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WO2017003033A1 - 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터 - Google Patents

외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터 Download PDF

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WO2017003033A1
WO2017003033A1 PCT/KR2015/011008 KR2015011008W WO2017003033A1 WO 2017003033 A1 WO2017003033 A1 WO 2017003033A1 KR 2015011008 W KR2015011008 W KR 2015011008W WO 2017003033 A1 WO2017003033 A1 WO 2017003033A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
stator
core
salient pole
coil
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2015/011008
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English (en)
French (fr)
Inventor
정영춘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sn Innovation Co ltd
Original Assignee
Sn Innovation Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sn Innovation Co ltd filed Critical Sn Innovation Co ltd
Priority to US14/894,546 priority Critical patent/US10141799B2/en
Publication of WO2017003033A1 publication Critical patent/WO2017003033A1/ko
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Definitions

  • the present invention has a stator core having a stator pole excited on a coil on its outer circumferential surface, and a rotor ring pole facing each other with the stator protrusion and the void interposed therebetween, so as to rotate around the stator core by reluctance torque.
  • a magnetic circuit is constructed within the stator protrusion and the rotor protrusion to secure the magnetic path at the shortest distance, thereby minimizing the magnetic losses in the core to maximize the efficiency of using magnetic energy.
  • the winding operation of the coil relates to an outer ring rotor type switched reluctance motor having a simple and robust structure.
  • Switched Reluctance Motor has a simple structure that does not require brush by winding the excitation coil only on the stator and constructing the rotor only with iron core without any excitation means (exciting coil or permanent magnet). . Accordingly, switched reluctance motors are easy to manufacture, robust, relatively reliable compared to other motors, and excellent in price competitiveness, and thus are of interest in various applications.
  • a conventional outer ring rotor type single phase switched reluctance motor includes a stator core 10 having a stator protrusion 11 on an outer circumferential surface of a stator yoke 12 rotatably supporting a rotating shaft 13. And a rotor protrusion wrapped around the stator core 10 and facing the stator protrusion 11 with an air gap interposed therebetween on an inner circumferential surface of the rotatable rotor yoke 12 fixed to the rotating shaft 13. It comprises a rotor core 20 having a 21 and an exciting coil 30 wound to surround the stator core 11.
  • the magnetic path F of the magnetic field by the excitation coil 30 is connected to two pairs of poles 11 and 21 facing each other and a stator yoke 12 that connects between two stator poles 11. And the rotor yoke 22 connecting between the two rotor salient poles 21, the magnetic path F is formed very long.
  • the excitation coil 30 is to be wound around each stator salient pole 11, the winding work is cumbersome, and the winding excitation coil 30 also has a difficulty in having a stable posture, and additional space required for winding is There must be a limitation in producing a small size overall.
  • the outer ring rotor-type motor is a motor that can be used, for example as a wheel in motor (or in-wheel motor), has a variety of uses and has the advantage that the inner ring rotor type motor does not have.
  • Patent Document 1 KR 10-1255951 B1 2013.04.11.
  • the problem to be solved in the present invention is to form the magnetic path in the shortest possible distance, easy to coil winding work, can be manufactured in a small volume without unnecessary space, and also, the outer ring having a structure optimized for the outer ring rotor type It is to provide a rotor-type switched reluctance motor.
  • the present invention in the outer ring rotor type switched reluctance motor, the circumferential slot in each stator protrusion 110 formed in an isotropic angle on the outer circumferential surface of the hollow stator yoke 120 penetrated up and down And forming a 112 to separate the stator salient poles 110 into upper and lower salient pole pieces 111, and the coil 130 sequentially passes through the slots 112 of each stator salient pole 110 and the outer circumferential surface of the stator yoke 120.
  • a stator core 100 which is wound along a circumferential direction and rotatably mounted to the inner hollow of the stator yoke 120;
  • a rotor protrusion 210 facing and covering the upper and lower protrusion pieces 111 of the stator protrusion 110 with a gap therebetween is formed at an inner circumference in an isotropic angle along the circumferential direction, and is fixed to the shaft 140 to rotate.
  • Possible rotor core 200 Position detecting means 300 for detecting the rotation position of the rotor core 200;
  • a controller 400 generating electricity by applying electricity to the coil 130 in a section in which the stator salient pole 110 and the rotor salient pole 210 change from misalignment to alignment. .
  • a stator base 160 disposed below the stator core 100 to support the stator core 100, and the position detecting means 300 is a section between both ends of the rotational direction of the rotor protrusion 210.
  • the rotor core 200 is installed on the upper surface of the stator base 160 in accordance with the position of one end that first starts to face the rotor salient pole as the rotor core is rotated in both circumferential ends of the stator salient pole 110.
  • Position detection sensor 310 for detecting the start and end of the sensing target 320 at the time of rotation of the controller 400 is configured to include a coil (corresponding to the time point detected by the position detection sensor 310) 130 is characterized by intermittent application of electricity.
  • the sensing object 320 is configured as a magnet
  • the position detection sensor 310 is configured as a hall sensor for detecting a magnetic field by a magnet.
  • the sensing object 320 is configured as a reflector
  • the position detection sensor 310 is characterized in that it is configured as an optical sensor for detecting the light reflected by the reflector by irradiating light.
  • the stator cores 100 are provided as N (N> 1), and the stator salient poles 110 are stacked to be aligned in a line along the direction of rotation axis with each other, and N rotor cores corresponding to N stator cores 100 in one-to-one correspondence.
  • Stacking (200), N rotor cores (1) so that there is one rotor protrusion 210 on each vertical line passing through the point N equal to the rotation angle between the two rotor protrusions 210 adjacent in the circumferential direction ( 200) by laminating the N-phase motor is characterized in that.
  • N rotor cores 200 are integrally formed in the inner circumferential surface of one hollow body in accordance with the rotation axis direction of the N-phase rotor protrusions 210 corresponding to the N-phase stator protrusions 110, and adjacent to each other in the circumferential direction.
  • N rotor salient poles 210, one on each of the vertical lines passing through the point of dividing the rotation angle between the two rotor salient poles 210 are characterized in that formed adjacent to each other up and down.
  • N (N> 1) pieces are formed at equal intervals along the rotation axis direction to form N + 1 salient pole pieces 111, and the coil 130 is wound around each slot 112.
  • the rotor protrusion 210 has a plurality of stages having vertical lengths that are simultaneously aligned to two vertically adjacent two pole pieces 111 in a stepwise manner along a rotation axis direction, and a rotation angle between two stator protrusions adjacent in a circumferential direction. The angle difference between each stage is divided by N equal angle, and the two overlapping top and bottom ends have overlapped portions by the vertical height of the salient pole pieces so that the stages are connected to each other through the overlapping portions, and the stages are changed at the same time.
  • the two adjacent top and bottom adjacent pole pieces 111 are sequentially changed in accordance with the rotation of the rotor core 200, and the controller 400 is disposed between the two adjacent top and bottom adjacent pole pieces starting to simultaneously face the rotor poles.
  • On coil The electric application is stopped after the electric application has been started, at least before the alignment point.
  • the magnetic insulator 150 having a hollow tube shape closely fixed to the inner circumferential surface of the stator core 100 is provided, and the shaft 140 is rotatably mounted in the inner hollow of the magnetic insulator 150.
  • the stator yoke 120 has a magnetic domain arrangement in the rotational axis direction
  • the stator protrusion 110 has a radial magnetic domain arrangement
  • the rotor salient pole 210 has a magnetic domain arrangement in the rotational axis direction.
  • the stator core 100 comprises a hollow first stator yoke 120a made of a powdered ferromagnetic material or a pure iron ferromagnetic material having a magnetic domain arrangement in a rotation axis direction; It is composed of a silicon steel sheet having a projection pole piece in an isotropic angle along the circumferential surface of the outer circumferential surface, and extrapolated one by one to the top and bottom of the first stator yoke (120b) to form the slot 112 between the upper and lower pole pieces And a second stator yoke 120b.
  • the present invention configured as described above forms a slot 112 in the circumferential direction in each stator salient pole 110, and thus windings a coil 130 crossing between the top and bottom salient pole pieces 111, and thus, the stator core 100.
  • Coil winding work is easy by winding along the outer circumferential surface of), and the volume can be slimmed to a minimum by not leaving a space for coil winding separately.
  • the stator poles and the rotor poles constitute the magnetic circuit of the magnetic field generated by winding the coil, the magnetic path is formed in the shortest distance to minimize the magnetic loss in the core and the eddy current loss.
  • FIG. 1 is a plan sectional view (a) and a side sectional view (b) of a conventional outer ring rotor type switched reluctance motor.
  • FIG. 2 is a perspective view (a) and a side sectional view (b) of an outer ring rotor type switched reluctance motor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view (a) of the stator core and a perspective view (b) of the rotor core, among the components of the outer ring rotor type switched reluctance motor according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a top perspective view of a combination of a stator core and a rotor core, among the components of the outer ring rotor type switched reluctance motor according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a bottom perspective view (a) of the combination of the stator core and the rotor core shown in FIG. 4 and a top perspective view of the stator base among the components of the stator;
  • FIG. 6 is a perspective view (a) of the stator core and a perspective view (b) of the rotor core, among the components of the outer ring rotor type switched reluctance motor according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a fictitious view showing a state in which relative positions of the stator core 100 and the rotor core 200 are unfolded in a plan view.
  • Fig. 8 is a perspective view (a) of the stator core and a perspective view (b) of the rotor core, among the components of the outer ring rotor type switched reluctance motor according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view (a) of the stator core and a perspective view (b) of the rotor core, among the components of the outer ring rotor type switched reluctance motor according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a rotor core, among the components of the outer ring rotor type switched reluctance motor according to the fifth embodiment of the present invention.
  • Fig. 11 is a perspective view (a) of the stator core and a perspective view (b) of the rotor core, among the components of the outer ring rotor type switched reluctance motor according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an imaginary view showing the relative position change of the stator core 100 and the rotor core 200 laid out in a plan view.
  • FIG. 13 is a perspective view (a) of the stator core and a perspective view (b) of the rotor core, among the components of the outer ring rotor type switched reluctance motor according to the seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a fictitious view showing the relative position change of the stator core 100 and the rotor core 200 laid out in a plan view.
  • FIG. 15 is a perspective view (a) of the stator core and a perspective view (b) of the rotor core, among the components of the outer ring rotor-type switched reluctance motor according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view (a) and a combined perspective view (b) of the stator core 100 among the components of the outer ring rotor type switched reluctance motor according to the ninth embodiment of the present invention.
  • Alignment is the state where the centers of the stator salient poles and the rotor salient poles coincide with each other to maximize the area of the face facing each other with the gap between them, and when the switched reluctance motor is actually operated In the state in which the center of the rotor salient pole is located within a predetermined range of rotation angle in the aligned state.
  • Unalignment is the state where the center of the rotor salient poles meets at the midpoint between two circumferentially adjacent stator salient poles. In reality, there is no face between the stator salient poles and the rotor salient poles. It can be in the state where the surface to begin to produce is formed. Alternatively, it may be in a state where the rotor salient pole is slightly earlier in time than the point of time when the rotor salvo pole starts to face the stator salient pole.
  • the magnetic circuit is a closed circuit in which the magnetic flux generated by the coil wound around the stator core passes through the air gap and is circulated between the stator core and the rotor core.
  • the rotation axis direction is a longitudinal direction of the shaft which becomes the rotation axis of the rotor, and includes a direction parallel to the shaft.
  • FIGS. 2 to 5 are diagrams for explaining the outer ring rotor-type switched reluctance motor according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view (a) and side cross-sectional view (b) of the switched reluctance motor
  • 3 is a perspective view (a) of the stator core 100 and a perspective view (b) of the rotor core 200
  • FIG. 4 is a top perspective view of a combination of the stator core 100 and the rotor core 200
  • 5 is a bottom perspective view (a) of the combination of the stator core 100 and the rotor core 200 and a top perspective view (b) of the stator base 160.
  • the switched reluctance motor according to the present invention is an outer rotor type, and includes a stator core 100, a rotor core 200, a position detecting means 300, and a controller 400.
  • the coil 130 provided in the stator core 100 is a single phase motor mounted with only one winding.
  • the stator core 100 includes a cylindrical stator yoke 120 penetrating up and down the center, and a plurality of stator protrusions 110 formed on an outer circumferential surface of the stator yoke 120 at an isotropic angle (or at regular intervals along the circumferential direction). And, it is configured to include a coil 130 for generating a magnetic force flux when receiving electricity.
  • the embodiment shown in the figure is an eight-pole motor with eight stator poles 110, and the rotor core described later also has eight rotor poles 210 in the same way.
  • each stator pole 110 is cut in a predetermined width along the circumferential direction of the stator yoke 120 is formed with a slot 112 of the groove shape. Accordingly, each stator salient pole 110 is composed of two salient pole pieces 111 separated vertically.
  • the coil 130 is wound along the circumferential direction (circumferential direction) on the outer circumferential surface of the stator yoke 120 so as to sequentially pass through the slot 112 formed in each stator salient pole 110. In this case, the coil 130 is wound only in the slot 112 so as not to protrude outward from the salient pole piece 111.
  • the slot 112 is formed into a groove cut by the height of the stator salient pole 110 (that is, the height of the upper and lower salient pole pieces), so that the coil 130 is in close contact with the outer peripheral surface of the stator yoke 120.
  • the coil 130 is stably wound, and the magnetic force linear velocity stator yoke 120 generated at the site of the coil 130 passing between the two circumferential stator poles 110 is focused to the stator protrusion.
  • the magnetic force flux generated by the coil 130 can be concentrated at the end of the stator salient pole 110 (that is, at each end of the top and bottom salient pole pieces facing the rotor salient pole).
  • the stator yoke 120 has a magnetic domain in the rotation axis direction (ie, the longitudinal direction of the shaft). ) And the stator poles 110 have a magnetic domain arrangement that extends radially about the axis of rotation (ie, the shaft).
  • the rotor salient pole 210 has a magnetic domain arrangement in the rotation axis direction.
  • the magnetic circuit circumscribing the coil 130 may minimize magnetic resistance, and the rotor salient pole 210 and the stator salient pole 110 may be separated from each other. The magnetic energy generated from the pores can be maximized.
  • the stator core 100 may be configured as follows for the magnetic domain arrangement.
  • a green compacted core is manufactured in the shape of a stator core 100 composed of the stator yoke 120 and the stator salient pole 110, and a magnetic field is formed during molding.
  • the stator core 100 manufactured as described above is supplied with a current to the wound coil 130, the stator core 100 may be aligned in the magnetic domain array, thereby increasing the strength of the magnetic field.
  • the rotor yoke 200 can be similarly manufactured.
  • This green core is suitable for making cores of small capacity motors. In the case of a small-capacity motor, even if the magnetic domain arrangement is made of a non-directional powdered core, the difference in magnetic leakage can be small. Therefore, the small-capacity motor can be manufactured using a powdered core having a non-directional magnetic domain arrangement.
  • the core may be composed of a laminate of thin iron cores (eg, silicon steel sheets), but the cores may be configured such that magnetic paths due to magnetic domain arrangement are made through the respective iron cores.
  • the salient pole and the yoke are separately manufactured to be assembled by fitting the salient pole to the yoke, which is suitable for manufacturing a core of a large capacity motor.
  • the stator core 100 should be fixed to a place where the motor is installed so as not to move, and also rotatably support the rotor core 200 to be described later.
  • the stator core 100 includes a hollow tube-shaped magnetic insulator 150 that is tightly fixed to the inner surface of the stator yoke 120, and, for example, a magnetic insulator (
  • the bearing 141 is installed in the inner hollow of the 150 and the shaft 140 is rotatably vertically inserted into the inner hollow of the magnetic insulator 150, and the magnetic insulator 150 extends to the magnetic insulator 150.
  • It is composed of or includes a stator base 160 is provided on the lower side of the stator core 100 by fitting or fixed to the magnetic insulator 150 and provided in a plate shape for fixing to the installation position of the motor.
  • the shaft 140 may be rotatably mounted directly to the inner hollow of the stator yoke 120.
  • the stator core 100 is formed by a magnetic insulator 150 fixed to the stator base 160. And magnetically insulate the stator core 100 from the shaft 140 and the stator base 160.
  • the magnetic insulator 150 has a sufficient thickness as a non-magnetic material to stably hold the stator core 100 in a state in which the lower end is fixed to the stator base 160 while sufficiently insulated magnetically, and is composed of a ferromagnetic material. Compared to the stator core 100, the shock can also be absorbed. For example, the magnetic insulator 150 maintains a stable posture without moving the stator core 100, which is tightly fixed to the outer circumferential surface, and stably rotates the shaft 140 of the inner hollow without tilting. It can be configured by molding the resin so as to satisfy the conditions of possible hardness and strength.
  • the magnetic insulator 150 by providing the magnetic insulator 150, the magnetic shock generated when the current is interrupted at a high frequency and flows to the coil 130 is blocked from being transmitted to the stator base 160 and the shaft 140. Since the vibration of the stator core 100 due to magnetic impact is also absorbed, the noise of the switched reluctance motor according to the present invention can be greatly reduced.
  • the shaft 140 is configured so that the upper end slightly protrudes above the upper end of the magnetic insulator 150, thereby fixing the rotor frame 230 to be described later to the upper end.
  • the stator base 160 is composed of a plate that can at least face the entire bottom surface of the stator core 100, so that the position detection sensor 310 to be described later can be installed on the upper surface.
  • the present invention is also configured to fix the shaft 140 to the magnetic insulator 150 or integrally, and also to configure a structure to rotatably mount the rotor frame 230, which will be described later on the top of the shaft 140 It should be understood as a concept that includes such a configuration. However, in order to stably rotate the rotor core 200, the shaft 140 has been shown to be rotatable by penetrating the magnetic insulator 150.
  • the rotor core 200 is formed to protrude in an isotropic angle along the circumferential direction on the inner rotor surface of the hollow rotor yoke 220 and the outer surface of the stator core 100, stator protrusion 110 ) And a plurality of rotating salient poles facing one-to-one.
  • FIG. Coil 130 to cover all of the (111), so that when facing the stator salient pole 110, the upper part is facing the upper salient pole piece, the lower part is facing the lower salient piece and the middle is across the slot 112 Face to face.
  • a rotor frame 230 having a top plate surrounding and holding the outer circumferential surface of the rotor core 200 and surrounding the upper portion of the rotor core 200 at intervals is provided.
  • the center of the upper plate of the rotor frame 230 is fixed to the upper end of the shaft 140, to enable the rotor core 200 to rotate relative to the stator core 100.
  • the position detecting means 300 is a component for detecting the rotational position of the rotor core 100.
  • the sensing object 320 installed on the bottom surface of the rotor core 200 and the It is composed of a position detection sensor 310 is installed on the upper surface of the stator base 160.
  • the sensing object 320 is formed so as to correspond to the bottom position on the vertical line passing through the starting point of the rotation direction (rotation direction of the rotor core) of the rotor salient pole 210 and the bottom position on the vertical line passing the end point of the rotation direction of the rotor salient pole. It makes it possible to recognize the starting point and the end point of the rotation direction of the electron pole.
  • an arc-shaped band is formed to fit a section having both bottom surface positions as an end point, and the sensing target 320 is formed for each rotor salient pole.
  • the position detection sensor 310 is mounted on the stator base 160 which is connected to the magnetic insulator 150 fixing the stator core 100, and rotates in accordance with the rotation of the rotor core in the circumferential ends of the stator protrusion 110. It is placed so as to lie vertically past either end that first begins to face the electron salient pole.
  • the position detection sensor 310 detects the start and end of the sensing target 320.
  • the position detection sensor 310 and the sensing target 320 is preferably formed or installed in the radial radius of the same size around the shaft 140.
  • the position detection sensor 310 may be configured as a hall sensor for detecting a magnetic field by the permanent magnet.
  • the position detection sensor 310 irradiates light toward the bottom of the rotor core 100 on which the sensing object 320 is formed, and reflects light reflected by the reflector. It can be configured as an optical sensor to detect.
  • the sensing object 320 is thinly formed on the bottom surface of the rotor core 200 using a printing technique. Accordingly, the sensing object 320 may be formed in the stator core 100 without increasing the volume.
  • the position detection sensor 310 is installed one at a position corresponding to each of both ends of the circumferential direction of any one stator salient pole.
  • two are installed for each phase.
  • the controller 400 intercepts the electric application of the coil 130 to correspond to the time point detected by the position detection sensor 310. That is, the position detection sensor 310 generates a pulse signal from the time when the rotor salient pole 210 starts to face the stator salient pole 210 in an unaligned state with the stator salient pole 210 to the alignment time point.
  • the controller 400 may include a coil 130 in a section corresponding to the point of time of the pulse signal detected by the position detection sensor 310, that is, a section in which the stator salient pole 110 and the rotor salient pole 210 change from misalignment to alignment. ) To generate positive torque.
  • control method of generating positive torque by applying electricity according to the relative position between the rotor salient pole 210 and the stator salient pole 110 is a known technique, and since the starting manner is also a known technique, the timing of electric application is adjusted. The detailed description of the technique is omitted.
  • a magnetic field is generated by the coil 130 that is wound around the outer circumferential surface of the stator core 100 around the shaft, and the upper and lower portions of the coil 130 Since the magnetic circuit is formed by the two salient pole pieces 111, the stator yoke portion between the two salient pole pieces 111, and the rotor salient poles 210 facing the two salient pole pieces 111, the coil 100 You will have a short magnetic circuit around it. Accordingly, the magnetic resistance generated in the core is minimized, the core loss is minimized, and the efficiency of converting the magnetic energy generated from the coil into the power of the motor is maximized. Conversely, the volume of the stator core and the rotor core can be made small.
  • the coil 130 is inserted into the slot 112 of the stator salient pole 110 and wound around the outer circumferential surface of the stator core, thereby easily winding the coil 130.
  • the wound coil 130 also maintains a stable state.
  • the structure is also simplified and robust, and excellent durability.
  • the position detecting means 300 for detecting the rotational position of the rotor core 200 does not fix a separate disk to the rotor core 200, and the sensing target 320 of the rotor core 100 is fixed. Because it is formed on the bottom, it can be installed without increasing the volume.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate the second, third, and fourth embodiments of the present invention, wherein the stator core 100 and the rotor core 200 shown in FIGS. 3 and 4 are respectively N (N>).
  • 1) is composed of a dog structure having a laminated structure along the rotation axis direction of the shaft 140 through the annular magnetic insulator (170, 240), the stator poles (100) N stator poles 110 along the rotation axis direction of each other
  • the N rotor cores 200 are stacked in a line aligned state, and the machine angles (or electrical angles) of the rotor protrusions 210 are different from each other, so that the coils 130 wound on each stator core 100 are wound. To have a phase difference between the currents to be applied.
  • the difference in the mechanical angle is an angle obtained by dividing the rotation angle between two rotor protrusions 210 adjacent to each other in the circumferential direction by any one rotor core 200.
  • the next ones are stacked so as to be advanced by the above-described mechanical angles, and the N rotor cores are skewed.
  • the rotation angle ⁇ T between two rotor salient poles 210 adjacent in the circumferential direction is 360 degrees, that is, the number of salient poles provided in one rotor core, that is, It is the value divided by the number of dolpoles listed along the circumferential direction and corresponds to the pole pitch between dolpoles.
  • N rotor protrusions are formed on the inner circumferential surface of the N stacked rotor cores 200 at intervals spaced at each end by an up and down thickness of the annular magnetic insulator 240.
  • the rotor salient poles 210 are formed one by one on each perpendicular line passing through the position which divides the rotation angle between two rotor salient poles 210 adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the phase difference is a difference in timing for passing a current.
  • the sensing target 320 of the position detecting means 300 is formed on the bottom surface of the rotor core 200 stacked on the lower end, but formed on N concentric circles, respectively, N rotors. Corresponds to the core 200 one by one.
  • the N position detection sensors 310 corresponding to the N sensing objects 320 in a one-to-one manner are also mounted on the upper surface of the stator base 160.
  • the stator cores are phased to match the rotational position of each rotor core detected by the N position detection sensors 310. Applying electricity to the coil 130 of the 100, it is possible to increase the output than when configured as a single-phase motor, it is possible to reduce the noise.
  • the shaft 140, the magnetic insulator 150, and the rotor frame 230 may have a shape extending upwardly to correspond to the stacking number of the stator core 100 and the rotor core 200. Only the laminated structure of the 100 and the rotor core 200 has been described in detail.
  • FIG. 6 is a perspective view (a) of the stator core and a perspective view (b) of the rotor core, among the components of the two-phase switched reluctance motor according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a stator core 100: 100 -1, 100-2 and a virtual diagram showing the change in the relative position of the rotor cores 200: 200-1, 200-2 in a plan view.
  • the stator core 100 is formed by stacking a first stator core 100-1 and a second stator core 100-2 with an annular magnetic insulator 170 therebetween.
  • the stator protrusion of the first stator core 100-1 and the stator protrusion of the second stator core 100-2 lie on a vertical line.
  • the rotor core 200 includes a second rotor that surrounds the first stator core 200-1 and the second stator core 100-1 at intervals to surround the first stator core 100-1.
  • the core 200-2 is laminated with the annular magnetic insulator 240 interposed therebetween, and the inner circumferential surface has a shape in which a plurality of stepped rotor protrusions with a gap between the stages are provided in plural circumferential directions.
  • the rotor protrusion 210-1 of the first rotor core 200-1 faces the stator protrusion of the first stator core 100-1 as shown in FIG. 7.
  • the area of the facing surface gradually increases (FIG. 7B)
  • the application of electricity is stopped at the time of alignment, and the second immediately Since the rotor core 200-2 starts to face the second stator core 100-2 with a machine angle difference of 22.5 ° compared to the first rotor core 200-1 (FIG. 7C), the second Electricity is applied to the coil of the stator core 100-2.
  • FIG. 8 is a view for explaining a three-phase switched reluctance motor according to a third embodiment of the present invention, a perspective view (a) of the stator core and a perspective view (b) of the rotor core are shown.
  • the stator core 100 has a structure in which three stator cores 100-1, 100-2, and 100-3 are stacked between the annular magnetic insulators 170.
  • the stator salient pole 110 has an eight-pole structure in which rows of salient poles aligned in a row along the rotation axis are arranged in eight rows along the outer circumferential surface thereof.
  • the rotor core 200 also has three rotor cores 200-1, 200-2, 200-3 corresponding to three stator cores 100-1, 100-2, and 100-3 in an annular manner.
  • Rotor protrusions 210-1 arranged up and down so as to have a structure in which the insulator 240 is interposed therebetween so as to have one rotor protrusion at a position where the rotation angle between two rotor protrusions adjacent in the circumferential direction is divided into three. , 210-2, 210-3).
  • the difference in the mechanical angle between the rotor poles adjacent up and down is 45/3 °.
  • the spacing of two rotor protrusions adjacent in the circumferential direction is substantially equal to the circumferential length of the stator protrusion, so that in the multiphase multipole structure, the rotor cores 210-1, which are arranged up and down, There are overlapping sections between 210-2 and 210-3, and thus, there may be a time zone in which three coils are supplied with electricity, but annular magnetic insulators 170 and 240 magnetically insulate the coils.
  • FIG. 9 is a view for explaining a four-phase switched reluctance motor according to a fourth embodiment of the present invention, a perspective view (a) of the stator core and a perspective view (b) of the rotor core are shown.
  • the fourth embodiment of the present invention is a four-phase structure in which each phase is eight-pole, four stator cores 100-1, 100-2, 100-3, and 100-4 are stacked so that stator protrusions are arranged in a row. Configure 100.
  • the rotor core 200 stacks four rotor cores 200-1, 200-2, 200-3, and 200-4, but rotates 360 / between two rotor poles 210 adjacent in the circumferential direction.
  • the four-pole structure may be provided with a plurality of coils to apply electricity at the same time, but mutual interference is minimized by the magnetically insulated annular magnetic insulators 170 and 240.
  • FIG. 10 is a view for explaining a switched reluctance motor according to a fifth embodiment of the present invention, in which a rotor core in a three-phase structure is shown.
  • a plurality of stator cores and a plurality of rotor cores are laminated through the annular magnetic insulators 170 and 240 so that there is no gap between the stator poles arranged up and down.
  • the rotor core 200 does not stack a plurality of rotor cores, but rotates the rotor protrusions corresponding to the N-phase stator protrusions on the inner circumferential surface of one hollow body along the rotation axis direction.
  • FIG. 10 showing a rotor core having a three-phase structure
  • connecting pieces 211 connecting vertically facing portions of the rotor protrusions 210-1, 210-2, and 210-3 arranged in a stepwise manner are provided.
  • the rotor salient poles 210-1, 210-2, and 210-3 are formed in a stepped shape connected to each other.
  • an annular magnetic insulator 240 is also not used, and the rotor core is integrally formed. In other words, it constitutes a stepped rotor salient pole vertically connected to the inner circumferential surface of the rotor yoke of the hollow tube shape.
  • the phase difference is applied to the plurality of coils wound on the stator core 100, and the shock is alleviated by magnetic damping at the time of supplying current when the current is sequentially supplied, thereby reducing the noise problem of the switched reluctance motor. It has a reducing effect.
  • the torque is generated during the application of electricity to the coil by periodically applying electricity to the coil, so that torque ripple occurs, but according to the present invention to the magnetic damping at the time of applying the By this, torque ripple can be reduced.
  • stator core 100 and rotor core 200 are integrally formed.
  • the stator core 100 has stator protrusions 110 arranged along the circumferential direction, and N (N> 2) slots 112 are formed in the stator protrusions 110 at equal intervals along the rotation axis direction,
  • N N> 2 slots 112 are formed in the stator protrusions 110 at equal intervals along the rotation axis direction
  • Each stator salient pole 110 is composed of N + 1 salient pole pieces arranged at equal intervals along the rotation axis direction, and a coil is wound around each slot 112 in the same manner as in the above embodiment. That is, the stator core 100 is provided with N coils wound around the circumferential direction along the rotation axis direction.
  • stator core 100 is manufactured to have a height proportional to the number of phases (that is, the number N of coils).
  • the rotor salient pole 210 has a hollow tube shape having the same height as the stator core 100, and has N and end lengths arranged along the rotation axis direction such that the top and bottom ends thereof are aligned at the same time with two vertically adjacent salient pole pieces 111. It has a shape in which each stage is arranged to be connected to each other in a stepwise manner.
  • the circumferential center spacing between the up and down adjacent stages differs by an angle equal to N by the rotation angle between two stator protrusions adjacent in the circumferential direction.
  • the two overlapping upper and lower ends have a portion overlapped with each other by the vertical height of the protrusion pole pieces, so that the stages are connected to each other through the overlapping portion.
  • the overlapping portions are not overlapping the respective stages, but meaning that the one ends are removed as much as the overlapping portions and then connected to each other in a fitted shape.
  • the height of each stage of the rotor salient pole 210 is the same and connected to one.
  • each stage is a component corresponding to one rotor salient in the first to fifth embodiments of the present invention.
  • the two rotor salient poles of the rotor salient pole 210 simultaneously aligned are sequentially aligned with the rotation of the rotor core 200.
  • the units that are to be changed and co-aligned are changed sequentially.
  • the controller 400 starts electric application to a coil between two upper and lower adjacent pole pieces which simultaneously start to face the rotor salient poles, and then stops the electric application at least before the alignment point of the salient pole pieces, thereby providing N phases. Positive torque due to the structure can be generated.
  • FIG. 11 is a view for explaining a two-phase switch reluctance motor according to a sixth embodiment of the present invention, a perspective view (a) of the stator core 100 and a perspective view (b) of the rotor core 200 are shown. have.
  • FIG. 12 is an imaginary view showing a change in relative positions of the stator core 100 and the rotor core 200 according to the rotation of the rotor core 200 shown in FIG. 11 in a plan view.
  • the stator core 100 is provided with eight stator protrusions 110 at equal intervals along the circumferential direction on the outer circumferential surface of the hollow stator yoke 120, and each stator protrusion 110 is formed at equal intervals along the rotation axis direction. It consists of the 1st, 2nd, 3rd pole piece 111-1, 111-2, 111-3 cut and separated by the two slot 112, The 1st, 2nd pole piece 111-1, 111 -2) the first coil 130-1 that is wound in the circumferential direction and crosses therebetween, and the second coil that is wound in the circumferential direction while crossing between the second and third salient pole pieces 111-2 and 111-3. 130-2).
  • the rotor core 200 has a structure in which a stepped rotor protrusion is formed on the inner circumferential surface of the hollow rotor yoke 220 having the same length as the stator core 100.
  • the stepped rotor salient pole is a two-stage structure, the first rotor salient pole 210-1 and the second and third of the areas which can simultaneously face the first and second salient pole pieces 111-1 and 111-2;
  • the second rotor salient poles 210-2 having an area which can simultaneously face the salient pole pieces 111-2 and 111-3 are arranged in a stepwise manner in the direction of the rotation axis.
  • the first rotor protrusion 210-1 and the second rotor protrusion 210 are formed.
  • the first rotor salient pole 210-1 and the second rotor salient pole 210-2 are connected to each other by the thickness of 2) and have a structure.
  • Eight stepped rotor protrusions are formed in the inner circumferential surface of the rotor core along the circumferential direction.
  • the first rotor salient pole 210-1 and the second rotor salient pole 210-2 have an arc angle of a predetermined size around the shaft (rotation axis), but the stator salient pole 110 is provided. Rather than having a slightly smaller polar angle, the stepped rotor poles are spaced apart in the circumferential direction.
  • the first salient pole piece Positive torque is generated by applying electricity to the first coil 130-1 between the 111-1 and the second salient pole piece 111-2.
  • the second rotor salient pole 210-2 starts to deviate from being aligned with the second salient pole piece 111-2 and the third salient pole piece 111-3 simultaneously, the second salient pole piece 111- Negative torque occurs when electricity is applied to the second coil 130-2 between 2) and the third salient pole piece 111-3. Thus, no electricity is applied to the second coil 130-2.
  • FIG. 12 (b) the surface of the first rotor salient pole 210-1 facing the first salient pole piece 111-1 and the second salient pole piece 111-2 by receiving the rotational force by the positive torque is shown in FIG. 12 (b).
  • the first coil 130-1 is applied to the first coil 130-1. Cut off the electricity.
  • the second rotor salient pole 210-2 faces the second salient pole piece 111-2 and the third salient pole piece 111-3, the second salient pole piece 111-2 is formed. Positive torque is generated by applying electricity to the second coil 130-2 between the first and third salient pole pieces 111-3.
  • the hysteresis phenomenon of the ferromagnetic material is caused.
  • the hysteresis of the magnetization by the magnetic field by the first coil 130-1 affects the application of electricity to the second coil 130-2.
  • the magnetic shock generated when the magnetic field is applied by the second coil 130-2 by magnetic damping may be alleviated, thereby reducing noise.
  • the electricity applied to the second coil 130-2 stops supplying at the time when the second rotor salient pole 210-2 is aligned with the second and third salient pole pieces 111-2 and 111-3. 12 (a), electricity is applied to the first coil 130-1 to generate rotational force by repeated positive torque.
  • FIG. 13 is a view illustrating a three-phase switch reluctance motor according to a seventh embodiment of the present invention, and a perspective view (a) of the stator core 100 and a perspective view (b) of the rotor core 200 are shown. have.
  • FIG. 14 is an imaginary view showing a change in relative positions of the stator core 100 and the rotor core 200 according to the rotation of the rotor core 200 shown in FIG. 13 in a plan view.
  • the stator core 100 has an eight-pole structure having eight stator protrusions 110, and each stator protrusion 110 has three slots formed at equal intervals along the rotation axis direction.
  • the eight rotor salient poles formed in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the rotor core 200 have the first, second and third rotor salient poles 210-1, 210-2, and 210-3 cascaded along the rotation axis direction, respectively. Has a shape leading to.
  • the first and second salient pole pieces 111 are formed. Positive torque is generated by applying electricity to the first coil 130-1 between -1 and 111-2. At this time, since the facing surfaces between the second rotor salient poles 210-2 and the second and third salient pole pieces 111-2 and 111-3 decrease, the second and third salient pole pieces 111-2 and 111 are reduced. The second coil 130-2 between -3) is left unenergized.
  • the first coil 130-1 and the second coil 130-2 are applied. Since the magnetic field by the second coil 130-2 starts to be formed in the second salient pole piece 111-2 between the first coil 130-1 and the second coil ( To reduce the shock generated when applying to 130-2).
  • FIG. 15 is a view for explaining a four-phase switch reluctance motor according to an eighth embodiment of the present invention, a perspective view (a) of the stator core 100 and a perspective view (b) of the rotor core 200 are shown. have.
  • each stator pole 110 has four slots 112 formed at equal intervals along the rotation axis direction, and then passes through each slot 112 in the circumferential direction. Since the coil is wound along the winding, the stator salient pole 110 is composed of the first, second, third, fourth, fifth salient pole pieces 111-1, 111-2, 111-3, 111-4, and 111-5. And first, second, third and fourth coils 130-1, 130-2, 130-3, and 130-4 wound at equal intervals along the rotation axis direction.
  • stator protrusions 110 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, the stator protrusions 110 have an eight-pole structure.
  • the rotor salient poles which are composed of eight rotor circumferences on the inner circumferential surface of the rotor core 200, have the first, second, third, and fourth rotor salient poles 210-1, 210-2, 210-3, and 210-4. It has a shape continued in four steps along the direction of the rotation axis.
  • the first, second, third, and fourth rotor salient poles 210-1, 210-2, 210-3, and 210-4 have a circumferential angle difference of 360/8/4 °, and form sequentially steps.
  • FIG. 16 is a view for explaining a switched reluctance motor according to a ninth embodiment of the present invention, in which an exploded perspective view (a) and a combined perspective view (b) of a stator core 100 are shown.
  • the stator core 100 may assemble the stator core according to the first embodiment shown in FIG.
  • the stator core 100 includes a first stator yoke 120a having a compressed ferromagnetic material or a pure iron ferromagnetic material in a hollow tube shape having a magnetic domain arrangement in a rotational axis direction, and protruding in an isotropic angle along the circumferential direction of the outer circumferential surface thereof. It is composed of a silicon steel plate having a salient pole piece and is composed of a second stator yoke 120b which is extrapolated to the upper and lower ends of the first stator yoke 120a to provide two pieces.
  • the slot 112 is formed between the upper and lower salient pole pieces with a gap between the second stator yokes 120b fixed to the upper and lower ends of the first stator yoke 120a.
  • the stator core 100 is formed in a ring shape and has two second stator yokes 120b formed on the outer circumferential surface in the circumferential direction thereof, and hollow tube shapes on the upper and lower surfaces thereof. It is configured to include a first stator yoke (120a) to be formed on the rim each step 122, the second stator yoke (120b) over each of the annular step (122) to be extrapolated to the top and bottom.
  • At least the salient pole pieces 111 of the second stator yoke 120b are radially projected from the middle portion between the top and bottom step 122 of the first stator yoke 120a, so that the coils between the top and bottom salient pole pieces 111 are fixed. It has a slot 112 that can be wound.
  • the pair of salient pole pieces 111 arranged at intervals along the rotation axis direction forms a stator salient pole 110 as in FIG. 3.
  • the contact surface between the second stator yoke 120b and the first stator yoke 120a has a semicircular shape facing each other.
  • the grooves 124 and 125 are formed and the pins 126 are inserted into the grooves 124 and 125, half of the pins 126 fit into the grooves 125 of the second stator yoke 120b and the other half It fits in the groove 124 of the first stator yoke 120a.
  • the first stator yoke (120a) is formed with a plurality of holes formed through the up and down, a plurality of stator cores 100 formed as described above are laminated to form a stator core for a multi-phase motor shown in Figs. can do.
  • the assembled stator core can be used as a stator core of a large capacity motor.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 고정자 돌극에 원주방향의 슬롯을 형성하고, 슬롯을 통과하며 고정자 코어의 원주방향을 따라 권선한 코일에 의해서, 고정자 돌극과 회전자 돌극 내에서 자기 회로를 구성하여 자기 경로를 최단 거리로 확보하고, 이에, 코어에서의 자기 손실을 최소화하여 자기 에너지의 이용 효율을 극대화하고, 코일의 권선 작업이 간단하면서 견고한 구조를 갖는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.

Description

외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터
본 발명은 코일에 의해 여자되는 고정자 돌극을 외주면에 구비한 고정자 코어와, 고정자 돌극과 공극을 사이에 두고 마주하는 회전자 돌극을 내주면에 구비하여 릴럭턴스 토크에 의해 고정자 코어를 중심으로 회전하는 외륜형 회전자 코어로 모터를 구성함에 있어서, 고정자 돌극과 회전자 돌극 내에서 자기 회로를 구성하여 자기 경로를 최단 거리로 확보하고, 이에, 코어에서의 자기 손실을 최소화하여 자기 에너지의 이용 효율을 극대화하고, 코일의 권선 작업이 간단하면서 견고한 구조를 갖는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.
스위치드 릴럭턴스 모터(SRM : Switched Reluctance Motor)는 고정자에만 여자코일을 권선하고 어떠한 여자수단(여자코일 또는 영구자석)도 없이 회전자를 철심으로만 구성하여 브러시(Brush)가 필요 없는 간단한 구조를 갖는다. 이에 따라, 스위치드 릴럭턴스 모터는 제작하기 쉽고, 견고하여 다른 모터에 비해 상대적으로 신뢰성이 높고, 가격 경쟁력이 우수하여서, 다양한 응용분야에서 관심을 갖는 모터이다.
도 1에 도시한 바와 같이 종래 외륜 회전자형 단상 스위치드 릴럭턴스 모터는 회전축(13)을 회전 가능하게 지지하는 고정자 요크(12)의 외주면에 고정자 돌극(11)을 구비한 구조의 고정자 코어(10)와, 고정자 코어(10)의 둘레를 감싸며 회전축(13)에 고정되어 회전 가능한 회전자 요크(12)의 내주면에 공극(air gap)을 사이에 두고 고정자 돌극(11)과 마주하는 회전자 돌극(21)을 구비한 회전자 코어(20)와, 고정자 코어(11)를 감싸도록 권선한 여자 코일(30)을 포함하여 구성된다.
이와 같은 구조의 스위치드 릴럭턴스 모터에서 여자 코일(30)에 의한 자기장의 자기 경로(F)는 상호 마주하는 두쌍의 돌극(11, 21), 2개의 고정자 돌극(11) 사이를 이어주는 고정자 요크(12), 및 2개의 회전자 돌극(21) 사이를 이어주는 회전자 요크(22)로 형성되어서, 자기 경로(F)가 매우 길게 형성된다.
또한, 돌극의 개수를 늘려 다극 구조로 구성하더라도, 고정자 요크(12) 및 회전자 요크(22)를 원주방향을 따라가며 통과하는 자기 경로 구간이 존재할 수밖에 없다.
이에 따라, 원주방향으로 형성되는 자기 경로 구간에서 자기 손실이 발생하여 전체적으로 자기 에너지의 이용 효율이 저하된다.
아울러, 각각의 고정자 돌극(11)에 여자 코일(30)을 권선하여야 하므로, 권선 작업이 번거롭고 권선한 여자 코일(30)도 안정된 자세를 갖게 하는 데 어려움이 따르며, 또한, 권선에 필요한 여유공간이 있어야만 하여서 전체적으로 작은 크기로 제작하는 데 있어서 제약이 따른다.
한편, 외륜 회전자형 모터는 예를 들면 휠인모터(또는 인휠모터)로 사용될 수 있는 모터로서, 사용용도가 다양하고, 내륜 회전자형 모터가 갖지 아니한 장점을 보유한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) KR 10-1255951 B1 2013.04.11.
따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 자기 경로를 가능하면 최단거리로 형성하고, 코일 권선작업도 용이하고, 불필요한 공간 없이 작은 부피로 제작 가능하며, 더불어, 외륜 회전자형에 최적화된 구조를 갖는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 상하로 관통된 중공의 고정자 요크(120)의 외주면에 등방사각으로 형성한 각각의 고정자 돌극(110)에 원주방향의 슬롯(112)을 조성하여 고정자 돌극(110)을 상하의 돌극편(111)으로 분리하고, 코일(130)이 각 고정자 돌극(110)의 슬롯(112)을 순차적으로 통과하며 고정자 요크(120)의 외주면에 둘레방향을 따라 권선되며, 샤프트(140)를 고정자 요크(120)의 내부 중공에 회전 가능하게 장착한 고정자 코어(100); 공극을 사이에 두고 고정자 돌극(110)의 상하 돌극편(111)을 커버하며 마주하는 회전자 돌극(210)이 내주면에 둘레방향을 따라 등방사각으로 형성되고, 상기 샤프트(140)에 고정되어 회전가능한 회전자 코어(200); 회전자 코어(200)의 회전 위치를 감지하는 위치검출수단(300); 고정자 돌극(110)과 회전자 돌극(210)이 비정렬에서 정렬로 변화하는 구간에 상기 코일(130)에 전기를 인가하여 정토크를 발생시키는 컨트롤러(400);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 고정자 코어(100)의 하부에 배치되어 상기 고정자 코어(100)를 지지하는 고정자 베이스(160)를 구비하고, 상기 위치검출수단(300)은 회전자 돌극(210)의 회전방향 양단 사이의 구간에 맞게 상기 회전자 코어(200)의 회전자 돌극(210) 저면에 형성한 센싱 대상(320)과; 고정자 돌극(110)의 둘레방향 양단 중에 회전자 코어의 회전에 따라 회전자 돌극과 먼저 마주하기 시작하는 어느 한쪽 단부의 위치에 맞게 상기 고정자 베이스(160)의 상면에 설치되어서 회전자 코어(200)의 회전시에 센싱 대상(320)의 시작과 끝을 감지하는 위치검출센서(310);를 포함하여 구성되며, 상기 컨트롤러(400)는 위치검출센서(310)로 감지하는 시점에 대응되게 코일(130)의 전기 인가를 단속함을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시 양태에 따르면, 상기 센싱 대상(320)을 자석으로 구성하고 상기 위치검출센서(310)를 자석에 의한 자기장을 감지하는 홀센서로 구성함을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시 양태에 따르면, 상기 센싱 대상(320)을 반사체로 구성하고 상기 위치검출센서(310)를 광을 조사하여 반사판으로 반사되는 광을 감지하는 광센서로 구성함을 특징으로 한다.
상기 고정자 코어(100)는 N(N>1)개로 마련되어 고정자 돌극(110)이 서로 회전축 방향을 따라 일렬로 정렬되게 적층되며, N개 고정자 코어(100)에 일대일로 대응되는 N개 회전자 코어(200)를 적층하되, 둘레방향으로 인접한 2개의 회전자 돌극(210) 간의 회전각을 N등분하는 지점을 지나는 각각의 연직선상에 하나의 회전자 돌극(210)이 있도록 N개 회전자 코어(200)를 적층하여서 N상의 모터로 구성됨을 특징으로 한다.
N개의 회전자 코어(200)는 하나의 중공 몸체의 내주면에 N상의 고정자 돌극(110)에 대응되는 N상의 회전자 돌극(210)을 회전축 방향을 따라 형성한 일체형이되, 둘레방향으로 인접한 2개의 회전자 돌극(210) 간의 회전각을 N등분하는 지점을 지나는 각각의 연직선상에 하나씩 있는 N개의 회전자 돌극(210)은 상하로 인접한 것끼리 이어지며 계단식으로 형성됨을 특징으로 한다.
상기 슬롯(112)을 회전축 방향을 따라 등간격으로 N(N>1)개 형성하여 N+1개의 돌극편(111)으로 구성하고, 각각의 슬롯(112)에 상기 코일(130)이 권선되며, 상기 회전자 돌극(210)은 상하 인접한 2개 돌극편(111)에 동시 정렬되게 하는 상하 길이의 복수 단들이 회전축 방향을 따라 계단식으로 형성된 것이되, 둘레방향으로 인접한 2개의 고정자 돌극 간의 회전각을 N등분한 각도만큼 각 단 사이에 각도 차이가 나고, 상하로 인접한 두 개 단 사이에 상기 돌극편의 상하 높이만큼 중첩된 부위를 갖게 하여 중첩 부위를 통해 단끼리 서로 이어지게 하여서, 단을 바꿔가며 동시 정렬되는 상하 인접한 2개 돌극편(111)이 회전자 코어(200)의 회전에 따라 순차 변경되게 하며, 상기 컨트롤러(400)는 회전자 돌극에 동시에 마주하기 시작하는 상하 인접한 2개 돌극편 사이의 코일에 전기 인가를 시작한 후 적어도 정렬 시점 이전에 전기 인가를 중단함을 특징으로 한다.
상기 고정자 코어(100)의 내주면에 밀착 고정되는 중공관 형상의 자기 절연체(150)를 구비하며, 상기 샤프트(140)는 자기 절연체(150)의 내부 중공에 회전 가능하게 장착됨을 특징으로 한다.
상기 고정자 요크(120)는 회전축 방향의 자구 배열을 갖추고, 상기 고정자 돌극(110)은 방사상의 자구 배열을 갖추며, 상기 회전자 돌극(210)은 회전축 방향의 자구 배열을 갖춤을 특징으로 한다.
상기 고정자 코어(100)는 회전축 방향의 자구 배열을 갖춘 압분 강자성체나 아니면 순철 강자성체로 된 중공의 제1 고정자 요크(120a); 외주면의 둘레방향을 따라 등방사각으로 돌극편을 구비한 규소강판으로 구성되며, 제1 고정자 요크(120b)의 상단 및 하단에 각각 하나씩 외삽되어 상하 돌극편 사이에 상기 슬롯(112)을 조성하게 하는 제2 고정자 요크(120b);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명은 각각의 고정자 돌극(110)에 원주방향의 슬롯(112)를 형성한 후 상하 돌극편(111) 사이를 가로지르는 코일(130)을 권선하므로, 고정자 코어(100)의 외주면을 따라 권선하는 방식에 의해 코일 권선 작업이 용이하고, 코일 권선을 위한 여유공간을 별도로 두지 아니하여 부피를 최소한으로 슬림화할 수 있으며, 필요한 부품도 적어서 구조적으로 견고하여 내구성도 우수하고, 고정자 돌극과 회전자 돌극이 코일을 주회하며 발생하는 자기장의 자기 회로를 구성함에 따라 자기 경로를 최단거리로 형성하여 코어에서의 자기 손실을 최소화하고 와전류 손실도 최소화한다.
도 1은 종래 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 평단면도(a) 및 측단면도(b).
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 사시도(a) 및 측단면도(b).
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 고정자 코어의 사시도(a) 및 회전자 코어의 사시도(b).
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 고정자 코어와 회전자 코어의 결합체에 대한 상면 사시도.
도 5는 도 4에 도시한 고정자 코어와 회전자 코어의 결합체에 대한 저면 사시도(a) 및 고정자의 구성요소 중에 고정자 베이스의 상면 사시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 고정자 코어의 사시도(a) 및 회전자 코어의 사시도(b).
도 7은 고정자 코어(100)와 회전자 코어(200)의 상대 위치 변화를 평면상으로 펼쳐놓은 모습으로 보여주는 가상의 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 고정자 코어의 사시도(a) 및 회전자 코어의 사시도(b).
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 고정자 코어의 사시도(a) 및 회전자 코어의 사시도(b).
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 회전자 코어의 사시도.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 고정자 코어의 사시도(a) 및 회전자 코어의 사시도(b).
도 12는 고정자 코어(100)와 회전자 코어(200)의 상대 위치 변화를 평면상으로 펼쳐놓은 모습으로 보여주는 가상의 도면.
도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 고정자 코어의 사시도(a) 및 회전자 코어의 사시도(b).
도 14는 고정자 코어(100)와 회전자 코어(200)의 상대 위치 변화를 평면상으로 펼쳐놓은 모습으로 보여주는 가상의 도면.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 고정자 코어의 사시도(a) 및 회전자 코어의 사시도(b).
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 고정자 코어(100)의 분해 사시도(a) 및 결합 사시도(b).
본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서서 용어를 정의한다.
정렬(align)은 고정자 돌극의 중심과 회전자 돌극의 중심이 서로 일치하여 공극을 사이에 두고 마주하는 면의 면적이 최대가 된 상태이며, 실제 스위치드 릴럭턴스 모터를 동작시킬 시에는 고정자 돌극의 중심에서 소정 범위의 회전각 내에 회전자 돌극의 중심이 위치한 상태를 정렬된 상태로 한다.
비정렬(unalign)은 원주방향으로 인접한 2개 고정자 돌극 사이의 중간점에 회전자 돌극의 중심이 마주하는 상태로서, 실제로는 고정자 돌극과 회전자 돌극 사이의 서로 마주하는 면이 없는 상태에서 서로 마주하는 면이 생기기 시작하는 상태로 할 수 있다. 아니면, 회전자 돌극이 고정자 돌극과 마주하기 시작하는 시점보다 시간적으로 약간 앞당긴 시점에서의 상태로 할 수 있다.
자기 회로는 고정자 코어에 권선한 코일에 의해 발생하는 자기력선속이 공극을 통과하며 고정자 코어와 회전자 코어간을 일주하는 닫힌 회로이다.
회전축 방향은 회전자의 회전축이 되는 샤프트의 길이방향으로, 샤프트에 평행한 방향을 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
<단상 스위치드 릴럭턴스 모터>
도 2 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2는 스위치드 릴럭턴스 모터의 사시도(a) 및 측단면도(b)이고, 도 3은 고정자 코어(100)의 사시도(a) 및 회전자 코어(200)의 사시도(b)이고, 도 4는 고정자 코어(100)와 회전자 코어(200)의 결합체에 대한 상면 사시도이고. 도 5는 고정자 코어(100)와 회전자 코어(200)의 결합체에 대한 저면 사시도(a) 및 고정자 베이스(160)의 상면 사시도(b)이다.
본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 외륜 회전자(Outer Rotor) 타입으로서, 고정자 코어(100), 회전자 코어(200), 위치검출수단(300) 및 컨트롤러(400)를 포함하여 구성되며, 도 2 내지 도 5에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 고정자 코어(100)에 구비되는 코일(130)이 1개의 권선만으로 장착되는 단상 모터이다.
상기 고정자 코어(100)는 중심을 상하로 관통한 원통형 고정자 요크(120)와, 고정자 요크(120)의 외주면에 등방사각(또는 둘레방향을 따라 등간격)으로 형성한 복수의 고정자 돌극(110)과, 전기를 인가받을 시에 자기력선속을 발생시키는 코일(130)을 포함하여 구성된다. 도면에 도시한 실시예는 8개 고정자 돌극(110)을 갖는 8극 모터이며, 후술하는 회전자 코어도 동일하게 8개의 회전자 돌극(210)을 갖춘다.
본 발명에 따르면, 각각의 고정자 돌극(110)은 고정자 요크(120)의 원주방향을 따라 소정폭으로 절개하여 요홈 형상의 슬롯(112)이 조성된다. 이에, 각각의 고정자 돌극(110)은 상하로 분리된 2개의 돌극편(111)으로 구성된다.
상기 코일(130)은 각 고정자 돌극(110)에 조성한 슬롯(112)을 순차적으로 통과하도록 고정자 요크(120)의 외주면에 둘레방향(원주방향)을 따라 권선된다. 이때, 코일(130)은 슬롯(112) 내에서만 권선하여 돌극편(111)보다 외측으로 돌출되지 아니하게 한다.
이에 따라, 상기 코일(130)에 전기를 인가하여 전류를 흘려주면, 슬롯(112)에서 코일(130)을 주회하는 자기장이 형성되므로, 고정자 요크(120) 중에 슬롯(112)의 안쪽 부위와 방사상으로 돌출된 상하의 돌극편(111)이 자기 회로를 구성하여 자기력선속이 집속된다.
여기서, 상기 슬롯(112)은 고정자 돌극(110)의 높이(즉, 상하 돌극편의 높이)만큼 절개한 홈으로 형성하여서, 상기 코일(130)이 고정자 요크(120)의 외주면에 밀착되게 한다. 이에 따라, 상기 코일(130)은 안정되게 권선됨은 물론이고, 원주방향 2개 고정자 돌극(110) 사이를 지나가는 코일(130) 부위에서 발생하는 자기력선속도 고정자 요크(120)을 지나 고정자 돌극으로 집속되게 하고, 결국, 코일(130)에 의해 발생하는 자기력선속을 최대한 고정자 돌극(110)의 단부(즉, 회전자 돌극과 마주하는 상하 돌극편의 각 단부)에 집중시킬 수 있다.
상기 코일(130)에 의해 발생하는 자기력선속을 고정자 돌극(110)의 단부에 더욱 집중시키기 위해서, 상기 고정자 요크(120)는 회전축 방향(즉, 샤프트의 길이 방향)의 자구(磁區, magnetic domain) 배열을 갖추게 하고, 상기 고정자 돌극(110)은 회전축(즉, 샤프트)을 중심으로 방사상으로 뻗어나가는 자구 배열을 갖추게 한다.
그리고, 후술하는 회전자 코어(200)에 있어서 회전자 돌극(210)은 회전축 방향의 자구 배열을 갖추게 한다. 이에, 회전자 돌극(210)이 고정자 돌극(110)과 마주할 시에 코일(130)을 주회하는 자기 회로는 자기 저항을 최소화할 수 있고, 회전자 돌극(210)과 고정자 돌극(110) 사이의 공극에서 발생하는 자기 에너지도 최대한으로 높일 수 있다.
상기한 자구 배열을 위해서 다음과 같이 고정자 코어(100)를 구성할 수 있다.
예를 들어, 고정자 요크(120) 및 고정자 돌극(110)으로 구성되는 고정자 코어(100)의 형상에 맞게 압분 성형한 압분 코어를 제작하되, 상기한 자구 배열을 갖게 하는 자기장을 성형중에 가한다. 이와 같이 제작한 고정자 코어(100)는 권선한 코일(130)에 전류를 흘려주면, 상기한 자구 배열로 정렬되어 자기장의 세기를 보다 강하게 할 수 있다. 회전자 요크(200)도 마찬가지로 제작할 수 있다. 이러한 압분 코어는 소용량 모터의 코어를 제작하는 데 적합하다. 소용량 모터의 경우, 자구 배열이 무방향성인 압분 코어로 제작하여도 자기 누설량 차이가 작을 수 있으므로, 부방향성 자구 배열을 갖는 압분 코어로 제작 사용할 수 있다.
다른 예를 들면, 얇은 철심(예 : 규소강판)의 적층체로 코어를 구성하되, 자구 배열에 의한 자기 경로가 각각의 철심을 통해서 이루어지게 코어를 구성할 수 있다. 이 경우는 돌극과 요크를 분리 제작하여 요크에 돌극을 끼워 고정하는 방식으로 조립하며, 대용량 모터의 코어를 제작하는 데 적합하다.
상기 고정자 코어(100)는 모터가 설치되는 곳에 고정되어 움직이지 아니하게 하고, 아울러, 후술하는 회전자 코어(200)를 회전 가능하게 지지하여야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 고정자 코어(100)는 고정자 요크(120)의 내부면에 밀착 고정되는 중공관 형상의 자기 절연체(150)와, 예를 들면 도면에 도시한 바와 같이 자기 절연체(150)의 내부 중공에 베어링(141)을 설치하여 자기 절연체(150)의 내부 중공에 회전 가능하게 수직으로 삽입 장착되는 샤프트(140)와, 자기 절연체(150)에 연장되어 자기 절연체(150)에 일체형으로 되거나 아니면 자기 절연체(150)를 끼움 고정하여 고정자 코어(100)의 하부측에 구비되며 모터의 설치 위치에 고정하기 위해 판상으로 마련되는 고정자 베이스(160)를 포함하여 구성된다.
상기 샤프트(140)를 고정자 요크(120)의 내부 중공에 직접 회전 가능하게 장착할 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서는 고정자 베이스(160)에 고정된 자기 절연체(150)로 고정자 코어(100)를 지지하고, 아울러, 고정자 코어(100)를 샤프트(140) 및 고정자 베이스(160)와 자기적으로 절연한다.
상기 자기 절연체(150)는 비자성체로서 충분한 두께를 갖추게 하여 자기적으로 충분히 절연하면서 하단을 고정자 베이스(160)에 고정한 상태에서 고정자 코어(100)를 안정적으로 잡아주게 하며, 아울러, 강자성체로 구성하는 고정자 코어(100)에 비해 충격도 흡수할 수 있게 한다. 예를 들면, 상기 자기 절연체(150)는 외주면에 밀착 고정하는 고정자 코어(100)를 움직이지 아니하게 안정된 자세를 유지하고 내부 중공의 샤프트(140) 축을 기울어지지 아니하게 안정적으로 회전 가능하게 잡아줄 수 있는 경도 및 강도의 조건을 만족하도록 수지를 성형하여 구성할 수 있다.
이와 같이, 자기 절연체(150)를 구비함으로써, 높은 주파수로 전류를 단속하며 코일(130)에 흐르게 할 시에 발생하는 자기 충격을 고정자 베이스(160) 및 샤프트(140)에 전달되지 아니하게 차단하고, 자기 충격에 의한 고정자 코어(100)의 진동도 흡수하므로, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음을 크게 줄일 수 있다.
상기 샤프트(140)는 상단을 자기 절연체(150)의 상단보다 상부로 약간 돌출되게 구성하여서, 후술하는 회전자 프레임(230)을 상단에 고정하게 한다.
상기 고정자 베이스(160)는 적어도 고정자 코어(100)의 저면 전체를 마주할 수 있는 판재로 구성되어서, 후술하는 위치검출센서(310)를 상면에 설치할 수 있게 한다.
한편, 본 발명은 상기 샤프트(140)를 상기 자기 절연체(150)에 고정하거나 또는 일체형으로 구성하고, 후술하는 회전자 프레임(230)을 샤프트(140)의 상단에 회전 가능하게 장착하는 구조도 구성할 수 있으며, 이러한 구성도 포함하는 개념으로 이해하여야 할 것이다. 그렇지만, 회전자 코어(200)의 안정적인 회전을 위해서 상기 샤프트(140)를 자기 절연체(150)에 관통시켜 회전 가능하게 한 실시예를 보여주었다.
상기 회전자 코어(200)는 고정자 코어(100)의 외측을 두르는 중공의 회전자 요크(220)와, 회전자 요크(220)의 내주면에 둘레방향을 따라 등방사각으로 돌출 형성되어 고정자 돌극(110)과 일대일로 마주하는 복수의 회전 돌극(210)를 포함하여 구성된다.
여기서, 회전자 돌극(210)은 고정자 돌극(110)과 마주할 시에 공극(air gap)을 사이에 두고 마주하며, 선단의 크기 및 면적은 고정자 돌극(110)의 상하 분리된 2개 돌극편(111)을 모두 커버할 수 있게 하여서, 고정자 돌극(110)과 마주할 시에 상부는 상부 돌극편과 마주하고 하부는 하부 돌극편과 마주하고 중간은 슬롯(112)을 가로지르는 코일(130)과 마주한다.
그리고, 상기 회전자 코어(200)의 외주면을 감싸며 파지하고, 상기 회전자 코어(200)의 상부를 간격을 두고 감싸는 상판을 구비하는 회전자 프레임(230)이 마련되어 있다. 여기서, 회전자 프레임(230)의 상판 중심은 상기 샤프트(140)의 상단에 고정하여서, 고정자 코어(100)에 대해 회전자 코어(200)를 회전 가능하게 한다.
상기 위치검출수단(300)은 회전자 코어(100)의 회전 위치를 감지하기 위한 구성요소로서, 도 5를 참조하면, 회전자 코어(200)의 저면에 설치되는 센싱 대상(320)과, 상기 고정자 베이스(160)의 상면에 설치되는 위치검출센서(310)로 구성된다.
상기 센싱 대상(320)은 회전자 돌극(210)의 회전방향(회전자 코어의 회전방향) 시작점을 지나는 연직선상의 저면 위치와 회전자 돌극의 회전방향 끝점을 지나는 연직선상의 저면 위치에 맞게 형성되어 회전자 돌극의 회전방향 시작점과 끝점을 인식할 수 있게 한다. 구체적인 실시예에 따르면 양측 저면 위치를 끝점으로 하는 구간에 맞는 원호형 띠로 형성되며, 이러한 센싱 대상(320)은 각각의 회전자 돌극 별로 하나씩 형성된다.
상기 위치검출센서(310)는 고정자 코어(100)를 고정한 자기 절연체(150)에 이어지는 고정자 베이스(160)에 장착되며, 고정자 돌극(110)의 둘레방향 양단 중에, 회전자 코어의 회전에 따라 회전자 돌극과 먼저 마주하기 시작하는 어느 한쪽 단부를 지나는 연직상에 놓이도록 설치된다. 이러한 위치검출센서(310)는 센싱 대상(320)의 시작과 끝을 감지하게 된다. 이때, 위치검출센서(310)와 센싱 대상(320)은 샤프트(140)를 중심으로 한 방사상 동일 크기의 반경에 형성 또는 설치하는 것이 좋다.
상기 센싱 대상(320)은 영구 자석으로 구성하는 경우, 상기 위치검출센서(310)는 영구 자석에 의한 자기장을 감지하는 홀센서로 구성할 수 있다.
상기 센싱 대상(320)을 반사경으로 구성하는 경우, 상기 위치검출센서(310)는 센싱 대상(320)이 형성된 회전자 코어(100)의 저면을 향해 빛을 조사하고, 반사경에 의해 반사되는 빛을 감지하는 광센서로 구성할 수 있다.
여기서, 상기 센싱 대상(320)은 프린팅 기술을 이용하여 회전자 코어(200)의 저면에 얇게 형성된다. 이에, 센싱 대상(320)를 부피 증가 없이 고정자 코어(100)에 형성할 수 있다.
한편, 정회전과 역회전 운전을 모두 가능하게 하려면, 위치검출센서(310)는 어느 하나의 고정자 돌극의 둘레방향 양단 각각에 대응되는 위치에 하나씩 설치한다. 물론, 다상 구조에서는 각 상별로 2개씩 설치한다.
상기 컨트롤러(400)는 위치검출센서(310)로 감지하는 시점에 대응되게 코일(130)의 전기 인가를 단속한다. 즉, 상기 위치검출센서(310)는 회전자 돌극(210)이 고정자 돌극(210)에 비정렬 상태에서 고정자 돌극(210)과 마주하기 시작하는 시점부터 정렬 시점까지 펄스 신호를 생성하게 되므로, 상기 컨트롤러(400)는 위치검출센서(310)로 감지하는 펄스 신호의 시점에 대응되는 구간, 즉, 고정자 돌극(110)과 회전자 돌극(210)이 비정렬에서 정렬로 변화하는 구간에 코일(130)에 전기를 인가하여 정토크를 발생시킨다. 이와 같이 회전자 돌극(210)과 고정자 돌극(110) 간의 상대 위치에 따라 전기를 인가하여 정토크를 발생시키는 제어방식은 공지된 기술이고, 기동방식도 공지된 기술이므로, 전기 인가의 타이밍을 맞추는 기술에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 고정자 코어(100)의 외주면을 샤프트를 중심으로 주회하며 감겨진 환상의 코일(130)에 의해 자기장이 발생하고, 코일(130)의 상하에 있는 2개 돌극편(111), 2개 돌극편(111) 사이의 고정자 요크 부위 및 2개 돌극편(111)과 마주하는 회전자 돌극(210)에 의해 자기 회로가 형성되므로, 코일(100)을 주회하는 짧은 자기 회로를 갖게 된다. 이에 따라, 코어에서 발생하는 자기 저항을 최소화하고 자기 손실(core loss)도 최소화하며, 코일에서 발생하는 자기 에너지를 모터의 동력으로 변환하는 이용 효율을 극대화한다. 역으로, 고정자 코어 및 회전자 코어의 부피를 작게 제작할 수 있다.
또한, 아우터 로터(Outer Rotor) 타입의 모터로서, 코일(130)을 고정자 돌극(110)의 슬롯(112)에 삽입하여 고정자 코어의 외주면에 감으므로, 코일(130)의 권선 작업도 용이하고, 권선한 코일(130)도 안정된 상태를 유지한다. 이에, 구조적으로도 간소화되고 견고하며, 내구성도 우수하다.
또한, 회전자 코어(200)의 회전 위치를 감지하기 위한 위치검출수단(300)은 별도의 디스크를 회전자 코어(200)에 고정하지 아니하고, 센싱 대상(320)을 회전자 코어(100)의 저면에 형성하므로, 부피 증가 없이 설치 가능하다.
<다상 스위치드 릴럭턴스 모터>
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제2,3,4 실시예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 3 및 도 4에 도시한 고정자 코어(100) 및 회전자 코어(200)를 각각 N(N>1)개로 구성하여 환형 자기 절연체(170, 240)를 개재하며 샤프트(140)의 회전축 방향을 따라 적층한 구조를 갖되, N개의 고정자 코어(100)는 고정자 돌극(110)이 서로 회전축 방향을 따라 일렬로 정렬된 상태로 적층되게 하고, N개의 회전자 코어(200)는 회전자 돌극(210) 간에 기계각(또는 전기각)이 차이 나게 하여서, 각 고정자 코어(100)에 권선된 코일(130)에 인가하는 전류 사이에 위상차를 갖게 한다.
상기한 기계각의 차이는 어느 하나의 회전자 코어(200)에서 둘레방향으로 인접한 2개의 회전자 돌극(210) 간의 회전각을 N등분한 각도가 된다. 그리고, 적층 순서에 따라 순차적으로 회전자 코어(200)를 적층할 시에 이전 적층한 것보다 상기한 기계각만큼 앞서도록 다음 것을 적층하여서, N개의 회전자 코어를 스큐식으로 배치한다.
여기서, 둘레방향으로 인접한 2개의 회전자 돌극(210) 간의 회전각(θT)은 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 360°를 어느 하나의 회전자 코어에 구비된 돌극 개수, 즉, 원주방향을 따라 나열된 돌극 개수로 나눈 값이 되며, 돌극 간의 극 피치에 해당된다.
이에, N개 적층된 회전자 코어(200)의 내주면에는 N개의 회전자 돌극이 환형 자기 절연체(240)의 상하 두께만큼 각 단에 간격을 둔 계단을 형성하며, 이러한 계단이 내주면 원주방향을 따라 복수개로 형성되고, 원주방향으로 인접한 2개 회전자 돌극(210) 간의 회전각을 N등분하는 위치를 지나는 각각의 연직선상에 회전자 돌극(210)이 하나씩 배치된다.
상기한 위상차는 전류를 흘려주는 타이밍의 차이가 된다.
아울러, 도면에는 도시하지 아니하였지만, 위치검출수단(300)의 센싱 대상(320)은 최하단에 적층된 회전자 코어(200)의 저면에 형성하되, N개의 동심원 상에 각각 형성하여 N개의 회전자 코어(200)에 하나씩 대응되게 한다. 또한, N개의 센싱 대상(320)에 일대일로 대응되는 N개의 위치검출센서(310)도 고정자 베이스(160)의 상면에 장착된다.
이에, N개의 회전자 코어를 일체형으로 회전할 시에 정렬되는 돌극이 순차적으로 나타나므로, N개의 위치검출센서(310)로 감지되는 각 회전자 코어의 회전 위치에 맞게 위상차를 두며 각 고정자 코어(100)의 코일(130)에 전기를 인가하면, 단상 모터로 구성할 시보다 출력을 높일 수 있고, 소음도 줄일 수 있다.
여기서, 샤프트(140), 자기 절연체(150) 및 회전자 프레임(230)은 고정자 코어(100) 및 회전자 코어(200)의 적층 개수에 대응되게 상부로 연장한 형태를 취하면 되므로, 고정자 코어(100) 및 회전자 코어(200)의 적층 구조에 대해서만 상세하게 설명하였다.
구체적인 실시예를 설명하면, 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성요소 중에, 고정자 코어의 사시도(a) 및 회전자 코어의 사시도(b)이고, 도 7은 고정자 코어(100 : 100-1, 100-2)와 회전자 코어(200 : 200-1, 200-2)의 상대 위치 변화를 평면상으로 펼쳐놓은 모습으로 보여주는 가상의 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 고정자 코어(100)는 제1 고정자 코어(100-1)와 제2 고정자 코어(100-2)를 환형 자기 절연체(170)를 사이에 두고 적층한 것이며, 제1 고정자 코어(100-1)의 고정자 돌극와 제2 고정자 코어(100-2)의 고정자 돌극은 연직선상에 놓인다.
회전자 코어(200)는 제1 고정자 코어(100-1)를 간격을 두고 에워싸는 제1 회전자 코어(200-1)와 제2 고정자 코어(100-1)를 간격을 두고 에워싸는 제2 회전자 코어(200-2)를 환형 자기 절연체(240)를 사이에 두고 적층한 것이며, 내주면에는 단 사이에 간격이 있는 2단 계단식의 회전자 돌극이 둘레방향을 복수개로 구비되는 형상을 갖는다. 본 발명의 실시예에는 8극 구조이므로, 어느 하나의 고정자 코어(100-1이나 아니면 100-2)에서 둘레방향으로 인접한 2개 회전자 돌극 중심 간의 기계각 차이(θT)는 360/8=45°이다.
이에, 제1 회전자 코어(200-1)의 회전자 돌극(210-1)과 제2 회전자 코어(200-2)의 회전자 돌극(210-2)의 기계각 차이(θT/N, N=2)는 45/2=22.5°이다.
모터를 회전 구동시킬 시에는, 도 7에 도시한 바와 같이 제1 회전자 코어(200-1)의 회전자 돌극(210-1)이 제1 고정자 코어(100-1)의 고정자 돌극과 마주하는 시점에서 제1 고정자 코어(100-1)의 코일에 전기를 인가하고(도 7a), 마주하는 면의 면적이 점차 증가한 후(도 7b), 정렬되는 시점에 전기 인가를 중단하고, 곧바로 제2 회전자 코어(200-2)가 제1 회전자 코어(200-1)에 비해 기계각 차이 22.5°만큼 지연되어 제2 고정자 코어(100-2)와 마주하기 시작하므로(도 7c), 제2 고정자 코어(100-2)의 코일에 전기를 인가한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3상 스위치드 릴럭턴스 모터를 설명하기 위한 도면으로서, 고정자 코어의 사시도(a) 및 회전자 코어의 사시도(b)이 도시되어 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 고정자 코어(100)는 환형 자기 절연체(170)를 사이사이에 배치하며 3개의 고정자 코어(100-1, 100-2, 100-3)를 적층한 구조이며, 마찬가지로 고정자 돌극(110)은 회전축 방향을 따라 일렬로 정렬된 돌극 열이 외주면 둘레방향을 따라 8열로 구비된 8극 구조이다.
회전자 코어(200)도 3개의 고정자 코어(100-1, 100-2, 100-3)에 일대일로 대응되는 3개의 회전자 코어(200-1, 200-2, 200-3)를 환형 자기 절연체(240)를 사이사이에 배치하며 적층한 구조이되, 둘레방향으로 인접한 2개 회전자 돌극 간의 회전각을 3등분한 위치에 회전자 돌극이 하나씩 있도록 상하로 나열되는 회전자 돌극(210-1, 210-2, 210-3)을 계단식으로 배치되게 한다. 본 발명의 실시예에서 8극 구조이므로, 상하 인접한 회전자 돌극 간의 기계각 차이는 45/3°이다.
이와 같이 3상 구조에서는, 3개의 고정자 코어(100-1, 100-2, 100-3)에 각각 구비되는 코일에 전기를 인가할 시에, 기계각 차이 45/3°에 대응되는 시간차를 두며 순차적으로 전기를 인가한다. 도면에 도시한 바와 같이, 일반적으로 둘레방향으로 인접한 2개 회전자 돌극의 간격은 실질적으로 고정자 돌극의 둘레방향 길이와 맞먹으므로, 다상 다극 구조에서는 상하로 배열된 회전자 코어(210-1, 210-2, 210-3) 사이에 중첩되는 구간이 존재하고, 이에, 3개의 코일 중에 전기를 인가한 코일이 2개인 시간대가 존재할 수 있지만, 자기적으로 절연하는 환형 자기 절연체(170, 240)에 의해서 상호 간섭을 최소화한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 4상 스위치드 릴럭턴스 모터를 설명하기 위한 도면으로서, 고정자 코어의 사시도(a) 및 회전자 코어의 사시도(b)가 도시되어 있다.
본 발명의 제4 실시예는 각 상이 8극인 4상 구조이므로, 고정자 돌극끼리 일렬로 나열되도록 4개의 고정자 코어(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)을 적층하여 고정자 코어(100)를 구성한다.
회전자 코어(200)는 4개의 회전자 코어(200-1, 200-2, 200-3, 200-4)을 적층하되, 둘레방향으로 인접한 2개의 회전자 돌극(210) 간의 회전각 360/8=45°를 4등분한 지점의 연직선상에 1개씩 회전자 돌극이 배치되도록 하여서, 상호 끊어진 4단 계단의 회전자 돌극(210-1, 210-2, 210-3, 210-4)이 형성된다.
3상 구조와 마찬가지로, 4극 구조에서도 동시에 전기를 인가하는 코일이 복수개일 수 있으나, 자기적으로 절연하는 환형 자기 절연체(170, 240)에 의해서 상호 간섭을 최소화한다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 설명하기 위한 도면으로서, 3상 구조에서의 회전자 코어가 도시되어 있다.
본 발명의 제2,3,4 실시예에서 보여준 바와 같이 복수의 고정자 코어 및 복수의 회전자 코어를 환형 자기 절연체(170, 240)를 개재하며 적층함에 따라 상하로 배열되는 고정자 돌극 간에 간격이 생기지만, 본 발명의 제5 실시예에 따르면 회전자 코어(200)는 복수개의 회전자 코어를 적층하는 것이 아니라 하나의 중공 몸체의 내주면에 N상의 고정자 돌극에 대응되는 회전자 돌극을 회전축 방향을 따라 계단식으로 형성하고, 아울러, 계단식으로 배열된 회전자 돌극을 중첩구간에 대해 서로 이어지게 하여 N상에 대응되는 복수의 회전자 코어를 일체형으로 구성한다. 이러한 이어진 계단식 회전자 돌극은 극수만큼 둘레방향을 따라 조성된다.
3상 구조의 회전자 코어를 도시한 도 10을 참조하면, 계단식으로 배열된 회전자 돌극(210-1, 210-2, 210-3)에서 연직방향으로 마주하는 부위를 이어주는 연결편(211)이 조성되어 있어서, 회전자 돌극(210-1, 210-2, 210-3)이 서로 이어진 계단형으로 구성된다. 그리고, 복수의 회전자 코어를 적층하는 것이 아니고, 환형 자기 절연체(240)도 사용하지 아니하고, 일체형으로 회전자 코어를 구성한다. 즉, 중공관 형상의 회전자 요크의 내주면에 상하로 이어진 계단식 회전자 돌극을 구성하는 것이다.
이와 같이 형성한 계단식 회전자 돌극에 의하면, 어느 하나의 회전자 돌극을 통해 자기장이 작용한 상태에서 하부의 인접한 다른 하나의 회전자 돌극에 자기장이 가해질 시에 양자 자기장에 의한 합성 자기력선속이 형성되므로, 다른 하나의 회전자 돌극에 자기장이 가해질 시에 자기적 충격을 완화하는 자기 댐핑(magnetic damping) 현상이 발생한다. 이에, 고정자 코어(100)에 권선한 복수의 코일에 위상차를 주며 순차적으로 전류를 공급할 시에 전류 공급 시점에서 자기 댐핑에 의해 충격을 완화하며, 결국, 스위치드 릴럭턴스 모터가 구조적으로 갖는 소음 문제를 줄이는 효과를 갖는다. 즉, 스위치드 릴럭턴스 모터의 원리에 따르면, 주기적으로 코일에 전기를 인가하여 코일에 전기를 인가하는 동안 토크를 발생시키므로, 토크 리플이 발생하지만, 본 발명에 따르면 전기를 인가하는 시점에서 자기 댐핑에 의해 토크 리플을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 6에 도시한 2상 구조의 제2 실시예에서는 상하로 어긋나게 배열된 회전자 돌극(210-1, 210-2) 간에 상하로 마주하는 면이 없으므로, 이 경우는, 대각선으로 서로 이어지게 할 수 있다.
<일체형 코어 구조>
도 11 내지 도 15는 다상 구조이되, 적층 구조로 하지 아니하고, 고정자 코어(100) 및 회전자 코어(200)를 각각 일체형으로 형성한다.
먼저, 고정자 코어(100)는 둘레방향을 따라 배열된 고정자 돌극(110)을 갖되, N(N>2)개의 슬롯(112)을 회전축 방향을 따라 등간격으로 고정자 돌극(110)에 형성하여서, 각 고정자 돌극(110)을 회전축 방향을 따라 등간격으로 배열된 N+1개의 돌극편으로 구성하고, 상기한 실시예와 마찬가지의 방식으로 각각의 슬롯(112)에 코일을 권선한다. 즉, 고정자 코어(100)에는 둘레방향을 주회하며 권선한 코일을 회전축 방향을 따라 N개로 구비한다.
여기서, 고정자 코어(100)는 상의 개수(즉, 코일의 개수 N)에 비례하는 높이를 갖게 제작한다.
회전자 돌극(210)는 고정자 코어(100)와 같은 높이를 갖는 중공관 형상이고, 상하로 인접한 2개 돌극편(111)과 동시에 정렬되게 하는 상하 길이의 단이 회전축 방향을 따라 N개 배열하되, 계단식으로 각 단이 서로 이어지게 배열한 형상을 갖춘다.
여기서, 상하로 인접한 단 간의 둘레방향 중심 간격은 둘레방향으로 인접한 2개 고정자 돌극 간의 회전각을 N등분한 각도만큼 차이 난다.
그리고, 상하로 인접한 두 개 단 사이에 상기 돌극편의 상하 높이만큼 중첩된 부위를 갖게 하여서, 중첩 부위를 통해 단끼리 서로 이어지게 한다. 여기서, 중첩 부위는 각 단을 겹친 것이 아니라, 중첩 부위만큼 어느 한쪽 단을 제거한 후 맞춰 끼운 형상으로 서로 이어지게 한다는 의미이다. 즉, 회전자 돌극(210)의 각 단 높이는 동일하고 하나로 이어진 것이다. 여기서, 각 단은 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에서 하나의 회전자 돌극에 대응되는 구성요소이다.
이와 같이, 회전자 돌극(210)을 형성함으로써, 회전자 코어(200)를 회전시키면, 회전자 돌극(210)은 동시 정렬되는 상하 인접한 2개 돌극편이 회전자 코어(200)의 회전에 따라 순차 변경되고, 동시 정렬되는 단도 순차 변경된다.
이에, 상기 컨트롤러(400)는 회전자 돌극에 동시에 마주하기 시작하는 상하 인접한 2개 돌극편 사이의 코일에 전기 인가를 시작한 후 적어도 그 돌극편에 대한 정렬 시점 이전에 전기 인가를 중단함으로써, N상 구조에 의한 정토크를 발생시킬 수 있다.
도면을 참조하며 구체적으로 설명한다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 2상 스위치 릴럭턴스 모터를 설명하기 위한 도면으로서, 고정자 코어(100)의 사시도(a) 및 회전자 코어(200)의 사시도(b)가 도시되어 있다.
도 12는 도 11에 도시한 회전자 코어(200)의 회전에 따른 고정자 코어(100)와 회전자 코어(200)의 상대 위치 변화를 평면상으로 펼쳐놓은 모습으로 보여주는 가상의 도면이다.
고정자 코어(100)는 중공형 고정자 요크(120)의 외주면에 둘레방향을 따라 8개의 고정자 돌극(110)이 등간격으로 구비되되, 각각의 고정자 돌극(110)은 회전축 방향을 따라 등간격으로 형성한 2개의 슬롯(112)에 의해 절개되어 분리된 제1,2,3 돌극편(111-1, 111-2, 111-3)으로 구성되고, 제1,2 돌극편(111-1, 111-2) 사이를 가로지르며 둘레방향으로 권선되는 제1 코일(130-1)과, 제2,3 돌극편(111-2, 111-3) 사이를 가로지르며 둘레방향으로 권선되는 제2 코일(130-2)이 구비된다.
회전자 코어(200)는 고정자 코어(100)와 동일한 길이의 중공형 회전자 요크(220)의 내주면에 계단식 회전자 돌극이 형성된 구조를 갖춘다.
여기서, 계단식 회전자 돌극은 2단 구조로서 제1,2 돌극편(111-1, 111-2)과 동시에 마주할 수 있는 면적의 제1 회전자 돌극(210-1)과, 제2,3 돌극편(111-2, 111-3)과 동시에 마주할 수 있는 면적의 제2 회전자 돌극(210-2)이 회전축 방향의 계단식으로 나열된다.
계단식 구조를 보면, 둘레방향으로 인접한 2개의 고정자 돌극(110) 간의 각도 차이(θT)가 360/8=45°이므로, 제1 회전자 돌극(210-1)과 제2 회전자 돌극(210-2) 사이의 둘레방향 각도 차이(θT/N, N=2)는 45/2 °가 되고, 제2 돌극편(111-2)을 공통으로 마주하게 되므로, 제2 돌극편(111-2)의 두께만큼 제1 회전자 돌극(210-1)과 제2 회전자 돌극(210-2)이 연접하며 이어진 구조를 갖는다.
이와 같이 형성되는 계단식 회전자 돌극은 회전자 코어의 내주면에 둘레방향을 따라 8개가 형성된다. 여기서, 제1 회전자 돌극(210-1) 및 제2 회전자 돌극(210-2)은 샤프트(회전축)를 중심으로 하는 소정 크기의 극호각(arc angle)을 갖게 하지만, 고정자 돌극(110)보다는 약간 작은 극호각을 갖게 하여서, 계단식 회전자 돌극끼리 둘레방향으로 이격되게 한다.
회전자 코어(200)의 회전에 대해서 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12(a)의 상태에서는, 제1 회전자 돌극(210-1)이 제1 돌극편(111-1) 및 제2 돌극편(111-2)과 동시에 마주하기 시작하므로, 제1 돌극편(111-1)과 제2 돌극편(111-2) 사이의 제1 코일(130-1)에 전기를 인가하여서, 정토크를 발생시킨다. 반면에, 제2 회전자 돌극(210-2)은 제2 돌극편(111-2) 및 제3 돌극편(111-3)과 동시에 정렬된 상태에서 벗어나기 시작하므로, 제2 돌극편(111-2)과 제3 돌극편(111-3) 사이의 제2 코일(130-2)에 전기를 인가하면 부토크가 발생한다. 이에, 제2 코일(130-2)에는 전기를 인가하지 아니한 상태로 둔다.
그리고, 정토크에 의한 회전력을 받아서 제1 회전자 돌극(210-1)이 제1 돌극편(111-1) 및 제2 돌극편(111-2)와 마주하는 면이 도 12(b)에 도시한 바와 같이 증가한 후, 도 12(c)에 도시한 바와 같이 제1 돌극편(111-1) 및 제2 돌극편(111-2)에 동시 정렬되면, 제1 코일(130-1)에 인가하던 전기를 끊는다. 이때, 제2 회전자 돌극(210-2)은 제2 돌극편(111-2) 및 제3 돌극편(111-3)과 마주하는 면이 생기기 시작하므로, 제2 돌극편(111-2)과 제3 돌극편(111-3) 사이의 제2 코일(130-2)에 전기를 인가하여서 정토크를 발생시킨다.
이에, 제2 돌극편(111-2)은 제1 코일(130-1)에 의한 자기장이 끊기고 곧바로 제2 코일(130-2)에 의한 자기장이 가해지므로, 강자성체의 히스테리시스(hysteresis) 현상에 의해서 제1 코일(130-1)에 의한 자기장에 의한 자화의 이력이 제2 코일(130-2)에 전기를 인가할 시에 영향을 준다. 결국, 자기 댐핑 현상에 의해서 제2 코일(130-2)에 의한 자기장이 가해질 시에 발생하는 자기 충격을 완화하여, 소음을 줄일 수 있다.
한편, 제2 코일(130-2)에 인가하는 전기는 제2 회전자 돌극(210-2)이 제2,3 돌극편(111-2, 111-3)과 정렬되는 시점에 공급을 중단하고, 도 12(a)의 상태로 될 때에, 제1 코일(130-1)에 전기를 인가하여서, 반복적인 정토크에 의해 회전력을 발생시킨다.
도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 3상 스위치 릴럭턴스 모터를 설명하기 위한 도면으로서, 고정자 코어(100)의 사시도(a) 및 회전자 코어(200)의 사시도(b)가 도시되어 있다.
도 14는 도 13에 도시한 회전자 코어(200)의 회전에 따른 고정자 코어(100)와 회전자 코어(200)의 상대 위치 변화를 평면상으로 펼쳐놓은 모습으로 보여주는 가상의 도면이다.
본 발명의 제7 실시예에 따르면, 고정자 코어(100)은 8개의 고정자 돌극(110)이 구비된 8극 구조이고, 각각의 고정자 돌극(110)은 회전축 방향을 따라 등간격으로 조성한 3개의 슬롯(112)에 의해서 축방으로 따라 상호 이격된 제1,2,3,4 돌극편(111-1, 111-2, 111-3, 111-4)으로 구성되고, 제1,2,3,4 돌극편(111-1, 111-2, 111-3, 111-4) 사이사이를 가로지르도록 권선하여 회전축 방향을 따라 상호 이격된 3개의 제1,2,3 코일(130-1, 130-2, 130-3)이 장착되어서, 3상 구조, 즉 N=3이 된다.
회전자 코어(200)의 내주면에 원주방향을 따라 형성되는 8개의 회전자 돌극은 각각 제1,2,3 회전자 돌극(210-1, 210-2, 210-3)이 회전축 방향을 따라 계단식으로 이어진 형상을 갖는다.
순차적으로 이어진 제1,2,3 회전자 돌극(210-1, 210-2, 210-3)은 원주방향 각도 차이(θT/N, N=3)가 380/8/3°이고, 각각의 극호각이 380/8/2°에 근접하므로, 제1 회전자 돌극(210-1)의 하부와 제2 회전자 돌극(210-2)의 상부는 돌극편의 회전축 방향 두께를 갖고 둘레방향으로 소정의 각도만큼 중첩되는 영역이 존재하고, 제2 회전자 돌극(210-2)의 하부와 제2 회전자 돌극(210-3)의 상부도 마찬가지로 중첩되는 영역이 존재한다.
회전력이 회전자 코어(200)에 가해지는 원리는 도 14를 참조하여 설명한다.
도 14(a)에 도시한 바와 같이 제1 회전자 돌극(210-1)이 제1,2 돌극편(111-1, 111-2)과 마주하기 시작함에 따라 제1,2 돌극편(111-1, 111-2) 사이의 제1 코일(130-1)에 전기를 인가하여 정토크를 발생시킨다. 이때, 제2 회전자 돌극(210-2)과 제2,3 돌극편(111-2, 111-3) 사이의 마주하는 면이 감소하고 있으므로, 제2,3 돌극편(111-2, 111-3) 사이의 제2 코일(130-2)에는 전기를 인가하지 않은 상태로 둔다. 제3 회전자 돌극(210-3)과 제3,4 돌극편(111-3, 111-4) 사이의 마주하는 면이 증가하고 있으므로, 제3,4 돌극편(111-3, 111-4) 사이의 제3 코일(130-3)에는 이전부터(도 14c의 상태부터) 전기를 인가하였고, 현재도 전기 인가 상태를 유지한다.
다음으로, 도 14(b)에 도시한 바와 같이 제1 회전자 돌극(210-1)과 제1,2 돌극편(111-1, 111-2) 사이의 마주하는 면이 증가하는 중에, 제3 회전자 돌극(210-3)이 제3,4 돌극편(111-3, 111-4)에 정렬된 후 마주하는 면이 감소하므로, 제3,4 돌극편(111-3, 111-4) 사이의 제3 코일(130-3)에는 전기 공급을 중단한 상태이고, 제2 회전자 돌극(210-2)이 제2,3 돌극편(111-2, 111-3)과 마주하기 시작하므로, 제2,3 돌극편(111-2, 111-3) 사이의 제2 코일(130-2)에 전기를 인가하여 정토크가 발생된다.
여기서, 제1 코일(130-1)에 전기를 인가한 상태에서 제2 코일(130-2)에 전기를 인가하기 시작하면, 제1 코일(130-1)과 제2 코일(130-2) 사이의 제2 돌극편(111-2)에는 제1 코일(130-1)에 의한 자기장이 형성된 상태에서 제2 코일(130-2)에 의한 자기장이 형성되기 시작하므로, 전기를 제2 코일(130-2)에 인가할 시에 발생하는 충격을 완화시킨다.
다음으로, 도 14(c)에 도시한 바와 같이, 제1 회전자 돌극(210-1)이 제1,2 돌극편(111-1, 111-2)과 정렬된 이후 마주하는 면이 감소하게 되므로 제1 코일(130-1)에의 전기 공급을 중단하고, 제2 회전자 돌극(210-2)이 제2,3 돌극편(111-2, 111-3)에 정렬되는 방향으로 이동하고 있으므로, 제2 코일(130-2)에의 전기 공급을 유지한 상태에서, 제3 회전자 돌극(210-3)이 제3,4 돌극편(111-3, 111-4)과 마주하기 시작하게 된다. 이에, 제3,4 돌극편(111-3, 111-4) 사이의 제3 코일(130-3)에 전기를 인가한다. 여기서, 제3 돌극편(111-3)은 제2 코일(130-2)에 의한 자기장이 가해진 상태에서 제3 코일(130-3)에 의한 자기장이 가해지기 시작하므로, 완충 효과를 갖는다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 4상 스위치 릴럭턴스 모터를 설명하기 위한 도면으로서, 고정자 코어(100)의 사시도(a) 및 회전자 코어(200)의 사시도(b)가 도시되어 있다.
본 발명의 제8 실시예는 4상 구조를 위한 것이므로, 각각의 고정자 돌극(110)에는 4개의 슬롯(112)을 회전축 방향을 따라 등간격으로 형성한 후 각 슬롯(112)을 통과하며 원주방향으로 따라 권선하는 코일이 장착되므로, 고정자 돌극(110)은 제1,2,3,4,5 돌극편(111-1, 111-2, 111-3, 111-4, 111-5)으로 구성되고, 회전축 방향을 따라 등간격으로 권선된 제1,2,3,4 코일(130-1, 130-2, 130-3, 130-4)이 구비된다.
그리고, 고정자 돌극(110)은 둘레방향을 따라 8개가 등간격으로 배치되므로, 8극 구조이다.
회전자 코어(200)의 내주면에 원주방향을 따라 8개로 조성되는 회전자 돌극은 제1,2,3,4 회전자 돌극(210-1, 210-2, 210-3, 210-4)이 회전축 방향을 따라 4단 계단식으로 이어진 형상을 갖는다.
제1,2,3,4 회전자 돌극(210-1, 210-2, 210-3, 210-4)은 360/8/4°의 원주방향 각도 차이를 두며 순차적으로 이어진 계단을 형성한다.
여기서도 마찬가지로 회전축 방향으로 인접한 어느 한쪽 코일에 전기를 인가한 상태에서 다른 한쪽 코일에 전기 인가를 시작하여서, 양자 코일 사이의 돌극편에 중접하여 작용하는 자기장에 의해 완충 효과를 얻는다.
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 설명하기 위한 도면으로서, 고정자 코어(100)의 분해 사시도(a) 및 결합 사시도(b)가 도시되어 있다.
본 발명의 제9 실시예에 따르면, 고정자 코어(100)는 도 3에 도시한 제1 실시예에 따른 고정자 코어를 조립식으로 구성할 수 있다.
이에 따르면, 상기 고정자 코어(100)는 회전축 방향의 자구 배열을 갖춘 압분 강자성체나 아니면 순철 강자성체를 중공관 형상으로 형성한 제1 고정자 요크(120a)와, 외주면의 둘레방향을 따라 등방사각으로 돌출된 돌극편을 구비한 규소강판으로 구성되며 2개를 마련하려 제1 고정자 요크(120a)의 상단 및 하단에 각각 하나씩 외삽 고정되는 제2 고정자 요크(120b)로 구성된다.
여기서, 제1 고정자 요크(120a)의 상하단에 고정한 제2 고정자 요크(120b) 간에는 간격을 갖게 하여서 상하 돌극편 사이에 상기한 슬롯(112)이 조성된다.
구체적으로 설명하면, 고정자 코어(100)는 링 형상으로 구성되고 외주면에 원주방향으로 복수의 돌극편(111)이 형성된 2개의 제2 고정자 요크(120b)와, 중공관 형상이되 상면 및 저면에 테두리에 각각 단턱(122)을 형성하여 환형의 단턱(122)에 각각 제2 고정자 요크(120b)를 걸쳐놓으며 상단 및 하단에 외삽할 수 있게 한 제1 고정자 요크(120a)를 포함하여 구성된다.
여기서, 적어도 제2 고정자 요크(120b)의 돌극편(111)은 제1 고정자 요크(120a)의 상하 단턱(122) 사이의 중간 부위보다 방사상으로 돌출되게 하여서, 상하 돌극편(111) 사이에 코일을 권선할 수 있는 슬롯(112)을 갖게 한다.
이에, 회전축 방향을 따라 간격을 갖고 배치되는 한쌍의 돌극편(111)이 도 3과 마찬가지로 하나의 고정자 돌극(110)을 형성한다.
제2 고정자 요크(120b)는 제1 고정자 요크(120a)에 견고하게 고정되어 헛돌지 말아야 하므로, 제2 고정자 요크(120b)와 제1 고정자 요크(120a) 사이의 접촉면에는 서로 마주하는 반원 형상의 홈(124, 125)을 형성하고, 홈(124, 125)에 핀(126)을 삽입함에 따라 핀(126)의 절반은 제2 고정자 요크(120b)의 홈(125)에 끼워지고 나머지 절반은 제1 고정자 요크(120a)의 홈(124)에 끼워지게 한다.
한편, 제1 고정자 요크(120a)에는 상하로 관통 형성한 구멍이 복수 개로 형성되어서, 상기한 바와 같이 형성된 고정자 코어(100)를 복수개 적층하여 도 6 내지 도 9에서 보여준 다상 모터용 고정자 코어를 구성할 수 있다.
이와 같이 조립식 고정자 코어는 대용량 모터의 고정자 코어로 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
[부호의 설명]
100,100-1,100-2,100-3,100-4 : 고정자 코어
110 : 고정자 돌극
111,111-1,111-2,111-3,111-4,111-5 : 돌극편
112 : 슬롯
120 : 고정자 요크
130,130-1,130-2,130-3,140-4 : 코일
140 : 샤프트 141 : 베어링
150 : 자기 절연체
160 : 고정자 베이스
170 : 환형 자기 절연체
200,200-1,200-2,200-3,200-4 : 회전자 코어
210,210-1,210-2,210-3,210-4 : 회전자 돌극
220 : 회전자 요크
230 : 회전자 프레임
240 : 환형 자기 절연체
300 : 위치검출수단
310 : 위치검출센서 320 : 센싱 대상
400 : 컨트롤러

Claims (10)

  1. 상하로 관통된 중공의 고정자 요크의 외주면에 등방사각으로 형성한 각각의 고정자 돌극에 원주방향의 슬롯을 조성하여 고정자 돌극을 상하의 돌극편으로 분리하고, 코일이 각 고정자 돌극의 슬롯을 순차적으로 통과하며 고정자 요크의 외주면에 둘레방향을 따라 권선되며, 샤프트를 고정자 요크의 내부 중공에 회전 가능하게 장착한 고정자 코어;
    공극을 사이에 두고 고정자 돌극의 상하 돌극편을 커버하며 마주하는 회전자 돌극이 내주면에 둘레방향을 따라 등방사각으로 형성되고, 상기 샤프트에 고정되어 회전가능한 회전자 코어;
    회전자 코어의 회전 위치를 감지하는 위치검출수단;
    고정자 돌극과 회전자 돌극이 비정렬에서 정렬로 변화하는 구간에 상기 코일에 전기를 인가하여 정토크를 발생시키는 컨트롤러;
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고정자 코어의 하부에 배치되어 상기 고정자 코어를 지지하는 고정자 베이스를 구비하며,
    상기 위치검출수단은
    회전자 돌극의 회전방향 양단 사이의 구간에 맞게 상기 회전자 코어의 회전자 돌극 저면에 형성한 센싱 대상과; 고정자 돌극의 둘레방향 양단 중에 회전자 코어의 회전에 따라 회전자 돌극과 먼저 마주하기 시작하는 어느 한쪽 단부의 위치에 맞게 상기 고정자 베이스의 상면에 설치되어서 회전자 코어의 회전시에 센싱 대상의 시작과 끝을 감지하는 위치검출센서;를 포함하여 구성되며,
    상기 컨트롤러는 위치검출센서로 감지하는 시점에 대응되게 코일의 전기 인가를 단속함을 특징으로 하는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 센싱 대상을 자석으로 구성하고 상기 위치검출센서를 자석에 의한 자기장을 감지하는 홀센서로 구성함을 특징으로 하는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 센싱 대상을 반사체로 구성하고 상기 위치검출센서를 광을 조사하여 반사판으로 반사되는 광을 감지하는 광센서로 구성함을 특징으로 하는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고정자 코어는 N(N>1)개로 마련되어 고정자 돌극이 서로 회전축 방향을 따라 일렬로 정렬되게 적층되며,
    N개 고정자 코어에 일대일로 대응되는 N개 회전자 코어를 적층하되, 둘레방향으로 인접한 2개의 회전자 돌극 간의 회전각을 N등분하는 지점을 지나는 각각의 연직선상에 하나의 회전자 돌극이 있도록 N개 회전자 코어를 적층하여서 N상의 모터로 구성됨을 특징으로 하는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  6. 제 5항에 있어서,
    N개의 회전자 코어는 하나의 중공 몸체의 내주면에 N상의 고정자 돌극에 대응되는 N상의 회전자 돌극을 회전축 방향을 따라 형성한 일체형이되, 둘레방향으로 인접한 2개의 회전자 돌극 간의 회전각을 N등분하는 지점을 지나는 각각의 연직선상에 하나씩 있는 N개의 회전자 돌극은 상하로 인접한 것끼리 이어지며 계단식으로 형성됨을 특징으로 하는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 슬롯을 회전축 방향을 따라 등간격으로 N(N>1)개 형성하여 N+1개의 돌극편으로 구성하고, 각각의 슬롯에 상기 코일이 권선되며,
    상기 회전자 돌극은 상하 인접한 2개 돌극편에 동시 정렬되게 하는 상하 길이의 복수 단들이 회전축 방향을 따라 계단식으로 형성된 것이되, 둘레방향으로 인접한 2개의 고정자 돌극 간의 회전각을 N등분한 각도만큼 각 단 사이에 각도 차이가 나고, 상하로 인접한 두 개 단 사이에 상기 돌극편의 상하 높이만큼 중첩된 부위를 갖게 하여 중첩 부위를 통해 단끼리 서로 이어지게 하여서, 단을 바꿔가며 동시 정렬되는 상하 인접한 2개 돌극편이 회전자 코어의 회전에 따라 순차 변경되게 하며,
    상기 컨트롤러는 회전자 돌극에 동시에 마주하기 시작하는 상하 인접한 2개 돌극편 사이의 코일에 전기 인가를 시작한 후 적어도 정렬 시점 이전에 전기 인가를 중단함을 특징으로 하는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고정자 코어의 내주면에 밀착 고정되는 중공관 형상의 자기 절연체를 구비하며, 상기 샤프트는 자기 절연체의 내부 중공에 회전 가능하게 장착됨을 특징으로 하는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고정자 요크는 회전축 방향의 자구 배열을 갖추고, 상기 고정자 돌극은 방사상의 자구 배열을 갖추며,
    상기 회전자 돌극은 회전축 방향의 자구 배열을 갖춤을 특징으로 하는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고정자 코어는
    회전축 방향의 자구 배열을 갖춘 압분 강자성체나 아니면 순철 강자성체로 된 중공의 제1 고정자 요크;
    외주면의 둘레방향을 따라 등방사각으로 돌극편을 구비한 규소강판으로 구성되며, 제1 고정자 요크의 상단 및 하단에 각각 하나씩 외삽되어 상하 돌극편 사이에 상기 슬롯을 조성하게 하는 제2 고정자 요크;
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 외륜 회전자형 스위치드 릴럭턴스 모터.
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