KR101383257B1 - Stator Having 3-Core Connection Structure and BLDC Motor Using the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어짐에 따라 슬롯과 폴의 비율을 최소화할 수 있어 코깅(cogging) 소음을 줄이고, 코어와 코어 사이의 간격을 작게 설정함에 따라 마그넷과 코어 사이의 유효면적을 늘려서 누설자속을 줄여줌에 따라 효율 증대를 도모할 수 있는 3결선 구조의 스테이터, 이를 이용한 BLDC 모터 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
본 발명은 서로 대향하는 위치에 반대 극성으로 이루어진 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 내부 로터와 외부 로터를 구비하는 더블로터; 및 상기 내부 로터와 외부 로터 사이에 배치되며, 코일이 권선된 다수의 분할 코어를 구비하는 스테이터를 포함하며, 상기 코일은 3상 구동방식으로 결선되고, 각 상의 코일은 각각 연속된 3개의 분할 코어에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되어 인접된 분할 코어는 서로 반대방향으로 자속이 발생되는 것을 특징으로 한다.The present invention can minimize the ratio of slots and poles as the coil winding is made by the three-wire method to reduce the cogging noise, and to set the effective area between the magnet and the core by setting a small distance between the core and the core. The present invention relates to a stator having a three-wire structure that can increase efficiency by increasing leakage flux and increasing a BLDC motor using the same, and a driving method thereof.
The present invention provides a rotor comprising: an outer rotor having an inner rotor and an outer rotor in which a plurality of N-pole and S-pole magnets of opposite polarity are alternately arranged at positions opposed to each other; And a stator disposed between the inner rotor and the outer rotor, the stator having a plurality of split cores wound around coils, wherein the coils are connected in a three-phase driving manner, and each phase coil is three consecutive split cores. The divided cores wound in the order of forward, reverse and forward directions are characterized in that magnetic flux is generated in opposite directions.
Description
본 발명은 3결선 구조의 스테이터 및 이를 이용한 BLDC 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어짐에 따라 슬롯과 폴의 비율을 최소화할 수 있어 코깅(cogging) 소음을 줄이고, 코어와 코어 사이의 간격을 작게 설정함에 따라 마그넷과 코어 사이의 유효면적을 늘려서 누설자속을 줄여줌에 따라 효율 증대를 도모할 수 있는 3결선 구조의 스테이터 및 이를 이용한 BLDC 모터에 관한 것이다.The present invention relates to a stator having a three-wire structure and a BLDC motor using the same. More specifically, as the coil winding is made by the three-wire method, the ratio of slots and poles can be minimized, thereby reducing cogging noise and reducing the core. The present invention relates to a stator with a three-wire structure and a BLDC motor using the same, which can increase efficiency by reducing the leakage magnetic flux by increasing the effective area between the magnet and the core by setting the distance between the core and the core to be small.
BLDC 모터를 스테이터 코어의 존재 여부에 따라 분류하면 일반적으로 컵(원통) 구조를 가지는 코어형(또는 레이디얼 갭형)과 코어레스형(또는 액시얼 갭형)으로 나뉘어진다.When the BLDC motor is classified according to the presence or absence of the stator core, it is generally divided into a core type (or radial gap type) having a cup (cylindrical) structure and a coreless type (or an axial gap type).
코어형 구조의 BLDC 모터는 내주부에 형성된 다수의 돌기(티스)에 전자석 구조를 갖기 위해 코일이 권취된 원통형의 스테이터와 원통형 영구 자석으로 이루어진 로터로 구성된 내부 자석형과, 스테이터가 외주부에 형성된 다수의 돌기(티스)에 상하 방향으로 코일이 권취되어 있고 그 외부에 다극 착자된 원통형 영구자석으로 된 로터로 구성된 외부 자석형으로 분류된다.The BLDC motor of the core type has an inner magnet type comprising a cylindrical stator in which a coil is wound and a rotor made of a cylindrical permanent magnet in order to have an electromagnet structure in a plurality of projections (teeth) formed in an inner peripheral portion, And a rotor made of a cylindrical permanent magnet whose outer periphery is wound with a coil wound in a vertical direction on a projection of the outer magnet.
코어형 BLDC 모터는 자기회로가 축을 중심으로 레이디얼 방향으로 대칭인 구조를 가지고 있으므로 축방향 진동성 노이즈가 적고, 저속 회전에 적합하며, 자로의 방향에 대하여 공극이 차지하는 부분이 극히 적어 성능이 낮은 자석을 사용하거나 자석의 양을 줄여도 높은 자속 밀도를 얻을 수 있으므로 토크가 크고 효율이 높다는 장점을 가지고 있다. Since the core type BLDC motor has a structure in which the magnetic circuit is symmetrical in the radial direction about the axis, it is less in the axial vibration noise, is suitable for the low-speed rotation, The magnetic flux density can be obtained by using the magnets or by reducing the amount of magnets, which is advantageous in that the torque is large and the efficiency is high.
그러나, 이러한 코어, 즉 요크 구조는 스테이터를 제작할 때에 요크(yoke, 계철)의 재료 손실이 크고, 양산할 때에 요크의 복잡한 구조로 인하여 요크에 코일을 권선하는 데 특수한 고가의 전용권선기를 사용하여야 하며, 스테이터 제작시 금형 투자비가 높아 설비 투자비용이 높다는 단점을 가지고 있다.However, in such a core, that is, a yoke structure, a material loss of yoke is large when a stator is manufactured, and a dedicated expensive winding machine for winding a coil in the yoke due to the complicated structure of the yoke at the time of mass production must be used And the cost of equipment investment is high due to the high investment cost of the mold when the stator is manufactured.
코어형 AC 또는 BLDC 모터, 특히 레이디얼 갭 타입의 코어 모터에서는 스테이터 코어를 완전 분할형으로 구성하면 값이 싼 범용 권선기를 사용하여 고효율로 분할 코어에 코일을 권선할 수 있기 때문에, 높은 경쟁력을 갖게 된다. 그러나, 이와 반대로 일체형 스테이터 코어 구조인 경우는 값이 비싼 전용 권선기를 사용하며 저효율 권선이 이루어지므로 모터의 제조비용이 높아지게 된다.In the core type AC or BLDC motor, particularly, in the radial gap type core motor, if the stator core is formed in a completely split type, the coils can be wound on the divided cores with high efficiency using a low cost general purpose winding machine. do. On the contrary, in the case of the integral-type stator core structure, since the expensive dedicated winding machine is used and the low efficiency winding is performed, the manufacturing cost of the motor is increased.
액시얼 갭형 더블로터 모터와 레이디얼 갭형 코어 모터의 장점은 살리고 단점을 개선할 수 있는 레이디얼 갭형(코어 타입) 더블 로터 구조의 BLDC 모터가 본 출원인에 의해 등록특허 제10-432954호를 통하여 제안된 바 있다.A BLDC motor of a radial gap type (core type) double rotor structure capable of improving the advantages of the axial gap type blotter motor and the radial gap type core motor and improving the disadvantages is proposed by the present applicant in Japanese Patent No. 10-432954 .
상기 등록특허 제10-432954호에서는 스테이터 코어의 내측 및 외측에 동시에 영구자석 회전자를 배치함에 의해 자로의 흐름을 내측과 외측의 영구자석 및 회전자 요크에 의해 형성시킴으로써 스테이터 코어의 완전 분할이 가능하여 저가의 범용 권선기를 이용하여 개별적인 코일을 권선함에 의해 스테이터 코어의 생산성을 높이고 코어 재료 로스를 줄일 수 있으며, 더블 로터와 조합함에 의해 모터의 출력을 크게 높일 수 있는 구조를 제안하고 있다.In the above-mentioned Japanese Patent No. 10-432954, permanent magnet rotors are disposed on the inner side and the outer side of the stator core at the same time, whereby the flow of the magnetic path is formed by the inner and outer permanent magnets and the rotor yoke, Thus, the productivity of the stator core can be improved by winding the individual coils by using the low-cost universal winding machine, the loss of the core material can be reduced, and a structure capable of greatly increasing the output of the motor by combining with the double rotor is proposed.
또한, 공개특허 제10-2005-245호에서는 일반적인 분할 코어의 연결구조는 내구성이 약하므로 코일이 권선된 다수의 분할형 코어 조립체를 준비한 후, 코일이 권선된 다수의 분할형 코어 조립체를 인쇄회로기판(PCB)에 배열하여 고정시켜서 코일을 결선한 후 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 환원형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 제안하고 있다. 더욱이, 상기 공개특허 제10-2005-245호에서는 스테이터 코일이 권선된 분할 코어가 U,V,W 각 상별로 교대로 배치되는 스테이터 구조를 제안하고 있다.In addition, in the patent document 10-2005-245, since the connection structure of a general divided core is weak in durability, a plurality of split-type core assemblies in which the coils are wound are prepared, The present invention proposes an integrated stator by arranging and fixing it on a substrate (PCB), connecting the coil, and then molding it into a reduced shape by insert molding using a thermosetting resin. In addition, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2005-245, a stator structure in which divided cores each having a stator coil wound is alternately arranged for each of U, V, and W phases is proposed.
한편, 일반적인 BLDC 모터에서는 일체형 코어일 때 스테이터 코일의 권선 순서가 U,V,W 각 상별로 교대로 배치되는 스테이터 구조를 사용하며, 인버터 회로에 구비된 스위칭 트랜지스터의 순차적인 스위칭 구동에 의해 각 상별로 교대로 스테이터 코일에 흐르는 전류를 절환하여 회전 자계를 발생시켜 로터를 회전 구동하고 있다.On the other hand, in a general BLDC motor, a stator structure in which the winding order of the stator coils is alternately arranged for each phase of U, V and W in the integrated core is used. By sequentially switching the switching transistors of the inverter circuit, The alternating current to the stator coil is alternately generated to generate the rotating magnetic field and the rotor is driven to rotate.
예를 들어, 상기 공개특허 제10-2005-245호 및 공개특허 제10-2010-73449호 등에는 코일이 권선된 다수의 분할 코어를 U,V,W 각 상 별로 교대로 배치한 스테이터를 구비한 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 모터를 제안하고 있다.For example, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-2005-245 and 10-2010-73449, there are provided a stator in which a plurality of divided cores wound with coils are alternately arranged for each of U, V and W phases One double rotor / single stator structure motor is proposed.
이하에 분할 코어 스테이터를 구비한 BLDC 모터에서 각 상별로 코일이 권선된 1개의 분할 코어가 각 상별로 교대로 배치된 모터(이하 "1결선 구조 모터"라 한다) 설계 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a design method of a motor (hereinafter, referred to as a "one-wire structure motor") in which a split core in which a coil is wound for each phase is alternately arranged for each phase in a BLDC motor having a split core stator will be described.
우선, 일반적으로 1결선 구조 모터를 설계할 때 스테이터의 슬롯(slot)과 로터의 자석(자극) 간에 설정은 하기 수학식 1과 같이 설정된다.First, when designing a single wiring structure motor, the setting between the slot of the stator and the magnet (magnetic pole) of the rotor is set as shown in Equation (1).
단, 모터 설계시에 슬롯의 수가 예를 들어, 27과 같이 큰 경우 슬롯 수보다 자석 폴 수가 많도록 설정한다. 그 결과, 상기 수학식 1에 따라 모터의 슬롯과 폴 수는 예를 들어, 18슬롯 12폴, 27슬롯 36폴, 36슬롯 48폴과 같은 비율로 설정하고 있다. However, when the number of slots is as large as 27, for example, when designing the motor, the number of magnetic poles is set to be larger than the number of slots. As a result, according to Equation (1), the number of slots and poles of the motor is set to a ratio, for example, 18
이하에 도 1a 내지 도 3을 참고하여 종래의 코일이 권선된 분할 코어가 각 상별로 교대로 배치된 분할 코어 타입의 스테이터를 이용한 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 1결선 방법에 따라 설계된 BLDC 모터를 설명한다.A description will now be given of a BLDC motor designed in accordance with one wiring method of a double rotor / single stator structure using a stator of a divided core type in which divided coils wound with conventional coils are alternately arranged for each phase, with reference to FIG. 1A to FIG. do.
도 1a는 종래의 1결선 방법에 따라 설계된 18슬롯 12폴 방식으로 설계된 더블로터 구조의 BLDC 모터의 구조를 나타낸 것이고, 도 1b는 코깅 소음을 감소시키기 위해 변형된 형상의 코어 및 자석으로 이루어진 더블로터 구조의 BLDC 모터의 구조를 나타낸 것이며, 도 2는 도 1a에 적용된 3상(U,V,W) 구동 코일의 코일 결선도와 모터 구동회로를 나타내며, 도 3은 분할 코어의 조립시에 배치순서와 상호 결선관계를 나타내는 설명도이다.FIG. 1A shows a structure of a BLDC motor of a moreover-designed BLDC motor designed in an 18-slot 12-pole system designed according to a conventional 1-wire method. FIG. 1B shows a structure of a BLDC motor of a BLDC motor, (U, V, W) drive coils applied to FIG. 1A, and FIG. 3 is a view showing a coil wiring diagram and a motor drive circuit of a three-phase (U, V, Fig.
도 1a 내지 도 3을 참고하면, 종래의 1결선 방법에 따라 설계된 더블로터 구조의 BLDC 모터(10)는 18슬롯 12폴 방식인 경우, 각각 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)이 권선된 18개의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)가 환형으로 배치된 스테이터(1)의 내측 및 외측에 각각 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 내부 로터(3a)와 외부 로터(3b)가 간격을 두고 배치되어 있다.Referring to FIGS. 1A to 3,
상기 스테이터(1)는 각 U,V,W 상별로 6개의 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)이 상호 연결되어 있고, 각 상의 일측은 도 2와 같이 모터 구동회로를 구성하는 인버터 회로(5)의 U,V,W 출력에 연결되고, 각 상의 타측은 상호 결선되어 중성점(NP)을 형성한다.The stator 1 has six coils (u1-u6, v1-v6, w1-w6) interconnected by U, V and W phases and one side of each of the phases constitutes a motor drive circuit V, and W outputs of the
상기 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)은 모두 각각의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)에 순방향으로 권선되어 있으며, 도 3과 같이 U,V,W 각 상별로 교대로 배치되어 조립된다. 즉, 18개의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)는 u1,v1,w1,u2, ... , w5,u6,v6,w6 순서로 조립되어 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 스테이터 지지체에 일체화되어 환형으로 형성된다. The stator coils u1-u6, v1-v6 and w1-w6 are all wound in the forward direction on the divided cores u11-u16, v11-v16 and w11-w16, W phases are alternately arranged and assembled. That is, 18 divided cores (u11-u16, v11-v16, w11-w16) are assembled in the order of u1, v1, w1, u2, ..., w5, u6, v6, w6, And is formed into an annular shape integrated with the stator support body.
이하에 상기한 종래의 1결선 방법에 따라 설계된 더블로터 구조의 BLDC 모터(10)에 대한 동작을 하기 표 1을 참고하여 설명한다.Hereinafter, operation of the
0°360 °,
0 °
0°60 °,
0 °
표 1과 같이, 종래에는 3개의 홀소자(H1-H3)가 각각 슬롯과 슬롯 사이에 순차적으로 배치되며, (360/슬롯 수)에 따라 결정되는 각도, 즉 20°간격으로 설치되어, 각 단계별로 로터(3a,3b)의 자극(N극 또는 S극)을 검출하여 모터 구동회로로 전송한다.As shown in Table 1, conventionally, three Hall elements H1 to H3 are sequentially arranged between slots and slots, and are installed at angles determined by (360 / slot number), that is, at intervals of 20 degrees, (N pole or S pole) of the
도 1a에 도시된 모터는 0°일 때의 상태를 나타낸 것으로, 6스텝 방식으로 10°마다 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)에 흐르는 전류의 방향을 절환하여 인가함에 의해 해당 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)는 전자석을 형성하여 자기장이 발생된다. The motor shown in Fig. 1A shows a state at 0 DEG. By switching the directions of the currents flowing through the stator coils u1-u6, v1-v6 and w1-w6 every 10 degrees in a six- The divided cores u11-u16, v11-v16, w11-w16 form an electromagnet, and a magnetic field is generated.
모터 구동회로는 제어부(도시되지 않음)와 인버터 회로(11)를 포함하며, 인버터 회로(5)는 3쌍의 스위칭 트랜지스터(FET)가 각각 토템폴 접속되어 구성되며, 상측 FET(FET1,FET3,FET5)와 하측 FET(FET4,FET6,FET2) 사이의 접속점으로부터 각 상의 출력(U,V,W)이 발생되어 모터(10)의 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)로 인가된다.The motor drive circuit includes a control unit (not shown) and an
모터 구동회로의 제어부(도시되지 않음)는 각각의 각도에서 홀소자(H1-H3)에 의해 로터(3a,3b)의 위치신호가 검출되면, 상기 표 1에 따라 인버터 회로(5)는 1쌍의 스위칭 트랜지스터(FET)를 턴온시켜 전류 흐름 경로를 설정한다.When the position signals of the
예를 들어, 도 1a와 같이 홀소자(H1-H3)가 외부 로터(3b)의 극성을 "N,S,S"로 검출하면, 제어부는 로터의 회전 위치가 0°인 것으로 판단하여, 상측의 FET1과 하측의 FET2를 턴온시키도록 구동신호를 인가하면, 전류가 FET1-U상 코일(u1-u6)-W상 코일(w6-w1)-FET2를 경유하여 접지로 흐른다.For example, when the Hall elements H1 to H3 detect the polarity of the
이에 따라, 분할 코어(u11)는 내측 방향의 자속이 발생되고, 분할 코어(w11)는 외측 방향을 향하는 자속이 발생되어, 화살표로 표시된 바와 같이 자기회로가 설정되고, 내부 로터(3a)와 외부 로터(3b)가 N극 및 S극 자석으로 대향하여 설정된 더블로터(3)는 시계방향으로 회전이 이루어지게 된다. As a result, a magnetic flux is generated in the divided core (u11) in the inward direction and a magnetic flux in the outward direction is generated in the divided core (w11) And the
도 1a의 BLDC 모터(10)에서 예를 들어, 내측 방향의 자속을 발생하는 분할 코어(u11)는 코어의 외측이 외부 로터(3b)의 단지 N극 자석(13)만 대향하는 것이 바람직하나 분할 코어(u11)의 일부가 인접된 S극 자석(14)과도 대향하고 있고, 코어의 내측이 내부 로터(3a)의 단지 S극 자석(13a)만 대향하는 것이 바람직하나 분할 코어(u11)의 일부가 인접된 N극 자석(14a)과도 대향하고 있어 효율이 떨어지게 된다.In the BLDC
이 경우, BLDC 모터(10)에서 스테이터(1)의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)는 각 스탭마다 U,V,W 3상 중에 하나의 상에 해당하는 분할 코어를 건너뛰면서 코일에 구동신호가 인가되어 활성화가 이루어진다. In this case, the divided cores u11-u16, v11-v16, w11-w16 of the stator 1 in the
예를 들어, 도 1a과 같이 로터(3)의 회전 위치가 0°때 스테이터(1)의 분할 코어(u11-u16,w11-w16)는 V상의 분할 코어(v11-v16)를 걸러 U 및 W상의 연속된 2개의 분할 코어(u11-u16,w11-w16)에 권선된 코일(u1-u6,w1-w6)에 구동신호가 인가되어 활성화가 이루어지며, 그 결과 활성화가 이루어지는 연속된 2개의 분할 코어는 서로 반대방향의 자속이 발생한다. For example, when the rotational position of the
이때 BLDC 모터(10)는 상기한 바와 같이, 분할 코어(u11)의 외측이 N극 자석(13) 이외에 인접된 S극 자석(14)과도 대향하고 있고, 분할 코어(u11)의 내측이 S극 자석(13a) 이외에 인접된 N극 자석(14a)과도 대향하고 있으며, 대향하는 S극 자석(14)과 N극 자석(14a) 사이에 비활성화 상태의 분할 코어(v11)가 배치되어 있어, 로터(3)를 일측 방향으로 회전시키는데 효과적인 자기회로의 구성이 이루어지지 못하고 있다. At this time, in the
또한, 도 1a에 도시된 모터에서 로터(3)는 슬롯 수가 적으면 적을수록 인접된 S극 자석과 N극 자석이 겹쳐지는 부분에서 서로 상쇄가 이루어지지 않아 소음이 발생하게 된다. In the motor shown in FIG. 1A, the smaller the number of slots, the more the noise is generated because the adjacent S pole magnets and the N pole magnets overlap each other.
더욱이, 종래의 1결선 방법에 따라 설계된 BLDC 모터(10)는 모터의 슬롯과 폴이 18슬롯 12폴, 27슬롯 36폴, 36슬롯 48폴과 같이 설정되어, 슬롯 수와 폴 수의 비율이 30~40% 정도로 차이가 있기 때문에 이로 인하여 로터(3) 회전시에 회전 각도에 따라 자석(13-16)과 코어 간의 자력(자속)의 유효 면적 차이가 발생하며, 그 결과 코깅(cogging)이 심하게 발생하며 자속 누설이 발생하는 문제가 있다. In addition, the
이에 따라 종래의 1결선 방식의 BLDC 모터(10)는 코깅(cogging)에 기인한 소음을 최소화하기 위하여 도 1b에 도시된 바와 같이, 슬롯과 슬롯 사이의 오프닝(opening) 폭을 넓게 하고 외주면을 라운드(R) 처리하거나, 각 자석(13-16)의 모서리 부분을 라운드(R) 처리하는 에지 가공하는 것이 요구되므로, 이는 생산비의 상승 및 효율 저하를 초래한다. Accordingly, in order to minimize the noise caused by cogging, the conventional 1-wire
결국, 종래의 1결선 방식의 BLDC 모터(10)는 슬롯과 슬롯 사이의 오프닝(opening) 폭이 넓어야 효율이 좋고, 소음이 감소하며, 일정 수준 이상의 오프닝 폭이 있어야 한다.As a result, the conventional 1-
또한, 종래의 1결선 방식의 BLDC 모터(10)는 각각의 분할 코어에 권선된 코일을 상호 연결하여야 하므로 결선부위가 많은 단점도 있다.In addition, the conventional 1-
더욱이, 종래의 1결선 방식의 BLDC 모터(10)는 상기한 바와 같이, 홀소자(H1-H3)가 (360도/슬롯 수)에 따라 결정되는 각도로 순차적으로 배치되어야 하기 때문에 3개의 홀 소자가 실장되는 홀소자 인쇄회로기판(PCB)은 40° 범위의 각도를 커버하는 크기로 제작되어야 하는 문제도 있다.Furthermore, since the conventional 1-
한편, 상기 공개특허 제10-2005-245호는 다수의 분할형 코어 조립체에 대한 코일 결선 및 조립을 위해 고가의 대형 인쇄회로기판(PCB)을 사용하여야 하는 문제가 있어, 조립용 대형 인쇄회로기판을 배제하고, 결선 문제를 해결하고자 등록특허 제10-663641호를 제안하였다. On the other hand, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2005-245 has a problem that an expensive large-sized printed circuit board (PCB) must be used for wire connection and assembly of a plurality of split core assemblies, And proposed a registered patent No. 10-663641 in order to solve the wiring problem.
등록특허 제10-663641호는 이를 위해 U,V,W 각 상별로 할당된 9개의 분할코어에 코일을 연속적으로 순방향으로 권선하여, 이들을 3개의 코어 그룹으로 분류하고, 각 상별로 3결선된 3개의 코어 그룹을 상별로 돌아가면서 교대로 배치한 스테이터를 제안하고 있다.No. 10-663641 discloses a method in which coils are sequentially wound in forward directions on nine divided cores allocated to each phase of U, V and W, and these are grouped into three core groups, and three
이 경우, 3결선된 각 코어 그룹은 조립용 PCB를 제거함과 동시에 각 분할 코어 사이의 결선 문제를 해결하기 위한 목적으로 이루어진 것으로, 3결선된 3개의 분할 코어는 코일이 모두 순방향으로 권선되어 있다.In this case, each of the three core-wired core groups is formed for the purpose of eliminating the PCB for assembly and solving the wiring problem between the divided cores, and the three divided core segments are all wound in the forward direction.
그 결과, 상기한 27슬롯 24극 구조의 3결선 구조 모터는 연속된 3개의 분할 코어에 모두 코일이 순방향으로 권선되어 있기 때문에 3결선된 3개의 분할 코어 중 중간에 위치된 분할 코어는 전단 및 후단에 배치된 다른 분할 코어의 자속을 오히려 상쇄시킴에 따라 로터를 회전시키는 데 효과적으로 기여하지 못하여 효율이 개선이 이루어지지 못하였다.As a result, since the three-wire structure motor of the 27-slot and 24-pole structure has the coils wound on the three consecutive divided cores in the forward direction, the divided cores located in the middle of the three The magnetic fluxes of the other divided cores disposed in the rotor core are canceled rather than effectively contributing to the rotation of the rotor and the efficiency is not improved.
한편, 일체형 스테이터 코어의 티스에 코일의 권선 순서가 순방향 및 역방향으로 권선된 2권선 방식의 코일이 각 상별로 순차적으로 배치된 스테이터를 이용한 모터가 제안된바 있다. On the other hand, a motor using a stator in which coils of two-winding type in which the winding order of the coils is wound in the forward and reverse directions on the teeth of the integral stator core are sequentially arranged for each phase has been proposed.
상기 2결선 방식 모터는 코깅 소음이 1결선 방식 모터보다 작아지나 3결선 구조 모터보다 결선 부위가 증가하는 문제, 홀소자의 배치위치가 2칸의 슬롯(30°)마다 위치해야 하므로 홀소자 조립용 PCB가 커져야 하는 문제가 있으며, 일체형 스테이터 코어는 권선기의 노즐이 슬롯과 슬롯 사이로 들어가야 하므로 코어간 오프닝 폭을 일정 범위 이상 유지해야 권선이 가능하다. 따라서, 상기 2결선 방식 모터는 효율보다는 코깅을 줄이기 위한 목적으로 적용되었다.The cogging noise of the above 2-wire type motor is smaller than that of the 1-wire type motor, but the problem of the wiring area increase compared to the 3-wire type motor and the arrangement position of the hall elements must be located every 2 slots (30 °) And the integral type stator core requires the nozzle of the winding machine to be inserted between the slot and the slot so that the opening width between the cores must be maintained over a certain range to enable the winding. Therefore, the 2-wire type motor was applied for the purpose of reducing cogging rather than efficiency.
상기한 바와 같이, 종래의 1결선 또는 2결선 방식 모터는 공통적으로 코깅 소음이 높고 효율이 떨어지며, 결선 부위가 많고 홀소자 조립용 PCB의 크기가 커야되는 문제점이 있다. As described above, the conventional 1-wire or 2-wire type motor commonly has a high cogging noise, low efficiency, a large number of wiring sites, and a large PCB size for Hall element assembly.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어짐에 따라 슬롯과 폴의 비율을 최소화할 수 있어 코깅(cogging) 소음을 크게 줄이고, 코어와 코어 사이의 간격을 작게 설정함에 따라 마그넷과 코어 사이의 유효면적을 늘려서 누설자속을 줄여줌에 따라 효율 증대를 도모할 수 있는 3결선 구조의 스테이터, 이를 이용한 BLDC 모터 및 그의 구동방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems of the prior art described above, and its object is to minimize the ratio of the slots and the poles as the coil winding is performed by the three wire method, thereby greatly reducing the cogging noise, A stator having a three-wire structure capable of reducing the leakage magnetic flux by increasing the effective area between the magnet and the core by setting a small gap between the core and the core, and a BLDC motor using the same and a driving method thereof There is.
본 발명의 다른 목적은 연속된 3개의 코일에 동일한 상(phase)의 모터구동신호가 인가될 때, 3개의 코어 모두가 대향한 로터의 마그넷을 동일한 방향으로 회전시키는 자속을 발생하도록 연속된 3개의 코어 중 중간에 위치한 코어에 역방향 코일 권선이 이루어진 3결선 구조의 스테이터를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for controlling three consecutive three coils in such a way that when the same motor drive signal is applied to three consecutive coils, And a stator having a three-wire structure in which a reverse coil winding is formed on a core positioned in the middle of the core.
본 발명의 또 다른 목적은 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어져서 3개의 코어가 1세트와 같이 동작하므로, 코어의 양단부와 대향하는 더블 로터에서 인접한 S극 및 N극 자석 사이에 겹쳐지는 부분이 존재하여도 효과적인 자속 경로가 설정되어 자석의 유효면적이 커지게 되고 효율 상승을 도모할 수 있는 3결선 구조의 스테이터를 이용한 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a double rotor in which opposite end portions of the core are overlapped with each other between adjacent S poles and N pole magnets, The present invention provides a BLDC motor using a stator having a three-wire structure in which an effective magnetic flux path is set so that the effective area of the magnet is increased and the efficiency is increased.
본 발명의 다른 목적은 로터 위치신호를 검출하는 홀소자의 배치간격을 최소화하여 홀소자 조립체를 소형화할 수 있는 3결선 구조의 스테이터를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a stator of a three-wire structure capable of miniaturizing a Hall element assembly by minimizing an arrangement interval of hall elements for detecting a rotor position signal.
본 발명의 또 다른 목적은 분할 코어에 3결선 방법을 사용하여 연속 권선함에 따라 권선 방법 및 결선 방식이 간단한 3결선 구조의 스테이터를 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a stator of a three-wire structure which is simple in winding method and wire connection method according to a continuous winding method using a three-wire method in a divided core.
본 발명의 다른 목적은 코어의 오프닝 폭이 좁을수록 자석과의 대향하는 유효면적이 커지게 되어 효율이 상승하며, 그 결과 스테이터 코어 및 자석의 모서리 부분을 라운드 처리할 필요가 없는 3결선 구조의 스테이터를 이용한 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a stator of a three-wire structure that does not need round processing of the stator core and the corner portion of the magnet, as the opening width of the core narrows, To provide a BLDC motor.
본 발명의 또 다른 목적은 인접한 분할 코어가 서로 반대방향으로 자속이 발생되도록 권선방향과 3상 구동회로의 구동신호 절환이 이루어짐에 따라 서로 반대극성으로 설정된 내부 및 외부 로터와의 사이에 동일한 방향으로 흡인력과 반발력이 동시에 발생하여 효과적으로 로터에 대한 회전 구동이 이루어질 수 있는 3결선 구조의 새로운 모터 구동방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method of driving a three-phase driving circuit in which a plurality of divided cores are arranged in the same direction between an inner rotor and an outer rotor, The present invention is to provide a new motor drive method of a three-wire structure in which attractive force and repulsive force are generated at the same time so that rotational drive to the rotor can be effected effectively.
본 발명의 다른 목적은 스테이터의 슬롯과 로터의 폴과의 비율을 최소화하여 낮은 코깅 소음과 효율 상승을 도모할 수 있는 3결선 구조의 새로운 모터 구동방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a new motor drive method of a three-wire structure that minimizes the ratio between the slot of the stator and the pole of the rotor, thereby achieving low cogging noise and increased efficiency.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 BLDC 모터는 서로 대향하는 위치에 반대 극성으로 이루어진 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 내부 로터와 외부 로터를 구비하는 더블로터; 및 상기 내부 로터와 외부 로터 사이에 배치되며, 코일이 권선된 다수의 분할 코어를 구비하는 스테이터를 포함하며, 상기 코일은 3상 구동방식으로 결선되고, 각 상의 코일은 각각 연속된 3개의 분할 코어에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되어 인접된 분할 코어는 서로 반대방향으로 자속이 발생되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a BLDC motor according to the present invention includes: a rotor having an inner rotor and an outer rotor alternately arranged with a plurality of N-pole and S-pole magnets having opposite polarities at mutually opposite positions; And a stator disposed between the inner rotor and the outer rotor, the stator having a plurality of split cores wound around coils, wherein the coils are connected in a three-phase driving method, and each phase coil is three consecutive split cores. The divided cores wound in the order of forward, reverse and forward directions are characterized in that magnetic flux is generated in opposite directions to each other.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 3상 구동방식 BLDC 모터의 모터 구동방법은 U,V,W 각 상마다 각각 연속된 3개의 분할 코어에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 3상 코일이 권선되어, 인접된 분할 코어 사이에 서로 반대방향으로 자속을 발생하는 다수의 코어 그룹이 U,V,W 각 상별로 교대로 배치된 스테이터에 더블로터가 결합된 3상 구동방식 BLDC 모터를 준비하는 단계; 로터 위치검출소자를 사용하여 주기적으로 로터 위치신호를 검출하는 단계; 및 상기 로터 위치신호에 기초하여 3상 코일 중 2개 상의 코일에 구동신호를 순차적으로 인가하는 단계를 포함하며, 상기 인접한 2개의 코어 그룹마다 구동신호가 인가되어 활성화될 때 2개의 코어 그룹에 포함된 6개의 분할 코어는 서로 반대방향으로 자속을 발생하는 것을 특징으로 한다.According to another feature of the present invention, the motor driving method of the three-phase drive BLDC motor of the present invention is a three-phase coil in the order of the forward, reverse and forward directions to three consecutive divided cores for each of the U, V, W phases; To prepare a three-phase drive type BLDC motor having a double rotor coupled to a stator that is wound, and a plurality of core groups that generate magnetic flux in opposite directions between adjacent split cores are alternately arranged for each of U, V, and W phases. step; Periodically detecting the rotor position signal using the rotor position detection element; And sequentially applying driving signals to two of the three-phase coils based on the rotor position signal, and included in the two core groups when the driving signal is applied and activated every two adjacent core groups. The six divided cores generate magnetic flux in opposite directions.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 3상 구동방식으로 결선되는 스테이터는 다수의 분할 코어; 및 상기 다수의 분할 코어 각각에 권선되는 3상 코일을 포함하며, 상기 3상 코일은 U,V,W 각 상마다 각각 연속된 3개의 분할 코어에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되어, 인접된 분할 코어 사이에 서로 반대방향으로 자속을 발생하는 다수의 코어 그룹을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another feature of the invention, the stator is connected to the three-phase drive method of the present invention comprises a plurality of split cores; And a three-phase coil wound around each of the plurality of split cores, wherein the three-phase coils are wound around three divided cores successively for each of the U, V, and W phases in the order of forward, reverse, and forward directions. And a plurality of core groups generating magnetic flux in opposite directions between the divided cores.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 3상 구동방식으로 결선되는 스테이터는 백요크로부터 다수의 티스가 돌출된 일체형 코어; 및 상기 다수의 티스 각각에 권선되는 3상 코일을 포함하며, 상기 3상 코일은 U,V,W 각 상마다 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되어, 인접된 티스 사이에 서로 반대방향으로 자속을 발생하는 다수의 코어 그룹을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another feature of the invention, the stator is connected to the three-phase drive method of the present invention is an integral core with a plurality of teeth protruding from the back yoke; And a three-phase coil wound around each of the plurality of teeth, wherein the three-phase coil is wound on three consecutive teeth for each of U, V, and W phases in the order of forward, reverse, and forward directions. It characterized in that it comprises a plurality of core groups for generating magnetic flux in the opposite direction between each other.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어짐에 따라 슬롯과 폴의 비율을 최소화할 수 있어 코깅(cogging) 소음을 크게 줄이고, 코어와 코어 사이의 간격을 작게 설정함에 따라 마그넷과 코어 사이의 유효면적을 늘려서 누설자속을 줄여줌에 따라 효율 증대를 도모할 수 있다.As described above, according to the present invention, the ratio of the slots and the poles can be minimized as the coil winding is performed by the three-wire method, so that the cogging noise is greatly reduced and the gap between the core and the core is set small, It is possible to increase the efficiency by increasing the effective area between the cores to reduce the leakage magnetic flux.
또한, 본 발명에서는 연속된 3개의 코어 중 중간에 위치한 코어에 역방향 코일 권선이 이루어짐에 따라 연속된 3개의 코일에 동일한 상(phase)의 모터구동신호가 인가될 때, 3개의 코어 모두가 대향한 로터의 마그넷을 동일한 방향으로 회전시키는 자속을 발생하여 로터에 대한 효과적인 힘 전달이 이루어지게 된다.Further, in the present invention, when reverse coil windings are formed in the middle core of three consecutive cores, when the same phase motor drive signal is applied to three consecutive coils, all three cores are opposed to each other A magnetic flux for rotating the magnet of the rotor in the same direction is generated, so that effective force transmission to the rotor is achieved.
더욱이, 본 발명에서는 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어져서 3개의 코어가 1세트와 같이 동작하므로, 코어의 양단부와 대향하는 더블 로터에서 인접한 S극 및 N극 자석 사이에 겹쳐지는 부분이 존재하여도 효과적인 자속 경로가 설정되어 자석의 유효면적이 커지게 되고 효율 상승을 도모할 수 있다.Further, in the present invention, coil winding is performed by the three-wire method, and the three cores operate as one set, so that even if there is a portion overlapping between the adjacent S poles and N pole magnets in the double rotor opposed to both ends of the core, The flux path is set so that the effective area of the magnet is increased and the efficiency can be increased.
본 발명은 로터 위치신호를 검출하는 홀소자의 배치간격을 최소화하여 홀소자 조립체를 소형화할 수 있다.The present invention minimizes the arrangement interval of the hall elements for detecting the rotor position signal, thereby miniaturizing the Hall element assembly.
본 발명은 분할 코어에 3결선 방법을 사용하여 연속 권선함에 따라 권선 방법 및 결선 방식이 간단하다.According to the present invention, the winding method and the wiring method are simple in accordance with the continuous winding method using the three-wire method in the divided core.
본 발명은 코어의 오프닝 폭이 좁을수록 자석과의 대향하는 유효면적이 커지게 되어 효율이 상승하며, 그 결과 스테이터 코어 및 자석의 모서리 부분을 라운드 처리할 필요가 없다.In the present invention, as the opening width of the core becomes narrower, the effective area facing the magnet becomes larger and the efficiency increases. As a result, it is not necessary to round the corners of the stator core and the magnet.
본 발명은 인접한 분할 코어가 서로 반대방향으로 자속이 발생되도록 권선방향과 3상 구동회로의 구동신호 절환이 이루어짐에 따라 서로 반대극성으로 설정된 내부 및 외부 로터와의 사이에 동일한 방향으로 흡인력과 반발력이 동시에 발생하여 효과적으로 로터에 대한 회전 구동이 이루어질 수 있다.As the drive signal is switched between the winding direction and the three-phase drive circuit so that magnetic fluxes are generated in the directions opposite to each other, the suction force and the repulsion force are generated in the same direction between the inner and outer rotors, So that the rotation drive to the rotor can be effected effectively.
도 1a는 종래기술의 1결선 방법에 따라 18슬롯 12폴 방식으로 설계된 더블로터 구조의 BLDC 모터를 나타낸 직경방향 단면도,
도 1b는 코깅 소음을 감소시키기 위해 변형된 형상의 코어 및 자석으로 이루어진 더블로터 구조의 BLDC 모터의 구조를 나타낸 직경방향 단면도,
도 2는 도 1a에 적용된 3상(U,V,W) 구동 코일의 코일 결선도와 모터 구동회로,
도 3은 도 1에 도시된 모터에서 분할 코어의 조립시에 배치순서와 상호 결선관계를 나타내는 설명도,
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 3결선 방법에 따라 18슬롯 16폴 방식으로 설계된 더블로터 구조의 BLDC 모터로서, 로터가 "0°"와 "7.5°"일 때를 나타낸 직경방향 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 3상(U,V,W) 구동 코일의 코일 결선도와 모터 구동회로,
도 6은 도 4에 도시된 모터에서 분할 코어의 조립시에 배치순서와 상호 결선관계를 나타내는 설명도,
도 7a 및 도 7b는 6개의 분할 코어에 본 발명에 따른 3결선 방법으로 연속권선하기 위한 분할 코어와 지그의 결합도 및 6개 분할 코어에 연속 권선된 스테이터 코일의 결선도,
도 8은 본 발명에 따른 변형된 홀소자의 배치 위치를 설명하기 위한 로터가 "0°" 위치일 때의 직경방향 단면도이다.FIG. 1A is a radial cross-sectional view of a BLDC motor of a more rotor structure designed in an 18-slot 12-pole fashion in accordance with one prior art wiring method; FIG.
Fig. 1B is a radial cross-sectional view showing the structure of a BLDC motor of a further rotor structure made of a core and a magnet of a deformed shape to reduce cogging noise, Fig.
FIG. 2 is a view showing a coil wiring diagram of the three-phase (U, V, W) drive coil applied to FIG. 1A,
Fig. 3 is an explanatory view showing the arrangement order and mutual connection relation at the time of assembling the divided cores in the motor shown in Fig. 1,
4A and 4B are BLDC motors of a double rotor structure designed in an 18-slot 16-pole method according to a three-wire method according to an embodiment of the present invention, respectively, illustrating when the rotors are “0 °” and “7.5 °”. Radial section,
Fig. 5 is a view showing a coil wiring diagram of the three-phase (U, V, W) drive coil shown in Fig. 4,
Fig. 6 is an explanatory view showing the arrangement order and mutual connection relation at the time of assembling the divided cores in the motor shown in Fig. 4,
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the connection of the divided cores and the jig for continuous winding by the three-wire method according to the present invention to the six divided cores, and the connection diagrams of the stator coil continuously wound on the six divided cores,
Fig. 8 is a sectional view in the radial direction when the rotor for explaining the arrangement position of the modified Hall element according to the present invention is in the " 0 " position.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: It can be easily carried out.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
이하의 실시예 설명에서는 분할 코어 구조의 스테이터와 더블로터가 결합된 모터를 예를 들어 설명하나, 본 발명은 일체형 코어 구조를 갖는 스테이터와 단일 로터를 결합하여 구성된 모터에도 적용 가능하다.In the following description of the embodiment, a motor in which a stator having a divided core structure and a rotor are combined will be described as an example, but the present invention is also applicable to a motor constituted by combining a single rotor with a stator having an integral core structure.
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 3결선 방법에 따라 18슬롯 16폴 방식으로 설계된 더블로터 구조의 BLDC 모터가 "0°"와 "7.5°"일 때를 나타낸 직경방향 단면도, 도 5는 도 4에 도시된 3상(U,V,W) 구동 코일의 코일 결선도와 모터 구동회로, 도 6은 도 4에 도시된 모터에서 분할 코어의 조립시에 배치순서와 상호 결선관계를 나타내는 설명도이다.4A and 4B show diameters when the BLDC motors of the double rotor structure designed in the 18-slot 16-pole method according to the three-wire method according to the embodiment of the present invention are "0 °" and "7.5 °", respectively. Directional sectional drawing, FIG. 5 is a coil connection diagram and a motor driving circuit of the three-phase (U, V, W) driving coil shown in FIG. 4, and FIG. It is explanatory drawing which shows connection relationship.
도 4a 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3결선 방법의 BLDC 모터(100)는 본 발명의 3결선 방법에 따라 예를 들어, 18슬롯 16폴 방식으로 설계되어 있으며, 분할 코어 스테이터(102)-더블로터(103) 구조를 갖고 있다. Referring to FIGS. 4A and 6, the
이하에 본 발명에 따라 분할 코어 스테이터(102)를 구비한 BLDC 모터(100)에서 각 상별로 코일이 권선된 3개의 분할 코어가 각 상별로 교대로 배치된 모터(이하 "3결선 구조 모터"라 한다) 설계 방법에 대하여 설명한다.In the following, in the
우선, 본 발명에 따른 3결선 구조 모터를 설계할 때 스테이터의 슬롯(slot)과 로터의 자석(자극) 간에 설정은 하기 수학식 2와 같이 설정된다.First, when designing a three-wire structure motor according to the present invention, a setting between a slot of a stator and a magnet (magnetic pole) of the rotor is set as shown in the following Equation 2:
상기 수학식 2에서 슬롯 수는 9의 배수로 결정되며, 수학식 2에 따라 모터의 슬롯과 폴 수는 예를 들어, 18슬롯 16폴, 27슬롯 24폴, 36슬롯 32폴과 같은 비율로 설정하고 있다. 따라서, 본 발명에서는 슬롯 수와 폴 수의 비율이 12% 정도의 차이가 발생되며, 이로 인하여 로터의 회전시에 발생되는 코깅은 1선 결선방식과 비교하여 약 1/10로 감소하며, 코어와 코어(즉, 슬롯과 슬롯) 사이의 간격은 좁게 설정되며, 그 결과 자석과 코어 사이의 대향하는 유효 면적이 증가하여 효율 증대를 도모할 수 있게 된다.In Equation (2), the number of slots is determined to be a multiple of 9, and the number of slots and poles of the motor is set to a ratio, for example, 18
또한, 본 발명에 따른 3결선 구조 모터를 설계할 때 로터의 위치신호를 검출하는 로터 위치검출소자는 3상 구동방식인 경우 예를 들어, 2개 또는 3개의 홀소자를 사용할 수 있다. Further, when designing the three-wire structure motor according to the present invention, the rotor position detecting element for detecting the position signal of the rotor can use, for example, two or three holes in the case of a three-phase driving method.
3개의 홀소자를 사용하는 경우 홀소자(H1-H3) 사이의 각도는 하기 수학식 3 또는 수학식 4와 같이 설정된다.In the case of using three Hall elements, the angle between the Hall elements H1 to H3 is set as shown in
2개의 홀소자를 사용하는 경우 홀소자(H1,H2) 사이의 각도는 하기 수학식 5와 같이 설정된다.When two hall elements are used, the angle between the hall elements H1 and H2 is set as shown in the following equation (5).
이 경우, 나머지 하나의 홀소자(H3)에 대한 로터 위치검출은 소프트웨어적으로 계산하여 적용한다.In this case, rotor position detection for the remaining one Hall element H3 is calculated and applied in software.
본 발명에서는 홀소자가 수학식 4에 따라 3결선된 연속된 3개의 분할 코어마다 배치되거나 또는 수학식 3에 따라 2개의 폴(자극) 내에 3개의 홀소자가 배치되도록 설정할 수 있다. 상기 수학식 3에 따라 3개의 홀소자를 배치하는 경우 소형의 홀소자 조립용 PCB를 사용할 수 있게 된다.In the present invention, it is possible to arrange that the hall element is arranged for each of three consecutive three divided cores according to Equation (4), or that three holes are arranged in two poles (poles) according to Equation (3). According to Equation (3), a small Hall element assembly PCB can be used when three holes are arranged.
도 4a 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 3결선 방법에 따라 설계된 더블로터 구조의 BLDC 모터(100)는 18슬롯 16폴 방식인 경우, 각각 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)이 권선된 18개의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)가 환형으로 배치된 스테이터(102)와, 상기 스테이터(102)의 내측 및 외측에 각각 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 내부 로터(103a)와 외부 로터(103b)가 간격을 두고 배치된 더블로터(103)를 포함하고 있다. 4A to 6, the
상기 내부 로터(103a)와 외부 로터(103b)를 포함하는 더블로터(103)는 로터지지체(도시되지 않음)에 의해 내부 로터(103a)와 외부 로터(103b)가 일체화가 이루어지고, 내부 로터(103a)의 중앙부에는 회전축(도시되지 않음)이 결합되며, 회전축의 일단에는 부하가 연결된다.The
상기 내부 로터(103a)와 외부 로터(103b)는 서로 대향하는 자석(11-26: 11a-26a)이 반대 극성을 갖도록 배치된다. 또한, 상기 내부 로터(103a)와 외부 로터(103b)는 각각 인접한 자석 사이의 자기회로 통로를 이루도록 내주 및 외주에 환형의 백요크(화살표 부분)가 구비되어 있으나, 설명의 편의상 생략하였다.The
상기 스테이터(102)는 각 U,V,W 상별로 6개의 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)이 상호 연결되어 있고, 각 상의 일측(스타트 단자)은 도 5와 같이 모터 구동회로를 구성하는 인버터 회로(50)의 U,V,W 출력에 연결되고, 각 상의 타측(엔드 단자)은 상호 결선되어 중성점(NP)을 형성한다.The
상기 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)은 모두 각 상의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)가 3개씩 하나의 코어 그룹(G1-G6)을 형성하며, 도 6과 같이 U,V,W 각 상별로 교대로 코어 그룹(G1-G6)이 배치되어 조립된다. 즉, 18개의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)는 G1(u11,u12,u13), G3(v11,v12,v13), G5(w11-w31), G2(u14,u15,u15), G4(v14,v15,v16), G6(w14,w15,w16) 순서로 조립되어, 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 스테이터 지지체에 일체화되어 환형으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)는 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)이 권선될 때 절연을 위해 코어 외주에 형성된 절연용 보빈(61-66)에 상호 결합구조를 형성하여 이를 이용한 다른 조립방법에 의해 환형으로 조립될 수 있다.The stator coils u1-u6, v1-v6 and w1-w6 all form one core group G1-G6 by three divided cores u11-u16, v11-v16 and w11-w16 , The core groups G1-G6 are alternately arranged and assembled for each of the U, V, and W phases as shown in FIG. That is, the eighteen divided cores u11-u16, v11-v16 and w11-w16 are G1 (u11, u12, u13), G3 (v11, v12, v13), G5 , u15), G4 (v14, v15, v16), G6 (w14, w15, w16) and integrated into the stator support by insert molding using resin to form annular shapes. The divided cores u11-u16, v11-v16 and w11-w16 are connected to the insulating
본 발명에서는 각각 하나의 코어 그룹에 포함되는 3개의 분할 코어는 예를 들어, U상 G1(u11-u13)인 경우, 순방향(u11), 역방향(u12), 순방향(u13)으로 권선되어 있어, 각 코어 그룹 내부의 분할 코어는 상호 반대방향의 자속이 발생된다. In the present invention, the three divided cores included in one core group are wound in the forward direction (u11), the reverse direction (u12), and the forward direction (u13) in the case of, for example, U phase G1 The divided cores in each core group generate magnetic fluxes in mutually opposite directions.
또한, 스테이터(102) 전체적으로 보면 18개의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)는, 후술하는 바와 같이, 인접한 분할 코어 사이에 상호 반대방향의 자속이 발생되도록 선택적인 구동신호가 모터 구동회로의 제어부(도시되지 않음)로부터 발생되어 인버터 회로(50)를 통하여 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)에 인가된다.As will be described later, the eighteen divided cores (u11-u16, v11-v16, w11-w16) of the
상기 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)에 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)을 권선하는 방법은 6개의 코어에 연속권선 방법으로 권선하거나, 또는 3개의 코어에 연속권선한 후 상호 결선할 수 있고, 하나의 코어마다 권선한 후, 상호 결선하는 것도 가능하다.The method of winding the stator coils u1-u6, v1-v6 and w1-w6 on the divided cores u11-u16, v11-v16 and w11-w16 comprises winding the six cores by the continuous winding method, It is possible to perform mutual connection after continuous winding to the cores, and to wire each core after winding it.
도 7에는 6개의 코어에 코일을 연속권선 방법으로 권선하는 방법을 설명한다.Fig. 7 shows a method of winding the coils in the six cores by the continuous winding method.
도시된 바와 같이 6개의 U상 분할 코어(u11-u16)를 5개의 지그(55)를 사용하여 일렬로 조립한 후, 등록특허 제10-663641호에 제시된 바와 같은 권선기를 이용하여 간단하게 연속권선이 이루어질 수 있다(도 7에서 4개의 지그는 도시하지 않음). 이 경우, 2번째 및 5번째 위치한 분할 코어(u12,u15)는 역방향 권선이 이루어지도록 반대방향으로 배치하여 조립한다. 따라서, 본 발명에서는 각 상의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)에 범용 권선기를 사용하여 3결선 방법으로 연속 권선함에 따라 권선 방법 및 결선 방식이 간단하게 이루어진다.As shown in the figure, six U-phase divided cores u11-u16 are assembled in a line by using five
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)는 각각 그의 외주에 절연용 보빈(61-66)이 일체로 형성되고, 각 보빈(61-66)에는 코일 권선영역을 설정하도록 양측에 외측 및 내측 플랜지(67,68)를 구비하고 있고, 내측 플랜지(68)에는 보빈의 상호 결합에 사용되는 결합돌기(69a)와 결합홈(69b)이 형성되어 있다.7, insulating bobbins 61-66 are integrally formed on the outer periphery of the divided cores u11-u16, v11-v16 and w11-w16 of the present invention, and each of the bobbins 61- 66 are provided with outer and
이하에 상기한 도 4a 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 3결선 방법에 따라 설계된 더블로터 구조의 BLDC 모터(100)에 대한 동작을 하기 표 2를 참고하여 설명한다. 하기 표 2는 인버터 회로(50)의 스위칭 소자(FET1-FET6)를 구동할 때 적용되는 논리테이블이다.The operation of the
0°360 °,
0 °
0°45 °,
0 °
본 발명에서는 도 4a와 같이, 3개의 홀소자(H1-H3)가 수학식 4에 따라 각각 3슬롯마다, 즉 60°마다 배치되어 120° 범위에 걸쳐 배치되거나, 도 8과 같이 홀소자(H1-H3)가 각각 상기 수학식 3에 따라 계산된 15°마다 배치되어 30° 범위에 걸쳐 배치될 수 있다. In the present invention, as shown in FIG. 4A, three Hall elements H1 to H3 are arranged in every three slots, that is, every 60 degrees according to Equation (4) -H3) may be arranged every 15 [deg.] Calculated according to Equation (3) above over a range of 30 [deg.].
상기와 같이, 본 발명에서는 수학식 3에 따라 로터 위치신호를 검출하는 홀소자(H1-H3)의 배치간격을 최소화하여, 홀소자(H1-H3)가 조립되는 홀소자 조립체용 PCB(즉, 홀소자 조립체)의 크기를 소형화할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to minimize the arrangement interval of the Hall elements H1-H3 for detecting the rotor position signal according to Equation (3) The hole element assembly) can be downsized.
즉, 일반적인 종래의 1결선 구조의 18슬롯 구조의 모터인 경우 3개의 홀 소자가 실장되는 홀소자 조립체용 인쇄회로기판(PCB)은 40° 범위의 각도를 커버하는 크기로 제작되고, 2결선 구조의 24슬롯 구조의 모터인 경우 60° 범위의 각도를 커버하는 크기로 제작되어야 하나, 본 발명에서는 18슬롯 구조의 모터인 경우 30° 범위의 각도를 커버하는 크기로 제작 가능하여 소형으로 제작될 수 있다.That is, a printed circuit board (PCB) for a Hall element assembly in which three Hall elements are mounted in the case of a conventional 18-slot motor having a 1-wire structure is manufactured to have a size covering an angle of 40 °, The motor of the present invention can be manufactured in a size that covers an angle of 30 degrees in the case of a motor having an 18 slot structure and can be manufactured in a small size have.
홀소자(H1-H3)는 각 스텝 별로 로터(103a,103b)의 자극(N극 또는 S극)을 검출하여 모터 구동회로로 전송한다.Hall elements H1 to H3 detect magnetic poles (N poles or S poles) of the
도 4a에 도시된 모터는 0°일 때의 상태를 나타낸 것으로, 6스텝(step) 방식으로 기계각 7.5°마다 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)에 흐르는 전류의 방향을 변경하여 인가함에 의해 해당 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)를 활성화하여 회전 자기장이 발생된다. The motor shown in FIG. 4A shows a state at 0 °, and the direction of the current flowing in the stator coils (u1-u6, v1-v6, w1-w6) V11, v11, v11, v11, v11, v11, v11, v11, v11, v11 and v11,
모터 구동회로는 제어부(도시되지 않음)와 인버터 회로(50)를 포함하며, 인버터 회로(50)는 3쌍의 전력 스위칭 소자(FET1-FET6)가 각각 토템폴 접속되어 구성되며, 상측 FET(FET1,FET3,FET5)와 하측 FET(FET4,FET6,FET2) 사이의 접속점으로부터 각 상의 출력(U,V,W)이 발생되어 모터(100)의 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)로 인가된다. The motor drive circuit includes a control unit (not shown) and an
모터(100)가 3상 구동방식인 경우 스테이터(102)는 3개의 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)을 포함하고, 예를 들어, 스타(star) 결선 구조인 경우, 코일의 타단은 상호 연결되어 중성점(NP)을 형성한다.When the
상기 BLDC 모터(100)는 로터(103)의 위치신호에 기초하여 토템폴 접속된 3쌍의 스위칭 소자 중 2개의 스위칭 소자를 선택적으로 구동하여 U상, V상, W상 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6) 중 2개 상의 코일에 전류를 순차적으로 인가함에 의해 2개 상의 스테이터 코일을 순차적으로 여자시켜서 회전자계를 발생함에 따라 로터의 회전이 이루어진다. 즉, 1개상의 코일에는 인버터 회로(50)의 출력으로부터 구동신호가 인가되고, 다른 1개상의 코일에는 중성점을 통하여 인가된다.The
모터 구동회로의 제어부(도시되지 않음)는 각각의 각도에서 홀소자(H1-H3)에 의해 로터(103a,103b)의 위치신호가 검출되면, 상기 표 2에 따라 인버터 회로(50)는 1쌍의 스위칭 소자(FET)를 턴온시켜 전류 흐름 경로를 설정한다.When the position signals of the
예를 들어, 도 4a와 같이 홀소자(H1-H3)가 외부 로터(103b)의 극성을 "N,N,S"로 검출하면, 제어부는 상기 표 2에 따라 더블로터(103)의 회전 위치가 0°인 것으로 판단하여, 상측의 FET3과 하측의 FET2를 턴온시키도록 구동신호를 인가하면, 전류가 FET3-V상 코일(v1-v3)-V상 코일(v4-v6)-W상 코일(w6-w4)-W상 코일(w3-w1)-FET2를 경유하여 접지로 흐른다.For example, when the Hall elements H1 to H3 detect the polarity of the
이에 따라, 분할 코어(v11)는 내측 방향의 자속이 발생되고, 분할 코어(v12)는 외측 방향을 향하는 자속이 발생되며, 분할 코어(v13)는 내측 방향을 향하는 자속이 발생되어, 화살표로 표시된 바와 같이 자기회로가 설정되고, 내부 로터(103a)와 외부 로터(103b)가 N극 및 S극 자석으로 대향하여 설정된 더블로터(103)는 시계방향으로 회전이 이루어지게 된다. As a result, a magnetic flux in the inward direction is generated in the divided core v11, a magnetic flux in the outward direction is generated in the divided core v12, a magnetic flux in the inward direction is generated in the divided core v13, The magnetic circuit is set as shown in FIG. 10B, and the
즉, 도 4a의 BLDC 모터(100)에서 3결선된 분할 코어(v11-v13)는 외측의 우측 부분이 외부 로터(103b)의 대향하는 자석(16-18) 사이에 S-S,N-N,S-S와 같이 서로 동일한 극성으로 대향하고, 분할 코어(v11-v13)의 내측의 우측 부분이 내부 로터(103a)의 대향하는 자석(16a-18a) 사이에 N-N,S-S,N-N과 같이 서로 동일한 극성으로 대향하여 배치됨에 따라 분할 코어(v11-v13)와 더블로터(103) 사이에는 반발력이 발생되고 있다.Namely, the divided right and left outer cores v11-v13 of the
또한, 분할 코어(v11-v13)의 외측 우측 부분보다 상대적으로 작은 면적으로 외측의 좌측 부분이 외부 로터(103b)의 대향하는 자석(15-17) 사이에 N-S,S-N,N-S와 같이 서로 반대 극성으로 대향하고, 분할 코어(v11-v13)의 내측 좌측 부분이 내부 로터(103a)의 대향하는 자석(16a-18a) 사이에 S-N,N-S,S-N과 같이 서로 반대 극성으로 대향하여 배치됨에 따라 분할 코어(v11-v13)와 더블로터(103) 사이에는 흡인력이 발생되고 있다.The left outer portion of the outside of the divided cores v11 to v13 has a relatively smaller area than the outer right portion of the divided cores v11 to v13 and the opposing magnets 15-17 of the
따라서, 분할 코어(v11-v13)와 더블로터(103) 사이에는 작은 흡인력과 큰 반발력이 동시에 발생되고 있으며, 더블로터(103)를 시계 방향으로 회전시켜 주는 작용이 일어난다.Therefore, a small attractive force and a large repulsive force are generated simultaneously between the divided cores v11-v13 and the
또한, 3결선된 분할 코어(v11-v13)에 인접하여 후단에 배치되는 3결선된 분할 코어(w11-w13)는 각각 외측의 좌측 부분이 외부 로터(103b)의 대향하는 자석(18-20) 사이에 S-N,N-S,S-N과 같이 서로 반대 극성으로 대향하고, 외측의 우측 부분이 외부 로터(103b)의 대향하는 자석(19-21) 사이에 N-N,S-S,N-N과 같이 서로 동일 극성으로 대향하며, 분할 코어(w11-w13)의 내측의 좌측 부분이 내부 로터(103a)의 대향하는 자석(18a-20a) 사이에 N-S,S-N,N-S와 같이 서로 반대 극성으로 대향하고, 내측의 우측 부분이 내부 로터(103a)의 대향하는 자석(19a-21a) 사이에 N-N,S-S,N-N과 같이 서로 동일 극성으로 대향하여 배치됨에 따라 분할 코어(w11-w13)와 더블로터(103) 사이에는 흡인력과 반발력이 발생되어 더블로터(103)를 시계 방향으로 회전시켜 주는 작용이 일어난다.The three wired divided cores w11-w13 arranged at the rear end adjacent to the three wired divided cores v11-v13 each have an outer left portion connected to the opposing magnets 18-20 of the
또한, 각각 3결선된 분할 코어(v14-v16) 및 분할 코어(w14-w16)와 더블로터(103) 사이에도 상기와 동일하게 반발력 및 흡인력이 발생되어 더블로터(103)를 밀어주고 당겨주는 작용에 의해 더블로터(103)를 시계 방향으로 회전시킨다.The repulsive force and the attracting force are generated between the three divided wired cores v14-v16 and the divided cores w14-w16 and the
도 4b를 참고하면, 홀소자(H1-H3)가 외부 로터(103b)의 극성을 "S,N,S"로 검출하면, 제어부는 상기 표 2에 따라 더블로터(103)의 회전 위치가 기계각으로 7.5°인 것으로 판단하여, 상측의 FET3과 하측의 FET4를 턴온시키도록 구동신호를 인가하면, 전류가 FET3-V상 코일(v1-v3)-V상 코일(v4-v6)-W상 코일(w6-w4)-W상 코일(w3-w1)-FET4를 경유하여 접지로 흐른다. Referring to FIG. 4B, when the Hall elements H1-H3 detect the polarity of the
이에 따라, 분할 코어(v11)는 내측 방향의 자속이 발생되고, 분할 코어(v12)는 외측 방향을 향하는 자속이 발생되며, 분할 코어(v13)는 내측 방향을 향하는 자속이 발생되어, 화살표로 표시된 바와 같이 자기회로가 설정되고, 내부 로터(103a)와 외부 로터(103b)가 N극 및 S극 자석으로 대향하여 설정된 더블로터(103)는 시계방향으로 회전이 이루어지게 된다. As a result, a magnetic flux in the inward direction is generated in the divided core v11, a magnetic flux in the outward direction is generated in the divided core v12, a magnetic flux in the inward direction is generated in the divided core v13, The magnetic circuit is set as shown in FIG. 10B, and the
즉, 도 4b의 BLDC 모터(100)에서 3결선된 분할 코어(v11-v13)는 각각 외측의 좌측 부분이 외부 로터(103b)의 대향하는 자석(15-17) 사이에 N-S,S-N,N-S과 같이 서로 반대 극성으로 대향하고, 외측의 우측 부분이 외부 로터(103b)의 대향하는 자석(16-18) 사이에 N-N,S-S,N-N과 같이 서로 동일 극성으로 대향하며, 분할 코어(v11-v13)의 내측의 좌측 부분이 내부 로터(103a)의 대향하는 자석(15a-17a) 사이에 S-N,N-S,S-N과 같이 서로 반대 극성으로 대향하고, 내측의 우측 부분이 내부 로터(103a)의 대향하는 자석(16a-18a) 사이에 N-N,S-S,N-N과 같이 서로 동일 극성으로 대향하여 배치됨에 따라 분할 코어(v11-v13)와 더블로터(103) 사이에는 흡인력과 반발력이 동시에 발생되어 더블로터(103)를 시계 방향으로 회전시켜 주는 작용이 일어난다.Namely, the divided cores v11-v13 connected by three in the
또한, 3결선된 분할 코어(v11-v13)에 인접하여 앞단에 배치되는 3결선된 분할 코어(u11-u13)는 각각 외측의 좌측 부분이 외부 로터(103b)의 대향하는 자석(12-15) 사이에 S-N,N-S,S-N과 같이 서로 반대 극성으로 대향하고, 외측의 우측 부분이 외부 로터(103b)의 대향하는 자석(13-15) 사이에 N-N,S-S,N-N과 같이 서로 동일 극성으로 대향하며, 분할 코어(u11-u13)의 내측의 좌측 부분이 내부 로터(103a)의 대향하는 자석(12a-15a) 사이에 N-S,S-N,N-S와 같이 서로 반대 극성으로 대향하고, 내측의 우측 부분이 내부 로터(103a)의 대향하는 자석(12a-15a) 사이에 S-S,N-N,S-S와 같이 서로 동일 극성으로 대향하여 배치됨에 따라 분할 코어(u11-u13)와 더블로터(103) 사이에는 흡인력과 반발력이 동시에 발생되어 더블로터(103)를 시계 방향으로 회전시켜 주는 작용이 일어난다.The three wired divided cores u11-u13 disposed at the front end adjacent to the three wired divided cores v11-v13 each have the outer left portion connected to the opposing magnets 12-15 of the
또한, 각각 3결선된 분할 코어(v14-v16) 및 분할 코어(u14-u16)와 더블로터(103) 사이에도 상기와 동일하게 반발력 및 흡인력이 발생되어 더블로터(103)를 밀어주고 당겨주는 작용에 의해 더블로터(103)를 시계 방향으로 회전시킨다.The repulsive force and the attracting force are generated between the divided cores v14 to v16 and the divided cores u14 to u16 and the
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 각 코어 그룹(G1-G6)마다 연속된 3개의 코어 중 중간에 위치한 코어에 역방향 코일 권선이 이루어져 있고, 각 구동 단계(step)마다 회전축을 중심으로 대칭으로 양측에 배치된 인접한 2개의 코어 그룹, 즉, 한쌍의 연속된 6개의 분할 코어는 활성화되고, 한쌍의 연속된 6개의 분할 코어 사이에 배치된 연속된 3개의 분할 코어는 비활성화 상태를 갖게 된다.As described above, in the present invention, the reverse coil winding is formed in the middle core among the three consecutive cores for each of the core groups (G1 to G6), and the reverse coil windings are symmetrically disposed on both sides The adjacent two core groups, that is, a pair of consecutive six divided cores are activated, and three consecutive divided cores disposed between a pair of consecutive six divided cores are inactivated.
이 경우, 상기 인접한 2개의 코어 그룹마다 구동신호가 인가되어 활성화될 때 2개의 코어 그룹에 포함된 6개의 분할 코어는 서로 반대방향으로 자속을 발생한다. 또한, 상기 활성화가 이루어지는 인접한 2개의 코어 그룹 중 하나의 그룹에는 구동신호가 해당 코일의 스타트 단자로부터 인가되고, 다른 하나의 그룹에는 해당 코일의 엔드 단자로부터 인가된다.In this case, when a driving signal is applied to each of the adjacent two core groups, the six divided cores included in the two core groups generate magnetic fluxes in opposite directions. A driving signal is applied to the one of the two adjacent core groups to which the activation is performed from the start terminal of the corresponding coil and the other terminal is applied to the other group from the end terminal of the corresponding coil.
이 경우, 활성화가 이루어지는 한쌍의 연속된 6개의 분할 코어는 더블로터(103)와의 사이에 외측 및 내측 플랜지(60b,60a)의 좌측은 서로 반대 극성으로 설정되어 흡인력에 의해 더블로터(103)를 회전방향으로 당겨주고 외측 및 내측 플랜지의 우측은 서로 동일 극성으로 설정됨에 따라 반발력에 의해 더블로터(103)를 회전방향으로 밀어주는 작용이 이루어진다.In this case, a pair of consecutive six divided cores in which activation is performed are set so that the left side of the outer side and the
즉, 4개 코어 그룹의 각각 연속된 3개의 분할 코어 모두가 대향한 더블로터(103)의 자석을 동일한 방향으로 회전시키는 자속을 발생하여 로터에 대한 효과적인 힘 전달이 이루어지게 된다.That is, all three consecutive divided cores of the four core groups generate a magnetic flux which rotates the magnets of the opposed
또한, 본 발명에서는 분할 코어의 양단부와 대향하는 더블로터(103)에서 인접한 S극 및 N극 자석 사이에 경계면이 배치될 때에도 자속 손실없이 효과적인 자기회로 경로가 설정되어 더블로터(103)를 회전 구동시키며, 그 결과 인접한 S극 및 N극 자석의 모서리를 라운딩 처리 없이 분할 착자된 자석을 사용할 수 있어 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)와 대응하는 자석(11-16:11a-26a)의 유효면적이 커지게 되고 효율 상승을 도모할 수 있다.In the present invention, an effective magnetic circuit path is set without flux loss even when the interface is disposed between adjacent S poles and N pole magnets in a
또한, 본 발명에서는 한쌍의 연속된 6개의 분할 코어가 인접한 분할 코어 사이에 서로 반대방향으로 자속이 발생되도록 코일 권선이 이루어지고, 구동신호가 인가됨에 따라, 코어와 코어 사이의 간격을 작게 설정할지라도 코깅에 따른 자속 누설이 발생하지 않고 자석과 코어 사이의 유효면적을 늘려서 누설자속을 줄여줌에 따라 효율 증대를 도모할 수 있다.Further, in the present invention, the coil winding is made so that a pair of consecutive six divided cores generate a magnetic flux in mutually opposite directions between adjacent divided cores, and even if the gap between the core and the core is set small The effective area between the magnet and the core is increased without leakage of the magnetic flux due to cogging, thereby reducing the leakage magnetic flux and increasing the efficiency.
종래에는 슬롯과 슬롯 사이의 오프닝(opening) 폭을 넓게 하고 외주면을 라운드(R) 처리하는 것이 요구되었으나, 본 발명에서는 각 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)의 내측 및 외측 플랜지(60a,60b)는 라운드 처리하지 않고, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 18개의 분할 코어 전체가 형성하는 하나의 내측원과 외측원에 일치하도록 곡률이 설정될지라도 코깅이 크게 발생하지 않게 된다. 그 결과, 자석과 코어 사이의 유효면적을 최대로 늘려서 누설자속을 줄여줌에 따라 효율 증대를 도모할 수 있다.Conventionally, it has been required to enlarge the opening width between the slot and the slot and round the outer circumference. However, in the present invention, the inside and outside of each of the divided cores u11-u16, v11-v16 and w11- The
상기 실시예 설명에서는 스테이터가 분할 코어로 이루어지고, 더블로터와 조합된 더블로터 모터를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 싱글 로터-싱글 스테이터, 더블 로터-더블 스테이터 구조의 모터에도 동일한 원리로 적용될 수 있다. 본 발명은 상기한 레이디얼 갭형 구조의 모터 이외에 액시얼 갭형 모터에도 적용될 수 있다.In the above description of the embodiment, the stator is a divided core and the blotter is combined with the blotter. However, the present invention can be applied to a single rotor-single stator or a double rotor stator . The present invention can be applied to an axial gap type motor other than the above-described radial gap type motor.
또한, 상기 실시예 설명에서는 3상 구동방식으로 스테이터 코일이 스타(star) 결선된 회로를 예시하였으나, 델타 결선방식에도 적용 가능하다. In the above description of the embodiment, the stator coil is star-connected by the three-phase driving method, but the present invention is also applicable to the delta wiring method.
더욱이, 상기 실시예 설명에서는 로터 위치정보를 검출하기 위해 홀소자를 사용하였으나, 회전되는 로터 마그넷의 극성변화를 검출하는 다른 자기검출소자를 사용하는 것도 가능하다.In the above description of the embodiment, the rotor is used to detect the rotor position information, but it is also possible to use another magnetic detecting element for detecting a change in the polarity of the rotating rotor magnet.
또한, 상기 실시예 설명에서는 18홀 16폴 구조의 모터에 대하여 예시하였으나, 동일한 방식으로 27슬롯 24폴, 36슬롯 32폴과 같은 비율로 설정된 모터에 적용될 수 있다.Although the motor of the 18-hole 16-pole structure is illustrated in the above description of the embodiment, it can be applied to the motor of the 27-slot 24-pole and the 36-slot 32-pole in the same manner.
11-26,11a-26a: 자석 50: 인버터 회로
55: 지그 60a: 내측 플랜지
60b: 외측 플랜지 61-66: 보빈
67: 외측 플랜지 68: 내측 플랜지
69a: 결합돌기 69b: 결합홈
100: 모터 102: 스테이터
103: 더블로터 103a: 내부 로터
103b: 외부 로터 G1-G6: 코어 그룹
u1-u6,v1-v6,w1-w6: 코일 u11-u16,v11-v16,w11-w16: 분할 코어
NP: 중성점11-26, 11a-26a: Magnet 50: Inverter circuit
55:
60b: outer flange 61-66: bobbin
67: outer flange 68: inner flange
69a: engaging
100: motor 102:
103: the
103b: outer rotor G1-G6: core group
u1-u6, v1-v6, w1-w6: coils u11-u16, v11-v16, w11-w16:
NP: Neutral point
Claims (16)
상기 내부 로터와 외부 로터 사이에 배치되며, 코일이 권선된 다수의 분할 코어를 구비하는 스테이터를 포함하며,
상기 코일은 3상 구동방식으로 결선되고, 각 상의 코일은 각각 연속된 3개의 분할 코어에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되어 인접된 분할 코어는 서로 반대방향으로 자속이 발생되고,
상기 다수의 분할 코어는 각각 외주에 권선되는 코일을 절연시키기 위한 절연성 보빈을 더 포함하며, 상기 다수의 분할 코어는 보빈의 내측 플랜지에 형성된 결합구조를 이용하여 환형으로 조립되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.A further rotor having an inner rotor and an outer rotor in which a plurality of N poles and S pole magnets of opposite polarity are alternately arranged at positions opposite to each other; And
A stator disposed between the inner rotor and the outer rotor, the stator having a plurality of split cores wound around coils;
The coils are connected in a three-phase driving method, and coils of each phase are wound in a sequence of forward, reverse, and forward directions on three consecutive split cores, so that adjacent split cores generate magnetic flux in opposite directions.
The plurality of split cores further include an insulating bobbin for insulating the coil wound around the outer periphery, wherein the plurality of split cores are assembled in an annular shape using a coupling structure formed on the inner flange of the bobbin. .
상기 3상 코일은 U,V,W 각 상마다 각각 연속된 3개의 분할 코어에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되어, 인접된 분할 코어 사이에 서로 반대방향으로 자속을 발생하는 다수의 코어 그룹을 포함하며,
상기 다수의 코어 그룹은 U,V,W 각 상별로 교대로 배치되어 조립되고,
인접한 2개의 코어 그룹마다 구동신호가 인가되어 활성화될 때 2개의 코어 그룹에 포함된 6개의 분할 코어는 서로 반대방향으로 자속을 발생하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.The method of claim 1,
The three-phase coil is wound in three successive split cores in each of U, V, and W phases in the order of forward, reverse, and forward directions to generate magnetic flux in opposite directions between adjacent split cores. Including;
The plurality of core groups are assembled alternately arranged for each of the U, V, W phase,
A BLDC motor, characterized in that, when a driving signal is applied and activated every two adjacent core groups, six split cores included in the two core groups generate magnetic fluxes in opposite directions.
상기 홀소자 사이의 각도는 (360°/폴 수)×2÷3으로 설정되고,
상기 코일에 대한 구동신호는 상기 3개의 홀소자에 의해 검출된 로터의 위치신호의 조합에 기초하여 인가되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.4. The motor control device according to claim 3, further comprising three hall elements for detecting a position signal of the rotor,
The angle between the Hall elements is set to (360 ° / number of poles) × 2 ÷ 3,
The drive signal for the coil is applied based on a combination of the position signals of the rotor detected by the three Hall elements.
상기 홀소자 사이의 각도는 (360°/폴 수)÷2로 설정되고,
상기 코일에 대한 구동신호는 상기 2개의 홀소자에 의해 검출된 로터의 위치신호를 이용하여 인가되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.4. The motor control device according to claim 3, further comprising two hall elements for detecting a position signal of the rotor,
The angle between the Hall elements is set to (360 ° / number of poles) / 2,
The drive signal for the coil is applied using a position signal of the rotor detected by the two Hall elements.
상기 스테이터는 U,V,W 각 상별로 (9의 배수/3)으로 결정되는 분할 코어에 코일이 권선되어 상호 연결되어 있고, 각 상의 일측은 모터 구동회로에 포함된 인버터 회로의 U,V,W 출력에 연결되고, 각 상의 타측은 상호 결선되어 중성점(NP)을 형성하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.The method of claim 1,
The stator is connected to each other by winding coils on divided cores determined by U, V, and W phases (multiple of 9/3), and one side of each of the stators is U, V, of an inverter circuit included in a motor driving circuit. BLDC motor, characterized in that connected to the W output, the other side of each phase is connected to each other to form a neutral point (NP).
상기 BLDC 모터는 6스텝(step) 방식으로 홀소자 사이의 각도마다 로터 위치신호를 검출하여 3상 코일 중 2개 상의 코일에 전류를 순차적으로 인가하면, 연속된 6개의 분할 코어씩 활성화가 이루어지고, 비활성화 상태의 나머지 분할 코어는 연속된 3개의 분할 코어가 활성화된 6개의 분할 코어 사이에 배치되며,
상기 연속된 6개의 분할 코어는 모두 대향한 내부 로터와 외부 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되거나, 분할 코어의 일부는 대향한 내부 로터와 외부 로터의 자석의 자극과 반대 극성으로 설정되고 분할 코어의 나머지 부분은 대향한 내부 로터와 외부 로터의 자석의 자극과 동일한 극성으로 설정되어 상기 로터를 동일한 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.The method of claim 1,
When the BLDC motor detects the rotor position signal for each angle between the Hall elements in a six step manner and sequentially applies current to two of the three-phase coils, six consecutive split cores are activated. , The remaining split cores in an inactive state are placed between six split cores with three successive split cores enabled,
The six consecutive split cores are all set to the same polarity or opposite polarity as the magnetic poles of the opposing inner and outer rotors, or some of the split cores are opposite the polarities of the magnetic poles of the opposing inner and outer rotors. And the remaining portion of the split core is set to the same polarity as the magnetic poles of the magnets of the opposite inner rotor and outer rotor to rotate the rotor in the same direction.
다수의 분할 코어; 및
상기 다수의 분할 코어 각각에 권선되는 3상 코일을 포함하며,
상기 3상 코일은 U,V,W 각 상마다 각각 연속된 3개의 분할 코어에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되어, 인접된 분할 코어 사이에 서로 반대방향으로 자속을 발생하는 다수의 코어 그룹을 포함하고,
상기 다수의 분할 코어는 각각 외주에 권선되는 코일을 절연시키기 위한 절연성 보빈을 더 포함하며, 상기 다수의 분할 코어는 보빈의 내측 플랜지에 형성된 결합구조를 이용하여 환형으로 조립되는 것을 특징으로 하는 3결선 구조의 스테이터.In the stator connected by the 3-phase driving method,
Multiple split cores; And
A three-phase coil wound around each of the plurality of split cores,
The three-phase coil is wound in three successive split cores in each of U, V, and W phases in the order of forward, reverse, and forward directions to generate magnetic flux in opposite directions between adjacent split cores. Including,
The plurality of split cores further include an insulating bobbin for insulating the coil wound around the outer periphery, wherein the plurality of split cores are assembled in an annular shape using a coupling structure formed on the inner flange of the bobbin. Structure stator.
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