KR200201095Y1

KR200201095Y1 - 단상 ｂｌｄｃ 모터의 코어구조

Info

Publication number: KR200201095Y1
Application number: KR2020000014192U
Authority: KR
Inventors: 신홍기
Original assignee: 주식회사성신
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2000-11-01

Abstract

본 고안은 단상 BLDC 모터의 코어구조에 관한 것으로, N, S 자극을 2P(P는 정수)개를 가지는 계자 자석 회전자와 에어 갭(Air Gap)을 사이에 두고 이에 대항하여 고정자면에 n(n은 2의 배수)의 전기자 코일을 단상 배치하는 동시에 상기 계자 자석의 자계를 검출하여 이 검출신호에 의거하여 상기 전기자 코일의 통전 방향을 결정하는 자극검출소자를 가진 단상 BLDC 모터(Blushless DC Motor)에 있어서 코어 내경(3a)에 형성된 코어 오픈 슬롯(Core Open Slot)(3b)을 기준으로 적어도 하나 이상의 부분에 대해 에어 갭(Air Gap)을 가지도록 코어 오픈 슬롯(3b)이 형성된 부분의 코어 내경(3a)의 간격을 차이가 나도록 형성 하므로써 단상 BLD C (Blushless DC)모터의 중요 특성인 기동특성의 향상과 안정적인 스위칭 토크 (Switching Torque)의 동작으로 신뢰도를 높일 수 있으며, 코깅(Cogging) 특성을 개선하는 동시에 전기적 특성을 동일 수준으로 유지하면서 제품 운전중의 소음, 진동을 저감할 수 있어 제품 성능을 향상시킬 수 있게 한 것이다.

Description

단상 ＢＬＤＣ 모터의 코어구조{Core structure of a single phase BLDC motor}

본 고안은 단상 BLDC 모터의 코어구조에 관한 것으로, 코어내경을 비대칭 구조로 하여 표면자속밀도가 비대칭을 이루도록 함으로써 초기구동이나 구동 스위칭(Switching)시 단상 BLDC 모터에 있어서 구조적으로 발생할 수 있는 사점(Dead Point) 발생을 억제하고 코깅 토크(Cogging Torque)를 저감할 수 있도록 한 단상 BLDC 모터의 코어구조에 관한 것이다.

단상 BLDC(Blushless DC) 모터의 구동 원리는 초기 단계에서 홀센서(Hall Sensor) 등의 자극검출소자(5)를 이용하여 정지해 있는 회전자의 회전 자석의 N극 또는 S극을 감지하여 이를 스위칭 트랜지스터(Switching Transister) 등의 스위칭 소자에 입력신호로 전송하고, 이 입력신호에 의해 코일이 여자되어 회전 자계가 형성되므로써 순차적이고 반복적인 모터 회전 구동을 하도록 하는 것이다.

그러나, 이러한 구동원리에 있어서, 정지된 회전 자석의 N극과 S극의 극경계점에서 자극검출소자가 자극을 검출할 경우 스위칭 입력신호에 에러가 발생하여 정상적으로 기동하지 못한다.

종래의 경우 모터의 회전자가 가동시 정상적인 스위칭 동작을 하지 못하여 모터가 기동이 되지 않거나 모터의 기동이 원활하지 못한 사점(Dead Point) 및 기구적인 요인에 의해 회전자 내경과 회전 자석의 외경 사이에서 상호작용하는 자기흡입 반발 때문에 발생하는 전자력의 불균형 정도를 나타내는 코깅(Cogging)에 의한 영향을 최소화하기 위해서는 도 1 에 도시한 바와같이 코어면에 보극을 설치하거나 도 2 와 같이 자석을 분할하여 자석의 상단부과 하단부의 착자 극수에 변화를 주어 자속밀도를 불균일하게 만드는 방법을 사용해왔다.

또한 3상 구동방식을 채택하여 슬롯수와 회전 자석의 극수와의 비대칭적인 구조를 취하므로써 어느 위치에서도 회전 자석의 자극이 검출이 되도록 하여 기동 특성을 향상시켜왔다.

그러나, 도 1 에 도시한 보극을 갖는 코어구조에서는 회전 자석(2)의 무착자 부분(O 부분)을 인위적으로 구성하여 NSONSO 극이 되도록 하므로써 회전 자석(2)이 자기흡입 반발력에 의해 항상 일정한 위치에 정지될 수 있게 구성하였기 때문에 기동특성을 향상 시킬 수 있으나, 동일 체적 내에서 무착자 부분이 존재하므로 토크(Torque) 특성이 저하되는 문제점이 있었다.

도 2 에 도시한 자석 분할 착자구조의 경우 4극 자석(2b)과 8극 자석(2a)이 합성 자속을 이루면 360° 1회전을 기준으로 약 67.5°(+극)와 약 292.5°(-극) 지점에서 최대 자속밀도가 존재하여 회전 자석의 불균일 (착자 일부가 무착자 효과를 가진다.) 효과를 얻을 수 있으나, 제조공정이 까다롭고 제조 원가가 상승되는 문제점이 있었다.

도 1 에서 미설명 부호 1 은 회전자, 3 은 고정자 코어, 4는 고정자 코일이다.

본 고안은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 단상 구동방식의 모터에서는 구동 스위칭(Switching)시 특히, 초기 구동시 홀 센서(Hall Sensor)에 의한 자극 감지와 힘의 불균형이 있어야 회전자가 어느 곳에 위치하여도 사점(Dead Point)이 없이 모터가 구동된다는 원리를 이용하여 단상구조의 BLDC 모터의 코어(Core) 내경의 구조를 비대칭적으로 형성하므로써 표면자속밀도가 비대칭을 이루도록하여 회전자가 어느 위치에 위치하더라도 사점 발생을 방지할 수 있고, 기구적인 요인에 의해 회전자 내경과 회전 자석의 외경 사이에서 상호작용하는 자기흡입 반발 때문에 발생하는 전자력의 불균형 정도를 나타내는 코깅(Cogging)에 의한 진동 특성에 불리한 영향을 주는 요인을 최소화 할 수 있는 단상 BLDC 모터의 코어구조를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1 은 종래의 보극을 갖는 코어구조를 나타낸 평면도

도 2 는 종래의 자석 분할 착자구조를 나타내는 사시도.

도 3 은 본 고안 코어구조의 제 1 실시예를 도시한 평면도

도 4 는 본 고안 코어구조의 제 2 실시예를 도시한 평면도

도 5 는 본 고안 코어구조의 제 3 실시예를 도시한 평면도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 회전자 2 : 회전 자석

2a : 8극 자석 2b :4극 자석

3 : 고정자 3a : 고정자 내경

3b : 코어 오픈 슬롯 4 : 고정자 코일

5 : 자극 검출 소자

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 구성 및 작동관계를 보다 상세히 설명한다.

도 3 은 본 고안 코어구조의 제 1 실시예를 도시한 평면도, 도 4 는 본 고안 코어구조의 제 2 실시예를 도시한 평면도, 도 5 는 본 고안 코어구조의 제 3 실시예를 도시한 평면도이다.

본 고안은 회전 자석의 회전각도별 토크 곡선 분포와 자극검출센서가 자석의 N극과 S극의 극경계점에 위치하더라도 감지되는 자극감지량(자극 분포량)이 불균일하도록 고정자 코어의 형상을 변경하므로써 스위칭 입력신호가 정상적으로 전달되어 기동특성을 향상 시킬 수 있으며, 사점(Dead Point) 및 코깅 토크(Cogging Torque)를 저감할 수 있도록 함에 그 기술적 특징이 있다.

즉, 회전자의 회전방향으로 고정자 코어 내경면에 형성되는 에어 갭(Air Gap)을 불균일하게 형성하므로써 회전자가 정지하더라도 자극검출센서가 자극을 판별할 수 있도록 한 것이다.

도 3 에 도시한 것은 코어 내경(3a)에 형성된 코어 오픈 슬롯(Core Open Slot)(3b)을 기준으로 전 부분에 대해 에어 갭(Air Gap)을 가지도록 한 것으로, 코어 오픈 슬롯(3b)이 형성된 전 부분의 코어 내경(3a)의 간격을 차이가 나도록 하여 에어 갭이 형성되도록 한 것이다.

즉, 모든 오픈 슬롯(3b)의 서로 마주보는 부분의 코어 내경면이 일측은 회전중심으로 부터 가깝고 타측은 회전중심으로 부터 멀도록 회전 자석(2)의 회전방향으로 코어 내경(3a)과 회전 자석(2)의 외경과의 사이에 불균일한 에어 갭(Air Gap)을 형성한 것이다.

도 4 에 도시한 것은 코어 내경(3a)에 형성된 모든 코어 오픈 슬롯(Core Open Slot)(3b)중 서로 마주보는 한 쌍의 코어 오픈 슬롯(3b)의 코어 내경(3a)의 간격을 차이가 나도록 하여 에어 갭이 형성되도록 한 것이다.

즉, 마주보는 한 쌍의 오픈 슬롯(3b)의 서로 마주보는 부분의 코어 내경면이 일측은 회전중심으로 부터 가깝고 타측은 회전중심으로 부터 멀도록 회전 자석(2)의 회전방향으로 코어 내경(3a)과 회전 자석(2)의 외경과의 사이에 불균일한 에어 갭(Air Gap)을 형성한 것이다.

도 5 에 도시한 것은 코어 내경(3a)에 형성된 모든 코어 오픈 슬롯(Core Open Slot)(3b)중 서로 근접한 한 쌍의 코어 오픈 슬롯(3b)의 코어 내경(3a)의 간격을 차이가 나도록 하여 에어 갭이 형성되도록 한 것이다.

즉, 근접한 한 쌍의 오픈 슬롯(3b)의 근접한 부분에서의 코어 내경면이 일측은 회전중심으로 부터 가깝고 타측은 회전중심으로 부터 멀도록 회전 자석(2)의 회전방향으로 코어 내경(3a)과 회전 자석(2)의 외경과의 사이에 불균일한 에어 갭(Air Gap)을 형성한 것이다.

따라서, 위와 같이 구성함으로써 N, S 자극을 2P(P는 정수)개를 가지는 계자 자석 회전자와 에어 갭(Air Gap)을 사이에 두고 이에 대항하여 고정자면에 n(n은 2의 배수)의 전기자 코일을 단상 배치하는 동시에 상기 계자 자석의 자계를 검출하여 이 검출신호에 의거하여 상기 전기자 코일의 통전 방향을 결정하는 자극검출소자를 가진 단상 BLDC 모터(Blushless DC Motor)에 있어서, 사점(Dead Point) 위치에서 계자 자석 회전자의 회전 방향으로 고정자 내경면에 불균일하도록 에어 갭(Air Gap)을 형성하므로써 사점 위치에서 구속되지 않는 모양으로 사점 탈출 토크(Torque) 발생용 자기 저항(Reluctance) 토크를 얻을 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 구성 및 작동관계를 가지는 본 고안에 의해 얻을 수 있는 효과는 단상 BLDC(Blushless DC) 모터의 중요 특성인 기동특성의 향상과 안정적인 스위칭 토크(Switching Torque)의 동작으로 신뢰도를 높일 수 있으며, 코깅(Cogging) 특성을 개선하는 동시에 전기적 특성을 동일 수준으로 유지하면서 제품 운전중의 소음, 진동이 저감되어 제품 성능을 향상시킬 수 있는 등의 유용한 효과가 있다.

Claims

N, S 자극을 2P(P는 정수)개를 가지는 계자 자석 회전자와 에어 갭(Air Gap)을 사이에 두고 이에 대항하여 고정자면에 n(n은 2의 배수)의 전기자 코일을 단상 배치하는 동시에 상기 계자 자석의 자계를 검출하여 이 검출신호에 의거하여 상기 전기자 코일의 통전 방향을 결정하는 자극검출소자를 가진 단상 BLDC 모터 (Blushless DC Motor)에 있어서,

코어 내경(3a)에 형성된 코어 오픈 슬롯(3b)을 기준으로 적어도 1개 이상의 부분에 대해 불균일 에어 갭(Air Gap)을 가지도록 코어 오픈 슬롯(3b)이 형성된 부분의 코어 내경(3a)의 간격을 차이가 나도록 하여 구성한 것을 특징으로 하는 단상 BLDC 모터의 코어구조.