KR20000054867A - BLDC motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 직류 모터, 보다 구체적으로는 브러시(Brush)를 가지지 않는 무브러시 직류 모터(BLDC Motor)에 관한 것이다.The present invention relates to a direct current motor, more specifically a brushless direct current motor (BLDC Motor) having no brush.
일반적으로, 무브러시 직류 모터는 정류자와 브러시라는 기계적 접촉부가 없기 때문에 전기적, 기계적 노이즈가 발생되지 않고 수명이 길어 널리 사용되고 있다. 이러한 무브러시 직류 모터는 자장 형성을 위한 다수의 영구자석을 갖춘 회전자, 이 회전자의 영구자석에 의한 자장과의 상호 작용으로 회전자를 회전시키는 토크를 발생시키는 아마튜어 코일이 감긴 고정자 및 회전자의 위치를 검출하여 아마튜어 코일에 통전 신호를 인가하는 위치검출회로 등으로 이루어져 있다.In general, the brushless DC motor is widely used because it does not generate electrical and mechanical noise and has a long life since there is no mechanical contact between the commutator and the brush. Such a brushless direct current motor has a rotor with a plurality of permanent magnets for magnetic field formation, a stator and a rotor wound with an amateur coil that generates torque to rotate the rotor by interaction with the magnetic field by the permanent magnet of the rotor. It consists of a position detection circuit etc. which detect an electron position and apply an energization signal to an amateur coil.
상기와 같은 구조를 가지는 일반적인 무브러시 직류 모터의 개략적인 구조가 도 1에 분해 사시도로 도시되어 있는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.A schematic structure of a general brushless DC motor having the above structure is shown in an exploded perspective view in FIG. 1, which will be briefly described as follows.
도면에서 참조부호 10은 회전자, 20은 고정자이다.In the drawings, reference numeral 10 denotes a rotor and 20 denotes a stator.
도시된 바와 같이, 상기 회전자(10)는 철심(12)과 다수의 영구자석(16)으로 이루어져 있다.As shown, the rotor 10 is composed of an iron core 12 and a plurality of permanent magnets (16).
상기 철심(12)은 다수의 전기강판을 적층하는 것에 의해 형성되며, 중앙에는 축공(13)이 형성되어 있고 축공(13)의 둘레에 다수의 삽입공(14)이 형성되어 있다.The iron core 12 is formed by stacking a plurality of electrical steel sheets, a shaft hole 13 is formed in the center and a plurality of insertion holes 14 are formed around the shaft hole 13.
상기 영구자석(16)은 도 2에 도시된 바와 같이, 철심(12)의 삽입공(14)에 삽입되어 있다. 이 영구자석(16)은 원만한 호 형상을 하고 있으며, 철심(12)에 원형으로 배치되어 있다.The permanent magnet 16 is inserted into the insertion hole 14 of the iron core 12, as shown in FIG. The permanent magnet 16 has a smooth arc shape and is arranged in a circle on the iron core 12.
그리고, 상기 고정자(20)는 그 내주면에 아마튜어 코일을 권선하기 위한 다수의 반개구 슬롯(20a)이 형성되어 있다.The stator 20 has a plurality of half-opening slots 20a formed on the inner circumferential surface thereof for winding the armature coil.
또한, 도시하지는 않았으나, 일반적인 무브러시 직류 모터는 회전자의 위치를 검출하여 아마튜어 코일에 통전 신호를 인가하는 위치검출회로를 구비하고 있다.In addition, although not shown, a general brushless DC motor is provided with a position detection circuit that detects the position of the rotor and applies an energization signal to the armature coil.
그러나, 상기와 같은 종래의 무브러시 직류 모터는, 영구자석이 원만한 호 형상을 이루면서 철심에 원형으로 배치됨으로써, 영구자석에 의한 기본토크 외에 모터의 효율 향상에 기여하는 자기저항 토크(reluctance torque)가 없어 모터의 효율이 낮다는 단점이 있었다. 즉, 도 2에서 영구자석(16)의 자속(flux) 중심축을 d축(마그네트 토크축), 이것에 대해 전기각 90°의 위상을 갖는 축(자기저항 토크축)을 q축이라하면, 상기 d축과 q축 방향에서의 영구자석(16)의 외주면과 고정자(20)의 내주면 사이의 거리가 동일하기 때문에 자기저항 토크가 발생되지 않는다(Lq/Ld = 1, 여기서 Ld : d축 인덕턴스, Lq ; q축 인덕턴스). 따라서 자기저항 토크에 의한 모터의 효율 향상을 기대할 수 없다.However, in the conventional brushless DC motor as described above, since the permanent magnet has a smooth arc shape and is disposed in a circular shape on the iron core, the magnetoresistance torque which contributes to the improvement of the efficiency of the motor in addition to the basic torque of the permanent magnet is increased. There was a disadvantage that the efficiency of the motor is low. That is, in FIG. 2, when the flux central axis of the permanent magnet 16 is the d-axis (magnet torque axis), and the axis having a phase of 90 ° electric angle (magnetic resistance torque axis) is the q-axis, Since the distance between the outer circumferential surface of the permanent magnet 16 and the inner circumferential surface of the stator 20 is the same in the d-axis and q-axis directions, no magnetoresistive torque is generated (Lq / Ld = 1, where Ld: d-axis inductance, Lq; q-axis inductance). Therefore, improvement of the motor efficiency by magnetoresistance torque cannot be expected.
이러한 단점을 개선하고자 영구자석의 형상을 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 변형시킨 예가 알려지고 있다. 이 경우에 있어서, d축과 q축 방향에서의 영구자석(16)의 외주면과 고정자(20)의 내주면 사이의 거리가 서로 달라, 어느 정도의 자기저항 토크가 발생되는 것을 기대할 수 있으나, 그 크기가 미미하여 모터의 효율을 향상시키는데는 한계가 있다.In order to improve this disadvantage, an example of modifying the shape of the permanent magnet as shown in FIGS. 3A and 3B is known. In this case, the distance between the outer circumferential surface of the permanent magnet 16 and the inner circumferential surface of the stator 20 is different from each other in the d-axis and q-axis directions, so that a certain amount of magnetoresistive torque can be expected. There is a limit to improving the efficiency of the motor.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 영구자석의 형상을 d축과 q축 방향에서의 자기저항 차가 최대로 되도록 변경하여 자기저항 토크를 크게 발생시킴으로써 효율의 향상을 도모한 무브러시 직류 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised in view of the above, and the brushless DC motor aimed at improving the efficiency by changing the shape of the permanent magnet to the maximum magnetoresistance difference in the d-axis and q-axis directions to generate a large magnetoresistive torque. The purpose is to provide.
도 1은 일반적인 무브러시 직류 모터를 개략적으로 나타낸 분해 사시도.1 is an exploded perspective view schematically showing a general brushless DC motor.
도 2는 도 1에 도시된 무브러시 직류 모터의 조립 평면도.FIG. 2 is an assembled plan view of the brushless DC motor shown in FIG. 1. FIG.
도 3a 및 도 3b는 종래 공지된 무브러시 직류 모터의 다른 예를 보인 평면도.3A and 3B are plan views showing another example of a conventionally known brushless DC motor.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무브러시 직류 모터를 나타낸 분해 사시도.Figure 4 is an exploded perspective view showing a brushless DC motor according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 나타낸 무브러시 직류 모터의 조립 평면도.5 is an assembled plan view of the brushless DC motor shown in FIG. 4.
도 6은 도 5에 나타낸 무브러시 직류 모터의 영구자석의 자속 집중 효과를 보인 요부 평면도.FIG. 6 is a plan view of a main part of the magnetic flux concentration effect of the permanent magnet of the brushless DC motor shown in FIG. 5; FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 ; 회전자 110 ; 철심100; Rotor 110; Iron core
120 ; 영구자석 122 ; 영구자석의 몸체부120; Permanent magnet 122; Body of permanent magnet
124 ; 영구자석의 절곡부 200 ; 고정자124; Bend of the permanent magnet 200; Stator
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 무브러시 직류 모터는, 복수의 얇은 강판을 적층하여서된 철심과, 이 철심의 축공 둘레에 형성된 다수의 삽입공에 삽입되어 자장을 형성하는 것으로써, 철심의 반경 방향에 대하여 직각으로 배치되는 몸체부와 이 몸체부의 양측으로부터 철심의 외측을 향하여 소정 각도로 연장된 한 쌍의 절곡부를 가지는 다수의 영구자석으로 이루어지는 회전자; 영구자석에 의한 자장과 상호 작용하여 토크를 발생시키는 전기장을 형성하는 아마튜어 코일을 가지는 고정자; 및 회전자의 위치를 검출하여 아마튜어 코일에 통전 신호를 인가하는 위치검출회로를 포함한다. 여기서, 영구자석의 절곡부가 이루는 각도는 120 내지 150°가 바람직하며, 영구자석의 수는 4개가 바람직하다.A brushless direct current motor according to the present invention for achieving the above object is inserted into the iron core formed by stacking a plurality of thin steel plates and a plurality of insertion holes formed around the shaft hole of the iron core to form a magnetic field, A rotor consisting of a plurality of permanent magnets having a body portion disposed at right angles to the radial direction of the iron core and a pair of bent portions extending from both sides of the body portion at an angle toward the outside of the iron core; A stator having an amateur coil that forms an electric field that generates torque by interacting with a magnetic field by a permanent magnet; And a position detection circuit for detecting a position of the rotor and applying an energization signal to the amateur coil. Here, the angle formed by the bent portion of the permanent magnet is preferably 120 to 150 °, the number of the permanent magnet is preferably four.
이에 따르면, 영구자석의 형상이 d축(마그네트 토크축)과 q축(자기저항토크축) 방향에서의 영구자석의 외측면과 고정자의 내주면 사이의 거리가 서로 다르기 때문에, 회전자의 돌극 형상에 의한 자기저항토크가 크게 발생한다. 따라서 영구자석에 의해 발생되는 기본 토크 외에 큰 자기저항토크가 발생되므로 모터의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.According to this, since the distance between the outer surface of the permanent magnet and the inner circumferential surface of the stator in the d-axis (magnet torque axis) and q-axis (magnetic resistance torque axis) direction is different from each other, Magnetoresistance torque is largely generated. Therefore, a large magnetoresistive torque is generated in addition to the basic torque generated by the permanent magnet, thereby greatly improving the efficiency of the motor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
첨부한 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무브러시 직류 모터를 분해 사시도 이고, 도 5는 도 4에 나타낸 모터의 조립 평면도 이며, 도 6은 도 5에 도시한 모터의 영구자석의 자속 집중 효과를 보인 요부 평면도이다.4 is an exploded perspective view of a brushless DC motor according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 5 is an assembled plan view of the motor shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a magnetic flux concentration of a permanent magnet of the motor shown in FIG. 5. The main part plan which showed the effect.
도면에서 참조부호 100은 회전자, 200은 고정자 이며, 110은 철심, 120은 영구자석이다.In the drawings, reference numeral 100 is a rotor, 200 is a stator, 110 is an iron core, 120 is a permanent magnet.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무브러시 직류 모터는, 다수의 영구자석(120)이 장착된 회전자(100), 회전자(100)의 영구자석(120)에 의한 자장과의 상호 작용으로 토크를 발생시키는 전기장을 형성하는 아마튜어 코일이 감긴 고정자(200) 및 회전자(100)의 위치를 검출하여 아마튜어 코일에 통전 신호를 인가하는 위치검출회로(도시되지 않음) 등을 포함하는 기본적인 구조는 상술한 종래의 무브러시 직류 모터의 구성과 동일하다. 본 발명의 특징은 회전자(100)의 영구자석(120)의 형상이 자기저항토크를 크게 발생시킬 수 있는 형상으로 되어 있다는데 있다.As shown, the brushless DC motor according to an embodiment of the present invention, the magnetic field by the rotor 100, the permanent magnet 120 of the rotor 100 is mounted with a plurality of permanent magnets 120 Position detection circuit (not shown) which detects the position of the stator 200 and the rotor 100 in which the Amateur coil, which forms an electric field generating torque by the interaction of the coil, and applies an energization signal to the Amateur coil. The basic structure including the same as the configuration of the conventional brushless DC motor described above. The feature of the present invention is that the shape of the permanent magnet 120 of the rotor 100 is a shape that can generate a large magnetoresistance torque.
즉, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 영구자석(120)은 철심(110)의 축공(111) 둘레에 형성된 다수의 삽입공(112)에 각각 삽입되어 있으며, 몸체부(122)와 한 쌍의 절곡부(124)를 가지고 있다. 상기 몸체부(122)는 철심(110)의 반경 방향에 대하여 직각으로 배열되어 있고, 상기 절곡부(124)는 몸체부(122)의 양측단으로부터 철심(110)의 외측을 향하여 소정 각도로 연장되어 있다. 여기서 몸체부(122)와 절곡부(124)의 각도는 대략 120° 내지 150°며, 바람직하게는 135°다. 또한, 영구자석(120)의 수는 4개가 바람직하다.That is, as shown in Figures 4 and 5, the permanent magnet 120 is inserted into the plurality of insertion holes 112 formed around the shaft hole 111 of the iron core 110, respectively, the body portion 122 and It has a pair of bends 124. The body portion 122 is arranged at a right angle with respect to the radial direction of the iron core 110, the bent portion 124 extends at a predetermined angle toward the outside of the iron core 110 from both side ends of the body portion 122 It is. Here, the angle between the body portion 122 and the bent portion 124 is approximately 120 ° to 150 °, and preferably 135 °. In addition, the number of permanent magnets 120 is preferably four.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 무브러시 직류 모터는, 자기저항 토크가 크게 발생됨으로써, 모터의 효율이 향상될 수 있는 바, 이를 살펴보면 다음과 같다. 도 2에 도시된 종래의 모터는 마그네트 토크축(d축)과 자기저항 토크축(q축) 방향에서의 영구자석(16)의 외주면과 고정자(20)의 내주면 사이의 거리가 동일하여 자기저항토크가 발생되지 않는다. 그러나, 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 마그네트 토크축(d축)과 자기저항 토크축(q축) 방향에서의 영구자석(120)의 외주면과 고정자(200)의 내주면 사이의 거리가 서로 다르기 때문에, 자기저항토크가 크게 발생된다(Lq/Ld>1). 따라서, 종래의 모터에 비하여 영구자석(120)에 의한 기본 토크 외에 자기저항에 의한 토크가 발생되므로 모터 효율이 향상될 수 있는 것이다.In the brushless DC motor according to the embodiment of the present invention, the magnetoresistive torque is largely generated, and thus the efficiency of the motor may be improved. The conventional motor shown in FIG. 2 has the same magnetoresistance as the distance between the outer circumferential surface of the permanent magnet 16 and the inner circumferential surface of the stator 20 in the magnet torque axis (d-axis) and magnetoresistance torque axis (q-axis) directions is the same. No torque is generated. However, the motor according to the exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 4 includes an outer circumferential surface of the permanent magnet 120 and an inner circumferential surface of the stator 200 in the magnet torque axis (d-axis) and magnetoresistive torque axis (q-axis) directions. Since the distance between them is different, the magnetoresistive torque is largely generated (Lq / Ld> 1). Therefore, compared with the conventional motor, since the torque generated by the magnetic resistance is generated in addition to the basic torque by the permanent magnet 120, the motor efficiency can be improved.
표 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 무브러시 직류 모터와 종래의 무브러시 직류 모터의 효율을 비교한 실험 데이터가 나타나 있다. 참고로 표 1에서 본 발명의 모터와 비교된 종래의 영구자석 형상은 도 3b에 도시된 경우이며, 동일한 권선 사양시의 비교 데이터다.Table 1 shows experimental data comparing the efficiency of a brushless DC motor and a conventional brushless DC motor according to an embodiment of the present invention. For reference, the conventional permanent magnet shape compared to the motor of the present invention in Table 1 is the case shown in Figure 3b, the comparison data when the same winding specifications.
상기의 실험 데이터에 의하면, 종래 모터의 평균 효율은 83.6% 이고, 본 발명에 의한 모터의 효율은 86.04%로, 본 발명의 모터가 종래에 비하여 대략 2.44% 높은 효율을 보임을 알 수 있다.According to the above experimental data, the average efficiency of the conventional motor is 83.6%, the efficiency of the motor according to the present invention is 86.04%, it can be seen that the motor of the present invention is approximately 2.44% higher efficiency than the conventional.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 모터는 영구자석에 의한 기본 토크외에 자기저항토크가 크게 발생되기 때문에, 효율이 향상되는 장점이 있다.As described above, the motor according to the present invention has a merit that the magnetoresistive torque is largely generated in addition to the basic torque caused by the permanent magnet, and thus the efficiency is improved.
또한, 본 발명은 영구자석(120)을 도 6과 같이 착자함으로써 반경 방향의 자속을 고정자(200)에 효과적으로 집중시킬 수 있고, 또 영구자석(120)의 절곡부(124)의 두께(t)를 증대시키는 것에 의해 체적 증대를 통한 모터 효율의 향상을 도모할 수 있다.In addition, in the present invention, the magnetic flux in the radial direction can be effectively concentrated on the stator 200 by magnetizing the permanent magnet 120 as shown in FIG. 6, and the thickness (t) of the bent portion 124 of the permanent magnet 120. By increasing this value, the motor efficiency can be improved by increasing the volume.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.In the above, certain preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. .
Claims (3)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |