KR100331682B1 - 트랜지스터형 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터 - Google Patents

트랜지스터형 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 두 개의 NPN트랜지스터와, 상기 NPN트랜지스터의 스위칭작용에 의해 여자되어 자계를 형성하는 두 개의 코일이 한 세트의 더블코일로 이루어진 삼각형상의 코일부를 가지고 있고, 상기 삼각형상의 코일부의 모서리에는 각각 자계형성부가 있는 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터를 개시하고 있다.

Description

트랜지스터형 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터 {Two-Phase Brushless DC Axial Flow Fan Motor}
본 발명은 2상 직류 브러쉬레스 축류 팬모터에 관한 것으로서, 컴퓨터와 같은 OA (office automation) 기기 등의 전기 부품에서 발생하는 열을 냉각시키는, 진동성 노이즈 등의 특성을 개선한 2상 직류 브러쉬레스 축류 팬 모터에 관한 것이다.
집적회로(IC; Integrated Circuit)와 전기장치 등은 특정 범위의 작동온도를 가진다. 이러한 집적회로 및 전기장치 등이 작동온도의 범위 밖에서 구동될 때, 집적회로 및 전기장치는 오동작을 일으키거나 또는 응답특성 등이 변하는 등 올바른 작동을 하지 않게 된다. 따라서, 집적회로 및 전기장치 등을 작동온도 범위 내로 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 컴퓨터를 계속하여 작동시키면 CPU 등의 컴퓨터 구성소자에서는 열이 발생하게 된다. CPU 등의 구성소자 등을 냉각시키기 위해서는 주변의 공기가 필요하게 된다. 이러한 주변의 공기를 제공하여 냉각시키는 역할을 하는 것이 팬모터(fan motor)이다. 따라서, 컴퓨터의 정상적인 작동에 의하여 발생하는 과열을 방지하기 위하여 컴퓨터는 케이스 내에 냉각팬을 가지고 있다.
이러한 팬모터를 구동시키기 위하여 팬모터는 일반적으로 직류 전압과 구동회로를 필요로 한다. 도 1은 종래의 팬모터의 구동회로를 나타내는 도면이다.
팬모터의 구동회로는 직류를 공급하는 '+'단자와 접지된 '-'단자를 가지고 구동회로에 직류전압을 공급하는 전원단자부(10)와, 상기 '+'단자와 연결되어 역전류를 방지하고 과전류로부터 구동회로를 보호하기 위한 다이오드(D1)와, 상기 전원단자부(10)를 통해 공급받은 전원의 약 300mV의 '+' 정현파전압은 홀소자의 '+'출력부(HE1)로, '-' 정현파전압은 홀소자의 '-'출력부(HE2)로 순차적으로 출력하고, 팬모터의 자계를 검출하여 '+' 또는 '-' 정현파를 대응하는 출력부로 순차적으로 출력하는 홀소자(HE)와, 상기 다이오드(D1)와 홀소자(HE) 사이에서 연결되어 상기 홀소자(HE)를 바이어스(bias)하는 바이어스저항(R1)과, 홀소자(HE)로 부터의 출력에 의하여 스위칭작용을 하는 스위칭소자인 NPN트랜지스터(Tr1, Tr2)와, 상기 NPN트랜지스터(Tr1, Tr2)의 스위칭작용에 의해 여자되어 계자(magnet)와의 작용에 의해 팬모터를 구동시키는 코일(L1, L2)를 가지고 있다. 또한, 두 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 에미터는 노드(N; node)에 연결되어 있고, 트랜지스터를 바이어스하는 바이어스 저항(R2)에 의해 접지 되어있다.
상기와 같이 구성된 종래의 팬모터의 구동회로의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 홀소자(HE)로 입력되는 정현파와, 홀소자의 출력부(HE1, HE2)에서 각각 출력되는 파형과, NPN트랜지스터(Tr1, Tr2)의 스위칭작용 펄스를 도시한 것을 나타낸 도면이다. 또한, 도 3은 각각의 NPN트랜지스터(Tr1, Tr2)에 의하여 스위칭되어 여자되는 코일(L1, L2)에 의하여 구동되는 팬모터의 회전을 설명하기 위한 도면이다.
우선 전원단자부(10)를 통하여 직류 전압이 인가되면, 홀소자(HE)가 '+'정현파 전압을 먼저 출력하도록 미리 설정된 경우, '+'출력부(HE1)로 부터의 '+'정현파가 NPN트랜지스터(Tr1)의 베이스에 인가되면 트랜지스터(Tr1)는 스위칭 작용을 하여 전원단자부(10)로부터 비반전전류(I1; noninverting current)가 코일(L1)을 거쳐 도통된 NPN트랜지스터(Tr1)를 거쳐 흐르게 된다. 이때, 코일(L1)이 여자되어 구동되는 팬모터는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 90도 회전을 하게 된다. 그 후, 홀소자의 '-'출력부(HE2)가 '-'정현파를 출력하여 NPN트랜지스터(Tr2)의 베이스에 인가되면 NPN트랜지스터(Tr2)는 스위칭 작용을 하고, 전원단자부(10)로부터 반전전류(I2; inverting current)가 코일(L2)을 거쳐 도통된 NPN트랜지스터(Tr2)를거쳐 흐르게 된다. 이때, 코일(L2)이 여자되어 구동되는 팬모터는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 180도 회전을 하게 된다. 다시 말하자면, 도 3에 도시된 바와 같이, 코일(L1)에 의해서 90도 코일(L2)에 의해서 90도회전하여 플레밍의 왼손법칙에 따라 반회전(180도)을 하게 되고, 상술한 바와 같은 방식으로 나머지 반회전을 하게 되고, 이러한 작동을 연속적으로 수행함으로 인해 팬모터는 지속적으로 구동하게 된다.
그러나, 상기와 같은 구동방식은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 코일(L1)이 여자될 경우에는, 대향하는 위치에 있는 코일(L2)는 여자되지 않으므로 한 쪽의 계자와 만의 관계에 의하여 작동하고, 따라서 팬모터가 비균형적으로 구동하게 된다. 이것은 진동성 노이즈를 심하게 일으키고, 따라서 팬모터의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
상술된 진동성 노이즈 등을 경감시키기 위하여, 본 발명의 발명자는 특허 제2000-13877호에서 두 개의 트랜지스터와 2개의 더블 코일(double coil)을 가진 구동회로를 제시하고 있다. 그러나, 이는 진동성 노이즈 등에 있어서 6극 팬모터보다 훨씬 저하된 특성을 가지고 있고, 또한 6극용으로 사용 할 수 있을 지라도, 제조 공정이 매우 복잡하고 본 발명에 비하여 진동성 노이즈가 심하게 발생하는 문제점이 있다. 또한, 현재 IC칩(integrated circuit chip)을 이용한 6극용 팬모터가 사용되고 있으나 이는 가격이 매우 비싸므로 저가형 팬모터에 대한 수요가 증가하고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 진동성 노이즈 등의 특성을 개선한, 경제적이면서도 제조공정이 보다 개선된 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 팬모터의 구동회로를 나타낸 도면이다.
도 2는, 종래의 팬모터의 구동회로에 있어서,홀소자(HE)로 입력되는 정현파와, 홀소자의 출력부(HE1, HE2)에서 각각 출력되는 파형과, 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 스위칭작용 펄스를 도시한 것을 나타낸 도면이다.
도 3a 및 3b는, 종래의 팬모터의 구동회로에 있어서, 각각의 트랜지스터(Tr1, Tr2)에 의하여 스위칭되어 여자되는 코일(L1, L2)에 의하여 구동되는 팬모터의 회전을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터의 구동회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터의 구동회로에 있어서,홀소자(HE)로 입력되는 정현파와, 홀소자의 출력부(HE1, HE2)에서 각각 출력되는 파형과, 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 스위칭작용 펄스를 도시한 것을 나타낸 도면이다.
도 6a 및 6b는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스축류 팬모터의 코일과 계자의 배열과, 각각의 트랜지스터(Tr1, Tr2)에 의하여 스위칭되어 여자되는 제 1코일부(L1, L2)와 제 2코일부(L3, L4)에 의하여 구동되는 팬모터의 회전을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터의 1회전을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
D1: 다이오드 HE: 홀소자
HE1, HE2: 홀소자의 출력부 R1, R2: 바이어스저항
L1: 코일 L2: 코일
Tr1, Tr2: NPN트랜지스터 I1: 비반전전류
I2: 반전전류 mf1, mf2, mf3: 자계형성부
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 a) 제 1 및 제 2 NPN트랜지스터와, b) 상기 제 1 NPN트랜지스터의 스위칭작용에 의해 여자되어 자계를 형성하는 제 1코일부와, 상기 제 2NPN트랜지스터의 스위칭작용에 의해 여자되어 자계를 형성하는 제 2 코일부를 한 세트의 더블코일로 하여 이루어진 코일부를 가지고 있고, 상기 코일부의 상기 제 1 및 제 2 코일부는 자계를 형성하는 제 1, 제 2 및 제 3 자계형성부를 각각 포함하고 있는 구동회로부와; 6극의 계자를 가진 계자부와; 상기 코일부의 상기 제 1, 제 2 및 제 3 자계형성부에서 형성된 자계와 상기 계자부의 계자의 동작에 의해 회전되는 팬을 포함하는 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터을 제공하고 있다.
또한, 상기 코일부는 삼각형상을 가지고 있고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 자계형성부는 상기 삼각형상의 코일부의 모서리에 형성되어 있다.
따라서, 트랜지스터형이기 때문에 IC칩형보다 값이 저렴하고, 자계형성부가 삼각형을 이루어 대칭되어 있기 때문에 팬모터의 회전이 안정되어 있어 진동성 노이즈가 현저히 저감되는 장점을 가지고 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 또한, 도 1 내지 도 3과 동일한 구성소자는 동일한 도 4 내지 도 7에서 동일한 부호를 사용하도록 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터팬모터의 구동회로를 나타내는 도면으로서, 도 1에 도시된 종래 팬모터의 구동회로와 구성은 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터의 구동회로는 직류를 공급하는 '+'단자와 접지된 '-'단자를 가지고 구동회로에 직류전압을 공급하는 전원단자부(10)와, 상기 '+'단자와 연결되어 역전류를 방지하고 과전류로부터 구동회로를 보호하기 위한 다이오드(D1)와, 상기 전원단자부(10)를 통해 공급받은 전원의 약 300mV의 '+' 정현파전압은 홀소자의 '+'출력부(HE1)로, '-' 정현파전압은 홀소자의 '-'출력부(HE2)로 순차적으로 출력하고, 팬모터의 자계를 검출하여 '+' 또는 '-' 정현파를 대응하는 출력부로 순차적으로 출력하는 홀소자(HE)와, 상기 다이오드(D1)와 홀소자(HE) 사이에서 연결되어 상기 홀소자(HE)를 바이어스(bias)하는 바이어스저항(R1)과, 홀소자(HE)로 부터의 출력에 의하여 스위칭작용을 하는 스위칭소자인 NPN트랜지스터(Tr1, Tr2)와, 상기 NPN트랜지스터(Tr1, Tr2)의 스위칭작용에 의해 여자되어 계자(magnet)와의 작용에 의해 팬모터를 구동시키는 코일(L1, L2)를 가지고 있다. 또한, 두 트랜지스터(Tr1, Tr2)의 에미터는 노드(N; node)에 연결되어 있고, 트랜지스터를 바이어스하는 바이어스 저항(R2)에 의해 접지 되어있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터의 코일(L1, L2)은, 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 한세트의 2중 코일로서, 본 발명의 발명자가 특허출원한 특허 제2000-13877호에 개시된 두 개의 트랜지스터와 두 세트의 더블 코일(double coil)을 가진 2상 4극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터의 코일보다 제조공정이 현저히 개선된다. 또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터의 코일(L1, L2)은 또한 삼각형상을 가지고 있고, 상기 코일(L1, L2)은 그 모서리에 제 1 자계형성부(mf1)와, 제 2 자계형성부(mf2)와, 제 3 자계형성부(mf3)를 가지고 있다. 상기 자계형성부(mf1, mf2, mf3)는 코일(L1, L2)에 전류가 인가될 때, 계자(M; magnet)과 함께 자계(magnetic field)를 형성시켜 팬모터를 회전시키는 역할을 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터의 구동회로의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6A 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 우선 전원단자부(10)를 통하여 직류 전압이 인가되면, 홀소자(HE)가 '+'정현파 전압을 먼저 출력하도록 미리 설정된 경우, '+'출력부(HE1)로 부터의 '+'정현파가 NPN트랜지스터(Tr1)의 베이스에 인가되고, 트랜지스터(Tr1)는 스위칭 작용을 하여 전원단자부(10)로부터 비반전전류(I1; noninverting current)가 코일(L1)을 거쳐 도통된 NPN트랜지스터(Tr1)를 거쳐 흐르게 한다. 이때, 코일(L1)이 여자되어 구동되는 팬모터는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 60도 회전을 하게 된다. 그 후, 홀소자의 '-'출력부(HE2)가 '-'정현파를 출력하여 NPN트랜지스터(Tr2)의 베이스에 인가되면 NPN트랜지스터(Tr2)는 스위칭 작용을 하고, 전원단자부(10)로부터 반전전류(I2; inverting current)가 코일(L2)을 거쳐 도통된 NPN트랜지스터(Tr2)를 거쳐 흐르게 된다. 이때, 코일(L2)이 여자되어 구동되는 팬모터는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 다시 60도 회전을 하게 되어 총 120도를 회전하게 된다.
더 상세히 설명하면, 도 6a에 도시된 바와 같이, 코일의 제 1 자계형성부(mf1)는 계자(M)의 S3극과 N1극과의 사이에, 제 2 자계형성부(mf2)는 S1극과 N2극 사이에, 제 3 자계형성부(mf3)는 S2극과 N3극 사이에 각각 위치하던 팬모터는, NPN트랜지스터(Tr1)의 스위칭작용으로 비반전전류(I1)가 코일(L1)에 인가되면 각각의 자계형성부(mf1, mf2, mf3)에서 자계(magnetic field)를 형성하고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 위치하고 있는 계자와 각각 연계하여 제 1 자계형성부(mf1)는 계자(M)의 S1극과 N1극과의 사이로, 제 2 자계형성부(mf2)는 S2극과 N2극 사이로, 제 3 자계형성부(mf3)는 S3극과 N3극 사이로 각각 플레밍의 왼손법칙에 따라 60도 회전하게 된다.
또한, NPN트랜지스터(Tr2)의 스위칭작용으로 인하여 반전전류(I2)가 코일(L2)에 흐르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 위치하고 있는 계자와 각각 연계하여 제 1 자계형성부(mf1)는 계자(M)의 S1극과 N2극과의 사이로, 제 2 자계형성부(mf2)는 S2극과 N3극 사이로, 제 3 자계형성부(mf3)는 S3극과 N1극 사이로 각각 플레밍의 왼손법칙에 따라 60도 회전하게 팬모터는 총 120도를 회전하게 된다.
이러한 작동을 연속적으로 수행함으로 인해 팬모터는 지속적으로 구동하게된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터는, 팬모터를 회전시키는 자계를 삼각형의 세 모서리 부분, 즉 자계형성부(mf1, mf2, mf3)에서 형성하기 때문에 도 3a 및 도 3b에 도시된 한곳에서 자계를 형성하여 회전시킨 종래의 2상 4극 보다, 그리고, 두곳에서 자계를 형성하여 팬모터를 회전시키는 특허 제2000-13877호에 개시된 팬모터 보다 팬모터의 회전이 안정되어 진동성 노이즈 등이 현저히 개선된 특성을 가지고 있고, 또한 한 세트의 더블코일로 되어 있으므로, 두 개의 트랜지스터와 2개의 더블 코일(double coil)로 구성된 특허 제 2000-13877호에 개시된 팬모터 보다 제조 공정이 월등히 단순화된 이점이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터는, 삼각형상의 코일의 각 모서리에서 자계를 형성시켜 안정성 있게 팬모터를 회전시키므로 진동성 노이즈를 현저하게 경감시킬 수 있고, 한 세트의 더블코일로 되어 있으므로 제조공정이 단순하고, 또한 트랜지스터형으로 되어 있으므로 값이 저렴하다는 단점이 있다.
본 발명의 실시예는 단지 예시이며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 다양한 변화와 변형이 가능할 것임은 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식인은 알 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. a) 제 1 및 제 2 NPN트랜지스터와, b) 상기 제 1 NPN트랜지스터의 스위칭작용에 의해 여자되어 자계를 형성하는 제 1코일부와, 상기 제 2NPN트랜지스터의 스위칭작용에 의해 여자되어 자계를 형성하는 제 2 코일부를 한 세트의 더블코일로 하여 이루어진 코일부를 가지고 있고, 상기 코일부의 상기 제 1 및 제 2 코일부는 자계를 형성하는 제 1, 제 2 및 제 3 자계형성부를 각각 포함하고 있는 구동회로부와;
    6극의 계자를 가진 계자부와;
    상기 코일부의 상기 제 1, 제 2 및 제 3 자계형성부에서 형성된 자계와 상기 계자부의 계자의 동작에 의해 회전되는 팬
    을 포함하는 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코일부는 삼각형상을 가진 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 자계형성부는 상기 삼각형상의 코일부의 모서리에형성되는 2상 6극 직류 브러쉬레스 축류 팬모터.
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