KR100253243B1 - 무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치에 관한 것이다. 종래에는 홀소자가 납땜에 의해서만 인쇄회로기판에 지지되고 있어 고정력이 약할 뿐만 아니라 센서위치의 정확성이 결여되고, 또한 전동기본체를 형성하기 위한 몰딩작업시 상기 홀소자가 휘거나 결선부가 단선됨으로써 오동작 및 위치센싱 기능의 상실을 초래함은 물론 이는 회로적인 불안정성과 함께 기기의 성능 및 신뢰성 저하를 유발시키게 되는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 코일이 말린 스테이터의 중앙부에 축이 삽입된 영구자석의 로우터가 위치하여 인쇄회로기판을 통한 전원공급에 의해서 상기 로우터를 회전시킬 수 있도록 하는 무정류자 전동기에 있어서, 상기 인쇄회로기판 상의 수곳에 납땜고정되는 홀소자와; 상기 홀소자를 상호 연결하는 센서연결부와; 상기 센서연결부를 상기 인쇄회로기판에 고정하기 위한 수단과; 상기 홀소자를 상기 스테이터의 단부 일측면에 위치하도록 안내하면서 지지하기 위한 수단으로 구성함으로써 상기 홀소자를 보다 견고하면서도 안정되게 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라 센싱위치의 정확성을 기할 수 있게 되고, 또한 전동기본체를 형성하기 위한 몰딩작업시에도 상기 홀소자가 휘거나 단선되는 것을 미연에 방지할 수 있어 회로적인 안정성과 함께 기기의 성능 및 신뢰성을 한층 증대시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.

Description

무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치

본 발명은 무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동기(電動機)는 자계(磁界)에 의한 자력선과 전동자에 말린 코일 사이에 흐르는 전류에 의해 회전력을 발생하는 기계로서, 상기 무정류자 전동기는 코일에 일어난 전류를 유도해 내어 일정한 방향으로 흐르게 하는 정류자(整流子)를 구비하지 않은 전동기를 말한다. 이러한 전동기는 주로 냉장고 내에 설치되어 회전에 의해서 고내의 냉기를 강제순환시키는 냉각팬(fan)의 구동을 위해 사용되는 것으로, 이는 도 1 및 도 2에 도시된 바와같이 토크를 발생하며 회전하는 로우터(2)와, 회전하지 않고 고정되어 있는 코일(5C)이 말린 스테이터(5)와, 상기 스테이터(5)와 회로적으로 접속 연결되어 동작을 제어하는 인쇄회로기판(6)으로 구성되어 있다. 상기 로우터(2)는 축(3)이 삽입된 영구자석으로 되어 있고, 상기 축(3)은 베어링(4)(4A)으로 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 또한 상기 스테이터(5)는 도 3에 도시된 바와같은 중공의 원형판으로 된 여러장의 스테이터코어(5A)를 겹쳐 하나로 만든 것으로, 상기 스테이터코어(5A)의 내측 주연부에는 중심부를 향해 수개의 티스(5B)가 동심원상으로 돌출 형성되어 있고, 상기 티스(5B)에는 코일(5C)이 권선된 구조로 되어 있다. 또한 상기 스테이터(5)의 티스(5B)와 티스(5B) 사이의 슬롯개구폭 중심부에는 전기각으로 120 ° 간격으로 홀센서부(7)가 구비되어 있는 것으로, 상기 홀센서부(7)는 상기 스테이터(5)의 중심부에 위치하여 회전하는 로우터(2)의 위치를 감지하여 상기 스테이터(5)의 코일(5C)에 전류를 흘려주는 역할을 수행하게 되고, 상기 홀센서부(7)에 의한 위치센싱 원리는 영구자석으로 된 상기 로우터(2)로부터 발생한 +,- 자속이 상기 홀센서부(7)의 감지부를 통과하면 전압이 유기되고 이 출력전압 파형을 이용하여 상기 로우터(2)의 위치를 감지하도록 되어 있다. 그리고 상기 홀센서부(7)에 의해서 상기 로우터(2)의 위치를 감지하기 위해서는 자기회로상의 영구자석에서 발생하는 누설자속이 상기 홀센서부(7)를 통과할 때 일정값 이상이어야 하는데 만일 상기 스테이터(5)의 티스(5B) 간의 슬롯개구폭이 작다면 누설자속이 작아 감지가 어렵다. 이에 따라 상기 홀센서부(7)가 위치하는 상기 스테이터(5)의 티스(5B)간의 슬롯개구폭은 도 3에 도시된 바와같이 누설자속을 크게 하기 위해서 상기 홀센서부(7)가 위치하지 않은 슬롯개구폭보다 크게 형성된다. 결국, 상기 스테이터(5)의 티스(5B)의 회전방향 간격은 서로 다르게 형성되어 있다. 이와함께 상기 스테이터(5)의 외곽 일측면, 즉 인쇄회로기판(6)으로 향하는 면에는 상기 스테이터(5)를 인쇄회로기판(6)에 회로적으로 접속시키기 위해 수개의 접속핀(5D)이 돌출 설치되어 있고, 상기 접속핀(5D)은 상기 인쇄회로기판(6)에 형성된 접속공(6A)에 삽입되어 납땜 고정된다. 또한 상기 접속핀(5D)이 설치된 상기 스테이터(5)의 일측면 외곽에는 상기 스테이터(5)와 인쇄회로기판(6) 간의 간격 유지를 위해 상기 접속핀(5D)의 접속공(6A) 삽입을 제한하기 위한 수개의 스톱핀(5E)이 일체로 형성되어 있고, 상기 스톱핀(5E)은 인쇄회로기판(6)에 형성된 삽입공(6B)에 어느정도 삽입되다가 걸림으로 더이상 삽입되지 않도록 선단부측에 단턱(5F)이 형성된 구조로 되어 있다. 그리고 상기 홀센서부(7)는 홀소자(8)로 이루어진 것으로, 상기 홀소자(8)는 도 4에 도시된 바와같이 인쇄회로기판(6)의 중앙공(6C) 외곽 수곳에 형성된 센서납땜공(6D)에 다리부(8C)가 삽입되어 납땜 고정되어 있고, 도 5에 도시된 바와같은 몰드물로 된 원형의 센서연결부(9)와 함께 인서트 사출성형되어 상호 연결되며, 상기 센서연결부(9)의 각 홀소자(8)는 상기 센서연결부(9)의 센서지지구(9A)에 의해서 지지되어 스테이터(5) 측으로 향하는 구조로 되어 있다. 한편, 상기 홀소자(8)는 인쇄회로기판(6)에 납땜 고정시키기 위한 4개의 납땜용 다리를 가지고 있는데, 이는 도 6에 도시된 바와같이 센싱면(8B)을 갖는 몸체(8A)에서 서로 평행하게 직선형태로 뻗어 있는 구조로 되어 있다. 이와같이 구성된 상기 무정류자 전동기의 조립은 먼저, 인쇄회로기판(6)의 중앙공(6C) 외곽 수곳에 형성된 센서납땜공(6D)에 몰드물로 된 센서연결부(9)와 함께 인서트 사출성형되어 상호 연결된 홀소자(8)의 다리부(8C)를 삽입하여 납땜 고정한다. 그런다음 스테이터(5)의 일측면, 즉 상기 인쇄회로기판(6) 측으로 향하는 면의 외곽 수곳에 돌출되게 형성된 접속핀(5D)을 상기 인쇄회로기판(6)에 형성된 접속공(6A)에 삽입하여 납땜으로 고정시키게 되는데, 이때 상기 접속핀(5D)과 함께 상기 스테이터(5)의 일측면 외곽 수곳에 돌출되게 형성된 스톱핀(5E)은 인쇄회로기판(6)에 형성된 삽입공(6B)에 함께 삽입되면서 상기 인쇄회로기판(6)의 접속공(6A)에 대한 상기 스테이터(5)의 접속핀(5D) 삽입을 단턱(5F)에 의한 걸림으로 제한하여 상기 스테이터(5)와 인쇄회로기판(6) 사이의 간격을 유지시킨다. 그리고 상기 홀소자(8)는 슬롯개구폭이 큰 상기 스테이터(5)의 티스(5B)와 티스(5B) 사이의 중심부에 전기각으로 120 ° 간격으로 위치하게 됨으로써 일련의 조립을 완료하게 되는 것으로, 이의 외부는 몰딩되어 전동기본체(1)를 형성하도록 되어 있다.

그러나 이러한 종래의 무정류자 전동기는 전술한 바와같이 센서연결부와 함께 인서트 사출성형되어 상호 연결된 홀소자가 납땜에 의해서만 인쇄회로기판에 지지되고 있어 고정력이 약할 뿐만 아니라 센서위치의 정확성이 결여되는 문제점이 있었다. 또한 전동기본체를 형성하기 위한 몰딩작업시 상기 홀소자가 휘거나 결선부가 단선됨으로써 오동작 및 위치센싱 기능의 상실을 초래함은 물론 이는 회로적인 불안정성과 함께 기기의 성능 및 신뢰성 저하를 유발시키게 되는 문제점이 있었다. 그리고 상기 홀소자를 인서트 사출성형에 의해서 상호 연결하는 센서연결부가 중공의 원형체로 되어 있어 그 부피가 클 뿐만 아니라 이는 원가상승과 함께 생산성 저하를 초래하는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명의 목적은 첫째, 상기 홀소자를 보다 견고하면서도 안정되게 인쇄회로기판에 고정시키는 데 있다. 둘째는 전동기본체를 형성하기 위한 몰딩작업시 상기 홀소자가 휘거나 단선되는 것을 방지하면서 센싱위치의 정확성을 기할 수 있도록 하는데 있다. 셋째는 인서트 사출성형에 의해서 상기 홀소자를 상호 연결하는 센서연결부의 크기를 보다 축소시킬 수 있도록 하는데 있다.

도 1은 일반적인 무정류자 전동기의 내부 구성을 보인 단면도.

도 2는 도 1의 정면도.

도 3은 종래의 스테이터 구조를 보인 정면도.

도 4는 종래의 인쇄회로기판 구조를 보인 정면도.

도 5는 종래의 절곡상태의 홀센서부 구조를 보인 사시도.

도 6은 종래의 홀소자 구조를 보인 사시도.

도 7은 본 발명에 의한 무정류자 전동기의 내부 구성을 보인 단면도.

도 8는 본 발명에 의한 스테이터 구조를 보인 정면도.

도 9는 본 발명에 의한 인쇄회로기판 구조를 보인 정면도.

도 10은 본 발명의 홀센서부 구조를 보인 사시도.

도 11은 본 발명의 홀소자 구조를 보인 사시도.

도 12는 본 발명의 센서안내구 구조를 보인 사시도.

도 13는 본 발명의 홀센서부 장착상태를 보인 인쇄회로기판의 정면도.

**도면의주요부분에대한부호의설명**

10:전동기본체 20:로우터

21:축 22,22A:베어링

23:오버행(over-hang) 30:스테이터

31:스테이터코어 32:티스

33:코일 34:접속핀

35:스톱핀 35A:단턱

40:인쇄회로기판 41:접속공

42:삽입공 43:중앙공

44:센서납땜공 45:고정공

50:홀센서부 51A:몸체

51B:센싱면 51C:다리부

52:센서연결부 52A:고정후크

52B,52C:고정편 52D:걸림턱

53:센서지지구

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 코일이 말린 스테이터의 중앙부에 축이 삽입된 영구자석의 로우터가 위치하여 인쇄회로기판을 통한 전원공급에 의해서 상기 로우터를 회전시킬 수 있도록 하는 무정류자 전동기에 있어서, 상기 인쇄회로기판 상의 수곳에 납땜고정되는 홀소자와; 상기 홀소자를 상호 연결하는 센서연결부와; 상기 센서연결부를 상기 인쇄회로기판에 고정하기 위한 수단과; 상기 홀소자를 상기 스테이터의 단부 일측면에 위치하도록 안내하면서 지지하기 위한 수단으로 구성된 것을 특징으로 한 무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치가 제공된다. 또한 상기 로우터의 오버행 길이를 홀센서부의 설치위치 방향으로 그 반대쪽보다 길거나 같도록 형성한 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 홀소자의 다리는 수직선상으로 뻗어진 상태에서 양측으로 벌어진 형태를 갖도록 한 것을 특징으로 한다. 이와함께 상기 센서연결부는 일정길이를 갖는 원호형상으로 형성된 것을 특징으로 한다. 또한 상기 센서연결부의 고정수단은 인쇄회로기판에 수개 형성된 고정공에 걸림으로 끼움고정되는 고정후크를 홀소자와 반대방향으로 상기 센서연결부에 일체로 형성한 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 홀소자의 안내 및 지지수단은 상기 스테이터의 티스 단부 일측면에 센서삽입홈을 갖는 센서안내구가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성을 실시예에 따라 설명한다.

도 7은 본 발명에 의한 무정류자 전동기의 내부 구성을 보인 단면도이고, 도 8은 본 발명에 의한 스테이터 구조를 보인 정면도이며, 도 9는 본 발명에 의한 인쇄회로기판 구조를 보인 정면도, 도 10은 본 발명의 홀센서부 구조를 보인 사시도, 도 11은 본 발명의 홀소자 구조를 보인 사시도, 도 12는 본 발명의 센서안내구 구조를 보인 사시도, 도 13은 본 발명의 홀센서부 장착상태를 보인 인쇄회로기판의 정면도이다. 이 무정류자 전동기는 통상에서와 같이 베어링(22)(22A)으로 회전가능하게 지지된 축(21)이 삽입된 영구자석으로 되어 토크를 발생하며 회전하는 로우터(20)와, 회전하지 않고 고정되어 있는 코일(33)이 말린 스테이터(30)와, 상기 스테이터(30)와 회로적으로 접속 연결되어 동작을 제어하는 인쇄회로기판(40)으로 구성되어 있다. 또한 상기 로우터(20)의 축(21)은 베어링(22)(22A)으로 회전이 자유롭게 지지되어 있고, 상기 스테이터(30)는 환형의 금속판으로 된 스테이터코어(31)를 여러장 겹쳐 그 겹쳐진 상기 스테이터코어(31)의 각 티스(32)에 코일(33)을 권선한 구조로 되어 있다.

이러한 무정류자 전동기에 있어, 본 발명은 도 7 및 도 8에 도시된 바와같이 상기 스테이터(30)의 티스(32)와 티스(32) 사이의 슬롯개구폭을 등간격으로 유지한다. 그리고 상기 로우터(20)의 편측에 오버행(23)을 길게 주고, 상기 스테이터(30)의 티스(32) 단부 일측면, 즉 인쇄회로기판(40)으로 향하는 면에 홀센서부(50)가 구비되도록 하여 상기 스테이터(30)의 티스(32) 위로 자속의 플린징 효과를 크게 만들고, 이때 플린징되는 자속을 상기 홀센서부(50)가 검출할 수 있도록 구성된다. 상기 홀센서부(50)는 수개의 티스(32)에 연속되게 구비되는 것으로, 상기 인쇄회로기판(40)에 납땜 고정된 홀소자(51)로 이루어진다. 또한 상기 홀소자(51)는 원호형의 몰드물로 된 센서연결부(52)와 함께 인서트 사출성형되어 상호 연결 및 지지되는 것으로, 상기 센서연결부(52)는 고정수단에 의해서 상기 인쇄회로기판(40)에 고정된다. 이의 고정수단으로서 상기 인쇄회로기판(40)의 중앙공(43) 일측 내주연부에는 도 9 및 도 10에 도시된 바와같이 사각홈 형상의 고정공(45)이 상호 동일간격으로 수개 형성되고, 상기 센서연결부(52)의 일측면에는 상기 인쇄회로기판(40)의 고정공(45)과 상응하는 위치에 홀소자(51)와 반대방향으로 돌출되게 고정후크(52A)가 형성된 것으로, 상기 고정후크(52A)는 선단부 외측으로 걸림턱(52D)을 갖는 한 쌍의 고정편(52B)(52C)을 자체 탄성을 갖도록 상호 간격을 두고 형성된다. 그리고 상기 홀소자(51)는 전기한 바와같이 인쇄회로기판(40)에 납땜 고정되는 것으로, 이를 위해서 상기 인쇄회로기판(40)의 수곳에는 센서납땜공(44)이 형성된다. 또한 상기 홀소자(51)는 도 11에 도시된 바와같이 몸체(51A)와 다리부(51C)로 이루어져 있는데, 상기 몸체(51A)에서 "O"표시 부분이 로우터(20)의 위치를 감지하는 센싱면(51B)으로 복수개의 극성을 갖는 상기 로우터(20)의 외주면을 향한다. 이와함께 상기 홀소자(51)의 다리부(51C)는 모두 4개의 다리를 갖는 것으로, 상기 4개의 다리는 모두 동일선상으로 몸체(51A)에서 시작하여 서로 평행하게 수직선상으로 뻗어진 형태에서 양측으로 벌어진 형태를 갖도록 형성하여 납땜공간을 충분히 확보할 수 있도록 구성된다. 또한 상기 홀소자(51)가 위치하게 되는 상기 스테이터(30)의 티스(32) 단부 일측면(인쇄회로기판으로 향하는 면)에는 도 12에 도시된 바와같이 홀소자(51)가 삽입되는 센서삽입홈(60A)을 갖는 센서안내구(60)가 일체로 구비된다. 여기서 미설명 부호, 34는 상기 스테이터(30)를 인쇄회로기판(40)에 전기적으로 접속시키기 위한 접속핀이고, 35는 상기 접속핀(34)과 함께 인쇄회로기판(40)의 삽입공(42)에 삽입되는 선단부에 단턱(36)을 갖는 스톱핀이며, 53은 센서연결부(52)로 상호 연결된 홀소자(51)를 지지하는 센서지지구이다.

이와같이 구성된 본 발명은 먼저, 상기 센서연결부(52)의 일측면으로 돌출되게 형성된 고정후크(52A)를 인쇄회로기판(40)에 형성된 고정공(45)에 끼워 조립하게 되는데, 이때 상기 센서연결부(52)와 함께 인서트 사출성형되어 상호 연결된 홀소자(51)의 다리부(51C)를 상기 인쇄회로기판(40)의 센서납땜공(44)에 맞춘 상태로 끼워 조립하게 되고, 상기 센서연결부(52)는 상기 고정후크(52A)에 의해서 상기 인쇄회로기판(40)에 걸림으로 고정된다. 그런다음 상기 인쇄회로기판(40)의 센서납땜공(44)에 삽입된 홀소자(51)의 다리부(51C)를 납땜시킨 후, 다시 상기 홀소자(51)를 상기 스테이터(30)의 티스(32) 단부측에 일체로 구비된 센서안내구(60)의 센서삽입홈(60A)을 통해 삽입시키게 되는데, 이때 상기 센서안내구(60A)는 상기 홀소자(51)가 상기 스테이터(30)의 티스(32) 단부측에 정확히 위치하도록 안내하면서 후(後)에 전동기본체(10)를 형성하기 위한 몰딩작업시 상기 홀소자(51)의 휘어짐을 방지하게 된다. 그리고 이의 외부를 전기한 바와같이 몰딩작업에 의해서 전동기본체(10)를 형성하게 된다.

이같이 본 발명은 상기 홀소자를 고정후크 및 센서안내구에 의해서 보다 견고하면서도 안정되게 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라 센싱위치의 정확성을 기할 수 있게 되고, 또한 전동기본체를 형성하기 위한 몰딩작업시에도 상기 홀소자가 휘거나 단선되는 것을 미연에 방지할 수 있어 회로적인 안정성과 함께 기기의 성능 및 신뢰성을 한층 증대시킬 수 있는 효과를 갖게 된다. 또한 상기 홀소자를 인서트 사출성형에 의해서 상호 연결하는 센서연결부의 크기가 작아짐에 따라 원가절감효과와 함께 생산성 향상을 기할 수 있는 효과를 갖게 된다.

Claims (6)

1. 코일이 말린 스테이터의 중앙부에 축이 삽입된 영구자석의 로우터가 위치하여 인쇄회로기판을 통한 전원공급에 의해서 상기 로우터를 회전시킬 수 있도록 하는 무정류자 전동기에 있어서, 상기 인쇄회로기판 상의 수곳에 납땜고정되는 홀소자와; 상기 홀소자를 간직하면서 지지하는 센서지지구와; 상기 홀소자 및 센서지지구를 상호 연결하는 센서연결부와; 상기 센서연결부를 상기 인쇄회로기판에 고정하기 위한 수단과; 상기 홀소자를 상기 스테이터의 단부 일측면에 위치하도록 안내하면서 지지하기 위한 수단으로 구성된 것을 특징으로 한 무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 로우터의 오버행 길이를 홀센서부의 설치위치 방향으로 그 반대쪽보다 길거나 같도록 형성한 것을 특징으로 한 무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 홀소자의 다리는 수직선상으로 뻗어진 상태에서 양측으로 벌어진 형태를 갖도록 형성한 것을 특징으로 한 무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 센서지지구와 상기 센서연결부는 일정길이를 갖는 원호형상으로 일체로 형성된 것을 특징으로 한 무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 센서연결부의 고정수단은 인쇄회로기판에 수개 형성된 고정공에 걸림으로 끼움고정되는 고정후크를 홀소자와 반대방향으로 상기 센서연결부에 일체로 형성한 것을 특징으로 한 무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 홀소자의 안내 및 지지수단은 상기 스테이터의 티스 단부 일측면에 센서삽입홈을 갖는 센서안내구가 스테이터코어와 일체로 성형된 것을 특징으로 한 무정류자 전동기의 로우터 위치 감지장치.