KR101301381B1 - 스위치드 릴럭턴스 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전축이 삽입되는 로터 코어와 상기 로터 코어로부터 돌출형성되는 복수 개의 로터 폴을 포함하는 로터부, 상기 로터부가 내부에 회전 가능하도록 상기 로터 폴과 대향되는 외측에 위치하고, 인서트 사출 성형에 의해 각각 독립적으로 분할되어 제작되는 스테이터 코어가 결합되어 이루어지는 스테이터부 및 상기 스테이터 코어와 스테이터 코어 사이에 결합되는 마그네트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공한다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터{Switched Reluctance Motor}

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.

최근 들어, 자동차, 항공우주, 군수산업, 의료장비 등의 다양한 분야에서 전동기 수요가 크게 증가하고 있다.

특히, 희토류 물질의 가격 급등으로 영구자석을 활용하는 모터의 단가가 상승하여 새로운 대안으로서 스위치드 릴럭턴스(Switched Reluctance Motor)가 다시 주목을 받고 있다.

스위치드 릴럭턴스 모터의 구동원리는 자기저항(magnetic reluctance)의 변화에 따라 발생하는 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)를 이용하여 로터를 회전시키는 것이다.

일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터는 스테이터와 로터가 모두 돌극(salient)인 자기구조를 가지고 있고, 스테이터의 돌극으로는 집중권의 코일이 권선된다.

상기 로터는 어떠한 여자 장치(권선 또는 영구자석 등)도 없이 철심으로만 구성된다.

또한, 상기 로터의 중앙으로는 외부로 상기 모터의 구동력을 전달하는 회전축이 결합되어 상기 로터와 함께 일체로 회전하게 된다.

이러한 속도 가변형 스위치드 릴럭턴스 모터는 전력 반도체를 이용한 컨버터와 로터의 위치를 감지해 주는 센서의 도움으로 연속적인 릴럭턴스 토크를 안정적으로 발생시킨다.

상기 스테이터의 외주면으로는 릴럭턴스 토크를 향상시키기 위한 마그네트가 결합되는데 이때 상기 마그네트를 상기 스테이터에 고정되게 결합시킨 후 상기 스테이터 돌극에 코일을 권선한다.

이에 따라서, 외부로부터 상기 코일에 전류가 흐르게 되면 상기 코일에서 발생하는 자기력에 의해 상기 로터가 상기 코일이 권선된 상기 스테이터 돌극 방향으로 이동하는 릴럭턴스 토크가 발생한다.

즉, 상기 로터는 자기회로의 저항이 최소가 되는 방향으로 회전하게 된다.

상기 스테이터에 결합된 마그네트에 의해 릴럭턴스 토크는 향상되는데, 종래발명에 있어서 상기 스테이터에 마그네트를 고정되게 결합한 후 상기 스테이터 돌극에 코일을 권선한다.

하지만, 스테이터에 마그네트를 고정되게 결합한 후 스테이터 돌극에 코일을 권선하는 제조 공정은 매우 복잡한 문제점이 있다.

이에 따라서, 스위치드 릴럭턴스 모터의 제조고정 수율이 감소되고, 제조 비용 또한 증가하는 문제점이 있다.

한국공개특허 제2002-0046087호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 마그네트가 외주면에 결합되는 분할 스테이터 코어를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로서, 회전축이 삽입되는 로터 코어와 상기 로터 코어로부터 돌출형성되는 복수 개의 로터 폴을 포함하는 로터부, 상기 로터부가 내부에 회전 가능하도록 상기 로터 폴과 대향되는 외측에 위치하고, 인서트 사출 성형에 의해 각각 독립적으로 분할되어 제작되는 스테이터 코어가 결합되어 이루어지는 스테이터부 및 상기 스테이터 코어와 스테이터 코어 사이에 결합되는 마그네트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테이터 코어는 스테이터 요크, 상기 로터 폴과 대향 되도록 상기 스테이터 요크의 중앙으로부터 돌출 형성되는 스테이터 중앙 돌극 및 상기 로터 폴과 대향 되도록 상기 스테이터 요크의 일단 및 타단으로부터 돌출 형성되는 스테이터 외측 돌극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테이터 외측 돌극은 인접하는 상기 스테이터 코어 측 방향으로 연장 형성된 단차부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테이터 외측 돌극의 단차부와 인접하는 상기 스테이터 외측 돌극의 단차부가 결합하여 마그네트 수용부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테이터 중앙 돌극에 코일이 권선되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테이터부는 인서트 사출 성형에 의해 동일한 형상으로 이루어진 6 개의 상기 스테이터 코어로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따라 인서트 사출 성형에 의해 동일한 형상의 스테이터 코어를 각각 독립적으로 제작함으로써 제조공정의 단순화 및 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 스테이터 코어에 코일을 권선 한 후에 마그네트를 삽입할 수 있기 때문에 스위치드 릴럭턴스 모터의 제조공정 수율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 개략적인 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 스위치드 릴럭턴스 모터를 구성하는 스테이터 코어의 부분 확대도.
도 3은 종래발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 출력 토크를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 출력 토크 나타내는 그래프.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 개략적인 단면도이다.

도시된 바와 같이 스위치드 릴럭턴스 모터는 로터부(100)와 스테이터부(200) 및 마그네트를 포함한다.

상기 로터부(100)는 로터 코어(110) 및 복수 개의 로터 폴(120)을 포함한다.

그리고, 상기 로터 코어(110)의 중심으로는 상기 로터부(100)의 회전력을 외부로 전달하기 위한 회전축이 고정되게 삽입된다.

또한, 상기 로터 폴(120)은 상기 로터 코어(110)의 외주면으로부터 돌출 형성된다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 상기 로터부(100)를 구성하는 로터 코어(110) 및 복수 개의 로터 폴(120)은 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 스테이터부(200)는 인서트 사출 성형에 의해 각각 독립적으로 분할되어 제작되는 복수 개의 스테이터 코어(210)가 결합되어 이루어진다.

그리고, 상기 스테이터 코어(210)는 상기 로터부(100)가 내부에 회전 가능하도록 상기 로터 폴(120)과 대향되는 외측에 위치한다.

보다 구체적으로, 상기 스테이터 코어(210)는 스테이터 요크, 스테이터 중앙 돌극(213) 및 스테이터 외측 돌극(211, 215)을 포함한다.

또한, 상기 스테이터 요크, 스테이터 중앙 돌극(213) 및 스테이터 외측 돌극(211, 215)은 모두 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 바와 같이 상기 스테이터 요크는 전기소자가 실장된 인쇄회로기판과 결합되기 위한 결합부(217))가 외주면에 형성된다.

상기 스테이터 중앙 돌극(213)은 상기 로터 폴(120)과 대향 되도록 상기 스테이터 요크의 중앙으로부터 돌출 형성된다.

상기 스테이터 외측 돌극(211)은 상기 스테이터 요크의 일단으로부터 도출 형성된다.

또한, 상기 스테이터 외측 돌극(215)은 상기 스테이터 요크의 타단으로부터 각각 돌출 형성된다.

이에 따라서, 하나의 상기 스테이터 코어(210)는 상기 로터 폴(120)과 대향되는 3 개의 스테이터 돌극을 포함한다.

그리고, 상기 스테이터 외측 돌극(211, 215)은 각각 인접한 다른 하나의 스테이터 외측 돌극(211, 215)을 향하는 단차부를 구비한다.

보다 구체적으로, 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 복수 개의 스테이터 코어 중 하나인 스테이터 코어(210a)를 구성하는 스테이터 외측 돌극(211a)은 인접하는 다른 하나의 스테이터 코어(210b) 측 방향으로 연장 형성된 단차부(212a)를 구비한다.

즉. 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 구성하는 스테이터 코어의 부분 확대도인 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터 외측 돌극(211a)에 구비된 단차부(212a)와 인접하는 다른 하나의 상기 스테이터 외측 돌극(211b)에 구비된 단차부(212b)는 서로 결합한다.

이에 따라서, 상기 스테이터 외측 돌극(211a)의 단차부(212a)와 다른 하나의 상기 스테이터 외측 돌극(211b)의 단차부(212b)가 결합하여 마그네트 삽입부(240)를 형성한다.

상기 마그네트는 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 릴럭턴스 토크를 향상시키기 위한 것으로 상기 마그네트 삽입부(240)에 고정되게 결합된다.

이로써, 상기 스테이터 코어(210)의 스테이터 중앙 돌극(213)으로 외부로부터 전원이 인가되는 코일(250)을 권선한 후에도 상기 마그네트를 상기 스테이터부(200)에 결합시킬 수 있다.

또한, 이와는 반대로 상기 마그네트를 상기 마그네트 삽입부(240)에 고정되게 결합한 후에 상기 코일(250)을 상기 스테이터 코어(210)의 스테이터 중앙 돌극(213)에 권선 할 수 있다.

그리고, 상기 마그네트 삽입부(240)에 고정되게 결합되는 마그네트의 결합력을 향상시키기 위하여, 상기 스테이터 외측 돌극(211a) 및 단차부(212a)의 외주면과 다른 하나의 상기 스테이터 외측 돌극(211b) 및 단차부(212b)의 외주면에는 접착제가 도포될 수 있다.

이에 따라서, 상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 제조 공정이 간단해 질뿐만 아니라 제조공정 수율이 향상된다.

또한, 마그네트의 결합력이 증대되어, 본 발명의 실시예에 따른 상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 내구성이 향상된다.

그리고, 상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 중 상기 마그네트 또는 스테이터 코어(210)에 파손이 발생하게 되어 오작동이 일어나면, 파손이 발생한 마그네트 또는 스테이터 코어를 손 쉽게 교체할 수 있다.

도 3은 종래발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 출력 토크를 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 출력 토크 나타내는 그래프이다.

도시된 바와 같이, 스테이터부가 일체형인 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터에 5A의 전류를 가할 경우 1.77Nm의 토크를 발생시킨다.

반면, 인서트 사출 성형에 의해 각각 독립적으로 분할된 상기 스테이터 코어(210)로 구성된 상기 스테이터부(200)를 포함하는 본 발명의 스위치드 릴럭턴스 모터는 5A의 전류를 가할 경우 1.95Nm의 토크를 발생시킴으로써 종래에 비해 10% 높은 토크를 발생시킨다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 로터부 110: 로터 코어
120: 로터 돌극 200: 스테이터부
210a, 210b: 스테이터 코어 240: 마그네트 수용부
250: 코일

Claims (6)

1. 회전축이 삽입되는 로터 코어와 상기 로터 코어로부터 돌출형성되는 복수 개의 로터 폴을 포함하는 로터부;
   상기 로터부가 내부에 회전 가능하도록 상기 로터 폴과 대향되는 외측에 위치하고, 인서트 사출 성형에 의해 각각 독립적으로 분할되어 제작되는 스테이터 코어가 결합되어 이루어지는 스테이터부; 및
   상기 스테이터 코어와 스테이터 코어 사이에 결합되는 마그네트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스테이터 코어는
   스테이터 요크;
   상기 로터 폴과 대향 되도록 상기 스테이터 요크의 중앙으로부터 돌출 형성되는 스테이터 중앙 돌극; 및
   상기 로터 폴과 대향 되도록 상기 스테이터 요크의 일단 및 타단으로부터 돌출 형성되는 스테이터 외측 돌극을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 스테이터 외측 돌극은
   인접하는 상기 스테이터 코어 측 방향으로 연장 형성된 단차부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 스테이터 외측 돌극의 단차부와 인접하는 상기 스테이터 외측 돌극의 단차부가 결합하여 마그네트 수용부를 형성하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 스테이터 중앙 돌극에 코일이 권선되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 스테이터부는
   인서트 사출 성형에 의해 동일한 형상으로 이루어진 6 개의 상기 스테이터 코어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.

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