KR101624455B1 - 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러 및 이에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러 및 이에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터를 개시한다. 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러는, 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되고, 상기 하우징에 회전 가능하게 결합되는 회전축을 구비하며, 상기 회전축을 둘러싸는 다수개의 영구자석을 구비하는 회전체; 상기 회전체 내부에 수용되며, 상기 회전축에 결합되고, 상기 회전체의 영구자석 각각에 대응되는 다수의 내부 코일부가 구비되는 내부 바디부; 상기 하우징의 내부에 수용되고, 상기 회전체의 상기 영구자석 주위에 배치되는 다수의 외부 코일부가 구비되는 외부 바디부;를 포함하는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터를 제어하는 컨트롤러에 있어서, 상기 내부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결되고, 다른 일부가 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 내부 코일부가 하나의 직렬 연결로 모두 연결되도록 제어하는 내부 코일 제어부; 및 상기 외부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결되고, 다른 일부가 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 외부 코일부가 하나의 직렬 연결로 모두 연결되도록 제어하는 외부 코일 제어부를 포함할 수 있다.

Description

발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러 및 이에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터{BRUSHLESS MOTOR-GENERATOR COMBINATION CONTROLLER AND BRUSHLESS MOTOR-GENERATOR COMBINATION CONTROLLED BY THE SAME}

본 발명은 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브러쉬리스 기술을 적용하여 생산된 전기에너지를 기계적 에너지로 얻을 수 있는 모터와, 모터의 회전운동을 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있는 발전 기능을 동시에 갖출 수 있도록 제어 가능한 스위칭 장치가 구비되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터의 컨트롤러에 관한 것이다.

종래의 모터 및 발전기에는 회전자에 전류를 공급하기 위한 기구의 부속장치인 브러쉬가 구비된다. 회전자는 고속으로 회전되는 위치에 브러쉬가 구비되며, 브러쉬를 통해 전기를 전달받을 수 있다. 브러쉬가 내장된 모터의 경우에는 가격이 저렴하고 구동이 간단한 장점이 있었으나, 모터가 회전을 하게 되면 브러쉬가 정류자에 접촉되어 마모가 발생할 수 있고, 기계적인 마찰에 의한 열 발생으로 수명이 저하되는 문제점이 있었다.

브러쉬리스 기술이 적용된 모터 및 발전기는 브러쉬가 없어 수명이 길고, 브러쉬로 인한 마찰이 없어 발열이 적은 장점이 있다. 또한, 부하로 인한 회전수 변동이 적고 에너지 효율이 높은 장점이 있어 여러 가지 제품에 적용되어 출시되고 있다.

종래의 브러쉬리스 모터의 경우, 단순히 전원을 소모하여 회전운동을 하는 것으로 지속적으로 전력을 소비하며, 회전 에너지를 충분하게 활용하지 못하는 측면이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1441401호(2014.09.25 공개), "발전기 겸용 브러쉬리스 모터"

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 브러쉬리스 모터에서 발생하는 회전 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터를 제어하는 컨트롤러를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 필요로 하는 운동 에너지와 전기 에너지의 양을 비교하여 모터 또는 발전기로서의 기능을 증대시킬 수 있도록 스위칭장치를 선택적으로 제어할 수 있는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러는, 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되고, 상기 하우징에 회전 가능하게 결합되는 회전축을 구비하며, 상기 회전축을 둘러싸는 다수개의 영구자석을 구비하는 회전체; 상기 회전체 내부에 수용되며, 상기 회전축에 결합되고, 상기 회전체의 영구자석 각각에 대응되는 다수의 내부 코일부가 구비되는 내부 바디부; 상기 하우징의 내부에 수용되고, 상기 회전체의 상기 영구자석 주위에 배치되는 다수의 외부 코일부가 구비되는 외부 바디부;를 포함하는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터를 제어하는 컨트롤러에 있어서, 상기 내부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결되고, 다른 일부가 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 내부 코일부가 하나의 직렬 연결로 모두 연결되도록 제어하는 내부 코일 제어부; 및 상기 외부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결되고, 다른 일부가 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 외부 코일부가 하나의 직렬 연결로 모두 연결되도록 제어하는 외부 코일 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 내부 코일 제어부는 상기 내부 코일부 가운데 임의의 내부 코일부가 이웃하는 내부 코일부와 다른 극성을 갖도록 서로 이웃하지 않는 내부 코일부들끼리 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 내부 코일부 가운데 임의의 내부 코일부가 이웃하는 내부 코일부와 직렬로 연결되어 상기 내부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되도록 제어하고, 상기 외부 코일 제어부는 상기 외부 코일부 가운데 임의의 외부 코일부가 이웃하는 외부 코일부와 다른 극성을 갖도록 서로 이웃하지 않는 외부 코일부들끼리 서로 직렬 연결되도록 상기 외부 스위칭부를 제어하거나, 상기 외부 코일부 가운데 임의의 외부 코일부가 이웃하는 외부 코일부와 직렬로 연결되어 상기 외부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 내부 코일 제어부는, 상기 내부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결된 제1 내부 코일과 연결되어 상기 제1 내부 코일을 개폐하는 제1 내부 스위칭부와, 상기 내부 코일부 가운데 다른 일부가 서로 직렬 연결된 제2 내부 코일과 연결되어 상기 제2 내부 코일을 개폐하는 제2 내부 스위칭부와, 상기 내부 코일부 모두가 직렬 연결된 제3 내부 코일과 연결되어 상기 제3 내부 코일을 개폐하는 제3 내부 스위칭부를 포함하고, 상기 외부 코일 제어부는, 상기 외부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결된 제1 외부 코일과 연결되어 상기 제1 외부 코일을 개폐하는 제1 외부 스위칭부와, 상기 외부 코일부 가운데 다른 일부가 서로 직렬 연결된 제2 외부 코일과 연결되어 상기 제2 외부 코일을 개폐하는 제2 외부 스위칭부와, 상기 외부 코일부 모두가 직렬 연결된 제3 외부 코일과 연결되어 상기 제3 외부 코일을 개폐하는 제3 외부 스위칭부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 내부 코일은 상기 다수의 내부 코일부 가운데 홀수 번째 내부 코일부를 직렬 연결하고, 상기 제2 내부 코일은 상기 다수의 내부 코일부 가운데 짝수 번째 내부 코일부를 직렬 연결하며, 상기 제1 외부 코일은 상기 다수의 외부 코일부 가운데 홀수 번째 외부 코일부를 직렬 연결하고, 상기 제2 외부 코일은 상기 다수의 외부 코일부 가운데 짝수 번째 내부 코일부를 직렬 연결할 수 있다.

또한, 상기 내부 코일부 또는 상기 외부 코일부에 발생되는 전기 에너지가 상기 회전체의 회전에 의해 발생되는 운동 에너지보다 더 많이 요구되는 경우에는, 상기 내부 코일부에 전기가 인가되고, 상기 제1 내부 스위칭부 및 상기 제2 내부 스위칭부는 닫히고, 상기 제3 내부 스위칭부는 열리며, 상기 내부 코일부는 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용하여 상기 회전체를 회전시키고, 상기 제1 외부 스위칭부 및 상기 제2 외부 스위칭부는 열리고, 상기 제3 외부 스위칭부는 닫히며, 상기 외부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되며, 상기 회전체가 회전될 때 상기 외부 코일부에 전기가 유도될 수 있다.

또한, 상기 회전체의 회전에 의해 발생하는 운동 에너지가 상기 내부 코일부 또는 상기 외부 코일부에 발생되는 전기 에너지보다 더 많이 요구되는 경우에는, 상기 외부 코일부에 전기가 인가되고, 상기 제1 외부 스위칭부 및 상기 제2 외부 스위칭부는 닫히고, 상기 제3 외부 스위칭부는 열리며, 상기 외부 코일부는 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용하여 상기 회전체를 회전시키고, 상기 제1 내부 스위칭부 및 상기 제2 내부 스위칭부는 열리고, 상기 제3 내부 스위칭부는 닫히며, 상기 내부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되며, 상기 회전체가 회전될 때 상기 내부 코일부에 전기가 유도될 수 있다.

또한, 상기 회전체의 회전에 의해 발생하는 운동 에너지를 최대로 요구되는 경우에는, 상기 내부 코일부에 전기가 인가되고, 상기 제1 내부 스위칭부 및 상기 제2 내부 스위칭부는 닫히고, 상기 제3 내부 스위칭부는 열리며, 상기 외부 코일부에 전기가 인가되고, 상기 제1 외부 스위칭부 및 상기 제2 외부 스위칭부는 닫히고, 상기 제3 외부 스위칭부는 열리며, 상기 내부 코일부 및 외부 코일부는 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용하여 상기 회전체를 회전시킬 수 있다.

또한, 상기 내부 코일부 및 상기 외부 코일부에 의해 발생하는 전기에너지가 최대로 요구되는 경우에는, 상기 제1 내부 스위칭부 및 상기 제2 내부 스위칭부는 열리고, 상기 제3 내부 스위칭부는 닫히며, 상기 내부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되고, 상기 제1 외부 스위칭부 및 상기 제2 외부 스위칭부는 열리고, 상기 제3 외부 스위칭부는 닫히며, 상기 외부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되며, 상기 회전체가 회전될 때 상기 내부 코일부 및 외부 코일부에 전기가 유도될 수 있다.

또한, 외부에서 상기 내부 코일부 또는 상기 외부 코일부로 인가되는 직류 전기를 교류 전기로 변환하거나, 교류 전기를 교류 전기로 변환하거나, 상기 내부 코일부 또는 상기 외부 코일부에 유도되는 직류 전기를 교류 전기로 변환하거나, 교류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터 장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터에 있어서, 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되고, 상기 하우징에 회전 가능하게 결합되는 회전축을 구비하며, 상기 회전축을 둘러싸는 다수개의 영구자석을 구비하는 회전체; 상기 회전체 내부에 수용되며, 상기 회전축에 결합되고, 상기 회전체의 영구자석 각각에 대응되는 다수의 내부 코일부가 구비되는 내부 바디부; 상기 하우징의 내부에 수용되고, 상기 회전체의 상기 영구자석 주위에 배치되는 다수의 외부 코일부가 구비되는 외부 바디부; 및 상기 내부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결되고, 다른 일부가 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 내부 코일부가 하나의 직렬 연결로 모두 연결되도록 제어하고, 상기 외부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결되고, 다른 일부가 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 외부 코일부가 하나의 직렬 연결로 모두 연결되도록 제어하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 운동 에너지를 공급할 수 있는 모터의 역할뿐만 아니라, 이와 동시에 전기를 발생시키는 발전기로서의 역할을 동시에 할 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 사용자에 필요에 따라 모터의 기능을 증대시켜서 운동 에너지를 더 많이 발생시키거나, 발전기의 기능을 증대시켜서 전기에너지를 더 많이 발생시킬 수 있도록 발전기 겸용 브러쉬리스 모터를 제어할 수 있다.

또한, 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치에 구비된 코일의 스위칭 제어모드를 변경할 수 있어 발전기 모드 또는 모터 모드 중 원하는 모드로 간편하게 선택하여 이용할 수 있다.

또한, 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치는 작은 공간에 모터와 발전기가 함께 설치되어 있어 소형 경량화가 가능한 효과가 있다.

또한, 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치를 자동차에 적용하여 전기 에너지를 발생시키는 동력원으로 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러에 의하여 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치가 기계적 에너지에 비하여 전기적 에너지가 더 많이 필요한 경우에 외부 코일부에 전기가 인가되도록 제어되는 모습을 나타내는 횡 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러에 의하여 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치가 전기적 에너지에 비하여 기계적 에너지가 더 많이 필요한 경우에 내부 코일부에 전기가 인가되도록 제어되는 모습을 나타내는 횡 단면도이다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 내부 스위칭부가 브러쉬리스 모터로 작동되도록 제어하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5(b)는 도 5(a)의 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 내부 스위칭부가 발전기로 작동되도록 제어하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 외부 스위칭부가 브러쉬리스 모터로 작동되도록 제어하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6(b)는 도 6(a)의 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 외부 스위칭부가 발전기로 작동되도록 제어하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 제어부를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러에 의하여 내부 바디부가 브러쉬리스 모터의 고정자로 작동하도록 제어되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러에 의하여 외부 바디부가 브러쉬리스 모터로 작동되도록 제어되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러에 의하여 내부 바디부 및 외부 바디부가 모두 브러쉬리스 모터의 고정자로 작용하도록 제어되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러에 의하여 내부 바디부 및 외부 바디부가 모두 발전기로 작동되도록 제어되는 모습을 도시하는 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러에 의하여 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치가 기계적 에너지에 비하여 전기적 에너지가 더 많이 필요한 경우에 외부 코일부에 전기가 인가되도록 제어되는 모습을 나타내는 횡 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러에 의하여 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치가 전기적 에너지에 비하여 기계적 에너지가 더 많이 필요한 경우에 내부 코일부에 전기가 인가되도록 제어되는 모습을 나타내는 횡 단면도이며, 도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 내부 스위칭부가 브러쉬리스 모터로 작동되도록 제어하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 5(b)는 도 5(a)의 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 내부 스위칭부가 발전기로 작동되도록 제어하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이며, 도 6(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 외부 스위칭부가 브러쉬리스 모터로 작동되도록 제어하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 6(b)는 도 6(a)의 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 외부 스위칭부가 발전기로 작동되도록 제어하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러(T)에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)는 하우징(10)과, 회전체(20)와, 내부 바디부(30)와, 외부 바디부(40)와, 내부 코일 제어부(미도시)와, 외부 코일 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.

하우징(10)은 내부에 빈 공간이 형성되는 원통 형상으로 형성될 수 있고, 하우징(10)의 내부에는 회전체(20)와, 내부 바디부(30)와, 외부 바디부(40)가 수용될 수 있다.

또한, 하우징(10)의 상면과 하면의 중심에는 회전축(21)을 회전 가능하게 지지할 수 있는 베어링(11)이 구비될 수 있다. 베어링(11)은 회전축(21)에 발생하는 하중을 지지할 수 있고, 회전축(21)을 지지하는 역할을 할 수 있다.

회전체(20)는 하우징(10)의 내부에 수용될 수 있고, 하우징(10)에 회전 가능하게 결합되는 회전축(21)을 구비할 수 있다. 회전축(21)의 주위에는 회전축(21)을 둘러싸는 다수 개의 영구자석(22)이 기 설정된 간격으로 이격되어 구비될 수 있다.

회전체(20)는 내부에 중공부가 형성될 수 있고, 일 면이 개방된 원통 형상으로 형성될 수 있다.

하우징(10)은 회전체(20)의 영구자석(22) 각각에 대응되는 다수의 내부 코일부(31)를 포함하고, 내부 코일부(31)가 구비되는 내부 바디부(30)를 수용할 수 있고, 회전체(20)의 영구자석(22) 주위에 배치되는 다수의 외부 코일부(41)가 구비되는 외부 바디부(40)를 수용할 수 있다. 이 때, 내부 바디부(30) 및 외부 바디부(40)는 하우징(10)에 고정될 수도 있고, 분리 가능하게 결합될 수도 있다.

본 발명에 의한 일 실시예에 의한 컨트롤러(T)에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)를 사용하는 자가 회전체(20)의 회전에 의해 발생하는 기계적 에너지(운동 에너지)를 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)에서 발생하는 전기 에너지에 비하여 상대적으로 더 많이 필요로 하는 경우에는 내부 바디부(30)가 전기가 인가되는 발전기의 역할을 할 수 있고, 외부 바디부(40)가 회전체(20)의 영구자석(22)에 자기력을 가하여 회전체(20)를 회전시킬 수 있는 역할을 할 수 있다. 다시 말해, 이러한 경우에 외부 바디부(40)는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)의 고정자의 역할을 한다고 할 수 있고, 회전체(20)는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)의 회전자의 역할을 한다고 할 수 있다.

이와 반대로, 본 발명에 의한 일 실시예에 의한 컨트롤러(T)에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)를 사용하는 자가 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)에서 발생하는 전기 에너지가 회전체(20)의 회전에 의해 발생하는 기계적 에너지(운동 에너지)에 비하여 상대적으로 더 많이 필요로 하는 경우에는 외부 바디부(40)가 전기가 인가되는 발전기의 역할을 할 수 있고, 내부 바디부(30)가 회전체(20)의 영구자석(22)에 자기력을 가하여 회전체(20)를 회전시킬 수 있는 역할을 할 수 있다. 다시 말해, 이러한 경우에 내부 바디부(30)는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)의 고정자 역할을 한다고 할 수 있고, 회전체(20)는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)의 회전자 역할을 한다고 할 수 있다.

외부 바디부(40)의 직경은 내부 바디부(30)의 직경에 비해 크게 형성됨에 따라, 내부 바디부(30)에 구비되는 내부 코일부(31)의 권선수 및 면적에 비해 외부 바디부(40)에 구비되는 외부 코일부(41)의 권선수 및 면적이 더 크게 형성될 수 있다.

따라서, 내부 바디부(30)에 전류를 공급하면 내부 코일부(31)의 연속적인 극성 변화에 의해 영구자석(22)이 회전하게 되고, 외부 바디부(40)에 구비되는 외부 코일부(41)에 전기가 유도되는데, 이 때 외부 바디부(40)의 외부 코일부(41)에서 발생하는 전기 에너지가 내부 바디, 즉 내부 바디부(30)의 회전에 의한 기계적인 에너지보다 더 많이 발생할 수 있다.

이와 반대로, 외부 바디부(40)에 전류를 공급하면 외부 코일부(41)의 연속적인 극성 변화에 의해 영구자석(22)이 회전하게 되고, 내부 바디부(30)에 구비되는 내부 코일부(31)에 전기가 유도되는데, 이 때 외부 바디부(40)의 연속적인 극성 변화에 의해 발생하는 회전체(20)가 회전하여 발생하는 운동 에너지가 내부 바디(30)에 인가되는 전기 에너지보다 더 많이 발생할 수 있다.

본 발명에 의한 일 실시예에 의한 컨트롤러(T)에 의하여 제어되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)의 내부 바디부(30)가 회전체(20)를 회전시키는 고정자로 작동함에 따라 기계적인 에너지보다 전기에너지를 더 많이 발생시키는 경우에는(도 3 참조), 컨트롤러(T)의 동작에 따라 내부 코일부(31)에 전기를 인가시켜서 내부 코일부(31) 주변에 자기장이 형성되도록 할 수 있다. 이 경우, 회전체(20)는 내부 코일부(31)에서 발생하는 자기장의 극성 변화에 의하여 회전될 수 있다.

내부 코일부(31)에 전류가 흐르면, 전류가 흐르는 방향으로 자속이 생성되고 주위에 자기장이 발생할 수 있다. 자기장이 강해지고, 내부 코일부 철심(32)의 극성이 N극 또는 S극으로 주기적으로 변화함에 따라 영구자석(22)과 내부 코일부 철심(32) 사이에 인력 및 척력이 발생하여 상대적인 반발력에 의하여 회전체(20)가 회전될 수 있다. 따라서, 내부 바디부(30) 내의 회전체(20)의 회전에 의하여 발생되는 기계적인 에너지보다, 회전체(20)가 회전함에 따라 외부 코일부(41)로 유도되어 발생된 전기에너지를 더 많이 발생시킬 수 있다. 이 때, 발생된 전기에너지는 축전지에 저장될 수 있다.

이와 반대로, 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)의 외부 바디부(40)가 브러쉬리스 모터로 작동함에 따라 전기에너지보다 기계적인 에너지를 더 많이 발생시키는 경우에는(도 4 참조), 컨트롤러(T)의 동작에 따라 외부 코일부(41)에 전기를 인가시켜서 자기장이 발생되면 외부 코일부 철심(42)의 극성이 N극 또는 S극으로 주기적으로 변화함에 따라 영구자석(22)과 외부 코일부 철심(42) 사이의 반발력에 의하여 회전체(20)를 회전시킬 수 있다. 또한, 외부 바디부(40)에 전기가 인가되어 브러쉬리스 모터로 작동하는 경우에는, 외부 코일부(41)에 감긴 코일의 권선수 및 면적이 내부 코일부(31)에 감긴 코일의 권선수 및 면적보다 더 크므로 내부 코일부(31)로 유도되어 발생되는 전기에너지보다 외부 바디부(40)의 회전에 의하여 발생되는 기계적인 에너지를 더 많이 얻을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러(T)는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)의 내부 바디부(30) 및 외부 바디부(40)가 모터 또는 발전기로 선택적으로 작동할 수 있도록 제어하는 역할을 할 수 있다.

컨트롤러(T)는, 전원의 온/오프를 가능하게 하는 전원 스위치(50)와, 모터의 종류에 따라 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터 장치(60)와, 상기 내부 코일 제어부와 상기 외부 코일 제어부를 선택적으로 제어할 수 있는 제어부(70)와, 내부 스위칭부(33) 및 외부 스위칭부(43)의 연결 상태를 표시해주는 디스플레이 장치(80)를 포함할 수 있다.

사용자는 디스플레이 장치(80)로 내부 바디부(30) 및 외부 바디부(40)가 고정자로서 회전체(20)를 회전시키는 역할을 할 수 있는지 또는 전기가 인가되는 발전기로서 작동하는지 여부를 확인할 수 있다. 또한, 내부 바디부(30) 또는 외부 바디부(40)가 발전기로 작동하는 경우 내부 바디부(30) 또는 외부 바디부(40)로 인가된 전기에너지의 양을 확인할 수 있다.

컨트롤러(T)에 수용되는 내부 스위칭부(33) 및 외부 스위칭부(43)의 스위칭 장치의 개수는 내부 코일부(31)와 내부 코일부 철심(32) 및 외부 코일부(41)와 외부 코일부 철심(42)의 개수에 따라 달라질 수 있다.

상기 내부 코일 제어부는 내부 스위칭부(33)를 제어할 수 있고, 상기 외부 코일 제어부는 외부 스위칭부(43)를 제어할 수 있다.

상기 내부 코일 제어부는 내부 코일부(31) 가운데 임의의 내부 코일부(31)가 이웃하는 다른 내부 코일부(31)와 직렬로 연결되어 내부 코일부(31) 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되도록 내부 스위칭부(33)를 제어할 수 있고, 내부 코일부(31) 가운데 임의의 내부 코일부(31)가 이웃하는 내부 코일부(31)와 다른 극성을 갖도록 이웃하지 않는 내부 코일부(31)끼리 서로 직렬 연결되도록 내부 스위칭부(33)를 제어할 수 있다.

보다 상세히, 상기 내부 코일 제어부에 의하여 내부 바디부(30)가 브러쉬리스 모터의 고정자로 작동되도록 제어되는 경우, 즉 기계적 에너지보다 전기적 에너지가 더 필요하여 내부 코일부(31)가 회전체(20)를 회전시켜서 외부 코일부(41)에 전기가 인가되도록 하는 경우에는, 일례로, 내부 스위칭부(33)에 의하여 내부 코일부(31) 가운데 첫 번째 내부 코일부(31a)와, 세 번째 내부 코일부(31c)와, 다섯 번째 내부 코일부(31e) 등의 순서로 서로 이웃하지 않는 내부 코일부(31) 끼리 같은 극성을 가질 수 있도록 제어될 수 있다. 다시 말해, 내부 스위칭부(33)에 의하여 내부 코일부(31) 가운데 첫 번째 내부 코일부(31a)와, 세 번째 내부 코일부(31c)와, 다 섯번째 내부 코일부(31e) 등의 홀수 번째 내부 코일부 끼리 직렬로 연결될 수 있다.

또한, 내부 코일부(31) 가운데 임의의 두 번째 내부 코일부(31b)와, 네 번째 내부 코일부(31d)와, 여섯 번째 내부 코일부(31f) 등의 순서로 서로 이웃하지 않는 내부 코일부(31) 끼리 같은 극성을 가질 수 있도록 제어될 수 있다. 다시 말해, 내부 스위칭부(33)에 의하여 내부 코일부(31) 가운데 두 번째 내부 코일부(31b)와, 네 번째 내부 코일부(31d)와, 여섯 번째 내부 코일부(31f) 등의 짝 수번째 내부 코일부끼리 직렬로 연결될 수 있다.

이와 같이, 내부 코일부(31)가 서로 독립된 두 개의 직렬 연결(홀수 번째 내부 코일부를 연결하는 직렬연결, 짝수 번째 내부 코일부를 연결하는 직렬연결)로 구성되면, 두 개의 직렬 연결에 서로 다른 전류가 흐르게 할 수 있고, 어느 하나의 직렬 연결된 내부 코일부(31), 예를 들어 홀수 번째 내부 코일부를 연결하는 직렬연결에 의한 내부 코일부가 N극(또는 S극)의 극성을 갖는다면, 다른 직렬 연결된 내부 코일부(31), 예를 들어 짝수 번째 내부 코일부를 연결하는 직렬연결에 의한 내부 코일부(31)는 S극(또는 N극)의 극성을 갖도록 제어될 수 있다.

이와 같이 내부 코일부(31)가 서로 독립된 두 개의 직렬 연결로 구성됨에 따라 각각의 내부 코일부(31)는 이웃하는 내부 코일부(31)와 서로 다른 극성을 갖게 되고, 이와 같이 이웃하는 내부 코일부(31)와 서로 다른 극성을 갖게 됨에 따라 회전체(20)에 구비된 영구자석(22)에 효과적으로 자기력을 가할 수 있어서 회전체(20)를 효과적으로 회전시킬 수 있다.

이 때, 서로 독립된 두 개의 직렬 연결에는 서로 별개의 전원공급장치가 연결될 수 있다. 반대로, 상기 내부 코일 제어부에 의하여 내부 바디부(30)가 발전기로 작동되도록 제어되는 경우, 즉 회전체(20)가 회전하면 내부 코일부(31)에 전기가 인가되도록 하는 경우에는, 내부 스위칭부(33)에 의하여 내부 코일부(31) 전체가 같은 극성을 가질 수 있도록 제어될 수 있다.

보다 상세히, 상기 내부 코일 제어부는 내부 코일부(31)가 하나의 직렬 연결로 연결될 수 있도록 제어할 수 있고, 이 경우 각각의 내부 코일부(31)는 이웃하는 내부 코일부(31)와 직렬 연결되며, 회전체(20)에 구비된 영구자석(22)이 내부 코일부(31) 주위를 움직일 때 각각의 내부 코일부(31)에 전기가 인가될 수 있다. 이와 같이 하나의 직렬 연결로 이어진 다수의 내부 코일부(31)는 축전지와 연결될 수 있고, 각각의 내부 코일부(31)에서 인가된 전기는 상기 축전지에 저장될 수 있다.

한편, 상기 외부 코일 제어부는 상기 내부 코일 제어부와 마찬가지로 외부 코일부(41)가 이웃하는 외부 코일부(41)와 직렬로 연결되도록 외부 스위칭부(43)를 제어할 수 있고, 외부 코일부(41) 가운데 임의의 외부 코일부(41)가 이웃하는 외부 코일부(41)와 다른 극성을 갖도록 외부 스위칭부(43)를 제어할 수 있다.

상기 외부 코일 제어부에 의하여 본 발명에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)가 브러쉬리스 모터 또는 발전기로 작동되도록 제어되는 상세한 설명은 상기 내부 코일 제어부와 거의 동일하다.

보다 상세히, 상기 외부 코일 제어부에 의하여 외부 바디부(40)가 브러쉬리스 모터의 고정자로 작동되도록 제어되는 경우, 즉 전기적 에너지보다 기계적 에너지가 더 필요하여 외부 코일부(41)가 회전체(20)를 회전시켜서 내부 코일부(31)에 전기가 인가되도록 하는 경우에는, 일례로, 외부 스위칭부(43)에 의하여 외부 코일부(41) 가운데 첫 번째 외부 코일부(41a)와, 세 번째 외부 코일부(41c)와, 다섯 번째 내부 코일부(41e) 등의 순서로 서로 이웃하지 않는 외부 코일부(41) 끼리 같은 극성을 가질 수 있도록 제어될 수 있다. 다시 말해, 외부 스위칭부(43)에 의하여 외부 코일부(31) 가운데 첫 번째 외부 코일부(31a)와, 세 번째 외부 코일부(41c)와, 다섯 번째 외부 코일부(41e) 등의 홀 수번째 외부 코일부 끼리 직렬로 연결될 수 있다.

또한, 외부 코일부(41) 가운데 임의의 두 번째 외부 코일부(41b)와, 네 번째 외부 코일부(41d)와, 여섯 번째 외부 코일부(41f) 등의 순서로 서로 이웃하지 않는 외부 코일부(41) 끼리 같은 극성을 가질 수 있도록 제어될 수 있다. 다시 말해, 외부 스위칭부(43)에 의하여 외부 코일부(41) 가운데 두 번째 외부 코일부(41b)와, 네 번째 외부 코일부(41d)와, 여섯 번째 외부 코일부(41f) 등의 짝수 번째 외부 코일부 끼리 직렬로 연결될 수 있다.

이와 같이, 외부 코일부(41)가 서로 독립된 두 개의 직렬 연결(홀수 번째 외부 코일부를 연결하는 직렬연결, 짝수 번째 외부 코일부를 연결하는 직렬연결)로 구성되면, 두 개의 직렬 연결에 서로 다른 전류가 흐르게 할 수 있고, 어느 하나의 직렬 연결된 외부 코일부(41), 예를 들어 홀수 번째 외부 코일부를 연결하는 직렬연결에 의한 외부 코일부가 N극(또는 S극)의 극성을 갖는다면, 다른 직렬 연결된 외부 코일부(41), 예를 들어 짝수 번째 외부 코일부를 연결하는 직렬연결에 의한 외부 코일부(31)는 S극(또는 N극)의 극성을 갖도록 제어될 수 있다.

이와 같이 외부 코일부(41)가 서로 독립된 두 개의 직렬 연결로 구성됨에 따라 각각의 외부 코일부(41)는 이웃하는 외부 코일부(41)와 서로 다른 극성을 갖게 되고, 이와 같이 이웃하는 외부 코일부(41)와 서로 다른 극성을 갖게 됨에 따라 회전체(20)에 구비된 영구자석(22)에 효과적으로 자기력을 가할 수 있어서 회전체(20)를 효과적으로 회전시킬 수 있다.

이 때, 서로 독립된 두 개의 직렬 연결에는 서로 별개의 전원공급장치가 연결될 수 있다.

반대로, 상기 외부 코일 제어부에 의하여 외부 바디부(40)가 발전기로 작동되도록 제어되는 경우, 즉 회전체(20)가 회전하면 외부 코일부(41)에 전기가 인가되도록 하는 경우에는, 외부 스위칭부(43)에 의하여 외부 코일부(41) 전체가 같은 극성을 가질 수 있도록 제어될 수 있다.

보다 상세히, 상기 외부 코일 제어부는 외부 코일부(41)가 하나의 직렬 연결로 연결될 수 있도록 제어할 수 있고, 이 경우 각각의 외부 코일부(41)는 이웃하는 외부 코일부(41)와 직렬 연결되며, 회전체(20)에 구비된 영구자석(22)이 외부 코일부(41) 주위를 움직일 때 각각의 외부 코일부(41)에 전기가 인가될 수 있다. 이와 같이 하나의 직렬 연결로 이어진 다수의 외부 코일부(41)는 축전지와 연결될 수 있고, 각각의 외부 코일부(41)에서 인가된 전기는 상기 축전지에 저장될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 제어부를 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 7을 참조하면, 컨트롤러(T)의 제어부(70)에 의하여 발전기 겸용 브러쉬리스 모터를 모터의 고정자 또는 전기가 인가되는 발전기로 선택적으로 작동하기 위하여, 제어부(70)는 내부 스위칭부(33)를 선택적으로 제어하는 내부 코일 제어부와, 외부 스위칭부(43)를 선택적으로 제어하는 외부 코일 제어부를 포함할 수 있다.

내부 스위칭부(33)는 내부 코일부(31)가 상술한 바와 같이 서로 엇갈리는 두 개의 직렬 연결로 구성되어, 각각의 내부 코일부(31)가 이웃하는 내부 코일부(31)와 서로 다른 극성을 갖도록 제어하여 브러쉬리스 모터로 작동할 수 있도록 직렬 연결하는 제1 내부 스위칭부(331) 및 제2 내부 스위칭부(332)와, 내부 코일부(31) 모두가 하나의 직렬 연결로 연결하여 내부 코일부(31)가 이웃하는 내부 코일부(31)와 직렬로 연결되도록 제어하여 발전기로 작동할 수 있도록 하는 제3 내부 스위칭부(333)를 포함할 수 있다.

내부 코일부(31)에 권취된 코일은 제1 내부 스위칭부(331)에 의하여 개폐되는 제1 내부 코일(311)과, 제2 내부 스위칭부(332)에 의하여 개폐되는 제2 내부 코일(312)과, 제3 내부 스위칭부(333)에 의하여 개폐되는 제3 내부 코일(313)을 포함할 수 있다. 제1 내부 코일(311)과 제2 내부 코일(312)은 내부 바디부(30)가 회전체(20)를 회전시키는 고정자로서 작용하는 경우 서로 엇갈리는 두 개의 직렬 연결을 구성할 수 있고, 제3 내부 코일(313)은 내부 바디부(30)가 전기가 인가되는 발전기로서 작용하는 경우 모든 내부 코일부(31)를 직렬 연결하는 코일로서 역할을 할 수 있다.

원래 제1 내부 코일(311), 제2 내부 코일(312), 제3 내부 코일(313)은 모두 내부 코일부(31)에 권취되어 있으나 도 5에서는 설명의 편의상 제3 내부 코일(313)을 제1 내부 코일(311) 및 제2 내부 코일(312)과 따로 도시하여 설명하였다.

외부 스위칭부(43)도 마찬가지로 외부 코일부(41)가 상술한 바와 같이 서로 엇갈리는 두 개의 직렬 연결로 구성되어, 각각의 외부 코일부(41)가 이웃하는 외부 코일부(41)와 서로 다른 극성을 갖도록 제어하여 브러쉬리스 모터로 작동할 수 있도록 직렬 연결하는 제1 외부 스위칭부(431) 및 제2 외부 스위칭부(432)와, 외부 코일부(41) 모두가 하나의 직렬 연결로 연결하여 외부 코일부(41)가 이웃하는 외부 코일부(41)와 직렬로 연결되도록 제어하여 발전기로 작동할 수 있도록 하는 제3 외부 스위칭부(433)를 포함할 수 있다.

외부 코일부(41)에 권취된 코일은 제1 외부 스위칭부(431)에 의하여 개폐되는 제1 외부 코일(411)과, 제2 외부 스위칭부(432)에 의하여 개폐되는 제2 외부 코일(412)과, 제3 외부 스위칭부(433)에 의하여 개폐되는 제3 외부 코일(413)을 포함할 수 있다. 제1 외부 코일(411)과 제2 외부 코일(412)은 외부 바디부(40)가 회전체(20)를 회전시키는 고정자로서 작용하는 경우 서로 엇갈리는 두 개의 직렬 연결을 구성할 수 있고, 제3 외부 코일(413)은 외부 바디부(40)가 전기가 인가되는 발전기로서 작용하는 경우 모든 외부 코일부(41)를 직렬 연결하는 코일로서 역할을 할 수 있다.

원래 제1 외부 코일(411), 제2 외부 코일(412), 제3 외부 코일(413)은 모두 외부 코일부(41)에 권취되어 있으나 도 6에서는 설명의 편의상 제3 외부 코일(413)을 제1 외부 코일(411) 및 제2 외부 코일(412)과 따로 도시하여 설명하였다.

또한, 제어부(70)에 의해 내부 바디부(30) 및 외부 바디부(40)가 모두 회전체(20)를 회전시키는 모터의 고정자로서 작동하도록 제어될 수 있다. 이러한 경우에는, 내부 스위칭부(33) 가운데 제1 내부 스위칭부(331) 및 제2 내부 스위칭부(332)가 닫히고, 제3 내부 스위칭부(333)가 열리도록 제어되어, 내부 코일부(31)가 서로 독립된 두 개의 직렬 연결로 구성될 수 있도록 할 수 있다. 다시 말해, 내부 코일부(31)가 홀수 번째 코일부를 직렬 연결하는 제1 내부 코일(311)과, 짝수번째 코일부를 직렬 연결하는 제2 내부 코일(312)이 서로 엇갈리게 배치되어, 내부 코일부(31)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 N극 또는 S극이 교대로 나타나도록 제어될 수 있다.

마찬가지로, 이 경우 외부 스위칭부(43) 가운데 제1 외부 스위칭부(431) 및 제2 외부 스위칭부(432)가 닫히고, 제3 외부 스위칭부(433)가 열리도록 제어되어 외부 코일부(41)가 서로 독립된 두 개의 직렬 연결로 구성될 수 있도록 할 수 있다. 다시 말해, 외부 코일부(41)가 홀수 번째 코일부를 직렬 연결하는 제1 외부 코일(411)과, 짝수 번째 코일부를 직렬 연결하는 제2 외부 코일(412)이 서로 엇갈리게 배치되어, 외부 코일부(41)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 N극 또는 S극이 교대로 나타나도록 제어될 수 있다.

또한, 제어부(70)에 의해 내부 바디부(30) 및 외부 바디부(40)가 발전기로 작동하도록 제어되는 경우에는, 내부 스위칭부(33) 가운데 제3 내부 스위칭부(333)와, 외부 스위칭부(43) 가운데 제3 외부 스위칭부(433)가 닫히고, 내부 스위칭부(33) 가운데 제1 내부 스위칭부(331)와, 제2 내부 스위칭부(332)가 열리고, 외부 스위칭부(43) 가운데 제1 외부 스위칭부(431)과, 제2 외부 스위칭부(432)가 열리도록 제어될 수 있다. 이렇게 되면, 내부 코일부(31) 및 외부 코일부(41)는 각각 하나의 직렬 연결로 연결될 수 있다. 따라서, 이 경우 회전체(20)가 외부의 힘에 의하여 회전되면, 전자기 유도현상에 의하여 내부 코일부(31) 및 외부 코일부(41)에 전기가 인가될 수 있고, 내부 코일부(31) 및 외부 코일부(41)는 모두 발전기로서 작동할 수 있다. 일례로, 회전체(20)의 회전축(21)이 자동차 바퀴의 축이라고 가정하고, 이러한 자동차가 내리막길을 간다고 가정하면 회전체(20)에 구비된 영구자석(22)이 회전됨에 따라 내부 코일부(31) 및 외부 코일부(41)에 전기가 인가될 수 있다. 이와 같이 내부 코일부(31) 및 외부 코일부(41)에 인가된 전기는 내부 코일부(31) 및 외부 코일부(41)에 연결된 축전지에 저장될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러(T)에 의하여 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)가 회전체(20)를 회전시키는 모터의 고정자 또는 전기가 인가되는 발전기로 선택적으로 작동되는 4가지 제어 모드에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러에 의하여 내부 바디부가 브러쉬리스 모터의 고정자로 작동하도록 제어되는 모습을 도시하는 도면이다.

도 8을 참조하면, 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)의 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)에 발생되는 전기에너지가 회전체(20)의 회전에 의해 발생되는 기계적 에너지(운동 에너지)보다 더 많이 필요한 경우에는, 내부 코일부(31)는 이웃하는 내부 코일부(31)와 서로 다른 극성을 갖도록 직렬 연결될 수 있고, 외부 코일부(41)는 이웃하는 외부 코일부(41)와 직렬로 연결되어 외부 코일부(41) 모두가 하나의 직렬 연결로 연결될 수 있다.

보다 상세히, 컨트롤러(T)의 전원 스위치(50)를 작동시켜 내부 코일부(31)에 전기가 인가되면, 내부 코일부(31) 가운데 임의의 내부 코일부(31a)가 이웃하는 내부 코일부(31b)가 아닌, 이웃하는 내부 코일부(31b)에 이웃하는 또 다른 내부 코일부(31c)와 직렬로 연결되도록 내부 스위칭부(33)가 제어될 수 있고, 내부 코일부(31)의 극성이 주기적으로 이웃하는 내부 코일부(31)와 다르게 변화함에 따라 내부 코일부 철심(32)이 전자석으로 작용할 수 있도록 하여 영구자석(22)을 연속적으로 밀어내어 회전체(20)를 회전시킬 수 있다. 이와 같이 전자석의 극성이 주기적으로 변하여 브러쉬리스 모터가 회전되는 것은 공지의 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이 때, 회전체(20)의 회전속도 및 부하는 인버터 장치(60)에 의해 제어될 수 있다. 인버터 장치(60)는 직류 전력을 교류 전력으로 바꾸는 역할을 할 뿐만 아니라, 교류 전기을 직류 전기로 만들고, 다시 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 역할을 할 수 있다. 본 발명에서의 인버터 장치(60)는 모터의 회전수, 회전 속도, 회전 부하를 조절하는 데 이용될 수 있다.

도 8의 경우에는, 컨트롤러(T)의 제어부(70)에 의하여 내부 스위칭부(33) 가운데 제1 내부 스위칭부(331) 및 제2 내부 스위칭부(332)는 서로 독립적으로 배치되어 있고, 각각 닫혀 있으면 내부 코일부(31)는 서로 독립적으로 교대로 엇갈리는 두 개의 직렬 연결로 구성되어 이웃하는 내부 코일부(31)끼리 서로 다른 극성을 가질 수 있도록 제어될 수 있고, 외부 스위칭부(43) 가운데 제3 외부 스위칭부(433)가 직렬로 연결되어 이웃하는 외부 코일부(41)는 모두 하나의 직렬 연결로 연결될 수 있도록 제어될 수 있다. 도 8에 도시된 형태는 도 3에 도시된 형태와 동일하며, 이 경우에는 제1 외부 스위칭부(431)와, 제2 외부 스위칭부(432) 및 제3 내부 스위칭부(333)의 연결은 오프(off)상태로 될 수 있다. 앞서 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, 내부 바디부(30) 가운데 일부 임의의 내부 코일부(31a)와, 임의의 내부 코일부(31a)와 기 설정된 간격으로 이격되어 바로 옆에 이웃하고 있는 다른 내부 코일부(31b)는 각각의 내부 코일부(31a, 31b)로 전류가 인가되면 각각의 내부 코일부(31a, 31b)에 의해 감싸지는 내부 코일부 철심(32)의 극성이 N극 또는 S극으로 연속적으로 변화함에 따라 회전체(20)를 감싸며 구비되는 영구자석(22)과의 반발력에 의하여 회전체(20)를 회전시킬 수 있고, 영구자석(22)이 외부 바디부(40)의 외부 코일부(41) 주위를 움직임에 따라 전자기 유도현상에 의하여 외부 코일부(41)로 유도 전기를 발생시킬 수 있다.

따라서, 외부 바디부(40)는 전기에너지를 생산하는 발전기로 작동되도록 제어될 수 있고, 컨트롤러(T)는 외부 코일부(41) 가운데 임의의 외부 코일부(41)는 이웃하는 외부 코일부(41)와 직렬로 연결되어 외부 코일부(41) 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되도록 외부 스위칭부(43)를 제어할 수 있고, 회전체(20)의 회전에 의하여 외부 코일부(41)에 전기가 인가될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러에 의하여 외부 바디부가 브러쉬리스 모터로 작동되도록 제어되는 모습을 도시하는 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)는 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)에 발생되는 전기 에너지보다 회전체(20)의 회전에 의해 발생하는 기계적 에너지(운동 에너지)를 더 많이 발생시킬 수 있다.

이 경우에는, 컨트롤러(T)의 전원 스위치(50)를 작동시켜 외부 코일부(41)에 전기가 인가되면, 외부 코일부(41) 가운데 임의의 외부 코일부(41a)가 이웃하는 외부 코일부(41b)가 아닌, 이웃하는 외부 코일부(41b)에 이웃하는 또 다른 외부 코일부(41c)와 직렬로 연결되도록 외부 스위칭부(43)가 제어될 수 있다. 보다 상세히, 제어부(70)에 의하여 외부 스위칭부(43) 가운데 제1 외부 스위칭부(431) 및 제2 외부 스위칭부(432)가 서로 독립적으로 배치되어 있고, 각각 닫혀 있으면 외부 코일부(41)는 서로 독립적으로 교대로 엇갈리는 두 개의 직렬 연결로 구성되어 이웃하는 외부 코일부(41)끼리 서로 다른 극성을 가질 수 있도록 제어될 수 있고, 이에 따라 외부 코일부 철심(42)이 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용할 수 있도록 하여 회전체(20)를 회전시킬 수 있다. 다시 말해, 도 9에 도시된 형태는 도 4에 도시된 형태와 동일하며, 이 경우에는 제1 내부 스위칭부(331)와, 제2 내부 스위칭부(332) 및 제3 외부 스위칭부(433)의 연결은 오프(off)상태로 될 수 있다. 앞서 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이, 외부 바디부(40) 가운데 일부 임의의 외부 코일부(41a)와, 임의의 외부 코일부(41a)와 이격되어 바로 옆에 이웃하고 있는 임의의 외부 코일부(41b)는 각각의 외부 코일부(41a, 41b)로 전류가 인가되면 각각의 외부 코일부(41a, 41b)에 의해 감싸지는 외부 코일부 철심(42)의 극성이 N극 또는 S극으로 연속적으로 변화함에 따라 영구자석(22)과의 반발력에 의하여 회전체(20)를 회전시킬 수 있고, 영구자석(22)이 내부 바디부(30)의 내부 코일부(31) 주변을 움직임에 따라 전자기 유도현상에 의하여 내부 코일부(31)로 유도 전기를 발생시킬 수 있다.

외부 바디부(40)가 브러쉬리스 모터의 고정자로 작동되는 경우에는, 외부 코일부(41)에 감긴 코일의 권선수 및 면적이 내부 코일부(31)에 감긴 코일의 권선수 및 면적보다 크므로, 외부 바디부(40)의 자기력에 의하여 회전된 영구자석(22)에 의하여 내부 바디부(30)로 인가된 유도 전기에너지의 양보다 외부 바디부(40)의 자기력에 의하여 회전된 회전체(20)의 회전에 의하여 발생되는 기계적인 에너지가 상대적으로 더 많이 발생될 수 있다.

또한, 제어부(70)는 내부 코일부(31) 가운데 임의의 내부 코일부(31)는 이웃하는 내부 코일부(31)와 직렬로 연결되어 내부 코일부(31) 모두가 하나의 직렬로 연결되도록 내부 스위칭부(33)를 제어할 수 있다. 이 경우, 내부 스위칭부(33) 가운데 제3 내부 스위칭부(333)에 의하여 임의의 내부 코일부(31)는 이웃하는 내부 코일부(31)와 직렬로 연결되어 내부 코일부(31) 모두가 하나의 직렬 연결로 연결될 수 있다. 다시 말해, 내부 코일부(31) 전체가 하나의 권선으로 감겨져 같은 극성을 나타내도록 제어될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러에 의하여 내부 바디부 및 외부 바디부가 모두 브러쉬리스 모터의 고정자로 작용하도록 제어되는 모습을 도시하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치(1)는 내부 바디부(30)와 외부 바디부(40)가 모두 브러쉬리스 모터의 고정자로 작용하여 회전체(20)의 회전에 의한 기계적 에너지를 발생시킬 수 있다.

이 경우, 외부 코일부(41)에 전기가 인가되면, 외부 코일부(41)의 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용할 수 있도록 하여 회전체(20)를 회전시킬 수 있다. 즉, 외부 코일부(41)에 전기가 인가되면, 외부 코일부(41) 주위에 자기장이 발생되고, 이로 인하여 외부 코일부 철심(42)의 극성이 N극 또는 S극으로 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용됨에 따라 영구자석(22)과의 반발력으로 회전체(20)가 회전될 수 있다. 보다 상세히, 컨트롤러(T)에 의하여 임의의 외부 코일부(41a)는 이웃하는 외부 코일부(41b)와 다른 극성을 갖도록 서로 이웃하지 않는 외부 코일부(41)들끼리 서로 직렬 연결 되도록 외부 스위칭부(43)가 제어될 수 있고, 이와 마찬가지로, 내부 코일부(31)에 전기를 인가하여 내부 코일부(31)의 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용할 수 있도록 하여 영구자석(22)과의 반발력으로 인하여 회전체(20)를 회전시킬 수 있다. 즉, 내부 코일부(31) 및 외부 코일부(41) 모두 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용할 수 있다.

또한, 임의의 내부 코일부(31a)는 이웃하는 내부 코일부(31b)와 다른 극성을 가지면서, 서로 이웃하지 않는 내부 코일부(31)들끼리 서로 직렬 연결 될 수 있도록 내부 스위칭부(33)를 제어할 수 있다.

일례로, 내부 스위칭부(33) 가운데 제1 내부 스위칭부(331) 및 제2 내부 스위칭부(332)에 의하여 임의의 내부 코일부(31a)가 바로 옆에 위치하는 내부 코일부(31b)와 서로 다른 극성을 가질 수 있도록 서로 다른 전류가 흐르는 코일이 각각 권선될 수 있고, 외부 스위칭부(43) 가운데 제1 외부 스위칭부(431) 및 제2 외부 스위칭부(432)에 의하여 임의의 외부 코일부(41a)가 바로 옆에 위치하는 외부 코일부(41b)와 서로 다른 극성을 가질 수 있도록 서로 다른 전류가 흐르는 코일이 각각 권선될 수 있다. 따라서, 내부 코일부(31) 및 외부 코일부(41)는 각각 서로 다른 전류가 흐르는 코일이 엇갈리게 권선되는 형태일 수 있다. 또한, 내부 바디부(30)와 외부 바디부(40)가 모두 브러쉬리스 모터의 고정자로 작동되도록 제어되는 경우에는, 내부 스위칭부(33) 가운데 제3 내부 스위칭부(333)와, 외부 스위칭부(43) 가운데 제3 외부 스위칭부(433)는 오프(off)상태가 되도록 제어될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러에 의하여 내부 바디부 및 외부 바디부가 모두 발전기로 작동되도록 제어되는 모습을 도시하는 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치는 내부 바디부(30)와 외부 바디부(40)가 모두 발전기로 이용되어 회전체(20)의 회전에 의해 인가되는 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.

이 경우, 내부 코일부(31) 가운데 임의의 내부 코일부(31)가 이웃하는 내부 코일부(31)와 직렬로 연결되어 내부 코일부(31) 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되도록 내부 스위칭부(33)가 제어될 수 있고, 외부 코일부(41) 가운데 임의의 외부 코일부(41)가 이웃하는 외부 코일부(41)와 직렬로 연결되어 외부 코일부(41) 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되도록 외부 스위칭부(43)가 제어될 수 있다.

보다 상세히, 내부 스위칭부(33) 가운데 제3 내부 스위칭부(333)에 의하여 임의의 내부 코일부(31)가 이웃하는 내부 코일부(31)와 서로 직렬 연결될 수 있고, 외부 스위칭부(43) 가운데 제3 외부 스위칭부(433)에 의하여 임의의 외부 코일부(41)가 이웃하는 외부 코일부(41)와 서로 직렬 연결될 수 있다. 즉, 내부 코일부(31) 전체가 하나의 코일로 권선될 수 있고, 외부 코일부(41) 전체가 하나의 코일로 권선될 수 있으며, 각각의 내부 코일부(31) 및 외부 코일부(41)는 같은 극성을 갖도록 제어될 수 있다.

일례로, 회전축(21)은 하이브리드 자동차의 바퀴축 또는 동력을 발생시킬 수 있는 여러 전동 장치와 연결되어 회전체(20)의 회전을 발생시킬 수 있고, 이렇게 발생한 회전체(20)의 회전으로 인하여 영구자석(22)도 함께 회전되고, 영구자석(22)의 회전 운동에 의하여 내부 코일부(31) 및 외부 코일부(41)에 전기가 인가될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러는 회전체(20)의 회전에 의하여 기계적 에너지 또는 전기에너지를 발생시킬 수 있고, 사용자의 필요에 따라 기계적 에너지를 상대적으로 더 많이 발생시키거나, 전기에너지를 상대적으로 더 많이 발생시킬 수 있다. 또한, 회전체(20)의 회전에 의하여 전기에너지만을 발생시키거나, 기계적 에너지만을 발생시킬 수 있다.

발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러(T)는 제어부(70) 즉, 상기 내부 코일 제어부 및 상기 외부 코일 제어부에 의하여 내부 스위칭부(33) 및 외부 스위칭부(43)의 직렬 연결이 제어될 수 있다. 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)가 각각 서로 독립하여 엇갈리게 배치되는 두 개의 직렬 연결을 구비하도록 제어되는 경우에는, 각각의 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)가 모터의 고정자, 즉 전자석으로 작용하여 회전체(20)를 회전시켜 기계적 에너지 또는 전기에너지를 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러(T)는 하이브리드 자동차에 결합되어 사용될 수 있다.

일례로, 상기 하이브리드 자동차가 발전기 겸용 브러쉬리스 모터(1)에 의하여 주행되는 모드이고, 회전축(21)이 하이브리드 자동차의 바퀴축인 경우에, 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)에 전기를 인가하여, 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)의 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용할 수 있도록 할 수 있고, 도 8 또는 도 9와 같이 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41) 가운데 어느 하나가 브러쉬리스 모터의 고정자로 작용하여 회전체(20)를 회전시킬 수 있다. 이 때, 상기 내부 코일 제어부 및 상기 외부 코일 제어부는, 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)가 서로 독립하여 엇갈리게 배치되는 두 개의 직렬 연결로 구성되도록 내부 스위칭부(33) 또는 외부 스위칭부(41)를 제어할 수 있다. 또한, 이에 따라 회전체(20)의 회전에 의하여 내부 바디부(30) 또는 외부 바디부(40)에 전기가 유도될 수 있다.

또 다른 예로, 상기 하이브리드 자동차가 엔진에 의하여 주행되는 모드일 경우 또는 하이브리드 자동차가 내리막길을 가는 경우에는, 상기 하이브리드 자동차의 바퀴축이 회전되고, 모터에 결합되는 회전축(21)이 회전되어 회전체(20)를 회전시킬 수 있다.

이 때, 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)는 회전체(20)의 회전에 따라 전기가 유도되는 발전기로 작용될 수 있고, 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41) 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되도록 내부 스위칭부(33) 또는 외부 스위칭부(43)를 제어할 수 있다. 따라서, 회전체(20)의 회전에 의하여 내부 바디부(30) 또는 외부 바디부(40)에 전기가 유도될 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치가 하이브리드 자동차에 적용될 경우에는, 모터에 의하여 주행되는 모드뿐만 아니라 엔진에 의하여 주행되는 모드일 경우에도 전기 에너지를 생산할 수 있는 장점이 있다.

또한, 회전체(20)의 회전에 의하여 내부 코일부(31) 또는 외부 코일부(41)에 전류를 유도하면 회전에 의한 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 발전기로 이용될 수 있는 장점이 있다. 이 경우에는, 변환된 전기 에너지를 저장할 수 있는 축전지가 더 포함될 수 있다.

1: 발전기 겸용 브러쉬리스 모터장치 10: 하우징
11: 베어링 20: 회전체
21: 회전축 22: 영구자석
30: 내부 바디부 31: 내부 코일부
32: 내부 코일부 철심 33: 내부 스위칭부
40: 외부 바디부 41: 외부 코일부
42: 외부 코일부 철심 43: 외부 스위칭부
50: 전원 스위치 60: 인버터 장치
70: 제어부 80: 디스플레이 장치
331: 제1 내부 스위칭부 332: 제2 내부 스위칭부
333: 제3 내부 스위칭부 431: 제1 외부 스위칭부
432: 제2 외부 스위칭부 433: 제3 외부 스위칭부
T: 컨트롤러

Claims (10)

1. 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되고, 상기 하우징에 회전 가능하게 결합되는 회전축을 구비하며, 상기 회전축을 둘러싸는 다수개의 영구자석을 구비하는 회전체; 상기 회전체 내부에 수용되며, 상기 회전축에 결합되고, 상기 회전체의 영구자석 각각에 대응되는 다수의 내부 코일부가 구비되는 내부 바디부; 상기 하우징의 내부에 수용되고, 상기 회전체의 상기 영구자석 주위에 배치되는 다수의 외부 코일부가 구비되는 외부 바디부;를 포함하는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터를 제어하는 컨트롤러에 있어서,
   상기 내부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결되고, 다른 일부가 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 내부 코일부가 하나의 직렬 연결로 모두 연결되도록 제어하는 내부 코일 제어부; 및
   상기 외부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결되고, 다른 일부가 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 외부 코일부가 하나의 직렬 연결로 모두 연결되도록 제어하는 외부 코일 제어부;
   를 포함하고,
   상기 내부 코일 제어부는 상기 내부 코일부 가운데 임의의 내부 코일부가 이웃하는 내부 코일부와 다른 극성을 갖도록 서로 이웃하지 않는 내부 코일부들끼리 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 내부 코일부 가운데 임의의 내부 코일부가 이웃하는 내부 코일부와 직렬로 연결되어 상기 내부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되도록 제어하고,
   상기 외부 코일 제어부는 상기 외부 코일부 가운데 임의의 외부 코일부가 이웃하는 외부 코일부와 다른 극성을 갖도록 서로 이웃하지 않는 외부 코일부들끼리 서로 직렬 연결되도록 제어하거나, 상기 외부 코일부 가운데 임의의 외부 코일부가 이웃하는 외부 코일부와 직렬로 연결되어 상기 외부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되도록 제어하며,
   상기 내부 코일 제어부는, 상기 내부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결된 제1 내부 코일과 연결되어 상기 제1 내부 코일을 개폐하는 제1 내부 스위칭부와, 상기 내부 코일부 가운데 다른 일부가 서로 직렬 연결된 제2 내부 코일과 연결되어 상기 제2 내부 코일을 개폐하는 제2 내부 스위칭부와, 상기 내부 코일부 모두가 직렬 연결된 제3 내부 코일과 연결되어 상기 제3 내부 코일을 개폐하는 제3 내부 스위칭부를 포함하고,
   상기 외부 코일 제어부는, 상기 외부 코일부 가운데 일부가 서로 직렬 연결된 제1 외부 코일과 연결되어 상기 제1 외부 코일을 개폐하는 제1 외부 스위칭부와, 상기 외부 코일부 가운데 다른 일부가 서로 직렬 연결된 제2 외부 코일과 연결되어 상기 제2 외부 코일을 개폐하는 제2 외부 스위칭부와, 상기 외부 코일부 모두가 직렬 연결된 제3 외부 코일과 연결되어 상기 제3 외부 코일을 개폐하는 제3 외부 스위칭부를 포함하며,
   상기 제1 내부 코일은 상기 다수의 내부 코일부 가운데 홀수 번째 내부 코일부를 직렬 연결하고, 상기 제2 내부 코일은 상기 다수의 내부 코일부 가운데 짝수 번째 내부 코일부를 직렬 연결하며,
   상기 제1 외부 코일은 상기 다수의 외부 코일부 가운데 홀수 번째 외부 코일부를 직렬 연결하고, 상기 제2 외부 코일은 상기 다수의 외부 코일부 가운데 짝수 번째 내부 코일부를 직렬 연결하고,
   외부에서 상기 내부 코일부 또는 상기 외부 코일부로 인가되는 직류 전기를 교류 전기로 변환하거나, 교류 전기를 직류 전기로 변환하거나, 상기 내부 코일부 또는 상기 외부 코일부에 유도되는 직류 전기를 교류 전기로 변환하거나, 교류 전기를 직류 전기로 변환하는 인버터 장치를 더 포함하는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 내부 코일부 또는 상기 외부 코일부에 발생되는 전기 에너지가 상기 회전체의 회전에 의해 발생되는 운동 에너지보다 더 많이 요구되는 경우에는,
   상기 내부 코일부에 전기가 인가되고, 상기 제1 내부 스위칭부 및 상기 제2 내부 스위칭부는 닫히고, 상기 제3 내부 스위칭부는 열리며, 상기 내부 코일부는 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용하여 상기 회전체를 회전시키고,
   상기 제1 외부 스위칭부 및 상기 제2 외부 스위칭부는 열리고, 상기 제3 외부 스위칭부는 닫히며, 상기 외부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되며, 상기 회전체가 회전될 때 상기 외부 코일부에 전기가 유도되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러.
6. 제1항에 있어서,
   상기 회전체의 회전에 의해 발생하는 운동 에너지가 상기 내부 코일부 또는 상기 외부 코일부에 발생되는 전기 에너지보다 더 많이 요구되는 경우에는,
   상기 외부 코일부에 전기가 인가되고, 상기 제1 외부 스위칭부 및 상기 제2 외부 스위칭부는 닫히고, 상기 제3 외부 스위칭부는 열리며, 상기 외부 코일부는 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용하여 상기 회전체를 회전시키고,
   상기 제1 내부 스위칭부 및 상기 제2 내부 스위칭부는 열리고, 상기 제3 내부 스위칭부는 닫히며, 상기 내부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되며, 상기 회전체가 회전될 때 상기 내부 코일부에 전기가 유도되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러.
7. 제1항에 있어서,
   상기 회전체의 회전에 의해 발생하는 운동 에너지를 최대로 요구되는 경우에는,
   상기 내부 코일부에 전기가 인가되고, 상기 제1 내부 스위칭부 및 상기 제2 내부 스위칭부는 닫히고, 상기 제3 내부 스위칭부는 열리며,
   상기 외부 코일부에 전기가 인가되고, 상기 제1 외부 스위칭부 및 상기 제2 외부 스위칭부는 닫히고, 상기 제3 외부 스위칭부는 열리며,
   상기 내부 코일부 및 외부 코일부는 극성이 주기적으로 변화하는 전자석으로 작용하여 상기 회전체를 회전시키는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러.
8. 제1항에 있어서,
   상기 내부 코일부 및 상기 외부 코일부에 의해 발생하는 전기에너지가 최대로 요구되는 경우에는,
   상기 제1 내부 스위칭부 및 상기 제2 내부 스위칭부는 열리고, 상기 제3 내부 스위칭부는 닫히며, 상기 내부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되고,
   상기 제1 외부 스위칭부 및 상기 제2 외부 스위칭부는 열리고, 상기 제3 외부 스위칭부는 닫히며, 상기 외부 코일부 모두가 하나의 직렬 연결로 연결되며,
   상기 회전체가 회전될 때 상기 내부 코일부 및 외부 코일부에 전기가 유도되는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러.
9. 삭제
10. 제1항, 제5항 내지 제8항 가운데 어느 하나에 의한 발전기 겸용 브러쉬리스 모터 컨트롤러를 포함하는 발전기 겸용 브러쉬리스 모터.

Images