KR20040032389A - Single-phase direct current brushless motor - Google Patents

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    • H02K7/083Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Abstract

PURPOSE: A single-phase brushless DC(Direct Current) motor is provided to reduce the manufacturing process by employing a two-slot-structure stator and an inner rotor method. CONSTITUTION: A housing(10) is provided with metal bearings(21,22) interposed between an upper and lower central surfaces thereof. Both surfaces of a rotational shaft(20) are slip-supported on the metal bearings(21,22) of the housing(10) so as to be rotated. A rotor magnet(30) is formed on a circumference of the rotational shaft(20) and magnetized in two poles. A stator(40) is formed on an inner surface of the housing(10) to generate rotational force together with the rotor magnet(30) and serially connected to two slots. The housing(10) is formed on a surface of a lower portion of a circuit board(50). A hall sensor for determining polarity of the rotor magnet(30) is formed on a side of the circuit board(50).

Description

단상 브러시리스 직류 모터{Single-phase direct current brushless motor}Single-phase direct current brushless motor

본 발명은 단상 브러시리스 직류 모터에 관한 것으로 특히, 종래 브러시리스 직류(DC)모터의 기계적 접점부의 내구성 및 제조 공정상의 조립성의 문제를 극복할 수 있도록 종래 브러시리스 직류 모터의 장점인 브러시와 정류자(commutator)를 갖지 않는 구조를 유지하면서도, 원가적으로 직류 브러시 모터와 경쟁 가능한 단순한 구조의 단상 브러시리스 직류 모터에 관한 것이다.The present invention relates to a single-phase brushless DC motor, in particular, to overcome the problems of durability of the mechanical contact portion of the conventional brushless DC (DC) motor and the assembly process in the manufacturing process of the brush and commutator of advantages of the conventional brushless DC motor ( The present invention relates to a single-phase brushless DC motor having a simple structure, which can costly compete with a DC brush motor while maintaining a structure without a commutator.

일반적으로 전자 및 기계장치에서 구동력을 발생시키는 모터는 교류형 모터와 직류형 모터, 방식면에서는 펄스 구동을 하는 스테핑모터 등으로 구분된다. 직류 모터의 경우에는 가변속도구동에 널리 이용되며 높은 기동토크를 제공하면서도 교류전동기에 비하여 구조적인 면에서 보다 간단하고 가격면에서도 저렴한 장점을 가지고 있다.In general, motors that generate driving force in electronic and mechanical devices are classified into AC motors and DC motors, and stepping motors that drive pulses in the anticorrosive manner. DC motors are widely used for variable speed driving and provide high starting torque, but are simpler in structure and cheaper than AC motors.

적용되는 분야를 살펴보면, 교류 소형 모터는 주로 냉장고, 에어콘과 같은 가전기기와 소형 공작기계, 자동화 전용기를 포함한 산업기기에 주로 사용되고, 이에 반하여 직류 소형 모터는 VIDEO, PRINTER, LDP, Cassette CDP 등의 A/V기기, 시계, 카메라 등의 정밀기기, VCR, 면도기, 헤어드라이어 등의 가정기기, 데이타 레코드, HDD, FDD 등의 사무기기 등 폭 넓은 분야에서 사용되고 있다.In the field of application, AC small motors are mainly used in home appliances such as refrigerators and air conditioners, and industrial machines including small machine tools and dedicated automation machines. In contrast, DC small motors include A, VIDEO, PRINTER, LDP, and Cassette CDP. It is used in a wide range of fields such as / V equipment, precision equipment such as watches and cameras, home appliances such as VCRs, shavers, and hair dryers, and office equipment such as data records, HDDs, and FDDs.

직류 모터는 대표적으로 첨부한 도면 도 1과 도 2에 도시되어 있는 2가지 종류로 분류된다. 도 1은 전형적인 직류 브러시 모터의 단면 구조 예시도이고, 도 2는 직류 브러시리스 모터의 단면 구조 예시도이다.DC motors are typically classified into two types shown in the accompanying drawings, FIGS. 1 and 2. 1 is a cross-sectional view illustrating a typical DC brush motor, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a DC brushless motor.

도 1에 도시된 종래의 직류 브러시 모터의 구성과 작용을 간략히 설명하면, 하우징(3)의 내주면에는 고정마그네트(4)가 설치되고, 상기 고정마그네트(4)의 내경에는 코어에 코일이 권선된 아마츄어 코일유니트인 회전자(5)가 설치된다. 그리고 상기 하우징(3)의 상, 하 양측에서 압입된 메탈 베어링(2)에 지지되는 회전축(1)이 상기 회전자(5)의 중심부를 관통하여 회전자(5)에 고정설치된다. 그리고 회전자(5)의 코일은 외부전극(8)에 연결된 브러시(7)에 코뮤테이터인 정류자(6)를 통하여 전류를 인가받도록 구성된다.Briefly explaining the configuration and operation of the conventional DC brush motor shown in Figure 1, a fixed magnet 4 is installed on the inner peripheral surface of the housing 3, the inner diameter of the fixed magnet 4 coil is wound around the core The rotor 5 which is an amateur coil unit is installed. And the rotating shaft (1) supported by the metal bearing (2) pressed in the upper and lower sides of the housing (3) is fixed to the rotor (5) through the center of the rotor (5). The coil of the rotor 5 is configured to receive a current through the commutator commutator 6 to the brush 7 connected to the external electrode 8.

외부전극(8)을 통하여 전류가 회전자(5)에 권선된 코일로 흐르게 되면 코일은 여자되어 주변으로 일정 자속이 발생되고, 이는 고정마그네트(4)와 상호간 전자기력으로 회전자(5)를 일정속도로 회전시키게 된다. 이에 따라 회전자(5)와 결합된 회전축(1)은 메탈 베어링(2)의 지지를 받아 동시에 회전을 하게 된다.When current flows through the external electrode 8 to the coil wound on the rotor 5, the coil is excited and a constant magnetic flux is generated, which causes the rotor 5 to be fixed by the electromagnetic force between the fixed magnet 4 and each other. It will rotate at speed. Accordingly, the rotating shaft 1 coupled to the rotor 5 is rotated at the same time by receiving the support of the metal bearing 2.

직류 브러시 모터는 정류자인 코뮤테이터(commutator)와 브러시로 이루어지는 기계적 접점부의 내구성 및 제조공정상의 조립성이 문제가 된다. 즉, 브러시와 정류자가 마찰이 진행되면 마모가 진행되므로 금속분말이나 흑연이 비산하게 되어 모터의 수명이 감소하게 된다. 또한 마모가 진행되어 접점간에 발생되는 아크로 인하여 플레시 오버 현상이 일어나 화재의 위험도 발생하게 된다.The DC brush motor is a problem in the durability of the mechanical contact portion consisting of a commutator and a commutator commutator and the assembly of the manufacturing process. In other words, when the brush and the commutator is subjected to friction, wear progresses, so that metal powder or graphite scatters and the life of the motor is reduced. In addition, wear progresses and a flash over phenomenon occurs due to the arc generated between the contacts, causing a risk of fire.

상술한 바와 같은 직류 브러시 모터의 단점을 해결하고자 한 것이 첨부한 도면 도 2에 도시되어 있는 직류 브러시리스 모터이다. 도 2는 종래 직류 브러시리스 모터의 한 유형으로, 직류 브러시 모터의 정류자와 브러시의 기계적인 접점부를 반도체 I.C로 대체한 것이다. 즉 직류 브러시 모터와 다르게 브러시와 정류자의 기계적인 접점을 대신하여 전자적인 무접점 정류가 행하여지는 구성을 가진다.It is a DC brushless motor illustrated in FIG. 2 to solve the disadvantages of the DC brush motor as described above. 2 is a type of a conventional DC brushless motor, in which the mechanical contact portions of the commutator and the brush of the DC brush motor are replaced with semiconductors I.C. In other words, unlike the DC brush motor, the electronic contactless rectification is performed in place of the mechanical contact between the brush and the commutator.

이러한 무접점 방식에서는 자기적 또는 광학적 방식으로 설계될 수 있지만 직류 브러시리스 모터는 일반적으로 회전자가 영구자석으로 되어 있어 홀소자를 회전자의 위치검출에 사용하는 경우 회전자로부터 자속을 이용하는 것이 가능하다.In the contactless method, the magnetic brush or the optical method can be designed, but the DC brushless motor is generally made of a permanent magnet so that the magnetic flux from the rotor can be used when the Hall element is used to detect the position of the rotor.

홀소자를 위치검출센서로 사용하는 경우에는 특별한 자계를 새로이 설치할 필요가 없고 단순한 구조로 가능하다. 따라서 홀소자가 채용된 브러시리스 모터는 모터 구성을 소형으로 하는 것이 가능해지는 장점이 있다.In case of using Hall element as position detection sensor, it is not necessary to install special magnetic field and it is possible with simple structure. Therefore, the brushless motor employing the Hall element has an advantage that the motor configuration can be made small.

브러시리스 모터를 그 구조에 따라 크게 구분하여 보면 인너 로터형(INNER ROTER TYPE), 아우터 로터형(OUTTER ROTER TYPE), 디스크 로터형(DISK ROTER TYPE) 등으로 구분된다.The brushless motors are classified into inner rotor type, outer rotor type, and disk rotor type.

인너 로터형은 원주형의 마그네트에 회전축을 장착하고 이것이 구동코일내에서 회전하는 구조로 된 것으로 주로, 이너셔(innertia)가 낮고 제어성이 뛰어나서 정, 역회전을 빈번하게 하는 용도에 주로 사용된다.The inner rotor type is a structure in which a rotating shaft is mounted on a magnet of a cylinder and it rotates in a drive coil. It is mainly used for frequent inversion and reverse rotation due to its low inertia and excellent controllability. .

아우터 로터형은 스테이터(고정자)부가 내측에 있고 그 외측에 스테이터부를 둘러싸는 형태로 로터 마그네트가 배치되는데, 구조상 로터 마그네트인 회전자의 이너셔가 증가되어 급격한 동작을 반복하는 용도에는 부적합하다. 주로 레코드 플레이어의 턴 테이블모터, VTR의 실린더 모터로 사용된다.In the outer rotor type, a rotor magnet is disposed in a form in which a stator (stator) part is inside and surrounds the stator part, but the inertia of the rotor, which is a rotor magnet, is increased and is not suitable for the purpose of repeating rapid operation. It is mainly used as turn table motor of record player and cylinder motor of VTR.

그리고, 브러시리스 모터는 구동방식이 특히 중요한데, 이것은 출력파워와 구동회로에 직접 관계되기 때문이다. 모터를 가능한 단순하게 하고 구동회로와 싼 제품을 필요로 하는 경우에는 2상 반파방식이 좋으며, 릴 모터나 레이저 프린트의 스캐너용 모터 등 토크, 회전의 불균일에 관한 그 사양이 엄격한 경우에는 3상 전파방식이 많이 선호된다. 반파방식에 비하여 전파방식은 구동회로가 복잡해지는 문제점이 있다.In addition, the driving method is particularly important for the brushless motor since it is directly related to the output power and the driving circuit. If the motor is as simple as possible and requires a drive circuit and a cheap product, the two-phase half-wave method is good.If the specifications regarding torque and rotation unevenness such as the reel motor or the laser motor scanner motor are strict, three-phase propagation The method is much preferred. Compared to the half wave method, the propagation method has a problem in that the driving circuit is complicated.

도 2에서 도시된 바와 같이 직류 브리시리스 모터는, 하우징(17) 내부에 코일 유니트인 고정자(13)가 설치되고 그 외부로는 구동마그네트(15)가 내주연에 고정설치된 회전자(14)가 구비되며, 메탈 베어링(12)에 지지되어 회전되는 회전축(11)이 또한 회전자(14)와 일체로 구성된다. 도면 부호 16은 외부전극이다.As shown in FIG. 2, in the DC brisiless motor, a stator 13, which is a coil unit, is installed in a housing 17, and a rotor 14 having a driving magnet 15 fixed to an inner circumference thereof is installed outside the housing 17. The rotary shaft 11, which is provided and supported and rotated by the metal bearing 12, is also configured integrally with the rotor 14. Reference numeral 16 denotes an external electrode.

코일이 권선된 고정자(13)로 전류가 인가되어 구동마그네트(15)내의 자계와 전자기력이 발생되면 회전자(14)가 회전하게 되는데, 이러한 종래의 직류 브러시리스 모터의 상세한 구성과 작용은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 공지된 기술임으로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.When a current is applied to the stator 13 wound around the coil to generate a magnetic field and an electromagnetic force in the driving magnet 15, the rotor 14 rotates. The detailed configuration and operation of the conventional DC brushless motor is described in this technique. Since it is known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.

직류 브러시리스 모터는 브러시가 없는 구성이므로 노이즈가 발생되지 않고 설계가 용이하고 정, 역회전에도 강한 장점이 있어 내구성과 조립성이 우수하다. 그러나 반도체 I.C로 인한 별도 제어회로의 구성에 따른 제어의 편리성과 제품가격(COST)측면에서 첨부한 도 1에 도시되어 있는 직류 브러시 모터에 비하여 상대적으로 불리하다.DC brushless motor is brushless, so it is easy to design without noise, and has strong advantages against forward and reverse rotation. However, it is relatively disadvantageous compared to the DC brush motor shown in FIG. 1 attached to the convenience of control and the cost of the product according to the configuration of a separate control circuit due to the semiconductor IC.

한편, 최근에는 직류 모터에 대한 급격한 SET 제품의 판매가 하락으로 인하여 그 어느 때보다 치열한 가격인하 요구에 직면하게 되었다. 이로 인해, 각 모터제조업체는, 부품수 절감 및 원가적으로 유리한 신소재의 개발 및 공정 간소화를 통한 제조생산비의 절감 등을 강력히 추진하고 있다.On the other hand, in recent years, due to the sharp decline in the sales of SET products for DC motors, there is a demand for more severe price reduction than ever before. As a result, each motor manufacturer is strongly pursuing a reduction in the number of parts, the development of cost-effective new materials, and the reduction of manufacturing and production costs by simplifying the process.

이러한 경향은, 과거 1980~2000년대에 걸쳐 개발 상품화된 직류 브러시리스 모터의 극단적 단순화, 이를테면 센서리스(sensor less) 브러시리스 직류 모터와 같이 부품수 및 구조적으로 상당히 단순화제품의 보편화를 가져왔으며, 이러한 경향은 컴퓨터주변기기 및 디지털 A/V관련기기에 사용되는 직류 모터에서도 공통적으로 나타나고 있다.This trend has led to the extreme simplification of DC brushless motors developed and marketed over the past 1980s and 2000s, such as the number of parts and structurally simplified products, such as sensorless brushless DC motors. The trend is also common in DC motors used in computer peripherals and digital A / V-related equipment.

따라서 이러한 기술적인 흐름과 모터의 고속화와 저진동 그리고 저소음화를 위해서는 새로운 형태의 직류 브러시리스 모터의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, the development of a new type of DC brushless motor is required for the high speed, low vibration and low noise.

상술한 문제점을 해소하기 위해 제안된 본 발명에 따른 단상 브러시리스 직류 모터의 목적은, 종래 브러시리스 직류 모터의 기계적 접점부의 내구성 및 제조 공정상의 조립성의 문제를 극복할 수 있도록 종래 브러시리스 직류 모터의 장점인 브러시와 정류자(commutator)를 갖지 않는 구조를 유지하면서도 원가적으로 직류 브러시 모터와 경쟁 가능한 단순한 구조의 단상 브러시리스 직류 모터를 제공하는 데 있다.The purpose of the single-phase brushless DC motor according to the present invention, which is proposed to solve the above problems, is to overcome the problems of the durability of the mechanical contact portion of the conventional brushless DC motor and the assembly process in the manufacturing process. An advantage is to provide a single-phase brushless DC motor with a simple structure that can compete with a DC brush motor at a cost while maintaining a structure that does not have a brush and a commutator.

도 1 및 도 2는 종래 직류 모터의 단면도.1 and 2 are cross-sectional views of a conventional DC motor.

도 3은 본 발명에 따른 단상 브러시리스 직류 모터의 단면도.3 is a cross-sectional view of a single phase brushless direct current motor according to the present invention.

도 4 및 도 5는 본 발명의 여러 실시예를 보인 요부 발췌 평면도.4 and 5 are a plan view of the main portion excerpts showing various embodiments of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 하우징 20 : 회전축10 housing 20 rotation axis

21,22 : 메탈 베어링 30 : 로터 마그네트21,22: Metal bearing 30: Rotor magnet

40 : 스테이터 50 : 회로기판40: stator 50: circuit board

51 : 홀소자 W : 와이어51: Hall element W: wire

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단상 브러시리스 직류 모터는, 상, 하 중심면에 메탈 베어링이 개재된 하우징과; 상기 하우징의 메탈 베어링상에 양측면이 회전 가능하게 미끄럼 지지되는 회전축과; 상기 회전축의 외주면에 형성되며, 2극 착자된 로터 마그네트와; 상기 하우징의 내주면에 형성되어 로터 마그네트와 함께 회전력을 발생시키며, 2 슬롯의 직렬 접속된 스테이터와; 상기 하우징이 하부 일측면에 형성되며, 일측에는 로터 마그네트의 극성을 판단하는 홀소자가 형성된 회로기판을 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.Single phase brushless DC motor according to the present invention for achieving the above object, the housing, the metal bearing is interposed on the upper, lower center surface; A rotating shaft on both sides of which is rotatably supported on the metal bearing of the housing; A rotor magnet formed on an outer circumferential surface of the rotating shaft and bipolar magnetized; It is formed on the inner peripheral surface of the housing and generates a rotational force with the rotor magnet, the two slots connected in series; The housing is formed on one side of the lower, characterized in that it comprises a circuit board on one side is formed with a Hall element for determining the polarity of the rotor magnet.

본 발명의 바람직한 한 특징은, 상기 로터 마그네트는 대칭상태로 2극 착자되고, 상기 스테이터의 제1, 2 슬롯은 비대칭 구조로 형성된 것에 있다.One preferred feature of the present invention is that the rotor magnet is bipolar magnetized in a symmetrical state, and the first and second slots of the stator are formed in an asymmetrical structure.

본 발명의 바람직한 다른 특징은, 상기 로터 마그네트는 비대칭상태로 2극 착자되고, 상기 스테이터의 제1, 2 슬롯은 대칭구조로 형성된 것에 있다.Another desirable feature of the present invention is that the rotor magnet is asymmetrically bipolar magnetized, and the first and second slots of the stator are formed in a symmetrical structure.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징은, 상기 스테이터의 제1, 2 슬롯은 서로직렬 접속되는 분할 슬롯쌍으로 분할 구성된 것에 있다.Another preferable feature of the present invention is that the first and second slots of the stator are divided into split slot pairs connected in series.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 단상 브러시리스 직류 모터의 바람직한 일실시예를 통하여 본 발명의 구성과 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation of the present invention through a preferred embodiment of the present invention single-phase brushless DC motor.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단상 브러시리스 직류 모터의 단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 여러 실시예를 보인 요부 발췌 평면도이다.3 is a cross-sectional view of a single-phase brushless DC motor according to an embodiment of the present invention, Figures 4 and 5 is a plan view of the main portion showing the various embodiments of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명인 단상 브러시리스 직류 모터는, 대분하면 하우징(housing;10)과 회전축(20)과 로터 마그네트(rotor magnet;30) 그리고 스테이터(stator;40)와 회로기판(50)으로 구성된다.As shown in FIG. 3, a single-phase brushless DC motor according to the present invention generally includes a housing 10, a rotating shaft 20, a rotor magnet 30, a stator 40, and a circuit board 50. It is composed of

하우징(10)의 상, 하 중심면에는 메탈 베어링(21,22)이 개재되며, 이 메탈 베어링(21,22)으로는 회전축(20)의 상, 하 양측이 회전 가능하게 미끄럼 지지된다.Metal bearings 21 and 22 are interposed between upper and lower center surfaces of the housing 10, and the upper and lower sides of the rotation shaft 20 are slidably rotatably supported by the metal bearings 21 and 22.

로터 마그네트(30)는 회전축(20)의 대략 중심 외주면에 설치되어 회전축(20)과 함께 회전되는 것으로서, 2극 착자 구조를 갖는다.The rotor magnet 30 is installed on an approximately center outer circumferential surface of the rotation shaft 20 to rotate together with the rotation shaft 20, and has a two-pole magnetization structure.

스테이터(40)는 상기 하우징(10)의 내주면에 고정설치되며, 코어와 이에 권선되는 코일로 이루어진 복수의 슬롯 즉, 제 1 슬롯(41) 및 제2 슬롯(42)으로 구성된 다.The stator 40 is fixedly installed on the inner circumferential surface of the housing 10 and includes a plurality of slots formed of a core and a coil wound thereon, that is, a first slot 41 and a second slot 42.

코어에 권선된 코일은 와이어(W)를 통해 외부로부터 전원을 인가받으며, 코일에 흐르는 전류가 발생하는 자속과 전술한 로터 마그네트(30)가 발생하는 자속의 상호 작용에 기인한 전자기력으로 로터 마그네트(30)가 회전되도록 한다.The coil wound on the core receives power from the outside through the wire (W), and the rotor magnet is a magnetic force due to the interaction of the magnetic flux generated by the current flowing in the coil with the magnetic flux generated by the rotor magnet 30 described above. 30) to rotate.

회로기판(50)은, 하우징(10)의 하부 일측면에 설치되는 것으로서, 특히 로터 마그네트(30)의 하부와 인접된 일측면에는 로터 마그네트(30)의 극성을 판단하는홀소자(hall sesnor;51)가 설치된다.The circuit board 50 is installed on one side of the lower portion of the housing 10, and particularly, on one side adjacent to the lower portion of the rotor magnet 30, a hall element that determines the polarity of the rotor magnet 30; 51) is installed.

로터 마그네트(30)가 회전하는 경우 로터 마그네트(30)의 자극위치가 회전에 대응하여 변화하게 되고, 로터 마그네트(30)의 지속적인 정, 역회전을 위해서는 자극위치에 대응한 스테이터(40)의 코일을 여자시켜야 하므로 로터 마그네트(30)의 자극을 감지하도록 자기센서인 홀소자(51)가 필요하다.When the rotor magnet 30 rotates, the magnetic pole position of the rotor magnet 30 changes in response to the rotation, and the coil of the stator 40 corresponding to the magnetic pole position for continuous forward and reverse rotation of the rotor magnet 30 is rotated. Since the excitation of the rotor magnet (30) is required to detect the magnetic pole of the rotor magnet (30).

단상 브러시리스 직류 모터에서는 정류자와 브러시의 역할을 위치센서인 홀소자(51)를 통하여 이루어지므로, 홀소자(51)가 회전하는 로터 마그네트(30)의 극성을 감지하고 그 출력에 따라 스테이터(40)의 슬롯(41,42)에 권선된 코일로 인가되는 전류가 교번되고, 스테이터(40)와 로터 마그네트(30)간의 상호 전자기력으로 로터 마그네트(30)가 정, 역회전하게 된다.In the single-phase brushless DC motor, since the roles of the commutator and the brush are performed through the Hall element 51, which is a position sensor, the Hall element 51 senses the polarity of the rotating rotor magnet 30 and stator 40 according to the output. The current applied to the coils wound in the slots 41 and 42 of the c) is alternated, and the rotor magnet 30 is rotated forward and reverse by mutual electromagnetic force between the stator 40 and the rotor magnet 30.

그리고 제1, 제2 슬롯(41,42)으로 인가되는 전류를 교번하기 위해서는 홀소자(51)의 출력에 따라 전류의 방향을 제어하는 제어회로(도면 미도시)가 부가되는데, 제어회로는 모터의 운전특성이 양호하도록 적절하게 구성되는 것이 바람직하며, 트랜지스터와 같은 반도체 스위칭 소자와, 홀소자(51)에 연결되어 스위칭 소자를 온/오프 시키는 구동부 등으로 구성될 수 있다. 또한 홀소자(51)의 출력신호를 증폭하기 위한 증폭수단이 구비될 수도 있다.In order to alternate the current applied to the first and second slots 41 and 42, a control circuit (not shown) for controlling the direction of the current is added according to the output of the hall element 51. It is preferable that the driving characteristics are appropriately configured to be good, and the semiconductor switching element such as a transistor and the driving unit connected to the hall element 51 to turn on / off the switching element and the like. In addition, amplification means for amplifying the output signal of the hall element 51 may be provided.

한편, 이러한 구성을 가진 단상 2 슬롯의 직류 모터에 있어서, 가장 중요한 것 중의 하나는 초기에 스스로 동작할 수 있는 초기 자기동(self-starting)이다.On the other hand, in a single-phase two-slot DC motor having such a configuration, one of the most important is initial self-starting that can be operated by itself initially.

단상 모터에서는 로터 마그네트의 극 중심이 그와 전자기력을 일으키도록 권선된 스테이터 코어의 자기 중심과 일치되는 시점에서 토크가 제로상태가 되어 기동이 일어나지 않게 된다.In a single-phase motor, the torque becomes zero when the pole center of the rotor magnet coincides with the magnetic center of the stator core wound so as to generate an electromagnetic force so that starting does not occur.

이러한 상태에서는 정상적인 스위칭 동작이 어려워지고 전원이 온되어도 모터가 기동되지 않게 된다.In this state, the normal switching operation becomes difficult and the motor does not start even when the power is turned on.

이러한 불기동이 일어나지 않도록 하기 위해서는 로터 마그네트의 극 중심과 스테이터 코어의 자기 중심을 다르게 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 특히 초기 기동시 회전자가 어느 곳에 위치하더라도 홀소자에 의한 자극감지가 바람직하게 이루어져 로터 마그네트가 회전되어야 한다.In order to prevent such fire start, it is preferable to form the magnetic center of the stator core and the pole center of the rotor magnet differently. In particular, when the rotor is located at the initial startup, the magnetic pole detection by the Hall element is preferable, so that the rotor magnet should rotate.

도 4 및 도 5는 이러한 초기 자기동이 바람직하게 일어나도록 전자기적인 비대칭을 가지는 스테이터와 로터 마그네트 구조의 다른 실시예를 각각 도시하고 있다.4 and 5 show different embodiments of stator and rotor magnet structures with electromagnetic asymmetry so that such initial magnetic motions preferably occur.

도 4에서는 로터 마그네트(30)의 착자상태를 대칭상태로 2극 착자시키고, 이와 대응되는 스테이터(40)의 제1, 2 슬롯(41,42)은 비대칭 구조로 형성하였으며, 이와는 반대로 도 5에서는 로터 마그네트(30)의 극성을 비대칭상태로 2극 착자시키고, 스테이터(40)의 제1, 2 슬롯(41,42)을 대칭 구조로 형성하였다.In FIG. 4, the magnetization state of the rotor magnet 30 is bipolarly magnetized in a symmetrical state, and the first and second slots 41 and 42 of the stator 40 corresponding thereto are formed in an asymmetrical structure. The polarity of the rotor magnet 30 was asymmetrically polarized, and the first and second slots 41 and 42 of the stator 40 were formed in a symmetrical structure.

상기의 전자기적인 비대칭 구조를 나타내기 위해 도 4 및 도 5의 참조부호인 각α,β를 도시하여α<β가 되도록 함으로써, 도 4에서는 스테이터(40)의 제 1, 2 슬롯(41,42)이 비대칭 상태임을, 도 5에서는 로터 마그네트(30)의 극성이 비대칭 상태임을 표시하였다.In order to show the electromagnetic asymmetrical structure, angles α and β, which are reference numerals of FIGS. 4 and 5, are represented by α <β so that the first and second slots 41 and 42 of the stator 40 in FIG. 4. ) Is an asymmetrical state, in FIG. 5, the polarity of the rotor magnet 30 is indicated as an asymmetrical state.

이때 스테이터(40)의 제1, 2 슬롯(41,42)을 비대칭으로 형성할 때에는 좀 더 효과적인 초기 자기동을 얻을 수 있도록 하기 위하여 서로 직렬 접속되는 분할 슬롯쌍(41a, 41b, 42a, 42b)으로 형성함이 바람직하다.In this case, when the first and second slots 41 and 42 of the stator 40 are asymmetrically formed, split slot pairs 41a, 41b, 42a, and 42b connected in series to each other in order to obtain more effective initial magnetic motion. It is preferable to form.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명인 단상 브러시리스 직류 모터의 바람직한 일실시예의 동작을 설명한다.The operation of the preferred embodiment of the single-phase brushless DC motor of the present invention configured as described above will be described.

전체적인 동작은 와이어(W)를 통해 하우징(10)의 내주면에 형성된 스테이터(40)에 전원을 인가하게 되면, 이 스테이터(40)와 회전축(20)상의 로터 마그네트(30)간의 전자기장에 의해 회전축(20)이 고속으로 회전하게 된다.The overall operation is when the power is applied to the stator 40 formed on the inner peripheral surface of the housing 10 through the wire (W), the rotation shaft (by the electromagnetic field between the stator 40 and the rotor magnet 30 on the rotation shaft 20) 20) rotates at high speed.

보다 상세하게 설명하면 먼저, 회전하는 로터 마그네트(30)에 근접하여 설치된 홀소자(51)가 2극으로 착자된 로터 마그네트(30)의 극성을 감지한다.In more detail, first, the Hall element 51 installed in proximity to the rotating rotor magnet 30 senses the polarity of the rotor magnet 30 magnetized into two poles.

일반적으로 홀소자는 홀 효과(Hall Effect)라고 불리우는 일종의 전류자기 효과를 이용한 것으로, 전자장의 검출, 자장의 강약, 자극의 판별 능력이 다른 소자에 비교하여 우수한 성질이 있다.In general, the Hall element uses a kind of current magnetic effect called a Hall Effect, and has excellent properties compared to other devices in terms of detecting an electric field, strength of a magnetic field, and discriminating magnetic poles.

홀소자(51)가 예를 들어, 로터 마그네트(30)의 N극을 검출하고 일정 전압을 출력하여 회로기판(50)에 설치된 제어회로로 전달하면 소정 트랜지스터가 온 되어 전원으로 부터 와이어(W)를 통해 전류가 스테이터(40)의 제1, 제2 슬롯(41,42)에 권선된 코일로 흐르게 된다.For example, when the Hall element 51 detects the N pole of the rotor magnet 30 and outputs a predetermined voltage to the control circuit installed on the circuit board 50, the predetermined transistor is turned on and the wire W is supplied from the power supply. Through the current flows to the coil wound in the first and second slots 41 and 42 of the stator 40.

스테이터(40)의 코일측에는 인가되는 전류에 의해 로터 마그네트(30)가 바람직하게 회전되도록 각각 자극이 형성되는데, 2 개의 직렬접속된 슬롯에서 발생된 자극은 2극 착자된 로터 마그네트(30)의 같은 극을 척력으로 밀어내고 반대극을 당김으로써, 로터 마그네트(30)가 안정되게 회전하도록 작동한다.On the coil side of the stator 40, magnetic poles are formed so that the rotor magnets 30 are preferably rotated by an applied current, and the magnetic poles generated in the two serially connected slots are the same as those of the two-pole magnetized rotor magnets 30. By pushing the pole to repulsion and pulling the opposite pole, the rotor magnet 30 operates to rotate stably.

이때 스테이터(40)의 제1, 제2 슬롯(41,42)에 감기는 코일의 권수와 감는 방향 및 전류 흐름은 로터 마그네트(30)의 회전이 바람직하게 일어나도록 스테이터(40)의 코일측과 로터 마그네트간(30)의 전자기학적인 특성을 고려하여 설정하면 된다.At this time, the number of turns of the coil wound around the first and second slots 41 and 42 of the stator 40, the winding direction, and the current flow are such that the rotation of the rotor magnet 30 is preferably performed on the coil side of the stator 40. What is necessary is just to set it in consideration of the electromagnetic characteristic of the rotor magnet between 30.

다음으로, 상기 과정에서 N극이 홀소자(51)에서 멀어지고 S극이 홀소자(51)로 회전되어 들어오면 홀소자(51)의 출력이 변화된다. 그리고 제어회로는 변화된 홀소자(51)의 출력에 따라서 스위칭소자의 온/오프를 제어하게 되는데, 온 되었던 트랜지스터는 오프되며 소정의 다른 트랜지스터가 온되어 스테이터(40)의 코일에서는 반대방향으로 전류가 인가된다.Next, when the N pole is away from the Hall element 51 and the S pole is rotated into the Hall element 51 in the above process, the output of the Hall element 51 is changed. The control circuit controls on / off of the switching element according to the output of the changed Hall element 51. The transistor which is turned on is turned off and some other transistor is turned on so that the current flows in the opposite direction in the coil of the stator 40. Is approved.

상기 과정을 반복함으로써 로터 마그네트(30)는 일정 토크와 회전속도로 안정되게 회전을 하게 된다.By repeating the above process, the rotor magnet 30 is rotated stably at a constant torque and rotation speed.

그리고 스테이터(40)와 로터 마그네트(30)가 도 4 및 도 5에서와 같이 어느 일측이 대칭구조일 때 타측이 비대칭구조로 형성되어 있는 경우에는 초기 구동이 더욱 바람직하게 이루어지게 된다.When the stator 40 and the rotor magnet 30 are formed in an asymmetrical structure when the other side is symmetrical, as shown in FIGS. 4 and 5, initial driving is more preferable.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments thereof, it is well known in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the claims. Anyone who owns it can easily find out.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 단상 브러시리스 직류 모터는 다음과 같은 효과를 가진다.As described above, the single-phase brushless DC motor according to the present invention has the following effects.

첫째, 가장 단순한 2 슬롯 구조 스테이터와 인너 로터 방식으로 성형됨으로써 제조공정이 단순화 될 뿐만 아니라 코스트 절감을 도모할 수 있는 이점이 있다.First, by molding in the simplest two-slot structure stator and inner rotor method there is an advantage that can simplify the manufacturing process and reduce the cost.

둘째, 하우징을 플래트(flat)형으로 형성 가능함으로써 슬림화가 가능한 이점이 있다.Second, the housing can be formed in a flat form, thereby making it possible to slim down.

셋째, 종래의 브러시 모터와 브러시리스 모터의 장점을 모두 갖춤으로써 고정밀도 고회전의 회전력을 얻을 수 있는 이점이 있다.Third, by having both the advantages of the conventional brush motor and brushless motor, there is an advantage to obtain a high-precision high rotational torque.

네째, 스테이터와 로터 마그네트를 전자기적인 비대칭 구조를 가지도록 하여 단상모터에서 발생하기 쉬운 초기 자기동 불능문제가 해소되는 이점이 있다.Fourth, the stator and the rotor magnets have an electromagnetic asymmetric structure, thereby eliminating the problem of initial magnetic incapacity, which is likely to occur in single-phase motors.

Claims (4)

상, 하 중심면에 메탈 베어링이 개재된 하우징과;A housing having metal bearings interposed at upper and lower center surfaces thereof; 상기 하우징의 메탈 베어링상에 양측면이 회전 가능하게 미끄럼 지지되는 회전축과;A rotating shaft on both sides of which is rotatably supported on the metal bearing of the housing; 상기 회전축의 외주면에 형성되며, 2극 착자된 로터 마그네트와;A rotor magnet formed on an outer circumferential surface of the rotating shaft and bipolar magnetized; 상기 하우징의 내주면에 형성되어 로터 마그네트와 함께 회전력을 발생시키며, 2슬롯의 직렬 접속된 스테이터와;A two-slot series-connected stator which is formed on an inner circumferential surface of the housing and generates a rotational force together with the rotor magnet; 상기 하우징이 하부 일측면에 형성되며, 일측에는 로터 마그네트의 극성을 판단하는 홀소자가 형성된 회로기판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 직류 모터.The housing is formed on one side of the lower side, one side brushless DC motor comprising a circuit board formed with a Hall element for determining the polarity of the rotor magnet on one side. 제 1 항에 있어서, 상기 로터 마그네트는 대칭상태로 2극 착자되고,The rotor magnet of claim 1, wherein the rotor magnet is bipolar magnetized in a symmetrical state. 상기 스테이터의 제1, 2 슬롯은 비대칭 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 직류 모터.Single-phase brushless DC motor, characterized in that the first and second slots of the stator is formed in an asymmetrical structure. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 로터 마그네트는 비대칭상태로 2극 착자되고, 상기 스테이터의 제1, 2 슬롯은 대칭구조로 형성된 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 직류 모터.The rotor magnet is a two-pole magnetized in an asymmetrical state, the first and second slots of the stator is characterized in that the symmetrical structure is formed in a single-phase brushless DC motor. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 스테이터의 제1, 2 슬롯은, 서로 직렬 접속되는 분할 슬롯쌍으로 분할 구성된 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 직류 모터.The first and second slots of the stator are divided into split slot pairs which are connected in series with each other.
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