KR100339569B1 - 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조에 관한 것으로서, 본 발명은 스테이터의 각 극에 설치된 상권선들 중 동일한 상의 상권선 간을 결선시키기 위해 소정 형태로 회로패턴이 형성된 인쇄기판을 이용할 수 있도록 구성되어 상기 상권선 간의 결선 작업이 간단, 용이함은 물론 상기 인쇄기판에 의해 안전거리로 인한 불안정성이 해소되어 모터의 오작동이 방지되도록 한 것이다.

Description

스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조{STRUCTURE FOR CONNECTING COIL IN MOTOR WITH SWITCHING CIRCUIT}

본 발명은 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조에 관한 것으로서, 특히 스테이터의 각 극에 설치된 상권선들 중 동일한 상의 상권선 간을 결선시키기 위해 소정 형태로 회로패턴이 형성된 인쇄기판을 이용하는 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조에 관한 것이다.

상기한 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터에는 BLDC 모터(Brushless Direct Current Motor), 인덕션 모터(Induction Motor), 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor) 등이 있다.

이하, 상기한 스위치드 릴럭턴스 모터를 예로 들어 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 내부 구조가 도시된 정면도이고, 도 2는 상기한 스위치드 릴럭턴스 모터의 대표적인 3상 구동회로가 도시된 회로도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 상권선 결선 구조가 도시된 12극 스테이터의 저면도이다.

일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 스테이터(1)와 로터(3)를 포함하여 구성되고, 상기 스테이터(1)의 각 극에는 각각 A상권선(5), B상권선(7), C상권선(9)이 감겨진 구조로 되어 있다.

상세하게는, 상기 스테이터(1)는 원통형의 계철부(1a)와, 상기 계철부(1a)의내측면에 중앙을 향해 돌출된 권선부(1b)와, 상기 권선부(1b) 사이에 형성된 슬로트부(1c)로 구성되고, 상기한 A상권선(5), B상권선(7), C상권선(9)은 상기 권선부(1b)에 감겨져 있다.

상기와 같은 스위치드 릴럭턴스 모터의 대표적인 3상 구동회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 직류전압을 생성하기 위한 콘덴서(C)와, 상기한 각 상권선(5, 7, 9)에 전압을 인가하기 위한 6개의 스위칭 소자(Q1∼Q6)와, 상기한 각 상권선(5, 7, 9)에 전압을 인가 후 상기 각 스위칭 소자(Q1∼Q6)가 '오프'시에 생성되는 역기전압을 환류시키기 위한 6개의 다이오드(D1∼D6)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기한 각 상권선(5, 7, 9)은 상, 하측에 형성된 2개의 스위칭 소자(Q1∼Q6) 사이에 접속되도록 되어 있다.

상기한 바와 같은 스위치드 릴럭턴스 모터에서는, A상에 전원을 인가하기 위하여 스위칭 소자(Q1, Q2)의 게이트단에 동작신호를 주어 스위칭 소자(Q1, Q2)를 동작시키면 스테이터(1)의 A상권선(5)에 전류가 흘러 상기 스테이터(1) 중 상기 A상권선(5)이 설치된 극이 자화되고, 가까운 위치의 로터(3)를 자화된 극에서 끌어당기는 힘을 발생시켜 로터(3)를 회전시키게 된다.

상기와 마찬가지로, B상권선(7), C상권선(9)에 인가되는 전류 또한 상기 A상과 동일한 동작에 의해 인가되어 A상-B상-C상의 순으로 스테이터(1)가 자화되고, 그 힘으로 로터(3)가 회전하게 됨으로써 스위치드 릴럭턴스 모터는 계속해서 작동되게 되는 것이다.

상기에서, 각 상은 로터(3)의 회전에 대한 제어성능을 높이고 상기 로터(3)의 회전으로 인한 소음을 개선시키기 위하여 복수개의 극으로 나뉘어 균형적으로 대칭 배치되며, 이와 같이 배치된 동일한 상의 상권선(5, 7, 9)들은 전류 통전을 위해 해당되는 스위칭소자(Q1∼Q6)에 모두 직렬 또는 병렬로 연결되어 있다.

도 3을 참조하면, 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 상권선 결선 구조는 동일한 상의 상권선(5, 7, 9)이 감겨진 스테이터(1)의 극간을 상기한 상권선(5, 7, 9)과 동일한 재질의 결선용 에나멜선(11)을 이용하여 접속시키는 방식으로 이루어져 있다.

이때, 상기 스테이터(1)는 하나의 상이 4개의 극으로 나뉘어 대칭 배치되도록 형성되어 있으며, 동일한 상의 상권선(5, 7, 9)이 감겨진 극들은 서로 직렬 연결되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 상권선 결선 구조는 동일한 상의 상권선(5, 7, 9)이 감겨진 스테이터(1) 극간을 결선시키기 위한 결선용 에나멜선(11)의 고정 상태가 불안정하기 때문에 상기 결선용 에나멜선(11)과 다른 구성요소들 사이의 안전거리가 제대로 확보되지 않게 되어 안전거리 미확보로 인한 모터의 오작동이 유발되는 문제점이 있었다.

다시 말하면, 상기한 스위치드 릴럭턴스 모터가 제대로 작동되기 위해서는 상기한 각각의 상권선(5, 7, 9)과 결선용 에나멜선(11) 사이, 그리고 상기 스테이터(1)의 계철부(1a)와 결선용 에나멜선(11) 사이의 절연거리는 규격상 2㎜ 이상이 되어야 하고, 상기 결선용 에나멜선(11)과 납땜 부위 등의 충전부와 상기 스테이터(1)의 계철부(1a)와 권선부(1b) 등의 금속부 사이의 절연거리는 규격상 3㎜ 이상이 되어야 하는데, 종래 기술에 의한 상권선 결선 구조는 결선용 에나멜선(11)의 고정 상태가 불안정하여 상기 결선용 에나멜선(11)이 유동성을 갖게 되기 때문에 작업자가 조금만 부주의해도 결선용 에나멜선(11)이 움직이게 되어 상기한 각각의 절연거리를 확보할 수 없게 되고, 이로 인해 모터가 제대로 작동되지 않게 되는 문제점이 있었다.

특히, 상기와 같은 안전거리 미확보로 인한 모터의 오작동은 40V 이상의 고압의 직류전압이 인가되는 모터의 경우에 아주 심각하며, 이러한 안전거리 미확보로 인한 불량들을 해결하기 위해서는 별도의 절연재 또는 상기한 결선용 에나멜선(11)을 고정하기 위한 보조재를 사용해야 하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 상권선 결선 구조는 각 상권선(5, 7, 9)에 전류를 공급하기 위한 인출선(13)의 취부를 위해 별도의 장치가 필요함은 물론, 상기한 인출선(13)의 취부 구조 및 결합성이 취약하여 인출선(13)이 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 상권선 결선 구조는 상기한 상권선(5, 7, 9) 사이를 일일이 결선용 에나멜선(11)을 이용하여 연결해야 하기 때문에 스테이터(1)의 극수가 증가하면 할수록 그 구조가 매우 복잡하게 되어 작업성이 떨어지고, 이로 인해 양산에는 적용이 불가능한 문제점이 있었다.

상기에서, 미설명된 참조번호 15, 16은 로터(3)의 중심에 결합되어 회전되는 회전축을 지지하기 위해 상기 로터(3)의 상, 하측에 각각 설치된 상, 하부 베어링을 나타내고, 참조번호 17, 18은 모터의 외관을 형성하는 상, 하부 케이스를 나타낸다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은, 스테이터의 각 극에 설치된 상권선들 중 동일한 상의 상권선 간을 결선시키기 위해 소정 형태로 회로패턴이 형성된 인쇄기판을 이용함으로써 상기 상권선 간의 결선 작업이 간단, 용이해져 양산이 가능하게 됨은 물론, 상기 인쇄기판에 의해 안전거리로 인한 불안정성이 해소되어 모터의 오작동이 방지되도록 하는 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 내부 구조가 도시된 정면도,

도 2는 상기한 스위치드 릴럭턴스 모터의 대표적인 3상 구동회로가 도시된 회로도,

도 3은 종래 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 상권선 결선 구조가 도시된 12극 스테이터의 저면도,

도 4는 본 발명에 따른 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조가 도시된 단면도,

도 5는 도 4의 A부가 상세히 도시된 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 권선용 보빈의 구조가 도시된 정면도,

도 7은 본 발명에 따라 권선용 보빈이 장착된 스테이터가 도시된 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 인쇄기판의 구조가 도시된 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 스테이터 52 : 결선용 보빈

52a, 52b : 터미널 리드 53 : 상권선

55 : 인쇄기판 55a : 회로패턴

55b : 홀 57 : 납땜

59 : 인출선

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 스테이터의 각 극에 상권선이 감겨지는 동시에 하단에 터미널 리드가 형성된 권선용 보빈이 각각 설치되고, 상기 스테이터의 각 극에 설치된 상권선들 중 동일한 상의 상권선 간을 결선시키기 위해 각 상권선의 터미널 리드가 삽입되는 홀이 형성됨과 아울러 동일한 상의 상권선들이 서로 결선되도록 상기 홀간을 연결하는 회로패턴이 형성된 인쇄기판을 구비하여 각 상권선들의 터미널 리드를 상기 홀에 삽입하고 남땜에 의하여 터미널 리드와 회로패턴을 전기적으로 연결하여서 됨을 특징으로 하는 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조가 도시된 단면도이고, 도 5는 도 4의 A부가 상세히 도시된 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 권선용 보빈의 구조가 도시된 정면도이고, 도 7은 본 발명에 따라 권선용 보빈이 장착된 스테이터가 도시된 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 인쇄기판의 구조가 도시된 평면도이다.

본 발명에 따른 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조는,도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 스테이터(51)의 각 극에 설치된 상권선(53)들 중 동일한 상의 상권선(53)간을 결선시키기 위해 소정 형태로 회로패턴(55a)이 형성된 인쇄기판(55)을 이용한다.

상세하게는, 상기 스테이터(51)의 각 극에는 상권선(53)이 감겨지는 동시에 하단에 터미널 리드(52a, 52b)가 형성된 권선용 보빈(52)이 각각 설치되고, 상기 권선용 보빈(52)의 하측에는 상기 터미널 리드(52a, 52b)가 삽입되는 홀(55b)이 형성되는 동시에 동일한 상의 상권선(53)들이 서로 결선되도록 상기 홀(55b)간을 연결하는 회로패턴(55a)이 형성된 인쇄기판(55)이 설치된다.

여기서, 상기 터미널 리드(52a, 52b)는 상권선(53)으로 들어가는 전류와 상기 상권선(53)에서 나오는 전류가 각각 흐를 수 있도록 상기 권선용 보빈(52)의 하단 양측에 각각 하나씩, 총 2개가 형성되어 있다.

또한, 상기 터미널 리드(52a, 52b)에는 상권선(53)에서 연장된 코일(53')이 설치되고, 상기 터미널 리드(52a, 52b)와 인쇄기판(55)은 상기 상권선(53)과 인쇄기판(55)의 회로패턴(55a)이 통전되도록 납땜(57)에 의해 서로 결합되어 있다.

또한, 상기 인쇄기판(55)의 회로패턴(55a)은 인가전압의 해당 안전규격에 준하는 안전거리 및 전류의 허용치에 따른 패턴간의 이격거리와 패턴폭으로 형성되어 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 상권선 결선 구조는 전원 직접정류 방식으로 구동되고 인가 직류전압이 40V 이상인 모터에 특히 효과적이며, BLDC 모터, 인덕션 모터, 스위치드 릴럭턴스 모터 등에 적용될 수 있다.

마지막으로, 상기 인쇄기판(55)에는 직류전압을 생성하는 콘덴서에 연결된 인출선(59)이 회로패턴(55a)과 통전되도록 고정되어 상기 인출선(59)에 의해 각각의 상권선(53)들에 전류가 공급되도록 되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조는, 스테이터(51)의 각 극에 설치된 상권선(53)들 중 동일한 상의 상권선(53)간을 결선시키기 위해 소정 형태로 회로패턴(55a)이 형성된 인쇄기판(55)을 이용하므로 상기 상권선(53)간의 결선 작업이 간단, 용이해져 양산이 가능하게 됨은 물론 상기 인쇄기판(55)에 의해 안전거리로 인한 불안정성이 해소되어 모터의 오작동이 방지되는 이점이 있다.

특히, 본 발명은 스테이터(51)의 극수가 늘어나더라도 상기 인쇄기판(55)의 회로패턴(55a)만 상기 스테이터(51)의 극수에 맞게 변경시키면 되므로 많은 수의 극을 갖는 모터의 결선 작업에 매우 유리한 이점이 있다.

또한, 본 발명은 인쇄기판(55)에 인출선(59)을 고정시킬 수 있으므로 상기 인출선(59)을 고정하기 위한 별도의 기구가 불필요해짐은 물론, 상기 인출선(59)의 취부 구조 및 결합성이 강화되어 인출선(59)의 파손이 방지되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 스테이터의 각 극에 상권선이 감겨지는 동시에 하단에 터미널 리드가 형성된 권선용 보빈이 각각 설치되고, 상기 스테이터의 각 극에 설치된 상권선들 중 동일한 상의 상권선 간을 결선시키기 위해 각 상권선의 터미널 리드가 삽입되는 홀이 형성됨과 아울러 동일한 상의 상권선들이 서로 결선되도록 상기 홀간을 연결하는 회로패턴이 형성된 인쇄기판을 구비하여 각 상권선들의 터미널 리드를 상기 홀에 삽입하고 남땜에 의하여 터미널 리드와 회로패턴을 전기적으로 연결하여서 됨을 특징으로 하는 스위칭 회로를 이용한 가변속 모터의 상권선 결선 구조.
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