KR20120037923A - Constant-power brushless dc motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무변출력 무정류자 직류전동기(Brushless DC motor: 이하 'BLDC'라 칭함)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비여자(non-exciting)없이 n개의 상(相) 전 영역을 여자(exciting)시켜 최대 효율을 얻을 수 있도록 하면서도 광센서 뿐만 아니라 홀센서 및 리졸버의 사용이 가능하도록 한 무변출력 무정류자 직류전동기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brushless DC motor (hereinafter referred to as BLDC), and more particularly, to excite all n phase regions without non-exciting. The present invention relates to a constant-current output rectifier direct current motor that enables the use of hall sensors and resolvers as well as optical sensors.
또한 본 발명은 다수의 공극이 형성된 적층판 내부에 영구자석을 삽입 고정시켜 비자성 허브 상의 홀더에 조합하는 구조의 내부형 회전자 구조를 변경하여 적용함으로써, 모터의 효율을 최대로 높일 수 있도록 한 무변출력 무정류자 직류전동기에 관한 것이다.In addition, the present invention by changing and applying the internal rotor structure of the structure that is combined with the holder on the non-magnetic hub by inserting and fixing a permanent magnet inside the laminated plate formed with a plurality of voids, the maximum efficiency of the motor to maximize The present invention relates to an output non-commutator DC motor.
일반적으로, 종래의 직류 전동기는 브러쉬와 정류자가 마모되고, 파워(power)형 전동기의 경우 6,000rpm 이상의 고속회전이 불가능하며, 그 구조가 복잡함과 아울러 비용도 비싼 문제점이 있고, 교류 인버터 전동기(AC invertor motor)는 기동 토오크(start torque)가 약하고, 제어기의 비용이 고가이며, 무변 출력(constant-power)이 되지 않는 문제점이 있다.In general, a conventional DC motor has a problem that the brush and the commutator is worn, the power type motor can not rotate at a high speed of more than 6,000rpm, the structure is complicated, and the cost is expensive, and AC inverter motor (AC) Invertor motor has a problem that the start torque (weak torque) is weak, the controller is expensive, and the constant-power does not become constant.
그리고 자기저항 전동기(Reluctance motor)는 비용과 크기 및 무게 면에서 다른 전동기에 비하여 열악하고, 제어기의 비용도 고가이며, 무변 출력이 되지 않는 문제점이 있다.In addition, the magnetoresistance motor (Reluctance motor) is inferior to other motors in terms of cost, size and weight, the cost of the controller is also expensive, there is a problem that the unchanged output.
이와 같이, 종래의 직류 전동기는 비용과 제작에서 한계성이 있고, 제어기(controller)도 4 상한 제어(4 quadrant control)가 요구되므로 비용이 고가이며, 무변출력이 되지 않는 문제점이 있다. As described above, the conventional DC motor has limitations in cost and manufacturing, and a controller also requires four quadrant controls, which is expensive and does not have a constant power output.
반면, 무정류자 직류전동기(BLDC 전동기)는 종래의 브러시(Brush)를 부착한 직류 전동기와 같이 기계적인 접점을 가지지 않으므로 잡음이 발생되지 않고 수명도 길어지는 장점이 있기 때문에 산업용기기, 가전기기, 운송기기 등의 전동기로서 널리 사용되고 있다.On the other hand, the non-commutator DC motors (BLDC motors) do not have mechanical contacts like conventional brushed DC motors, so they do not generate noise and have a long service life. It is widely used as an electric motor for appliances.
본 출원인에 의해 개발된 대한민국 등록특허공보 제10-415493호(2004.01.06. 공개)에는 부하 변동시에도 출력을 안정시킬 수 있는 무변출력 무정류자 직류전동기가 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 10-415493 (published on Jan. 06, 2004) developed by the present applicant discloses a constant current output non-commutator DC motor capable of stabilizing output even under load fluctuations.
도 1은 본 출원인에 의해 개발된 무변출력 무정류자 직류전동기의 동작을 제어하기 위한 전체 구동회로의 블록도이고, 도 2는 5상 BLDC 전동기의 극성 제어 계통을 설명하기 위하여 예시한 회전자와 정류 엔코더 및 전원 스위칭부인 풀 H 브리지 회로도이며, 도 3a와 도 3b는 도 1의 무변출력 무정류자 직류전동기(BLDC)를 발췌하여 예시한 분해사시도와 조립 단면도이고, 도 4a와 도 4b 및 도 5a와 도 5b는 BLDC에 적용되는 회전자 구조로서, 적층판에 영구자석이 방사형으로 삽입된 내부형 회전자와 외부형 회전자, 적층판에 영구자석이 표면 매입형으로 삽입된 회전자의 예시도이다.1 is a block diagram of the entire drive circuit for controlling the operation of the variable-voltage unchanged rectifier DC motor developed by the present applicant, Figure 2 is a rotor and rectification illustrated to explain the polarity control system of a 5-phase BLDC motor Figure 3a and 3b is an exploded perspective view and an assembled cross-sectional view showing an example of the variable-voltage unchanged rectifier DC motor (BLDC) of Figure 1, the encoder and power switching unit, Figures 4a and 4b and 5a and Figure 5b is a rotor structure applied to the BLDC, the inner rotor and the outer rotor in which the permanent magnet is radially inserted into the laminated plate, an illustration of the rotor in which the permanent magnet is inserted into the surface plate embedded in the laminated plate.
BLDC 전동기 구동 시스템은, 직류(DC) 전원부(102)와, 전원 스위칭부(104)와, 구동부(106)와, 입력부(108)와, PWM 제어부(110)와, 속도 제어부(112)와, 극성 제어부(114)와, 무정류자 직류(BLDC) 전동기(120)로 구성된다.The BLDC motor drive system includes a direct current (DC)
직류 전원부(102)는 상용 교류전원을 정류하여 직류로 변환하여 사용하거나 배터리로 구현되어 전원 스위칭부(104)에 직류전원(V+,V-)을 제공하고, 전원 스위칭부(104)는 구동부(106)의 구동신호에 따라 전력반도체소자(스위칭소자)를 온/오프하여 직류전원부(102)의 전원을 BLDC 전동기(120)의 고정자 권선에 전달한다. 여기서, 전원 스위칭부(104)는 고정자 권선에 직류전원을 인가하기 위한 것이므로, 전동기의 종류(즉, 고정자 권선의 상수)에 따라 구성이 달라질 수 있다. 도 2에서는 고정자 권선을 5상으로 한 경우를 보여 준다. 그리고 하나의 상을 구동하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 스위칭소자(Q1~Q4)가 필요하며, 이들이 'H'자 형태로 연결되므로 'H브리지'라고 하고, 전원 스위칭부(104)는 다수의 H 브리지로 이루어진다. 스위칭 소자로는 트랜지스터, IGBT, MOSFET, FET 등이 널리 사용된다.The DC
입력부(108)는 조작자의 조작에 의해 전동기의 회전속도를 지령하는 지령신호를 제공하고, PWM제어부(110)는 입력부(108)의 지령값과 속도제어부(112)의 제어신호에 따라 전동기의 회전속도를 제어하기 위한 PWM신호를 발생한다.The
속도제어부(112)는 폐루프 제어시에 BLDC 전동기(120)로부터 제어 엔코더 신호를 입력받아 속도제어신호를 PWM 제어부(110)에 제공하고, 극성제어부(114)는 BLDC 전동기(120)로부터 광센서신호를 입력받아 구동부(106)에 제공하며, 구동부(106)는 극성제어부(114)의 광센서신호와 PWM제어부(110)의 PWM신호를 입력받아 전원 스위칭부(104)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 구동신호를 제공한다.The
BLDC 전동기(120)는 고정자의 상수와 회전자의 극수를 적용 대상의 요건에 따라 적절하게 조절하여 설계되며, 도 2에는 고정자가 5상이고, 회전자 극수는 6극(3개의 N극과 3개의 S극)으로 된 경우가 예시되어 있다. 이 전동기(120)는 2, 3, 4, 5, 6....n개 상의 다상형의 전동기로서, 여자되는 2, 3, 4, 5, ....a(< 1a≤n-1)개의 상과 여자되지 않는 2, 3, 4, 5, ....b(b=n-a)개 상으로 구성하여 1개의 상(相)씩 교번(交番)하여 기동, 회전하도록 구성되어 있다.
이러한 BLDC 전동기(120)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 고정자(125)와 회전자(126)로 된 전동기 본체(121)와, 회전자(126)와 동일 축(127)상에 연결되는 정류 엔코더(122), 및 제어 엔코더(123)로 이루어진다.As shown in FIGS. 3A and 3B, the
정류 엔코더(122)와 제어 엔코더(123)는 본체의 뒷면 브래킷 밖의 회전자의 축(shaft) 한쪽에 외부형으로 설치되어 회전자(126)와 함께 회전한다. 그리고 정류 엔코더(122)는 감지영역과 비감지영역을 갖는 원형판(502)과 광센서(PA1~PE2)가 설치된 센서판(sensor board:504)으로 구성되며, 센서판(504)은 어드밴스드 정류(advanced commutation)될 수 있는 위치로 조정되어, 브래킷의 원주상에 설치된다.The rectifying
제어 엔코더(123)는 환상판에 필요한 홈을 파서 광센서가 펄스를 방출할 수 있도록 구성되며, 홈의 크기와 분할 각도는 전동기의 속도제어나, 위치제어의 특성에 따라 적절히 조절된다. 참조번호 124는 본체 케이스이다.The
고정자(125)는 규소강판의 적층판에 권취용 슬롯(winding slot)이 형성되고, 이 슬롯에 고정자 권선이 권취된다. 5상의 각 권선은 독립적으로 병렬로 권취된다.The
회전자는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 영구자석으로 구성되거나 도면에는 예시되지 않았으나 전자석으로도 구성된다.The rotor is composed of permanent magnets as shown in FIGS. 4A and 4B or electromagnets although not illustrated in the figures.
도 4a는 6극형 영구자석 회전자가 내부형 회전자(17)로 구성된 예시도로서, 내부형 회전자(17)는 막대형(bar type) 영구자석(171)을 다수의 공극(172)이 형성된 규소강판의 적층판(173) 속에 삽입 고정시키고, 적층판은 비자성 허브(hub)의 더브 테일형(dove tail type) 홀더(holder)(174)에 조합하여 구성된다.4A illustrates an example in which a six-pole permanent magnet rotor includes an
도 4b는 6극형 영구자석 회전자가 외부형 회전자(27)로 구성된 예시도로서, 외부형 회전자(27)는 영구자석(271), 공극(272), 적층판(273), 홀더(274)로 이루어진다.4B is an exemplary view in which the six-pole permanent magnet rotor is composed of an
정류 엔코더(commutator encoder)(122)는 도 2에 도시된 바와 같이, 감지영역(506)과 비감지영역을 갖는 원형판(502)과 광센서들(PA1~PE2)이 부착된 센서판(504)으로 구성된다. 원형판(504)의 감지영역(오목하게 파인 부분:506)과 비감지영역(나머지 부분)은 고정자 상수와 회전자 극수 및 여자되는 상수에 따라 정해지는데, 원형판(504)은 회전자의 축(127)과 함께 회전하면서 감지영역(506)에서 광센서(photo sensor)를 온시켜 해당 고정자 권선이 여자되게 하고, 비감지영역에서는 해당 광센서를 오프시켜 해당 고정자 권선이 여자되지 못하도록 한다. 특히, 종래의 기술에서는 감지영역의 크기를 적절히 조절하여 n개의 상중에서 a개의 상만이 여자되게 구성하였다.As shown in FIG. 2, the
그리고 각 상은 2개의 광센서(PA1,PA2; PB1, PB2; ..; PE1, PE2)를 갖고 정류 엔코더(122)와 연계하여 작동할 수 있도록 구성된다. 한 상이 갖는 한 개의 광센서와 다른 한 개의 광센서는 회전자의 극(極)간격 각도 상에 격리하여 배치되고, 각 상의 각 광센서는 상의 간격 각도 상에 순서대로 배치된다. 이와 같이 n상일 경우 2n개의 광센서가 회전자의 위치를 감지하고, 광센서의 감지신호는 전원 스위칭부(switching stage)(104)에 전달되어 고정자 권선에 흐르는 전류의 방향과 간격(interval)을 지시하여 전동기를 기동하고 회전하게 한다.Each phase has two photosensors (PA1, PA2; PB1, PB2; ..; PE1, PE2) and is configured to operate in conjunction with the
한편, 전원 스위칭부(104)는 5개의 풀 H 브리지 (full H bridge)로 구성되어 정류 엔코더(122)의 광센서신호에 따라 해당 스위칭 소자(Q1~Q20)를 온/오프한다.On the other hand, the
도 2를 참조하면, A상의 H브리지는 PA1 광센서신호에 의해 온/오프되는 스위칭소자(Q1,Q4)와 PA2 광센서신호에 의해 온/오프되는 스위칭소자(Q2,Q3)로 이루어지고, 그 사이에는 A상의 고정자 권선이 연결된다. B상의 H브리지는 PB1 광센서신호에 의해 온/오프되는 스위칭소자(Q5,Q8)와 PB2 광센서신호에 의해 온/오프되는 스위칭소자(Q6,Q7)로 이루어지고, 그 사이에는 B상의 고정자 권선이 연결되며, 동일한 방식으로 C상 내지 E상의 H브리지가 연결된다.Referring to FIG. 2, the H bridge on A is a switching element (Q 1 , Q 4 ) turned on / off by a PA1 photosensor signal and a switching element (Q 2 , Q 3 ) turned on / off by a PA2 photosensor signal. The stator windings of phase A are connected therebetween. The H bridge on B is composed of switching elements Q 5 and Q 8 turned on and off by the PB1 photosensor signal and switching elements Q 6 and Q 7 turned on and off by the PB2 photosensor signal. The stator windings of phase B are connected, and the H bridges of phases C to E are connected in the same manner.
그리고 정류 엔코더의 센서판(504)에는 A상에 대응하는 한쌍의 광센서 PA1과 PA2가 소정의 방식으로 정해진 간격을 두고 설치되고, B상에 대응하는 한쌍의 광센서 PB1과 PB2가 PA1과 PA2에 이어 설치되며, 동일한 방식으로 광센서 PC1, PD1, PE1, .. PC2, PD2, PE2가 연결된다. 이 때, 한쌍의 광센서는 회전자의 극을 감지하기 위한 것으로서, PA1이 회전자의 N극을 감지할 때 PA2는 회전자의 S극을 감지하도록 배치되고, 동일한 방식으로 광센서들이 배치되어 한쌍의 광센서가 동시에 온되는 경우가 발생되지 않도록 한다. 특히 종래 기술에서는 n개의 상 중에서 여자되는 상수를 n-1 이하로 하고, 어드밴스드 정류를 위해 광센서의 위치를 적절히 조절하여 성능이 개선될 수 있도록 하였다.In the
도 2에서는 5상 중에서 3상이 여자되는 경우가 예시되어 있다. 즉, PA1과 PE1으로 순차 배열된 N극을 감지하는 광센서 중에서 PA1, PB1, PC1 광센서가 감지영역에서 온되어 A상 H브리지의 스위칭소자(Q1,Q4), B상 H브리지의 스위칭소자(Q5,Q8), C상 H브리지의 스위칭 소자(Q9,Q12)를 온시키고 나머지 스위칭 소자는 오프되어 있다. 따라서, A상 내지 C상의 고정자 권선에는 화살표 방향으로 전류가 흐르게(즉, 여자) 된다.In FIG. 2, the case where three phases are excited among five phases is illustrated. That is, among the optical sensors that detect the N poles sequentially arranged as PA1 and PE1, the PA1, PB1, and PC1 optical sensors are turned on in the sensing region, so that the switching elements (Q 1 , Q 4 ) of the A-phase H bridge and the B-phase H bridge The switching elements Q 5 and Q 8 and the switching elements Q 9 and Q 12 of the C-phase H bridge are turned on and the remaining switching elements are turned off. Thus, current flows (ie, excitation) in the stator windings of phases A to C in the direction of the arrow.
다른 한편, 상기의 정류 엔코더(122)를 구현함에 있어서 감지영역(506) 즉, 발광을 인식하는 부분에 위치하는 광센서의 수는 회전자의 극수/2에 의해 결정된다. 그리고 감지영역의 간격(축의 각)은 다음의 수학식 1에 의해 결정된다.On the other hand, in implementing the above-mentioned
수학식 1Equation 1
감지영역의 간격(°) = (360°×여자하고자 하는 상수)/(회전자의 극수×전동기의 상수),Spacing of sensing area (°) = (360 ° × constant to be excited) / (number of poles of rotor × constant of motor),
따라서, 예시된 5상 6극 전동기에서는 3상만 여자되는 전동기를 구성하므로 감지영역의 축의 각은 36°이다.Therefore, in the illustrated five-phase six-pole motor, only three phases of the electric motor are configured, so the angle of the axis of the sensing area is 36 °.
도 2에서 한 상이 여자되는 예를 들면, 한 상의 하프 H 브리지 스위칭소자(Q₁과 Q₄)에 연결된 광센서(PA1)와 한 상의 다른 하프 H 브리지 스위칭소자(Q₂와 Q₃)에 연결된 광센서(PA2)는 각각 다른 극의 같은 위치에 설치된다. 따라서, 회로에 통전이 되면 한상의 광센서(PA1)는 감지영역 안에 위치하고 있으므로 정(+) 펄스를 송출하게 되고, 이에 따라 H 브리지의 Q₁과 Q₄를 온(on)하게 되어 고정자 권선이 통전되어 Q₁과 Q₄가 루프(loop)시킨 해당 고정자 권선이 여자(exciting)된다.For example, in FIG. 2, when one phase is excited, the optical sensor PA1 connected to the half H bridge switching elements Q₁ and Q₄ of one phase and the optical sensor PA2 connected to the other half H bridge switching elements Q2 and Q₃ of one phase ) Are installed in the same position on each other pole. Therefore, when the circuit is energized, the light sensor PA1 of the phase is located in the sensing area, so it transmits a positive (+) pulse, thereby turning on the Q₁ and Q₄ of the H bridge and energizing the stator winding. The corresponding stator winding, looped by Q₁ and Q₄, is excited.
한편, 회전자(126)가 회전을 하는 동안, 하프 H 브리지 Q₁과 Q₄의 온(on)되는 간격은 정류 엔코더(122)의 감지영역의 폭과 같게 된다. 즉, Q₁과 Q₄의 하프 H 브리지의 여자되는 간격은 축각도 36°이다. 다음 축각도 24°(60°?36°) 동안은 광센서(PA1) 및 광센서(PA2)도 비감지 영역 상에 있게 되어 한 상의 H 브리지의 Q₁,Q₄,Q₂,Q₃는 모두 오프(off) 상태에 있게 된다. 다음에 광센서(PA2)가 광센서(PA1)와 같이 정류 엔코더(122)의 회전에 따라 Q₂, Q₃를 온(on)하게 되어 한 상은 독립적으로 회전자(126)를 기동 회전하도록 통전된다.On the other hand, while the
도 2의 센서판 상에 광센서의 설치간격(°)은 다음 수학식 2에 의해 결정된다.The installation interval (°) of the optical sensor on the sensor plate of Figure 2 is determined by the following equation (2).
수학식 2Equation 2
각 센서의 간격(°)=360°/(회전자의 극수×전동기의 상수)Spacing (°) of each sensor = 360 ° / (number of poles of rotor x constant of motor)
따라서, 도 2의 광센서는 10개이고, 설치간격은 12°이다. 각 상의 두 광센서의 간격은 360。/회전자의 극수이다. 따라서, 광센서(PA1)과 광센서(PA2)의 간격은 60°이다.Therefore, there are ten optical sensors in FIG. 2 and the installation interval is 12 °. The distance between the two optical sensors in each phase is 360 ° / number of poles of the rotor. Therefore, the interval between the optical sensor PA1 and the optical sensor PA2 is 60 degrees.
도 2에 도시된 5상 6극 전동기에서 3상은 항상 여자되고, 2상은 항상 비여자 상태가 된다. 따라서, 각 상의 여자되는 간격(전기 각)은 다음 수학식 3에 의하여 결정된다.In the five-phase six-pole motor shown in FIG. 2, the three phases are always excited, and the two phases are always in the non-excitation state. Therefore, the interval (electric angle) of each phase to be excited is determined by the following equation.
수학식 3Equation 3
여자되는 전기각(°) = 180°×(여자되는 상의 수/전동기의 상의 수)Electric angle to be excited (°) = 180 ° × (number of phases to be excited / number of motors to be excited)
그리고 각 상의 비여자되는 간격(전기 각)은 다음 수학식 4에 의하여 결정된다.And the interval of the non-excited each phase (electric angle) is determined by the following equation (4).
수학식 4Equation 4
비여자되는 전기각(°) = 180°×(비여자되는 상의 수/전동기의 상의 수)Unexcited Electrical Angle (°) = 180 ° × (Number of phases to be excited / number of motors)
따라서, 도 2의 각 상의 여자되는 전기 각은 108°이고, 비여자되는 전기 각은 72°이다.Thus, the electrical angle that is excited in each phase of FIG. 2 is 108 ° and the electrical angle that is not excited is 72 °.
도 6은 5상 6극 전동기의 각 광센서의 송출펄스와, 전류의 입력방향과 토오크의 간격과 윤곽이 예시되어 있다. 정류 엔코더(122)의 감지영역의 간격에 따라 각 광센서가 송출하는 펄스와 같은 간격의 전류가 코일에 통전되고, 토오크가 생성된다. 따라서, 부분 구형파(partial wave)의 전류가 입력되고, 구형 토오크의 파워가 출력된다. 따라서, 도 6에서 5상 6극 전동기가 3상은 항상 여자되어 있으며, 2상은 항상 비여자 상태인 것을 알 수 있다. 따라서, 토오크의 합계는 직선 토오크 스킴(scheme)이 된다.Fig. 6 illustrates the output pulses of the respective optical sensors of the five-phase six-pole motor, the input direction of the current and the spacing and the contour of the torque. According to the interval of the sensing region of the rectifying
도 2와 도 6의 도시에서 알 수 있는 바와 같이, 다상 다극의 전동기를 몇 상이 항상 여자되게 할 것인가의 설계는 정류 엔코더의 감지영역의 간격을 얼마로 할 것인가에 의하여 결정되는 것을 알 수 있다.2 and 6, it can be seen that the design of how many phases the motor of the multiphase multipole is always excited is determined by how much the distance between the sensing regions of the rectifying encoder is set.
따라서, BLDC 전동기는 극 변경 영역(pole changing area)에서 발생하는 모든 문제를 해결하고, 또한 고속회전이 원활히 되기 위해서는 어드밴스드 정류(Advanced Commutation)가 필요하여 다상 중 하나의 상 이상의 비여자상이 존재하도록 고안된 것이다. 여기서, 전동기가 전기에너지를 기계에너지로 전환하는 과정에서 고정자의 코일에 통전하여 여자되어서 액티브(active) 자속이 기자력(magnetic motive force)을 발생시키는 타이밍과 고속 회전하는 회전자의 패시브(passive) 자속이 작용되는 타이밍은 액티브 자속이 패시브 자속보다 지연되기 마련이다. 따라서, 이 타이밍을 맞게 하기 위하여 어드밴스드 정류가 필요하게 된다.Therefore, BLDC motors are designed to solve all the problems occurring in the pole changing area and also require advanced commutation in order to facilitate high-speed rotation, so that the non-excitation phase of one or more of the polyphases is present. will be. Here, in a process in which the electric motor converts electrical energy into mechanical energy, energizing and energizing the coil of the stator, the active magnetic flux generates magnetic motive force and the passive magnetic flux of the rotating rotor at high speed. The timing of this action tends to cause the active magnetic flux to be delayed than the passive magnetic flux. Therefore, advanced rectification is required to meet this timing.
그러나, 상기와 같은 종래의 본 출원인에 의한 특허 기술에 의하면, n개의 상(相) 중에서 a(1<a≤n-1)개의 상이 여자되도록 a개의 광센서가 감지할 수 있게 감지영역의 간격을 결정할 수 있도록 하는 제어방법이 사용되므로, 직류 전동기 제어시 전체 n개의 상 중에서 반드시 한 개의 상(1<a)은 비여자 상태로 남아 있게 되므로, 모터의 효율을 저하시키게 되는 등의 문제점이 있었다. However, according to the conventional patent application by the present applicant as described above, the interval of the detection area so that a photosensor can detect so that a (1 <a ≤ n-1) of the n phases is excited Since a control method for determining the power consumption is used, one phase (1 <a) of the total n phases during the control of the DC motor remains in the non-excited state, thereby reducing the efficiency of the motor. .
따라서 본 발명은 본 출원인에 의해 개발된 상기 무변출력 무정류자 직류 전동기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 직류 전동기 제어시 n개의 상 전 영역에서 a개(1≤a≤n)의 상을 여자시키는 a개의 센서가 설치될 수 있도록 정류 엔코더의 감지영역의 간격을 결정함으로써 비여자(non-exciting)되는 상이 없이 n개의 상(相) 전 영역을 모두 여자(exciting)시켜 전동기 효율을 최대로 높일 수 있도록 하면서도 광센서 뿐만 아니라 홀센서 및 리졸버의 사용이 가능하도록 한 무변출력 무정류자 직류전동기를 제공하고자 하는 것이다.Therefore, the present invention has been made to solve the problem of the variable-voltage unchanged rectifier DC motor developed by the present applicant, the technical problem to be solved by the present invention is a (n) Excitation of all n phase regions without non-exciting phases by determining the distance between the detection areas of the rectifying encoders so that a sensor that excites 1≤a≤n) can be installed. It aims to provide a variable-voltage, no-commutator DC motor that enables the use of Hall sensors and resolvers as well as optical sensors while maximizing motor efficiency by exciting.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 다수의 공극이 형성된 규소강판의 적층판 내부에 영구자석을 매입시켜 고정하고 비자성 허브의 홀더에 조합하는 구조로 회전자 구조를 변경함으로써, 표면 자석형과 매입자석형에 따라 제어방법을 구분할 수 있도록 하여, 토크와 회전비의 상관 관계에 따른 파라미터에 따라 직류전동의 회전자에 대한 영구자석 부착 구조를 광범위하게 적용할 수 있게 하는 무변출력 무정류자 직류전동기를 제공하고자 하는 것이다.In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to insert and fix the permanent magnet in the laminated plate of the silicon steel sheet formed with a plurality of voids and to change the rotor structure to the structure of the combination of the non-magnetic hub, the surface magnet type and The control method can be distinguished according to the buyer's stone type, and the variable-voltage outputless commutator DC motor can be applied to a wide range of permanent magnet attachment structures to the rotor of DC motors according to the parameters according to the correlation between torque and rotation ratio. It is to provide.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, n개의 다상으로 구성되며, 각 상에 대응하는 권선이 n개의 각 풀 H 브리지에 연결되어 각 극별로 독립적으로 병렬 권선된 고정자와; 여자 영역에 자속이 집중되도록 필요한 극수로 구성되며, 중앙에 회전축이 위치하고 상기 권선의 여자(exciting)에 의해 상기 고정자에 대하여 회전하는 회전자와; 감지영역과 비감지영역을 갖는 원형판과 2n개의 센서가 설치되는 센서판으로 구성되어 상기 회전자의 축의 한 끝에 취부되는 정류 엔코더와; 2n개의 센서로 구성되며, 상기 고정자에 대한 회전자의 위상을 감지하여 상기 n개의 풀 H 브리지에 대한 각 하프 H 브리지의 스위칭소자 온/오프를 위한 센서신호를 발생하는 센서부를 구비하는 직류 전동기에 있어서, 상기 정류 엔코더는, n개의 상(相) 중에서 a(1≤a≤n)개의 상이 여자되도록 a개의 센서가 감지할 수 있게 감지영역의 간격을 구성하되, n개의 상(相)중 몇 개의 상을 여자할 것인가는 상기 감지영역의 간격에 따라 결정되며, 감지영역의 간격(축 각도)은 다음 수학식 1에 의하여 결정하고, 원형판 상에 형성되는 감지영역의 수는 회전자의 극수/2에 의해 결정하며, 상기 센서판 상의 각 센서의 설치 간격은 다음 수학식 2에 의해 결정하여, n개의 상 전 영역을 한 개라도 비여자되는 상이 없이 모두 여자시킬 수 있도록 정류 엔코더의 감지영역의 간격이 결정되는 특징의 무변출력 무정류자 직류전동기이며, 수학식1 및 수학식 2는 하기와 같다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a stator composed of n multi-phase, the winding corresponding to each phase is connected to each of the n full H bridge and independently winding in parallel for each pole; A rotor having a number of poles necessary to concentrate the magnetic flux in the excitation region, the rotating shaft being positioned at the center thereof and rotating with respect to the stator by excitation of the winding; A rectifying encoder comprising a circular plate having a sensing area and a non-sensing area, and a sensor plate on which 2n sensors are mounted, and mounted on one end of the shaft of the rotor; A DC motor comprising a sensor unit for sensing a phase of a rotor for the stator and generating a sensor signal for switching on / off switching elements of each half H bridge for the n full H bridges. The rectifier encoder is configured to configure a sensing area interval so that a sensor can sense a (1≤a≤n) phase among n phases, but a few of the n phases Whether to excite two images is determined according to the interval of the sensing region, the interval (axial angle) of the sensing region is determined by the following equation, and the number of sensing regions formed on the circular plate is the pole number / It is determined by 2, and the installation interval of each sensor on the sensor plate is determined by the following Equation 2, so as to excite all n phase regions without any non-excited phase.The non-modulated output of the non-commutator DC motor characterized in that price is determined, equal to the expressions (1) and equation (2).
(수학식 1)(1)
감지영역의 간격(°) = (360°×여자하고자 하는 상수)/(회전자의 극수×전동기의 상수)Spacing of sensing area (°) = (360 ° × constant to be excited) / (number of poles of rotor × constant of motor)
(수학식 2)(Equation 2)
각 광센서의 간격(°)=360°/(회전자의 극수×전동기의 상수)Spacing of each optical sensor (°) = 360 ° / (number of poles of the rotor x constant of the motor)
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 회전자는 다수의 공극이 형성된 규소강판의 적층판 내부에 다수 개의 영구자석을 원주면의 내부로 연속되게 매입하여 형성하고, 상기 적층판은 비자성 허브의 더브 테일 홀더에 조합되어 축과 일체로 회전될 수 있도록 구성되는 특징의 무변출력 무정류자 직류전동기이다.According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, the rotor is formed by continuously embedding a plurality of permanent magnets in the interior of the circumferential surface of the laminated plate of the silicon steel sheet formed with a plurality of voids, Combination of the non-magnetic hub's dovetail holder is a non-changing output non-commutator DC motor characterized by being configured to rotate integrally with the shaft.
본 발명에 의하면, 무변출력 무정류자 직류 전동기의 제어시 비여자(non-exciting)되는 상이 없이 n개의 상(相) 전 영역을 모두 여자(exciting)시킬 수 있게 되므로, 전동기 효율을 최대로 높일 수 있게 되는 이점이 있다. According to the present invention, all the phases of the n phases can be excited without controlling the non-exciting phase of the constant-current output rectifier DC motor, so that the efficiency of the motor can be maximized. There is an advantage to this.
또한 본 발명에 의하면, 무변출력 무정류자 직류 전동기의 제어시 고정자에 대한 회전자의 위상을 광센서 뿐만 아니라 홀센서 및 리졸버 등을 사용하여 감지할 수 있게 되므로, 센서의 사용 한계를 확장 적용할 수 있게 되는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to detect the phase of the rotor with respect to the stator in the control of the constant-current output rectifier DC motor by using not only an optical sensor but also a hall sensor and a resolver. There is an advantage to this.
또한 본 발명에 의하면, 규소강판의 적층판 내부에 영구자석을 매입시켜 회전자를 형성함으로써, 표면 자석형과 매입 자석형에 따라 직류 전동기를 구분하여 제어할 수 있게 되며, 아울러 토크와 회전비의 상관 관계에 따른 파라미터에 따라 직류 전동기의 회전자에 대한 영구자석 부착 구조를 광범위하게 적용할 수 있게 하는 등의 이점이 있다.In addition, according to the present invention, by embedding the permanent magnet in the laminated plate of the silicon steel sheet to form a rotor, it is possible to control the DC motor according to the surface magnet type and embedded magnet type, and to control the correlation between the torque and the rotation ratio According to the parameter according to the there is an advantage such as to be able to apply a wide range of permanent magnet attachment structure to the rotor of the DC motor.
즉, 본 발명은 광센서뿐만아니라 홀센서,리졸버등을 추가하였으며, 이는 다음과 같은 매우중요한 요소로 작용한다.That is, the present invention added not only an optical sensor but also a hall sensor, a resolver, etc., which acts as a very important factor as follows.
첫째, 극 변경점에서 스위칭소자를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 점(기계각 제어),First, the switching point of the switching element at the pole change point (mechanical angle control),
둘째, 스위칭소자가 회전자 자속의 최대값 70%까지 턴-온되도록 구동(전기각 제어)된다는 점,Secondly, the switching element is driven (electric angle control) to turn on to a maximum value of 70% of the rotor flux;
세째, 극 감지소자를 광센서 포함하여 홀센서나 리졸버를 채택한 점Third, Hall sensor or resolver is adopted, including optical sensor
넷째, 극 감지영역까지 전기적인 제어와 기계적인 제어를 동기 시킨다는 점에서 센서의 종류를 제한하는 종래 기술에서 벗어나 다양한 센서가 가능하다는 점을 보여준다.Fourth, it shows that a variety of sensors are possible away from the prior art of limiting the type of sensor in terms of synchronizing electrical control and mechanical control up to the pole sensing area.
도 1은 일반적인 무변출력 무정류자 직류전동기의 동작을 제어하기 위한 전체 구동회로의 블록도이다.
도 2는 도 1의 BLDC 직류 전동기의 극성 제어 계통을 설명하기 위하여 예시한 회전자와 정류 엔코더 및 그 전원 스위칭부인 풀 H 브리지의 회로 예시도이다.
도 3a와 도 3b는 도 1의 무변출력 무정류자 직류전동기(BLDC)를 발췌하여 예시한 분해사시도와 조립 단면도이다.
도 4a와 도 4b는 BLDC에 적용되는 회전자 구조로서, 적층판에 영구자석이 방사형으로 삽입된 내부형 회전자와 외부형 회전자의 예시도이다.
도 5a와 도 5b는 BLDC에 적용되는 또 다른 회전자 구조로서, 적층판에 영구자석이 표면 매입형으로 삽입된 회전자의 예시도이다.
도 6은 종래 5상 6극 BLDC 전동기에서 3상이 여자되는 경우, 출력되는 토오크의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 의한 무변출력 무정류자 5상 직류 전동기의 극성 제어 계통을 설명하기 위하여 예시한 회전자와 정류 엔코더 및 그 풀 H 브리지의 회로 예시도이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명에 의한 무변출력 무정류자 5상 직류 전동기의 회전자 구조의 예시도이다.FIG. 1 is a block diagram of an entire driving circuit for controlling the operation of a general non-variable output DC motor.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a rotor, a rectifier encoder, and a full H bridge, which is a power switching unit thereof, for explaining the polarity control system of the BLDC DC motor of FIG. 1.
3A and 3B are an exploded perspective view and an assembled sectional view illustrating an example of the variable-voltage unchanged rectifier DC motor (BLDC) of FIG. 1.
4A and 4B are exemplified diagrams of an internal rotor and an external rotor in which a permanent magnet is radially inserted into a laminate as a rotor structure applied to a BLDC.
5A and 5B illustrate another rotor structure applied to a BLDC, in which a permanent magnet is inserted into a laminate in a surface-embedded form.
6 is a schematic diagram of torque output when three phases are excited in a conventional five-phase six-pole BLDC motor.
7 is a circuit diagram illustrating a rotor, a rectifier encoder, and a full H bridge exemplified for explaining the polarity control system of the variable-voltage unchanged rectifier five-phase DC motor according to the present invention.
8A to 8E are exemplary diagrams of the rotor structure of the variable-voltage unchanged rectifier five-phase DC motor according to the present invention.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the embodiments described below are not intended to limit the scope of the present invention but merely presented by way of example, and various modifications may be made without departing from the technical spirit of the present invention.
도 7은 본 발명에 의한 무변출력 무정류자 직류전동기의 극성 제어 계통을 설명하기 위하여 예시한 회전자와 정류 엔코더 및 그 풀 H 브리지 회로의 예시도로서, 본 발명에 의한 무변출력 무정류자 직류 전동기에서는 n개의 상(相) 중에서 a(1≤a≤n)개의 상이 여자되도록, 정류 엔코더(600)의 감지영역(606)의 간격을 설정하여, 상기 감지영역에 a개의 센서를 취부시켜 형성한다. 이 정류 엔코더(600)에서 n개의 상(相)중 몇 개의 상을 여자할 것인가는 상기 감지영역의 간격에 따라 결정되며, 감지영역의 간격(축 각도)은 다음 수학식 1에 의하여 결정된다. 7 is a diagram illustrating a rotor, a rectifier encoder, and a full H bridge circuit exemplified for explaining the polarity control system of a constant current output rectifier DC motor according to the present invention. The interval of the
(수학식 1)(1)
감지영역의 간격(°) = (360°×여자하고자 하는 상수)/(회전자의 극수×전동기의 상수)Spacing of sensing area (°) = (360 ° × constant to be excited) / (number of poles of rotor × constant of motor)
또한 상기 정류 엔코더(600)의 원형판(602) 상에 형성되는 감지영역의 수는 회전자의 극수/2에 의해 결정하며, 상기 센서판(604) 상의 각 센서의 설치 간격은 다음 수학식 2에 의해 결정한다.In addition, the number of sensing regions formed on the
(수학식 2)(Equation 2)
각 센서의 간격(°)=360°/(회전자의 극수×전동기의 상수)Spacing (°) of each sensor = 360 ° / (number of poles of rotor x constant of motor)
이로써, 본 발명에 의해 형성되는 정류 엔코더(600)는 한 개의 비여자되는 상 없이 n개의 상 전 영역을 모두 여자시킬 수 있도록 감지영역(606)의 간격이 결정될 수 있게 된다.As a result, in the rectifying
이와 같은 정류 엔코더(600)는 도 7에 도시된 바와 같이, 감지영역(606)과 비감지영역을 갖는 원형판(602)과 광센서들(PA1~PE2:)이 부착된 센서판(604)으로 구성된다. 이러한 광센서들은 반도체 센서인 홀센서나 리졸버 중의 어느 하나로도 구성될 수 있으며, 이하의 설명에서는 광센서가 부착된 경우를 예시하여 설명하기로 한다.As shown in FIG. 7, the rectifying
원형판(602)의 감지영역(606:오목하게 파인 부분)과 비감지영역(나머지 부분)은 고정자 상수와 회전자 극수 및 여자되는 상수에 따라 정해지는데, 원형판(602)은 회전자의 축과 함께 회전하면서 감지영역(606)에서 광센서를 온시켜 해당 고정자 권선이 여자되게 하고, 비감지영역에서는 해당 광센서를 오프시켜 해당 고정자 권선이 여자되지 못하도록 한다. 특히, 본 발명에서는 감지영역(606)의 크기를 적절히 조절하여 n개의 상 중에서 a개(1≤a≤n)의 상이 여자되게 구성한다.The sensing area (606: concave) and the non-sensing area (rest) of the
그리고 각 상은 2개의 광센서(PA1,PA2; PB1, PB2; ..; PE1, PE2)를 갖고 정류 엔코더(600)와 연계하여 작동할 수 있도록 구성된다. 한 상이 갖는 한 개의 광센서와 다른 한 개의 광센서는 회전자의 극(極)간격 각도 상에 격리하여 배치되고, 각 상의 각 광센서는 상의 간격 각도 상에 순서대로 배치된다. 이와 같이 n상일 경우 2n개의 광센서가 회전자의 위치를 감지하고, 광센서의 감지신호는 전원 스위칭부에 전달되어 고정자 권선에 흐르는 전류의 방향과 간격(interval)을 지시하여 전동기를 기동하고 회전하게 한다.Each phase has two optical sensors (PA1, PA2; PB1, PB2; ..; PE1, PE2) and is configured to operate in conjunction with the rectifier encoder (600). One optical sensor of one phase and the other optical sensor are arranged in isolation on the pole spacing angle of the rotor, and each optical sensor of each phase is arranged in sequence on the gap angle of the phase. In the case of n-phase, 2n optical sensors sense the position of the rotor, and the detection signal of the optical sensor is transmitted to the power switch to indicate the direction and interval of the current flowing through the stator winding to start and rotate the motor. Let's do it.
도 7을 참조하면, A상의 풀 H 브리지는 PA1 광센서신호에 의해 온/오프되는 스위칭소자(Q1,Q4)와 PA2 광센서신호에 의해 온/오프되는 스위칭소자(Q2,Q3)로 이루어지고, 그 사이에는 A상의 고정자 권선이 연결된다. 동일한 방식으로 B상 내지 E상의 풀 H 브리지가 연결된다.7, the full H-bridge of the A phase is switched to be on / off by the PA1 photosensor signal elements (Q 1, Q 4) and PA2 switching elements to be on / off by the light sensor signal (Q 2, Q 3 The stator windings of phase A are connected between them. In the same way, the full H bridges of phases B to E are connected.
그리고 정류 엔코더(600)의 센서판(604)에는 A상에 대응하는 한쌍의 광센서 PA1과 PA2가 소정의 방식으로 정해진 간격을 두고 설치되고, B상에 대응하는 한쌍의 광센서 PB1과 PB2가 PA1과 PA2에 이어 설치되며, 동일한 방식으로 광센서 PC1, PD1, PE1, .. PC2, PD2, PE2가 연결된다. 이 때, 한쌍의 광센서는 회전자의 극을 감지하기 위한 것으로서, PA1이 회전자의 N극을 감지할 때 PA2는 회전자의 S극을 감지하도록 배치되고, 동일한 방식으로 광센서들이 배치되어 한쌍의 광센서가 동시에 온되는 경우가 발생되지 않도록 한다. 특히 본 발명에서는 n개의 상 중에서 여자되는 a 개의 상의 수를 1부터 n이하로 하고, 어드밴스드 정류를 위해 광센서의 위치를 적절히 조절함으로써 모터 효율을 최대로 높일 수 있게 한다.In the
도 7에서는 5상 중에서 5상이 여자되도록 센서가 취부된 경우가 예시되어 있다. 즉, PA1과 PE1으로 순차 배열된 N극을 감지하는 광센서 중에서 PA1, PB1, PC1, PD1, PE1 광센서가 감지영역(606)에서 온되어 A상 풀 H 브리지의 스위칭소자(Q1,Q4), B상 풀 H 브리지의 스위칭소자(Q5,Q8), C상 풀 H 브리지의 스위칭 소자(Q9,Q12), D상 풀 H 브리지의 스위칭 소자(Q13,Q16), E상 풀 H 브리지의 스위칭 소자(Q17,Q20)를 온시키고 나머지 스위칭 소자는 오프되어 있다. 따라서, A상 내지 E상의 고정자 권선에는 화살표 방향으로 전류가 흐르게(즉, 여자) 된다.
In FIG. 7, a case in which a sensor is mounted such that five phases are excited among five phases is illustrated. That is, among the optical sensors that detect the N poles sequentially arranged as PA1 and PE1, the PA1, PB1, PC1, PD1, and PE1 optical sensors are turned on in the
도 8a 내지 도 8e는 본 발명에 의한 무변출력 무정류자 직류 전동기에 적용 가능한 영구자석 매입형 회전자의 구조를 예시한 단면도로서, 영구자석 매입형 회전자(300)는, 다수의 공극이 형성된 규소강판의 적층판(301)과, 적층판의 내부로 매입되는 영구자석으로 구성되며, 상기 적층판(301)은 비자성 허브의 더브 테일 홀더에 조합되어 축과 일체로 회전될 수 있도록 구성된다.8A to 8E are cross-sectional views illustrating a structure of a permanent magnet embedded rotor applicable to a variable output non-commutator DC motor according to the present invention. The permanent magnet embedded
이를 부연 설명하면, 원형으로 이루어지며, 다수의 공극이 형성된 규소강판의 적층판(301)에 홈을 파서 영구자석을 매입하되, 상기 영구자석의 형태를 여러 형태, 즉, 도 8a 내지 8e의 형태로 매입을 하는 것이다. 그럼에 의해 적층판(301)과 영구자석은 접착되어, 서로 연속되게 연결되어 있다.To explain this in detail, it is made in a circular shape, and a permanent magnet is purchased by digging a groove in the
상기 적층판(301)의 내부에 매입되는 영구자석은, 도 8a 내지 도 8e에 도시된 바와 같이, 서로 마주보는 적어도 한 쌍의 대응면이 곡면으로 이루어진 영구자석(302a), 또는 한 면이 곡면으로 이루어지고 그 곡면을 마주보는 다른 한 면이 평면으로 이루어진 영구자석(302b), 또는 마주보는 두 대응면이 모두 평면으로 이루어지며 한 쌍의 대응면이 다른 나머지 한 쌍의 대응면보다 길게 이루어진 평판형 영구자석(302c) 중의 어느 하나로 이루어진다.As shown in FIGS. 8A to 8E, the permanent magnets embedded in the
이와 같이 한 쌍의 대응면이 곡면으로 이루어진 영구자석(302a)은 도 8a에 도시된 바와 같이 그 곡면이 상기 적층판(301)의 원주면과 평행하게 배치되도록 하여 연속되게 매입된다. As described above, the
이를 부연설명하면, 원호의 형태를 가지는 영구자석(302a)(즉, 원호형 영구자석) 들을 적층판(301)에 매입하되, 적층판(301)에서, 원호의 형태를 가지는 영구자석(302a)(즉, 원호형 영구자석) 들이 원을 형성하도록 매입하며, 이렇게 영구자석(302a)에 의해 형성된 원의 중심점은, 적층판(301)이 이루는 원의 중심과 같이 함에 의해, 영구자석(302a)에 의해 형성된 원과, 적층판(301)이 이루는 원이 평행하게 된다.In detail, the
또한 한 쌍의 대응면이 곡면으로 이루어진 영구자석(302a)은 도 8b에 도시된 바와 같이 그 곡면이 적층판(301)의 원주면과 교차되게 배치되도록 하여 연속되게 매입되며, 이 경우에는 적어도 두 개 이상의 영구자석(302a)을 겹치게 배치하여 상기 적층판(301)의 반경 방향으로 중첩되게 매입될 수도 있다. 도 8b에는 3개의 영구자석(302a)이 겹쳐 배치된 경우가 예시되어 있다.In addition, the
또한 한 면이 곡면으로 이루어지고 그 곡면을 마주보는 다른 한 면이 평면으로 이루어진 영구자석(302b)은 도 8c에 도시된 바와 같이, 그 곡면이 상기 적층판(301)의 원주면과 평행하게 배치되도록 하여 연속되게 매입된다.In addition, the
또한 마주보는 두 대응면이 모두 평면으로 이루어지며 한 쌍의 대응면이 다른 나머지 한 쌍의 대응면보다 길게 이루어진 평판형 영구자석(302c)은 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 적층판(301)의 원주면의 내부로 연속되게 매입되며, 또는 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 매입된 평판형 영구자석과 적층판의 원주면 사이에 위치되도록 또 다른 다수 개의 평판형 영구자석을 방사상으로 매입하여 형성한다.In addition, both of the mating surfaces facing each other are formed in a plane and a pair of mating surfaces are longer than the other pairs of pairs of plate-shaped
이상의 본 발명에 의하면, n개의 상(相) 중에서 a(1≤a≤n)개의 상이 여자되도록 a개의 광센서가 감지할 수 있는 감지영역의 간격을 결정하게 되므로, n개의 상 전 영역에서 한 개의 상이라도 비여자되는 상 없이 모든 상에 대한 여자가 가능하게 되어 극변경점의 최대 변곡점에서 제어가 이루어질 수 있게 되며, 따라서 출력밀도를 증가시켜 고효율 모터 구현이 가능하게 된다.According to the present invention, since the distance between the detection areas that can be sensed by the a light sensor is determined so that a (1≤a≤n) of the n phases is excited, it is possible It is possible to excite all the phases without the phases that are not excited even if the three phases can be controlled at the maximum inflection point of the pole change point, thus increasing the power density to implement a high efficiency motor.
또한 본 발명에 의하면, n개의 상 전 영역을 커버할 수 있으면서 광센서 뿐 아니라 홀센서, 리졸버 등의 사용이 가능하게 되어 센서 적용 범위를 확장할 수 있게 되며, 아울러 막대형(bar type) 영구자석 뿐만 아니라 평판형이나 기와형 등의 다양한 형태의 영구자석을 다수의 공극이 형성된 규소강판의 적층판속에 삽입 고정시킬 수 있게 되므로, 더브 테일형(dove tail type) 홀더에 조합되는 내부형 회전자의 구조(Spoke type)를 확대하여 적용할 수 있게 되는 등의 이점이 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to cover the n phase of the entire area, as well as the use of optical sensors as well as hall sensors, resolvers, etc. can be extended to the sensor application range, and bar type permanent magnet In addition, since the permanent magnets of various types such as flat type and tile type can be inserted and fixed in the laminated sheet of silicon steel sheet having a large number of voids, the internal rotor structure is combined with a dove tail type holder. (Spoke type) has an advantage such that it can be extended to apply.
300 : 영구자석 매입형 회전자 301 : 적층판
302a,302b,302c : 영구자석 600 : 정류 엔코더
602 : 원형판 604 : 센서판
606 : 감지영역300: permanent magnet embedded rotor 301: laminated plate
302a, 302b, 302c: permanent magnet 600: commutation encoder
602: circular plate 604: sensor plate
606: detection area
Claims (10)
상기 정류 엔코더는, n개의 상(相) 중에서 a(1≤a≤n)개의 상이 여자되도록 a개의 센서가 감지할 수 있게 감지영역의 간격을 구성하되,
n개의 상(相)중 몇 개의 상을 여자할 것인가는 상기 감지영역의 간격에 따라 결정되며, 감지영역의 간격(축 각도)은 다음 수학식 1에 의하여 결정하고,
원형판 상에 형성되는 감지영역의 수는 회전자의 극수/2에 의해 결정하며,
상기 센서판 상의 각 센서의 설치 간격은 다음 수학식 2에 의해 결정하여,
n개의 상 전 영역을 한 개라도 비여자되는 상이 없이 모두 여자시킬 수 있도록 정류 엔코더의 감지영역의 간격이 결정되는 것을 특징으로 하는 무변 출력 무정류자 직류전동기.
(수학식 1)
감지영역의 간격(°) = (360°×여자하고자 하는 상수)/(회전자의 극수×전동기의 상수),
(수학식 2)
각 센서의 간격(°)=360°/(회전자의 극수×전동기의 상수)a stator composed of n polyphases, the winding corresponding to each phase being connected to each of n full H bridges, and having a parallel winding independently for each pole; A rotor having a number of poles necessary to concentrate the magnetic flux in the excitation region, the rotating shaft being positioned at the center thereof and rotating with respect to the stator by excitation of the plurality of winding coils; A rectifying encoder comprising a circular plate having a sensing area and a non-sensing area, and a sensor plate on which 2n sensors are mounted, and mounted on one end of the shaft of the rotor; Comprising 2n sensors, the direct current motor having a sensor unit for detecting the phase of the rotor for the stator to generate a sensor signal for switching on / off the switching elements of each half H bridge for the n full H bridge ,
The rectifier encoder is configured to configure the interval of the detection area so that a sensor can be detected so that a (1≤a≤n) phase of n phases,
How many phases of the n phases is to be excited is determined according to the interval of the sensing region, and the interval (axis angle) of the sensing region is determined by the following Equation 1,
The number of sensing areas formed on the circular plate is determined by the number of poles / 2 of the rotor,
The installation interval of each sensor on the sensor plate is determined by the following equation (2),
A constant-power output rectifier DC motor, characterized in that the interval of the detection area of the rectifier encoder is determined so that all of the n phase areas can be excited without any phase that is not excited.
(Equation 1)
Spacing of sensing area (°) = (360 ° × constant to be excited) / (number of poles of rotor × constant of motor),
(2)
Spacing (°) of each sensor = 360 ° / (number of poles of rotor x constant of motor)
다수의 공극이 형성된 규소강판의 적층판 내부에 다수 개의 영구자석을 매입하여 형성하고, 상기 적층판은 비자성 허브의 더브 테일 홀더에 조합되어 축과 일체로 회전될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무변출력 무정류자 직류전동기.The method of claim 1, wherein the rotor,
A permanent output is formed by embedding a plurality of permanent magnets in a laminated plate of a silicon steel sheet having a plurality of voids formed therein, and the laminated plate is configured to be combined with a dovetail holder of a non-magnetic hub so as to be rotated integrally with an axis. Rectifier DC motors.
상기 적층판 내부에, 서로 마주보는 적어도 한 쌍의 대응면이 곡면으로 이루어진 영구자석을 매입하여 형성한 것을 특징으로 하는 무변출력 무정류자 직류전동기.The method of claim 2, wherein the rotor,
At least one pair of mating surfaces facing each other inside the laminated plate is formed by embedding a permanent magnet made of a curved surface, characterized in that the variable-output non-commutator DC motor.
영구자석의 상기 곡면이 원호를 이루며, 상기 원호는 상기 적층판의 원주면과 평행하게 배치되도록 영구자석을 매입하여 형성한 것을 특징으로 하는 무변출력 무정류자 직류전동기.The method of claim 3, wherein the rotor,
The curved surface of the permanent magnet is an arc, the arc is a constant-output non-commutator DC motor, characterized in that formed by embedding the permanent magnet so as to be disposed parallel to the circumferential surface of the laminate.
영구자석의 상기 곡면이 적층판의 원주면과 교차되게 배치되도록 영구자석을 매입하여 형성한 것을 특징으로 하는 무변출력 무정류자 직류전동기.The method of claim 3, wherein the rotor,
And a permanent magnet formed by embedding the permanent magnet such that the curved surface of the permanent magnet intersects the circumferential surface of the laminate.
다수 개의 영구자석을 상기 적층판의 반경 방향으로 중첩되게 매입하여 형성한 것을 특징으로 하는 무변출력 무정류자 직류전동기.The method of claim 5, wherein the rotor,
A constant-voltage output non-commutator DC motor, characterized in that formed by embedding a plurality of permanent magnets overlapping in the radial direction of the laminate.
상기 적층판 내부에, 한 면이 곡면으로 이루어지고 그 곡면을 마주보는 다른 한 면이 평면으로 이루어진 영구자석을 매입하여 형성한 것을 특징으로 하는 무변출력 무정류자 직류전동기.The method of claim 2, wherein the rotor,
In the laminated plate, one side is made of a curved surface, the other side facing the curved surface is formed by embedding a permanent magnet made of a permanent magnet, characterized in that the non-output rectifier DC motor.
상기 적층판 내부에, 평판형 영구자석을 매입하여 형성한 것을 특징으로 하는 무변출력 무정류자 직류전동기.The method of claim 2, wherein the rotor,
A constant current output rectifier DC motor, characterized in that formed by embedding a plate-shaped permanent magnet in the laminated plate.
상기 적층판 내부에, 다수 개의 평판평 영구자석을 원주면의 내부로 연속되게 매입하고, 상기 매입된 평판형 영구자석과 적층판의 원주면 사이에 위치되도록 또 다른 다수 개의 평판형 영구자석을 방사상으로 매입하여 형성한 것을 특징으로 하는 무변출력 무정류자 직류전동기.The method of claim 8, wherein the rotor,
Inside the laminate, a plurality of flat plate permanent magnets are continuously embedded into the circumferential surface, and another plate plate permanent magnet is radially embedded so as to be located between the embedded plate permanent magnet and the circumferential surface of the laminate. A constant current output rectifier DC motor, characterized in that formed by.
홀센서, 광센서, 리졸버 중의 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 무변출력 무정류자 직류전동기.
The sensor unit according to any one of claims 1 to 9, wherein
Non-changing output rectifier DC motor, characterized in that any one of the Hall sensor, optical sensor, resolver.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
KR1020120031465A KR20120037923A (en) | 2012-03-28 | 2012-03-28 | Constant-power brushless dc motor |
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KR1020080127343A Division KR20100068848A (en) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Constant-power brushless dc motor |
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KR20120037923A true KR20120037923A (en) | 2012-04-20 |
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ID=46138902
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KR1020120031465A KR20120037923A (en) | 2012-03-28 | 2012-03-28 | Constant-power brushless dc motor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190007546A (en) * | 2017-07-12 | 2019-01-23 | 전자부품연구원 | Position detecting device according to power mode and motor device using the same |
-
2012
- 2012-03-28 KR KR1020120031465A patent/KR20120037923A/en not_active Application Discontinuation
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