KR100360509B1

KR100360509B1 - 모터구동회로

Info

Publication number: KR100360509B1
Application number: KR1020000005301A
Authority: KR
Inventors: 고토마사키; 와카바야시타카시
Original assignee: 가부시기가이샤 산교세이기 세이사꾸쇼
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2002-11-14
Also published as: KR20010006605A; US6219260B1; JP2000354389A

Abstract

PWM구동회로에서 발생하는 고주파노이즈의 영향을 억제할 수 있는 모터구동회로를 제공하는 것을 그 과제로 한다.

이를 해결하기 위한 수단으로 브러시레스(brush less)모터의 금속제의 베이스기판(2) 표면에는 절연막(2a)이 형성된다. 이 막(2a)의 표면에는 PWM구동회로(7)가 형성된다. 구동코일로 구동전류가 흐르는 배선패턴(15u)(15v)(15w)과 베이스기판(2)사이에는 베이스기판(2)을 접지하는 것에 의해 필터콘덴서(Cu)(Cv)(Cw)가 형성된다. 이들 콘덴서의 용량은 배선패턴의 형상이나 절연막(2a)의 막 두께를 조정하는 것에 의해 최적화되어있다. 이 구성에 의하면 PWM구동회로(7)에서 발생하는 고주파노이즈의 영향을 억제하기 위해 회로(7)에 특별한 실드를 실시하거나 구동트랜지스터에 공급되는 전류변화를 완만하게 할 필요가 없다. 또 노이즈흡수용의 스너버회로를 추가할 필요도 없다.

Description

모터구동회로{A MOTOR DRIVING CIRCUIT}

본 발명은 펄스신호의 온오프비율을 바꿈으로써 여러상(相)의 구동코일에 흐르는 구동전류를 제어하는 PWM구동회로를 갖춘 모터구동회로에 관한 것이다. 더욱 더 자세하게는 PWM구동회로에 발생하는 고주파노이즈의 영향을 억제할 수 있는 모터구동회로에 관한 것이다.

모터의 구동회로로서는 펄스신호의 온오프비율을 바꿈으로써 여러상의 구동코일에 흐르는 구동전류를 제어하는 PWM구동회로를 갖는 것이 알려져 있다. 통상 이와같은 모터구동회로에서는 PWM구동회로안의 펄스신호의 주파수는 수십 kHz이상이라는 고주파가 된다. 또 PWM구동회로안의 전류변화 즉 전류의 상승, 하강은 급격하게 이루어진다. 이 때문에 PWM구동회로에서는 고주파노이즈가 발생되는 것이다.

여기서 이 고주파노이즈가 모터구동회로 이외의 회로부분으로 들어가면 구동코일에 흐르는 구동전류가 변화하므로 모터를 오동작시키는 원인이 된다. 종래는 다음중 어느 하나의 대책을 강구하여 다음과 같은 폐해를 막도록 하고 있다.

첫째로, PWM구동회로를 실드하여 고주파노이즈의 방사를 방지한다. 둘째로 전류변화를 완만하게 하여 고주파성분의 발생을 적게하고 회로중에 발생하는 고주파노이즈자체를 저하시킨다. 셋째로 급격하게 변화하는 전류가 흐르는 회로중에 노이즈흡수용의 스너버회로〔snubber circuit〕(예를들면 필터콘덴서)를 추가하고 이 스너버회로에서 고주파성분을 흡수한다.

그러나 상기의 대책은 고유의 문제점이 있다. 우선 PWM구동회로를 실드하는 방법에서는 실드하는 데 원가가 많이 든다. 또 PWM구동회로에 완전한 실드를 실시하는 것은 불가능하다.

다음은 전류의 변화를 완만하게 하는 방법에서는 구동코일에 접속된 구동트랜지스터에 있어 손실이 많아져 효율적이지 못하다. 또 손실이 많아지기 때문에 구동트랜지스터로서 용량이 큰 것을 채용해야 한다. 이와같은 구동트랜지스터는 고가이므로 구동회로의 원가상승을 초래하는 원인이 된다.

다음은 노이즈흡수용의 스너버회로를 마련할 경우 새로운 전기, 전자소자를 추가해야 하므로 역시 구동회로의 원가상승을 초래하는 원인이 된다. 또 고주파노이즈를 충분히 흡수할 수 있도록 사용하는 소자의 특성에 충분한 배려가 필요하다.

그래서 본 발명의 과제는 이들의 문제가 발생하지 않고 PWM구동회로에서 발생하는 고주파노이즈의 영향을 억제할 수 있는 새로운 구성의 모터구동회로를 제공하는 데에 있다.

도 1의 (A)는 본 발명을 적용한 모터구동회로가 탑재된 브러시레스모터의 기계적 구성을 도시하는 평면도이며, 도 1의 (B)는 그 절반단면도.

도 2는 모터구동회로의 개략구성을 도시하는 블록도.

다음은 도면을 참조로 하여 본 발명에 적용한 모터구동회로가 탑재된 브러시레스모터를 설명한다.

도 1에는 브러시레스모터의 전체구성을 나타내고 있다. 본 실시예의 브러시레스모터(1)는 철제 또는 알루미늄제의 도전성을 갖는 베이스기판(2)과, 이 베이스기판(2)측에 고정된 스테이터어셈블리(3)와, 이 스테이터어셈블리(3)에 대해 회전이 자유롭도록 지지된 로터어셈블리(4)와, 모터구동회로(10)를 갖고 있다.

스테이터어셈블리(3)는 베이스기판(2)에 고착된 원통형상의 베어링(31)과, 이 베어링(31)의 외주에 부착한 스테이터코어(32)와, 이 스테이터코어(32)에 형성한 여러개의 돌극에 감은 3상의 구동코일(Lu)(Lv)(Lw)을 갖추고 있다.

이에 대해 로터어셈블리(4)는 베어링(3)의 내주면에 형성한 베어링면을 통해 이 베어링(31)에 대해 회전이 자유롭도록 지지된 로터샤프트(41)와, 이 로터샤프트(41)에 고착한 컵형상의 로터케이스(42)와, 로터케이스(42) 주벽의 내주면에 고착한 링형상의 로터마그네트(43)를 갖추고 있다.

한편 로터마그네트(43)의 기판면의 원환상 단면에 대치하고 있는베이스기판(2)의 기판면 부분에는 자극센서로서의 3개의 홀소자(Hu)(Hv)(Hw)가 원주방향으로 나란히 배치된다. 이들 홀소자출력을 기초로 자극위치가 검출된다.

여기서 베이스기판(2)의 표면에는 일정한 막두께의 절연막(2a)이 형성된다. 이 절연막(2a)의 표면에는 동박 등의 도체박으로 이루어지는 배선패턴이 형성된다. 구동IC(5), 홀소자(Hu)(Hv)(Hw)는 각각 상기 배선패턴상의 소정위치에 탑재된다. 후술하는 PWM구동회로(7)는 상기 배선패턴상에 여러개의 전기, 전자소자가 탑재되는 것에 의해 형성된다. 본 예에서는 PWM구동회로(7)와 구동IC(5)의 패키지내에 짜 넣여지는 회로에 의해 모터구동회로(10)가 구성된다.

도 2는 모터구동회로의 개략구성을 도시하는 블록도이다. 모터구동회로(10)는 각 홀소자(Hu)(Hv)(Hw)에서의 출력신호를 기초로 로터어셈블리(4)를 목표로 하는 속도로 회전시키기 위한 오차신호를 생성하는 속도제어신호(11)와, 각 홀소자(Hu)(Hv)(Hw)에서의 출력신호를 증폭하는 증폭기(A1)(A2)(A3)를 포함하는 회로(12)와, 펄스신호(PWM신호)의 온오프비율을 바꾸는 것에 의해 3상의 구동코일(Lu)(Lv)(Lw)에 흐르는 구동전류를 제어하는 PWM구동회로(7)를 갖고 있다. PWM구동회로(7)를 뺀 회로(11) 및 (12)는 구동IC(5)의 패키지내에 짜 넣여진다.

각각의 홀소자(Hu)(Hv)(Hw)에서 출력된 신호는 회로(12)의 증폭기(A1)(A2)(A3)에 입력되어 여기서 증폭된다. 증폭된 신호는 PWM구동회로(7)의 통전제어회로(SM)에 공급된다.

또 각 홀소자(Hu)(Hv)(Hw)에서의 출력신호는 속도제어회로(11)에도 입력된다. 속도제어회로(11)에서는 각 홀소자(Hu)(Hv)(Hw)에서의 출력신호로부터 로터어셈블리(4)의 회전속도에 대응하는 회전속도신호를 생성한다. 또 이 회전속도신호와, 로터어셈블리(4)를 목표속도로 회전시키기 위한 신호(목표속도신호)의 오차신호를 생성한다. 이 오차신호는 PWM구동회로(7)의 펄스폭 변조회로(13)에 공급된다.

펄스폭 변조회로(13)는 콤퍼레이터(A41)와 삼각파신호 발생회로(A42)를 갖추고 있다. 콤퍼레이터(A41)에는 오차신호 및 삼각파신호 발생회로(A42)로부터의 삼각파신호가 입력된다. 오차신호와 삼각파신호는 콤퍼레이터(A41)에서 비교되는 것에 의해 소정의 온오프비율이 된 펄스신호(PWM신호)로 변환된다. 이 PWM신호는 통전제어회로(SM)에 공급된다.

통전제어회로(SM)는 논리회로로 구성되어있고, 각 증폭기(A1)(A2)(A3)에서의 출력신호를 합성하여 스위칭신호를 생성한다. 또 이 생성된 스위칭신호 및 PWM신호에 의해 각 상에 대응한 구동트랜지스터(Q31) 내지 (Q36)의 스위칭동작을 제어한다. 이 결과 구동코일(Lu)(Lv)(Lw)에는 PWM신호의 온오프비율에 의해 제어된 구동전류가 공급되고, 로터어셈블리(4)가 속도제어된다.

여기서 이 모터구동회로(10)의 그랜드전위(0 볼트라인)를 구성하는 배선패턴(15a)의 일부는 나사(9)에 의해 베이스기판(2)과 쇼트되고 있다. 상기 그랜드전위는 모터구동회로(10)의 저임피던스부분에 포함된다. 베이스기판(2)과 쇼트시키는 부분은 그랜드전위외에 전원전위를 구성하는 배선패턴의 일부라도 좋다. 또한 금속제의 베이스기판(2)은 도시하지 않는 본체장치의 샤시등에 접지된 상태가 된다. 베이스기판(2)과 저임피던스부분을 쇼트시키는 접속수단은 나사(9)외에 리벳이나 리드선, 커넥터, 브레키시블 프린트기판 등의 접속수단이라도 좋다.

이와같이 베이스기판(2)을 모터구동회로(10)의 저임피던스부분에 접속하면 절연막(2a)의 막 두께, 절연막(2a)의 재질, 배선패턴의 형상(선폭 등), 배선패턴을 구성하는 도체박의 재질 등을 변화시키는 것에 의해 소정용량의 필터콘덴서를 구성할 수 있다.

본 예의 모터구동회로(10)에서는 이것을 이용하여 베이스기판(2)과 구동코일(Lu)(Lv)(Lw)의 구동전류가 흐르는 배선패턴(15u)(15v)(15w)사이에 필터콘덴서(Cu)(Cv)(Cw)를 형성하고 있다.

즉 배선패턴(15u)(15v)(15w)의 형상이나 그것들의 선폭 또는 배선패턴(15u)(15v)(15w)밑의 절연막(2a)의 막두께나 절연막(2a)의 재질을 조정하는 것에 의해 원하는 용량으로 설정된 필터콘덴서(Cu)(Cv)(Cw)가 형성된다. 이들 필터콘덴서(Cu)(Cv)(Cw)는 도 2와 같이 일단이 각각 구동코일(Lu)(Lv)(Lw)에 각각 접속되고, 타단이 공통으로 베이스기판(2)에 접속된다.

이와같은 구성에 의해 PWM구동회로(7)에서 발생하는 고주파노이즈는 이들의 필터콘덴서(Cu)(Cv)(Cw)에 의해 흡수된다. 또한 절연막(2a)의 막 두께나 배선패턴(15u)(15v)(15w)의 형상은 형성되는 필터콘덴서(Cu)(Cv)(Cw)의 용량에 따라 설정되는 성질의 것이다.

이와같이 모터구동회로(10)에서는 필터콘덴서(Cu)(Cv)(Cw)에 의해 PWM구동회로(7)에서 발생하는 고주파노이즈를 흡수하므로 고주파노이즈의 방사를 방지하기 위해 이 구동회로(7)에 특별한 실드를 실시할 필요가 없다. 이 때문에 실드에 걸리는 비용을 없앨 수 있어 모터구동회로의 원가를 낮출 수 있다. 또 PWM구동회로(7)에 실드를 실시하는 경우에 비해 고주파노이즈가 구동전류에 미치는 영향을 억제할 수 있다.

또 구동트랜지스터(Q31) 내지 (Q36)에 공급하는 전류의 상승, 하강을 완만하게 할 필요도 없다. 따라서 구동트랜지스터(Q31) 내지 (Q36)에서의 손실을 저감할 수 있다. 또 구동트랜지스터(Q31) 내지 (Q36)이므로 손실을 적게할 수 있는 만큼 구동트랜지스터(Q31) 내지 (Q36)으로서 용량이 작은 저가격인 것을 사용할 수 있다.

또한 모터구동회로(10)에서는 절연막(2a)의 막두께나 배선패턴 등의 형상에 의해 콘덴서(Cu)(Cv)(Cw)의 용량(특성)을 최적화할 수 있다. 따라서 노이즈흡수용의 스너버회로를 추가할 때와 같이 회로에 사용하는 소자에 대해 배려할 필요가 없다. 스너버회로를 추가할 경우는 그 회로를 구성하는 소자의 허용립플, 내압 등에 배려할 필요가 있지만 본 발명의 모터구동회로에서는 절연막의 막두께나 배선패턴의 형상등으로부터 콘덴서의 특성을 최적화할 수 있기 때문에 이와같은 배려가 불필요하게 된다.당업자라면 누구나 알 수 있는 공지된 콘덴서 용량C을 구하는 식은 다음과 같다.즉 C=8.855 ×10^-10(εs/d)[㎌]식중 ε는 절연층(층유전체)의 유전율, s는 도전패턴의 면적, d는 절연층의 두께를 각각 나타내며, 수자는 상수이다. 그러나 이 식 자체는 콘덴서C의 용량을 구하는 공지된 것으로서 본 발명의 목적, 구성 및 효과와는 아무런 관련이 없다. 단지 본 발명은 이러한 공지된 식을 이용하여 도체패턴의 선폭s이나(청구항 2) 절연층의 두께d(청구항 3)를 통해 콘덴서의 용량을 적절히 구한다는데 의의가 있으며, 이 식을 이용하는 방법자체는 여기에 기술하지 않아도 통상의 당업자라면 누구나 알고 있다.

또한 PWM구동회로(7)를 구성하는 전기, 전자소자는 베이스기판(2)에 탑재되어있기 때문에 그것들의 소자의 발열을 이 베이스기판(2)에 의해 효율적으로 방열할 수 있다. 이에 따라 그들의 소자로서 허용손실이 작은 것을 사용할 수 있어 소자에 걸리는 원가를 저감할 수 있다.

또한 구동트랜지스터(Q31) 내지 (Q36)는 바이폴라 트랜지스터 대신에 전계효과 트랜지스터나 사이리스터 등의 반도체스위칭소자를 이용할 수 있다. 또 필터콘덴서를 형성하는 장소는 고주파노이즈를 충분히 흡수할 수 있는 장소면 된다.

이상 설명한 것과 같이 본 발명에 의하면 고주파노이즈의 영향을 억제하기 위해 PWM구동회로에 특별한 실드를 실시하지 않아도 된다. 이 때문에 실드에 걸리는 비용을 없앨 수 있다. 또 PWM구동회로를 실드하는 경우에 비해 고주파노이즈의 영향을 억제할 수 있다.

또 전류변화를 완만하게 하지 않아도 되므로 구동트랜지스터의 손실을 저감할 수 있다. 이에 따라 구동트랜지스터의 손실을 저감할 수 있는 만큼 이 트랜지스터로서 용량이 작은 저원가인 것을 사용할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 절연막의 막두께나 배선패턴의 형상 등을 조정하는 것에 의해 콘덴서의 특성을 자유롭게 설정할 수 있기 때문에 채용하는 PWM구동회로에 적합한 특성의 필터콘덴서를 형성할 수 있다.

Claims

금속제의 베이스기판과,

상기 베이스기판의 표면에 절연층을 통해 형성되고 펄스신호의 온오프비율을 바꿈으로써 여러 상(相)의 구동코일에 흐르는 구동전류를 제어하는 PWM구동회로와,

상기 베이스기판의 표면에 절연층을 통해 도체패턴에 의해 형성된 모터구동전류가 흐르는 부분과,

저임피던스부분과,

상기 베이스기판과 상기 저임피던스부분을 전기적으로 접속하는 접속수단과,

상기 모터구동전류가 흐르는 부분과 상기 베이스기판사이에 상기 도체패턴으로 형성된 필터콘덴서,

를 갖춘 것을 특징으로 하는 모터구동회로.
제 1항에 있어서,

상기 필터콘덴서는 상기 모터구동회로가 흐르는 부분의 상기 도체패턴 일부의 선폭을 변화시키는 것에 의해 콘덴서용량이 조정되는 것을 특징으로 하는 모터구동회로.
제 1항에 있어서,

상기 필터콘덴서는 상기 절연층의 두께 또는 상기 절연층의 재질을 변화시키는 것에 의해 콘덴서 용량이 조정되는 것을 특징으로 하는 모터구동회로.
제 1항에 있어서,

상기 저임피던스부분은 상기 모터구동회로의 그랜드전위 또는 전원전위중 어느 하나의 전위인 것을 특징으로 하는 모터구동회로.
제 1항에 있어서,

접속수단은 상기 베이스기판과 상기 저임피던스부분을 전기적으로 접속하는(단락시키는) 체결부재인 것을 특징으로 하는 모터구동회로.
제 1항에 있어서,

상기 필터콘덴서는 일단이 상기 여러상의 구동코일에 대해 개별로 접속하여 마련되고, 타단은 공통으로 상기 베이스기판에 접속되는 것을 특징으로 하는 모터구동회로.