KR100310148B1 - 무브러시 직류 모터 - Google Patents

Abstract

개시된 무브러시 직류 모터는 복수의 얇은 강판을 적층하여서된 철심과, 이 철심의 축공 둘레에 형성된 다수의 삽입공에 삽입되어 자장을 형성하는 것으로써, 그 중앙부가 소정 각도로 절곡된 다수의 영구자석으로 이루어지는 회전자; 상기 영구자석에 의한 자장과 상호 작용하여 토크를 발생시키는 전기장을 형성하는 아마튜어 코일을 가지는 고정자; 및 상기 회전자의 위치를 검출하여 아마튜어 코일에 통전 신호를 인가하는 위치검출회로를 포함한다. 여기서, 영구자석은 80∼100°의 각으로 절곡되고, 영구자석의 수는 4개가 바람직하다. 이에 따르면, 회전자의 영구자석 형상을 변경하는 것에 의해 영구자석에 의해 발생되는 기본적인 토크 외에 회전자의 돌극 형상에 의한 자기저항 토크가 크게 발생되어 모터의 효율이 향상될 수 있다.

Description

무브러시 직류 모터{BLDC motor}

본 발명은 직류 모터, 보다 구체적으로는 브러시(Brush)를 가지지 않는 무브러시 직류 모터(BLDC Motor)에 관한 것이다.

일반적으로, 무브러시 직류 모터는 정류자와 브러시라는 기계적 접촉부가 없기 때문에 전기적, 기계적 노이즈가 발생되지 않고 수명이 길어 널리 사용되고 있다. 이러한 무브러시 직류 모터는 자장 형성을 위한 다수의 영구자석을 갖춘 회전자, 이 회전자의 영구자석에 의한 자장과의 상호 작용으로 회전자를 회전시키는 토크를 발생시키는 아마튜어 코일이 감긴 고정자 및 회전자의 위치를 검출하여 아마튜어 코일에 통전 신호를 인가하는 위치검출회로 등으로 이루어져 있다.

상기와 같은 구조를 가지는 일반적인 무브러시 직류 모터의 개략적인 구조가 도 1에 분해 사시도로 도시되어 있는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도면에서 참조부호 10은 회전자, 20은 고정자이다.

도시된 바와 같이, 상기 회전자(10)는 철심(12)과 다수의 영구자석(16)으로 이루어져 있다.

상기 철심(12)은 다수의 전기강판을 적층하는 것에 의해 형성되며, 중앙에는 축공(13)이 형성되어 있고 축공(13)의 둘레에 다수의 삽입공(14)이 형성되어 있다.

상기 영구자석(16)은 도 2에 도시된 바와 같이, 철심(12)의 삽입공(14)에 삽입되어 있다. 이 영구자석(16)은 원만한 호 형상을 하고 있으며, 철심(12)에 원형으로 배치되어 있다.

그리고, 상기 고정자(20)는 그 내주면에 아마튜어 코일을 권선하기 위한 다수의 반개구 슬롯(20a)이 형성되어 있다.

또한, 도시하지는 않았으나, 일반적인 무브러시 직류 모터는 회전자의 위치를 검출하여 아마튜어 코일에 통전 신호를 인가하는 위치검출회로를 구비하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 무브러시 직류 모터는, 영구자석이 원만한 호 형상을 이루면서 철심에 원형으로 배치됨으로써, 영구자석에 의한 기본토크 외에 모터의 효율 향상에 기여하는 자기저항 토크(reluctance torque)가 없기 때문에, 모터의 효율이 낮다는 단점이 있었다. 즉, 도 2에서 영구자석(16)의 자속(flux) 중심축을 d축(마그네트 토크축), 이것에 대해 전기각 90°의 위상을 갖는 축(자기저항 토크축)을 q축이라하면, 상기 d축과 q축 방향에서의 영구자석(16)의 외주면과 고정자(20)의 내주면 사이의 거리가 동일하기 때문에 자기저항 토크가 발생되지 않는다(Lq/Ld = 1, 여기서 Ld : d축 인덕턴스, Lq ; q축 인덕턴스). 따라서 자기저항 토크에 의한 모터의 효율 향상을 기대할 수 없다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 영구자석의 형상을 d축과 q축 방향에서의 자기저항 차가 최대로 되도록 변경하여 자기저항 토크를 크게 발생시킴으로써 효율의 향상을 도모한 무브러시 직류 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 무브러시 직류 모터를 나타낸 분해 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 무브러시 직류 모터의 조립 평면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무브러시 직류 모터를 나타낸 평면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무브러시 직류 모터를 나타낸 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 ; 회전자 110 ; 철심

114 ; 삽입공 120 ; 영구자석

200 ; 고정자

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 무브러시 직류 모터는, 복수의 얇은 강판을 적층하여서된 철심과, 이 철심의 축공 둘레에 형성된 다수의삽입공에 삽입되어 자장을 형성하는 것으로써, 그 중앙부가 소정 각도로 절곡된 다수의 영구자석으로 이루어지는 회전자; 상기 영구자석에 의한 자장과 상호 작용하여 토크를 발생시키는 전기장을 형성하는 아마튜어 코일을 가지는 고정자; 및 상기 회전자의 위치를 검출하여 아마튜어 코일에 통전 신호를 인가하는 위치검출회로를 포함한다. 여기서, 영구자석은 80∼100°의 각으로 절곡되고, 영구자석의 수는 4개가 바람직하다. 또한, 영구자석의 절곡부는 원만한 호 형상으로 라운딩 처리되는 것이 좋다.

이에 따르면, 영구자석의 형상이 d축(마그네트 토크축)과 q축(자기저항토크축) 방향에서의 영구자석의 외측면과 고정자의 내주면 사이의 거리가 서로 다르기 때문에, 회전자의 돌극 형상에 의한 자기저항토크가 크게 발생한다. 따라서 영구자석에 의해 발생되는 기본 토크 외에 큰 자기저항토크가 발생되므로 모터의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무브러시 직류 모터를 나타낸 평면도 이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무브러시 직류 모터를 나타낸 평면도이다.

도면에서 참조부호 100은 회전자, 200은 고정자 이며, 110은 철심, 120은 영구자석이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무브러시 직류 모터는, 다수의 영구자석(120)이 장착된 회전자(100), 회전자(100)의 영구자석(120)에 의한 자장과의 상호 작용으로 회전자(100)를 회전시키는 토크를 발생시키는 아마튜어 코일이 감긴 고정자(200) 및 회전자(100)의 위치를 검출하여 아마튜어 코일에 통전 신호를 인가하는 위치검출회로(도시되지 않음) 등을 포함하는 기본적인 구조는 상술한 종래의 무브러시 직류 모터의 구성과 동일하다. 본 발명의 특징은 회전자(100)의 영구자석(120)의 형상이 자기저항 토크를 크게 발생시킬 수 있는 형상으로 되어 있다는데 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 영구자석(120)은 그 중간부가 소정 각도로 절곡된 대략 'L'자 형상을 가진다. 중간부의 절곡된 각도는 대략 80 내지 100°이며, 바람직하게는 90°이다. 이러한 형상을 가지는 영구자석(120)은 그 중간부가 철심(110)의 외측을 향하도록 배열되어 철심(110)의 삽입공(114)에 삽입되어 있다. 또한, 영구 자석(120)의 수는 4개가 바람직하다.

이러한 본 발명에 따른 무브러시 직류 모터는, 자기저항 토크가 크게 발생됨으로써, 모터의 효율이 향상될 수 있는 바, 이를 살펴보면 다음과 같아. 즉, 도 2에 도시된 종래의 모터는 이미 설명한 바와 같이, 마그네트 토크축(d축)과 자기저항 토크축(q축) 방향에서의 영구자석(16)의 외주면과 고정자(20)의 내주면 사이의 거리가 동일하여 자기저항 토크가 발생되지 않는다. 그러나, 도 3에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 d축과 q축 방향에서의 영구 자석(120)의 외측면과 고정자(200)의 내주면 사이의 거리가 서로 다르기 때문에, 자기저항 토크가 크게 발생된다(Lq/Ld>1). 따라서, 종래의 모터에 비하여 영구자석에 의한 기본 토크 외에 자기 저항에 의한 토크가 발생되므로 모터 효율이 크게 향상될 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 기본적으로 제 1 실시예와 동일한 구조를 가진다. 다만, 본 실시예는 영구자석(120)의 중간부, 즉 절곡부가 원만한 호 형상으로 처리되어 있기 때문에, 공극에서의 자속(flux) 파형이 정현파에 보다 근접하게 되어, 제 1 실시예보다 소음이 적다는 장점이 있다. 그외 여타 구성 및 작용은 본 발명의 일 실시예와 같으므로, 동일 부호를 인용하여 상세한 설명은 생략한다.

상기된 바와 같은 본 발명은, 회전자의 영구자석 형상을 변경함으로써 영구 자석이 발생하는 기본 토크 외에 자기저항 토크가 증대되어, 효율이 향상되는 장점이 있다. 또한, 영구자석의 절곡부를 완만한 호 형상으로 처리함으로써, 소음이 크게 저감되는 장점도 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 복수의 얇은 강판을 적층하여서 된 철심과, 이 철심의 축공 둘레에배치되도록형성된 다수의 삽입공에 삽입되어 자장을 형성하는 것으로서,상기 축공을 에워싸도록 양단부가 내측을 향하게 중앙부가 절곡된다수의 영구자석으로 이루어지는 회전자;

   상기 영구자석에 의한 자장과 상호 작용하여 토크를 발생시키는 전기장을 형성하는 아마튜어 코일을 가지는 고정자; 및

   상기 회전자의 위치를 검출하여 아마튜어 코일에 통전 신호를 인가하는 위치검출회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 무브러시 직류 모터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 영구자석의 절곡 각도는 80 ∼ 100°인 것을 특징으로 하는 무브러시 직류 모터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 영구 자석의 수는 4개인 것을 특징으로 하는 무브러시 직류 모터.
4. 제1항에 있어서, 상기 영구자석의 중앙 절곡부가완만한호 형상으로 처리된 것을 특징으로 하는 무브러시 직류 모터.