KR20170044024A - 기류 조절 장치 - Google Patents

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KR20170044024A
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퀴앙 저우
징 리
지에 차이
타오 장
카 룽 응
육 퉁 로
하이 보 마
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존슨 일렉트릭 에스.에이.
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Abstract

기류 조절 장치는 하우징, 상기 하우징 내부에 배치된 공기 공급 유닛 및 회로 기판을 포함한다. 공기 공급 유닛은 임펠러 및 임펠러를 구동하도록 구성되는 단상 영구 자석 브러시리스 모터를 포함한다. 단상 영구 자석 브러시리스 모터는 고정자 및 상기 고정자에 대해 회전할 수 있는 회전자를 포함한다. 고정자는 고정자 코어 및 고정자 코어 주위에 감긴 단상 권선을 포함한다. 회전자는 샤프트 및 샤프트에 고정된 영구 자석을 포함한다. 고정자 및 회전자의 자극의 개수는 6 과 같거나 크지 않다. 고정자 코어의 외경은 35mm 보다 작고 및/또는 고정자 코어의 축방향 두께는 10mm와 20mm 사이이다.

Description

기류 조절 장치{Air flow regulating device}
본 발명은 기류 조절 장치에 관한 것이며, 특히 브러시리스 모터를 갖는 기류 조절 장치에 관한 것이다.
현재, 시중의 약 80W의 전력을 갖는 헤어 드라이어는 일반적으로 임펠러를 구동하기 위하여 단상 직류 모터를 구비한다. 단상 직류 모터는 범용 모터로 알려지고 전기자 권선 및 정류자를 갖는다. 전기자 권선은 브러시를 통해 고정자 여기 권선과 직렬로 연결된다. 모터의 동작 동안, 브러시가 마모되어, 헤어 드라이어의 수명을 짧게 하고, 브러시의 마모 동안 생성되는 탄소 분말이 머리로 날린다.
본 발명에 따른 기류 조절 장치가 제공되며, 이는 하우징, 하우징 내부에 배치된 공기 공급 유닛 및 회로 기판을 포함한다. 상기 공기 공급 유닛은 임펠러 및 임펠러를 구동하도록 구성된 단상 영구 자석 브러시리스 모터를 포함하며, 상기 단상 영구 자석 브러시리스 모터는 고정자 및 상기 고정자에 대해 회전할 수 있는 회전자를 포함하고, 상기 고정자는 고정자 코어 및 상기 고정자 코어 둘레에 감긴 단상 권선을 포함하고, 상기 회전자는 샤프트 및 상기 샤프트에 고정된 영구 자석을 포함하며, 상기 고정자 및 회전자의 자극의 개수는 동일하고 6개 이하이다. 상기 고정자 코어의 외경은 35mm 미만 및/또는 상기 고정자 코어의 축 방향 두께는 10mm와 20mm 사이이다.
선택적으로는, 상기 회로 기판은 전원 단자 및 상기 단상 권선에 교류 전류를 제공하도록 구성된 인버터를 구비하고, 상기 기류 조절 장치는 헤어 드라이어이며, 상기 회로 기판에 전기적으로 연결된 가열 유닛이 하우징 내부에 배치된다.
바람직하게는, 상기 헤어 드라이어의 공기 공급률은 시간당 80 내지 140 입방 미터이며, 상기 헤어 드라이어의 풍압은 280 내지 720 파스칼이다.
바람직하게는, 상기 단상 영구 자석 브러시리스 모터의 정격 출력 전력은 50 내지 100 와트이다.
바람직하게는, 상기 전원 단자는 외부의 교류 전원에 액세스하도록 구성되고, 상기 인버터의 입력 전압은 상기 전원 단자의 입력 전압보다 낮지 않다.
선택적으로는, 상기 회로 기판은 전원 단자와, 단상 권선에 교류를 제공하도록 구성된 인버터를 구비하고, 상기 기류 조절 장치는 진공 클리너이고, 상기 진공 클리너의 정격 출력 전력은 100W 미만이다.
바람직하게는, 위치 검출기 및 모터 드라이버가 상기 전원 단자와 상기 인버터 사이에 전기적으로 연결되고, 상기 단상 영구 자석 브러시리스 모터의 회전자의 자계 위치를 검출하고 인버터에 대해 서로에 대해 기본적으로 반전되는 적어도 2개의 트리거 신호를 출력하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 위치 검출기 및 모터 드라이버는 적어도 4개의 핀을 갖는 단일 홀 효과 컨트롤러 칩이다.
바람직하게는, 상기 전원 단자에 의해 액세스되는 교류 공급 전압을 직류 전압으로 변환하도록 구성된 정류 및 필터 회로를 더 포함하고, 상기 인버터는 4개의 반도체 스위치를 포함하는 H-브리지 회로이며, 상기 4개의 반도체 스위치 중 적어도 하나는 MOSFET으로 약칭되는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 또는 IGBT로 약칭되는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터이다.
바람직하게는, 스위치 드라이버가 상기 위치 검출기 및 모터 드라이버와 상기 인버터 사이에 전기적으로 연결되고, 상기 위치 검출기 및 모터 드라이버에 의해 출력된 트리거 신호를 증폭하고, MOSFET 또는 IGBT를 구동하기 위하여 증폭된 신호를 상기 인버터에 제공하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 고정자 코어는 요크와, 요크로부터 반경 방향을 따라 연장되는 다수의 권선부와, 각 권선부의 단부로부터 원주 방향을 따라 두 측면을 향하여 연장되는 2개의 극편을 포함하고, 상기 권선은 상기 권선부 둘레에 감기고, 인접한 2개의 권선부 사이에 와이어 슬롯이 형성되고, 인접한 2개의 권선부의 극편은 슬롯 개구에 의해 분리되거나 자기 브리지를 통해 연결되며, 슬롯 개구 또는 자기 브리지는 인접한 두 개의 권선부의 대칭 중심으로부터 이격되어 배치되어 상기회전자가 사점에서 이격된 초기 위치에서 정지할 수 있도록 한다.
바람직하게는, 상기 극편의 반경 방향 두께는 권선부로부터 슬롯 개구부 또는 자기 브리지로의 방향을 따라 점차적으로 감소하고, 기본적으로 균일한 공기 갭이 회전자의 외주면과 극편 사이에 형성된다.
바람직하게는, 인접한 권선부의 극편은 슬롯 개구에 의해 분리되고, 슬롯 개구의 폭은 균일한 공기 갭의 두께의 4배 이하이다.
바람직하게는, 상기 영구 자석은 링 자석이고, 상기 링 자석의 외경은 7.5mm 내지 11mm 사이에 있다.
바람직하게는, 기류 조절 장치에는 MCU가 제공되지 않는다.
본 발명에 따른 기류 조절 장치는 간단한 구동 제어 회로에 의해 구동되는 단상 영구 자석 브러시리스 모터를 구비하여, 제품 수명을 향상시키고 비용을 절감시킨다.
본 개시는 명세서 및 몇몇 실시예들의 도면과 관련하여 이후에 더 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어 드라이어의 전체 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어 드라이어의 기능 모듈도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어 드라이어의 상세 블록 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어 드라이어의 보다 상세한 블록 회로도이다.
도 5는 본 발명의 선택적 실시예에 따른 헤어 드라이어의 기능 모듈도이다.
도 6은 본 발명의 선택적 실시예에 따른 헤어 드라이어의 기동 시간 제어 모듈의 상세 회로도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헤어 드라이어의 단상 직류 브러시리스 모터의 개략도이다.
도 8은 하우징이 제거된 도 7에 도시된 단상 직류 브러시리스 모터의 개략도이다.
도 9는 하우징, 고정자 권선 및 그 회전자 샤프트가 제거된도 7에 도시된 단상 직류 브러시리스 모터의 개략도이다.
도 10은 도 7에 도시된 단상 직류 브러시리스 모터의 고정자 코어의 개략도이다.
도 11은 도 7에 도시된 단상 직류 브러시리스 모터의 회전자의 회전자 코어 및 영구 자석의 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따른 단상 직류 브러시리스 모터의 회전자 자석의 자기 회로를 도시한다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단상 직류 브러시리스 모터의 고정자 코어의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전자의 회전자 코어 및 영구 자석의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단상 직류 브러시리스 모터의 고정자 코어의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 단상 직류 브러시리스 모터의 고정자 코어의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 단상 직류 브러시리스 모터의 고정자 코어의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 헤어 드라이어의 개략적 인 구조도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 헤어 드라이어의 공기 공급 유닛의 부분 개략적인 구조도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어 드라이어(100)는 하우징(110), 하우징(110) 내부에 배치된 가열부(120), 공기 공급 유닛(130) 및 회로 기판(140)를 포함하며, 공기 공급 유닛(130)는 임펠러(131) 및 임펠러(131)를 구동하도록 구성된 단상 직류 브러시리스 모터(10)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단상 직류 브러시리스 모터(10)는 고정자(101) 및 회전자(102)를 포함한다. 도 1에 도시된 헤어 드라이어(100) 내의 구성 요소들의 위치 및 관계는 실제의 위치 관계를 나타내는 것이 아니라 단지 예시일 뿐이다.
헤어 드라이어(100)는 전원 단자(20)와 구동 제어 회로(30)를 더 포함한다. 전원 단자(20)는 공급 전압에 액세스하도록 구성되고, 구동 제어 회로(30)는 전원 단자(20)에 의해 액세스되는 공급 전압을 기초로 단상 직류 브러시리스 모터(10)를 구동하여 동작하도록 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예에서, 전원 단자(20)는 교류 전원(200)에 연결되고 교류 전원(200)에 의해 제공되는 교류 공급 전압에 액세스하도록 구성된다. 전원 단자(20)는 메인 플러그 콘택트 또는 이와 유사한 것일 수 있다. 정류기 및 필터 회로(23)는 애노드 출력 단자(231) 및 캐소드 출력 단자(232)를 포함한다. 실시예에서, 정류기 및 필터 회로(23)는 전원 단자(20)에 의해 액세스되는 교류 전원 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 필터링하여 안정된 직류 전압을 출력하도록 구성된다. 필터가 바람직하지만 필수적이지는 않은 것임을 이해해야 한다. 구동 제어 회로(30)는 정류기 및 필터 회로(23)와 단상 직류 브러시리스 모터(10) 사이에 연결되어, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 회전자(102)의 회전 위치를 검출하고, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 전류 방향을 교대로 변경하여, 회전자(102)가 회전을 유지하도록 구동시킨다. 인버터의 입력 전압은 전원 단자(20)의 전압, 즉 전원 단자(20)에 의해 액세스되는 교류 전원(200)의 전압보다 낮지 않다.
교류 전원(200)은 120V(볼트) 또는 230V의 전압을 갖는 주전원과 같은 주전원일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어 드라이어(100)의 상세 블록 회로도이다. 구동 제어 회로(30)는 인버터(31)와 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)를 포함하고, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 인버터(31)와 전원 단자(20) 사이에 전기적으로 연결되며, 단상 직류 브러시리스 모터의 회전자의 자계 위치를 검출하고, 회전자의 검출된 위치에 기초하여 서로에 대해 기본적으로 반전된 적어도 2개의 트리거 신호를 출력하여 인버터(31)가 교류를 생성할 수 있도록 구성된다.
헤어 드라이어(100)는 스위치 드라이버(33)를 더 포함하고, 인버터(31)는 정류기 및 필터 회로(23)와 단상 직류 브러시리스 모터(10) 사이에 배치된다. 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 회전자(102)의 회전 위치를 검출하도록 구성된다. 스위치 드라이버(33)는 인버터(31) 및 위치 검출기 및 모터 드라이버(32) 모두에 연결되고, 인버터(31)의 스위치를 구동하여, 정류기 및 필터 회로(23)에 의해 생성되는 직류를 교류로 변환하여, 회전자(102)를 계속 회전하도록 구동시킨다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 단상 직류 브러시리스 모터(10)는 제1 전극 단자(103)와 제2 전극 단자(104)를 더 포함하고, 상기 고정자(101)는 권선(1011)을 포함하며, 고정자의 두 단자는 제1 전극 단자(103) 및 제2 전극 단자(104)에 각각 전기적으로 연결된다. 본 발명에 따른 인버터(31)는 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231)와 캐소드 출력 단자(232), 제1 전극 단자(103) 및 제2 전극 단자(104) 사이에 전기적으로 연결된 H-브리지 회로이며, 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231)와 캐소드 출력 단자(232), 제1 전극 단자(103) 및 제2 전극 단자(104) 사이에 제1 전력 공급 경로 또는 제2 전력 공급 경로를 형성하도록 구성된다.
위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 회전자(102)의 회전 위치를 검출하고, 제1 트리거 신호 또는 제2 트리거 신호를 생성하여 스위치 드라이버(33)로 이를 전송하도록 구성된다. 제1 트리거 신호가 수신된 경우, 스위치 드라이버(33)는 인버터(31)를 구동하여 제1 전원 공급 경로를 설정한다. 제2 트리거 신호가 수신된 경우, 스위치 드라이버(33)는 인버터(31)를 구동하여 제2 전원 공급 경로를 설정한다.
제1 전력 공급 경로에서, 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231) 및 캐소드 출력 단자(232)는 각각 제1 전극 단자(103) 및 제2 전극 단자(104)에 연결된다. 제2 전력 공급 경로에서, 정류기 및 필터 회로(23)의 출력 단자(231) 및 캐소드 출력 단자(232)는 각각 제2 전극 단자(104) 및 제1 전극 단자(103)에 연결된다.
본 실시예에서, 회전자(102)는 영구 자석을 포함하고 고정자(101)에 대해 회전할 수 있다. 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 단상 직류 브러시리스 모터(10) 근처에 배치되고, 회전자(102)의 N 자극을 검출한 경우에 제1 트리거 신호를 생성하고, 회전자(102)의 S 자극이 검출된 경우에 제2 트리거 신호를 생성한다. 이에 따라, 회전자의 N 자극 또는 S 자극이 위치 검출기 및 모터 드라이버(32) 근처로 회전할 때마다, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 대응하는 트리거 신호를 생성하고 스위치 드라이버(33)를 트리거하여 인버터(31)를 구동하여 해당 전원 공급 경로를 설정한다. 이것에 의해, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 제1 전극 단자(103) 및 제2 전극 단자(104)에 대해 제공되는 전원의 정 극성 및 부 극성이 바뀌어, 고정자(101)의 권선(1011)을 통해 흐르는 전류의 방향이 교대로 변경되어 교번 자계(alternating magnetic field)를 생성하여 회전자(102)가 회전을 계속하도록 구동한다. 회전 중에, 회전자(102)는 헤어 드라이어(100)의 임펠러(도시하지 않음)를 회전시켜 바람을 발생시킨다. 대안적인 실시예에서, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 회전자(102)의 S 자극이 검출되는 경우 제1 트리거 신호를 생성할 수 있고, 회전자(102)의 N 극이 검출되는 경우 제2 트리거 신호를 생성할 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 인버터(31)는 제1 반도체 스위치(Q1), 제2 반도체 스위치(Q2), 제3 반도체 스위치(Q3) 및 제4 반도체 스위치(Q4)를 포함하는 H-브리지 회로이다. 제1 반도체 스위치(Q1)와 제2 반도체 스위치(Q2)는 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231)와 캐소드 출력 단자(232) 양단에 순서대로 직렬로 연결되고, 제3 반도체 스위치(Q3)과 제4 반도체 스위치(Q4)는 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231) 및 캐소드 출력 단자(232) 양단에 순서대로 직렬로 연결된다. 즉, 제1 반도체 스위치(Q1)와 제2 반도체 스위치(Q2)의 분기점과 제3 반도체 스위치(Q3)와 제4 반도체 스위치(Q4)의 분기점은 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231)와 캐소드 출력 단자(232) 양단에 병렬로 연결된다. 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 제1 전극 단자(103) 및 제2 전극 단자(104)는 각각 제1 반도체 스위치(Q1) 및 제2 반도체 스위치(Q2)의 연결 노드(N1) 및 제3 반도체 스위치(Q3) 및 제4 반도체 스위치(Q4)의 연결 노드(N2)에 각각 연결된다.
스위치 드라이버(33)는 제1 반도체 스위치(Q1), 제2 반도체 스위치(Q2), 제3 반도체 스위치(Q3) 및 제4 반도체 스위치(Q4) 각각에 전기적으로 연결된다. 제1 트리거 신호가 수신된 경우, 스위치 드라이버(33)는 제1 반도체 스위치(Q1) 및 제4 반도체 스위치(Q4)를 스위치 온시키고, 제2 반도체 스위치(Q2) 및 제3 반도체 스위치(Q3)를 스위치 오프시킨다. 이 경우, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 제1 전극 단자(103)는 스위칭 온된 제1 반도체 스위치(Q1)를 통해 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231)에 연결되고, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 제2 전극 단자(104)는 스위치 온되는 제4 반도체 스위치(Q4)를 통해 정류기 및 필터 회로(23)의 캐소드 출력 단자(232)에 연결된다. 이에 따라, 이 경우의 인버터(31)는 제1 전력 공급 경로를 형성한다.
제2 트리거 신호가 수신되는 경우, 스위치 드라이버(33)는 제2 반도체 스위치(Q2) 및 제3 반도체 스위치(Q3)를 스위치 온시키고, 제1 반도체 스위치(Q1) 및 제4 스위치(Q4)를 스위치 오프시킨다. 이 경우, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 제1 전극 단자(103)는 스위칭 온된 제2 반도체 스위치(Q2)를 통해 정류기 및 필터 회로(23)의 캐소드 출력 단자(232)에 연결되고, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 제2 전극 단자(104)는 스위치 온되는 제3 반도체 스위치(Q3)를 통해 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231)에 연결된다. 이에 따라, 이 경우의 인버터(31)는 제2 전력 공급 경로를 형성한다.
따라서, 전술한 바와 같이, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 스위치 드라이버(33)가 인버터(31)를 구동하여 제1 전력 공급 경로 및 제2 전력 공급 경로를 교대로 설정하게 하는 제1 트리거 신호 및 제2 트리거 신호를 교대로 발생시켜, 고정자(101)를 통해 흐르는 전류의 방향을 변경하여 회전자(102)를 계속 회전하도록 구동한다.
본 실시예에서, 스위치 드라이버(33)는 MOSFET 드라이버이다. 4개의 반도체 스위치 중 적어도 하나는 MOSFET이다. 예를 들어, 제1 반도체 스위치(Q1), 제2 반도체 스위치(Q2), 제3 반도체 스위치(Q3) 및 제4 반도체 스위치(Q4)는 모두 MOSFET이거나, 4개의 반도체 스위치 중 일부는 MOSFET이고, 나머지는 IGBT 또는 3극 BJT이다. 스위치 드라이버(33)는 제1 반도체 스위치(Q1), 제2 반도체 스위치(Q2), 제3 반도체 스위치(Q3) 및 제4 반도체 스위치(Q4)의 게이트 또는 베이스에 연결되며, 제1 반도체 스위치(Q1), 제2 반도체 스위치(Q2), 제3 반도체 스위치(Q3) 및 제4 반도체 스위치(Q4)를 대응하여 온 또는 오프로 스위칭하도록 구성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어 드라이어(100)의 보다 상세한 블록 회로도이며, 스위치 드라이버(33)의 특정 구조를 개략적으로 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위치 드라이버(33)는 제1 하프 브리지 드라이버(331), 제2 하프 브리지 드라이버(332), 제1 위상 인버터(333) 및 제2 위상 인버터(334)를 포함한다. 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 제1 트리거 단자(321) 및 제2 트리거 단자(332)를 포함한다. 제1 하프 브리지 드라이버(331)는 제1 입력 단자(IN1), 제2 입력 단자(IN2), 제1 출력 단자(O1) 및 제2 출력 단자(O2)를 포함한다. 제2 하프 브리지 드라이버(332)는 제1 입력 단자(IN3), 제2 입력 단자(IN4), 제1 출력 단자(O3) 및 제2 출력 단자(O4)를 포함한다.
위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 제1 트리거 단자(321)는 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제2 입력 단자(IN2)에 연결되고 또한 제2 위상 인버터(334)를 통해 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 제1 입력 단자(IN3)에 연결된다. 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 제2 트리거 단자(322)는 제1 위상 인버터(333)를 통해 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제1 입력 단자(IN1)에 연결되고, 또한 제2 트리거 단자(322)는 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 제2 입력 단자(IN4)에 연결된다.
제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제1 출력 단자(O1)는 제1 반도체 스위치(Q1)에 연결되고, 대응하는 제어 신호를 출력하여 제1 반도체 스위치(Q1)가 온 또는 오프되도록 제어하도록 구성된다. 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제2 출력 단자(O2)는 제2 반도체 스위치(Q2)에 연결되고, 대응하는 제어 신호를 출력하여 제2 반도체 스위치(Q2)가 온 또는 오프되도록 제어하도록 구성된다. 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 제1 출력 단자(O3)는 제3 반도체 스위치(Q3)에 연결되며, 대응하는 제어 신호를 출력하여 제3 반도체 스위치(Q3)가 온 또는 오프되도록 제어하도록 구성된다. 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 제2 출력 단자(O4)는 제4 반도체 스위치(Q4)에 연결되며, 대응하는 제어 신호를 출력하여 제4 반도체 스위치(Q4)가 온 또는 오프되도록 제어하도록 구성된다.
제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제1 출력 단자(O1)의 출력은 제1 입력 단자(IN1)로 입력되는 전압을 따르며, 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제2 출력 단자(O2)의 출력은 제2 입력 단자(IN2)에 입력되는 전압에 반전된다. 마찬가지로, 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 제1 출력 단자(O3)의 출력은 제1 입력 단자(IN3)의 입력을 따르며, 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 제2 출력 단자(O4)의 출력은 제2 입력 단자(IN4)의 입력에 반전된다.
위치 검출기 및 모터 드라이버(32)가 N 자극을 검출하는 경우, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 제1 트리거 단자(321) 및 제2 트리거 단자(322)는 각각 하이 레벨 및 로우 레벨을 출력한다 즉, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 "10"의 제1 트리거 신호를 출력한다. 위치 검출기 및 모터 드라이버가 S 자극을 검출하는 경우, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 제1 트리거 단자(321) 및 제2 트리거 단자(322)는 각각 로우 레벨 및 하이 레벨을 출력한다, 즉 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 "01"의 제2 트리거 신호를 출력한다.
일 실시예에서, 제1 반도체 스위치(Q1), 제2 반도체 스위치(Q2), 제3 반도체 스위치(Q3) 및 제4 반도체 스위치(Q4) 모두는 하이 레벨에 의해 스위치 온되는 NMOSFET, NPNBJT 등과 같은 스위치이다.
이에 의해, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)가 N 자극을 검출하고 제1 트리거 단자(321) 및 제2 트리거 단자(322)에 의해 각각 하이 및 로우 레벨이 출력되는 경우, 제1 트리거 단자(321)에 의해 출력된 하이 레벨은 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제2 입력 단자(IN2)로 전달되어 제2 위상 인버터(334)에 의해 반전되어 로우 레벨을 생성하고, 로우 레벨은 제2 하프 브리지(332)의 제1 입력 단자(IN3)로 전달된다. 상기 제1 트리거 단자(321)에서 출력된 로우 레벨은 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 제2 입력 단자(IN4)로 전달되어 제1 위상 인버터(333)에 의해 반전되어 하이 레벨을 생성하고, 하이 레벨은 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제1 입력 단자(IN1)로 전달된다.
이 경우, 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제1 입력 단자(IN1) 및 제2 입력 단자(IN2) 각각에는 하이 레벨이 입력되고, 제1 입력 단자(IN3) 및 제2 입력 단자(IN4) 각각에는 로우 레벨이 입력된다. 상술한 것처럼, 하프 브리지 드라이버의 제1 출력 단자의 전압은 제1 입력 단자의 전압을 따르고, 하프 브리지 드라이버의 제2 출력 단자의 전압은 제2 입력 단자의 전압에 반전된다. 따라서, 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제1 출력 단자(O1)와 제2 출력 단자(O2)는 각각 하이 레벨과 로우 레벨을 출력하여 제1 반도체 스위치(Q1)가 스위치 온이 되도록 제어하고, 제2 반도체 스위치(Q2)가 스위치 오프가 되도록 제어한다. 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 제1 출력단(O3)과 제2 출력단(O4)은 각각 로우 레벨과 하이 레벨을 출력하여 제3 반도체 스위치(Q3)를 스위치 오프가 되도록 제어하고 제4 반도체 스위치(Q4)를 스위치 온되도록 제어한다.
이 경우, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 제1 전극 단자(103)는 스위칭 온된 제1 반도체 스위치(Q1)를 통해 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231)에 연결되고, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 제2 전극 단자(104)는 스위치 온 되는 제4 반도체 스위치(Q4)를 통해 정류기 및 필터 회로(23)의 캐소드 출력 단자(232)에 연결된다. 이에 의해, 인버터(31)가 제1 전력 공급 경로를 형성하고, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 고정자(101)를 통하는 전류가 제1 흐름 방향으로 흐른다.
위치 검출기 및 모터 드라이버(32)가 S 자극을 검출하고 제1 트리거 단자(321) 및 제2 트리거 단자(322)가 각각 로우 레벨 및 하이 레벨을 출력하는 경우, 제1 트리거 단자(321)에 의해 출력된 로우 레벨이 제1 하프 브리지 드라이브(331)의 제2 입력 단자(IN2)로 전달되고, 제2 위상 인버터(334)에 의해 반전되어 하이 레벨을 생성하고, 이 하이 레벨은 제2 하프 브리지 드라이버(331)의 제1 입력 단자(IN3)로 전달한다. 제2 트리거 단자(322)에서 출력된 하이 레벨은 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 제2 입력 단자(IN4)로 전달되고, 제1 위상 인버터(333)에 의해 반전되어 로우 레벨을 생성하고, 이 로우 레벨은 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제1 입력 단자(IN1)로 전달된다.
이 경우, 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제1 입력 단자(IN1) 및 제2 입력 단자(IN2) 각각에는 로우 레벨이 입력되고, 제2 하프 브리지(332)의 제1 입력 단자(IN3) 및 제2 입력 단자(IN4) 각각에는 하이 레벨이 입력된다. 대응하여, 제1 하프 브리지 드라이버(331)의 제1 출력 단자(O1)와 제2 출력 단자(O2)는 각각 로우 레벨과 하이 레벨을 출력하여, 제1 반도체 스위치(Q1)를 스위치 오프되도록 및 제2 반도체 스위치(Q2)를 스위치 온되도록 제어한다. 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 제1 출력 단자(O3) 및 제2 출력 단자(O4)는 각각 하이 레벨 및 로우 레벨을 출력하여, 제3 반도체 스위치(Q3)가 스위치 온되도록 제어하고 제4 반도체 스위치(Q4)가 스위치 오프되도록 제어한다.
이 경우, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 제1 전극 단자(103)는 스위칭 온된 제2 반도체 스위치(Q2)를 통해 정류기 및 필터 회로(23)의 캐소드 출력 단자(232)에 연결되고, 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 제2 전극 단자 (104)는 스위치 온되는 제3 반도체 스위치(Q3)를 통해 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231)에 연결된다. 이에 따라, 인버터(31)는 제2 전력 공급 경로를 형성하고, 단상 직류 브러시리스 모터의 고정자(101)를 통과하는 전류는 제1 흐름 방향과 반대인 제2 흐름 방향으로 흐른다.
제1 하프 브리지 드라이버(331) 및 제2 하프 브리지 드라이버(332)는 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)가 출력하는 하이 레벨 또는 로우 레벨을 부스트하여 구동을 위하여 큰 전류가 필요한 MOSFET을 구동하도록 구성된다. 인버터(31)에 MOSFET가없는 경우, 제1 반도체 스위치(Q1), 제2 반도체 스위치(Q2), 제3 반도체 스위치(Q3) 및 제4 반도체 스위치(Q4)는 제1 하프 브리지 드라이버(331) 및 제2 하프 브리지 드라이버(332) 없이, 즉 스위치 드라이버(33) 없이 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)에 의해 출력된 트리거 신호에 의해 스위치 온 또는 오프되도록 직접적으로 구동될 수 있다. 예를 들어, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 제1 트리거 단자(321)는 제1 반도체 스위치(Q1) 및 제4 반도체 스위치(Q4)에 연결되고, 제1 반도체 스위치(Q1) 및 제4 반도체 스위치(Q4)가 동시에 스위치 온 또는 오프되도록 제어하고; 또한 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 제2 트리거 단자(322)는 제2 반도체 스위치(Q2) 및 제3 반도체 스위치(Q3)에 연결되고, 제2 반도체 스위치(Q2) 및 제3 반도체 스위치(Q3)가 동시에 스위치 온 또는 오프되도록 제어한다.
바람직한 실시예에서, 제1 하프 브리지 드라이버(331) 및 제2 하프 브리지 드라이버(332)는 각각 IR2103 칩일 수 있다. 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 홀 센서 및 대응하는 제어 모듈을 포함하고 AH284 칩일 수있는 홀 효과 컨트롤러일 수 있다. 홀 효과 컨트롤러 칩은 적어도 4개의 핀들, 즉 전술한 바와 같은 제1 트리거 단자(321), 제2 트리거 단자(322), 전원 핀 및 접지 핀을 포함하고, 전원 핀 및 접지 핀은 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231) 및 캐소드 출력 단자(232)에 각각 연결된다. 다르게는, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 전류 센서 및 전류의 변화를 검출함으로써 N 자극 및 S 자극을 결정하고 대응하는 제어 신호를 출력하는 대응 제어 모듈을 포함할 수 있다. 제1 하프 브리지 드라이버(331), 제2 하프 브리지 드라이버(332) 및 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 임의의 다른 적합한 칩일 수 있으며, 상기 열거된 칩은 단지 실제 구현을 위한 참조로 의도된다.
도 5는 본 발명의 선택적 실시예에 따른 헤어 드라이어(100)의 기능적 모듈 다이어그램이다. 상기 실시예에 따른 헤어 드라이어(100)는 기동 시간 제어 모듈(50)을 더 포함할 수 있다. 기동 시간 제어 모듈(50)은 전원 단자(20)와 위치 검출기 및 모터 드라이버(32) 사이에 전기적으로 연결되며, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 기동 시간은 스위치 드라이버(33)의 그것과 동기된다. 헤어 드라이어(100)가 정류기 및 필터 회로(23)를 갖는 경우, 정류기 및 필터 회로(23)는 전체 헤어 드라이어(100)의 입력 전원의 역할을 하고, 기동 시간 제어 모듈(50)은 정류기 및 필터 회로(23)와 위치 검출 및 모터 드라이버(32) 사이에서 전기적으로 연결된다.
일반적으로, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 시동 전압은 스위치 드라이버(33)의 시동 전압보다 낮고, 전원 단자(20)가 교류 전원(200)에 액세스 한 후, 전원 단자(20) 및 정류기 및 필터 회로(23)에 의해 출력된 전압은 점차 상승한다. 따라서, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 전원 단자(20) 및 정류기 및 필터 회로(23)에 의해 출력된 전압이 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 시동 전압 보다 더 높고 스위치 드라이버(33)의 시동 전압 보다 더 낮게 상승하는 경우에. 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 동작을 시작했을 수 있고 반면 스위치 드라이버(33)는 시작하지 않았을 수 있다. 이 경우, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 쉽게 오판될 수 있다.
본 실시예에서, 기동 시간 제어 모듈(50)은 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 시동 전압을 스위치 드라이버(33)의 시동 전압과 동일하게 조정함으로써, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 시동 및 스위치 드라이버(33)의 시동을 동기화한다.
도 6을 참조로, 기동 시간 제어 모듈(50)의 상세 회로도가 도시된다. 기동 시간 제어 모듈(50)은 전압 분할 유닛(51) 및 파워-온 유닛(52)을 포함한다. 전압 분할 유닛(51) 및 파워-온 유닛(52)은 정류기 및 필터 회로(23)의 애노드 출력 단자(231)와 캐소드 출력 단자(232) 양단에 직렬로 연결된다. 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 전압 분할 유닛(51) 및 파워-온 유닛(52)의 연결 노드(N3)에 연결된다. 전압 분할 유닛(51)은 턴온 전압을 가지며, 인가되는 전압이 턴온 전압 이상인 경우 턴온된다. 파워-온 유닛(52)은 전압 분할 유닛(51)이 턴온되고 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)에 전압을 제공한 후에 전압을 생성하도록 구성된다.
전압 분할 유닛(51)의 턴 온 전압과 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 시동 전압의 합은 스위치 드라이버(33)의 시동 전압과 동일하다. 이에 따라, 정류기 및 필터 회로(23)에 의해 출력된 전압이 전압 분할 유닛(51)의 턴온 전압보다 높은 경우, 전압 분할 유닛(51)은 턴온되고, 파워-온 유닛(52)의 전압이 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 시동 전압과 동일할 때까지 정류기 및 필터 회로(23)에 의해 출력된 전압이 계속 상승하는 경우에, 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)는 작동하기 시작한다.
일 실시예에서, 전압 분할 유닛(51)은 제너 다이오드(D1)를 포함하고, 파워-온 유닛(52)은 저항(R1)을 포함한다. 제너 다이오드(D1)의 캐소드는 애노드 출력 단자(231)에 연결되고, 제너 다이오드(D1)의 애노드는 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)에 연결되고, 저항(R1)을 통해 정류기 및 필터 회로(23)의 캐소드 출력 단자(232)에 연결된다. 제너 다이오드(D1)의 항복 전압은 스위치 드라이버(33)의 시동 전압과 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 시동 전압의 차이이다. 따라서, 정류기 및 필터 회로(23)에 의해 출력된 전압이 제너 다이오드(D1)의 항복 전압 보다 높은 경우, 저항(R1)이 전압을 발생시킨다. 정류기 및 필터 회로(23)에 의해 출력된 전압이 제너 다이오드(D1)의 항복 전압과 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 시동 전압의 합과 동일한 경우, 저항(R1)에 의해 생성된 전압은 제너 다이오드 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)의 시동 전압이고, 이에 따라 위치 검출기 및 모터 드라이버(32)가 기동하도록 구동한다.
기동 시간 제어 모듈(50)은 제너 다이오드(D1)의 애노드와 캐소드 출력 단자(232) 사이에서 저항(R1)과 병렬로 연결된 커패시터(C1)를 포함하고, 커패시터(C1)는 에너지를 저장하도록 구성된다.
스위치 드라이버(33)가 제1 하프 브리지 드라이버(331)와 제2 하프 브리지 드라이버(332)를 포함하는 경우, 스위치 드라이버(33)의 시동 전압은 제1 하프 브리지 드라이버(331)와 제2 하프 브리지 드라이버(332)의 시동 전압이다.
더 많은 실시예들에서, 상기 설명된 실시예들에 따른 기동 시간 제어 회로 이외의 위치 검출기 및 모터 드라이버의 기동 시간을 스위치 드라이버의 기동 시간과 동기화 되도록 지연시키기 위한 임의의 적절한 시간 지연 회로가 사용될 수 있다.
본 발명의 도면에서 구성 요소 사이의 위치 관계는 제품 내의 구성 요소의 배치를 나타내기 보다는 전기적 및 논리적 관계일 뿐이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단상 직류 브러시리스 모터(10)의 개략 구성도이다. 전술한 바와 같이, 단상 직류 브러시리스 모터(10)는 고정자(101) 및 고정자에 대해 회전할 수있는 회전자(102)를 포함한다.
상기 고정자(101)는 일 단부가 개방된 관형 하우징(21)과, 상기 하우징(21)의 개방 단부에 설치된 단부 커버(211)와, 상기 하우징(21)의 내부에 설치된 고정자 코어(212)와, 상기 고정자 코어(212)에 설치되는 절연 보빈(213) 및 절연 보빈(213) 주위에 감긴 권선(1011)을 포함한다. 고정자 코어(212)는 본 실시 형태에서는 외부 링(2121)인 요크와, 외부 링(2121)으로부터 내측으로 연장되는 다수의 권선부(2122)와, 각 권선부(2122)의 단부로부터 원주 방향을 따라 두 측면으로 각각 연장하는 2개의 극편(2123)을 포함하며, 여기서 권선(1011)은 대응하는 권선부(2122) 주위에 감긴다. 2개의 인접하는 권선부들 사이에 와이어 슬롯(37)이 형성되고, 와이어 슬롯(37)의 슬롯 개구(371)가 2개의 권선부의 극편(2123) 사이에 위치되고, 슬롯 개구(371)는 2개의 인접 권선부의 중심으로부터 이격되어, 하나의 권선부에 연결된 2개의 극편(2123)은 권선부(2122)의 중심에 대해 비대칭이다 즉, 큰 횡단면을 갖는 극편과 작은 횡단면을 갖는 극편이 형성된다.
고정자 코어(212)는, 예를 들면, 자기 유도 연자성 재료로 이루어지고, 고정자 코어(212)는, 모터의 축 방향을 따라 적층된 자기 도전성 라미네이션(산업상 일반적으로 사용되는 실리콘 강판)으로 형성되어있다. 바람직하게는, 상기 고정자 코어(212)의 권선부(2122)는 모터의 원주 방향을 따라 균등하게 이격되어 있고, 상기 권선부(2122) 각각은 기본적으로 상기 모터의 방사 방향을 따라 상기 외부 링(2121)으로부터 내부로 연장한다. 극편(2123)은 각각의 권선부(2122)의 방사상 내측 단부로부터 고정자의 원주 방향을 따라 두 측면을 향하여 연장한다.
바람직하게는, 극편(2123)의 반경 두께는 권선부으로부터 슬롯 개구 방향으로 점차적으로 감소하여, 이로 인해 극편(2123)의 자기 저항(reluctance)이 권선부으로부터 슬롯 개구까지의 방향을 따라 점차 증가한다. 이러한 구성은 모터의 작동을 보다 안정하게 동작하도록 하고, 모터의 시동을 신뢰성있게 할 수 있다.
회전자(102)는 고정자의 극편(2123)에 의해 둘러싸여 있으며, 회전자(102)는 회전자의 원주 방향을 따라 배열된 다수의 영구 자극(55)을 포함하고, 바람직하게는 영구 자극(55)의 외주면은 극편의 내주면과 동심이며, 이에 의해 회전자의 외주면과 극편 사이에 기본적으로 균일한 공기 갭(41)을 형성한다. 구체적으로, 극편의 내면은 회전자(102)의 중심을 중심으로 하는 가상의 동심원에 위치된다. 영구 자극(55)의 외면(56)은 회전자(102)의 중심을 중심으로 하는 가상의 동심원에 위치된다 즉, 극편의 내주면은 영구 자극(55)의 외주면과 동심이며, 이에 의해 극편의 내주면과 영구 자극(55)의 외주면 사이에 기본적으로 균일한 공기 갭을 형성한다. 바람직하게는, 슬롯 개구(371)의 폭은 0보다 크고 균일한 공기 갭(41)의 두께의 4배 이하이며, 또한 와이어 슬롯의 슬롯 개구(371)의 최소 폭은 균일한 공기 갭의 두께의 3배 이하이거나 또는 더욱 바람직하게는 균일한 고기 갭의 두께의 2배 이하이다. 이 구성에 의하면, 회전자의 시동 및 회전이 보다 원활하게 되고, 모터의 시동 신뢰도가 개선될 수 있으며, 시동시의 사점이 저감될 수 있다. 본 발명에 따른 링은 원형, 쿼드 또는 다각형 일 수 있는 원주 방향을 따라 연속적으로 연장되는 폐쇄 구조를 지칭하며, 균일한 공기 갭(41)의 두께는 공기 갭의 반경 두께를 나타낸다.
도 11에 도시된 바와 같이, 영구 자극(55)은 하나의 환형 영구 자석에 의해 형성될 수 있으며, 당연하게는, 영구 자극(55)은 대안적으로 도 8에 도시된 바와 같이 다수의 분리된 영구 자석으로 형성될 수 있다. 또한, 회전자(102)는 환형 영구 자극(55)을 통과하는 샤프트(551)를 더 포함하며, 샤프트(551)의 일단은 베어링(24)을 통해 고정자의 단부 커버(211)에 설치되고, 다른 하나는 다른 베어링을 통해 고정자의 관형 하우징(21)의 바닥에 설치되어, 회전자는 고정자에 대해 회전할 수 있다.
본 실시예에서, 회전자(102)는 중심에서 샤프트(551)에 의해 관통되고 샤프트(551)와 함께 고정되는 회전자 코어(53)를 더 포함하며; 영구 자석은 회전자 코어(53)의 외주면에 설치되고; 회전자 코어의 외주면에는 축 방향을 따라 연장되는 다수의 홈(54)이 제공되고, 각각의 홈(54)은 자기 누설을 감소시키기 위해 2개의 영구 자극(55)의 경계에 배치된다.
본 실시예에서, 와이어 슬롯(37)의 슬롯 개구는 2개의 인접한 권선부의 중심으로부터 떨어져 있고, 즉 각 와이어 슬롯(37)의 슬롯 개구와 2개의 인접한 권선부 사이의 거리가 다르므로, 각각의 권선부의 단부로부터 원주 방향을 따라 2개의 측면을 향하여 연장되는 2개의 극편의 길이가 상이하다. 이러한 구성은 회전자의 초기 위치가 사점의 위치로부터 멀어지게 할 수 있다. 바람직하게는, 더 작은 극편의 내주면상의 슬롯 개구 근처에 챔퍼링(chamfering)(38)이 제공되어, 더 작은 극편의 면적을 더 감소시킬 수 있고, 2개의 극편의 불균일성을 더욱 증가시킬 수 있고, 사점의 위치로부터 회전자의 초기 위치를 더욱 벗어나게 할 수 있다.
도 12는 고정자 권선이 파워 오프되는 경우, 즉 모터가 초기 위치에 있는 경우의 회전자의 영구 자극(55)의 자력선의 분포도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 회전자는 N 극과 S 극이 교대로 배열된 4개의 영구 자극(55)을 포함하고, 고정자는 4개의 권선부에 의해 형성된 4개의 고정자 극을 포함한다. 도 12에 따르면, 모터가 초기 위치에 있을 때, 더 큰 면적을 갖는 극편을 통한 자력선은 보다 작은 면적을 갖는 극편을 통한 자력선보다 명백하게 더 많으며, 회전자의 자극의 극축(L1)은 일정 각도 만큼 고정자 극의 극축(L2)으로부터 벗어나고, 극축(L1)과 극축(L2) 사이의 끼인각(included angle)은 시동 각도(starting angle)로 불린다. 본 실시예에서, 시동 각도는 45 전기 각도(electrical degrees) 보다 크고 135 전기 각도 보다 작으며, 모터의 고정자 권선에 일정한 방향의 전류가 인가되는 경우, 회전자(102)는 그 방향에서 시작할 수 있고, 모터의 고정자 권선에 반대 방향의 전류가 인가되는 경우, 회전자(102)는 반대 방향으로 시작할 수 있다. 당연하게도, 시동 각도가 90 전기 각도와 동일한 경우, 회전자(102)는 어느 방향으로도 시작하기가 용이하다. 시동 각도가 90 전기 각도가 아닌 경우 회전자가 다른 방향보다 한 방향에서 시작하는 것이 더 용이하다. 본 발명자들의 실험에 따르면, 시동 각도가 45 전기 각도 내지 135 전기 각도의 범위에 있는 경우, 회전자는 어느 방향으로든 양호한 시동 신뢰성을 갖는다.
제2 실시예
도 13을 참조하면, 본 실시예는 권선(1011)의 권선 효율을 향상시키기 위해, 고정자의 원주 방향을 따라 접합된 다수의 고정자 코어 유닛(300)에 의해 고정자 코어가 형성된다는 점에서 이전의 실시예와 상이하다. 각각의 고정자 코어 유닛(300)은 극편(305)을 갖는 권선부(303)와 권선부(303)와 일체로 되어 모놀리식 부재를 형성하는 요크 세그먼트(301)를 포함하고, 고정자 코어 유닛의 인접한 요크 세그먼트(301)는 함께 고정자 코어의 외부 링을 형성한다. 당연하게도, 각 고정자 코어 유닛(300)은 하나 이상의 권선부(303) 및 대응하는 극편(305)을 가질 수 있다. 각 고정자 코어 유닛에 권선을 형성한 후에, 고정자 코어 유닛(300)은 서로 접합되어, 고정자 권선을 갖는 고정자 코어를 형성한다. 본 실시예에서, 각각의 고정자 코어 유닛(300)은 하나의 권선부(303) 및 대응하는 극편(305)을 가지며; 각 고정자 코어 유닛(300)에 있어서, 권선부(303)의 단부는 요크 세그먼트(301)의 두 단부 사이에 연결되어 있다.
본 실시예에서, 인접한 고정자 코어 유닛의 요크 세그먼트(301)의 접합 표면은 서로 끼워 맞춤하는 오목 및 볼록 맞물림 표면이다. 구체적으로는, 서로 끼워 맞춤하는 오목 및 볼록 맞물림 표면을 설치한 경우에는, 외부 링과의 접합을 위한 요크 세그먼트(301)의 양 단부에 홈 멈춤쇠(304)와 홈 멈춤쇠(304)에 끼워 맞추는 볼록 스냅 핏(302)이 구비되며; 홈 멈춤쇠(304) 및 볼록 스냅 핏(302)은 오목 및 볼록한 배요넷(bayonet) 구조를 형성하고; 조립 동안, 각 고정자 코어 유닛의 볼록 스냅 핏(302)은 인접한 고정자 코어 유닛의 홈 멈춤쇠(304)에 끼워지고, 각 고정자 코어 유닛의 홈 멈춤쇠(304)는 인접한 고정자 코어 유닛의 볼록 스냅 핏(302)에 끼워진다.
고정자 코어는 서로 접합된 다수의 고정자 코어 유닛(300)에 의해 형성되기 때문에, 인접한 극편(305) 사이의 와이어 슬롯의 슬롯 개구의 폭은 매우 작을 수 있다. 바람직하게는, 와이어 슬롯의 슬롯 개구의 최소 폭은 0보다 크고, 공기 갭의 최소 두께의 3 배 이하이다. 또한, 와이어 슬롯의 슬롯 개구의 최소 폭은 공기 갭의 최소 두께의 2 배 이하이다. 본 명세서에서, 와이어 슬롯의 슬롯 개구의 폭은 두 개의 인접한 극편 사이의 거리이다.
도 14를 참조하면, 본 실시 형태의 회전자(60)는 회전자 코어(63) 및 회전자 코어(63)의 원주 방향을 따라 배치된 영구 자극(65)을 포함하고, 영구 자극(65)은 다수의 예를 들면 4개의 영구 자석(66)에 의해 형성된다. 영구 자석(66)은 회전자 코어(63)의 외주면에 설치되고; 회전자 코어의 원주면에 축방향을 따라 연장되는 다수의 홈(64)이 제공되고, 각각의 홈(64)은 자기 누설을 감소시키기 위해 2개의 영구 자석(66)의 경계에 배치된다. 영구 자석(66)은 회전자 코어(63)의 외주면에 설치되며, 이 경우, 극편의 내면은 회전자(60)의 중심을 중심으로 하는 가상 동심원에 위치하며, 영구 자석(66) 전체의 외면은 원통형 표면을 형성하여 공기 갭이 균일한 공기 갭이 되는 것을 가능하게 한다.
제3 실시예
도 15를 참조하면, 본 실시예에서, 고정자 코어는 고정자의 원주 방향을 따라 함께 접합된 다수의 고정자 코어 유닛(310)에 의해 형성되고, 각각의 고정자 코어 유닛(310)은 권선부(313), 권선부(313)의 극편(315)와, 권선부(313)와 일체화되어 전체를 형성하는 요크 세그먼트(311)를 구비하고, 인접하는 고정자 코어 유닛의 요크 세그먼트들(311)을 함께 조합하여 고정자 코어의 외부 링을 형성한다. 당연하게도, 각각의 고정자 코어 유닛은 하나 이상의 권선부(313) 및 대응하는 극편(315)를 가질 수 있다. 각 고정자 코어 유닛의 권취가 완료된 후에, 고정자 코어 유닛(310)은 서로 접합되어, 고정자 권선을 갖는 고정자 코어를 형성한다. 본 실시예에서, 각각의 고정자 코어 유닛(310)은 하나의 권선부(313) 및 대응하는 극편(315)를 가지며; 각 고정자 코어 유닛(310)에는 권선부(313)의 단부가 요크 세그먼트(311)의 단부에 연결되어있다.
본 실시예에서, 인접한 고정자 코어 유닛의 요크 세그먼트(311)의 접합면은 평면이고, 또한 인접 요크 세그먼트(311)는 직접 용접 또는 다른 수단에 의해 함께 조립될 수 있다. 바람직하게는, 인접한 요크 세그먼트의 헤드와 테일 사이의 양호한 접촉을 위해, 인접한 고정자 코어 유닛의 요크 세그먼트(311)의 단부에 서로 끼워 맞추는 챔퍼가 제공될 수 있다. 구체적으로, 각 고정자 코어 유닛의 요크 세그먼트(311)의 양단에는 각각 제1 챔퍼(312)와 제2 챔퍼(314)가 제공될 수 있으며, 인접 요크 세그먼트(311)의 제1 챔퍼(312)와 제2 챔퍼(314)는 서로 단단히 끼워 맞춤할 수 있다.
고정자 코어는 서로 접합된 다수의 고정자 코어 유닛(310)에 의해 형성되기 때문에, 인접한 극편(315) 사이의 와이어 슬롯의 슬롯 개구의 폭은 매우 작을 수 있다. 바람직하게는, 와이어 슬롯의 슬롯 개구의 최소 폭은 0보다 크고, 공기 갭의 최소 두께의 3배 이하이다.
와이어 슬롯은 본 발명에 따른 단상 브러시리스 모터의 2개의 인접한 권선부 사이에 형성되고, 와이어 슬롯의 슬롯 개구는 2개의 권선부의 극편 사이에서 2개의 권선부의 한쪽으로부터 멀어지도록 위치된다. 이에 따라, 단상 브러시리스 모터의 시동동안 필요한 시동 각도 및 멈춤쇠 토크가 위치 슬롯 또는 위치 구멍을 제공하지 않고 와이어 슬롯의 슬롯 개구와 직접 조정된다. 예를 들어, 모터의 시동 각도는 와이어 슬롯의 슬롯 개구가 2개의 권선부 중 하나로부터 얼마나 먼가를 조정함으로써 조정되며, 시동 각도가 45 전기 각도 보다 크고 135 전기 각도 보다 작은 경우, 모터의 회전자가 양방향으로 시작할 수 있으므로, 시작을 신뢰할 수 있도록 한다.
제4 실시예
도 16을 참조하면, 권선의 권선 효율을 향상시키기 위해, 본 실시예의 고정자 코어에도 분할형 구조가 적용된다. 구체적으로는, 권선부(323) 및 대응하는 극편이 전체적으로 일체로 성형되고, 권선부(323) 및 외부 링(2121)이 분할형 구조, 즉 권선부(323)와 외부 링(2121)이 개별적으로 형성되고 나서 함께 조립된다. 권선부(323)와 외부 링(2121)의 접합면은 서로 끼워 맞추는 평면 또는 오목 및 볼록의 맞물림 표면(324, 326)이며, 당연하게도, 각 권선부(323)은 용접에 의해 또는 기계적 연결(예를 들면, 도브 테일 홈을 통한 스냅 조인트)을 통해 외부 링(2121)에 고정될 수 있다. 대안으로, 권선부(323), 외부 링(2121) 및 대응하는 극편(325)은 모두 개별적으로 형성될 수 있고, 권선의 권취가 완료된 후 권선부(323)는 외부 링(2121) 및 극편(325)에 고정된다 .
본 발명의 실시예에 따른 단상 직류 브러시리스 모터에서, 고정자 코어의 극편의 내면과 회전자의 영구 자극의 외면이 각각 회전자의 중심을 중심으로 하는 2개의 가상 동심원에 위치되며, 이에 의해 고정자와 회전자 사이에 기본적으로 균일한 공기 갭(기본적으로 균일한 공기 갭으로 불리는 이유는 슬롯 개구(37)에서의 공기 갭의 부분은 공기 갭의 다른 부분과 균일하지 않거나, 또는 타일형 자석의 경우에 자석의 단부의 챔퍼에서의 공기 갭의 부분은 공기 갭의 다른 부분과 균일하지 않지만, 슬롯 개구 또는 자석의 단부에서의 공기 갭의 부분은 전체 공기 갭의 길이의 극히 작은 부분을 차지하기 때문임)을 형성하며, 와이어 슬롯의 슬롯 개구의 폭은 균일한 공기 갭의 두께의 4배 이하이며, 따라서 종래의 기술에서 큰 슬롯 개구 및 불균일한 공기 갭에 의해 야기되는 진동 및 소음을 감소시킨다. 고정자 코어에는 분할형 구조가 적용되어, 권선부과 외부 링이 함께 조립되기 전에 이중 플라이어(flier) 전기자 권선기로 권취가 수행될 수 있어, 생산시 권선 효율을 효과적으로 향상시킨다.
전술한 실시예에서, 슬롯 개구는 균일한 원주 방향 폭을 갖는다. 당연하게도, 슬롯 개구는 폭이 불균일 수도 있고, 대안적으로 내부 단부에서 좁고 외부 단부에서 넓은 나팔 형상일 수도 있으며, 이 경우에 슬롯 개구의 폭은 그 최소 폭을 의미한다. 상기 실시예에서, 슬롯 개구는 모터의 반경 방향을 따라 배치되고, 다르게는 슬롯 개구는 모터의 반경 방향으로부터 벗어나 배치될 수도있다.
제5 실시예
당연하게도, 도 17에 도시된 바와 같이, 전술한 실시예에서 인접한 권선부(323)의 인접한 극편(325)은 또한 자기 브리지(327)를 통해 연결될 수 있으며, 자기 브리지(327)와 권선부(323)의 극편은 함께 연결되어 내부 링을 형성하고, 권선부과 외부 링(321)은 별개로 배치될 수 있다.
도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 헤어 드라이어(100)의 보다 상세한 개략적 구조도이다.
상기 공기 공급 유닛(130)은 모터 홀더(90) 및 모터 커버(80)를 더 포함한다; 모터 홀더(90)는 관 형상이고, 모터 홀더(90)의 일단 부에는 개구가 제공되고, 모터 홀더(90)의 측벽에는 다수의 제1 관통 구멍(92)이 형성되어 있고, 단상 직류 브러시리스 모터(10)는 모터 홀더(90)의 내부에 고정되고, 단상 직류 브러시리스 모터의 출력단은 개구가 제공되지 않은 모터 홀더의 단부에 배치된다. 모터 커버(80)의 일단은 중공 원통형이고, 다른 하나는 모터 홀더의 개구(91)에 연결되고 모터 홀더와 함께 헬름홀츠(Helmholtz) 공진 공동을 형성하며; 또한 다수의 제2 관통 구멍(81)이 모터 커버 상에 제공된다.
본 실시예에서, 모터 홀더(90) 및 모터 커버(80)는 감광성 수지로 제조되며; 또한, 모터 커버(80)의 중공 원통형 단부의 직경은 모터 홀더(90)의 개구(91)의 직경보다 작다. 또한, 공기 공급 유닛(130)은 개구를 구비한 모터 홀더(90)의 단부에 배치되고, 모터 홀더(90) 및 모터 커버(80)를 함께 스냅하도록 구성되는 스냅-핏 요소(93)를 더 포함한다. 당연하게도, 모터 홀더(90)와 모터 커버(80)는 본 발명에서 제한되지 않는 나사 연결부와 같은 다른 연결부를 통해 서로 연결될 수 있다. 바람직하게는, 모터 홀더(90)의 외벽에는 다수의 에어 디플렉터(712)가 제공된다.
가열 유닛(120)은 2개 이상의 시트 히터(721) 및 각각의 시트 히터(721) 상에 슬리브된 스프링(722)을 포함하며, 각 시트 히터(721)의 어느 단부도 스프링 내부로 슬리브되지 않고, 각 시트 히터의 2개의 단부는 스프링이 압축하는 방향에 수직인 방향을 따라 연장하여, 스프링(722)이 빠지는 것을 방지한다.
하우징(110)은 서로 연결된 제1 하우징(71)과 제2 하우징(72)을 포함한다. 제1 하우징(71)은 임펠러(131)를 커버하며, 제2 하우징(72)은 공기 공급 유닛(130) 및 가열 유닛(120)을 커버한다. 상기 하우징(110)은 상기 제2 하우징(72)의 하부에 배치되며 전기 헤어 드라이어의 공기 배출구로서의 역할을 하는 하부 기판(73)을 더 포함할 수 있다. 하우징(110)의 핸들은 도면에 도시되지 않았으며, 제1 하우징(71) 상에 배치된 절반과 제2 하우징(72) 상에 배치된 나머지 절반을 필요에 따라 조립함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단상 직류 브러시리스 모터 및 구동 제어 회로는 공기 공급률이 시간당 80 내지 140 입방 미터, 풍압이 280 내지 720 파스칼의 헤어 드라이어에 특히 적합하다. 단상 직류 브러시리스 모터의 정격 출력 전력은 50 내지 100 와트이고, 모터의 고정자와 회전자의 자극의 개수는 동일하고 6개 이하이며, 고정자 코어의 외경은 35mm보다 작고, 고정자 코어의 축 방향 두께가 10mm와 20mm 사이이다. 헤어 드라이어(100)에는 마이크로 제어 유닛(MCU)이 제공되지 않기 때문에, 구동 제어 회로를 단순화하고 회로 비용을 줄일 수 있다. 한편, 전원 단자를 통해 액세스되는 외부의 교류 전원 전압은 감소없이 정류 및 필터링된 후 인버터에 직접 제공되기 때문에, 인버터의 입력 전압은 전원 단자의 입력 전압보다 낮지 않다. 이러한 구성에 의해, 종래에는 전압 강하기로서 기능하는 가열 유닛에 의해 가열된 공기에 의해 헤어 드라이어가 냉기를 송출하지 못하는 경우를 피할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동회로에서는, 외부 공급 전압이 감소되지 않고 모터에 제공되기 때문에, 큰 전류를 견딜 수 있는 MOSFET 또는 IGBT가 인버터에 제공된다. 또한, 회로에 MCU가 없기 때문에, 홀 칩 및 스위치 드라이버로 MOSFET 또는 IGBT를 구동할 수 있으므로, 전체 회로 비용을 낮게 한다.
또한, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 단상 직류 브러시리스 모터 및 구동 제어 회로는 휴대용 진공 클리너 또는 로봇 진공 클리너와 같은 정격 출력이 100 와트 보다 낮은 기류 조절 장치에 적용된다.
전술한 실시예는 본 발명의 일부 바람직한 실시예일 뿐이며, 이는 본 발명을 어떤 형태로든 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 기술 사상 내에서 당업자에 의해 변형이 이루어질 수 있으며, 물론 본 발명의 기술 사상 내에서 이루어진 변형은 본 발명의 범위 내에 포함된다.

Claims (10)

  1. 기류 조절 장치로서, 하우징, 하우징 내부에 배치된 공기 공급 유닛 및 회로 기판을 포함하며, 상기 공기 공급 유닛은 임펠러 및 임펠러를 구동하도록 구성된 단상 영구 자석 브러시리스 모터를 포함하며, 상기 단상 영구 자석 브러시리스 모터는 고정자 및 상기 고정자에 대해 회전할 수 있는 회전자를 포함하고, 상기 고정자는 고정자 코어 및 상기 고정자 코어 둘레에 감긴 단상 권선을 포함하고, 상기 회전자는 샤프트 및 상기 샤프트에 고정된 영구 자석을 포함하며, 상기 고정자 및 회전자의 자극의 개수는 동일하고 6개 이하이며, 상기 고정자 코어의 외경이 35mm 미만 및/또는 상기 고정자 코어의 축 방향 두께가 10mm와 20mm 사이인 것을 특징으로 하는 기류 조절 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 회로 기판은 전원 단자 및 상기 단상 권선에 교류 전류를 제공하도록 구성된 인버터를 구비하고, 상기 기류 조절 장치는 헤어 드라이어이며, 상기 회로 기판에 전기적으로 연결된 가열 유닛이 하우징 내부에 배치되는, 기류 조절 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 헤어 드라이어의 공기 공급률은 시간당 80 내지 140 입방 미터이며, 상기 헤어 드라이어의 풍압은 280 내지 720 파스칼인, 기류 조절 장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 단상 영구 자석 브러시리스 모터의 정격 출력 전력은 50 내지 100 와트인, 기류 조절 장치.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 전원 단자는 외부의 교류 전원에 액세스하도록 구성되고, 상기 인버터의 입력 전압은 상기 전원 단자의 입력 전압보다 낮지 않은, 기류 조절 장치.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 회로 기판은 전원 단자와, 단상 권선에 교류를 제공하도록 구성된 인버터를 구비하고, 상기 기류 조절 장치는 진공 클리너이고, 상기 진공 클리너의 정격 출력 전력은 100W 미만인, 기류 조절 장치.
  7. 청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 위치 검출기 및 모터 드라이버는 상기 전원 단자와 상기 인버터 사이에 전기적으로 연결되어, 상기 단상 영구 자석 브러시리스 모터의 회전자의 자계 위치를 검출하고 상기 인버터에 대해 서로에 대해 기본적으로 반전되는 적어도 2개의 트리거 신호를 출력하도록 구성되는, 기류 조절 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 위치 검출기 및 모터 드라이버는 적어도 4개의 핀을 갖는 단일 홀 효과 컨트롤러 칩인, 기류 조절 장치.
  9. 청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원 단자에 의해 액세스되는 교류 공급 전압을 직류 전압으로 변환하도록 구성된 정류 및 필터 회로를 더 포함하고, 상기 인버터는 4개의 반도체 스위치를 포함하는 H-브리지 회로이며, 상기 4개의 반도체 스위치 중 적어도 하나는 MOSFET으로 약칭되는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 또는 IGBT로 약칭되는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터인, 기류 조절 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 스위치 드라이버가 상기 위치 검출기 및 모터 드라이버와 상기 인버터 사이에 전기적으로 연결되고, 상기 위치 검출기 및 모터 드라이버에 의해 출력된 트리거 신호를 증폭하고, MOSFET 또는 IGBT를 구동하기 위하여 증폭된 신호를 상기 인버터에 제공하도록 구성되는, 기류 조절 장치.
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