KR910002245B1

KR910002245B1 - 브러쉬리스 코어리스 dc 모터

Info

Publication number: KR910002245B1
Application number: KR1019880009610A
Authority: KR
Inventors: 조두만
Original assignee: 삼성전기 주식회사; 서주인
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1991-04-08
Also published as: JPH02223366A; DE3924524A1; US4973869A; KR900002512A

Abstract

내용 없음.

Description

브러쉬리스 코어리스 DC 모터

제1도는 종래의 브러쉬리스 코어리스 DC 모터에 있어서 코깅토크를 발생시키는 방법의 일 실시예시도.

제2도는 종래의 또다른 실시예시도.

제3도는 제2도 회전자의 정지위치상태에서의 자속분포 참고도.

제4도는 제2도 회전자의 사점부근에서의 코깅토크에 의한 자속분포 참고도.

제5도는 종래의 이상적인 합성토크 곡선도.

제6도는 본 발명에 의한 디스크형 브러쉬리스 커어리스 DC 모터의 일 실시예의 단면도.

제7도는 제6도에서 고정자측 케이스를 나타내는 일실시예의 사시도.

제8도는 본 발명에 의한 고정자측 스크류삽입홀의 설치위치를 나타내는 참고도.

제9도는 본 발명에 의한 회전자의 합성토크 곡선도.

제l0도는 본 발명에 의한 기동전압 및 토크 특성 그래프. '

* 도면의 주요부분에 대한 설명

11 : 스크류 13 : 지주

14 : 의치검출소자 16 : 전기자코일

24 : 계자자석 Q1-Q4 , P1-P4 : 스크류위치점.

본 발명은 N.S의 자극이 교호로 배치되는 회전자와, 이 회전자의 계자자석에 면대향하여 1개이상의 공심형전기자코일이 기판상에 배치되어지며, 1개의 위치검출소자를 포함한 고정자와의 관련구성으로 되는 디스크형 브러쉬리스 코어리스 DC 모터에 관련된 것으로서, 좀 더 상세히는 이러한 디스크형 브러쉬리스 코어리스 DC 모터에서 전기자코일이 부착되어지는 회로기판과 고정자 케이싱 부재와의 조립을 위한 스크류로서 코깅력을 발생시켜 사점제거를 가능하게 하는 브러쉬리스 코어리스 DC 모터에 관한 것이다.

DC 모터의 구성을 경박단소화 하려는 경향이 증가되어짐에 따라 DC 모터를 구성하는 회전자 및 고정자측의 불필요한 부속 및 부재를 축약시키려는 노력이 진행되어 왔다. 이러한 과정에서 브러쉬리스 코어리스둥의 DC 모터가 출현되어 왔고, 특히 이러한 DC 모터에 있어서 그 회전시에 전기자코일에 의한 코일토크 특성상 회전자의 회전토크가 0가되는 사점(死.点)이 존재하므로 이러한 사점을 제거하면서 그 구조를 간단히하려는 형태가 제1도 및 제2도와 같이 알러져 왔다.

일예로 제1도에서는 회전자요크(41)에 계자자석(42)을 부착한 회전자와 상기 계자자석(42)에 면대향하여 고정자요크(45)상에 전기자코일(43)을 배치시킨 고정자 및 위치검출소자가 포함된 관련구성으로 되고, 상기고정자요크(45)는 상기 사점제거를 위간 특별한 톱날 형태의 구조를 취하고 있었다.

또, 제2도에서는 제1도의 톱날형 고정자요크 대신 전기자코일(43)내의 코깅토크발생용 철봉(46)을 설치시킨 형태로 되어 있다. 상기 제2도와 같은 구성에 있어서는 회전자측 계자자석(42)이 철봉(46)과의 관계에서, 정지된 위치에서 작용하는 자속분포상태를 제3도에서 나타내고 있고, 사점부근에서의 자속분포상태를 제4도에서 나타내고 있다. ·

한편, 브러쉬리스 코어리스 DC 모터의 전기자코일 부착용 기판이면에 코깅발생용 자성체를 여러형태로 설치하여 상기한 DC 모터에서의 사점을 제거하려는 방법이 일본국 공개실용신안공보 소 제 61-192674호, 제 61-192676호, 제 62-2367호에 제안된 바 있다.

여기에서는 회전자의 코깅토크 발생위치를 4극 계자 자석을 가지는 회전자에서는 22.5에서 발생되게 하고 6극 계자자석을 가지는 회전자에서는 15°에서 발생되게 하고 8극계자자석을 가지는 회전자에서는 11.5°에서 발생되게 하고 있다. 즉 자극폭의 1/4지점에 코깅토크가 발생되게 하고 있다. 따라서, 회전자의 계자자석을 4극으로 착자한 경우의 합성 회전토크 곡선 (a)은 제5도와 같이 나타나게 된다. 상기 제5도의 합성곡선 특성은 이상적인 상태를 나타낸 것이며, 여기에서 (b)는 전기자코일에 의한 토크 곡선이고 (c)는 코깅토크 곡선을 나타낸다.

그러나, 상기와 같은 선행기술에서 제1도와 같은 기술은 회전자측의 계자자석(42)과 면대향하는 고정자요크(45)에 사점제거를 위한 특별한 톱날모양의 구조를 형성시키므로서 그 제작상의 어려움이 뒤따르고, 또 고정자요크(45) 상면측에 전기자코일(43)을 배치고정할때 코일피복이 벗겨지는 등의 불량율이 상승하게 되므로 바람직한 것이 못되었다.

또, 제2도예의 경우에는 공심상의 전기자코일(43)내측에 특별한 구조의 철봉(46)등을 배치고정하므로서 이로인한 제작상의 불리함이 증가되므로 그 역시 바람직하지 못한 것이었다.

이외에도 상기한 일본국 공개실용신안공보 소 제 61-192674호, 제 61-192676호, 제 62-2367호에 소개된 기술의 경우에는, 회로기판이면에 배치되어지는 별단의 고정자요크를 특수하게 절개하여 이루어지는 것이므로, 이 또한 별도의 고정자요크 소용에 의한 구조의 복잡성이나, 그 제작상의 불리함이 증가되어 바람직한 구성으로 기대되기 어려운 것이었다.

특히, 여기서는 회로기판과 고정자요크간에 절연처리가 필연적으로 요구되어지므로 이에 따른 공수의 증가로 인해 그 가격상승을 야기하게 되는 원인도 되었다.

이와같이, 상기예의 선행기술에서는 브러쉬리스 코어리스 DC 모터에서의 사점제거를 위한 특별한 구조를 수반하므로서, 그 구성적요소를 증가시키거나 복잡히 유지시켜야함에 따라, 이러한 물품의 중량 및 부피증가와 가격상승의 요인을 내포하여 바람직한 것이 못되었다.

본 발명의 목적은 이러한 브러쉬리스 코어리스 DC 모터에서 사점 제거를 위한 고정자요크의 특별한 구조나 부품의 증가를 야기하지 않는 브러쉬리스 코어리스 DC 모터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 상기와 같온 모터에서의 사점제거를 위한 별도의 부품이나 구조를 요하지 않으므로써 이러한 물품이 제작에의 용이성과 가격저렴화 및 경량화를 양호히 유지시킬 수 있는 브러쉬리스 코어리스 DC 모터를 제공하는데 있다.

본 발명은 특히 이러한 모터에서 그 고정자측의 회로기판을 고정자 케이스 내부에 조립고정하기 위한 수단으로 이용되는 단일의 스크류가 사점발생제거를 위해서 기판상의 특정개소에 선택적으로 배치고정되어지는 구성을 그 특징으로 하는 것이다.

이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제6도는 본 발명에 의한 일실시예의 DC 모터를 나타내고 있다. 여기에서 팬(21a)이 외면에 일체로 형성된 회전자몸체(21)의 중앙부는 고정자측 중심의 축수하우징(15)에 설치된 축(22)에 결합되고 상기 회전자몸체(21)내에 환형의 계자자석(24)이 회전자요크(23)와 함께 고정설치된다. 또, 고정가케이스(17)의 바닥면으로 부터 돌출형성되는 지주(13)에 회로기판(12)이 고정되어지고, 이 회로기판(12)에는 상기 회전자측의 계자 자석(24)과 면대향하는 전기자코일(16)과 위치검출소자(14)가 함께 배치고정되어 있다. 그리고, 상기 회로기판(12)과 지주(13)와는 단일 스크류(11)로 조립고정되어 진다. 특히 스크류(11)가 관통하는 기판(l2)상의 통공(18)은 제8도와 같이 위치 검출소자(14)로 부터 전기자코일(16) 및 계자자석(24) 착자폭의 1/5 개각폭(4극 착자인 경우 18°)만큼되는 위치를 Q1이라 할때 여기에서 형성되며, 코깅발생체로서의 스크류(11)를 상기 Q1 위치에 형성된 통공(18)을 통하여 지주(13)에 삽입고정한다. 또, 상기 위치검출소자(14)는 전기자코일(16)의 유효코일부의 하면에 배치고정되어지며, 상기 스크류(11) 삽입위치인 Q1은 일예로, 회전자몸체(21)의 회전방향이 위치검출소자(14)로부터 시계방향일때의 위치점이 되고, 회전자몸체(21)의 회전 방향이 반시계방향일때는 P1점이 스크류(11)의 설치 위치점이 된다. 또, Q1-Q4, P2-P4의 위치는 각기 단일 스크류(11)가 삽입될 수 있는 위치를 나타내며, 이는 다음 공식으로부터 얻어진다.

Ql(P1) ±nπ/2(n=0,1,2,ㆍㆍㆍ)

또는 자극폭의 l/5±2nπ/N(n은 0포함양수, N은 자극수)

한편, 상기 단일 스크류(11)의 머리형태는 둥근머리형으로 하는 것이 바람직하다.

제7도는 상기 스크류(11)를 받아들이는 단일지주(13)가 고정자케이스(17) 몸체내부의 소정위치에 돌출형성된 상태의 일예를 나타내고 있다.

이와같이된 본 발명의 일실시예의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다. 제6도 내지 제8도에서, 고정자 케이스(17)의 내부바닥면에 형성된 지주(13)에 한쌍의 전기자코일(16)이 설치된 기판(12)상의 Ql 위치의 통공(18)을 통하여 스크류(13)를 삽입, 고정자를 구성하고, 상기 고정자 케이스(17)의 중심축(22)에 회전자 몸체(21)를 결합시킨후 상기 전기자코일(16)에 전류를 흘리면, 위치검출소자(14)에 의한 위치검출에 따른 제어회로(도시생략)에 브러쉬리스 코어리스 DC 모터가 회전을 하게 된다. 이때 자극폭의 1/5지점(4극인 경우 18°)에 설치되는 스크류(11)의 머리부분에 의해 형성되는 코깅토크에 의하여, 사점이 제거되며, 회전자 몸체(21)는 시계방향으로 회전하게 된다.

상기 스크류(11)의 설치위치 Q1 대신 상기공식(자극폭의 1/5±nπ/2)에 의해 선정할 수 있는 Q2-Q4 위치중 어느하나를 임의로 선택하더라도 상기와 동일한 코깅토크 및 동일한 회전방향 토크를 얻을 수 있게 된다. 이러한 위치의 변경은 전기자코일(16)의 내경이 작을 경우, 스크류(11) 삽입시 상기 전기자코일(l6)의 손상우려를 배제할 수 있는 잇점이 있게 된다.

또한 상기 스크류(11)의 설치위치를 P2 위치로 설정할 경우에도 상기한 바와 마찬가지의 코깅토크를 얻을 수 있게 되며, 이때에는 회전자 몸체(21)의 회전방향이 반시계방향으로 된다. 여기에서도 스크류(l1)의 삽입위치를 P1,P3,P4 위치중 어느하나를 임의로 선택하더라도, 동일한 코깅토크 및 동일한 회전방향 토크를 얻을 수 있게 된다.

제9도는 본 발명에 따른 전기자코일(16)에 의한 토크곡선(b)과 스크류(11)에 의한 코깅 토크곡선(c)에 의한 회전자몸체(21)의 합성회전 토크곡선(a)도를 나타내고 있다. 또한, 회전자의 계자자석의 자극수가 다른 경우에는 상기한 공식(자극폭의 1/5±2nπ/N)으로부터 스크류(l1)의 설치위치를 찾아낼 수 있다.

한편, 상기 스크류(11)의 머리형태는 둥근머리형을 이용하게 되는네, 이는 스크류(11)와 면대향하게 되는 계자자석(24)의 자력이 스크류(11)의 일점에 접속되게 함으로써 상기 스크류(11)의 머리부분이 항상 자극폭의 중심에 위치되게 하여 코깅토크에 의한 사점을 제거하게 되는 것이다.

제10도는 코깅토그의 발생위치점에 따라서 변화하는 기동전압(V)과 기동토크(g-cm) 특성그래프를 나타내고 있다. 여기에서 영역(A)은 본 발명에 의한 코깅토크 발생용 스크류(11)의 설치가 곤란한 실용성이 없는 기계적 각도를 나타내며, 영역(B)은 코깅토크가 발생되고는 있으나 그 세력이 미약하여 기동시킬 수 없는 영역(즉, 사점 발생 영역)을 나타내며, 영역(C)은 실게 사용가능영역을 나타내고 있다.

따라서 상기 본 발명의 실시예에서와 같이 코킹토크 발생위치점을 18°로 설정할때, 기동전압곡선(200)을 보면, 약 3V 정도의 기동전압으로 상기 DC 모터를 기동시킬 수 있음을 알수 있다. 이는 코깅토크 발생 위치점을 22.5°로 설정하고 있는 기존의 DC 모터가 약 8V의 기동전압을 필요로 하는 것에 비하여 그기동전압을 현저히 낮게 가져갈 수 있는 것이다. 또한 코깅토크 발생위치점이 18°인 경우, 기동토크곡선(100)을보면, 약 19g-cm의 기동토크가 발생되어 기존의 22.5°인 경우 약 12.5g-cm의 기동 토크가 발생되는 것에 크게 비교된다.

한편, 상기한 제10도의 그래프에서 알수 있는 바와같이, 코깅토크 발생위치점을 15°-18°사이에 설정하는 경우에는 평탄한 기동토크 특성과 기동전압 특성을 얻을 수 있게 된다. 또한 상기 그래프에서 알수 있는 바와같이, 코깅토크 발생위치점을 18°쪽에서 10°쪽으로 설정하여갈 경우에는 더 개선된 기동토크와 기동전압을 얻을 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와같은 본 발명은 1개의 위치 검출소자를 포함한 브러쉬리스 코어리스 DC 모터에서 사점제거를 의한 별도의 부품이나 구조가 구비되지 않더라도 단지 단일의 조립스크류만으로 사점제거가 가능하게 되므로 DC 모터 제작상의 용이함과 가격저렴화를 이룰 수 있고, 특히 DC 모터의 경량화를 이룩할수 있는 유익한 특징이 있는 것이다.

Claims

N.S 자극을 가진 2P(P는 1이상의 정수)극의 계자자석(24)회전자와, 이 회전자와 대향하여 회전토크를 발생하고 개각폭이 계자자석(24)의 자극폭과 동일한 1개이상의 전기자코일(16)을 구비한 고정자 및, 1개의 위치 검출소자(14)를 포함한 브러쉬리스 코어리스 DC 모터에 있어서, 상기 위치검출소자(14)는 전기자코일(16)의 유효코일부 하측으로 배치 고정되고, 이 위치검출소자(14)로부터 회전자회전방향이 반시계방향(또는 시계방향)일때 시계방향(또는 반시계방향)으로 자극폭의 l/5±nπ/2(n은 0 또는 양수)만큼 이격되는 위치에 단일스크류(11)를 고정설치하여서 되는 구성을 특징으로 하는 브러쉬리스 코어리스 DC 모터.
제1항에 있어서, 상기 스크류(11)의 머리모양은 둥근 머리형인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 코어리스 DC 모터.