KR100206772B1 - 단극마그네트를 구비한 직류모터 - Google Patents

Abstract

본 발명 단극마그네트를 구비한 직류모터에 관한 것으로, 종래의 직류모터가 그 구성이 복잡하고, 효율이 떨어지는 문제점이 있어 이를 해결하기 위한 것이다. 상기와 같은 본 발명은 내주면과 외주면에 다수개의 자속안내부가 구비된 코어(20)와, 상기 코어의 자속안내부들 사이에 외주면측에서 내주면측으로 한 방향으로 권선되는 코일(C)과, 상기 코어를 관통하는 축(30)과, 상기 코일이 권선된 코어의 양측에서 상기 축에 지지되는 스커트 달린 백요크(10,10')와, 상기 백요크에 부착되며 동일 극이 상기 코일을 향하도록 배치되는 제1단극마그네트(M1)와 제2단극마그네트(M2)를 구비하여 입력전류의 방향에 따라 상기 단극마그네트가 구비된 백요크부분이 정역회전되는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면 직류모터의 구성이 간단해지면 효율이 향상되는 이점이 있다.

Description

단극마그네트를 구비한 직류모터

제1a, 1b, 1c도는 종래 기술에 의한 일반적인 직류모터의 동작원리를 설명하기 위한 사시도.

제2도는 전류가 흐르는 도체가 자기장내에 놓여져 힘을 받는 원리를 설명하기 위한 도면.

제3a, 3b, 3c도는 종래 기술에 의한 직류모터에서 사용되는 마그네트형태를 도시한 도면으로,

3a도는 링타입 레이디얼형 마그네트.

3b도는 세그먼트타입 레이디얼형 마그네트.

3c도는 엑시얼형 마그네트.

제4a, 4b도는 종래 기술에 의한 직류모터에서 사용되는 권선구조를 도시한 도면으로,

4a도는 레이디얼형 권선구조,

4b도는 엑시얼형 권선구조.

제5도는 종래 기술에 의한 직류모터를 설명하기 위한 도면으로,

5a도는 브러시레스 직류모터의 홀소자의 작동원리를 설명하기 위한 도면,

5b도는 3상코일의 단자전압을 도시한 그래프.

제6도는 본 발명에 의한 단극마그네트를 구비한 직류모터의 일실시예의 구성을 도시한 단면도.

제7도는 본 발명에 의한 직류모터의 주요 구성 및 작동원리를 설명하는 요부분해사시도.

제8도는 본 발명에 의한 직류모터에 형성되는 자속선의 상태를 도시한 자속분포선도.

제9도는 본 발명에 의한 직류모터의 요크에 코일이 권선된 상태를 도시한 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 10' : 백요크 10S, 10'S ; 스커트

10H : 가동부하우징 20 : 코어

21, 22 ; 자속안내부 20H : 고정부하우징

30 : 축 31 : 베어링

M1 : 제1단극마그네트 M2 : 제2단극마그네트

C : 코일

본 발명은 단극마그네트를 구비한 직류모터에 관한 것으로, 특히 코일이 X자형으로 권선된 환형 요크의 상하부에 단극착자된 마그네트를 설치하여 구성된 단극 마그네트를 구비한 직류모터에 관한 것이다.

제1a, b, c도는 종래 기술에 의한 일반적인 직류모터의 동작원리를 설명하기 위한 사시도이고, 제2도는 전류가 흐르는 도체가 자기장내에 놓여져 힘을 받는 원리를 설명하기 위한 도면이며, 제3a, b, c도는 종래 기술에 의한 직류모터에 사용되는 마그네트형태를 도시한 도면으로, a도는 링카입 레이디얼형 마그네트, b도는 세그먼트타입 레이디얼형 마그네트, c도는 엑시얼형 마그네트이며, 제4a, b도는 종래 기술에 의한 직류모터에서 사용되는 권선구조를 도시한 도면으로, a도는 레이디얼형 권선구조, b도는 엑시얼형 권선구조이며, 제5도는 종래 기술에 의한 직류모터를 설명하기 위한 도면으로, a도는 브러시레스 직류모터의 홀소자의 작동원리를 설명하기 위한 도면, b도는 3상코일의 단자전압을 도시한 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 일반적인 직류모터는 제1도 및 제2도에 도시되어 있는 바와 같이 플레밍의 법칙에 따라 토크를 발생시키도록 구성되어 있다.

즉, 마그네트(M)에 의해 형성된 자장내에 존재하는 도체(L)에 전류를 흘러주게 되면 상기 도체(L)가 상기 전류의 방향에 따라 힘을 받아 회전하게 된다. 이때, 상기 도체(L)가 한방향으로 계속회전할 수 있도록 브러시(1)와 정전류(2)를 이용하여 도체(L)에 전원을 교번공급하게 된다.

한편, 일반적인 직류모터에 있어서는 상기 도체(L) 대신에 코일(C)에 전류를 흘려주어 모터의 동작을 발생시킨다. 그리고 회전하게 되는 부분은 상기 마그네트(M)부분일수도 있고, 코일(C)부분이 될 수도 있다.

제1도 및 제2도 중 미설명 부호 B는 자속선의 방향, l은 도체(L)의 유효길이, i는 전류, F는 도체(L)가 받는 힘이다.

한편, 도면으로 도시되지는 않았지만, 상기와 같이 정류자(1)와 브러시(2)를 사용하지 않는 브러시레스 직류모터의 경우에는 모터가 회전할 때, 제5a도에 도시되어 있는 바와 같은 홀소자(6)등을 이용하여 회전자의 극을 감지하여 제5b도와 같이 교번되는 전압을 아마추어코일(C)에 걸어 주어야만 계속적인 토오크를 한 방향으로 발생시켜 모터의 회전을 발생시키게 된다.

따라서, 종래 기술에 의한 모터에는 모터의 회전을 위해 계속해서 같은 방향으로 토오크를 발생시키도록 제1도에 도시된 바와 같은 브러시(1)와 정류자(2)같은 전원공급장치나 또는 제5a도에 도시된 바와 같은 홀소자(6) 및 제5b도에 도시된 바와 같은 전원을 공급하기 위한 구동회로가 구비되어야 한다.

한편, 상기와 같은 원리로 구동되는 직류모터에는 사용되는 마그네트(M)의 형상과 코일(C)권선구조에 따라 다양한 형태의 것이 있는데, 이와 같은 마그네트(M)의 형태와 코일(C)권선구조는 제3도와 제4도에 도시된 것들이 있다.

먼저, 마그네트(M)를 살펴보면, 제3a도는 링타입 레이디얼형 마그네트(M)이고, b도는 세그먼트타입 레이디얼형이며, c도는 엑시얼형 마그네트(M)이다. 이처럼 종래의 직류모터에서 사용되던 마그네트(M)는 모두 다극 착자된 것들이다. 제3도중 도면부호 3은 로터요크이다.

그리고, 코일(C)권선구조를 살펴보면, 제4도에 도시되어 있는 바와 같이, 다각의 방향을 갖는 코일(C)권선구조를 사용된다. 여기서, a도에 도시된 것은 레이디얼형 코일(C)권선구조이고, b도에 도시된 것은 엑시얼형 코일(C)권선구조이다. 제4도중 도면부호 5는 적층코어이다.

상기한 설명에서 처럼 종래의 직류모터는 다극착자된 마그네트(M)와 다각의 방향을 갖도록 권선된 코일(C) 및 상기 코일(C)에 전원을 공급하기 위한 복잡한 구성으로 되어 있다.

또한, 상기와 같은 구성과 동작원리를 가지는 직류모터에서는 권선된 코일( C)중 모터의 회전을 위한 토오크의 발생에 사용되는 부분을 늘여주어 코일(C)의 효율을 높여주어야 하는 과제도 안고 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특히 간단한 구성을 가지고 모터의 회전을 위한 전원공급이 용이하며 권선된 코일의 효율을 높인 직류모터를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적은 내주면과 외주면에 다수개의 자속안내부가 구비된 코어와, 상기 코어의 자속안내부들 사이에 외준면측에서 내주면측으로 한 방향으로 권선되는 코일과, 상기 코어를 관통하는 축과, 상기 코일이 권선된 코어의 양측에서 상기 축에 지지되는 스커트 달린 백요크와, 상기 백요크에 부착되며 동일 극이 상기 코일을 향하도록 배치되는 제1단극마그네트와 제2단극마그네트를 구비하여 입력전류의 방향에 따라 상기 단극마그네트가 구비된 백요크부분이 정역회전됨을 특징으로 하는 단극마그네트를 구비한 직류모터에 의해 달성된다.

상기 코어의 다수개의 자속안내부사이에 권선되는 코일은 다수개로 나뉘어 'X'자형으로 권선되고, 상기 코어의 내주면과 외주면에 형성된 다수개의 자속안내부는 상기 코어의 상하면보다 더 돌출된다.

상기 코어의 상하부에 배치되는 상기 제1마그네트와 제2마그네트는 상기 코어측으로 동일 극이 향하도록 설치된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 단극마그네트를 구비한 직류모터를 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제6도는 본 발명에 의한 단극마그네트를 구비한 직류모터의 일실시예의 구성을 도시한 단면도이고, 제7도는 본 발명에 의한 직류모터의 주요 구성 및 작동원리를 설명하는 요부분해사시도이며, 제8도는 본 발명에 의한 직류모터에 형성되는 자속선의 상태를 도시한 자속분포선도이며, 제9도는 본 발명에 의한 직류모터의 요크에 코일이 권선된 상태를 도시한 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 단극마그네트를 구비한 직류모터의 실시예는 백요크(10,10')에 부착되는 제1단극마그네트(M1) 및 제2단극마그네트(M2)와 상기 단극마그네트(M1)(M2)사이에 구비되는 코어(20)와, 상기 코어(20)에 권선된 코일(C)을 포함하여 구성된다.

즉, 상기 백요크(10,10')와 이에 구비된 단극마그네트(M1)(M2)는 가동부를 이루게되고, 상기 코어(20)와 그에 권선된 코일(C)은 고정부를 이루게 된다.

상기 백요크(10,10')에는 그에 구비되는 마그네트(M1)(M2)의 내외주면을 감싸는 스커트(10S)(10'S)가 형성되어 있고 가동부하우징(10H)에 구비된다. 이와 같은 백요크(10,10')의 중앙부에는 축(30)이 관통설치된다.

상기 제1 및 제2단극마그네트(M1)(M2)는 중앙에 통공이 형성되어 있는 원판상의 것으로 단극 착자되어 있다. 이와 같은 제1 및 제2단극마그네트(M1)(M2)는 동일극, 예컨대 N극이 상기 코어(20)의 상하면에 권선된 코일(C)을 향하도록 배치된다.

상기 코어(20)는 고정부하우징(20H)에 구비되는 것으로 그 형상은 중앙에 통공이 형성되어 있고, 그 내주면과 외주면에는 자속안내부(21,22)가 다수개 구비되어 있다. 이와 같은 자속안내부(21,22)는 상기 코어(20)의 상하면보다 더 위, 아래로 돌출되어 형성된다.

상기 코일(C)은 상기 코어(20)에 권선되는 것으로 상기 자속안내부(21,22)들 사이에 외주면측에서 내주면측으로 한방향으로 권선된다. 이와 같은 방향으로 권선되는 코일(C)은, 제9도에 도시된 바와 같이, 상기 코어(20)의 상면과 하면에서 X자형을 이루도록 권선된다. 여기서 상기 자속안내부(21,22)에는 코일(C)이 권선되지 않는다.

한편, 상기 코일(C)은 전체가 한선으로 권선될 수도 있으나 모터가 사용되는 특성에 따라 다수개로 나누어 권선될 수도 있다. 이와 같이 다수개로 나뉘어 권선되는 코일(C)은 병렬로 구성가능하다.

또한, 상기 실시예에서는 단극마그네트(M1)(M2)를 복수개 사용하였으나, 하나의 단극마그네트를 상기 코일(C)이 권선된 코어(20)의 상부나 하부에 구비하여 직류모터를 구성하는 것도 가능하다.

도면중 미설명 부호 31은 베어링이다.

이하, 상기와 같은 구성된 본 발명에 의한 단극마그네트를 구비한 직류모터의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

코일(C)이 권선되어 있는 코어(20)의 상하부에 구비된 단극마그네트(M1)(M2)에서 발생하는 자속은 제8도에 도시한 바와 같으며, 이때, 상기 코어(20)의 상면에 권선되어 있는 코일(C)에 화살표방향으로 전류를 흘려주면 상기와 같은 제1단극마그네트(M1)에 의해 형성되는 자속에 의해, 제7도 화살표(A)방향으로 회전력이 발생하게 된다. 그리고, 코어(20)의 하면에 권선되는 코일(C)에는 상기 상면에 권선된 코일(C)에 흐르는 방향과 반대방향(상면의 코일에 흐르는 전류가 외주면에서 내주면쪽이라면, 하면의 코일에 흐르는 전류는 내주면에서 외주면쪽으로 흐른다)으로 전류가 흐르면서 상기 제2단극마그네트(M2)에 의해 형성되는 자속에 의해 상기 화살표(A)의 방향과 같은 방향으로의 회전을 만들어 내게 된다.

한편, 가동부를 반대방향으로 회전시키려면 상기 코일(C)에 흐르는 입력전류의 방향을 바꾸어 주면 된다. 그리고, 입력전류의 세기를 달리하여 회전력을 제어할 수 있게 된다.

즉, 제6도에 도시된 바와 같은 본 발명의 일실시예에서와 같이, 가동부를 이루는 요크(20)와 단극마그네트(M1)(M2)가 상기와 같은 원리를 통해 축(30)을 중심으로 정, 역회전하게 된다. 그리고, 이와 같은 직류모터에 전원공급은 상기 고정부를 이루는 코일(C)에 전원을 연결하여 주기만 하면 된다.

한편, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 직류모터에서 형성되는 자속패턴은 제8도에 도시된 바와 같다. 즉, 단극마그네트(M1)(M2)에서 나온 자속은 상기 자속안내부(21,22)와 백요크(10,10')의 스터트(10S,10'S)를 통해 안내되는 경로를 형성하게 된다. 따라서, 상기 코어(20)의 외주면과 내주면에 감겨있는 코일(C)은 가동부를 이루는 마그네트(M1)(M2)의 회전을 방해하는 요인으로 작용하지 않게 된다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 단극마그네트를 구비한 직류모터는 가동부를 이루는 제1 및 제2단극마그네트를 구비하고 상기 단극마그네트 사이에 자속안내부를 구비하고 코일이 권선되어 있는 고정부를 이루는 코어를 설치하여 구성하므로, 전원을 공급하기 위한 구조가 종래에 비해 현저하게 간단하게 되고, 단극마그네트를 사용하고 코일의 권선방향이 한방향으로 이루어지므로 모터의 조립 및 제작작업이 간소화되는 효과가 있다.

그리고, 입력전류의 극성르 반대로 해줌에 의해 가동부의 회전방향이 전환되며, 입력전류의 세기를 조절하여 모터의 회전력을 제어할 수 있게 되는 효과가 있으며, 또한 가동부의 회전을 위한 힘의 발생에 사용되는 코일 부분이 종래에 비해 많아지므로 모터의 효율이 현저하게 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 내주면과 외주면에 다수개의 자속안내부가 구비된 코어와, 상기 코어의 자속안내부들 사이에 외준면측에서 내주면측으로 한 방향으로 권선되는 코일과, 상기 코어를 관통하는 축과, 상기 코일이 권선된 코어의 양측에서 상기 축에 지지되는 스커트 달린 백요크와, 상기 백요크에 부착되며 동일 극이 상기 코일을 향하도록 배치되는 제1단극마그네트와 제2단극마그네트를 구비하여 입력전류의 방향에 따라 상기 단극마그네트가 구비된 백요크부분이 정역회전됨을 특징으로 하는 단극마그네트를 구비한 직류모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 코어의 다수개의 자속안내부사이에 권선되는 코일은 다수개로 나뉘어 'X'자형으로 권선됨을 특징으로 하는 단극마그네트를 구비한 직류모터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코어의 내주면과 외주면에 형성된 다수개의 자속안내부는 상기 코어의 상하면보다 더 돌출됨을 특징으로 하는 단극마그네트를 구비한 직류모터.
4. 제1항에 있어서, 상기 코어의 상하부에 배치되는 상기 제1마그네트와 제2마그네트는 상기 코어측으로 동일 극이 향하도록 설치됨을 특징으로 하는 단극마그네트를 구비한 직류모터.