KR20160137207A

KR20160137207A - Switched reluctance motor using the same

Info

Publication number: KR20160137207A
Application number: KR1020150072008A
Authority: KR
Inventors: 오영한; 신말순
Original assignee: 오영한; 신말순
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2035-05-22
Also published as: KR101683779B1

Abstract

회전자와 고정자의 돌극으로 인해 발생하는 소음 및 이로 인한 출력저하 문제가 개선된 스위치드 릴럭턴스 모터가 개시된다.
본 발명의 일 양상에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 고정자, 회전자를 포함한다. 고정자는 중공 원통 형상으로 이루어지고 코일이 권취된 다수의 돌극이 내주면에 형성된다. 회전자는 중심축과, 중심축에 결합되며 외주면에 다수의 돌극이 구비된 원통 형상의 코어부로 이루어져 고정자의 내부에 회전 가능하게 설치된다. 고정자의 각 돌극에는 축 방향으로 관통 형성된 제1관통홀이 구비된다.Disclosed is a switched reluctance motor improved in noise caused by the salient poles of the rotor and the stator, and a problem of power reduction due to the noise.
According to an aspect of the present invention, a switched reluctance motor includes a stator and a rotor. The stator has a hollow cylindrical shape and a plurality of salient poles on which coils are wound are formed on the inner peripheral surface. The rotor is composed of a central shaft and a cylindrical core portion coupled to the central shaft and having a plurality of salient poles on its outer surface, and is rotatably installed inside the stator. Each of the salient poles of the stator is provided with a first through hole formed in an axial direction.

Description

[0001] Switched reluctance motor using the same [

본 발명은 전기 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.The present invention relates to an electric motor, and more particularly, to a switched reluctance motor.

최근 들어, 자동차, 항공 우주, 군수 산업, 의료 장비 등의 다양한 분야에서 전동기 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.In recent years, the demand for electric motors has greatly increased in various fields such as automobiles, aerospace, military, and medical equipment. Particularly, as the price of rare earth materials increases, the unit price of a motor using a permanent magnet increases, and a Switched Reluctance Motor is attracting attention as an alternative to a permanent magnet motor.

전기 에너지를 회전하는 기계 에너지로 변환시키는 장치나 전기 모터 기술분야에서 꽤 오랜 역사를 갖고 있는 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor, SRM)는 고정자와 회전자에 각각 돌극이 형성되어 있고, 고정자의 돌극에 코일이 권선되는 반면 회전자에는 코일 또는 자석이 없는 것이 특징이다.The Switched Reluctance Motor (SRM), which has a long history in the field of electric energy conversion and mechanical energy conversion of electric energy, has a pole in each of the stator and rotor, The coil is wound on the rotor, while the rotor has no coils or magnets.

도 1에는 스위치드 릴럭턴스 모터(100)의 일 예가 도시되어 있다. 도시된 스위치드 릴럭턴스 모터(100)는 회전자(110)와 고정자(120)를 포함하고 있으며, 회전자(110)에는 복수의 회전자 돌극(111)이 형성되어 있고, 고정자(120)에는 회전자 돌극(111)에 대향하는 복수개의 고정자 돌극(121)이 형성되어 있다. 그리고 고정자 돌극(121)에는 코일(130)이 권취되어 있다. 그리고 회전자(110)는 코일의 권선 또는 영구자석과 같은 어떠한 여자장치 없이 철심만으로 구성되어 있다.FIG. 1 shows an example of the switched reluctance motor 100. The switched reluctance motor 100 includes a rotor 110 and a stator 120. A plurality of rotor salient poles 111 are formed on the rotor 110 and a plurality of rotor salient poles 111 are formed on the stator 120, A plurality of stator salient poles 121 opposed to the electron salient poles 111 are formed. A coil 130 is wound around the stator pole 121. The rotor 110 is composed of only an iron core without any excitation device such as a coil winding or a permanent magnet.

스위치드 릴럭턴스 모터의 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, 돌출극이 상호 일치되어 있지 않는 가장 높은 릴럭턴스 상태에서 일치되어 가장 낮은 릴럭턴스로 움직이려는 자기회로의 힘을 이용한다. The driving principle of the switched reluctance motor is to rotate the rotor by using a reluctance torque generated according to the change of the magnetoresistance. Specifically, when the pole of the stator is excited, the torque is obtained by using the torque of the force to move in a state in which the pole of the rotor, which is not wound, does not coincide with the pole of the stator. That is, the magnetic circuit uses the force of the magnetic circuit to move to the lowest degree of coincidence in the highest reluctance state where the projecting poles are not mutually coincident.

따라서, 스위치드 릴럭턴스 모터는 고정자와 회전자의 돌출극이 상호 연속적으로 릴럭턴스 토크 작용이 일어나도록 구성되며, 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.Therefore, in the switched reluctance motor, the protruding poles of the stator and the rotor are configured so that the reluctance torque action occurs mutually continuously. In the case of a two-phase motor in which the inner ring rotates in general, it is composed of a quadrupole stator and a bipolar rotor Phase motor is composed of a 6 pole stator and a 4 pole rotor. In the case of a 4-phase motor, it is composed of an 8 pole stator and a 6 pole rotor. In the case of a 5-phase motor, a 10 pole stator and an 8 pole rotor .

이러한 스위치드 릴럭턴스 모터는 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 토오크 및 효율이 좋아서 속도-출력 제어 특성이 뛰어나다. 그리고 고온 환경에서도 매우 높은 내구성을 제공하는 등 장점이 매우 많다.Such a switched reluctance motor is simpler in structure than conventional induction motors and synchronous motors, and can be produced at low cost. In addition, since no winding or permanent magnet is used in the rotor, it is excellent in durability and is not influenced by the limited magnetic energy of the permanent magnet. Therefore, the torque and efficiency per unit volume are excellent and the speed-output control characteristic is excellent. And it offers many advantages such as high durability in high temperature environment.

그러나 회전자와 고정자의 돌극 구조에 의해 고속 회전시 발생되는 와류 현상에 따라 소음 및 이로 인한 출력저하가 발생하게 된다는 단점이 있다.However, due to the pore structure of the rotor and the stator, there is a disadvantage in that noise is generated due to the vortex phenomenon generated during high-speed rotation and the output is lowered due to this phenomenon.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0025141호(2013. 03. 11.)Korean Patent Publication No. 10-2013-0025141 (March 31, 2013)

본 발명은 회전자와 고정자의 돌극으로 인해 발생하는 소음 및 이로 인한 출력저하 문제가 개선된 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는 데에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a switched reluctance motor in which noise caused by a salient pole of a rotor and a stator and a problem of power reduction due to the noise are improved.

전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 고정자, 회전자를 포함한다. 고정자는 중공 원통 형상으로 이루어지고 코일이 권취된 다수의 돌극이 내주면에 형성된다. 회전자는 중심축과, 중심축에 결합되며 외주면에 다수의 돌극이 구비된 원통 형상의 코어부로 이루어져 고정자의 내부에 회전 가능하게 설치된다. 고정자의 각 돌극에는 축 방향으로 관통 형성된 제1관통홀이 구비된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a switched reluctance motor including a stator and a rotor. The stator has a hollow cylindrical shape and a plurality of salient poles on which coils are wound are formed on the inner peripheral surface. The rotor is composed of a central shaft and a cylindrical core portion coupled to the central shaft and having a plurality of salient poles on its outer surface, and is rotatably installed inside the stator. Each of the salient poles of the stator is provided with a first through hole formed in an axial direction.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 고정자에는 수평하게 형성된 다수의 제2관통홀이 구비될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the stator may be provided with a plurality of horizontally formed second through holes.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 코어부의 각 돌극에는 축 방향으로 관통 형성된 제3관통홀이 구비될 수 있다.According to another aspect of the present invention, each of the salient poles of the core portion may be provided with a third through hole formed in an axial direction.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 코어부의 각 돌극에는 수평하게 형성된 제4관통홀이 구비될 수 있다.According to another aspect of the present invention, each of the salient poles of the core portion may have a fourth through hole formed horizontally.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 회전자는 코어부와 이격되게 코어부의 상하에에 결합된 한 쌍의 커버부를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the rotor may further include a pair of cover portions coupled to the core portion and the core portion, the pair of cover portions being spaced apart from the core portion.

본 발명에 따르면, 회전자와 고정자의 돌극으로 인해 발생하는 소음 및 이로 인한 출력저하 문제가 개선된다.According to the present invention, problems caused by the noise caused by the salient poles of the rotor and the stator and the resulting power degradation are improved.

또한, 코어부와 이격되게 코어부의 상하에에 결합된 한 쌍의 커버부가 공기의 흐름을 원활하게 함으로써 회전자의 회전에 수반되는 열 발생이 감소하게 된다.In addition, a pair of cover portions coupled to the upper and lower portions of the core portion so as to be spaced apart from the core portion smoothes the flow of air, thereby reducing heat generation accompanying the rotation of the rotor.

도 1은 종래 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 회전자의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 고정자의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 스위치드 릴럭턴스 모터의 평면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 고정자의 돌극에 절연 부재가 결합된 것을 도시한 것이다.1 shows a conventional switched reluctance motor.
2 is a perspective view of a switched reluctance motor rotor in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a stator of a switched reluctance motor according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a switched reluctance motor according to an embodiment of the present invention.
5 is a plan view of the switched reluctance motor shown in FIG.
FIG. 6 is a view showing that the insulating member is coupled to the salient pole of the stator shown in FIG.

전술한, 그리고 추가적인 양상들은 후술하는 실시 예들을 통해 명확해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 대응되는 구성 요소들은 동일한 번호로 참조된다. 또한, 구성요소들의 형상이나 크기 등은 실제보다 과장될 수 있다. 그리고 관련된 공지 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 생각되는 경우 그 공지 기술에 대한 설명은 생략한다.The foregoing and further aspects will become apparent through the following examples. In the present specification, corresponding elements in each figure are referred to by the same numerals. In addition, the shape and size of the components can be exaggerated. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 회전자의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 고정자의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 스위치드 릴럭턴스 모터의 평면도이다.FIG. 2 is a perspective view of a switched reluctance motor rotor according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view of a switched reluctance motor stator according to an embodiment of the present invention, FIG. FIG. 5 is a plan view of the switched reluctance motor shown in FIG. 4. FIG.

도 2 내지 도 5을 참조하여 설명하면, 스위치드 릴럭턴스 모터(100)는 고정자(120)와 회전자(110)를 포함한다.Referring to FIGS. 2 to 5, the switched reluctance motor 100 includes a stator 120 and a rotor 110.

고정자(120)는 중공 원통 형상으로 이루어지고 코일(122)이 권취된 다수의 돌극(121)이 내주면에 형성된다. 고정자(120)의 내부에 회전자(110)가 수용되어 회전하게 된다. 고정자(120)는 얇은 강판을 축방향으로 다수개 적층하여 만들 수 있다. 도시된 고정자(120)는 외형이 원형으로 되어 있지만 고정자(120)의 외형은 사각형이나 오각형이 될 수도 있다.The stator 120 has a hollow cylindrical shape and a plurality of salient poles 121 wound with the coil 122 are formed on the inner peripheral surface. The rotor 110 is accommodated in the stator 120 and rotated. The stator 120 may be formed by laminating a plurality of thin steel plates in the axial direction. Although the illustrated stator 120 has a circular outer shape, the outer shape of the stator 120 may be rectangular or pentagonal.

고정자(120)의 돌극(121)은 등간격으로 배치될 수 있다. 돌극(121)의 개수는 사용할 전원에 따라 다르게 형성할 수 있다. 예를 들어, 3상 모터의 경우 6개의 돌극(121)을, 4상 모터의 경우 8개의 돌극(121)을 형성할 수 있다. 한편, 돌극(121) 상호간의 자속 이동을 차단하기 위해 고정자(120)의 각 돌극(121)에는 각 돌극(121)을 덮어 절연시키는 절연부재(130)가 코일이 권취되기 전에 결합된다(도 6 참조).The salient poles 121 of the stator 120 may be arranged at regular intervals. The number of the pores 121 may be varied depending on the power source to be used. For example, six salient poles 121 can be formed for a three-phase motor and eight salient poles 121 for a four-phase motor. On the other hand, in order to block the magnetic flux movement between the salient poles 121, an insulating member 130 that covers and isolates each salient pole 121 is coupled to each salient pole 121 of the stator 120 before the coil is wound Reference).

회전자(110)는 중심축(111)과, 중심축(111)에 결합되며 외주면에 다수의 돌극(114)이 구비된 원통 형상의 코어부(113)로 이루어진다. 회전자(110)는 고정자(120)의 내부에 회전 가능하게 설치된다. 중심축(111)은 외부로 모터의 구동력을 전달한다. 따라서, 중심축(111)의 일단부에는 다른 물체를 결합하기 위한 키홈이 마련될 수 있다. 코어부(113)의 외주면에 형성된 돌극(114)은 등간격으로 형성될 수 있다. 코어부(113)의 외주면에 형성된 돌극(114)의 수는 고정자(120)의 돌극의 수에 맞추어 형성될 수 있다. 예를 들어, 고정자(120) 돌극(121)의 수는 12개이고 코어부(113) 돌극(114)의 수가 10개일 수 있다.The rotor 110 includes a central axis 111 and a cylindrical core portion 113 coupled to the central axis 111 and having a plurality of salient poles 114 on the outer peripheral surface thereof. The rotor 110 is rotatably installed inside the stator 120. The center shaft 111 transmits the driving force of the motor to the outside. Accordingly, a keyway for coupling other objects may be provided at one end of the center shaft 111. [ The salient pole 114 formed on the outer peripheral surface of the core portion 113 may be formed at regular intervals. The number of the salient poles 114 formed on the outer circumferential surface of the core portion 113 can be matched with the number of salient poles of the stator 120. For example, the number of the stator poles 121 may be twelve, and the number of the core poles 113 may be ten.

고정자(120)의 각 돌극(121)에는 축 방향으로 관통 형성된 제1관통홀(121a)이 구비된다. 제1관통홀(121a)는 사각형일 수도 있고 원형일 수도 있다. 또한 제1관통홀(121a)는 하나의 돌극(121)에 여러 개가 형성될 수도 있다. 그리고 그 여러 개의 제1관통홀(121a)의 형상은 서로 다를 수 있다.Each of the salient poles 121 of the stator 120 is provided with a first through hole 121a formed in an axial direction. The first through hole 121a may be a square or a circle. Also, a plurality of first through-holes 121a may be formed in one of the pores 121. The shapes of the first through holes 121a may be different from each other.

전술한 바와 같이 형성된 스위치드 릴럭턴스 모터(100)의 코일(122)에 외부로부터 전원이 인가되면, 릴럭턴스 토크가 발생하여 회전자(110)는 자기회로의 저항이 최소가 되는 방향으로 회전하게 된다. 이 때 고정자(120)의 각 돌극(121)에 마련된 제1관통홀(121a)로 인해, 회전자(110)가 고속 회전 시 발생하는 와류 현상에 따른 소음발생 및 이로 인한 출력저하가 최소화된다.When power is externally applied to the coil 122 of the switched reluctance motor 100 formed as described above, a reluctance torque is generated, and the rotor 110 is rotated in a direction in which the resistance of the magnetic circuit is minimized . At this time, due to the first through-hole 121a provided in each of the salient poles 121 of the stator 120, noise caused by a vortex phenomenon generated when the rotor 110 rotates at a high speed and the resulting output drop is minimized.

또한, 고정자(120)에는 수평하게 형성된 다수의 제2관통홀(120a)이 구비될 수 있다. 제2관통홀(120a)은 돌극(121)이 형성되지 않은 부위에 형성될 수 있다. 이와 같이 고정자(120)에 다수의 제2관통홀(120a)이 추가로 구비되는 경우, 회전자(110)가 고속 회전 시 발생하는 와류 현상에 따른 소음발생 및 이로 인한 출력저하가 최소화된다.In addition, the stator 120 may include a plurality of second through holes 120a formed horizontally. The second through-hole 120a may be formed at a portion where the pore 121 is not formed. When a plurality of second through holes 120a are additionally provided in the stator 120, generation of noise due to a vortex phenomenon occurring when the rotor 110 rotates at a high speed and the resulting output drop are minimized.

또한, 코어부(113)의 각 돌극(114)에는 축 방향으로 관통 형성된 제3관통홀(114a)이 구비될 수 있다. 제3관통홀(114a)의 단면은 사각형일 수도 있고 원형일 수도 있다. 그리고 코어부(113)의 각 돌극(114)에는 수평하게 형성된 제4관통홀(114b)이 구비될 수도 있다. 이와 같이 코어부(113)의 각 돌극(114)에 제3관통홀(114a)과 제4관통홀(114b)이 마련되는 경우 회전 시 발생하는 와류 현상에 따른 소음 발생 및 이로 인한 출력저하가 최소화된다.Each of the salient poles 114 of the core portion 113 may have a third through hole 114a formed in the axial direction. The cross section of the third through hole 114a may be a square or a circle. Each of the salient poles 114 of the core portion 113 may have a fourth through-hole 114b formed horizontally. When the third through holes 114a and the fourth through holes 114b are provided in the respective salient poles 114 of the core portion 113 as described above, do.

또한, 회전자(110)는 코어부(113)와 이격되게 코어부(113)의 상하에 결합된 한 쌍의 커버부(112)를 더 포함할 수 있다. 커버부(112)는 코어부(113)와 동일한 단면을 가진 판 형상일 수 있다. 즉, 외주면에 다수의 돌기가 형성된 모양일 수 있다. 커버부(112)를 더 포함하는 경우, 커버부(112)가 공기의 흐름을 원활하게 하므로 회전자(110)의 회전에 수반되는 열 발생이 감소하게 된다.The rotor 110 may further include a pair of cover portions 112 coupled to upper and lower portions of the core portion 113 to be spaced apart from the core portion 113. The cover portion 112 may be in the form of a plate having the same cross section as the core portion 113. That is, a plurality of protrusions may be formed on the outer circumferential surface. In the case where the cover portion 112 is further included, the cover portion 112 smoothly flows the air, thereby reducing heat generation accompanying the rotation of the rotor 110.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. There will be. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

100: 스위치드 릴럭턴스 모터 110: 회전자
120: 고정자 112: 커버부
113: 코어부 114: 돌극
114a: 제3관통홀 114b: 제4관통홀
120a: 제2관통홀 121: 고정자 돌극
121a: 제1관통홀 122: 코일
123: 절연부재100: Switched reluctance motor 110: Rotor
120: stator 112: cover part
113: core portion 114:
114a: Third through hole 114b: Fourth through hole
120a: second through hole 121: stator pole piece
121a: first through hole 122: coil
123: Insulation member

Claims

A stator formed in a hollow cylindrical shape and having a plurality of salient poles wound with coils on its inner peripheral surface; And
A rotor comprising a central shaft, a cylindrical core portion coupled to the central shaft and having a plurality of salient poles on an outer circumferential surface thereof, and rotatably installed inside the stator;
/ RTI >
Wherein each of the salient poles of the stator has a first through hole formed in an axial direction thereof.

The method according to claim 1,
Wherein the stator has a plurality of second through holes horizontally formed therein.

The method according to claim 1,
And a third through hole is formed in each of the salient poles of the core portion so as to be axially penetrated.

The method of claim 3,
And a fourth through hole formed horizontally in each of the salient poles of the core portion.

The method according to claim 1,
Wherein the rotor further comprises a pair of cover portions coupled to upper and lower portions of the core portion so as to be spaced apart from the core portion.