KR100322861B1 - 브러시리스dc모터및레이저가스순환시스템 - Google Patents

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사이머 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 가변 타이밍 배선을 갖는 브러시리스 DC 모터를 제공한다. 타이밍을 조정함으로써 회전자 위치 센서의 특성 및 위치의 변동을 각각 보상함으로써 소정의 모터 성능을 최적화할 수 있다. 회전자 위치 센서는 모터하우징내의 히트싱크에 부착가능하다. 히트싱크의 냉각 효율을 향상시키기 위해서는 히트싱크가 열적으로 결합되는 모터하우징의 적어도 한 부분을 직접 또는 간접 냉각을 통해 냉각한다. 회전자 위치 센서는 그 열적 및 전기적 차단을 향상시키는 구조체로 밀봉할 수 있다. 본 발명은 또한 모터의 속도를 감시하여 제어하는 수단도 제공한다.

Description

브러시리스 DC 모터 및 레이저 가스 순환시스템
본 발명은 일반적으로 브러시리스 DC 모터 및 레이저 가스순환 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저 공동내의 가스 순환을 위해 사용하는 브러시리스 DC 모터 및 레이저 가스 순환 시스템에 관한 것이다.
집적회로상의 소정의 구성 사이즈가 소형화됨에 따라 광리소그래피 기술에 대한 요구가 더욱 증대되었다. 이러한 요구들은 다양한 광원 뿐만 아니라 근회절제한 광주사 시스템(near diffraction limited optical projection system)의 개발로 이어졌다. 같은 광시스템이라면, 장파장에서 작동하는 광원 보다는 단파장에서 작동하는 광원이 더 바람직스러운데, 이는 더 작은 구성 사이즈를 형성시킬 수 있기 때문이다. 가스 방출 레이저, 특히 엑시머 레이저는 고전력의 단파장 방출파이기 때문에 이러한 응용에 특히 적합하다. 예컨대 KrF 엑시머 레이저의 파장은 대략 248.4nm이다.
엑시머 레이저는 통상 펄스 모드로 동작한다. 각 펄스간은 방출영역내의 가스가 기저상태 또는 초기온도 상태로 복귀하는데 충분한 시간을 줄 필요가 있다. 정지 가스 시스템에 있어서는 이러한 상태에 이르려면 가스가 1초 정도의 시간을 요하기 때문에 반복속도를 현저히 제한시킨다. 근년의 레이저 시스템은 가스 방출 영역내의 가스를 활발히 순환시킴으로써, 특히 가스 순환용 횡류 송풍기 팬을 사용함으로써 보다 높은 반복 속도를 얻을 수 있다.
소정의 반복 속도를 유지하기 위해 필요한 가스 유속은 다음 식을 사용하여 구할 수가 있다.
Figure pat00021
통상 안정된 방출을 얻기 위해서는 허용률 3이 적당한 것으로 생각된다. 그러나 펄스 대 펄스 에너지 안정성을 보장하기 위해서는 허용률 5∼6이 바람직하다. 1000∼2000[헤르츠] 정도의 반복속도를 유지하는데 필요한 제거율을 얻기 위해서는 높은 가스 유속 즉, 고속의 송풍기 팬이 필요하다. 송풍기 팬의 속도를 2배로 하면 모터의 입력 전압을 8배로 증가해야 하기 때문에 고속의 송풍기 팬은 모터간의 결합을 복잡하게 하고 모터의 수명을 단축시킨다. 모터의 평균 수명을 단축시키는 일차적 요인은 모터의 작동열이 증가하는데 있다.
전술한 바와 같이, 고속에서 효율적으로 작동할 수 있도록 개선된 송풍기 팬 모터가 필요하다는 것이 자명한 사실이다.
[발명의 요약]
본 발명은 타이밍 특성을 조정할 수 있는 브러시리스 DC 모터를 제공한다. 타이밍을 조정함으로써 회전자 위치 센서의 동작특성 및/또는 그 위치의 변동을 각각 보상함으로써 소정의 모터 성능을 최적화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서는 고정자 하우징의 단부 캡에는 3개의 회전자 위치 센서가 있다. 이 단부 캡은 회전자의 중심축을 축으로 회전시킬 수 있으므로, 고정자에 대한 센서의 위치를 변경할 수 있다. 일단 센서의 위치를 최적화하면, 고정자 하우징에 대한 어셈블리의 위치를 고정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는 회전자 위치 센서는 모터 하우징내의 히트싱크에 부착된다. 히트싱크의 냉각 효율을 향상시키기 위해서는 히트싱크가 열적으로 결합된 모터 하우징의 적어도 한 부분을 냉각한다. 냉각은 직접 또는 간접으로 행할 수 있다. 직접 냉각법은 열전 냉각기의 사용이 포함되며, 간접 냉각법은 어셈블리의 냉각영역을 바람직하게는 냉각 핀(fin)등을 사용하여 확장시키는 방법이 포함된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는 센서의 열적 및 전기적 차단을 향상시키기 위해 회전자 위치 센서를 밀봉하는 구조체를 사용한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는, 2개의 브러시리스 DC 모터를 단일 구동축에 결합한다. 1개의 명령 신호를 2개의 모터에 동시에 보내어 이 명령신호가 모터에 인가된 구동전류를 제어한다. 2개의 모터에 동일 신호를 보냄으로써 각 모터에 걸리는 부하를 거의 동등하게 한다. 이 명령신호는 자동으로 변화되어 원하는 구동축 속도가 얻어진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는 구동축 속도를 계속적으로 감시하여 미리 설정한 최대 한계치와 비교한다. 만약 구동축 속도가 미리 설정한 한계치와 같거나 넘어서면, 모터는 일시적으로 정지된다.
하기의 설명 및 도면을 참조함으로써 본 발명의 특징과 이점을 더욱 잘 이해할 수 있다.
도1은 브러시리스 DC 모터를 사용하여 레이저 공동내에 가스를 순환시키는 팬을 구동하는 종래의 소형 엑시머 레이저의 설명도.
도2는 도1의 종래기술에 따른 엑시머 레이저 공동의 외부에 장착된 팬 모터의 설명도.
도3은 본 발명에 따른 DC 브러시리스 모터의 설명도.
도4는 본 발명의 일실시예의 분해조립도.
도5는 온도에 대한 홀 센서의 작동 및 해제의 특성변화를 나타낸 그래프.
도6은 본 발명에 따라서 조립된 모터의 외형도.
도7은 본 발명의 실시예에 있어서 타이밍 조정 절차의 플로우 차트.
도8은 1개의 송풍기 팬 구동축에 2개의 브러시리스 DC 모터를 결합한 본 발명의 일실시예를 나타내는 설명도.
도9는 제8도에서 설명한 바와 같은 2개의 모터 구동 팬을 제어하는 종래기술을 설명하는 블럭도.
도10은 본 발명에 따른 송풍기 속도 제어 시스템의 일실시예의 설명도.
도11은 제10도에 나타낸 송풍기 속도 제어 시스템의 다른 실시예의 설명도.
도12는 본 발명에 따른 송풍기 팬을 제어하기 위해 사용한 레이저 제어회로의설명도.
브러시리스 DC 모터는 가스 레이저 시스템을 포함하여 다양하게 응용하여 사용된다. 도 1은 브러시리스 DC 모터를 사용하여 레이저 공동내의 가스를 순환시키는 팬을 동작시키는 소형 엑시머 레이저의 설명도이다. 이러한 형태의 레이저의 상세한 사항은 본 발명의 양수인에 양도되고 본 명세서에서 그 전체를 참고로 든 미국 특허 제4,959,840호에 기재되어 있다. 1개 문서의 명세서에 의해 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해 본 발명의 상세한 설명에 레이저 시스템 특정 구성 특징에 대한 개요를 설명한다. 그러나 본 발명은 특별히 엑시머 레이저 시스템에만 또는 통상의 레이저 시스템에만 적용되는 것은 아니다.
도 1은 특정 구성의 엑시머 레이저의 단부 구조도이다. 레이저 공동(100)은 2개의 하우징(101,103)으로 형성되어 있다. 2개로 반분한 하우징(100,103)은 불소 및/또는 염소 내성 물질의 ○링(105)으로 밀봉되어 있다. 공동(100)내에는 음극(107)과 양극(109)이 있다. 전극간에 고전압을 인가하면 통상 크립톤(Kr)등의 희가스(rare gas), 불소 등의 할로겐(F) 및 헬륨(He), 네온(Ne) 등의 완충가스로 된 가스의 혼합체의 영역(111)내에 방전이 형성된다. 희가스와 할로겐이 여기되면 이렇게 형성된 엑시머 분자의 감쇠에 따라 고에너지의 자외선 펄스가 상기 영역(111)내에 생성된다. 이 펄스는 음극(107)과 양극(109)간에 위치한 축을 따라서 형성된다. 절연체(113,115)는 고전압선(117)과 음극(107)을 공동(100)의벽(101)으로부터 절연시킨다.
엑시머 레이저에 있어서는 본래 펄스 반복수가 현저히 낮다. 가스가 정지상태이면 방출영역내의 가스량이 그 초기 온도상태로 복귀할 수 있는데 충분한 펄스간의 시간이 필요하다. 통상 복귀시간은 1초 정도이므로, 정지가스 시스템에서의 펄스 반복수를 초당 약 1펄스로 제한하게 된다. 가스가 순환할 경우에는 펄스반복수를 증가시킬 수 있다. 레이저를 방전할 수 있는 반복속도는 순환속도와 방전용적내의 가스량이 교환되는 속도에 의존한다. 즉 순환속도가 클수록 반복속도가 높아진다.
도 1에서 설명한 바와 같은 레이저 시스템에 있어서 가스는 가스 유관(119)을 지나서 공동(100)내를 순환한다. 팬 축(125)에 평행하게 뻗친 복수의 팬 블레이드(123)로 된 팬(121)은 가스 유관(125)을 따라서 가스를 순환시킨다. 이 가스는 방전영역(111)내에서 여기된 후에 순환가스는 열교환기(127)에 의해 냉각된다. 가스류의 방향은 1개 이상의 제어 베인(129)을 사용하여 제어한다. 필요하다면 순환가스의 일부를 흡수하여 필터(도시하지 않음)로 정화할 수 있으므로, 공동(100)내에 존재하는 가스의 수명을 연장시킬 수 있다.
부식성 레이저 가스로 인한 팬 모터의 손상을 최소화하여 장치 부품의 내구연한을 연장시키기 위해서는 도 1에 나타낸 바와 같이 엑시머 레이저내의 팬(121) 구동용 모터를 공동(100)의 외부에 장착하는 것이 좋다. 도 2는 종래의 팬(121) 구동용 외부 DC 브러시리스 모터의 장착방법에 대한 설명도이다.
팬(121)은 구동축(201)에 결합되어 있다. 회전자(203)는 구동축(201)의 끝에있다. 축(201)은 공동벽(103)내에 장착된 베어링체(205)를 관통한다. 회전자(203)의 주위에는 일련의 권선으로 된 고정자(207)가 있다. 공동(100)내의 부식성 가스가 베어링체(205)를 거쳐 고정자체(207)로 들어가는 것을 막기 위해서 밀봉체(209)가 회전자(203)를 완전히 둘러싼다. 밀봉체(209)는 스테인리스강 등의 내식성 물질로 되며, 내식성 ○링(211)에 의해 공동벽(103)내에 밀봉된다.
밀봉체(209) 옆, 회전자(203) 근처에는 1개 이상의 홀(Hall)센서 등의 회전자 위치 센서(213)를 장착한다. 홀 센서는 자장에 민감하므로, 자장의 강도에 비례하는 출력전압을 발생시킨다. 본 발명에서 사용할 수 있는 홀 센서는 하니웰(Honeywell) 등의 회사로부터 구할 수 있다. 이러한 센서의 동작은 당업자에게는 공지의 것이다. 홀 센서(213)는 회전자(203)내의 자석의 회전위치를 검출할 수 있고, 이 검출기의 출력신호는 회로기판(215)으로 피드백 된다. 이 회로기판(215)은 입력접속기(217)로부터 고정자(207)로 전력을 입력한다. 모터 어셈블리는 고정자 하우징(219)과 단판(221)에 고정한다.
도 3은 본 발명에 따른 DC 브러시리스 모터의 설명도이다. 실시예 1에서의 이러한 구성으로 열분산과 보호책을 개선함으로써, 모터와 그 관련 전자부품이 4000RPM 이상의 속도를 유지할 수 있다. 종래의 모터 어셈블리와 같이, 이 시스템은 구동축(301), 회전자(303), 축 베어링(305), 고정자(307), 밀봉 소자(309), 홀 센서(311), 회로기판(313) 및 고정자 하우징(315) 등의 주요부품으로 구성된다. 이러한 구성에 있어서, 홀 센서(311)는 회로기판(313)에 직접 장착하고, 회로기판(313)은 단부 캡(319)의 히트 싱크부(317)에 장착한다. 단부 캡(319)과그 히트 싱크부(317)를 구리 또는 알루미늄 등의 고열전도의 물질로 구성함으로써 회로기판(313) 및 일체로 된 센서(311)로부터 열을 효과적으로 방출시키는 것이 바람직하다. 회로기판(313)과 센서(311)는 열접촉을 최대로 하면서 전기적 단락을 피할 수 있는 공지의 기술을 이용하여 히트 싱크부(317)에 장착한다.
고정자(307), 회전자(303), 밀봉소자(309)로부터 센서(311) 및 회로기판(313)으로 열이 유출하는 것을 최소화하기 위해 본 발명의 실시예에서는 절연 캡(321)을 사용한다. 절연 캡(321)은 히트 싱크부의 일부에 끼워서 회로기판과 센서를 둘러싼다. 바람직한 실시예로서는 절연 캡(321)은 단열성이 우수하고, 또한 전기적 절연성이 우수한 Ultem 1000 (상표명) 수지 등의 폴리이미이드 물질로 구성한다. 그러므로 이 실시예에서는 절연 캡(321)이 기판(313)과 센서(311)에 의해 흡수되는 열의 양을 줄일 뿐만 아니라 회로기판(313)이 단락될 가능성도 줄인다.
도 4는 본 발명의 실시예의 분해 조립도이다. 이 도면은 회로기판(313)과 홀 센서(311)를 분명하게 나타내고 있다. 이 실시예에 있어서는 3개의 홀 센서가 있으므로 회전자의 위치를 독특하게 검지한다. 회로기판(313)은 히트싱크부(317)에 볼트(401)로 장착한다. 절연 캡(321)은 히트 싱크부(317)상에 끼워서 립(lip)(403)상에 안치하고, 볼트(405)로 고정시킨다.
단말 캡(319) 및 그 히트싱크(317)의 냉각능력을 최대화하기 위해 단말 캡(319)의 단면(407)을 핀으로 구성한다. 이들 핀은 단말 캡(319)의 표면적을 넓힘으로써 주변 공기를 통한 열의 흐름이 증가할 수 있도록 하여 준다. 만약 냉각이 더 요구되면 열전냉각기(도시하지 않음) 또는 강제적 대류 등을 통해 단말캡(319)을 적극적으로 냉각할 수 있다.
회전자의 위치는 비접촉 센서, 바람직하게는 3개 이상의 홀 센서를 사용하여 결정한다. 이러한 위치정보는 고정자에 대한 입력 타이밍을 적절하게 조정함으로써 모터의 효율을 최대화하기 위한 중요한 요소이다. 그러나 최적의 모터 성능을 얻기 위해서는 시스템을 보정하여야 한다.
여러 가지 요인으로 말미암아 보정이 필요하다. 첫째로 홀 센서는 제조상의 오차로 인한 성능의 변동이 있다. 둘째로 온도변화로 인한 이들 센서의 동작 및 해지 특성이 변한다. 이러한 변화를 도 5에 나타낸다. 곡선(501,503)은 각각 온도의 증가에 따른 최대 및 공칭 동작특성의 변화를 나타낸다. 마찬가지로 곡선(505,507)은 각각 온도의 증가에 따른 공칭 최소의 해지특성의 변화를 나타낸다.
홀 센서의 성능 변동의 영향은 용도에 따른 센서의 장착위치의 여하에 따라 악화된다. 예컨대 전술한 바와 같이 엑시머 레이저 시스템에서의 송풍기 팬을 구동용 모터는 빈번히 레이저 공동의 외부에 설치한다. 모터 부품에 대한 가스 부식의 영향을 줄이기 위해, 밀봉 소자를 도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이 회전자 및 고정자간에 삽입한다. 그러나 밀봉 소자는 센서(311)와 회전자(303)간의 이격거리를 증가시킴으로써 센서 위치의 자계강도를 감소시킨다. 절연 캡(321)으로 인해 상기의 이격 거리는 더 증가한다. 또한 회전자의 끝에 센서가 위치하므로 전계강도가 더욱 줄어든다. 마지막으로 회로기판(313)과 센서(311)장착의 변동도 성능 특성을 변화시킬 수 있다.
센서의 동작 특성을 변경하기 위해서는 고정자 입력의 위상을 제어하는 회로를 변경함으로써 이룰 수가 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 고정자(307)의 위치에 대한 센서(311)의 위치를 물리적으로 조정함으로써 동작특성을 변경한다. 전술한 바와 같이 센서(311)는 단말 캡(319)에 단단하게 부착된 회로기판(313)에 견고하게 부착한다. 반면에 고정자(307)는 외벽(103)에 견고하게 고정한다. 이 실시예에 있어서, 고정자(307)는 고정자 하우징(315)에 고정시킨다. 고정자 하우징(315)은 밀봉 소자(309)의 플랜지에 끼운다. 고정자 하우징(315)의 끝에 있는 슬롯(409)은 밀봉 소자(309)의 플랜지(도시하지 않음)에 끼운다.
도 3 및 도 4에서 설명한 구성에 있어서, 단부 캡(319), 고정자(307) 및 고정자 하우징(315)은 1개의 볼트(411) 및 압축 스프링에 의해 레이저 공동에 고정된다. 볼트(411)는 단부 캡(319)의 중심을 관통하고, 밀봉 소자(309)의 끝 부분으로 삽입된다. 밀봉 소자(309)는 8개의 볼트(도시하지 않음)로 공동 외벽(103)에 부착된다. 단부 캡(319)은 모터 어셈블리의 중심축 주위로 회전할 수 있게 하여주는 3개의 슬롯(415)을 구비함으로써, 모터의 타이밍을 변경할 수 있도록 한다. 볼트(417)는 각 슬롯(415)을 관통하여 고정자 하우징(315)에 삽입된다.
모터의 타이밍을 조절하기 위해, 볼트(411,417)는 고정자 하우징(315)에 대해 단말 캡(319)이 회전할 수 있도록 충분히 느슨하게 하여야 한다. 슬롯(415)의 길이는 허용되는 회전의 정도를 결정한다. 단부 캡(319)의 외측단에는 영점표시 마크(419)가 있다. 바람직하게는 영점표시 마크(419) 양쪽의 허용 회전각은 약 10도 이내가 바람직하다. 영점표시 마크(419)와 고정자 하우징(315)의 외측단에 있는 1조의 회전각 마크(421)를 비교함으로써, 조작자는 적절한 모터의 타이밍 조정에 필요한 회전각을 결정할 수 있다. 물론 본 명세서를 토대로 다른 조정기구도 쉽게 개발할 수가 있다.
도 6은 장착할 상태가 되어 있는 조립된 모터의 설명도이다. 이 도면에는 타이밍 슬롯(415) 및 볼트(417)의 조합을 타이밍 표시마크(419,421)과 함께 분명하게 나타나 있다. 본 실시예에서는 단부 캡(319)의 끝 부분만에만 냉각 핀(407)이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서 타이밍을 조절하는 절차의 플로우 차트이다. 제 1스텝은 모터 어셈블리에 적절한 부하를 인가하는 것이다(단계 701). 이 부하는 예상부하와 같아야 한다. 부하는 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같이 엑시머 레이저의 조작을 위한 실 부하일 수도 있고, 의사부하일 수도 있다. 도 3∼도 5에 나타낸 모터 어셈블리는 몇 가지 이유로 의사부하로 사용하는데 아주 적합하다. 첫째로 고정자, 고정자 하우징, 단부 캡, 모든 관련 전자부품 및 센서가 1개의 조립체로 구성된다. 둘째로 모터를 "비접촉" 되게 구성함으로써 외부 모터 어셈블리를 피시험 어셈블리에 용이하게 부착할 수 있다. 피시험 어셈블리는 외부 어셈블리가 부착되는 실제 모터 어셈블리에 사용하는 것과 동일한 회전자와 밀봉 소자만 있으면 된다. 셋째로 모터의 타이밍은 회전자와는 비교적 상관성이 없으므로, 외부 모터 어셈블리는 같은 부하 조건하이면 어떻게 회전자/밀봉소자를 조합하든 간에 타이밍 조정이 가능하게 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서는 부하를 시뮬레이션 하기 위해 적절한 속도와 부하상태로 동작하는 MagtrolDynamometer Model HD-710을 사용한다.
적절한 부하를 가한 후에는 상술한 바와 같이 센서의 동작/해지 특성을 변경할 수 있도록 모터를 정상 동작 온도로 높일 필요가 있다(스텝 703). 상술한 레이저 송풍기 팬의 사용할 때에는 고정자 하우징상에서 측정한 동작온도가 70℃일때 정상 동작온도로 간주된다. 타이밍 조정중에는 인가한 부하가 일정하게 유지되는지를 확인하기 위해 고정자 입력을 감시함과 동시에 (스텝 707), 인가되는 부하를 감시한다(스텝 705). 다음에 입력을 최소화함으로써 모터의 타이밍을 조정한다(스텝 709). 고정자의 입력이 최소가 되면 타이밍 조정절차가 완성된다(스텝 713). 본 실시예에 있어서 타이밍 조정은 볼트를 느슨하게 하고, 고정자 하우징(315)에 대해 단부 캡(319)을 회전시키고, 시험을 계속하기 위해 볼트(417)를 다시 죄는 절차로 이루어진다. 그리고, 제조 품질관리를 위해 조정마크(419,421)의 위치를 기록한다.
도 8은 엑시머 레이저 공동내의 1개의 송풍기 팬을 2개의 브러시리스 DC 모터를 사용하여 구동하는 본 발명의 일실시예를 나타내는 설명도이다. 이 실시예에 있어서, 팬(121)의 구동축(301)은 고정자 하우징(315)/단부 캡 (319) 어셈블리내의 회전자 양 끝에 직접 결합된다. 같은 팬 축에 두 개의 모터를 직접 결합하기 때문에 1개 또는 2개의 모터에 과도한 부하가 걸리는 것을 피하기 위해서 모터 제어의 회로장치가 필요하다.
도 9는 도 8에서 설명한 바와 같은 2개 모터 구동의 팬을 제어하는 종래기술을 설명하는 블록도이다. 제 1 모터(901)는 제 1 모터 구동회로(903)로 구동하고,제 2 모터(905)는 제 2 모터 구동회로(907)로 구동한다. 2개 모터(901,905)는 1개의 팬(909)을 구동한다. 시스템은 또한 제어기(911)도 구비한다. 레이저 작동중에는 제어기(911)가 팬(909)의 속도 뿐만 아니라 양 모터(901,905)의 전류를 감시한다. 양 모터는 같은 팬에 직접 결합되어 있기 때문에 양 모터(901,905)중 어느 하나의 속도를 감시함으로써 팬의 속도를 감시할 수 있다.
송풍기 팬(909)이 소정의 동작속도에 이른 후면 제어기(911)는 모터(901,905)의 동작전류를 감시한다. 각 모터의 동작전류는 동작 부하에 정비례한다. 만약 제어기(911)가 양 모터의 동작전류가 불균형하다고 판정하면, 제어기(911)는 양 모터 구동회로(903,907)중의 어느 1개 또는 양자 모두에 속도제어신호를 보낸다. 양 모터에 서로 다른 속도 제어신호를 인가하면 각 모터의 부하가 변하여 한쪽 모터에 다른 쪽 모터보다 큰 부하가 걸리는 것을 막는다. 일단 제어기(911)가 소정의 동작 허용치내로 모터(901,905)의 동작전류를 정합시키면 팬의 속도를 다시 점검한다. 팬의 속도가 여전히 소정의 동작 허용치내에 있다면, 모터를 계속 선택된 속도로 가동하고, 상기 3개의 변수 모두 허용치내에 유지되는지 확인하기 위해 주기적으로 측정한다. 만약 팬의 속도가 소정의 동작 허용치내에 있지 않다면, 제어기(911)는 양 모터의 속도를 조정하고 나서 양 모터의 동작 전류를 정합시키기 위한 동작을 반복한다.
도 10은 본 발명에 따른 송풍기 속도 제어의 일 실시예의 설명도이다. 종래 기술과 같이, 이 시스템은 제 1 모터(1001), 제 1 모터 구동 회로(1003), 제 2 모터(1005), 제 2 모터 구동 회로(1007), 팬(1009) 및 제어기(1011)를 구비한다. 이시스템의 제어기(1011)는 2개 모터(1001,1005)중의 어느 1개의 속도를 감시함으로써 팬의 속도를 감시한다. 만약 팬의 속도가 부적합하면 제어기(1011)는 1개의 구동전류 명령을 보내 모터의 구동전류를 증가시키거나 감소시킨다. 그러므로 양 모터의 구동전류가 동시에 변하게 되므로, 종래기술과 같이 모터의 부하를 정합시킬 필요성이 없어진다. 더우기 제어기(1011)는 1개의 구동전류 명령만을 보내므로, 도 3∼도 5에 나타낸 1개의 송풍기 모터 또는 제 8도에서 나타낸 2개의 모터 시스템에 동일한 회로를 사용할 수 있다.
도 11은 도 10에 나타낸 송풍기 속도 제어 시스템의 다른 실시예의 설명도이다. 도 11에 나타낸 시스템은 모터가 과도한 속도로 인해 손상되는 것을 막을 수 있는 송풍기 팬 보호회로(1101)를 구비한다는 것을 제외하고는 두 시스템은 같다. 이 실시예의 보호회로(1101)는 팬 속도와 미리 설정한 최대 한계치를 계속하여 비교한다. 만약 팬 속도가 미리 설정한 최대치를 넘어서면 불가 신호를 모터 구동 회로로 보내 불가 신호가 제거될 때까지 모터의 동작을 막는다. 본 실시예에 있어서는 불가신호를 소정시간동안 보낸 후, 모터의 동작을 재개한다. 상기 보호회로는 1개 모터 시스템에도 사용할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 송풍기 팬을 제어하기 위해 사용하는 레이저 제어회로부이다. 커낵터(1201)(테스트점 1203)상의 타코미터 입력신호는 송풍기 제어기로부터의 TTL 준위의 펄스열이다. 주파수는 모터의 속도에 비례한다. IC 1205는 핀 "10"의 펄스를 핀 "13"의 DC 전압으로 변환하는 주파수/전압 변환기이다. 저항(1207)과 캐패시터(1209)의 조합으로 이 DC 전압을 1초 정도 지연시켜 시스템의발진을 막는다. 비교기(1211) 핀 "4"상의 지연 된 전압은 전위차계(1213)로 설정된 핀 "5"상의 다른 전압과 비교된다.
송풍기의 속도가 설정치를 넘어서면, 비교기(1211)의 출력 핀 "2"이 저전위로 되고 과속 신호를 발생한다. 이 신호는 제어기에 의해 감지되어 송풍기를 차단하여 시스템을 "대기"상태로 한다. 이 출력은 또한 단안정 타이머인 IC(1215)도 트리거한다. 이 타이머의 핀 "3"은 통상 저전위이나, NAND 게이트(1217)에 의해 고준위의 TTL로 전환된다.
타이머가 과속신호에 의해 트리거 되면, 전위차계(1219)에 의해 조정할 수 있는 기간동안 타이머의 핀 "3"은 고전위로 된다. 본 실시예에 있어서는 이 기간은 30초로 설정되어 있다. 타이머의 핀 "3"이 고전위로 되면, NAND 게이트(1217)의 핀"3"은 저전위로 되어 게이트(1221)의 핀 "3"을 저전위로 만든다. 이에 따라 게이트(1223)의 핀 "8"을 저전위로 전환하여 30초간 송풍기를 차단한다. 이 동안에는 컴퓨터는 송풍기를 투입할 수 없다. 이 30초간의 차단기간은 과속상태가 된 후의 송풍기를 제어기가 투입하는 것을 방지하는 감시 타이머의 역할을 한다.
소프트웨어는 커낵터(1225)를 통하여 제어전압을 보냄으로써 송풍기 모터의 속도를 제어한다. 이 전압은 저항(1229)과 캐패시터(1231)에 의해 비교기(1227)의 핀 "12"에서 거의 2초간 지연된다. 다음에 이 제어전압은 IC(1205)의 핀 "12"로의 전압과 비교된다. 이 비교 결과에 따라 비교기(1233)의 핀 "7"에 명령 전압이 발생된다. 송풍기 속도는 전위차계(1235)를 조정함으로써 조정된다. 송풍기 속도가 설정치 보다 낮아지면 그에 비례해서 비교기(1233)의 핀 "6"이 저전위로 되어 핀 "7"이 고전위가 된다. 이에 따라 송풍기 속도가 증가되어 전위차계(1235) 및 컴퓨터의 아날로그 제어신호에 의해 설정된 원하는 속도를 유지한다. 만약 송풍기 속도가 높아지면 상기와 정반대의 변화가 발생하는데, 즉 핀 "6"은 고전위가 되고, 핀 "7"은 더욱 저전위가 되어 송풍기의 속도를 감소시키고, 시스템의 변화를 보상함으로써 송풍기의 속도를 조절한다. 그러므로, 비록 속도는 소프트웨어에 의해 설정되지만, 속도 제어는 하드웨어를 통해 이루어진다. 컴퓨터로의 아날로그 제어전압이 예컨대 시스템의 오 동작이나 송풍기의 과부하로 인해 증가하되, 그에 비례하여 송풍기의 속도가 증가하지 못할 경우에는 비교기(1233) 핀 "5"의 전압이 핀 "6"의 전압보다 높아져서 비교기(1237) 핀 "6"의 전압을 증가시킨다. 이 전압은 전위차계(1239)의 설정 전압과 비교된다. 비교기(1237) 핀 "6"의 전압이 설정치를 넘어서면 핀 "1"이 저전위로 되어 AND 게이트(1223)의 핀 "9"가 저전위가 됨으로써 커낵터(1241)를 저전위로 만든다. 이에 따라 송풍기가 차단된다. 그리고 소프트웨어는 비교기(1237) 핀 "1"의 과잉토크 신호를 감지한다. 시스템이 발진하는 것을 막기 위해서는 비교기(1237)의 핀 "6"에 1초간의 지연을 준다. 이러한 지연은 저항(1243)과 캐패시터(1245)를 통해 이루어진다. 또한 비교기(1233)의 핀 "7"에는 5.1 볼트의 제너 다이오드(1247)를 설치하여 송풍기의 과속을 막는다. 송풍기를 기동하기 위해 커낵터(1251)의 송풍기 기동 전압을 소프트웨어에 의해 TTL 고준위로 만들어 게이트(1221)의 핀 "2"로 입력한다.
당업자에게는 자명하듯이 본 발명은 본 발명의 취지나 본질적 특성을 벗어나지 않는 한 다른 형태의 실시도 가능하다. 따라서 본 명세서상의 기재는 설명을 위한 것이고, 다음의 청구항에 나타낸 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
본 발명은 타이밍 특성을 조정함으로써 회전자 위치 센서의 동작특성 및/또는 그 위치의 변동을 각각 보상함으로써 소정의 모터 성능을 최적화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서는 고정자 하우징의 단부 캡을 회전자의 중심축을 축으로 회전시킬 수 있으므로, 고정자에 대한 센서의 위치를 변경할 수 있고, 또한 고정자 하우징에 대한 어셈블리의 위치를 고정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는 회전자 위치 센서는 모터하우징내의 히트싱크에 부착되므로, 히트싱크가 열적으로 결합된 모터 하우징의 적어도 한 부분을 냉각하게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는, 2개의 브러시리스 DC 모터를 단일 구동축에 결합하므로, 1개의 명령 신호를 2개의 모터에 동시에 보내어 이 명령신호가 모터에 인가된 구동전류를 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는 구동축 속도를 계속적으로 감시하여 미리 설정한 최대 한계치와 비교하는 것에 의해, 만약 구동축 속도가 미리 설정한 한계치와 같거나 넘어설 경우에 모터를 일시적으로 정지시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 회전자와,
    상기 회전자의 중심축을 둘러싼 고정자와,
    상기 고정자에 근접하고 또한 상기 회전자에 근접한 위치에 조정이 가능하게 장착되어 회전자 정보를 공급하는 센서로서 상기 회전자 정보는 모터의 위상 타이밍을 제어하는데 사용하며, 상기 센서 위치의 조정은 상기 고정자에 대한 상기 센서의 위치를 변경하여 상기 조정에 의해 상기 위상의 타이밍을 변화시키는 적어도 1개의 홀 센서와,
    상기 회전자와 고정자의 사이에 개재되어 상기 회전자를 부분적으로 둘러싸는 밀봉부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀 센서의 위치 조정은 상기 모터가 가동중일 때 행할 수 있는 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    3개의 홀 센서를 사용하고, 상기 각 홀 센서는 개별적인 회전자 위치 정보를 제공하며, 상기 센서 위치 정보는 상기 회전자 위치를 독특하게 결정하도록 조합 가능한 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    회전 가능한 단부 캡을 더 구비하고, 상기 센서는 상기 단부 캡과 결합하며, 상기 센서 위치의 조정은 상기 고정자에 대해 상기 단부 캡을 회전시켜 행하는 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정자에 적어도 1개의 위치설정 핀을 간접적으로 결합하며, 상기 위치설정 핀은 상기 단부 캡내의 슬롯에 보완해서 끼우는 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 위치설정 핀은 볼트인 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  7. 제 4 항에 있어서,
    고정자 하우징을 더 구비하고, 상기 고정자 하우징은 그 주변상에 복수의 타이밍 마크를 가지며, 상기 타이밍 마크는 상기 단부 캡상의 1개의 표시마크에 인접한 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    레이저 공동내에서 가스를 순환시키는 팬을 더 구비하고 상기 팬은 상기 회전자에 결합되는 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 회전자와 상기 고정자간에 삽입하는 밀봉 부재를 더 구비하고,
    상기 밀봉 부재는 상기 회전자를 부분적으로 밀봉하고, 상기 밀봉 부재는 상기 레이저 공동의 벽에 밀봉되어 상기 고정자가 상기 가스에 노출되는 것을 막는 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  10. 레이저 공동과;
    상기 레이저 공동내에 장착하여 레이저 방전 영역을 구획짓는 적어도 2개의 방전 전극과,
    상기 레이저 공동내에 장착하고, 상기 레이저 공동의 외부면을 관통하는 구동축에 결합하여, 상기 레이저 공동내의 가스를 상기 레이저 방전 영역에 걸쳐서 순환시키는 팬과,
    상기 레이저 공동의 외부면에 장착한 브러시리스 DC 모터로 구성하며,
    상기 모터는,
    상기 팬 구동축에 연결한 회전자와;
    상기 회전자의 중심축을 둘러싼 고정자와;
    상기 회전자와 상기 고정자간에 삽입하고 상기 회전자를 부분적으로 밀봉하며,상기 레이저 공동의 상기 외부면을 밀봉하여 상기 고정자가 상기 가스에 노출되는 것을 막는 밀봉 부재와;
    상기 고정자에 근접하고 또한 상기 회전자에 근접한 위치에 조절이 가능하게 장착되어 회전자 정보를 공급하는 비접촉 센서로서, 상기 회전자 정보는 모터의 위상 타이밍을 제어하는데 사용하며, 여기서 상기 센서 위치의 조정은 상기 고정자에 대한 상기 센서의 위치를 변경하여 상기 조정에 의해 상기 위상 타이밍을 변화시키는 적어도 1개의 비접촉 센서를 구비한 것이 특징인 레이저 가스 순환 시스템.
  11. 회전자와,
    상기 회전자의 중심축을 둘러싼 고정자와;
    상기 고정자를 둘러싼 고정자 하우징과;
    상기 고정자 하우징의 단부에 해체 가능하도록 부착되고, 내부에 열의 통로를 구비한 고정자 하우징 단부 캡과;
    상기 회전자에 근접하고 또한 상기 고정자에 근접한 위치에 있는 상기 단부 캡의 상기 열의 통로에 장착되어, 회전자 위치 정보를 제공하는 적어도 1개의 센서와;
    상기 회전자와 상기 고정자사이에 절연체를 구비한 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 브러시리스 DC 모터는 팬에 결합되고, 상기 팬은 상기 레이저 공동과 일체로 되며, 상기 레이저 공동내의 가스를 순화시키는 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 단부 캡은 냉각능력을 개선하기 위한 핀으로 구성된 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연체는 상기 회전자와 상기 고정자에 의해 발생하는 열로부터 상기 센서를 열적으로 절연하는 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연체는 상기 고정자에 인가되는 전압으로부터 상기 센서를 전기적으로 절연하는 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연체는 상기 단말 캡에 고정된 컵으로 되며, 상기 컵은 상기 센서와 상기 회전자 및 상기 고정자간을 절연하고, 폴리이미드로 된 것이 특징인 브러시리스 DC 모터.
  17. 레이저 공동과;
    상기 레이저 공동내에 장착되어, 레이저 방전영역을 구획짓는 적어도 2개의 방전 전극과;
    상기 레이저 공동내에 장착되고, 상기 레이저 공동의 외부면을 관통하는 구동축에 결합되어, 상기 레이저 공동내의 가스를 상기 레이저 방전 영역에 걸쳐서 순환시키는 팬과;
    상기 레이저 공동의 외부면에 장착된 브러시리스 DC 모터로 구비하고,
    상기 모터는
    상기 팬 구동축에 연결한 회전자와;
    상기 회전자의 중심축을 둘러싼 고정자와;
    상기 회전자와 상기 고정자간에 삽입되어 상기 회전자를 부분적으로 밀봉하며, 상기 레이저 공동의 상기 외부면을 밀봉하여 상기 고정자가 상기 가스에 노출되는 것을 막는 밀봉 부재와;
    상기 고정자를 둘러싼 고정자 하우징과;
    상기 고정자 하우징의 단부에 해체 가능하도록 부착되어, 냉각능률의 향상을 위한 핀을 형성하는 고정자 하우징 단부 캡과;
    상기 회전자에 근접하고 또한 상기 고정자에 근접한 위치에 있는 상기 단부 캡에 장착되어 회전자 위치 정보를 제공하는 적어도 1개의 센서와;
    상기 센서와 상기 회전자 및 상기 고정자간에 삽입되어, 상기 단부 캡에 고정된 절연체를 구비한 것이 특징인 레이저 가스 순환 시스템.
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