KR102783375B1

KR102783375B1 - Switched reluctance motor including permanent magnets

Info

Publication number: KR102783375B1
Application number: KR1020230135220A
Authority: KR
Inventors: 임성룡
Original assignee: 임성룡
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2023-10-11
Publication date: 2025-03-19
Anticipated expiration: 2043-10-11
Also published as: KR20240052671A

Abstract

본 개시는 영구 자석이 포함된 스위치드 릴럭턴스 전동기에 관한 것으로서, 구체적으로 고정자에 영구자석[Stator-PM]과 코일 권선을 배치하고, 코일 권선은 대체치아 권선으로 배치하고, 코일 권선의 자속과 영구자석의 자속 방향은 서로 반대 방향으로 하고, 영구자석의 자기 경로 가이드를 추가하여 코일 권선에 전류가 흐르지 않을 때 공극과 회전자를 통한 영구자석의 자속이 거의 흐르지 않고 고정자 내부로만 순환되어 코깅 토크가 억제되며, 코일 권선에 전류를 인가 할 때 인가된 전류에 의해 생성되는 유도 자속(N극)과 영구자석의 자속(N극)은 같은 극 끼리의 척력 작용으로 강제로 공극으로 밀어 공극에서 영구자석에 의해 생성된 자속과 권선에 의해 생성된 자속이 더해져 전자기력이 증가되어 더 높은 전자기 토크 및 효율이 증가하고 영구자석이 있음에도 불구하고 유도전압 이나 코깅 토크(cogging torque)를 억제하는 복수의 영구자석 모듈을 포함하는 스위치드 릴럭턴스 전동기에 관한 것이다.The present disclosure relates to a switched reluctance motor including a permanent magnet, and more particularly, to a switched reluctance motor including a permanent magnet [Stator-PM] and a coil winding arranged in a stator, the coil winding arranged as an alternate tooth winding, the magnetic flux of the coil winding and the magnetic flux of the permanent magnet are in opposite directions, and a magnetic path guide of the permanent magnet is added so that when no current flows in the coil winding, the magnetic flux of the permanent magnet through the air gap and the rotor hardly flows and circulates only inside the stator, thereby suppressing cogging torque, and when current is applied to the coil winding, the induced magnetic flux (N pole) generated by the applied current and the magnetic flux (N pole) of the permanent magnet are forcibly pushed into the air gap by the repulsive force between the same poles, so that the magnetic flux generated by the permanent magnet in the air gap and the magnetic flux generated by the winding are added, thereby increasing the electromagnetic force, thereby increasing a higher electromagnetic torque and efficiency, and suppressing the induced voltage or cogging torque despite the presence of the permanent magnet. It's about reluctance motors.

Description

SWITCHED RELUCTANCE MOTOR INCLUDING PERMANENT MAGNETS

본 개시는 영구 자석이 포함된 스위치드 릴럭턴스 전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 자기 경로 가이드를 활용하여 영구자석에 의해 형성되는 자기 경로를 조절함으로써, 코깅 토크가 발생하지 않도록 하는 한편 전동기의 토크 및 효율이 증가하는, 영구자석을 활용한 스위치드 릴럭턴스 전동기에 관한 것이다.The present disclosure relates to a switched reluctance motor including permanent magnets, and more particularly, to a switched reluctance motor utilizing permanent magnets, which prevents cogging torque from occurring while increasing torque and efficiency of the motor by controlling a magnetic path formed by the permanent magnets using a magnetic path guide.

스위치드 릴럭턴스 전동기(SRM: Switched Reluctance Motor)는 릴럭턴스 토크의 원리로 작동하는 전동기의 일종이다. SRM은 돌극이 있는 회전자 및 집중 권선이 있는 고정자로 구성되고, 전동기 작동에 관련된 브러시 또는 정류자가 없다는 특징이 있다. SRM은 자기 회로가 항상 릴럭턴스를 최소화하는 방향으로 형성된다는 원리를 기반으로 작동하는 바, SRM에서 고정자 코일에 전류가 인가되면 고정자의 돌극에 자속이 설정되고, 회전자의 돌극이 고정자의 돌극과 정렬되어 회전자를 회전시키는 토크가 발생한다. 이 때 토크의 방향은 전동기에 인가된 전류와 회전자의 위치에 따라 달라진다. 스위치드 릴럭턴스 전동기는 구조가 단순하여 높은 회전 속도를 견딜 수 있고 회전자의 손실이 적다는 장점이 있으나, 출력 밀도를 높이는 데 한계가 있으며, 토크 리플(torque ripple)에 의해 발생하는 소음 및 진동으로 인해 사용의 어려움이 존재한다.A switched reluctance motor (SRM) is a type of motor that operates on the principle of reluctance torque. The SRM consists of a rotor with salient poles and a stator with concentrated windings, and has the characteristic of having no brushes or commutators involved in the operation of the motor. The SRM operates based on the principle that the magnetic circuit is always formed in the direction that minimizes reluctance. When current is applied to the stator coil in the SRM, a magnetic flux is established in the stator's salient poles, and the rotor's salient poles are aligned with the stator's salient poles, generating torque that rotates the rotor. At this time, the direction of the torque varies depending on the current applied to the motor and the position of the rotor. The switched reluctance motor has the advantage of being able to withstand high rotational speeds and having low rotor loss due to its simple structure, but it has limitations in increasing power density, and there are difficulties in use due to noise and vibration generated by torque ripple.

코깅 토크는 회전자가 정지한 상태에서 고정자의 돌극이 회전자의 돌극과 정렬되지 않았을 때 전동기에서 생성되는 토크를 의미한다. 이 토크는 회전자와 고정자의 돌극의 상호 작용으로 인해 발생하며 전동기의 진동과 소음을 발생시키는 원인이 될 수 있다.Cogging torque is the torque generated in a motor when the stator's salient poles are not aligned with the rotor's salient poles while the rotor is stationary. This torque is caused by the interaction of the rotor and stator salient poles and can cause vibration and noise in the motor.

종래의 영구자석을 포함하는 전동기는 코깅 토크로 발생하는 문제를 최소화하기 위해 회전자 및 고정자의 돌극의 설계를 최적화하거나 고정자의 권선에 적용되는 전류 파형을 제어하는 등 방법이 시도되어 왔다. 그러나 이러한 방법들은 제조 비용을 현저히 증가시키고 코깅 토크를 완전히 없애지 못하는 등 여러 문제가 존재한다.In order to minimize problems caused by cogging torque in conventional permanent magnet motors, methods have been attempted, such as optimizing the design of the salient poles of the rotor and stator or controlling the current waveform applied to the stator windings. However, these methods have several problems, such as significantly increasing the manufacturing cost and not completely eliminating the cogging torque.

따라서, 비용이 적은 설계를 통해 코깅 토크를 완전히 제거한 스위치드 릴럭턴스 전동기에 대한 당업계의 수요가 존재한다.Therefore, there is an industry demand for switched reluctance motors that completely eliminate cogging torque through a low-cost design.

한국 등록특허 1604637호는 양극평형운동을 이용한 시간차 발전기가 부착된 진공 전동기에 대해 개시한다.Korean Patent No. 1604637 discloses a vacuum motor with a time difference generator using bipolar equilibrium motion.

본 개시는 코깅 토크가 발생하지 않도록 하는 스위치드 릴럭턴스 전동기를 제공하는 것을 해결 과제로 한다. 예를 들어, 본 개시는, 고정자와 결합된 복수의 영구 자석 모듈을 포함하여 영구자석에 의해 형성되는 자기 경로를 조절함으로써 코깅 토크가 발생하지 않도록 하는 스위치드 릴럭턴스 전동기를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.The present disclosure provides a switched reluctance motor in which cogging torque does not occur. For example, the present disclosure provides a switched reluctance motor in which cogging torque does not occur by controlling a magnetic path formed by permanent magnets including a plurality of permanent magnet modules coupled to a stator.

한편, 본 개시가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다Meanwhile, the technical task that the present disclosure seeks to achieve is not limited to the technical task mentioned above, and various technical tasks may be included within a scope that is obvious to a person skilled in the art from the contents described below.

전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기가 개시된다. 상기 스위치드 릴럭턴스 전동기는, 복수의 여자(Excitation) 모듈을 포함하는 고정자 및 상기 고정자와 자기적 상호작용함으로써 회전축을 중심으로 회전하는 회전자를 포함하고, 상기 여자 모듈은, 전동기의 코깅 토크(cogging torque)를 억제하는 하나 이상의 영구자석 모듈을 포함할 수 있다.In order to achieve the above-described task, a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure is disclosed. The switched reluctance motor includes a stator including a plurality of excitation modules and a rotor rotating about a rotational axis by magnetically interacting with the stator, and the excitation modules may include one or more permanent magnet modules that suppress cogging torque of the motor.

본 개시의 일 실시예에 있어서, 상기 회전자는, 상기 고정자 내부에서 상기 회전축을 중심으로 회전할 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the rotor can rotate about the rotational axis within the stator.

본 개시의 일 실시예에 있어서, 상기 영구자석(Stator-PM) 모듈은 상기 여자 모듈에 권선된 코일(coil)의 중심에 위치하고, 하나 이상의 영구자석 및 상기 영구자석과 결합된 하나 이상의 자기 경로 가이드(Magnetic flux path guide)를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the permanent magnet (Stator-PM) module is positioned at the center of a coil wound on the female module and may include one or more permanent magnets and one or more magnetic flux path guides coupled to the permanent magnets.

본 개시의 일 실시예에 있어서, 상기 영구자석 모듈은, 상기 고정자의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치될 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the permanent magnet modules can be arranged at regular intervals along the circumferential direction of the stator.

본 개시의 일 실시예에 있어서, 상기 여자 모듈은, 상기 고정자의 원주 방향을 따라 배치된 복수의 제1 돌극; 상기 제1 돌극 사이에 위치한 하나 이상의 제1 슬롯 및 상기 복수의 제1 돌극에 권선된 코일을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the female module may include a plurality of first poles arranged along a circumferential direction of the stator; one or more first slots positioned between the first poles; and a coil wound around the plurality of first poles.

본 개시의 일 실시예에 있어서, 상기 여자 모듈 사이의 간격은 상기 제1 돌극의 폭과 동일하고, 상기 제1 슬롯의 폭은 상기 제1 돌극의 폭의 2배 이하일 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the spacing between the female modules may be equal to the width of the first protrusion, and the width of the first slot may be no more than twice the width of the first protrusion.

본 개시의 일 실시예에 있어서, 상기 회전자는 복수의 제2 돌극을 포함하고, 상기 제2 돌극의 폭은 상기 제1 돌극의 폭 이상일 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the rotor includes a plurality of second poles, and the width of the second poles may be greater than or equal to the width of the first poles.

본 개시의 일 실시예에 있어서, 상기 코일에 인가되는 전류는, 상기 전류에 의해 유도되는 자기장의 방향이 상기 영구자석 모듈에 의해 생성되는 코일 주변의 자기장을 강화하는 방향으로 인가되는 전류일 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the current applied to the coil may be a current applied in a direction in which a magnetic field induced by the current strengthens a magnetic field around the coil generated by the permanent magnet module.

본 개시의 일 실시예에 있어서, 상기 고정자는, 상기 복수의 여자 모듈 사이의 자속 장벽(flux barrier)을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the stator may further include a flux barrier between the plurality of female modules.

본 개시의 일 실시예에 있어서, 상기 회전자는, 상기 고정자의 외부에서 상기 회전축을 중심으로 회전할 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the rotor is capable of rotating about the rotational axis outside the stator.

본 개시의 일 실시예에 있어서, 상기 고정자는, 위상이 다른 복수의 고정자 모듈을 포함하고, 상기 복수의 고정자 모듈은 동일한 회전축 상에 위치할 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the stator includes a plurality of stator modules having different phases, and the plurality of stator modules can be positioned on the same rotational axis.

전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 전동기 구조가 개시된다. 상기 전동기 구조는, 복수의 여자(Excitation) 모듈을 포함하는 고정자; 상기 고정자와 자기적 상호작용함으로써 회전축을 중심으로 회전하는 회전자를 포함하고, 상기 여자 모듈은 전동기의 코깅 토크(cogging torque)를 억제하는 하나 이상의 영구자석 모듈을 포함할 수 있다An electric motor structure according to one embodiment of the present disclosure for realizing the task as described above is disclosed. The electric motor structure includes a stator including a plurality of excitation modules; a rotor rotating about a rotation axis by magnetically interacting with the stator, and the excitation modules may include one or more permanent magnet modules that suppress cogging torque of the electric motor.

본 개시로 인하여 코깅 토크가 발생하지 않도록 하는 스위치드 릴럭턴스 전동기를 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 개시는, 고정자와 결합된 복수의 영구 자석 모듈을 포함하여 고정자 영구자석(Stator-PM)은 자기 경로 가이드(Magnetic Flux Path Guide)에 의해 고정자 내부로만 영구자석의 자속이 형성되어 코깅 토크가 발생하지 않고, 토크와 출력 밀도가 높은 스위치드 릴럭턴스 전동기를 제공할 수 있다.The present disclosure can provide a switched reluctance motor which does not generate cogging torque. For example, the present disclosure can provide a switched reluctance motor which includes a plurality of permanent magnet modules coupled to a stator, in which the magnetic flux of the permanent magnet is formed only inside the stator by a magnetic flux path guide of a stator permanent magnet (Stator-PM), so that cogging torque does not occur and has high torque and power density.

또한, 본 개시의 스위치드 릴럭턴스 전동기는 고정자에 코일 권선과 영구자석(Stator-PM)을 배치하고,코일 권선은 대체치아 권선으로 배치하고, 영구자석의 자기 경로 가이드를 추가하여 발전 전압이 없어 전동기의 약계자 제어(Field-Weakening Control)시 에너지 소비가 적으며, 외부 자계에 의한 감자 위험이 더 적다.In addition, the switched reluctance motor of the present disclosure arranges coil windings and permanent magnets (Stator-PM) on a stator, arranges the coil windings as replacement tooth windings, and adds a magnetic path guide for the permanent magnet, so that there is no generated voltage, so energy consumption is low during field-weakening control of the motor, and the risk of demagnetization due to an external magnetic field is lower.

또한, 본 개시의 스위치드 릴럭턴스 전동기는 종래의 방법과 비교하여 베어링 전류가 없으며, 종래 회전자 영구자석(Rotor-PM)의 경우 영구자석이 만들어 내는 자기장과 고정자 코어(강자성체)사이 강력한 인력 작용으로 분해, 조립 및 베어링 교환이 어려운 것과 비교하여 본 개시의 고정자 영구자석(Stator-PM)은 인력 작용이 없으므로 분해, 조립 및 베어링 교환이 용이하다. In addition, the switched reluctance motor of the present disclosure has no bearing current compared to conventional methods, and in comparison to the conventional rotor permanent magnet (Rotor-PM) which is difficult to disassemble, assemble, and replace bearings due to the strong attractive force between the magnetic field created by the permanent magnet and the stator core (ferromagnetic material), the stator permanent magnet (Stator-PM) of the present disclosure has no attractive force, so disassembly, assembly, and bearing replacement are easy.

한편, 본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.Meanwhile, the effects of the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and various effects may be included within a range obvious to those skilled in the art from the contents described below.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기의 입체도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기에 포함된 회전자와 고정자를 나타낸 입체도이다.
도 3a는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기를 나타낸 평면도이다.
도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기의 여자 모듈을 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 코일을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 전동기에 인가되는 전류의 방향을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 여자 모듈에 전류가 인가되지 않는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기의 여자 모듈 및 자석에 의해 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 여자 모듈에 전류가 인가되는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기의 회전자 여자 모듈 및 자석에 의해 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 여자 모듈에 전류가 인가되는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기의 회전자 여자 모듈 및 자석에 의해 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 여자 모듈에 전류가 인가되는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 회전자가 고정자 외부에 위치하는 스위치드 릴럭턴스 전동기의 입체도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 회전자가 고정자 외부에 위치하는 스위치드 릴럭턴스 전동기에 포함된 회전자와 고정자를 나타낸 입체도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 여자 모듈에 전류가 인가되는 경우, 회전자가 고정자 외부에 위치하는 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 고정자로 구성된 스위치드 릴럭턴스 전동기의 입체도이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 고정자로 구성된 스위치드 릴럭턴스 전동기에 포함된 회전자와 고정자를 나타낸 입체도이다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 영구자석 모듈이 2개의 영구자석을 포함하는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 여자 모듈에 전류가 인가될 때 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 영구자석 모듈이 4개의 영구자석을 포함하는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 여자 모듈에 전류가 인가될 때 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 영구자석 모듈이 2개의 영구자석을 포함하는 경우 회전자가 고정자 외부에 위치하는 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 여자 모듈에 전류가 인가될 때 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 영구자석 모듈이 4개의 영구자석을 포함하는 경우 회전자가 고정자 외부에 위치하는 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 여자 모듈에 전류가 인가될 때 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기를 제어하기 위한 비대칭 하프 브릿지 컨버터(Asymmetric Half-bridge converter)의 예시적인 회로도이다. FIG. 1 is a three-dimensional diagram of a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 2 is a three-dimensional diagram showing a rotor and a stator included in a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 3a is a plan view illustrating a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 3b is a plan view showing an excitation module of a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 4 is a plan view showing a switched reluctance motor and coil according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 5 is a plan view showing a switched reluctance motor and the direction of current applied to the motor according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 6 is a plan view showing a magnetic field formed by a female module and a magnet of a switched reluctance motor when no current is applied to the female module according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 7 is a plan view showing a magnetic field formed by a rotor excitation module and a magnet of a switched reluctance motor when current is applied to the excitation module according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 8 is a plan view showing a magnetic field formed by a rotor excitation module and a magnet of a switched reluctance motor when current is applied to the excitation module according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 9 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor when current is applied to a female module according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 10 is a three-dimensional drawing of a switched reluctance motor in which the rotor is located outside the stator according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 11 is a three-dimensional diagram illustrating a rotor and a stator included in a switched reluctance motor in which the rotor is located outside the stator according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 12 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor having a rotor positioned outside a stator when current is applied to a female module according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 13 is a three-dimensional diagram of a switched reluctance motor comprising a plurality of stators according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 14 is a three-dimensional diagram illustrating a rotor and a stator included in a switched reluctance motor comprising a plurality of stators according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 15 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor when current is applied to the switched reluctance motor and the excitation module when the permanent magnet module according to one embodiment of the present disclosure includes two permanent magnets.
FIG. 16 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor when current is applied to the switched reluctance motor and the excitation module when the permanent magnet module according to one embodiment of the present disclosure includes four permanent magnets.
FIG. 17 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor when current is applied to the excitation module and the rotor is positioned outside the stator when the permanent magnet module according to one embodiment of the present disclosure includes two permanent magnets.
FIG. 18 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor when current is applied to a magnetizing module and a rotor positioned outside a stator when a permanent magnet module according to one embodiment of the present disclosure includes four permanent magnets.
FIG. 19 is an exemplary circuit diagram of an asymmetric half-bridge converter for controlling a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시에 따른 '영구 자석이 포함된 스위치드 릴럭턴스 전동기'를 상세하게 설명한다. 설명하는 실시예들은, 본 개시의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 개시가 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 개시의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.Hereinafter, a 'switched reluctance motor including a permanent magnet' according to the present disclosure will be described in detail with reference to the attached drawings. The described embodiments are provided so that a person skilled in the art can easily understand the technical idea of the present disclosure, and the present disclosure is not limited thereby. In addition, matters expressed in the attached drawings are schematic drawings for easily explaining embodiments of the present disclosure, and may differ from the form actually implemented.

한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 개시를 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 개시의 다른 구현에서는 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. Meanwhile, each component expressed below is only an example for implementing the present disclosure. Therefore, in other implementations of the present disclosure, other components may be used without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, 개방형의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.Additionally, the expression 'including' certain components is an open expression, simply indicating the presence of those components, and should not be understood as excluding additional components.

본 개시에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기는, 복수의 여자(Excitation) 모듈을 포함하는 고정자, 상기 고정자와 자기적 상호작용함으로써 회전축을 중심으로 회전하는 회전자 및 고정자와 결합된 복수의 영구자석 모듈을 포함할 수 있다. 고정자와 결합된 복수의 영구자석 모듈은 영구자석 및 영구자석과 결합되는 하나 이상의 자기 경로 가이드를 포함할 수 있다. 영구자석 모듈은 스위치드 릴럭턴스 전동기에 권선된 코일(coil)의 중심에 위치할 수 있다. A switched reluctance motor according to the present disclosure may include a stator including a plurality of excitation modules, a rotor rotating about a rotational axis by magnetically interacting with the stator, and a plurality of permanent magnet modules coupled to the stator. The plurality of permanent magnet modules coupled to the stator may include permanent magnets and one or more magnetic path guides coupled to the permanent magnets. The permanent magnet modules may be positioned at the center of a coil wound in the switched reluctance motor.

영구자석이 회전자에 있을 경우 회전자 영구자석(Rotor-PM) 전동기는 영구자석이 만들어 내는 자기장과 고정자 코어(강자성체) 사이 인력 작용으로 즉 코깅 토크(cogging torque)가 발생하였다. When permanent magnets are located in the rotor, the rotor-permanent magnet (Rotor-PM) motor generates cogging torque due to the attractive force between the magnetic field created by the permanent magnets and the stator core (ferromagnetic material).

본 개시에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기는 영구자석(Stator-PM)을 코일의 중심에 배치하고, 코일 권선은 대체 치아 권산으로 하고, 코일 권선에 의해 생성되는 자속이 영구자석에 의해 생성되는 자속을 강화하도록 배치하고, 영구자석의 자기 경로 가이드를 추가하여 영구자석이 만들어 내는 자기장과 전동기의 고정자에 권선된 코일이 만들어내는 자기장을 독립적으로 제어할 수 있다. 결과적으로 코일 권선에 전류가 흐르지 않을 때 공극과 회전자에는 영구자석의 자속이 거의 생성되지 않고 고정자 내부로만 형성되어 코깅 토크가 억제되며, 코일 권선에 전류를 인가하는 경우 인가된 전류에 의해 생성되는 자속과 영구자석의 자속 자속이 더해져 전자기력이 증가되어 더 높은 전자기 토크 및 효율이 증가하고 영구자석이 있음에도 불구하고 유도전압 이나 코깅 토크가 발생하지 않는 효과가 있다.The switched reluctance motor according to the present disclosure arranges a permanent magnet (Stator-PM) at the center of the coil, the coil winding has an alternate tooth winding, and arranges the magnetic flux generated by the coil winding to reinforce the magnetic flux generated by the permanent magnet, and adds a magnetic path guide of the permanent magnet so that the magnetic field generated by the permanent magnet and the magnetic field generated by the coil wound on the stator of the motor can be independently controlled. As a result, when no current flows in the coil winding, the magnetic flux of the permanent magnet is hardly generated in the gap and the rotor and is formed only inside the stator, so that the cogging torque is suppressed, and when current is applied to the coil winding, the magnetic flux generated by the applied current and the magnetic flux of the permanent magnet are added to increase the electromagnetic force, so that a higher electromagnetic torque and efficiency are achieved, and despite the presence of the permanent magnet, there is an effect of no generation of induced voltage or cogging torque.

이하, 도 1 내지 도 14를 참조하여, 본 개시의 실시예들이 도면을 참조하여 설명된다. 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 개시의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 이러한 실시예들은 이러한 구체적인 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 14, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In this specification, various descriptions are provided to provide an understanding of the present disclosure. However, it will be apparent that these embodiments may be practiced without these specific descriptions.

더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the term "or" is intended to mean an inclusive "or" rather than an exclusive "or." That is, unless otherwise specified or clear from the context, "X employs A or B" is intended to mean either of the natural inclusive permutations. That is, if X employs A; X employs B; or X employs both A and B, "X employs A or B" can apply to any of these cases. Furthermore, the term "and/or" as used herein should be understood to refer to and include all possible combinations of one or more of the associated items listed.

또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the terms "comprises" and/or "comprising" should be understood to mean the presence of the features and/or components. However, it should be understood that the terms "comprises" and/or "comprising" do not exclude the presence or addition of one or more other features, components, and/or groups thereof. Also, unless otherwise specified or clear from the context to refer to the singular form, the singular form as used in the specification and claims should generally be construed to mean "one or more."

그리고, “A 또는 B 중 적어도 하나”이라는 용어는, “A만을 포함하는 경우”, “B만을 포함하는 경우”, “A 와 B의 구성으로 조합된 경우”를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. And, the term “at least one of A or B” should be interpreted to mean “if it includes only A,” “if it includes only B,” or “if it is combined in the composition of A and B.”

제시된 실시예들에 대한 설명은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예 들로 한정되는 것이 아니다. 본 개시는 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the disclosed embodiments is provided to enable a person skilled in the art to make or use the present disclosure. Various modifications to these embodiments will be apparent to a person skilled in the art. The general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the present disclosure. Thus, the present disclosure is not limited to the embodiments set forth herein. The present disclosure is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기의 입체도이다.FIG. 1 is a three-dimensional diagram of a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure.

본 개시의 스위치드 릴럭턴스 전동기는 고정자(100)와 회전자(300)를 포함할 수 있다. 회전자(300)는 고정자(100)내부에 위치할 수 있으며, 고정자(100)와 동일한 회전축을 공유하고, 고정자와 자기적 상호작용을 통해 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. The switched reluctance motor of the present disclosure may include a stator (100) and a rotor (300). The rotor (300) may be positioned inside the stator (100), share the same rotational axis as the stator (100), and rotate about the rotational axis through magnetic interaction with the stator.

도 1에는 도시되지 않았으나, 스위치드 릴럭턴스 전동기의 동작을 위해 고정자(100)에 전류가 인가된 코일이 결합될 수 있다. 본 개시에서 코일은 대체 치 권선(Alternate Teeth wound)으로 권선될 수 있으나, 동일한 효과를 발생시키기 위한 다른 권선 방법이 제한 없이 사용될 수 있다.Although not shown in FIG. 1, an energized coil may be coupled to the stator (100) for operation of the switched reluctance motor. In the present disclosure, the coil may be wound with an alternate teeth wound, but other winding methods may be used without limitation to produce the same effect.

고정자(100)는 복수의 영구자석 모듈(110)을 포함할 수 있다. 영구자석 모듈(110)은 고정자와 결합되어, 고정자의 코일에 인가되는 전류에 따라 영구자석에 의해 생성되는 자기장을 조정하는 역할을 수행할 수 있다. 영구 자석 모듈(110)은 영구 자석의 S극과 N극을 연결하는 자기 경로 가이드를 포함할 수 있다. 영구 자석의 자기 경로 가이드는 전동기에 포함되는 철심(core)과 같은 원리로, 영구자석에 의해 형성되는 자기장을 영구자석 주위의 영역에만 집중되도록 유도할 수 있다.The stator (100) may include a plurality of permanent magnet modules (110). The permanent magnet modules (110) may be coupled to the stator and may play a role in adjusting a magnetic field generated by the permanent magnets according to a current applied to a coil of the stator. The permanent magnet modules (110) may include a magnetic path guide connecting the S pole and the N pole of the permanent magnets. The magnetic path guide of the permanent magnet may induce the magnetic field formed by the permanent magnets to be concentrated only in an area around the permanent magnets, in the same principle as a core included in an electric motor.

본 개시의 영구자석 모듈은 전동기에 권선된 코일의 중심에 위치할 수 있다. 이 때 코일의 중심이란, 전동기에 권선된 코일이 형성하는 평면(plane)에 대하여, 평면과 수직을 이루는 직선 상의 좌표를 의미할 수 있다.The permanent magnet module of the present disclosure may be positioned at the center of a coil wound on an electric motor. At this time, the center of the coil may mean a coordinate on a straight line perpendicular to a plane formed by the coil wound on the electric motor.

본 개시의 전동기에 영구자석 모듈과 자기경로 가이드를 추가 배치함으로써 전동기의 유도전압 이나 코깅 토크를 억제하고, 출력 밀도를 증가시켜 전동기의 효율을 향상시킬 수 있다.By additionally arranging a permanent magnet module and a magnetic path guide in the motor of the present disclosure, the induced voltage or cogging torque of the motor can be suppressed, and the power density can be increased, thereby improving the efficiency of the motor.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기에 포함된 회전자와 고정자를 나타낸 입체도이다.FIG. 2 is a three-dimensional diagram showing a rotor and a stator included in a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure.

회전자(300)는 고정자(100)와 분리될 수 있으며, 회전자(300) 및 고정자(100)는 자기적 상호작용을 위한 복수의 돌극(teeth)을 포함할 수 있다. The rotor (300) may be separated from the stator (100), and the rotor (300) and stator (100) may include a plurality of teeth for magnetic interaction.

도 3a는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기를 나타낸 평면도이다.FIG. 3a is a plan view illustrating a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure.

본 개시의 스위치드 릴럭턴스 전동기는 고정자(100)와 회전자(300)를 포함할 수 있다. 고정자(100)는 하나 이상의 영구자석 모듈(110)을 포함하는 단위인 여자 모듈(140)을 포함할 수 있고, 고정자는 동일한 형태를 가진 복수의 여자 모듈(140)로 구성될 수 있다. 여자 모듈은 고정자의 회전축을 중심으로 대칭 구조로 배열될 수 있다.The switched reluctance motor of the present disclosure may include a stator (100) and a rotor (300). The stator (100) may include an excitation module (140), which is a unit including one or more permanent magnet modules (110), and the stator may be composed of a plurality of excitation modules (140) having the same shape. The excitation modules may be arranged in a symmetrical structure centered on the rotational axis of the stator.

고정자(100) 내에서, 고정자(100)를 구성하는 각각의 여자 모듈(140) 사이 자속 장벽(Flux Barrier)(미도시)가 배치될 수 있다. 자속 장벽(미도시)은 각각의 여자 모듈이 발생시키는 자기장에 의한 상호 간섭을 차단하는 역할을 수행할 수 있다.Within the stator (100), a flux barrier (not shown) may be placed between each of the female modules (140) constituting the stator (100). The flux barrier (not shown) may serve to block mutual interference caused by the magnetic fields generated by each of the female modules.

각각의 여자 모듈은 고정자(100)의 원주 방향을 따라 배치된 복수의 제1 돌극 및 제1 돌극 사이에 위치한 하나 이상의 제1 슬롯을 포함할 수 있다. 또한 각 여자 모듈 사이의 간격은 제1 돌극의 폭과 동일하고, 제1 슬롯의 폭은 제1 돌극의 폭의 2배 이하일 수 있다. Each female module may include a plurality of first poles arranged along the circumferential direction of the stator (100) and one or more first slots positioned between the first poles. In addition, the spacing between each female module may be equal to the width of the first poles, and the width of the first slot may be less than twice the width of the first poles.

또한, 본 개시에서 회전자는 복수의 제2 돌극을 포함할 수 있다. 회전자에 포함된 복수의 제2 돌극의 폭은 제1 돌극의 폭 이상일 수 있다.Additionally, the rotor in the present disclosure may include a plurality of second poles. The width of the plurality of second poles included in the rotor may be greater than or equal to the width of the first pole.

도 3a에 도시된 실시예의 경우, 고정자(100)는 6개의 여자 모듈을 포함할 수 있으며, 각각의 여자 모듈(140)은 하나의 영구자석 모듈(110) 및 4개의 돌극을 포함할 수 있다.For the embodiment illustrated in FIG. 3a, the stator (100) may include six female modules, each of which may include one permanent magnet module (110) and four salient poles.

본 개시에서, 고정자(100)의 돌극의 수는 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다.In the present disclosure, the number of poles of the stator (100) can be calculated as in [Mathematical Formula 1].

이 때, S_teeth는 고정자에 포함된 돌극의 수이고, M_p는 하나의 여자 모듈에 존재하는 Here, S_teeth is the number of salient poles included in the stator, and M_p is the number of poles present in one female module.

돌극의 수, P는 서로 대칭 구조인 여자 모듈로 구성된 상(phase)의 수, n은 정수를 의미할 수 있다.The number of poles, P is the number of phases composed of female modules with a symmetrical structure, and n can mean an integer.

또한, 본 개시에서 고정자의 돌극 각도는 [수학식 2]와 같이 계산될 수 있다.Additionally, in the present disclosure, the stator's salient angle can be calculated as in [Mathematical Formula 2].

이 때 S_pa는 고정자에 포함된 돌극 간 각도이고, 이 때 P는 서로 대칭 구조인 여자 모듈로 구성된 상(phase)의 수, n은 정수, d는 미리 결정된 상수를 의미할 수 있다.Here, S_pa is the angle between the salient poles included in the stator, P is the number of phases composed of female modules with a symmetrical structure, n is an integer, and d can mean a predetermined constant.

또한, 본 개시에서 회전자의 돌극 수는 [수학식 3]과 같이 계산될 수 있다.Additionally, in the present disclosure, the number of rotor poles can be calculated as in [Mathematical Formula 3].

이 때 R_p는 회전자에 포함된 돌극의 수이고, S pa는 고정자 돌극 각도, R_pd는 정수(예를 들어, 3)를 의미할 수 있다.Here, R_p represents the number of poles included in the rotor, S pa represents the stator pole angle, and R_pd represents an integer (for example, 3).

예를 들어, 도 2에 도시된 실시예의 경우 고정자(100)는 6개의 여자 모듈로 구성되어 24개의 돌극을 포함할 수 있으며, 이 경우 회전자(300)는 22개의 돌극을 포함할 수 있다. For example, in the embodiment illustrated in FIG. 2, the stator (100) may be composed of six female modules and may include 24 poles, in which case the rotor (300) may include 22 poles.

도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기의 여자 모듈을 나타낸 평면도이다.FIG. 3b is a plan view showing an excitation module of a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure.

상술하였듯, 본 개시의 스위치드 릴럭턴스 전동기는 복수의 여자 모듈(140)을 포함할 수 있고, 각각의 여자 모듈(140)은 영구자석 모듈 및 복수의 돌극(141)을 포함할 수 있다. 여자 모듈(140)에 포함된 돌극(141)은 회전자의 돌극과 자기적 상호작용을 통해, 회전자를 회전시키는 데 기여할 수 있다.As described above, the switched reluctance motor of the present disclosure may include a plurality of excitation modules (140), and each excitation module (140) may include a permanent magnet module and a plurality of salient poles (141). The salient poles (141) included in the excitation module (140) may contribute to rotating the rotor through magnetic interaction with the salient poles of the rotor.

본 개시의 영구 자석 모듈(110)은 전동기의 여자 모듈에 권선된 코일(130)의 중심에 위치하고, 하나 이상의 영구 자석 및 영구 자석과 결합된 하나 이상의 자기 경로 가이드를 포함할 수 있다. 후술할 도 4와 같이 본 개시에서 코일(130)은 여자 모듈에 포함된, 즉 고정자에 포함된 복수의 제1 돌극을 매개로 권선되므로, 영구 자석 모듈(110)은 서로 이웃한 제1 돌극의 사이에 위치할 수 있다.The permanent magnet module (110) of the present disclosure is positioned at the center of a coil (130) wound on a female module of an electric motor, and may include one or more permanent magnets and one or more magnetic path guides coupled with the permanent magnets. As shown in FIG. 4 described below, the coil (130) in the present disclosure is wound via a plurality of first poles included in the female module, i.e., included in the stator, so the permanent magnet module (110) may be positioned between the first poles adjacent to each other.

영구 자석 모듈(110)에 포함된 하나 이상의 영구자석은 S극에서 N극으로 자화되는 바, 전동기 내에서 S극에서 N극으로 자화되는 방향이 원주의 방향과 수직이 되도록 배치될 수 있는 바, 영구 자석의 S극에서 N극으로 자화되는 방향이 원주의 방향과 수직으로 배치되어 있는 실시예가 도 3b에 도시되어 있다.One or more permanent magnets included in the permanent magnet module (110) are magnetized from the S pole to the N pole, and can be arranged so that the direction of magnetization from the S pole to the N pole within the motor is perpendicular to the direction of the circumference, and an embodiment in which the direction of magnetization from the S pole to the N pole of the permanent magnet is arranged perpendicular to the direction of the circumference is illustrated in FIG. 3b.

이와 달리 영구 자석 모듈(110)내부에서 복수의 영구자석이 S극에서 N극으로 자화되는 방향이 원주의 방향과 일치하도록 배치될 수 있다. 이 때 각각의 영구자석은 같은 극이 서로 마주보는 형태로 볼 수 있다. 즉 하나의 영구 자석 모듈(110)이 두 개의 영구 자석을 포함할 때, 각각의 영구자석은 대칭적으로 배치되어 있으며, 왼쪽의 영구자석의 N극은 영구자석 모듈 외부 방향, 오른쪽의 영구자석의 N극은 영구자석 모듈 외부 방향으로 배치될 수 있다.In contrast, multiple permanent magnets within the permanent magnet module (110) may be arranged so that the direction in which they are magnetized from the S pole to the N pole matches the direction of the circle. At this time, each permanent magnet may be viewed as having the same poles facing each other. That is, when one permanent magnet module (110) includes two permanent magnets, each permanent magnet may be arranged symmetrically, and the N pole of the permanent magnet on the left may be arranged toward the outside of the permanent magnet module, and the N pole of the permanent magnet on the right may be arranged toward the outside of the permanent magnet module.

영구 자석 모듈(110)에 포함된 자기 경로 가이드는 영구 자석 모듈(110)에 포함된 영구 자석의 S극에 가까운 부분과 N극에 가까운 부분을 연결하는 전도체일 수 있다. 결과적으로, 본 개시에서 영구 자석 모듈에 포함된 자기 경로 가이드는 전동기에 전류가 인가되지 않을 때 영구 자석 모듈에 포함된 영구 자석이 형성하는 자기장을 자기 경로 가이드 내부에 집중시키는 한편, 영구 자석 모듈 외부에 형성되는 자기장을 감소시키는 역할을 할 수 있다.The magnetic path guide included in the permanent magnet module (110) may be a conductor connecting a portion close to the S pole and a portion close to the N pole of the permanent magnet included in the permanent magnet module (110). As a result, the magnetic path guide included in the permanent magnet module in the present disclosure may play a role in concentrating a magnetic field formed by a permanent magnet included in the permanent magnet module inside the magnetic path guide when no current is applied to the motor, while reducing a magnetic field formed outside the permanent magnet module.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 코일을 나타낸 평면도이다.FIG. 4 is a plan view showing a switched reluctance motor and coil according to one embodiment of the present disclosure.

본 개시의 스위치드 릴럭턴스 전동기는 고정자(100)를 포함하고, 고정자의 일부 돌극에 전류가 인가되는 코일(130)이 권선될 수 있다. 코일(130)은 전동기의 기본적인 원리에 의해, 회전자의 주변에 자기장을 형성하고, 회전자와 자기적 상호작용을 통해 회전자의 회전에 기여할 수 있다.The switched reluctance motor of the present disclosure includes a stator (100), and coils (130) that are energized by some of the stator's salient poles can be wound. The coils (130) can form a magnetic field around the rotor and contribute to the rotation of the rotor through magnetic interaction with the rotor according to the basic principle of the motor.

본 개시에서, 스위치드 릴럭턴스 전동기에 권선된 코일(130)은 대체 돌극 권선(Alternate Teeth Winding)의 형태일 수 있으며, 분포 권선(Distributed Winding)의 형태일 수 있으며, 1층 권선(Single Layer)의 형태일 수 있다. 그러나 간단한 설계 변경을 통해 널리 알려진 다른 방식으로 코일을 권선할 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명하며, 본 개시의 코일의 형태는 위에 예시로 든 권선 방법에 한정되지 아니한다.In the present disclosure, the coil (130) wound on the switched reluctance motor may be in the form of an alternate teeth winding, a distributed winding, or a single layer winding. However, it is obvious to those skilled in the art that the coil may be wound in other widely known ways through a simple design change, and the form of the coil of the present disclosure is not limited to the winding method exemplified above.

본 개시의 일 실시예에서 코일(130)의 중앙에는 영구 자석 모듈(110)이 배치될 수 있다. 이 경우 코일(130)은 영구 자석 모듈(110)을 감싸는 형태로 권선될 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, a permanent magnet module (110) may be placed at the center of the coil (130). In this case, the coil (130) may be wound in a form that surrounds the permanent magnet module (110).

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 전동기에 인가되는 전류의 방향을 나타낸 평면도이다.FIG. 5 is a plan view showing a switched reluctance motor and the direction of current applied to the motor according to one embodiment of the present disclosure.

본 개시에서, 고정자(100)에 권선된 코일에 전류가 인가될 수 있는 바, 코일에 인가된 전류(310)가 평면에서 나오는 방향으로 흐르는 경우 'O'로 표시될 수 있고, 코일에서 인가된 전류(320)가 평면으로 들어가는 방향으로 흐르는 경우 'X'로 표시될 수 있다. 앙페르의 법칙(Ampere's law)에 의해 권선된 코일에 전류가 흐르는 경우 코일 주위에 자기장이 형성되며, 자기장의 방향은 전류에 수직한 면 안에서 동심원의 모양을 이룬다. 또한 자기장의 방향은 나사못을 오른쪽으로 돌릴 때의 방향과 같다.In the present disclosure, a current may be applied to a coil wound on a stator (100). When the current (310) applied to the coil flows in a direction coming out of the plane, it may be indicated as 'O', and when the current (320) applied from the coil flows in a direction entering the plane, it may be indicated as 'X'. When a current flows in a coil wound according to Ampere's law, a magnetic field is formed around the coil, and the direction of the magnetic field forms a concentric circle within a plane perpendicular to the current. In addition, the direction of the magnetic field is the same as the direction when a screw is turned to the right.

도 4에 도시된 것과 같이 고정자(100)에 코일(130)이 권선된 경우, 고정자(100) 및 고정자 주변에 흐르는 전류는 도 5와 같이 도시될 수 있다. When a coil (130) is wound around a stator (100) as shown in FIG. 4, the current flowing through the stator (100) and around the stator can be shown as shown in FIG. 5.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 여자 모듈에 전류가 인가되지 않는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기의 여자 모듈 및 자석에 의해 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.FIG. 6 is a plan view showing a magnetic field formed by a female module and a magnet of a switched reluctance motor when no current is applied to the female module according to one embodiment of the present disclosure.

여자 모듈에 전류가 인가되지 않는 경우, 여자 모듈에 권선된 코일에 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서 코일에 흐르는 전류(310 및 320)에 의해 형성되는 자기장 또한 소멸한다. 이 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에서 자기장을 형성하는 요소는 여자 모듈(140)에 포함된 영구 자석 모듈(110)만이 존재한다. 영구 자석 모듈(110)은 N극이 고정자(100)의 중심을 향하고 S극이 고정자(100)의 바깥을 향하도록 배치될 수 있다. 이 때 영구 자석에 의해 생성되는 자기장(400)은, 영구 자석 모듈(110)에 포함된 영구 자석의 자기 경로 가이드에 의해 영구 자석의 주변에 집중적으로 분포하게 되고, 고정자(100)내부에서만 형성된다. 따라서 영구 자석 모듈(110)과 떨어져 있는 회전자(300)는 영구 자석 모듈(110)에 포함된 영구 자석의 자기장의 영향을 받지 않게 된다.When no current is applied to the female module, no current flows through the coil wound on the female module. Therefore, the magnetic field formed by the current (310 and 320) flowing through the coil also disappears. In this case, the only element forming a magnetic field in the entire switched reluctance motor is the permanent magnet module (110) included in the female module (140). The permanent magnet module (110) may be arranged so that the N pole faces the center of the stator (100) and the S pole faces the outside of the stator (100). At this time, the magnetic field (400) generated by the permanent magnet is concentratedly distributed around the permanent magnet by the magnetic path guide of the permanent magnet included in the permanent magnet module (110) and is formed only inside the stator (100). Therefore, the rotor (300) separated from the permanent magnet module (110) is not affected by the magnetic field of the permanent magnet included in the permanent magnet module (110).

이와 같이 여자 모듈에 전류가 인가되지 않는 경우 회전자(300)는 관성에 의해 회전하거나 정지해있을 수 있고, 외부의 자기장에 의한 코깅 토크가 발생하지 않게 된다. 종래 영구자석을 포함하는 전동기의 경우 영구자석에 의해 형성되는 자기장이 회전자에 항상 영향을 미치고 있으므로, 회전자의 동작 중 회전자의 동작과 반대 방향의 토크인 코깅 토크가 발생하는 구간이 반드시 존재하였다. 본 개시와 같이 영구 자석의 자기 경로 가이드를 포함하는 영구 자석 모듈(110)을 도입하는 경우, 회전자에 영향을 미치는 자기장을 최소화할 수 있고, 따라서 코깅 토크의 발생을 배제할 수 있다.In this way, when no current is applied to the female module, the rotor (300) can rotate by inertia or remain stationary, and cogging torque due to an external magnetic field does not occur. In the case of a conventional motor including a permanent magnet, since the magnetic field formed by the permanent magnet always affects the rotor, there was always a section in which cogging torque, which is a torque in the opposite direction to the rotor operation, occurred during the operation of the rotor. When a permanent magnet module (110) including a magnetic path guide of a permanent magnet as in the present disclosure is introduced, the magnetic field affecting the rotor can be minimized, and thus the occurrence of cogging torque can be eliminated.

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 여자 모듈에 전류가 인가되는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기의 회전자 여자 모듈 및 자석에 의해 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.FIG. 7 is a plan view showing a magnetic field formed by a rotor excitation module and a magnet of a switched reluctance motor when current is applied to the excitation module according to one embodiment of the present disclosure.

여자 모듈에 전류가 인가되는 경우, 즉 여자 모듈에 포함된 코일에 전류가 인가되는 경우, 코일에 인가되는 전류는 전류에 의해 유도되는 자기장의 방향이 영구 자석 모듈(110)에 의해 생성되는 코일 주변의 자기장과 같은 방향을 가질 수 있다. 이하 도 7을 참조하여 코일에 인가되는 전류에 의해 생성된 자기장과 영구 자석 모듈(110)에 의해 생성되는 자기장의 상호작용을 설명한다.When a current is applied to the female module, that is, when a current is applied to the coil included in the female module, the current applied to the coil may have a direction in which a magnetic field induced by the current has the same direction as a magnetic field around the coil generated by the permanent magnet module (110). Hereinafter, the interaction between the magnetic field generated by the current applied to the coil and the magnetic field generated by the permanent magnet module (110) will be described with reference to FIG. 7.

여자 모듈에 전류가 인가되어 평면으로 들어가는 방향의 전류(310)와 평면에서 나오는 방향의 전류(320)가 형성되는 경우, 평면으로 들어가는 전류(310)를 중심으로 시계 방향의 자기장이 형성되고 평면에서 나오는 방향의 전류(320)를 중심으로 반시계 방향의 자기장이 형성된다. 도 7과 같이 영구 자석 모듈(110)의 N극이 고정자(100)의 중심을 향하고 S극이 고정자(100)의 바깥을 향하도록 배치된 경우, 영구 자석 모듈(110)의 N극에서 나오는 자기장(410)은 자기 경로 가이드를 따라 바로 S극으로 들어가지 않고 전류에 의해 생성된 자기장(420)과 상호작용한다. 영구자석에서 나온 자기장(410)은 전류에 의해 생성된 자기장(420)과 상호작용하여 고정자(100)의 돌극에서 공극(Airgap) 및 회전자(300)의 돌극을 경유하도록 유도된 후 전류에 의해 생성된 자기장(420) 주위를 돌아 최종적으로 S극으로 들어가게 된다. 또한 여자 모듈에 전류가 인가되는 경우, 영구 자석 및 전류에 의해 생성된 자기장은 전동기를 구성하는 여자 모듈 사이의 에어 갭(air gap)에 의해 다른 여자 모듈을 침범하지 않는다.When current is applied to the female module and a current (310) entering the plane and a current (320) exiting the plane are formed, a clockwise magnetic field is formed centered on the current (310) entering the plane and a counterclockwise magnetic field is formed centered on the current (320) exiting the plane. When the N pole of the permanent magnet module (110) is arranged so that the N pole faces the center of the stator (100) and the S pole faces the outside of the stator (100) as shown in Fig. 7, the magnetic field (410) exiting from the N pole of the permanent magnet module (110) does not enter the S pole directly along the magnetic path guide but interacts with the magnetic field (420) generated by the current. The magnetic field (410) from the permanent magnet interacts with the magnetic field (420) generated by the current, and is induced to pass from the salient pole of the stator (100) through the air gap and the salient pole of the rotor (300), and then circles around the magnetic field (420) generated by the current and finally enters the S pole. In addition, when current is applied to the female module, the magnetic field generated by the permanent magnet and the current does not invade other female modules constituting the motor due to the air gap between the female modules.

스위치드 릴럭턴스 전동기는 자기 회로의 인덕턴스가 최소화되는 방향으로 토크가 형성되는 것을 원리로 하여 동작하므로, 본 개시의 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기에 전류가 인가되면 고정자(100)와 회전자(300)의 돌극이 서로 정렬되는 방향의 토크가 형성된다. A switched reluctance motor operates on the principle that torque is formed in the direction in which the inductance of the magnetic circuit is minimized. Therefore, in the case of the present disclosure, when current is applied to the switched reluctance motor, torque is formed in the direction in which the salient poles of the stator (100) and the rotor (300) are aligned with each other.

이 때 각각의 지점에서 영구 자석 모듈에 의해 형성되는 자기장(410)과 전류에 의해 생성된 자기장(420)은 같은 극끼리의 척력 작용으로 강제로 고정자(100)의 돌극에서 공극으로 밀어 공극에서 영구자석에 의해 생성된 자속과 권선에 의해 생성된 자속이 더해져 자기장의 세기가 증가한다. 회전자에 발생하는 토크의 크기는 회전자가 영향을 받는 자기장의 세기에 비례하므로, 전동기의 토크가 증가하는 효과가 발생한다.At this time, the magnetic field (410) formed by the permanent magnet module at each point and the magnetic field (420) generated by the current are forcibly pushed from the salient pole of the stator (100) to the gap by the repulsive force between the same poles, and the magnetic flux generated by the permanent magnet in the gap and the magnetic flux generated by the winding are added, thereby increasing the strength of the magnetic field. Since the size of the torque generated in the rotor is proportional to the strength of the magnetic field affected by the rotor, the effect of increasing the torque of the motor occurs.

도 6과 연관지어 설명하면, 본 개시의 스위치드 릴럭턴스 전동기는 비대칭As explained in connection with Fig. 6, the switched reluctance motor of the present disclosure is asymmetrical.

하프 브릿지(half bridge)와 같은 회로에 의해 제어되어 동작할 수 있다. 구체적으로 고정자의 돌극과 회전자의 돌극이 일치하지 않는 시점에 코일에 전류를 인가하여 돌극이 일치하는 방향 즉 회전 방향으로 토크를 가할 수 있고, 고정자의 돌극과 회전자의 돌극이 일치하는 시점에 코일에 전류를 인가하지 않음으로써 회전자에 영향을 미치는 자기장을 최소화하여 회전자가 관성에 따라 회전하게 할 수 있다. 이 경우 통상적으로 고정자의 돌극과 회전자의 돌극이 일치하는 시점에 자기장의 변화를 줄이려는 방향으로 회전 방향과 반대 방향으로 발생하는 코깅 토크를 발생시키지 않을 수 있다. 따라서 전동기가 코깅 토크의 영향을 받지 않고 더 효율적으로 동작하는 효과가 발생한다.It can be controlled and operated by a circuit such as a half bridge. Specifically, by applying current to the coil at a time when the stator's salient pole and the rotor's salient pole do not match, torque can be applied in the direction in which the salient poles match, i.e., the rotational direction, and by not applying current to the coil at a time when the stator's salient pole and the rotor's salient pole match, the magnetic field affecting the rotor can be minimized, so that the rotor rotates according to inertia. In this case, the cogging torque, which usually occurs in the direction opposite to the rotational direction to reduce the change in the magnetic field at the time when the stator's salient pole and the rotor's salient pole match, can be avoided. Therefore, the effect of the motor operating more efficiently without being affected by the cogging torque occurs.

도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 여자 모듈에 전류가 인가되는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기의 회전자 여자 모듈 및 자석에 의해 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.FIG. 8 is a plan view showing a magnetic field formed by a rotor excitation module and a magnet of a switched reluctance motor when current is applied to the excitation module according to one embodiment of the present disclosure.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 스위치드 릴럭턴스 전동기는 영구 자석 모듈(110)은 N극이 고정자(100)의 바깥을 향하고 S극이 고정자(100)의 안쪽을 향하도록 배치되는 방식으로 구현될 수 있다. 이 경우 고정자(100)에 권선된 코일에 인가되는 전류의 방향은 도 7에 도시된 실시예와 반대 방향일 수 있으며, 전동기의 각 포인트에서 전류에 의해 생성된 자기장(420)은 영구자석에 의해 생성된 자기장(410)을 강화하는 방향일 수 있다. 구체적으로, 영구자석에 의해 생성된 자기장(410)은 N극에서 출발하여 고정자의 바깥에서 퍼진 다음, 전류에 의해 생성된 자기장(420)을 따라 회전자 방향으로 유도되고, 회전자와 고정자의 돌극을 경유하여 다시 영구 자석의 S극으로 돌아온다.According to one embodiment of the present disclosure, the switched reluctance motor may be implemented in such a way that the permanent magnet module (110) is arranged such that the N pole faces the outside of the stator (100) and the S pole faces the inside of the stator (100). In this case, the direction of the current applied to the coil wound on the stator (100) may be the opposite direction to the embodiment illustrated in FIG. 7, and the magnetic field (420) generated by the current at each point of the motor may be in a direction that strengthens the magnetic field (410) generated by the permanent magnet. Specifically, the magnetic field (410) generated by the permanent magnet starts from the N pole, spreads outside the stator, and is induced toward the rotor along the magnetic field (420) generated by the current, and returns to the S pole of the permanent magnet again via the salient pole of the rotor and the stator.

동일한 원리로, 이렇게 구현된 경우 코깅 토크의 영향을 배제하면서 전동기가 동작할 수 있고, 전동기의 출력밀도, 토크, 효율이 높아지는 효과가 발생한다.By the same principle, when implemented in this way, the motor can operate while excluding the influence of cogging torque, and the power density, torque, and efficiency of the motor are increased.

도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 여자 모듈에 전류가 인가되는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.FIG. 9 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor when current is applied to a female module according to one embodiment of the present disclosure.

본 개시의 일 실시예에서, 일부의 여자 모듈에 권선된 코일에만 전류를 인가함으로써 스위치드 릴럭턴스 전동기가 제어될 수 있다. 예를 들어, 스위치드 릴럭턴스 전동기를 구동하는 특정 시점에서, 고정자(100)에 포함된 여자 모듈 중 여자 모듈의 돌극과 회전자(300)의 돌극이 정렬되거나 가까운 위치에 있는 여자 모듈의 코일에만 전류를 인가할 수 있다. 즉 도 9의 경우 12시 방향 및 6시 방향의 여자 모듈의 코일에만 전류를 인가할 수 있다. 이 경우 12시 방향 및 6시 방향에서는 영구 자석 모듈에 의해 생성된 자기장 및 전류에 의해 생성된 자기장에 의해 회전자에 대하여 회전 방향의 토크가 형성되고, 나머지 방향의 여자 모듈에서는 영구 자석의 자기 경로 가이드에 의해 회전자가 자기장의 영향을 받지 않게 된다. 따라서 회전자에 회전 방향의 토크를 생성하되 나머지 여자 모듈에 대하여는 코깅 토크가 발생하지 않도록 스위치드 릴럭턴스 전동기를 제어할 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, a switched reluctance motor can be controlled by applying current only to coils wound on some of the excitation modules. For example, at a specific point in time when driving the switched reluctance motor, current can be applied only to coils of excitation modules included in the stator (100) whose salient poles are aligned or close to those of the rotor (300). That is, in the case of FIG. 9, current can be applied only to coils of excitation modules in the 12 o'clock direction and the 6 o'clock direction. In this case, in the 12 o'clock direction and the 6 o'clock direction, a rotational torque is formed for the rotor by the magnetic field generated by the permanent magnet module and the magnetic field generated by the current, and in the excitation modules in the remaining directions, the rotor is not affected by the magnetic field due to the magnetic path guide of the permanent magnet. Therefore, the switched reluctance motor can be controlled so as to generate a rotational torque for the rotor but not cause a cogging torque for the remaining excitation modules.

본 개시의 일 실시예에서, 스위치드 릴럭턴스 전동기는 고정자를 구성하는 복수의 여자 모듈에 포함된 영구 자석 모듈(110 및 120)이 교대로 배치되는 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 고정자를 구성하는 여자 모듈 중 12시에 위치하는 여자 모듈의 영구 자석 모듈은 N극이 고정자 안쪽을 향하고 S극이 고정자 바깥쪽을 향하도록 배치되고, 6시에 위치하는 여자 모듈과 인접한 여자 모듈에 포함된 영구 자석 모듈은 N극이 고정자 바깥쪽을 향하고 S극이 고정자 안쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 영구 자석 모듈의 방향이 교대로 배치되는 경우, 코일에 전류가 인가되는 시점 및 전류가 인가되지 않는 시점의 자기장이 도 9에 도시되어 있다.In one embodiment of the present disclosure, a switched reluctance motor may be implemented in such a way that permanent magnet modules (110 and 120) included in a plurality of excitation modules constituting a stator are alternately arranged. For example, a permanent magnet module of an excitation module positioned at 12 o'clock among excitation modules constituting a stator may be arranged such that the N pole faces toward the inside of the stator and the S pole faces toward the outside of the stator, and a permanent magnet module included in an excitation module adjacent to the excitation module positioned at 6 o'clock may be arranged such that the N pole faces toward the outside of the stator and the S pole faces toward the inside of the stator. When the directions of the permanent magnet modules are alternately arranged, magnetic fields at a time when current is applied to a coil and a time when current is not applied are illustrated in FIG. 9.

해당 실시예에서도 상술하였던 실시예와 같이 전류가 인가되는 경우 전류에 의해 생성된 자기장과 영구자석에 의해 생성된 자기장의 방향은 서로를 강화하는 방향으로 형성되고, 전류에 의해 생성되는 유도 자기장과 영구자석의 자기장은 같은 극끼리의 척력 작용으로 강제로 공극으로 밀어 공극에서 영구자석에 의해 생성된 자기장과 전류에 의해 생성된 자기장이 더해져, 토크의 크기가 증가하는 효과가 발생한다.In this embodiment, when current is applied as in the above-described embodiment, the direction of the magnetic field generated by the current and the magnetic field generated by the permanent magnet are formed in a direction that reinforces each other, and the induced magnetic field generated by the current and the magnetic field of the permanent magnet are forcibly pushed into the gap by the repulsive force between the same poles, so that the magnetic field generated by the permanent magnet in the gap and the magnetic field generated by the current are added, resulting in an effect of increasing the size of the torque.

도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 회전자가 고정자 외부에 위치하는 스위치드 릴럭턴스 전동기의 입체도이다.FIG. 10 is a three-dimensional drawing of a switched reluctance motor in which the rotor is located outside the stator according to one embodiment of the present disclosure.

본 개시의 일 실시예에서, 스위치드 릴럭턴스 전동기는 회전자(300)가 고정자(100)의 외부에 위치하는 형태로 구현될 수 있다. In one embodiment of the present disclosure, the switched reluctance motor may be implemented in a form in which the rotor (300) is located outside the stator (100).

이 경우 회전자와 고정자는 동일한 회전축을 공유하는 방식으로 배치될 수 있다. 고정자(100)에 포함된 영구 자석 모듈(120) 및 고정자(100)에 권선된 코일에 인가된 전류에 의해 자기장이 발생하고, 자기장의 영향을 받아 회전자(300)에 회전 방향의 토크가 발생한다. 회전자(300)와 고정자(100)가 분리되는 경우 각각의 구성요소의 개략적인 형태가 도 11에 도시되어 있다.In this case, the rotor and the stator can be arranged in such a way that they share the same rotation axis. A magnetic field is generated by the permanent magnet module (120) included in the stator (100) and the current applied to the coil wound on the stator (100), and a torque in the rotational direction is generated in the rotor (300) under the influence of the magnetic field. When the rotor (300) and the stator (100) are separated, a schematic form of each component is illustrated in FIG. 11.

도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 여자 모듈에 전류가 인가되는 경우, 회전자가 고정자 외부에 위치하는 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.FIG. 12 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor having a rotor positioned outside a stator when current is applied to a female module according to one embodiment of the present disclosure.

회전자(300)가 고정자(100)의 내부에 존재하는 실시예와 마찬가지로, 고정자(100)의 여자 모듈에 포함된 영구 자석 모듈의 N극에서 나오는 자기력선은 전류가 인가되는 경우 인가된 전류에 의해 생성되는 유도 자기장은 영구자석의 자기장과 같은 극끼리 척력 작용으로 강제로 공극으로 밀어 회전자 극을 돌아 다시 S극으로 들어가도록 형성되고, 전류가 인가되지 않는 경우 영구 자석의 자기 경로 가이드를 따라 고정자 내부에서 바로 S극으로 들어가도록 형성된다.As with the embodiment where the rotor (300) exists inside the stator (100), the magnetic force lines coming from the N pole of the permanent magnet module included in the excitation module of the stator (100) are formed so that when current is applied, the induced magnetic field generated by the applied current is forcibly pushed into the gap by the repulsive force between the same poles as the magnetic fields of the permanent magnets, and then turn around the rotor pole and enter the S pole again, and when current is not applied, they are formed so that they enter the S pole directly inside the stator along the magnetic path guide of the permanent magnet.

도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 고정자로 구성된 스위치드 릴럭턴스 전동기의 입체도이다.FIG. 13 is a three-dimensional diagram of a switched reluctance motor comprising a plurality of stators according to one embodiment of the present disclosure.

본 개시의 스위치드 릴럭턴스 전동기는 하나의 고정자와 하나의 회전자만을 포함하는 것이 아닌, 복수의 고정자와 하나의 회전자를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 스위치드 릴럭턴스 전동기는 제1 고정자(100), 제2 고정자(200) 및 회전자(300)를 포함하도록 구현될 수 있다. 이 경우, 각 고정자에 인가되는 전류가 서로 다르도록 스위치드 릴럭턴스 전동기가 제어될 수 있고, 각 고정자에 인가된 전류에 의해 회전자에 가해지는 토크의 방향이 동일하도록 스위치드 릴럭턴스 전동기가 제어될 수 있다.The switched reluctance motor of the present disclosure may be configured to include not only one stator and one rotor, but also multiple stators and one rotor. For example, the switched reluctance motor of the present disclosure may be implemented to include a first stator (100), a second stator (200), and a rotor (300). In this case, the switched reluctance motor may be controlled so that the currents applied to each stator are different from each other, and the switched reluctance motor may be controlled so that the direction of the torque applied to the rotor by the current applied to each stator is the same.

각각의 고정자는 서로 다른 수의 여자 모듈을 포함할 수 있고, 여자 모듈이 포함하는 영구 자석 모듈의 배치 방법이 다를 수 있고, 코일이 권선되는 방식이 서로 다를 수 있다.Each stator may contain a different number of magnet modules, may have different arrangements of permanent magnet modules contained in the magnet modules, and may have different ways in which the coils are wound.

도 13과 같이 스위치드 릴럭턴스 전동기가 복수의 고정자 및 회전자로 구성되는 경우, 회전자에 가해지는 토크는 각 고정자가 발생시키는 토크의 총합에 해당한다. 따라서 복수의 고정자를 포함하도록 스위치드 릴럭턴스 전동기를 구성하는 경우 전동기의 출력이 상승할 수 있다. 제1 고정자(100), 제2 고정자(200) 및 회전자(300)를 분리한 경우 각 구성요소의 예시적인 형태가 도 14에 도시되어 있다.When a switched reluctance motor is composed of multiple stators and rotors as shown in Fig. 13, the torque applied to the rotor corresponds to the sum of the torques generated by each stator. Therefore, when a switched reluctance motor is composed of multiple stators, the output of the motor can be increased. When the first stator (100), the second stator (200), and the rotor (300) are separated, an exemplary form of each component is illustrated in Fig. 14.

도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 영구자석 모듈이 2개의 영구자석을 포함하는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 여자 모듈에 전류가 인가될 때 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.FIG. 15 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor when current is applied to the switched reluctance motor and the excitation module when the permanent magnet module according to one embodiment of the present disclosure includes two permanent magnets.

본 개시의 영구 자석 모듈(111)은 마주보는 면이 동일한 극인 두 개의 영구 자석을 포함할 수 있다. 영구 자석 모듈이 하나의 영구 자석만을 포함하는 실시예와 마찬가지로, 영구 자석 모듈(111)을 구성하는 각각의 영구 자석의 N극에서 나오는 자기력선은 전류가 인가되는 경우 인가된 전류에 의해 생성되는 유도 자기장에 의해 영구자석의 자기장은 같은 극끼리 척력 작용으로 강제로 공극으로 밀어 회전자 극을 돌아 다시 S극으로 들어가도록 형성되고, 전류가 인가되지 않는 경우 영구 자석 모듈의 자기 경로 가이드를 따라 고정자 내부에서 바로 S극으로 들어가도록 형성된다.The permanent magnet module (111) of the present disclosure may include two permanent magnets whose facing sides are the same pole. As with the embodiment in which the permanent magnet module includes only one permanent magnet, the magnetic field lines from the N pole of each permanent magnet constituting the permanent magnet module (111) are formed so that when current is applied, the magnetic field of the permanent magnet is forcibly pushed into the gap by the repulsion action between like poles due to the induced magnetic field generated by the applied current, and then goes around the rotor pole and enters the S pole again, and when current is not applied, the magnetic field lines are formed so that they go straight into the S pole inside the stator along the magnetic path guide of the permanent magnet module.

도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 영구자석 모듈이 4개의 영구자석을 포함하는 경우 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 여자 모듈에 전류가 인가될 때 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.FIG. 16 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor when current is applied to the switched reluctance motor and the excitation module when the permanent magnet module according to one embodiment of the present disclosure includes four permanent magnets.

본 개시의 영구 자석 모듈(112)은 마주보는 면이 동일한 극인 네 개의 영구 자석을 포함할 수 있다. 영구 자석 모듈이 하나의 영구 자석만을 포함하는 실시예와 마찬가지로, 영구 자석 모듈(112)을 구성하는 각각의 영구 자석의 N극에서 나오는 자기력선은 전류가 인가되는 경우 인가된 전류에 의해 생성되는 유도 자기장에 의해 영구자석의 자기장은 같은 극끼리 척력 작용으로 강제로 공극으로 밀어 회전자 극을 돌아 다시 S극으로 들어가도록 형성되고, 전류가 인가되지 않는 경우 영구 자석의 자기장은 자기 경로 가이드를 따라 고정자 내부에서 바로 S극으로 들어가도록 형성된다.The permanent magnet module (112) of the present disclosure may include four permanent magnets whose facing sides are the same pole. As with the embodiment in which the permanent magnet module includes only one permanent magnet, the magnetic field lines from the N pole of each permanent magnet constituting the permanent magnet module (112) are formed so that when current is applied, the magnetic field of the permanent magnet is forcibly pushed into the gap by the repulsive force between like poles due to the induced magnetic field generated by the applied current, and returns to the S pole after going around the rotor pole, and when current is not applied, the magnetic field of the permanent magnet is formed so as to enter the S pole directly inside the stator along the magnetic path guide.

이와 같이, 본 개시의 스위치드 릴럭턴스 전동기에 포함된 영구 자석 모듈은 하나의 영구 자석 이외에도 복수의 영구 자석을 포함하는 것으로 구현될 수 있으며, 전동기의 크기 및 설계목적에 따라 영구 자석 모듈에 포함된 영구 자석의 수가 달라질 수 있다.In this way, the permanent magnet module included in the switched reluctance motor of the present disclosure may be implemented to include a plurality of permanent magnets in addition to one permanent magnet, and the number of permanent magnets included in the permanent magnet module may vary depending on the size and design purpose of the motor.

도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 영구자석 모듈이 2개의 영구자석을 포함하는 경우 회전자가 고정자 외부에 위치하는 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 여자 모듈에 전류가 인가될 때 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.FIG. 17 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor when current is applied to the excitation module and the rotor is positioned outside the stator when the permanent magnet module according to one embodiment of the present disclosure includes two permanent magnets.

회전자(300)가 고정자(100)의 내부에 존재하는 실시예와 마찬가지로, 고정자(100)의 여자 모듈에 포함된 영구 자석 모듈은 각각 2개의 영구 자석을 포함할 수 있다. 각각의 영구 자석의 N극에서 나오는 자기력선은 전류가 인가되는 경우 As with the embodiment in which the rotor (300) is present inside the stator (100), the permanent magnet modules included in the excitation module of the stator (100) may each include two permanent magnets. The magnetic field lines from the N pole of each permanent magnet are

인가된 전류에 의해 생성되는 유도 자기장에 의해 영구자석의 자기장은 같은 극끼리 척력 작용으로 강제로 공극으로 밀어 회전자 극을 돌아 다시 S극으로 들어가도록 형성되고, 전류가 인가되지 않는 경우 영구 자석의 자속은 자기 경로 가이드를 따라 고정자 내부에서 바로 S극으로 들어가도록 형성된다.The magnetic field of the permanent magnet is formed by the induced magnetic field generated by the applied current, forcibly pushing the same poles into the gap through the repulsion force, going around the rotor pole and then back to the S pole. When no current is applied, the magnetic flux of the permanent magnet is formed to go directly to the S pole inside the stator along the magnetic path guide.

도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 영구자석 모듈이 4개의 영구자석을 포함하는 경우 회전자가 고정자 외부에 위치하는 스위치드 릴럭턴스 전동기 및 여자 모듈에 전류가 인가될 때 스위치드 릴럭턴스 전동기 전체에 형성되는 자기장을 나타낸 평면도이다.FIG. 18 is a plan view showing a magnetic field formed throughout a switched reluctance motor when current is applied to a magnetizing module and a rotor positioned outside a stator when a permanent magnet module according to one embodiment of the present disclosure includes four permanent magnets.

회전자(300)가 고정자(100)의 내부에 존재하는 실시예와 마찬가지로, 고정자(100)의 여자 모듈에 포함된 영구 자석 모듈은 각각 2개의 영구 자석을 포함할 수 있다. 각각의 영구 자석의 N극에서 나오는 자기력선은 전류가 인가되는 경우 전류가 인가되는 경우 인가된 전류에 의해 생성되는 유도 자기장에 의해 영구자석의 자기장은 같은 극끼리 척력 작용으로 강제로 공극으로 밀어 회전자 극을 돌아 다시 S극으로 들어가도록 형성되고, 전류가 인가되지 않는 경우 영구 자석의 자기장은 자기 경로 가이드를 따라 고정자 내부에서 바로 S극으로 들어가도록 형성된다.As with the embodiment in which the rotor (300) exists inside the stator (100), the permanent magnet modules included in the excitation module of the stator (100) may each include two permanent magnets. When current is applied, the magnetic field lines coming from the N pole of each permanent magnet are formed such that the magnetic field of the permanent magnet is forcibly pushed into the gap by the repulsive force between like poles due to the induced magnetic field generated by the applied current, and returns to the S pole after going around the rotor pole, and when current is not applied, the magnetic field of the permanent magnet is formed such that it enters directly into the S pole inside the stator along the magnetic path guide.

도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 전동기를 제어하기 위한 비대칭 하프 브릿지 컨버터(Asymmetric Half-bridge converter)의 예시적인 회로도이다. FIG. 19 is an exemplary circuit diagram of an asymmetric half-bridge converter for controlling a switched reluctance motor according to one embodiment of the present disclosure.

비대칭 하프 브릿지 컨버터는 일반적으로 반도체 스위치(주로 MOSFET 또는 IGBT)로 구성될 수 있다. 이 스위치는 전류의 흐름을 제어하고 변환기의 작동을 제어하는 역할을 할 수 있다.An asymmetric half-bridge converter can typically be constructed with semiconductor switches (usually MOSFETs or IGBTs). These switches can control the flow of current and control the operation of the converter.

본 개시의 일 실시예에서, 비대칭 하프 브릿지 컨버터는 비대칭 브리지컨버터의 동작은 크게 여자모드, 프리휠링모드, 감자모드 3가지 모드로 구분되며, 소프트 초핑제어방식은 한 개 스위치만 동작하며 전류맥동, 필터커패시터용량, 소음 및 효율의 측면에서 하드초핑에 비해 더욱 유리하고 스위칭 주파수도 낮아지게 된다. 고정된 인가전압을 사용하는 경우 인덕턴스가 증가함에 따라 스위칭 주파수는 더욱 감소하게 된다. 스위치드 릴럭턴스 전동기의 작동 시간 중 일부분의 구간에서만 스위치드 릴럭턴스 전동기의 코일에 전류가 인가되도록 할 수 있다. 코일에 전류가 인가되는 구간 동안 코일 주위로 자기장이 생성되고, 이 자기장이 본 개시의 영구 자석 모듈에 의해 생성되는 자기장과 상호작용하여 회전자에 토크를 가할 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, the asymmetric half-bridge converter is largely divided into three modes: excitation mode, freewheeling mode, and demagnetization mode. The soft chopping control method operates only one switch, and is more advantageous than the hard chopping in terms of current pulsation, filter capacitor capacity, noise, and efficiency, and also lowers the switching frequency. When a fixed applied voltage is used, the switching frequency further decreases as the inductance increases. It is possible to apply current to the coil of the switched reluctance motor only during a part of the operating time of the switched reluctance motor. During the period in which current is applied to the coil, a magnetic field is generated around the coil, and this magnetic field interacts with the magnetic field generated by the permanent magnet module of the present disclosure to apply torque to the rotor.

전류가 인가되지 않는 구간에서, 코일 주위에 전류에 의한 자기장이 생성되지 않고 영구 자석 모듈에 의해 생성되는 자기장 또한 영구 자석의 자기 경로 가이드에 의해 영구 자석 모듈 주변부에서만 형성된다. 따라서 회전자는 자기장에 의한 영향을 받지 않고, 통상적인 스위치드 릴럭턴스 전동기의 동작 중 자기장에 의해 형성되는 코깅 토크가 발생하지 않는 효과가 발생한다.In the section where no current is applied, no magnetic field is generated around the coil by the current, and the magnetic field generated by the permanent magnet module is also formed only around the permanent magnet module by the magnetic path guide of the permanent magnet. Therefore, the rotor is not affected by the magnetic field, and the effect of not generating the cogging torque formed by the magnetic field during the operation of a conventional switched reluctance motor occurs.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the disclosure. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the disclosure. Thus, the disclosure is not intended to be limited to the embodiments disclosed herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

Claims

A stator comprising a plurality of excitation modules; and
A rotor that rotates around an axis of rotation by magnetically interacting with the stator;
Including,
The above female module,
One or more permanent magnet modules for suppressing cogging torque of the electric motor;
Including,
The above permanent magnet module is located at the center of the coil wound on the female module,
One or more permanent magnets arranged so that the S or N pole points toward the center of the stator; and
One or more magnetic path guides coupled to the two poles of the permanent magnet and guiding a magnetic field formed by the permanent magnet to a specific region around the permanent magnet when no current is applied to the coil;
Including,
Switched reluctance motor.

In paragraph 1,
The above rotor,
Rotating around the rotation axis inside the stator,
Switched reluctance motor.

delete

In paragraph 1,
One or more of the above permanent magnet modules,
are arranged at regular intervals along the circumferential direction of the stator.
Switched reluctance motor.

In paragraph 1,
The above female module,
A plurality of first poles arranged along the circumferential direction of the stator;
one or more first slots positioned between the first protrusions; and
A coil wound on the plurality of first poles;
Including,
Switched reluctance motor.

In paragraph 5,
The spacing between the above female modules is equal to the width of the first protrusion,
The width of the first slot is less than twice the width of the first protrusion.
Switched reluctance motor.

In paragraph 5,
The above rotor comprises a plurality of second poles,
The width of the second protrusion is greater than or equal to the width of the first protrusion.
Switched reluctance motor.

In paragraph 5,
The current applied to the coil is a current applied in a direction in which the direction of the magnetic field induced by the current strengthens the magnetic field around the coil generated by the permanent magnet module.
Switched reluctance motor.

In paragraph 1,
The above stator is,
Flux barrier between the above multiple female modules
Including more,
Switched reluctance motor.

In paragraph 1,
The above rotor,
Rotating around the rotation axis outside the stator,
Switched reluctance motor.

In paragraph 1,
The above stator is,
Contains multiple stator modules with different phases,
The above plurality of stator modules are positioned on the same rotation axis,
Switched reluctance motor.

delete