KR19980025941A - Linear Motion Switched Reluctance Motors - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로, 극들(12)이 원통형 코어(14)의 내주면 동일원상을 따라 일정 각도로 다수개 돌출 형성됨과 더불어 길이 방향을 따라 일정 간격으로 복수개 배열되되, 상기 원통형 코어(14)의 내주면 동일원상에 형성된 극들(12)에는 동상의 코일이 감겨지고, 상기 원통형 코어(14)의 길이 방향으로 인접한 극들(12)에는 이상의 코일이 각각 감겨진 고정자(10)와, 극들(22)이 축(24)과 결합된 원기둥형 코어(26)의 외주면 동일원상을 따라 상기 고정자(10)에 형성된 극들(14)과 일치되는 각도로 다수개 형성됨과 더불어 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 복수개 배열된 왕복자(20)를 포함하여 구성되어, 모터 단품으로 직선 운동을 함으로써, 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸기 위한 별도의 장치를 사용할 필요가 없는 것이다.The present invention relates to a linear motion type switched reluctance motor, the poles 12 are formed in a plurality of at regular intervals along the longitudinal direction while forming a plurality of protrusions at an angle along the same circular circumference of the cylindrical core 14, The poles 12 are wound on the poles 12 formed on the same circle as the inner circumferential surface of the cylindrical core 14, and the stator 10 is wound around the poles 12 adjacent to each other in the longitudinal direction of the cylindrical core 14. And a plurality of poles 22 are formed at the same angle as the poles 14 formed in the stator 10 along the same circumferential surface of the cylindrical core 26 coupled with the shaft 24 and the longitudinal direction thereof. Therefore, it is configured to include a plurality of reciprocators 20 arranged at predetermined intervals, by performing a linear motion with a single motor, there is no need to use a separate device for converting the rotational movement into linear All.
Description
본 발명은 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 모터 단품으로 직선 운동을 하는 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.The present invention relates to a linear motion type switched reluctance motor, and more particularly, to a linear motion type switched reluctance motor for linear motion in a single motor.
일반적으로, 스위치드 릴럭턴스 모터는 80년대부터 개발 사용되어진 것으로, 그 구조가 간단함과 더불어 강할 뿐만 아니라 상당히 높은 구동 토오크(torque)를 가져 주목의 대상이 되고 있다.In general, switched reluctance motors have been developed and used since the 80's, and are notable for their simplicity and strength, as well as for having a considerably high driving torque.
도 1은 종래의 스위치드 릴럭턴스의 개략적인 구조도이고, 도 2는 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 회로도로서, 도 1 및 도 2에서는 6극 고정자와 4극 회전자의 3상 스위치드 릴럭턴스 모터를 예로서 나타낸 것이며, 도 1에서는 B상 극과 C상 극에 각각 감겨진 B상 코일과 C상 코일은 생략하고 A상 극에 A상 코일이 감겨진 구조를 도시하였다.FIG. 1 is a schematic structural diagram of a conventional switched reluctance, and FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional switched reluctance motor driving circuit. In FIGS. 1 and 2, a three-phase switched reluctance motor of a six-pole stator and a four-pole rotor is shown. 1 shows an example in which the B-phase coil and the C-phase coil wound around the B-phase pole and the C-phase pole are omitted, and the A-phase coil is wound around the A-phase pole.
즉, 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터는, 외주면을 따라 외측 방향으로 각 극(XX', YY')이 일정 간격으로 돌출 형성된 회전자(1)가 회전 가능토록 모터 하우징(도시하지 않음)에 고정되어 있는 한편, 상기 회전자(1)의 외측에 내주면을 따라 내측 방향으로 각 극(AA', BB', CC')이 일정 간격으로 돌출 형성된 고정자(3)가 모터 하우징에 고정되고, 상기 고정자(3)의 각 극(AA', BB', CC')에는 회전 자계를 발생시키기 위한 각 상 코일(A, B, C)이 감겨진 구조로 되어 있다.That is, the conventional switched reluctance motor is fixed to the motor housing (not shown) so that the rotor 1 in which each pole XX ', YY' protrudes at regular intervals outward along the outer circumferential surface is rotatable. On the other hand, the stator (3) is formed in each of the poles (AA ', BB', CC ') protruding at regular intervals in the inward direction along the inner circumferential surface of the rotor 1 is fixed to the motor housing, the stator ( Each pole AA ', BB', CC 'of 3) has a structure in which each phase coil A, B, C for generating a rotating magnetic field is wound.
이때, 상기 회전자(1)를 회전시키기 위해서는 상기 고정자(3)의 각 극(AA', BB', CC')에 감겨진 각 상 코일(A, B, C)의 차례로 여자시켜야 하는데, 상기와 같이 각 상 코일(A, B, C)을 여자시키기 위한 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로(5)는 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 병렬로 접속된 제 1 상 코일(A)과 제 2 상 코일(B) 및 제 3 상 코일(C)을 포함하여 구성되고, 이 제 1 내지 제 3 상 코일(A, B, C)에 상단에 P채널 전계 효과 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)가 직렬로 접속되며, 상기 제 1 내지 제 3 상 코일(A, B, C)의 하단에 N채널 전계 효과 트랜지스터(Q4, Q5, Q6)가 직렬로 접속되어 있다.In this case, in order to rotate the rotor (1), it is necessary to excite each phase coil (A, B, C) wound around each pole (AA ', BB', CC ') of the stator (3), As shown in FIG. 2, the switched reluctance motor driving circuit 5 for exciting each phase coils A, B, and C is connected to each other in parallel with the first phase coil A and the second phase. It comprises a coil (B) and a third phase coil (C), and the P-channel field effect transistors (Q1, Q2, Q3) in series on the first to third phase coils (A, B, C) N-channel field effect transistors Q4, Q5, and Q6 are connected in series to the lower ends of the first to third phase coils A, B, and C.
즉, 제 1 내지 제 3 상 코일(A, B, C)에 전압을 순차 인가하기 위한 제 1 상 구동용 전계 효과 트랜지스터(Q1, Q4)와, 제 2 상 구동용 전계 효과 트랜지스터(Q2, Q5), 제 3 상 구동용 전계 효과 트랜지스터(Q3, Q6)가 서로 병렬로 접속되어 있다.That is, the first phase driving field effect transistors Q1 and Q4 for sequentially applying voltages to the first to third phase coils A, B, and C, and the second phase driving field effect transistors Q2 and Q5. ) And the third phase driving field effect transistors Q3 and Q6 are connected in parallel with each other.
또한, 상기 제 1 내지 제 3 상 코일(A, B, C)과 상기 제 1 내지 제 3 상 구동용 전계 효과 트랜지스터(Q1 내지 Q6)가 동작된 후 오프시의 잔류 전류가 충전시키기 위한 캐패시터(C)가 상단 전계 효과 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)와 하단 전계 효과 트랜지스터(Q4, Q5, Q6) 및 제 1 내지 제 3 상 코일(A, B, C)로 각각 이루어진 회로와 병렬로 접속되어 있다.In addition, a capacitor for charging the residual current when the first to third phase coils (A, B, C) and the first to third phase driving field effect transistors (Q1 to Q6) is turned off after the operation ( C) is connected in parallel with a circuit consisting of the top field effect transistors Q1, Q2, Q3, the bottom field effect transistors Q4, Q5, Q6 and the first to third phase coils A, B, and C, respectively. have.
그리고, 제 1 내지 제 3 상 다이오드(D1 내지 D6)를 통해 상기 제 1 내지 제 3 상 코일(A, B, C)과 상기 제 1 내지 제 3 상 전계 효과 트랜지스터(Q1 내지 Q6)로부터의 잔류 전류가 상기 캐패시터(C)로 충전되게 된다.And residuals from the first to third phase coils A, B and C and the first to third phase field effect transistors Q1 to Q6 through the first to third phase diodes D1 to D6. Current is charged in the capacitor (C).
상기와 같이 구성된 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로에 있어서, 제 1 상 회로를 예로서 설명하면, 전원(Vdc)이 제 1 상의 전계 효과 트랜지스터(Q1, Q4)로 동시에 인가되는데, 이때, 게이트 구동 소자(도시하지 않음)에서 출력된 게이트 제어 신호(a, b)에 따라 제 1 상의 전계 효과 트랜지스터(Q1, Q4)가 동작하여, 상기 전원(Vdc)이 제 1 상 코일(A)로 인가된다.In the conventional switched reluctance motor driving circuit configured as described above, when the first phase circuit is described as an example, the power supply Vdc is simultaneously applied to the field effect transistors Q1 and Q4 of the first phase. The first-phase field effect transistors Q1 and Q4 operate according to the gate control signals a and b output from an element (not shown), so that the power supply Vdc is applied to the first phase coil A. .
따라서, 상기 제 1 상 코일(A)이 여자되어 회전자(rotor)를 당기는 힘이 발생하고 이에 따라 로터가 회전하게 되는 것이다.Therefore, the first phase coil (A) is excited to generate a force to pull the rotor (rotor) is to thereby rotate the rotor.
이와 같은 순서에 의해 상기 제 1 상 코일(A)→제 2 상 코일(B)→제 3 상 코일(C)이 순차적으로 여자됨에 따라 로터가 연속적인 회전력이 유지되게 되는 것이다. 그리고, 각 상 코일(A, B, C)이 동작된 후 정지시 역기전력이 잔류하게 되는데, 상기 역기전력은 다이오드(D1 내지 D6)를 매개로 하여 캐패시터(C)로 환류하게 된다.In this order, the rotor is continuously maintained as the first phase coil A-> second phase coil B-> third phase coil C are sequentially excited. After the phase coils A, B, and C are operated, the counter electromotive force remains when the motor stops, and the counter electromotive force is returned to the capacitor C through the diodes D1 to D6.
즉, 도 1에 도시된 상태에서 고정자(3)의 A상 극(AA')과, 회전자(1)의 극(XX')이 일직선상에 위치된 상태에서 상기 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로(5)가 B상 코일(B)에 여자 전류를 공급하면 고정자(3)의 B상 극(BB')이 자회되고, 이때 회전자(1)의 극(YY')이 자기 저항을 최소화하기 위해 시계 반대 방향으로 회전을 시작하여 고정자(3)의 B상 극(BB')와 일치하는 곳까지 회전하게 된다.That is, in the state shown in Fig. 1, the switched reluctance motor driving circuit (A ') of the stator 3 and the pole (XX') of the rotor 1 are located in a straight line. When 5) supplies an excitation current to the B-phase coil B, the B-phase pole BB 'of the stator 3 is magnetically rotated, and the pole YY' of the rotor 1 is used to minimize the magnetoresistance. It starts to rotate in the counterclockwise direction and rotates to match the B phase pole BB 'of the stator 3.
이때, 다시 고정자(3)의 C상 극(CC')의 C상 코일(C)을 여자시키면 이에 인접해 있는 회전자(1)의 극(XX')이 자기 저항을 최소화하기 위한 방향인 시계 반대 방향으로 회전하게 되고, 이러한 순서를 반복하면 계속 회전하는 동기형 모터를 구성할 수 있다.At this time, when the C-phase coil C of the C-phase pole CC 'of the stator 3 is excited again, the pole XX' of the rotor 1 adjacent thereto is a direction for minimizing the magnetic resistance. By rotating in the opposite direction and repeating this sequence, a synchronous motor that rotates continuously can be constructed.
또한, 각 상 코일(A, B, C)의 여자 순서를 바꿈으로 하여 회전 방향의 전환이 용이할 뿐만 아니라 자기 저항의 특성을 이용함으로 회전체를 정지시키는 제동력도 상당히 크게 된다.In addition, by changing the excitation order of the respective phase coils A, B, and C, the rotational direction is not only easily switched, but also the braking force for stopping the rotating body by using the characteristics of the magnetoresistance is significantly increased.
그러나, 상기와 같은 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터는 회전 운동에 적합한 구조로 되어 있어, 상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시키기 위해서는 부수적인 운동 변환 장치가 필요한 문제점이 있었다.However, the conventional switched reluctance motor as described above has a structure suitable for rotational motion, and thus, there is a problem that an additional motion conversion device is required in order to convert the rotational motion of the switched reluctance motor into linear motion.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위한 것으로, 모터 단품으로 직선 운동을 하여 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸기 위한 별도의 장치를 사용할 필요가 없는 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and relates to a linear motion type switched reluctance motor that does not need to use a separate device for converting rotational motion into linear motion by performing linear motion as a single motor.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터는, 극들이 원통형 코어의 내주면 동일원상을 따라 일정 각도로 다수개 돌출 형성됨과 더불어 길이 방향을 따라 일정 간격으로 복수개 배열되되, 상기 원통형 코어의 내주면 동일원상에 형성된 극들에는 동상의 코일이 감겨지고, 상기 원통형 코어의 길이 방향으로 인접한 극들에는 이상의 코일이 각각 감겨진 고정자와, 극들이 축과 결합된 원기둥형 코어의 외주면 동일원상을 따라 상기 고정자에 형성된 돌극들과 일치되는 각도로 다수개 형성됨과 더불어 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 복수개 배열된 직선 운동체(이하, 왕복자라 칭함)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Linear motion type switched reluctance motor according to the present invention for achieving this object, while the plurality of poles are formed at a predetermined interval along the longitudinal direction along the inner circumferential surface of the cylindrical core is formed a plurality of, On the poles formed on the same circle on the inner circumferential surface of the cylindrical core, in-phase coils are wound. On the poles adjacent in the longitudinal direction of the cylindrical core, stators are wound around each other, and on the same circumference of the outer circumferential surface of the cylindrical core where the poles are coupled to the shaft Accordingly, a plurality of linear poles (hereinafter, referred to as reciprocators) are formed at a plurality of angles matching the protrusions formed on the stator and arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction.
도 1은 종래의 스위치드 릴럭턴스의 개략적인 구조도,1 is a schematic structural diagram of a conventional switched reluctance,
도 2는 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 회로도,2 is a circuit diagram of a conventional switched reluctance motor driving circuit,
도 3은 본 발명에 따른 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터의 부분 절개 사시도,3 is a partial cutaway perspective view of a linear motion switched reluctance motor according to the present invention;
도 4는 도 1에 도시된 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터의 a-a' 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along line a-a 'of the linear motion switched reluctance motor shown in FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 고정자12 : 원통형 고정자 코어10 stator 12 cylindrical stator core
14 : 고정자 극20 : 왕복자14: stator pole 20: reciprocator
22 : 왕복자 극24 : 축22: shuttle pole 24: shaft
26 : 원기둥형 왕복자 코어26: cylindrical shuttle core
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터의 부분 절개 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터의 a-a' 단면도에 관한 것으로, 본 발명에 따른 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터는 고정자(10)와 왕복자(20)를 포함하여 구성되어 있다.Figure 3 is a partial cutaway perspective view of a linear motion switched reluctance motor according to the present invention, Figure 4 relates to aa 'cross-sectional view of the linear motion switched reluctance motor shown in Figure 3, linear motion type according to the present invention The switched reluctance motor includes a stator 10 and a reciprocator 20.
상기 고정자(10)는, 극들(12)이 원통형 코어(14)의 내주면 동일원상을 따라 일정 각도로 다수개 돌출 형성됨과 더불어 원통형 코어(14)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 복수개 배열된 구조로 되어 있다.The stator 10 has a plurality of poles 12 protruding at a predetermined angle along the same circular circumference of the inner surface of the cylindrical core 14 and a plurality of poles 12 arranged at regular intervals along the longitudinal direction of the cylindrical core 14. It is.
그리고, 상기 원통형 코어(14)의 내주면 동일원상에 형성된 극(12)들에는 동상의 코일이 감겨지고, 상기 원통형 코어(14)의 길이 방향으로 인접한 극들(12)에는 이상의 코일이 각각 감겨진 구조로 되어 있다.In addition, in-phase coils are wound around poles 12 formed on the same inner circumferential surface of the cylindrical core 14, and coils in phase are wound around poles 12 adjacent to each other in the longitudinal direction of the cylindrical core 14. It is.
그리고, 상기 왕복자(20)는, 극들(12)이 축(24)과 결합된 원기둥형 코어(26)의 외주면 동일원상을 따라 상기 고정자(10)에 형성된 극들(14)과 일치되는 각도로 다수개 형성됨과 더불어 원기둥형 코어(26)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 복수개 배열된 구조로 되어 있다.In addition, the reciprocator 20 is formed at an angle coinciding with the poles 14 formed in the stator 10 along the same circumference of the outer circumferential surface of the cylindrical core 26 in which the poles 12 are coupled to the shaft 24. In addition to being formed in plural, a plurality of cylindrical cores 26 are arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction.
상기와 같은 구조의 본 발명에 따른 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the linear motion switched reluctance motor according to the present invention having the above structure will be described in detail as follows.
왕복자(20)를 직선 운동시키기 위해서는 고정자(10)의 각 극(14)에 감겨진 각 상 코일을 왕복자(20)의 극(22)의 위치에 따라 여자시켜야 하는데, 상기 각 상 코일을 여자시키기 위한 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로는 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터와 동일하다.In order to linearly move the reciprocator 20, each phase coil wound around each pole 14 of the stator 10 needs to be excited according to the position of the pole 22 of the reciprocator 20. The linear motion switched reluctance motor drive circuit for excitation is the same as a general switched reluctance motor.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 고정자(20)와 왕복자(20)가 위치된 상태에서, 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로가, C상 코일에 전원(Vdc)을 인가하여 C상 코일을 여자시키면, 상기 C상 코일이 감겨진 극(14)에서 상기 왕복자(20)의 Y극(22)를 당기는 힘이 발생하고 이에 따라 왕복자(20)가 앞으로 전진한다.That is, as shown in FIG. 4, in the state where the stator 20 and the reciprocator 20 are positioned, the linear motion type switched reluctance motor driving circuit applies a power supply Vdc to the C phase coil to provide a C phase coil. When excitation is performed, a force for pulling the Y pole 22 of the reciprocator 20 is generated at the pole 14 on which the C-phase coil is wound, and thus the reciprocator 20 moves forward.
그리고, 상기와 같이 C상 코일이 여자되어 왕복자(20)가 이동한 상태에서 B상 코일에 전원(Vdc)를 인가하여 B상 코일을 여자시키면, 상기 B상 코일이 감겨진 극(14)에서 상기 왕복자(20)의 X극을 당기는 힘이 발생하고, 이에 따라 왕복자(20)가 앞으로 전진한다.As described above, when the C-phase coil is excited and the reciprocator 20 is moved, power (Vdc) is applied to the B-phase coil to excite the B-phase coil, and the pole 14 on which the B-phase coil is wound. The force pulling the X pole of the reciprocator 20 is generated, thereby the reciprocator 20 is advanced forward.
이와 같은 순서에 의해 C상 코일→B상 코일→A상 코일을 순차적으로 여자시키면 상기 왕복자(20)가 앞으로 계속 전진하게 된다.By sequentially exciting the C-phase coil → B-phase coil → A-phase coil in this order, the reciprocator 20 continues to move forward.
또한, 각 상 코일(A, B, C)의 여자 순서를 바꿈으로 하여 직선 운동의 방향을 전환시킬 수 있다.Moreover, the direction of linear motion can be switched by changing the excitation order of each phase coil A, B, C.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 고정자(20)와 왕복자(20)가 위치된 상태에서, 직선 운동형 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로가, B상 코일에 전원(Vdc)을 인가하여 C상 코일을 여자시키면, 상기 B상 코일이 감겨진 극(14)에서 상기 왕복자(20)의 Y극(22)를 당기는 힘이 발생하고 이에 따라 왕복자(20)가 뒤로 이동한다.That is, as shown in FIG. 4, in a state where the stator 20 and the reciprocator 20 are positioned, the linear motion type switched reluctance motor driving circuit applies a power supply Vdc to the B-phase coil, thereby providing a C-phase coil. When excited, the pulling force of the Y pole 22 of the reciprocator 20 is generated from the pole 14 on which the B-phase coil is wound, and the reciprocator 20 moves backward.
그리고, 상기와 같이 B상 코일이 여자되어 왕복자(20)가 이동한 상태에서 C상 코일에 전원(Vdc)를 인가하여 C상 코일을 여자시키면, 상기 C상 코일이 감겨진 극(14)에서 상기 왕복자(20)의 X극을 당기는 힘이 발생하고, 이에 따라 왕복자(20)가 뒤로 이동한다.As described above, when the B-phase coil is excited and the reciprocator 20 is moved, power (Vdc) is applied to the C-phase coil to excite the C-phase coil, and the pole 14 on which the C-phase coil is wound. At this time, a force pulling the X pole of the reciprocator 20 is generated, thereby moving the reciprocator 20 back.
이와 같은 순서에 의해 B상 코일→C상 코일→A상 코일을 순차적으로 여자시키면 상기 왕복자(20)가 앞으로 뒤로 계속 이동하게 된다.By sequentially exciting the B-phase coil → C-phase coil → A-phase coil in this order, the reciprocator 20 continues to move forward and backward.
상기와 같은 방법으로 왕복자(20)를 전방향 또는 후방향으로 왕복 운동시킬 수 있는 것이다.In this way it is possible to reciprocate the reciprocator 20 in the forward or backward direction.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 모터 단품으로 직선 운동을 함으로써, 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸기 위한 별도의 장치를 사용할 필요가 없는 것이다.As described above, according to the present invention, by performing a linear motion with a single motor, there is no need to use a separate device for converting a rotational motion into a linear motion.
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