KR20080036894A - 브러시리스직류모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브러시리스직류모터에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 고정자의 각 코일 단자에 나타나는 각 상의 역기전력 파형이 ZCP 지점에서 선형적으로 나타나도록 하여 회전자의 위치감지가 용이한 4극 6슬롯 센서리스 브러시리스직류모터를 제공하는 것이다.

이를 위해 발명에 따른 브러시리스 직류모터는 전류의 인가에 따라 자속을 유도하는 코일이 구비된 고정자와, 회전축이 연결되는 코어 및 상기 코어의 둘레에 원주방향을 따라 교번 극성을 갖도록 부착되는 복수개의 마그네트를 구비하여 상기 고정자의 내부에 설치되는 회전자를 구비하며, 상기 마그네트는 양단부 사이의 중앙부 쪽 자구방향이 상기 회전자의 축심을 중심으로 방사방향으로 형성되고, 양단부 쪽 자구방향이 자극축방향과 평행하도록 마련된다.

Description

브러시리스직류모터{BLDC MOTOR}

도 1은 종래 기술에 따른 브러시리스직류모터를 도시한 평면도이다.

도 2는 도 1의 브러시리스직류모터에 있어서, 마그네트를 발취하여 시한 평면도로, 마그네트의 자구방향을 나타낸 것이다.

도 3은 종래기술에 따른 브러시리스직류모터의 역기전력 파형을 도시한 그래프이다.

도 4는 종래기술에 따른 브러시리스직류모터의 전류 파형을 도시한 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 브러시리스직류모터를 도시한 평면도이다.

도 6은 도 5에서 마그네트 구조를 발췌하여 도시한 평면도로, 마그네트의 자구방향을 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 브러시리스직류모터의 역기전력 파형을 도시한 그래프이다.

도8은 본 발명에 따른 브러시리스직류모터의 전류파형을 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 고정자 11 : 티스부

12 : 슬롯, 20 : 회전자

21 : 회전자 코어, 22 : 마그네트

A: 중앙부 B,C: 양단부

본 발명은 브러시리스직류모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자의 각 코일 단자에 나타나는 각 상의 역기전력 파형이 ZCP 지점에서 선형적으로 나타나도록 하여 회전자의 위치감지가 용이한 4극 6슬롯 센서리스 브러시리스직류모터에 관한 것이다.

브러시리스직류모터는 종래 브러시가 부착된 DC 모터의 정류자와 브러시간의 기계적인 접촉에 의한 단점을 극복하기 위하여 개발된 것으로, 정류기구를 자극센서와 반도체 스위치로 치환한 모터이다. 본 발명은 그 중에서도 특히 센서리스 브러시리스직류모터에 관한 것으로, 별도의 자극센서를 사용하지 않고 각 상(phase)의 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 브러시리스직류모터에 관한 것이다.

종래의 센서리스 브러시리스직류모터는 도1에 도시한 바와 같이, 고정자(1)와 회전자(2)를 구비한다.

회전자(2)는 고정자(1)의 내부에 설치되며, 이를 위하여 고정자(1)의 중앙에는 회전자(2)를 설치하기 위한 공간이 형성된다. 고정자(1)의 내면에는 중앙측으로 연장되어 방사상으로 배치되는 티스부(1a)가 구비되며, 인접한 티스부(1a) 사이에 는 코일이 감겨지는 슬롯(1b)이 형성된다.

회전자(2)는 고정자(1)의 티스부(1a)와 일정간격 이격되도록 설치된다. 회전자(2)는 그 중앙에 위치하며 회전축이 장착되는 회전자 코어(2a)와, 회전자 코어(2a)의 외주면에 원주방향으로 서로 다른 극을 갖도록 배열되는 마그네트(2b)와, 회전자(2)의 회전 시 마그네트(2b)가 원심력에 의해 떨어져 나가는 것을 방지하기 위한 비산방지 캔(2c)으로 이루어진다. 이와 같이 마크네트(2b)가 회전자 코어(2a)의 외주면 상에 부착되는 형태를 영구자석 표면 부착형(SPM:Surface Mounted Permanent Magnet)이라 한다.

이러한 종래기술에 따른 센서리스 브러시리스직류모터는 고정자(1)의 코일에 전원이 공급되면 코일과 마그네트(2b) 사이에 전자기적 상호작용이 일어나 회전자(2)가 회전하게 된다. 이 때 고정자(1)의 코일 단자에 나타나는 상(phase) 역기전력에 기초하여 회전자(2)의 위치를 파악하여 고정자(1)에 공급되는 전압을 회로적으로 제어하게 된다.

좀 더 자세히 살펴 보면, 구동신호가 인가되면 먼저 회전자(2)가 일정한 위치에 정지하도록 고정자(1)의 2상(phase)에 전원을 인가하여 회전자(2)를 정렬시킨다. 그 후, 일정한 시간동안 모터가 강제적으로 구동되면서 모터의 회전수가 일정 이상이 되면 고정자(1) 코일에 전압이 유기되어 역기전력이 발생하게 된다. 그러면, 발생된 상 역기전력을 바탕으로 회전자(2)의 위치를 추적하여 구동신호를 생성할 수 있게 되며, 모터 센서리스 운전이 가능하게 된다.

그러나, 종래의 슬롯수가 많은 분포권 타입의 BLDC모터와는 다르게 4극 6슬 롯 SPM집중권 타입의 BLDC모터에서는 도 3에 도시된 바와 같이, ZCP(Zero Crossing Point, Vdc/2) 지점에 평탄한 역기전력 파형이 나타난다. 이는 회전자(2) 위치 검출의 불안정화를 일으키며, 불규칙한 상전환 시점의 결과를 초래하여 도4에 도시된 바와 같이 이상 전류가 발생하게 한다. 이로 인해 상기 브러시리스직류모터를 적용한 압축기의 경우는 성능이 저하되며, 흡입과 토출의 떨림현상이 일어나는 문제가 있었다.

또한, 이러한 브러시리스직류모터는 권선착자 방식으로 인하여 도 2에 실선화살표로 나타낸 바와 같이, 상기 마그네트(2b)의 자구의 방향이 전구간에 걸쳐 상기 회전자(2)의 축심(0)을 중심으로 방사방향으로 형성되므로, 모서리 부분에 강한자계가 형성되어 자속 불균형이 심하게 발생되어 코깅토크 특성이 나빠지며, 이는 운전특성에 악영향을 미친다. 만일, 역기전력이 파형의 평탄구간을 피하여 위치 검출점 시간을 빠르게 가져갈 경우, 완벽한 구현을 하는 데 제어보드 비교기 소자를 추가해야 하므로 재료비가 올라가는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고정자의 각 코일 단자에 나타나는 각 상의 역기전력 파형이 ZCP 지점에서 선형적으로 나타나도록 하여 회전자의 위치감지가 용이한 4극 6슬롯 센서리스 브러시리스직류모터를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터는 전류의 인가에 따라 자속을 유도하는 코일이 구비된 고정자와, 회전축이 연결되는 코어 및 상기 코어의 둘레에 원주방향을 따라 교번 극성을 갖도록 부착되는 복수개의 마그네트를 구비하여 상기 고정자의 내부에 설치되는 회전자를 구비하며, 상기 마그네트는 양단부 사이의 중앙부 쪽 자구방향이 상기 회전자의 축심을 중심으로 방사방향으로 형성되고, 양단부 쪽 자구방향이 자극축방향과 평행하도록 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터는 전류의 인가에 따라 자속을 유도하는 코일이 구비된 고정자와,회전축이 연결되는 코어 및 상기 코어의 둘레에 원주방향을 따라 교번 극성을 갖도록 부착되는 복수개의 마그네트를 구비하여 상기 고정자의 내부에 설치되는 회전자를 구비하며, 상기 마그네트는 양단부 사이의 중앙부 쪽 자구방향이 상기 회전자의 축심을 중심으로 방사방향으로 형성되고, 양단부 쪽 자구방향이 회전축의 축심을 기준으로 한 방사방향으로부터 자극축방향에 치우친 방향이 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 센서리스 브러시리스직류모터는 고정자(10)와 회전자(20)를 구비한다.

회전자(20)는 고정자(10)의 내부에 설치되며, 이를 위하여 고정자(10)의 중앙에는 회전자(20)를 설치하기 위한 공간이 형성된다. 고정자(10)의 내면에는 중앙측으로 연장되어 방사상으로 배치되는 티스부(11)가 구비되며, 인접한 티스부(11) 사이에는 코일이 감겨지는 슬롯(12)이 형성된다.

회전자(20)는 고정자(10)의 티스부(11)와 일정간격 이격되도록 설치된다. 회전자(20)는 그 중앙에 위치하며 회전축이 장착되는 회전자 코어(21)와, 회전자 코어(21)의 외주면에 원주방향으로 서로 다른 극을 갖도록 배열되는 마그네트(22)와, 회전자(20)의 회전 시 마그네트(22)가 원심력에 의해 떨어져 나가는 것을 방지하기 위한 비산방지 캔(23)으로 이루어진다.

한편, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터는 도 6에 실선화살표로 나타낸 바와 같이, 상기 마그네트(22)의 자구방향이 중앙부(A) 쪽은 회전자(20)의 축심(0)으로부터 방사상으로 형성되고 중앙부(A) 양측의 양단부(B,C) 쪽 자구방향은 회전자(20)의 축심(0)과 마그네트(22)의 정중앙을 연결하는 자극축방향(P)과 평행하도록 형성되었다는 점에 특징이 있다. 상기 마그네트(22)는 자성분말에 바인더를 혼합하여 금형으로 압축성형 함으로써 마련되는데, 상술한 바와 같은 마그네트(22)의 자구방향 배열은 상기 자성분말을 금형으로 압축성형 할 때 자장을 걸어 마그네트(22)의 입자구조를 방향성을 갖도록 조절함으로써 형성할 수 있게 된다. 또한 본 실시예의 경우 상기 마그네트(22)의 양단부(B,C) 쪽 자구방향이 상기 자극축방향(P)에 평행하도록 되어 있으나, 본 발명에 있어서 상기 마그네트(22)의 양단부(B,C) 쪽 자구방향은 상기 자극축방향(P)에 정확하게 평행하지 않고 상기 축심(0)을 기준으로 한 방사방향으로부터 상기 자극축방향(P)에 치우친 방향으로 형성되는 경우에도 소기의 목적을 달성할 수 있게 된다.

이러한 센서리스 브러시리스직류모터는 고정자(10)의 코일단자에 나타나는 상(phase) 역기전력에 기초하여 회전자(20)의 위치를 파악하여 고정자(10)에 공급되는 전압을 회로적으로 제어하게 된다.

좀 더 자세히 살펴보면, 구동신호가 인가되면 먼저 회전자(20)가 일정한 위치에 정지하도록 고정자(10)의 2상에 전원을 인가하여 회전자(20)를 정렬시킨다. 그 후, 일정 시간 동안 강제적으로 모터가 구동되면서, 모터의 회전수가 일정이상(대략 300RPM 이상)이 되면 고정자(10) 코일에 전압이 유기되어 역기전력이 발생하게 된다. 그러면, 이 상 역기전력을 바탕으로 회전자(20)의 위치를 추정하여 구동신호를 생성할 수 있게 되며, 모터 센서리스 운전이 가능하게 된다.

회전자(20)의 위치 추정 방법은 각 상의 역기전력을 제어부(미도시)에서 받아서 비교기를 이용하여 역기전력의 Vdc/2지점, 즉 ZCP(Zero Crossing Point) 지점을 검출 한 후 30도(전기각)가 지나면 정해진 다음 코일에 전류를 여자시켜 모터를 구동하게 된다.

본 발명에 따른 센서리스 브러시리스직류모터의 경우는 도7에 도시된 바와 같이, ZCP지점이 명확하게 나타나기 때문에 상전환 시점이 명확하다. 그리고 도8에 도시된 바와 같이 이상 전류파형이 나타나지 않는다.

또한, 상술한 바와 같이 마그네트(22)의 자구방향이 양단부(B,C) 사이의 중앙부(A)가 상기 회전자(20)의 축심(O)을 중심으로 방사방향으로 형성되고, 양단부(B,C) 쪽이 자극축방향(P)과 평행하도록 배열된 상태에서는 마그네트(22)의 모서리 부분에 강한자계가 형성되는 것이 억제되어 자속불균형이 완화됨으로써 코깅토크를 감소시키고, 진동 및 소음을 완화시켜준다.

본 발명에 따른 센서리스 브러시리스직류모터를 압축기에 적용하여 시험해본 결과 압축기의 효율이 2~3% 정도 증가하였으며, 흡입 및 토출시 떨림현상이 제거되었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 브러시리스직류모터는 고정자의 코일 단자에 나타나는 각 상의 역기전력 파형이 ZCP지점에서 선형적으로 나타나 회전자의 위치검출이 용이하고, 이상전류의 발생이 방지되도록 하는 이점을 갖는다.

Claims (2)

1. 전류의 인가에 따라 자속을 유도하는 코일이 구비된 고정자와, 회전축이 연결되는 코어 및 상기 코어의 둘레에 원주방향을 따라 교번 극성을 갖도록 부착되는 복수개의 마그네트를 구비하여 상기 고정자의 내부에 설치되는 회전자를 구비하는 브러시리스직류모터에 있어서,

   상기 마그네트는 양단부 사이의 중앙부 쪽 자구방향이 상기 회전자의 축심을 중심으로 방사방향으로 형성되고, 양단부 쪽 자구방향이 자극축방향과 평행하도록 마련된 것을 특징으로 하는 브러시리스직류모터.
2. 전류의 인가에 따라 자속을 유도하는 코일이 구비된 고정자와,회전축이 연결되는 코어 및 상기 코어의 둘레에 원주방향을 따라 교번 극성을 갖도록 부착되는 복수개의 마그네트를 구비하여 상기 고정자의 내부에 설치되는 회전자를 구비하는 브러시리스직류모터에 있어서,

   상기 마그네트는 양단부 사이의 중앙부 쪽 자구방향이 상기 회전자의 축심을 중심으로 방사방향으로 형성되고, 양단부 쪽 자구방향이 회전축의 축심을 기준으로 한 방사방향으로부터 자극축방향에 치우친 방향이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 브러시리스직류모터.

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