'이라 함)는 이중 돌극형과 고정자에만 권선이 위치한 집중권 방식의 전동기구이다.

SRM에서는 고정자 권선에서 발생한 자속에 의한 릴럭턴스에 의해 토크가 발생하므로, SRM은 타 전동기와 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.

즉, SRM은 이중 돌극형 구조로 고정자에만 여자 권선이 존재하고, 회전자에는 여자 권선이나 자석이 없는 단순한 구조의 전동기로 저가형으로 제작이 가능하며 기구적으로 강인하고 고속이나 열악한 환경 적용이 유리한 모터이다.

특히, SRM은 고정자와 회전자에 각각 돌극이 형성되어 있고 고정자의 돌극에 코일이 권선되는 반면 회전자에 코일 또는 자석이 없는 것이 특징이면서 전기 에너지를 회전하는 기계 에너지로 변환시키는 장치나 전기 모터 기술분야에서 꽤 오랜 역사를 갖고 있지만, 제어하기가 힘드는 이유 등으로 인해 최근에 와서야 공학적인 응용에 사용되고 있다.

SRM의 구동원리는 자기 저항의 변화에 따라 발생하는 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)를 이용하여 회전자를 회전시키는 것이다.

구체적으로는 권선이 되어 있는 고정자의 돌극이 여자되면 권선이 되어 있지 않은 회전자의 돌극이 고정자의 돌극과 일치하지 않은 상태에서 일치된 상태로 움직이려는 힘의 토크를 이용하여 회전력을 얻는 것이다.

즉, 돌극(돌출극)이 상호 일치되어 있지 않는 가장 높은 릴럭턴스 상태에서 일치되어 가장 낮은 릴럭턴스로 움직이려는 자기회로의 힘을 이용한다.

따라서, SRM은 고정자와 회전자의 돌출극이 상호 연속적으로 릴럭턴스 토크 작용이 일어나도록 구성되고, 일반적으로 내륜이 회전하는 2상 모터의 경우 4극 고정자와 2극 회전자로 구성되고, 3상 모터의 경우 6극 고정자와 4극 회전자로 구성되며, 4상 모터의 경우 8극 고정자와 6극 회전자로 구성되고, 5상 모터의 경우 10극 고정자와 8극 회전자의 배열로 구성된다.

이러한 SRM은 기존의 유도모터나 동기모터보다 구조가 간단하여, 저렴하게 생산할 수 있다.

또한, 회전자에 권선 또는 영구자석을 사용하지 않기 때문에 내구성이 뛰어나며 영구자석의 제한된 자기에너지에 영향을 받지 않으므로 단위 체적당 토크 및 효율이 좋아서 속도-출력 제어 특성이 뛰어나다. 그리고 고온 환경에서도 매우 높은 내구성을 제공하는 등 장점이 매우 많다.

하지만, 도 1에 도시된 바와 같이, SRM은 기존 범용모터(universal motor)보다 상대적으로 소음이 높은 편인데, 이는 토크가 증가할수록 레이얼포스(radial force)가 증가되어 진동 및 소음이 유발되는 문제점 때문이다.

한국 특허등록번호 제10-1020994호, 발명의 명칭 '하이브리드 극 구조의 베어링리스 스위치드 릴럭턴스 모터' (등록일자 2011.03.02.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 회전자극 형상을 개선하여 레디얼포스(radial force)를 감소시키므로 진동 및 소음이 감소될 수 있는 개선된 레디얼포스 감소 SRM을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM은 복수의 고정자극을 구비한 권선으로 둘러싸인 고정자와, 상기 고정자의 내측에 수용되고 외측을 향한 복수의 회전자극을 구비한 회전자를 포함하여 이루어지고, 상기 회전자극은 내부에 중공의 홀(hole)부가 길이방향으로 형성되되, 상기 홀(hole)부가 길이방향의 길이의 40 ~ 60%에 해당하고 길이방향으로 동일하게 나누어진 제1 및 제2 홀부로 형성되어 레디얼포스를 감소시킨다.

또한, 상기 홀(hole)부는 길이방향으로 소정 간격 이격되게 상기 제1 및 제2 홀부가 배열되되 길이방향의 양단에서 상기 소정 간격만큼 이격된다.

또한, 상기 홀(hole)부는 직경이 회전자 폭의 1/2 이하이다.

또한, 상기 고정자는 6개의 고정자극을 구비하고, 상기 회전자는 4개의 회전자극을 구비한다.

또는, 상기 고정자는 12개의 고정자극을 구비하고, 상기 회전자는 8개의 회전자극을 구비한다.

본 발명에 따르면, 회전자극 내부에 중공의 홀(hole)부가 길이방향으로 형성되어 레디얼포스(radial force)를 감소시키는 이점이 있다.

또한, 홀(hole)부가 길이방향의 길이(L)의 40 ~ 60%에 해당되고 길이방향으로 동일하게 나누어진 제1 및 제2 홀부로 형성되어 레디얼포스(radial force)가 감소되므로 진동 및 소음이 적어지는 이점이 있다.

또한, 홀(hole)부가 길이방향으로 소정 간격 이격되게 제1 및 제2 홀부가 배열되되 길이방향의 양단에서 상기 소정 간격만큼 이격되므로 레디얼포스(radial force)를 보다 감소키시는 이점이 있다.

또한, 6/4 SRM 또는 12/8 SRM에 적용하여 레디얼포스를 감소시켜 진동 및 소음을 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 SRM과 범용모터의 소음을 비교한 데이터이다.
도 2는 종래 6/4 SRM과 본 발명이 제안하는 SRM을 비교하기 위한 형상 데이터이다.
도 3은 SRM 내에 공동 홀(hole)을 형성하는 예시적 사시도이다.
도 4는 도 3의 평균 토크를 도시한 그래프이다.
도 5는 도 3의 평균 레디얼포스를 도시한 그래프이다.
도 6은 도 3의 피크(peak) 레디얼포스를 도시한 그래프이다.
도 7은 회전자극 내에 홀(hole) 위치를 설명하는 예시적 도면이다.
도 8은 레디얼포스 감소 SRM을 구현하기 위한 다양한 형상이다.
도 9는 SRM 내 회전자극을 확대한 예시적 도면이다.
도 10은 SRM 내에 홀(hole) 없는 경우 및 홀(hole)이 50% 크기로 있는 경우를 대비한 도면이다.
도 11은 도 10의 경우에 따른 토크를 도시한 그래프이다.
도 12는 도 10의 경우에 따른 레디얼포스를 도시한 그래프이다.
도 13은 SRM 내에 홀(hole)이 2개일 경우 및 3개일 경우를 도시한 예시적 도면이다.
도 14는 도 13의 경우에 따른 레디얼포스를 도시한 그래프이다.
도 15는 SRM 내에 홀(hole)이 없는 경우, 홀(hole)이 1개일 경우, 홀(hole)이 2개일 경우 및 3개일 경우를 도시한 예시적 도면이다.
도 16은 도 15의 경우에 따른 토크를 도시한 그래프이다.
도 17은 도 15의 경우에 따른 레디얼포스를 도시한 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM를 도시한 도면이다.
도 19는 SRM 내에 홀(hole)이 2개일 경우 예시적인 홀(hole) 배치도이다.
도 20은 도 19의 경우에 따른 토크를 도시한 그래프이다.
도 21은 도 19의 경우에 따른 레디얼포스를 도시한 그래프이다.
도 22는 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 6/4 SRM를 도시한 도면이다.
도 23은 종래 SRM 및 본 발명이 제안하는 6/4 SRM을 비교한 데이터이다.
도 24는 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 12/8 SRM를 도시한 도면이다.
도 25는 종래 SRM 및 본 발명이 제안하는 12/8 SRM을 비교한 데이터이다.

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 회전자에 권선 또는 영구자석을 사용하지 않기 때문에 내구성이 뛰어나고, 영구자석의 제한된 자기에너지에 영향을 받지 않으므로 단위 체적당 토크 및 효율이 좋아서 속도-출력 제어 특성이 뛰어나며, 종래 유도모터나 동기모터보다 구조가 간단하여 저렴하게 생산할 수 있고, 고온 환경에서도 매우 높은 내구성을 제공하는 등 장점이 매우 많은 SRM이지만, 종래 범용모터(universal motor)보다 상대적으로 소음이 높은 편이고 이로 인해 토크가 증가할수록 레이얼포스(radial force)가 증가되어 진동 및 소음이 유발되는 문제점이 있어 이를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 회전자극 형상을 개선하여 레디얼포스(radial force)를 감소시키므로 진동 및 소음이 감소되는 "개선된 레디얼포스 감소 SRM"에 관한 것이다.

도 2는 종래 6/4 SRM과 본 발명이 제안하는 SRM을 비교하기 위한 형상 데이터이고, 도 3은 SRM 내에 공동(空洞) 홀(hole)을 형성하는 예시적 사시도이며, 도 4는 도 3의 평균 토크를 도시한 그래프이고, 도 5는 도 3의 평균 레디얼포스를 도시한 그래프이며, 도 6은 도 3의 피크(peak) 레디얼포스를 도시한 그래프이다.

또한, 도 7은 회전자극 내에 홀(hole) 위치를 설명하는 예시적 도면이고, 도 8은 레디얼포스 감소 SRM을 구현하기 위한 다양한 형상이며, 도 9는 SRM 내 회전자극을 확대한 예시적 도면이다.

또한, 도 10은 SRM 내에 홀(hole) 없는 경우 및 홀(hole)이 50% 크기로 있는 경우를 대비한 도면이고, 도 11은 도 10의 경우에 따른 토크를 도시한 그래프이며, 도 12는 도 10의 경우에 따른 레디얼포스를 도시한 그래프이고, 도 13은 SRM 내에 홀(hole)이 2개일 경우 및 3개일 경우를 도시한 예시적 도면이며, 도 14는 도 13의 경우에 따른 레디얼포스를 도시한 그래프이다.

또한, 도 15는 SRM 내에 홀(hole)이 없는 경우, 홀(hole)이 1개일 경우, 홀(hole)이 2개일 경우 및 3개일 경우를 도시한 예시적 도면이고, 도 16은 도 15의 경우에 따른 토크를 도시한 그래프이며, 도 17은 도 15의 경우에 따른 레디얼포스를 도시한 그래프이고, 도 18은 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM를 도시한 도면이다.

또한, 도 19는 SRM 내에 홀(hole)이 2개일 경우 예시적인 홀(hole) 배치도이고, 도 20은 도 19의 경우에 따른 토크를 도시한 그래프이며, 도 21은 도 19의 경우에 따른 레디얼포스를 도시한 그래프이다.

또한, 도 22는 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 6/4 SRM를 도시한 도면이고, 도 23은 종래 SRM 및 본 발명이 제안하는 6/4 SRM을 비교한 데이터이며, 도 24는 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 12/8 SRM를 도시한 도면이고, 도 25는 종래 SRM 및 본 발명이 제안하는 12/8 SRM을 비교한 데이터이다.

상기 도면들을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 복수의 고정자극(111)을 구비한 권선(112)으로 둘러싸인 고정자(110)와, 상기 고정자(110)의 내측에 수용되고 외측을 향한 복수의 회전자극을 구비한 회전자(120)를 포함하여 이루어지고, 상기 회전자극(121)은 내부에 중공의 홀(hole)부(121h)가 길이방향으로 형성되되, 상기 홀(hole)부(121h)가 길이방향의 길이(L)의 40 ~ 60%에 해당하고 길이방향으로 동일하게 나누어진 제1 및 제2 홀부(121h-1, 121h-2)로 형성되어 레디얼포스를 감소시킨다.

또한, 상기 홀(hole)부(121h)는 길이방향으로 소정 간격 이격되게 상기 제1 및 제2 홀부(121h-1, 121h-2)가 배열되되 길이방향의 양단에서 상기 소정 간격만큼 이격된다.

또한, 상기 홀(hole)부(121h)는 직경이 회전자 폭(W)의 1/2 이하이다.

또한, 상기 고정자(110)는 6개의 고정자극(111)을 구비하고, 상기 회전자(120)는 4개의 회전자극(121)을 구비한다.

또는, 상기 고정자(110)는 12개의 고정자극(111)을 구비하고, 상기 회전자(120)는 8개의 회전자극(121)을 구비한다.

그럼, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)의 구성 및 작용을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명에서 제안하는 SRM(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 6/4 SRM과 크기 및 사양 등을 비교하였을 때 고정자 외경 길이(outer stator diameter)를 제외하고 동일하게 유지시켰다.

즉, 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 종래 SRM과 같이 스택길이(stack length) 30, 공극 간격(Air-gap length) 0.25, 고정자축경(shaft diameter) 10, 전압(V) 310, 출력(Output power) 1,200, 정격속도(rated speed) 18,000, 정격토크(rated torque) 0.60 등이 동일하다.

본 발명이 제안하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 회전자극(121) 내에 공동(空洞) 홀(hole)부(121h)를 형성하여 레디얼포스(radial force)를 감소시키는 실험이 실시되었다.

즉, 본 발명이 제안하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 회전자극(121) 내에 공동(空洞) 홀(hole)부의 크기(반경) 및 위치를 달리하여 실험이 실시되었다.

여기서, 홀부(121h)는 내부에 빈 공간이 형성된 캐비티(cavity)이다.

그 결과 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 홀(hole)부의 크기(반경) 및 위치에 따라 평균 토크(average torque), 평균 레디얼포스(average force), 및 피크 레디얼포스(force peak) 등을 알 수 있었다.

참고로, 레디얼포스(radial force)는 반경 방향에 작용하는 힘을 말하는 것으로, 모터(motor)가 회전시 축의 중심점을 기준으로 반경 방향 또는 방사상으로 발생하는 힘을 말한다.

특히, 레디얼포스(radial force)는 모터가 회전시 반경 방향으로 힘이 크게 작용할수록 진동(vibration) 및 소음(acoustic noise)이 증가하는 원인이 된다.

따라서, 종래에는 레디얼포스(radial force)를 작게 하려면 토크(torque)도 작아지게 되므로, 어느 정도 토크(torque)를 유지하기 위해서 레디얼포스(radial force) 발생을 감수하여야 하였지만, 본 발명에서 이러한 문제점을 해결하였다.

본 발명이 제안하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 회전자 중심에서 홀(hole)부 중심까지 거리(distance) 및 홀(hole)부의 지름(dia)을 조정하여 최적값을 얻기 위하여 다양한 위치에서 다양한 크기로 홀(hole)부를 적용하여 실시되었다.

특히, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 고정자극(111)을 구비한 권선(112)으로 둘러싸인 고정자(110)와, 상기 고정자(110)의 내측에 수용되고 외측을 향한 복수의 회전자극(121)을 구비한 회전자(120)를 포함하여 이루어지되, 상기 회전자극(121)은 내부에 중공의 홀(hole)부(121h)가 길이방향으로 형성된다.

도 10의 (a)는 SRM 내에 홀(hole)부가 없는 경우이고, 도 10의 (b)는 SRM 내에 2개의 홀(hole)부(121h)가 50% 크기로 있는 경우로, 본 발명이 제안하는 레디얼포스 감소 SRM(100)은 다음과 같은 결과가 얻어진다.

즉, 토크(torque)는 도 11의 파란색과 같이 홀부(121h)가 없는 경우(no hole)나 브라운색과 같이 홀부(121h)가 50% 있는 경우(50% hole)와 비슷하여 평균 토크(average torque)가 no hole의 경우 0.644[Nm]이고 50% hole의 경우 0.637[Nm]이다.

하지만, 평균 레디얼포스(average force)나 피크 레디얼포스(peak force)에 차이가 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 레디얼포스(radial force)는 도 12의 파란색과 같이 홀부(121h)가 없는 경우(no hole)와, 도 12의 브라운색과 같이 홀부(121h)가 50% 있는 경우(50% hole)와 차이가 있고, 평균 레디얼포스(average force)는 no hole의 경우 6.33[N]이고 50% hole의 경우 3.66[N]이다.

또한, 피크 포스(peak force)는 도 12의 파란색과 같이 홀부(121h)가 없는 경우(no hole)와, 도 12의 브라운색과 같이 홀부(121h)가 50% 있는 경우(50% hole)와 차이가 있어 no hole의 경우 26.71[N]이고, 50% hole의 경우 17.62[N]이다.

이는 본 발명이 제안하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)이 내부에 중공의 홀(hole)부(121h)가 형성되므로, 레디얼포스(radial force)가 크게 감소되는 것을 알 수 있다.

여기서, 50% hole이란 홀부(121h)의 길이방향 길이가 스택 길이(L)의 50%에 해당되는 의미로, 본 발명에서 제안하는 레디얼포스 감소 SRM(100)은 홀부(121h)의 길이방향 길이가 스택 길이(L)의 40% ~ 60% 사이에 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에서 제안하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 스택 길이(L) 또는 회전자극(121)의 길이방향의 길이(L)의 40% ~ 60% 사이에 홀부(121h)의 길이방향 길이가 형성되어 레디얼포스(radial force)가 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

참고로, 본 발명에서 스택 길이(L)는 회전자극(121)의 길이방향의 길이(L)와 동일한 의미이다.

다음, 본 발명이 제안하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 13에 도시된 바와 같이, SRM 내에 홀(hole)이 2개일 경우 및 3개일 경우를 비교하여 실시하였다.

그 결과, 레디얼포스(radial force)는 도 14에 도시된 바와 같이, SRM 내에 홀(hole)이 2개일 경우(파란색) 등락폭이 적고 상대적으로 일정하였으나, SRM 내에 홀(hole)이 3개일 경우(브라운색) 등락폭이 크고 상대적으로 기복(ups and downs)이 컸다.

즉, 레디얼 포스(radial force)는 SRM 내에 홀(hole)이 2개일 경우(파란색) 등락폭이 적고 상대적으로 일정하였으나, SRM 내에 홀(hole)이 3개일 경우(브라운색) 등락폭이 크고 상대적으로 기복(ups and downs)이 커, 평균 포스(average force)는 홀(hole)이 2개일 경우(파란색) 1.13[N]이고, 홀(hole)이 3개일 경우(브라운색) 2.54[N]이다.

또한, 피크 포스(peak force)는 홀(hole)이 2개일 경우(파란색) 5.46[N]이고, 홀(hole)이 3개일 경우(브라운색) 20.95[N]이다.

따라서, 본 발명이 제안하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 15 내지 도 18에 도시된 바와 같이, SRM 내에 홀(hole)이 2개일 경우 최적의 결과를 도출하였다.

도 15에 도시된 바와 같이, SRM 내에 홀(hole)이 없는 경우, 홀(hole)이 1개일 경우, 홀(hole)이 2개일 경우 및 3개일 경우 등을 실시하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.

즉, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 16에 도시된 바와 같이, SRM 내에 홀(hole)이 없는 경우, 홀(hole)이 1개일 경우, 홀(hole)이 2개일 경우 및 3개일 경우에 토크(torque)가 비슷하나, 도 17에 도시된 바와 같이, SRM 내에 홀(hole)이 없는 경우, 홀(hole)이 1개일 경우, 홀(hole)이 2개일 경우 및 3개일 경우 중 홀(hole)이 2개일 경우에 가장 작게 레디얼포스(radial force)가 나타난다.

결론적으로, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 18에 도시된 바와 같이 제안된다.

1) 회전자극(121)의 길이방향의 길이 또는 스택 길이는 L이다.

2) 홀부(121h)는 원기둥 형상의 캐비티(cavity)로 제1 홀부(121h-1) 및 제2 홀부(121h-2)가 형성되고, 제1 홀부(121h-1)의 길이는 Lh1이고, 제2 홀부(121h-2)의 길이는 Lh2이다. 다만, 본 발명에서 홀부(121h)는 원기둥 형상이나 필요에 따라 다양한 형상으로 구현될 수 있다.

3) 홀부(121h)의 전체 길이가 α라 하면, 제1 홀부(121h-1)의 길이(Lh1) = 제2 홀부(121h-2)의 길이(Lh2) =

이다.

4) 홀(hole)부(121h)는 길이방향의 길이(L)의 40 ~ 60%에 해당된다.

5) 홀(hole)부(121h) 사이 간격 전체길이를 β라 하면, β = (L - α) 이다.

6) 홀(hole)부(121h) 사이 소정 간격 각각은 Ld1, Ld2, Ld3이고, Ld1 ≒ Ld2 ≒ Ld3 ≒

이다.

7) 홀(hole)부(121h)의 직경은 회전자극(121) 폭(W)의

보다 크지 않다.

즉, 홀부(121h)의 직경은

이하이다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 19에 도시된 바와 같이, 2개의 홀(hole) 중에서도 내부에 일정한 간격으로 이격되어 있을 때 최적의 결과를 도출하였다.

도 19에 도시된 바와 같이, 홀(hole)이 2개일 경우 회전자극 내부에 길이방향으로 일정 간격 이격되게 홀(hole)이 배치된 (a)와, 회전자극 내부에 길이방향이지만 양단에 홀(hole)이 배치된 (b)와, 회전자극 내부에 길이방향이지만 중앙에 몰려 있게 홀(hole)이 배치된 (c)를 실시하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.

즉, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 20에 도시된 바와 같이, 도 18의 (a), (b), 및 (c) 경우 토크(torque)가 비슷하나, 도 21에 도시된 바와 같이, 홀(hole)이 2개일 경우 회전자극 내부에 길이방향으로 일정 간격 이격되게 홀(hole)이 배치된 (a) 경우가 나머지 (b) 및 (c) 경우보다 기복이 작고 상대적으로 작고 안정적으로 레디얼포스(radial force)가 나타난다.

특히, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 6/4 SRM(100)은 도 22에 도시된 바와 같이, 회전자(121)를 두께 0.35mm 박판으로 적층하여 형성할 경우 회전자의 길이방향 길이(L)가 박판층 57개에 해당되고, Lh1, Lh2 각각이 박판층 13개의 두께에 해당되며, Ld1이 박판층 10개, Ld2가 박판층 11개, Ld3가 박판층 10개에 해당된다.

여기서 제1 홀부(121h-1)와 제2 홀부(121h-2) 간 사이 간격 Ld2가 Ld1, Ld3 각각보다 박판층 1개만큼(0.35mm) 차이가 있으나 이 정도 차이는 동일하거나 비슷하다고 간주할 수 있다.

또한, 홀부(121h)는 도 22에 도시된 바와 같이, 회전자(121)의 뿌리 부근에서 길이방향으로 제1 홀부(121h-1) 및 제2 홀부(121h-2)가 일렬로 형성된다.

도 23은 종래 SRM 및 본 발명이 제안하는 6/4 SRM을 비교한 데이터로, 토크(torque)에서 매우 비슷한 값을 가지나, 레디얼포스(radial force)에서 큰 차이가 있음을 그래프를 통하여 잘 알 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 12/8 SRM(100)은 도 24에 도시된 바와 같이, 회전자(121)를 두께 0.35mm 박판으로 적층하여 형성할 경우 회전자의 길이방향 길이(L)가 박판층 57개에 해당되고, Lh1, Lh2 각각이 박판층 13개의 두께에 해당되며, Ld1이 박판층 10개, Ld2가 박판층 11개, Ld3가 박판층 10개에 해당된다.

또한, 홀부(121h)는 도 24에 도시된 바와 같이, 회전자(121)의 뿌리 부근에서 길이방향으로 제1 홀부(121h-1) 및 제2 홀부(121h-2)가 일렬로 형성된다.

도 25는 종래 SRM 및 본 발명이 제안하는 12/8 SRM을 비교한 데이터로, 토크(torque)에서 매우 비슷한 값을 가지나, 레디얼포스(radial force)에서 큰 차이가 있음을 그래프를 통하여 잘 알 수 있다.

종합적으로 정리하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 복수의 고정자극(111)을 구비한 권선(112)으로 둘러싸인 고정자(110)와, 상기 고정자(110)의 내측에 수용되고 외측을 향한 복수의 회전자극(121)을 구비한 회전자(120)를 포함하여 이루어진다.

또한, 회전자극(121)은 내부에 중공의 홀(hole)부(121h)가 길이방향으로 형성되되, 상기 홀부(121h)가 길이방향의 길이(L)의 40 ~ 60%에 해당하고 길이방향으로 같은 크기로 나누어진 제1 및 제2 홀부(121h-1, 121h-2)로 형성되어 레디얼포스를 감소시킨다.

또한, 홀(hole)부(121h)는 길이방향으로 소정 간격 이격(Ld1, Ld3)되게 상기 제1 및 제2 홀부(121h-1, 121h-2)가 배열되되 길이방향의 양단에서 상기 소정 간격(Ld2)만큼 이격되고, 홀(hole)부(121h)의 직경이 회전자 폭(W)의 1/2 이하이다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 22에 도시된 바와 같이, 6개의 고정자극(111)를 구비한 고정자(110)와, 4개의 회전자극(121)을 구비한 회전자(120)로 구성된 6/4 SRM이 될 수 있고, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레디얼포스 감소 SRM(100)은 도 24에 도시된 바와 같이, 12개의 고정자극(111)을 구비한 고정자(110)와, 8개의 회전자극(121)을 구비한 회전자(120)로 구성된 12/8 SRM에도 적용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시 예에 따른 개선된 레디얼포스 감소 SRM(100)은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전자극(121) 내부에 중공의 홀(hole)부(121h)가 길이방향으로 형성되어 레디얼포스(radial force)를 감소시키는 이점이 있다.

또한, 홀(hole)부(121h)가 길이방향의 길이(L)의 40 ~ 60%에 해당되고 길이방향으로 동일하게 나누어진 제1 및 제2 홀부(121h-1, 121h-2)로 형성되어 레디얼포스(radial force)가 감소되므로 진동 및 소음이 적어지는 이점이 있다.

또한, 홀(hole)부(121h)가 길이방향으로 소정 간격 이격되게 제1 및 제2 홀부(121h-1, 121h-2)가 배열되되 길이방향의 양단에서 상기 소정 간격만큼 이격되므로 레디얼포스(radial force)를 보다 감소키시는 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 : 홀(hole)부
121h-1 : 제1 홀부
121h-2 : 제2 홀부

Claims

복수의 고정자극을 구비한 권선으로 둘러싸인 고정자와,
상기 고정자의 내측에 수용되고 외측을 향한 복수의 회전자극을 구비한 회전자를 포함하여 이루어지고,
상기 회전자극은 내부에 중공의 홀(hole)부가 길이방향으로 형성되되, 상기 홀(hole)부가 길이방향의 길이의 40 ~ 60%에 해당하고 길이방향으로 동일하게 나누어진 제1 및 제2 홀부로 형성되어 레디얼포스를 감소시키는 것을 특징으로 하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM.
제 1 항에 있어서,
상기 홀(hole)부는 길이방향으로 소정 간격 이격되게 상기 제1 및 제2 홀부가 배열되되 길이방향의 양단에서 상기 소정 간격만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM.
상기 홀(hole)부는 직경이 회전자 폭의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM.
제 1 항에 있어서,
상기 고정자는 6개의 고정자극을 구비하고,
상기 회전자는 4개의 회전자극을 구비하는 것을 특징으로 하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM.
제 1 항에 있어서,
상기 고정자는 12개의 고정자극을 구비하고,
상기 회전자는 8개의 회전자극을 구비하는 것을 특징으로 하는 개선된 레디얼포스 감소 SRM.