CN104254965A - 三线连接结构的定子、无刷直流马达及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能够将槽和极的比率最小化，以减少齿槽噪音，并通过将铁芯和铁芯之间的间隔设定为较小，来增大磁铁和铁芯之间的有效面积，从而能够减少漏磁通来增大效率的三线连接结构的定子、利用该三线连接结构的定子的无刷直流马达及其驱动方法。本发明的无刷直流马达，其特征在于，包括：定子，配置于内部转子和外部转子之间，具有以三相驱动方式连接并卷绕三相线圈的多个分割铁芯；上述多个分割铁芯包括多个铁芯组，在多个铁芯组中，各相的线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个分割铁芯，上述连续的3个分割铁芯沿着相反的方向产生磁通量。

Description

三线连接结构的定子、无刷直流马达及其驱动方法
技术领域
本发明涉及三线连接结构的定子、利用该三线连接结构的定子的无刷直流(BLDC)马达及其驱动方法，更详细地，涉及利用三线连接方法来卷绕线圈，由此能够将槽和极的比率最小化，以减少齿槽(cogging)噪音，并通过将铁芯和铁芯之间的间隔设定为较小，来增大磁铁和铁芯之间的有效面积，从而能够减少漏磁通来增大效率的三线连接结构的定子、利用该定子的无刷直流马达及其驱动方法。
背景技术
若按照定子铁芯的存在与否分类无刷直流马达，则通常，分为具有杯(圆筒)结构的铁芯型(或径向间隙型)和无铁芯型(或轴向间隙型)。
铁芯型结构的无刷直流马达分类为内部磁铁型和外部磁铁型，上述内部磁铁型由圆筒形的定子和转子构成，上述定子为了在形成于内周部的多个突起(齿)具有电磁铁结构而卷绕线圈，上述转子由圆筒形永久磁铁形成，上述外部磁铁型由定子和转子构成，上述定子在形成于外周部的多个突起(齿)沿着上下方向卷绕线圈，上述转子在上述定子外部由经多极磁化的圆筒形永久磁铁形成。
铁芯型无刷直流马达具有磁路以轴为中心沿着径向对称的结构，因而轴向振动性噪声少，适合低速旋转，且对于磁路的方向的空隙所占的部分极少，从而即使使用性能低的磁铁或减少磁铁的量，也能够获得高的磁通量密度，因而具有转矩大、效率高的优点。
但是，这种铁芯，即磁轭结构存在如下缺点：当制作定子时，磁轭(yoke)的材料损耗大，当大量生产时，由于磁轭的复杂的结构，在磁轭卷绕线圈的过程中需要使用特殊的高价的专用卷线机，当制作定子时，由于模具投资费高，因而设备投资费用也高。
在铁芯型交流(AC)或无刷直流马达，尤其径向间隙式的铁芯马达中，若将定子铁芯完全构成为分割型，则可使用低廉的通用卷线机来以高效率在分割铁芯卷绕线圈，因而具有高的竞争力。但是，与其相反，一体型定子铁芯结构的情况下，使用昂贵的专用卷线机，并以低效率进行卷绕，因而马达的制造费用变高。
本申请人通过韩国登录特许第10-432954号中提出了径向间隙型(铁芯式)双转子结构的无刷直流马达，上述无刷直流马达能够呈现轴向间隙型双转子马达和径向间隙型铁芯马达的优点，而改善缺点。
在上述韩国登录特许第10-432954号中提出了如下的结构，在定子铁芯的内侧及外侧同时配置永久磁铁转子，从而借助内侧和外侧的永久磁铁及转子磁轭形成磁路的流动，由此能够完全分割定子铁芯，并利用低价的通用卷线机来卷绕个别的线圈，以提高定子铁芯的生产率，减少铁芯的材料损耗，并通过与双转子组合来大大提高马达的输输出。
并且，在韩国公开特许第10-2005-245号中提出了如下的一体型定子，由于常规的分割铁芯的线连接结构的耐久性弱，因而在准备卷绕线圈的多个分割型铁芯组装体之后，将卷绕线圈的多个分割型铁芯组装体排列在印刷电路板(PCB)并进行固定，来对线圈进行连接之后，再借助利用热固化性树脂的注塑成形成环圆形的形状。进而，在上述韩国公开特许第10-2005-245号中提出了卷绕定子线圈的分割铁芯按照U、V、W各相交替配置的定子结构。
另一方面，在常规的无刷直流马达中，当一体型铁芯时，使用定子线圈的卷绕顺序为按U、V、W各相交替配置的顺序的定子结构，依次开关驱动设置于逆变电路的开关晶体管，并按各相交替切换在定子线圈流动的电流，从而产生旋转磁场，使转子旋转驱动。
例如，在上述韩国公开特许第10-2005-245号及韩国公开特许第10-2010-73449号等中提出了设有按U、V、W各相交替配置卷绕线圈的多个分割铁芯的定子的双转子/单定子结构的马达。
以下，对设有分割铁芯定子的无刷直流马达中的按各相卷绕线圈的一个分割铁芯按各相交替配置的马达(以下，称为“一线连接结构马达”)设计方法进行说明。
首先，通常，当设计一线连接结构马达时，将定子的槽(slot)和转子的磁铁(磁极)之间设定为如以下数学式1。
数学式1
磁极(pole)数＝(槽数/3)×2的倍数
只是，当设计马达时，若槽数大，即例如为27的情况下，则设定为磁极数大于槽数。其结果，根据上述数学式1，将马达的槽数和极数例如设定为18槽12极、27槽36极、36槽48极等之类的比率。
以下，参照图1a至图3，对根据双转子/单定子结构的一线连接方法设计的无刷直流马达进行说明，上述双转子/单定子结构利用现有的卷绕线圈的分割铁芯按各相交替配置的分割铁芯式的定子。
图1a表示根据现有的一线连接方法设计的以18槽12极方式设计的双转子结构的无刷直流马达的结构，图1b表示由为了减少齿槽噪音而发生变形的形状的铁芯及磁铁构成的双转子结构的无刷直流马达的结构，图2表示适用于图1a的三相U、V、W驱动线圈的线圈连接图和马达驱动电路，图3为表示组装分割铁芯时的配置顺序和相互连接关系的示意图。
参照图1a至图3，在根据现有的一线连接方法设计的双转子结构的无刷直流马达10为18槽12极方式的情况下，在分别卷绕线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6的18个分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16配置成环形的定子1的内侧及外侧，N极及S极磁铁交替配置的内部转子3a和外部转子3b以分隔方式配置。
上述定子1按U、V、W相将6个线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6相连接，且如图2所示，各相的一侧与构成马达驱动电路的逆变电路5的U、V、W输出相连接，各相的另一侧相连接，来形成中性点NP。
上述定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6全部正向卷绕在各个分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16，如图3所示，按U、V、W各相交替配置而组装。即，18个分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16按u1、v1、w1、u2...、w5、u6、v6、w6顺序组装，并借助利用树脂的注塑成形在定子支撑体实现一体化，从而呈环形状。
参照下列表1，说明根据上述现有的一线连接方法设计的双转子结构的无刷直流马达10相关动作。
表1
如表1所示，在现有技术中，3个霍尔器件H1、H2、H3分别依次配置于槽和槽之间，并以根据(360/槽数)决定的角度，即以20°间隔而设置，从而按各个不同步骤检测转子3a、3b的磁极(N极或S极)，并向马达驱动电路传送。
图1a所示的马达为表示0°时的状态，随着以六步骤方式每10°切换在定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6流动的电流的方向并施加，相应分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16形成电磁铁，并发生磁场。
马达驱动电路包括控制部(未图示)和逆变电路11，逆变电路5由三对开关晶体管FET分别以图腾柱方式连接而构成，从上侧FET(FET1、FET3、FET5)和下侧FET(FET4、FET6、FET2)之间的连接点输出各相U、V、W，从而向马达10的定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6施加。
在马达驱动电路的控制部(未图示)中，若在各角度，由霍尔器件H1、H2、H3检测到转子3a、3b的位置信号，则根据上述表1，逆变电路5使一对开关晶体管FET(场效应晶体管)开启，并设定电流流动路径。
例如，如图1a所示，若霍尔器件H1、H2、H3检测到外部转子3b的极性为“N、S、S”，则控制部判断转子的旋转位置为0°，若以使上侧的FET1和下侧的FET2开启的方式施加驱动信号，则电流经由FET1—U相线圈u1-u6—W相线圈w6-w1—FET2向接地流动。
由此，分割铁芯u11发生内侧方向的磁通量，分割铁芯w11发生朝向外侧方向的磁通量，从而如箭头所表示，设定磁路，且内部转子3a和外部转子3b与N极及S极磁铁相向地设定的双转子3沿着顺时针方向旋转。
在图1a的无刷直流马达10中，例如，就发生内侧方向的磁通量的分割铁芯u11而言，优选地，铁芯外侧仅与外部转子3b的N极磁铁13相向，但分割铁芯u11的一部分也与相邻的S极磁铁14相向，并且，优选地，铁芯的内侧仅与内部转子3a的S极磁铁13a相向，但分割铁芯u11的一部分也与相邻的N极磁铁14a相向，导致效率下降。
在此情况下，在无刷直流马达10中，定子1的分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16按各步骤跳跃相当于U、V、W三相中的一个相的分割铁芯，并向线圈施加驱动信号，从而实现激活。
例如，如图1a所示，当转子3的旋转位置为0°时，定子1的分割铁芯u11-u16、w11-w16隔着V相的分割铁芯v11-v16，并向卷绕于U相及W相的连续的2个分割铁芯u11-u16、w11-w16的线圈u1-u6、w1-w6施加驱动信号，从而实现激活，其结果，实现激活的连续的2个分割铁芯发生相反方向的磁通量。
此时，如上所述，在无刷直流马达10中，分割铁芯u11的外侧除了N极磁铁13之外，还与相邻的S极磁铁14相向，且分割铁芯u11的内侧除了S极磁铁13a之外，还与相邻的N极磁铁14a相向，在相向的S极磁铁14和N极磁铁14a之间配置非激活状态的分割铁芯v11，从而在使转子3沿着一侧方向旋转方面，无法实现有效的磁路的结构。
并且，在图1a所示的马达中，就转子3而言，槽数越少，越不在相邻的S极磁铁和N极磁铁相重叠的部分实现相互抵消，因而产生噪音。
进而，在根据现有的一线连接方法设计的无刷直流马达10中，马达的槽和极设定为18槽12极、27槽36极、36槽48极，使得槽数和极数的比率相差30～40％左右，由此当转子3旋转时，根据旋转角度，磁铁13-16和铁芯之间的磁力(磁通量)的有效面积有所差异，其结果，严重发生齿槽(cogging)，并发生磁通量的泄露。
由此，现有的一线连接方式的无刷直流马达10为了将齿槽(cogging)引起的噪音最小化，如图1b所示，需要将槽和槽之间的开口(opening)宽度变大，并将外周面进行圆弧(R)处理，或者经过对各磁铁13-16的边角部分进行圆弧(R)处理的边缘加工工艺，因而使生产成本上升，并使效率下降。
结果，就现有的一线连接方式的无刷直流马达10而言，只有槽和槽之间的开口(opening)宽度变大，效率才高，噪音减小，且需要规定水平以上的开口宽度。
并且，现有的一线连接方式的无刷直流马达10需要将卷绕于各分割铁芯的线圈相连接，因而也存在连接部位多的缺点。
进而，如上所述，现有的一线连接方式的无刷直流马达10需要由霍尔器件H1、H2、H3以根据(360°/槽数)或{(360°/极数)×2极÷3}决定的角度依次配置，因而也存在封装3个霍尔器件的霍尔器件印刷电路板(PCB)需要以覆盖40°范围的角度的大小制作的问题。
另一方面，在上述韩国公开特许第10-2005-245号中，存在为了对于多个分割型铁芯组装体的线圈连接及组装而需要使用高价的大型印刷电路板(PCB)的问题，因而为了排除组装用大型印刷电路板，并解决连接问题而提出了韩国登录特许第10-663641号。
为此，在韩国登录特许第10-663641号中提出了如下定子，将线圈连续正向卷绕于按U、V、W各相分配的9个分割铁芯，将这些分类为3个铁芯组，并按不同相交替配置按各相三线连接的3个铁芯组。
在此情况下，三线连接的各铁芯组的目的在于，除去组装用PCB，并解决各分割铁芯之间的连接问题，因而三线连接的3个分割铁芯全部由线圈正向卷绕。
其结果，就如上所述的27槽24极结构的三线连接结构马达而言，连续的3个分割铁芯全部由线圈正向卷绕，因而三线连接的3个分割铁芯中的位于中间的分割铁芯无法有效地贡献于抵消配置于前端及后端的其他分割铁芯的磁通量来使转子旋转，从而无法改善效率。
另一方面，提出了利用如下定子的马达，上述定子由按正向及反向的卷绕顺序卷绕于一体型定子铁芯的齿的二卷绕方式的线圈按各相依次配置。
就上述二线连接方式的马达而言，齿槽噪音小于一线连接方式的马达，但与三线连接结构马达相比，连接部位增加，且霍尔器件需要按2格槽(30°)配置，因而存在霍尔器件组装用PCB需要变大的问题，一体型定子铁芯需要使卷线机的喷嘴进入槽和槽之间，因而只有将铁芯之间的开口宽度维持规定范围以上，才能实现卷绕。因此，适用上述二线连接方式的马达的目的在于，减小齿槽，而不是效率。
发明内容
技术问题
如上所述，现有的一线连接或二线连接方式的马达均存在齿槽噪音高、效率下降、连接部位多，且霍尔器件组装用PCB的大小需要变大的问题。
本发明是为了解决如上所述的现有技术的问题而提出的，其目的在于，提供能够以三线连接方法卷绕线圈，来将槽和极的比率最小化，从而大大减小齿槽(cogging)噪音，并通过将铁芯和铁芯之间的间隔设定为较小，来增大磁铁和铁芯之间的有效面积，以减小漏磁通，从而能够增大效率的三线连接结构的定子、利用该定子的无刷直流马达及其驱动方法。
本发明的再一个目的在于，提供三线连接结构的定子，当向连续的3个线圈施加相同的相(phase)的马达驱动信号时，在连续的3个铁芯中的位于中间的铁芯反向卷绕线圈，由此产生使3个铁芯全部相向的转子的磁铁沿着相同的方向旋转的磁通量。
本发明的另一目的在于，提供利用三线连接结构的定子的无刷直流马达，通过三线连接方法卷绕线圈，使得3个铁芯工作如一套，因而在与铁芯的两端部相向的双转子中，即使在相邻的S极及N极磁铁之间存在重叠的部分，也能够设定有效的磁通量路径，使得磁铁的有效面积变大，效率上升。
本发明的还一目的在于，提供能够将检测转子位置信号的霍尔器件的配置间隔最小化，来将霍尔器件组装体小型化的三线连接结构的定子。
本发明的又一目的在于，提供使用三线连接方法来连续卷绕于分割铁芯，且卷绕方法及连接方式简单的三线连接结构的定子。
本发明的又一目的在于，提供利用三线连接结构的定子的无刷直流马达，铁芯的开口宽度越窄，与磁铁相向的有效面积就越大，使得效率上升，其结果，无需对定子铁芯及磁铁的边角部分进行圆弧处理。
本发明的又一目的在于，提供三线连接结构的新的马达驱动方法，为了使相邻的分割铁芯沿着相反的方向产生磁通量，随着切换卷绕方向和三相驱动电路的驱动信号，在以相反极性设定的内部转子和外部转子之间，沿着相同的方向同时产生吸引力和排斥力，从而能够有效地实现转子的旋转驱动。
本发明的又一目的在于，提供能够将定子的槽和转子的极的比率最小化，来减少齿槽噪音，并使效率上升的三线连接结构的新的马达驱动方法。
本发明的又一目的在于，提供利用三线连接结构的定子的单转子及双转子结构的无刷直流马达。
解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明提供无刷直流马达，其特征在于，包括：双转子，具有内部转子和外部转子，在上述内部转子和外部转子中，由相反极性形成的多个N极及S极磁铁交替配置于相向的位置，以及定子，配置于上述内部转子和外部转子之间，具有以三相驱动方式连接并卷绕三相线圈的多个分割铁芯；上述多个分割铁芯包括多个铁芯组，在多个铁芯组中，各相的线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个分割铁芯，上述连续的3个分割铁芯沿着相反的方向产生磁通量。
根据本发明的再一特征，本发明提供无刷直流马达，其特征在于，包括：转子，以交替的方式配置有多个N极及S极磁铁，以及定子，与上述转子分隔，并以三相驱动方式连接而使三相线圈卷绕于铁芯的多个齿；上述多个齿包括多个铁芯组，在多个铁芯组中，各相的线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个齿，上述连续的3个齿沿着相反的方向产生磁通量。
根据本发明的另一特征，本发明提供无刷直流马达，其特征在于，包括：转子，以交替的方式配置有多个N极及S极磁铁，以及定子，与上述转子分隔，并以三相驱动方式连接而使三相线圈卷绕于铁芯的多个齿；上述多个齿包括多个铁芯组，在多个铁芯组中，各相的线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个齿；当向上述线圈施加驱动信号时，三相中的2个相的连续的6个齿设定为激活状态，配置于上述连续的6个齿之间的1个相的连续的3个齿设定为非激活状态，激活的上述连续的6个齿沿着相反的方向产生磁通量。
根据本发明的还一特征，本发明提供单转子型无刷直流马达，其特征在于，包括：转子，以交替的方式配置有多个N极及S极磁铁，以及定子，与上述转子分隔，并以三相驱动方式连接而使三相线圈卷绕于铁芯的多个齿；上述转子的磁铁数决定为(槽数/9)×8，上述槽数设定为9的倍数；在上述定子中，线圈卷绕于按U、V、W各相决定为(9的倍数/3)的多个齿。
根据本发明的又一特征，本发明提供三线连接结构的定子，以三相驱动方式连接，上述三线连接结构的定子的特征在于，包括：多个分割铁芯，以及三相线圈，分别卷绕于上述多个分割铁芯；包括多个铁芯组，在多个铁芯组中，上述三相线圈分别针对U、V、W各相按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个分割铁芯，由此在相邻的分割铁芯之间沿着相反的方向产生磁通量。
根据本发明的又一特征，本发明提供三线连接结构的定子，其特征在于，包括：铁芯，多个齿从环形的背磁轭径向延伸，以及三相线圈，分别卷绕于上述多个齿；上述三相线圈为了在相邻的齿之间沿着相反的方向产生磁通量，针对各相，以使连续的3个齿中的位于中间的中间齿、位于上述中间齿的前端和后端的前端齿和后端齿的卷绕方向互不相同的方式，按各相交替配置。
根据本发明的又一特征，本发明提供无刷直流马达的驱动方法，采用三相驱动方式，上述无刷直流马达的马达驱动方法的特征在于，包括：准备三相驱动方式的无刷直流马达的步骤，在多个铁芯组中，针对U、V、W各相，三相线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个分割铁芯，并且，定子与双转子相结合，上述定子按U、V、W各相交替配置，上述双转子与定子分隔，并分别以交替的方式配置有多个N极及S极磁铁，基于转子位置检测器件检测到的转子位置信号，来判断转子位置的步骤，以及基于上述转子位置，向三相线圈中的2个相的线圈施加驱动信号的步骤；当向上述相邻的2个铁芯组的线圈施加驱动信号时，包括在2个铁芯组的6个齿沿着相反的方向产生磁通量。
根据本发明的又一特征，本发明提供无刷直流马达的驱动方法，采用三相驱动方式，上述无刷直流马达的驱动方法的特征在于，包括：准备三相驱动方式的无刷直流马达的步骤，在多个铁芯组中，针对U、V、W各相，三相线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个齿，并且，定子与转子相结合，上述定子按U、V、W各相交替配置，上述转子与定子分隔，并以交替的方式配置有多个N极及S极磁铁，基于转子位置检测器件检测到的转子位置信号，来判断转子位置的步骤，以及基于上述转子位置，向三相线圈中的2个相的线圈施加驱动信号的步骤；当向上述相邻的2个铁芯组的线圈施加驱动信号时，包括在2个铁芯组的6个齿沿着相反的方向产生磁通量。
发明的效果
如上所述，在本发明中，利用三线连接方法来卷绕线圈，由此能够将槽和极的比率最小化，以大大减少齿槽(cogging)噪音，并通过将铁芯和铁芯之间的间隔设定为较小，来增大磁铁和铁芯之间的有效面积，从而能够减少漏磁通来增大效率。
并且，在本发明中，随着在连续的3个铁芯中的位于中间的铁芯反向卷绕线圈，当向连续的3个线圈施加相同的相(phase)的马达驱动信号时，产生使3个铁芯全部相向的转子的磁铁沿着相同的方向旋转的磁通量，从而实现对于转子的有效的力传递。
进而，在本发明中，以三线连接方法卷绕线圈，使得3个铁芯工作如一套，因而在与铁芯的两端部相向的双转子中，即使在相邻的S极及N极磁铁之间存在重叠的部分，也能够设定有效的磁通量路径，使得磁铁的有效面积变大，效率上升。
在本发明中，能够将检测转子位置信号的霍尔器件的配置间隔最小化，来将霍尔器件组装体小型化。
在本发明中，使用三线连接方法来连续卷绕于分割铁芯，且卷绕方法及连接方式简单。
在本发明中，铁芯的开口宽度越窄，与磁铁相向的有效面积就越大，使得效率上升，其结果，无需对定子铁芯及磁铁的边角部分进行圆弧处理。
在本发明中，为了使相邻的分割铁芯沿着相反的方向产生磁通量，随着切换卷绕方向和三相驱动电路的驱动信号，在以相反极性设定的内部转子和外部转子之间，沿着相同的方向同时产生吸引力和排斥力，从而能够有效实现转子的旋转驱动。
附图说明
图1a为表示根据现有技术的一线连接方法以18槽12极方式设计的双转子结构的无刷直流马达的直径方向剖视图。
图1b为表示由为了减少齿槽噪音而发生变形的形状的铁芯及磁铁构成的双转子结构的无刷直流马达的结构的直径方向剖视图。
图2为适用于图1a的三相U、V、W驱动线圈的线圈连接图和马达驱动电路。
图3为表示图1所示的马达中组装分割铁芯时的配置顺序和相互连接关系的示意图。
图4a及图4b为分别作为根据本发明第一实施例的三线连接方法以18槽16极方式设计的双转子结构的无刷直流马达，表示转子为“0°”和“7.5°”时的直径方向剖视图。
图5为图4所示的三相U、V、W驱动线圈的线圈连接图和马达驱动电路。
图6为表示图4所示的马达中组装分割铁芯时的配置顺序和相互连接关系的示意图。
图7a及图7b为用于通过本发明的三线连接方法连续卷绕于6个分割铁芯的分割铁芯与夹具的结合图以及连续卷绕于6个分割铁芯的定子线圈的连接图。
图8为用于说明本发明发生变形的霍尔器件的配置位置的转子为“0°”位置时的直径方向剖视图。
图9a为表示利用根据本发明的第二实施例通过三线连接方法将线圈卷绕于一体型铁芯的三线连接结构定子的单转子型无刷直流马达的直径方向剖视图。
图9b为表示利用根据本发明的第二实施例通过三线连接方法将线圈卷绕于分割铁芯的三线连接结构定子的单转子型无刷直流马达的直径方向剖视图。
图10为作为利用本发明第二实施例的三线连接结构定子的单转子型无刷直流马达，表示转子为“0°”时的直径方向剖视图。
具体实施方式
本发明能够进行各种变更，具有各种实施例，将特定实施例例示在图中，并进行详细说明。但应当理解的是，这并不意味着本发明局限于特定的实施方式，能够包括属于本发明的思想及技术范围的所有变更、等同技术方案及代替技术方案。在说明各图的过程中，对于类似的结构要素，使用了类似的附图标记。
“第一”、“第二”等术语可用于说明各种结构要素，但上述结构要素不应局限于上述术语。上述术语仅用于区别一个结构要素和另一个结构要素。例如，在不脱离本发明的发明要求保护范围的情况下，第一结构要素可命名为第二结构要素，类似地，第二结构要素也可命名为第一结构要素。“和/或”这一术语包括多个相关记载的项目的组合或多个相关记载的项目中的某一项目。
当记载为一个结构要素与另一个结构要素“相连接”或“接上”时，也可以直接与另一个结构要素相连接或接上，但应当理解的是，在它们中间也可存在其他结构要素。相反，当记载为一个结构要素“直接”与另一个结构要素“相连接”或“直接接上”时，应当理解的是，在它们中间不存在其他结构要素。
在本申请中使用的术语仅用于说明特定的实施例，并不限定本发明。只要上下文没有明确不同的含义，那么单数的表现包括复数的表现。在本申请中，应当理解的是，“包括”或“具有”等术语仅用于指定在说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或组合这些的存在，而不是预先排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或组合这些的存在或附加可能性。
以下，参照附图，对本发明优选实施例进行更为详细的说明。以下，对于图上的相同的结构要素，使用相同的附图标记，而对于相同的结构要素，省略重复的说明。
以下，在本发明的实施例中使用的转子是指转子，单转子是指单一转子，定子是指固定子。
以下，参照图示优选实施例的附图，对如上所述的本发明进行更为详细的说明。
附图4a及附图4b为分别表示根据本发明第一实施例的三线连接方法以18槽16极方式设计的双转子结构的无刷直流马达为“0°”和“7.5°”时的直径方向剖视图，图5为图4所示的三相U、V、W驱动线圈的线圈连接图和马达驱动电路，图6为表示图4所示的马达中组装分割铁芯时的配置顺序和相互连接关系的示意图。
参照图4a至图6，本发明第一实施例的三线连接方法的无刷直流马达100根据本发明的三线连接方法例如以18槽16极方式设计，并具有分割铁芯定子102-双转子103结构。
以下，对在根据本发明具有分割铁芯定子102的无刷直流马达100中，按各相卷绕线圈的3个分割铁芯按各相交替配置的马达(以下，称为“三线连接结构马达”)的设计方法进行说明。
首先，当设计本发明的三线连接结构马达时，定子的槽(slot)和转子的磁铁(磁极)之间的设定如以下数学式2。
数学式2
磁极(pole)数＝(槽数/9)×(9-1)
在上述数学式2中，槽数决定为9的倍数，根据数学式2，马达的槽数和极数例如设定为18槽16极、27槽24极、36槽32极、45槽40极等之类的比率。因此，在本发明中，槽数和极数的比率相差12％左右，由此当转子旋转时产生的齿槽与1线连接方式相比，减少为约1/10，且铁芯和铁芯(即，槽和槽)之间的间隔设定为较窄，其结果，磁铁和铁芯之间的相向的有效面积增加，从而能够增大效率。
并且，当设计本发明的三线连接结构马达时，用于检测转子的位置信号的转子位置检测器件在三相驱动方式的情况下，例如可使用2个或3个霍尔器件。
在使用3个霍尔器件的情况下，霍尔器件H1、H2、H3之间的角度设定为如以下数学式3或数学式4。
数学式3
霍尔器件之间的角度＝(360°/极数)×2÷3
数学式4
霍尔器件之间的角度＝(360°/槽数)×3
在使用2个霍尔器件的情况下，霍尔器件H1、H2之间的角度设定为如以下数学式5。
数学式5
霍尔器件之间的角度＝(360°/极数)÷2
在此情况下，对于另一个霍尔器件H3的转子位置检测以软件方式计算并适用。
在本发明中，可设定成根据数学式4将霍尔器件配置于三线连接的每个连续的3个分割铁芯，或根据数学式3在2个极(磁极)内配置3个霍尔器件。在根据上述数学式3配置3个霍尔器件的情况下，可使用小型的霍尔器件组装用PCB。
参照图4a至图6，根据本发明的三线连接方法设计的双转子结构的无刷直流马达100在18槽16极方式的情况下，包括：定子102，分别卷绕线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6的18个分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16配置成环形，以及双转子103，内部转子103a和外部转子103b以分隔方式配置，在上述内部转子103a和外部转子103b中，N极及S极磁铁分别交替配置于上述定子102的内侧及外侧。
包括上述内部转子103a和外部转子103b的双转子103借助转子支撑体(未图示)使内部转子103a和外部转子103b实现一体化，且在内部转子103a的中央部结合旋转轴(未图示)，在旋转轴的一端连接负荷。
上述内部转子103a和外部转子103b配置成相向的磁铁11-26、11a-26a具有相反极性。并且，上述内部转子103a和外部转子103b分别以形成相邻的磁铁之间的磁路通道的方式在内周及外周设置环形的背磁轭(箭头部分)，但为了便于说明，省略相关内容。
上述定子102按各U、V、W相将6个线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6相连接，且如图5所示，各相的一侧(起端)与构成马达驱动电路的逆变电路50的U、V、W输出相连接，各相的另一侧(终端)相连接而形成中性点NP。
上述定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6全部由3个各相的分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16形成1个铁芯组G1-G6，如图6所示，按U、V、W各相交替配置铁芯组G1-G6而组装。即，18个分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16可按G1(u11、u12、u13)、G3(v11、v12、v13)、G5(w11-w31)、G2(u14、u15、u15)、G4(v14、v15、v16)、G6(w14、w15、w16)顺序组装，并借助利用树脂的注塑成形与定子支撑体实现一体化，从而呈环形。并且，当卷绕定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6时，上述分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16为了绝缘，在形成于铁芯的外周的绝缘用线轴61-66可形成相互结合结构，从而借助利用该相互结合结构的其他组装方法来组装成环形。
在本发明中，分别包括在一个铁芯组的3个分割铁芯例如在U相G1(u11-u13)的情况下，按正向(u11)、反向(u12)、正向(u13)卷绕，使得各铁芯组的内部的分割铁芯产生相反方向的磁通量。在此情况下，在U相G1(u11-u13)的情况下，当然也可按反向(u11)、正向(u12)、反向(u13)卷绕。即，在本发明中，在连续的3个铁芯中的位于中间的铁芯，沿着与位于前端及后端的铁芯相反的方向卷绕线圈。
并且，就定子102而言，整体上看，如后续内容，18个分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16为了在相邻的分割铁芯之间产生相反的方向的磁通量，从马达驱动电路的控制部(未图示)产生选择性的驱动信号，从而通过逆变电路50向定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6施加。
作为在上述分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16卷绕定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6的方法，能够以连续卷绕方法卷绕于6个铁芯，或在连续卷绕于3个铁芯之后相连接，也可在每个铁芯卷绕之后相连接。
在图7中，说明以连续卷绕方法将线圈卷绕于6个铁芯的方法。
如图所示，可在使用5个夹具55将6个U相分割铁芯u11-u16组装成一列之后，利用如韩国登录特许第10-663641号所示的卷线机来简单进行连续卷绕(在图7中，未图示4个夹具)。在此情况下，位于第二及第五的分割铁芯u12、u15以进行反向卷绕的方式沿着相反的方向配置而组装。因此，在本发明中，使用通用卷线机以三线连接方法连续卷绕于各相的分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16，且卷绕方法及连接方式简单。
如图7所示，本发明的分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16分别在其外周以一体方式形成绝缘用线轴61-66，在各线轴61-66以设定线圈卷绕区域的方式在两侧设置外侧及内侧凸缘67、68，且在内侧凸缘68形成有用于线轴的结合的结合突起69a和结合槽69b。
以下，参照如上所述的图4a至图6，并参照下列表2，说明根据本发明的三线连接方法设计的双转子结构的无刷直流马达100的动作。下列表2为当驱动逆变电路50的开关器件FET1-FET6时适用的逻辑表。
表2
在本发明中，如图4a所示，3个霍尔器件H1、H2、H3可根据数学式4分别每按3槽，即每按60°配置，从而遍及120°范围配置，或如图8所示，霍尔器件H1、H2、H3分别每按根据上述数学式3计算的15°配置，从而遍及30°范围配置。
如上所述，在本发明中，可根据数学式3，将用于检测转子位置信号的霍尔器件H1、H2、H3的配置间隔最小化，从而将组装霍尔器件H1、H2、H3的霍尔器件组装体用PCB(即，霍尔器件组装体)的大小小型化。
即，在常规的现有的一线连接结构的18槽结构的马达的情况下，封装3个霍尔器件的霍尔器件组装体用印刷电路板(PCB)需要以覆盖40°范围的角度的大小而制作，在二线连接结构的24槽结构的马达的情况下，需要以覆盖60°范围的角度的大小而制作，但在本发明中，在18槽结构的马达的情况下，能够以覆盖30°范围的角度的大小而制作，因而能够制成小型。
霍尔器件H1、H2、H3按各个不同步骤检测转子103a、103b的磁极(N极或S极)，并向马达驱动电路传送。
图4a所示的马达表示0°时的状态，以6步骤(step)方式每按机械角7.5°切换在定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6流动的电流的方向并施加，来激活相应分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16，从而发生旋转磁场。
马达驱动电路包括控制部(未图示)和逆变电路50，逆变电路50由三对电力开关器件FET1-FET6分别以图腾柱方式连接而成，从上侧FET(FET1、FET3、FET5)和下侧FET(FET4、FET6、FET2)之间的连接点输出各相U、V、W，从而向马达100的定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6施加。
在马达100为三相驱动方式的情况下，定子102包括3个线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6，例如，在星形(star)线连接结构的情况下，线圈的另一端相连接，来形成中性点NP。
上述无刷直流马达100基于转子103的位置信号而选择性地驱动以图腾柱方式连接的三对开关器件中的2个开关器件，并依次向U相、V相、W相线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6中的2个相的线圈施加电流，使得2个相的定子线圈依次磁化，从而发生旋转磁场，以进行转子的旋转。即，在一个相的线圈，从逆变电路50的输出施加驱动信号，而在另一个相的线圈，通过中性点施加。
在马达驱动电路的控制部(未图示)中，若在各角度由霍尔器件H1、H2、H3检测到转子103a、103b的位置信号，则根据上述表2，逆变电路50使一对开关器件(FET)开启，来设定电流流动路径。
例如，如图4a所示，若霍尔器件H1、H2、H3检测到外部转子103b的极性为“N、N、S”，则控制部根据上述表2判断双转子103的旋转位置为0°，若以使得上侧的FET3和下侧的FET2开启的方式施加驱动信号，则电流经由FET3—V相线圈v1-v3—V相线圈v4-v6—W相线圈w6-w4—W相线圈w3-w1—FET2向接地流动。
由此，分割铁芯v11产生内侧方向的磁通量，分割铁芯v12产生朝向外侧方向的磁通量，分割铁芯v13产生朝向内侧方向的磁通量，从而如箭头所表示，设定磁路，且内部转子103a和外部转子103b与N极及S极磁铁相向地设定的双转子103沿着顺时针方向旋转。
即，在图4a的无刷直流马达100中，三线连接的分割铁芯v11-v13的外侧的右侧部分在外部转子103b的相向的磁铁16-18之间如S-S、N-N、S-S以相同的极性相向，分割铁芯v11-v13的内侧的右侧部分在内部转子103a的相向的磁铁16a-18a之间如N-N、S-S、N-N以相同的极性相向，由此在分割铁芯v11-v13和双转子103之间产生排斥力。
并且，与分割铁芯v11-v13的外侧右侧部分相比，外侧的左侧部分以相对小的面积在外部转子103b的相向的磁铁15-17之间如N-S、S-N、N-S以相反极性相向，分割铁芯v11-v13的内侧左侧部分在内部转子103a的相向的磁铁16a-18a之间如S-N、N-S、S-N以相反极性相向，由此在分割铁芯v11-v13和双转子103之间产生吸引力。
因此，在分割铁芯v11-v13和双转子103之间同时产生小的吸引力和大的排斥力，并产生使双转子103沿着顺时针方向旋转的作用。
并且，就与三线连接的分割铁芯v11-v13相邻地配置于后端的三线连接的分割铁芯w11-w13而言，外侧的左侧部分在外部转子103b的相向的磁铁18-20之间如S-N、N-S、S-N以相反极性相向，外侧的右侧部分在外部转子103b的相向的磁铁19-21之间如N-N、S-S、N-N以相同的极性相向，且分割铁芯w11-w13的内侧的左侧部分在内部转子103a的相向的磁铁18a-20a之间如N-S、S-N、N-S以相反极性相向，内侧的右侧部分在内部转子103a的相向的磁铁19a-21a之间如N-N、S-S、N-N以相同的极性相向，由此在分割铁芯w11-w13和双转子103之间产生吸引力和排斥力，并产生使双转子103沿着顺时针方向旋转的作用。
并且，在分别以三线连接的分割铁芯v14-v16及分割铁芯w14-w16和双转子103之间，也与上述方式相同地，产生排斥力及吸引力，从而借助推动并拉动双转子103的作用来使双转子103沿着顺时针方向旋转。
参照图4b，若霍尔器件H1、H2、H3检测到外部转子103b的极性为“S、N、S”，则控制部根据上述表2判断双转子103的旋转位置为以机械角计算7.5°，若以使得上侧的FET3和下侧的FET4开启的方式施加驱动信号，则电流经由FET3—V相线圈v1-v3—V相线圈v4-v6—W相线圈w6-w4—W相线圈w3-w1—FET4向接地流动。
由此，分割铁芯v11产生内侧方向的磁通量，分割铁芯v12产生朝向外侧方向的磁通量，分割铁芯v13产生朝向内侧方向的磁通量，从而如箭头所表示，设定磁路，且内部转子103a和外部转子103b与N极及S极磁铁相向地设定的双转子103沿着顺时针方向旋转。
即，在图4b的无刷直流马达100中，就三线连接的分割铁芯v11-v13而言，外侧的左侧部分在外部转子103b的相向的磁铁15-17之间如N-S、S-N、N-S以相反极性相向，外侧的右侧部分在外部转子103b的相向的磁铁16-18之间如N-N、S-S、N-N以相同极性相向，且分割铁芯v11-v13的内侧的左侧部分在内部转子103a的相向的磁铁15a-17a之间如S-N、N-S、S-N以相反极性相向，内侧的右侧部分在内部转子103a的相向的磁铁16a-18a之间如N-N、S-S、N-N以相同极性相向，由此在分割铁芯v11-v13和双转子103之间同时产生吸引力和排斥力，并产生使双转子103沿着顺时针方向旋转的作用。
并且，就与三线连接的分割铁芯v11-v13相邻地配置于前端的三线连接的分割铁芯u11-u13而言，外侧的左侧部分在外部转子103b的相向的磁铁12-15之间如S-N、N-S、S-N以相反极性相向，外侧的右侧部分在外部转子103b的相向的磁铁13-15之间如N-N、S-S、N-N以相同极性相向，且分割铁芯u11-u13的内侧的左侧部分在内部转子103a的相向的磁铁12a-15a之间如N-S、S-N、N-S以相反极性相向，内侧的右侧部分在内部转子103a的相向的磁铁12a-15a之间如S-S、N-N、S-S以相同极性相向，由此在分割铁芯u11-u13和双转子103之间同时产生吸引力和排斥力，并产生使双转子103沿着顺时针方向旋转的作用。
并且，在分别三线连接的分割铁芯v14-v16及分割铁芯u14-u16和双转子103之间，也与上述方式相同地，产生排斥力及吸引力，并借助推动并拉动双转子103的作用来使双转子103沿着顺时针方向旋转。
如上所述，在本发明中，按各铁芯组G1-G6，在连续的3个铁芯中的位于中间的铁芯反向卷绕线圈，并按各驱动步骤(step)以旋转轴为中心对称的配置于两侧的相邻的2个铁芯组，即一对连续的6个分割铁芯被激活，且配置于一对连续的6个分割铁芯之间的连续的3个分割铁芯处于非激活状态。
在此情况下，当按各上述相邻的2个铁芯组施加驱动信号而被激活时，包括在2个铁芯组的6个分割铁芯沿着相反的方向产生磁通量。并且，在实现激活的上述相邻的2个铁芯组中的一个组，从相应线圈的起端施加驱动信号，而在另一组，从相应线圈的终端施加驱动信号。
在此情况下，实现激活的一对连续的6个分割铁芯在与双转子103之间，外侧及内侧凸缘60b、60a的左侧设定为相反极性，从而产生借助吸引力沿着旋转方向拉动双转子103的作用，且外侧及内侧凸缘的右侧设定为相同极性，从而产生借助排斥力沿着旋转方向推动双转子103的作用。
即，4个铁芯组的分别连续的3个分割铁芯全部产生使相向的双转子103的磁铁沿着相同的方向旋转的磁通量，从而实现对于转子的有效力传递。
并且，在本发明中，在与分割铁芯的两端部相向的双转子103中，即使在相邻的S极及N极磁铁之间配置边界面，也能够无磁通量损失地，设定有效的磁路路径，使得双转子103旋转驱动，其结果，无需对相邻的S极及N极磁铁的边角进行圆弧处理，也能够使用分割磁化的磁铁，使得与分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16相对应的磁铁11-16:11a-26a的有效面积变大，且效率上升。
并且，在本发明中，一对连续的6个分割铁芯以在相邻的分割铁芯之间沿着相反的方向产生磁通量的方式卷绕线圈，随着施加驱动信号，即使将铁芯和铁芯之间的间隔设定为较小，也不发生由齿槽引起的磁通量的泄漏，并通过增大磁铁和铁芯之间的有效面积来减少漏磁通，以增大效率。
在现有技术中，要求将槽和槽之间的开口(opening)宽度设定为较宽，且对外周面进行圆弧(R)处理，但在本发明中，各分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16的内侧及外侧凸缘60a、60b不进行圆弧处理，如图4a及图4b所示，即使以与形成18个分割铁芯整体的一个内侧圆和外侧圆相一致的方式设定曲率，也不会产生太多的齿槽。其结果，能够将磁铁和铁芯之间的有效面积增大至最大，来减少漏磁通，以增大效率。
另一方面，本发明不仅适用于第一实施例的双转子马达，也能够以同样的原理适用于单转子型无刷直流马达。
图9a为表示根据本发明的第二实施例以三线连接方法将线圈卷绕于一体型铁芯的利用三线连接结构定子的单转子型无刷直流马达的直径方向剖视图，图9b为表示根据本发明的第二实施例以三线连接方法将线圈卷绕于分割铁芯的利用三线连接结构定子的单转子型无刷直流马达的直径方向剖视图，图10为作为利用本发明第二实施例的三线连接结构定子的单转子型无刷直流马达，表示转子为“0°”时的直径方向剖视图。
参照图9a及图9b，本发明第二实施例的单转子型无刷直流马达例如作为18槽16极方式的马达，包括定子120和以分隔方式配置于定子120的外部的转子110。如图9a及图9b所示，在第二实施例的说明中，例举在定子的外侧配置转子的外转子马达进行说明，但本发明与其相反，也可适用于转子配置于定子的内侧的内转子马达。
上述转子110可由具有多个(16个)互不相同的极性(N极及S极)的磁铁(即，极)345-390依次以环形附着于背磁轭(未图示)而实现。
如图9a所示，定子120由前端部呈T字形状的多个(18个)齿u11-w16从环形的背磁轭径向延伸的一体型铁芯实现，或如图9b所示，可由前端部呈T字形状且后端部相连接而形成环形的背磁轭的多个(18个)分割铁芯u11-w16实现。
在本发明中，如上所述，在定子120卷绕线圈，并形成磁路路径的铁芯可使用一体型铁芯或分割铁芯。
因此，在说明第二实施例的过程中，为了便于说明，除了特殊情况之外，齿、分割铁芯或形成于齿和齿之间的槽使用为相同的含义，并赋予相同的附图标记(u11-w16)。
组装多个(18个)分割铁芯u11-w16)而实现的定子能够节减铁芯的材料费用，且根据本发明，当卷绕对于3个或6个铁芯(齿)的三线连接方式的线圈时，能够使用通用卷线机，来代替专用卷线机，并以连续卷绕方法进行卷绕，因而能够减少制造费用。只是，在分割铁芯结构的情况下，在分割铁芯分别卷绕线圈之后，需要经过组装分割铁芯的工艺。
实现包括在单转子方式的无刷直流马达的转子110的磁铁(极)的数量和齿(槽)的数量可具有各种组合的数量。实现这种单转子方式的无刷直流马达的槽/极的数量的组合根据如上所述的数学式2决定。
以下，在本发明的第二实施例中，为了便于说明，例举由18槽16极实现的单转子型无刷直流马达进行说明。
本发明的单转子型无刷直流马达在18槽16极方式的情况下，包括：定子120，分别卷绕线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6的18个分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16以环形配置，以及转子110，呈在定子120的外侧分别交替配置N极及S极磁铁的环形形状。
以下，对在根据本发明具有分割铁芯型定子120的无刷直流马达100a中，如图9b所示，按各相卷绕线圈的3个分割铁芯按各相交替配置的马达(以下，称为“三线连接结构马达”)的设计方法进行说明。
如后续内容，第二实施例的单转子型无刷直流马达与第一实施例的双转子型无刷直流马达相比，不同的是，使用单一转子来代替双转子，并且，以形成磁路的方式使与磁铁相向的齿的后端部形成环形背磁轭，来代替多个分割铁芯以分隔方式配置，其余结构部分和动作原理部分没有太大的差异。
即，在第一实施例及第二实施例中，定子的槽(slot)数和转子的磁铁(磁极)数之间的组合比、在定子的分割铁芯卷绕线圈的三线连接方法、配置卷绕线圈的分割铁芯的方法及驱动马达的方法实质上相同。
因此，在说明第二实施例的过程中，对于与第一实施例相同的部分，省略或简要说明。
首先，当设计本发明的三线连接结构马达时，定子的槽(slot)数和转子的磁铁(磁极)数之间的组合设定为如上述数学式2。
因此，在第二实施例的单转子型马达中，也与第一实施例的双转子型马达相同地，槽数设定为9的倍数，且根据数学式2，马达的槽数和极数例如设定为18槽16极、27槽24极、36槽32极、45槽40极等之类的比率。因此，在本发明中，槽数和极数的比率相差12％左右，由此当转子旋转时产生的齿槽与1线连接方式相比，减少为约1/10，铁芯和铁芯(即，槽和槽)之间的间隔设定为较窄，其结果，磁铁和铁芯之间的相向的有效面积增加，以能够增大效率。
并且，当设计本发明的三线连接结构马达时，用于检测转子的位置信号的转子位置检测器件在三相驱动方式的情况下，例如，可使用2个或3个霍尔(Hall)器件。
在使用3个霍尔器件的情况下，霍尔器件H1、H2、H3之间的角度设定为如上述数学式3或数学式4。
在使用2个霍尔器件的情况下，霍尔器件H1、H2之间的角度设定为如上述数学式5。在此情况下，对于另一个霍尔器件H3的转子位置检测以软件方式计算并适用。
在本发明中，可设定成根据数学式4将霍尔器件配置于三线连接的每个连续的3个齿(或分割铁芯)，或根据数学式3在2个极(磁极)内配置3个霍尔器件。在根据上述数学式3配置3个霍尔器件的情况下，可使用小型的霍尔器件组装用PCB。
参照图9a及图9b，上述第二实施例的转子110具有实质上与第一实施例的转子相同的结构，且借助转子支撑体(未图示)，在中央部结合旋转轴(未图示)，在旋转轴的一端连接负荷。
在上述转子110中，交替配置N极磁铁350、360、370、380、390和S极磁铁345、355、365、375、385，且以分别形成相邻的磁铁之间的磁路通道的方式在外周设置环形的背磁轭(箭头部分)，但为了便于说明，省略了相关内容。
上述定子120按各个U、V、W不同相将6个线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6相连接，且如图11所示，各相的一侧(起端)与构成马达驱动电路的逆变电路50的U、V、W输出相连接，各相的另一侧(终端)相连接而形成中性点NP。
上述定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6全部由3个各相的分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16形成1个铁芯组G1-G6，如图6所示，按U、V、W各相交替配置铁芯组G1-G6而组装。即，18个分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16可按G1(u11、u12、u13)、G3(v11、v12、v13)、G5(w11-w31)、G2(u14、u15、u15)、G4(v14、v15、v16)、G6(w14、w15、w16)顺序组装，使得内周部相结合而实现一体化，从而如图9b所示，形成为环形。
如图9b所示，上述分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16可分别由多个(18个)分割铁芯实现，在上述多个分割铁芯中，前端部以形成卷绕线圈的卷绕区域的方式呈T字形状，后端部的本体127相连接而形成环形的背磁轭123。当形成环形的背磁轭123时，上述分割铁芯的本体127可借助形成于本体的两侧端部的各种相互结合结构，例如结合突起127a和结合凹槽127b相组装。
并且，当卷绕定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6时，上述分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16为了绝缘，在分割铁芯的外周能够以一体方式形成绝缘用线轴125。进而，绝缘用线轴125由上部及下部线轴构成，并与以环形相组装的分割铁芯结合。
并且，上述多个分割铁芯在以环形组装时，当然，也可将本体127相连接而形成环形的背磁轭123，且在绝缘用线轴125借助附加的结合突起和结合凹槽相组装，由此代替借助结合突起127a和结合凹槽127b相组装。
在本发明中，分别包括在一个铁芯组的3个分割铁芯例如为U相G1(u11-u13)的情况下，按正向(u11)、反向(u12)、正向(u13)卷绕，使得各铁芯组的内部的分割铁芯产生相反的方向的磁通量。
并且，就定子120而言，整体上看，如后续内容，18个分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16为了在相邻的分割铁芯之间产生相反的方向的磁通量，从马达驱动电路的控制部(未图示)产生选择性的驱动信号，从而通过逆变电路50向定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6施加。
作为在上述分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16卷绕定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6的方法，能够通过连续卷绕方法卷绕于6个铁芯，或在连续卷绕于3个铁芯之后相连接，也可在每个铁芯卷绕之后相连接。
在6个铁芯连续卷绕线圈的方法实质上与图7a及图7b所示的第一实施例的线圈卷绕方法相同，因而省略相关说明。
在本发明的分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16的外周，分别以一体方式形成绝缘用线轴125，且在各线轴125的两侧以设定线圈卷绕区域的方式设置外侧及内侧凸缘。
以下，参照上述图10，说明根据本发明的三线连接方法设计的单转子结构的无刷直流马达100a的动作。第二实施例与第一实施例相同，当驱动逆变电路50的开关器件FET1-FET6时，利用表2所示的逻辑表进行驱动。
在第二实施例中，3个霍尔器件H1、H2、H3可根据数学式4分别每按3槽，即每按60°配置，从而遍及120°范围配置，或霍尔器件H1、H2、H3分别每按根据上述数学式3计算的15°配置，从而遍及30°范围配置。
如上所述，在本发明中，可根据数学式3，将用于检测转子位置信号的霍尔器件H1、H2、H3的配置间隔最小化，从而将组装霍尔器件H1、H2、H3的霍尔器件组装体用PCB(即，霍尔器件组装体)的大小小型化。
即，在常规的现有的一线连接结构的18槽结构的马达的情况下，封装3个霍尔器件的霍尔器件组装体用印刷电路板(PCB)需要以覆盖40°范围的角度的大小来制作，在二线连接结构的24槽结构的马达的情况下，需要以覆盖60°范围的角度的大小来制作，但在本发明中，在18槽结构的马达的情况下，能够以覆盖30°范围的角度的大小来制作，因而能够制成小型。
霍尔器件H1、H2、H3按各个不同步骤检测转子110的磁极(N极或S极)，并向马达驱动电路传送。
图10所示的马达表示0°时的状态，以6步骤(step)方式每按机械角7.5°切换在定子线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6流动的电流的方向并施加，来激活相应分割铁芯u11-u16、v11-v16、w11-w16，从而发生旋转磁场。
如图5所示，马达驱动电路包括控制部(未图示)和逆变电路50。在马达100a为三相驱动方式的情况下，定子120包括3个线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6，例如，在星形(star)线连接结构的情况下，线圈的另一端相连接，来形成中性点NP。
上述无刷直流马达100a基于转子110的位置信号选择性地驱动以图腾柱方式连接的三对开关器件中的2个开关器件，并依次向U相、V相、W相线圈u1-u6、v1-v6、w1-w6中的2个相的线圈施加电流，使得2个相的定子线圈依次磁化，从而发生旋转磁场，以进行转子的旋转。即，在一个相的线圈，从逆变电路50的输出施加驱动信号，而在另一个相的线圈，通过中性点施加。
在马达驱动电路的控制部(未图示)中，若在各角度由霍尔器件H1、H2、H3检测到转子110的位置信号，则根据上述表2，逆变电路50使一对开关器件FET开启，来设定电流流动路径。
例如，如图10所示，若霍尔器件H1、H2、H3检测到转子110的极性为“N、N、S”，则控制部根据上述表2来判断转子110的旋转位置为0°，若以使得上侧的FET3和下侧的FET2开启的方式施加驱动信号，则电流经由FET3—V相线圈v1-v3—V相线圈v4-v6—W相线圈w6-w4—W相线圈w3-w1—FET2向接地流动。
由此，分割铁芯v11产生内侧方向的磁通量，分割铁芯v12产生朝向外侧方向的磁通量，分割铁芯v13产生朝向内侧方向的磁通量，从而如箭头所表示，设定磁路，且转子110沿着顺时针方向旋转。
即，在图10的无刷直流马达100a中，就三线连接的分割铁芯v11-v13而言，齿的右侧部分在转子110的相向的磁铁365、370、375之间如S-S、N-N、S-S以相同的极性相向，由此在分割铁芯(即，齿)v11-v13和转子110之间产生大的排斥力。
并且，与分割铁芯v11-v13的齿的右侧部分相比，齿的左侧部分以相对小的面积在转子110的相向的磁铁360、365、370之间如N-S、S-N、N-S以相反极性相向，由此在分割铁芯v11-v13和转子110之间产生小的吸引力。
因此，在分割铁芯v11-v13和转子110之间同时产生小的吸引力和大的排斥力，因而产生使转子110沿着顺时针方向旋转的作用。
并且，就与三线连接的分割铁芯v11-v13相邻地配置于后端的三线连接的分割铁芯w11-w13而言，齿的左侧部分在转子110的相向的磁铁375、380、385之间如S-N、N-S、S-N以相反极性相向，齿的右侧部分在转子110的相向的磁铁380、385、390之间如N-N、S-S、N-N以相同的极性相向，由此在分割铁芯w11-w13和转子110之间产生吸引力和排斥力，并产生使转子110沿着顺时针方向旋转的作用。
并且，在分别三线连接的分割铁芯v14-v16及分割铁芯w14-w16和转子110之间，也与上述方式相同地，产生排斥力及吸引力，从而借助推动并拉动转子110的作用来使转子110沿着顺时针方向旋转。
之后，若转子110以7.5°的机械角旋转，从而由霍尔器件H1、H2、H3检测到转子110的极性为“S、N、S”，则控制部根据上述表2来判断转子110的旋转位置为以机械角计算7.5°。由此，若控制部以使得上侧的FET3和下侧的FET4开启的方式施加驱动信号，则电流经由FET3—V相线圈v1-v3—V相线圈v4-v6—W相线圈w6-w4—W相线圈w3-w1—FET4向接地流动。
由此，分割铁芯v11产生内侧方向的磁通量，分割铁芯v12产生朝向外侧方向的磁通量，分割铁芯v13产生朝向内侧方向的磁通量，从而设定磁路，且转子110沿着顺时针方向旋转。
并且，在分别三线连接的分割铁芯v14-v16及分割铁芯u14-u16和转子110之间，也与上述方式相同地，产生排斥力及吸引力，并借助推动并拉动转子110的作用来使转子110沿着顺时针方向旋转。
如上所述，在本发明的第二实施例中同样实现激活的一对连续的6个分割铁芯在与转子110之间，齿的左侧设定为相反极性，从而产生借助吸引力沿着旋转方向拉动转子110的作用，且齿的右侧设定为相同极性，从而产生借助排斥力沿着旋转方向推动转子110的作用。
即，4个铁芯组的分别连续的3个分割铁芯全部产生使相向的转子110的磁铁沿着相同的方向旋转的磁通量，从而对于转子传递有效的力。
如上所述的第二实施例的单转子型无刷直流马达采用如下定子，并呈现与第一实施例的双转子型无刷直流马达相同的作用效果，且省略相关说明，上述定子以可减少齿槽噪音和漏磁通来增大效率的三线连接方法卷绕线圈。
在上述实施例的说明中，例举定子由分割铁芯构成的结构、与双转子组合的双转子马达及单转子-单定子马达进行了说明，但本发明也能够以相同原理适用于在内侧及外侧分别具有独立的磁路的双转子-双定子结构的马达。本发明除了如上所述的径向间隙型结构的马达之外，还可适用于轴向间隙型马达。
并且，在上述实施例的说明中，例示了以三相驱动方式对定子线圈进行星形(star)连接的回路，但也可适用于德尔塔连接方式。
进而，在上述实施例的说明中，为了检测转子位置信息，使用了霍尔器件，但也可使用检测旋转的转子磁铁的极性变化的另一磁检测器件。
并且，在上述实施例的说明中，例示了18槽16极结构的马达，但也能够以相同的方式适用于设定为27槽24极、36槽32极、45槽40极等之类的比率的马达。
在上述实施例的说明中，例示了为了在连续的3个分割铁芯之间沿着相反的方向产生磁通量，各相的线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个分割铁芯，但也可按反向、正向及反向的顺序卷绕于3个分割铁芯，在此情况下，转子只沿着逆时针方向旋转。
以上，参照实施例进行了说明，但应当理解的是，本发明所属技术领域的普通技术人员在不脱离以下发明要求保护范围所记载的本发明的思想及领域的情况下，能够多样地修改及变更本发明。
产业上的可利用性
本发明能够适用于定子、利用该定子的无刷直流马达及马达驱动方法，一对连续的6个分割铁芯为了在相邻的分割铁芯或齿之间沿着相反的方向产生磁通量，通过三线连接方法卷绕线圈，由此能够减少齿槽(cogging)噪音和漏磁通来增大效率。

Claims (20)

1.一种无刷直流马达，其特征在于，
包括：
双转子，具有内部转子和外部转子，在上述内部转子和外部转子中，由相反极性形成的多个N极及S极磁铁交替配置于相向的位置，以及
定子，配置于上述内部转子和外部转子之间，具有以三相驱动方式连接并卷绕三相线圈的多个分割铁芯；
上述多个分割铁芯包括多个铁芯组，在多个铁芯组中，各相的线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个分割铁芯，上述连续的3个分割铁芯沿着相反的方向产生磁通量。
2.根据权利要求1所述的无刷直流马达，其特征在于，上述无刷直流马达的内部转子和外部转子的磁极数决定为(槽数/9)×8，上述槽数设定为9的倍数。
3.根据权利要求1所述的无刷直流马达，其特征在于，
上述多个铁芯组按U、V、W各相交替配置而组装；
当向每个相邻的2个铁芯组施加驱动信号而激活时，包括在2个铁芯组的6个分割铁芯沿着相反的方向产生磁通量。
4.根据权利要求1所述的无刷直流马达，其特征在于，
还包括3个霍尔器件，上述3个霍尔器件用于检测上述转子的位置信号；
上述3个霍尔器件之间的角度设定为(360°/槽数)×3或设定为(360°/极数)×2÷3；
基于上述3个霍尔器件检测到的转子的位置信号的组合来施加上述线圈的驱动信号。
5.根据权利要求1所述的无刷直流马达，其特征在于，
还包括2个霍尔器件，上述2个霍尔器件用于检测转子的位置信号；
上述2个霍尔器件之间的角度设定为(360°/极数)÷2；
利用上述2个霍尔器件检测到的转子的位置信号来施加上述线圈的驱动信号。
6.根据权利要求3所述的无刷直流马达，其特征在于，包括在上述2个铁芯组的6个分割铁芯沿着相反的方向产生磁通量，连续的上述6个分割铁芯全部设定为与相向的内部转子和外部转子的磁铁的磁极相同的极性或相反极性，来使上述转子沿着相同的方向旋转。
7.一种无刷直流马达，其特征在于，
包括：
转子，以交替的方式配置有多个N极及S极磁铁，以及
定子，与上述转子分隔，并以三相驱动方式连接而使三相线圈卷绕于铁芯的多个齿；
上述多个齿包括多个铁芯组，在多个铁芯组中，各相的线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个齿，上述连续的3个齿沿着相反的方向产生磁通量。
8.根据权利要求7所述的无刷直流马达，其特征在于，上述转子的磁铁数决定为(槽数/9)×8，上述槽数设定为9的倍数。
9.根据权利要求7所述的无刷直流马达，其特征在于，
当向每个相邻的2个铁芯组施加驱动信号而激活时，包括在相邻的2个铁芯组的连续的6个齿沿着相反的方向产生磁通量；
上述连续的6个齿全部设定为与相向的转子的磁铁的磁极相同的极性或相反极性，来使上述转子沿着相同的方向旋转。
10.根据权利要求7所述的无刷直流马达，其特征在于，
上述定子的铁芯由相结合的多个分割铁芯构成；
上述多个分割铁芯分别包括：
T型齿，用于卷绕上述线圈，以及
本体，从上述T型齿延伸，并以相结合的方式形成环形背磁轭。
11.一种无刷直流马达，其特征在于，
包括：
转子，以交替的方式配置有多个N极及S极磁铁，以及
定子，与上述转子分隔，并以三相驱动方式连接而使三相线圈卷绕于铁芯的多个齿；
上述多个齿包括多个铁芯组，在多个铁芯组中，各相的线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个齿；
当向上述线圈施加驱动信号时，三相中的2个相的连续的6个齿设定为激活状态，配置于上述连续的6个齿之间的1个相的连续的3个齿设定为非激活状态，激活的上述连续的6个齿沿着相反的方向产生磁通量。
12.一种无刷直流马达，其特征在于，
包括：
转子，以交替的方式配置有多个N极及S极磁铁，以及
定子，与上述转子分隔，并以三相驱动方式连接而使三相线圈卷绕于铁芯的多个齿；
上述转子的磁铁数决定为(槽数/9)×8，上述槽数设定为9的倍数；
在上述定子中，线圈卷绕于按U、V、W各相决定为(9的倍数/3)的多个齿。
13.根据权利要求12所述的无刷直流马达，其特征在于，上述多个齿包括多个铁芯组，在多个铁芯组中，各相的线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个齿。
14.一种三线连接结构的定子，以三相驱动方式连接，上述三线连接结构的定子的特征在于，
包括：
多个分割铁芯，以及
三相线圈，分别卷绕于上述多个分割铁芯；
包括多个铁芯组，在多个铁芯组中，上述三相线圈分别针对U、V、W各相按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个分割铁芯，由此在相邻的分割铁芯之间沿着相反的方向产生磁通量。
15.一种三线连接结构的定子，其特征在于，
包括：
铁芯，多个齿从环形的背磁轭径向延伸，以及
三相线圈，分别卷绕于上述多个齿；
上述三相线圈为了在相邻的齿之间沿着相反的方向产生磁通量，针对各相，以使连续的3个齿中的位于中间的中间齿、位于上述中间齿的前端和后端的前端齿和后端齿的卷绕方向互不相同的方式，按各相交替配置。
16.根据权利要求15所述的三线连接结构的定子，其特征在于，上述铁芯由多个分割铁芯构成。
17.一种无刷直流马达的驱动方法，采用三相驱动方式，上述无刷直流马达的驱动方法的特征在于，
包括：
准备三相驱动方式的无刷直流马达的步骤，在多个铁芯组中，针对U、V、W各相，三相线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个分割铁芯，并且，定子与双转子相结合，上述定子按U、V、W各相交替配置，上述双转子与定子分隔，并分别以交替的方式配置有多个N极及S极磁铁，
基于转子位置检测器件检测到的转子位置信号，来判断转子位置的步骤，以及
基于上述转子位置，向三相线圈中的2个相的线圈施加驱动信号的步骤；
当向上述相邻的2个铁芯组的线圈施加驱动信号时，包括在2个铁芯组的6个齿沿着相反的方向产生磁通量。
18.根据权利要求17所述的无刷直流马达的驱动方法，其特征在于，包括在上述相邻的2个铁芯组的连续的6个分割铁芯实现激活，处于非激活状态的其余3个分割铁芯配置于激活的6个分割铁芯之间。
19.根据权利要求17所述的无刷直流马达的驱动方法，其特征在于，在实现激活的上述相邻的2个铁芯组中的一个组中，从相应线圈的起端施加驱动信号，而在另一组中，从相应线圈的终端施加驱动信号。
20.一种无刷直流马达的驱动方法，采用三相驱动方式，上述无刷直流马达的驱动方法的特征在于，
包括：
准备三相驱动方式的无刷直流马达的步骤，在多个铁芯组中，针对U、V、W各相，三相线圈分别按正向、反向及正向的顺序卷绕于连续的3个齿，并且，定子与转子相结合，上述定子按U、V、W各相交替配置，上述转子与定子分隔，并以交替的方式配置有多个N极及S极磁铁，
基于转子位置检测器件检测到的转子位置信号，来判断转子位置的步骤，以及
基于上述转子位置，向三相线圈中的2个相的线圈施加驱动信号的步骤；
当向上述相邻的2个铁芯组的线圈施加驱动信号时，包括在2个铁芯组的6个齿沿着相反的方向产生磁通量。
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