KR101256858B1 - 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터(Brushless DC Motor : BLDC Motor)에 관한 것으로, 엔코더의 사용 없이 회전자 위치를 간단하게 검출할 수 있도록 지원하기 위한 것이다. 이러한 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 고정자, 회전자, 영구 자석, 하우징, 브래킷, 및 회전자 위치 검출 장치를 포함한다. 여기서 회전자는 고정자 내측에 배치된다. 영구 자석은 회전자의 일정 영역에 배치된다. 하우징은 회전자를 관통하며 배치되는 축계, 고정자, 회전자, 영구 자석을 감싸며 축계가 관통하는 홀을 포함한다. 브래킷은 축계를 하우징에 고정하기 위하여 홀 주변에 배치된다. 그리고 회전자 위치 검출 장치는 하우징 후방 내측에 고정되어 회전자에 배치된 영구 자석의 자력 측정을 통한 회전자의 위치를 검출한다.

Description

회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터{Hall Sensor Board type of Motor Stator Core Sheet And Brushless DC Motor including the same}

본 발명은 브러시리스 직류 모터(Brushless DC Motor : BLDC Motor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브러시리스 직류 모터의 회전자 위치를 간단하게 검출할 수 있도록 지원하는 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터에 관한 것이다.

브러시리스 직류 모터는 종래의 브러시가 있는 DC 모터에 비해 브러시와 정류자라는 기계적 접촉부가 없다는 특징을 가지고 있으며, 이에 따라 기기의 고성능화, 경박단소화, 장수명화를 달성할 수 있다. 이러한 브러시리스 직류 모터는 반도체 기술 및 부품이나 재료의 발전에 따라 다양한 기기에 많이 사용된다. 일반적으로, 브러시리스 직류 모터는 레이디얼 갭 타입(Radial Gap Type)과 액시얼 갭 타입(Axial Gap Type)으로 분류되며, 레이디얼 갭 타입 브러시리스 직류 모터는 영구 자석으로 구성되는 회전자의 배치에 따라 외부 회전자형(Outer Rotor Type)과 내부 회전자형(Inner Rotor Type)으로 다시 분류된다.

상기 내부 회전자형 브러시리스 직류 모터는 도넛형상의 고정자(Stator) 내부에서 원기둥 구조의 회전자(Rotor)가 회전가능하게 지지된 구조를 갖는다. 상기 고정자는 철편을 적층하여 형성된 코어에 코일을 권선한 구조로 되어 있으며, 상기와 같은 고정자는 모터의 케이스나 하우징의 내부에 고정된다. 종래 브러시리스 직류 모터의 회전자는 철심과 다수의 영구 자석으로 이루어져 있다. 상기 철심은 다수의 전기강판을 적층하는 것에 의해 형성되며, 중앙에는 축공이 형성되어 있고, 상기 축공에는 회전자축인 축계가 삽입 고정된다.

한편 종래 상기 회전자의 위치를 검출하기 위해서는 엔코더가 마련된다. 일반적으로 엔코더는 정밀기기에 사용되는 모터의 회전수를 검출하기 위한 수단으로 이용된다. 이러한 엔코더는 크게 자기 센싱식과 광학 센싱식으로 대별된다.

상기 자기 센싱식은 모터의 회전축에 연결되고 일정 간격으로 자기장 S극과 N극을 갖는 자기 격자판과, 이 자기 격자판의 자기장의 변화를 센싱하여 펄스로 출력하는 자기센서로 구성된다. 이러한 자기 센싱식은 모터의 회전축과 일체로 자기 격자판이 일정한 속도로 회전을 하게 되면, 자기센서는 상기 자기 격자판으로 부터의 자기장을 센싱한다. 이때, 상기 자기센서는 자기 격자판에서 발생하는 자기장 S극, N극의 변화에 상응하는 펄스를 출력하게 되고, 이러한 출력펄스는 제어부로 인가되어 회전수로 나타나게 된다.

광학 센싱식 엔코더는 모터의 회전축과 연동하여 회전 격자판이 회전을 하게 되면, 이와 동시에 발광부에서 상기 회전 격자판으로 광선을 출력하는 방식이다. 이때, 상기 광선은 회전 격자판의 소정영역에 형성된 센싱홀을 통해 수광부로 수광되어지게 되며, 상기 수광부는 광선이 수광된 시간만큼 펄스를 발생시키게 된다. 이와 같이 생성된 펄스는 제어부로 인가되어 회전수로 나타나게 된다.

한편 상술한 엔코더는 앞서 언급하였다시피 정밀기기에 사용되는 모터의 회전수를 검출하기 위한 수단으로 고가의 구성품들로 제작되기 때문에 제작품 역시 고가이다. 따라서 엔코더를 저가형 모터에 적용하는 것은 경제적으로 불가능한 일이 될 수 밖에 없다. 이에 따라, 정밀한 검출이 필요 없는 모터에 저가로 적용하면서도 기능적이며 효율적인 회전자 검출을 수행할 수 있는 방식의 모터 제공이 필요한 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 엔코더를 사용하지 않고 회전자의 위치를 검출할 수 있도록 제작된 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터를 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터는 고정자, 상기 고정자 내측에 배치되는 회전자, 상기 회전자의 일정 영역에 배치되는 영구 자석, 상기 회전자를 관통하며 배치되는 축계, 상기 고정자, 회전자, 영구 자석을 감싸며 상기 축계가 관통하는 홀을 포함하는 하우징, 상기 축계를 하우징에 고정하기 위하여 상기 홀 주변에 배치되는 브래킷, 상기 하우징 후방 내측에 고정되어 상기 회전자에 배치된 영구 자석의 자력 측정을 통한 회전자의 위치를 검출하는 회전자 위치 검출 장치를 포함하는 구성을 개시한다.

여기서 상기 회전자 위치 검출 장치는 상기 하우징 후방 내측에 고정되는 센서 회로 보드, 상기 센서 회로 보드 일측에 배치되는 센서 지지대, 상기 센서 지지대의 일단에 배치되어 상기 회전자의 위치 검출을 위한 센서 신호를 생성하는 센서를 포함할 수 있다.

특히 상기 모터는 상기 센서의 센서 신호를 외부 마스터 컴퓨터에 전달하기 위한 신호 라인을 더 포함하며, 상기 하우징은 상기 신호 라인 배치를 위해 마련되는 관통홀을 포함할 수 있다.

한편 상기 센서는 상기 회전자의 폭과 동일한 폭으로 배치된 영구 자석과 상기 축계 사이에 배치되거나, 상기 영구 자석과 상기 고정자의 플럭스 벽면 사이에 배치될 수 있다.

상기 영구 자석은 상기 하우징의 후방쪽으로 상기 회전자의 코어 표면으로부터 일정 높이만큼 돌출되는 오버행 구조로 마련될 수 있으며, 이 경우 상기 센서는 상기 오버행 구조의 영구 자석과 상기 축계 사이에 배치되거나, 상기 오버행 구조의 영구 자석과 상기 고정자의 플럭스 벽면 사이에 배치될 수 있다.

본 발명은 또한, 고정자, 상기 고정자 내측에 배치되는 회전자, 상기 회전자의 일정 영역에 배치되는 영구 자석, 상기 회전자를 관통하며 배치되는 축계, 상기 고정자, 회전자, 영구 자석을 감싸며 상기 축계가 관통하는 홀을 포함하는 하우징, 상기 축계를 하우징에 고정하기 위하여 상기 홀 주변에 배치되는 브래킷, 상기 회전자를 상기 축계에 고정시키기 위한 볼트 구조물, 상기 영구 자석의 회전자 배치와 동일한 배치 구조를 가지며 볼트 구조물의 외주면에 배치되어 상기 회전자 위치 검출 장치에 자력을 제공하는 센싱 마그넷, 상기 하우징 후방 내측에 고정되어 상기 센싱 마그넷의 자력 측정을 통한 회전자의 위치를 검출하는 회전자 위치 검출 장치를 포함하는 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터의 구성을 개시한다.

이때 상기 회전자 위치 검출 장치는 상기 하우징 후방 내측에 고정되는 센서 회로 보드, 상기 센서 회로 보드 일측에 배치되는 센서 지지대, 상기 센서 지지대의 일단에 배치되어 상기 회전자의 위치 검출을 위한 센서 신호를 생성하는 센서를 포함하며, 상기 센서는 상기 센싱 마그넷과 1mm 내외 간격을 가지며 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터에 따르면, 저가형의 센서를 사용하면서도 모터 내부의 자석이 배치된 영역과 근접한 영역에 센서를 부착함으로써 필요로 하는 만큼의 회전자 위치 검출 정확도를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터의 외관 일부를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터의 일단면을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터의 일단면을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터의 일단면을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터의 일단면을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터의 일단면을 나타낸 도면,
도 7은 도 6의 축계와 볼트 구조물 및 센싱 마그넷만을 나타낸 사시도,
도 8은 도 7의 전면을 나타낸 전면도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(100)의 외관을 개략적으로 나타낸 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 브러시리스 직류 모터(100)의 일단을 절단한 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.

상기 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 브러시리스 직류 모터(100)는 고정자(20), 회전자(10), 영구 자석(60), 축계(30), 회전자 위치 검출 장치(40) 및 하우징(50)을 포함할 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(100)는 회전자 위치 검출 장치(40)를 회전자(10)와 영구 자석(60)을 감싸는 하우징(50) 내측 일정 영역에 배치하여 영구 자석(60)의 자력 검측을 통한 회전자(10)의 위치를 검출할 수 있도록 지원한다. 특히 본 발명의 제1 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(100)의 회전자 위치 검출 장치(40)는 축계(30)와 영구 자석(60) 사이에 회전자 위치 검출 장치(40)의 센서(45)를 배치하여 영구 자석(60) 자력 측정을 통한 회전자 위치 검출을 수행할 수 있다. 이하 상기 브러시리스 직류 모터(100)의 각 구성에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 고정자(20)는 복수 개의 코일이 감긴 티스가 원주 상에 배열된 형태로 되어 있으며, 보통 u,v,w의 3상으로 구성된 코일을 사용한다. 3상 모터는 단상 모터에 비하여 별도의 시동코일이 필요 없으며, 보다 안정적인 구동을 제공할 수 있다. 상기 3상으로 구성된 코일에 의하여 회전자기장이 발생된다. 또한, 상기 코일의 양단은 절연체로 덮어진다. 그러나 본 발명이 상기 고정자(20)의 상의 개수에 한정되는 것은 아니며, 다양한 개수의 상이 적용된 고정자에도 본 발명의 회전자 위치 검출 장치(40) 적용이 가능하다.

상기 회전자(10)는 상기 고정자(20)의 안쪽에 구비되는 이너회전자 타입과 상기 고정자(20)의 외부에 구비되는 아우터회전자 타입 등이 있다. 본 발명의 회전자(10)는 이너회전자 타입에 관한 것이다. 상기 회전자(10)는 상기 고정자(20)의 코일에 대향하는 면에 영구 자석(60)이 구비되어 고정자(20)에서 발생되는 자기장에 의하여 힘을 받아 회전하게 된다.

상기 영구 자석(60)은 상기 회전자(10)의 일정 영역에 삽입 고정되며 고정자(20)에서 발생되는 자기장에 반응하여 회전자(10)를 회전시키는 구성이다. 이러한 영구 자석(60)은 회전자(10)의 다수 영역에 각각 배치되며, 배치되는 영역별로 극의 특성이 다르게 배열될 수 있다. 도시된 도면에서 영구자석(60)은 4개로 구분된 자석을 포함하는 것으로 나타내었으나 본 발명이 상기 영구자석(60)의 개수에 한정되는 것은 아니다.

상기 축계(30)는 회전자(10)의 내부를 관통하여 고정 및 설치된다. 이러한 축계(30)는 축의 전방에 마련되는 일단이 외부와 연결되어 고정자(20)와 회전자(10) 사이에 발생되는 자장으로 회전자(10)가 회전할 때 이 회전력을 외부로 전달하는 역할을 수행한다. 이러한 축계(30)에는 회전자(10)를 고정시키기 위한 볼트 구조물이 회전자(10)를 중심으로 상하측에 각각 배치될 수 있다. 또한 상기 축계(30)는 하우징(50)에 마련된 홀을 관통하면서 배치될 수 있다.

브래킷(71, 72)은 하우징(50)의 전방과 후방의 양측으로 마련된다. 상기 브래킷(71, 72)의 내부에는 축계(30)의 양측이 회전되면서 지지 되는 베어링이 설치된다. 한편 후방에 마련되는 후면 브래킷(72)에 인접된 하우징(50) 영역 내측에는 회전자(10)의 위치를 검출할 수 있는 회전자 위치 검출 장치(40)가 배치될 수 있다.

상기 회전자 위치 검출 장치(40)는 상기 회전자(10)와 상기 후방 브래킷(72)이 배치된 하우징(50) 후방 사이에 배치되어 회전자(10)의 영구 자석(60)에서 발생하는 자력 측정을 통하여 회전자(10)의 위치를 측정하는 구성이다. 이러한 회전자 위치 검출 장치(40)는 회전자(10)의 위치를 검출하는 센서(45), 상기 센서(45)와 연결된 센서 회로 보드(41), 상기 센서(45)를 지지하면서 상기 센서(45)를 상기 센서 회로 보드(41)에 연결하는 센서 지지대(43)를 포함할 수 있다.

상기 센서(45)는 상기 회전자(10) 일정 영역에 마련된 영구 자석(60)과 인접된 영역에 배치되어 영구 자석(60)의 자력을 측정함으로써 회전자(10)의 위치를 검출하는 구성이다. 즉 상기 센서(45)는 상기 회전자(10)에 구비되어 있는 영구 자석(60)에서 발생되는 자기장의 크기 및 방향을 감지하여 자석의 극변화에 따라 상기 회전자(10)의 위치 또는 속도를 검지할 수 있게 하는 역할을 한다. 따라서 상기 센서(45)는 상기 회전자(10)의 영구 자석(60)에서 발생하는 자력을 검출할 수 있는 적절한 위치에 구비되는 것이 바람직하다. 예를 들면 상기 센서(45)는 상기 회전자(10)에 배치된 영구 자석(60)과 상기 축계(30)의 사이에 배치될 수 있으며, 영구 자석(60) 쪽에 보다 가깝게 배치되어 자력 측정을 보다 용이하고 정확하게 할 수 있도록 지원한다. 이때 상기 센서(45)는 정확도를 높이기 위하여 복수개가 마련될 수 있다. 이러한 센서(45)는 홀센서로 구성될 수 있다. 상기 홀 센서는 홀효과(Hall effect)라고 하는 전류자기효과를 응용한 것이다. 구체적으로, InSb(인듐 안티몬)이나 GaAs(갈륨 비소) 등의 화합물 반도체에 전류를 흐르게 하고 자기장을 직각으로 가하면 그 양단에 기전력(홀전압)이 발생한다. 상기한 현상을 이용하여 상기 홀전압을 측정하면, 가해지는 자기장이 N극인지 S극인지 판별할 수 있다. 홀 센서는 상기와 같은 원리를 이용하여 회전자에 구비되어 있는 영구 자석(60)의 극의 변화를 감지하여 상기 회전자의 위치 또는 속도를 알 수 있게 하는 센서이다.

상기 센서 회로 보드(41)는 상기 센서(45) 구동에 필요한 전원을 공급하고, 상시 센서(45)의 구동 시점 제어를 위한 신호를 공급한다. 그리고 상기 센서 회로 보드(41)는 센서(45)가 구동되어 센서 신호를 전달하면, 수신된 센서 신호를 기반으로 회전자(10)의 위치 검출을 수행할 수 있다. 여기서 상기 센서 회로 보드(41)는 별도의 회전자(10) 위치 검출을 수행하지 않고 수신된 센서 신호를 모터(100)와 연결되는 외부 마스터 컴퓨터에 전달할 수 있다. 이를 위하여 상기 센서 회로 보드(41)는 상기 마스터 컴퓨터와 연결될 수 있는 신호 라인과 접속될 수 있다. 상기 신호 라인은 하우징(50)을 관통하여 마스터 컴퓨터와 연결될 수 있다. 따라서 상기 하우징(50)은 상기 신호 라인 접속을 위한 적어도 하나의 관통홀을 마련할 수 있다. 한편 상기 센서 회로 보드(41)는 중앙이 상기 축계(30)가 관통하는 영역을 중심으로 환형으로 마련될 수 있으며, 상기 하우징(50)과 결합을 위한 결합 구조물이 마련될 수 있다. 이 결합 구조물은 상기 센서 회로 보드(41)를 하우징(50) 일측에 고정하기 위한 볼트 홀을 포함할 수 있다. 상기 센서 회로 보드(41)가 하우징(50) 일측에 접착제 등으로 부착되는 경우 상기 결합 구조물은 제거될 수 도 있다.

상기 센서 지지대(43)는 상기 센서(45)와 상기 센서 회로 보드(41)를 연결하는 구성이다. 이러한 센서 지지대(43)는 상기 센서 회로 보드(41)가 상기 센서(45)에 공급하는 구동 전력을 전달하는 통로 역할을 수행하며, 또한 상기 센서(45)가 수집한 센서 신호를 상기 센서 회로 보드(41)에 전달하는 역할을 수행한다. 또한 상기 센서 지지대(43)는 앞서 설명한 바와 같이 회전자(10) 후방의 특정 위치 즉 영구 자석(60)과 축계(30)의 사이 영역에서 상기 센서(45)가 상기 회전자(10)에 접촉되지 않도록 지지하는 역할을 수행한다. 이에 따라 상기 센서 지지대(43)는 신호 전달을 위한 신호 라인을 포함하면서 상기 센서(45)를 지지할 수 있는 지지력을 가진 재질로 구성될 수 있다. 상기 센서 지지대(43)가 금속성 재질로 구성되는 경우 센서 신호 전달 및 전원 공급을 위한 별도의 신호 라인은 제거될 수 있다. 상기 센서 지지대(43)는 상기 센서(45)가 복수개인 경우 각각의 센서(45) 지지를 위해 복수개가 마련될 수 있다. 한편 상기 센서 지지대(43)는 상기 센서(45)의 위치가 영구 자석(60)과 축계(30)의 중앙 영역에 배치될 수 있도록 상기 센서 회로 보드(41) 상의 위치가 정해질 수 있다. 즉 상기 센서 지지대(43)는 상기 센서 회로 보드(41)의 중앙에 마련된 축계(30) 관통 영역과 인접된 영역에 배치될 수 있다.

상기 하우징(50)은 상기 고정자(20)의 외벽을 감쌈과 아울러 회전자 위치 검출 장치(40)를 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서 상기 하우징(50)은 경우에 따라 상기 고정자(20)와 일체형으로 형성될 수 있으며, 고정자(20) 외벽 사이에 절연물질을 두고 고정자(20)를 감싸는 구조로 마련될 수 도 있다. 특히 본 발명의 하우징(50)은 상기 회전자 위치 검출 장치(40) 중 센서 회로 보드(41)를 지지하는 역할을 수행함과 아울러 상기 센서 회로 보드(41)와 외부 마스터 컴퓨터와의 연결을 위한 신호 라인이 배치될 수 있도록 구성될 수 있다. 이에 따라 상기 하우징(50)은 상기 신호 라인이 배치될 수 있는 적어도 하나의 관통홀을 신호 라인의 개수에 맞도록 배치할 수 있다. 또한 상기 하우징(50)은 상기 센서 회로 보드(41)의 고정을 위하여 일단의 구조물 예를 들면 나사 결합을 위한 너트 홀을 상기 센서 회로 보드(41)가 배치되는 위치 예를 들면 후방측에 다수개 형성할 수 있다. 이러한 너트 홀은 상기 센서 회로 보드(41)가 상기 하우징(50)과 볼트 결합으로 고정되는 경우 마련될 수 있는 구성이다. 추가적으로 상기 하우징(50)의 전후면 중앙에는 축계(30)가 관통하여 배치될 수 있는 홀 영역이 마련되며, 추가적으로 상기 축계(30)를 회전 지지하는 상기 브래킷(71, 72)이 배치되는 구조를 가질 수 있다. 이러한 하우징(50)은 회전자(10)와 고정자(20), 축계(30), 회전자 위치 검출 장치(40)가 내부에 배치된 이후 브래킷(71, 72) 등으로 개방된 영역을 차단함으로써 어느 정도 밀폐된 공간을 제공하게 된다. 이에 따라 외부 환경에 민감한 회전자 위치 검출 장치(40)의 센서(45)의 파손을 방지하고 센서 수명을 개선할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 제1 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(100)는 회전자(10)의 영구 자석(60)이 배치된 위치에 직접적인 자력 측정을 위한 센서(45)를 배치함으로써 저가의 센서를 이용하더라도 회전자(10)의 위치를 적절하게 측정할 수 있도록 지원한다. 또한 본 발명의 브러시리스 직류 모터(100)는 하우징(50) 내부에 회전자 위치 검출 장치(40)를 배치함으로써 회전자 위치 검출 장치(40)를 배치하기 위한 추가적인 공간의 마련 없이 회전자(10)의 위치를 검출할 수 있고, 센서(45)를 밀폐된 하우징(50) 내부에 배치함으로써 외부 환경에 민감한 센서(45)의 파손을 방지할 수 있도록 지원한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회전자 위치 검출 장치(40)의 배치 형태를 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 에에 따른 브러시리스 직류 모터(200)는 고정자(20), 회전자(10), 영구 자석(60), 축계(30), 회전자 위치 검출 장치(40) 및 하우징(50)을 포함할 수 있다. 설명에 앞서, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(200)는 앞서 설명한 제1 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(도 2의 100)의 구성과 비교하여 회전자 위치 검출 장치(40)의 배치를 제외하고 동일한 구성을 가짐으로 상기 회전자 위치 검출 장치(40)를 제외한 각 구성들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(200)는 회전자 위치 검출 장치(40) 중 센서(45)의 위치가 영구 자석(60)의 바깥쪽 방향에 배치되어 영구 자석(60)의 자력을 측정하여 영구 자석(60)의 위치를 측정할 수 있도록 지원한다.

이를 보다 상세히 설명하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(200)는 센서 회로 보드(41)가 상기 하우징(50)의 후면 내측에 배치된다. 그리고 상기 센서 회로 보드(41)의 중앙 일정 영역 특히 영구 자석(60)과 고정자(20) 사이의 영역에 센서 지지대(43)가 배치될 수 있다. 상기 센서 지지대(43)의 끝단에는 센서(45)가 배치된다. 결과적으로 상기 센서 지지대(43) 끝단에 배치된 센서(45)는 상기 영구 자석(60)의 외측에 배치된다. 구체적으로, 상기 센서(45)는 상기 영구 자석(60)의 외측에 배치되데 상기 회전자(10)의 외곽부에 대응하는 영역에 배치될 수 있다. 특히 상기 센서(45)는 브러시리스 직류 모터(200)의 영구 자석의 자극과 상기 고정자(20)의 자극이 접하는 플럭스 장벽 부근에 위치할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 센서(45)는 회전자(10)의 회전 동작에 의하여 발생할 수 있는 파손을 방지할 수 있는 위치에 배치될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 제2 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(200)는 회전자 위치 검출 장치(40) 중 센서(45)를 회전자(10)의 중심으로부터 일정 간격 이격된 거리에 배치함으로써 영구 자석(60)의 자력 및 위치를 센싱하면서도 회전자(10) 운동에 의한 파손을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(300)의 단면을 나타낸 도면이다.

상기 도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(300)는 고정자(20), 회전자(10), 영구 자석(60), 축계(30), 회전자 위치 검출 장치(40) 및 하우징(50)을 포함할 수 있다. 여기서 본 발명의 제3 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(300)는 상기 제2 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(도 3의 200)와 비교하여 영구 자석(60) 및 회전자 위치 검출 장치(40)를 제외하고 동일한 구성을 가짐으로 상술한 구성들을 제외한 구성들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(300)는 고정자(20) 내측에 회전자(10)가 배치되는데, 이때 회전자(10)에는 영구 자석(60)이 삽입 고정된다. 특히 본 발명의 제3 실시 예에 따른 회전자(10)에 삽입되는 영구 자석(60)은 회전자(10)의 두께보다 긴 길이를 가지며 제작될 수 있다. 그리고 상기 영구 자석(60)은 상기 회전자(10)의 코어 표면에서 일정 높이만큼 돌출되도록 삽입 고정될 수 있으며 다른쪽 회전자(10)의 코어 표면과는 동일한 높이가 되도록 배치된다. 특히 상기 영구 자석(60)은 회전자(10)의 후면 방향 즉 후면 브래킷(72)이 배치된 방향으로 일정 높이만큼 돌출된 형태의 오버행 구조로 배치될 수 있다.

상기 회전자 위치 검출 장치(40)는 센서(45), 센서 지지대(43) 및 센서 회로 보드(41)를 포함할 수 있다. 상기 센서 회로 보드(41)는 상기 하우징(50)의 후면 브래킷(72)과 인접한 영역에 일정 높이만큼 돌출되어 배치될 수 있다. 이때 상기 센서 회로 보드(41)는 상기 하우징(50)의 후면에 고정된다. 이러한 상기 센서 회로 보드(41)는 상기 하우징(50)의 후면에 고정되는 고정부와 상기 고정부의 끝단에서 상기 축계 방향으로 수직하게 돌출되는 돌출부를 포함할 수 있다. 상기 고정부 및 상기 돌출부는 각각 환형으로 형성될 수 있으며, 특히 상기 고정부는 상기 후면 브래킷(72)의 크기보다 크게 형성되어 상기 하우징(50)의 후면에 고정될 수 있다. 그리고 상기 돌출부는 상기 축계(30)에 회전자(10)를 고정하기 위해 마련된 볼트 구조물과 접촉되지 않는 형태로 형성될 수 있다.

상기 센서 지지대(43)는 상기 돌출부의 끝단에서 상기 돌출부와 수직한 방향으로 신장되어 형성된다. 그리고 상기 센서(45)는 상기 센서 지지대(43)의 끝단에 배치될 수 있다. 실질적으로 상기 센서 지지대(43)가 배치되는 위치는 상기 영구 자석(60)의 내측이 될 수 있으며, 결과적으로 상기 센서(45)는 영구 자석(60)과 축계(30) 사이에 배치되어 영구 자석(60)의 위치를 검출할 수 있다. 여기서 상기 영구 자석(60)이 하우징(50)의 후면 방향으로 돌출되도록 형성되기 때문에 상기 센서(45)는 상기 영구 자석(60)의 돌출 부분과 일정 부분 대면되도록 배치될 수 있다. 특히 상기 센서(45)는 상기 영구 자석(60)과 가깝게 배치됨으로써 상기 영구 자석(60)의 자력을 보다 신뢰성있게 센싱할 수 있다. 즉 상기 센서(45)는 오버행 구조로 마련된 영구 자석(60)의 돌출 부분을 센싱하고 센싱 결과를 센서 지지대(43)를 통하여 상기 센서 회로 보드(41)에 전달할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 제3 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(300)는 상대적으로 보다 신뢰성 있는 센싱을 수행하게 된다.

도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(400)의 단면을 나타낸 도면이다.

상기 도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(400)는 고정자(20), 회전자(10), 영구 자석(60), 축계(30), 회전자 위치 검출 장치(40) 및 하우징(50)을 포함할 수 있다. 여기서 본 발명의 제4 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(400)는 상기 제3 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(도 4의 300)와 비교하여 회전자 위치 검출 장치(40)를 제외하고 동일한 구성을 가짐으로 상술한 구성들을 제외한 구성들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 특히 본 발명의 제4 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(400)의 회전자(10)에 배치되는 영구 자석(60)은 앞서 설명한 바와 같이 회전자(10)의 코어 표면으로부터 일정 부분 돌출되어 오버행 구조로 형성될 수 있다. 이러한 영구 자석(60)은 브러시리스 직류 모터(400)의 특성에 따라 다양한 부분으로 구분되어 회전자(10)의 일정 영역에 대칭적으로 배치될 수 있다. 이때 각각의 영구 자석(60)들은 안정적인 모터 동작을 위하여 동일한 높이로 회전자(10) 코어의 표면에서 돌출되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(400)에서 회전자 위치 검출 장치(40)는 하우징(50)의 후방 내측에 고정되는 센서 회로 보드(41), 상기 센서 회로 보드(41)의 일측에 배치되는 센서 지지대(43), 상기 센서 지지대(43)의 끝단에 배치되는 센서(45)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 센서 지지대(43)와 상기 센서(45)의 위치는 상기 오버행 구조의 영구 자석(60)의 바깥쪽에 위치한다. 특히 상기 센서(45)는 영구 자석(60)과 고정자(20)의 자극이 대면되는 플럭스 벽면에 인접하도록 배치될 수 있다. 상기 센서(45)는 앞서 설명한 바와 같이 회전자(10)의 중심부와 일정 거리 이격되어 배치됨으로서, 회전자(10)의 회전 동작에 의한 파손으로부터 안전하게 센서 동작을 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 제4 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(400)는 회전자(10)의 코어 표면으로부터 일정 부분 돌출되는 오버행 구조의 영구 자석(60)과 인접된 영역에 센서(45)를 배치함으로써 영구 자석(60)으로부터 발생하는 자력 측정에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다. 결과적으로 본 발명의 제4 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(400)는 회전자(10)의 위치에 대한 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 본 발명의 제4 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(400)는 센서(45)를 영구 자석(60)과 고정자(20) 사이에 배치함으로써 회전자(10)의 회전 동작에 의한 센서(45)의 파손을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(500)의 일 단면을 나타낸 도면이며, 도 7은 제5 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(500) 중 축계(30)와 볼트 구조물(80) 등을 보다 상세히 나타낸 사시도이며, 도 8은 도 7에 도시한 구성의 일정면을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다.

상기 도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(500)는 고정자(20), 회전자(10), 영구 자석(60), 축계(30), 회전자 위치 검출 장치(40) 및 하우징(50)을 포함하며, 추가적으로 축계(30) 일측에 마련되는 센싱 마그넷(90)을 포함할 수 있다. 여기서 본 발명의 제5 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(500)는 상기 제1 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(도 2의 100)와 비교하여 축계(30), 센싱 마그넷(90), 회전자 위치 검출 장치(40)를 제외하고 동일한 구성을 가짐으로 상술한 구성들을 제외한 구성들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 축계(30)는 회전자(10)의 중앙에 마련된 홀을 관통하여 회전자(10)를 거치하고, 회전자(10)의 전후면을 고정시키는 볼트 구조물(80)이 연결될 수 있다. 그리고 상기 축계(30)는 전후면의 상단부가 하우징(50)에 마련된 홀을 관통하여 상기 축계(30)를 하우징(50)에 고정하기 위한 브래킷(71, 72) 구조물을 포함할 수 있다. 특히 본 발명의 제5 실시 예에 따른 축계(30)는 상기 회전자(10)를 축계(30)에 고정시키기 위한 볼트 구조물(80)에 마련되는 센싱 마그넷(90)을 포함할 수 있다.

상기 센싱 마그넷(90)은 상기 축계(30) 상에 결합되는 볼트 구조물(80)의 외주면에 마련될 수 있다. 이러한 상기 센싱 마그넷(90)은 상기 볼트 구조물(80)의 두께와 유사한 두께를 가지며, 상기 영구 자석(60)의 폭과 동일한 폭을 가질 수 있다. 그리고 상기 센싱 마그넷(90)은 상기 볼트 구조물(80) 상에 배치될 때 상기 영구 자석(60)과 일대일 대응하는 위치에 마련될 수 있다. 특히 상기 센싱 마그넷(90)은 상기 영구 자석(60)의 자극 배치와 동일한 위치에 각각 배치되는 자석들로 구성될 수 있다. 예를 들어 상기 영구 자석(60)의 N극 및 S극의 교번적인 배치를 가지는 2개의 쌍으로 구성된 경우 상기 센싱 마그넷(90) 또한 상기 영구 자석(60)에 대응하도록 2개의 쌍으로 구성되며 자극 또한 N극 및 S극이 교번되게 배치될 수 있다.

상기 회전자 위치 검출 장치(40)는 상기 하우징(50)의 후방 내측에 배치되는 센서 회로 보드(41)와, 상기 센서 회로 보드(41)와 연결되는 센서 지지대(43) 및 상기 센서 지지대(43) 상에 배치되는 센서(45)를 포함할 수 있다.

상기 센서(45)는 상기 센싱 마그넷(90)의 자력을 측정함으로써 상기 센싱 마그넷(90)과 동일한 배치구조를 가지는 회전자(10)의 위치를 검출할 수 있도록 지원한다. 이때 상기 센싱 마그넷(90)은 영구 자석(60)과 비교하여 상대적으로 작은 크기로 구성되기 때문에 상기 센서(45)는 상기 센싱 마그넷(90)에 최대로 인접된 거리 예를 들면 1mm내외의 간격을 가지며 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 센서(45)는 상기 영구 자석(60)과 상기 센싱 마그넷(90) 사이에 배치될 수 있다. 따라서 상기 센서(45)가 검출하는 자력은 실질적으로 센싱 마그넷(90)의 자력뿐만 아니라 상기 영구 자석(60)에서 발생하는 자력을 통합적으로 검출하게 된다.

상기 센서 지지대(43)는 상기 하우징(50)의 후방 일측에 고정된 센서 회로 보드(41)로부터 신장되며 형성되데, 상기 센서(45)가 상기 볼트 구조물(80) 일측에 마련된 센싱 마그넷(90)과 최소 간격을 가지며 배치되도록 형성된다. 이러한 센서 지지대(43)는 센서(45)를 지지하며, 센서(45)가 검출하는 센싱 마그넷(90) 및 영구 자석(60)의 자력에 관한 신호를 상기 센서 회로 보드(41)에 전달하는 역할을 수행할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 제5 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(500)는 영구 자석(60)과 동일한 자극 배치 및 위치 배치를 가지는 센싱 마그넷(90)을 회전자 위치 검출 장치(40)가 배치되는 하우징(50)의 후방에 마련된 볼트 구조물(80)에 배치함으로써 센서(45)의 보다 정확한 자력 측정을 지원할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 제5 실시 예에 따른 브러시리스 직류 모터(500)는 저가형의 센서를 이용하더라도 브러시리스 직류 모터(500) 내부의 자력을 직접적으로 측정함으로써 보다 정밀한 자력 측정을 지원하는 한편, 외부 환경에 민감한 센서(45)를 밀폐된 하우징(50) 내에 배치함으로써 센서(45)의 수명 개선을 도모할 수 있다.

한편 상술한 설명에서 센서(45)는 적어도 하나 또는 다수개의 센서를 포함할 수 있는 구성으로 이해되어야 할 것이다. 이에 따라 상기 센서(45)는 특정 영구 자석(60)이 배치된 위치에 대응하여 배치되거나, 회전자(10)에 삽입 고정된 영구 자석(60) 또는 센싱 마그넷(90)의 개수에 대응하여 각각 배치될 수 있을 것이다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

10 : 회전자 20 : 고정자
30 : 축계 40 : 회전자 위치 검출 장치
41 : 센서 회로 보드 43 : 센서 지지대
45 : 센서 50 : 하우징
60 : 영구 자석 71, 72 : 브래킷
80 : 볼트 구조물 90 : 센싱 마그넷
100, 200, 300, 400, 500 : 브러시리스 직류 모터

Claims (8)

1. 고정자;
   상기 고정자 내측에 배치되는 회전자;
   상기 회전자의 양단과 동일한 높이로 상기 회전자의 다수 영역에 각각 삽입 고정되는 적어도 하나의 영구 자석;
   상기 회전자를 관통하며 배치되는 축계;
   상기 고정자, 회전자, 영구 자석을 감싸며 상기 축계가 관통하는 홀을 포함하는 하우징;
   상기 축계를 하우징에 고정하기 위하여 상기 홀 주변에 배치되는 브래킷;
   상기 하우징 후방 내측에 고정되어 상기 회전자에 배치된 영구 자석의 자력 측정을 통한 회전자의 위치를 검출하는 회전자 위치 검출 장치; 를 포함하고,
   상기 회전자 위치 검출 장치는
   상기 하우징 후방 내측에 고정되어, 상기 회전자의 위치 검출을 수행하는 센서 회로 보드;
   상기 센서 회로 보드 일측에 배치되는 센서 지지대;
   상기 센서 지지대의 일단에 배치되어 상기 회전자의 위치 검출을 위한 센서 신호를 생성하는 센서;
   상기 센서 회로 보드와 접속되고 외부 마스터 컴퓨터와 연결되어, 상기 센서 회로 보드가 상기 회전자의 위치 검출을 수행하지 않을 때 수신된 상기 센서의 센서 신호를 상기 외부 마스터 컴퓨터에 전달하는 신호 라인; 을 포함하며,
   상기 하우징은
   상기 신호 라인 배치를 위해 마련되는 관통홀; 을 더 포함하며,
   상기 센서는
   상기 영구 자석과 상기 고정자의 플럭스 벽면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전자 위치 검출 장치를 내장한 브러시리스 직류 모터.
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