KR101835951B1 - 반발력을 저감할 수 있는 bldc 모터 - Google Patents

반발력을 저감할 수 있는 bldc 모터 Download PDF

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Abstract

반발력을 저감할 수 있는 BLDC 모터가 개시된다. 개시된 회전형 BLDC 모터는 홀 센서를 포함하는 회전형 BLDC 모터로서, 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치하며, 원기둥에서 중앙 부분이 관통한 형상을 가지는 고정자; 상기 고정자의 내부에서 회전하는 회전자;를 포함하되, 상기 고정자는 시계 방향 내지 반시계 방향으로 회전한다.

Description

반발력을 저감할 수 있는 BLDC 모터{BLDC motor for capable of reducing the reaction force}
본 발명의 실시예들은 반발력을 저감할 수 있는 회전형 BLDC(brushless DC) 모터에 관한 것이다.
도 1은 종래의 BLDC 모터의 단면도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 BLDC 모터(100)는 속도 제어에 사용되는 것으로서, 하우징(110), 고정자(120), 회전자(130) 및 회전자 베어링(140)을 포함하며, 홀 센서(150)를 선택적으로 포함할 수 있다.
하우징(110)은 BLDC 모터(100)의 내부 구성 요소를 보호하는 기능을 수행하며, 베이스(160) 상에 설치된다.
고정자(120) 및 회전자(130)는 하우징(120)의 내부에 위치하며, 회전자(130)는 고정자(120)의 내부에서 축 방향으로 회전한다. 이 때, 회전자 베어링(140)이 회전자(130)의 회전축을 회전하게 한다. 고정자(120)는 고정되어 있으며, 움직이지 않는다. 그리고, 회전자(130)는 영구 자석의 재질일 수 있다.
홀 센서(150)는 하우징(110)의 내부에 부착되며(일례로, 회전자(130)의 회전축에 배치됨), 고정자(120)에 대한 회전자(130)의 상대 위치를 측정한다. 이를 통해, 고정자(120)의 전기각을 조절할 수 있다.
그러나, 종래의 BLDC 모터(100)의 경우, BLDC 모터(100)에 토크가 작용하여 회전자(130)의 속도가 변화하면, 반발 토크가 고정자(120)에 작용하고, 반발 토크가 베이스(160)로 전달되어 베이스(160)의 진동을 유발하는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 베이스로 전달되는 반발력을 저감할 수 있는 회전형 BLDC 모터를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 홀 센서를 포함하는 회전형 BLDC 모터에 있어서, 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치하며, 원기둥에서 중앙 부분이 관통한 형상을 가지는 고정자; 상기 고정자의 내부에서 회전하는 회전자;를 포함하되, 상기 고정자는 시계 방향 내지 반시계 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 회전형 BLDC 모터가 제공된다.
상기 고정자는 상기 회전자의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 수 있다.
상기 회전형 BLDC 모터는 상기 하우징과 연결되며, 상기 고정자의 회전축을 지지하는 고정자 베어링;을 더 포함할 수 있다.
상기 회전형 BLDC 모터는 상기 하우징을 지지하는 베이스; 및 상기 하우징과 상기 베이스를 연결하는 적어도 하나의 변위 제한부;를 더 포함할 수 있다.
상기 회전형 BLDC 모터는 상기 하우징의 내부에 부착되며, 상기 회전자의 회전량을 측정하는 회전 센서;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 회전형 BLDC 모터는 베이스로 전달되는 반발력을 저감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 BLDC 모터의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터의 단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터의 신호 처리 기법의 개념을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터의 단면도를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터(200)는 하우징(210), 고정자(220), 회전자(230), 고정자 베어링(240), 회전자 베어링(250), 홀 센서(260), 변위 제한부(270) 및 베이스(280)를 포함한다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상세하게 설명한다.
하우징(210)은 회전형 BLDC 모터(200)의 내부 구성 요소를 보호하는 기능을 수행하며, 베이스(280) 상에 설치된다. 즉, 베이스(280)는 하우징(210)을 지지한다.
고정자(220)는 하우징(210)의 내부에 위치하며, 원기둥에서 중앙 부분이 관통한 형상을 가진다.
이 때, 고정자(220)는 시계 방향 내지 반시계 방향으로 회전할 수 있는 '회전 고정자'일 수 있다. 즉, 고정자(220)는 원기둥의 축 방향을 기준으로 축 회전할 수 있다.
그리고, 고정자 베어링(240)은 하우징(210)과 연결되며, 고정자(220)의 회전축을 회전시킨다. 일례로, 고정자 베어링(240)는 링 형상일 수 있다.
회전자(230)는 하우징(210)의 내부에 위치하며, 고정자(220)의 내부에서 축 방향으로 회전한다. 이 때, 회전자(230) 역시 시계 방향 내지 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 그리고, 회전자 베어링(250)이 회전자(230)의 회전축을 회전시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정자(220)는 회전자(230)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 수 있다.
홀 센서(260)는 하우징(210)의 내부에 부착되며(일례로, 회전자(230)의 회전축에 배치됨), 고정자(220)에 대한 회전자(230)의 상대 위치를 측정한다. 이를 통해, 고정자(220)의 전기각을 조절할 수 있다.
한편, 홀 센서(260)는 회전형 BLDC 모터(200)에 포함되지 않을 수도 있다. 즉, 홀 센서(260)는 회전형 BLDC 모터(200)에 선택적으로 포함될 수 있다. 그리고, 홀 센서(260) 대신에 엔코더가 부착될 수도 있다.
변위 제한부(270)는 하우징(210)과 베이스(280)를 연결하며, 적어도 하나가 존재할 수 있다. 이 때, 변위 제한부(270)는 회전 변위에 비례하는 토션 스프링, 변위에 비례하는 스프링 또는 속도에 비례하는 댐퍼, 탄성 부재 등 여러 가지 재질로 이루어질 수 있다.
이하, 도 3를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터(200)의 효과를 설명하기로 한다.
회전자(230)가 토크 T에 따라 회전하면, 크기가 같고 방향이 반대인 반발 토크가 고정자(220)에 작용한다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터(200)의 경우, 회전자(230)의 회전에 따른 반발 토크에 의하여 고정자(220)가 하우징(210)에 대하여 일정 각도 회전하도록 구성된다. 따라서, 고정자(220)의 회전에 따라 반발 토크가 유발하는 베이스(280)의 잔류 진동을 크게 줄일 수 있고, 베이스(280)로 전달되는 반발력을 저감할 수 있으며, 베이스(280)의 강성을 높이는데 필요한 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터(200)는 변위 제한부(270)을 통해 베이스(280)로 전달되는 진동을 더 줄일 수 있다.
즉, 도 3을 참조하면, 변위 제한부(270)가 스프링과 감쇠로 구성되는 경우, 고정자(220)의 운동 방정식은 수학식 1으로 표현될 수 있다.
Figure 112016008549018-pat00001
이 때, 반발 토크는 관성 에너지로 소산되며, 변위 제한부(270)의 토크만이 베이스(280)로 전달되며, 이는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016008549018-pat00002
따라서, 변위 제한부(270)가 더 포함되는 경우 반발 토크보다 작은 토크만이 베이스(280)으로 전달되므로, 베이스(280)의 진동을 더 줄일 수 있게 된다.
한편, 회전용 BLDC 모터(200)의 전기 배선이 변위 제한부(270)이 역할을 대신할 수 있고, 이 경우, 별도의 변위 제한부(270)는 존재하지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터(200)의 신호 처리 기법의 개념을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 홀 센서(260)에서 측정된 신호에는 회전자(230)의 회전 신호(정현파)와 함께 고정자(220)의 저주파 회전 신호도 혼입되며, 이 중 회전자(230)의 회전 운동만을 추출한다. 이 때, 고역 통과 필터와 같은 적절한 신호 처리를 통해 고정자(220)의 회전 신호를 제거한 후 회전자(230)의 회전 운동만 추출할 수 있다..
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터의 단면도를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터(500)는 하우징(510), 고정자(520), 회전자(530), 고정자 베어링(540), 회전자 베어링(550), 홀 센서(560), 변위 제한부(570), 회전 센서(580) 및 베이스(590)를 포함한다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터(500)는 회전 센서(580)가 더 포함되었다는 점을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 BLDC 모터(200)와 동일하다.
회전 센서(580)는 하우징(510)의 내부(측면)에 부착되며, 회전자(530)의 속도 또는 회전 변위를 측정하여 회전자(530)의 회전량을 측정한다. 일례로서, 회전 센서(580)로 엔코더가 사용될 수 있으며, 하우징(510)의 앞쪽에 위치할 수 있다. 이를 통해, 회전자(530)의 회전량에 따라 고정자(520)의 전류를 제어하여 회전형 모터(500)를 제어한다. 일례로, 회전 센서(580)에서 측정된 값을 통해 고정자(520)에 인가되는 반발력을 산출하고, 산출된 반발력에 따라 전형 BLDC 모터(500)의 전력을 제어할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. 홀 센서를 포함하는 회전형 BLDC 모터에 있어서,
    내부 공간을 가지는 하우징;
    상기 하우징의 상기 내부 공간에 위치하며, 원기둥에서 중앙 부분이 관통한 형상을 가지며, 상기 관통한 형상의 축을 중심으로 회전하는 고정자;
    원기둥 형상을 가지고, 상기 고정자의 상기 관통한 형상의 내부에 위치하며, 상기 고정자가 회전하는 축을 중심으로 외부에서 인가된 전류 신호를 통해 회전하는 회전자; 및
    상기 하우징의 일 부분에 형성되며, 상기 고정자의 회전축을 회전시키기 위한 고정자 베어링;을 포함하되,
    상기 회전자의 회전 방향과 반대 방향으로 상기 고정자가 회전하는 것을 특징으로 하는 회전형 BLDC 모터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징을 지지하는 베이스; 및
    상기 하우징과 상기 베이스를 연결하는 적어도 하나의 변위 제한부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 BLDC 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에 부착되며, 상기 회전자의 회전량을 측정하는 회전 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 BLDC 모터.
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