KR101501060B1 - Stator Having 3-Core Connection Structure, BLDC Motor of Single Rotor Type Using the Same and Method for Driving the Same - Google Patents

Stator Having 3-Core Connection Structure, BLDC Motor of Single Rotor Type Using the Same and Method for Driving the Same Download PDF

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KR101501060B1 KR1020130033629A KR20130033629A KR101501060B1 KR 101501060 B1 KR101501060 B1 KR 101501060B1 KR 1020130033629 A KR1020130033629 A KR 1020130033629A KR 20130033629 A KR20130033629 A KR 20130033629A KR 101501060 B1 KR101501060 B1 KR 101501060B1
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Abstract

본 발명은 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어짐에 따라 슬롯과 폴의 비율을 최소화할 수 있어 코깅(cogging) 소음을 줄이고, 티스와 티스 사이의 간격을 작게 설정함에 따라 마그넷과 티스 사이의 유효면적을 늘려서 누설자속을 줄여줌에 따라 효율 증대를 도모할 수 있는 3결선 구조의 스테이터, 이를 이용한 싱글 로터형 BLDC 모터 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
본 발명의 싱글 로터형 BLDC 모터는 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터; 및 상기 로터와 간격을 두고 배치되며, 3상 코일이 코어의 티스에 권선된 스테이터를 포함하며, 상기 코일은 3상 구동방식으로 결선되고, 각 상의 코일은 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 연속 권선되어 인접된 티스는 서로 반대방향으로 자속이 발생되는 것을 특징으로 한다.
According to the present invention, as the coil winding is performed by the three-wire method, the ratio of the slots and the poles can be minimized to reduce the cogging noise and the effective area between the magnet and the teeth A single rotor type BLDC motor using the stator, and a driving method thereof. 2. Description of the Related Art [0002] A stator having a three-wire structure is disclosed.
A single rotor type BLDC motor of the present invention includes: a rotor in which a plurality of N-pole and S-pole magnets are alternately arranged; And a stator disposed spaced apart from the rotor, wherein the three-phase coil is wound around a tooth of the core, wherein the coil is connected in a three-phase driving manner, and each coil of each phase is connected to three consecutive teeth in forward and reverse directions And the adjacent teeth that are consecutively wound in the order of the forward direction are generated in opposite directions to each other.

Description

3결선 구조의 스테이터, 이를 이용한 싱글 로터형 BLDC 모터 및 그의 구동방법{Stator Having 3-Core Connection Structure, BLDC Motor of Single Rotor Type Using the Same and Method for Driving the Same}[0001] The present invention relates to a stator having a three-wire structure, a single-rotor type BLDC motor using the same, and a driving method thereof. [0002]

본 발명은 3결선 구조의 스테이터, 이를 이용한 싱글 로터형 BLDC 모터 및 그의 구동방법에 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, 이를 이용한 싱글 로터형 BLDC 모터 및 그의 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stator having a three-wire structure, a single-rotor type BLDC motor using the stator, and a driving method thereof, and more particularly, cogging), a three-wire stator that can increase the efficiency by reducing the leakage magnetic flux by increasing the effective area between the core and the core by setting a small gap between the core and the core, and a single rotor Type BLDC motor and a driving method thereof.

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.In a typical BLDC motor, the stator structure in which the winding order of the stator coils is alternately arranged for each phase of U, V, and W is used for the integral core, and the switching transistors of the inverter circuit are sequentially switched, The current flowing through the stator coil is switched to generate a rotating magnetic field to rotate the rotor.

예를 들어, 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, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-2005-245 and 10-2010-73449 disclose a stator having a plurality of divided cores wound with coils arranged alternately for each of U, V and W phases A double rotor / single stator type 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 method of designing a motor (hereinafter referred to as " one wiring structure motor ") in which one divided core in which coils are wound by each phase is alternately arranged for each phase in a BLDC motor provided with 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).

[수학식 1][Equation 1]

자석 폴(pole) 수 = (슬롯 수/3)×2의 배수Number of magnetic poles = (number of slots / 3) × multiple of 2

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 slots 12 poles, 27 slots 36 poles, 36 slots 48 poles.

이하에 상기한 종래의 1결선 방법에 따라 설계된 더블로터 구조의 BLDC 모터에 대한 동작을 하기 표 1을 참고하여 설명한다.The operation of the BLDC motor of the larger rotor structure designed according to the above-described 1-connection method will be described with reference to Table 1 below.

전기각Electrical angle 0 ° 60°60 ° 120°120 ° 180°180 ° 240°240 ° 300°300 ° 360°,
360 °,
0 °
기계각Machine angle 0 ° 10°10 ° 20°20 ° 30°30 ° 40°40 ° 50°50 ° 60°,
60 °,
0 °
H1H1 NN NN SS SS SS NN NN H2H2 SS NN NN NN SS SS SS H3H3 SS SS SS NN NN NN SS 입력input UU VV VV WW WW UU UU 출력Print WW WW UU UU VV VV WW 상측 FETThe upper FET FET1FET1 FET3FET3 FET3FET3 FET5FET5 FET5FET5 FET1FET1 FET1FET1 하측 FETThe lower FET FET2FET2 FET2FET2 FET4FET4 FET4FET4 FET6FET6 FET6FET6 FET2FET2

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 로터의 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 rotor is detected and transmitted to the motor drive circuit.

모터는 0°일 때의 상태를 나타낸 것으로, 6스텝 방식으로 10°마다 스테이터 코일에 흐르는 전류의 방향을 절환하여 인가함에 의해 해당 분할 코어는 전자석을 형성하여 자기장이 발생된다. The motor shows a state at 0 °. By switching and applying the direction of the current flowing through the stator coil at every 10 ° in the 6-step method, the divided core forms an electromagnet to generate a magnetic field.

모터 구동회로는 제어부와 인버터 회로를 포함하며, 인버터 회로는 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 모터의 스테이터 코일로 인가된다.The motor driving circuit includes a control unit and an inverter circuit. The inverter circuit includes three pairs of switching transistors (FETs) connected to totem poles. The upper FETs FET1, FET3, and FET5 and the lower FETs FET4, FET6, (U, V, W) of each phase are generated from the connection point between the stator coil and the stator coil of the motor.

모터 구동회로의 제어부는 각각의 각도에서 홀소자(H1-H3)에 의해 로터의 위치신호가 검출되면, 상기 표 1에 따라 인버터 회로는 1쌍의 스위칭 트랜지스터(FET)를 턴온시켜 전류 흐름 경로를 설정한다.When the rotor position signal of the rotor is detected by the Hall elements H1 to H3 at the respective angles, the inverter circuit according to Table 1 turns on the pair of switching transistors (FET) Setting.

예를 들어, 홀소자(H1-H3)가 외부 로터의 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-W상 코일-FET2를 경유하여 접지로 흐른다.For example, when the Hall elements H1 to H3 detect the polarities of the outer rotor as "N, S, S ", the control unit determines that the rotor rotational position is 0 DEG, and the upper FET1 and the lower FET2 When the driving signal is applied to turn on the FET, the current flows to the ground via the FET1-U phase coil and the W-phase coil-FET2.

이에 따라, U상 분할 코어는 내측 방향의 자속이 발생되고, W상 분할 코어는 외측 방향을 향하는 자속이 발생되어, 자기회로가 설정되고, 내부 로터와 외부 로터가 N극 및 S극 자석으로 대향하여 설정된 더블로터는 시계방향으로 회전이 이루어지게 된다. As a result, the U-phase split core generates an inward magnetic flux, the W phase split core generates a magnetic flux directed to the outward direction, and a magnetic circuit is set, and the inner rotor and the outer rotor are magnetized with N poles and S pole magnets The more the blotter set to rotate is rotated clockwise.

BLDC 모터에서 예를 들어, 내측 방향의 자속을 발생하는 U상 분할 코어는 코어의 외측이 외부 로터의 단지 N극 자석만 대향하는 것이 바람직하나 U상 분할 코어의 일부가 인접된 S극 자석과도 대향하고 있고, 코어의 내측이 내부 로터의 단지 S극 자석만 대향하는 것이 바람직하나 U상 분할 코어의 일부가 인접된 N극 자석과도 대향하고 있어 효율이 떨어지게 된다.In the BLDC motor, for example, the U-phase split core for generating the magnetic flux in the inward direction preferably has only the N pole magnet of the outer rotor facing the outside of the core, but the S pole magnet It is preferable that the inside of the core is opposed to only the S pole magnet of the inner rotor but a part of the U phase split core also faces the adjacent N pole magnet and the efficiency is lowered.

이 경우, BLDC 모터에서 스테이터의 분할 코어는 각 스탭마다 U,V,W 3상 중에 하나의 상에 해당하는 분할 코어를 건너뛰면서 코일에 구동신호가 인가되어 활성화가 이루어진다. In this case, the divided cores of the stator in the BLDC motor are activated by applying driving signals to the coils while skipping the divided cores corresponding to one of the phases U, V, and W for each step.

예를 들어, 로터의 회전 위치가 0°때 스테이터의 U상 및 W상 분할 코어는 V상의 분할 코어를 걸러 U 및 W상의 연속된 2개의 분할 코어에 권선된 코일에 구동신호가 인가되어 활성화가 이루어지며, 그 결과 활성화가 이루어지는 연속된 2개의 분할 코어는 서로 반대방향의 자속이 발생한다. For example, when the rotation position of the rotor is 0 °, the U phase and the W phase split core of the stator extract the V phase split core and the drive signal is applied to the coils wound on two consecutive divided cores of the U and W phases, As a result, two consecutive divided cores in which activation is performed generate magnetic fluxes in opposite directions to each other.

이때 BLDC 모터는 상기한 바와 같이, U상 분할 코어의 외측이 N극 자석이외에 인접된 S극 자석과도 대향하고 있고, U상 분할 코어의 내측이 S극 자석 이외에 인접된 N극 자석과도 대향하고 있으며, 대향하는 S극 자석과 N극 자석 사이에 비활성화 상태의 U상 분할 코어가 배치되어 있어, 로터를 일측 방향으로 회전시키는데 효과적인 자기회로의 구성이 이루어지지 못하고 있다. At this time, as described above, the BLDC motor also has the U-phase split core facing the outer side of the U-phase split core in addition to the N-pole magnet and the adjacent S-pole magnet, and the inner side of the U- And a U-phase split core in an inactive state is disposed between the opposing S-pole magnet and the N-pole magnet, so that a magnetic circuit configuration effective for rotating the rotor in one direction is not achieved.

또한, 상기 모터에서 로터는 슬롯 수가 적으면 적을수록 인접된 S극 자석과 N극 자석이 겹쳐지는 부분에서 서로 상쇄가 이루어지지 않아 소음이 발생하게 된다. In addition, as the number of slots of the rotor in the motor is smaller, noise is generated because the adjacent S pole magnets and the N pole magnets overlap each other at the overlapped portions.

더욱이, 종래의 1결선 방법에 따라 설계된 BLDC 모터는 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 회전시에 회전 각도에 따라 자석과 코어 간의 자력(자속)의 유효 면적 차이가 발생하며, 그 결과 코깅(cogging)이 심하게 발생하며 자속 누설이 발생하는 문제가 있다. Further, the BLDC motor designed in accordance with the conventional 1-wire method is configured such that the slots and the poles of the motor are set as 18 slots 12 poles, 27 slots 36 poles, 36 slots 48 poles, and the ratio of the number of slots to the number of poles is 30 to 40% Therefore, when the rotor rotates, an effective area difference of the magnetic force (magnetic flux) between the magnet and the core occurs depending on the rotation angle. As a result, cogging occurs severely and magnetic flux leakage occurs.

이에 따라 종래의 1결선 방식의 BLDC 모터는 코깅(cogging)에 기인한 소음을 최소화하기 위하여 슬롯과 슬롯 사이의 오프닝(opening) 폭을 넓게 하고 외주면을 라운드(R) 처리하거나, 각 자석의 모서리 부분을 라운드(R) 처리하는 에지 가공하는 것이 요구되므로, 이는 생산비의 상승 및 효율 저하를 초래한다. Accordingly, in the conventional 1-wire BLDC motor, the opening width between the slot and the slot is widened and the outer circumferential surface is rounded (R) in order to minimize the noise caused by cogging, It is required to perform edge processing for round (R) processing, which leads to an increase in production cost and a decrease in efficiency.

결국, 종래의 1결선 방식의 BLDC 모터는 슬롯과 슬롯 사이의 오프닝(opening) 폭이 넓어야 효율이 좋고, 소음이 감소하며, 일정 수준 이상의 오프닝 폭이 있어야 한다.As a result, the conventional 1-wire BLDC motor requires a wide opening width between a slot and a slot to be efficient, reduce noise, and have an opening width of a certain level or more.

또한, 종래의 1결선 방식의 BLDC 모터는 각각의 분할 코어에 권선된 코일을 상호 연결하여야 하므로 결선부위가 많은 단점도 있다.In addition, the conventional 1-wire BLDC motor has a disadvantage in that a number of wiring portions is large because coils wound on each of the divided cores must be connected to each other.

더욱이, 종래의 1결선 방식의 BLDC 모터는 상기한 바와 같이, 홀소자(H1-H3)가 (360도/슬롯 수) 또는 {(360도/폴수)×2극÷3}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, as described above, the conventional one-wire BLDC motor has an angle that is determined according to (360 degrees / number of slots) or {(360 degrees / number of poles) x 2 poles / 3} There is a problem that the Hall element printed circuit board (PCB) on which three Hall elements are mounted must be sized to cover an angle in the range of 40 degrees.

한편, 등록특허 제10-663641호는 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.On the other hand, in Japanese Patent No. 10-663641, coils are continuously wound in forward directions on nine divided cores allocated to each phase of U, V, and W, and these coils are classified into three core groups, and three wires 3 And the core groups are arranged alternately in the order of the phases.

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.

특허문헌 1 : 국내 공개특허 제10-2005-245호Patent Document 1: Korean Patent Laid-Open No. 10-2005-245 특허문헌 2 : 국내 공개특허 제10-2010-73449호Patent Document 2: Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-73449 특허문헌 3 : 국내 등록특허 제10-663641호Patent Document 3: Korean Patent No. 10-663641

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, 코어(티스)와 코어(티스) 사이의 간격을 작게 설정함에 따라 마그넷과 코어(또는 티스) 사이의 유효면적을 늘려서 누설자속을 줄여줌에 따라 효율 증대를 도모할 수 있는 3결선 구조의 스테이터, 이를 이용한 싱글 로터형 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 of a three-wire structure capable of increasing the efficiency as the leakage magnetic flux is reduced by increasing the effective area between the magnet and the core (or the teeth) by setting the interval between the core (tooth) and the core And a method of driving the BLDC motor.

본 발명의 다른 목적은 연속된 3개의 코일에 동일한 상(phase)의 모터구동신호가 인가될 때, 3개의 코어(티스) 모두가 대향한 로터의 마그넷을 동일한 방향으로 회전시키는 자속을 발생하도록 연속된 3개의 코어(티스) 중 중간에 위치한 코어(티스)에 역방향 코일 권선이 이루어진 3결선 구조의 스테이터를 제공하는 데 있다.It is a further object of the present invention to provide a magnetic circuit in which all three cores (teeth), when the same phase motor drive signal is applied to three consecutive coils, And a reverse coil winding is provided on a core (tooth) positioned in the middle of the three cores (teeth).

본 발명의 또 다른 목적은 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어져서 3개의 코어(티스)가 1세트와 같이 동작하므로, 코어(티스)의 선단부와 대향하는 싱글 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.It is a further object of the present invention to provide a method of winding a coil between a pair of adjacent S poles and N pole magnets in a single rotor opposed to a tip of a core (tooth) The present invention provides a BLDC motor using a stator having a three-wire structure in which an effective magnetic flux path is established even when an overlapping portion exists, thereby increasing the effective area of the magnet and increasing the efficiency.

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 싱글 로터용 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 having a three-wire structure in which a winding method and a wire connection method are simple in accordance with a continuous winding case by using a three-wire method in a divided core for a single rotor.

본 발명의 다른 목적은 코어(티스)의 오프닝 폭이 좁을수록 자석과의 대향하는 유효면적이 커지게 되어 효율이 상승하며, 그 결과 스테이터 코어(티스) 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 core (teeth) having a small opening width of the core (teeth), which increases the effective area facing the magnet and increases the efficiency. As a result, it is necessary to round the corners of the stator core And to provide a BLDC motor using a stator having a three-wire structure.

본 발명의 또 다른 목적은 인접한 분할 코어(티스)가 서로 반대방향으로 자속이 발생되도록 권선방향과 3상 구동회로의 구동신호 절환이 이루어짐에 따라 서로 반대극성으로 설정된 로터와의 사이에 동일한 방향으로 흡인력과 반발력이 동시에 발생하여 효과적으로 싱글 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 rotor in which the adjacent divided cores (Tees) are rotated in the same direction with the rotor set to the opposite polarity as the winding direction and the drive signal switching of the three- The present invention is to provide a new motor driving method of a three-wire structure in which a suction force and a repulsive force are generated at the same time so that rotational driving of the single 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 발명은 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터; 및 상기 로터와 간격을 두고 배치되며, 3상 코일이 코어의 티스에 권선된 스테이터를 포함하며, 상기 코일은 3상 구동방식으로 결선되고, 각 상의 코일은 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 연속 권선되어 인접된 티스는 서로 반대방향으로 자속이 발생되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a rotor comprising: a rotor having a plurality of N-pole and S-pole magnets arranged alternately; And a stator disposed spaced apart from the rotor, wherein the three-phase coil is wound around a tooth of the core, wherein the coil is connected in a three-phase driving manner, and each coil of each phase is connected to three consecutive teeth in forward and reverse directions And a magnetic flux is generated in a direction opposite to that of the adjacent teeth that are consecutively wound in the order of the forward direction.

상기 로터의 자석 수는 (슬롯 수/9)×8로 결정되며, 상기 슬롯 수는 9의 배수로 설정되는 것이 바람직하다.The number of the magnets of the rotor is determined by (number of slots / 9) x 8, and the number of slots is preferably set to a multiple of nine.

또한, 상기 3상 코일은 U,V,W 각 상마다 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되어, 인접된 티스 사이에 서로 반대방향으로 자속을 발생하며, U,V,W 각 상별로 교대로 배치되는 다수의 코어 그룹을 포함하며, 인접한 2개의 코어 그룹마다 구동신호가 인가되어 활성화될 때 인접한 2개의 코어 그룹에 포함된 6개의 티스는 서로 반대방향으로 자속을 발생한다.Further, the three-phase coil is wound in three consecutive teeth in each of U, V, and W phases in forward, reverse, and forward directions to generate magnetic fluxes in opposite directions between adjacent teeth, and U, V And W phases, and when a driving signal is applied to adjacent two core groups, six teeth included in two adjacent core groups are activated in opposite directions to each other do.

이 경우, 상기 인접한 2개의 코어 그룹에 포함된 연속된 6개의 티스는 모두 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되어, 로터를 동일 방향으로 회전시킨다.In this case, the six consecutive teeth included in the adjacent two core groups are all set to the same polarity or opposite polarity as the magnetic poles of the opposed rotor magnets, thereby rotating the rotor in the same direction.

더욱이, 각 상의 코일이 연속적으로 권선된 3개의 티스는 하나의 코어 그룹을 형성하고, 각 상의 코일은 U,V,W 각 상별로 교대로 배치되는 다수의 코어 그룹을 포함하며, 인접하여 배치된 2개의 코어 그룹에 포함된 연속된 6개의 티스는 구동신호가 인가될 때 모두 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되어, 로터를 동일 방향으로 회전시킨다.Further, the three teeth of which the coils of each phase are continuously wound form one core group, and the coils of each phase include a plurality of core groups alternately arranged for each phase of U, V, W, The six consecutive teeth included in the two core groups are set to the same polarity or opposite polarity as the magnetic poles of the opposed rotor magnets when the drive signal is applied to rotate the rotor in the same direction.

본 발명에 따르면, 상기 BLDC 모터는 로터의 위치신호를 검출하는 3개의 홀소자를 더 포함하며, 상기 홀소자 사이의 각도는 (360°/슬롯 수)×3으로 설정되거나, (360°/폴 수)×2÷3으로 설정되고, 상기 코일에 대한 구동신호는 상기 3개의 홀소자에 의해 검출된 로터의 위치신호의 조합에 기초하여 인가되는 것이 바람직하다.According to the present invention, the BLDC motor further includes three hall elements for detecting a position signal of the rotor, and the angle between the Hall elements may be set to (360 ° / number of slots) 3 or (360 ° / ) X 2/3, and a drive signal for the coil is preferably applied based on a combination of position signals of the rotor detected by the three Hall elements.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 BLDC 모터는 로터의 위치신호를 검출하는 2개의 홀소자를 더 포함하며, 상기 홀소자 사이의 각도는 (360°/폴 수)÷2로 설정되고, 상기 코일에 대한 구동신호는 상기 2개의 홀소자에 의해 검출된 로터의 위치신호를 이용하여 인가되는 것이 바람직하다.According to the present invention, the BLDC motor further comprises two hall elements for detecting a position signal of the rotor, wherein an angle between the hall elements is set to (360 ° / number of poles) / 2, And the drive signal is preferably applied using the position signal of the rotor detected by the two Hall elements.

상기 스테이터는 U,V,W 각 상별로 (9의 배수/3)으로 결정되는 다수의 티스에 코일이 권선되어 상호 연결되어 있고, 각 상 코일의 일측은 모터 구동회로에 포함된 인버터 회로의 U,V,W 출력에 연결되고, 각 상 코일의 타측은 상호 결선되어 중성점(NP)을 형성하는 것이 바람직하다.The stator has a plurality of coils wound around a plurality of teeth determined by the phases of U, V and W (multiples of 9/3), and one side of each phase coil is connected to a U- , V, and W outputs, and the other sides of the phase coils are mutually connected to form a neutral point (NP).

또한, 상기 BLDC 모터는 6스텝(step) 방식으로 구동되고, 3상 코일은 스타결선 방법으로 중성점을 형성하는 것이 바람직하다.Also, the BLDC motor is preferably driven in a six step manner, and the three-phase coil preferably forms a neutral point by a star wiring method.

더욱이, 상기 모터의 슬롯과 폴 수는 18슬롯 16폴, 27슬롯 24폴, 36슬롯 32폴, 45슬롯 40폴 중 어느 하나로 설정되는 것이 바람직하다.Furthermore, it is preferable that the number of slots and poles of the motor is set to one of 18 slots 16 poles, 27 slots 24 poles, 36 slots 32 poles, and 45 slots 40 poles.

상기 스테이터의 코어는 상기 코일이 권선되는 T형 티스와 상기 티스로부터 연장되며 상호 결합되어 환형 백요크를 형성하는 몸체를 포함하는 다수의 분할 코어로 구성될 수 있다.The core of the stator may be composed of a plurality of segmented cores including a T-shaped tooth to which the coil is wound and a body extending from the teeth and mutually coupled to form an annular back yoke.

이 경우, 상기 분할 코어는 각각 상기 몸체에 형성된 결합 돌기와 결합요홈에 의해 환형으로 조립될 수 있다.In this case, the divided cores may be annularly assembled by coupling protrusions and coupling grooves formed in the body, respectively.

또한, 상기 다수의 티스는 각각 외주에 권선되는 코일을 절연시키기 위한 절연성 보빈을 더 포함하며, 상기 다수의 티스는 보빈에 형성된 결합구조를 이용하여 환형으로 조립될 수 있다.In addition, the plurality of teeth may further include an insulating bobbin for insulating a coil wound around the outer periphery, and the plurality of teeth may be assembled in an annular shape using a coupling structure formed on the bobbin.

상기 BLDC 모터는 6스텝(step) 방식으로 구동되고, 구동신호가 인가될 때, 2개 상의 연속된 6개의 티스는 활성화 상태로 설정되고, 상기 연속된 6개의 티스 사이에 배치된 1개 상의 연속된 3개의 티스는 비활성화 상태로 설정되는 것을 특징으로 한다.The BLDC motor is driven in a six-step manner, and when a drive signal is applied, six consecutive six teeth are set to an active state, and one consecutive And the three teeth are set to the inactive state.

본 발명에 따르면, 상기 연속된 6개의 티스는 모두 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되거나, 상기 티스의 일부는 로터의 자석의 자극과 반대 극성으로 설정되고 티스의 나머지 부분은 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성으로 설정되어, 상기 로터를 동일한 방향으로 회전시키는 것이 바람직하다.According to the present invention, the six consecutive teeth are all set to the same polarity or opposite polarity as the magnetic pole of the magnet of the opposite rotor, or a part of the tooth is set to the opposite polarity to the magnetic pole of the rotor magnet, Is set to the same polarity as that of the magnetic pole of the opposed rotor magnet, and it is preferable to rotate the rotor in the same direction.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터; 및 상기 로터와 간격을 두고 배치되며, 3상 코일이 코어의 티스에 권선된 스테이터를 포함하며, 상기 코일은 3상 구동방식으로 결선되고, 각 상의 코일은 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되며, 상기 코일에 구동신호가 인가될 때, 3상 중 2개 상의 연속된 6개의 티스는 활성화 상태로 설정되고, 상기 연속된 6개의 티스 사이에 배치된 1개 상의 연속된 3개의 티스는 비활성화 상태로 설정되며, 상기 활성화된 연속된 6개의 티스는 서로 반대방향으로 자속이 발생되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a rotor comprising: a rotor in which a plurality of N poles and S pole magnets are alternately arranged; And a stator disposed spaced apart from the rotor, wherein the three-phase coil is wound around a tooth of the core, wherein the coil is connected in a three-phase driving manner, and each coil of each phase is connected to three consecutive teeth in forward and reverse directions And when the drive signal is applied to the coil, six consecutive teeth of two phases out of three phases are set to an active state, and one phase consecutively arranged between the consecutive six teeth The three teeth being set to the inactive state, and the six consecutive teeth being driven, magnetic fluxes are generated in opposite directions to each other.

이 경우, 상기 2개의 코어 그룹에 포함된 6개의 분할 코어는 서로 반대방향으로 자속을 발생하며, 상기 연속된 6개의 분할 코어는 모두 대향한 내부 로터와 외부 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되어, 로터를 동일 방향으로 회전시킬 수 있다.In this case, the six divided cores included in the two core groups generate magnetic fluxes in opposite directions, and the six consecutive divided cores have the same polarity or opposite polarity as the magnetic poles of the opposing inner rotor and outer rotor magnets Polarity, and the rotor can be rotated in the same direction.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터; 및 상기 로터와 간격을 두고 배치되며, 3상 코일이 코어의 티스에 권선된 스테이터를 포함하며, 상기 로터의 자석 수는 (슬롯 수/9)×8로 결정되고, 상기 슬롯 수는 9의 배수로 설정되며, 상기 스테이터는 U,V,W 각 상별로 (9의 배수/3)으로 결정되는 다수의 티스에 코일이 권선되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a rotor comprising: a rotor in which a plurality of N poles and S pole magnets are alternately arranged; And a stator disposed spaced apart from the rotor and having a three-phase coil wound around a tooth of the core, wherein the number of magnets of the rotor is determined as (number of slots / 9) x 8, and the number of slots is a multiple of nine And the stator is wound on a plurality of teeth determined by each phase of U, V and W (multiples of 9/3).

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 3상 구동방식 BLDC 모터의 모터 구동방법에 있어서, U,V,W 각 상마다 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 3상 코일이 권선된 다수의 코어 그룹이 U,V,W 각 상별로 교대로 배치된 스테이터에 간격을 두고 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터가 결합된 3상 구동방식 BLDC 모터를 준비하는 단계; 로터 위치검출소자에 의해 검출된 로터 위치신호에 기초하여 로터의 위치를 판단하는 단계; 및 상기 로터 위치에 기초하여 3상 코일 중 2개 상의 코일에 구동신호를 인가하는 단계를 포함하며, 상기 인접한 2개의 코어 그룹의 코일에 구동신호가 인가될 때 2개의 코어 그룹에 포함된 6개의 티스는 서로 반대방향으로 자속을 발생하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 모터 구동방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a motor drive method for a three-phase drive type BLDC motor, comprising the steps of: generating three-phase coils in forward, reverse, A three-phase driving type BLDC motor having a plurality of N-pole and S-pole magnets alternately arranged at intervals in a stator arranged alternately for each of U, V, and W phases ; Determining a position of the rotor based on the rotor position signal detected by the rotor position detection element; And applying drive signals to two coils of the three-phase coil based on the rotor position, wherein when a drive signal is applied to the coils of the adjacent two core groups, six And the teeth generate magnetic flux in opposite directions to each other.

이 경우, 상기 인접한 2개의 코어 그룹에 포함된 연속된 6개의 티스는 활성화가 이루어지고, 비활성화 상태의 나머지 3개의 티스는 활성화된 6개의 티스 사이에 배치되는 것이 바람직하다.In this case, six consecutive teeth included in the adjacent two core groups are activated, and the remaining three teeth in the inactivated state are preferably disposed between the six teeth.

또한, 본 발명에서는 3상 코일이 스타결선방법으로 중성점이 형성될 때, 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 addition, in the present invention, when a neutral point is formed by a three-phase coil star connection method, a drive signal is applied to one of two adjacent core groups in which activation is performed from the start terminal of the coil, And is applied from the end terminal of the coil.

더욱이, 상기 연속된 6개의 티스는 모두 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되거나, 티스의 일부는 대향한 로터의 자석의 자극과 반대 극성으로 설정되고 티스의 나머지 부분은 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성으로 설정되어, 상기 로터를 동일한 방향으로 회전시킬 수 있다.Further, the six consecutive teeth are all set to the same polarity or opposite polarity as the magnetic pole of the opposite rotor magnet, or a part of the tooth is set to the opposite polarity to the magnetic pole of the opposite rotor magnet, Is set to the same polarity as that of the magnetic pole of one rotor, so that the rotor can be rotated in the same direction.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 환형의 백요크로부터 다수의 티스가 방사상으로 연장된 코어; 및 상기 다수의 티스 각각에 권선되는 3상 코일을 포함하며, 상기 3상 코일은 인접된 티스 사이에 서로 반대방향으로 자속을 발생하도록 각 상마다 각각 연속된 3개의 분할 코어에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되며 각 상별로 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 3결선 구조의 스테이터를 제공한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a core having a plurality of teeth radially extended from an annular back yoke; And a three-phase coil wound on each of the plurality of teeth, wherein the three-phase coil has three divided cores, each of which is consecutive for each phase so as to generate a magnetic flux in mutually opposite directions between adjacent teeth, in forward, The stator of the three-wire structure is characterized in that it is wound in the following order:

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어짐에 따라 슬롯과 폴의 비율을 최소화할 수 있어 코깅(cogging) 소음을 크게 줄이고, 코어(티스)와 코어(티스) 사이의 간격을 작게 설정함에 따라 마그넷과 코어(티스) 사이의 유효면적을 늘려서 누설자속을 줄여줌에 따라 효율 증대를 도모할 수 있다.As described above, according to the present invention, as the coil winding is performed by the three-wire method, the ratio of the slots and the poles can be minimized, so that the cogging noise is greatly reduced and the gap between the core (tooth) It is possible to increase the effective area between the magnet and the core (teeth) to reduce the leakage magnetic flux, thereby increasing the efficiency.

또한, 본 발명에서는 연속된 3개의 코어(티스) 중 중간에 위치한 코어(티스)에 역방향 코일 권선이 이루어짐에 따라 연속된 3개의 코일에 동일한 상(phase)의 모터구동신호가 인가될 때, 3개의 코어(티스) 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 on the core (teeth) positioned in the middle of three consecutive cores (teeth), when the same phase motor drive signal is applied to three consecutive coils, All of the cores (teeth) generate a magnetic flux which rotates the magnet of the opposed rotor in the same direction, so that effective force transmission to the rotor is achieved.

더욱이, 본 발명에서는 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어져서 3개의 코어(티스)가 1세트와 같이 동작하므로, 코어(티스)의 선단부와 대향하는 싱글 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, since the coil winding is performed by the three-wire method and the three cores (teeth) operate as one set, a single rotor opposed to the tip of the core (tooth) overlaps between the adjacent S pole and N pole magnets An effective magnetic flux path is set even if a portion exists, 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(티스) 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 (teeth) and the magnet.

본 발명은 인접한 분할 코어(티스)가 서로 반대방향으로 자속이 발생되도록 권선방향과 3상 구동회로의 구동신호 절환이 이루어짐에 따라 서로 반대극성으로 설정된 로터와의 사이에 동일한 방향으로 흡인력과 반발력이 동시에 발생하여 효과적으로 싱글 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 a magnetic flux is generated in a direction opposite to the direction in which the adjacent divided cores (teeth) are mutually driven, a suction force and a repulsive force So that the rotational drive of the single rotor can be effected effectively.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따라 3결선 방법으로 일체형 코어에 코일이 권선된 3결선 구조 스테이터를 이용한 싱글 로터형 BLDC 모터를 나타낸 직경방향 단면도,
도 1b는 본 발명의 실시예에 따라 3결선 방법으로 일체형 코어에 코일이 권선된 3결선 구조 스테이터를 이용한 싱글 로터형 BLDC 모터를 나타낸 직경방향 단면도,
도 2는 도 1b에 도시된 모터에서 분할 코어의 조립시에 배치순서와 상호 결선관계를 나타내는 설명도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3결선 방법에 따라 18슬롯 16폴 방식으로 설계된 싱글 로터형 BLDC 모터로서, 로터가 “0°”일 때를 나타낸 직경방향 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 3상(U,V,W) 구동 코일의 코일 결선도와 모터 구동회로를 함께 나타낸 회로도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 싱글 로터형 BLDC 모터를 구동하는 방법을 나타낸 순서도이다.
FIG. 1A is a cross-sectional view in a radial direction of a single rotor type BLDC motor using a three-wire structure stator in which coils are wound around an integrated core by a three-wire method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1B is a cross-sectional view in a radial direction of a single rotor type BLDC motor using a three-wire structure stator in which coils are wound around an integrated core by a three-wire method according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 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. 1B,
FIG. 3 is a cross-sectional view in a radial direction of a single rotor type BLDC motor designed with an 18-slot 16-pole system according to an embodiment of the present invention when the rotor is at "0"
Fig. 4 is a circuit diagram showing a coil wiring diagram of the three-phase (U, V, W) drive coil shown in Fig. 3 and a motor drive circuit together;
5 is a flowchart illustrating a method of driving a single rotor type BLDC motor according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the same reference numerals will be used for the same constituent elements in the drawings, and redundant explanations for the same constituent elements will be omitted.

이하 본 발명의 실시예에서 사용하는 로터는 회전자, 싱글 로터는 단일 회전자, 스테이터는 고정자를 의미한다. Hereinafter, the rotor used in the embodiment of the present invention means a rotor, the single rotor means a single rotor, and the stator means a stator.

첨부된 도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 3결선 방법으로 코일이 권선된 3결선 구조 스테이터를 이용한 싱글 로터형 BLDC 모터를 나타낸 직경방향 단면도, 도 2는 도 1b에 도시된 모터에서 분할 코어의 조립시에 배치순서와 상호 결선관계를 나타내는 설명도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3결선 방법에 따라 18슬롯 16폴 방식으로 설계된 싱글 로터형 BLDC 모터로서, 로터가 “0°”일 때를 나타낸 직경방향 단면도, 도 4는 도 3에 도시된 3상(U,V,W) 구동 코일의 코일 결선도와 모터 구동회로를 함께 나타낸 회로도이다.1B is a cross-sectional view in a radial direction of a single-rotor type BLDC motor using a three-wire-structured stator in which coils are wound by a three-wire method according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a single-rotor type BLDC motor designed in an 18-slot 16-pole manner according to a three-wire method according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross- Fig. 4 is a circuit diagram showing the coil wiring diagram of the three-phase (U, V, W) drive coil shown in Fig. 3 and the motor drive circuit together.

도 1a 및 도 1b를 참고하면, 본 발명에 따른 싱글 로터형 BLDC 모터는 예를 들어, 18슬롯 16폴 방식의 모터로서, 스테이터(120)와 스테이터(120)의 외부에 간격을 두고 배치된 로터(110)를 포함한다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예 설명에서는 스테이터의 외측에 로터가 배치된 아웃터 로터 모터를 예를 들어 설명하나, 본 발명은 이와 반대로 로터가 스테이터의 내측에 배치되는 인너 로터 모터에도 적용될 수 있다.1A and 1B, a single rotor type BLDC motor according to the present invention is, for example, an 18-slot 16-pole type motor. The rotor includes a stator 120 and a stator 120, (110). In the description of the embodiment shown in Figs. 1A and 1B, an outer rotor motor in which a rotor is disposed outside the stator is described as an example, but the present invention can also be applied to an inner rotor motor in which a rotor is disposed inside a stator .

상기 로터(110)는 복수 개(16개)의 서로 다른 극성(N극 및 S극)을 가지는 자석(즉, 폴)(345-390)이 순차적으로 환형으로 백요크(도시되지 않음)에 부착되어 구현될 수 있다. The rotor 110 includes a plurality (16) of magnets (i.e., poles) 345-390 having different polarities (N poles and S poles) sequentially annularly attached to a back yoke .

스테이터(120)는 도 1a에 도시된 바와 같이, 선단부가 T자 형상으로 이루어진 복수 개(18개)의 티스(u11 내지 w16)가 환형의 백요크로부터 방사상으로 연장된 일체형 코어로 구현되거나, 도 1b에 도시된 바와 같이, 선단부가 T자 형상으로 이루어지고 후단부가 상호 연결되어 환형의 백요크를 형성하는 복수 개(18개)의 분할 코어(u11 내지 w16)로 구현될 수 있다. As shown in Fig. 1A, the stator 120 may be embodied as an integral core in which a plurality of (eighteen) teeth u11 to w16 each having a T-shaped tip end are radially extended from an annular back yoke, (18) divided cores (u11 to w16) having a tip end in a T shape and the rear ends interconnected to form an annular back yoke, as shown in Figs.

본 발명에서 스테이터(120)에서 코일이 권선되고 자기회로 경로를 형성하는 코어는 상기한 바와 같이, 일체형 코어 또는 분할 코어를 사용할 수 있다.In the present invention, the core in which the coil is wound in the stator 120 and forms the magnetic circuit path can use an integral core or a divided core as described above.

따라서, 설명의 편의상 티스, 분할 코어, 또는 티스와 티스 사이에 형성되는 슬롯은 특별한 경우를 제외하고 서로 동일한 의미로 사용하며, 동일한 부재번호(u11 내지 w16)를 부여한다.Therefore, for convenience of explanation, the slots formed between the teeth, the divided cores, or the teeth and the teeth use the same meaning except for special cases, and give the same member numbers (u11 to w16).

복수 개(18개)의 분할 코어(u11 내지 w16)를 조립하여 구현되는 스테이터는 코어의 재료비를 절감할 수 있고, 본 발명에 따라 3개 또는 6개의 코어(티스)에 대한 3결선 방식의 코일 권선시에 전용 권선기 대신에 범용 권선기를 사용하여 연속권선방법으로 권선이 이루어질 수 있어, 제조비용의 절감을 도모할 수 있다. 단, 분할 코어 구조인 경우, 분할 코어에 각각 코일을 권선한 후 분할 코어를 조립하는 공정을 거치는 것이 필요하다.The stator realized by assembling a plurality of (eighteen) divided cores u11 to w16 can reduce the material cost of the core, and according to the present invention, the three wire coils for three or six cores (teeth) The winding can be performed by the continuous winding method using a general-purpose winding machine in place of the dedicated winding machine at the time of winding, so that the manufacturing cost can be reduced. However, in the case of the divided core structure, it is necessary to pass the step of assembling the divided cores after winding the coils to the divided cores.

싱글 로터 방식의 BLDC 모터에 포함되는 로터(110)를 구현하는 자석(폴)의 개수와 티스(슬롯)의 개수는 다양한 조합의 개수를 가질 수 있다. 이러한 싱글 로터 방식의 BLDC 모터를 구현하는 슬롯/폴의 개수의 조합은 후술하는 수학식 2에 따라 결정된다.The number of the magnets (poles) and the number of teeth (slots) that implement the rotor 110 included in the single rotor type BLDC motor may have various combinations. The combination of the number of slots / poles implementing such a single rotor type BLDC motor is determined according to the following equation (2).

이하, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 18슬롯 16폴로 구현되는 BLDC 모터를 예를 들어 설명한다.Hereinafter, in an embodiment of the present invention, a BLDC motor implemented in an 18 slot 16 poles will be described as an example for convenience of explanation.

본 발명에 따른 싱글 로터 방식의 BLDC 모터는 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(120)와, 스테이터(120)의 외측에 각각 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 환형으로 구현된 로터(110)를 포함한다. The single rotor type BLDC motor according to the present invention has eighteen divided cores (u11-u16, v11-v16, v11-v16 and v11-v16) wound with coils (u1-u6, v1- w11-w16 are arranged in an annular shape, and a rotor 110 formed in an annular shape in which N-pole and S-pole magnets are alternately disposed on the outer side of the stator 120, respectively.

이하에 본 발명에 따라 분할 코어형 스테이터(120)를 구비한 BLDC 모터(100a)에서 도 1b와 같이 각 상별로 코일이 권선된 3개의 분할 코어가 각 상별로 교대로 배치된 모터(이하 “3결선 구조 모터”라 한다) 설계 방법에 대하여 설명한다.In the BLDC motor 100a having the divided core stator 120 according to the present invention, as shown in FIG. 1B, three divided cores, each of which is wound with a coil for each phase, Wiring structure motor ") will be described.

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:

[수학식 2]&Quot; (2) "

자석 폴(pole) 수 = (슬롯 수/9)×(9-1)Number of magnet poles = (number of slots / 9) x (9-1)

상기 수학식 2에서 슬롯 수는 9의 배수로 결정되며, 수학식 2에 따라 모터의 슬롯과 폴 수는 예를 들어, 18슬롯 16폴, 27슬롯 24폴, 36슬롯 32폴, 45슬롯 40폴과 같은 비율로 설정된다. 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. According to Equation (2), the number of slots and poles of the motor is, for example, 18 slots 16 poles, 27 slots 24 poles, 36 slots 32 poles, The same ratio is set. Therefore, in the present invention, the ratio of the number of slots and the number of poles is about 12%. Thus, the cogging generated when the rotor rotates is reduced to about 1/10 as compared with the 1-wire method, The gap between the core (that is, the slot and the slot) is set to be narrow, and as a result, the opposing effective area between the magnet and the core increases, and the efficiency can be increased.

또한, 본 발명에 따른 3결선 구조 모터를 설계할 때 로터의 위치신호를 검출하는 로터 위치검출소자는 3상 구동방식인 경우 예를 들어, 2개 또는 3개의 홀(Hall)소자를 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 may use, for example, two or three Hall elements in a three-phase driving system .

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 Equation 3 or Equation 4 below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

홀소자 사이의 각도 = (360°/폴 수)×2÷3Angle between Hall elements = (360 占 / number of poles) 占 2/3

[수학식 4]&Quot; (4) "

홀소자 사이의 각도 = (360°/슬롯 수)×3Angle between Hall elements = (360 占 / number of slots) 占 3

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).

[수학식 5]&Quot; (5) "

홀소자 사이의 각도 = (360°/폴 수)÷2Angle between Hall elements = (360 占 / number of poles) 占 2

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 티스(또는, 분할 코어)마다 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 teeth (or divided cores) connected in accordance with 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 1a 및 도 1b를 참고하면, 상기 로터(110)는 로터지지체(도시되지 않음)에 의해 중앙부에는 회전축(도시되지 않음)이 결합되며, 회전축의 일단에는 부하가 연결된다.Referring to FIGS. 1A and 1B, the rotor 110 is coupled to a rotary shaft (not shown) at a central portion by a rotor support (not shown), and a load is connected to one end of the rotary shaft.

상기 로터(110)는 N극 자석(350,360,370,380,390)과 S극 자석(345,355,365,375,385)이 교대로 배치되고, 각각 인접한 자석 사이의 자기회로 통로를 이루도록 외주에 환형의 백요크(화살표 부분)가 구비되어 있으나, 설명의 편의상 생략하였다.The rotor 110 is provided with annular back yokes (arrows) on its outer circumference so as to form N magnetic poles 350, 360, 370, 380 and 390 and S pole magnets 345, 355, 365, 375 and 385 alternately, For the sake of explanation.

상기 스테이터(120)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 4와 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 stator 120 is connected to six coils u1-u6, v1-v6 and w1-w6 for each U, V and W phases, and one side (start terminal) V and W outputs of the inverter circuit 50 constituting the inverter circuit, and the other ends (end terminals) of each phase are mutually connected to form a neutral point NP.

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 2와 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, 내주부가 상호 결합되어 일체화되어 도 1b와 같이 환형으로 형성될 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 to 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), and G6 (w14, w15, w16) are assembled in this order so that the inner circumferential portions can be combined with each other to form an annular shape as shown in FIG.

상기 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)는 각각 도 1b에 도시된 바와 같이, 선단부가 코일이 권선되는 권선영역을 형성하도록 T자 형상으로 이루어지고 후단부의 몸체(127)가 상호 연결되어 환형의 백요크(123)를 형성하는 복수 개(18개)의 분할 코어로 구현될 수 있다. 상기 분할 코어의 몸체(127)는 환형의 백요크(123)를 형성할 때 몸체의 양측 단부에 형성되는 다양한 상호 결합구조, 예를 들어, 결합돌기(127a)와 결합요홈(127b)에 의해 상호 조립될 수 있다. As shown in FIG. 1B, the divided cores u11-u16, v11-v16 and w11-w16 are each formed in a T-shape so that the tip portion forms a winding region where the coil is wound, and the rear end body 127 (18) divided cores which form an annular back yoke 123 interconnected with each other. The body 127 of the split core is formed by various mutual coupling structures formed at both ends of the body when the annular back yoke 123 is formed, for example, by the coupling projections 127a and the coupling grooves 127b. Can be assembled.

또한, 상기 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)는 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)이 권선될 때 절연을 위해 분할 코어 외주에 절연용 보빈(125)을 일체로 형성할 수 있다. 더욱이, 절연용 보빈(125)은 상부 및 하부 보빈으로 구성되어 환형으로 상호 조립된 분할 코어에 결합될 수 있다.When the stator coils u1-u6, v1-v6 and w1-w6 are wound, the divided cores u11-u16, v11-v16 and w11- Can be integrally formed. Furthermore, the insulating bobbin 125 can be coupled to the split cores assembled annularly with upper and lower bobbins.

또한, 상기 다수의 분할 코어는 환형으로 조립될 때, 결합돌기(127a)와 결합요홈(127b)에 의해 상호 조립되는 대신에 몸체(127)가 상호 연결되어 환형의 백요크(123)를 형성하면서 절연성 보빈(125)에 부가된 결합돌기와 결합요홈에 의해 상호 조립되는 것도 물론 가능하다.When the plurality of divided cores are assembled in an annular shape, instead of being assembled together by the engaging projections 127a and the engaging grooves 127b, the bodies 127 are interconnected to form an annular back yoke 123 It is of course possible to be assembled by the coupling protrusions added to the insulating bobbin 125 and the coupling groove.

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(120) 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.In the stator 120 as a whole, eighteen divided cores (u11-u16, v11-v16, w11-w16) are arranged so that a selective drive signal is generated so that mutually opposite magnetic fluxes are generated between adjacent divided cores (Not shown) of the motor drive circuit and applied to the stator coils u1-u6, v1-v6, and w1-w6 through the inverter circuit 50. [

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.

이하에 6개의 코어에 코일을 연속권선 방법으로 권선하는 방법을 설명한다.A method of winding the coils by the continuous winding method on six cores will be described below.

6개의 U상 분할 코어(u11-u16)를 5개의 지그(도시되지 않음)를 사용하여 일렬로 조립한 후, 범용 권선기를 이용하여 간단하게 연속권선이 이루어질 수 있다. 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.After the six U phase split cores (u11-u16) are assembled in a line by using five jigs (not shown), the continuous winding can be simply performed using the universal winder. In this case, the divided cores u12 and u15 located at the second and fifth positions are arranged in opposite directions so that reverse winding is performed. Therefore, in the present invention, the winding method and the wire connection method are simplified according to the three-wire continuous winding method using the universal winder on each of the divided cores (u11-u16, v11-v16, w11-w16).

본 발명의 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)는 각각 그의 외주에 절연용 보빈이 일체로 형성되고, 각 보빈에는 코일 권선영역을 설정하도록 양측에 외측 및 내측 플랜지를 구비하고 있다.Each of the divided cores (u11-u16, v11-v16, w11-w16) of the present invention has an insulating bobbin integrally formed on the outer periphery thereof and has outer and inner flanges on both sides so as to set a coil winding region in each bobbin have.

이하에 상기한 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 3결선 방법에 따라 설계된 싱글 로터 구조의 BLDC 모터(100a)에 대한 동작을 하기 표 2를 참고하여 설명한다. 하기 표 2는 인버터 회로(50)의 스위칭 소자(FET1-FET6)를 구동할 때 적용되는 논리테이블이다.3 and 4, the operation of the BLDC motor 100a of the single rotor structure designed according to the three-wire method of the present invention will be described with reference to Table 2 below. Table 2 below is a logical table applied when driving the switching elements (FET1 to FET6) of the inverter circuit 50. [

전기각Electrical angle 0 ° 60°60 ° 120°120 ° 180°180 ° 240°240 ° 300°300 ° 360°,
360 °,
0 °
기계각Machine angle 0 ° 7.5°7.5 ° 15°15 ° 22.5°22.5 DEG 30°30 ° 37.5°37.5 DEG 45°,
45 °,
0 °
H1H1 NN SS SS SS NN NN NN H2H2 NN NN NN SS SS SS NN H3H3 SS SS NN NN NN SS SS 입력input VV VV WW WW UU UU VV 출력Print WW UU UU VV VV WW WW 상측 FETThe upper FET FET3FET3 FET3FET3 FET5FET5 FET5FET5 FET1FET1 FET1FET1 FET3FET3 하측 FETThe lower FET FET2FET2 FET4FET4 FET4FET4 FET6FET6 FET6FET6 FET2FET2 FET2FET2

본 발명에서는 도 3과 같이, 3개의 홀소자(H1-H3)가 수학식 4에 따라 각각 3슬롯마다, 즉 60°마다 배치되어 120° 범위에 걸쳐 배치되거나, 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. 3, three Hall elements H1 to H3 are arranged in every three slots, that is, every 60 degrees according to Equation (4) Can be arranged every 15 [deg.] Calculated according to Equation (3) above, and can be arranged 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(110)의 자극(N극 또는 S극)을 검출하여 모터 구동회로로 전송한다.The Hall elements H1 to H3 detect magnetic poles (N poles or S poles) of the rotor 110 for each step and transmit them to the motor driving circuit.

도 3에 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 절환하여 인가함에 의해 해당 분할 코어(u11-u16,v11-v16,w11-w16)를 활성화하여 회전 자기장이 발생된다. The motor shown in Fig. 3 shows the state at 0 °, and the direction of the current flowing in the stator coils (u1-u6, v1-v6, w1-w6) A rotating magnetic field is generated by activating the divided cores u11-u16, v11-v16, w11-w16.

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(100a)의 스테이터 코일(u1-u6,v1-v6,w1-w6)로 인가된다. The motor drive circuit includes a control unit (not shown) and an inverter circuit 50. The inverter circuit 50 includes three pairs of power switching elements FET1 to FET6 connected to each other by totem poles, U, V and W of each phase are generated from the connection point between the lower FETs (FET3 and FET5) and the lower FETs (FET4, FET6 and FET2) to generate the stator coils u1-u6, v1-v6 and w1-w6 .

모터(100a)가 3상 구동방식인 경우 스테이터(120)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 motor 100a is a three-phase drive system, the stator 120 includes three coils u1-u6, v1-v6 and w1-w6. For example, Are connected to each other to form a neutral point (NP).

상기 BLDC 모터(100a)는 로터(110)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 BLDC motor 100a selectively drives the two switching elements among the three pairs of switching elements connected to the totem pole based on the position signal of the rotor 110 to generate U-phase, V-phase, W-phase coils u1-u6 and v1 -v6, and w1-w6), the two stator coils are sequentially energized to generate the rotor system, thereby rotating the rotor. That is, the drive signal is applied to the one-phase coil from the output of the inverter circuit 50, and the other one-phase coil is applied through the neutral point.

모터 구동회로의 제어부(도시되지 않음)는 각각의 각도에서 홀소자(H1-H3)에 의해 로터(110)의 위치신호가 검출되면, 상기 표 2에 따라 인버터 회로(50)는 1쌍의 스위칭 소자(FET)를 턴온시켜 전류 흐름 경로를 설정한다.When a position signal of the rotor 110 is detected by the Hall elements H1 to H3 at each angle in a control section (not shown) of the motor drive circuit, the inverter circuit 50 according to Table 2 is switched Turn on the device (FET) to set the current flow path.

예를 들어, 도 3과 같이 홀소자(H1-H3)가 로터(110)의 극성을 "N,N,S"로 검출하면, 제어부는 상기 표 2에 따라 로터(110)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 rotor 110 as "N, N, S" as shown in Fig. 3, the controller determines that the rotational position of the rotor 110 is 0 Phase coil (v1-v3) -V phase coil (v4-v6) -W phase coil w6 (v6-v6), and when the drive signal is applied so as to turn on the upper FET 3 and the lower FET 2, -w4) -W phase coil (w3-w1) -FET2 to ground.

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, 로터(110)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 and the rotor 110 is rotated in the clockwise direction.

즉, 도 3의 BLDC 모터(100a)에서 3결선된 분할 코어(v11-v13)는 티스의 우측 부분이 로터(110)의 대향하는 자석(365,370,375)과의 사이에 S-S, N-N, S-S와 같이 서로 동일한 극성으로 대향하여 배치됨에 따라 분할 코어(즉, 티스)(v11-v13)와 로터(110) 사이에는 큰 반발력이 발생되고 있다.Namely, the divided cores v11-v13 connected by three in the BLDC motor 100a of Fig. 3 are arranged such that the right portion of the tooth is connected with the opposing magnets 365, 370, 375 of the rotor 110, A great repulsive force is generated between the divided cores (i.e., the teeth) v11-v13 and the rotor 110 as they are arranged opposite to each other with the same polarity.

또한, 분할 코어(v11-v13)의 티스의 우측 부분보다 상대적으로 작은 면적으로 티스의 좌측 부분이 로터(110)의 대향하는 자석(360,365,370) 사이에 N-S, S-N, N-S와 같이 서로 반대 극성으로 대향하여 배치됨에 따라 분할 코어(v11-v13)와 로터(110) 사이에는 작은 흡인력이 발생되고 있다.The left side portion of the tooth is opposed to the opposing magnets 360, 365 and 370 of the rotor 110 in opposite polarities such as NS, SN and NS with an area relatively smaller than the right side portion of the teeth of the divided cores v11- A small attractive force is generated between the divided cores v11 to v13 and the rotor 110. [

따라서, 분할 코어(v11-v13)와 로터(110) 사이에는 작은 흡인력과 큰 반발력이 동시에 발생되고 있으므로, 로터(110)를 시계 방향으로 회전시켜 주는 작용이 일어난다.Therefore, since a small attractive force and a large repulsive force are generated between the divided cores v11-v13 and the rotor 110, the action of rotating the rotor 110 in the clockwise direction occurs.

또한, 3결선된 분할 코어(v11-v13)에 인접하여 후단에 배치되는 3결선된 분할 코어(w11-w13)는 각각 티스의 좌측 부분이 로터(110)의 대향하는 자석(375,380,385) 사이에 S-N, N-S, S-N과 같이 서로 반대 극성으로 대향하고, 티스의 우측 부분이 로터(110)의 대향하는 자석(380,385,390) 사이에 N-N, S-S, N-N과 같이 서로 동일 극성으로 대향하여 배치됨에 따라 분할 코어(w11-w13)와 로터(110) 사이에는 흡인력과 반발력이 발생되어 로터(110)를 시계 방향으로 회전시켜 주는 작용이 일어난다.The three wired divided cores w11-w13 disposed at the rear end adjacent to the three wired divided cores v11-v13 are arranged such that the left portion of the tooth is connected to the corresponding one of the magnets 375, 380, 385 of the rotor 110, NS and SN and the right portion of the tooth is disposed opposite to the magnets 380, 385 and 390 of the rotor 110 with the same polarity as NN, SS and NN, a suction force and a repulsive force are generated between the rotor 110 and the rotor 110 to rotate the rotor 110 in a clockwise direction.

또한, 각각 3결선된 분할 코어(v14-v16) 및 분할 코어(w14-w16)와 로터(110) 사이에도 상기와 동일하게 반발력 및 흡인력이 발생되어 로터(110)를 밀어주고 당겨주는 작용에 의해 로터(110)를 시계 방향으로 회전시킨다.The repulsive force and the attracting force are generated between the divided cores v14-v16 and the divided cores w14-w16 and the rotor 110, respectively, and the rotor 110 is pushed and pulled And rotates the rotor 110 clockwise.

그 후, 로터(110)가 기계각으로 7.5°만큼 회전하여, 홀소자(H1-H3)가 로터(110)의 극성을 "S,N,S"로 검출하게 되며, 이에 따라 제어부는 상기 표 2에 따라 로터(110)의 회전 위치가 기계각으로 7.5°인 것으로 판단한다. 이에 따라 제어부가, 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. Thereafter, the rotor 110 rotates by 7.5 degrees to the mechanical angle, and the Hall elements H1 to H3 detect the polarity of the rotor 110 as "S, N, S" It is determined that the rotational position of the rotor 110 is 7.5 deg. Accordingly, when the control unit applies the drive signal to turn on the upper FET 3 and the lower FET 4, the current flows through the FET 3-V phase coil (v 1 -v 3) -V phase coil (v 4 -v 6) W4) -W phase coil (w3-w1) -FET4.

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, 자기회로가 설정되고, 로터(110)는 시계방향으로 회전이 이루어지게 된다. As a result, the divided core v11 generates an inward magnetic flux, the divided core v12 generates a magnetic flux directed to the outward direction, the divided core v13 generates a magnetic flux directed to the inward direction, And the rotor 110 is rotated in the clockwise direction.

BLDC 모터(100a)에서 3결선된 분할 코어(v11-v13)는 각각 티스의 좌측 부분이 로터(110)의 대향하는 자석(360,365,370) 사이에 N-S, S-N, N-S과 같이 서로 반대 극성으로 대향하고, 티스의 우측 부분이 로터(110)의 대향하는 자석(365,370,375) 사이에 N-N, S-S, N-N과 같이 서로 동일 극성으로 대향하여 배치됨에 따라 분할 코어(v11-v13)와 로터(110) 사이에는 흡인력과 반발력이 동시에 발생되어 로터(110)를 시계 방향으로 회전시켜 주는 작용이 일어난다.The divided cores v11-v13 connected in three in the BLDC motor 100a are arranged such that the left portion of the tooth is opposed to the opposing magnets 360, 365 and 370 of the rotor 110 with opposite polarities such as NS, SN and NS, The right portion of the teeth is arranged opposite to the magnets 365, 370 and 375 of the rotor 110 with the same polarity as NN, SS and NN, so that suction force is generated between the divided cores v11 to v13 and the rotor 110 A repulsive force is generated at the same time to rotate the rotor 110 clockwise.

또한, 3결선된 분할 코어(v11-v13)에 인접하여 앞단에 배치되는 3결선된 분할 코어(u11-u13)는 각각 티스의 좌측 부분이 로터(110)의 대향하는 자석(345,350,355) 사이에 S-N, N-S, S-N과 같이 서로 반대 극성으로 대향하고, 티스의 우측 부분이 로터(110)의 대향하는 자석(350,355,360) 사이에 N-N, S-S, N-N과 같이 서로 동일 극성으로 대향하여 배치됨에 따라 분할 코어(u11-u13)와 로터(110) 사이에는 흡인력과 반발력이 동시에 발생되어 로터(110)를 시계 방향으로 회전시켜 주는 작용이 일어난다.The three wired divided cores u11 to u13 disposed adjacent to the three connected wired divided cores v11 to v13 are arranged such that the left portion of the tooth is connected to the corresponding one of the magnets 345, 350, and 355 of the rotor 110, NS and SN and the right portions of the teeth are disposed opposite to each other with the same polarity as NN, SS and NN between the opposing magnets 350, 355 and 360 of the rotor 110, a suction force and a repulsive force are simultaneously generated between the rotor 110 and the rotor 110 to rotate the rotor 110 in the clockwise direction.

또한, 각각 3결선된 분할 코어(v14-v16) 및 분할 코어(u14-u16)와 로터(110) 사이에도 상기와 동일하게 반발력 및 흡인력이 발생되어 로터(110)를 밀어주고 당겨주는 작용에 의해 로터(110)를 시계 방향으로 회전시킨다.The repulsive force and the attracting force are generated between the divided cores v14-v16 and the divided cores u14-u16 and the rotor 110, respectively, as described above, and the rotor 110 is pushed and pulled And rotates the rotor 110 clockwise.

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 로터(110)와의 사이에 티스의 좌측은 서로 반대 극성으로 설정되어 흡인력에 의해 로터(110)를 회전방향으로 당겨주고 티스의 우측은 서로 동일 극성으로 설정됨에 따라 반발력에 의해 로터(110)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 sides of the teeth between the rotor 110 and the rotor 110 are set to have opposite polarities, so that the attracting force pulls the rotor 110 in the rotating direction, The rotor 110 is rotated in the rotating direction by the repulsive force.

즉, 4개 코어 그룹의 각각 연속된 3개의 분할 코어 모두가 대향한 로터(110)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 rotor 110 in the same direction, so that effective force transmission to the rotor is achieved.

또한, 본 발명에서는 분할 코어의 티스와 대향하는 로터(110)에서 인접한 S극 및 N극 자석 사이에 경계면이 배치될 때에도 자속 손실없이 효과적인 자기회로 경로가 설정되어 로터(110)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(345-390)의 유효면적이 커지게 되고 효율 상승을 도모할 수 있다.Further, in the present invention, even when the interface between the S pole and the N pole magnet adjacent to each other in the rotor 110 facing the teeth of the divided cores is arranged, an effective magnetic circuit path is established without flux loss to rotate the rotor 110, As a result, it is possible to use the magnets magnetically split without rounding the corners of the adjacent S-pole and N-pole magnets, so that the effective areas of the magnets 345-390 corresponding to the divided cores (u11-u16, v11-v16, w11- And the efficiency can be increased.

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 티스는 라운드 처리하지 않고, 도 1a, 도 1b 및 도 3에 도시된 바와 같이 18개의 분할 코어의 티스 전체가 형성하는 하나의 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.The teeth of each of the segment cores u11-u16, v11-v16 and w11-w16 are rounded in order to increase the opening width between the slot and the slot and round the outer periphery. The cogging does not occur largely even if the curvature is set so as to coincide with one outer circle formed by the entire teeth of the eighteen divided cores as shown in Figs. 1A, 1B, and 3 without processing. As a result, it is possible to maximize the effective area between the magnets and the core, thereby reducing the leakage magnetic flux, thereby increasing the efficiency.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 싱글 로터 방식의 BLDC 모터를 구동하는 방법을 나타낸 순서도이다. 5 is a flowchart illustrating a method of driving a single rotor type BLDC motor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 홀소자를 기반으로 싱글 로터의 위치를 판단한다(단계 S500).Referring to FIG. 5, the position of the single rotor is determined based on the hall element (step S500).

싱글 로터 방식의 BLDC 모터는 홀소자(H1-H3)로부터 검출된 로터위치신호를 기반으로 제어부는 예를 들어, 표 2에 도시된 6스텝 방식에서 로터(110)의 현재 위치를 판단하고, 인버터 회로(50)에서 턴-온될 한쌍의 스위칭 소자(FET1-FET6)를 결정한다.Based on the rotor position signal detected from the Hall elements H1-H3, the single rotor type BLDC motor determines the current position of the rotor 110 in the six-step method shown in Table 2, for example, A pair of switching elements FET1 to FET6 to be turned on in the circuit 50 are determined.

제어부에서 한쌍의 스위칭 소자(FET1-FET6)를 선택하여 PWM 구동신호를 인가하여 한쌍의 스위칭 소자(FET1-FET6)를 턴-온시킨다(단계 S510).The controller selects a pair of switching elements (FET1 to FET6) and applies a PWM driving signal to turn on the pair of switching elements (FET1 to FET6) (step S510).

한쌍의 스위칭 소자(FET3,FET2)가 턴-온됨에 따라 두 개의 상, 예를 들어, V상 코일(v1-v6) 및 W상 코일(w1-w6)에 전류가 흐르게 된다. 두 개의 상에서 흐르는 전류는 전술한 바와 같이 3결선 구조를 기반으로 동일한 상의 3개의 코어를 서로 권선의 방향을 다르게 하여 권선된 코일을 통해 흐르는 전류이다. For example, the V-phase coil (v1-v6) and the W-phase coil (w1-w6) as the pair of switching elements FET3 and FET2 are turned on. The currents flowing through the two phases are the currents flowing through the wound coils by making the three cores of the same phase different from each other in the direction of the windings based on the three-wire structure as described above.

동일한 방법으로 로터의 위치가 1스텝, 즉 기계각으로 7.5°만큼 회전하면 홀소자(H1-H3)로부터 로터의 회전을 검출하여 제어부가 한쌍의 스위칭 소자(FET3,FET4)를 턴-온시킴에 따라 두 개의 상, 예를 들어, V상 코일(v1-v6) 및 U상 코일(u1-u6)에 전류가 흐르게 된다. When the position of the rotor is rotated by one step, that is, by 7.5 degrees in the same manner, the rotation of the rotor is detected from the Hall elements H1 to H3 so that the control unit turns on the pair of switching elements FET3 and FET4 Accordingly, current flows through the two phases, for example, the V-phase coil (v1-v6) and the U-phase coil (u1-u6).

본 발명에서는 상기 표 2에 도시된 6스텝 구동방법에 따라 홀소자에서 로터위치를 검출하면, 제어부는 이에 기초하여 인버터 회로의 한쌍의 스위칭 소자를 교대로 스위칭하여 스테이터에 회전 자계를 발생시키며, 이에 따라 로터는 동일한 방향으로 회전이 이루어진다.According to the present invention, when the rotor position is detected in the Hall element according to the six-step driving method shown in Table 2, the control unit alternately switches a pair of switching elements of the inverter circuit on the basis thereof to generate a rotating magnetic field in the stator, The rotor is rotated in the same direction.

상기 실시예 설명에서는 스테이터가 분할 코어로 이루어지고, 로터와 조합된 싱글 로터 모터를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 다수의 티스가 백요크로부터 방사상으로 연장된 일체형 코어에도 동일하게 적용되고, 로터가 스테이터의 내측에 배치된 인너 로터 모터에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 싱글 로터-싱글 스테이터 이외에, 내측 및 외측에 각각 독립된 자기회로를 갖는 더블 로터-더블 스테이터 구조의 모터에도 동일한 원리로 적용될 수 있다. In the above embodiment, a single rotor motor having a stator as a divided core and combined with a rotor has been described as an example. However, the present invention is equally applied to an integrated core in which a plurality of teeth extend radially from a back yoke, Can be similarly applied to an inner rotor motor disposed inside the stator. Further, the present invention can be applied to the same principle in a double rotor-double stator structure motor having a magnetic circuit independent of the inside and the outside, in addition to the single rotor-single stator.

상기 실시예 설명에서는 레이디얼 갭형 모터를 예를 들어 설명하였으나, 액시얼 갭형 모터에도 적용될 수 있다.Although the radial gap type motor has been described by way of example in the above description, it may be applied to an axial 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 32폴, 45슬롯 40폴과 같은 비율로 설정된 모터에 적용될 수 있다.In the above embodiment, the 18-hole 16-pole motor is exemplified. However, the motor can be applied to the motor of the 27-slot 24-pole, 36-slot 32-pole and 45-slot 40-pole.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.

본 발명은 한쌍의 연속된 6개의 분할 코어가 인접한 분할 코어 사이에 서로 반대방향으로 자속이 발생되도록 3결선 방법으로 코일 권선이 이루어짐에 따라 코깅(cogging) 소음과 누설자속을 줄여줌에 따라 효율 증대를 도모할 수 있는 스테이터, 이를 이용한 BLDC 모터 및 모터 구동방법에 적용될 수 있다.According to the present invention, as the coil winding is performed by a three-wire method so that a pair of consecutive six divided cores generate magnetic fluxes in opposite directions to each other between adjacent divided cores, the efficiency is increased as the cogging noise and the leakage magnetic flux are reduced And a BLDC motor and a motor driving method using the stator.

50: 인버터 회로 100a: 모터
110: 로터 120: 스테이터
123: 백요크 125: 보빈
127: 몸체 127a: 결합돌기
127b: 결합요홈 345-390: 자석
G1-G6: 코어 그룹 TFT1-TFT6: 스위칭 소자
u1-u6,v1-v6,w1-w6: 코일 u11-u16,v11-v16,w11-w16: 분할 코어
NP: 중성점 H1-H3: 홀소자
50: inverter circuit 100a: motor
110: rotor 120: stator
123: Back yoke 125: Bobbin
127: body 127a: engaging projection
127b: coupling groove 345-390: magnet
G1-G6: core group TFT1-TFT6: switching element
u1-u6, v1-v6, w1-w6: coils u11-u16, v11-v16, w11-w16:
NP: Neutral point H1-H3: Hall element

Claims (25)

다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터; 및
상기 로터와 간격을 두고 배치되며, 3상 코일이 코어의 티스에 권선된 스테이터를 포함하며,
상기 코일은 3상 구동방식으로 결선되고, 각 상의 코일은 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 연속 권선되어 인접된 티스는 서로 반대방향으로 자속이 발생되며,
상기 스테이터의 코일에 6스텝(step) 방식으로 구동신호가 인가될 때, 2개 상의 연속된 6개의 티스는 활성화 상태로 설정되고, 상기 연속된 6개의 티스 사이에 배치된 1개 상의 연속된 3개의 티스는 비활성화 상태로 설정되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
A rotor in which a plurality of N poles and S pole magnets are alternately arranged; And
A stator disposed spaced apart from the rotor, the stator having a three-phase coil wound on a tooth of the core,
The coils are connected in a three-phase driving manner, and each of the coils of each phase is continuously wound in three consecutive teeth in the order of forward, reverse, and forward, and adjacent teeth generate magnetic fluxes in mutually opposite directions,
When a driving signal is applied to the coil of the stator in a six step manner, two consecutive six teeth are set to the active state, and one or more consecutive 3 teeth arranged between the consecutive teeth And the teeth of the rotor are set in the inactivated state.
제1항에 있어서, 상기 로터의 자석 수는 (슬롯 수/9)×8로 결정되며, 상기 슬롯 수는 9의 배수로 설정되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.The single rotor type BLDC motor according to claim 1, wherein the number of magnets of the rotor is determined by (number of slots / 9) x 8, and the number of slots is set to a multiple of nine. 제1항에 있어서,
상기 3상 코일은 U,V,W 각 상마다 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되어, 인접된 티스 사이에 서로 반대방향으로 자속을 발생하며, U,V,W 각 상별로 교대로 배치되는 다수의 코어 그룹을 포함하며,
인접한 2개의 코어 그룹마다 구동신호가 인가되어 활성화될 때 인접한 2개의 코어 그룹에 포함된 6개의 티스는 서로 반대방향으로 자속을 발생하는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
The method according to claim 1,
The three-phase coil is wound on three consecutive teeth in each of U, V, and W phases in the forward, reverse, and forward directions, generates magnetic fluxes in opposite directions to each other between adjoining teeth, And a plurality of core groups arranged alternately for each phase,
And the six teeth included in two adjacent core groups generate a magnetic flux in directions opposite to each other when a driving signal is applied and activated for each of two adjacent core groups.
제3항에 있어서, 상기 인접한 2개의 코어 그룹에 포함된 연속된 6개의 티스는 모두 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되어, 로터를 동일 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.The rotor according to claim 3, wherein six consecutive teeth included in the adjacent two core groups are all set to the same polarity or opposite polarity as the magnetic poles of the opposed rotor magnets, thereby rotating the rotor in the same direction Single rotor type BLDC motor. 제1항에 있어서,
각 상의 코일이 연속적으로 권선된 3개의 티스는 하나의 코어 그룹을 형성하고,
각 상의 코일은 U,V,W 각 상별로 교대로 배치되는 다수의 코어 그룹을 포함하며,
인접하여 배치된 2개의 코어 그룹에 포함된 연속된 6개의 티스는 구동신호가 인가될 때 모두 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되어, 로터를 동일 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
The method according to claim 1,
Three teeth in which the coils of each phase are continuously wound form one core group,
Each phase coil includes a plurality of core groups arranged alternately for each phase of U, V and W,
The six consecutive teeth included in the two adjacent core groups are set to the same polarity or opposite polarity as the magnetic poles of the magnets of the opposed rotor all when the drive signal is applied so that the rotor is rotated in the same direction Single rotor type BLDC motor.
제3항에 있어서, 로터의 위치신호를 검출하는 3개의 홀소자를 더 포함하며,
상기 홀소자 사이의 각도는 (360°/슬롯 수)×3으로 설정되거나, (360°/폴 수)×2÷3으로 설정되고,
상기 코일에 대한 구동신호는 상기 3개의 홀소자에 의해 검출된 로터의 위치신호의 조합에 기초하여 인가되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 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 may be set to (360 占 / number of slots) 占 or (360 占 / number of poles) 占 2 占 3,
And a drive signal for the coil is applied based on a combination of position signals of the rotor detected by the three Hall elements.
제3항에 있어서, 로터의 위치신호를 검출하는 2개의 홀소자를 더 포함하며,
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 싱글 로터형 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,
And a drive signal for the coil is applied using a position signal of the rotor detected by the two Hall elements.
제1항에 있어서,
상기 스테이터는 U,V,W 각 상별로 (9의 배수/3)으로 결정되는 다수의 티스에 코일이 권선되어 상호 연결되어 있고, 각 상 코일의 일측은 모터 구동회로에 포함된 인버터 회로의 U,V,W 출력에 연결되고, 각 상 코일의 타측은 상호 결선되어 중성점(NP)을 형성하는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
The method according to claim 1,
The stator has a plurality of coils wound around a plurality of teeth determined by the phases of U, V and W (multiples of 9/3), and one side of each phase coil is connected to a U- , V and W outputs, and the other sides of the phase coils are mutually connected to form a neutral point (NP).
제1항에 있어서, 상기 BLDC 모터는 6스텝(step) 방식으로 구동되고, 3상 코일은 스타결선 방법으로 중성점을 형성하는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.The single rotor type BLDC motor according to claim 1, wherein the BLDC motor is driven in a six step manner, and the three-phase coil forms a neutral point by a star wiring method. 제2항에 있어서,
상기 모터의 슬롯과 폴 수는 18슬롯 16폴, 27슬롯 24폴, 36슬롯 32폴, 45슬롯 40폴 중 어느 하나로 설정되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
3. The method of claim 2,
Wherein the slot and the number of poles of the motor are set to any one of 18 slots 16 poles, 27 slots 24 poles, 36 slots 32 poles, and 45 slots 40 poles.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스테이터의 코어는 상기 코일이 권선되는 T형 티스와 상기 티스로부터 연장되며 상호 결합되어 환형 백요크를 형성하는 몸체를 포함하는 다수의 분할 코어로 구성되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
11. The method according to any one of claims 1 to 10,
Wherein the core of the stator is composed of a T-shaped tooth to which the coil is wound, and a plurality of divided cores including a body extending from the teeth and mutually coupled to form an annular back yoke.
제11항에 있어서,
상기 분할 코어는 각각 상기 몸체에 형성된 결합 돌기와 결합요홈에 의해 환형으로 조립되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
12. The method of claim 11,
And the divided cores are assembled in an annular shape by coupling protrusions and coupling grooves formed in the body, respectively.
제11항에 있어서,
상기 다수의 티스는 각각 외주에 권선되는 코일을 절연시키기 위한 절연성 보빈을 더 포함하며,
상기 다수의 티스는 보빈에 형성된 결합구조를 이용하여 환형으로 조립되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
12. The method of claim 11,
Each of the plurality of teeth further including an insulating bobbin for insulating a coil wound around the outer circumference,
Wherein the plurality of teeth are assembled into an annular shape using a coupling structure formed on the bobbin.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 연속된 6개의 티스는 모두 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되거나,
상기 티스의 일부는 로터의 자석의 자극과 반대 극성으로 설정되고 티스의 나머지 부분은 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성으로 설정되어, 상기 로터를 동일한 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
The method according to claim 1,
The six consecutive teeth are all set to the same polarity or opposite polarity as the magnetic poles of the opposed rotor magnets,
Wherein a part of the tooth is set to have a polarity opposite to that of the magnetic pole of the rotor and the remaining part of the tooth is set to have the same polarity as that of the magnetic pole of the opposed rotor to rotate the rotor in the same direction BLDC motor.
다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터; 및
상기 로터와 간격을 두고 배치되며, 3상 코일이 코어의 티스에 권선된 스테이터를 포함하며,
상기 코일은 3상 구동방식으로 결선되고, 각 상의 코일은 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되며,
상기 코일에 구동신호가 인가될 때, 3상 중 2개 상의 연속된 6개의 티스는 활성화 상태로 설정되고, 상기 연속된 6개의 티스 사이에 배치된 1개 상의 연속된 3개의 티스는 비활성화 상태로 설정되며, 상기 활성화된 연속된 6개의 티스는 서로 반대방향으로 자속이 발생되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
A rotor in which a plurality of N poles and S pole magnets are alternately arranged; And
A stator disposed spaced apart from the rotor, the stator having a three-phase coil wound on a tooth of the core,
The coils are connected in a three-phase driving manner, and each coil of each phase is wound on three consecutive teeth in the order of forward, reverse, and forward,
When a drive signal is applied to the coil, six consecutive teeth of two phases out of three phases are set to an active state, and one consecutive three teeth disposed between the consecutive teeth are in a deactivated state And the magnetic flux is generated in opposite directions to the six consecutive driven teeth.
제16항에 있어서, 상기 2개의 코어 그룹에 포함된 6개의 분할 코어는 서로 반대방향으로 자속을 발생하며, 상기 연속된 6개의 분할 코어는 모두 대향한 내부 로터와 외부 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되어, 로터를 동일 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.17. The method according to claim 16, wherein the six divided cores included in the two core groups generate a magnetic flux in directions opposite to each other, and the six consecutive divided cores are identical to the magnetic poles of the opposing inner rotor and outer rotor magnets Polarity or opposite polarity so as to rotate the rotor in the same direction. 제17항에 있어서, 상기 로터의 자석 수는 (슬롯 수/9)×8로 결정되며, 상기 슬롯 수는 9의 배수로 설정되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.The single rotor type BLDC motor according to claim 17, wherein the number of magnets of the rotor is determined by (number of slots / 9) x 8, and the number of slots is set to a multiple of nine. 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터; 및
상기 로터와 간격을 두고 배치되며, 3상 코일이 코어의 티스에 권선된 스테이터를 포함하며,
상기 로터의 자석 수는 (슬롯 수/9)×8로 결정되고, 상기 슬롯 수는 9의 배수로 설정되며,
상기 스테이터는 U,V,W 각 상별로 (9의 배수/3)으로 결정되는 다수의 티스에 코일이 권선되고,
상기 코일은 3상 구동방식으로 결선되고, 각 상의 코일은 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 연속 권선되며,
상기 스테이터의 코일에 6스텝(step) 방식으로 구동신호가 인가될 때, 2개 상의 연속된 6개의 티스는 활성화 상태로 설정되고, 상기 연속된 6개의 티스 사이에 배치된 1개 상의 연속된 3개의 티스는 비활성화 상태로 설정되는 것을 특징으로 하는 싱글 로터형 BLDC 모터.
A rotor in which a plurality of N poles and S pole magnets are alternately arranged; And
A stator disposed spaced apart from the rotor, the stator having a three-phase coil wound on a tooth of the core,
The number of magnets of the rotor is determined as (number of slots / 9) x 8, the number of slots is set to a multiple of nine,
The stator is wound on a plurality of teeth determined by each phase of U, V and W (multiples of 9/3)
The coils are connected in a three-phase driving manner, and each of the coils of each phase is continuously wound on three consecutive teeth in the order of forward, reverse, and forward,
When a driving signal is applied to the coil of the stator in a six step manner, two consecutive six teeth are set to the active state, and one or more consecutive 3 teeth arranged between the consecutive teeth And the teeth of the rotor are set in the inactivated state.
3상 구동방식 BLDC 모터의 모터 구동방법에 있어서,
U,V,W 각 상마다 각각 연속된 3개의 티스에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 3상 코일이 권선된 다수의 코어 그룹이 U,V,W 각 상별로 교대로 배치된 스테이터에 간격을 두고 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터가 결합된 3상 구동방식 BLDC 모터를 준비하는 단계;
로터 위치검출소자에 의해 검출된 로터 위치신호에 기초하여 로터의 위치를 판단하는 단계; 및
상기 로터 위치에 기초하여 3상 코일 중 2개 상의 코일에 구동신호를 인가하는 단계를 포함하며,
상기 인접한 2개의 코어 그룹의 코일에 구동신호가 인가될 때 2개의 코어 그룹에 포함된 6개의 티스는 서로 반대방향으로 자속을 발생하며,
상기 인접한 2개의 코어 그룹에 포함된 연속된 6개의 티스는 활성화가 이루어지고, 비활성화 상태의 나머지 3개의 티스는 활성화된 6개의 티스 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 모터 구동방법.
A method of driving a three-phase driven BLDC motor,
A plurality of core groups in which three-phase coils are wound in the order of forward, backward, and forward directions on three consecutive teeth in each of U, V, and W phases, Preparing a three-phase drive type BLDC motor having a plurality of N-pole and S-pole magnets alternately arranged and connected to each other;
Determining a position of the rotor based on the rotor position signal detected by the rotor position detection element; And
Applying a drive signal to two or more of the three-phase coils based on the rotor position,
When driving signals are applied to the coils of the adjacent two core groups, the six teeth included in the two core groups generate magnetic fluxes in opposite directions to each other,
Wherein six consecutive teeth included in the adjacent two core groups are activated, and the remaining three teeth in the inactive state are disposed between the six teeth activated.
삭제delete 제20항에 있어서,
상기 활성화가 이루어지는 인접한 2개의 코어 그룹 중 하나의 그룹에는 구동신호가 해당 코일의 스타트 단자로부터 인가되고, 다른 하나의 그룹에는 해당 코일의 엔드 단자로부터 인가되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 모터 구동방법.
21. The method of claim 20,
Wherein driving signals are applied to the one of the two adjacent core groups from the start terminal of the corresponding coil and from the end terminal of the corresponding coil to the other group.
제20항에 있어서,
상기 연속된 6개의 티스는 모두 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 설정되거나, 티스의 일부는 대향한 로터의 자석의 자극과 반대 극성으로 설정되고 티스의 나머지 부분은 대향한 로터의 자석의 자극과 동일한 극성으로 설정되어, 상기 로터를 동일한 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 모터 구동방법.
21. The method of claim 20,
The six consecutive teeth are all set to the same polarity or opposite polarity as the magnetic poles of the opposite rotor or the part of the teeth is set to the opposite polarity to the magnetic pole of the opposite rotor magnet, Is set to the same polarity as the magnetic pole of the rotor of the BLDC motor, and the rotor is rotated in the same direction.
환형의 백요크로부터 다수의 티스가 방사상으로 연장된 코어; 및
상기 다수의 티스 각각에 권선되는 3상 코일을 포함하며,
상기 3상 코일은 인접된 티스 사이에 서로 반대방향으로 자속을 발생하도록 각 상마다 각각 연속된 3개의 분할 코어에 순방향, 역방향 및 순방향의 순서로 권선되며 각 상별로 교대로 배치되며,
상기 코일에 구동신호가 인가될 때, 3상 중 2개 상의 연속된 6개의 티스는 활성화 상태로 설정되고, 상기 연속된 6개의 티스 사이에 배치된 1개 상의 연속된 3개의 티스는 비활성화 상태로 설정되며, 상기 활성화된 연속된 6개의 티스는 서로 반대방향으로 자속이 발생되는 것을 특징으로 하는 3결선 구조의 스테이터.
A core in which a plurality of teeth are radially extended from an annular back yoke; And
And a three-phase coil wound on each of the plurality of teeth,
The three-phase coil is wound in three forward direction, reverse direction, and forward direction on three divided cores successively formed for each phase so as to generate a magnetic flux in mutually opposite directions between adjacent teeth,
When a drive signal is applied to the coil, six consecutive teeth of two phases out of three phases are set to an active state, and one consecutive three teeth disposed between the consecutive teeth are in a deactivated state And a magnetic flux is generated in opposite directions to the six consecutive teeth that are activated.
제24항에 있어서,
상기 코어는 상기 코일이 권선되는 티스와 상기 티스로부터 연장되며 상호 결합되어 환형 백요크를 형성하는 몸체로 이루어진 다수의 분할 코어로 구성되는 것을 특징으로 하는 3결선 구조의 스테이터.
25. The method of claim 24,
Wherein the core comprises a plurality of divided cores comprising a tooth to which the coil is wound and a body extending from the teeth and coupled to each other to form an annular back yoke.
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