KR910007563Y1

KR910007563Y1 - 브러시레스 모터의 구동회로

Info

Publication number: KR910007563Y1
Application number: KR2019890011720U
Authority: KR
Inventors: 이즈미 고마쯔
Original assignee: 가부시기가이샤 신교세이기세이사꾸쇼; 야마다 로꾸이찌
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1989-08-08
Publication date: 1991-09-27
Also published as: JPH0750880Y2; JPH0249397U; US5041774A; KR900007576U

Abstract

내용 없음.

Description

브러시레스 모터의 구동회로

제1도에서 제8도는 본 고안의 실시예로서, 제1도는 브러시레스모터의 구동회로도.

제2도는 개선된 제어회로의 출력파형도.

제3도 및 제4도는 브러시레스 모터의 구동회로도의 변형회로도.

제5도는 본 고안의 브러시레스 모터의 구동회로가 조립되어 넣어진 코어부착 원주대향 브러시레스 모터의 요부단면 측면도.

제6도는 코어권선조와 기판의 평면도.

제7도는 기판의 평면도.

제8도는 기판의 저면도.

제9도에서 제11도는 종래예로서, 제9도는 브러시레스 모터의 구동회로도.

제10도는 제어회로의 출력파형도.

제11도는 코어부착 원주대향 브러시레스 모터의 주요부 단면측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 로터마그네트 H, Hu, Hv, Hw : 홀소자

Lu, Lv, Lw : 구동코일 Tr1-Tr6 : 구동트랜지스터

A₀: 제어회로 A₂: 전류귀환증폭기

C₀: 콘덴서

본 고안은 브러시레스 모터의 구동회로의 개량에 관한 것이다.

종래의 브러시레스 모터의 구동회로는 제9도에 도시한 바와같은 스위칭 구동회로가 이용되고 있다. 일반적으로 브러시레스 모터의 스위칭 구동회로에서는 다음과 같은 원인에 의하여 전기적 스위칭 노이즈가 발생하는 동시에 스위칭 노이즈에 의하여 코일이 진동하는 등 기계적 노이즈도 발생한다,.

(노이즈의 발생원인)

스위칭 신호에 의하여 구동트랜지스터(Tr1-Tr6)가 온ㆍ오프되고 코일(Lu-Lw)에 스위칭 신호와 동일한 구동전압이 걸린다. 코일에 전압을 인가하면 과도응답에 의하여 코일에 흐르는 전류(I)에는 스위칭 노이즈의 고주파성분이 실리게 된다. 또 모터의 회전에 의하여 코일에 역기전압이 발생하고 이 역기전압의 변화에 의하여 코일에 흐르는 전류에는 더 복잡한 노이즈의 고주파성분이 중첩된다.

코일에 흐르는 전류는 전류검출기(Rs)에 의하여 검출되지만 이 전류파형에는 위에 설명한 바와같은 많은 노이즈가 포함되어 있으므로, 전류귀환 증폭기(A₂)의 출력에도 상기 노이즈의 고주파성분이 중첩된다.

따라서 전류귀환 증폭기(A₂)의 출력신호에 의해 진폭이 변화되는 스위칭 신호(아날로그 신호)에도 노이즈의 고주파성분이 중첩하게 된다.

즉, 신호 합성증폭회로(SM)의 출력신호(상기 스위칭 신호)에는 코일에 발생한 고주파성분(노이즈)이 증폭되어 제10도에서와 같은 가는 톱니파형의 신호가 중첩하는 것으로 된다.

또, 코일에 흐르는 전류에 고주파성분(노이즈)이 중첩되면, 주변의 회로에 나쁜 영향을 미치게 되므로 이 노이즈를 제거하여야 한다.

그러므로 제9도에 도시한 구동회로에서는 구동코일(Lu, Lv, Lw)에 전해콘덴서(Ccu, Ccv, Ccw)와 저항(Ru, Rv, Rw)으로 되는 휠터를 접속하여 제어투프의 말단에서 노이즈를 제거하려고 하고 있으므로 다음 ① 내지 ③과 같은 결점이 있다.

① 모터의 고속회전시, 콘덴서에 큰 관통전류(1)가 흘러 콘덴서가 파괴되고 주파수 특성이 매우 나빠진다.

② 상기 이유 때문에 예를들면 2000rpm 이상의 고속으로 사용할 수 없다.

③ 또한 전해콘덴서가 사용되면 원가가 상승되고, 공간손실이 커진다.

제11도는 상기 브러시레스 모터의 구동회로가 실시된 브러시레스 모터이며, 로터요크(1)에 고정된 로터마그네트(2)의 착자를 홀소자(H)에 의하여 검출하여 로터의 위치를 검출하는 스위칭하고 있는 코어 부착 원주 대향 브러시레스 모터의 종래 예이다.

제11도에서는 페놀수지제회로기판(12)에 샤시철판(13)이 겹쳐서 있다. 홀소자(H)는 기판(12)에 설치한 구멍에 매설되며, 기판(12)의 이면에 납땜으로 고정되어 로터마그네트(2)에 인접되어 있다.

제11도의 종래예에는 다음의 결점이 있다.

홀소자(H)의 고정위치 및 높이가 불안정하며, 로터마그네트(2)의 갭을 크게 할 필요가 있으며, 코어부착 원주 대향모터의 홀소자에 의하여 행해지는 로터마그네트의 위치검출은 구조적으로 검출자속은 누설자속이며, 일반적으로 적은 자속량이므로 홀소자로부터 얻은 신호출력이 적어 불안정하였다.

따라서, 페놀수지 기판에 구멍을 뚫고, 그 구멍에 홀소자를 넣어 고정하는 공법은 고정위치 특히 높이의 분산이 크기 때문에 홀 출력에 적고 개개의 출력분산이 큰 결점이 있어 와우플러터 W/F 비가 악화하는 원인으로 되었다.

또 구조적으로 편평화에도 불리한 것이다.

본 고안은 상기 결점을 감안하여 구동코일의 통전 변환시의 전류의 급격한 변하에 의하여 발생하는 전기적 노이즈 및 기계적 노이즈의 감소를 가능하게 하는 동시에 대용량 전해 콘덴서를 폐지하여 원가면, 공간적인 면을 개량한 브러시레스 모터의 구동회로를 제안한 것이다.

본 고안은 로터마그네트의 자극을 검출하는 홀소자와 구동코일과 통전하는 구동트랜지스터와, 코일에 흐르는 전류를 검출한 전류검출신호와 모터의 회전속도를 표시한 속도신호를 입력하여 전류량을 제어하는 전류귀환증폭기와, 상기 홀소자의 출력신호와 전류귀환증폭기의 출력신호를 입력하여 구동트랜지스터를 구동 제어하는 제어회로를 구비한 브러시레스 모터의 구동회로에 있어서, 상기 전류 귀환증폭기의 출력단자에 콘덴서를 접속하여 이루어진 것이다.

이하 도시한 실시예에서 본 고안을 설명한다. 또한 종래에 제9도와 동일한 것은 동일 부호로 표시한다.

제1도에서 브러시레스 모터의 구동회로는 3상 120도 스위칭 통전방식으로 홀소자(Hu, Hv, Hw)와, 구동코일(Lu, lv, lw)과 통전하는 구동트랜지스터(Tr1-Tr6)와, 구동트랜지스터를 구동 제어하는 제어회로(Ao)와, 도시하지 않은 속도검출기의 출력전압(V_CTL)과 속도지령전압(V_REF)을 입력하는 차동증폭기(A₁)와 차동증폭기(A₁)에서의 모터 회전속도를 표시하는 속도신호와 구동코일에 흐르는 전류를 검출한 전류 검출신호를 입력하여 구동코일에 흐르는 전류량을 제어하는 전류귀환 증폭기(A₂)와 홀소자 증폭기(Au, Av, Aw)의 출력신호와 전류귀환 증폭기(A₂)의 출력신호를 입력하는 신호합성증폭회로(SW)와, 전류귀환 증폭기(A₂)의 출력단자에 접속된 콘덴서(Co)로 구성되어 있다.

구동코일(Lu, Lv, Lw)에 흐르는 전류는 전류검출용 저항(Rs)으로 검출되어 전류검출신호로 된다.

상기 브러시레스 모터의 구동회로가 코어부착 원주대향 모터에 실시될때 홀소자(Hu, Hv, Hw)는 제5도 내지 제7도 에서와 같이 로터마그네트(2)의 자극을 검출하도록 배치되어 있다.

상기 콘덴서(Co)의 용량은 모터에 의하여 적절치가 달라지나 0.1㎌-10㎌ 정도이다.

제1도의 제어회로(Ao)는 신호합성 증폭회로(SM)와 홀소자 증폭기(Au, Av, Aw)로 되지만, 홀소자 증폭기와 신호합성 증폭회로를 하나의 IC로 구성하여도 물론 좋다.

상기 구동코일(Lu, Lv, Lw)은 각각 U상 코일, V상 코일, W상 코일이다.

브러시레스 모터의 구동회로의 각 동작은 다음과 같다.

차동증폭기(A₁)는 속도검출기의 출력전압(V_CTL)과 속도지령전압(V_REF)을 비교하여 속도신호를 출력한다.

전류귀환증폭기(A₂)는 구동코일(Lu, Lv, Lw)에 흐르는 전류치를 검출하는 전류검출용 저항(Rs)의 출력(전압으로 출력된다.)인 전류 검출신호와 차동증폭기(A₁)의 출력(속도신호)을 비교 증폭하여 구동트랜지스터(Tr1-Tr6)에 의하여 구동코일에 흐르는 전류량을 속도에 따라 제어하고 있다.

즉, 전류귀환 증폭기(A₂)는 신호 합성증폭회로(SM)의 출력신호의 진폭을 결정하기 위한 신호(아날로그신호)를 출력하고 있다.

전류귀환 증폭기(A₂)의 출력은 제어회로(Ao)의 신호합성증폭회로(SM)에 입력되어 홀 신호와 전류귀환증폭기의 출력신호에 기하여 구동트랜지스터의 구동출력신호를 합성한다. 신호합성회로(SM)는 전류귀환증폭기(A₂)의 출력신호에 의하여 제어되어 출력신호의 진폭이 변화한다.

(신호합성증폭회로(SM)의 작동)

제1의 작동은 3개의 홀소자(Hu, Hv, Hw)에서의 홀소자 신호에 의하여 3상의 스위칭신호(U, V, W상)의 위상을 결정하고 있다.

(120도씩의 위상차를 가진 3상의 신호를 합성한다.)

제2의 작동은 회전속도에 따라 변화하는 전류귀환증폭기(A₂)의 출력신호(아날로그신호)를 증폭하는 증폭기를 가지고 있으며, 이 증폭기에 의하여 전류귀환증폭기의 출력신호에 따라 3상의 스위칭 신호의 진폭을 아날로그적으로 변화시켜 진폭을 결정하고 있다. 즉 전류귀환 증폭기의 출력의 진폭에 의하여 스위칭 신호의 진폭이 결정된다.

따라서 신호합성증폭회로(SM)의 출력신호(스위칭 신호)는 120씩도의 위상차를 가진 아날로그신호이다. 형상으로는 펄스상에 가깝다.

(콘덴서 (Co)의 역할)

콘덴서(Co)를 전류 귀환증폭기(A₂)의 출력단자에 접속하는 것에 의하여 코일에 흐르는 전류에 중첩되어 있는 고주파성분(노이즈)을 제거할 수 있으며 전류귀환증폭기의 출력에는 노이즈가 중첩되지 않으므로 신호합성증폭회로(SM)의 출력신호는 고주파성분이 제거되어 제2도에서와 같이 대끈한 파형(각이 둥글게된 파형)으로 된다.

신호합성증폭회로(SM)의 출력신호의 스위칭신호가 매끈한 파형으로 되면 구동코일에 의한 과도응답도 완만하게 되어 구동코일에 흐르는 전류가 고주파 성분(노이즈)은 극단적으로 감소한다.

따라서 콘덴서(Co)는 노이즈를 발생원에 가까운 부분에서 제거하고 있으므로 노이즈 제거효과가 크다.

또한, 제어회로(Ao)로서는 본 출원인이 선출원한 일본국 특개소 61-42288호 공보에 개시된 바와같은 소프트스위칭 신호를 출력하는 제어회로에 있어서도 본 고안은 유효한 것이다.

상기와 같이 브러시레스 모터의 구동회로가 구성되면, 전류 귀환증폭기(A₂)의 출력단자에 콘덴서(Co)를 접속하는 것으로, 구동코일(Lu, Lv, Lw)의 통전 변환시의 전류의 급격한 변화에 의하여 발생하는 기계적 노이즈를 감소시킬 수가 있다.

또 콘덴서(Co)에 의하여 종래의 코일통전 필터로서의 대용량의 전해 콘덴서와 저항이 필요없으며, 원가면, 공간적인 면에서 큰 장점이 발생한다.

그리고 2000rpm 이상의 고속회전에 대응 가능하게 된다. 또 구동코일(Lu, Lv, Lw)에 접속한 콘덴서(Cu, Cv, Cw)는 불필요하게 되든가 혹은 소용량(0.1-0.22㎌ 정도)의 칩형태의 콘덴서로도 되므로 회로공간 및 원가가 감소된다.

또 전해콘덴서를 사용하지 않기 때문에 회전자의 고속 회전시의 관통전류가 발생하지 않는다. 즉 저속회전에서 고속회전까지의 넓은 속도범위에서 기계적 노이즈, 전기적 노이즈의 감소를 가능하게 한다. 그리고 신호가 증폭되는 스위칭 신호의 전단계(증폭전)의 전류귀환증폭기(A₂)의 출력신호(아날로그신호)에 콘덴서를 넣어 노이즈를 제거하고 있으므로, 가장 효율이 좋은 필터로 된다.

그리고 코일에 흐르는 전류에 고주파성분(노이즈)이 중첩되지 않으므로 주변에 악영향을 미치지 않는다.

상기 전류귀환증폭기(A₂)의 출력단자에 접속된 콘덴서(Co)의 타단은 GND에 한하지 않는다.

제3도는 콘덴서(Co)의 타단이 +전원단자(Vcc)에 접속된 변형예이다. 제4도는 콘덴서(Co)의 타단에 안정된 전압단자, 예를들면 Vx에 접속된 변형에 있다.

다른 예로서 전류검출용 저항(Rs)에 병렬로 콘덴서를 넣는 방법도 있으나 속도신호(아날로그신호)의 영향이 제거되지 않고 본 고안보다 필터효과도 낮다.

제5도에서 제8도는 본 고안의 브러시레스 모터의 구동회로가 실시될 때 사용되는 로터요크(1)에 고정된 로터마그네트(2)의 착자를 홀소자(H)에 의하여 검출하여 로터의 위치검출을 하여 스위칭하는 코어부착 원주대향 브러시레스 모터이다.

홀 소자(H)는 철판위에 절연피막처리가 되어 동박(銅箔)으로 회로도전패턴(3)이 형성된 기판(4) 위에 고정되며, 홀소자 부착 위치는 제6도, 제7도에 도시한 바와 같이 인접하는 코어의 극마다에 홀소자를 설치하여 홀소자를 한곳에 집중적으로 배치하고 있다.

브러시레스 모터의 구조는 코어권선조(5)의 스테이이터코어(6)의 중심에 고정된 수지 또는 세라믹등의 절연성 코어홀더(7)의 면이 기판(4) 위에 놓이도록 배치되어 있다. 스테이터코어(6)의 위쪽에서 배어링홀더(8)가 스테이터코어(6)와 코어홀더(7)의 중심 관통공(6a), (7a)과 기판(4)의 관통공(4)에 삽입되어 스테이터코어(6)의 단부(6b)에 올려지며, 베어링홀더(8)는 스테이터코어(6)와 일체적으로 기판(4)에 나사(10)로 고정되어 스테이터코어(6)의 외주에 로터요크(1)의 로터마그네트(2)가 대향하도록 설치되어 회전축(11)에 베어링홀더(8)에 지지되어 구성되어 있다.

스테이터코어(6)에는 구동코일(L)이 감겨져 있다. 기판(4)위에는 제어회로의 IC가 고정되어 있다.

상기와 같이 홀소자(H)가 철판기판(4)위에 부착 고정되면, 기판(4)은 철판기판 요크로서의 역할을 하여 홀소자에서 검출되는 구동마그네트의 누설자속의 집자효과에 의하여 홀소자(H)로 들어가는 자속이 증가한다.

즉, 홀소자(H)의 출력을 높일수가 있는 동시에 철판기판을 사용하였기 때문에 홀소자 출력 개개의 출력분산이 적게 되어 와우 플러터가 개선되었다.

또 동일평면상에 다수의 홀소자를 부착하기 위하여 구동마그네트와 홀소자 사이의 갭이 일정하게 되며, 개개의 홀 출력이 안정되어 분산이 적게 되는 동시에 공법의 간략화가 달성된다.

그리고 상기 코어부착 원주대향 모터는 그 자기회로에 철판샤시를 필요로 하지 않기 때문에 홀소자 및 구동용 회로소자(IC)의 부착과 IC의 방열에 필요한 최소한 면적으로 구성할 수가 있으며, 철판 기판의 형상을 대폭적으로 소형화 할수 있다. 즉, 원가면과 공간적인 면의 장점이 큰 것이다.

다수의 홀소자를 사용하는 구동회로에 있어서, 개개의 홀소자를 한곳으로 집중 배치하는 것에 의하여 로터면의 진동등으로 발생하는 홀 소자출력 변동차/상간차를 적게 할 수 있으며, 각 구동코일에 안정된 통전을 할 수가 있다.

즉, 홀출력의 상간차가 적게되어 와우ㆍ플터 W/F 비의 성능이 향상된다.

그리고 또 홀소자 고정정확도의 향상 구조적인 편평화가 용이하게 가능한 것 등이다.

본 고안은 위에 설명한 바와같이 구성되었으므로, 구동코일의 통전 변환시의 전류의 급격한 변화에 의하여 발생하는 전기적 노이즈 및 기계적 노이즈를 감소시킬 수가 있다. 또 콘덴서에 의하여 종래의 코일통전 필터로서의 대용량의 전해콘덴서와 저항이 필요없으며, 원가면, 공간적인 면에서 큰 장점이 발생한다. 그리고 고속으로 대응 가능하게 된다. 따라서 조속회전에서 고속회전까지의 넓은 속도범위로 전기적 노이즈 및 기계적 노이즈의 감소를 가능하게 한다. 그리고 신호가 증폭된 스위칭신호의 전단계(증폭전)의 아날로그 신호에 콘덴서를 넣어 노이즈를 제거하고 있기 때문에 가장 효율이 좋은 필터로 된다. 또 코일에 흐르는 전류에 고주파성분(노이즈)이 중첩되지 않으므로 주변의 회로에 악영향을 미치지 않는 등 실용상 우수한 효과를 발휘하는 브러시레스 모터의 구동회로를 제공할 수가 있다.

Claims

로터마그네트의 자극을 검출하는 홀소자와, 구동코일에 통전하는 구동트랜지스터와, 상기 코일에 흐르는 전류를 검출한 전류검출신호와 모터의 회전속도를 표시한 속도신호를 입력하여 상기 전류량을 제어하는 전류귀환 증폭기와, 상기 홀소자의 출력신호와 전류귀환증폭기의 출력신호를 입력하여 구동트랜지스터를 구동제어하는 제어회로를 구비한 브러시레스 모터의 구동회로에 있어서, 상기 전류귀환증폭기의 출력단자에 콘덴서를 접속하여 되는 브러시레스 모터의 구동회로.