KR200386970Y1

KR200386970Y1 - 브러시리스 직류모터

Info

Publication number: KR200386970Y1
Application number: KR20-2005-0006327U
Authority: KR
Inventors: 문성수
Original assignee: 문성수
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2005-06-17

Abstract

본 고안은 브러시리스 직류모터에 있어서, 고정자로서 권선된 제1코일과 제2코일과 한 개의 단일칩에는 2개의 드라이버와 2개의 홀센서가 장착된 듀얼칩으로 이루어져, 상기 제1코일은 제1홀센서와 하나의 회로를 구성하고 제2코일은 제2홀센서와 또 하나의 회로로 각각 돌기된 회로로 이루어진 기동특성이 개선된 브러시리스 직류모터를 제공한다.

Description

브러시리스 직류모터{Brushless DC motor}

본 고안은 브러시리스 직류모터에 관한 것으로, 특히 진동모터용으로 홀센서를 복수로 장착하여 기동불량을 해결한 진동용 브러시리스 직류모터에 관한 것이다.

브러시리스 직류 모터(Brushless DC Motor, BLDC Motor)는 종래의 브러시가 있는 DC 모터에 비해 브러시와 정류자라는 기계적 접촉부가 없다는 특징을 가지고 있으며, 기기의 고성능화, 경박단소화, 장수명화, 그리고 반도체 기술 및 부품이나 재료의 발전에 따라 많이 사용된다. 일반적으로, BLDC 모터는 레이디얼 갭 타입(Radial Gap Type)과 액시얼 갭 타입(Axial Gap Type)으로 분류되며, 레이디얼 갭 타입 BLDC 모터는 마그네트 회전자의 배치에 따라 외부 회전자형(Outer Rotor Type)과 내부 회전자형(Inner Rotor Type)으로 다시 분류된다.

일반적으로 내부 회전자형 BLDC 모터는 도넛형상의 고정자(Stator) 내부에서 원기둥 구조의 회전자(Rotor)가 회전가능하게 지지된 구조를 갖는다. 상기 고정자는 철편을 적층하여 형성된 코어에 코일을 권선한 구조로 되어 있으며, 상기와 같은 고정자는 모터의 케이스나 하우징의 내부에 고정된다.

도 1은 종래기술의 일예에 따른 브리쉬리스 직류모터를 나타낸 것으로 상기 회전자(10)는 철심과 다수의 마그네트로 이루어져 있다. 상기 철심은 다수의 전기강판을 적층하는 것에 의해 형성되며, 중앙에는 축공이 형성되어 있고, 상기 축공에는 회전자축(50)이 삽입 고정된다. 상기 회전자(10)의 외면에는 네오디움(Nd)로 이루어진 메인 마그네트가 본딩에 의해 부착된다.

상기 회전자(10)의 상면에는 센서 마그네트(30)가 설치된다. 센서 마그네트(30)의 중앙에는 축공이 형성되고, 이 축공을 통하여 회전자축(50)이 삽입되도록 하여 상기 회전자(10)의 상면에 상기 센서마그네트(30)가 본딩에 의해 부착된다. 상기한 바와 같이 메인 마그네트를 부착한 회전자(10)의 상부에 센서 마그네트(30)를 부착한 상태를 회전자 어셈블리라 한다.

상기 회전자(10)에 본딩된 센서 마그네트(30)의 상부에는 PCB(40)가 설치된다. 상기 PCB(40)는 하면에 홀센서(41)를 부착 설치하고 있다. 상기 홀센서(41)는 상기 회전자(10)의 외주면의 메인 마그네트의 자력을 센싱하는데 사용된다. 그런데, 상기 회전자(10) 외주면에 형성된 메인 마그네트는 라디얼 방향으로 착자되어 있어므로 상기 PCB(40)에 부착된 홀센서(41)에 의해 직접 센싱할 수 없으며, 상기 회전자(10)의 상부에 부착되어 있는 센스 마그네트(30)를 이용하여 외주면의 메인 마그네트의 자력을 센싱한다.

상기한 바와 같은 종래의 브러시리스 직류모터의 메인 마그네트 및 센서 마그네트(30)는 처음에는 자성을 가지지 않고, 착자공정을 거친 후에 비로소 N, S극으로 자성을 띠게된다. 메인 마그네트와 센서 마그네트(30)를 동시에 착자시키면 같은 극으로 자성을 띠게 되므로, 홀센서(41)는 상기 회전자(10)의 상부의 센스 마그네트(30)의 자성을 센싱함으로써 회전자(10)의 외주면의 메인 마그네트의 자성을 센싱하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

고정자(미도시)가 상기 회전자의 외부에 외주 면과 소정의 간격을 가지도록 설치된다. 상기 고정자에는 상기 메인 마그네트에 의한 자장과 상호작용하여 토크를 발생시키는 전기장을 형성하는 아마튜어 코일(미도시)이 권선된다. 착자된 회전자 어셈블리를 고정자(미도시) 내에 넣고 전압을 인가하면, 상기 PCB(40)에 부착된 홀센서(41)에서 센서 마그네트(30)에 착자된 마그네트의 N, S극을 센싱하여 그 신호를 드라이브 IC(43) 단에 인가하면 IC의 내부 로직(LOGIC)에 의해 드라이버 출력단에 전압이 유기되어 흡입 및 반발력이 작용하여 회전자(10)가 회전하게 된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 센서 타입 브러시리스 직류모터에는 다음과 같은 문제점들이 있다. 즉, PCB(40)에 부착된 홀센서(41)에 의해 메인 마그네트의 자성을 직접 센싱할 수 없어 별도의 센스 마그네트(30)를 부착해야 하므로 이러한 부착공정에 따른 작업성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 메인 마그네트와 센스 마그네트(30)를 본딩에 의해 접합시켰는데 회전으로 인하여 두 마그네트 간의 각이 어긋나거나 떨어졌을 때 그 효율이 저하될 뿐만 아니라 모터 구속 등의 치명적인 불량이 발생될 소지가 있는 문제점이 있다.

또한 정지시 마그네트 자극의 위치를 항상 홀센서 위에 존재하도록 하기 위해 코아나 센스 마그네트(또는 코깅 플레이트라고도 함)를 사용하는데 진동모터에 있어서는 하우징의 공간협소 문제로 인하여 코아의 사용은 불가능하고 결국 센스 마그네트를 사용해야 하는데 메인 마그네트와 센스 마그네트 간의 인력으로 인하여 정확한 센싱에 문제가 있으며 이로 인한 효율 감소 및 기타 외부적 요소로 인하여 위치가 틀어질 경우 기동 불량의 가능이 큰 문제점이 있다.(센서 위치가 극과 극 사이일 경우 기동 불량이 발생할 수 있다)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 고안의 목적은 코아나 센스 마그네트를 사용하지 않고 메인 마그네트가 위치에 관계없이 기동할 수 있는 브러시리스 직류모터를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 복수의 홀센서를 이용하여 기동불량이 감소된 브러시리스 직류모터를 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 회로구성이 단순화된 브러시리스 직류모터를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 브러시리스 직류모터에 있어서, 고정자로서 권선된 제1코일과 제2코일과 한 개의 단일칩에는 2개의 드라이버와 2개의 홀센서가 장착된 듀얼칩으로 이루어져, 상기 제1코일은 제1홀센서와 하나의 회로를 구성하고 제2코일은 제2홀센서와 또 하나의 회로로 각각 돌기된 회로로 이루어진 기동특성이 개선된 브러시리스 직류모터를 제공한다.

또한 본 고안은 상기 홀센서들 중 어느 하나가 자극 사이에 위치하더라도 잔여 홀센서가 자극 사이에 존재하도록 상기 제1홀센서와 제2홀센서간의 위치는 자극간의 각도의 1/2 미만의 각도에 놓인 브러시리스 직류모터를 제공한다.

또한 본 고안은 상기 제1홀센서와 제2홀센서 간의 위치 각도는 메인 마그네트가 4극일 경우 90도 미만, 6극일 경우 60도 미만, 8극일 경우 45도 미만인 지점에 위치되는 브러시리스 직류모터를 제공한다.

또한 본 고안은 상기 제1코일, 상기 제1홀센서 및 상기 2개의 드라이버 중의 하나가 하나의 채널을 형성하고, 상기 제2코일, 상기 제2홀센서 및 상기 2개의 드라이버 중 나머지 하나가 다른 채널을 형성할 때 상기 채널들은 직렬 또는 병렬로 구성되는 브러시리스 직류모터를 제공한다.

또한 본 고안은 상기 제1코일 및 상기 제2코일이 공급되는 전원이 차단될 때 상기 제1코일 및 상기 제2코일을 쇼트 시키는 스위치를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터를 제공한다.

이하 본 고안에 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 고안의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2는 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른 브러쉬리스 직류모터의 평면단면도로서 고정자인 권선된 코일은 2이상으로 구성되어 완전히 독립된 제1코일(110)과 제2코일(120)로 구성된다. 또한 한 개의 단일칩의 구성에는 듀얼칩(200)으로 이루어져 2개의 드라이버와 2개의 홀센서(제1홀센서 310, 제2홀센서 320)로 장착되어 상기 제1코일(110)과 제2코일(120)과 연결되어 서로 별도로 동작되는 구조로 이루어진다. 여기서 두 개의 독립된 회로는 단일칩으로 구성되어 듀얼칩(200)에 내장된다.

한편 제1홀센서(310)와 제2홀센서(320)간의 위치가 본 고안을 구동함에 있어 중요한 역할을 하는 바 기본 적으로 하나의 홀센서가 두 자극 사이에 있더라도 나머지 홀센서는 자극에 존재하도록 설계되어야 한다. 이를 위하여 자극간의 각도의 1/2 미만의 각도에 양 홀센서가 위치하도록 설계되어야 한다.

보다 구체적으로 제1홀센서(310)와 제1코일(110)이 하나의 회로를 구성하고, 제2홀센서(320)와 제2코일(120)이 다른 하나의 회로로 각각 독립적 회로로서 구성되는 경우 메인 마그네트(미도시)가 4극으로 이루어지는 경우 각각의 홀센서는 135도 초과된 위치에 놓이는 것이 바람직하다. 그래야 상기 언급한 바와 같이 센서 중 하나가 자극 사이에 위치하더라도 나머지 홀센서는 자극(극 중간)에 놓이게 되어 항상 구동이 가능한 구조가 형성되는 것이다.

그러므로 제1홀센서와 제2홀센서 간의 위치 각도는 메인 마그네트가 4극일 경우 90도 미만, 6극일 경우 60도 미만, 8극일 경우 45도 미만인 지점에 위치하는 것이 바람직하다. 물론 4극일 경우 90도 초과, 6극일 경우 60도 초과 8극일 경우 45도 초과일 수 있으나 이러한 경우 설계 상 회로구성이 2개로 이루어질 수 있어 회로설계에 어려움이 있어 바람직하지 않다. 그럼에도 불구하고 본 고안의 일실시예로서 상기 초과되는 범위의 위치를 배제하는 것은 아니다.

도 3은 본 고안에 따른 브러시리스 직류모터의 두 독립된 채널이 직렬 및 병렬로 구성된 예를 설명하는 회로도이다. 여기서 두 독립된 채널이란 제1홀센서 및 제1코일과 위 제1홀센서와 제1코일을 구동시키는 드라이버를 하나의 제1채널이라 하고, 제2홀센서 및 제2코일과 위 제2홀센서와 제2코일을 구동시키는 드라이버를 다른 제2채널이라고 할 때의 두 개의 채널을 말한다. 도 3의 (a)는 두 채널이 직렬로 구성된 예를 보이며, 도 3의 (b)는 두 채널이 병렬로 구성된 예를 보이고 있다.

도 4는 본 고안에 따른 브러시리스 직류모터의 회로가 전원 오프시 코일간에 쇼트되어 회전력이 급감하는 것을 설명하는 회로도이다. 즉, 제1코일과 제2코일 각각에는 코일을 가로지르는 스위치가 존재하며, 본 고안에 따른 직류모터에 전원이 공급되면 위 스위치(401)는 오픈되고, 위 직류모터에 전원이 차단되면 위 스위치(402)는 쇼트된다. 이로써 위 직류모터에 전원이 차단될 때 빠른 시간 내에 코일이 발생시키던 자기력선을 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터는 코아나 센서 마그네트(코깅플레이트)를 사용하지 않고 메인 마그네트가 어떤 위치에 존재하더라도 작동할 수 있는 장점이 있어 기동불량이 감소된 효과가 있다.

또한 단일칩에 2이상의 홀센서를 설계함으로서 회로를 극히 간명하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 고안에 따르면 직류모터에 전원이 차단될 때 코일을 쇼트시킴으로써 빠른 시간내에 코일의 자력선을 제거하는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 브러시리스 직류모터의 정면도.

도 2는 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른 브러시리스 직류모터의 평면단면도.

도 3은 본 고안에 따른 브러시리스 직류모터의 두 독립된 채널이 직렬 및 병렬로 구성된 예를 설명하는 회로도.

도 4는 본 고안에 따른 브러시리스 직류모터의 회로가 전원 오프시 코일간에 쇼트되어 회전력이 급감하는 것을 설명하는 회로도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

110 : 제1코일 120 : 제2코일

200 : 듀얼칩 310 : 제1홀센서

320 : 제2홀센서

401 : 오픈된 스위치 402 : 쇼트된 스위치

Claims

브러시리스 직류모터에 있어서,

고정자로서 권선된 제1코일과 제2코일과 한 개의 단일칩에는 2개의 드라이버와 2개의 홀센서가 장착된 듀얼칩으로 이루어져, 상기 제1코일은 제1홀센서와 하나의 회로를 구성하고 제2코일은 제2홀센서와 또 하나의 회로로 각각 돌기된 회로로 이루어짐을 특징으로 하는 기동특성이 개선된 브러시리스 직류모터.
제1항에 있어서,

상기 홀센서들 중 어느 하나가 자극 사이에 위치하더라도 잔여 홀센서가 자극 사이에 존재하도록 상기 제1홀센서와 제2홀센서간의 위치는 자극간의 각도의 1/2 미만의 각도에 놓이는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1홀센서와 제2홀센서 간의 위치 각도는 메인 마그네트가 4극일 경우 90도 미만, 6극일 경우 60도 미만, 8극일 경우 45도 미만인 지점에 위치됨을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터.
제1항에 있어서,

상기 제1코일, 상기 제1홀센서 및 상기 2개의 드라이버 중의 하나가 하나의 채널을 형성하고, 상기 제2코일, 상기 제2홀센서 및 상기 2개의 드라이버 중 나머지 하나가 다른 채널을 형성할 때 상기 채널들은 직렬 또는 병렬로 구성되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터.
제1항에 있어서, 상기 제1코일 및 상기 제2코일은

공급되는 전원이 차단될 때 상기 제1코일 및 상기 제2코일을 쇼트 시키는 스위치를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터.