KR101249628B1 - 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터 - Google Patents

스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제어기로부터 스위칭 소자를 분리하여 모터본체에 탑재함으로써, 제어기의 중량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 스위칭 소자로부터 발생되는 고온발열 문제를 해결할 수 있도록 한 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 모터본체와 제어기 사이에서 대전류의 전원케이블을 삭제함으로써, 이러한 전원케이블과 연결 부위 등에서 발생되는 전기적인 저항성분을 줄여 전력낭비를 방지하고, 또한, 방사노이즈를 저감시킬 수 있도록 한 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터를 제공하는데 다른 목적이 있다.

Description

스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터{SWITCHING ELEMENT INTEGRATED BRUSHLESS MOTOR}
본 발명은 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터의 구동을 제어하는 제어기로부터 스위칭소자를 분리하여 브러쉬리스 모터 내에 내장시킴으로써, 제어기에서 발생되는 고온발열 현상을 방지하고 원가절감 효과를 얻음과 동시에 소비전력의 효율을 향상할 수 있도록 한 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터에 관한 것이다.
일반적으로 브러쉬리스 모터(Brushless DC Motor)는, 기계적인 브러쉬가 아닌 트랜지스터를 스위칭 소자로 이용하여 구동력을 제어하기 때문에 모터 구동중 스파크의 발생으로 인한 가스폭발의 위험이 없고 일반 DC모터보다 수명이 길기 때문에 많이 이용되고 있다.
도 1은 종래의 브러쉬리스 모터의 구성을 보여주기 위한 사시도이다.
이러한 브러쉬리스 모터는, 모터본체(10)와 이 모터본체(10)를 제어하기 위한 제어기(20)를 포함한다.
특히, 제어기(20)에는 모터의 회전제어를 위하여 외부에서 공급된 전원을 스위칭시켜 주기 위한 스위칭소자(21)가 구비된다. 그리고, 제어기(20)에는 기판과 스위칭소자(21) 등으로부터 발생되는 열을 냉각시켜주기 위해 히트싱크(22)가 구비된다.
이와 같이 이루어진 제어기(20)는 외부로부터 전원을 공급받기 위하여 전원케이블(23)이 연결되게 되는데, 이 전원케이블(23)은 대전류용의 3상커넥터(23a)를 통하여 연결된다. 그리고, 제어기(20)에는 외부로부터 모터 제어에 필요한 신호 등을 입출력하기 위하여 통신케이블(24)이 연결되는데, 이때 통신케이블(24)은 저렴하고 데이터손실이 적은 캔통신 커넥터(24a)를 이용한다.
한편, 제어기(20)와 모터본체(10) 사이에는 구동에 전원공급을 위하여 전원케이블(25)로 연결된다. 이때, 모터구동에 필요한 전원은 대전류이기 때문에 양측에 각각 3상커넥터(25a)가 구비된다.
이와 같이 이루어진 종래의 브러쉬리스 모터는 다음과 같은 문제가 발생하였다.
1) 제어기와 모터본체 사이에 대전류의 전원을 공급하게 되는데, 이 전원케이블이 직렬저항성분으로 작용하기 때문에, 전기에너지가 열에너지로 변환하면서 생기는 손실이 증가하였다.
2) 스위칭소자가 제어기 내에 탑재되어 있기 때문에, 이 스위칭소자에서 발생되는 열을 방열시키기 위하여 제어기의 재질을 알루미늄 등으로 제작해야 하고 히트싱크를 구비해야 했다. 이러한 스위칭소자의 탑재로 인하여 제어기의 중량이 커지게 되었다.
3) 외부에서 공급된 대전류의 전원이 제어기를 거쳐 모터본체로 공급되기 때문에 전원케이블과 3상커넥터 등을 통해 저항성분이 늘어나게 되고, 방사노이즈를 발생시킨다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 제어기로부터 스위칭 소자를 분리하여 모터본체에 탑재함으로써, 제어기의 중량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 스위칭 소자로부터 발생되는 고온발열 문제를 해결할 수 있도록 한 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 모터본체와 제어기 사이에서 대전류의 전원케이블을 삭제함으로써, 이러한 전원케이블과 연결 부위 등에서 발생되는 전기적인 저항성분을 줄여 열손실에 의한 전력낭비를 방지하고, 방사노이즈를 저감시킬 수 있도록 한 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터를 제공하는데 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터는, 제어기를 포함하는 브러쉬리스 모터에 있어서, 브러쉬리스 모터에는 전류를 인가하여 모터구동을 제어하기 위한 스위칭소자가 탑재되고, 스위칭소자는 제어기를 거치지 않고 외부로부터 직접 전원을 공급받아 제어기로부터 데이터통신을 통해 제어되는 것을 특징으로 한다.
특히, 브러쉬리스 모터는 스위칭소자를 공랭시켜 주기 위하여 히트싱크가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 브러쉬리스 모터에는 전원/통신케이블로부터 전원을 스위칭소자에 인가하기 위한 전원커넥터와, 제어기로부터 제어신호를 입력받기 위한 신호커넥터가 구비되고;, 제어기에는 전원과 제어신호를 공급받기 위하여 전원/통신케이블과 연결된 전원/통신커넥터와, 브러쉬리스 모터를 제어하기 위하여 신호커넥터와 통신케이블로 연결되는 신호커넥터가 구비된 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 브러쉬리스 모터에는 고전류가 인가되고, 제어기에는 저전류가 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 스위칭소자가 모터에 일체로 구성되기 때문에 제어기의 전체 하중을 줄일 수 있다.
2) 제어기의 하중 절감 및 고온발열의 문제가 없기 때문에 제어기의 외형을 수지 등으로 제작하여 중량을 더욱 절감할 수 있게 된다.
3) 제어기와 모터본체 사이의 전원케이블과 3상커넥터를 제거함으로써, 전원공급시 저항성분으로 작용하던 부분을 없애 열손실에 의한 전력낭비를 방지하고 방사노이즈를 저감시켜 준다.
4) 모터본체에 히트싱크를 구비함으로써, 모터의 성능 및 스위칭소자의 냉각효율을 높일 수 있다. 이러한 히트싱크는 모터의 구동력에 의해 모터 내부의 뜨거운 내기를 외부로 배출할 수 있게 함으로써 냉각효과를 더욱 높여준다.
도 1은 종래 브러쉬리스 모터의 구성을 보여주기 위한 사시도.
도 2는 종래 브러쉬리스 모터의 배선연결 상태를 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 브러쉬리스 모터의 구성을 보여주기 위한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 브러쉬리스 모터의 배선연결 상태를 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 블럭도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(구성)
도 3은 본 발명에 따른 브러쉬리스 모터의 구성을 보여주기 위한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 브러쉬리스 모터의 배선연결 상태를 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 블럭도이다.
본 발명에 따른 브러쉬리스 모터(100)는, 외부로부터 공급되는 전원 및 제어신호를 통해 제어하는 제어기(200)를 포함한다. 특히, 브러쉬리스 모터(100)에는 실질적으로 모터의 회전량을 제어하는 스위칭소자(110)가 탑재되며, 이 스위칭소자(110)는 외부로부터 직접 전원을 공급받고 제어기(200)로부터는 제어신호에 필요한 데이터통신이 이루어진다. 여기서 스위칭소자(110)를 좀 더 설명하면 게이트 단자에 인가한 전압을 (+) 또는 (-)로 변환하는 것으로 에미터-커넥터 간의 온/오프제어를 행하는 소자로 트랜지스터, FET, 정션FET, 모스FET, IGBT를 포함한다.
이하, 이러한 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
브러쉬리스 모터(100)는 내부에 스위칭소자(110)가 구비된다. 스위칭소자(110)는 모터의 회전량 등에 따라 필요한 전원을 브러쉬리스 모터(100)에 공급해 준다. 그리고, 이 브러쉬리스 모터(100)에는 스위칭소자(110)로부터 방출되는 고온의 열을 냉각시킬 수 있도록 히트싱크(120)가 형성된다. 히트싱크(120)는 통상의 기술로 제작되는 방열기로서, 브러쉬리스 모터(100)와 별개로 열전도도가 높은 재질로 제작하여 사용한다.
또한, 브러쉬리스 모터(100)에는 스위칭소자(110)를 포함하여 모터구동에 필요한 전원을 공급받을 수 있도록 전원커넥터(130)가 구비된다. 특히, 이 전원커넥터(130)는 브러쉬리스 모터(100)의 구동에 필요한 고전류의 전원을 인가받을 수 있는 커넥터를 구비한다.
그리고, 브러쉬리스 모터(100)에는 스위칭소자(110)를 제어하여 총체적으로 브러쉬리스 모터(100)를 제어할 수 있도록 신호커넥터(140)가 구비된다. 이러한 신호커넥터(140)는 제어기(200)와 데이터통신을 위하여 연결된다.
제어기(200)에는 전원/통신커넥터(211)가 구비되고, 여기에는 전원/통신케이블(210)이 연결된다. 여기서, 전원/통신케이블(210)이란 외부로부터 필요한 전원과 통신에 필요한 케이블이 하나로 형성된 케이블을 말한다. 그리고, 이 전원/통신케이블(210)은 전원커넥터(130)와 연장되어 설치된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 전원/통신커넥터(211)는 저전류용의 커넥터를 이용하는 것이 좋다. 이는 제어기(200)에서 실질적으로 외부전원이 필요없고 제어에 필요한 전원만을 필요로 하기 때문에 고전류가 필요없기 때문이다.
그리고, 제어기(200)에는 신호커넥터(221)가 구비되며, 이 신호커넥터(221)는 상기 브러쉬리스 모터(100)의 신호커넥터(140)와 통신케이블(220)로 연결된다.
이에 따라, 상기 브러쉬리스 모터(100)는 모터구동에 필요한 전원을 전원/통신케이블(210)를 통해 외부전원을 공급받고, 통신케이블(220)을 통하여 제어기(200)로부터 제어신호를 전송받는다.
이때, 브러쉬리스 모터(100)는 고전류의 외부전원을 공급받고, 제어기(200)는 저전류용의 전원/통신커넥터(211)를 통해 저전류가 공급되게 된다.
따라서, 본 발명은 모터구동에 필요한 외부전원이 케이블이나 커넥터와 같은 전기저항성분의 감소로 인하여 전력소비효율이 개선될 뿐만 아니라 방사노이즈를 감소시켜 주게 되는 것이다.
100 : 브러쉬리스 모터 110 : 스위칭소자
120 : 히트싱크 130 : 전원커넥터
140 : 신호커넥터 200 : 제어기
210 : 전원/통신케이블 211 : 전원/통신커넥터
220 : 통신케이블 221 : 신호커넥터

Claims (5)

  1. 제어기(200)를 포함하는 브러쉬리스 모터(100)에 있어서,
    상기 브러쉬리스 모터(100)에는 전류를 인가하여 모터구동을 제어하기 위한 스위칭소자(110)가 탑재되고,
    상기 스위칭소자(110)는 제어기(200)를 거치지 않고 외부로부터 직접 전원을 공급받아 상기 제어기(200)로부터 데이터통신을 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 브러쉬리스 모터(100)는 상기 스위칭소자(110)를 공랭시켜 주기 위하여 히트싱크(120)가 형성된 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭소자(110)는 트랜지스터, FET, 정션FET, 모스FET, IGBT 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터.

  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 브러쉬리스 모터(100)에는 전원/통신케이블(210)로부터 스위칭소자(110)로 전원을 인가하기 위한 전원커넥터(130)와, 상기 제어기(200)로부터 제어신호를 입력받기 위한 신호커넥터(140)가 구비되고,
    상기 제어기(200)에는 전원과 제어신호를 공급받기 위하여 전원/통신케이블(210)과 연결된 전원/통신커넥터(211)와, 상기 브러쉬리스 모터(100)를 제어하기 위하여 상기 신호커넥터(140)와 통신케이블(220)로 연결되는 신호커넥터(221)가 구비된 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 브러쉬리스 모터(100)에는 고전류가 인가되고,
    상기 제어기(200)에는 저전류가 인가되는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 일체형 브러쉬리스 모터.





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