KR100354927B1 - 직류모터의 착자 요크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자의 회전력을 발생시키는 회전자용 영구자석, 상기 회전자의 현재 위치와 속도에 관한 정보를 검출하고 발생하는 센싱용 영구자석을 착자시키는 직류모터의 제조 장치에 있어서, 상기 회전자용 영구자석과 센싱용 영구자석을 영구자석으로 착자시키기 위하여 큰 자계가 발생하도록 고전압을 인가하는 단일 착자기와, 상기 착자기의 전원단과 연결되어 착자기로부터 인가되는 제 1 전원전압을 제공받아 회전자용 영구자석에 착자 자계를 인가하는 제 1 요크코일, 및 상기 제 1 요크코일의 일측단과 착자기의 접지 사이에 직렬 연결되어 센싱용 영구자석에 착자 자계를 인가하는 제 2 요크코일을 구비하여, 용량이 큰 단일 착자기로 이 두 가지 타입의 영구자석을 동시에 착자함으로써, 착자에 소요되는 시간을 줄일 수 있음과 아울러 착자 설비의 감소시켜 생산성을 증대시킬 수 있는 직류모터의 착자 요크 장치를 제공한다.

Description

직류모터의 착자 요크 장치{Apparatus coating magnet in Direct-current Motor}

본 발명은 직류모터의 영구자석 착자 장치에 관한 것으로, 특히 모터 제조시 회전자용 자석과, 회전자의 위치 및 속도 감지용 자석을 용량이 다른 두 개의 착자기를 이용하여 영구자석으로 착자하던 것을 하나의 착자기를 이용하여 두 개의 자석을 동시에 착자시키도록 한 직류모터의 착자 요크 장치에 관한 것이다.

종래 기술에 적용되는 매입형 영구자석을 갖는 브러시리스직류(이하, 'BLDC'라 칭함) 모터의 회전자의 구조는 도 1과 같으며, 그 구성은 회전자(10)와, 회전자의 회전력을 발생시키는 회전자용 영구자석(11)과, 회전자의 현재위치와 속도에 관한 정보를 검출하여 발생하는 센싱용 영구자석(15)으로 이루어져 있다.

상기 BLDC 모터의 제조시 회전자용 영구자석(11)과 센싱용 영구자석(15)을 만들기 위해서 도 2와 같이 복수의 착자기(31, 35)가 필요하다.

도 2는 회전자용 영구자석(11)에 착자 자계가 인가될 수 있는 구조로 코일이 감겨진 제 1 착자요크(21)와, 회전자용 영구자석(11)을 착자시키기 위해서는 큰 자계를 발생할 수 있고 고전압을 유지할 수 있는 착자 용량이 큰 착자기(31)와, 센싱용 영구자석(15)에 착자 자계가 인가될 수 있는 구조로 코일이 감겨진 제 2 착자요크(25)와, 센싱용 영구자석(15)을 착자시키기 위해서는 착자 용량이 작은 착자기(35)를 도시하였다.

회전자용 영구자석(11)은 BLDC 모터의 회전력을 발생시키는 근원이어서 자속밀도와 자계의 힘이 센싱용 영구자석(15)에 비해 수 내지 수십 배 이상이나 크다.

따라서, 이 두 가지 타입의 영구자석(11, 15)의 착자를 위해서는 용량이 다른 착자기(31, 35)를 각각 사용하여야 하며, 착자를 위한 자계(H)는 아래 수학식 1로 표현할 수 있다.

단, n은 착자요크의 코일 턴 수이고, r은 코일 한 턴의 반경이고, I는 착자전류이고, V는 착자기의 충전전압이고, Z는 착자요크의 코일 임피던스임.

상기 수학식 1의 r은 코일 한 턴의 반경으로 고정값이므로, 착자전류(I)를 크게 하면 자계(H)가 커짐을 알 수 있다.

착자전류(I)를 크게 하기 위한 방편으로 착자기(31, 35)의 충전전압(V)을 높이는 방법과 코일 턴 수(n)를 늘리는 방법이 있는 데, 충전전압(V)을 높이는 방법의 경우 수학식 1의 식①이 식②로 된다.

여기서 착자기(31, 35)의 충전전압(V)은 코일의 절연파괴 전압을 고려할 때 무한정 높일 수 있는 요소가 아니므로 코일 턴 수(n)를 증가시켜 높은 자계(H)를 얻는다.

따라서, 종래 기술의 매입형 영구자석을 갖는 BLDC 모터의 회전자용 영구자석(11)과 센싱용 영구자석(15)의 착자를 위해서는 용량이 다른 착자기를 사용하여 착자를 시켜야하므로, 용량이 다른 2개의 착자기(31, 35)가 필요하고, 각각 한 번씩 두 번이나 착자를 해야하므로, 착자 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 용량이 큰 한 대의 착자기를 이용하여 회전자용 영구자석과 센싱용 영구자석을 동시에 착자함으로써, 착자 시간을 줄일 수 있는 직류모터의 착자 요크 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 일반적인 직류모터의 회전자 구조를 나타낸 것이고,

도 2는 종래 기술에 의한 회전자용 영구자석 및 센싱용 영구자석을 착자시키기 위한 장치를 도시한 것이고,

도 3은 본 발명에 의한 회전자용 영구자석 및 센싱용 영구자석을 착자시키기 위한 장치를 도시한 것이고,

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 착자요크의 회로 구조를 도시한 것이고,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 착자요크의 회로 구조를 도시한 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 회전자 11: 회전자용 영구자석

15: 센싱용 영구자석 40: 착자기

51: 제 1 착자요크(코일) 55: 제 2 착자요크(코일)

ZL: 부하저항

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 회전자의 회전력을 발생시키는 회전자용 영구자석, 상기 회전자의 현재 위치와 속도에 관한 정보를 검출하고 발생하는 센싱용 영구자석을 착자시키는 직류모터의 제조 장치에 있어서, 상기 회전자용 영구자석과 센싱용 영구자석을 영구자석으로 착자시키기 위하여 큰 자계가 발생하도록 고전압을 인가하는 단일 착자기와; 상기 착자기의 전원단과 연결되어 착자기로부터 인가되는 제 1 전원전압을 제공받아 회전자용 영구자석에 착자 자계를 인가하는 제 1 요크코일; 및 상기 제 1 요크코일의 일측단과 착자기의 접지 사이에 직렬 연결되어 센싱용 영구자석에 착자 자계를 인가하는 제 2 요크코일을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 기술적 수단은, 회전자의 회전력을 발생시키는 회전자용 영구자석, 상기 회전자의 현재 위치와 속도에 관한 정보를 검출하고 발생하는 센싱용 영구자석을 착자시키는 직류모터의 제조 장치에 있어서, 상기 회전자용 영구자석과 센싱용 영구자석을 영구자석으로 착자시키기 위하여 큰 자계가 발생하도록 고전압을 인가하는 단일 착자기와; 상기 착자기의 전원단과 접지 사이에 연결되어 착자기로부터 인가되는 전원전압을 제공받아 회전자용 영구자석에 착자 자계를 인가하는 제 1 요크코일과; 상기 제 1 요크코일과 병렬로 연결되어 센싱용 영구자석에 착자 자계를 인가하는 제 2 요크코일; 및 상기 제 2 요크코일에 직렬로 연결되어 착자기로부터 인가되는 전류를 제 1 요크코일측으로 흐르게 하는 부하저항을 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 3은 본 발명에 의한 BLDC 모터의 착자기와 회전자의 구조를 나타낸 것으로, 회전자(10)와, 회전자(10)의 회전력을 발생시키는 원천인 회전자용 영구자석(11)과, 회전자(10)의 현재 위치와 속도에 관한 정보를 검출하고 발생하는 센싱용 영구자석(15)과, 모터 제조시에 회전자용 자석과 센싱용 자석을 영구자석으로 착자시키기 위하여 큰 자계가 발생하도록 고전압을 유지하는 단일 착자기(40)와, 회전자용 영구자석(11)에 착자 자계가 인가될 수 있는 구조로 코일이 감겨져 착자기(40)로부터 전원을 인가받는 제 1 착자요크(51)와, 센싱용 영구자석(15)에 착자 자계가 인가될 수 있는 구조로 코일이 감겨져 착자기(40)로부터 전원을 인가받는 제 2 착자요크(55)로 구성되어 있다.

이와 같이 이루어진 착자 장치 중 단일 착자기(40)를 사용할 경우에 영구자석(11, 15)에 착자 자계를 인가시키는 착자요크(51, 55)의 구조가 종래와는 다르게 변경되어야 하는 데, 그 예를 도 4 및 도 5에 각각 나타내었다.

도 4 및 도 5와 같이 회전자용 영구자석(11)과 센싱용 영구자석(15)을 동시에 착자시키기 위해서는 제 1 요크코일(51)과 제 2 요크코일(55)을 직렬로 연결하거나 병렬로 연결할 수가 있다.

먼저, 도 4와 같이 제 1 및 제 2 요크코일(51, 55)을 직렬로 연결할 경우, 임피던스(Z1, Z2)가 서로 다른 제 1 요크코일(51)과 제 2 요크코일(55)이 직렬로 연결되어 있어, 회전자용 영구자석(11)을 착자시키는 데 필요한 자계(H)를 얻기 위해서는 양 코일(51, 55)의 선간에 인가되는 전압을 종래 대비 제 2 요크코일(55)의 임피던스(Z2)가 추가된 만큼 높여야 한다.

따라서, 도 2와 같이 분리 착자시 사용하던 착자기(31)와 동일한 용량의 착자기(40)를 사용하려면 코일의 턴 수와 굵기를 적절히 조정하여 총 임피던스(Z1＋Z2)가 종래의 회전자용 영구자석(11)의 착자요크(21)에 작용하는 임피던스와 같게 함으로써, 이 두 가지 타입의 영구자석을 동시에 착자시킬 수 있는 자계를 얻을 수 있다.

도 5와 같이 병렬로 연결한 경우에는, 회전자용 영구자석(11)의 제 1 요크코일(51)에 센싱용 영구자석(15)의 제 2 요크코일(55)을 병렬로 연결한다.

하지만, 회전자용 영구자석(11)을 착자시키는 데 필요한 자계는 센싱용 영구자석(15)을 착자하는 데 필요한 자계보다 훨씬 커서 임피던스(Z)가 높다.

따라서, 병렬코일 양단에 전압을 인가하면 임피던스(Z)가 작은 제 2 요크코일(55)쪽으로 전류가 많이 흐르고 임피던스(Z)가 큰 제 1 요크코일(51)쪽으로는 전류가 적게 흘러 낮은 자계가 발생된다.

이와 같은 문제를 해소하기 위하여 즉, 임피던스가 작은 제 2 요크코일(55)쪽으로 전류가 적게 흐르도록 하기 위해 제 2 요크코일(47)에 직렬로 큰 임피던스의 부하(ZL)를 추가하여 제 1 요크코일(51)로 충분히 큰 전류가 흐르도록 함으로써, 두 가지 타입의 영구자석을 동시에 착자시킬 수 있는 자계를 얻을 수 있다.

따라서, 상기 제 1 요크코일(51)은 제 2 요크코일(55)의 임피던스보다 크며(Z1＞Z2), 부하저항(ZL)은 제 1 요크코일(51)의 임피던스보다 크다(ZL＞Z1).

따라서, 본 발명에서는 하나 이상의 영구자석을 갖는 직류모터에서 모터 제조시 영구자석의 개수에 해당하는 착자기의 개수를 줄여 용량이 큰 단일 착자기로 이 두 가지 타입의 영구자석을 동시에 착자함으로써, 착자에 소요되는 시간을 줄일 수 있음과 아울러 착자 설비의 감소시켜 생산성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 회전자의 회전력을 발생시키는 회전자용 영구자석, 상기 회전자의 현재 위치와 속도에 관한 정보를 검출하고 발생하는 센싱용 영구자석을 착자시키는 직류모터의 제조 장치에 있어서,

   상기 회전자용 영구자석과 센싱용 영구자석을 영구자석으로 착자시키기 위하여 큰 자계가 발생하도록 고전압을 인가하는 단일 착자기;

   상기 착자기의 전원단과 연결되어 착자기로부터 인가되는 제 1 전원전압을 제공받아 회전자용 영구자석에 착자 자계를 인가하는 제 1 요크코일; 및

   상기 제 1 요크코일의 일측단과 착자기의 접지 사이에 직렬 연결되어 센싱용 영구자석에 착자 자계를 인가하는 제 2 요크코일을 구비한 것을 특징으로 하는 직류모터의 착자 요크 장치.
2. 회전자의 회전력을 발생시키는 회전자용 영구자석, 상기 회전자의 현재 위치와 속도에 관한 정보를 검출하고 발생하는 센싱용 영구자석을 착자시키는 직류모터의 제조 장치에 있어서,

   상기 회전자용 영구자석과 센싱용 영구자석을 영구자석으로 착자시키기 위하여 큰 자계가 발생하도록 고전압을 인가하는 단일 착자기;

   상기 착자기의 전원단과 접지 사이에 연결되어 착자기로부터 인가되는 전원전압을 제공받아 회전자용 영구자석에 착자 자계를 인가하는 제 1 요크코일;

   상기 제 1 요크코일과 병렬로 연결되어 센싱용 영구자석에 착자 자계를 인가하는 제 2 요크코일; 및

   상기 제 2 요크코일에 직렬로 연결되어 착자기로부터 인가되는 전류를 제 1 요크코일측으로 흐르게 하는 부하저항을 구비한 것을 특징으로 하는 직류모터의 착자 요크 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 요크코일은 제 2 요크코일의 임피던스보다 큰 것을 특징으로 하는 직류모터의 착자 요크 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 부하저항은 제 1 요크코일의 임피던스보다 큰 것을 특징으로 하는 직류모터의 착자 요크 장치.