[모터와 발전기] BLDC모터의 구성

브러시리스 모터의 구성

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브러시리스 DC 모터의 기본 구성은 모터, 센서, 구동회로, 제어회로의 4부분으로 구성된다.

 

 

1 모터

1.1 회전축

회전축은 계자철심을 겸하는 부분으로 부분적으로 고조파 소거를 하며 강도를 높게하여 마찰을 방지하도록 조치하므로 회전축의 재료로는 탄소강을 사용하는 것이 일반적이다. 일반적으로는 회전축이 계자철심인 경우가 많다.

 

1.2. 영구자석

전기자전류에 의해서 영구자석에는 감자계가 형성.

감자계가 영구자석이 영구감자를 하지 않기 위해서는 영구자석의 두께를 적절한 두께로 하지 않으면 않된다. 이러한 영구자석의 두께를 결정하는 중요한 인자로 영구자석재료의 B-H곡선 2상한의 보자력 기울기이다. 기울기가 작을수록 영구자석을 두껍게하여야 하므로 보자력 기울기가 작은 자석을 사용하면 영구자석이 차지하는 체적이 크게된다. 따라서 영구자석을 선택할 경우 반드시 B-H곡선을 검토하여야 한다.

 

1.3. 전기자철심

전기자철심은 와전류손과 히스테리시스손으로 구성되는 철손을 작게하기위하여 규소강판을 적층하여 사용한다. 전기자철심에 사용하는 강판은 철손이 작은 것이 좋고, 모터의 손실에 의한 온도상승이 작고 브러시리스 모터의 특성면에서 양호한 결과를 얻을 수 있다.

 

1.4. 베어링

브러시리스 모터의 회전수는 약 1000～4000[rpm]의 범위에서 사용하고 있으나 이 회전수의 범위에서는 볼베어링을 사용할 수 있다. 이때 윤활방식으로는 그리스를 사용하면되나 특히 고온에서 사용하는 경우에는 통상의 그리스보다 고온용의 그리스를 사용하여야 함

 

1.5. 모터외함

모터외함은 전기자 철심의 위치를 결정하여 고정함과 동시에 전기자 권선의 동손에 의해 발생하는 열, 전기자철심에 의한 철심에 의해 발생하는 열을 브러시리스 모터의 외부에 방사하는 것이 목적이다.

 

2 센서

2.1 위치센서

a) 홀 소자 : 홀소자는 자속을 감지할 수 있는(자전변환) 소자의 일종이므로 홀 소자를 회전자 영구자석의 자극을 검출한다.

b) 홀 IC : 홀 소자와 앰프를 동일 칩상에 통합하여 몰드성형한 것이 홀 IC라 불리 는 일종의 자기센서이다.

c) 헤드 인터럽터 : 헤드 인터럽터는 어느 간격을 가지고 배치되어 발광부와 수광 부의 광학적 결합을 어느 정도 차광물에서 온/오프하는 일종의 헤드커플러로 이 헤드 인터럽터로 이용하여 영구자석 회전자 의 자극과 관계를 부여하여 위치검출를 할 수 있다.

d) 자기포화소자 : 자기포화에 대한 위치검출장치는 소프트 페라이트의 보빈에 코 일을 감고 이것에 바이어스용 마그네트를 취부시킨 구조의 자극검출장치이다.

 

2.3 속도센서

일반적으로 브러시리스 모터는, 모터만을 사용하는 곳은 거의 없고, 많은 경우 어느정도의 속도제어기구를 수반한다. 이를 위해서 다음과 같은 속도검출기구와 검출기법이 사용된다.

a) 광학적검출법(포토엔코더) : 이것은 회전축에 직접 결합한 디스크(부호판)과 이 디스크를 사이에 둔 포토인터럽트에 의해 구성되어 있다. 광원부로부터 나온 빛은 부호판을 통과하여 그 부호에 응답하는 빛의 변화를 수광부에 전하고, 이것을 디지털 전기 신호로서 나타내어 회전수, 위치등을 검출한다.

b) 자기적 검출법 : 브러시리스 모터의 대표적인 자기식 위치검출센서로는 홀IC 가 있다. 홀 IC를 이용한 엔코더의 회로는 상당히 간단하게 구성되어있다. 검출방식으로서 위치관계를 자기적으로 설명하 면 센서부에 먼지, 더 러움 등이 부착되어도 특성에 악영향 을 주지만 그래도 기계적인 충격에 강한 특징이 있다.

c) AC 타코제네레이터 : AC 타코제네레이터에 의한 회전수의 검출법에는 크게 교 류전압을 아날로그적으로 처리하는 방법과 디지털적으로 처리하는 방법이 있다.

d) 역기전압 방식 : 브러시리스 모터에는 회전 자계를 구성하기 위해 복수의 구 동 코일이 있다. 이러한 코일은 상시통전하고 있는 것은 없고 반드시 통전하지 않는 코일이 존재한다. 이것에 착안하여 사 용하지 않는 코일을 발전기로서 적극적으로 이용하는 방법이 역기전압 방식이다.

 

3 구동회로

모터는 통전․전류(轉流)의 기능은 반도체로 구성된 구동회로를 모터의 내부 또는 모터의 외부로 접속해서 최초로 회전한다. 회전의 논리는 위치검출을 해서 홀 소자에서의 신호를 인버터용 트랜지스터의 베이스로 구동하기 위한 분배기능을 한다. 더욱이 회전의 논리 회로는 회전수에 비례한 펄스를 발생하고 동시에 회전수의 피드백 산호로 해서 이용할 수도 있다.

 

4 제어회로

전동기 구동회로에서 구동회로의 제어부에 일정한 신호를 입력하여도 전동기 자체의 특성에 의해 토오크리플이 발생하며, 이 토오크리플은 전동기의 속도 변동의 주요인이 된다. 따라서 속도 정밀도가 요구되는 경우 전동기에서의 토오크리플 최소화 이외에 별도로 전동기의 속도를 용도에 알맞게 제어하고 있다.

출처 : http://junggyo.com/10039942093