KR20050116677A

KR20050116677A - 브러시리스 직류 모터

Info

Publication number: KR20050116677A
Application number: KR1020040041820A
Authority: KR
Inventors: 박찬배; 김세진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2005-12-13

Abstract

브러시리스 직류 모터를 개시한다. 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 회전자에 다수개의 자속 단락 방지 홈을 형성시켜 모터의 유동 소음과 진동을 줄이고 모터의 효율을 높이는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적의 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 고정자와 회전자를 구비한다. 고정자는 내주면에 개구부를 가진 슬롯이 마련된다. 회전자는 복수개의 영구 자석이 매설되고, 이웃한 영구 자석의 단부 사이에 자속 단락 방지 홈이 형성되며, 고정자의 내주면으로부터 이격되어 그 사이에 공간부가 형성되도록 설치된다.

Description

브러시리스 직류 모터{ BRUSHLESS DC MOTOR}

본 발명은 모터에 관한 것으로, 특히 정류자를 갖지 않는 브러시리스 직류 모터(Brushless DC motor)에 관한 것이다.

일본 특개평 8-331823호의 도 1에는 회전자 코어 내부에 영구 자석을 매립하여 마그넷 토크와 자기 저항 토크를 이용하여 고효율을 실현한 모터가 도시되어 있다. 고정자(1)은 다수개의 티스(teeth, 11)와, 그 티스(11)의 기저부를 잇는 요크부(12)로 구성되며, 원환 형상을 하고 있다. 그 다수개의 티스(11) 사이에 형성된 다수개의 슬롯(13)에는 3상 코일이 감겨진다. 회전자(7)는 고정자(1)와 거의 같은 축을 갖는 원통 형상이고, 고정자 내주면에 대향하여 ４개의 회전자 자극을 갖고, 축(24)을 중심으로 하여 회전이 자유롭도록 축수에 의하여 지지된다. 회전자(7)는 회전자 코어(71)의 회전 방향으로 동일 간격으로 설치되며, 또한 축방향으로 꿰뚫는 4개의 영구자석 매설용 홈(72)에, 판상의 영구 자석(73)을 매설한다. 또한 이 회전자 코어(71)의 축방향의 양단부에 단판을 배치하여, 관통 구멍(25)에 리벳 핀(26)을 가설하는 것에 의하여 영구 자석(73)을 회전자 코어(71)에 고정하고 있다. 회전자 외주는 회전자 자극의 갈림 부근에 노치(77)를 갖고, 영구 자석(73)의 길이 방향 양단은 이 노치(77)에 근접한다. 회전자(7)는 고정자 코일에 흐르는 전류에 의하여 형성되는 회전 자장에 의하여 그 회전자 자극이 고정자(1)의 티스(11)에 대하여 흡인 또는 반발하는 것에 의해 회전한다.

이와 같은 종래의 브러시리스 직류 모터는 회전자가 회전가 회전할 때 회전자 코어의 외주에 마련되는 노치로 인하여 유동 소음 및 진동이 커지고, 이 때문에 모터의 효율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 회전자에 다수개의 자속 단락 방지 홈을 형성시켜 모터의 유동 소음과 진동을 줄이고 모터의 효율을 높이는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적의 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 고정자와 회전자를 구비한다. 고정자는 내주면에 개구부를 가진 슬롯이 마련된다. 회전자는 복수개의 영구 자석이 매설되고, 이웃한 영구 자석의 단부 사이에 자속 단락 방지 홈이 형성되며, 고정자의 내주면으로부터 이격되어 그 사이에 공간부가 형성되도록 설치된다.

본 발명에 따른 또 다른 브러시리스 직류 모터는 고정자와 회전자를 구비한다. 고정자는 내주면에 개구부를 가진 슬롯이 마련된다. 회전자는 복수개의 영구 자석이 매설되고, 영구 자석 두 편이 회전자의 한 극을 구성하며, 영구 자석 두 편이 접하는 부분에 별도의 제 1 자속 단락 방지 홈을 형성시키며, 이웃한 영구 자석의 단부 사이에 제 2 자속 단락 방지 홈이 형성되며, 고정자의 내주면으로부터 이격되어 그 사이에 공간부가 형성되도록 설치된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터(Brushless DC motor, 이하 BLDC모터라 함)의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터는 고리 형상의 고정자(102)를 구비하는데, 이 고정자(102)의 내주면에는 개공부를 구비하는 반폐형 슬롯(112)이 형성된다. 도 1의 경우, 6개의 슬롯(112)이 등간격으로 고정자(102)의 내주면 원주상에 형성된다. 그리고 이 슬롯(112)에는 3상(u상, v상, w상)의 고정자코일(미도시)이 권선되어 수납 배치된다. 고정자코일은 제어 회로의 인버터로부터 3상 전원을 공급 받는다.

고정자(102)의 동심원 내주부에는 회전자(104)가 배치된다. 이 회전자(104)는 얇은 규소강판이 다수 적층되어 전체적으로 원통 형상을 이루며, 고정자(102)의 내주면과의 사이에 약간의 공간부(114)가 균일하게 존재하도록 배치된다.

그리고 회전자(104)의 중심에는 회전축(116)이 축설되고, 회전자(104)의 외주면보다 지름 방향으로 약간 들어간 위치에는 중심각이 약 90°정도로 형성된 4개의 페라이트제 영구 자석(108)이 서로 등간격을 이루도록 설치된다. 회전자(104)에 설치되는 4개의 영구 자석(108) 중에서 서로 마주보는 영구 자석은 같은 극으로 착자되어 N극과 S극이 교대로 배치된다. 회전자(104)에서 이웃한 영구 자석(108) 사이에는 자속 단락 방지용 홈(110)이 형성되는데, 이를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 도 1에 나타낸 BLDC 모터의 회전자의 단면도로서, 자속 단락 방지용 홈(110)의 구조를 설명하기 위한 것이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 이웃한 영구 자석(108)의 양 단부 사이에 자속 단락 방지 홈(110)을 형성시키되, 영구 자석(108)의 양 단부와 자속 단락 방지 홈(110) 사이의 간격 및 회전자(104)의 외주면과 자속 단락 방지 홈(110) 사이의 간격은 고정자(102)와 회전자(104) 사이의 공간부(114)의 간격보다 작도록 한다.

또한 각각의 자속 단락 방지 홈의 외주단의 한 쪽 끝은 대향하는 고정자(102) 슬롯(112)의 개구부의 중심에 위치하도록 하여 하나의 자속 단락 방지 홈(110)의 양 끝단이 이루는 각도(θ)는 30°가 된다.

이와 같은 자속 단락 방지 홈(110)은 영구 자석(108)의 양 단부에서의 영구 자석(108)의 자속의 단락을 방지함으로써 영구 자석(108)의 자속이 고정자(102)를 쇄교하여 토크 발생에 유효하게 작용하도록 하여, 모터의 효율을 높임과 동시에 코깅 토크와 진동, 소음을 감소시킨다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 특성을 나타낸 그래프로서, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC모터의 토크 리플(torque ripple) 특성을 나타낸 것이고, 도 4는 코깅 토크 특성을 나타낸 것이며, 도 5는 토크와 토크 리플, 코깅 토크의 상호 관계를 나타낸 것이다.

먼저 도 3과 도 4에 나타낸 바와 같이, 하나의 자속 단락 방지 홈(110)의 양 끝단이 이루는 각도(θ)가 19.4°일 때와 30°일 때, 39.4°일 때의 각각의 토크 리플 및 코깅 토크를 비교해 보면, 그 각도가 30°일 때 토크 리플이 비교적 낮고 코깅 토크는 가장 낮은 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 종합적인 특성을 도 5를 통해 알 수 있는데, 도 5에 나타낸 바와 같이, 하나의 자속 단락 방지 홈(110)의 양 끝단이 이루는 각도(θ)가 30°일 때 평균 토크는 중간 정도이지만, 토크 리플이 39.4°일 때와 동일하게 낮고, 코깅 토크는 다른 각도일 때보다 현저히 낮은 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 토크의 손실은 비교적 작은 반면에 토크 리플과 코깅 토크는 현저히 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서 필요에 따라 각도(θ)를 30°±5° 정도의 범위에서 유연하게 적용한다.

모터의 코깅 토크는 영구자석에서 고정자 쪽으로 발산되는 자속이 고정자의 슬롯에서 공간 자속 밀도의 고조파 성분과의 상호 작용에 의하여 발생하는데, 이 코깅 토크에 의하여 고정자와 회전자의 영구자석 사이에 상호 전자적인 흡입력이 발생한다. 이 코깅 토크는 모터에 전원이 공급될 때 회전자를 회전시키는 구동 토크와 그 크기는 같지만 방향이 반대이기 때문에 상호간에 반작용이 발생한다. 이 반작용은 모터의 구동시에 소음과 진동이 발생하는 원인이 되고, 이 진동은 모터의 피로 현상을 초래하여 모터의 수명을 단축시키고 효율을 떨어뜨린다. 본 발명에 따른 BLDC 모터는 이와 같이 모터의 수명과 효율을 떨어뜨리는 코깅 토크를 최소화한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BLDC 모터의 회전자의 단면도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 영구 자석(602, 604) 두 편이 회전자의 한 극을 구성하며, 이 영구 자석(602, 604) 두 편이 접하는 부분에 별도의 자속 단락 방지 홈(606)을 두어, 영구 자석(602, 604)의 단부에서 생길 수 있는 자속 단락을 방지하도록 한다.

본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 회전자에 다수의 자속 단락 방지 홈을 형성하되, 각 자속 단락 방지 홈의 양 단부 사이의 각도를 최적화 하여, 영구 자석의 단부에서의 자속 단락을 방지하고 그 자속이 고정자를 통해 쇄교하도록 하여 토크 발생에 유효하도록 한 것으로, 모터의 유동 소음과 진동을 줄이고 모터의 효율을 높인다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 단면도.

도 2는 도 1에 나타낸 BLDC 모터의 회전자의 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC모터의 토크 리플 특성을 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC모터의 코깅 토크 특성을 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC모터의 토크와 토크 리플, 코깅 토크의 상호 관계를 나타낸 그래프.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BLDC 모터의 회전자의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

102 : 고정자

104 : 회전자

108 : 영구 자석

110 : 자속 단락 방지 홈

112 : 슬롯

114 : 공간부

Claims

내주면에 개구부를 가진 슬롯이 마련되는 고정자와;

복수개의 영구 자석이 매설되고, 상기 이웃한 영구 자석의 단부 사이에 자속 단락 방지 홈이 형성되며, 상기 고정자의 내주면으로부터 이격되어 그 사이에 공간부가 형성되도록 설치되는 회전자를 포함하는 브러시리스 직류 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 각각의 자속 단락 방지 홈의 외주단의 한 쪽 끝이 대향하는 고정자 슬롯의 개구부의 중심에 위치하도록 형성되는 브러시리스 직류 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 영구 자석의 양 단부와 상기 자속 단락 방지 홈 사이의 간격 및 상기 회전자의 외주면과 상기 자속 단락 방지 홈 사이의 간격은 상기 고정자와 상기 회전자 사이의 공간부의 간격보다 작은 브러시리스 직류 모터
제 1 항에 있어서,

상기 자속 단락 방지 홈의 양 끝단이 이루는 각도(θ)가 약 30°±5° 범위를 갖는 브러시리스 직류 모터.
내주면에 개구부를 가진 슬롯이 마련되는 고정자와;

복수개의 영구 자석이 매설되고, 상기 영구 자석 두 편이 상기 회전자의 한 극을 구성하며, 상기 영구 자석 두 편이 접하는 부분에 별도의 제 1 자속 단락 방지 홈을 형성시키며, 상기 이웃한 영구 자석의 단부 사이에 제 2 자속 단락 방지 홈이 형성되며, 상기 고정자의 내주면으로부터 이격되어 그 사이에 공간부가 형성되도록 설치되는 회전자를 포함하는 브러시리스 직류 모터.