KR20070016589A - 브러쉬리스 직류모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브러쉬리스 직류모터에 관한 것으로서, 정현적 자화분포를 갖도록 착자된 마그네트와 상기 마그네트의 자극 피치의 1/2피치 간격마다 상기 마그네트와 이격되고 대향하게 위치된 한 쌍의 홀 소자와 위치연산부를 가지며 상기 한 쌍의 홀 소자와는 전기적으로 연결된 회로기판을 구비하여 저가형 및 소형화 제작이 가능한 직류모터를 제공해 줄 수 있는 효과를 얻는다.

브러쉬리스, 직류, 모터, 홀, 소자, 마그네트, 회로기판

Description

브러쉬리스 직류모터{Brushless DC Motor}

도 1은 일반적인 브러쉬리스 직류모터를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류모터를 도시한 분해 사시도,

도 3은 도 2의 마그네트와 회로기판을 도시한 부분 분해 사시도,

도 4는 도 2의 마그네트와 회로기판을 결합하여 보여준 단면도,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 고정자 101 : 요크

102 : 돌극 103 : 코일

200 : 회전자 210 : 샤프트

202 : 영구자석 203 : 절연체 링

204 : 마그네트 300 : 회로기판

본 발명은 정현적 자화분포를 갖도록 착자된 마그네트와 상기 마그네트의 자극 피치의 1/2피치 간격마다 상기 마그네트와 이격되고 대향하게 위치된 한 쌍의 홀 소자와 위치연산부를 가지며 상기 한 쌍의 홀 소자와는 전기적으로 연결된 회로 기판을 구비하여 저가형 및 소형화 제작이 가능한 브러쉬리스 직류모터에 관한 것이다.

일반적으로, 브러시리스 직류모터는 정류자가 구비되어 있지 않은 모터로서 수명이 길고, 전기적 및 기계적 노이즈가 발생하지 않아 각종 전기 및 전자 제품의 가전기기는 물론 사무기기, 자동차 전장용 등의 구동모터로서 폭 넓게 사용되고 있다.

도 1은 이러한 통상의 브러시리스 직류 모터를 개략적으로 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 브러시리스 직류모터는 크게 고정자(100)와 회전자(200)로 구성되는데, 고정자(100)는 상호 이격되어 중앙의 수용공을 향하는 방향으로 방사상 돌출된 복수의 돌극(102)과 상기 복수의 돌극(102)들을 원주방향을 따라 상호 연결하는 요크(101), 그리고 상기 복수의 돌극(102)에 각기 권선된 코일(103)로 구성되며, 회전자(rotor)는 샤프트 및 상기 샤프트의 일부를 감싸는 영구자석(permanent magnet)을 가지고 상기 고정자의 수용공에 수용되는 구조를 가진다.

한편, 이러한 구조를 가지는 통상의 브러시리스 직류모터의 위치를 검출하기 위해 엔코더(encoder)를 주로 사용한다.

이러한 엔코더는 예를 들면, 브러쉬리스 직류모터와 일체화된 구조를 가지며, 회전자의 회전축에 설치되는 패턴판, 상기 패턴판에 광을 조사하는 광원, 상기 패턴판에서 선택적으로 반사되는 광을 수광하는 광검출기를 가지고서 광검출기의 검출신호로부터 상기 회전자의 회전수를 검출하는데, 상기 패턴판에는 그 원주를 따라 반사부와 비반사부가 교대로 배치되므로 상기 모터의 회전에 따라 상기 반사 부에서 광이 반사되는 횟수를 계수하면, 모터의 회전수를 알 수 있다.

하지만, 이러한 통상의 엔코더는 회전자의 회전축에 그 패턴판이 설치되므로 모터의 크기를 줄이는데 한계가 있고, 또한 자체의 부품 가격이 고가일 뿐만 아니라, 정밀하게 제작되어야 하는 패턴판으로 인해 제조 단가가 상당히 높아지는 문제점이 발생된다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 모터의 크기를 줄일 수 있으면서 저렴하게 제조할 수 있도록 하는 브러쉬리스 직류모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적에 따른 본 발명의 브러쉬리스 직류모터는

종래의 선형적인 슬로프를 가진 파형이나 구형파를 이용해 회전 위치를 검출하는 구조와는 달리, 90℃의 위상차를 가진 사인파와 코사인파를 이용해 회전 위치를 검출하는 구조인 것을 특징으로 한다.

상기 구조는 마그네트와 상기 마그네트의 자극 피치의 1/2피치 간격에 위치되어진 한 쌍의 홀 소자를 가지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 위치연산부를 가지며 상기 한 쌍의 홀 소자와는 전기적으로 연결된 회로기판을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마그네트는 정현적 자화분포를 갖도록 착자된 것을 특징으로 한다.

상기 마그네트는 링 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 구조의 바람직한 양태는, 상호 이격되어 중앙의 수용공을 향하는 방향으로 방사상 돌출된 복수의 돌극 및 상기 복수의 돌극들을 원주방향을 따라 상호 연결하는 요크를 가진 고정자와, 샤프트 및 상기 샤프트의 일부를 감싸는 영구자석을 가지고 상기 고정자의 수용공에 수용되는 회전자를 구비한 브러시리스 직류모터에 있어서, 정현적 자화분포를 갖도록 착자되어 상기 샤프트의 끝단부에 결합된 마그네트와 상기 마그네트의 자극 피치의 1/2피치 간격마다 상기 마그네트와 이격되어 마주보게 위치한 한 쌍의 홀 소자를 포함하여 이루어지는 구조인 것을 특징으로 한다.

그리고, 일부에 형성된 수용공을 가지고 상기 마그네트를 수용하며 일단과 타단이 상기 한 쌍의 홀 소자와 전기적으로 연결되는 회로기판을 바람직한 구조에서 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 브러쉬리스 직류모터는 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류모터의 일예로서, 90℃의 위상차를 가진 사인파와 코사인파를 이용해 회전 위치를 검출하는 구조로서 종래의 선형적인 슬로프를 가진 파형이나 구형파를 이용해 회전 위치를 검출하는 것과는 상이한 구조이다.

이러한 구조는, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 90℃의 위상차를 가진 사인 파와 코사인파를 발생시킬 수 있도록, 정현적 자화분포를 갖도록 착자된 마그네트와 상기 마그네트의 자극 피치의 1/2피치 간격마다 상기 마그네트와 이격되고 대향하게 위치된 한 쌍의 홀 소자가 구비되며, 상기 한 쌍의 홀 소자에서 각기 발생시킨 90℃의 위상차를 가진 사인파와 코사인파를 이용해 마그네트의 회전 위치를 검출하는 회로기판이 상기 한 쌍의 홀 소자와 전기적으로 연결된 구조이다.

좀 더 구체적으로는, 상호 이격되어 중앙의 수용공을 향하는 방향으로 방사상 돌출된 복수의 돌극 및 상기 복수의 돌극들을 원주방향을 따라 상호 연결하는 요크를 가진 고정자(100)와, 샤프트(201) 및 상기 샤프트(201)의 일부를 감싸는 영구자석(202)을 가지고 상기 고정자(100)의 수용공에 수용되는 회전자를 구비한 브러시리스 직류모터에 있어서, 정현적 자화분포를 갖도록 착자되어 상기 샤프트(201)의 끝단부에 결합된 마그네트(204)와 상기 마그네트(204)의 자극 피치의 1/2피치 간격마다 상기 마그네트(204)와 이격되어 마주보게 위치한 한 쌍의 홀 소자와 위치연산부를 가지며 상기 한 쌍의 홀 소자와는 전기적으로 연결된 회로기판(300)를 가진 구조이다.

추가적으로, 본 발명은 효율적인 위치검출을 위해 영구자석(202)과 마그네트(204)사이에 절연체 링(203)를 설치할 수 있다.

이러한 구조를 가진 직류모터에서, 상기 고정자(100)는 코일(103)이 감겨진 복수의 돌극과, 요크 및 중앙의 수용공을 구비한 구조로서, 상기 복수의 돌극들은 상호간에 일정 간격을 두고 이격되며 중앙의 수용공을 향하는 방향으로 방사상 돌출된 것이며, 상기 요크는 그 복수의 돌극들을 원주방향을 따라 상호 연결하는 것 으로서, 복수의 돌극과 요크 및 중앙의 수용공을 가진 단판형의 코어판 구조나 상기 복수의 돌극과 요크 및 중앙의 수용공을 구비한 얇은 두께를 가진 박막형의 코어판을 적층시킨 구조 모두 가능하며, 특히, 적층시킨 구조는 프레스 가공된 얇은 규소 강판을 절연시켜 여러장 적층한 구조일 수 있다.

상기 회전자(200)는 중심을 가로지르는 회전축인 샤프트(210)와 상기 샤프트(210)의 일부를 감싸는 링 형상의 영구자석(202)을 가지고 상기 고정자(100)의 중앙에 형성된 수용공에 수용되는 구조이다.

그리고, 상기 마그네트(204)는 상기 샤프트(210)의 끝단부에 결합되는 구조인데, 예를 들면 중앙에 삽입공을 가진 링 형상의 영구자석으로서 그 삽입공내로 샤프트(210)의 끝단부가 삽입되어 샤프트(210)와 맞춤 결합되는 구조일 수 있으며, 주의할 점은 정현적 자화분포를 갖도록 착자된 것이어야 한다.

상기 한 쌍의 홀 소자는 본 발명에 따라 90℃의 위상차를 가진 한 쌍의 사인파와 코사인파를 발생시킬 수 있는 구조이어야 하며, 예를 들면, 상기 마그네트의 자극 피치(pitch)의 1/2피치(pitch) 간격마다 상기 마그네트(204)와 이격되어 마주보게 위치된 구조일 수 있다.

상기 회로기판(300)은 위치연산부를 가지며 상기 한 쌍의 홀 소자와는 전기적으로 연결된 PCB기판으로서, 상기 한 쌍의 홀 소자에서 각기 발생시킨 90℃의 위상차를 가진 사인파와 코사인파를 이용해 마그네트(204)의 회전 위치를 검출하는 것으로서, 상기 위치 연산부는 90℃의 위상차를 가진 사인파와 코사인파를 이용해 위치를 검출할 수 있는 연산부이면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내 에서 어떠한 변형도 가능하다.

도 3은 브러쉬리스 직류모터에서 마그네트와 한 쌍의 홀 소자를 좀 더 상세히 보여주는 부분 분해 사시도로서, 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류모터는 정현적 자화분포를 갖도록 착자된 마그네트(204), 상기 마그네트(204)의 자극 피치의 1/2피치 간격마다 상기 마그네트(204)와 이격되고 대향하게 위치된 한 쌍의 홀 소자(301-1, 301-2)및 각종 소자들이 조합된 위치연산부(302)를 가지며 상기 한 쌍의 홀 소자(301-1, 301-2)와 전기적으로 연결된 회로기판(300)을 가지는데, 모터 하우징과의 결합을 위해 회로기판의 일단에는 펀칭된 다수의 결합공(303)을 추가적으로 가질 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 위치검출동작을 설명하기 위해 마련한 것으로서, 본 발명에 따라 마련된 한 쌍의 홀 소자(301-1, 301-2)에 각기 전류를 인가하고 정현적 자화분포를 갖도록 착자되어 회로기판(300)내의 중앙에 수용된 마그네트를 회전시키게 되면, 한 쌍의 홀 소자(301-1, 301-2)가 각기 받는 자기장의 세기에 따라 각각은 정현파를 발생시키게 되고, 이 때, 한 쌍의 홀 소자는 각기 전기각 90℃를 유지하도록 설치되어 있으므로, 상호간에는 90°의 위상차를 가진 사인파와 코사인파를 출력시키게 되며, 회로기판, 특히 그 내부의 위치연산부는 이렇게 출력된 사인파와 코사인파를 이용해 마그네트의 위치를 검출하게 된다. 상기의 사인파와 코사인파를 이용해 위치를 검출하는 양태는 알려진 기술이며, 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류모터는 엔코더를 대신하여 마그네트와 홀 센서 및 회로기판 등을 사용하여 모터의 크기를 줄일 수 있고 또한 저가형의 직류모터를 얻을 수 있게 되는 효과를 얻는다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (2)

1. 상호 이격되어 중앙의 수용공을 향하는 방향으로 방사상 돌출된 복수의 돌극 및 상기 복수의 돌극들을 원주방향을 따라 상호 연결하는 요크를 가진 고정자와, 샤프트 및 상기 샤프트의 일부를 감싸는 영구자석을 가지고 상기 고정자의 수용공에 수용되는 회전자를 구비한 브러시리스 직류모터에 있어서,

   정현적 자화분포를 갖도록 착자되어 상기 샤프트의 끝단부에 결합된 마그네트; 및

   상기 마그네트의 자극 피치의 1/2피치 간격마다 상기 마그네트와 이격되어 마주보게 위치한 한 쌍의 홀 소자를 포함한 브러쉬리스 직류모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   일부에 형성된 수용공을 가지고 상기 마그네트를 수용하며 일단과 타단이 상기 한 쌍의 홀 소자와 전기적으로 연결되는 회로기판을 더 포함한 브러쉬리스 직류모터.

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