KR20230105037A

KR20230105037A - Axial type unidirectional current motor

Info

Publication number: KR20230105037A
Application number: KR1020220000129A
Authority: KR
Inventors: 박광돈
Original assignee: 박광돈
Priority date: 2022-01-03
Filing date: 2022-01-03
Publication date: 2023-07-11

Abstract

본 발명에 의한 축형 단방향 전류 모터는 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌지 않고 항상 일정한 방향으로 흐름으로서, 코일 및 철심에서 발생하는 손실이 감소함으로서 효율이 높아지게 되는 것이다.In the axial unidirectional current motor according to the present invention, the direction of the current flowing through the coil always flows in a constant direction without changing, so that the loss generated in the coil and the iron core is reduced, thereby increasing efficiency.

Description

Axial type unidirectional current motor}

본 발명은 자기장의 방향이 회전축 방향인 축형 모터로서, 더욱 상세하게는 영구자석과 직류 전류를 사용하는 축형 모터에 관한 것이다.The present invention relates to an axial motor in which a direction of a magnetic field is a direction of a rotation axis, and more particularly, to an axial motor using a permanent magnet and direct current.

종래의 모터는 자기장의 방향에 따라, 자기장의 방향이 축 방향인 축 방향 모터와 자기장의 방향이 반지름 방향인 방사형 모터로 구분할 수 있다.Conventional motors can be classified into axial motors in which the direction of the magnetic field is in the axial direction and radial motors in which the direction of the magnetic field is in the radial direction, according to the direction of the magnetic field.

또한, 사용하는 전기의 종류에 따라서 직류 모터와 교류 모터로 구분을 할 수 있다.In addition, according to the type of electricity used, it can be divided into a DC motor and an AC motor.

또한, 종래의 모터는 고정자와 회전자 모두가 전류에 의하여 자기장이 형성되는 유도 모터와, 영구자석을 이용하는 영구자석 모터로 구분을 할 수 있다.In addition, conventional motors can be divided into induction motors in which magnetic fields are formed by current in both the stator and the rotor, and permanent magnet motors using permanent magnets.

이와 같은 종래의 모든 모터는 사용하는 전류의 종류와 관계없이, 코일에 흐르는 전류의 방향은 규칙적으로 변하는 구조이다.In all conventional motors, the direction of the current flowing through the coil is regularly changed regardless of the type of current used.

종래의 모터는 사용하는 전기의 종류에 따라서 교류 모터와 직류 모터로 구분을 할 수 있다.Conventional motors can be classified into AC motors and DC motors according to the type of electricity used.

교류 모터의 경우에는 교류 전기의 위상에 따라서 모터의 코일에서 흐르는 전류의 방향이 바뀌게 된다.In the case of an AC motor, the direction of the current flowing in the coil of the motor is changed according to the phase of the AC electricity.

또한, 직류 모터의 경우에도 정류자와 브러시에 의하여 모터의 코일에서 흐르는 전류의 방향이 바뀌게 된다.Also, in the case of a DC motor, the direction of the current flowing in the coil of the motor is changed by the commutator and the brush.

이와 같이, 코일에서 흐르는 전류의 방향은 모터가 1회전 하는 동안 적어도 1번 이상 바뀌게 된다.As such, the direction of the current flowing in the coil is changed at least once during one rotation of the motor.

이는 3,000 RPM의 경우, 1분에 코일에 흐르는 전류의 방향이 적어도 3,000번 이상 변하는 것으로, 이로 인하여 열이 발생하고 이는 모터의 효율을 떨어트리는 큰 원인이 되고 있다.In the case of 3,000 RPM, the direction of the current flowing through the coil changes at least 3,000 times per minute, which causes heat to be generated, which is a major cause of reducing the efficiency of the motor.

이와 같이 종래 모터의 효율을 떨어트리는 손실의 종류를 구체적으로 구분하여 설명하면 다음과 같다.In this way, the types of losses that reduce the efficiency of conventional motors are specifically classified and described as follows.

도 2는 종래 모터의 효율을 떨어트리는 손실의 종류를 구분하여 보이기 위한 것으로서, 여기서 보이는 바와 같이 종래 모터의 효율을 떨어트리는 손실의 종류는 코일에서 발생하는 동 손실과 철심에서 발생하는 철 손실과 기계적인 손실로 구분 할 수가 있다.Figure 2 is to show the types of losses that reduce the efficiency of conventional motors by classifying them. As shown here, the types of losses that reduce the efficiency of conventional motors are copper losses from coils and iron losses from iron cores and mechanical It can be classified as a negative loss.

코일에서 발행하는 동 손실은 사용하는 전기가 직류인 경우에 발생하는 직류 동 손실이 있으며, 이는 코일의 재료인 동 자체가 가지는 고유 저항에 의한 손실을 말한다.The copper loss generated by the coil includes the direct current copper loss that occurs when the electricity used is direct current, which refers to the loss due to the specific resistance of the copper itself, which is the material of the coil.

그러나, 사용하는 전기가 교류인 경우에는 상기에서 설명한 코일 자체의 고유저항에 의한 손실 이외에도 많은 추가적인 동 손실이 발생한다.However, when the electricity used is alternating current, many additional copper losses occur in addition to losses due to the resistivity of the coil itself described above.

이와 같은 교류 동 손실로는 표피효과(skin effect)에 의한 손실과 근접효과(proximity effect)에 의한 손실과 회전 전류(circulating current)에 의한 손실을 들 수 있다.Such AC copper losses include loss due to skin effect, loss due to proximity effect, and loss due to circulating current.

상기의 표피효과에 의한 손실이란, 도선에 교류 전류가 흐를 때 도선의 바깥쪽으로 전류가 쏠리는 현상에 의해 도선 단면의 일부만이 사용되어지고, 이에 따라서 저항이 커지고 열이 발생함으로서 발생하는 손실이다.The loss due to the skin effect described above is a loss that occurs when only a part of the cross section of the wire is used due to a phenomenon in which the current is drawn to the outside of the wire when an alternating current flows through the wire, resulting in increased resistance and heat generation.

이러한 현상은 전류 방향의 변동이 많아질수록 커진다.This phenomenon increases as the variation of the current direction increases.

또한, 근접효과에 의한 손실이란, 여러 가닥의 도선에 교류 전류가 흐르게 되면 도선 주위에 자기장이 생기고, 이 자기장이 인접한 도선에 흐르는 전류를 한쪽으로 몰리게 함으로서 저항이 커져 발생하는 손실이다.In addition, loss due to proximity effect is a loss that occurs when an alternating current flows through several wires, a magnetic field is generated around the wires, and the magnetic field causes the current flowing in the adjacent wires to be concentrated to one side, resulting in increased resistance.

또한, 회전 전류에 의한 손실이란, 도선에 흐르는 전류의 방향이 바뀔 때 인접한 도선에 회전 전류가 발생하는 현상으로 발생하는 손실이다In addition, loss due to rotational current is a loss caused by a phenomenon in which rotational current is generated in an adjacent conductor when the direction of the current flowing in the conductor is changed.

철심은 코일에 흐르는 전류에 의하여 발생하는 자기장에 의하여 자화가 되며, 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌면 철심은 반대의 극성으로 자화가 되는데, 이때 철심에서 발생하는 손실을 히스테리시스 손실(hysteresis loss)이라 한다.The iron core is magnetized by the magnetic field generated by the current flowing through the coil, and when the direction of the current flowing through the coil is changed, the iron core becomes magnetized with the opposite polarity. .

또한 철심에는 도선에 흐르는 전류의 방향이 바뀜에 따라서 유도 전류가 흐르게 되며, 이 유도 전류 또한 방향이 바뀜에 따라서 와류 전류의 형태로서 열을 발생시키는 손실로서 나타나는데, 이를 와전류 손실이라 한다.In addition, induced current flows in the iron core as the direction of the current flowing in the wire changes, and this induced current also appears as a loss that generates heat in the form of eddy current as the direction changes, which is called eddy current loss.

이와 같이, 종래의 모터는 코일에 흐르는 전류의 방향이 끊임없이 바뀜으로서, 전류의 방향이 바뀌지 않으면 발생하지 않을 추가적인 손실이 많이 발생함을 알 수 있다.As such, since the direction of the current flowing in the coil is constantly changed in the conventional motor, it can be seen that a lot of additional loss occurs unless the direction of the current is changed.

본 발명의 목적은 이와 같은 추가적으로 발생하는 손실을 줄임으로서 효율이 높은 모터를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a motor with high efficiency by reducing such additional losses.

상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 축형 단방향 전류 모터는 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌지 않고 항상 같은 방향으로 흐르게 하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problem, the axial unidirectional current motor of the present invention is characterized in that the direction of the current flowing in the coil always flows in the same direction without changing.

이를 위하여, 계자에 구비되는 영구자석의 극성은 도 3에서 보이는 바와 같이 축형의 단극으로 구성된다.To this end, the polarity of the permanent magnet provided in the field consists of an axial single pole as shown in FIG. 3 .

그리고, 계자는 전기자를 기준으로 좌측과 우측에 일정한 간격을 두고 구비되며, 좌측 계자 영구자석(11)과 우측 계자 영구자석(21)의 극성은 서로 같은 극성이 마주보는 형태로 구비된다.And, the fields are provided at regular intervals on the left and right sides of the armature, and the polarities of the left field permanent magnet 11 and the right field permanent magnet 21 are provided in the form of facing each other with the same polarity.

본 발명에 따른 축형 단방향 전류 모터는 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌지 않고 항상 같은 방향으로 흐름으로서, 전류의 방향 변동으로 인한 동 손실과 히스테리시스 철 손실과 와 전류 손실이 발생하지 않음으로서 효율이 높고 열의 발생이 적게 된다.The axial unidirectional current motor according to the present invention always flows in the same direction without changing the direction of the current flowing in the coil, so that copper loss, hysteresis iron loss, and eddy current loss due to change in the direction of the current do not occur, resulting in high efficiency and thermal occurrence is less.

또한, 철심을 사용할 필요가 없어서 경량화가 가능하며, 종래의 직류 모터에서 사용하는 정류자와 브러시가 필요 없으며, 또한 종래의 BLDC 모터에서 사용하는 컨트롤러가 필요 없어서 구조가 간단해진다.In addition, since there is no need to use an iron core, weight reduction is possible, and a commutator and brush used in a conventional DC motor are not required, and a controller used in a conventional BLDC motor is not required, so the structure is simplified.

도 1은 본 발명에 의한 축형 단방향 전류 모터의 주요 부위를 보여주는 사시도,
도 2는 종래의 모터에서 발생하는 에너지 손실을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 의한 축형 단방향 전류 모터의 주요 부위를 보여주는 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 축형 단방향 전류 모터의 전기자를 설명하기 위한 부분 투과 사시도,
도 5는 본 발명에 의한 축형 단방향 전류 모터의 전기자에 구비되는 좌측 전기자 영구자석(31)과 우측 전기자 영구자석(32)의 관계를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 의한 축형 단방향 전류 모터의 회전 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view showing the main parts of an axial unidirectional current motor according to the present invention;
2 is a diagram for explaining energy loss occurring in a conventional motor;
3 is an exploded perspective view showing the main parts of the axial unidirectional current motor according to the present invention;
4 is a partially transparent perspective view for explaining the armature of the axial unidirectional current motor according to the present invention;
5 is a view for explaining the relationship between the left armature permanent magnet 31 and the right armature permanent magnet 32 provided in the armature of the axial unidirectional current motor according to the present invention;
6 is a view for explaining the rotation principle of the axial unidirectional current motor according to the present invention.

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.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.However, the present invention may be implemented in many different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.The terminology used herein is only for referring to specific embodiments and is not intended to limit the present invention.

도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시 예는 본 발명의 이상적인 실시 예를 구체적으로 나타낸다.Embodiments of the present invention described with reference to the drawings specifically represent ideal embodiments of the present invention.

그 결과, 도해의 다양한 변경, 예를 들면 제조방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다.As a result, various modifications of the illustrations are expected, for example, modifications of manufacturing methods and/or specifications.

따라서, 실시 예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.Therefore, the embodiment is not limited to the specific shape of the illustrated area, and includes, for example, modification of the shape by manufacturing.

따라서 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것도 아니다.Accordingly, the regions shown in the drawings are only approximate in nature and their shapes are not intended to depict the exact shape of the region, nor are they intended to narrow the scope of the present invention.

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.It is advised that the drawings are schematic and not drawn to scale. Relative dimensions and proportions of parts in the drawings are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the drawings, and any dimensions are illustrative only and not limiting.

본 발명에서는 전기를 투입하여 회전에너지를 발생시키는 모터에 대하여 규정하지만, 같은 원리이면서 반대로 회전 에너지를 전기로 변환시키는 발전기에도 적용할 수 있다.In the present invention, a motor that generates rotational energy by inputting electricity is defined, but the same principle can also be applied to a generator that converts rotational energy into electricity.

따라서, 본 발명의 핵심적인 특징을 갖는 발전기에 대해서도 본 발명의 원리가 동일하게 적용되며, 권리 또한 동일하게 적용된다.Therefore, the principle of the present invention is equally applied to the generator having the key features of the present invention, and the rights are also equally applied.

이를 위하여 본 발명에 의한 축형 단방향 전류 모터는 도 3에서 보이는 바와 같이 2개의 계자와 1개의 전기자로 구성되어진다.To this end, the axial unidirectional current motor according to the present invention is composed of two fields and one armature as shown in FIG.

2개의 계자는 링 형태의 영구자석으로서, 축형의 단극으로 자화된 것을 특징으로 한다.The two fields are ring-shaped permanent magnets, characterized in that they are magnetized with axial single poles.

그러나, 상기 링 형태의 영구자석은 다수의 영구자석으로 이루어질 수도 있다.However, the ring-shaped permanent magnet may be composed of a plurality of permanent magnets.

상기의 계자는 도 3에서 보이는 바와 같이 전기자(30)를 기준으로 전기자의 좌측에 위치하는 좌측 계자(10)와 전기자의 우측에 위치하는 우측 계자(20)로 구성되어지며, 서로 같은 극을 마주하고 위치한다.As shown in FIG. 3, the field is composed of a left field 10 located on the left side of the armature with respect to the armature 30 and a right field 20 located on the right side of the armature, facing the same pole. and located

그러나, 상기와 같이 우측 계자(20)와 좌측 계자(10)가 서로 같은 극을 마주하고 위치하면 그 사이에는 자기장이 상쇄되어 자기장의 세기가 약해지게 된다.However, as described above, when the right field 20 and the left field 10 face the same pole, the magnetic field between them is offset and the strength of the magnetic field is weakened.

이와 같이 계자의 자기장이 상쇄되는 것을 막기 위하여, 전기자에는 도 5에서 보이는 바와 같이 축형의 단극으로 자화된 링 형태의 영구자석 2개가 서로 같은 극성을 마주하며 좌측과 우측에 구비되며, 이렇게 좌측에 위치하는 좌측 전기자 영구자석(31)과 우측에 위치하는 우측 전기자 영구자석(32)은 도 4에서 보이는 바와 같이 전기자 구조체(33)에 의하여 고정되어진다.In order to prevent the magnetic field of the field from being offset in this way, as shown in FIG. 5, the armature is provided with two ring-shaped permanent magnets magnetized with axial single poles on the left and right sides facing each other with the same polarity, and is located on the left side in this way. The left armature permanent magnet 31 and the right armature permanent magnet 32 located on the right are fixed by the armature structure 33 as shown in FIG.

상기의 전기자 영구자석 또한 다수의 영구자석으로 이루어질 수도 있다.The above armature permanent magnet may also be composed of a plurality of permanent magnets.

그리고, 도 3과 도 4에서 보이는 바와 같이 코일(35)은 상기의 전기자 영구자석을 감싸며 전기자 구조체(33)에 한 방향으로 감긴다.And, as shown in FIGS. 3 and 4 , the coil 35 is wound around the armature structure 33 in one direction while surrounding the armature permanent magnet.

또한, 좌측 계자 영구자석(11)의 극성과 좌측 전기자 영구자석(31)의 극성은 서로 다른 극성이 마주하게 구성되어져야 하며, 우측 계자 영구자석(21)의 극성과 우측 전기자 영구자석(32)의 극성 또한 서로 다른 극성이 마주하게 구성되어져야 한다.In addition, the polarity of the left field permanent magnet 11 and the polarity of the left armature permanent magnet 31 must be configured so that different polarities face each other, and the polarity of the right field permanent magnet 21 and the right armature permanent magnet 32 The polarity of must also be configured so that different polarities face each other.

이렇게 함으로서, 코일에 작용하는 자기장의 세기가 감소하는 것을 방지할 수 있다.By doing this, it is possible to prevent the strength of the magnetic field acting on the coil from decreasing.

도 6은 본 발명에 의한 축형 단방향 전류 모터가 회전하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the principle of rotation of the axial unidirectional current motor according to the present invention.

도 6에서 보이는 바와 같이 코일(35)과 좌측 전기자 영구자석(31)과 우측 전기자 영구자석(32)이 일체가 되어 전기자를 이루고, 이 전기자는 좌측 계자 영구자석(11)과 우측 계자 영구자석(21) 사이에 위치하게 된다.As shown in FIG. 6, the coil 35, the left armature permanent magnet 31 and the right armature permanent magnet 32 are integrally formed to form an armature, and the armature consists of a left field permanent magnet 11 and a right field permanent magnet ( 21) is located between them.

이때, 좌측 계자 영구자석(11)과 좌측 전기자 영구자석(31) 사이에는 오른쪽으로 향하는 자기장(41)이 생성되며, 그 사이에 위치한 코일(35)에 전류(40)가 흐르면 이 코일은 앞으로 향하는 방향의 힘(42)을 받게 된다.At this time, a rightward magnetic field 41 is generated between the left field permanent magnet 11 and the left armature permanent magnet 31, and when current 40 flows in the coil 35 located between them, the coil moves forward. It is subjected to a directional force (42).

또한, 우측 계자 영구자석(21)과 우측 전기자 영구자석(32) 사이에는 왼쪽으로 향하는 자기장(41)이 생성되며 그사이에 위치한 코일(35)에 전류(40)가 흐르면 이 코일 또한 앞으로 향하는 방향의 힘(42)을 받는다.In addition, a leftward magnetic field 41 is generated between the right field permanent magnet 21 and the right armature permanent magnet 32, and when current 40 flows in the coil 35 located therebetween, this coil also moves forward. Receives power (42).

따라서, 코일에 흐르는 전류의 방향이 변하지 않아도 한 방향으로 회전함을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the coil rotates in one direction even though the direction of the current flowing through the coil does not change.

10 : 좌측 계자
11 : 좌측 계자 영구자석
20 : 우측 계자
21 : 우측 계자 영구자석
30 : 전기자
31 : 좌측 전기자 영구자석
32 : 우측 전기자 영구자석
33 : 전기자 구조체
35 : 코일
40 : 전류의 방향
41 : 자기장의 방향
42 : 힘의 방향10: left field
11: Left field permanent magnet
20: right field
21: right field permanent magnet
30: armature
31: left armature permanent magnet
32: right armature permanent magnet
33: armature structure
35: Coil
40: direction of current
41: direction of magnetic field
42: direction of force

Claims

a left field and a ring-shaped permanent magnet magnetized with an axial single pole;
a right field provided on the right side of the left field at a regular interval from the left field and including a ring-shaped permanent magnet magnetized with an axial single pole; A ring-shaped left armature permanent magnet magnetized with an axial single pole, a ring-shaped permanent magnet with a right armature magnetized with an axial single pole provided at regular intervals on the right side of the left armature permanent magnet, and the left armature permanent magnet and an armature structure including an armature structure for firmly coupling the right armature permanent magnet and a coil wound in one direction while surrounding the left armature permanent magnet and the right armature permanent magnet. An axial unidirectional current motor.