KR100640773B1 - 모터의 회전자 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 회전자 구조에 관한 것으로, 원형으로 형성되는 회전자 몸체와, 상기 회전자 몸체의 내부의 가장자리를 따라 형성되며, 교호로 다른 극성을 가지는 다수개의 영구자석을 포함하고, 상기 영구자석의 두께가 회전자의 회전방향에 따라 변화하는 모터의 회전자 구조에 관한 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 역기전력의 파형에서 제로-크로스 포인트를 보다 용이하게 인지할 수 있게 되어, 정상적인 모터의 구동이 가능하고, 모터의 구동시 인버터 제어를 보다 원활하게 하는 효과가 있다.

모터, 회전자, 영구자석

Description

모터의 회전자 구조{ROTOR STRUCTURE OF MOTOR}

도 1은 종래 3상 비엘디시 모터의 정류를 위한 인버터 회로를 나타낸 도면

도 2는 종래 모터의 회전자 구조를 나타낸 도면

도 3은 종래 모터의 회전자 구조에 의한 역기전력의 파형을 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 모터의 회전자 구조를 나타낸 도면

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 회전자 구조에 의한 역기전력의 파형을 나타낸 도면

*도면의 주요 부호에 대한 설명*

10 : 회전자 몸체 20 : 영구자석

일반적으로 디시(DC) 모터는 선형 시스템으로 모형화될 수 있기 때문에 제어 하기가 쉽다는 장점을 가지고 있지만, 접촉식 정류자(commutator)인 브러시의 마모로 인하여 관리하기가 어렵다는 단점을 가지고 있다.

그러므로, 상기 디시 모터에서 브러시를 없애고, 디시 모터의 특성은 그대로 유지되도록 고안된 모터가 비엘디시(BLDC; brushless direct current) 모터이다.

이러한 비엘디시 모터는 영구 자석으로 이루어진 회전자와 전압이 인가되면 전자석이 되는 코일로 이루어진 고정자를 포함하며, 일반적으로 홀 센서를 통해 검출된 상기 회전자의 위치 정보에 따라 고정자 코일에 교번으로 인가되는 전압에 의하여 정상적으로 회전하게 된다.

도 1은 고정자 코일에 전압이 교번으로 인가되도록 하기 위한 3상 비엘디시 모터의 인버터 회로를 나타낸 것으로서, 회전자의 위치 정보에 따라 입력되는 스위칭 제어 신호에 의해 상측 구동 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)와 하측 구동 트랜지스터

(Q4, Q5, Q6)에서 각각 하나의 트랜지스터가 교번으로 스위칭되므로 고정자 코일의 각 상(A, B, C)에 흐르는 전류의 방향이 바뀌게 되어 회전자가 계속 회전할 수 있게 된다.

그러나, 비엘디시 모터의 이용 목적에 따라 홀 센서를 취부하지 못하는 경우가 많기 때문에, 최근에는 홀 센서 대신 모터 회전시 발생하는 역기전력(back ele-

ctromotive force)을 검출하여 이를 회전자의 절대적인 위치 정보로 이용하는 센서리스(sensorless) 비엘디시 모터의 구동 방법이 제시되고 있다.

모터의 회전시 고정자 코일의 각 상에서 발생하는 역기전력은 정현파와 비슷한 형태를 가지는데, 역기전력을 이용하여 모터를 정상적으로 회전시키기 위해서는 모터 구조상 역기전력이 음(-)의 반주기에서 양(+)의 반주기로 전환되는 시점, 즉 역기전력이 고정자 코일의 중성점 전압과 교차하는 제로-크로스 포인트(zero-cross point)를 정확히 인지하여야 한다.

도 2는 종래 모터의 회전자 구조를 나타낸 도면이며, 도 3은 종래 모터의 회전자 구조에 의한 역기전력의 파형을 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같이, 종래 모터의 회전자 구조는 원형으로 형성되는 회전자 몸체(10)와, 상기 회전자 몸체의 내부의 가장자리를 따라 형성되며, 교호로 다른 극성을 가지는 다수개의 외측부가 볼록한 호 형상의 영구자석(20)으로 이루어진다.

상기 모터의 회전자 구조에 의해 발생되는 역기전력의 파형은 제로-크로스 포인트 부근이 다른 곳보다 그래프의 경사가 가파르며, 이 때문에 실제의 제로-크로스 포인트를 정확하게 인지하기가 어렵다는 문제점이 발생한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 실제의 제로-크로스 포인트가 아닌 제로-크로스 포인트의 전, 후를 가상하여 포인트를 잡는 방법이 제시되었으나, 이 방법 또한, 센서리스 비엘디시 모터의 경우에는 정상적인 모터의 구동이 불가능해지거나, 모터의 구동이 가능하더라도 인버터 제어에 있어서 손실이 발생하게 된다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 모터의 회전자 구조에 있어서 영구자석의 두께를 회전자의 회전방향에 따라 변 화시켜 인버터의 제어를 원할하게 하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 모터의 회전자 구조에 있어서, 원형으로 형성되는 회전자 몸체와, 상기 회전자 몸체의 내부의 가장자리를 따라 형성되며, 교호로 다른 극성을 가지는 다수개의 영구자석을 포함하고, 상기 영구자석의 두께가 회전자의 회전방향에 따라 변화한다.

또한, 상기 영구자석은 외측부가 볼록한 호 형상이며, 상기 영구자석의 두께는 상기 회전자의 회전방향으로 증가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 영구자석은 외측부가 볼록한 호 형상이며, 상기 영구자석의 외측부와 회전자 몸체의 외주면 사이의 거리가 회전자의 회전방향으로 갈수록 감소하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 모터의 회전자 구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 회전자 구조에 의한 역기전력의 파형을 나타낸 도면이다.

도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이, 모터의 회전자 구조는 회전자 몸체(10)와, 다수개의 영구자석(20)과, 회전자 압입홀(30)을 포함한다.

상기 회전자 몸체(10)는 원형으로 형성되며, 상기 회전자 압입홀(30)은 회전자 몸체(10)의 중앙에 원형으로 형성된다.

상기 영구자석(20)은 상기 회전자 몸체(10)의 내부의 가장자리를 따라 형성되고, 교호로 다른 극성을 가지는 다수개가 형성된다.

또한, 상기 영구자석(20)은 상기 회전자의 외주면을 향하는 외측부가 볼록한 호 형상을 이루며, 상기 회전자의 회전방향측의 호 형상부의 두께는 회전방향 반대측의 호 형상부의 두께보다 두껍게 형성된다.

자력은 영구자석의 두께에 비례함에 따라, 상기 회전자의 회전방향측의 호 형상부보다 영구자석의 두께가 덜 두꺼운 상기 회전자의 회전방향 반대측의 호 형상부는 상대적으로 자력이 약해진다.

또한, 상기 회전자의 회전방향측의 호 형상부보다 영구자석의 두께가 덜 두꺼운 상기 회전자의 회전방향 반대측의 호 형상부는 회전자와 고정자 사이의 도달거리가 더 떨어져 있으므로 상대적으로 자력이 약해진다.

결국, 상기 회전자 회전방향측의 호 형상부보다 영구자석의 두께가 덜 두꺼운 회전자 회전방향 반대측의 호 형상부는 영구자석의 두께가 가늘어지고, 이러한 두께의 변화에 따른 회전자와 고정자 사이의 도달거리가 상대적인 멀어짐으로 인하여 자력이 보다 약해진다.

이러한 회전방향 반대측의 자력의 약화로 인하여 왜곡이 없어지거나, 왜곡이 약해져서 제로-크로스 포인트 부근에서의 파형의 경사가 보다 완만하게 된다.

이로 인하여, 제로-크로스 포인트를 보다 용이하게 인지할 수 있게 되어, 정상적인 모터의 구동이 가능하고, 모터의 구동시 인버터 제어를 보다 원활하게 한다.

모터의 회전자 구조에 있어서, 회전자 몸체에 배치되는 다수개의 영구자석의 두께를 회전자의 회전방향으로 보다 두껍게 형성함으로써, 역기전력의 파형에서 제로-크로스 포인트를 보다 용이하게 인지할 수 있게 되어, 정상적인 모터의 구동이 가능하고, 모터의 구동시 인버터 제어를 보다 원활하게 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 모터의 회전자 구조에 있어서,

   원형으로 형성되는 회전자 몸체와:

   상기 회전자 몸체의 내부의 가장자리를 따라 형성되며, 교호로 다른 극성을 가지는 다수개의 영구자석을 포함하고,

   상기 영구자석의 두께가 회전자의 회전방향에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자 구조
2. 제 1항에 있어서,

   상기 영구자석은 외측부가 볼록한 호 형상이며,

   상기 영구자석의 두께는 상기 회전자의 회전방향으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자 구조
3. 제 1항에 있어서,

   상기 영구자석은 외측부가 볼록한 호 형상이며,

   상기 영구자석의 외측부와 회전자 몸체의 외주면 사이의 거리가 회전자의 회전방향으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자 구조

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