KR20030075858A - 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 권선을 이중으로 구성하여 모터를 구동함으로써 종래의 2상 및 3상 브러시리스 직류 모터 보다 특성이 향상되는 동시에 보다 더 간소화된 구동회로로 구동이 가능한 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 코일을 권취하기 위한 다수의 보빈이 구성된 스테이터 코어와, 영구자석이 장착되어 상기 스테이터 코어로부터 발생되는 자계에 대한 반발력으로 회전운동을 수행하는 로터를 포함하는 2상 브러시리스 직류 모터에 있어서, 상기 다수의 보빈중 상기 영구자석의 N극에 대응하는 보빈에 2중으로 권취되는 제 1 권선; 상기 제 1 권선의 종단과 연결되어 상기 영구자석의 S극에 대응하는 보빈에 2중으로 권취되는 제 2 권선; 상기 로터의 위치에 대응하는 위치검출 신호를 발생하여 상기 제 1 및 제 2 권선에 선택적으로 전원 전압을 인가함으로써 상기 스테이터 코어의 자계를 발생시키는 구동회로를 포함하여 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터를 구현한다. 이러한 본 발명에 따르면, 종래의 일반적인 2상 또는 3상 브러시리스 모터에 비해 모터의 특성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 구동회로에 구비되는 구동 소자 및 전력 소자의 수를 최소화함으로써, 제품의 단가를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터{DOUBLE COIL TYPE TWO-PHASE BRUSHLESS DC MOTOR}
본 발명은 브러시리스 직류 모터(Brushless Direct Current Motor)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 권선을 이중으로 구성하여 모터의 특성을 향상시키는 동시에 구동 회로를 보다 간소화 할 수 있는 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 브러시리스 직류 모터는 에어컨, 냉장고 등과 같은 전기전자제품의 팬 구동용 모터나 각종 사무기기, 자동차 등의 구동 모터로 폭 넓게 사용되고 있다.
이러한 종래의 브러시리스 직류 모터는 통상적으로 로터(Rotor)와 스테이터 코어(Stator core)를 갖추고 있으며, 로터는 축의 외주면에 영구자석(Magnet)이 부착되어 구성된다. 스테이터 코어는 로터가 공극(Air Gap)을 유지하면서 위치되도록 스페이스(Space)를 제공하고, 스테이터 코어에는 코일이 감겨진 보빈(Bobbin)이 설치된다. 보빈의 한쪽에는 구동 회로를 구성하는 회로기판이 설치되며, 축은 하우징 (Housing)의 베어링에 의해 지지된다.
따라서, 보빈의 코일에 전원 전압이 인가되면 스테이터 코어의 자화에 의해 자계가 형성되고, 이로 인하여 스테이터 코어의 자계와 영구자석의 자계 사이에 회전 토오크가 발생되어 로터가 회전하게 된다.
도 1은 이러한 종래의 일반적인 브러시리스 직류 모터의 전반적인 구성을 도시한 도면으로서, 동도면에서는 2상 방식의 브러시리스 직류 모터를 도시하였다.
먼저, 동도면에 도시된 도면부호 5는 모터 내에 구비되는 로터를 의미하며,도면부호 7은 스테이터를 의미한다. 그리고, 도면부호 11 및 12는 제 1 및 제 2 FET를 의미하며, 도면부호 L16 및 L17은 제 1 권선의 시작단 및 종단을, L18 및 L19는 제 2 권선의 시작단 및 종단을 각각 의미한다.
동도면을 참조하여 종래의 일반적인 2상 브러시리스 직류 모터에 대한 동작 과정을 설명하면, 로터(5)의 소정 위치에 대응하여 구비되는 위치검출 소자(도시 생략됨)는 로터(5)의 위치를 검출하여 그에 상응하는 위치검출 신호를 발생한다.
그리고, 도시 생략된 구동 IC는 위치검출 소자로부터 발생된 위치검출 신호에 의거하여 모터를 구동하기 위한 구동신호를 발생하게 되는데, 만일 구동 IC로부터 발생한 구동신호가 제 1 FET(11)에 인가되는 경우에는 전원부(15)로부터 제공되는 전류가 제 2 권선의 시작단(L16)으로 유입된다.
따라서, 스테이터(7)에는 S극의 자계가 발생하게 되고, 이로 인해 반발력을 얻은 로터(5)는 CW 방향으로 회전하게 되어 회전력에 대응하는 모터의 동력이 발생하게 된다.
이러한 종래의 2상 방식의 브러시리스 직류 모터는 동도면에 도시된 8개의 코어중 4개의 코어(S극)만을 사용하는 50% 통전 방식을 띄게 된다. 따라서, 모터 전체의 효율이 50%로 국한되는 문제점이 있다.
한편, 이와 관련하여 3상 방식의 브러시리스 직류 모터는 통상적으로 상술한 2상 브러시리스 직류 모터에 비해 모터의 보다 개선된 모터 특성을 갖는데, 도 2a는 이러한 종래의 일반적인 3상 브러시리스 직류 모터의 구성을 도시한 도면이며, 도 2b는 2a에 도시된 3상 브러시리스 직류 모터를 구동하는데 사용되는 구동 회로를 도시한 도면이다.
각각의 도면을 참조하여 종래의 일반적인 3상 3상 브러시리스 직류 모터의 동작 과정에 대해 설명하면, 도 2b에 도시된 위치검출 소자(21)에서 발생한 위치검출 신호가 구동 IC(22)에 입력되면, 구동 IC(22)는 위치검출 신호에 응답하여 파워 어레이(23)를 통해 U, V, W상에 전원을 공급하게 된다. 따라서, 각각의 상(U, V, W)에 선택적으로 공급되는 전원에 의해 모터 내의 로터(5)가 회전하게 된다.
이러한 3상 브러시리스 직류 모터는 동도면에 도시된 바와 같이, 전체 코어중 2/3의 코어를 사용함으로써 상술한 2상 브러시리스 직류 모터에 비해 모터의 특성은 향상되지만, 도 2b에 도시된 바와 같이 모터의 구동을 위한 구동 IC(22)와 FET 소자로 구성된 파워 어레이(23) 및 각 상에 대응하는 위치검출 소자(21)를 구비해야만 한다. 따라서, 2상 브러시리스 모터에 비해 고가인 단점이 있으며, 그로 인해 이러한 3상 브러시리스 모터를 채용한 제품에 대한 가격 상승을 초래하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 권선을 이중으로 구성하여 모터를 구동함으로써 종래의 2상 및 3상 브러시리스 직류 모터 보다 특성이 향상되는 동시에 보다 더 간소화된 구동회로로 구동이 가능한 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면,
코일을 권취하기 위한 다수의 보빈이 구성된 스테이터 코어와, 영구자석이장착되어 상기 스테이터 코어로부터 발생되는 자계에 대한 반발력으로 회전운동을 수행하는 로터를 포함하는 2상 브러시리스 직류 모터에 있어서, 상기 다수의 보빈중 상기 영구자석의 N극에 대응하는 보빈에 2중으로 권취되는 제 1 권선; 상기 제 1 권선의 종단과 연결되어 상기 영구자석의 S극에 대응하는 보빈에 2중으로 권취되는 제 2 권선; 상기 로터의 위치에 대응하는 위치검출 신호를 발생하여 상기 제 1 및 제 2 권선에 선택적으로 전원 전압을 인가함으로써 상기 스테이터 코어의 자계를 발생시키는 구동회로를 포함하는 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터를 제공한다.
도 1은 종래의 일반적인 2상 브러시리스 직류 모터의 전반적인 구성을 도시한 도면.
도 2a 및 2b는 종래의 일반적인 3상 브러시리스 직류 모터의 전반적인 구성 및 구동 회로를 도시한 도면.
도 3a 및 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이중 권선형 브러시리스 직류 모터의 구조 및 이를 위한 구동 회로를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 권선형 브러시리스 직류 모터의 구조를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5 : 로터7 : 스테이터
11, 31 : 제 1 FET12, 32 : 제 2 FET
13, 33 : 전원부22 : 구동 IC
23 : 파워어레이21, 41 : 위치검출 소자
이하, 본 발명에 따른 이중 권선형 브러시리스 직류 모터에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이중 권선형 브러시리스 직류 모터의 구조를 도시한 도면으로서, 동도면에서는 로터(5), 스테이터(7), 제 1 및 제 2 FET(31, 32), 전원부(33), 제 1 권선 시작단(L36) 및 종단(L37), 제 2 권선 시작단(L38) 및 종단(L39)을 포함하여 도시하였다.
본 발명에 따른 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터는 동도면에 도시된 바와 같이 스테이터(7)에 권취되는 권선을 종래와는 달리 2중 권선으로 구성하였다.
그리고, 도 3b는 도 3a에 도시한 바와 같은 본 발명의 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터를 구동하기 위해 필요한 구동 회로를 도시한 도면으로서, 도 2b에 도시된 종래의 3상 2상 브러시리스 직류 모터의 구동회로와 비교했을 때, 위치검출 수단(41)이 W상에 대한 위치검출 소자만으로 구성됨을 알 수 있다.
도 3a 및 3b를 참조하여 본 발명에 따른 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터에 대해 상세히 설명하면,
위치검출 소자(41)는 로터(5)의 위치를 검출하여 그에 상응하는 위치검출 신호를 발생하게 되는데, 이 위치검출 신호의 유무에 따라 제 1 FET(31) 또는 제 2 FET(32)가 동작하게 된다.
만일, 검출된 로터(5)의 위치에 의거하여 위치검출 소자(41)로부터 발생한 위치검출 신호가 제 1 FET(31)에 인가되면, 제 1 FET(31)의 구동으로 인해 U상에 전원이 공급된다. 즉, 전원부(33)로부터 인가된 전류가 제 1 권선의 시작단(L36)으로 유입되어 제 1 권선의 종단(L37)으로 흐르게 되며, 이때 스테이터(7)에는 N극의 자계가 형성된다.
그리고, 제 1 권선의 종단(L37)으로 유입된 전류는 다시 제 2 권선의 종단 (L39)을 거쳐 제 2 권선의 시작단(L38)으로 유입되는데, 이때 스테이터(7)에는 S극의 자계가 형성된다. 결국, 로터(5)는 이러한 과정을 통해 스테이터(7)에 발생한 자계로부터 반발력을 얻어 회전하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터는 전체 코어, 즉 도 3a도시된 바와 같은 8개의 코어를 모두 사용하는 100% 통전 방식을 띄게 되며, 그 만큼 모터의 특성이 향상되는 효과가 있다. 즉, 종래의 2상 브러시리스 직류 모터와 3상 브러시리스 모터가 각각 1/2 및 2/3 코어만을 사용하는 반면, 본발명에 따른 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터는 전체 코어를 사용하기 때문에 모터의 특성 또한 종래의 2상 및 3상 브러시리스 직류 모터 보다 향상된다.
그리고, 이러한 본 발명에 따른 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터의 구동 회로는 도 2b에 도시된 종래의 3상 브러시리스 모터의 구동 회로와 비교했을 때, 위치검출 소자 및 FET 소자의 수를 절감함으로써 전반적인 회로 구성을 보다 더 간소화할 수 있게 된다. 즉, 모터를 구동하기 위한 별도의 구동 IC가 필요치 않게 되며, 도 2b에 도시된 종래의 3상 브러시리스 모터 구동 회로가 6개의 FET 소자를 필요로 하는 반면, 본 발명에 따른 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터 구동 회로는 2개의 FET만으로 구동이 가능하기 때문에 그 만큼 제조 단가를 절감할 수 있게 된다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터에 대한 또 다른 구조를 예시적으로 도시한 도면으로서, 전술한 도 3a와는 달리 외전형 구조의 이중 권선형 2상 브러시리스 모터를 도시하였다.
도 4에서 사용한 도면부호는 상술한 도 3a에서 사용된 도면부호와 동일한 구성수단을 지시하며, 동도면에 도시된 바와 같은 형태의 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터에 대한 구동회로 또한 상술한 도 3b와 동일하게 구성할 수 있다. 따라서, 전반적인 동작 과정은 전술한 실시예에와 동일하며, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
상기한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며 동일 사상의 범주 내에서적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이중 권선형 2상 브러시리스 모터는 종래의 일반적인 2상 또는 3상 브러시리스 모터에 비해 모터의 특성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 구동회로에 구비되는 구동 소자 및 전력 소자의 수를 최소화함으로써, 제품의 단가를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 코일을 권취하기 위한 다수의 보빈이 구성된 스테이터 코어와, 영구자석이 장착되어 상기 스테이터 코어로부터 발생되는 자계에 대한 반발력으로 회전운동을 수행하는 로터를 포함하는 2상 브러시리스 직류 모터에 있어서,
    상기 다수의 보빈중 상기 영구자석의 N극에 대응하는 보빈에 2중으로 권취되는 제 1 권선;
    상기 제 1 권선의 종단과 연결되어 상기 영구자석의 S극에 대응하는 보빈에 2중으로 권취되는 제 2 권선;
    상기 로터의 위치에 대응하는 위치검출 신호를 발생하여 상기 제 1 및 제 2 권선에 선택적으로 전원 전압을 인가함으로써 상기 스테이터 코어의 자계를 발생시키는 구동회로를 포함하는 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동회로는,
    베이스단에 상기 위치검출 신호를 발생하는 위치검출 소자가 연결되고 콜렉터단에는 상기 제 2 권선을 구성하는 이중 권선중 일 권선이 연결되는 제 1 FET 소자와, 상기 제 1 FET와 병렬로 연결되며, 콜렉터단에는 상기 제 1 권선을 구성하는 이중 권선중 일 권선이 연결되는 제 2 FET 소자를 포함하며,
    상기 위치검출 신호에 의거한 상기 제 1 및 제 2 FET 소자의 동작에 따라 상기 제 1 권선을 구성하는 다른 일 권선과 상기 제 2 권선을 구성하는 다른 일 권선에 전원 전압을 인가하도록 구성된 회로인 것을 특징으로 하는 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터는 상기 로터가 상기 스테이터 코어의 외측에 장착되는 외전형 모터인 것을 특징으로 하는 이중 권선형 2상 브러시리스 직류 모터.
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