KR100312293B1 - Two-phase Bi-DC Motor with Single-Hole Element - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일 홀소자를 갖는 2상 비엘디씨(BLDC) 모터에 관한 것으로, 특히 단일의 위치검출소자를 사용하면서도 데드 포인트 없이 로터의 구동이 가능하여 구동회로가 극히 간단하며, 효율적인 자석의 배치에 의해 고효율과 토크리플이 작은 BLDC 모터에 관한 것이다.The present invention relates to a two-phase BLDC motor having a single Hall element. In particular, the rotor can be driven without a dead point while using a single position detection element, and the driving circuit is extremely simple, and the magnet is disposed efficiently. A BLDC motor with high efficiency and low torque ripple.

본 발명은 2n개의 코일로 이루어지며 2상 구동방식으로 결선된 다수의 코일이 환원상 지지체에 균일한 간격으로 배치된 스테이터와, 양단이 회전 가능하게 지지된 축과, 스테이터와 축방향으로 소정의 에어갭을 두고 축에 지지되며 스테이터의 코일과 동일한 개수의 N극과 S극 자석이 교대로 환원상 지지체에 배치되고, 2n개의 자석은 n개의 N극 및 S극 자석쌍을 형성하며, 각각의 자석쌍은 서로 동일한 거리를 두고 배치되고, N극 자석 중심에서 양 옆의 S극 자석 중심까지의 거리비가 1 : 1.4로 설정되는 로터와, 상기 2n개의 N극 및 S극 자석을 검출할 수 있도록 각각의 N극 및 S극 자석에 대응한 자극으로 서로 동일한 길이로 상기 로터에 원환상으로 배치된 2n개의 보조자석과, 회전되는 보조자석으로부터 발생되는 자속에 의해 로터의 자극을 검출하여 로터의 회전위치신호를 발생하기 위한 단일의 홀소자와, 회전위치신호에 따라 2상 구동방식으로 결선된 스테이터 코일을 교대로 통전시키기 위한 스위칭 제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, a stator is formed of 2n coils and a plurality of coils connected by a two-phase driving method are arranged at equal intervals on a reduced phase support, an axis on which both ends are rotatably supported, and a stator and a predetermined direction in the axial direction. Supported on the shaft with an air gap and the same number of N pole and S pole magnets are alternately arranged on the reduction phase support, and 2n magnets form n N pole and S pole magnet pairs, respectively The magnet pairs are arranged at the same distance from each other, and the rotor whose ratio of distances from the center of the N pole magnets to the centers of the S pole magnets on both sides is set to 1: 1.4, so that the 2n N pole and S pole magnets can be detected. The magnetic poles of the rotor are detected by the magnetic flux generated from the 2n auxiliary magnets annularly disposed on the rotor with the same length as the magnetic poles corresponding to the respective N pole and S pole magnets and the rotating auxiliary magnets. A single hall element for generating a rotation position signal, and switching control means for alternately energizing the stator coils connected in a two-phase drive method in accordance with the rotation position signal.

Description

단일 홀소자를 갖는 2상 비엘디씨 모터Two-Phase BCD Motor with Single Hall Element

본 발명은 단일 홀소자를 갖는 2상 비엘디씨(BLDC : Brushless DC) 모터에 관한 것으로, 특히 단일의 위치검출소자를 사용하면서도 데드 포인트(Dead Point) 없이 로터의 구동이 가능하여 구동회로가 극히 간단하며, 효율적인 자석의 배치에 의해 고효율과 토크리플이 작은 BLDC 모터에 관한 것이다.The present invention relates to a two-phase brushless DC (BLDC) motor having a single Hall element, and in particular, the drive circuit is extremely simple because the rotor can be driven without a dead point while using a single position detection element. The present invention relates to a BLDC motor with high efficiency and low torque ripple due to an efficient magnet arrangement.

BLDC 모터는 스테이터 코어를 갖고 있는가 여부에 따라 분류하면 일반적으로 컵(원통) 구조를 갖는 코어형(또는 레이디얼형)과 코어레스형(또는 액시얼형)으로 나뉘어진다.BLDC motors are generally classified into core type (or radial type) and coreless type (or axial type) having a cup (cylindrical) structure according to whether or not they have a stator core.

코어형 구조의 BLDC 모터는 내주부에 형성된 다수의 돌기에 전자석 구조를 갖기 위해 코일이 권취된 원통형의 스테이터와 원통형 영구자석으로 이루어진 로터로 구성된 내부자석형과, 또는 스테이터가 외주부에 형성된 다수의 돌기에 상/하 방향으로 코일이 권취되어 있고, 그 외부에 다극 착자된 원통형 영구자석으로 로터가 구성된 외부자석형으로 분류된다.The core type BLDC motor has an inner magnet type composed of a cylindrical stator coiled with a coil and a rotor made of a cylindrical permanent magnet in order to have an electromagnet structure on a plurality of protrusions formed on the inner circumference, or a plurality of protrusions on which the stator is formed on the outer circumference. The coil is wound up and down in the upper and lower directions, and is classified into an external magnet type in which a rotor is formed of a cylindrical permanent magnet magnetized to a multipole.

이러한 코어형 BLDC 모터는 자기회로가 축을 중심으로 레이디얼 방향으로 대칭인 구조를 갖고 있으므로 진동성 노이즈가 적고, 저속회전에 적합하며 토크가 양호한 장점을 갖고 있는 반면에 스테이터 제작시에 계철(yoke)의 재료 손실이 크고 양산시에 설비투자 비용이 높다는 단점을 갖고 있다. 또한 스테이터 및 로터의 구조가 복잡하며, 박형화가 불리하고, 고효율화에 어려움이 있으며 코깅(cogging) 토크가 발생하는 문제점이 있다.Since the core type BLDC motor has a structure in which the magnetic circuit is symmetrical in the radial direction about the axis, it has the advantages of low vibration noise, suitable for low speed rotation, and good torque, whereas yoke during stator fabrication It has the disadvantage of high material loss and high capital investment in mass production. In addition, the structure of the stator and the rotor is complicated, the thinning is disadvantageous, there is a difficulty in increasing the efficiency and there is a problem that cogging torque occurs.

한편, 상기한 코어형 BLDC 모터의 단점을 개선하기 위하여 제안된 종래의 코어레스형 BLDC 모터는 환형 자석과 요크로 이루어진 로터가 회전축에 고정결합되고, 인쇄회로기판(PCB)에 다수의 스테이터 코일이 권선되어 이루어진 스테이터에 베어링을 통하여 회전축이 결합된 구조를 갖고 있다.On the other hand, in the conventional coreless BLDC motor proposed to improve the disadvantages of the core type BLDC motor, a rotor composed of an annular magnet and a yoke is fixedly coupled to the rotating shaft, and a plurality of stator coils are provided on a printed circuit board (PCB). It has a structure in which a rotating shaft is coupled to a stator formed by winding through a bearing.

상기한 코어레스형 BLDC 모터는 다수 세트의 자석이 일체형으로 이루어진 로터와 그 하측에 배치된 다수세트의 전자기력을 발생하는 스테이터 코일로 이루어진 스테이터 사이에 축방향과 동일방향을 갖는 상/하 방향의 자기회로가 형성되므로 스테이터의 흡입 또는 반발력과 스테이터의 불균일한 착자에 기인하여 베어링 사이에 완충 스프링을 삽입시킬지라도 축방향의 진동이 구조적으로 크게 발생하는 문제점을 갖게 된다.The coreless BLDC motor includes a magnetic body in the up / down direction having the same direction as the axial direction between a rotor composed of a plurality of sets of magnets integrally and a stator composed of a stator coil generating a plurality of sets of electromagnetic forces disposed thereunder. Since the circuit is formed, even if the buffer spring is inserted between the bearings due to the suction or repulsive force of the stator and the uneven magnetization of the stator, the vibration in the axial direction is structurally large.

또한 이 축방향의 진동은 모터 장착 회전 구동시에 전체 시스템의 공진을 유발시켜 회전소음을 증가시키게 된다. 따라서 고속 회전시에 모터 전체의 효율은 손실(loss)이 없는 관계로 양호한 반면에 회전소음에 진동성 소음이 합성되어 이상음을 유발시킬 수 있다.In addition, this axial vibration causes resonance of the entire system during the motor-driven rotational drive, thereby increasing the rotational noise. Therefore, the efficiency of the entire motor at high speed is good in terms of no loss, while vibrating noise is synthesized in the rotational noise to cause abnormal noise.

그 결과 코어형 BLDC 모터에 비하여 재료손실을 최소화할 수 있고, 양산성이 좋으며, 박형화 및 소형화가 가능하여 저가격 및 고효율화를 이룰 수 있으나 회전시에 축방향 진동으로 소음발생이 크다는 치명적인 결점을 갖고 있다.As a result, the material loss can be minimized, mass production is good, and the thickness and size can be reduced compared to the core type BLDC motor, resulting in low cost and high efficiency, but it has a fatal flaw that the noise is generated by axial vibration during rotation. .

이에 본 출원인은 로터 회전시 발생되는 축방향 진동을 서로 상쇄시킴과 동시에 토크를 2배 이상 증가시킬 수 있는 더블 로터/스테이터 방식의 코어레스형 BLDC 모터를 제안한 바 있다. 상기 모터는 제1 및 제2 더블 로터의 중간에 각각 다수의 권선된 스테이터 코일이 PCB 좌우측에 실장된 더블 스테이터 구조를 갖고 있어, 전체적으로 스테이터 및 로터 회전축에 대하여 대칭구조의 자기회로를 형성한다. 따라서 상기한 더블 로터구조는 스테이터에 의해 제1 및 제2 로터에 작용되는 흡인력 또는 반발력을 서로 상쇄시켜 로터의 축방향 진동을 최소화시킨다.Accordingly, the present applicant has proposed a double rotor / stator type coreless BLDC motor capable of canceling axial vibrations generated at the time of rotor rotation and increasing torque by more than two times. The motor has a double stator structure in which a plurality of wound stator coils are mounted on left and right sides of a PCB in the middle of the first and second double rotors, thereby forming a magnetic circuit having a symmetrical structure with respect to the stator and the rotor rotation axis as a whole. Accordingly, the double rotor structure cancels the suction or repulsive force applied to the first and second rotors by the stator to minimize the axial vibration of the rotor.

한편 본 출원인은 상기한 대칭구조의 더블 로터/스테이터 방식의 코어레스형 BLDC 모터의 스테이터를 인서트 몰딩에 의한 단일체로 구성하여 내구성과 생산비의 절감을 도모할 수 있는 개량 발명을 도 1과 같이 제안한바 있다. 상기한 BLDC 모터를 도 1을 참고하여 이하에 간단히 살펴본다.On the other hand, the present applicant has proposed an improved invention which can achieve durability and reduction of production cost by constructing the stator of the above-described symmetrical double rotor / stator type coreless BLDC motor into a single body by insert molding. have. The above-described BLDC motor is briefly described below with reference to FIG. 1.

도시된 바와같이 종래의 BLDC 모터는 상부/하부 케이스(71A,71B)의 중간에 스테이터(51)의 외주부(67)가 상/하로 연장 형성되어, 이들 사이에 결합되어 원통형 케이스를 형성한다.As shown in the drawing, the conventional BLDC motor has an outer circumferential portion 67 of the stator 51 extending up and down in the middle of the upper / lower cases 71A and 71B, and is coupled therebetween to form a cylindrical case.

상기한 스테이터(51)의 상/하부에는 소정의 에어갭을 두고 자석분할 다극 배치 구조를 갖는 상부 로터(73A)와 하부로터(73B)가 중앙부의 부싱(75A,75B)을 통하여 회전축(77)에 고정 결합되어 있다.The upper rotor 73A and the lower rotor 73B having a magnet-divided multipole arrangement structure with a predetermined air gap on the upper and lower portions of the stator 51 are rotated through the central bushings 75A and 75B. Fixedly coupled to

상기 BLDC 모터가 3상 구동인 경우 각 로터(73A,73B)는 12개의 자석(81A,81B) 즉, 6개의 디스크형 N극 자석(81A)과 6개의 디스크형 S극 자석(81B)이 교대로 비자성체, 예를들어 PET, 나일론66 또는 PBT로 이루어지며 부싱(75A,75B)과 일체로 형성된 지지체(79)에 원주부가 지지되고, 배면에 환형의 자석 요크(83A,83B)가 일체로 부착되어 12개 자석(81A,81B)에 대한 자기회로가 형성된 구조이다.When the BLDC motor is driven in three phases, each of the rotors 73A and 73B alternates with 12 magnets 81A and 81B, that is, six disc-shaped N pole magnets 81A and six disc-shaped S pole magnets 81B. The circumferential portion is supported by a support 79 formed of a non-magnetic material such as PET, nylon 66 or PBT and integrally formed with the bushings 75A and 75B, and the annular magnet yokes 83A and 83B are integrally formed on the back surface. It is attached to form a magnetic circuit for the twelve magnets 81A and 81B.

한편 상기 상부로터(73A)의 자석 요크(83A) 상측에는 위치 검출용 보조 자석(85)이 부착되어 있고, 이 보조 자석(85)은 상부 케이스(71A)의 내주부에 고정 설치된 콘트롤 PCB(87)의 3개의 홀소자(H1-H3)(89)와 대향 배치되어 있다. 또한 콘트롤 PCB(87)의 일측변에는 스테이터(51)의 상부 단자(63)가 압입 결합되는 암콘넥터(91)가 설치되어 있다.On the other hand, a position detecting auxiliary magnet 85 is attached above the magnet yoke 83A of the upper rotor 73A, and the auxiliary magnet 85 is fixed to the inner circumference of the upper case 71A. Are arranged opposite to the three Hall elements (H1-H3) (89). In addition, one side of the control PCB 87 is provided with a female connector 91 to which the upper terminal 63 of the stator 51 is press-fitted.

상기 상부 케이스(71A)와 하부 케이스(71B)의 중앙부에는 상/하부 베어링(93A,93B)이 고정 설치되어 있고, 이 베어링(93A,93B)을 통하여 로터(73A,73B)의 회전축(77)이 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한 상기 스테이터(51)는 9개의 각형 보빈 코일 또는 보빈레스 코일(55)(L1-L3)을 인서트 몰딩(Insert molding) 방식으로 보조 인쇄회로 기판(PCB)(57)과 함께 수지 절연재료에 의해 디스크 형태로 성형된다.Upper and lower bearings 93A and 93B are fixedly installed at the centers of the upper case 71A and the lower case 71B, and the rotary shafts 77 of the rotors 73A and 73B are provided through the bearings 93A and 93B. This is rotatably supported. In addition, the stator 51 is a nine square bobbin coil or bobbinless coil (55) (L1-L3) by the insert molding method (Insert molding) with the auxiliary printed circuit board (PCB) (57) by a resin insulating material It is shaped into a disc.

이러한 종래의 3상 구동방식의 BLDC 모터는 로터에 12개의 N형 및 S형 자석(81A,81B)이 등간격으로 배치되어 있고, 스테이터는 9개의 코일(55)이 등간격으로 배치되어 있으며, 로터와 스테이터를 함께 평면적으로 나타내면 도 2와 같이 표시할 수 있다.In the conventional three-phase drive BLDC motor, twelve N-type and S-type magnets 81A and 81B are disposed at equal intervals on the rotor, and the stator has nine coils 55 at equal intervals. If the rotor and the stator are shown in a plan view as shown in FIG.

이러한 스테이터는 9개의 코일(55)이 u,v,w 각상마다 3개씩 할당되어 직렬접속된 후 도 4와 같이 y 결선방식으로 연결되며, 3개의 위치검출용 홀소자(H1-H3)에 의해 순차적으로 로터의 위치가 검출되면, 3상 로직 IC(95)에 의해 일정한 각도마다 3상의 스테이터 코일(L1-L3) 중 순차적으로 2개상의 코일에 전류가 흐르도록 스위칭 트랜지스터(97)를 구동시킨다.The stator is connected to the y-wire method as shown in Fig. 4 after nine coils 55 are allocated to each of the u, v, w phases are connected in series, and by the three position detection Hall elements (H1-H3) When the position of the rotor is detected in sequence, the switching transistor 97 is driven by the three-phase logic IC 95 so that a current flows in two coils sequentially among the three-phase stator coils L1-L3 at predetermined angles. .

즉, 3상 전파구동방식의 BLDC 모터에서는 3상의 종단점(end point)이 서로 연결되어 있고, 하나의 상의 관점에서 보면 전류가 한쪽방향으로 흘렀다가 다시 반대방향으로 흘렀다가 꺼지는 3가지 과정을 반복한다.In other words, in the three-phase full-wave drive type BLDC motor, the three phase end points are connected to each other, and from the viewpoint of one phase, the current flows in one direction and then flows in the opposite direction and then turns off. .

따라서, 이러한 3상 전파구동방식에서는 3개의 홀소자와, 3상 로직 IC 및 6개로 이루어지는 스위칭 트랜지스터가 필요하여 회로단가가 비싼 문제점이 있다.Therefore, the three-phase full-wave driving method requires three Hall elements, three-phase logic ICs, and six switching transistors, resulting in a high circuit cost.

한편 일반적으로 2상 전파구동방식에서는 2개의 홀소자와 4개의 스위칭 트랜지스터가 필요하고, 2상 반파 구동방식에서는 2개의 홀소자와 2개의 스위칭 트랜지스터를 필요로 한다. 그러나 2상 반파 구동방식에서는 필히 불기동 영역 또는 데드 포인트(dead point)가 존재하여 모터의 기동시에 이를 피하기 위한 특별한 대비책을 강구하는 것이 필요하며, 또한 유기기전력도 낮아 모터의 효율이 낮으며, 토크 리플도 크게 나타난다.On the other hand, the two-phase full wave driving method requires two Hall elements and four switching transistors, and the two-phase half wave driving method requires two Hall elements and two switching transistors. However, in the two-phase half-wave driving method, there is a dead zone or dead point, so it is necessary to take special countermeasures to avoid this when the motor is started. Also, the organic electromotive force is low and the motor efficiency is low. Ripple also appears large.

따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 단일의 위치검출소자를 사용하면서도 데드 포인트 없이 로터의 구동이 가능하여 구동회로가 극히 간단하며, 효율적인 자석의 배치에 의해 고효율과 토크리플이 작은 BLDC 모터를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and its object is to drive the rotor without a dead point while using a single position detection element, so that the driving circuit is extremely simple and high efficiency due to the efficient magnet arrangement It is to provide a BLDC motor with small torque ripple.

제1도는 본 발명이 적용될 수 있는 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 구조를 보여주는 축방향 단면도,1 is an axial sectional view showing a structure of a double rotor type BLDC motor to which the present invention can be applied;

제2도는 종래의 BLDC 모터에서 로터와 스테이터 사이의 배치관계를 보여주는 설명도,2 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship between a rotor and a stator in a conventional BLDC motor;

제3도는 3상 구동방식 모터에서 전기각에 따른 유기 기전력을 보여주는 그래프,3 is a graph showing the organic electromotive force according to the electric angle in the three-phase drive motor,

제4도는 종래의 3상 구동방식 BLDC 모터에 대한 스위칭 구동회로도,4 is a switching driving circuit diagram of a conventional three-phase driving BLDC motor,

제5도는 본 발명에 따른 BLDC 모터에서 로터와 스테이터 사이의 배치관계를 보여주는 설명도,5 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship between a rotor and a stator in a BLDC motor according to the present invention;

제6도는 본 발명에 적용되는 2상 구동방식 스테이터 코일의 결선도,6 is a connection diagram of a two-phase driving stator coil applied to the present invention,

제7도는 제5도에서 로터의 회전시에 로터와 스테이터 사이에 작용하는 전자기력을 설명하기 위하여 전기각과 기계각에 따라 선형적으로 로터와 스테이터의 관계를 모눈종이 위에 도시한 그래프,FIG. 7 is a graph showing the relationship between the rotor and the stator linearly according to the electric and mechanical angles to explain the electromagnetic force acting between the rotor and the stator when the rotor rotates in FIG.

제8도는 본 발명에 따른 2상 구동방식 모터에서 전기각에 따른 유기 기전력을 보여주는 그래프,8 is a graph showing the organic electromotive force according to the electric angle in the two-phase drive motor according to the present invention,

제9도는 본 발명에 따른 로터의 자석과 위치검출용 보조자석의 배치관계를 보여주는 로터의 개략 평면도,9 is a schematic plan view of the rotor showing the arrangement relationship between the magnet of the rotor and the auxiliary magnet for position detection according to the present invention;

제10도는 본 발명에 따른 단일 홀소자를 이용한 2상 BLDC 모터에 대한 스위칭 구동회로도이다.10 is a switching driving circuit diagram for a two-phase BLDC motor using a single Hall element according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1A1-1A5 : N극 자석 1B1-1B5 : S극 자석1A1-1A5: N pole magnet 1B1-1B5: S pole magnet

5A1-5A5 : A상 코일 5B1-5B5 : B상 코일5A1-5A5: A phase coil 5B1-5B5: B phase coil

10 : 로터 10A : 로터 지지체10: rotor 10A: rotor support

15A-15J : 보조자석 20 : 홀소자(H)15A-15J: Auxiliary magnet 20: Hall element (H)

51 : 스테이터 55 : 코일51: stator 55: coil

57 : 보조 PCB 59 : 스테이터 몸체57: auxiliary PCB 59: stator body

63 : 연결단자 67 : 스테이터 외주부63: connecting terminal 67: the stator outer peripheral

71A/71B : 상부/하부 케이스 73A/73B : 상부/하부 로터71A / 71B: Upper / Lower Case 73A / 73B: Upper / Lower Rotor

75A/75B : 부싱 77 : 회전축75A / 75B: Bushing 77: Shaft

79 : 지지체 81A,81B : 자석79: support 81A, 81B: magnet

83A/83B : 자석 요크 85 : 보조자석83A / 83B: magnet yoke 85: auxiliary magnet

87 : 콘트롤 PCB 89 : 홀소자87: control PCB 89: Hall element

91 : 연결단자 93A/93B : 상부/하부 베어링91: connecting terminal 93A / 93B: upper / lower bearing

95 : 3상 로직 IC 97 : 스위칭 트랜지스터95: three-phase logic IC 97: switching transistor

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 2n개의 코일로 이루어지며 2상 구동방식으로 결선된 다수의 코일이 환원상 지지체에 균일한 간격으로 배치된 스테이터와, 양단이 회전 가능하게 지지된 축과, 상기 스테이터와 축방향으로 소정의 에어갭을 두고 축에 지지되며 스테이터의 코일과 동일한 개수의 N극과 S극 자석이 교대로 환원상 지지체에 배치되고, 상기 2n개의 자석은 n개의 N극 및 S극 자석쌍을 형성하며, 각각의 자석쌍은 서로 동일한 거리를 두고 배치되고, N극 자석 중심에서 양 옆의 S극 자석 중심까지의 거리비가 1 : 1.4로 설정되는 로터와, 상기 2n개의 N극 및 S극 자석을 검출할 수 있도록 각각의 N극 및 S극 자석에 대응한 자극으로 서로 동일한 길이로 상기 로터에 원환상으로 배치된 2n개의 보조자석과, 상기 회전되는 보조자석으로부터 발생되는 자속에 의해 로터의 자극을 검출하여 로터의 회전위치신호를 발생하기 위한 단일의 홀소자와, 상기 회전위치신호에 따라 2상 구동방식으로 결선된 스테이터 코일을 교대로 통전시키기 위한 스위칭 제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 2상 반파 구동방식 비엘디씨 모터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention consists of a stator is composed of 2n coils and a plurality of coils connected in a two-phase driving method is arranged at uniform intervals on the reducing phase support, and the shaft is rotatably supported at both ends; The shaft is supported on the shaft with a predetermined air gap in the axial direction, and the same number of N poles and S pole magnets as alternating coils of the stator are alternately disposed on the reducing support, and the 2 n magnets include n N poles and A pair of S pole magnets, each pair of magnets being arranged at the same distance from each other, and a rotor having a distance ratio from the center of the N pole magnets to the sides of the S pole magnets adjacent to each other set to 1: 1.4, and the 2n N 2n auxiliary magnets arranged in an annular shape on the rotor with the same length as each magnetic pole corresponding to each of the N and S pole magnets so as to detect the pole and S pole magnets, and the rotating auxiliary magnets. Is a switching control means for alternately energizing a single Hall element for detecting the magnetic pole of the rotor by the magnetic flux and generating a rotor position signal of the rotor, and a stator coil connected in a two-phase driving method according to the rotation position signal. It provides a two-phase half-wave drive type BCD motor, characterized in that configured.

여기서, 상기 보조자석 각각은 상기 로터의 N극 및 S극 자석쌍의 중간부터 인접한 자석쌍의 중간지점으로 설정되며 각각의 원호각은 360/2n으로 이루어진다.Here, each of the auxiliary magnets is set from the middle of the N-pole and S-pole magnet pairs of the rotor to the intermediate point of the adjacent magnet pair, and each arc angle is 360 / 2n.

또한, 상기 홀소자로부터 발생되는 회전위치신호는 50%의 듀티를 갖는 구형파 신호이고, 상기 2상 구동방식으로 결선된 제1상 코일과 제2상 코일 사이의 통전은 180도 마다 이루어진다.The rotation position signal generated from the Hall element is a square wave signal having a duty of 50%, and energization between the first phase coil and the second phase coil connected by the two-phase driving method is performed every 180 degrees.

상기 스위칭 제어수단은 상기 홀소자로부터 발생되는 회전위치신호의 하이레벨신호가 인가될 때 상기 2상 구동방식으로 결선된 제1상 코일을 통전시키기 위한 제1트랜지스터와, 회전위치신호의 로우레벨신호가 인가될 때 상기 2상 구동방식으로 결선된 제2상 코일을 통전시키기 위한 제2트랜지스터로 구성될 수 있다.The switching control means includes a first transistor for energizing the first phase coil connected by the two-phase driving method when the high level signal of the rotation position signal generated from the hall element is applied, and the low level signal of the rotation position signal. It may be configured as a second transistor for energizing the second phase coil connected in the two-phase driving method when is applied.

상기한 바와같이 본 발명에서는 로터의 자석(폴수)과 스테이터의 코일의 수를 동수로 하되 각 자석 사이의 간격을 서로 다른 간격으로 배치하고 이를 2상 반파 구동방식으로 유기 기전력의 양의 값을 갖는 부분에서 스위칭 구동이 이루어지도록 함에 의해 홀소자와 같은 단일의 위치검출소자를 사용하면서도 데드 포인트없이 로터의 회전구동이 가능하여 구동회로가 극히 간단하며, 고효율과 토크리플이 작은 BLDC 모터를 얻을 수 있게 된다.As described above, in the present invention, the number of magnets (number of poles) of the rotor and the number of coils of the stator are equal, but the intervals between the magnets are arranged at different intervals, and the two-phase half-wave driving method has a positive value of organic electromotive force. The switching drive is performed in the part, so that the rotor can be driven without dead point while using a single position detecting element such as a hall element, so that the drive circuit is extremely simple, and a high efficiency and low torque ripple motor can be obtained. do.

[실시예]EXAMPLE

이하에 첨부도면을 참고하여 상기한 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도 5는 본 발명에 따른 BLDC 모터에서 로터와 스테이터 사이의 배치관계를 보여주는 설명도, 도 6은 본 발명에 적용되는 2상 구동방식 스테이터 코일의 결선도, 도 7은 도 5에서 로터의 회전시에 로터와 스테이터 사이에 작용하는 전자기력을 설명하기 위하여 전기각과 기계각에 따라 선형적으로 로터와 스테이터를 모눈종이 위에 도시한 그래프, 도 8은 본 발명에 따른 2상 구동방식 모터에서 전기각에 따른 유기 기전력을 보여주는 그래프, 도 9는 본 발명에 따른 로터의 자석과 위치검출용 센싱 자석의 배치관계를 보여주는 로터의 개략 평면도, 도 10은 본 발명에 따른 단일 홀소자를 이용한 2상 BLDC 모터에 대한 스위칭 구동회로도이다.5 is an explanatory view showing the arrangement relationship between the rotor and the stator in the BLDC motor according to the present invention, Figure 6 is a connection diagram of the two-phase drive stator coil applied to the present invention, Figure 7 is a rotation of the rotor in Figure 5 In order to explain the electromagnetic force acting between the rotor and the stator in the graph, the graph of the rotor and the stator linearly according to the electric angle and the machine angle is shown. 9 is a schematic plan view of a rotor showing an arrangement relationship between a magnet of a rotor and a sensing magnet for position detection according to the present invention, and FIG. 10 is a two-phase BLDC motor using a single Hall element according to the present invention. Switching drive circuit diagram.

먼저 본 발명의 새로운 구조의 모터는 2상 반파 구동방식이라면 단일 로터/단일 스테이터로 이루어진 BLDC 모터 또는 상기한 더블 로터/단일 스테이터나 더블 스테이터/단일 로터 구조의 BLDC 모터 등 어떤 방식의 모터에도 적용된다. 따라서 필요한 경우 도 1의 더블 로터/단일 스테이터 구조의 BLDC 모터를 참고하여 본 발명을 설명한다.First, the motor of the new structure of the present invention is applied to any type of motor such as a BLDC motor having a single rotor / single stator or a double rotor / single stator or a BLDC motor having a double stator / single rotor structure if the two-phase half-wave driving method is used. . Therefore, if necessary, the present invention will be described with reference to a BLDC motor having a double rotor / single stator structure of FIG. 1.

먼저 도 5는 본 발명에 따른 BLDC 모터에서 로터와 스테이터 사이의 배치관계를 보여주는 것으로, 스테이터는 2n개의 스테이터 코일(5A1-5A5,5B1-5B5)을 포함하며, 로터는 스테이터 코일과 동일한 2n개의 로터 자석(1A1-1A5,1B1-1B5)을 포함한다(여기서 n은 양의 정수임).First, Figure 5 shows the arrangement relationship between the rotor and the stator in the BLDC motor according to the present invention, the stator includes 2n stator coils (5A1-5A5, 5B1-5B5), the rotor is the same 2n rotors as the stator coil Magnets 1A1-1A5 and 1B1-1B5 (where n is a positive integer).

본 발명의 로터(10)는 도 9에 도시된 바와같이 전체적으로 디스크형 비자성체로 이루어진 지지체(10A)에 다수 세트의 N극 자석과 S극 자석이 교대로 관통 삽입된 구조를 이룬다.As shown in FIG. 9, the rotor 10 of the present invention has a structure in which a plurality of sets of N pole magnets and S pole magnets are alternately inserted into a support 10A made of a disk-shaped nonmagnetic material as a whole.

여기서, n이 5인 경우 로터 자석은 5개의 N극 자석(1A1-1A5)과 5개의 S극 자석(1B1-1B5)이 교대로 로터 지지체(10A)에 배치되어 있고, 스테이터 코일은 도 6과 같이 2상 구동방식으로 결선되어, 5개의 A상 코일(5A1-5A5)과 5개의 B상 코일(5B1-5B5)이 각각 직렬로 접속되고 각각의 타단이 공통접속되어 공급전압이 인가되는 결선구조를 이룬다.Here, when n is 5, the rotor magnet has five N-pole magnets 1A1-1A5 and five S-pole magnets 1B1-1B5 alternately arranged on the rotor support 10A, and the stator coil is shown in FIG. In this way, the wiring structure is connected by two-phase driving method, in which five A-phase coils 5A1-5A5 and five B-phase coils 5B1-5B5 are connected in series, and the other ends are connected in common, and a supply voltage is applied thereto. To achieve.

이 경우 5개의 A상 코일(5A1-5A5)과 5개의 B상 코일(5B1-5B5)은 도 5와 같이 서로 교대로 하나씩 배치되며, 이 경우 필요에 따라 도 1과 같이 보빈형 또는 보빈레스형 코일을 인서트 몰딩(Insert molding) 방식으로 수지 절연재료에 의해 디스크 형태로 일체로 성형되거나 또는 PCB 기판에 코일을 부착시킨 구조로서 형성될 수 있다.In this case, five A-phase coils 5A1-5A5 and five B-phase coils 5B1-5B5 are alternately arranged one by one as shown in FIG. 5, and in this case, bobbin type or bobbinless type as shown in FIG. 1 as necessary. The coil may be integrally molded in the form of a disk by a resin insulating material in an insert molding method or may be formed as a structure in which a coil is attached to a PCB substrate.

상기한 스테이터 코일(5A1-5A5,5B1-5B5)은 서로 동일한 간격으로 동일한 원주상에 배치되며, 이상적인 경우 코일과 코일과의 간격은 제로(0)이고, 로터 자석(1A1-1A5,1B1-1B5)은 각각의 자석이 인접한 2개의 코일과 대향한 관계로 배치되나, 하기에 설명되는 바와같이 배치간격이 동일하지 않다.The stator coils 5A1-5A5, 5B1-5B5 are arranged on the same circumference at equal intervals, and in the ideal case, the distance between the coil and the coil is zero (0), and the rotor magnets 1A1-1A5, 1B1-1B5 Are arranged in opposing relations with two adjacent coils, but the arrangement intervals are not the same as described below.

도 5의 스테이터 코일(5A1-5A5,5B1-5B5)과 로터 자석(1A1-1A5,1B1-1B5)의 배치를 좀더 알아보기 쉽게 선형적으로 나타낸 그래프가 도 7에 도시되어 있다.A graph showing linearly the arrangement of the stator coils 5A1-5A5, 5B1-5B5 and the rotor magnets 1A1-1A5, 1B1-1B5 in FIG. 5 is shown in FIG. 7.

도 7에 도시된 바와같이 권취된 코일(5)의 한쪽의 폭은 모눈 그래프의 2칸, 각각의 코일(5A1,5B1) 전체는 6칸으로 표시되며, 빗금으로 표시된 각 자석(1A1,1B1)의 폭은 3칸으로 설정된다. 여기서, 이상적인 경우 코일(5A1)과 코일(5B1)과의 간격은 제로(0)이다.As shown in FIG. 7, the width of one side of the coil 5 wound is represented by two columns of the grid graph, and each of the coils 5A1 and 5B1 is represented by six spaces, and each magnet 1A1 and 1B1 indicated by hatching. The width of is set to 3 spaces. Here, in the ideal case, the distance between the coil 5A1 and the coil 5B1 is zero (0).

코일(5A1,5B1)이 고정되어 있고 로터의 자석(1A1,1B1)이 이동하는 것이 실제의 구조이므로 위치 0부터 12까지 진행함에 따라 자석(1A1,1B1)이 1칸씩 우측으로 움직이고 있다.Since the coils 5A1 and 5B1 are fixed and the magnets 1A1 and 1B1 of the rotor move in the actual structure, the magnets 1A1 and 1B1 move to the right one by one as they proceed from positions 0 to 12.

10극, 10코일 모터인 경우 전기각 = 기계각×폴수÷2 인 관계가 있으므로 로터 위치 0부터 위치 12까지 로터 자석(1A1,1B1)의 위치이동에서 각 단계간의 간격은 전기각 30도, 기계각 6도로 설정된다. 이 경우 각 자석 사이의 간격은 2칸과 4칸으로 서로 다르게 설정된다. 따라서, 어느 하나의 자석 중심에서 양 옆의 자석 중심까지 거리(X,Y)의 비(X,Y)는 5 : 7 = 1 : 1.4로 정하여진다.In the case of a 10-pole, 10-coil motor, the electrical angle = mechanical angle × number of poles ÷ 2, so the distance between the stages in the position movement of the rotor magnets (1A1, 1B1) from rotor position 0 to position 12 is 30 degrees between the electrical angle and the machine. It is set at 6 degrees each. In this case, the spacing between each magnet is set differently by 2 and 4 spaces. Therefore, the ratio (X, Y) of the distance (X, Y) from either magnet center to the magnet centers on both sides is determined as 5: 7 = 1: 1.4.

이와 같은 불균일한 자석의 배치는 도 2에 도시된 종래 BLDC 모터의 균일한 간격으로 자석을 배치한 것과 크게 다른점이다.This non-uniform arrangement of magnets is very different from the arrangement of magnets at even intervals of the conventional BLDC motor shown in FIG.

상기와 같은 관계로 로터의 자석과 스테이터의 코일이 배치되어 서로 상대적으로 운동을 하면 코일 권선에는 플레밍의 오른손 법칙에 따라 하기 식 1과 같은 관계식을 갖는 유기전압(기전력)(E)이 얻어지며, 이러한 유기기전력(E)은 모터의 특성을 이해하는데 매우 중요하다.When the magnet of the rotor and the coil of the stator are disposed relative to each other and move relative to each other, an induced voltage (EMF) E having a relation as shown in Equation 1 below is obtained in the coil winding according to Fleming's right hand law. This organic electromotive force (E) is very important for understanding the characteristics of the motor.

[식 1][Equation 1]

E = BlvE = Blv

여기서, B는 자석의 자속밀도(flux density), l은 자속 내에 놓여 있는 코일 도선의 길이, v는 자석과 코일 도선간의 상대속도를 가리킨다.Where B is the flux density of the magnet, l is the length of the coil leads lying in the magnetic flux, and v is the relative speed between the magnet and the coil leads.

상기한 식 1에서 모터가 일정한 속도로 회전하는 경우 코일 권선과 자석의 크기는 일정하므로 코일 도선의 길이(l)와 자석과 코일 도선간의 상대속도(v)는 일정한 값을 가지며, 따라서 자석과 코일 권선의 위치에 따라 그리고 코일 권선이 얼마나 자속 내에 놓이는 가에 따라 유기기전력(E) 값이 결정되며, 이는 실질적으로 자속밀도(B)값의 변화를 의미한다.In the above equation 1, when the motor rotates at a constant speed, the coil winding and the size of the magnet are constant, so the length (l) of the coil lead and the relative speed (v) between the magnet and the coil lead have a constant value. Depending on the location of the windings and how far the coil windings lie in the magnetic flux, the organic electromotive force (E) value is determined, which substantially means a change in the magnetic flux density (B) value.

한편, 모터의 회전운동을 일으키는 힘(F)은 플레밍의 왼손법칙에 따라 일반적으로 하기 식 2와 같은 관계식으로 정의된다.On the other hand, the force (F) causing the rotational motion of the motor is generally defined by the relational expression as shown in Equation 2 according to Fleming's left-hand law.

[식 2][Equation 2]

F = BilF = Bil

여기서, i는 코일 도선에 흐르는 전류이다.Here, i is a current flowing through the coil lead.

상기 식 2로부터 알 수 있는 바와같이 힘(F)은 자속밀도(B) 값에 직접적인 영향을 받는다. 그런데 자속밀도(B) 값은 자석의 N, S극에 따라 음·양이 바뀌므로 유기기전력(E)과 힘(F) 값도 이에 따라 변하기 때문에 어떤 형태의 모터이든 코일권선에 흐르는 전류의 방향을 계속 바꾸어 주거나 또는 전류를 끊었다가 다시 흘려주는 동작을 반복하여야 로터가 일정한 방향으로 회전을 할 수 있게 된다.As can be seen from Equation 2, the force (F) is directly affected by the magnetic flux density (B) value. However, since the magnetic flux density (B) value is changed according to the N and S poles of the magnet, the organic electromotive force (E) and force (F) values also change accordingly. The rotor can be rotated in a certain direction only by continuously changing or interrupting the current and then flowing it again.

여기서, 전류의 흐름방향을 전환시켜주는 시점은 유기기전력(E) 곡선을 통하여 알 수 있다. 유기기전력(E)이 양의 값을 가질 때와 음의 값을 가질 때 흐르는 전류의 방향은 반대가 되어야 한다.Here, the time point for changing the flow direction of the current can be known through the organic electromotive force (E) curve. When the organic electromotive force E has a positive value and a negative value, the direction of the current flowing should be reversed.

로터의 자석은 N극과 S극이 번갈아 나타나는데 일반적으로 무조건 자석이 코일과 많이 겹친다고 해서 유기기전력(E) 값이 커지는 것은 아니다. 도 7에서 예를 들어, 로터 위치 9부터 위치 11과 같이 코일(5A1)의 양측 권선 단면에 서로 반대의 자석(1A1,1B5)의 극이 위치하는 경우 유기기전력(E)의 값이 보강된다. 그 이유는 2개의 코일(5A1) 권선 단면은 실제로 고리형태로 연결된 하나의 코일 권선의 단면이기 때문이다.The magnets of the rotor appear to alternate between the N and S poles. Generally, the magnets do not increase the value of the organic electromotive force (E) simply because the magnets overlap the coils unconditionally. In FIG. 7, for example, when the poles of the magnets 1A1 and 1B5 opposite to each other are positioned at both winding sections of the coil 5A1 as shown in the rotor positions 9 to 11, the value of the organic electromotive force E is reinforced. This is because the cross section of the two coils 5A1 windings is actually the cross section of one coil winding connected in a ring shape.

이러한 모든 상황을 고려하여 얻어진 본 발명 모터의 유기기전력 곡선은 도 8과 같이 나타난다. 도 8에 도시된 본 발명의 2상(A상 및 B상) 유기기전력 곡선(A,B)은 자석의 배치가 비대칭 구조를 이루고 있기 때문에 양의 값과 음의 값이 대칭인 사인파 곡선을 이루는 일반적인 2상 유기기전력 곡선과 다르게 비대칭인 곡선을 이루는 것을 알 수 있다.The organic electromotive force curve of the motor of the present invention obtained in consideration of all these situations is shown in FIG. 8. The two-phase (A- and B-phase) organic electromotive curves (A, B) of the present invention shown in FIG. 8 form a sinusoidal curve in which the positive and negative values are symmetrical because the arrangement of the magnets is asymmetric. It can be seen that the curve is asymmetrical from the general two-phase organic electromotive force curve.

또한 종래의 2상 반파구동방식에서는 90도 또는 180도 통전시에 각각 불기동 영역 또는 불기동점(데드 포인트)가 존재하기 때문에 모터 기동시에 이를 피하기 위한 특별한 방책을 강구하여야 한다.In addition, in the conventional two-phase half-wave driving method, since there is a fire start area or a fire start point (dead point) at 90 degrees or 180 degrees, respectively, special measures must be taken to avoid this when the motor is started.

그러나, 본 발명에서는 2상의 유기기전력 곡선(A,B)의 양의 값을 갖는 부분이 각각 전체 전기각 360도 중 210도를 차지하면서 대칭적으로 엇갈려서 나타나고 있다. 따라서, 2상의 유기기전력 곡선(A,B)이 겹치는 부분, 즉 유기기전력(E)의 크기가 1이 되는 부분(O1-O4)에서 각 상의 스테이터 코일(L11 : 5A1-5A5, L12 : 5B1-5B5)에 대한 전류인가를 도 10에 도시된 스위칭 구동회로를 사용하여 교대로 스위칭시킴에 의해 모터를 일정한 방향으로 회전시킬 수 있다.However, in the present invention, portions having positive values of the organic electromotive force curves A and B of the two phases are symmetrically staggered while occupying 210 degrees of 360 degrees of electric angles, respectively. Therefore, the stator coils L11: 5A1-5A5 and L12: 5B1- of each phase in the portion where the two-phase organic electromotive force curves A and B overlap, that is, the portions O1-O4 where the size of the organic electromotive force E becomes 1 The motor can be rotated in a constant direction by alternately switching the application of current to 5B5) using the switching drive circuit shown in FIG.

즉, 도 10에서 빗금친 유기기전력(A,B)의 1이상의 양의 값을 갖는 부분만 통전되게 구동함에 의해 본 발명에 따른 2상 반파 구동방식에서는 데드 포인트가 없음은 물론 토크 리플(torque ripple)도 종래의 2상 반파 구동방식과 비교하여 적게 나타남을 알 수 있다.That is, in the two-phase half-wave driving method according to the present invention, only a portion having a positive value of organic electromotive force (A, B) hatched in FIG. 10 is energized so that there is no dead point as well as torque ripple. It can be seen that is less than the conventional two-phase half-wave driving method.

일반적인 3상 전파구동방식의 경우는 u,v,w 3상의 종단점이 서로 연결되어 있고, 하나의 상의 관점에서 보면 전류가 한쪽방향으로 흘렀다가 다시 반대방향으로 흘렀다가 꺼지는 3가지 과정을 반복하나, 본 발명과 같이 단상(반파 구동)인 경우는 전류가 흐를 때 한쪽방향으로만 흐르게 된다.In the case of the general three-phase propagation driving method, the three end points of the u, v, and w phases are connected to each other, and from the viewpoint of one phase, the three processes of repeating the current flow in one direction and then in the opposite direction are repeated. In the case of single phase (half wave driving) as in the present invention, the current flows only in one direction.

이 경우 본 발명에서는 유기기전력(A,B)의 1이상의 양의 값을 갖는 부분만 통전되게 구동하므로 상대적으로 종래의 구동방식에 비하여 유기기전력이 매우 큰 값을 나타내며, 이는 회로에 흐르는 전류가 매우 작게되어 모터 효율이 높다는 것을 반증하는 것이다.In this case, in the present invention, only the portion having the positive value of the organic electromotive force (A, B) is energized so that the organic electromotive force is relatively large as compared with the conventional driving method, which indicates that the current flowing through the circuit is very high. It becomes small and proves that motor efficiency is high.

A상 및 B상 스테이터 코일(L11 : 5A1-5A5, L12 : 5B1-5B5)에 대한 통전 스위칭을 위해서는 정확한 스위칭 위치(O1-O4)를 감지하는 것이 필요하다. 이를 위하여 본 발명에서는 도 9에 도시된 바와같이 로터(10)의 주자석(1A1-1A5,1B1-1B5)의 내측에 보조자석(15A-15J)을 균일한 간격으로 설치하고, 이와 대응되는 스테이터 또는 콘트롤 PCB(87)의 동일한 원주위치에 단일의 홀(Hall) 소자 IC(20 ; H)를 배치하여 정확한 스위칭 시점을 얻는다.It is necessary to detect the correct switching position (O1-O4) for energizing switching to the A-phase and B-phase stator coils (L11: 5A1-5A5 and L12: 5B1-5B5). To this end, in the present invention, as shown in FIG. 9, auxiliary magnets 15A-15J are installed at equal intervals inside the main magnets 1A1-1A5 and 1B1-1B5 of the rotor 10, and corresponding stators or By arranging a single Hall element IC 20 (H) at the same circumferential position of the control PCB 87, an accurate switching point is obtained.

상기 보조자석(15A-15J) 각각의 원호각(θ)은 로터(10)의 상호 인접하여 위치한 N극 및 S극 자석쌍(1A1,1B1 내지 1A5,1B5) 각각의 중간부터 인접한 자석쌍의 중간지점으로 설정되며, 원호각(θ)은 360/2n을 갖는다.The arc angle θ of each of the auxiliary magnets 15A-15J is the middle of the adjacent magnet pairs from the middle of each of the N and S pole magnet pairs 1A1, 1B1 to 1A5, 1B5 located adjacent to each other of the rotor 10. Set to a point, the arc angle θ has 360 / 2n.

이에 따라 홀소자 IC(20)는 보조자석(15A-15J)의 자극을 감지하여 일정한 펄스를 발생한다. 이 경우 보조자석(15A-15J)의 N극 자석(15A-15E)과 S극 자석(15F-15J)의 간격은 주자석(1A1-1A5,1B1-1B5)의 간격과 다르게 일정하게 설정되어 있으므로, 발생되는 펄스는 듀티 50%의 구형파 펄스신호가 출력된다.Accordingly, the Hall element IC 20 detects the stimulus of the auxiliary magnets 15A-15J and generates a constant pulse. In this case, since the interval between the N pole magnets 15A-15E and the S pole magnets 15F-15J of the auxiliary magnets 15A-15J is set to be different from that of the main magnets 1A1-1A5, 1B1-1B5, The generated pulse is a square wave pulse signal having a duty of 50%.

본 발명에서는 단일의 홀소자 IC(20)를 사용하며, 이 경우 도 10에 도시된 스위칭 구동회로를 사용하여 각 상의 스테이터 코일(L11, L12)에 공급되는 전류를 교대로 인가할 수 있다. 본 발명의 스위칭 구동회로는 홀소자 IC(20)에 의해 로터(10)의 보조자석(15A-15J)을 검출하면, 이로부터 하이레벨(H)의 구형파 펄스신호가 주기적으로 출력되며 이 신호는 트랜지스터(TR1)에 인가된다. 이에 따라 트랜지스터(TR1)가 턴온되면 A상의 스테이터 코일(L11)이 통전된다. 그후 홀소자 IC(20)로부터 로우레벨(L)의 신호가 인가되면 트랜지스터(TR1)는 턴오프되고, 트랜지스터(TR2)가 턴온되어 B상의 스테이터 코일(L12)에 전류가 흐르게 된다. 그 결과 로터(10)는 연속적인 회전력을 얻어 회전한다. 도 10에서 저항(R1-R4)은 스위칭 트랜지스터(TR1,TR2)에 대한 바이어스 전압설정용 저항이다.In the present invention, a single Hall element IC 20 is used. In this case, the current supplied to the stator coils L11 and L12 of each phase can be alternately applied using the switching driving circuit shown in FIG. When the switching drive circuit of the present invention detects the auxiliary magnets 15A-15J of the rotor 10 by the Hall element IC 20, a square wave pulse signal of a high level (H) is periodically output therefrom. It is applied to the transistor TR1. As a result, when the transistor TR1 is turned on, the stator coil L11 of the A phase is energized. After that, when the low level signal L is applied from the Hall element IC 20, the transistor TR1 is turned off, the transistor TR2 is turned on, and a current flows through the stator coil L12 of the B phase. As a result, the rotor 10 rotates by obtaining a continuous rotational force. In FIG. 10, the resistors R1-R4 are bias voltage setting resistors for the switching transistors TR1 and TR2.

따라서, 본 발명의 스위칭 구동회로는 도 4에 도시된 종래의 스위칭 구동회로와 비교할 때 로직 IC가 필요 없는 매우 간단한 구조를 이루어 경제성이 높다.Therefore, the switching driving circuit of the present invention has a very simple structure that does not require a logic IC as compared with the conventional switching driving circuit shown in FIG.

또한 본 발명이 예를들어, 도 1에 도시된 바와같은 더블 로터 구조에 적용되는 경우 상기한 보조자석은 로터의 지지체에 관통 매입되지 않고 자석 요크(83A)의 배면에 러버 마그넷을 사용하여 부착시키고 이와 대향한 콘트롤 PCB(87)에 홀소자(20)를 설치하는 것도 가능하다.In addition, when the present invention is applied to, for example, a double rotor structure as shown in FIG. 1, the auxiliary magnet is attached to the back of the magnet yoke 83A using a rubber magnet without being embedded through the support of the rotor. It is also possible to install the Hall element 20 on the control PCB 87 opposed to this.

본 발명에서는 로터가 다수의 N형 및 S형 자석쌍으로 이루어지며, 다른 자석쌍과의 거리는 자석쌍을 이루는 N형 및 S형 자석 사이의 거리의 2배 거리로서 동일한 거리를 두고 배치되어 있기 때문에, 즉 2개의 자석이 일정한 거리를 두고 몰려서 배치되어 있기 때문에 유기기전력이 높고, 따라서 2상 반파구동을 채택하는 경우 소비전류가 작게 되어 높은 효율을 기하는 것이 가능하다.In the present invention, the rotor is composed of a plurality of N-type and S-type magnet pairs, and the distance with other magnet pairs is disposed at the same distance as twice the distance between the N-type and S-type magnets forming the magnet pair. In other words, since the two magnets are arranged at a predetermined distance, the organic electromotive force is high, and therefore, when the two-phase half-wave driving is adopted, the current consumption is small and high efficiency can be achieved.

본 발명에서 로터의 자석과 스테이터의 코일 및 보조자석의 자석 수는 각각 2n개로 이루어질 수 있는데, 여기서 n값은 사용자가 원하는 모터의 성능에 따라 결정되는 모터의 크기에 비례하여 적정한 3 이상의 값으로 결정되는 것이 바람직하다.In the present invention, the number of magnets of the magnet of the rotor, the coil of the stator, and the auxiliary magnets may be 2n, respectively, where n is determined as an appropriate value of 3 or more in proportion to the size of the motor determined according to the performance of the motor desired by the user. It is preferable to be.

상기한 바와같이 본 발명에서는 로터의 자석(폴수)과 스테이터의 코일의 수를 동수로 하되 각 자석 사이의 간격을 서로 다른 간격으로 배치하고 이를 2상 반파 구동방식으로 유기 기전력의 양의 값을 갖는 부분에서 스위칭 구동이 이루어지도록 함에 의해 단일의 위치검출소자를 사용하면서도 데드 포인트 없이 로터의 회전구동이 가능하여 구동회로가 극히 간단하며, 고효율과 토크리플이 작은 BLDC 모터를 얻을 수 있게 된다.As described above, in the present invention, the number of magnets (number of poles) of the rotor and the number of coils of the stator are equal, but the intervals between the magnets are arranged at different intervals, and the two-phase half-wave driving method has a positive value of organic electromotive force. The switching drive in the part allows the rotor to be driven without dead point while using a single position detection element, which makes the drive circuit extremely simple and provides a high efficiency and low torque ripple motor.

상기한 바와같이 본 발명의 원리는 2상 반파 구동방식을 채택하는 경우 단일 로터/단일 스테이터로 이루어진 BLDC 모터, 상기한 더블 로터/단일 스테이터나 더블 스테이터/단일 로터 구조의 BLDC 모터 등 어떤 방식의 모터에도 적용될 수 있다.As described above, the principle of the present invention is a BLDC motor composed of a single rotor / single stator when adopting a two-phase half-wave driving method, a BLDC motor of the double rotor / single stator or a double stator / single rotor structure. Applicable to

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications can be made by those who have

Claims (5)

제1상 코일과, 제2상 코일과, 제1환원상 지지체로 구성되고, 제1상 코일과 제2상 코일 각각은 n개의 코일로 이루어지며 제1상 코일과 제2상 코일은 2상 구동방식으로 결선되며 상기 제1환원상 지지체에 균일한 간격으로 배치된 스테이터와, 양단이 회전 가능하게 지지된 축과, 상기 스테이터 코일과 동일한 개수로 n개의 N극 및 S극 자석쌍을 형성하는 n개의 N극 및 n개의 S극 자석과, n개의 N극 및 n개의 S극 자석과 함께 자기회로를 형성하기 위한 자기요크와, n개의 N극 및 n개의 S극 자석이 교대로 배치된 제2환원상 지지체로 구성되고, 축방향으로 상기 스테이터와 소정의 에어갭을 두고 축에 지지되며 각각의 N극 및 S극 자석쌍은 서로 동일한 거리를 두고 배치되고, N극 자석의 제1중심에서 N극 자석과 인접한 S극 자석의 제2 및 제3 중심까지의 거리비가 1 : 1.4로 설정되는 로터와, 상기 2n개의 N극 및 S극 자석을 검출할 수 있도록 각각의 N극 및 S극 자석에 대응한 자극으로 서로 동일한 길이로 상기 로터에 원환상으로 배치된 2n개의 보조자석과, 상기 회전되는 보조자석으로부터 발생되는 자속에 의해 로터의 자극을 검출하여 로터의 회전위치신호를 발생하기 위한 단일의 홀소자와, 상기 회전위치신호에 따라 제1상 및 제2상 코일을 교대로 통전시키기 위한 스위칭 제어수단으로 구성되며, 상기 인접한 자석쌍과의 거리는 자석쌍을 이루는 N극 및 S극 자석 사이의 거리의 2배 거리로서 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 2상 반파 구동방식 비엘디씨 모터.The first phase coil, the second phase coil, and the first reduced phase support, each of the first phase coil and the second phase coil are composed of n coils, and the first phase coil and the second phase coil are two phases. A n-pole and S-pole pair of magnets, the same number of stator coils as the stator coils, which are connected in a driving manner and arranged at equal intervals on the first reduced-phase support, the shafts rotatably supported at both ends, and the stator coils; a magnetic yoke for forming a magnetic circuit together with n-pole and n-pole magnets, n-pole and n-pole magnets, and n-pole and n-pole magnets alternately arranged It is composed of a two-ring-like support, is supported on the shaft with the stator and a predetermined air gap in the axial direction, and each of the N pole and S pole magnet pairs are arranged at the same distance from each other, at the first center of the N pole magnet The ratio of distances between the second pole and the third center of the south pole magnet adjacent to the north pole magnet is 1: 1.4. A rotor to be set, and 2n auxiliary magnets disposed annularly on the rotor with the same length as the magnetic poles corresponding to the respective N and S pole magnets so as to detect the 2 n N and S pole magnets; A single hall element for detecting the magnetic pole of the rotor by the magnetic flux generated from the rotating auxiliary magnet and generating the rotation position signal of the rotor, and alternately energizing the first and second phase coils according to the rotation position signal And a distance between the adjacent magnet pairs is set as twice the distance between the N pole and the S pole magnets constituting the magnet pair. 제1항에 있어서, 상기 보조자석 각각은 상기 로터의 N극 및 S극 자석쌍의 중간부터 인접한 자석쌍의 중간지점으로 설정되며 각각의 원호각은 360/2n으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2상 반파 구동방식 비엘디씨 모터.2. The two-phase half-wave according to claim 1, wherein each of the auxiliary magnets is set from the middle of the N pole and the S pole magnet pairs of the rotor to an intermediate point of the adjacent magnet pair, and each arc angle is 360 / 2n. Driven BCD motor. 제2항에 있어서, 상기 보조자석은 로터의 지지체에 관통 매입되거나 자석 요크의 배면에 설치되는 것을 특징으로 하는 2상 반파 구동방식 비엘디씨 모터.The two-phase half-wave drive type BCD motor of claim 2, wherein the auxiliary magnet is embedded in the support of the rotor or installed on the rear surface of the magnet yoke. 제1항에 있어서, 상기 홀소자로부터 발생되는 회전위치신호는 50%의 듀티를 갖는 구형파 신호이고, 상기 2상 구동방식으로 결선된 제1상 코일과 제2상 코일 사이의 통전은 180도 전기각 마다 이루어지는 것을 특징으로 하는 2상 반파 구동방식 비엘디씨 모터.The rotating position signal generated by the Hall element is a square wave signal having a duty of 50%, and the energization between the first phase coil and the second phase coil connected by the two-phase driving method is 180 degrees. Two-phase half-wave drive type BCD motor, characterized in that each made. 제1항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서, 상기 스위칭 제어수단은 상기 홀소자로부터 발생되는 회전위치신호의 하이레벨신호가 인가될 때 상기 2상 구동방식으로 결선된 제1상 코일을 통전시키기 위한 제1트랜지스터와, 회전위치신호의 로우레벨신호가 인가될 때 상기 2상 구동방식으로 결선된 제2상 코일을 통전시키기 위한제2트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 2상 반파 구동방식 비엘디씨 모터.The switching control means for energizing the first phase coil connected by the two-phase driving method when the high level signal of the rotation position signal generated from the hall element is applied. A two-phase half-wave driving type BCD motor comprising a first transistor and a second transistor for energizing a second phase coil connected by the two-phase driving method when a low level signal of a rotation position signal is applied. .
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