KR20100134783A

KR20100134783A - 자성 센서를 갖는 모터

Info

Publication number: KR20100134783A
Application number: KR1020107026264A
Authority: KR
Inventors: 영 춘 정
Original assignee: 스엔텍 인크
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-12-23
Also published as: US20130293172A1; KR101192827B1; US20090284201A1; JP2011521613A; JP5367069B2; WO2009140419A2; EP2294678A2; WO2009140419A3; CA2724489A1; CN102027659A; CN102027659B

Abstract

각각이 코일을 포함하는 복수의 메인 자극을 갖는 고정자와, 축에 대해 회전가능하며 N극과 S극이 교대로 배치된 자극을 갖는 자석을 가지는 회전자를 포함하는 전기 모터가 개시된다. 모터는 고정자에 대해 고정된 복수의 자성 센서들의 제 1 센서 그룹과, 고정자에 대해 고정된 복수의 자성 센서들의 제 2 센서 그룹을 더 포함한다. 모터를 동작시킬 때, 제 1 센서 그룹은 제 1 방향으로 회전자를 회전시키기 위해 선택될 수 있다. 제 2 센서 그룹은 제 1 방향과는 반대쪽 제 2 방향으로 회전자를 회전시키기 위하여 선택될 수 있다.

Description

자성 센서를 갖는 모터{MOTOR WITH MAGNETIC SENSORS}

본 출원은 그 내용이 본 명세서에 완전히 참조 문헌으로 병합된 2008년 5월 15일에 출원된 미국 가출원 번호 61/053,560의 이익을 청구한다.

본 발명은 전기 모터에 관한 것이며, 보다 상세하게는 위치 검출 센서에 의해 검출된 회전자 위치를 사용하여 전기 모터를 동작시키는 방법에 관한 것이다.

2 위상의 브러시레스 DC(BLDC) 모터는 통기 시스템의 통기 덕트에 설치된 팬을 회전시키기 위해 통기 시스템에 사용된다. BLDC 모터는 사이즈, 무게, 제어 가능성, 저 잡음 특징 등에 있어 여러 잇점을 제공한다. 2 위상 BLDC 모터 중 하나는 미국 출원 공개 번호 2006-0244333에 개시되어 있다. 개시된 모터는 코일이 감긴 전자석의 자극(electromagnetic pole)을 갖는 고정자와, 영구 자석의 자극을 갖는 회전자를 포함한다. 이 고정자와 회전자는 코일에 전기 전류가 흐를 때 자기적으로 서로 상호 작용한다.

위 배경 기술에서 논의된 사항은 일반적인 배경 정보를 제공하는 것일 뿐 종래 기술의 인정을 하는 것은 아니다.

본 발명은 위치 검출 센서에 의해 검출된 회전자 위치를 사용하여 전류의 흐름을 스위칭하는 전기 모터와 그 전기 모터를 동작시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 측면은 전기 모터를 동작시키는 방법을 제공한다. 본 방법은 각각이 코일을 포함하는 복수의 자극을 포함하는 고정자와, 축에 대해 회전가능하고 N극과 S극이 교대로 배치된 복수의 자극을 포함하는 자석을 포함하는 회전자와, 고정자에 대해 고정된 복수의 홀 효과 센서를 포함하는 제 1 센서 그룹과, 고정자에 대해 고정된 복수의 홀 효과 센서를 포함하는 제 2 센서 그룹을 포함하는 전기 모터를 제공하는 단계와; 제 1 센서 그룹으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 검출하기 위해 제 1 센서 그룹을 선택하는 단계와; 제 1 방향으로 회전자를 회전시키기 위해 제 1 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하는 단계와; 제 2 센서 그룹으로 고정자에 대한 회전자의 위치를 검출하기 위해 제 2 센서 그룹을 선택하는 단계와; 제 1 방향과는 반대쪽 제 2 방향으로 회전자를 회전시키기 위해 제 2 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 제 1 및 제 2 센서 그룹의 각 센서는 회전자의 자극을 검출하도록 구성될 수 있다. 제 1 센서 그룹의 각 센서는 제 1 방향으로 회전자가 회전할 때 자극의 변화를 검출하도록 구성될 수 있다. 코일들 중 하나의 코일의 전류 흐름은 제 1 센서 그룹의 센서들 중 하나의 센서에 의해 검출된 자극의 변화와 동기화될 수 있다. 제 1 센서 그룹의 각 센서는 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때 교류 전기 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 코일들 중 하나의 코일의 전류 흐름은 제 1 센서 그룹의 센서들 중 하나의 센서의 교류 전기 신호와 동기화될 수 있다. 제 2 센서 그룹의 각 센서는 제 2 방향으로 회전자가 회전할 때 자극의 변화를 검출하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 방법에서 메인 자극은 제 1 위상 코일을 갖는 제 1 위상 자극과, 제 2 위상 코일을 갖는 제 2 위상 자극을 포함할 수 있으며, 제 1 센서 그룹은 제 1 홀 효과 센서와 제 2 홀 효과 센서를 포함할 수 있으며, 제 2 센서 그룹은 제 3 홀 효과 센서와 제 4 홀 효과 센서를 포함할 수 있으며, 제 1 및 제 3 센서는 제 1 위상 코일을 스위칭하는데 사용되도록 구성되고, 제 2 및 제 4 센서는 제 2 위상 코일을 스위칭하는데 사용되도록 구성된다. 제 1 및 제 2 센서는 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때 제 1 및 제 2 교류 전기 신호를 각각 생성하도록 구성될 수 있으며, 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때, 제 1 위상 코일의 전류 흐름은 제 1 교류 전기 신호와 동기화될 수 있고 제 2 위상 코일의 전류 흐름은 제 2 교류 전기 신호와 동기화될 수 있다.

또한, 상기 방법에서 제 3 및 제 4 센서는 회전자가 제 2 방향으로 회전할 때 제 3 및 제 4 교류 전기 신호를 각각 생성하도록 구성될 수 있으며, 회전자가 제 2 방향으로 회전할 때, 제 1 위상 코일의 전류 흐름은 제 3 교류 전기 신호와 동기화될 수 있으며 제 2 위상 코일의 전류 흐름은 제 4 교류 전기 신호와 동기화될 수 있다. 메인 자극은 제 3 위상 코일을 갖는 제 3 위상 자극을 더 포함할 수 있으며, 제 1 센서 그룹은 제 5 센서를 더 포함하고, 제 2 센서 그룹은 제 6 센서를 더 포함하며, 제 5 및 제 6 센서는 제 3 위상 코일을 스위칭하는데 사용되도록 구성될 수 있다. 제 5 센서는 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때 제 5 교류 전기 신호를 생성하도록 구성될 수 있으며, 제 3 위상 코일의 전류 흐름은 제 5 교류 전기 신호와 동기화될 수 있다.

나아가, 상기 방법에서 제 1 및 제 2 센서는 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때 제 1 및 제 2 교류 전기 신호를 각각 생성하도록 구성될 수 있으며, 제 1 및 제 2 센서는 제 1 및 제 2 전기 신호가 서로 약 90°의 위상 차를 가지도록 서로 위치 관계를 가질 수 있다. 제 3 및 제 4 센서는 회전자가 제 2 방향으로 회전할 때 제 3 및 제 4 교류 전기 신호를 각각 생성하도록 구성될 수 있으며, 제 3 및 제 4 센서는 제 3 및 제 4 전기 신호가 서로 약 90°의 위상 차를 가지도록 서로 위치 관계를 가질 수 있다.

제 1 및 제 3 센서는 고정자에 대해 특정 회전자 위치에서 제 1 센서는 제 3 센서에 의해 검출된 것과 반대쪽 회전자의 자극을 검출하도록 서로 위치 관계를 가질 수 있다. 제 1 및 제 3 센서는 고정자에 대해 회전자의 거의 전체 위치에서 제 1 센서는 제 3 센서에 의해 검출된 것과 반대쪽 회전자의 자극을 검출하도록 서로 위치 관계를 가질 수 있다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 센서는 고정자에 대해 제 1 회전자 위치에서 제 1 및 제 3 센서는 서로 회전자의 반대쪽 자극을 검출하며 제 2 및 제 4 센서는 서로 회전자의 반대쪽 자극을 검출하도록 구성되고, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 센서는 제 1 회전자 위치와는 다른 제 2 회전자 위치에서 제 1 및 제 3 센서는 서로 회전자의 반대쪽 자극을 검출하는 동안 제 2 및 제 4 센서는 회전자의 동일한 자극을 검출하도록 위치 관계를 더 가질 수 있다. 고정자는 복수의 보조 자극을 포함할 수 있으며 이 보조 자극은 2개의 메인 자극 사이에 위치된다.

다른 측면은 전기 모터를 동작시키는 방법을 제공한다. 본 방법은 각각이 코일을 포함하는 복수의 메인 자극을 포함하는 고정자와, 축에 대해 회전가능하며 N극과 S극이 교대로 배치된 복수의 자극을 포함하는 자석을 포함하는 회전자와, 고정자에 대해 고정된 복수의 자성 센서를 포함하는 제 1 센서 그룹과, 고정자에 대해 고정된 복수의 자성 센서를 포함하는 제 2 센서 그룹을 포함하는 전기 모터를 제공하는 단계와; 고정자에 대해 회전자의 위치를 검출하도록 제 1 센서 그룹을 선택하는 단계와; 제 1 방향으로 회전자를 회전시키기 위해 제 1 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하는 단계와; 고정자에 대해 회전자의 위치를 검출하도록 제 2 센서 그룹을 선택하는 단계와; 제 1 방향과 반대쪽 제 2 방향으로 회전자를 회전시키기 위해 제 2 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하는 단계를 포함한다.

또 다른 측면은, 각각이 코일을 포함하는 복수의 자극을 포함하는 고정자와; 축에 대해 회전가능하고 N극과 S극이 교대로 배치된 복수의 자극을 포함하는 자석을 포함하는 회전자와; 고정자에 대해 고정된 복수의 자성 센서를 포함하는 제 1 센서 그룹과; 고정자에 대해 고정된 복수의 자성 센서를 포함하는 제 2 센서 그룹과; 제 1 방향으로 회전자를 회전시키기 위해 제 1 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하도록 구성되고 제 1 방향과는 반대쪽 제 2 방향으로 회전자를 회전시키기 위해 제 2 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하도록 더 구성된 전기 회로를 포함하는 전기 모터를 제공한다.

따라서 본 발명은 전기 모터에서 위치 검출 센서에 의해 검출된 회전자 위치를 사용하여 전류의 흐름을 스위칭할 수 있는 장점이 있다.

도 1a는 고정자와 회전자를 가지는 브러시레스 DC 모터의 개략도.
도 1b는 도 1a에 도시된 라인 1B-1B를 따라 취한 단면도.
도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따라 자성 센서를 더 가지는 브러시레스 DC 모터의 개략도.
도 3은 자성 센서로부터 오는 신호에 기초하여 브러시레스 DC 모터를 동작시키는 전기 회로의 블록도.
도 4는 회전자가 시계 방향으로 회전할 때 고정자의 각 자극에 형성된 자극과 자성 센서로부터 전송된 신호들 사이에 관계를 보여주는 차트.
도 5는 회전자가 반시계 방향으로 회전할 때 고정자의 각 자극에 형성된 자극과 자성 센서로부터 수신된 신호들 사이에 관계를 보여주는 차트.
도 6은 자성 센서로부터 전송된 신호에 기초하여 모터를 동작시키는 전기 회로의 블록도.

여러 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이후 설명된다.

모터의 구조

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일 실시에에서, 브러시레스 DC 모터(10)는 고정자(12)와, 축(16)에 대해 회전가능한 회전자(14)를 구비한다. 고정자(12)는 하우징(13)에 고정된다. 회전자(14)는 샤프트(17)와, 이 샤프트에 고정된 플라스틱 결합 링(15)과, 링 형상의 자석(18)을 구비한다. 도 1b가 2개의 자석을 보여주고 있으나, 본 주제는 이것으로 제한되는 것은 아니다. 각 자석(18)은 결합 링(15)에 고정되고 고정자(12)와 마주하는 외부 면(20)을 구비한다. 각 자석(18)은 N극(북극) (22)과 S극(남극)(24)이 교대로 배치된 복수의 자극을 구비한다. 일 실시예에서, 자극은 실질적으로 자석의 외부 면(20)에 가까이 형성된다.

고정자(12)는 복수의 메인 자극(A1,A2,A3,A4, B1,B2,B3,B4)과 복수의 보조 자극(AUX1 내지 AUX8)을 구비한다. 메인 자극은 A 위상 자극(A1 내지 A4)과 B 위상 자극(B1 내지 B4)을 구비한다. 메인 자극의 각각은 자석(18)과 마주하는 단부(26)를 구비한다. A 위상 코일은 A 위상 자극(A1 내지 A4)에 감긴다. B 위상 코일은 B 위상 자극(B1 내지 B4)에 감긴다. 보조 자극(AUX1 내지 AUX8)의 각각은 2개의 메인 자극 사이에 위치된다. 구체적으로, 각 보조 자극(AUX1 내지 AUX8)은 A 위상 자극과 B 위상 자극 사이에 배치된다.

특정 실시예에서, 고정자(12)의 메인 자극의 개수는 (4×n)이며, 회전자의 자극의 개수는 (6×n)이며, 여기서 n은 0(제로)보다 큰 정수이다. 특정 실시예에서, 회전자의 자극은 약 (360°÷(6×n))의 각도 간격으로 배치된다. 회전자의 자석의 각 자극의 각도 폭(30)은 약 (360°÷(6×n))까지 이를 수 있다. 일부 실시예에서, 각 메인 자극(A1 내지 A4, B1 내지 B4)의 단부(26)의 각도 폭(32)은 약 (360°÷(6×n))일 수 있다. 나아가, A 위상 자극은 약 (360°÷(2×n))의 각도 간격으로 배열되며, B 위상 자극은 약 (360°÷(2×n))의 각도 간격으로 배열되며, 바로 인접한 A 위상 자극과 B 위상 자극 사이의 각도 변위는 약 (360°÷(4×n))이다. 일 실시예에서, 각 보조 자극(AUX1 내지 AUX8)의 단부(28)의 각도 폭은 약 (360°÷(12×n))보다 더 작을 수 있다.

도 1에 도시된 모터에서, 메인 자극의 개수는 8개이고 자석 자극의 개수는 12이고, 즉 n은 2이다. 도 1의 도시된 실시예에서, 회전자 자석(18)의 자극은 약 30°의 각도 간격으로 배열되고, 회전자 자석(18)의 각 자극의 각도 폭은 약 30°일 수 있다. 각 메인 자극(A1 내지 A4, B1 내지 B4)의 단부(26)의 각도 폭은 약 30°이다. A 위상 자극은 약 90°의 각도 간격으로 배열되며, B 위상 자극은 약 90°의 각도 간격으로 배열되며, 바로 인접한 A 위상 자극과 B 위상 자극 사이의 각도 변위는 약 45°이다.

도 7에 도시된 모터는 고정자의 4개의 메인 자극과 6개의 자석의 자극을 가지며, 즉 n은 1이다. 도 7의 도시된 실시예에서, 각 자극의 각도 폭은 약 60°이다. A 위상 자극은 약 180°의 각도 간격으로 배열되며, B 위상 자극은 약 180°의 각도 간격으로 배열되며, 바로 인접한 A 위상 자극과 B 위상 자극 사이의 각도 변위는 약 90°이다.

자성 센서

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 모터(10)는 자성 센서, 예를 들어 홀 효과 센서 또는 코일을 구비한다. 특정 실시예에서, 모터(10)는 복수의 자성 센서(H1 내지 H4)를 구비한다. 자성 센서(H1 내지 H4)는 자석(18) 부근 위치에 회로 기판(미도시)에 고정되며 고정자(12)에 대해 고정된다.

자성 센서는 시계 방향으로 회전자(14)를 회전시키는데 사용되는 자성 센서(H1, H3)의 제 1 센서 그룹을 포함한다. 제 1 센서 그룹은 A 위상 센서(H1)와 B 위상 센서(H3)를 구비한다. 복수의 자성 센서는 또한 반시계 방향으로 회전자(14)를 회전시키는데 사용되는 자성 센서(H2, H4)의 제 2 센서 그룹을 포함한다. 제 2 센서 그룹은 A 위상 센서(H2)와 B 위상 센서(H4)를 포함한다.

자성 센서의 각도 위치

도 2a 및 도 2b에 도시된 일 실시예에서, A 위상 코일의 전류 흐름을 스위칭하는데 사용되는 자성 센서(H1, H2)는 A 위상 자극(A1) 부근에 위치된다. 자성 센서(H1)는 각도(α)에 자극(A1)의 중심선(CL)으로부터 각도있게 이격되며, 자성 센서(H2)는 각도(β)에 자극(A1)의 중심선(CL)으로부터 각도있게 이격된다. 일 실시예에서, 각도(α)는 약 10°내지 약 17°일 수 있다. 특정 실시예에서, 각도(α)는, 약 10°, 약 10.5°, 약 11°, 약 11.5°, 약 12°, 약 12.25°, 약 12.5°, 약 12.75°, 약 13°, 약 13.2°, 약 13.4°, 약 13.6°, 약 13.8°, 약 14°, 약 14.2°, 약 14.4°, 약 14.6°, 약 14.8°, 약 15°, 약 15.5°, 약 16°, 또는 약 17°일 수 있다. 일부 실시예에서, 각도(α)는 상기 각도들 중 2개에 의해 한정된 범위 내에 있는 각도일 수 있다. 다른 실시예에서, 각도(α)는 회전자에 연결된 회전 부품(예를 들어, 샤프트)의 지연 응답을 고려하여 약 15°이하일 수 있다.

이와 유사하게, 일 실시예에서, 각도(β)는 약 10° 내지 약 17.5°일 수 있다. 특정 실시예에서, 각도(β)는 약 10°, 약 10.5°, 약 11°, 약 11.5°, 약 12°, 약 12.25°, 약 12.5°, 약 12.75°, 약 13°, 약 13.2°, 약 13.4°, 약 13.6°, 약 13.8°, 약 14°, 약 14.2°, 약 14.4°, 약 14.6°, 약 14.8°, 약 15°, 약 15.5°, 약 16°, 또는 약 17°일 수 있다. 일 실시예에서, 각도(β)는 상기 각도들 중 2개의 각도에 의해 한정된 범위 내에 있는 각도일 수 있다. 다른 실시예에서, 각도(β)는 약 15°이하일 수 있다.

일반적으로, (6×n)개의 자극을 갖는 회전자를 가지는 모터의 일 실시예에서, 각도(α)는 약 (2/3)×(360°÷(12×n)) 내지 약 (7/6)×(360°÷(12×n))일 수 있다. (6×n)개의 자극을 갖는 회전자를 가지는 모터의 다른 실시예에서, 각도(α)는 자석에 연결된 회전 부품(예를 들어, 샤프트)의 지연 응답을 고려하여 약 (360°÷(12×n)) 이하일 수 있다.

모터 드라이버 회로

도 3을 참조하면, 모터(10)는 자성 센서(H1 내지 H4)에 연결된 논리 회로(42)와, 이 논리 회로(42)에 연결된 전류 스위칭 회로(44)와 A 위상과 B 위상 코일에 의해 구동된다. 논리 회로(42)는 제 1 센서 그룹의 자성 센서(H1, H3)로부터의 신호와, 제 2 센서 그룹의 자성 센서(H2, H4)로부터의 신호를 수신한다. 나아가, 자성 센서 선택 입력(46)에 따라, 논리 회로(42)는 제 1 센서 그룹의 자성 센서(H1, H3)로부터 전송된 신호와, 제 2 센서 그룹의 자성 센서(H2, H4)로부터 전송된 신호 중에서 한쪽의 신호를 선택한다. 논리 회로(42)는 선택된 신호를 처리하며 처리된 신호를 전류 스위칭 회로(44)에 전송한다. 이후 전류 스위칭 회로(44)는 논리 회로(42)로부터 수신된 신호를 사용하여 A 위상 코일과 B 위상 코일을 스위칭한다.

자성 센서에 의한 자극의 검출과 전류 흐름의 스위칭

도 2a, 도 2b 및 도 3을 다시 참조하면, 자성 센서(H1 내지 H4)는 회전자(14)의 자석(18)의 자극을 검출하며 이에 따라 고정자(12)에 대해 상대적인 회전자의 위치를 검출한다. 자성 센서(H1 내지 H4)는 회전자(14)의 위치에 기초하여 출력 전압의 전기 신호를 생성한다. 예를 들어, 자성 센서(H1)는 N극을 검출할 때에는 더 높은 전압 레벨을 출력하며 S극을 검출할 때는 더 낮은 전압 레벨을 출력한다. 회전자(14)가 회전할 때 회전자의 N극과 S극이 교번한다. 따라서, 자성 센서(H1)는 교류 전기 신호를 생성하며 이에 따라 회전자(14)가 회전할 때 자극의 변화를 검출한다.

전류 스위칭 회로(44)는 A 위상 코일과 B 위상 코일의 전류 흐름을 스위칭한다. 특정 실시예에서, 전류 스위칭 회로(44)는 회전자가 회전할 때 자극의 변화와 코일의 전류 흐름의 변화를 동기화한다.

일부 실시예에서, 전류 스위칭 회로(44)는 회전자(14)가 시계 방향으로 회전할 때 제 1 센서 그룹의 자성 센서(H1, H3)로부터 전송된 전자 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭한다. 일 실시예에서, 전류 스위칭 회로(44)는 제 1 센서 그룹의 자성 센서(H1, H3)에 의해 전송된 교류 전기 신호와 코일의 전류 흐름의 변화를 동기화한다. 이와 유사하게 전류 스위칭 회로(44)는 반시계반향으로 회전자(14)가 회전할 때 제 2 센서 그룹의 자성 센서(H2, H4)로부터 전송된 전자 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭한다. 일 실시예에서, 전류 스위칭 회로(44)는 제 2 센서 그룹의 자성 센서(H2,H4)에 전송된 교류 전기 신호와 코일의 전류 흐름의 변화를 동기화한다.

시계 방향으로 회전자가 회전할 때 코일의 전류 흐름의 스위칭

도 2a, 도 2b 및 도 4를 참조하면, 일부 실시예에서, 회전자(14)가 시계 방향으로 회전할 때, 자성 센서(H1)가 A 위상 코일을 스위칭하는데 사용되며, 그리하여 A 위상 자극(A1 내지 A4)의 자극(N 또는 S)을 스위칭한다. 자성 센서(H3)는 B 위상 코일을 스위칭하는데 사용되며, 그리하여 B 위상 자극(B1 내지 B4)의 자극(N 또는 S)을 스위칭한다. 도 4는 회전자가 시계 방향으로 회전할 때 고정자 자극(A1 내지 A4, B1 내지 B4)의 자극(N 또는 S)과 회전자의 위치 사이에 관계를 도시한다.

도 2a, 도 2b 및 도 4에 도시된 일 실시예에서, 각도(α)는 약 15°일 수 있으며, 자성 센서(H1, H3) 사이의 각도 변위는 약 45°일 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 2a에 도시된 고정자(12)에 대한 회전자 위치는 0°로 정의되고, 도 2b에 도시된 고정자(12)에 대한 회전자 위치는 7.5°로 정의된다. 이 실시예에서, 회전자(14)가 시계 방향으로 회전할 때 A 위상 코일을 스위칭하기 위한 자성 센서(H1)는 자석의 자극을 검출하며 도 4에 도시된 신호를 전송한다. 약 15°, 약 45° 및 약 75°의 시계 방향으로의 회전자의 회전 후 회전자의 위치에서 자성 센서(H1)의 출력 전압 레벨은 변하며 A 위상 코일의 전류 흐름은 자성 센서(H1)의 출력 전압 레벨의 변화와 동기되어 스위칭된다. 그리하여, A 위상 메인 자극(A1 내지 A4)의 자극(N 또는 S)은 A 위상 코일의 전류 흐름의 변화에 의해 변한다.

이와 유사하게, 회전자(14)가 시계 방향으로 회전할 때, B 위상 코일을 스위칭하기 위한 자성 센서(H3)는 자석의 자극을 검출하며 도 4에 도시된 신호를 전송한다. 약 0°, 약 30°, 약 60° 및 약 90°의 시계 방향으로의 회전자의 회전 후 회전자 위치에서, 자성 센서(H3)의 출력 전압 레벨이 변하며 B 위상 코일의 전류 흐름이 자성 센서(H3)의 출력 전압 레벨의 변화와 동기되어 스위칭된다. 그리하여, B 위상 메인 자극(B1 내지 B4)의 자극(N 또는 S)은 B 위상 코일의 전류 흐름의 변화에 의해 변한다. 도시된 실시예에서, 자성 센서(H1, H3)의 전기 신호는 약 60°의 주기로 반복된다.

도 2a, 도 2b 및 도 4에 도시된 다른 실시예에서, 각도(α)는 15°미만, 예를 들어 14°일 수 있다. 이 실시예에서, 약 14°, 약 44° 및 약 74°의 시계방향으로의 회전자의 회전 후 회전자 위치에서, 자성 센서(H1)의 출력 전압 레벨이 변하며 A 위상 코일의 전류 흐름은 자성 센서(H1)의 출력 전압 레벨의 변화와 동기되어 스위칭된다. 약 29°, 약 59° 및 약 89°의 회전자의 회전 후 회전자 위치에서, 자성 센서(H3)의 출력 전압 레벨이 변하며, B 위상 코일의 전류 흐름이 자성 센서(H3)의 출력 전압 레벨의 변화와 동기되어 스위칭된다.

반시계 방향으로 회전자가 회전할 때 코일의 전류 흐름의 스위칭

시계 방향으로의 회전자의 회전과 유사하게, 도 2a, 도 2b 및 도 5를 참조하면 일부 실시예에서, 회전자(14)가 반시계 방향으로 회전할 때, 자성 센서(H2)가 A 위상 코일을 스위칭하는데 사용되며, 그리하여 A 위상 자극(A1 내지 A4)의 자극(N 또는 S)을 스위칭한다. 자성 센서(H4)는 B 위상 코일을 스위칭하는데 사용되며, 그리하여 B 위상 자극(B1 내지 B4)의 자극(N 또는 S)을 스위칭한다. 도 5는 회전자가 반시계 방향으로 회전할 때 고정자 자극(A1 내지 A4, B1 내지 B4)의 자극(N 또는 S)과 회전자의 위치 사이에 관계를 도시한다.

도 2a, 도 2b 및 도 5에 도시된 일 실시예에서, 각도(β)는 약 15°이고, 자성 센서(H2, H4) 사이의 각도 변위는 약 45°이다. 설명의 편의를 위하여, 도 2a에 도시된 고정자(12)에 대한 회전자의 위치는 0°로 정의되며, 도 2b에 도시된 고정자(12)에 대한 회전자의 위치는 -52.5°로 정의된다. 이 실시예에서, 회전자(14)가 반시계 방향으로 회전할 때 A 위상 코일을 스위칭하기 위한 자성 센서(H2)는 자석의 자극을 검출하며 도 5에 도시된 신호를 전송한다. 반시계 방향으로 약 -15°, 약 -45° 및 약 -75°의 반시계 방향으로의 회전자의 회전 후에 회전자 위치에서, 자성 센서(H2)의 출력 전압 레벨이 변하며, A 위상 코일의 전류 흐름이 자성 센서(H2)의 출력 전압 레벨의 변화와 동기되어 스위칭된다. 그리하여 A 위상 메인 자극(A1 내지 A4)의 자극(N 또는 S)이 A 위상 코일의 전류 흐름의 변화에 의해 변화된다.

이와 유사하게, 회전자(14)가 반시계 방향으로 회전할 때, B 위상 코일을 스위칭하기 위한 자성 센서(H4)는 자석의 자극을 검출하며 도 5에 도시된 신호를 전송한다. 약 0°, 약 -30°, 약 -60° 및 -90°의 회전 후 회전자의 위치에서, 자성 센서(H4)의 출력 전압이 변하며, B 위상 코일의 전류 흐름이 자성 센서(H4)의 출력 전압 레벨의 변화와 동기되어 스위칭된다. 그리하여, B 위상 메인 자극(B1 내지 B4)의 자극(N 또는 S)이 B 위상 코일의 전류 흐름의 변화에 의해 변화된다. 도시된 실시예에서, 자성 센서(H2, H4)의 전기 신호는 약 60°의 주기로 반복된다.

도 2a, 도 2b 및 도 5에 도시된 다른 실시예에서, 각도(β)는 15° 미만, 예를 들어 14°일 수 있다. 이 실시예에서, 약 -14°, 약 -44° 및 약 -74°의 반시계 방향으로의 회전자의 회전 후 회전자의 위치에서, 자성 센서(H2)의 출력 전압 레벨이 변하며, A 위상 코일의 전류 흐름이 자성 센서(H2)의 출력 전압 레벨의 변화와 동기되어 스위칭된다. 약 -29°, 약 -59° 및 약 -89°의 회전자의 회전 후 회전자의 위치에서, 자성 센서(H4)의 출력 전압 레벨이 변하며, B 위상 코일의 전류 흐름이 자성 센서(H4)의 출력 전압 렙레의 변화와 동기되어 스위칭된다.

각 센서 그룹의 자성 센서들 사이의 위치 관계

도 2a, 도 2b 및 도 4를 참조하면, 특정 실시예에서, 회전자가 시계 방향으로 회전할 때 제 1 센서 그룹의 A 위상 센서(H1)는 제 1 교류 전기 신호를 생성하며, 제 1 센서 그룹의 B 위상 센서(H3)는 제 2 교류 전기 신호를 생성한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 전기 신호는 서로 약 90°의 위상 차를 가지고 있다. 도시된 구성에서, 서로 약 90°의 위상 차를 가지는 전기 신호를 생성하기 위해, 센서(H1, H3)는 약 45°의 자성 센서들(H1, H3) 사이의 각도 변위를 가지도록 배열된다. 다른 실시예에서, 자성 센서들(H1, H3) 사이에 각도 변위는 약 135°일수 있다. 특정 실시예에서, 자성 센서들(H1, H3) 사이의 각도 변위는 약 (360°÷(4×n))일 수 있으며, 여기서 n 은 정수이다. 자성 센서들(H1, H3) 사이의 상기 각도 위치 관계는 자성 센서들(H2, H4)의 제 2 센서 그룹에도 적용될 수 있다.

동일한 위상 코일에 대한 자성 센서들 사이의 위치 관계

이후, 제 1 센서 그룹의 A 위상 자성 센서(H1)와 제 2 센서 그룹의 A 위상 자성 센서(H2) 사이의 위치 관계가 기술된다. 특정 실시예에서, 자성 센서(H1, H2)는 고정자에 대해 특정 회전자 위치에서 자성 센서들(H1, H2)이 서로 자석(18)의 서로 자석(18)의 다른 자극을 검출하도록 서로에 대한 위치 관계를 가진다.

예를 들어, 도 2a의 도시된 실시예에서, 자성 센서(H1)는 N극을 검출하며 자성 센서(H2)는 S극을 검출한다. 이 실시예에서, 도 2b에 도시된 약 7.5°(이는 약 -52.5°의 반시계 방향으로의 회전자의 회전 후 회전자의 위치에 대응한다)의 시계 방향으로의 회전자의 회전 후 회전자의 위치에서, 자성 센서(H1)는 여전히 N극을 검출하며, 자성 센서(H2)는 여전히 S극을 검출하며, 자성 센서들(H3, H4)는 N 극과 S 극을 각각 검출한다. 약 22.5°(이는 약 -37.5°의 반시계 방향으로의 회전자의 회전 후 회전자의 위치에 대응한다)의 시계 방향으로의 회전자의 회전 후 회전자의 위치에서 자성 센서(H1)는 S극을 검출하며, 자성 센서(H2)는 N극을 검출한다. 자성 센서(H3, H4)는 N극과 S극을 각각 검출한다.

각도(α, β)들이 모두 약 15°인 특정 실시예에서, 고정자에 대해 거의 임의의 회전자 위치에서 자성 센서들(H1, H2)은 자석(18)의 서로 다른 극을 검출한다.

각도(α, β)들이 모두 15°미만 예를 들어, 14°인 일부 실시예에서 도 2a 에 도시된 회전자의 위치에서 자성 센서들(H3, H4)은 동일한 극, 즉 N극을 검출한다. 그러나, 자성 센서들(H1, H2)은 상이한 극, 즉 N극과 S극을 각각 검출한다. 다시 말해, 고정자에 대해 거의 임의의 회전자 위치에서 자성 센서들(H1, H2)의 제 1 쌍과 자성 센서들(H3, H4)의 제 2 쌍 중에서 적어도 하나의 쌍은 자석(18)의 상이한 극을 검출한다.

전기 회로

도 6을 참조하면, 일 실시예에서 모터 드라이버 회로(50)는 방향 선택 논리 디바이스(52)와 이 디바이스(52)에 연결된 스위칭 제어 논리 디바이스(54)를 구비한다. 자성 센서(H1 내지 H4)는 논리 디바이스(52)에 연결된다. 상기 디바이스(54)는 2개의 위상 전력 드라이버 회로에 연결된다. 방향 변화 신호 즉 방향 선택 신호는 디바이스(52)에 입력된다. 방향 선택 입력에 따라, 디바이스(52)는 H1과 H3의 제 1 센서 그룹과, H2와 H4의 제 2 센서 그룹 중세서 자성 센서를 선택하며, 선택된 센서 그룹으로부터 수신된 신호 또는 선택된 센서 그룹으로부터 수신된 센서 신호를 처리한 후 얻어진 신호를 전송한다.

여러 측면들과 실시예들이 본 명세서에서 개시되었으나, 다른 측면과 실시예들이 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 본 명세서에 개시된 여러 측면과 실시예들은 예시를 위한 것이며 본 발명을 제한하기 위한 것을 의도한 것이 전혀 아니며 본 발명의 사상과 범위는 첨부된 청구범위에 의해 나타나 있다.

10 : BLDC 모터 12 : 고정자
13 : 하우징 14 : 회전자
15 : 결합 링 16 : 축
17 : 샤프트 18 : 자석
20 : 외부 면 22 : N 극
24 : S 극 26 : 단부
30 : 각도 폭 32 : 각도 폭
42 : 논리회로 44 : 전류 스위칭 회로
46 : 센서 선택 입력 신호 50 : 모터 드라이버 회로
52 : 방향 선택 논리 디바이스 54 : 스위칭 제어 논리 디바이스

Claims

전기 모터를 동작시키는 방법에 있어서,
각각이 코일을 포함하는 복수의 메인 자극을 구비하는 고정자와, 축에 대해 회전가능하고 N극과 S극이 교대로 배치된 복수의 자극을 포함하는 자석을 포함하는 회전자와, 상기 고정자에 대해 고정된 복수의 홀 효과 센서를 포함하는 제 1 센서 그룹과, 상기 고정자에 대해 고정된 복수의 홀 효과 센서를 포함하는 제 2 센서 그룹을 포함하는 전기 모터를 제공하는 단계;
상기 제 1 센서 그룹으로 상기 고정자에 대해 회전자의 위치를 검출하기 위해 상기 제 1 센서 그룹을 선택하는 단계;
상기 회전자를 제 1 방향으로 회전시키기 위해 상기 제 1 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하는 단계;
상기 제 2 센서 그룹으로 상기 고정자에 대해 회전자의 위치를 검출하기 위해 상기 제 2 센서 그룹을 선택하는 단계; 및
상기 제 1 방향과는 반대쪽 제 2 방향으로 회전자를 회전시키기 위해 제 2 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 센서 그룹의 각 센서는 회전자의 자극을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 센서 그룹의 각 센서는 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때 자극의 변화를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 코일들 중 하나의 코일의 전류 흐름은 제 1 센서 그룹의 센서들 중 하나의 센서에 의해 검출된 자극의 변화와 동기화되는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 센서 그룹의 각 센서는 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때 교류 전기 신호를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 코일들 중 하나의 코일의 전류 흐름은 제 1 센서 그룹의 센서들 중 하나의 센서의 교류 전기 신호와 동기화되는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 센서 그룹의 각 센서는 회전자가 제 2 방향으로 회전할 때 자극의 변화를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 메인 자극은 제 1 위상 코일을 갖는 제 1 위상 자극과 제 2 위상 코일을 갖는 제 2 위상 자극을 포함하고, 상기 제 1 센서 그룹은 제 1 홀 효과 센서와 제 2 홀 효과 센서를 포함하며, 제 2 센서 그룹은 제 3 홀 효과 센서와 제 4 홀 효과 센서를 포함하며, 제 1 및 제 3 센서는 제 1 위상 코일을 스위칭하는데 사용되도록 구성되며, 제 2 및 제 4 센서는 제 2 위상 코일을 스위칭하는데 사용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 센서는 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때 제 1 및 제 2 교류 전기 신호를 각각 생성하도록 구성되며, 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때, 제 1 위상 코일의 전류 흐름은 제 1 교류 전기 신호와 동기화되고, 제 2 위상 코일의 전류 흐름은 제 2 교류 전기 신호와 동기화되는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 제 3 및 제 4 센서는 회전자가 제 2 방향으로 회전할 때 제 3 및 제 4 교류 전기 신호를 각각 생성하도록 구성되며, 회전자가 제 2 방향으로 회전할 때, 제 1 위상 코일의 전류 흐름은 제 3 교류 전기 신호와 동기화되고, 제 2 위상 코일의 전류 흐름은 제 4 교류 전기 신호와 동기화되는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 메인 자극은 제 3 위상 코일을 갖는 제 3 위상 자극을 더 포함하고, 상기 제 1 센서 그룹은 제 5 센서를 더 포함하고, 상기 제 2 센서 그룹은 제 6 센서를 더 포함하고, 상기 제 5 및 제 6 센서는 제 3 위상 코일을 스위칭하는데 사용되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제 5 센서는 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때 제 5 교류 전기 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 제 3 위상 코일의 전류 흐름은 제 5 교류 전기 신호와 동기화되는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 센서는 회전자가 제 1 방향으로 회전할 때 제 1 및 제 2 교류 전기 신호를 각각 생성하도록 구성되고, 제 1 및 제 2 센서는 제 1 및 제 2 전기 신호가 서로 약 90°의 위상 차를 가지도록 서로 위치 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 제 3 및 제 4 센서는 회전자가 제 2 방향으로 회전할 때 제 3 및 제 4 교류 전기 신호를 각각 생성하도록 구성되고, 제 3 및 제 4 센서는 제 3 및 제 4 전기 신호가 서로 약 90°의 위상 차를 가지도록 서로 위치 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 3 센서는 고정자에 대해 특정 회전자 위치에서 제 1 센서가 제 3 센서에 의해 검출된 것과 반대쪽 회전자의 자극을 검출하도록 서로 위치 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 3 센서는 고정자에 대해 회전자의 거의 전체 위치에서 제 1 센서가 제 3 센서에 의해 검출된 것과 반대쪽 회전자의 자극을 검출하도록 서로 위치 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 센서는 고정자에 대해 제 1 회전자 위치에서 제 1 및 제 3 센서가 서로 회전자의 반대쪽 자극을 검출하고 제 2 및 제 4 센서가 서로 회전자의 반대쪽 자극을 검출하도록 서로 위치 관계를 가지며,
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 센서는 제 1 회전자 위치와는 다른 제 2 회전자 위치에서 제 1 및 제 3 센서가 서로 회전자의 반대쪽 자극을 검출하는 동안 제 2 및 제 4 센서는 회전자의 동일한 자극을 검출하도록 위치 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고정자는 복수의 보조 자극을 포함하며, 각 보조 자극은 2개의 메인 자극들 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
전기 모터를 동작시키는 방법에 있어서,
각각이 코일을 포함하는 복수의 메인 자극을 구비하는 고정자와, 축에 대해 회전가능하고 N극과 S극이 교대로 배치된 복수의 자극을 포함하는 자석을 포함하는 회전자와, 상기 고정자에 대해 고정된 복수의 자성 센서를 포함하는 제 1 센서 그룹과, 상기 고정자에 대해 고정된 복수의 자성 센서를 포함하는 제 2 센서 그룹을 포함하는 전기 모터를 제공하는 단계;
상기 고정자에 대해 회전자의 위치를 검출하기 위해 상기 제 1 센서 그룹을 선택하는 단계;
상기 회전자를 제 1 방향으로 회전시키기 위해 상기 제 1 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하는 단계;
상기 고정자에 대해 회전자의 위치를 검출하기 위해 상기 제 2 센서 그룹을 선택하는 단계; 및
상기 제 1 방향과는 반대쪽 제 2 방향으로 회전자를 회전시키기 위해 제 2 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 동작시키는 방법.
전기 모터로서,
각각이 코일을 포함하는 복수의 메인 자극을 포함하는 고정자;
축에 대해 회전가능하고 N극과 S극이 교대로 배치된 복수의 자극을 포함하는 자석을 포함하는 회전자;
상기 고정자에 대해 고정된 복수의 자성 센서를 포함하는 제 1 센서 그룹;
상기 고정자에 대해 고정된 복수의 자성 센서를 포함하는 제 2 센서 그룹; 및
상기 회전자를 제 1 방향으로 회전시키기 위해 제 1 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하도록 구성되고, 상기 제 1 방향과는 반대쪽 제 2 방향으로 회전자를 회전시키기 위해 제 2 센서 그룹에 의해 검출된 회전자의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 코일의 전류 흐름을 스위칭하도록 더 구성된 전기 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.