KR100492589B1 - 전동기의 냉각 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기의 냉각 구조에 관한 것으로, 본 발명은 권선코일을 감는 폴부와 이 폴부에 연장하여 자로를 형성하는 요크부를 구비하여 고정 설치하는 스테이터와, 권선코일을 감아 스테이터의 안쪽에 회전 가능하게 배치하는 아마추어를 포함한 청소기용 모터에 있어서, 스테이터의 요크부 내측면에 아마추어를 향하는 방향으로 유동안내부를 돌출 형성함으로써, 고출력용 유니버셜 모터의 생산비용을 낮추고 수명을 연장하며 크기를 줄일 수 있다.

또, 이 유니버셜 모터를 동일한 임펠러 등을 구비한 청소기에 적용하는 경우에도 청소기 효율을 높일 수 있다.

Description

전동기의 냉각 구조{COOLING STRUCTURE FOR MOTOR}

본 발명은 청소기용 모터로 이용하는 유니버셜 모터에 관한 것으로, 특히 스테이터 코어의 요크부 내측면에 유동안내부를 형성하여 공기를 아마추어 방향으로 유도하도록 하는 전동기의 냉각 구조에 관한 것이다.

일반적으로 청소기용 모터로 널리 사용되고 있는 유니버셜 모터(Universal Motor)는 회전자에 마그네트를 사용하지 않고 권선코일을 설치하는 것으로, 대개 교류와 직류에서도 사용 가능하고 기동 토크가 대단히 크며 무부하 회전수가 높고 고속 회전을 용이하게 얻을 수 있어 특히 고출력이 요구되는 진공청소기 등에 폭넓게 적용되고 있다.

이러한 유니버셜 모터는 크게 하우징 타입과 프레임 타입으로 구분할 수 있는데, 전자는 모터를 하우징 내부에 설치하여 이물의 침투 등을 차단하는 것이고 후자는 모터를 외부에 노출시켜 방열 효과를 높이고자 하는 것이다. 이 중 특히 하우징 타입의 유니버셜 모터의 경우에는 고출력을 위하여 전기적 입력을 높이면 입력 전류의 크기가 증가하여 권선코일의 온도가 상승하면서 안전 사고의 발생이 우려된다. 이를 감안하여 모터 효율을 유지하면서 권선코일의 온도를 낮추기 위하여는 코어를 크게 하거나 권선코일의 직경을 확대할 수 있지만 이는 생산비용의 증가를 초래한다.

본 발명은 코어의 크기나 권선코일의 직경을 동일하게 유지하면서 권선코일의 온도를 낮출 수 있는 청소기용 모터를 제시하고자 하는 것이다.

도 1은 종래 유니버셜 모터를 적용한 정소기의 흡입팬을 보인 반단면도이고, 도 2는 종래 청소기에 적용한 유니버셜 모터를 개략적으로 보인 평면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래 청소기의 흡입팬은, 흡입구(11)와 배출구(12) 사이에 소정의 내부공간(S)을 구비하는 하우징(10)과, 하우징(10)의 내부공간(S) 중앙부에 설치하여 회전력을 발생하는 구동모터(20)와, 구동모터(20)의 아마추어(22)에 회전축(30)으로 결합하여 회전하면서 유체 정압력과 운동에너지를 높이는 임펠러(40)와, 임펠러(40)의 출구측에 장착하여 유체의 운동에너지 일부를 정압으로 바꾸는 디퓨저(50)를 포함하고 있다.

여기서, 구동모터(20)는 도 2에서와 같이 폴부(21a)와 요크부(21b)를 구비하여 평면투영시 거의 미음자 모양으로 형성하는 스테이터(21)와, 원판 모양으로 형성하여 스테이터(21)의 안쪽에 회전 가능하게 배치하는 아마추어(22)로 이루어져 있다.

스테이터(21)는 미음자 모양의 요크부(21b)의 양쪽 내측면에 폴부(21a)를 원호 모양으로 돌출 형성하고, 이 폴부(21a)에 유도자기를 발생시키는 주권선코일(21c)을 감아 고정하고 있다. 폴부(21a) 사이의 요크부(21b) 내측면은 도면에서와 같이 거의 직선모양으로 밋밋하게 형성하고 있다.

아마추어(22)는 원판 모양으로 형성하되 그 중앙부는 회전축(30)을 압입하기 위한 축구멍(22a)을 형성하고, 테두리에는 보조권선코일(22b)을 감아 고정하기 위한 코일슬릿(22c)을 원주방향을 따라 고르게 형성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 60은 가이드베인, 70은 브러쉬 조립체이다.

상기와 같은 종래 청소기의 임펠러는 다음과 같이 동작한다.

즉, 구동모터(20)에 의해 임펠러(40)가 약 30,000 ~ 40,000rpm 정도로 고속 회전하면서 흡입력을 발생하고, 이 흡입력은 청소기 본체의 입구측으로 전달되어 청소할 곳의 이물을 공기와 함께 흡입하며, 이물과 공기는 청소기 본체의 집진필터(미도시)를 함께 거치면서 그 중 이물은 걸러져 남고 공기는 집진필터를 통과하여 임펠러(40)의 입구로 빠르게 흡입된다. 이후 임펠러(40)에 의해 정압력과 운동에너지가 증가하면서 디퓨저(50)로 토출하고, 디퓨저(50)에 의해 운동에너지의 일부가 정압으로 바뀐 다음 가이드 베인(60)을 거쳐 구동모터(20)의 안쪽으로 유도되어 이 구동모터(20)를 냉각시킨 다음 상기한 구동모터(20)의 후방측에 구비한 하우징(10)의 배기구(12)를 통해 청소기 본체의 외부로 배출하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 청소기의 흡입팬에 있어서는, 임펠러(40)의 구동모터로 고출력의 유니버셜 모터를 사용함에도 불구하고 이 유니버셜 모터의 안쪽으로 유입하는 공기가 도 2에서와 같이 아마추어(22) 주변을 따라 겉돌 듯이 회전함에 따라 모터의 냉각 효과가 낮아져 모터 온도가 상승할 우려가 있으므로, 종래에는 모터 온도의 상승을 막기 위해 보조권선코일(22c)의 선재 직경을 증가시키거나 피막의 두께를 두껍게 함에 따라 재료비용이 상승하는 것은 물론 모터의 크기가 증가하는 문제점이 있었다.

또, 브러시(미도시) 등 기타 부품의 파손을 야기하여 모터 수명을 단축하는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 청소기의 흡입팬이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 공기를 아마추어의 중앙부 방향으로 유도하여 코어나 권선코일의 직경을 유지하면서도 모터의 냉각 효과를 높일 수 있는 전동기의 냉각 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 권선코일을 감는 폴부와 이 폴부에 연장하여 자로를 형성하는 요크부를 구비하여 고정 설치하는 스테이터와, 권선코일을 감아 스테이터의 안쪽에 회전 가능하게 배치하는 아마추어를 포함한 청소기용 모터에 있어서, 스테이터의 요크부 내측면에 아마추어를 향하는 방향으로 유동안내부를 돌출 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기의 냉각 구조를 제공한다.

또, 권선코일을 감는 폴부와 이 폴부에 연장하여 자로를 형성하는 요크부를 구비하여 고정 설치하는 스테이터와, 권선코일을 감아 스테이터의 안쪽에 회전 가능하게 배치하는 아마추어와, 스테이터의 내주면에 삽입하여 권선코일과의 절연층을 형성하는 프로텍터를 포함한 청소기용 모터에 있어서, 스테이터의 요크부에 밀착하는 프로텍터의 내측면에 아마추어를 향하는 방향으로 유동안내부를 돌출 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기의 냉각 구조를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 전동기의 냉각 구조를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명 청소기에 적용한 유니버셜 모터를 개략적으로 보인 평면도이고, 도 4는 도 3의 "A"부를 상세히 보인 확대도이며, 도 5는 본 발명 유니버셜 모터의 내부에서 공기의 흐름을 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 청소기용 유니버셜 모터(100)는, 폴부(111)와 요크부(112)를 구비하고 그 요크부(112)의 안쪽면에 유동안내부(112a)를 형성하는 스테이터(110)와, 원판 모양으로 형성하여 스테이터(110)의 안쪽에 회전 가능하게 배치하고 그 중앙에 회전축(도 1에 도시)(30)을 압입하여 임펠러(도 1에 도시)(40)를 회전시키는 아마추어(120)로 구성한다.

스테이터(110)는 자로를 이루는 요크부(112)를 거의 미음자 모양으로 형성하고, 이 요크부(112)의 양쪽 내측면에는 아마추어(120) 방향으로 돌출하여 주권선코일(113)을 감아 고정하는 폴부(111)를 원호 모양으로 형성한다. 또, 폴부(111)와 폴부(111) 사이의 요크부(112) 내측면에는 임펠러와 디퓨저(도 1에 도시)(50)를 통해 유입한 공기가 아마추어(120)쪽으로 향하도록 상기 아마추어(120) 방향으로 돌출하는 유동안내부(112a)를 형성한다.

유동안내부(112a)는 도 4에서와 같이 요크부(112)와 일체로 연장 형성하는 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 요크부(112)와 별개로 형성하여 후조립으로 결합할 수도 있다.

또, 유동안내부(112a)는 스테이터(110)에서 아마추어(120) 쪽으로 갈수록 그 폭을 좁게 형성하되 좌우 양측면은 공기의 유동을 원활하게 하도록 유선형으로 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 아마추어(120)는 원판 모양으로 형성하되 그 중앙부는 회전축(30)을 압입하기 위한 축구멍(121)을 형성하고, 테두리에는 보조권선코일(122)을 감아 고정하기 위한 코일슬릿(123)을 원주방향을 따라 고르게 형성한다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명은 청소기용 모터의 냉각 구조가 가지는 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 구동모터(100)에 의해 임펠러(40)가 고속으로 회전하면서 흡입력을 발생하여 이물과 공기를 함께 청소기 본체로 흡입하고, 이 중 이물은 청소기 본체의 집진필터(미도시)를 거치면서 걸러져 남는 반면 공기는 집진필터를 통과하여 임펠러의 입구로 흡입되었다가 디퓨저(50)와 가이드 베인(도 1에 도시)(60)을 거쳐 구동모터(100)의 안쪽으로 유도되어 이 구동모터(100)를 냉각시킨 후 청소기 본체의 외부로 배출된다.

여기서, 구동모터(100)의 안쪽으로 유도되는 공기는 도 5에서와 같이 아마추어(120)가 회전을 할 때 그 아마추어(120)의 외주면을 따라 원형을 그리며 유동하다가 바깥쪽에 위치한 스테이터(110)의 유동안내부(112a)에 의해 아마추어(120)의 안쪽으로 유도되어 구동모터(100)의 아마추어(120)를 냉각시키게 된다.

이때, 유동안내부(112a)가 전술한 바와 같이 스테이터(110)에서 아마추어(120) 방향으로 폭이 좁아지되 양측 안내면을 유선형으로 형성함으로써 아마추어(120) 주변을 원형으로 돌던 공기가 아마추어(120) 쪽으로 방향을 바꿀 때 발생하는 유동저항을 줄일 수 있고 이를 통해 모터를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 전동기의 냉각구조에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 도 6에 도시한 바와 같다.

즉, 전술한 일실시예에서는 공기를 아마추어로 유도하는 유동안내부를 스테이터의 요크부에 돌출 형성하는 것이었으나, 본 실시예는 스테이터(110)에 절연층을 형성하는 프로텍터(130)를 장착하는 경우 이 프로텍터(130)의 내측면, 예컨대 스테이터(110)의 요크부(112)에 대향하는 부위의 내측면에 유동안내부(130a)를 아마추어(120) 방향으로 돌출 형성하는 것이다.

이 경우에도 유동안내부(130a)는 유선형으로 형성하는 것이 공기를 원활하게 유도하는데 바람직하다.

이렇게 하여 모터의 크기나 권선코일의 직경을 동일하게 유지하면서도 도 7에서와 같이 모터의 온도를 종래 대비 약 4.9% 정도 낮출 수 있고 이를 통해 고출력용 유니버셜 모터의 생산비용을 낮추고 수명을 연장하며 크기를 줄일 수 있다.

또, 이 유니버셜 모터를 동일한 임펠러 등을 구비한 청소기에 적용하는 경우 도 8에서와 같이 청소기 효율을 약 0.3% 정도 높일 수 있다.

본 발명에 의한 유니버셜 모터 및 이를 적용한 청소기는, 스테이터의 요크부 내측면에 아마추어를 향하는 방향으로 유동안내부를 돌출 형성함으로써, 고출력용 유니버셜 모터의 생산비용을 낮추고 수명을 연장하며 크기를 줄일 수 있다.

또, 이 유니버셜 모터를 동일한 임펠러 등을 구비한 청소기에 적용하는 경우에도 청소기 효율을 높일 수 있다.

도 1은 종래 유니버셜 모터를 적용한 정소기의 흡입팬을 보인 반단면도,

도 2는 종래 청소기에 적용한 유니버셜 모터를 개략적으로 보인 평면도,

도 3은 본 발명 청소기에 적용한 유니버셜 모터를 개략적으로 보인 평면도,

도 4는 도 3의 "A"부를 상세히 보인 확대도,

도 5는 본 발명 유니버셜 모터의 내부에서 공기의 흐름을 보인 개략도,

도 6은 본 발명 유니버셜 모터의 다른 실시예를 보인 평면도,

도 7 및 도 8은 발명 유니버셜 모터를 동일한 청소기에 적용한 경우 온도저감효과 및 효율상승효과를 비교하여 보인 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 스테이터 111 : 폴부

112 : 요크부 112a : 유동안내부

120 : 아마추어 121 : 축구멍

122 : 코일 123 : 코일슬릿

130 : 프로텍터 130a : 유동안내부

Claims (4)

1. 권선코일을 감는 폴부와 이 폴부에 연장하여 자로를 형성하는 요크부를 구비하여 고정 설치하는 스테이터와, 권선코일을 감아 스테이터의 안쪽에 회전 가능하게 배치하는 아마추어를 포함한 청소기용 모터에 있어서,

   스테이터의 요크부 내측면에 아마추어를 향하는 방향으로 유동안내부를 돌출 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기의 냉각 구조.
2. 권선코일을 감는 폴부와 이 폴부에 연장하여 자로를 형성하는 요크부를 구비하여 고정 설치하는 스테이터와, 권선코일을 감아 스테이터의 안쪽에 회전 가능하게 배치하는 아마추어와, 스테이터의 내주면에 삽입하여 권선코일과의 절연층을 형성하는 프로텍터를 포함한 청소기용 모터에 있어서,

   스테이터의 요크부에 밀착하는 프로텍터의 내측면에 아마추어를 향하는 방향으로 유동안내부를 돌출 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기의 냉각 구조.
3. 제1항에 있어서,

   유동안내부는 요크부와 일체로 연장 형성하는 것을 특징으로 하는 청소기용 모터의 냉각 구조.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   유동안내부는 유선형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 청소기용 모터의 냉각 구조.