KR20160018435A - 영구 자석 모터용 구동 회로 - Google Patents

Abstract

영구 자석 모터용 구동 회로 권선 고정자(12) 및 영구 자석 회전자(14)를 갖는 전기 모터용 구동 회로는 ac 전원(26)으로의 연결을 위하여 두 단자들 사이에서 고정자 권선(16)과 직렬로 연결된 제어 가능한 양방향 ac 스위치(28)를 포함한다. 제1 및 제2 위치 센서(20, 22)는 회전자의 자극의 위치를 검출한다. 전압 조절 회로(30)는 두 단자와 제어 가능한 양방향 ac 스위치(28) 사이에서 연결되고, 포티지브 사이클 동안 제1 센서(20)에 및 ac 전원의 네가티브 사이클 동안 제2 위치 센서(22)에 전원을 공급하도록 구성되어, 제어 가능한 양방향 ac 스위치(28)는 프리셋 방식으로 도전 상태와 비도전 상태 사이에서 스위치되어, 시동 동안 소정 방향만으로 고정자(12)가 회전자(14)를 회전시키는 것을 가능하게 한다.

Description

영구 자석 모터용 구동 회로{DRIVE CIRCUIT FOR A PERMANENT MAGNETIC MOTOR}

본 발명은 영구 자석 모터용 구동 회로에 관한 것이며, 상세하게는 저출력 팬, 워터 펌프 등에 사용하기 위한 소형 모터에 적절하다.

동기 모터의 시동 처리 동안, 고정자의 전자석은 교호하는 자계를 발생시키며, 영구 자석 회전자를 끌어 진동하게 한다. 회전자가 충분한 운동 에너지를 얻으면, 회전자의 진동 크기는 일정하게 증가하여, 이것은 결국 회전자의 회전을 급속하게 가속시켜 고정자의 교호하는 자계와 동기화되게 한다. 종래의 동기 모터의 시동을 보장하기 위해, 모터의 시동점은 보통 낮게 설정되어, 결국 모터는 상대적으로 높은 동작점에서 동작할 수 없으며, 그에 따라 효율이 낮다. 다른 양상에서, 회전자는 매 시동마다 동일한 방향으로 회전하도록 보장될 수 없으며, 이는 영구 자석 회전자의 정지 위치가 교호하는 자계의 특징으로 인해 고정되지 않기 때문이다. 따라서, 팬, 워터 펌프 등의 응용에서, 회전자에 의해 구동되는 임펠러는 보통 직선 타입의 방사상 날개를 채용하며, 이점은 결국 팬, 워터 펌프 등의 동작 효율을 낮게 한다.

그러므로 개선된 효율을 갖거나 적어도 유용한 선택을 제공하는 전기 모터용 개선된 구동 회로에 대한 바램이 있다.

따라서, 일 양상에서, 본 발명은, 고정자 코어와 고정자 코어 상에 감기는 고정자 코일을 포함하는 고정자와, 고정자에 대해 회전할 수 있는 영구 자석 회전자를 포함하는 전기 모터용 구동 회로로서, AC 전원으로의 연결을 위하여 두 단자 사이에서 고정자 코일과 직렬로 연결된 제어 가능한 양방향 AC 스위치; 영구 자석 회전자의 자극의 위치를 검출하기 위한 제1 위치 센서 및 제2 위치 센서; 및 두 단자와 제어 가능한 양방향 AC 스위치 사이에서 연결되고, AC 전원의 포티지브 사이클 동안 제1 센서에 그리고 AC 전원의 네거티브 사이클 동안 제2 위치 센서에 전력을 공급하도록 구성되어, 제어 가능한 양방향 AC 스위치가 미리 결정된 방식으로 도전 상태와 비도전 상태 사이에서 스위칭되어, 고정자 코일이 모터의 시동 동작 단계 동안 회전자를 고정된 방향으로만 강제할 수 있는 전압 조절 회로를 포함하는 전기 모터용 구동 회로를 제공한다.

바람직하게도, 제1 및 제2 위치 센서는, 영구 자석 회전자의 자극에 대해 동일한 자계 위치를 갖는다.

바람직하게도, 제1 단방향 도전 스위치의 전류 출력단은 제어 가능한 양방향 AC 스위치의 제어단에 연결된다.

바람직하게도, 제1 위치 센서의 출력단은 제1 단방향 도전 스위치의 전류 입력단에 연결되며, 제2 위치 센서의 출력단은 저항을 통해 제1 단방향 도전 스위치의 전류 출력단에 연결된다.

바람직하게도, 전압 조절 회로는, 각각 적어도 제1 저항 및 제2 저항을 통해 두 단자들 사이에 역방향으로 병렬로 연결되는 제1 제너 다이오드 및 제2 제너 다이오드를 포함하며, 제1 위치 센서의 포지티브 전원 단자는 제1 제너 다이오드의 캐쏘드에 연결되고, 제2 위치 센서의 네거티브 전원 단자는 제2 제너 다이오드의 애노드에 연결되며, 제1 위치 센서의 네거티브 전원 단자와 제2 위치 센서의 포지티브 전원 단자는 기준 전압에 연결된다.

바람직하게도, 제1 제너 다이오드의 애노드, 제2 제너 다이오드의 캐쏘드, 제1 위치 센서의 네거티브 전원 단자 및 제2 위치 센서의 포지티브 전원 단자는 모두 AC 전원의 중립 와이어에 연결되는 단자에 연결된다.

바람직하게도, 전압 조절 회로는, 제1 저항과 제1 제너 다이오드 사이에 직렬로 연결되는 제2 단방향 도전 스위치와, 제2 저항과 제2 제너 다이오드 사이에 직렬로 연결되는 제3 단방향 도전 스위치를 더 포함하며, 제2 단방향 도전 스위치의 전류 출력단은 제1 제너 다이오드의 캐쏘드에 연결되며, 제3 단방향 도전 스위치의 전류 입력단은 제2 제너 다이오드의 애노드에 연결된다.

바람직하게도, 인버터가 제1 단방향 도전 스위치와 제어 가능한 양방향 AC 스위치의 제어 전극 사이에 연결된다.

바람직하게도, 스위치가 제1 단방향 도전 스위치와 제어 가능한 양방향 AC 스위치의 제어 전극 사이에서 위상 인버터와 병렬로 연결된다.

바람직하게도, 제어 가능한 양방향 AC 스위치는 TRIAC이다.

바람직하게도, 단방향 도전 스위치는 다이오드 또는 트랜지스터이다.

바람직하게도, 제어 가능한 양방향 AC 스위치는 전압 조절 회로와 병렬로 연결되어, 제어 가능한 양방향 AC 스위치가 도전 상태인 동안 전압 조절 회로를 통해 전류가 흐르지 않게 된다.

바람직하게도, 비균일 에어 갭이 고정자와 영구 자석 회전자 사이에 형성되어, 영구 자석 회전자의 극성 축이, 회전자가 움직이지 않을 때, 고정자의 중심 축에 대해 각도 오프셋을 가질 수 있게 한다.

바람직하게도, 영구 자석 회전자는 모터의 정상 상태 동안 60f/p의 일정한 회전 속도로 동작하며, 여기서 f는 AC 전원의 주파수이며, p는 회전자의 극 쌍의 수이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 이제, 수반하는 도면의 도면들을 참조하여 오직 예를 들어서 기재될 것이다. 도면들에서, 하나보다 많은 도면에서 나타나는 동일한 구조, 요소 또는 부분은 일반적으로 이들이 나타나는 모든 도면에서 동일한 참조 번호로 표시한다. 도면들에 도시한 구성요소와 특성의 치수는 일반적으로 표시의 편의성 및 명료성을 위해서 선택하였으며 반드시 실제 축적대로 도시되어 있지는 않다. 도면 목록은 아래와 같다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 동기 모터를 개략적으로 도시한다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 동기 모터용 구동 회로의 구조적 블록도를 예시한다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 회로를 예시한다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 회로를 예시한다.
도 6은, 도 5의 구동 회로의 파형도를 예시한다.
도 7 내지 도 9는, 본 발명의 추가 실시예에 따른 구동 회로를 예시한다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 동기 모터의 개략도이다. 동기 모터(10)는 고정자(12)와, 고정자(12)의 자극들 사이에 회전할 수 있게 배치되는 영구 자석 회전자(14)를 포함한다. 고정자(12)는 고정자 코어(15)와, 고정자 코어 상에 감기는 고정자 권선(16)을 갖는다. 회전자(14)는, 반대 극성의 적어도 하나의 영구 자석 극 쌍을 형성하는 적어도 하나의 영구 자석을 포함한다. 회전자(14)는, 고정자 권선(16)과 AC 전원이 직렬로 연결될 때, 정상 동작 상태 단계 동안 60f/p의 일정한 회전 속도로 동작하며, 여기서 f는 AC 전원의 주파수이며, p는 회전자의 극 쌍의 수이다.

비균일 에어 갭(18)이 고정자(12)의 자극과 회전자(14)의 자극 사이에 형성되어, 회전자(14)가 움직이지 않을 때, 회전자(14)의 극성 축(R)이 고정자(12)의 중심 축(S)에 대해 각도(α)만큼 오프셋될 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 회전자(14)는, 고정자 코일(16)에 전원이 공급될 때마다 고정된 시동 방향(이 예에서는 시계 방향)을 가질 수 있다. 도 1에서, 고정자와 회전자 모두는 두 개의 자극을 갖는다.

고정자와 회전자는 더 많은 자극을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 예컨대, 도 2에 예시한 바와 같이, 고정자(12)와 회전자(14)는 네 개의 자극을 가지며, 제1 위치 센서(20)와 제2 위치 센서(22)가 고정자(12)에 고정되어, 회전자의 자극 위치를 검출한다. 이 예에서, 제1 위치 센서(20)와 제2 위치 센서(22)는 대각선 방향으로 위치하여, 영구 자석 회전자의 자극에 대해 동일한 자극 위치를 갖는다. 두 개의 위치 센서가 모두 전원이 공급된다면, 이로부터 출력된 검출 신호는 동일하다. 두 개의 위치 센서(20 및 22)는 바람직하게는 홀(hall) 효과 센서이며, 고정자의 중심 축(S)에 대해 각도만큼 오프셋되며, 바람직하게는 이 오프셋 각은 또한 α이다.

도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 동기 모터용 구동 회로의 구조적 블록도를 예시한다. 구동 회로(24)는 AC 전원(26)에 의해 전원이 공급된다. AC 전원(26)은 바람직하게는, 50Hz 또는 60Hz와 같은 고정 주파수와, 예컨대 110V, 220V 또는 230V와 같은 전압을 갖는 상업용 AC 전원이다. 모터(10)의 고정자 코일(16)과 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28)는 두 개의 노드(A와 B) 사이에 직렬로 연결된다. 노드(A)는 AC 전원(26)의 라이브 와이어에 연결되고, 노드(B)는 AC 전원(26)의 중립 와이어에 연결된다. 바람직하게도, 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28)는 TRIAC로 알려져 있는 트리오드 AC 반도체 스위치이다. 전압 조절 회로(30)가 AC 전원(26)과 제어 가능향 양방향 AC 스위치 사이에 구비된다. 전압 조절 회로(30)는 AC 전원의 포지티브 반 사이클 동안 제1 위치 센서(20)에 그리고 AC 전원의 네거티브 반 사이클 동안 제2 위치 센서(22)에 전력을 공급하여, 미리 결정된 방식으로 도전 상태와 비도전 상태 사이에서 AC 스위치(28)를 스위칭하여, 고정자 코일(16)이 시동 동작 단계 동안 고정 방향으로만 회전하도록 회전자(14)를 강제할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 회전자는, 고정자 코일에 전원이 공급된 이후 단지 일회전에 의해서 고정자 자계와 동기화되도록 가속화될 수 있다. 바람직하게도, 구동 회로(24)에는 제1 단방향 도전 스위치(D1)가 구비된다. 제1 위치 센서(20)의 신호 출력단은 단방향 도전 스위치(D1)의 전류 입력단에 연결되며, 제1 위치 센서(22)의 신호 출력단은 단방향 도전 스위치(D1)의 전류 출력단에 연결된다. 그에 따라 제1 위치 센서(20)와 제2 위치 센서(22)의 출력 신호는 양방향 AC 스위치(28)를 제어할 수 있다. 바람직하게도, 제1 단방향 도전 스위치(D1)는 다이오드이고, 다이오드의 애노드는 스위치의 전류 입력단이며, 다이오드의 캐쏘드는 스위치의 전류 출력단이다.

도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 회로(32)의 회로도를 예시한다. 고정자 코일(16)과 TRIAC(28)는, AC 전원(26)에 연결되도록 구성되는 두 개의 노드들(A와 B) 사이에 직렬로 연결된다. 전압 조절 회로는 두 개의 노드들 사이에 구비되며, 각각 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)을 통해 두 개의 노드들(A와 B) 사이에 역방향으로 병렬로 연결되는 제1 제너 다이오드(Z1)와 제2 제너 다이오드(Z2)를 포함한다. 노드(A)는 AC 전원(26)의 라이브 와이어에 연결되고, 노드(B)는 AC 전원(26)의 중립 와이어에 연결된다. 바람직하게도, 제1 저항(R1)의 일단은 노드(A)에 연결되며, 제1 저항(R1)의 타단은 제1 제너 다이오드(Z1)의 캐쏘드와 제1 위치 센서(20)의 포지티브 전원 단자에 연결된다. 제2 저항(R2)의 일단은 노드(A)에 연결되고, 제2 저항(R2)의 다른 단자는 제2 위치 센서(22)의 네거티브 전원 단자와 제2 제너 다이오드(Z2)의 애노드에 연결된다. 제1 위치 센서(20)의 네거티브 전원 단자, 제1 제너 다이오드(Z1)의 애노드, 제2 위치 센서의 포지티브 전원 단자 및 제2 제너 다이오드(Z2)의 캐쏘드는 노드(B)에 연결된다. 제1 위치 센서(20)의 출력단(H1)은 제3 저항(R3)을 통해 제1 위치 센서(20)의 포지티브 전원 단자에 연결되며, 제4 저항(R4)을 통해 노드(B)에 연결된다. 구동 회로(32)에는 또한 제1 단방향 도전 스위치(D1)가 구비된다. 제1 단방향 도전 스위치(D1)의 전류 입력단은 제1 위치 센서(20)의 출력단(H1)에 연결된다. 제1 단방향 도전 스위치의 전류 출력단은 TRIAC(28)의 제어 전극(G)에 연결되고, 제5 저항(R5)을 통해 제2 위치 센서(22)의 출력단(H2)에 연결된다. 바람직하게도, 제1 단방향 도전 스위치(D1)는 다이오드이며, 다이오드의 애노드는 전류 입력단이고, 다이오드의 캐쏘드는 전류 출력단이다.

도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 회로(34)의 회로도를 예시한다. 본 실시예의 구동 회로(34)는 이전 실시예의 구동 회로(32)와 유사하며, 구동 회로(34)의 전압 조절 회로가 제2 단방향 도전 스위치(D2)와 제3 단방향 도전 스위치(D3)를 더 포함한다는 점에서 구동 회로(32)와 상이하다. 제2 단방향 도전 스위치(D2)는 제1 저항(R1)과 제1 제너 다이오드(Z1) 사이에 배치되고, 제1 제너 다이오드(Z1)와 역방향으로 직렬 연결된다. 바람직하게도, 제2 단방향 도전 스위치(D2)의 전류 입력단은 제1 저항(R1)에 연결되고, 제2 단방향 도전 스위치(D2)의 전류 출력단은 제1 제너 다이오드(Z1)의 캐쏘드에 연결된다. 제3 단방향 도전 스위치(D3)는 제2 저항(R2)과 제2 제너 다이오드(Z2) 사이에 연결되며, 제2 제너 다이오드(Z2)와 역방향으로 직렬 연결된다. 바람직하게도, 제3 단방향 도전 스위치(D3)의 전류 출력단은 제2 저항(R2)에 연결되고, 제3 단방향 도전 스위치(D3)의 전류 입력단은 제2 제너 다이오드(Z1)의 애노드에 연결된다. 바람직하게도, 제2 및 제3 단방향 도전 스위치(D2 및 D3)는 다이오드이고, 다이오드의 애노드는 전류 입력단이며, 캐쏘드는 전류 출력단이다.

도 6을 참조하여, 구동 회로(34)의 동작 원리에 관해 다음에서 설명한다. 도 6에서, Vac는 AC 전원(26)의 전압의 파형을 나타내며, Iac는 고정자 코일(16)을 통해 흐르는 전류의 파형을 나타낸다. 고정자 코일(16)의 유도 특징으로 인해, 전류 파형(Iac)는 전압 파형(Vac)보다 뒤쳐진다. St는 TRIAC(28)의 온/오프 상태를 나타낸다. Ha는, TRIAC(28)가 제1 위치 센서(20)와 제2 위치 센서(22) 중 어느 것에 의해 제어됨을 나타내며, 여기서 Ha가 Hall1일 때, 이것은 TRIAC(28)가 제1 위치 센서(20)의 출력 신호의 제어 하에서 스위칭 온됨을 나타내고, Ha가 Hall2일 때, 이것은 TRIAC(28)가 제2 위치 센서(22)의 출력 신호의 제어 하에서 스위칭 온됨을 나타낸다. Hb는 위치 센서에 의해 검출된 회전자 자계를 나타낸다. 이 실시예에서, 제1 위치 센서(20)와 제2 위치 센서(22)에 정상적으로 전력이 공급되고, 검출된 회전자 자계가 북극(북쪽)일 때, Hb는 논리 하이 레벨이며, 남극(남쪽)이 검출될 때 논리 로우 레벨이 검출된다. 제1 및 제2 위치 센서(20 및 22)가 정상적으로 전력이 공급되는 경우에, Hb는, 검출된 회전자 자계가 북쪽인 경우에 논리 하이 레벨이며, 검출된 회전자 자계가 남쪽인 경우에 논리 로우 레벨이다.

먼저, 위치 센서에 의해 검출된 회전자 자계가 북쪽일 때, AC 전원의 제1 포지티브 반 사이클에서, 전압이 점차 증가함에 따라, 제2 다이오드(D2)는 스위칭 온되며, 제1 제너 다이오드(Z1)는 제1 위치 센서(20)의 포지티브 전력 단자에서의 전압을 미리 결정된 포지티브 전압 값 인근으로 안정화시켜서, 제1 위치 센서(20)가 정상적으로 동작하게 하며, 제1 위치 센서(20)의 출력 단자(H1)는 논리 하이 레벨을 출력한다. 전압 조절 회로의 다른 분기 회로 상의 제3 다이오드(D3)가 스위칭 오프되며, 제2 제너 다이오드(Z2) 또한 스위칭 오프되고, 제2 위치 센서(22)가 동작 전압을 갖지 않으며, 그에 따라 그 출력단(H2)은 출력을 갖지 않는다. 제1 다이오드(D1)가 도전 상태이므로, 구동 전류가, TRIAC(28)의 제어 전극(G) 및 제2 애노드(T2) 뿐만 아니라 제1 저항(R1), 제2 다이오드(D2), 저항(R3), 제1 다이오드(D1)를 통해 흐른다. 제어 전극(G)과 제2 애노드(T2)를 통해 흐르는 구동 전류가 게이트 트리거 전류(Ig)보다 클 때, TRIAC(28)는 스위칭 온되며, 순방향 전류가 모터의 고정자 코일(16)을 통해 흘러서, 회전자를 시계방향으로 회전하도록 구동한다. AC 전원의 네거티브 반 사이클 동안, TRIAC(28)가 전류(Iac)의 0 교차점 전에 스위칭 오프된다. 그 후, 제1 제너 다이오드(Z1)가 스위칭 오프되며, 제1 위치 센서(20)가 동작 전압을 갖지 않고, 제1 위치 센서(20)의 출력단(H1)은 출력을 갖지 않으며, 제1 다이오드(D1)가 스위칭 오프된다. 전압 조절 회로의 다른 분기에서, 제2 제너 다이오드(Z2)에 의해 제공된 안정화된 전압은 제2 위치 센서(22)가 정상적으로 동작하게 하며, 제2 위치 센서(22)의 출력단(H2)은 논리 하이 레벨을 출력한다. 그러므로, TRIAC(28)의 제어 전극(G)과 제2 애노드(T2)를 통해 흐르는 구동 전류는 없으며, TRIAC(28)는 스위칭 오프 상태를 유지하며, 회전자는 관성 효과 하에서 시계 방향으로 회전한다. 제1 포지티브 반 사이클과 동일한 AC 전원의 제2 포지티브 반 사이클 동안, 제1 위치 센서(20)의 출력단(H1)은 논리 하이 레벨을 출력하며, 제2 위치 센서(22)는 출력을 갖지 않으며, TRIAC(28)는 다시 스위칭 온된다. 고정자 코일(18)을 통해 흐르는 순방향 전류는 계속해서 회전자(14)를 구동하여 시계 방향으로 회전시킨다. 유사하게, AC 전원의 그 다음 네거티브 반 사이클까지, 제2 위치 센서(22)는 논리 하이 레벨을 출력하며, 제1 위치 센서(20)는 출력을 갖지 않으며, TRIAC(28)는, 전류(Iac)의 0 교차점 이후 스위칭 오프 상태로 유지되며, 회전자는 관성 효과 하에서 시계 방향으로 계속 회전한다.

위치 센서가, 회전자 자계(Hb)가 북쪽에서 남쪽으로 변화함을 검출한 후, AC 전원의 네거티브 반 사이클 동안, 제1 위치 센서(20)는 동작 전압을 갖지 않으며, 제1 위치 센서(20)의 출력단(H1)은 출력을 갖지 않으며, 제2 제너 다이오드(Z2)에 의해 제공된 안정화된 전압은 제2 위치 센서(22)가 정상적으로 동작하게 하며, 제2 위치 센서(22)의 출력단(H2)은 논리 로우 레벨을 출력하며, 제3 다이오드(D3)가 스위칭 온되고, 구동 전류가 TRIAC(28)의 제어 전극(G)과 제2 애노드(T2), 제5 저항(R5), 제2 위치 센서(22), 제3 다이오드(D3) 및 제2 저항(R2)을 통해 흐른다. 제2 애노드(T2)와 제어 전극(G)을 통해 흐르는 구동 전류가 게이트 트리거 전류(Ig)보다 클 때, TRIAC(28)는 스위칭 온되고, 역방향 전류가 모터의 고정자 코일(16)을 통해 흐른다. 회전자 자계가 남쪽이기 때문에, 회전자(14)는 계속해서 시계 방향으로 회전하도록 구동된다. AC 전원의 포지티브 반 사이클 동안, TRIAC(28)는 전류(Iac)의 0 교차점에서 스위칭 오프되며, 제2 다이오드(D2)는 스위칭 온되고, 제1 위치 센서(20)는 정상적으로 동작하며, 제1 위치 센서(20)의 출력(H1)은 논리 로우 레벨을 출력한다. 전압 조절 회로의 다른 분기에서 제3 다이오드(D3)가 스위칭 오프되고, 제2 위치 센서(22)는 동작 전압을 갖지 않아서, 제2 위치 센서의 출력단(H2)은 출력을 갖지 않는다. 이 때, 제1 다이오드(D1)가 스위칭 오프되고, TRIAC(28)의 제어 전극(G)과 제2 애노드(T2)를 통해 흐르는 구동 전류는 없으며, TRIAC(28)는 스위칭 오프 상태로 유지되고, 회전자는 관성의 효과 하에서 시계 방향으로 계속 회전한다.

이전 네거티브 반 사이클과 동일한 그 다음 네거티브 반 사이클에서, 제1 위치 센서(20)의 출력단(H1)은 출력을 갖지 않으며, 제2 위치 센서(22)는 논리 로우 레벨을 출력하고, 제3 다이오드(D3)가 스위칭 온되고, 제2 애노드(T2)와 제어 전극(G)을 통해 흐르는 구동 전류가 게이트 트리거 전류(Ig)보다 클 때, TRIAC(28)는 스위칭 온되며, 역방향 전류가 모터의 고정자 코일(16)을 통해 흐르고, 회전자(14)는 시계 방향으로 계속 구동된다. 전원의 포지티브 반 사이클까지, 제1 위치 센서(20)는 논리 로우 레벨을 출력하며, 제2 위치 센서(22)는 출력을 갖지 않으며, 제1 다이오드(D1)는 스위칭 오프되고, 전류의 0 교차점 이후 TRIAC(28)는 스위칭 오프 상태를 유지하며, 회전자는 관성 효과 하에서 시계 방향으로 계속 회전한다.

도 4의 구동 회로(32)의 원리는 구동 회로(34)의 원리와 실질적으로 동일하다. 차이점은, AC 전원의 포지티브 반 사이클 동안, 제2 위치 센서(22)가 출력을 갖지 않지만 제2 제너 다이오드(Z2)가 스위칭 온된다는 점이다. 순방향 전류가 고정자 코일을 통해 흐를 때, 전류는 또한, 제2 저항(R2)과 제2 제너 다이오드(Z2)를 갖는 분기를 통해 흐른다. 유사하게, AC 전원의 네거티브 반 사이클 동안, 제1 위치 센서(20)는 출력을 갖지 않지만 제1 제너 다이오드(Z1)는 스위칭 온된다. 역방향 전류가 고정자 코일을 통해 흐를 때, 전류는 또한, 제1 저항(R1) 및 제1 제너 다이오드(Z1)를 갖는 분기를 통해 흐른다.

본 발명의 실시예의 구동 회로는, 회로가 간단하며, 모터 시동이 빠르며, 효율이 높다는 장점이 있다. 본 발명의 실시예의 구동 회로는, 각각 AC 전원의 포지티브 반 사이클과 네거티브 반 사이클에서 신호를 출력하여 미리 결정된 방식으로 도전 상태와 비도전 상태 사이에서 AC 스위치를 스위칭하여, 고정자 코일이 모터 동작의 시동 단계 동안 고정된 방향으로만 회전자를 회전하도록 강제할 수 있는 두 개의 위치 센서를 채택한다. 본 발명에 따르면, 고정자 코일에 전원이 공급된 후, 회전자는, 고정자의 자계와 동기화되도록 가속되기 위해 일회전 회전할 필요만 있다. 게다가, 구동 회로(34)의 경우, 제2 다이오드(D2)와 제3 다이오드(D3)의 존재로 인해, 전류는 동시에 전압 조절 회로의 분기 회로 중 단 하나를 통해 흐른다. 즉, 전원의 포지티브 반 사이클에서, 제3 다이오드(D3)가 스위칭 오프되어, 전류는 제2 저항(R2)과 제2 제너 다이오드(Z2)를 통해 흐르지 않으며, 네거티브 반 사이클에서, 제2 다이오드(D2)가 스위칭 온되고, 전류가 제1 제너 다이오드(Z1) 및 제1 저항(R1)을 통해 흐르지 않으며, 그에 따라 전력 효율은 더 높다.

도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 회로(36)의 회로도를 예시한다. 구동 회로(36)는 이전 실시예에서의 구동 회로(34)와 유사하다. 차이점은, 스티어링(steering) 프리셋 회로(38)가 구동 회로(36)에서 제1 단방향 도전 스위치(D1)와 TRIAC(28) 사이에 구비된다는 점이다. 스티어링 프리셋 회로(38)는, 제1 단방향 도전 스위치(D1)의 전류 출력단과 TRIAC(28)의 제어 전극(G) 사이에 병렬로 연결되는 인버터(NG)와 스위치(J1)를 포함한다. 스위치(J1)가 스위칭 온될 때, 회전자(14)는 이전 실시예 처럼 시계 방향으로 시동이 걸린다. 스위치(J2)가 스위칭 오프될 때, 회전자(14)는 반시계 방향으로 시동이 걸리도록 변화될 수 있다. 따라서, 모터 회전자의 시동 방향은 구동 회로의 다른 변경 없이도 스위치(J1)의 ON/OFF를 선택함으로써 선택될 수 있으며, 따라서, 본 실시예의 구동 회로는 우수한 융통성을 갖는다.

도 8은, 본 발명의 실시예에 따른 다른 구동 회로의 구조적 블록도를 예시한다. 구동 회로(38)는 도 3에 도시한 구동 회로(24)와 유사하다. 차이점은, 구동 회로(38)에서, 모터의 고정자 권선(16)과 AC 전원(26)이 노드(A)와 노드(B) 사이에서 직렬로 연결되며, 전압 조절 회로(30)가 TRIAC(28)와 병렬로 연결된다는 점이다. 본 실시예에서, TRIAC(28)가 스위칭 온될 때, 전류는 전압 조절 회로(30)를 통해 흐르지 않으며, 따라서 전압 조절 회로(30)에서의 저항에 의한 전력 소비는, TRIAC(28)가 스위칭 온될 때 회피할 수 있어서, 전기 에너지의 사용 효율을 크게 개선할 수 있다.

도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 회로(40)의 회로도를 도시한다. 구동 회로(40)는, 구동 회로(40)에서는, 모터의 고정자 코일(16)과 AC 전원(26)이 노드(A)와 노드(B) 사이에서 직렬로 연결되는 점을 제외하고는, 구동 회로(34)와 유사하다.

본 발명이 하나 이상의 바람직한 실시예를 참조하여 기재되었을지라도, 여러 가지 변형이 가능함을 당업자는 이해해야 한다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위를 참조하여 결정해야 한다.

예컨대, 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28)는 또한 예컨대 두 개의 실리콘 제어 정류기(SCR)를 역방향으로 병렬로 하여 실현될 수 있으며, 대응하는 제어 회로가 두 개의 실리콘 제어 정류기를 미리 결정된 방식으로 제어하도록 배치된다.

예컨대, 단방향 도전 스위치는 트랜지스터일 수 있다.

예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 구동 회로는 브러시리스 DC 모터와 같이, 동기 모터가 아닌 영구 자석 회전자를 구비한 모터 타입에 적용될 수 있다.

본 출원의 상세한 설명 및 청구범위에서, 용어, "포함하다", "갖는다" 및 그 파생어 각각은 포괄적인 의미로 사용되고 있어서, 언급한 항목이나 특성의 존재를 명시하지만, 추가 항목이나 특성의 존재를 배제하지는 않는다.

별도의 실시예의 환경에서 명료하게 기재한 본 발명의 특정한 특성은 또한 조합하여 단일 실시예에서 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 역으로, 간략히 단일 실시예의 환경에서 기재된 본 발명의 여러 특성은 또한 별도로 또는 임의의 적절한 하위-조합으로 제공될 수 있다.

Claims (14)

1. 고정자 코어(15)와 상기 고정자 코어 상에 감기는 고정자 코일(16)을 포함하는 고정자(12)와, 상기 고정자에 대해 회전할 수 있는 영구 자석 회전자(14)를 포함하는 전기 모터용 구동 회로로서,
   AC 전원(26)으로의 연결을 위하여 두 단자 사이에서 상기 고정자 코일과 직렬로 연결된 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28);
   상기 영구 자석 회전자의 자극의 위치를 검출하기 위한 제1 위치 센서(20) 및 제2 위치 센서(22); 및
   상기 두 단자와 상기 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28) 사이에서 연결되고, 상기 AC 전원의 포티지브 사이클 동안 상기 제1 센서(20)에 그리고 상기 AC 전원의 네거티브 사이클 동안 상기 제2 위치 센서(22)에 전력을 공급하도록 구성되어, 상기 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28)가 미리 결정된 방식으로 도전 상태와 비도전 상태 사이에서 스위칭되어, 상기 고정자가 상기 모터의 시동 동작 단계 동안 상기 회전자를 고정된 방향으로만 회전하게 할 수 있는 전압 조절 회로(30)를 포함하는 전기 모터용 구동 회로.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 위치 센서(20 및 22)는, 상기 영구 자석 회전자(14)의 자극에 대해 동일한 자계 위치를 갖는 전기 모터용 구동 회로.
3. 청구항 2에 있어서, 제1 단방향 도전 스위치(D1)를 더 포함하며, 상기 제1 단방향 도전 스위치의 전류 출력단이 상기 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28)의 제어단에 연결되는 전기 모터용 구동 회로.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 위치 센서(20)의 출력단이 상기 제1 단방향 도전 스위치(D1)의 전류 입력단에 연결되며, 상기 제2 위치 센서(22)의 출력단이 저항(R5)을 통해 상기 제1 단방향 도전 스위치(D1)의 전류 출력단에 연결되는 전기 모터용 구동 회로.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 전압 조절 회로(30)는, 각각 적어도 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 통해 상기 두 단자 사이에 역방향으로 병렬로 연결되는 제1 제너 다이오드(Z1) 및 제2 제너 다이오드(Z2)를 포함하며, 상기 제1 위치 센서(20)의 포지티브 전원 단자가 상기 제1 제너 다이오드(Z1)의 캐쏘드에 연결되고, 상기 제2 위치 센서(22)의 네거티브 전원 단자가 상기 제2 제너 다이오드(Z2)의 애노드에 연결되며, 상기 제1 위치 센서(20)의 네거티브 전원 단자와 상기 제2 위치 센서(22)의 포지티브 전원 단자가 기준 전압에 연결되는 전기 모터용 구동 회로.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 제1 제너 다이오드(Z1)의 애노드, 상기 제2 제너 다이오드(Z2)의 캐쏘드, 상기 제1 위치 센서(20)의 네거티브 전원 단자 및 상기 제2 위치 센서(22)의 포지티브 전원 단자는 모두 상기 AC 전원(26)의 중립 와이어에 연결되는 단자에 연결되는 전기 모터용 구동 회로.
7. 청구항 5에 있어서, 상기 전압 조절 회로(30)는, 상기 제1 저항(R1)과 상기 제1 제너 다이오드(Z1) 사이에 직렬로 연결되는 제2 단방향 도전 스위치(D2)와, 상기 제2 저항(R2)과 상기 제2 제너 다이오드(Z2) 사이에 직렬로 연결되는 제3 단방향 도전 스위치(D3)를 더 포함하며, 상기 제2 단방향 도전 스위치(D2)의 전류 출력단은 상기 제1 제너 다이오드(Z1)의 캐쏘드에 연결되며, 상기 제3 단방향 도전 스위치(D3)의 전류 입력단은 상기 제2 제너 다이오드(Z2)의 애노드에 연결되는 전기 모터용 구동 회로.
8. 청구항 5에 있어서, 상기 제1 단방향 도전 스위치(D1)와 상기 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28)의 제어 전극(G) 사이에 연결되는 인버터(NG)를 더 포함하는 전기 모터용 구동 회로.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 제1 단방향 도전 스위치(D1)와 상기 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28)의 제어 전극(G) 사이에서 상기 인버터(NG)와 병렬로 연결되는 스위치(J1)를 더 포함하는 전기 모터용 구동 회로.
10. 청구항 3에 있어서, 상기 단방향 도전 스위치(D1, D2 및 D3)는 다이오드 또는 트랜지스터인 전기 모터용 구동 회로.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28)는 TRIAC인 전기 모터용 구동 회로.
12. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28)는 상기 전압 조절 회로(30)와 병렬로 연결되어, 상기 제어 가능한 양방향 AC 스위치(28)가 도전 상태인 동안 상기 전압 조절 회로(30)를 통해 전류가 흐르지 않게 되는 전기 모터용 구동 회로.
13. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 비균일 에어 갭(18)이 상기 고정자(12)와 상기 영구 자석 회전자(14) 사이에 형성되어, 상기 영구 자석 회전자의 극성 축(R)이, 상기 회전자가 움직이지 않을 때, 상기 고정자의 중심 축(S)에 대해 각도 오프셋(α)을 가질 수 있게 하는 전기 모터용 구동 회로.
14. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영구 자석 회전자(14)는 상기 모터(10)의 정상 상태 동안 60f/p의 일정한 회전 속도로 동작하며, 여기서 f는 상기 AC 전원(26)의 주파수이며, p는 상기 회전자(14)의 극 쌍의 수인 전기 모터용 구동 회로.

Images