KR100598445B1

KR100598445B1 - Parallel winding type BLDC motor and inverter circuit for driving the same

Info

Publication number: KR100598445B1
Application number: KR1020040013770A
Authority: KR
Inventors: 장건희; 이청일; 김명규
Original assignee: 학교법인 한양학원
Priority date: 2004-02-28
Filing date: 2004-02-28
Publication date: 2006-07-10
Also published as: KR20050087986A

Abstract

본 발명은 브러시리스 직류전동기에 관한 것으로서, 슬롯 고정자에 감겨지는 기존의 주권선과는 별도로 슬롯 고정자의 각 치 부분의 여유공간에 상기 주권선과 병렬로 연결되는 보조권선을 추가적으로 설치하여, 기동구간에서는 상기 주권선과 보조권선을 모두 이용하여 높은 기동토크를 발휘할 수 있게 하고, 속도 정상상태 구간에서는 상기 주권선만을 이용하여 고속구동이 이루어지도록 구성함으로써, 기동토크의 향상 및 기동시간 단축의 효과를 가지는 병렬 권선방식의 브러시리스 직류전동기에 관한 것이다.The present invention relates to a brushless DC motor, and in addition to the existing main winding wound around the slot stator, additional auxiliary wires connected in parallel with the main winding in the free space of each tooth portion of the slot stator, and in the starting section By using both the main winding and the auxiliary winding, high starting torque can be exerted, and in the speed steady state section, the high speed drive is performed using only the main winding so that the parallel winding has the effect of improving the starting torque and shortening the starting time. It relates to a brushless DC motor of the type.

또한, 본 발명은 상기와 같은 병렬 권선방식의 브러시리스 전동기를 효과적으로 구동하기 위한 인버터 회로에 관한 것으로서, 특히 주권선과 보조권선의 권선수가 서로 상이한 경우에서 역기전력 상수가 다른 이유로 발생할 수 있는 역기전력에 의한 문제를 해결하면서 주권선과 보조권선을 동시에 혹은 주권선만을 작동시킬 수 있는 별도 회로 및 소자를 추가하여 구성함으로써, 전동기의 기동토크 향상과 함께 고속구동을 구현할 수 있는 인버터 회로에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to an inverter circuit for effectively driving the brushless motor of the parallel winding type as described above, in particular, when the number of windings of the main winding and the auxiliary winding is different from each other due to the back electromotive force problem that may occur due to different reasons The present invention relates to an inverter circuit that can realize high-speed driving and improve starting torque of an electric motor by configuring a main winding and an auxiliary winding simultaneously or by adding a separate circuit and an element capable of operating only the main winding.

브러시리스 직류전동기, 주권선, 보조권선, 병렬 권선방식, 인버터 회로, 스위칭 소자, 브리지 회로, 다이오드, 기동토크, 고속구동Brushless DC motor, main winding, auxiliary winding, parallel winding method, inverter circuit, switching element, bridge circuit, diode, starting torque, high speed drive

Description

Parallel winding type BLDC motor and inverter circuit for driving the same

도 1은 종래의 8극 12슬롯 회전자 외전형 브러시리스 직류전동기의 평면도,1 is a plan view of a conventional 8 pole 12 slot rotor abduction brushless DC motor;

도 2는 종래의 8극 12슬롯 브러시리스 직류전동기의 슬롯 고정자에 감겨진 권선의 Y 결선도,2 is a Y connection diagram of a winding wound on a slot stator of a conventional 8-pole 12-slot brushless DC motor;

도 3a와 도 3b는 브러시리스 직류전동기를 구동하기 위한 종래 인버터 회로와 직류전동기의 코일간 결선상태를 개략 도시한 회로도,3A and 3B are circuit diagrams schematically illustrating a connection state between a conventional inverter circuit for driving a brushless DC motor and a coil of the DC motor;

도 4는 일반적인 브러시리스 직류전동기의 실측 토크-속도 선도,4 is a measured torque-speed diagram of a general brushless DC motor,

도 5는 본 발명에 따른 브러시리스 직류전동기의 일 실시예를 도시한 평면도,5 is a plan view showing an embodiment of a brushless DC motor according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 8극 12슬롯 브러시리스 직류전동기에서 전기자권선에 보조권선이 병렬로 추가되는 권선방법을 설명하기 위한 Y 결선도,6 is a Y connection diagram for explaining a winding method in which an auxiliary winding is added in parallel to an armature winding in an 8-pole 12-slot brushless DC motor according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 인버터 회로의 제1실시예를 도시한 회로도,7 is a circuit diagram showing a first embodiment of an inverter circuit according to the present invention;

도 8a와 도 8b는 도 7의 인버터 회로에서 기동모드시 상전환 예를 보인 상태도,8A and 8B are state diagrams showing an example of phase change in a start mode in the inverter circuit of FIG.

도 9a와 도 9b는 도 7의 인버터 회로에서 고속모드시 상전환 예를 보인 상태도,9A and 9B are state diagrams illustrating an example of phase switching in the high speed mode in the inverter circuit of FIG. 7;

도 10은 본 발명에 따른 인버터 회로의 제2실시예를 도시한 회로도,10 is a circuit diagram showing a second embodiment of the inverter circuit according to the present invention;

도 11은 실시예와 비교예의 구동속도-전류 특성을 비교하여 나타낸 그래프,11 is a graph showing a comparison of driving speed and current characteristics of an example and a comparative example,

도 12는 실시예와 비교예의 구동속도-토크 특성을 비교하여 나타낸 그래프,12 is a graph showing a comparison of the driving speed-torque characteristics of the Examples and Comparative Examples;

도 13은 무부하상태에서 실시예와 비교예의 구동속도 변화를 비교하여 나타낸 그래프.Figure 13 is a graph showing the comparison of the drive speed change of the Example and Comparative Example in the no-load state.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 인버터 회로 3, 4 : 스위칭 소자1: Inverter Circuit 3, 4: Switching Element

3a, 4a : 트랜지스터 3b, 4b : 환류 다이오드3a, 4a: transistor 3b, 4b: free-wheel diode

5 : 브리지 회로 5a : 다이오드5: bridge circuit 5a: diode

5b : 트랜지스터 6, 7 : 다이오드5b: transistor 6, 7: diode

10 : 슬롯 고정자 11 : 치10: slot stator 11: chi

20 : 주권선 21 : 보조권선20: Sovereignty 21: Auxiliary winding

30 : 공극 40 : 회전자30: void 40: rotor

일반적으로 직류전동기는 유도전동기에 비해 제어가 수월하기 때문에 사용하기에 편리하다.In general, DC motors are easier to use because they are easier to control than induction motors.

그러나, 그 동작특성상 브러시와 정류자편이 서로 기계적인 접촉에 의해 마찰하면서 동작하므로 소음 및 불꽃이 발생할 수 있고, 이로 인해 정기적인 교체 및 보수가 필요하는 등의 여러 가지 불리한 점을 내포하고 있다. However, due to its operation characteristics, the brush and the commutator piece operate while frictional friction due to mechanical contact with each other, which may cause noise and sparks, which may require various replacements and maintenance.

따라서, 이러한 직류전동기의 단점을 해결하면서도 직류전동기가 갖고 있는 고유의 장점을 이용할 수 있는 새로운 전동기에 대한 필요성이 제기되었으며, 이러한 연구개발의 일환으로 개발된 것이 바로 브러시리스 직류전동기(Brushless DC motor; BLDC motor)이다.Therefore, the need for a new motor that can take advantage of the inherent advantages of the DC motor, while addressing the shortcomings of the DC motor, has been raised, the brushless DC motor (Brushless DC motor; developed as part of such research and development; BLDC motor).

브러시리스 직류전동기는 브러시가 없는 직류전동기로서, 이는 기존의 직류전동기에서 브러시와 정류자가 담당하는 기계적 정류장치를 반도체 소자 등을 이용한 인버터로 대체하여 주파수를 회전자의 회전과 동기시켜 제어하는 인버터 구동방식의 동기 전동기이다.Brushless DC motor is a brushless DC motor. Inverter drive method that controls the frequency by synchronizing the rotation of the rotor by replacing the mechanical stop of the brush and commutator with an inverter using a semiconductor element in the existing DC motor. Is a synchronous motor.

기존의 직류전동기가 회전 전기자형인데 비하여 이 브러시리스 직류전동기는 영구자석에 의한 회전 자계형을 기본 구성으로 하는데, 공극자속의 흐름방향에 따라 축방향 공극형(axial gap type)과 반경방향 공극형(radial gap type)으로 분류될 수 있고, 이중 반경방향 공극형은 다시 회전자 내전형(inner rotor type)과 회전자 외전형(outer rotor type)으로 분류될 수 있다. Compared to the conventional DC motors, the rotating armature type brushless DC motors have a basic configuration of a rotating magnetic field formed by permanent magnets. The axial gap type and the radial pore type depend on the flow direction of the pore flux. (radial gap type), and the double radial pore type can be further classified into an inner rotor type and an outer rotor type.

이러한 브러시리스 직류전동기는 브러시가 없기 때문에 브러시의 존재로 인하여 발생하는 여러 문제점들을 해결할 수 있는 장점이 있다.Since the brushless DC motor does not have a brush, there is an advantage that can solve various problems caused by the presence of the brush.

즉, 브러시와 정류자편의 마찰 때문에 생기는 브러시 마모로 인한 정기적인 교체 및 보수의 필요성, 불꽃 발생 그리고 소음 발생 등의 문제점을 해결할 수 있으며, 특히 불꽃의 위험성이 없어야 하는 분야에 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다.In other words, it is possible to solve the problems such as the need for regular replacement and repair due to the wear of the brush caused by the friction between the brush and the commutator, the generation of sparks and the noise, especially in the field where there should be no danger of sparks. to be.

예를 들면, 스핀들 모터(spindle motor)는 회전 전기자형인 일반적인 직류전동기와는 달리 영구자석에 의한 회전 자계형의 브러시리스 직류전동기의 형태를 가지며, 이러한 스핀들 모터는 컴퓨터 주변장치(예를 들어, HDD, CD-ROM, DVD 등), 비디오 카세트 레코더(VCR), 캠코더(camcorder) 등의 멀티미디어 장비에 사용되는 대표적인 전동기로서 그 응용범위가 다양하다.For example, a spindle motor has a form of a brushless DC motor of a permanent magnetic field, unlike a general DC motor of a rotating armature type, such a spindle motor is a computer peripheral (eg, HDD, CD-ROM, DVD, etc.), a video cassette recorder (VCR), a camcorder (representative motor) used in multimedia equipment, such as a camcorder (camcorder) is a wide range of applications.

첨부한 도 1은 종래의 8극 12슬롯 회전자 외전형 브러시리스 직류전동기의 평면도이고, 도 2는 종래의 8극 12슬롯 브러시리스 직류전동기의 슬롯 고정자에 감겨진 권선의 Y 결선도이다. 1 is a plan view of a conventional 8 pole 12 slot rotor abduction brushless DC motor, and FIG. 2 is a Y connection diagram of a winding wound around a slot stator of a conventional 8 pole 12 slot brushless DC motor.

전술한 바와 같이, 반경방향 공극형의 브러시리스 직류전동기는 다수개의 치가 일체로 연결되어 구성된 슬롯 고정자와 영구자석으로 이루어진 회전자의 상호간 상대위치에 따라 회전자 외전형과 회전자 내전형으로 구분되는데, 도 1은 회전자가 상대적으로 바깥쪽으로 위치한 외전형 구조를 예시한 것이다.As described above, the radial airless brushless DC motor is classified into a rotor abduction type and a rotor adduction type according to a relative position of a rotor consisting of a slot stator and a permanent magnet having a plurality of teeth connected together. Figure 1 illustrates an abduction type structure in which the rotor is positioned relatively outward.

이를 설명하면, 먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 중앙 안쪽으로 위치된 슬롯 고정자(10)는 일정 간격을 두고 배치된 12개의 치(11)가 상호간에 일체로 연결되어 구성되어 있으며(12개의 슬롯을 가짐), 특히 각각의 치(teeth; 11) 부분이 바깥쪽으로 돌출된 형태로 되어 그 주위에는 코일(20)이 감겨진 구조로 되어 있다. Referring to this, first, as shown in FIG. 1, the slot stator 10 located inwardly in the center is formed of 12 teeth 11 arranged at regular intervals and integrally connected to each other (12 Slots), in particular, each of the teeth (11) portion is formed to protrude outward, the coil 20 is wound around the structure.

또한, 계자속을 발생시키는 환형의 회전자(40)는 상호 인접된 것과 반대의 극성(N극, S극)을 띠는 8극의 영구자석으로 구성되어 슬롯 고정자(10)의 바깥쪽에 일정한 공극(30)을 두고 위치된다.In addition, the annular rotor 40 generating the magnetic flux is composed of eight-pole permanent magnets having opposite polarities (N pole and S pole) adjacent to each other, so that a constant gap is formed outside the slot stator 10. Placed 30.

여기서, 슬롯 고정자(10)의 코일(20)은 3개의 군으로 나뉘어, 각 군에 서로 다른 위상(A상, B상, C상)을 가지는 전압이 인가되도록 되어 있는데, 도 2의 결선도에서 보는 바와 같이, 슬롯 고정자(10)의 치 부분(11a ~ 11l)에 집중권이 시행되어 3상 Y 결선되어 있다. Here, the coil 20 of the slot stator 10 is divided into three groups, and voltages having different phases (A phase, B phase, and C phase) are applied to each group, as shown in the connection diagram of FIG. 2. As described above, the focus right is applied to the tooth portions 11a to 11l of the slot stator 10 and is connected to the 3-phase Y.

좀 더 상세히는, 먼저 A상의 코일(50)이 첫 번째(11a)와 네 번째(11b), 일곱 번째(11c)와 열 번째 치 부분(11d)에 차례로 감겨 있고, B상의 코일(60)은 두 번째(11e)와 다섯 번째(11f), 여덟 번째(11g)와 열한번째 치 부분(11h)에 차례로 감겨 있으며, C상의 코일(70)은 세 번째(11i)와 여섯 번째(11j), 아홉 번째(11k)와 열두번째 치 부분(11l)에 차례로 감겨 있다.More specifically, first, the coil 50 of phase A is wound around the first 11a and the fourth 11b, the seventh 11c and the tenth tooth portion 11d, and the coil 60 of phase B is It is wound in the second (11e), the fifth (11f), the eighth (11g), and the eleventh tooth part (11h), and the coil 70 of phase C is the third (11i), the sixth (11j), and the ninth. (11k) and the twelfth tooth portion (11l) in turn.

즉, A상(50)은 A1치(11a), A2치(11b), A3치(11c), A4치(11d)의 순으로 집중권이 시행되어 직렬 결선되고, B상(60)은 B1치(11e), B2치(11f), B3(11g)치, B4치(11h)의 순으로 집중권이 시행되어 직렬 결선되며, C상(70)은 C1치(11i), C2(11j)치, C3치(11k), C4치(11l)의 순으로 집중권이 시행되어 직렬 결선된다.That is, the A phase 50 is connected in series by performing the right of concentration in the order of the A1 value 11a, the A2 value 11b, the A3 value 11c, and the A4 value 11d, and the B phase 60 is B1. In the order of teeth 11e, B2 11f, B3 11g, and B4 11h, the serial winding is carried out in series, and the C phase 70 is C1 11i and C2 11j. The right of concentration is implemented in the order of the value, C3 value (11k), C4 value (11l), and serial connection.

또한, 상기 A4치(11d), B4치(11h), C4치(11l)로부터 결선되어 나오는 각각의 권선은 중성점(80)을 통하여 상호 접속되는 전기적 구조를 가지고 있다.In addition, each of the windings connected from the A4 teeth 11d, the B4 teeth 11h, and the C4 teeth 11l has an electrical structure connected to each other through the neutral point 80.

상기와 같이 구성된 브러시리스 직류전동기를 구동하기 위해서는 회전자(40)의 위치에 따른 정보를 입력 받아 최적의 토크를 내는 위치에서 전압이 인가되는 여자상을 바꾸는 정류(commutation)를 하여야 하는데, 그 역할은 인버터가 수행한다.In order to drive the brushless DC motor configured as described above, it is necessary to perform commutation to change the excitation image to which the voltage is applied at the position where the optimum torque is received by receiving the information according to the position of the rotor 40. Is performed by the inverter.

회전자 위치에 대한 정보는 홀 센서 인코더와 같은 센서를 이용하거나 역기전력 또는 인덕턴스의 변화를 이용하는 센서리스 방법이 있다.Information about the rotor position is a sensorless method using a sensor such as a Hall sensor encoder or using a change in back EMF or inductance.

결국, 영구자석으로 구성된 회전자(80)의 위치가 결정됨에 따라 각 상(50,60,70)에 흘러들어가는 전류의 방향을 결정하여 정류를 수행함으로써 공극(30)에 회전자계가 발생하게 되며, 이때 상기 회전자(80)는 기동토크에 의해 회전을 받게 되므로 회전자계와 동일한 속도, 즉 동기속도로 회전하게 된다.As a result, as the position of the rotor 80 composed of permanent magnets is determined, the magnetic field is generated in the air gap 30 by determining the direction of the current flowing in each phase 50, 60, 70 and performing rectification. In this case, since the rotor 80 is rotated by the starting torque, the rotor 80 rotates at the same speed as the rotor field, that is, the synchronous speed.

한편, 첨부한 도 3a와 도 3b는 브러시리스 직류전동기를 구동하기 위한 종래 인버터 회로와 직류전동기의 코일간 결선상태를 개략 도시한 것으로서, 상전환시 상전환 전, 후의 전류 경로를 잘 보여주고 있다.Meanwhile, FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams illustrating connection states between a conventional inverter circuit and a coil of a DC motor for driving a brushless DC motor, and illustrate a current path before and after a phase change during phase change. .

도시한 바와 같이, 직류전동기 구동을 위한 인버터 회로(1)의 스위칭 동작은 통상 환류 다이오드(3b)와 함께 1조로 구성되는 다수개의 트랜지스터(3b)에 의해 이루어진다. As shown in the drawing, the switching operation of the inverter circuit 1 for driving a DC motor is usually performed by a plurality of transistors 3b composed of one set together with a reflux diode 3b.

기존 인버터 회로(1)는 회전자(40)의 위치에 따라 전기각 60도마다 각 상에 흘러들어가는 전류의 방향을 결정하여 인버터 회로(1)의 스위칭 동작을 통해 정류를 수행하면 해당하는 경로를 통해 전류가 흐르게 된다. The existing inverter circuit 1 determines the direction of the current flowing in each phase every 60 degrees according to the position of the rotor 40, and performs rectification through the switching operation of the inverter circuit 1, and thus the corresponding path is determined. Current flows through it.

이때, 회전자(40)는 토크를 받아 회전하게 되며, 전기각 60도에 해당하는 만큼 회전하게 되면 인버터 회로(1)의 스위칭 동작에 의해 상전환 과정을 거쳐 같은 방향의 토크를 발생시킬 수 있게 되어 있다.At this time, the rotor 40 is rotated by receiving a torque, and when rotated by an electric angle corresponding to 60 degrees, it is possible to generate torque in the same direction through the phase switching process by the switching operation of the inverter circuit (1). It is.

이러한 과정을 정류라 하며, 매 정류 순간에는 권선의 인덕턴스에 의한 영향으로 정류 전 고정자 권선에 흐르고 있던 전류가 정류 후에도 기존의 권선 경로에 존재하게 되는데, 정류 후에는 인버터 회로(1) 내의 환류 다이오드(3b)를 따라 흐르게 되고, 이것을 환류 전류(freewheeling current)라 한다.This process is called commutation, and at each instant of commutation, the current flowing in the stator winding before commutation still exists in the existing winding path after commutation due to the influence of the inductance of the winding. Flow along 3b) is called freewheeling current.

도 3a와 도 3b는 AB상에서 AC상으로의 전환을 예로 보인 것이며, 도 3b에서 점선은 상전환시 환류 전류의 경로를 나타낸 것이다.3A and 3B show an example of the AB-to-AC transition, and the dotted lines in FIG. 3B illustrate the path of the reflux current during phase inversion.

한편, 최근 들어 정보저장기기의 경향은 빨라진 컴퓨팅 환경에 적합한 고속화, 다양한 컨텐츠의 저장을 위한 고용량화, 그리고 높아진 생활환경에 적합한 정 숙성 등을 요구하고 있다.On the other hand, in recent years, the trend of information storage devices has required high speeds for faster computing environments, higher capacities for storing various contents, and aging for high living environments.

이를 위하여, 컴퓨터 하드디스크 드라이브(HDD)와 같은 고부가가치 제품에 사용되는 소형 전동기의 경우, 종래의 볼 베어링을 사용한 구조가 아닌, 소형화 및 박형화의 요망에 따라 유체 베어링(Fluid Dynamic Bearing; FDB)을 이용한 구조가 널리 채용되고 있으며, 이는 축과 베어링간의 접촉이 없기 때문에 회전 정밀도와 정숙성 측면에서 기존의 볼 베어링 구조에 비해 유리한 점이 있다(소음 및 진동과 같은 기계적 측면에서 우수함). To this end, in the case of small electric motors used in high value-added products such as a computer hard disk drive (HDD), a fluid dynamic bearing (FDB) may be manufactured according to the demand for miniaturization and thinning, not a structure using a conventional ball bearing. The used structure is widely adopted, which has advantages over the conventional ball bearing structure in terms of rotational accuracy and quietness because there is no contact between the shaft and the bearing (excellent in mechanical aspects such as noise and vibration).

그러나, 유체 베어링은 유체의 점성 및 마찰로 인해 기동시뿐만 아니라 운전시에도 볼 베어링에 비해 큰 토크를 필요로 한다.However, fluid bearings require greater torque than ball bearings not only during start-up but also during operation due to the viscosity and friction of the fluid.

첨부한 도 4는 일반적인 브러시리스 직류전동기의 실측 토크-속도 선도이며, 이에 나타나 있는 토크-속도(T-ω)의 특성은 다음의 식 (1)과 같이 표현될 수 있다. 4 is a measured torque-speed diagram of a general brushless DC motor, and the characteristics of the torque-speed T-ω shown in the drawing may be expressed as in Equation (1) below.

(1)

(One)

상기 식 (1)에서, V는 입력전압을, R은 권선의 저항을, K_T는 브러시리스 직류전동기의 토크상수를 각각 나타내고, 또한 K_E는 브러시리스 직류전동기의 역기전력 상수를, ω는 브러시리스 직류전동기의 회전속도를 각각 나타내며, 상기 토크상수와 역기전력 상수는 MKS단위계에서는 동일한 값을 가진다. In Equation (1), V denotes an input voltage, R denotes a winding resistance, K _T denotes a torque constant of a brushless DC motor, K _E denotes a counter electromotive force constant of a brushless DC motor, and ω denotes a brush. Representing the rotational speed of the lease DC motor, respectively, the torque constant and the counter electromotive force constant has the same value in the MKS unit system.

도 4와 식 (1)로부터 브러시리스 직류전동기는 선형적인 토크-속도 특성을 가지기 때문에 제어가 용이한 장점이 있다. Since the brushless DC motor has a linear torque-speed characteristic from FIG. 4 and Equation (1), it is easy to control.

그러나, 한정된 전원을 사용하는 경우에서 고속구동이 가능하도록 하려면 상기 식 (1)로부터 전동기의 권선수를 줄여 역기전력 상수(K_E)를 작게 해야 한다. However, in order to enable high-speed driving in the case of using a limited power source, it is necessary to reduce the number of turns of the motor from Equation (1) to reduce the counter electromotive force constant K _E.

이와 같은 방법으로 고속구동용 브러시리스 전동기를 설계하는 경우에는 전동기의 토크상수(K_T)가 작아지게 되며, 결과적으로 K_TV/R로 표현되는 기동토크가 작아지게 된다. In the case of designing a brushless motor for a high speed drive in this manner, the torque constant K _T of the motor becomes small, and as a result, the starting torque expressed in K _T V / R becomes small.

기동토크가 작은 전동기는 고속의 정상상태에 도달하는데 걸리는 기동시간이 많이 소요되며, 이는 신속한 기동이 요구되는 고속구동용 브러시리스 전동기에 불리한 점으로 작용한다.A motor with a small starting torque takes a lot of starting time to reach a steady state of high speed, which is disadvantageous for a high speed driving brushless motor requiring a quick starting.

예컨대, 디스크(disk)가 5장 이상 장착되는 서버용 HDD의 경우 FDB를 채용한 스핀들 모터를 사용할 때 시스템 자체의 관성(inertia)이 크고 볼 베어링에 비해 큰 마찰토크(friction torque)를 가지는 FDB의 특성 때문에 시동시간(starting period)이 기존의 볼 베어링을 채용한 브러시리스 직류전동기보다 길어지는 단점이 있다. For example, in the case of a server HDD equipped with five or more disks, the characteristics of the FDB which have a large inertia of the system itself and a large friction torque compared to the ball bearings when using a spindle motor employing the FDB are used. As a result, the starting period is longer than that of a brushless DC motor employing a conventional ball bearing.

이것은 종래의 브러시리스 직류전동기에서 기동토크(starting torque)가 부족한 것이 원인이 되며, 기동토크는 시스템의 정상상태 도달을 지배하는 중요한 요소가 된다. This is caused by a lack of starting torque in a conventional brushless DC motor, which is an important factor governing the steady state of the system.

결국, 기존의 전기적 구조로는 브러시리스 직류전동기의 전기적 특성상 높은 기동토크를 가지면서 고속구동에 적합한 성능을 내는 전동기의 설계는 어려우며, 이에 최근 정보저장기기의 경향을 반영하기 위해서는 고속구동은 물론 높은 기동토 크를 가지는 새로운 브러시리스 직류전동기의 개발이 절실히 요구되고 있는 게 현실이다. As a result, it is difficult to design a motor that has high starting torque and high performance for a high speed drive due to the electrical characteristics of a brushless DC motor. The reality is that the development of a new brushless DC motor with starting torque is urgently required.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 슬롯 고정자에 감겨지는 기존의 주권선과는 별도로 슬롯 고정자의 각 치 부분의 여유공간에 상기 주권선과 병렬로 연결되는 보조권선을 추가적으로 설치하여, 기동구간에서는 상기 주권선과 보조권선을 모두 이용하여 높은 기동토크를 발휘할 수 있게 하고, 속도 정상상태 구간에서는 상기 주권선만을 이용하여 고속구동이 이루어지도록 구성함으로써, 기동토크의 향상 및 기동시간의 단축 효과를 가지는 병렬 권선방식의 브러시리스 직류전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is invented to solve the above problems, and additionally installed auxiliary windings connected in parallel with the main winding in the free space of each tooth portion of the slot stator separately from the existing main winding wound on the slot stator. Therefore, in the starting section, high starting torque can be exhibited by using both the main winding and the auxiliary winding, and in the speed steady state section, high speed driving is performed using only the main winding, thereby improving the starting torque and improving the starting time. It is an object of the present invention to provide a brushless DC motor having a parallel winding type with a shortening effect.

아울러, 본 발명은 상기와 같은 병렬 권선방식의 브러시리스 전동기를 효과적으로 구동하기 위한 인버터 회로에 관한 것으로서, 특히 주권선과 보조권선의 권선수가 서로 상이한 경우에서 역기전력 상수가 다른 이유로 발생할 수 있는 역기전력에 의한 문제를 해결하면서 주권선과 보조권선을 동시에 혹은 주권선만을 작동시킬 수 있는 별도 회로 및 소자를 추가하여 구성함으로써, 전동기의 기동토크 향상과 함께 고속구동을 구현할 수 있는 인버터 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
In addition, the present invention relates to an inverter circuit for effectively driving the brushless motor of the parallel winding type as described above, in particular, when the number of windings of the main winding and the auxiliary winding are different from each other due to the back electromotive force problem that may occur due to different reasons The purpose of the present invention is to provide an inverter circuit that can realize high-speed driving and improve the starting torque of an electric motor by adding a separate circuit and an element capable of operating the main winding and the auxiliary winding simultaneously or only the main winding while solving the problem.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은, 다수개의 치를 가지는 슬롯 고정자와, 이 슬롯 고정자와 공극을 형성하도록 배치되는 영구자석의 회전자와, 상기 슬롯 고정자의 각 치 부분에 3상 Y 결선방식의 집중권으로 시행되어 각 상의 끝단이 인버터 회로에 연결되는 주권선을 포함하는 브러시리스 직류전동기에 있어서,The present invention relates to a slot stator having a plurality of teeth, a rotor of a permanent magnet arranged to form a gap with the slot stator, and a three-phase Y connection method for each tooth portion of the slot stator. In a brushless DC motor having a main winding whose end is connected to an inverter circuit,

상기 주권선과는 별도로 상기 슬롯 고정자의 각 치 부분에 3상 Y 결선방식의 집중권으로 시행되어 각 상의 끝단이 상기 인버터 회로로 연결되는 보조권선을 더 포함하고, 이 보조권선이 상기 주권선과는 병렬로 상기 인버터 회로에 연결되는 것을 특징으로 한다.Apart from the main winding, the main winding further includes an auxiliary winding which is implemented as a concentrated winding of a three-phase Y connection method on each tooth portion of the slot stator, and an end of each phase is connected to the inverter circuit, and the auxiliary winding is parallel to the main winding. It is characterized in that connected to the inverter circuit.

특히, 상기 보조권선의 권선수가 상기 주권선의 권선수에 비해 상대적으로 크게 되어 있는 것을 특징으로 한다.In particular, the number of turns of the auxiliary winding is characterized in that the relatively larger than the number of turns of the main winding.

한편, 본 발명은, 일 실시예로서, 1조의 트랜지스터와 다이오드로 이루어진 다수개의 스위칭 소자를 포함하여 이루어지고, 주권선 및 보조권선을 가지는 병렬 권선방식의 브러시리스 직류전동기를 구동하기 위한 인버터 회로에 있어서, On the other hand, the present invention, as an embodiment, comprising a plurality of switching elements consisting of a set of transistors and diodes, in an inverter circuit for driving a parallel winding type brushless DC motor having a main winding and an auxiliary winding In

입력전압이 걸리는 입력단에 연결된 입력측 스위칭 소자 1개와 접지단에 연결된 출력측 스위칭 소자 1개를 1쌍으로 하여 서로간 병렬 연결된 다수 쌍의 스위칭 소자를 포함하여 이루어지되, 상기 각 쌍의 입력측과 츨력측 스위칭 소자 사이에 브리지 회로가 연결 구비되고, 상기 두 권선의 상 끝단이 상기 스위칭 소자와 브리지 회로 양 단간의 회로상에 하나씩 접속되어, 상기 브리지 회로가 상기 두 권선의 권선수 차에 의해 발생하는 역기전력에 의한 역전류를 차단하도록 된 것을 특징으로 한다.It consists of a pair of switching elements connected in parallel to each other by using a pair of input switching elements connected to the input terminal and the output switching elements connected to the ground terminal connected to the input voltage, the input and output switching of each pair A bridge circuit is provided between the elements, and the upper ends of the two windings are connected one by one on the circuit between the switching element and the bridge circuit, so that the bridge circuit is subjected to the counter electromotive force generated by the difference in the number of turns of the two windings. It is characterized in that the reverse current is cut off.

여기서, 상기 브리지 회로는 4개의 다이오드와 1개의 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the bridge circuit is characterized by consisting of four diodes and one transistor.

또한, 본 발명은, 다른 실시예로서, 1조의 트랜지스터와 다이오드로 이루어진 다수개의 스위칭 소자를 포함하여 이루어지고, 3상 Y 결선방식의 주권선 및 보조권선을 가지는 병렬 권선방식의 브러시리스 직류전동기를 구동하기 위한 인버터 회로에 있어서,In addition, the present invention, a brushless DC motor of a parallel winding method comprising a plurality of switching elements consisting of a set of transistors and diodes, and having a main winding and a secondary winding of a three-phase Y connection method as another embodiment In the inverter circuit for driving,

입력전압이 걸리는 입력단에 연결된 입력측 스위칭 소자 1개와 접지단에 연결된 출력측 스위칭 소자 1개를 1쌍으로 하여 서로간 병렬 연결된 다수 쌍의 스위칭 소자를 포함하여 이루어지되, 상기 두 권선의 상 끝단이 상기 각 쌍의 입력측과 츨력측 스위칭 소자를 서로 연결하는 회로상에 하나씩 접속되고, 상기 주권선의 상 끝단이 접속되는 스위칭 소자 쌍과 상기 보조권선의 상 끝단이 접속되는 스위칭 소자 쌍 사이에는 상기 두 권선의 권선수 차에 의해 발생하는 역기전력에 의한 역전류를 차단하는 다이오드가 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.Including a pair of switching elements connected in parallel to each other with one pair of input switching elements connected to the input terminal and one output side switching element connected to the ground terminal, the upper end of the two windings The windings of the two windings are connected one by one on a circuit connecting the input side and the output side switching elements of the pair to each other, and a pair of switching elements to which the upper end of the main winding is connected and a pair of switching elements to which the upper end of the auxiliary winding is connected. It is characterized in that the diode is installed to block the reverse current caused by the counter electromotive force generated by the bow car.

여기서, 바람직하게는, 상기 주권선의 상 끝단이 병렬로 이웃 연결된 주권선 제어용 각 스위칭 소자 쌍의 입력측과 출력측 스위칭 소자간의 회로상에 접속되고, 상기 보조권선의 상 끝단이 병렬로 이웃 연결된 보조권선 제어용 각 스위칭 소자 쌍의 입력측과 츨력측 스위칭 소자간의 회로상에 접속되며, 상기 다이오드가 상기 주권선 제어용 스위치 소자 쌍과 상기 보조권선 제어용 스위칭 소자 쌍을 병렬 연결하는 입력측과 출력측의 각 회로상에 1개씩 설치되는 것을 특징으로 한다.Here, preferably, the upper end of the main winding is connected to the circuit between the input side and the output side switching element of each switching element pair for neighboring main winding control connected in parallel, the upper end of the auxiliary winding for auxiliary winding control connected in parallel It is connected on the circuit between the input side and the output side switching element of each switching element pair, and each diode is one on each circuit of the input side and the output side which connects the said main winding control switch element pair and the said auxiliary winding control switching element pair in parallel. It is characterized by being installed.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설 명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 슬롯 고정자에 감겨지는 기존 코일(이하, 주권선이라 칭함)과는 별도로 슬롯 고정자의 각 치 부분의 여유공간에 상기 주권선과는 병렬로 연결되는 새로운 코일(이하, 보조권선이라 칭함)을 추가적으로 설치하여, 종래의 브러시리스 직류전동기가 기동시 높은 기동토크를 발휘할 수 없었던 단점을 개선한 병렬 권선방식의 브러시리스 직류전동기에 관한 것이다.The present invention is a new coil (hereinafter referred to as auxiliary winding) connected in parallel with the main winding in the free space of each tooth portion of the slot stator, apart from the existing coil (hereinafter referred to as the main winding) wound around the slot stator. In addition, the present invention relates to a brushless DC motor of a parallel winding type which improves a disadvantage in that a conventional brushless DC motor cannot exhibit a high starting torque when starting.

본 발명의 직류전동기에서는 자속을 발생하는 권선을 기존 전동기의 권선수와 동일한 권선수를 가지는 주권선과, 이 주권선과 권선수가 같거나 상이한 권선수를 가지는 보조권선으로 구성하되, 상기 주권선과 보조권선을 서로 병렬로 연결하여, 기동시에는 두 권선을 모두 사용하여 높은 기동토크를 발휘하고, 이후 권선수가 작은 권선을 개별적으로 사용하여 고속구동이 가능하도록 되어 있다.In the DC motor of the present invention, the winding that generates the magnetic flux is composed of a main winding having the same number of turns as the number of turns of the existing motor, and an auxiliary winding having the same or different number of turns as the main winding, and the main winding and the auxiliary winding In parallel with each other, when starting, both windings are used to exhibit high starting torque, and after that, high-speed driving is possible by individually using windings with small number of windings.

이러한 병렬 권선이 적용된 브러시리스 직류전동기를 구동하기 위해서는 일반적인 인버터 회로를 이용하면 두 권선의 권선수 차에 의해 달라지는 역기전력 상수의 차이로 인해 필연적으로 역기전력(Back-EMF)에 의한 문제가 발생하며, 이러한 현상을 제거하기 위한 새로운 인버터 회로가 필요하다. In order to drive a brushless DC motor with such a parallel winding, a general inverter circuit inevitably causes a problem due to back-EMF due to a difference in the back EMF constant which is changed by the number of turns of the two windings. New inverter circuits are needed to eliminate this phenomenon.

따라서, 본 발명은, 직류전동기의 각 상으로 흘러들어가는 전류의 방향을 변환하는 인버터 회로(다수개의 스위칭 소자를 포함하여 이루어짐)에 있어서, 상기와 같이 주권선과 보조권선이 병렬로 채용된 직류전동기에 효과적으로 적용이 가능한 새로운 인버터 회로를 제공한다.Accordingly, the present invention is directed to a DC motor in which a main winding and an auxiliary winding are adopted in parallel in an inverter circuit (comprising a plurality of switching elements) for converting a direction of current flowing into each phase of a DC motor. It provides a new inverter circuit that can be effectively applied.

이러한 본 발명의 구성을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the configuration of the present invention in more detail as follows.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 브러시리스 직류전동기의 일 실시예를 도시한 평면도로서, 주권선(20)과 보조권선(21)이 병렬 채용된 8극 12슬롯의 브러시리스 직류전동기를 도시하였으며, 슬롯 고정자(10)에 감겨진 권선의 구성을 잘 보여주고 있다.5 is a plan view showing an embodiment of a brushless DC motor according to the present invention. The brushless DC motor of the 8 pole 12 slot in which the main winding 20 and the auxiliary winding 21 are employed in parallel is shown. , The configuration of the winding wound on the slot stator 10 is shown well.

예시한 바와 같이, 중앙 안쪽으로 위치된 슬롯 고정자(10)는 일정 간격을 두고 배치된 12개의 치(11)가 상호간에 일체로 연결되어 구성되어 있으며(12개의 슬롯을 가짐), 특히 각각의 치(11) 부분이 바깥쪽으로 돌출된 형태로 되어 그 주위에는 주권선(20)이 감겨지는 것과 함께 이 주권선(20)이 감겨진 치(11) 부분의 여유공간에 별도의 보조권선(21)이 추가로 감겨진 구조로 되어 있다. As illustrated, the slot stator 10 located inward of the center is composed of 12 teeth 11 arranged at regular intervals and integrally connected to each other (having 12 slots), in particular, each tooth (11) The part is formed to protrude outward, and the main winding 20 is wound around it, and a separate auxiliary winding 21 is provided in the free space of the tooth 11 where the main winding 20 is wound. This is a further wound structure.

이때, 주권선(20)과 보조권선(21)의 권선수와 상저항에는 차이가 있을 수 있으며, 그 차이에 따라 기동토크와 기동모드에서 고속모드로 전환되는 속도가 달라진다.At this time, the winding number and the phase resistance of the main winding 20 and the auxiliary winding 21 may be different, and the speed of switching from the starting torque and the starting mode to the high speed mode varies according to the difference.

또한, 계자속을 발생시키는 환형의 회전자(40)는 종래와 마찬가지로 원주상으로 상이한 자극(N극, S극)이 교번 배치된 구조의 8극 영구자석으로 구성되며, 이는 슬롯 고정자(10)의 바깥쪽에 일정한 공극(30)을 두고 위치된다.In addition, the annular rotor 40 generating the magnetic flux is composed of an eight-pole permanent magnet having a structure in which circumferentially different magnetic poles (N pole, S pole) are alternately arranged, which is a slot stator 10. It is positioned with a constant void 30 outside of.

여기서, 슬롯 고정자(10)의 각 권선은 3개의 군으로 나뉘어, 각 군에 서로 다른 위상(A상, B상, C상)을 가지는 전압이 인가되도록 되어 있는데, 각 권선은 공히 슬롯 고정자(10)의 치(11) 부분에 집중권이 시행되어 3상 Y 결선되어 있다. Here, each winding of the slot stator 10 is divided into three groups, and voltages having different phases (A phase, B phase, and C phase) are applied to each group, and each winding is a slot stator 10. The right of concentration is applied to the (11) part of the) and is connected to the 3-phase Y connection.

상기 슬롯 고정자에 감겨지는 주권선과 보조권선의 3상 권선방법을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. The three-phase winding method of the main winding and the auxiliary winding wound on the slot stator will be described in more detail as follows.

첨부한 도 6은 본 발명에 따른 8극 12슬롯 브러시리스 직류전동기에서 전기자권선에 보조권선이 병렬로 추가되는 권선방법을 설명하기 위한 Y 결선도이다.6 is a Y connection diagram illustrating a winding method in which an auxiliary winding is added in parallel to an armature winding in an 8-pole 12-slot brushless DC motor according to the present invention.

도시한 바와 같이, 주권선(20)의 권선방법은 A상(50)이 A1치(11a), A2치(11b), A3치(11c), A4치(11d)의 순으로 집중권이 시행되어 직렬 결선되고, B상(60)은 B1치(11e), B2치(11f), B3치(11g), B4치(11h)의 순으로 집중권이 시행되어 직렬 결선되며, C상(70)은 C1치(11i), C2치(11j), C3치(11k), C4치(11l)의 순으로 집중권이 시행되어 직렬 결선된다.As shown in the drawing, in the winding method of the main winding 20, the right of concentration is performed in the order of A phase 50 in order of A1 value 11a, A2 value 11b, A3 value 11c, and A4 value 11d. The phase connection is performed in series, and the B phase 60 is connected in series in the order of B1 value 11e, B2 value 11f, B3 value 11g, and B4 value 11h. ) Is concentrated in the order of C1 value 11i, C2 value 11j, C3 value 11k, and C4 value 11l, and are connected in series.

또한, 보조권선(21)은 A상(51)이 A1치(11a), A2치(11b), A3치(11c), A4치(11d)의 순으로 집중권이 시행되어 직렬 결선되고, B상(61)은 B1치(11e), B2치(11f), B3치(11g), B4치(11h)의 순으로 집중권이 시행되어 직렬 결선되며, C상(71)은 C1치(11i), C2치(11j), C3치(11k), C4치(11l)의 순으로 집중권이 시행되어 직렬 결선된다.In the auxiliary winding 21, the A phase 51 is subjected to concentrated winding in the order of A1 value 11a, A2 value 11b, A3 value 11c, and A4 value 11d, and is connected in series. Phase 61 is connected in series in the order of B1 value (11e), B2 value (11f), B3 value (11g), B4 value (11h) in series, and C phase (71) is C1 value (11i). ), C2 value (11j), C3 value (11k), C4 value (11l) in the order of concentration right is carried out in series connection.

상기 주권선(20)에서 상기 A4치(11d), B4치(11h), C4치(11l)로부터 결선되어 나오는 각각의 권선은 중성점(80)을 통하여 상호 접속되며, 상기 보조권선(21)에서 상기 A4치(11d), B4치(11h), C4치(11l)로부터 결선되어 나오는 각각의 권선은 또 다른 중성점(81)을 통하여 상호 접속된다.In the main winding 20, the windings connected from the A4 teeth 11d, the B4 teeth 11h, and the C4 teeth 11l are interconnected through the neutral point 80, and the auxiliary windings 21 Each of the windings connected from the A4 teeth 11d, the B4 teeth 11h, and the C4 teeth 11l is connected to each other via another neutral point 81.

시행되는 권선은 요구되는 성능에 따라 직경이나 권선수 등의 설계변수가 각각 달라질 수 있으며, 설계변수의 변경으로 요구조건에 부합하는 특성을 얻을 수 있다.The windings to be implemented can have different design variables, such as diameter and number of turns, depending on the required performance, and characteristics that meet the requirements can be obtained by changing the design variables.

이와 같이 이루어진 본 발명의 직류전동기에서는 주권선(20)과 보조권선(21) 을 필요한 토크나 속도에 적합한 작동모드에 따라 제어하는 경우 기동시 높은 기동토크의 출력이 가능하면서도 고속구동이 가능해지는 장점이 있게 된다. In the DC motor of the present invention made as described above, when the main winding 20 and the auxiliary winding 21 are controlled according to an operation mode suitable for the required torque or speed, an output of high starting torque is possible while starting and high speed driving is possible. This will be.

예를 들면, 주권선(20)과 보조권선(21)에 모두 전류를 인가하는 경우에는 두 권선이 모두 동일방향의 회전토크를 발생시키므로 높은 기동토크의 출력이 가능하고, 또한 두 권선 중 상대적으로 권선수가 작은 어느 하나의 권선에만 전류를 인가하는 경우 고속구동이 가능해진다.For example, in the case where current is applied to both the main winding 20 and the auxiliary winding 21, since both windings generate rotational torque in the same direction, a high starting torque output is possible, and the two windings are relatively When a current is applied to only one winding having a small number of turns, high speed driving is possible.

특히, 주권선(20)과 보조권선(21) 중 어느 하나의 권선수를 상대적으로 크게 하면서 후술하는 본 발명의 인버터 회로를 적용하는 경우, 기동구간에서는 두 권선 모두에 전류를 인가하여 높은 기동토크의 출력이 가능해지고, 이후 정상상태의 구간에서는 인버터 회로 내 브리지 회로의 특성에 의해 작동모드가 자동으로 전환되어 별도의 전환시점 결정 없이 권선수가 작은 권선에만 전류가 인가되는 고속모드로 작동될 수 있게 된다.In particular, in the case of applying the inverter circuit of the present invention to be described later while increasing the number of windings of either the main winding 20 and the auxiliary winding 21 relatively, a high starting torque is applied by applying a current to both windings in the starting section. In the steady state section, the operation mode is automatically switched by the characteristics of the bridge circuit in the inverter circuit so that it can be operated in the high speed mode in which the current is applied only to the winding with a small number of turns without determining the switching time. do.

이와 같은 작동모드의 자동 전환은 이후 다시 상세히 설명하기로 한다.This automatic switching of the operation mode will be described later in detail.

한편, 첨부한 도 7은 상기와 같이 이루어진 직류전동기에 유용한 인버터 회로의 제1실시예를 도시한 회로도로서, 이는 브러시리스 직류전동기의 주권선(20) 및 보조권선(21)과 제1실시예의 인버터 회로(1)간 결선상태를 개략 도시한 것이다.On the other hand, Figure 7 is a circuit diagram showing a first embodiment of the inverter circuit useful for the DC motor made as described above, which is the main winding 20 and auxiliary winding 21 and the first embodiment of the brushless DC motor. The wiring state between the inverter circuits 1 is shown schematically.

도시한 바와 같이, 스위칭 동작을 위한 본 발명의 인버터 회로(1)가, 기본적으로는 스위칭 소자로서 환류 다이오드(3b,4b)와 함께 1조로 구성되는 다수개의 트랜지스터(3a,4a)를 포함하고 있다는 점에서 종래의 인버터 회로와 유사하나, 보조권선(21)에서 발생하는 입력전압(12V)보다 큰 역기전력에 의한 전류가 주권선(20) 으로 역류되지 않게 차단하는 브리지 회로(5)가 추가된 점에 차이가 있다. As shown, the inverter circuit 1 of the present invention for switching operation basically includes a plurality of transistors 3a and 4a constituted as a set together with the reflux diodes 3b and 4b as switching elements. It is similar to the conventional inverter circuit in that point, but the bridge circuit 5 is added to block the current by the back electromotive force greater than the input voltage (12V) generated in the auxiliary winding 21 to prevent the back flow to the main winding (20) There is a difference.

이하, 본 명세서에서는, 발명의 명확한 설명을 위하여, 입력전압(12V)이 걸리는 입력단에 병렬 연결된 스위칭 소자(3)를 입력측 스위칭 소자(도 7의 점선 영역 'I'로 구분함)라 칭하기로 하고, 반대로 접지단(GND)에 연결된 스위칭 소자(4)를 출력측 스위칭 소자(도 7의 점선 영역 'O'로 구분함)라 칭하기로 한다.Hereinafter, in the present specification, for the sake of clarity, the switching element 3 connected in parallel to the input terminal receiving the input voltage 12V will be referred to as an input side switching element (divided by a dotted line region 'I' in FIG. 7). On the contrary, the switching element 4 connected to the ground terminal GND will be referred to as an output side switching element (divided by the dotted line region 'O' in FIG. 7).

도 7을 보면, 상기 각 입력측 트랜지스터(3a)는 그 컬렉터단이 상기 입력단에 연결된 상태로 하여 서로간 병렬로 연결되어 있고, 상기 각 출력측 트랜지스터(4a)는 그 이미터단이 모두 접지단과 연결된 구조로 되어 있다. Referring to FIG. 7, each of the input side transistors 3a is connected in parallel with each other, with its collector stage connected to the input terminal, and each of the output side transistors 4a has an emitter terminal all connected to a ground terminal. It is.

결국, 도시한 실시예의 인버터 회로(1)에는 1개의 입력측 트랜지스터(3)와 1개의 출력측 트랜지스터(4)를 1쌍으로 하여 모두 3쌍의 트랜지스터(입력측과 출력측이 각 3개씩)가 구비되어 있고, 각 쌍의 입력측 트랜지스터(3)와 출력측 트랜지스터(4) 사이에는 상기한 각 브리지 회로(5)가 연결 구비된다.As a result, the inverter circuit 1 of the illustrated embodiment includes three pairs of transistors (three on the input side and three on the output side), with one input side transistor 3 and one output side transistor 4 as one pair. The bridge circuits 5 described above are connected between the pair of input transistors 3 and the output transistors 4.

또한, 상기 각 입력측 트랜지스터(3)와 브리지 회로(5) 사이의 회로상에는 주권선(20)의 상 끝단이 하나씩 접속되며, 상기 각 브리지 회로(5)와 출력측 트랜지스터(4) 사이의 회로상에는 보조권선(21)의 상 끝단이 하나씩 접속된다.In addition, one upper end of the main winding 20 is connected on the circuit between each of the input transistors 3 and the bridge circuits 5, and an auxiliary on the circuit between each of the bridge circuits 5 and the output transistors 4 is provided. The upper ends of the windings 21 are connected one by one.

상기 각 브리지 회로(5)는 4개의 다이오드(5a)와 1개의 트랜지스터(5b)가 1조로 구성으로 되어 총 3개가 구비되는데, 각각의 양 단이 각 스위칭 소자 쌍에서 입력측 트랜지스터(3)의 이미터단과 출력측 트랜지스터(4)의 컬렉터단에 연결된 구조로 되어 있다. Each of the bridge circuits 5 is composed of four diodes 5a and one transistor 5b in a group, and a total of three bridge circuits 5 are provided. It has a structure connected to the collector terminal of the terminal and the output transistor 4.

이와 같이 이루어진 본 발명의 인버터 회로(1)에서 각 스위칭 소자(3,4)가 트랜지스터(3a,4a)의 베이스단으로 인가되는 구동신호, 즉 스위칭 신호에 따라 상전환을 수행하는 기본 기능은 종래의 인버터 회로와 유사하다.In the inverter circuit 1 according to the present invention, the basic function of performing phase switching according to a driving signal applied to each of the switching elements 3 and 4 to the base end of the transistors 3a and 4a, that is, a switching signal is conventional. Is similar to the inverter circuit.

그러나, 본 발명의 인버터 회로에 의하면, 병렬 권선방식 직류전동기에 적용시, 주권선(20)과 보조권선(21) 모두에 전류를 인가하는 기동모드(starting mode)와, 이후 구동속도의 정상상태 구간에서 역전류의 문제 발생 없이 주권선(20)와 보조권선(21) 중 권선수가 작은 권선에만 전류를 인가하는 고속모드(high speed mode)로의 구동이 가능해진다.However, according to the inverter circuit of the present invention, when applied to a parallel winding DC motor, a starting mode for applying current to both the main winding 20 and the auxiliary winding 21, and the steady state of the driving speed thereafter. It is possible to drive in a high speed mode in which the current is applied only to the windings of the main winding 20 and the auxiliary winding 21 which have a small number of turns without a problem of reverse current in the section.

즉, 주권선(20)을 보조권선(21)에 비해 권선수를 상대적으로 작게 할 때의 예를 들어 보면, 도시한 본 발명의 인버터 회로(1)는 각 스위칭 소자(3,4)의 작동에 따라 주권선(20)과 보조권선(21) 모두에 전류를 인가하거나, 권선수가 상대적으로 작은 주권선(20)에만 전류를 인가하도록 하는 역할을 하며, 이때 상기 브리지 회로(5)는 주권선(20)에만 전류가 인가되는 모드, 즉 고속모드로의 전환시에 보조권선(21)에서 발생하는 역기전력으로 인한 역전류를 차단하는 역할을 한다.That is, for example, when the number of turns of the main winding 20 is relatively small compared to the auxiliary winding 21, the inverter circuit 1 of the present invention shown in FIG. According to the role of applying a current to both the main winding 20 and the auxiliary winding 21, or to apply a current only to the main winding 20 having a relatively small number of windings, wherein the bridge circuit 5 is the main winding The current is applied only to the mode 20, that is, serves to block the reverse current due to the counter electromotive force generated in the auxiliary winding 21 when switching to the high speed mode.

다음의 표 1은 각 작동모드에 따른 정류 시퀀스(firing sequence)를 나타낸 것으로서, 이는 환류 전류의 경로를 고려하여 나타낸 것이다.Table 1 below shows a firing sequence according to each operation mode, which is considered in consideration of the path of the reflux current.

이하, 주권선(20)을 보조권선(21)에 비해 권선수를 상대적으로 작게 할 때의 예를 들어 본 발명의 직류전동기 및 인버터 회로의 작용효과를 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the effects of the DC motor and the inverter circuit of the present invention, for example, when the number of turns of the main winding 20 is smaller than that of the auxiliary winding 21 will be described.

첨부한 도 8a와 도 8b는 기동모드에서 상전환의 일 예로 AB상에서 AC상으로의 상전환시에 상전환 전, 후의 전류 경로를 잘 보여주고 있다.8A and 8B show the current paths before and after the phase inversion during the phase inversion from the AB phase to the AC phase as an example of the phase inversion in the start mode.

실선은 권선에 전류를 인가한 경우의 전류 경로이며, 점선은 상전환 순간 권선이 가지는 인덕턴스의 영향으로 발생하는 환류 전류의 경로를 나타낸다.The solid line is the current path when the current is applied to the winding, and the dotted line shows the path of the reflux current generated by the influence of the inductance of the winding during the phase change.

도시한 바와 같이, 스위칭 소자의 작동에 따라 기동모드(starting mode)에서는 주권선(20)과 보조권선(21)에 모두 전류가 유입되고 있으며, 이때는 주권선(20)과 보조권선(21) 모두가 동일방향의 회전토크를 발생시키므로 큰 기동토크를 발생 시킨다(기동전류가 증가하고 토크상수가 높아짐). As shown, in the starting mode in accordance with the operation of the switching element (current) flows in both the main winding 20 and the auxiliary winding 21, in this case both the main winding 20 and the auxiliary winding 21 Generates the same torque in the same direction, which generates a large starting torque (starting current increases and torque constant increases).

또한, 첨부한 도 9a와 도 9b는 고속모드에서 AB상에서 AC상으로의 상전환시에 상전환 전, 후의 전류 경로를 잘 보여주고 있다.9A and 9B show the current paths before and after the phase inversion during the phase inversion from the AB phase to the AC phase in the high speed mode.

실선은 권선에 전류를 인가한 경우의 전류 경로이며, 점선은 환류 전류의 경로를 나타낸다.The solid line is the current path when a current is applied to the winding, and the dotted line represents the path of the reflux current.

도시한 바와 같이, 스위칭 소자의 작동에 따라 고속모드(high speed mode)에서는 주권선(20)에만 전류가 유입되고 있으며, 이때는 상대적으로 낮은 역기전력 상수를 가지는 주권선(20)의 특성으로 인해 고속구동이 가능하다.As shown, the current flows only into the main winding 20 in the high speed mode according to the operation of the switching element, and in this case, the high speed driving is performed due to the characteristics of the main winding 20 having a relatively low back EMF constant. This is possible.

한편, 주권선(20)과 보조권선(21)이 병렬 연결된 권선구조를 가지는 본 발명의 직류전동기를 본 발명의 인버터 회로(1)를 이용하여 구동시에, 주권선(20)과 보조권선(21)을 모두 사용하는 병렬모드, 즉 기동모드로 구동하여 높은 토크로 짧은 시간 내에 정상상태 근방의 속도에 도달하고, 이후에는 권선수가 작은 주권선(20)만을 이용하는 고속모드로 전환하여 구동하게 되는데, 원칙적으로는 전환시점을 선정하여 상기 표 1의 정류 시퀀스를 기동모드에서 고속모드로 달리해야 한다.On the other hand, when the DC motor of the present invention having the winding structure in which the main winding 20 and the auxiliary winding 21 are connected in parallel by using the inverter circuit 1 of the present invention, the main winding 20 and the auxiliary winding 21 ) In parallel mode, that is, start mode, and reach the speed near the steady state within a short time with high torque, and then switch to the high speed mode using only the main winding 20 having a small number of turns. In principle, the switching time point should be selected so that the commutation sequence in Table 1 is changed from the start mode to the high speed mode.

즉, 표 1에 나타낸 바와 같이, 기동시 상기 각 브리지 회로(5)의 트랜지스터(5b)는 베이스단에 전류가 인가되어 모두 온(on)상태이나, 기동모드에서 고속모드로의 전환을 위해서는 정상상태의 속도에 도달하는 시점에서 상기 각 브리지 회로(5)의 트랜지스터(5b)에 각 상에 따라 적절히 오프신호를 주어야만 보조권선(21)에서 전류가 흐르지 않고 주권선(20)에만 전류가 흐르게 할 수 있는 것이다.That is, as shown in Table 1, the transistors 5b of each of the bridge circuits 5 are all on when the current is applied to the base stage at startup, but is normal for switching from the startup mode to the high speed mode. When the speed of the state is reached, the transistor 5b of each bridge circuit 5 should be appropriately turned off according to each phase so that the current does not flow in the auxiliary winding 21 and only the main winding 20 flows. It can be.

그러나, 본 발명의 인버터 회로를 이용하게 되면, 자동적으로 권선에 흐르는 전류가 달라져서 구동모드의 자동 전환이 이루어지게 된다(전환시점에서 스이칭 신호로서 별도의 오프 신호 입력이 불필요함).However, when the inverter circuit of the present invention is used, the current flowing through the winding is automatically changed to automatically switch the driving mode (no separate off signal input is required as the switching signal at the time of switching).

먼저, 인버터 회로(1)를 병렬모드로 작동시키는 경우, 인버터 회로(1)의 각 스위칭 소자(3,4)에 적절히 스위칭 신호를 인가하여 주권선(20)과 보조권선(21)에 모두 전류를 인가한다.First, when the inverter circuit 1 is operated in the parallel mode, a switching signal is appropriately applied to each switching element 3 and 4 of the inverter circuit 1 so that both the main winding 20 and the auxiliary winding 21 have current. Apply.

이와 같이 기동시에는 권선에서 발생하는 역기전력이 없으므로 주권선(20)과 보조권선(21)에는 각각 유입될 수 있는 최대 전류가 흐르게 된다.As such, since there is no counter electromotive force generated in the winding during startup, the maximum current that can flow into the main winding 20 and the auxiliary winding 21 flows, respectively.

이후 전동기의 회전수가 권선수가 상대적으로 큰 보조권선만을 작동시켰을 때 이를 수 있는 최대 속도에 도달하게 되면, 보조권선(21)에서 발생하는 역기전력은 입력전압(12V)과 동일한 수준에 이르게 되며, 결국 보조권선(21)에는 전류가 흐르지 않게 되어, 이때 주권선(20)에만 전류가 흐르는 고속모드로의 자동 전환이 이루어지게 된다.Then, when the number of revolutions of the motor reaches the maximum speed that can be reached by operating only the winding winding with a relatively large number of turns, the counter electromotive force generated in the auxiliary winding 21 reaches the same level as the input voltage (12V), and eventually auxiliary Since the current does not flow in the winding 21, the automatic switching to the high speed mode in which the current flows only in the main winding 20 is performed.

즉, 기동모드 구동을 위한 표 1의 정류 시퀀스에 의해 구동하더라도 보조권선에서 발생하는 역기전력이 입력전압과 같아지는 순간 이후부터는 보조권선(21) 끝단의 전압이 입력전압보다 높아지므로 보조권선(21)에는 전류가 유입되지 않는 것이다.That is, even when driven by the rectification sequence shown in Table 1 for driving the start mode, the voltage at the end of the auxiliary winding 21 becomes higher than the input voltage after the moment when the counter electromotive force generated in the auxiliary winding is equal to the input voltage. No current flows into it.

물론, 전동기의 회전수가 보조권선(21)만을 작동시켰을 때 이를 수 있는 최대 속도를 넘어서게 되면 보조권선(21)에는 역기전력에 의한 역전류가 흐를 수 있으나, 도시한 바의 경로상에 브리지 회로(5)가 존재하므로 브리지 회로의 특성상 역기전력에 의한 역전류가 흐르지 못하게 된다.Of course, if the rotational speed of the motor exceeds the maximum speed that can be reached when only the auxiliary winding 21 is operated, the reverse current due to the counter electromotive force can flow in the auxiliary winding 21, but the bridge circuit (5) on the path as shown. ), The reverse current due to back EMF cannot flow due to the nature of the bridge circuit.

만약, 보조권선(21)에서 발생하는 역기전력에 의한 전류가 주권선(20)으로 유입되는 경우에는 전동기의 속도 증가가 저하된다.If the current caused by the counter electromotive force generated in the auxiliary winding 21 flows into the main winding 20, the speed increase of the motor is lowered.

본 발명의 인버터 회로(1)에서는 상기 브리지 회로(5)에 의해 보조권선(21)에서 발생하는 역기전력이 입력전압(12V)보다 커지더라도 주권선(20)과 반대방향의 전류는 흐르지 못하게 되며, 결국 속도의 저하 없이 주권선(20)만을 구동하는 경우의 최대 속도에 도달하게 된다.In the inverter circuit 1 of the present invention, even if the counter electromotive force generated in the auxiliary winding 21 by the bridge circuit 5 is greater than the input voltage 12V, the current in the opposite direction to the main winding 20 does not flow. As a result, the maximum speed of driving only the main winding 20 without reaching the speed is reached.

결과적으로는 상기와 같은 브리지 회로(5)의 특성에 의해 작동모드가 자동으로 전환될 수 있으며, 별도의 전환시점 결정 없이 기동구간에서는 주권선(20)과 보조권선(21)을 모두 사용하는 병렬모드로 작동하고, 고속의 정상상태 구간에서는 주권선만(20)을 사용하는 고속모드로 작동하게 되는 것이다. As a result, the operation mode can be automatically switched by the characteristics of the bridge circuit 5 as described above, and in parallel, the main winding 20 and the auxiliary winding 21 are used in the starting section without determining the switching point. Mode to operate, in the high-speed steady state section is to operate in the high speed mode using only the main winding 20.

한편, 첨부한 도 10은 본 발명에 따른 인버터 회로의 제2실시예를 도시한 회로도로서, 이는 브러시리스 직류전동기의 주권선(20) 및 보조권선(21)과 제2실시예의 인버터 회로(1)간 결선상태를 개략 도시한 것이다.Meanwhile, FIG. 10 is a circuit diagram showing a second embodiment of the inverter circuit according to the present invention, which is the main winding 20 and the auxiliary winding 21 of the brushless DC motor and the inverter circuit 1 of the second embodiment. Figures schematically show the wiring state.

본 제2실시예의 인버터 회로는 기존 스위칭 소자 6개를 이용한 인버터 회로 1조가 고정자 권선 1조를 구동하는 구조로 되어 있으며, 이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. The inverter circuit of the second embodiment has a structure in which a pair of inverter circuits using six conventional switching elements drives a stator winding pair, which will be described in more detail as follows.

도시한 바와 같이, 스위칭 소자로서 환류 다이오드(3b,4b)와 함께 1조로 구성되는 다수개의 트랜지스터(3a,4a)를 포함하며, 보조권선(21)에서 발생하는 입력전압(12V)보다 큰 역기전력에 의한 전류가 주권선(20)으로 유입되지 않게 차단하는 다이오드 소자(6,7)가 구비된다.As shown in the figure, the switching element includes a plurality of transistors 3a and 4a constituted by a set together with the reflux diodes 3b and 4b, and has a counter electromotive force greater than the input voltage 12V generated in the auxiliary winding 21. Diode elements 6 and 7 are provided to block current from flowing into the main winding 20.

먼저, 1개의 입력측 스위칭 소자(3)와 1개의 출력측 스위칭 소자(4)를 1쌍으로 하여 모두 6쌍의 스위칭 소자(입력측과 출력측이 각 6개씩), 즉 총 12개의 스위칭 소자(3,4)가 구비되되, 입력측 스위칭 소자(3)의 각 트랜지스터(3a)는 그 컬렉터단이 입력전압(12V)이 걸리는 인버터 회로(1)의 입력단에 연결된 상태로 하여 서로간 병렬로 연결되어 있고, 각 출력측 트랜지스터(4a)는 그 이미터단이 모두 접지단과 연결된 구조로 되어 있다.First, one pair of input switching elements 3 and one output switching element 4 are used as a pair, and all six pairs of switching elements (six input side and six output side respectively), that is, a total of 12 switching elements 3 and 4 Each transistor 3a of the input side switching element 3 is connected in parallel with each other with its collector terminal connected to the input terminal of the inverter circuit 1 to which the input voltage 12V is applied. The output transistor 4a has a structure in which all of its emitter terminals are connected to the ground terminal.

물론, 각 트랜지스터(3a,4a)의 베이스단은 스위칭 신호가 입력되는 부분이다.Of course, the base end of each transistor 3a, 4a is a portion to which a switching signal is input.

또한, 상기 각 트랜지스터 쌍에서 입력측 트랜지스터(3a)의 이미터단과 출력측 트랜지스터(4a)의 컬렉터단이 상호 연결되어 있으며, 이와 같이 상기 각 입력측 트랜지스터(3a)와 출력측 트랜지스터(4a)를 상호 연결하는 회로상에는 주권선(20)과 보조권선(21)의 상 끝단이 하나씩 접속된다.In addition, the emitter terminal of the input transistor 3a and the collector terminal of the output transistor 4a are connected to each other in the pair of transistors, and thus the circuits connecting the input transistors 3a and the output transistors 4a to each other. The upper ends of the main winding 20 and the auxiliary winding 21 are connected one by one.

여기서, 도면에 나타낸 바와 같이, 병렬로 이웃 연결된 좌측 3개의 트랜지스터 쌍에는 주권선(20)의 상 끝단이 하나씩 연결되고, 병렬로 이웃 연결된 우측 3개의 트랜지스터 쌍에는 보조권선(21)의 상 끝단이 하나씩 연결되는 바, 좌측 3개의 트랜지스터 쌍은 주권선 제어용으로, 우측 3개의 트랜지스터 쌍은 보조권선 제어용으로 사용된다. Here, as shown in the figure, the upper ends of the main windings 20 are connected one by one to the left three transistor pairs connected in parallel and the upper ends of the auxiliary windings 21 are connected to the three right pairs of transistors connected in parallel. One by one connection, the left three transistor pairs are used for main winding control and the right three transistor pairs are used for auxiliary winding control.

다음으로, 제2실시예의 인버터 회로(1)는, 주권선 제어용의 입력측 트랜지스터와 보조권선 제어용의 입력측 트랜지스터를 연결하는 회로상에 설치되는 제1다이오드(6)와, 주권선 제어용의 출력측 트랜지스터와 보조권선 제어용의 출력측 트랜 지스터를 연결하는 회로상에 설치되는 제2다이오드(7)를 포함한다.Next, the inverter circuit 1 of the second embodiment includes a first diode 6 provided on a circuit connecting the input side transistor for main winding control and the input side transistor for auxiliary winding control, the output side transistor for main winding control, And a second diode 7 provided on a circuit connecting the output side transistor for auxiliary winding control.

여기서, 상기 제1다이오드(6)는 보조권선 제어용의 입력측 환류 다이오드(도 10에서 입력측의 우측 3개 다이오드임)를 통과한 전류가 주권선 제어용의 입력측 트랜지스터로 흐르지 않게 차단하는 역할을 하고, 상기 제2다이오드(7)는 주권선 제어용의 출력측 트랜지스터를 통과한 전류가 보조권선 제어용의 출력측 환류 다이오드(도 10에서 출력측의 우측 3개 다이오드임)로 흐르지 않게 차단하는 역할을 한다.Here, the first diode 6 serves to block the current passing through the input side flyback diode (the three right-side diodes on the input side in FIG. 10) for auxiliary winding control does not flow to the input side transistor for main winding control. The second diode 7 serves to block the current passing through the output side transistor for main winding control from flowing to the output side reflux diode (which is the right three diodes on the output side in FIG. 10) for the auxiliary winding control.

상기 두 다이오드(6,7)는 앞서 설명한 제1실시예의 브리지 회로(5)를 대체하는 것으로서, 보조권선(21)에서 발생하는 역기전력에 의한 전류가 주권선(20)으로 유입되지 않도록 차단하는 역할을 한다.The two diodes 6 and 7 replace the bridge circuit 5 of the first embodiment as described above, and block the currents caused by the counter electromotive force generated in the auxiliary winding 21 from entering the main winding 20. Do it.

예를 들면, 전동기의 회전수가 보조권선(21)만을 작동시켰을 때 이를 수 있는 최대 속도를 넘어서게 되면 보조권선(21)에는 역기전력에 의한 역전류가 흐를 수 있다.For example, if the rotation speed of the electric motor exceeds the maximum speed that can be achieved when only the auxiliary winding 21 is operated, a reverse current due to counter electromotive force may flow in the auxiliary winding 21.

이때, 제1다이오드(6)가 없다고 가정하면, 보조권선(21)의 역전류가 입력전압(12V)보다 크므로, 보조권선(21) →보조권선 제어용의 입력측 환류 다이오드 →주권선 제어용의 입력측 트랜지스터 →주권선(20) 순으로 이루어지는 역전류 경로가 형성될 수 있다.At this time, assuming that there is no first diode 6, since the reverse current of the auxiliary winding 21 is greater than the input voltage 12V, the auxiliary winding 21 → the input side reflux diode for the auxiliary winding control → the input side for the primary winding control A reverse current path may be formed in the order of the transistor → the main winding 20.

이러한 경우, 권선에 흐르는 전류의 방향에 따라 주권선(20)에서는 전동기의 회전방향의 토크를 발생하고, 보조권선(21)에서는 회전방향의 반대방향의 토크를 발생하며, 권선수의 차이로 인해 고정자에 발생하는 기자력(MMF)은 주권선(20)에서 발생하는 기자력보다 보조권선(21)에서 발생하는 기자력이 크게 된다.In this case, the main winding 20 generates torque in the rotational direction of the motor according to the direction of the current flowing in the winding, and the auxiliary winding 21 generates torque in the opposite direction of the rotational direction, due to the difference in the number of turns. The magnetomotive force generated in the stator (MMF) is greater than the magnetic force generated in the main winding 20, the magnetic force generated in the auxiliary winding (21).

따라서, 보조권선(21)에서 발생하는 음의 토크는 전동기가 고속으로 구동하는 것을 방해하는 역할을 한다. Therefore, the negative torque generated in the auxiliary winding 21 serves to prevent the motor from driving at high speed.

그러나, 본 제2실시예에서는 역전류 경로상에 상기 제1다이오드(6)와 제2다이오드(7)가 설치됨으로 해서 보조권선(21)에서 발생하는 입력전압(12V)보다 큰 역기전력에 의한 전류가 주권선(20)쪽으로 흐르지 않게 된다.However, in the second embodiment, the first diode 6 and the second diode 7 are installed on the reverse current path so that the current is caused by the counter electromotive force larger than the input voltage 12V generated in the auxiliary winding 21. Will not flow toward the sovereignty (20).

결국, 상기 다이오드(6,7)에 의해 보조권선(21)에서 발생하는 역기전력이 입력전압보다 커지더라도 주권선(20)과 반대방향의 전류는 흐르지 못하게 되며, 이에 속도의 저하 없이 주권선(20)만을 구동하는 경우의 최대 속도에 도달하게 된다.As a result, even when the counter electromotive force generated in the auxiliary winding 21 is greater than the input voltage by the diodes 6 and 7, current in the opposite direction to the main winding 20 does not flow, and thus the main winding 20 is not deteriorated. ), The maximum speed is reached.

도 10에 도시한 바와 같은 인버터 회로(1)를 이용함에 있어서, 요구되는 토크와 속도에 따라 달라지는 각 작동모드에 적합하게 구동신호가 달라져야 하며, 그 구동신호는 다음의 표 2와 같이 인가되어야 한다.In using the inverter circuit 1 as shown in FIG. 10, a drive signal must be changed to suit each operation mode that depends on the required torque and speed, and the drive signal must be applied as shown in Table 2 below. .

이와 같은 제2실시예의 인버터 회로(1)를 적용하는 경우에서도 전동기의 구동상태나 전동기의 작동모드가 기동모드에서 고속모드로 자동 전환되어지는 원리 등은 제1실시예의 인버터 회로를 적용하는 경우와 동일하다. Even when the inverter circuit 1 of the second embodiment is applied, the principle that the driving state of the motor or the operation mode of the motor is automatically switched from the start mode to the high speed mode is similar to the case of applying the inverter circuit of the first embodiment. same.

즉, 기동시에는 인버터 회로(1)를 병렬모드로 작동시켜 주권선(20) 및 보조권선(21)을 모두 사용하여 구동시키고, 고속의 정상상태에 도달하면 주권선(20)만을 사용하여 고속모드로 구동시킨다.That is, at start-up, the inverter circuit 1 is operated in parallel mode to drive by using both the main winding 20 and the auxiliary winding 21, and when the steady state of the high speed is reached, only the main winding 20 is used. Run in mode.

먼저, 기동시에는 인버터 회로(1)의 각 스위칭 소자(3,4)에 스위칭 신호를 적절히 인가하여 주권선(20)과 보조권선(21) 모두에 전류를 인가한다.First, at start-up, a switching signal is appropriately applied to each of the switching elements 3 and 4 of the inverter circuit 1 to apply a current to both the main winding 20 and the auxiliary winding 21.

이때, 권선에서 발생하는 역기전력이 없으므로 상기 주권선(20)과 보조권선(21)에는 각각 유입될 수 있는 최대의 전류가 흐르게 된다.At this time, since there is no counter electromotive force generated in the winding, the maximum current that can flow into the main winding 20 and the auxiliary winding 21 respectively flows.

이후 전동기의 회전수가 권선수가 상대적으로 큰 보조권선(21)만을 작동시켰을 때 이를 수 있는 최대 속도에 다다르면 보조권선(21)에서 발생하는 역기전력은 입력전압(12V)과 동일한 수준에 이르며, 결국 보조권선(21)에는 전류가 흐르지 않게 되어 이때 주권선(20)에만 전류가 흐르는 고속모드로의 자동 전환이 이루어지게 된다.Then, when the number of turns of the motor reaches only the maximum speed that can be achieved by operating only the auxiliary winding 21 having a relatively large number of turns, the counter electromotive force generated by the auxiliary winding 21 reaches the same level as the input voltage (12V). 21, no current flows, and automatic switching to the high speed mode in which current flows only in the main winding 20 is performed.

즉, 기동모드 구동을 위한 표 2의 정류 시퀀스에 의해 구동하더라도 보조권선(21)에서 발생하는 역기전력이 입력전압과 같아지는 순간 이후부터는 보조권선(21) 끝단의 전압이 입력전압(12V)보다 높아지므로 보조권선(21)에는 전류가 유입되지 않는 것이다.That is, even when driven by the rectification sequence of Table 2 for driving the start mode, the voltage at the end of the auxiliary winding 21 is higher than the input voltage 12V after the moment when the counter electromotive force generated in the auxiliary winding 21 becomes equal to the input voltage. Since the auxiliary winding 21 is not current flows.

물론, 전동기의 회전수가 보조권선(21)만을 작동시켰을 때 이를 수 있는 최대 속도를 넘어서게 되면 보조권선(21)에는 역기전력에 의한 역전류가 흐를 수 있으나, 전술한 바의 역전류 경로상에 상기한 다이오드(6,7)가 존재하므로 역기전력에 의한 전류가 주권선(20)쪽으로는 흐르지 못하게 된다.Of course, if the rotational speed of the motor exceeds the maximum speed that can be reached when only the auxiliary winding 21 is operated, the reverse current due to the counter electromotive force may flow in the auxiliary winding 21, but the above-described on the reverse current path as described above Since the diodes 6 and 7 exist, current by the counter electromotive force does not flow toward the main winding 20.

결국, 보조권선(21)에서 발생하는 역기전력이 입력전압보다 커지더라도 주권선(20)과 반대방향의 전류는 흐르지 못하게 되며, 이에 속도의 저하 없이 주권선(20)만을 구동하는 경우의 최대 속도에 도달하게 된다.As a result, even when the counter electromotive force generated in the auxiliary winding 21 becomes larger than the input voltage, current in the opposite direction to the main winding 20 does not flow, and thus, at the maximum speed when only the main winding 20 is driven without a decrease in speed. Will be reached.

결과적으로는 제1실시예의 인버터를 적용하는 경우와 마찬가지로 전동기는 별도 전환시점의 결정 없이 기동구간에서는 주권선(20)과 보조권선(21)을 모두 사용하는 병렬모드로 작동하고, 고속의 정상상태 구간에서는 주권선만(20)을 사용하는 고속모드로 작동하게 된다.As a result, as in the case of applying the inverter of the first embodiment, the motor operates in a parallel mode using both the main winding 20 and the auxiliary winding 21 in the starting section without determining the switching time, and is in a high speed steady state. In the section it operates in a high speed mode using only the main winding 20.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는 바, 본 발명이 다음의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples.

실시예Example

본 발명의 실시예로서, 브리지 회로를 채용한 도 7의 인버터 회로를 적용하여 병렬 권선구조가 적용된 3.5인치 HDD용 스핀들 모터(spindle motor)를 제작하였다.As an embodiment of the present invention, the inverter circuit of FIG. 7 employing the bridge circuit was applied to manufacture a spindle motor for a 3.5 inch HDD to which a parallel winding structure was applied.

다음의 표 3은 그 제원을 나타낸다.Table 3 below shows the specifications.

한편, 상기와 같이 제작한 스핀들 모터(이하, 실시예라 칭함)에 대하여 다음의 성능 특성을 실측한 후 이를 주권선만을 가지는 기존 브러시리스 직류전동기(이하, 비교예라 칭함)와 동일한 조건하에서 비교해 보았으며, 그 결과를 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, the following performance characteristics of the spindle motor (hereinafter referred to as the embodiment) manufactured as described above were measured and compared with the same conditions as the conventional brushless DC motor (hereinafter referred to as a comparative example) having only a main winding. The results are as follows.

물론, 비교예의 경우, 도 3a와 도 3b에 도시한 종래의 인버터 회로가 적용되 었으며, 그 권선수는 실시예의 주권선수와 같게 하고, 그 외 나머지 제원은 실시예와 동일하게 하였다. Of course, in the case of the comparative example, the conventional inverter circuit shown in Figs. 3a and 3b was applied, the number of turns is the same as the sovereign player of the embodiment, and the rest of the specifications were the same as the embodiment.

먼저, 첨부한 도 11은 구동속도-전류 특성을 나타낸 그래프로서, 그래프의 기울기는 토크상수를 의미한다.First, Figure 11 is a graph showing the drive speed-current characteristics, the slope of the graph means a torque constant.

결과를 살펴보면, 1A 이상의 높은 전류가 유입되는 기동구간에서는 실시예가 비교예에 비해 높은 토크상수를 가지고 구동되며, 1A 이하의 낮은 전류가 유입되는 고속구동시에서는 실시예와 비교예가 동일한 토크상수를 가지고 구동되는 것을 확인할 수 있었다.As a result, the embodiment is driven with a higher torque constant than the comparative example in the starting section in which a high current of 1 A or more is introduced, and in the high speed driving in which a low current of 1 A or less is introduced, the Example and the comparative example have the same torque constant. It can be seen that the drive.

다음으로, 첨부한 도 12는 구동속도-토크 특성을 나타낸 그래프로서, 비교예의 경우 기동토크가 9.9 mN-m였으며, 실시예의 경우 기동토크가 15.9 mN-m로서, 대략 60%의 기동토크 향상을 보였다.Next, FIG. 12 is a graph showing driving speed-torque characteristics. In the comparative example, the starting torque was 9.9 mN-m, and in the example, the starting torque was 15.9 mN-m, which improved the starting torque by approximately 60%. Seemed.

도 12의 그래프에서 실시예의 경우 기동모드로 동작시 6000 rpm 근방에서 특성곡선의 기울기가 변하는 현상을 볼 수 있는데, 이는 자동적으로 이루어지는 모드 전환에 의한 현상이며, 실시예를 기동모드로 동작시키면 항상 모터가 낼 수 있는 최대의 토크를 내면서 최대 속도에 도달함을 알 수 있다.In the graph of FIG. 12, in the case of the embodiment, the slope of the characteristic curve changes around 6000 rpm when operating in the start mode. This is a phenomenon caused by the automatic mode switching. It can be seen that the maximum speed is reached while producing the maximum torque that can be achieved.

또한, 첨부한 도 13은 무부하상태의 구동속도 변화를 나타낸 그래프로서, 기동모드로 구동시 주권선만을 이용하는 고속모드 동작시보다 큰 가속도를 가지고 속도가 증가함을 알 수 있으며, 이를 통해 기동시간의 단축 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. In addition, Figure 13 is a graph showing the change in the drive speed of the no-load state, it can be seen that the speed increases with a greater acceleration than in the high speed mode operation using only the main winding when driving in the start mode, through which the It was confirmed that there was a shortening effect.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 브러시리스 직류전동기와 그 구동을 위한 인버터 회로에 의하면, 전기자권선에 병렬 보조권선을 추가하여 기동시의 유효 권선수를 증가시킴으로써, 기동전류 및 토크상수를 향상시키고, 이를 통해 기동토크를 향상시킬 수 있으며, 기동시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.As described above, the brushless DC motor and the inverter circuit for driving the same according to the present invention improve the starting current and torque constant by adding parallel auxiliary windings to the armature windings to increase the effective number of turns at the start. In this way, it is possible to improve the starting torque and to shorten the starting time.

또한, 주권선과 보조권선을 동시에 작동하는 기동모드와 주권선만을 작동하는 고속모드로 나누어 제어할 수 있게 됨으로써, 기동시 높은 기동토크를 발휘할 수 있으면서도 정상상태 구동시 고속회전이 가능해지는 장점이 있게 된다. In addition, the main winding and the auxiliary winding can be controlled by dividing the main mode and the high speed mode in which only the main winding is operated at the same time, so that high starting torque can be exhibited at the start and high speed rotation is possible in the steady state driving. .

특히, 주권선과 보조권선이 병렬 연결된 브러시리스 직류전동기에서는 주권선과 보조권선의 권선비를 변화시켜 기동토크의 변경 및 모드 전환시점의 변경이 가능하며, 이러한 직류전동기에 본 발명의 인버터 회로를 적용하는 경우 권선수가 다른 병렬 권선 구동시의 역기전력에 의한 영향을 배제하면서 전동기의 고속구동을 구현할 수 있다.Particularly, in the brushless DC motor in which the main winding and the auxiliary winding are connected in parallel, it is possible to change the starting torque by changing the winding ratio of the main winding and the auxiliary winding, and to change the time of mode switching, and when applying the inverter circuit of the present invention to such a DC motor. High speed driving of the motor can be realized while excluding the influence of the counter electromotive force in the parallel winding driving with the different number of turns.

Claims

delete

In the inverter circuit comprising a plurality of switching elements consisting of a set of transistors and diodes, and for driving a parallel winding type brushless DC motor having a main winding and an auxiliary winding,

It consists of a pair of switching elements connected in parallel to each other by using a pair of input switching elements connected to the input terminal and the output switching elements connected to the ground terminal connected to the input voltage, the input and output switching of each pair A bridge circuit is provided between the elements, and the upper ends of the two windings are connected one by one on the circuit between the switching element and the bridge circuit, so that the bridge circuit is subjected to the counter electromotive force generated by the difference in the number of turns of the two windings. Inverter circuit for driving a brushless DC motor of a parallel winding method characterized in that the reverse current is cut off.

The method according to claim 3,

The bridge circuit is an inverter circuit for driving a brushless DC motor of a parallel winding type, characterized in that consisting of four diodes and one transistor.

In an inverter circuit comprising a plurality of switching elements consisting of a set of transistors and diodes, and for driving a parallel winding type brushless DC motor having a main winding and a secondary winding of a three-phase Y connection system,

A plurality of pairs of switching elements connected in parallel with each other by using one pair of input switching elements connected to the input terminal to the input voltage and one output switching element connected to the ground terminal as a pair, the upper end of the two windings Each of the two windings is connected between a pair of switching elements connected to an input side and an output side switching element of each pair, and a pair of switching elements connected to an upper end of the main winding and a pair of switching elements connected to an upper end of the auxiliary winding. Inverter circuit for driving a brushless DC motor of a parallel winding method characterized in that the diode is installed to block the reverse current caused by the reverse electromotive force generated by the winding number difference.

The method according to claim 5,

The upper end of the main winding is connected on a circuit between the input side and the output side switching element of each switching element for main winding control connected in parallel to each other, and the upper end of the auxiliary winding is adjacent to the input side of each switching element pair for auxiliary winding control connected in parallel. Connected to a circuit between the output side switching element and the output side switching element, wherein one diode is provided on each of the circuits of the input side and the output side connecting the main winding control switch element pair and the auxiliary winding control switching element pair in parallel. Inverter circuit for driving brushless DC motors in parallel winding.