KR100613486B1 - 에스알 모터의 제동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에스알 모터의 제동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코일이 권선된 고정자와; 상기 고정자와의 사이에서 발생되는 전자기력에 의하여 회전하는 회전자와; 상기 회전자에 결합되어 함께 회전하며, 일측면이 자화된 회전마그네트와; 상기 회전마그네트 일측에 고정 설치되며, 상기 회전마그네트에서 발생된 자력을 이용하여 상기 회전자를 제동하도록, 원주방향을 따라서 전자석이 구획 설치된 판형전자석과; 상기 회전마그네트의 회전에 따른 자계의 변화를 감지하여 상기 회전자의 위치 및 속도를 검출하는 홀센서로 구성된다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 회전마그네트와 판형전자석이 링형으로 이루어져서 상하에 각각 설치됨으로 회전자의 제동이 보다 신속하고 정확하게 이루어지게 되며, 회전자의 회전시에는 판형전자석이 작동되지 않음으로 회전자의 회전속도가 높아짐으로 동작효율이 향상된다.
에스알 모터, 판형전자석, 회전마그네트, 링형

Description

에스알 모터의 제동장치{DAMPING DEVICE OF SR MOTOR}
도 1은 종래 에스알 모터의 회로도이다.
도 2는 종래 에스알 모터 2의 사시도이다.
도 3은 종래 에스알 모터 2의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에스알 모터의 제동장치가 도시된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 에스알 모터의 제동장치에서 판형전자석의 전자석 배열상태를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에스알 모터의 제동장치에서 판형전자석의 전자석 배열상태를 도시한 도면.
도 7은 도 5에 도시된 판형전자석과 회전자에 설치된 회전마그네트의 설치상태를 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 도 6에 도시된 판형전자석과 회전자에 설치된 회전마그네트의 설치상태를 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 도 4에 사용된 판형전자석의 전자석 구조를 도시한 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20 : 고정자 30 : 회전자
32 : 회전축 34 : 베어링
40 : 회전마그네트 42 : 브라켓
44 : 홀더 50 : 판형전자석
52 : 전자석 54 : 연결선
56 : 코일 58 : 철심
60 : 홀센서 62 : 고정부
70 : 판형전자석 72 : 전자석
74 :연결선
본 발명은 에스알 모터의 제동장치에 관한 것으로, 회전자와 함께 회전되는 링형의 회전마그네트 상측에 링형의 판형전자석을 설치하여 회전자 제동시 자력이 작용하는 면적이 증가하게 됨으로 상기 회전자의 제동이 보다 신속하고 정확하게 이루어지도록 하며, 회전자의 회전 동작시에는 판형전자석이 작동되지 않음으로 인하여 회전자의 회전속도가 증가되어 동작효율이 향상되는 에스알 모터의 제동장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 에스알 모터의 회로도이다.
종래기술에 따른 단상스위치 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor SRM)는 구동부(10)와, 상기 구동부(10)로부터 전류를 공급받는 계자 코일(2a)이 권선된 고정자(2)와, 상기 고정장(2)의 내부에 삽입되어 상기 계자 코일(2a)에 전류가 흐르면 상기 고정자(2)와의 사이에 발생되는 릴럭턴스 토크에 의해 일방향으로 회전되는 회전자(4)등으로 이루어진다.
상기 고정자(2)는 상하가 개방된 원통형으로 형성된 형성된 요크(2b)와, 상기 요크(2b)의 내벽에서 상기 회전자를 향해 원주방향으로 일정간격을 두고 돌출 형성된 돌극(2c)과, 상기 돌극(2c)에 권선된 계자 코일(2a)로 이루어진다.
상기 회전자(4)는 원주방향으로 일정간격을 두고 돌극(4a)이 돌출 형성된 코어(4b)가 적층되어 형성되고, 상기 회전자(4)의 중앙에는 외부로 모터의 구동력을 전달하는 회전축(6)이 축설되어 상기 회전자(4)와 함께 회전된다. 상기 구동부(10)는 상기 회전자(4)의 위치나 속도를 감지하는 광센서 또는 홀센서 등으로부터 신호를 전달받아 상기 계자 코일에 흐르는 전류의 세기를 가변시킨다.
이와 같은, 단상스위치드 릴럭턴스 모터는 구동부(10)에 의해 계자 코일(2a)에 전류가 흐르면 고정자(2)와 회전자(4)사이에 릴럭턴스 토크가 발생되어 상기회전자가 자기회로의 저항이 최소가 되는 방향으로 회전된다.
상기 단상스위치 릴럭턴스 모터는 상기 고정자의 돌극(2c)에 보조코일(미도시)을 권선하거나 자력을 이용하여 기동시 상기 회전자의 돌극(4a)이 상기 고정자의 돌극(2c)에 대해서 유효토크발생영역에 위치되도록 하기 때문에 상기 회전축(6)이 항상 일방향으로 회전된다.
그러나, 상기 단상 스위치 릴럭턴스 모터는 기동과 운전을 위한 부가적인 장치가 복잡하여 제조원가가 상승되는 단점을 가지고 있었다.
이와 같은 단점을 해결하기 위하여, 특허출원 2002-599927호에 기재된 단상 스위치드 릴럭턴스 모터(이하, '종래 에스알 모터 2'라 함)가 제안되었다.
도 2는 종래 에스알 모터 2의 사시도이고, 도 3은 종래 에스알 모터 2의 단면도이다.
상기 종래 에스알 모터 2는 계자 코일이 권선된 고정자(11)와, 상기 고정자(11)와의 사이에 발생되는 전자기력에 의해 회전되는 회전자(12)와, 상기 회전자(12)에 일체로 회전되도록 결합된 링형 마그네트(13)와, 상기 링형 마그네트(13)의 일측에 배치되어 제동 시 상기 링형 마그네트(13)와 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자(12)를 유효토크 발생영역에 제동시키는 파킹 마그네트(14)와, 상기 링형 마그네트(13)의 타측에 배치되어 상기 회전자(12)의 회전 시 상기 링형 마그네트(13)와의 사이에서 발생되는 자계의 변화를 감지하여 상기 회전자(12)의 위치 및 속도를 검출하는 홀센서(15)를 포함하여 구성된다.
상기 종래 에스알 모터 2는 구조는 종래의 모터에 비하여 비교적 단순화 되었으며, 상기 회전자(12)의 제동 및 상기 회전자(12)의 초기 기동위치 설정을 위한 막대자석 형상의 파킹마그네트(14)가 상기 링형마그네트(13)와 이격 설치된다.
그러나, 상기 링형마그네트(13)에 작용되는 상기 파킹마그네트(14)의 자화된 길이가 비교적 짧은 것에 의하여, 상기 에스알 모터의 고속회전에 있어서 상기 회전자(12)의 제동이 신속하고 정확하게 이루어지지 않게 되어 동작신뢰성이 저하되 는 문제점이 발생된다.
그리고, 상기 파킹마그네트(14)는 영구자석으로서, 상기 회전자(12)가 제동동작이 아닌 회전동작에서도 상기 파킹마그네트(14)의 자력이 링형마그네트(13)에 영향을 주게 되며, 이로 인하여, 상기 회전자(12)의 회전속도가 저하되는 문제점이 발생된다.
상기 열거된 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 비교적 고속회전에서 회전자의 제동이 신속하게 이루어지지 않게 됨으로 동작신뢰성이 저하되는 문제점과, 모터의 운전모드에서 파킹마그네트의 자력에 의하여 회전자의 회전속도가 저하되는 문제점을 해결하기 위한 에스알 모터의 제동장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 코일이 권선된 고정자와; 상기 고정자와의 사이에서 발생되는 전자기력에 의하여 회전하는 회전자와; 상기 회전자에 결합되어 함께 회전하며, 일측면이 자화된 회전마그네트와; 상기 회전마그네트 일측에 고정 설치되며, 상기 회전마그네트에서 발생된 자력을 이용하여 상기 회전자를 제동하도록, 원주방향을 따라서 전자석이 구획 설치된 판형전자석과; 상기 회전마그네트의 회전에 따른 자계의 변화를 감지하여 상기 회전자의 위치 및 속도를 검출하는 홀센서로 구성된다.
바람직하게, 상기 회전마그네트와 판형전자석은 링 형상을 이루고, 상기 회전마그네트는 원주방향을 따라서 N극과 S극이 교대로 자화되며, 상기 회전마그네트의 자화된 극성과 대응하는 상기 판형전자석의 전자석이 원주방향을 따라서 구획 설치된다.
그리고, 상기 판형전자석에서 원주방향을 따라 설치된 전자석은 각 구간이 구획되어 연속적으로 설치된다.
그리고, 상기 판형전자석에서 원주방향을 따라 설치된 전자석은 각 구간이 구획되어, 회전되는 축을 중심으로 등각도로 이격 설치된다.
그리고, 상기 판형전자석은 브라켓에 취부되어, 상기 고정자를 감싸는 모터 하우징 일측에 고정 설치된다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 회전마그네트와 판형전자석이 링형으로 이루어져서 상하에 각각 설치됨으로 회전자의 제동이 보다 신속하고 정확하게 이루어지게 되며, 회전자의 회전시에는 판형전자석이 작동되지 않음으로 회전자의 회전속도가 높아짐으로 동작효율이 향상된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에스알 모터의 제동장치가 도시된 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 에스알 모터의 제동장치에서 판형전자석의 전자석 배열상태를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에스알 모터의 제동장치에서 판형전자석의 전자석 배열상태를 도시한 도면이며, 도 7은 도 5에 도시된 판형전자석과 회전자에 설치된 회전마그네트의 설치상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 8은 도 6에 도시된 판형전자석과 회전자에 설치된 회전마그네트의 설치상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 9는 도 4에 사용된 판형전자석의 전자석 구조를 도시한 도면이다.
본 발명 일 실시예에 의한 에스알 모터는 단상스위치 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor SRM)로 기본적인 동작구조는 종래기술에 서술되어 있다.
상기 에스알 모터는, 코일이 권선되어 있으며, 중공을 갖는 원통형의 고정자(20)와; 상기 고정자(20)와의 사이에서 발생되는 전자기력에 의하여 회전하는 회전자(30)와; 상기 회전자(30)에 결합되어 함께 회전하며, 상면이 자화된 링형의 회전마그네트(40)와; 상기 회전마그네트(40)의 상측에 고정 설치되며, 상기 회전마그네트(40)에서 발생된 자력을 이용하여 상기 회전자(30)를 제동하도록, 원주방향을 따라서 전자석(52)이 구획 설치된 링형의 판형전자석(50,70)과; 상기 회전마그네트(40)의 회전에 따른 자계의 변화를 감지하여 상기 회전자(30)의 위치 및 속도를 검출하는 홀센서(60)로 구성된다.
상기 회전마그네트(40)와 판형전자석(50)은 링 형상을 이루며, 상기 회전마그네트(40)는 원주방향을 따라서 N극과 S극이 교대로 자화된 영구자석이 사용된다.
상기 회전마그네트(40)의 자화된 극성과 대응하는 상기 판형전자석(50)의 전자석(52)이 원주방향을 따라서 구획 설치된다.
상기와 같은 판형전자석(70)은 도 6에 도시된 바와 같이, 원주방향을 따라서 설치된 전자석(72)은 N극과 S극이 교대로 나타나도록 각 구간이 구획되어 연속적으로 설치되며, 상기 전자석(72)에 전원을 공급하기 위한 연결선(74)이 각각의 전자석(72)과 연결된다.
상기 판형전자석(50)의 다른 실시예에 의하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 판형전자석(50)에서 원주방향을 따라 설치된 전자석(52)은 각 구간이 구획되어, 회전되는 축을 중심으로 등각도를 이루며 등간격으로 이격 설치된다.
상기와 같은 판형전자석(50,70)은 브라켓(42)에 취부되어, 상기 고정자(20)를 감싸는 모터 하우징 일측에 고정 설치되며, 상기 홀센서(60)도 고정부(62)에 취부되어 상기 고정자(20) 일측에 고정 설치된다.
상기 고정자(20)는 속이 빈 도우넛 형상의 요크와, 상기 요크의 내벽에서 내측의 회전자(30)를 향하여 원주방향으로 돌출 형성된 돌극과, 상기 각각의 돌극에 권선된 코일로 형성된다.
상기 고정자(20)의 중앙부에는 회전자(30)가 형성되며, 상기 회전자(30)는 원주방향을 따라서 일정 간격을 이루며 돌극이 돌출 형성된 코어가 적층되어 형성되며, 회전축(32)을 통하여 회전동력을 전달하게 된다.
상기 회전축(32)의 상하부에는 베어링(34)이 장착되어, 상기 회전축(32)의 회전동작시 발생되는 마찰을 최소로 하게 된다.
그리고, 상기 회전자(30)의 중앙에는 외부로 모터의 구동력을 전달하는 회전축(32)이 축설되며, 상기 회전축(32)의 양단에는 베어링(34)이 설치된다.
상기 회전축(32)은 모터의 외관을 형성하는 모터 하우징에 회전가능하게 장 착된다.
상기 회전자(30)의 상측에 위치된 회전축(32)에는 링형의 회전마그네트(40)가 고정 설치된다.
상기 링형의 회전마그네트(40) 상면은, 원주를 따라 N극 및 S극이 교대로 자화되어 형성된다.
그리고, 상기 회전마그네트(40)의 상면에 대응하는 상측에 링형의 판형전자석(50)이 이격 설치된다.
상기 판형전자석(50)은 모터의 하우징(미도시)에서 연장된 브라켓(42)에 취부되어 상기 회전마그네트(40)의 상면에 위치한다.
상기 브라켓(42)을 설명하면, 일단은 모터의 하우징 내측면에 고정되며, 타단에는 링형의 판형전자석(50)을 취부하도록 하부면이 절곡된 형상의 링형의 홀더(44)가 설치된다.
상기 판형전자석(50)은 모터 제동시에 전원이 인가되어 전자석이 자성을 갖게 됨으로, 상기 회전마그네트(40)와의 사이에서 발생되는 자력을 이용하여 상기 회전자(30)를 유효토크 발생영역에 제동시킨다.
상기 판형전자석(50)과 회전마그네트(40)는 링형으로 형성되어 있으며, 상호 마주보는 면은 도 5와 도 7에 도시된 바와 같이, 원주방향을 따라서 N극과 S극이 교대로 자화 형성되며, 상기 판형전자석(50)의 전자석(52)은 회전축(32)이 지나는 부분을 중심으로 등각도로 이격 설치된다.
상기 판형전자석(70)의 다른 실시예는 도 6과 도 8에 도시된 바와 같이, 판 형전자석(70)과 회전마그네트(40)는 링형으로 형성되어 있으며, 상기 판형전자석(70)에는 상기 회전마그네트(40)의 극성과 동일한 갯수의 전자석(72)이 원호를 따라 연속적으로 설치되며, 상기 판형전자석(70)에는 상기 회전마그네트와 같은 위치에 전자석이 위치하도록 한다.
상기와 같은 전자석(52,72)은 전기가 인가되면 자성을 갖게 됨을 기본적 동작구조로 하며, 상기 전자석(52,72)의 일례는 도 9에 도시된 바와 같이, 다겹의 박판으로 이루어진 철심(58)의 둘레에 코일(56)을 감고, 상기 코일(56)과 연결된 연결선(54)에 전원을 인가하면, 상기 전자석(52)의 일단과 타단에는 각각 다른 극성의 자력이 형성된다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 작용은 다음과 같다.
상기 고정자(20)의 코일에 전류가 흐르면 고정자(20)와 회전자(30) 사이에 릴럭턴스 토크가 발생되어 상기 회전자(30)와 함께 회전축(32)과 회전마그네트(40)가 유효 회전 방향으로 회전하게 된다.
상기 회전자(30)가 회전되는 동작 상태에서는 상기 판형전자석(50,70)에 전기가 인가되지 않게 되며, 이로 인하여 상기 판형전자석(50,70)의 전자석(52,72)은 자력을 갖지 않게 됨으로 상기 회전마그네트(40)의 회전동작에 있어서 영향을 미치지 못하게 된다.
즉, 상기 회전자(30)의 회전동작 중에는 상기 판형전자석(50,70)이 작동되지 않음으로, 상기 회전자(30)와 같이 회전되는 회전마그네트(40)의 회전동작을 억제하기 위한 자력이 발생되지 않는다.
그리고, 상기 회전자(30)를 제동하기 위하여 도 5와 도 7에 도시된 판형전자석(50)은, 상기 회전마그네트(40)에서 극성이 형성된 부분과 대응되는 위치에 전자석(52)이 각각 설치되며, 바람직하게 상기 전자석(52)은 회전축(32)을 중심으로 등각도를 이루며 설치되어서 상기 연결선(54)을 따라서 전자석(52)에 전원이 공급되면, 각각의 전자석(52)은 설정된 자성을 갖게 된다.
상기와 같은 판형전자석(50)은 회전마그네트(40)에 자화된 자석과의 상호 작용에 의하여 회전마그네트(40)의 회전을 정지시키는 것에 의하여, 상기 회전자(30)가 유효토크 발생영역에 위치될 수 있도록 한다.
그리고, 도 6과 도 8에 도시된 바와 같이, 판형전자석(70)에 설치된 전자석(72)이 원호를 따라 연속적으로 설치된 경우, 상기 회전자(30) 제동을 위하여 상기 판현전자석에 전원이 인가되면 상기 전자석(72)들은 N극과 S극이 교대로 자화되며, 상기 판형전자석(70)과 회전마그네트(40)는 원호를 따라서 자화된 위치가 동일하게 형성된다.
상기 판형전자석(70)은 원호를 따라 연속적으로 전자석(72)이 설치된 것에 의하여, 상기 회전마그네트(40)를 향한 자성을 갖는 면적이 증대됨으로, 상기 회전마그네트(40)의 제동이 더욱 신속하고 정확하게 이루어진다.
상기 전자석(52)은 도 9에 도시된 바와 같이, 연결선(54)을 통해 전달된 전원은 철심(58)에 권선된 코일(56)을 따라 흐름으로 인하여, 상기 전자석(52)은 N극과 S극의 자성을 갖게 된다.
즉, 상기 회전마그네트(40)의 N극과 판형전자석(50,70)의 S극 사이에 발생되 는 자력과, 상기 회전마그네트(40)의 S극과 판형전자석(50,70)의 N극 사이에 발생되는 자력에 의하여, 상기 회전마그네트(40)는 설정된 위치에서 정지된다.
그리고, 상기 회전마그네트(40)의 측면에는 홀센서(60)가 설치되어, 상기 회전마그네트(40)의 회전에 따른 자력변화를 감지하여, 상기 회전자(30)의 회전 정도를 측정하게 된다.
상기에서 회전자(30)의 제동을 위하여 사용되는 회전마그네트(40)와 판형전자석(50,70)에는, 상호간 자력이 작용하는 구간이 원주방향을 따라서 비교적 길게 형성됨으로 인하여, 상기 회전자(30)의 제동과 초기 기동상태가 신속하게 이루어지게 됨으로 에스알 모터의 동작 신뢰도가 향상된다.
그리고, 상기 회전자(30)의 회전동작시에는 상기 판형전자석(50,70)에 전원이 공급되지 않게 됨으로, 회전되는 상기 회전마그네트(40)에는 불필요한 자력의 영향이 없게 되어 상기 회전자(30)의 회전속도가 더욱 빨라지게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 에스알 모터의 제동장치에 의하면, 링형으로 형성된 회전마그네트와 판형전자석을 사용하여 자력이 발생되는 면적이 증대됨으로 인하여 비교적 고속회전에서도 회전자의 제동이나 초기기동이 더욱 신속하고 정확하게 이루어지게 되어 에스알 모터의 동작신뢰성이 향상되는 효과를 제공하게 된다.
그리고, 모터의 운전모드에서는 상기 판형전자석은 자력을 갖지 않게 됨으로 인하여, 불필요한 제동력이 상기 회전마그네트에 부여되지 않음으로 회전자의 속도가 더욱 빨라지게 되어 동작효율이 향상되는 효과를 제공하게 된다.

Claims (5)

  1. 코일이 권선된 고정자와; 상기 고정자와의 사이에서 발생되는 전자기력에 의하여 회전하는 회전자와; 상기 회전자에 결합되어 함께 회전하며, 일측면이 자화된 회전마그네트와; 상기 회전마그네트 일측에 고정 설치되며, 상기 회전마그네트에서 발생된 자력을 이용하여 상기 회전자를 제동하도록, 원주방향을 따라서 전자석이 구획 설치된 판형전자석과; 상기 회전마그네트의 회전에 따른 자계의 변화를 감지하여 상기 회전자의 위치 및 속도를 검출하는 홀센서를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 에스알 모터의 제동장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전마그네트와 판형전자석은 링 형상을 이루고, 상기 회전마그네트는 원주방향을 따라서 N극과 S극이 교대로 자화되며, 상기 회전마그네트에 대응하도록 상기 판형전자석의 전자석이 원주방향을 따라서 구획 설치됨을 특징으로 하는 에스알 모터의 제동장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 판형전자석에서 원주방향을 따라 설치된 전자석은 각 구간이 구획되어 연속적으로 설치됨을 특징으로 하는 에스알 모터의 제동장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 판형전자석에서 원주방향을 따라 설치된 전자석은 각 구간이 구획되어, 회전되는 축을 중심으로 등각도로 이격 설치됨을 특징으로 하는 에스알 모터의 제동장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 판형전자석은 브라켓에 취부되어, 상기 고정자를 감싸는 모터 하우징 일측에 고정 설치됨을 특징으로 하는 에스알 모터의 제동장치.
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