KR910001962B1

KR910001962B1 - 1개의 홀(hall)소자를 이용한 영구자석회전형 브러쉬리스(brushless)모터

Info

Publication number: KR910001962B1
Application number: KR1019880006450A
Authority: KR
Inventors: 조두만
Original assignee: 삼성전기 주식회사; 서주인
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1991-03-30
Also published as: KR890017848A

Abstract

내용 없음.

Description

1개의 홀(HALL)소자를 이용한 영구자석회전형 브러쉬리스(BRUSHLESS)모터

제1도는 본 고안의 DC브러쉬리스모터의 설명도.

제2도는 제 1도의 종단면도.

제3도, 제 4도는 본 고안의 동작상태의 설명도.

제5도 및 제 6도는 종래의 영구자석 회전형 전동기의 예시 설명도.

제7도의 (a)는 제 5도 및 제 6도의 좌측면도

(c)는 제5도 및 제6도의 종단면도.

(c)는 제5도 및 제6도의 우측면도.

본 발명은 주자극과 회전자사이의 공극을 원주방향으로 변화시켜 불균등하게 형성시키고 보조극과 회전자사이의 공극을 회전자 사이의 공극의 최소칫수 보다 크게 형성시켜 1개의 홀(HALL) 소자에 의해 모터을 회전시킬 수 있게한 DC브러쉬모터에 관한 것이다.

홀모터나 트랜지터모터라는 브러쉬모터의 종래의 예를 제 5도 제 7도를 예로서 설명한다.

제 5도는 로터(ROTOR) 내전형이며(100)이 고정자의 첨심(101)이 영구자석으로된 회전자로서, 고정자철심(100)은 전기자 코일(l₁)(l₂)(l₃)(l₄)을 본유하고 있는 주극(102)(103)(104)(105)을 서로 일정거리를 이격시켜 배치하고 각각의 주극(102)(103)(104)(ID5)사이의 중간위치에 전기자 코일을 설치하지 않은 보조극(106)(107)(108)(109)을 배치한 형태이다. 또한 전기자코일은 주극(102)의 코일(l₁)과 주극(104)의 코일(l₃)가 일체로 되어있고 주극(103)의 코일(l₂)와 주극(105)의 코일(l₄)가 일체로 되도록 각각 접속되어 있다. 여기서 코일(l₁)(l₃)에 전류를 흘리면 주극(102)(104)가 N극(또는 S극)으로 자화됨과 동시에 주곽(103)(105) 및 보조극(102)(103)(104)(105)가 S극(또는 N각)으로 자화되도록되어 있다.

회전자(101)는 S극 및 N극으로 자화된 부분과 착자되지 않은 0극부분을 원주방향으로 가지고 있는 영구자석으로 형성되어있으며 이 0극부분의 존재에 의해 기동토오크(TORQUE)를 발생시킨다.

제6도는 로터(ROTOR) 외전형으로서 고정자(110)는 전기자 코일(l₅)(l₆)(l₇)(l₈)이 설치된 주극(111) (112)(113)(114)과 코일이 설치않된 보조극(115)(116)(117)(118)이 원주방향으로 동일 각도씩 이격되어 있으며 전기자코일(l₅~l₈)은 제 5도의 경우와 동일한 원리에 의해서 전류인가가 이루어진다.

회전자(119)는 제7도의(a)(c)(c)에 나타난것 처럼 동일직경을 가지는 두개의 원통형 마그네트로서 조합되어 있으며(120)은 축방향길이가 비교적 긴 주자석이고(121)은 축방향 길이가 비교적 짧은 보조자석이다.

이 경우 주회전자(120)는 제7도의(a)와 같이 고정자(110)와 동일극수인 4극으로 착자시키고 보조자석(121)은 제7도의 (c)와 같이 주자석(119) 착자극수의 2배인 8극으로 착자시키고 제7도의(c)와 같이 주자석(120) 보조자석(121)를 결합시킨다. 이렇게 함으로서 회전자가 정지하였을 경우 보조자석(121)에 의한 토오크 발생분포는 주자석(120)의 자극에 의한 토오크발생발생분포의 2배 주파수로 되고, 그것의 합성토오크 분포는 제5도의 경우에 있어서의 0극이 존재하는 경우와 동일하다. 즉 보조자석(121) 자극이 있으므로서 기동토오크가 발생하는 것이다.

이상 기술한 종래의 제품은 각각 다음과 같은 결점이 있다. 먼저 제5도와 같은 로터 내전형은 회전자가 0극을 가지고 있기 때문에 0극이 없는 동일 수준의 회전자에 비하여 자석이용율이 저하되고 소형전동기의 효율을 저하시키는 결점이 있다.

다음 제6도와 같은 로터외전형은 회전자를 2종류의 서로다른 자극배열을 가진자석을 조합시켜 형성해야하고 자극의 주변을 서로 접착시켜야 하므로 제조공수가 증대하여 제품의 원가가 증가되는 결점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 결점을 개선하기 위하여 안출한 것으로서 주자극과 회전자사이의 공극을 원주방향으로 변화시켜 불균등하게 형성시키고 보조극과 회전자 사이의 공극을 최소칫수보다 크게 형성하여 1개의 홀소자에 의하여 모터를 회전시킬 수 있게한 것으로서 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도 및 제2도는 본 발명의 로터 외전형의 4극모터로서 (1)은 고정자이고, (2)은 회전자이다. 이 회전자(2)는 자극 N,S가 원주방향으로 착자된 원통형마그네트(3)자석외부에 부착되어 자로를 형성시켜주는 로터요크(4)로 되어있다.

고정자(1)는 각각 전기자코일(l₁₎(l₂)(l₃)(l₄)을 가지고 원주방향으로 동일각도 만큼이격되어 배치되어있는 주자극(5)(6)(7)(8)과 코일이 없는, 주자극사이에 형성된 보조극(9)(10)(11)(12)을 일체화한 상태로 구성 되어있다. 전기자코일(l_1~l₄)을 주자극(5)은 코일(l₁)과 주자극(7)의 코일(l₃)가 서로 연결되어 있으며 주자극(6)은 코일(l₂)과 주자극(8)의 코일(l₄)이 서로 연결되어 있다. 그러므로 코일(l₁)(l₃)에 여자전류를 흘리면 주자극(5)(7)의 공극측단면이 N극(또는 S극)으로 자화됨과 동시에 이 주자극(5)(7)에 연결된 다른 주자극(6)(8) 및 모든 보조극(9)(10)(11)(12)가 S극(또는 N극)으로 자화되고, 또는 코일(l₂)(l₄)에 여자전류를 흘르면 주자극(6)(8)에 N극(또는 S극)으로 자화되게 끔 구성되어 있다. 따라서 각주자 극 예를 들어 주자극(6)과 회전자(2)사이의 공극 G₁은 자극의 극호부 a₁~a₂사이는 최소공극 G₁₈로서 균등칫수로되어 있고 극호부 a₂~a₃는 외경을 서서히 변화시켜 최소공극부분인 G_1a로서 균등 칫수로되어 있고 극호부 a₂~a₃는 외경을 서서히 변화시켜 최소공극부분인 G_1a보다도 원주방향으로 공극을 점차적으로 크게한 불균형 공극부분 G_1b가 된다.

또한 각보조극 예를 들어 보조극(9)와 회전자(2)사이의 공극 G₂는 그 공극 칫수를 주자극의 최소공극 부분인 G_1잿보다크게 하고 불균등 공극 G_1b의 최대공극에 가깝게 조정한다.

이 모터는 정지시의 회전자(2)의 위치를 검출하여 각각의 검출위치에 대응하는 전기자코일(l₁∼l₄)에 전류를 흘리도록 지령하는 회전자 위치신호가 필요하다.

(13)은 이러한 위치검출신호를 만드는 회전자 위치 검출소자로서 홀소자(13)를 이용한다. 상기의 홀소자(13)는 1개의 보조극(9)의 중앙위치에 설치하여 각각 자극에 대응하는 신호를 이용하여 전기자코일(l₁∼l₄)에 전류인가 신호를 발생한다.

본예에서는 홀소자(3)가 회전자(2)의 극을 검출했을 경우는 전기자코일(l₂)(l₃)에 전류를 흘려서 주자극(5)(7)을 N극으로 자화시키고 홀소자(3)가 S극을 검출하였을 경우는 전기기자코일(l₂)(l₄)에 전류를 흘려서 주자극(6)(8)을 N극으로 자화하게끔 구성되어 있다.

그 다음 본 발명의 모터의 동작을 설명하면 먼저 치전자(2)와 고정자(1) 사이의 공극이 제3도 및 제4도에 나타난것처럼 균등했을 경우부터 설명한다. 이 경우 전기자코일(l₂∼l₄)이 무통전 상태일때 회전자(2)는 제3도 및 제4도에 표현된 것처럼 자극의 경계면 b가 고정자(1)의 철심개구부 4a 또는 4b의 중앙위치에 왔을때 회전자(2)의 공극부 자기저항이 평형되어 최소로 되기Eoansdp 안정한 정지점이 되어버린다.

먼저 회전자(2)가 제3도와 같이 정지하여 출소자(13)가 회전자(2)의 N극을 검출하였을 경우 전기자코일(l₁)(l₃)가 통전되어 주자극(5)(7)이 N극으로 자화되고 주자극(6)(8) 및 보조극(9)(10)(11)(12)이 S극으로 자화된다. 따라서 보조극(9)(11)의 S극과 회전자(2)의 N극사이에 흡인력이 발생하여 시계방향으호 회전기동력을 발생시킨다. 이 경우 다른극은 반발력이 작용하여 회전을 보조한다. 따라서 약 90° 회전하여 출소자(13)가 S극을 검출하면 전기자코일(l₂)(l₄)에 통전되커 주자극(6)(8)이 N극으로 자화되고 다른 주자극(5)(7) 및 보조극(9)(10)(11)(12)는 모두 S극으로 자화되여 보조극(10)(12)의 S극이 회전자(2)의 N극을 흡입하여 회전자(2)의 N극을 회전자(2)의 회전이 지속되게 한다.

그러나 회전자(2)가 제4도와 같은 위치에서 정지하면 모터를 회전시키기 위하여 전원을 투입하였을 경우 홀소자(13)는 S극을 검출하기 때문에 전기자코일(l₂)(l₄)에 통권되어 주자극(6)(8)이 N극으로 자화되고 다른 주자극(5)(7)과 보조극(9)(10)(11)(12)은 모두 S극으로 자화된다.

이 경우 회전자(2)의 주자극과 고정자(1)의 주자극은 원주방향의 흡인력이 회전토오조보다 커지므로 회전자(2)가 기동되지 않게된다 따라서 본 발면에서는 회전자(2)가 제4도와같은 기동불가능 위치에 있어서 고정자(1)과 회전자(2)치 사이에 공극G₁, G₂를 불균등하게 만들다 준 것이다.

이와 같이 공극을 만들어 주면 전기자괸일(l₁∼1₄)가 무통전 상태일때 회전자(2)는 제1도와 같이 자계 경계가 고정자(1)의 철심개구부 4a의 중앙위치에 있을때 회전자 공극부 자기저항이 최소로 되므로 무통 전시에 회전자(2)의 자극 경계부 b는 항상 4a의 중앙부분에 위치하게 되며 제4도와같은 위치에서는 공극부자기저하잉 불평형되어 평형이 도기위한 코깅토오크가 발생되고 다시 제3도의 위치에 놓이게 된다.

제3도의 위치에서는 상술한 바와 같이 항상 호전이 지속되는 것이다.

Claims

주자극(5)(6)(7)(8)과 회전자(2)사이의 공급 G₁을 원주방샹으로 변화시켜 불균등하게 형성함과 동시에 공극 G₂를 공극 G₁의 최소칫수보다도 크게 형성시켜, 1개의 홀소자에 의해 모터를 회전시킬 수 있게 함을 특징으로 한느 DC브러쉬모터.