KR930006647B1 - 토오크 리플레스 직류모터 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

토오크 리플레스 작류모터

제1도는 종래의 직류(DC)모터 구성예시도.

제2도는 제1도의 구동원리 설명도.

제3도는 종래의 단극발전기 구성예시도.

제4도는 본 발명의 토오크 리플레스 직류모터 일부절결사시도.

제5도는 제4도의 단면도.

제6도는 제4도 아마추어 코어의 평면도 및 횡단면도.

제7도는 본 발명의 토오크 리플레스 직류모터 다른 실시단면도.

제8도는 본 발명의 토오크 리플레스 직류모터 또다른 실시단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 축 12 : 하우징

13 : 베어링 14 : 보스

15 : 원판형로우더 16 : 도너츠형 영구자석

17 : 아마추어 코어 20 : 요크

21 : 간격유지면 22 : 권선

본 발명은 직류(DC)모터에 관한 것으로, 특히 정류자를 사용하지 않고, 로터의 회전에 따른 토오크(Torque)의 변동이 발생되지 않도록 한 토오크 리플레스(Rippless) 직류모터에 관한 것이다.

종래의 일반적인 직류모터는 제1도에 도시된 바와같이, 계자자극(3)에 의해 형성되는 자장내에 축(5)을 중심으로 대칭이 되는 권선(4)이 설치되고, 그 권선(4)의 끝단은 정류자(2)에 접속되며, 그 정류자(2)에는 직류전원(+,-)이 공급되는 브러쉬(1)가 접촉된 구조로 되어 있다. 이와같이 구성된 직류모터는 외부에서 브러쉬(1)에 직류전원이 공급될 때 정류자(2) 및 권선(4)이 축(5)을 중심으로 회전되어지는 것으로, 그 구동원리를 제2도를 참조하여 설명한다.

브러쉬(1)에 직류전원이 공급되어 계자자극(3)의 S극쪽에 있는 권선(4)측으로 전류가 흘러들어가고, 계자자극(3)의 N극쪽에 있는 권선(4)측으로 전류가 흘러나온다면, 제2도에 도시된 바와같이 계자자극(3)의 S극쪽에 있는 권선(4)이 받는 힘(F₁)은 플레밍의 왼손법칙을 따르게 되므로, 그 힘의 크기는 F₁=Bi ℓ이 되고, 그 힘의 방향은 위쪽방향으로 되며, 반대로 계자자극(3)의 N극쪽에 있는 권선(4)이 받는 힘(F₂)의 크기는 상기 힘(F₁)과 같으나 그 힘의 방향은 아래쪽 방향으로 된다.

그런데, 권선(4)은 축(5)을 중심으로 회전하게 되어 있으므로, 그 회전방향으로 받는 힘(T₁), (T₂)은 제2도에 도시된 바와같이 권선(4)이 수직에 대하여 소정각도(θ)만큼 기울어져 있는 상태에서는 T₁=F_1COS(90°-θ)=F₁sinθ, T₂=F₂sinθ로 되며, 회전방향으로 받는 토오크의 방향은 시계방향으로 같이 되기 때문에 그 2힘이 합쳐져서 모터의 로우터가 회전하게 된다.

이때 로우터가 소정각도(θ)만큼 시계방향으로 회전되면, 정류자(2)에 의해서 권선(4)의 전류흐름방향이 바뀌게 되므로 시계방향으로 힘을 받게 된다.

그러나, 정류자를 사용하는 직류모터에 있어서는 상기의 설명에서 알 수 있는 바와같이 로터의 회전위치에 따라서 토오크의 위치가 변화하기 때문에 토오크 리플이 발생되고, 또 로우터의 회전위치에 따라서 전류의 방향을 바꾸어 줄 때 브러쉬와 정류자의 접촉, 브러쉬의 과열 등 제반 문제점이 발생되며, 구조가 복잡한 정류자를 사용함에 따라 모터를 소형화시킬 수 없고 원가가 상승되는 결점이 있었다.

한편, 특수직류모터로서 제3도에 도시된 바와같은 단극(Homo Polar)발전기가 사용되고 있다. 즉, 제3도는 종래의 단극발전기 예시도로서 이에 도시된 바와같이, 마그네트(6)에 자속이 통과하도록 여자를 시킨 상태에서 동판(7)이 그 마그네트(6)의 캡(gab)내를 회전하도록 설치되고, 그 동판(7)의 끝단과 그 동판(7)의 회전축(8)에 브러쉬(9)(9')가 각기 설치된 구조로 되어 있다. 따라서, 상기 동판(7)을 소정각속도(ω)로 회전시키게 되면 동판(7)의 끝단에 부착된 브러쉬(9)에는 플러스(+) 축(8)에는 마이너스(-)의 기전력이 유기된다.

이상의 설명은 단극발전기에 대한 것이지만 동판(7)의 끝단 및 축(8)에 부착된 브러쉬(9)에 외부에서 직류전원을 인가하면 직류모터로 구동된다.

그런데, 상기에서 설명한 단극발전기는 구조가 복잡한 정류자를 사용할 필요가 없는 장점은 있으나, 그 단극발전기를 직류모터로 사용하는 경우에 저전압, 대전류가 필요하게 되고, 이에따라 특수용도가 아니고서는 사용하지 않게 되는 결함이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 결점을 해결하기 위하여, 정류자나 브러쉬를 사용하지 않아 모터의 구조를 간단화하고, 로우터의 회전위치가 변화되어도 힘의 크기가 바뀌지 않아 토오크 리플이 발생되지 않게 창안한 것으로, 이를 첨부된 본 발명의 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 본 발명의 직류모터 일부절결사시도이고, 제5도는 제4도의 단면도이며, 제6a, b도는 제4도 아마추어 코어의 평면도 및 횡단면도로서 이에 도시한 바와같이, 축(11)을 베어링(13)에 의해 하우징(12)에 축지지하고, 이 축(11)의 상부에 보스(14)를 끼워 고정한 후 그 보스(14)에 원판형 로우터(15)를 고정하며, 이 원판형 로우터(15)의 저면 주연부에 도너츠형 영구자석(16)을 부착한다. 여기서, 보스(14)의 재질은 자기저항이 큰 것을 선택하고, 원판형 로우터(15)의 재질은 자기저항이 작은 것을 선택하며, 도너츠형 영구자석(16)은 그의 하면 전체를 N극의 동일극성으로 착자시키고, 그의 상면 전체를 S극의 동일극성으로 착자시킨다.

한편, 상기 하우징(12)에 아마추어 코어(17)의 내측 고정편(18)을 고정하고, 그 아마추어 코어(17)의 외측 고정편(19)에 요크(20)를 고정하여 스테이터를 구성하되, 상기 아마추어 코어(17)에 권선(22)을 동일방향으로 감고, 상기 영구자석(16)의 하부에 대응되게 상기 아마추어 코어(17)의 상면에 간격유지편(21)을 돌출 형성하여 영구자석(16)과 아마추어 코어(17) 사이의 갭이 상기 권선(22)의 영향을 받지 않고 일정히 유지되게 구성한다.

한편, 상기 아마추어 코어(17)는 자극이 포화되는 것을 방지하기 위해 제6a에서와 같이 에어갭(23)을 형성한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

영구자석(16)에서 발생된 자속은 제5도에 도시된 점선방향으로 통과하게 된다. 즉, 영구자석(16)의 N극에서 발생된 자속은 그 영구자석(16) 및 아마추어 코어(17) 사이의 공간, 그 아마추어 코어(17), 요크(20), 그 요크(20) 및 로우터(15) 사이의 공간, 그 로우터(15)를 순차적으로 통해 영구자석(16)의 S극으로 들어가게 된다. 이때 상기 자속이 통과하는 영구자석(16) 및 아마추어 코어(17) 사이의 공간부분 권선(22)에 전류(ⅰ)가 흐르면, 상기 영구자석(16) 및 아마추어 코어(17) 사이의 공간을 통과하는 자속밀도를 B라 할 때 그 공간부분의 권선(22)을 플레밍의 왼손법칙에 의하여 종이면에 나오는 방향으로 힘을 받게 된다. 이때 권선(22)은 고정되어 있으므로 영구자석(16)의 종이면에서 들어가는 방향으로 힘을 받게 된다.

그리고, 제5도의 축(11)에 대해서 좌측에 있는 영구자석(16)은 권선(22)의 전류흐름방향이 상기와 반대로 되기 때문에 나오는 방향으로 힘을 받게 되다.

이때 1개의 권선(22)이 받는 힘(F)은 아마추어 코어(17)의 폭을 ℓ이라 할 때 플레밍의 왼손법칙에 의해 F=B.i.ℓ이 된다. 마찬가지로 권선(22)이 n번 감겨 있다면 그 권선(22)이 받는 총 힘(F)은 F=n.B.i.ℓ이 된다.

한편, 축(11)에서 영구자석(16)의 중심까지의 거리를 R이라 하면 모터의 발생 토오크(T)는 T=F.R=n.B.i.ℓ.R이 된다.

여기서, n.B.ℓ.R은 상수이므로 상기 모터의 발생 토오크(T)는 전류(ⅰ)량에 비례하게 된다.

그리고, 제7도는 본 발명의 다른 실시단면도로서 이에 도시한 바와같이, 아마추어 코어(17)의 상부위치에 설치된 보스(14) 및 원판형 로우터(15), 영구자석(16)에 대칭되게 상기 아마추어 코어(17)의 하부에도 보스(24) 및 원판형 로우터(15), 영구자석(26)을 설치한 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 다른 실시예도 상기 제4도의 설명과 동일하게 구동하며, 아마추어 코어(15)의 양측에 원판형 로우터(15), (25)가 설치되어 있으므로 같은 전류를 흘러주었을 때 더 많은 토오크를 발생시킬 수 있게 된다.

그리고, 제8도는 상기 본 발명의 또다른 실시단면도로서 이에 도시한 바와같이, 상기 본 발명의 제1실시예인 제5도와 비교할 때 원추형으로 구성한 점만이 다르고 그 동작과정은 완전히 동일하다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 정류자 및 브러쉬를 사용하지 않으므로 그의 구조가 간단해지고, 소형화할 수 있으며, 제조원가를 절감할 수 있고, 또 로우터의 회전위치가 변화되더라고 힘의 크기는 변화되지 않으므로 토오크 리플이 발생되지 않는 효과가 있게 된다.

Claims (5)

1. 축(11)을 베어링(13)에 의해 하우징(12)에 축지지하여 그 축(11)의 상부에 보스(14)를 끼워 고정하고, 이 보스(14)에 원판형 로우터(15)를 고정한 후 그 원판형 로우터(15)의 저면 주연부에 도너츠형 영구자석(16)을 부착하며, 상기 하우징(12)에 아마추어 코어(17)의 내측 고정편(18)을 고정함과 아울러 그 아마추어 코어(17)의 외측 고정편(19)에 요크(20)를 고정하며, 상기 아마추어 코어(17)에 동일방향으로 권선(22)을 감아, 상기 권선(22)에 흐르는 전류의 량에 비례하여 토오크가 발생되게 구성함을 특징으로 하는 토오크 리플레스 직류모터.
2. 제1항에 있어서, 영구자석(16)의 하부에 대응되게 아마추어 코어(17)의 상면에 간격 유지편(21)을 돌출형성하여 영구자석(16)과 아마추어 코어(17) 사이의 갭이 권선(22)의 영향을 받지 않고 일정히 유지되게 구성함을 특징으로 하는 토오크 리플레스 직류모터.
3. 제1항에 있어서, 아마추어 코어(17)에 에어갭(23)을 형성하여 그 아마추어 코어(17)가 자기포화되지 않게 구성함을 특징으로 하는 토오크 리플레스 직류모터.
4. 제1항에 있어서, 아마추어 코어(17)의 상부위치에 설치된 보스(14) 및 원판형 로우터(15), 영구자석(16)에 대칭되게 상기 아마추어 코어(17)의 하부에도 보스(24) 및 원판형 로우터(25), 영구자석(26)을 설치하여 구성함을 특징으로 하는 토오크 리플레스 직류모터.
5. 제1항에 있어서, 보스(14)는 자기저항이 큰 재질로 형성하고, 원판형 로우터(15)는 자기저항이 작은 재질로 형성하여 구성함을 특징으로 하는 토오크 리플레스 직류모터.

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