KR100663641B1

KR100663641B1 - 일체형 스테이터의 제조방법, 이를 이용한 레이디얼코어타입 더블 로터 방식의 비엘디씨 모터 및 그의제조방법

Info

Publication number: KR100663641B1
Application number: KR1020060031604A
Authority: KR
Inventors: 김병규; 이재영; 정규혁; 이정훈
Original assignee: 주식회사 아모텍
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-01-05
Also published as: CN101789671B; EP2048768A2; CN101789671A; EP1843447A1; US20100164307A1; WO2007114545A1; ATE534183T1; US20100171378A1; EP2048768A3; CN101051783A; CN101789670A; EP1843447B1; US7944112B2; JP4566175B2; US7960893B2; CN101789670B; US20070236099A1; JP2009278862A; JP2007282469A; JP4908558B2

Abstract

본 발명은 더블 로터 구조의 레이디얼 코어 타입 BLDC 모터에서 분할형 스테이터 코어의 조립성이 우수한 레이디얼 코어 타입 BLDC 모터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 장치의 하우징에 회전 가능하게 장착된 회전축과; 각각 다수의 N극 및 S극 자석이 서로 다른 동심원상에 환원상으로 교대로 배치되는 내부 및 외부 로터와, 상기 내부 및 외부 로터 사이에 트랜치형 공간을 형성하면서 내부 로터로부터 회전축에 결합되는 부싱의 외주면과 연결되도록 열경화성 수지로 몰딩된 로터 지지체를 포함하는 일체형 더블 로터와; 다수의 분할 코어를 포함하는 다수의 코어 그룹으로 이루어지는 U, V, W상 코일 조립체 각각에 대하여, U, V, W상 코일 조립체의 분할 코어 그룹이 각각 상별로 돌아가면서 교대로 배치되어 있고, 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 스테이터 지지체에 의해 환원형의 형상으로 일체로 형성되어, 트랜치형 공간에 일단이 배치되며, 타단으로부터 축방향으로 연장된 연장부에서 장치의 하우징에 고정되는 일체형 스테이터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

코어형 모터, 더블 로터, 분할 코어, 코일 권선, 냉각

Description

일체형 스테이터의 제조방법, 이를 이용한 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식의 비엘디씨 모터 및 그의 제조방법{Method for Making Integrated Stator, Brushless Direct Current Motor of Radial Core Type Having a Structure of Double Rotors and Method for Making the Same Using the Method}

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 축방향을 따라 절개한 일부 절단 정면도 및 자기회로 설명을 위하여 원주방향으로 절단한 단면도,

도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명에 사용되는 스테이터의 사시도, 평면도 및 배면도,

도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명에 따른 분할형 코어의 사시도, 보빈이 결합된 분할 코어의 일측면 및 타측면 사시도,

도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명에 따른 분할형 스큐 코어의 평면도, 보빈이 결합된 분할 스큐 코어의 배면도 및 평면도,

도 5a는 본 발명이 적용되는 24극-27코어 모터의 3상 구동방식 스테이터 코일 회로도,

도 5b는 도 5a의 스테이터 코어의 조립시에 배치순서를 나타내는 설명도,

도 6a 내지 도 6d는 각각 본 발명에 따른 분할 코어 연결용 연결지그를 나타 내는 정면도, 좌측면도, 우측면도 및 도 6c의 C-C선 단면도,

도 7a 및 도 7b는 각각 분할 코어와 연결지그의 조립된 상태를 나타낸 코어/지그 조립체의 정면도 및 연속권선장치의 개략 사시도,

도 8a 및 도 8b는 코어 그룹 내에 인접한 코어와 코어 사이에 짧은 점프선을 확보하면서 코일 권선이 이루어지는 동작을 설명하기 위한 설명도,

도 8c 및 도 8d는 코어 그룹 사이에 코어와 코어 사이에 긴 점프선을 확보하면서 코일 권선이 이루어지는 동작을 설명하기 위한 설명도,

도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명에 따라 다수의 분할 코어 조립체를 인서트 몰딩방식으로 사출성형하기 위한 금형 구조를 설명하기 위한 설명도 및 다수의 분할 코어 조립체가 인서트 몰딩을 위해 환형으로 배열된 상태를 나타낸 사시도,

도 10a 내지 도 10e는 각각 본 발명에 따른 로터의 상측면 사시도, 일부 절단 정면도, 평면도, 배면도 및 원주방향 단면 사시도,

도 11a 내지 도 11d는 각각 로터 회전 위치에 따른 공기의 흐름 상태를 설명하기 위한 로터의 일부 절단 정면도,

도 12a 내지 도 12e는 각각 로터에 적용 가능한 팬 블레이드의 형태를 보여주는 도면,

도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 더블 로터의 조립에 사용되는 내부 및 외부 로터 조립체와 인벌류트 세레이션 구조물의 사시도,

도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 축방향 단면도,

도 15a 내지 도 15c는 각각 도 14에 도시된 더블 로터의 평면도, 도 15a의 X-X선 단면도 및 배면도,

도 16a 내지 도 16c는 각각 도 14에 도시된 스테이터의 평면도, 도 16a의 Y-Y선 단면도 및 배면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

1,100 ; 모터 2 ; 스테이터 지지체

3,330 ; 스테이터 2a ; 축방향 연장부

4 ; 내부로터 5 ; 외부로터

4a,5a ; 자석 4b,5b ; 요크

6 ; 로터 지지체 6a,600a ; 환형 몰딩 지지체

7 ; 부싱 7a,7b ; 부싱 지지체

8,8a,8b ; 베어링 9 ; 회전축

10 ; 하우징 11 ; 고정볼트

12 ; 터미널 블록 13 ; 홀(HALL) IC 어셈블리

14 ; 고정너트 15 ; 플레이트 와샤 너트

16,160 ; 축결합부 17 ; 플레이트 와샤

18 ; 스프링 와샤 20,200 ; 보빈

22a,22b ; 내부 및 외부 플랜지 24a,24b,240 ; 결합돌기

30 ; 분할 코어 31 ; 금형

32 ; 요홈 33 ; 코일

33a-33c ; 코일 조립체 34a,34b ; 위치결정용 고정홈

36 ; 분할 스큐 코어 40,40a-40c ; 연결지그

45 ; 코어/지그 조립체 46 ; 연속권선장치

50,500 ; 더블 로터 51,510 ; 직선 리브

52,520 ; 원형 리브 53,530 ; 대형 구멍

54,540 ; 소형 구멍 55,550 ; 요홈

300 ; 분할 코어 조립체

본 발명은 일체형 스테이터의 제조방법, 이를 이용한 레이디얼 코어 타입 BLDC 모터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속 권선방법으로 다수의 분할형 스테이터 코어에 코일을 연속하여 권선하고 상호 연결된 다수의 스테이터 코어 조립체를 금형 자체에 형성된 위치결정홈을 이용하여 자동 위치 설정시켜서 인서트 몰딩방식으로 사출성형함에 의해 스테이터의 조립 생산성을 크게 높일 수 있는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터에 관한 것이다.

BLDC 모터를 스테이터 코어의 존재 여부에 따라 분류하면 일반적으로 컵(원통) 구조를 가지는 코어형(또는 레이디얼형)과 코어레스형(또는 액시얼형)으로 나뉘어진다.

코어형 구조의 BLDC 모터는 내주부에 형성된 다수의 돌기에 전자석 구조를 갖기 위해 코일이 권취된 원통형의 스테이터와 원통형 영구 자석으로 이루어진 로터로 구성된 내부 자석형과, 스테이터가 외주부에 형성된 다수의 돌기에 상하 방향으로 코일이 권취되어 있고 그 외부에 다극 착자된 원통형 영구자석으로 된 로터로 구성된 외부 자석형으로 분류된다.

종래의 외부 자석형 BLDC 모터에서의 자속의 주 경로는 회전자의 영구자석에서 진행하여 공극을 통하여 고정자의 스테이터를 통하여 다시 영구자석과 요크의 방향으로 진행하는 자기회로를 형성한다.

내부 자석형의 경우에는 코일이 감겨진 스테이터 코어의 다수의 "T형" 코어부가 외부에서 내측방향으로 돌출 형성되어 있고, 각 코어부의 내측 종단부가 일정한 지름의 원을 형성하며, 그 내부의 공간에 회전축을 포함한 원통형 영구자석 혹은 중심에 회전축을 포함한 원통형 요크에 링형 영구자석이 부착된 회전자가 장착된다. 모터가 회전하는 방식은 상기 외부 자석형과 같다.

이러한 코어형 BLDC 모터는 자기회로가 축을 중심으로 레이디얼 방향으로 대칭인 구조를 가지고 있으므로 축방향 진동성 노이즈가 적고, 저속 회전에 적합하며, 자로의 방향에 대하여 공극이 차지하는 부분이 극히 적어 성능이 낮은 자석을 사용하거나 자석의 양을 줄여도 높은 자속 밀도를 얻을 수 있으므로 토크가 크고 효율이 높다는 장점을 가지고 있다.

그러나, 이러한 코어, 즉 요크 구조는 스테이터를 제작할 때에 요크(yoke, 계철)의 재료 손실이 크고, 양산할 때에 요크의 복잡한 구조로 인하여 요크에 코일을 권선하는 데 특수한 고가의 전용권선기를 사용하여야 하며, 스테이터 제작시 금 형 투자비가 높아 설비 투자비용이 높다는 단점을 가지고 있다.

코어형 AC 또는 BLDC 모터, 특히 레이디얼 타입의 코어 모터에서는 스테이터 코어를 완전 분할형으로 구성하는 것이 값이 싼 범용 권선기를 사용하여 고효율로 분할 코어에 코일을 권선할 수 있기 때문에 모터의 경쟁력을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 그러나 이와 반대로 일체형 스테이터 코어 구조인 경우는 값이 비싼 전용 권선기를 사용하며 저효율 권선이 이루어지므로 모터의 제조비용이 높아지게 된다.

액시얼 더블로터 타입과 레이디얼 코어 타입의 장점은 살리고 단점을 개선할 수 있는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터가 본 출원인에 의해 특허 제432954호를 통하여 제안된 바 있다.

상기 특허 제432954호에서는 스테이터 코어의 내측 및 외측에 동시에 영구자석 회전자를 배치함에 의해 자로의 흐름을 내측과 외측의 영구자석 및 회전자 요크에 의해 형성시킴으로써 스테이터 코어의 완전 분할이 가능하여 개별적인 코일 권선에 의해 스테이터 코어의 생산성과 모터의 출력을 크게 높일 수 있는 구조를 제안하고 있다.

또한, 상기 특허 제432954호에서는 코일이 권선된 다수의 분할형 코어 조립체를 준비한 후, 코일이 권선된 다수의 분할형 코어 조립체를 인쇄회로기판(PCB)에 배열하여 고정시켜서 코일을 결선한 후 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 환원형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 준비하는 방법을 제안하였다.

그러나, 상기한 특허 제432954호는 다수의 개별 코어를 일체형으로 조립하여 코일을 상호 결선할 때 효과적으로 조립이 이루어질 수 있는 스테이터 조립 구조/방법은 제시하지 않았다.

상기와 같이 스테이터 코어를 다수의 분할 코어로 구현할 때에는 개별 분할 코어에 대한 코일 권선은 일체형(즉, 단일) 코어를 사용하는 경우보다 월등하게 생산성 등이 우수하나, 이들을 조립하는 것은 생산성 및 내구성이 떨어질 수 있는 구조적인 문제가 있다.

이러한 점을 고려하여 한국 특허 제545848호에는 보빈에 코일이 권선된 다수의 스테이터 코어 조립체를 일정한 간격으로 수용하여 지지함과 동시에 다수의 코일을 상별로 결선하기 위한 환원형의 코어 지지판과, 코어 지지판에 다수의 스테이터 코어 조립체를 일정한 간격으로 자동으로 위치 설정하여 지지하기 위한 자동 위치설정/지지수단을 구비하여 스테이터의 조립 생산성을 크게 높일 수 있는 구조가 제시되어 있다.

상기 특허 제545848호에서는 각각의 분할 코어마다 코일을 권선하여 얻어진 다수의 분할 코어 조립체를 코어 지지판에 조립하고, 각각의 코어 조립체를 코어 지지판 내에서 전기적으로 연결하기 위한 상호 결선이 이루어졌다. 이 경우, 각 분할 코어의 보빈에는 이러한 결선이 용이하게 이루어질 수 있도록 권선된 코일이 연결핀과 연결되고 연결핀이 코어 지지판에 형성된 도전라인에 결합되어야 하는 등의 문제가 있어, 조립 생산성을 낮추는 요인이 되었다.

따라서 바람직하게는 상기와 같은 환형 코어 지지판을 사용하지 않으면서 코일이 권선된 다수의 스테이터 코어를 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 일체화하는 것이 요구된다.

한편, 일반적으로 대형 모터인 경우 다수의 스테이터 폴과 다수의 로터 폴이 조합된 구조를 이루고 있으며, 분할 코어방식일 때 다수의 분할 코어로 이루어진 다수 그룹의 코어에 연속적인 권선이 이루어지는 것이, 다수의 분할 코어를 개별적으로 권선하여 조립하는 것 보다 조립 생산성 측면에서 바람직하다.

그런데 기존에 알려져 있는 범용 권선기는 단일 스핀들에 단일 보빈을 장착하여 스핀들을 회전시킴에 따라 코일을 권선할 수 있는 구조를 갖고 있어, 다수의 분할 코어로 이루어진 다수 그룹의 코어 또는 다수의 분할 코어에 연속적인 권선을 할 수 없다.

한편, 스테이터 코어는 일반적으로 0.35~0.5㎜ 두께의 다수의 규소강판을 소정 형상으로 성형한 후, 이를 적층한 것으로, 일체형 코어인 경우 코일을 권선하기 위한 슬롯의 영향 때문에 공극에서의 자속밀도가 균일하지 않아 토크가 고르지 않은 코깅 토크 현상과 토크 리플이 발생하며, 이 같은 코깅 토크와 토크 리플을 저감하기 위하여 스테이터 코어에 슬롯을 많이 내거나 보조 돌극 또는 보조 슬롯을 형성하거나 또는 스큐(skew) 구조를 채용하고 있다.

그런데 스큐 구조를 채용하고 있는 일체형 스테이터 코어는 스큐 구조를 채택하지 않은 스테이터 코어 보다 코일 권선이 어려운 문제가 있고, 분할 코어 자체가 모터의 구조물(즉, 스테이터)을 형성하도록 분할되는 분할 스테이터 코어 구조에서는 코어에 스큐를 주는 경우 코어간 결합이 불가능하게 되는 문제가 있다.

한편, 상기 특허 제545848호 모터에서는 로터 지지체에 이들 사이에 삽입되 는 스테이터의 코일을 냉각시키기 위한 다수의 냉각구멍이 형성되고, 로터 지지체와 부싱 사이에는 방사상으로 뻗어 있는 다수의 리브에 의해 연결되어 있다.

그러나, 이러한 로터 지지체와 부싱 사이를 연결하는 다수의 방사상 리브는 충분한 지지강도를 갖고 있지 못하여 보강이 요구되고 있고, 로터 지지체에 형성된 스테이터의 코일을 냉각시키기 위한 단순한 다수의 냉각구멍은 효과적인 공기의 흐름을 유도하지 못하였다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 상호 연결된 다수의 스테이터 코어를 금형 자체에 형성된 위치결정 구조를 이용하여 자동 위치 설정시켜서 열경화성 수지로 사출성형함에 의해 스테이터의 조립 생산성이 우수한 일체형 스테이터의 제조방법, 이를 이용한 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 연속 권선방법으로 각 상에 해당하는 다수의 분할형 스테이터 코어에 하나의 코일을 연속 권선하여 상호 연결함과 동시에 인서트 몰딩을 위하여 코일이 권선된 다수의 분할 코어 보빈을 금형에 가조립할 때 인접된 분할 코어 보빈 사이에 요철 구조에 의한 상호 링크 결합이 이루어짐에 의해 금형에 위치설정될 때 별도의 위치결정 부품이 없는 불편함을 최소화한 BLDC 모터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스큐 코어를 채용할지라도 분할형 코어 구조를 채택하고 있어 코일의 권선 공정이 용이하며, 각 스큐 코어는 열경화성 수지를 사용 한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형함에 의해 용이하게 조립될 수 있어 코깅 토크의 저감과 소음/진동의 저감이 가능한 스큐 코어 방식의 스테이터를 포함하는 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 내부 및 외부 로터와 부싱을 연결하는 로터 지지체와 리브에 원주 방향에 수직인 단면적이 가능한 넓게 냉각구멍을 형성하면서 냉각구멍의 크기 변화를 교대로 주어 설계함에 의해 로터 지지체와 리브의 지지강도를 보강함과 동시에 난류를 발생하고, 스테이터의 상부공간과, 내부 및 외부 로터와 스테이터 사이의 자기갭(에어갭)으로 냉각공기의 흐름을 유도하여, 냉각성능을 향상시킬 수 있는 일체형 더블 로터 구조를 갖는 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스테이터를 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형할 때 보빈에 권선된 코일의 반원형 곡면을 따라 수지로 지지체를 형성함에 의해 공기와의 접촉면적을 증가시킴과 동시에 로터 회전시에 난류를 발생시켜 냉각성능을 향상시킬 수 있는 스테이터 구조를 갖는 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 스테이터를 고정시키기 위한 연장부에 다수의 볼트취부구멍과 취부위치결정구멍 및 다수의 방사상 리브에 의해 이루어지는 다수의 요홈을 구비함에 의해 적정한 지지강도를 유지하면서도 재료비를 절감하고 경량화를 도모하며 로터 회전시에 내부 로터의 냉각날개와 함께 난류를 생성하여 냉각성능을 향상시킬 수 있는 스테이터 구조를 갖는 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 회전축과 결합되는 로터의 축결합부를 로터 내측 의 무게 중심에 배치함에 의해 로터의 회전시에 진동발생을 최소한으로 억제함과 동시에 모터의 축방향 길이를 최소한으로 단축할 수 있고 스테이터와 로터의 냉각 효율을 효과적으로 높일 수 있는 함몰형 로터 구조를 갖는 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 스테이터를 열경화성 수지를 사용하여 사출성형할 때 스테이터의 상부면에 다수의 환형 리브를 표면에 형성함에 의해 사출성형시에 발생할 수 있는 크랙의 전파를 차단할 수 있는 스테이터 구조를 갖는 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 더블 로터와 스테이터를 각각 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형하여 내구성과 신뢰성 및 방수성을 높인 세탁기용 레이디얼 코어 타입 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 더블 로터와 스테이터를 둘러싸고 있는 열경화성 수지가 내열성 재료이므로 화재 위험으로부터 안전성이 우수한 레이디얼 코어 타입 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 3상 구동방식의 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터에 있어서, 장치의 하우징에 회전 가능하게 장착된 회전축과; 각각 다수의 N극 및 S극 자석이 서로 다른 동심원상에 환원상으로 교대로 배치되고, 내/외부 간에 일정한 거리를 두고 서로 대향한 자석이 반대극성을 갖도록 배치되는 내부 및 외부 로터와, 상기 내부 및 외부 로터의 대향한 자석면을 제외하고 각각 환원형으로 일체화함과 동시에 내부 및 외부 로터 사이에 트랜치형 공간을 형성하면서 내부 로터로부터 중앙부로 연장 형성된 단부가 상기 회전축에 결합되는 부싱의 외주면과 연결되도록 열경화성 수지로 몰딩된 로터 지지체를 포함하는 일체형 더블 로터와; 각각 그 외부에 보빈이 형성된 다수의 분할 코어를 포함하는 다수의 코어 그룹으로 이루어지는 U, V, W상 코일 조립체 각각에 대하여, 각 분할 코어 그룹 내의 분할 코어 사이에는 짧은 점프선을 갖고 연결되고 분할 코어 그룹 사이에는 긴 점프선을 갖고 연결되도록 각 분할 코어에 연속적으로 코일이 권선된 상태에서, 상기 U, V, W상 코일 조립체의 분할 코어 그룹이 각각 상별로 돌아가면서 교대로 배치되어 있고, 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 스테이터 지지체에 의해 환원형의 형상으로 일체로 형성되어, 상기 내부 및 외부 로터 사이의 트랜치형 공간에 일단이 배치되며, 타단으로부터 축방향으로 연장된 연장부에서 장치의 하우징에 고정되는 일체형 스테이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터를 제공한다.

상기 로터 지지체는 내부 및 외부 로터 사이에 스테이터의 일단과 대향한 트랜치형 공간에 외부공기를 내부로터의 내측방향과 내부 및 외부 로터와 스테이터 사이의 자기갭 방향으로 안내하는 다수의 대형 구멍과 다수의 소형 구멍이 교대로 배치되어 있고, 상기 내부 로터로부터 중앙부로 부싱의 외주면을 둘러싸는 축결합부로 다수의 방사상 리브가 배치되어 있다.

또한, 상기 로터 지지체 중에서 내부 로터를 지지하는 환형 몰딩 지지체에는 원주방향을 따라 상기 다수의 대형 구멍과 만나는 부분에 주기적으로 다수의 요홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

더욱이, 상기 축결합부는 더블 로터의 무게 중심에 배치되어 있는 경우 로터 회전에 따른 진동을 최소화할 수 있다.

상기 모터의 로터는 내부 로터 및/또는 외부 로터의 하단부의 로터 지지체에 일체로 형성되어 로터 회전시에 바람을 발생하기 위한 축방향과 일치하는 직선형 팬, 로터의 회전방향을 따라 원형 요홈을 갖는 시로코(Sirocco) 팬, 로터의 회전방향과 반대방향으로 요홈이 형성되어 있는 터보 팬, 축방향과 경사를 이루는 경사형 팬 중 어느 하나의 형태를 갖는 다수의 냉각날개를 더 포함할 수 있다.

상기 다수의 분할 코어는 (360°/슬롯 수)로 정의되는 1피치 범위 이내에서 스큐(skew)가 주어지도록 설계되는 경우 코깅 토크를 저감시킬 수 있다.

상기 모터는 24극-27코어 방식으로 이루어지며, 상기 스테이터는 각각 그 외부에 보빈이 형성된 3개의 분할 코어를 포함하는 3개의 코어 그룹으로 이루어지는 U, V, W상 코일 조립체 각각에 대하여, 상기 U, V, W상 코일 조립체의 분할 코어 그룹이 각각 상별로 돌아가면서 교대로 환원형태로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 모터가 세탁기에 적용될 때, 회전축에는 세탁조가 연결된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 3상 구동방식의 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터는 각각 24극의 N극 및 S극 자석이 서로 다른 동심원상에 환원상으로 교대로 배치되고, 내/외부 간에 일정한 거리를 두고 서로 대향 한 자석이 반대극성을 갖도록 배치되는 내부 및 외부 로터와, 상기 내부 및 외부 로터의 대향한 자석면을 제외하고 각각 환원형으로 일체화함과 동시에 내부 및 외부 로터 사이에 트랜치형 공간을 형성하면서 상기 내부 로터로부터 부싱을 둘러싸는 축결합부로 연장 형성되도록 열경화성 수지로 몰딩된 로터 지지체를 포함하는 일체형 더블 로터와; 일단이 상기 부싱과 결합되고 타단이 장치의 하우징에 회전 가능하게 장착된 회전축과; 각각 그 외부에 보빈이 형성된 3개의 분할 코어를 포함하는 3개의 코어 그룹으로 이루어지는 U, V, W상 코일 조립체 각각에 대하여, 상기 U, V, W상 코일 조립체의 분할 코어 그룹이 각각 상별로 돌아가면서 교대로 환원형태로 배치되어 있고, 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 스테이터 지지체에 의해 환원형의 형상으로 일체로 형성되어, 상기 내부 및 외부 로터 사이의 트랜치형 공간에 일단이 배치되는 일체형 스테이터로 구성되며, 상기 U, V, W상 코일 조립체 각각에 포함된 9개의 분할 코어는 연속권선된 코일에 의해 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 레이디얼 코어 타입 세탁기용 모터는 각각 다수의 N극 및 S극 자석이 서로 다른 동심원상에 환원상으로 교대로 배치되고, 내/외부 간에 일정한 거리를 두고 서로 대향한 자석이 반대극성을 갖도록 배치되는 내부 및 외부 로터와, 상기 내부 및 외부 로터의 대향한 자석면을 제외하고 각각 환원형으로 일체화함과 동시에 내부 및 외부 로터 사이에 트랜치형 공간을 형성하면서 상기 내부 로터로부터 부싱을 둘러싸는 축결합부로 연장 형성되도록 열경화성 수지로 몰딩된 로터 지지체를 포함하는 일체형 더블 로터와; 일단이 상기 부싱과 결합되고 타단의 2지점이 세탁기의 하우징에 회전 가능하게 지지된 회전축과; 각상에 해당되는 다수의 분할 코어가 연속권선방식으로 코일이 권선되어 있고, 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 스테이터 지지체에 의해 환원형의 형상으로 일체로 형성되어, 일단이 상기 내부 및 외부 로터 사이의 트랜치형 공간에 배치되며, 타단으로부터 축방향으로 연장된 연장부에서 세탁기의 하우징에 고정되는 일체형 스테이터로 구성되며, 상기 축결합부는 더블 로터의 무게 중심에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 3상 구동방식 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 제조방법은, 각각 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 코일이 권선될 I 형상의 다수의 분할 코어 중간 부분을 둘러싸며 양측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 제1 및 제2 플랜지의 하단에 각각 제1 및 제2 결합돌기를 갖는 다수의 분할 코어 보빈을 일체로 성형하는 단계와; 각각 상기 다수의 분할 코어 보빈의 제1 및 제2 플랜지 사이에 순차적이며 연속적으로 코일을 권선하여 각각 다수의 분할 코어 보빈을 포함하는 U, V, W 각상에 대응하는 3세트의 코일 조립체를 준비하는 단계와; 상기 3세트의 코일 조립체에 포함된 다수의 분할 코어 보빈 각각의 제1 및 제2 결합돌기를 환형 요홈의 내/외벽에 대향하여 다수 쌍의 위치결정용 고정홈이 형성된 금형에 가조립하는 단계와; 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 상기 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 환원형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 준비하는 단계와; 상기 일체형 스테이터를 내부 로터와 외부로터가 레이디얼 타입으로 배열된 더블 로터 사이에 위치하도록 조립하 는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 모터는 24극-27코어 방식으로 이루어지는 경우, 상기 3세트의 코일 조립체를 준비하는 단계는 상기 9개의 분할 코어 보빈 사이에 8개의 분할 코어 연결용 연결지그를 삽입하여 9개의 분할 코어 보빈을 직렬로 연결한 3개의 코어/지그 조립체를 조립하는 단계와, 각각 서로 인접하여 배치되는 3개의 분할 코어 보빈을 포함하는 3개의 분할 코어 그룹에 대하여 각 분할 코어 그룹 내의 분할 코어 보빈 사이에는 짧은 점프선을 갖고 연결되고 분할 코어 그룹 사이에는 긴 점프선을 갖고 연결되도록 3개의 코어/지그 조립체의 각 분할 코어 보빈에 연속적으로 코일을 권선하는 단계와, 상기 코일이 권선된 코어/지그 조립체로부터 분할 코어 연결용 연결지그를 분리하여 U,V,W 각 상에 대응하는 3 세트의 코일 조립체를 준비하는 단계로 구성된다.

또한, 상기 3세트의 코일 조립체에 포함된 다수의 분할 코어 보빈을 금형에 가조립하는 단계는 각각 서로 인접하여 배치되는 3개의 분할 코어 보빈을 포함하는 3개의 분할 코어 그룹에 대하여 각 상의 분할 코어 그룹을 각각 상별로 돌아가면서 교대로 27쌍의 위치결정용 고정홈이 형성된 금형에 배치하여 가조립하는 단계로 구성될 수 있다.

상기 모터에서는 더블 로터/단일 스테이터 구조를 가지고 있으며, 이 경우 스테이터 코어를 분할 구조로 형성하는 경우 인접한 분할 코어 사이의 간격은, 내부 및 외부 로터와 스테이터 사이의 자기갭 보다 더 넓게 설정되는 것이 요구된다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 레이디얼 코어 타입 BLDC 모터에서 더블로 터 구조를 채용함에 의해 스테이터 코어를 완전 분할 코어를 형성할 때 금형 자체에 형성된 위치결정 구조를 이용하여 다수의 분할 코어 조립체를 자동으로 위치 설정하여 고정시킨 후, 인서트 몰딩방식으로 열경화성 수지를 이용하여 사출성형함에 의해 별도의 코어 지지판을 사용하지 않고 다수의 분할 코어를 조립할 수 있어 스테이터의 조립 생산성을 크게 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 더블 로터 구조에서는 내부 및 외부 로터와 부싱을 연결하는 로터 지지체와 리브에 원주 방향에 수직인 단면적이 가능한 넓게 냉각구멍을 형성하면서 냉각구멍의 크기 변화를 교대로 주어 설계함에 의해 로터 지지체와 리브의 지지강도를 보강함과 동시에 많은 양의 바람을 발생시키면서 와류를 형성하여, 스테이터의 상부공간과, 내부 및 외부 로터와 스테이터 사이의 자기갭으로 냉각공기의 흐름을 유도할 수 있어 로터와 스테이터로부터 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

더욱이, 본 발명의 스테이터 구조에서는 스테이터를 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형할 때 보빈에 권선된 코일의 반원형 곡면을 따라 수지로 지지체를 형성함에 의해 공기와의 접촉면적을 증가시킴과 동시에 로터 회전시에 난류를 발생시켜 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 베어링 하우징에 스테이터를 고정시키기 위한 다수의 볼트취부구멍과 취부위치결정구멍 및 다수의 방사상 리브에 의해 이루어지는 다수의 관통구멍을 구비함에 의해 적정한 지지강도를 유지하면서도 재료비를 절감하고 경량화를 도모하며 로터 회전시에 내부 로터의 냉각날개와 함께 난류를 생성하여 냉각성능을 향상시킬 수 있게 된다.

(실시예)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

Ⅰ. 제1실시예

A. 모터 전체 구조

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 축방향을 따라 절개한 일부 절단 정면도 및 자기회로 설명을 위하여 원주방향으로 절단한 단면도이다.

도 1a에 도시된 실시예는 특히, 세탁기의 하부에 설치되어 세탁기의 세탁조를 정/역 방향으로 회전 구동시키는 데 적합한 구조를 갖고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 세탁기의 후면에 설치되어 세탁기의 드럼 또는 세탁조를 정/역 방향으로 회전 구동시키는 데 사용될 수 있으며, 또한 세탁기 이외의 다른 기기에도 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터(1)는 크게 다수의 분할 코어(30)가 도시되지 않은 보빈의 외주에 코일이 권선된 후 열경화성 수지를 사용하여 인서트 몰딩함에 의해 제조되는 환원형 스테이터 지지체(2)에 의해 일체로 형성된 스테이터(3)와, 상기 스테이터(3)의 내주부 및 외주부에 소정의 자기갭(gap)(G1,G2)을 갖고 환원형으로 다수의 자석(4a)과 링 형상의 내부 요크(4b)가 배치되어 있는 내부로터(4)와, 다수의 자석(5a)과 링 형상의 외부 요크(5b)가 배치되어 있는 외부로터(5)와, 일단이 로터 지지프레임(6)의 중심부에 인벌류트 세레이션(Involute Serration) 부싱(7)을 통하여 연결되고 타단이 적어도 베어링(8)을 통하여 회전 가능하게 지지되어 있는 회전축(9)을 포함하고 있다.

상기 스테이터(3)는 완전히 분할된 다수의 분할 코어(30)가 환원형 스테이터 지지체(2)에 의해 환원형으로 일체로 성형되며, 상기 스테이터 지지체(2)는 도 2a 내지 도 2c와 같이 내측으로 연장 형성된 연장부(2a)를 구비하여, 예를들어, 세탁기의 하우징(10)에 고정볼트(11)에 의해 지지된다. 이 경우, 상기 베어링(8)은 하우징(10), 예를들어, 펄세이터 방식 세탁기의 외조에 설치되어 회전축(9)에 부싱(7)을 통하여 결합된 더블 로터(50)를 회전 가능하게 지지한다. 이 경우 회전축(9)은 세탁기의 외조 내부에 회전 가능하게 지지되며 바닥에 펄세이터(pulsator)가 설치되고 세탁물을 수용하는 세탁조를 구동하도록 연장되거나, 또는 드럼식 세탁기의 드럼 또는 교반식 세탁기의 애지테이터(agitator)를 구동하도록 연장되어 있다.

따라서, BLDC 모터(1)는 내부로터(4)와 외부로터(5)가 로터 지지프레임(6)에 지지되어 있는 더블 로터(50)와 단일의 스테이터(3)로 구성되는 레이디얼 코어타입 모터를 형성하고 있다.

B. 스테이터 구조와 제조공정

도 2a 내지 도 2c에는 각각 본 발명의 제1실시예에 사용되는 스테이터의 사시도, 평면도 및 배면도가 도시되어 있고, 도 3a 내지 도 3c에는 각각 본 발명에 따른 분할 코어의 사시도, 보빈이 결합된 분할 코어의 일측면 및 타측면 사시도가 도시되어 있다.

또한, 첨부된 도 5a에는 상기 모터에 적용되는 24극-27코어 모터의 3상 구동 방식 스테이터 코일 회로도가 도시되어 있고, 도 5b에는 도 5a의 스테이터 코일이 권선된 분할 코어의 조립시에 배치순서를 나타내는 설명도가 도시되어 있다.

본 발명의 BLCD 모터는 대용량 세탁기에 응용되는 경우 예를들어, 24극-27코어 구조로 구현될 수 있으며, 이 경우 내부 로터(4)와 외부 로터(5)는 각각 24극 자석(4a,5a)이 환형으로 이루어진 내부 및 외부 요크(4b,5b)의 외측면 및 내측면에 부착되어 있으며, 이 더블 로터 사이의 환형 공간에는 27개의 분할 코어(30)(도 3a)를 포함하는 일체형 스테이터(3)가 삽입되어 있다.

이하에 이러한 27개의 분할 코어(30)를 포함하는 일체형 스테이터(3)의 제조공정을 개략적으로 먼저 설명하고, 각각의 공정에 대하여 상세하게 설명한다.

27개의 분할 코어(30)(도 3a)는 먼저, 도 3b 및 도 3c와 같이 인서트 몰딩방식에 의해 외측면을 열경화성 수지로 몰딩하여 절연용 보빈(20)을 형성한 상태에서 보빈(20)의 외주에 코일(33)을 권선한다. 상기 코일의 재료는 일반적으로 Cu가 사용되나, 모터의 무게를 줄일 수 있도록 Cu에 비하여 비중이 1/3이고, 가격이 상대적으로 저렴한 Al을 사용하는 것도 가능하다.

그후, 코일이 권선된 27개의 분할 코어 조립체(300)(도 9b 참조)를 도 9a와 같이 금형(31)의 요홈(32) 내부에서 환형으로 가조립하여 열경화성 수지로 몰딩함에 의해 도 2a 내지 도 2c에 도시된 환형의 일체형 스테이터(3)가 얻어진다.

먼저, 스테이터(3)가 3상 구동방식인 경우 코일이 권선된 27개의 분할 코어 조립체(300)는 예를들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 각각 U, V, W의 상별로 스테이터 코일(33)이 9개의 분할 코어(u1-u9, v1-v9, w1-w9)에 연속적으로 권선된 3세트 의 코일 조립체(33a-33c)로 나누어지며, 각 코일 조립체(33a-33c), 즉 9개 분할 코어(u1-u9, v1-v9, w1-w9)는 각각 3개씩 그룹을 형성하여 3개의 코어 그룹(G1-G3,G4-G6,G7-G9)을 형성한다. 이 경우 각 코어 그룹(G1-G3,G4-G6,G7-G9)의 제1단에 위치한 분할 코어(u1,v1,w1)의 입력은 U, V, W 각상의 입력단자가 되어 터미널 블록(12)에 연결되고(도 2a 참조), 최종단에 위치한 분할 코어(u9,v9,w9)의 출력은 상호 결선되어 중성점(Neutral Point: NP)을 형성한다.

상기 27개의 분할 코어(u1-u9, v1-v9, w1-w9)는 각각 3개의 코어 그룹(G1-G3,G4-G6,G7-G9)을 포함하도록 9개의 분할 코어(u1-u9, v1-v9, w1-w9)에 연속적으로 권선된 3세트의 코일 조립체(33a-33c)로 형성된 후, 금형(31)의 환형 요홈(32)에 가조립될 때, 도 5b에 도시된 바와 같이 분할 코어가 3개씩 그룹을 형성하여 U,V,W 각 상의 코어 그룹(G1-G3,G4-G6,G7-G9)이 각각 상별로 돌아가면서 교대로 배치된다. 즉, U,V,W 각 상에 구동전류가 절환되어 인가될 때 로터(4,5)의 회전이 이루어지도록 9개의 분할 코어 그룹(G1-G9)은 G1-G4-G7-G2-G5-G8-G3-G6-G9 순서로 배치되어 조립된다.

상기한 바와 같이, 예를들어 U상의 스테이터 코어 그룹(G1-G3)은 각각의 절연성 보빈(20)에 코일(33)이 권선된 3개의 분할 코어(u1-u3, u4-u6, u7-u9)가 그룹을 형성하여 상호 연결된 3그룹으로 구성되어 있다.

이 경우, 9개의 분할 코어(u1-u9)에서 그룹 내부의 인접한 분할 코어(예를들어, u1과 u2, u2와 u3) 사이 각각은 서로 근접하여 배치되므로 길이가 짧은 점프선(J1)을 통하여 상호 연결되고, 각 그룹(G1-G3) 사이의 코어(예를들어, u3와 u4, u6 와 u7)에는 상기한 바와 같이 각 상의 코어 그룹의 조립이 교대로 이루어지기 때문에 길이가 상대적으로 긴 점프선(J2)을 통하여 연결된다.

후술하는 스테이터 코일(33)을 9개의 분할 코어(u1-u9, v1-v9, w1-w9)에 연속하여 순차적으로 권선을 진행할 때, 그룹 내부의 인접한 분할 코어 사이에는 짧은 점프선(J1)을 확보하고, 그룹 사이의 분할 코어 사이에는 긴 점프선(J2)을 확보하면서 권선이 이루어져야 한다.

상기 분할 코어(30)는 도 3a에 도시된 바와 같이, "I"자 형상을 이루고 있고, 그의 외주부에는 도 3b 및 도 3c와 같이 플라스틱 재와 같은 절연성 재질로 이루어진 보빈(20)이 결합되어 있으며, 보빈(20)은 코일이 권선되는 중간부분의 사각통 부분(21)과, 사각통 부분의 내측 및 외측에 각각 절곡되어 연장된 내부 및 외부 플랜지(22a,22b)로 이루어지며, 이들 플랜지(22a,22b) 사이의 사각통 부분이 코일(33)이 권선될 수 있는 공간이다.

상기 I형 분할 코어(30)는 직선형태의 몸통(30a)의 내측 및 외측에 내부 및 외부 플랜지(30b,30c)가 각각 절곡되어 연장되어 있으며, 환형의 내부 및 외부 로터(도시되지 않음)와 일정한 간격을 유지하도록 내부 플랜지(30b)는 내측으로 라운드되어 있고, 외부 플랜지(30c)는 외측으로 라운드되어 있다(도 3a). 이 경우 바람직하게는 외부 플랜지(30c)가 내부 플랜지(30b) 보다 상대적으로 크게 형성되어야 한다.

또한, I형 분할 코어(30)와 보빈(20) 간의 조립은 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니 고 주지된 다른 방식으로 조립될 수 있다.

상기 보빈(20)의 내부 및 외부 플랜지(22a,22b)는 바람직하게는 외부 플랜지(22b)가 내부 플랜지(22a) 보다 상대적으로 크게 형성되어야 하며, 보빈에 권선된 코일(33)의 인출선을 고정하기 위해 내부 및 외부 플랜지(22a,22b)의 상단에는 코일 고정용 삽입홈(26a,26b)이 형성되어 있다. 또한, 내부 및 외부 플랜지(22a,22b)의 하부 외측면에는 코일(33)이 권선된 다수의 분할 코어 조립체(300)를 금형(31)의 환형 요홈(32)의 내벽 및 외벽에 형성된 위치결정용 고정홈(34a,34b)에 자동으로 조립될 수 있게 안내하는 한쌍의 내측 및 외측 돌기부(24a,24b)가 일체로 형성되어 있다.

도 9a에 도시된 바와 같이 본 발명에 있어서는 금형(31)의 환형 요홈(32)의 내벽 및 외벽에 다수, 예를들어 27개의 분할 코어 조립체(300)의 보빈(20)에 형성된 내측 및 외측 돌기부(24a,24b)가 삽입되어 고정되는 위치결정용 고정홈(34a,34b)이 27쌍 서로 대응하는 위치에 형성되어 있으며 이를 위해 내벽과 외벽에는 단차부(35a,35b)가 형성되어 있다. 도 9a에 도시된 분할 코어 조립체(300)는 설명의 편의상 코일이 권선되지 않은 분할 코어를 나타낸 것이다.

따라서, 본 발명에서는 종래와 같이 다수의 분할 코어 조립체를 일체화시키기 위하여 미리 자동 위치설정/지지 수단을 구비한 환원형의 코어 지지판에 가조립한 상태로 인서트 몰딩을 실시하는 것이 아니라, 금형(31)의 환형 요홈(32)에 형성된 위치결정용 고정홈(34a,34b)에 다수의 분할 코어 조립체(300)를 바로 가조립한 상태에서 인서트 몰딩을 실시할 수 있게 된다.

또한, 종래에는 각상의 다수의 분할 코어가 연속 권선방식으로 미리 연결된 구조가 아니고 각각의 분할 코어마다 코일을 권선하여 얻어진 다수의 분할 코어 조립체를 코어 지지판에 조립하고, 각각의 코어 조립체를 코어 지지판 내에서 전기적으로 연결하기 위한 상호 결선이 이루어졌다. 이 경우, 각 분할 코어의 보빈에는 이러한 결선이 용이하게 이루어질 수 있도록 권선된 코일이 연결핀과 연결되고 연결핀이 코어 지지판에 형성된 도전라인에 결합되어야 하는 등의 문제가 있어, 조립 생산성을 낮추는 요인이 되었다.

그러나, 본원발명에서는 직접 금형(31)의 위치결정용 고정홈(34a,34b)에 다수의 분할 코어 조립체(300)를 조립하는 것이 가능하게 되어 가조립용 코어 지지판을 제거할 수 있다.

또한, 상기 다수의 분할 코어 조립체(300)는 도 5a 및 도 5b와 같이 27개의 분할 코어(u1-u9, v1-v9, w1-w9)가 각각 상별로 3개의 코어 그룹(G1-G3,G4-G6,G7-G9)을 형성하고, U,V,W 각 상의 코어 그룹(G1-G3,G4-G6,G7-G9)이 각각 상별로 돌아가면서 교대로 배치되어 G1-G4-G7-G2-G5-G8-G3-G6-G9 순서로 가조립되면, 도 9b와 같이 형성된다. 도 9b는 설명의 편의상 보빈에 권선된 코일을 제거한 상태로 나타낸 것이다.

도 9b에 도시된 바와 같이 상기 다수의 분할 코어 조립체(300) 사이에는 이웃한 보빈(20)과 접하도록 설계되어 있어 부품의 공차나 열 변형으로 인하여 기울어지거나 이동될 수 있는 가능성을 최소화하였으며 사출성형 후 전체적인 강도를 향상시킬 수 있게 된다.

이 경우, 상기 실시예에서는 직접 금형(31)의 위치결정용 고정홈(34a,34b)에 다수의 분할 코어 조립체(300)를 조립하는 구조를 예시하였으나, 위치결정용 고정홈 대신에 다수의 분할 코어 조립체(300) 사이에 이웃한 보빈(20)과 접할 때 분할 코어 보빈(20) 사이에 요철 구조에 의한 상호 링크 결합이 이루어지도록 한 상태에서 인서트 몰딩을 실시하는 것도 가능하다.

이와 같이 각 상의 9개 분할 코어(u1-u9, v1-v9, w1-w9)를 각각 상별로 3개의 코어 그룹(G1-G3,G4-G6,G7-G9)으로 형성하기 위하여는 예를들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 각각 U, V, W의 상별로 9개의 분할 코어에 스테이터 코일을 연속적으로 권선하는 것이 필요하며, 이와 같이 9개 분할 코어(u1-u9, v1-v9, w1-w9)가 연속적으로 권선되어 상호 연결된 경우 금형(31)에 조립할 때 위치결정 부품이 없는 불편함을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 금형(31)에 위치결정용 고정홈(34a,34b)이 형성되어 있어, 분할 코어 조립체(300)의 반경방향과 원주방향의 조립위치가 자동적으로 결정되므로 비숙련자도 조립작업이 가능하며 동시에 후속 공정에서 인서트 몰딩을 위한 지지상태의 유지가 용이하게 이루어질 수 있어 조립생산성이 매우 우수하다.

또한, 상기한 스테이터(3)는 분할 코어(30)의 내/외부 플랜지(30b,30c)가 각각 소정의 곡률로 내향 및 외향 곡면을 이루고 있어 다수의 분할 코어 조립체(300)의 내주부 및 외주부의 진원도가 높게 되어 스테이터(3)의 내/외부에 결합되는 내부로터(4)와 외부로터(5)와의 사이에 근접되면서도 일정한 자기갭(gap)(G1,G2)을 유지할 수 있게 된다.

한편, 도 4a 내지 도 4c에는 각각 본 발명에 따른 분할 스큐 코어의 평면도, 보빈이 결합된 분할 스큐 코어의 배면도 및 평면도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 분할 스큐 코어(36)는 도 4a에 도시된 바와 같이, 전체적으로 "I"자 형상을 이루고 있고, 그의 외주부에는 도 4b 및 도 4c와 같이 플라스틱 재와 같은 절연성 재질로 이루어진 보빈(200)이 결합되어 있으며, 보빈(200)은 코일이 권선되는 중간부분의 사각통 부분(210)과, 사각통 부분의 내측 및 외측에 각각 절곡되어 연장된 내부 및 외부 플랜지(220a,220b)로 이루어지며, 이들 플랜지(220a,220b) 사이의 사각통 부분(210)이 코일(33)이 권선될 수 있는 공간이다.

상기 분할 스큐 코어(36)는 직선형태의 몸통(36a)의 내측 및 외측에 내부 및 외부 플랜지(36b,36c)가 각각 절곡되어 연장되어 있으며, 환형의 내부 및 외부 로터(도시되지 않음)와 일정한 간격을 유지하도록 내부 플랜지(36b)는 내측으로 라운드되어 있고, 외부 플랜지(36c)는 외측으로 라운드되어 있으며 외부 플랜지(36c)가 내부 플랜지(36b) 보다 더 큰 폭으로 이루어져 있다(도 4a).

또한, 상기 보빈(200)의 외부 플랜지(220b)는 내부 플랜지(220a) 보다 상대적으로 더 큰 크기로 형성되고, 보빈에 권선된 코일(33)의 인출선을 고정하기 위해 내부 및 외부 플랜지(220a,220b)의 상단에는 코일 고정용 삽입홈(260a,260b)이 형성되어 있다. 또한, 내부 및 외부 플랜지(220a,220b)의 하부 외측면에는 다수의 분할 코어 조립체(300)를 금형(31)의 위치결정용 고정홈(34a,34b)에 자동으로 조립될 수 있게 안내하는 내측 및 외측 돌기부(240)가 일체로 형성되어 있다.

상기 분할 스큐 코어(36)는 코깅 토크 저감, 소음·진동 저감 등의 효과를 얻을 수 있도록 상기한 일반적인 분할 코어와 비교하여 슬롯수(즉, 코어수)에 반비례하여 결정되는 0~1피치(pitch) 범위에서 스큐(skew)가 주어져 있다. 이 경우, 1피치는 (360°/슬롯 수)으로 결정된다. 예를들어, 슬롯의 수가 27인 경우 13.3°로 설정된다.

상기 분할 스큐 코어(36)는 분할 코어이므로 일체형 스테이터 코어에 스큐를 부여한 구조에 비해 넓은 권선 공간을 확보할 수 있어 코일의 권선 공정이 훨씬 수월하게 이루어질 수 있다.

더욱이, 종래의 분할 코어는 코어 자체가 모터의 구조물을 형성하기 때문에 코어에 스큐를 주면, 코어간 결합이 불가능한 구조가 되나, 본 발명에서는 열경화성 수지가 모터의 구조물을 대신하여 일체화하므로 스큐형 분할 코어가 가능하게 된다.

본 발명에 따른 분할 스큐 코어(36)인 경우 코일 권선과 코일이 권선된 다수의 분할 코어 조립체를 인서트 몰딩방식으로 사출성형하는 것은 상기한 분할 코어(30)와 동일하게 이루어진다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 코깅 토크의 저감과 소음/진동의 저감을 위하여 스큐 코어를 채용할지라도 분할형 코어 구조를 채택하고 있어 코일의 권선 공정이 용이하게 이루어질 수 있으며, 각 스큐 코어는 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형함에 의해 코어 자체가 모터의 구조물을 형성하는 종래의 분할 코어에서 실현이 어려웠던 사항을 쉽게 해결할 수 있게 되었다.

이하에 9개의 분할 코어(u1-u9, v1-v9, w1-w9)에 연속하여 순차적으로 권선 을 진행할 때, 그룹 내부의 인접한 분할 코어 사이에는 짧은 점프선(J1)을 확보하고, 그룹 사이의 분할 코어 사이에는 긴 점프선(J2)을 확보하면서 권선을 실시하는 방법에 대하여 설명한다.

이러한 분할 코어(30)와 보빈(20)의 형상과 모양은 이후에 설명되는 분할 코어를 상호 연결 지지하기 위한 연결지그의 수용홈을 결정하며, 이에 따라 연결지그의 타입이 분류된다.

9개 분할 코어의 연속권선장치(46)는 단일 스핀들을 갖는 범용 권선기를 사용하여 구현될 수 있다. 이러한 연속권선장치(46)는 보빈(20)에 스테이터 코일(33)을 권선하기 위하여 스핀들 모터의 회전축을 이루는 스핀들(46a)과, 스핀들(46a)의 회전축과 동일한 축방향으로 좌우로 이동이 가능한 유동 지지부(46b)에 회전 가능하게 설치되어 스핀들(46a)과 함께 코일이 권취될 보빈을 지지하여 스핀들(46a)의 회전에 따라 회전되는 회전축(46e)을 구비한 심압대(46c)와, 스핀들(46a)의 회전에 따라 보빈이 회전될 때 보빈에 코일이 균일하게 정렬 권선되도록 보빈(20)의 내부 및 외부 플랜지(22a,22b) 사이의 공간을 축방향을 따라 좌우로 이동하면서 코일(33)을 공급하는 트레버스 장치(46d)를 포함한다. 도 7b에서 미설명 부호 46f는 스핀들(46a)의 헤드에 설치되어 트레버스 장치로부터 인출된 코일(33)의 선단부를 고정시키기 위한 척킹레버, 46g 및 46h는 더미롤러를 가리킨다.

상기 연속권선장치(46)를 이용하여 코일의 연속 권선을 실시할 때 우선 9개의 분할 코어(30)의 각 보빈(20a-20i)을 도 6a 내지 도 6d에 도시된 8개의 연결지그(40a-40c)를 사용하여 도 7a와 같이 직렬로 연결한 코어/지그 조립체(45)를 먼저 조립한 후, 조립된 코어/지그 조립체(45)를 연속권선장치(46)에 설치하여 9개의 보빈(20a-20i)에 순차적이며 연속적으로 코일(33)을 권선한다.

도 6a 내지 도 6d는 각각 본 발명에 따른 분할 코어 연결용 연결지그를 나타내는 정면도, 좌측면도, 우측면도 및 도 6c의 C-C선 단면도이다.

도시된 바와 같이, 연결지그(40)는 연결부(44)를 통하여 거리를 두고 내부 및 외부 원형판(41,42)이 서로 연결되며, 내부 및 외부 원형판(41,42)에는 각각 보빈(20)의 내부 또는 외부 플랜지(22a,22b)가 삽입되어 결합되는 내부 및 외부 수용홈(41b,42b)이 대향면에 형성에 형성되어 있고, 양측 수용홈(41b,42b)을 관통하는 연결부(44)의 중앙부에는 수용홈에 각각 결합된 한쌍의 분할 코어(30)를 고정시키기 위한 자석(43)이 압입 결합되어 있다.

또한, 내부 원형판(41)은 좌측면이 수용홈(41b)을 제외하고 평면형태이고, 우측면은 경사면과 평면으로 이루어져 있으며, 외부 원형판(42)은 좌측면이 평면형태이고, 우측면은 경사면과 수용홈(42b)을 제외한 평면으로 이루어져 있다.

상기 내부 및 외부 수용홈(41b,42b)은 각각 보빈(20)의 내부 및 외부 플랜지(22a,22b)로부터 돌출된 분할 코어(30)의 내부 및 외부 플랜지(30b,30c)를 수용하기 위한 코어 수용홈(41c,42c)과, 공기 배기홈(41d,42d)을 구비하고 있다.

또한, 상기 내부 및 외부 수용홈(41b,42b)은 서로 직각 상태로 배치되어 있으며, 내부 및 외부 수용홈(41b,42b)의 길이방향과 평행하게 연결지그(40)의 축으로부터 연장된 외주부에는 각각 권선되는 코일(33)이 다음단의 보빈으로 넘어가기 위한 내부 가이드홈(41a)과 외부 가이드홈(42a)이 형성되어 있다.

상기 연결지그(40)는 분할 코어(30)의 내부 및 외부 플랜지(30b,30c)와 보빈(20)의 내부 및 외부 플랜지(22a,22b)의 형상과 모양이 다소 상이하기 때문에 이에 따라 양측 수용홈(41b,42b)의 형상과 모양도 차이가 있어 3가지 타입으로 분류된다.

즉, 상기한 바와 같이 분할 코어(30)의 내부 및 외부 플랜지(30b,30c)는 외측면이 곡면으로 형성되어 있고, 보빈(20)의 내부 및 외부 플랜지(22a,22b)에서 내부 플랜지(22a)의 하부에는 분할 코어를 금형(31)의 위치결정용 고정홈(34a,34b)에 자동으로 조립될 수 있게 안내하는 돌기부(24a,24b)가 돌출 형성되어 있고, 또한 분할 코어(30)의 플랜지(30b,30c)로부터 보빈(20)의 플랜지(22a,22b) 상단 및 하단까지의 길이는 하단까지의 길이가 더 길게 형성되어 있다.

따라서, 연결지그(40)는 보빈의 내부 플랜지(22a)가 일측 수용홈(41b)에 결합되고, 타측 수용홈(42b)에 보빈의 외부 플랜지(22b)가 결합되는 제1타입 연결지그(40a)와, 양측 수용홈(41b,42b)에 각각 보빈의 내부 플랜지(22a)가 결합되는 제2타입 연결지그(40b)와, 양측 수용홈(41b,42b)에 각각 보빈의 외부 플랜지(22b)가 결합되는 제3타입 연결지그(40c)로 분류된다.

상기 코어/지그 조립체(45)는 도 7a와 같이 9개의 보빈(20a-20i)이 제2타입-제3타입-제1타입-제2타입-제3타입-제1타입-제2타입-제3타입의 순서로 이루어진 8개의 연결지그(40a,40b,40c)에 의해 직렬로 조립된다.

한편, 상기 연속권선장치(46)의 스핀들(46a)에는 보빈의 외부 플랜지(22b)가 결합되는 수용홈이 형성되고, 심압대(46c)의 지지축(46b)에는 보빈의 내부 플랜지 (22a)가 결합되는 수용홈이 형성되어 있어, 코어/지그 조립체(45)는 이들 양단에 결합되어 지지된다.

그후, 코어/지그 조립체(45)에 대한 코일의 권선은 먼저 스핀들 모터의 회전에 따라 코어/지그 조립체(45)가 회전하여 코일(33)이 제1보빈(20a)에 권선되며, 이 경우 트레버스 장치(46d)는 제1보빈(20a)의 내부 및 외부 플랜지(22a,22b)사이의 사각통 부분(21)에 고르게 코일(33)이 권선되도록 스핀들(46a)의 1회전 회전이 이루어질 때 마다 코일 선경에 해당하는 미리 설정된 1피치만큼 우측으로 이동된다. 이런 방식으로 미리 설정된 보빈의 폭만큼 트레버스 장치(46d)의 스트로크 이동이 순차적으로 이루어진 경우 다음번 스핀들 회전이 이루어지면 반대방향으로 트레버스 장치(46d)의 피치 이동이 이루어진다. 즉, 1 레이어씩 코일의 정렬권선이 이루어지게 된다.

이런 방식으로 미리 설정된 턴수, 예를들어 50회 만큼 권선이 이루어지면, 제1연결지그(40b)의 내부 가이드홈(41a) 위치에서 스핀들 모터는 일시 정지하게 된다.

이어서, 트레버스 장치(46d)를 도 8a와 같이 제2보빈(20b)의 중간위치로 이동시킨 후, 스핀들(46a), 즉 코어/지그 조립체(45)를 도 8b와 같이 180˚ 회전시킨다. 회전이 이루어진 경우 제1보빈(20a)에 머물러 있던 코일(33)은 제1연결지그(40b)의 내부 가이드홈(41a)과 외부 가이드홈(42a)을 통하여 제2보빈(20b)으로 이동하여 위치하게 된다. 그 결과 코어 그룹 내부의 인접한 보빈 사이의 짧은 점프선(J1)을 확보하게 된다.

그후, 트레버스 장치(46d)의 위치를 제2보빈(20b)의 초기위치로 이동시킨 상태에서 제1보빈(20a)에 대한 코일 권선과 동일하게 50회 권선을 실시한 후, 제2연결지그(40c)의 내부 원형판(41)의 내부 가이드홈(41a) 위치에서 스핀들 모터는 일시 정지하게 된다. 이어서, 상기와 동일한 방식으로 짧은 점프선(J1)을 확보하면서 제2보빈(20b)으로부터 제3보빈(20c)으로 이동하여 권선을 완료한다.

그후, 도 8c와 같이 트레버스 장치(46d)를 제4보빈(20d)의 중간위치로 이동한 후, 스핀들을 90˚ 회전시킨다. 90˚ 회전이 이루어진 경우 제3보빈(20c)에 머물러 있던 코일(33)은 제3연결지그(40a)의 내부 가이드홈(41a)을 통하여 제3연결지그(40a)의 연결부(44)로 이동하여 위치하게 된다. 이어서, 도 8d와 같이 트레버스 장치(46d)를 다시 제3연결지그(40a)의 중간위치로 이동한 후, 스핀들(51)을 3회전 구동시키면, 그 결과 코어 그룹 사이의 긴 점프선(J2)이 확보된다.

그후 트레버스 장치(46d)를 제4보빈(20d)의 중간위치로 이동한 후, 스핀들(51)을 90˚ 회전시킨다. 90˚ 회전이 이루어진 경우 제3연결지그(40a)에 머물러 있던 코일(31)은 제3연결지그(40a)의 외부 가이드홈(42a)을 통하여 제4보빈(20d)으로 이동하여 위치하게 된다.

이어서, 트레버스 장치(46d)의 위치를 제4보빈(20d)의 초기위치로 이동시킨 후, 상기와 동일한 방식으로 제4보빈(20d) 내지 제6보빈(20f)에 대한 권선을 순차적으로 실시한다. 그후 상기와 동일한 방식으로 제6보빈(20f)에서 제7보빈(20g)으로 이동한 후, 동일한 방식으로 제7보빈(20g) 내지 제9보빈(20i)에 대한 권선을 순차적으로 실시하여 권선을 완료한다.

이어서, 트레버스 장치(46d)와 연결된 코일(33)을 절단하고, 시작점 코일에 대한 척킹을 해제한 후, 코일이 권선된 코어/지그 조립체(45)를 연속권선장치(46)로부터 분리한다. 이어서, 분할 코어(30)(즉, 보빈)를 연결지그(40)로부터 분리시키면, 도 5a와 같이 각 그룹당 3개의 분할 코어(u1-u3, u4-u6, u7-u9)가 짧은 점프선(J1)을 통하여 상호 연결되고, 3개의 그룹(G1~G3)이 각 그룹 사이의 분할 코어가 긴 점프선(J2)을 통하여 상호 연결된 9개의 분할 코어(uI-u9, v1-v9, w1-w9)를 얻을 수 있게 된다.

상기한 실시예에서는 단일 스핀들을 구비한 범용 권선기를 이용하여 각 그룹마다 3개의 분할 코어를 포함하는 9개 분할 코어의 연속된 권선을 예를들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다양한 형태로 변형이 이루어질 수 있다.

이하에 상기한 제1실시예에 따른 분할 코어를 기준으로 스테이터(3)의 조립과정에 대하여 정리하면 다음과 같다.

먼저, 스테이터 코어(30)의 내부 및 외부 플랜지(30b,30c)를 제외하고 외부에 열경화성 수지, 예를들어 폴리에스터와 같은 BMC(Bulk Molding Compound)로 몰딩시키면 도 3b 및 도 3c와 같이 보빈(20)이 형성된다.

그후, 상기 27개의 분할 코어(u1-u9, v1-v9, w1-w9)를 각 상별로 9개씩 도 6a 내지 도 6d에 도시된 분할 코어 연결용 연결지그를 이용하여 도 7a와 같이 직렬로 연결한 코어/지그 조립체(45)를 먼저 조립하고, 연속권선장치(46)를 이용한 코일 연속권선방법에 의해 9개의 분할 코어의 각 보빈(20a-20i)에 순차적이며 연속적으로 코일(33)을 권선하여 짧은 점프선(J1)과 긴 점프선(J2)을 갖는 3세트의 코일 조립체(33a-33c)를 도 5a와 같이 준비한다.

이어서, 상기 3세트의 코일 조립체(33a-33c)를 도 5b와 같이 각 상의 코어 그룹(G1-G3,G4-G6,G7-G9)을 각각 상별로 돌아가면서 교대로 배치하는 방식으로 9개의 코어 그룹(G1-G9)을 금형(31)의 환형 요홈(32)에 형성된 위치결정용 고정홈(34a,34b)에 바로 가조립한 후, BMC(Bulk Molding Compound)로 인서트 몰딩을 실시한다.

상기한 인서트 몰딩은 각 분할 코어(30)의 내부 및 외부 플랜지(30b,30c)의 외부 대향면을 제외하고 27개 분할 코어 조립체(300) 사이의 공간과, 상/하부의 권선된 코일 부분과 보빈(20)을 덮도록 BMC(Bulk Molding Compound)로 몰딩시키면 도 2a 내지 도 2c에 도시된 환원형의 일체형 스테이터(3)가 얻어진다.

이 경우 바람직하게는 상기 분할 코어 조립체(300)를 결합하여 지지하는 환원형 스테이터 지지체(2)의 하단으로부터 축방향으로 연장부(2a)를 일체로 성형하면, 하우징(10)과의 결합에 이용할 수 있고, 또한 세탁기로부터 누수된 물이 모터로 유입되는 것을 차단하는 역할을 한다.

또한, 전 표면이 절연물로 몰딩된 스테이터(3)는 세탁기에 취부시에 종래의 모터에서는 세탁시의 고 습기환경으로 인하여 추가적인 절연물이 요구되는 것을 제거할 수 있으며, 외형상으로도 조립 작업자에게 상해를 주는 날카로운 부위가 모두 감추어지게 되어 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 바람직하게는 다수의 분할 코어 조립체(300)를 일체화시킬 때 각 코어(30)의 보빈(20)에 코일(33)이 권선되어 각 분할 코어 조립체(300)의 상부와 하부 에 반원형상의 다수의 코일 엔드(Coil End)가 형성되는데, 이 모양대로 BMC 몰딩이 이루어지도록 사출성형을 실시하면 도 2a에 도시된 바와 같이 각 분할 코어 조립체(300) 마다 대략 반원형상의 요철부가 형성된다.

이와 같은 구조로 사출성형된 일체형 스테이터(3)는 반원형상의 다수의 코일 엔드(Coil End)를 따라 BMC 몰딩이 이루어져 있기 때문에 공기와의 접촉 표면적이 넓게 되어 열발산이 효과적으로 이루어지며, 또한 로터(4,5)의 회전시에 코일 엔드의 요철부로부터 난류가 발생되어 냉각 성능의 향상을 도모할 수 있다.

더욱이, 상기 축방향 연장부(2a)에는 도 2a 및 도 2b와 같이 3개의 취부위치결정구멍(2b)과 6개의 볼트취부구멍(2c)이 균등간격으로 배치되어 있으며, 또한 취부위치결정구멍(2b)과 볼트취부구멍(2c)이 있는 면에 형성되어 있는 다수의 리브(2d)는 취부 시 강도를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 상기 다수의 리브(rib)(2d)에 의해 형성되는 다수의 요홈(2e)과 6개의 볼트취부구멍(2c)에 형성된 요홈(2f)은 이에 대향하여 배치된 내부 로터(4)의 회전 시에 난류를 생성시켜 냉각 성능을 향상시키게 된다.

더욱이, 도 2c와 같이 스테이터(3)의 배면에도 다수의 리브(2f)에 의해 다수의 대형 및 소형 요홈(2g,2h)이 형성되어 있다. 이러한 BMC에 의해 다수의 리브(2f)와 다수의 대형 및 소형 요홈(2g,2h)을 형성하면, BMC의 두께를 박판으로 형성하여 무게를 최소한으로 줄이면서도 표면적을 증가시켜서 냉각효율을 높게 함과 동시에 강도를 보강하는 역할을 한다.

또한, 이러한 스테이터(3)의 전/후면에 형성된 다수의 리브(2d,2f)는 BMC 사 출성형시에 발생할 수 있는 크랙이 전파될 때 이를 차단하는 역할을 하게 된다.

도 2a 내지 도 2c에서 미설명 부재번호 12는 예를들어, 3상 구동방식의 스테이터 코일(33)에 대한 구동전류를 공급하기 위한 터미널블록이고, 13은 스테이터 코일(33)에 대한 전류공급을 제어하기 위해 회전되고 있는 로터(50), 즉 내부 로터(4)의 자석(4a)의 위치를 검출하기 위한 위치신호를 발생하는 홀(HALL) IC 어셈블리를 가리킨다.

C. 로터 구조 및 제조공정

도 10a 내지 도 10e에는 각각 본 발명에 따른 로터의 상측면 사시도, 일부 절단 정면도, 평면도, 배면도 및 원주방향 단면 사시도가 도시되어 있고, 도 13a 및 도 13b에는 각각 본 발명의 더블 로터의 조립에 사용되는 내부 및 외부 로터 조립체와 인벌류트 세레이션 구조물의 사시도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 BLDC 모터는 도 1a와 도 1b 및 도 10a 내지 도 10e에 도시된 바와 같이 다수의 자석(4a)과 링 형상의 내부 요크(4b)가 배치되어 있는 내부로터(4)와, 다수의 자석(5a)과 링 형상의 외부 요크(5b)가 배치되어 있는 외부로터(5)가, 로터 지지체(6)에 의해 중심부에 인벌류트 세레이션(Involute Serration) 부싱(7)을 통하여 회전축(9)에 연결되어 있는 더블 로터(50) 구조를 채용하고 있다.

상기 더블 로터(50)는 먼저, 도 13a에 도시된 바와 같이 환원형의 내부 요크(4b)의 외측에 각각 N극 및 S극으로 분할 착자된 다수, 예를들어 12개의 자석(4a)을 접착제를 사용하여 교대로 배치하여 내부로터(4)를 형성하고, 환원형의 외부 요크(5b)의 내측에 각각 N극 및 S극으로 분할 착자된 12개의 자석(5a)을 접착제를 사 용하여 교대로 배치하여 외부로터(5)를 형성한다. 이 경우 내부로터(4)와 외부로터(5)의 대향한 자석(4a,5a) 사이에는 서로 반대 극성을 갖도록 배치된다.

이어서, 인벌류트 세레이션(Involute Serration) 부싱(7)을 상기 내부로터(4)와 외부로터(5)의 중앙에 위치하도록 사출 성형 금형 상에 배치한 상태에서 열경화성 수지, 예를들어 BMC(Bulk Molding Compound)로 인서트 몰딩하여 로터를 제조한다. 이 경우 상기 내부로터(4)와 외부로터(5)의 자석은 별도의 접착 공정 없이 금형 상에 자석을 위치 고정시킬 수 있는 내부형상으로 제작하여 일체화 할 수도 있다.

상기 인서트 몰딩시에 내부로터(4)와 외부로터(5)는 서로 마주보는 자석(4a,5a)의 대향면을 제외하고 외측면에 환형 몰딩이 이루어지고, 인벌류트 세레이션 부싱(7)은 축방향을 제외한 외측면에 모두 환형 몰딩이 이루어진다. 몰딩이 이루어지는 부싱(7)의 외주면은 축방향의 접촉면적을 넓게 하여 결합력을 높이기 위하여 중간에 원형 요홈(70a)이 형성되고 외주면(70b)은 12각면을 이루고 있으며, 중앙부에는 회전축(9)과 세레이션 결합되도록 세레이션 구조의 관통구멍(70c)이 형성되어 있다.

또한, 상기 인서트 몰딩에 의해 인벌류트 세레이션 부싱(7), 내부로터(4) 및 외부로터(5) 사이에는 중앙부로부터 방사상으로 뻗어 있는 다수, 예를들어 12개의 직선 리브(51)를 통하여 상호 연결되어 있으며, 상기 인벌류트 세레이션 부싱(7)과 내부로터(4) 사이에는 다수의 직선 리브(51)를 상호 연결하여 지지강도를 높이기 위해 원형 리브(52)가 배치되어 있다. 그 결과, 원형 리브(52), 내부로터(4) 및 외 부로터(5)와 다수의 직선 리브(51)의 상호 교차에 의해 다수의 대형 구멍(53)과 소형 구멍(54)이 스테이터(3)의 상단과 대향한 부분에서 원주방향을 따라 교대로 형성되어 있다.

더욱이, 로터 지지체(6) 중에서 내부로터(4)를 지지하는 환형 몰딩 지지체(6a)에는 도 10a와 같이 원주방향을 따라 주기적으로 요홈(6b)이 형성되어 있어, 이 요홈(6b)을 포함하는 상기 다수의 대형 구멍(53)은 도 11c와 같이 외부공기가 내부로터(4)의 내측과 자기갭(G1,G2) 양측으로 통하는 통로 역할을 한다. 그 결과, 대형 구멍(53)은 로터(50)가 회전될 때 외부에서 발생된 바람을 내부/외부 자석(4a,5a)과 스테이터(3)에 전달하여 냉각 성능을 향상시킨다.

즉, 대형 구멍(53)을 통하여 입사한 바람은 도 11c의 공기흐름과 같이 내부로터(4)의 내측과 자기갭(G1,G2)을 통하여 빠져 나가며, 또한 소형 구멍(54)을 통하여 입사한 바람은 도 11b의 공기흐름과 같이 자기갭(G1,G2)을 통하여 빠져 나간다. 이 경우 대형 구멍(53)은 구멍 제작 시 원주 방향에 수직한 직선 리브(51)의 단면적을 넓게 하여 냉각 효과를 향상시키는 것이 바람직하며, 내측 자기갭(G1)을 확인할 수 있는 창의 역할을 한다.

그 결과, 더블로터 구조로 인해 스테이터(3)의 상부와, 내부/외부 로터(4,5) 사이의 연결부분 사이에 대향한 공간(S), 및 내부/외부 로터(4,5)와 스테이터(3) 사이의 자기갭(gap)(G1,G2)과 같은 폐쇄된 공간이 개방되어 냉각 성능이 향상된다.

또한, 다수의 직선 리브(51)와 원형 리브(52) 및 환형 몰딩 지지체(6a)에 의해 형성되는 다수의 구역은 내/외측면에 요홈(55)이 상부 및 하부면에 형성되어 있 고, 더욱이 교대로 배치된 대형 및 소형 구멍(53,54)의 입사 바람의 차이로 인하여 로터의 회전시에 난류를 발생시켜 냉각 성능을 향상시킨다.

한편, 모터의 구동시에 스테이터 코일(33)에 인가된 구동전류에 의해 코일과 자석으로부터 전기 및 자기력의 손실로 발생하는 열을 방출함과 동시에 냉각시키기 위하여 특히, 로터(50)에 방열/냉각 구조를 채용하는 것이 필요하다.

본 발명에서는 로터(50)가 열경화성 수지로 제작되기 때문에 다양한 형태의 방열용 냉각 날개(팬 블레이드)의 제작이 용이하게 이루어질 수 있다. 예를들어, 내부 로터(4)나 외부 로터(5) 또는 양쪽 로터(4,5)에 많은 양의 바람을 발생시킬 수 있는 다양한 형상의 냉각 날개(59)를 일체로 제작하여, 로터(50)와 스테이터(3)의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.

예를들어, 외부 로터(5)의 하단면에 형성된 냉각 날개는 먼저 도 12a에 도시된 바와 같이, 반경방향을 향하고 있어 기준선과 이루는 각도(α)가 0˚인 다수의 직선형 팬(60)을 사용할 수 있다. 또한, 냉각날개는 도 12b에 도시된 바와 같이 기준선과 이루는 각도(α)가 0˚이나, 로터의 회전방향을 따라 원형 요홈이 형성되어 있어 많은 풍량이 발생되는 다수의 시로코(Sirocco) 팬(62), 또는 로터의 회전방향과 반대방향으로 요홈이 형성되어 있는 다수의 터보 팬(63) 구조를 채택할 수 있다.

더욱이, 냉각날개는 도 12c에 도시된 바와 같이 반경방향에서 임의의 각도(α)만큼 회전되어 있는 다수의 경사형 팬(61)을 사용할 수 있다. 즉, -90˚≤α≤+90˚. 또한 냉각날개는 도 12d와 같이 반경방향의 기준선과 소정의 각도(α)를 이 루나, 팬의 형상이 곡선으로 이루어진 다수의 곡선형 팬(64)이나, 도 12e에 도시된 유선형 팬(65)의 형상을 이루는 것도 가능하다. 또한, 냉각날개는 도 10a와 같이 외부 로터(5)의 하단 외측면과 플랜지 사이에도 대략 직각 삼각형의 형태를 갖는 다수의 삼각형 팬(66)으로 형성될 수 있다.

그 결과 상기 외부 로터(5)의 하단면에 일체로 형성된 다수의 냉각 날개(팬 블레이드)는, 로터(50)의 회전시에 스테이터(3)에 대한 공냉이 자체적으로 이루어지도록 한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일체형 더블 로터(50)는 내부로터(4)와 외부로터(5)의 다수의 자석(4a,5a)이 자체적으로 기본 구조 강도를 가지는 BMC(Bulk Molding Compound) 로터 지지체(6)에 의해 일체화되었기 때문에 별도의 지지 플레이트를 필요로 하지 않는다.

또한, 본 발명에서는 다수의 자석(4a,5a)이 1차적으로 접착제의 의해 내부/외부 요크(4b,5b)에 고정되고, 도 10b와 같이 BMC 로터 지지체(6)가 자석(4a,5a)을 추가적으로 고정해 줌으로써, 원심력에 의한 자석(4a,5a)의 비산 및 위치 이동을 원천적으로 막을 수 있다. 이 경우, 자석(4a,5a)의 개방면 쪽에 모따기(Chamfer)(4c)를 줌으로써 본 효과를 더욱 상승시킬 수 있다.

그 결과, 종래의 내측 회전자형 구조의 모터에서는 자석의 비산 방지를 위해 별도의 추가부품이 필요하였으나, 본 발명에서는 BMC 로터 지지체(6)에 의해 해결될 수 있다. 또한, 본 발명에서는 BMC 로터 지지체(6)에 의해 자석(4a,5a) 및 내부/외부 요크(4b,5b)를 둘러싸고 있으므로, 로터(50)와 스테이터(3)의 조립 시 발생 할 수 있는 자석(4a,5a)의 파손을 예방할 수 있다.

또한, 인서트 몰딩에 의해 내부로터(4)와 외부로터(5)의 다수의 자석(4a,5a)이 동심상으로 배치되므로 진원도가 높게 되어 스테이터(3)와 조립될 때 균일한 자기갭(gap)의 유지가 가능하다.

상기한 레이디얼 코어타입의 BLDC 모터(1)는 스테이터(3)의 코일(33)에 구동전류가 인가됨에 따라 더블 로터 구조의 로터(50)가 회전된다. 이 경우, 본 발명에서는 내부로터(4)와 외부로터(5)의 자석(4a,5a)과, 분할 코어 조립체(300)의 분할 코어(30)가 도 1b의 화살표 흐름을 따르는 하나의 완전한 자기회로를 형성하므로, 스테이터 코어의 완전 분할이 가능하게 된다.

즉, 분할형 코어 구조를 갖는 본 발명에서는 도 1b에서 보는 바와 같이, 내부 로터(4)의 자석(4a), 내부 요크(4b), 자석(4a), 분할 코어(30), 외부 로터(5)의 자석(5a), 외부 요크(5b), 자석(5a) 및 분할 코어(30)로 이루어지는 화살표 방향을 따라 하나의 자기회로가 형성된다.

상기와 같이 자기회로가 형성되고, 완전한 분할형 코어 구조를 갖기 위해서는 인접한 분할 코어(30) 사이의 간격이 로터(4,5)와 스테이터(3) 사이의 자기갭(G1,G2) 보다 더 넓게 설정하는 것이 자속의 진행이 자기갭(G1,G2)을 향하도록 하는 데 필요하다.

따라서 본 발명에서는 스테이터의 코어를 다수의 분할 코어(30)로 제작하는 것이 가능하게 되었고, 또한 더블 로터(50)를 채용함에 따라 단일 로터의 모터와 비교하여 모터 출력과 토크를 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 분할 코어(30)는 크기가 작으므로 규소 강판의 낭비율이 작게 되어 재료손실이 거의 없게 되며 형상이 단순해져서 제조가 쉽고, 또한 분할 코어(30)에 대한 권선이 범용 권선기를 사용하여 권선하는 것이 가능하게 되어 코일 권선 비용과 권선설비에 대한 투자비가 감소된다.

더욱이, 상기 실시예는 로터 및 스테이터가 모두 수지를 이용하여 일체형으로 구성되므로 내구성, 방습성 등이 우수하여 고 습도 환경에서 사용되는 세탁기용 드럼 구동원으로 적합하나 이에 제한되지 않으며, 스테이터의 취부 구조 또한 모터가 적용되는 장치에 따라 변형이 가능하다.

Ⅱ. 제2실시예

이하에 본 발명의 제2실시예에 따른 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터에 대하여 설명한다.

도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 축방향 단면도, 도 15a 내지 도 15c는 각각 도 14에 도시된 로터의 평면도, 도 15a의 X-X선 단면도 및 배면도, 도 16a 내지 도 16c는 각각 도 14에 도시된 스테이터의 평면도, 도 16a의 Y-Y선 단면도 및 배면도이다.

도 14를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터(100)는 크게 다수의 분할 코어(30)가 도시되지 않은 보빈의 외주에 코일(33)이 권선된 후 열경화성 수지를 사용하여 인서트 몰딩함에 의해 제조되는 환원형 스테이터 지지체(2)에 의해 일체로 형성된 스테이터(330)와, 상기 스테이터(330)의 내주부 및 외주부에 소정의 자기갭(gap)을 갖고 환원형으로 다수 의 자석(4a)과 링 형상의 내부 요크(4b)가 배치되어 있는 내부로터(4)와, 다수의 자석(5a)과 링 형상의 외부 요크(5b)가 배치되어 있는 외부로터(5)와, 일단이 로터 지지체(6)의 중심부에 인벌류트 세레이션(Involute Serration) 부싱(7)을 통하여 연결된 회전축(9)을 포함하고 있으며, 이러한 구성은 제1실시예와 동일하다.

상기 스테이터(330)는 완전히 분할된 다수의 분할 코어(30)가 환원형 스테이터 지지체(2)에 의해 환원형으로 일체로 성형되며, 상기 스테이터 지지체(2)는 내측으로 연장 형성된 연장부(2a)를 구비하여, 예를들어, 세탁기의 하우징(10)에 위치결정용 구멍 또는 핀에 의해 설정된 위치에 고정볼트(11)에 의해 지지된다.

또한, 제2실시예의 더블 로터(500) 또한 제1실시예와 동일하게 내부로터(4)와 외부로터(5)가 로터 지지체(6)에 의해 중심부에 인벌류트 세레이션 부싱(7)을 통하여 회전축(9)에 연결되어 있으며, 내부로터(4)와 외부로터(5)의 대향한 자석(4a,5a) 사이에는 서로 반대 극성을 갖도록 배치된다.

또한, 회전축(9)은 하우징 내부에 서로 일정거리를 두고 떨어져 있는 한쌍의 베어링(8a,8b)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 그의 선단부에는 로터(500)가 분리되는 것을 방지하기 위하여 플레이트 와샤(17), 스프링 와샤(18) 및 고정너트(14)가 순차적으로 체결되어 있다. 또한, 제1베어링(8a)의 외측에는 제1베어링(8a)이 하우징으로부터 분리되는 것을 방지하도록 플레이트 와샤 너트(15)가 회전축(9)에 체결되어 있다.

따라서, 제2실시예의 BLDC 모터(100)도 내부로터(4)와 외부로터(5)가 로터 지지체(6)에 지지되어 있는 더블 로터(500)와 단일의 스테이터(330)로 구성되어 있 어, 자기회로의 구성과 모터의 동작원리가 제1실시예와 동일하다.

이하에 제2실시예가 제1실시예와 다른 점에 대하여 설명한다.

제2실시예의 BLDC 모터(100)가 제1실시예와 다른 점은 도 14와 같이 회전축(9)과 결합되는 로터(500)의 축결합부(160)를 로터(500)의 무게 중심에 배치함에 의해 로터(500)의 회전시에 회전평형을 유지함에 의해 진동 및 소음 발생을 최소한으로 억제할 수 있는 로터 지지구조에 있다.

즉, 제1실시예에서는 회전축(9)과 결합되는 로터(50)의 축결합부(16)가 로터(50)의 무게 중심으로부터 축방향을 따라 약간 벗어난 지점에 위치되어 있다. 상기 축결합부(16)는 회전축(9)과 결합되는 부싱(7)과, 부싱을 둘러싸고 있는 수지로 이루어진 부싱 지지체(7a)로 구성되며, 상기 부싱 지지체(7a)는 그의 중간으로부터 내부 및 외부 로터(4,5)를 일체로 지지하는 로터 지지체(6)의 상부로부터 다수의 직선 리브(51) 등을 통하여 연결되어 있다.

따라서, 제1실시예에서 로터(50)의 회전력을 회전축(9)에 전달하는 부싱(7)이 로터(50)의 무게중심으로부터 축방향을 따라 약간 벗어난 지점에 위치되어 있다. 그 결과, 실질적으로 로터의 무게중심을 결정하는 자석(4a,5a)과 요크(4b,5b)의 중심과 부싱(7)의 중심 사이에 편차가 존재하여, 이는 진동 및 소음 발생을 최소한으로 억제할 수 없고 동력전달의 효율이 떨어지게 된다.

이에 대하여 제2실시예에서는 회전축(9)에 부싱(7)이 결합되고, 부싱(7)은 인서트 몰딩에 의해 열경화성 수지로 이루어진 부싱 지지체(7b)에 의해 지지되어 있다. 상기 부싱 지지체(7b)는 그의 상단부로부터 방사상으로 연장된 다수의 직선 리브(510) 등을 통하여 내부 로터(4)를 지지하는 로터 지지체(6)의 중간에 연결되어 있다. 그 결과 부싱(7)과 부싱 지지체(7a)는 로터(500)의 무게 중심에 위치설정이 이루어지게 된다.

따라서, 제2실시예의 BLDC 모터(100)에서는 회전축(9)과 결합되는 로터(500)의 축결합부(160)가 로터(500)의 무게 중심에 배치되어 로터(500)의 회전시에 회전평형을 유지함에 의해 진동 및 소음 발생을 최소한으로 억제하며 동력전달이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 또한, 로터(500)의 축결합부(160)가 로터(500)의 무게 중심에 배치되는 경우 모터의 축방향 길이를 최소한으로 단축할 수 있게 된다.

또한, 제2실시예의 더블 로터(500)는 도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이 제1실시예의 더블 로터(50)와 유사하게 상기 인서트 몰딩에 의해 내부로터(4)와 외부로터(5) 사이에는 로터 지지체(6)에 의해 역 "U"자 형태로 일체화되고, 로터 지지체(6)와 인벌류트 세레이션 부싱(7) 사이에는 중앙부로부터 방사상으로 뻗어 있는 12개의 직선 리브(510)를 통하여 상호 연결되어 있으며, 상기 인벌류트 세레이션 부싱(7)과 내부로터(4) 사이에는 다수의 직선 리브(510)를 상호 연결하여 지지강도를 높이기 위해 원형 리브(520)가 배치되어 있다.

또한, 로터 지지체(6)와 스테이터(3)의 상단과 대향한 부분에는 원주방향을 따라 로터(500) 내측의 스테이터(330)를 냉각시키기 위한 다수의 대형 구멍(530)과 소형 구멍(540)이 교대로 형성되어 있다. 이 경우, 로터 지지체(6) 중에서 내부로터(4)를 지지하는 환형 몰딩 지지체(600a)에는 도 15a와 같이 원주방향을 따라 주기적으로 요홈(600b)이 형성되어 있다.

더욱이, 제2실시예의 로터(500)에서는 부싱(7)과 내부로터(4) 사이를 연결하는 다수의 직선 리브(510) 등의 지지구조가 제1실시예와 비교하여 로터의 내측으로 이동된 함몰형 구조이므로 상기 요홈(600b)은 스테이터(330)의 상단부와 그 내측의 일부를 외부로 개방하는 위치에 배치되어 있어, 이 요홈(600b)을 포함하는 상기 다수의 대형 구멍(530)은 도 15b와 같이 외부공기가 내부로터(4)의 내측과 자기갭(G1,G2) 양측으로 통하는 더 넓은 통로를 형성하여, 그 결과 제1실시예에 비하여 더 큰 냉각효과를 나타낸다.

그 결과, 대형 구멍(530)은 로터(500)가 회전될 때 외부에서 발생된 바람을 내부/외부 자석(4a,5a)과 스테이터(330)에 전달하며, 또한 소형 구멍(540)을 통하여 입사한 바람은 자기갭(G1,G2)을 통하여 빠져 나가면서 냉각 성능을 향상시킨다.

또한, 다수의 직선 리브(510)와 원형 리브(520) 및 환형 몰딩 지지체(600a)에 의해 형성되는 다수의 구역은 내/외측면에 요홈(550)이 상부 및 하부면에 형성되어 있고, 더욱이 교대로 배치된 대형 및 소형 구멍(530,540)의 입사 바람의 차이로 인하여 로터의 회전시에 난류를 발생시켜 냉각 성능을 향상시킨다.

한편, 제2실시예의 로터(500) 또한 방열/냉각을 위하여 외부 로터(5)의 하단에 경사형 냉각 날개(59)를 일체로 구비하고 있다.

상기 냉각 날개(59)는 모터가 적용되는 환경에 따라 전체적인 형상 뿐 아니 라 개별의 형상을 적절하게 설계하여 공기의 유동 및 풍량을 최적화함에 의해 모터에 최대부하가 걸릴 때 허용되는 최대온도를 넘지 않도록 고려되어야 한다. 예를들어, 모터가 전자동 세탁기에 적용되는 경우 세탁코스를 진행 중일 때에는 저속의 정회전과 역회전을 반복하여 실시하고 탈수코스를 진행 중일 때에는 고속의 정회전(또는 역회전)만이 이루어지게 된다. 따라서, 모터가 장시간의 세탁코스를 진행하여 어느 정도 온도가 올라가 있는 상태에서 탈수코스를 진행하기 위한 고속의 정회전이 이루어지는 경우 최대부하와 최대온도에 도달하게 되므로 상기 냉각날개(59) 또한 모터의 고속 정회전이 이루어질 때 냉각효과를 높일 수 있는 팬 구조를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 제2실시예의 스테이터(330)는 도 16a 내지 도 16c에 도시된 바와 같이 제1실시예의 스테이터(3)와 유사하게 다수의 분할 코어(30)가 도시되지 않은 보빈의 외주에 코일(33)이 권선된 후, 열경화성 수지를 사용하여 인서트 몰딩함에 의해 제조되어, 그 결과 스테이터 지지체(2)에 의해 환원형으로 일체로 형성된다.

이 경우 상기 제2실시예의 스테이터(330)에서는 도 16b 및 도 16c와 같이 열경화성 수지로 성형할 때 스테이터 지지체(2)의 두께를 박판으로 형성하는 대신에 내측 및 외측에 환형 리브(2j,2k)를 형성하고 내측 및 외측에 환형 리브(2j,2k)의 중간에 소정 길이를 갖는 다수의 밴드 형상 리브(2l)를 형성하고 있다. 따라서, 스테이터(330)는 리브(2j-2l)를 형성함에 의해 사출성형시에 발생할 수 있는 크랙의 전파를 차단하고, 무게를 최소한으로 줄이면서도 표면적을 증가시켜서 냉각효율을 높게 함과 동시에 강도를 보강하게 된다.

더욱이, 상기 축방향 연장부(2a)에는 도 16a-도 16c와 같이 3개의 취부위치결정구멍(2b)과, 6개의 볼트취부구멍(2c)이 각각 균등간격으로 배치되어 있고, 또한 볼트취부구멍(2c)의 일측에는 균등간격으로 3개의 취부위치결정핀(2i)이 형성되어 있다.

따라서, 모터(100)를 세탁기의 하우징(10)에 조립할 때, 먼저 스테이터의 취부위치를 결정하기 위한 기준으로 도 1a에 도시된 바와 같이 하우징(10)에 취부위치결정핀(16)이 심어져 있는 경우는 취부위치결정핀(16)에 상기한 축방향 연장부(2a)의 취부위치결정구멍(2b)을 일치시킨 후, 볼트취부구멍(2c)에 와샤를 게재하여 고정볼트(11)를 체결한다. 그러나, 이와 반대로 하우징(10)에 취부위치결정구멍이 형성되어 있는 경우는 취부위치결정구멍에 상기한 축방향 연장부(2a)의 취부위치결정핀(2i)을 일치시킨 후, 볼트취부구멍(2c)에 와샤를 게재하여 고정볼트(11)를 체결한다. 이 경우 바람직하게는 볼트취부구멍(2c) 내에는 고정볼트(11)의 강한 결합을 견딜 수 있게 부싱(2m)이 삽입되어 있다.

제2실시예의 스테이터(330)에서는 이러한 점을 고려하여 축방향 연장부(2a)에 취부위치결정구멍(2b)과, 6개의 볼트취부구멍(2c) 및 3개의 취부위치결정핀(2i)을 모두 구비하고 있다.

또한, 도 16a와 같이 상기 축방향 연장부(2a) 상부면에는 제1실시예와 동일하게 다수의 리브(rib)(2d)에 의해 형성되는 다수의 요홈(2e)과 6개의 볼트취부구멍(2c) 주위에 형성된 요홈은 이에 대향하여 배치된 내부 로터(4)의 회전 시에 난류를 생성시켜 냉각 성능을 향상시키게 된다.

더욱이, 도 16c와 같이 스테이터(3)의 배면에도 다수의 리브(2f)에 의해 다수의 대형 및 소형 요홈(2g,2h)이 형성되어 있어, 스테이터 지지체(2)의 두께를 박판으로 형성하여 무게를 최소한으로 줄이면서도 표면적을 증가시켜서 냉각효율을 높게 함과 동시에 강도를 보강하는 역할을 한다.

상기한 제2실시예에서는 회전축과 결합되는 로터의 축결합부를 로터 내측의 무게 중심에 배치하고 있는 함몰형 지지 구조를 채용하고 있으나, 상기 제1실시예에도 로터의 축결합부를 함몰형으로 지지하는 것도 가능하다.

또한, 상기 제1 및 제2 실시예는 세탁기를 구동하기 위한 세탁기 구동용 모터를 예를들어 설명하였으나, 자동차의 라디에이터와 같이 다른 장치를 구동하도록 변형되는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 레이디얼 코어 타입 BLDC 모터에서 더블로터 구조를 채용함에 의해 스테이터 코어를 완전 분할 코어를 형성할 때 금형 자체에 형성된 위치결정 구조를 이용하여 다수의 분할 코어 조립체를 자동으로 위치 설정하여 고정시킨 후, 인서트 몰딩방식으로 열경화성 수지를 이용하여 사출성형함에 의해 별도의 코어 지지판을 사용하지 않고 다수의 분할 코어를 조립할 수 있어 스테이터의 조립 생산성을 크게 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 더블 로터 구조에서는 내부 및 외부 로터와 부싱을 연결하는 로터 지지체와 리브에 원주 방향에 수직인 단면적이 가능한 넓게 냉각구멍을 형성하면서 냉각구멍의 크기 변화를 교대로 주어 설계함에 의해 로터 지지체와 리브 의 지지강도를 보강함과 동시에 많은 양의 바람을 발생시키면서 와류를 형성하여, 스테이터의 상부공간과, 내부 및 외부 로터와 스테이터 사이의 자기갭으로 냉각공기의 흐름을 유도할 수 있어 로터와 스테이터로부터 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 연속 권선방법으로 각 상에 해당하는 다수의 분할형 스테이터 코어에 하나의 코일을 연속 권선하여 상호 연결함에 의해 금형에 위치설정될 때 별도의 위치결정 부품이 없는 불편함을 최소화할 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 스큐 코어를 채용할지라도 분할형 코어 구조를 채택하고 있어 코일의 권선 공정이 용이하며, 각 스큐 코어는 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형함에 의해 용이하게 조립될 수 있어 코깅 토크의 저감과 소음/진동의 저감이 가능한 스큐 코어 방식의 스테이터를 포함하는 BLDC 모터를 용이하게 구현할 수 있다.

본 발명에서는 회전축과 결합되는 로터의 축결합부를 로터 내측의 무게 중심에 배치함에 의해 로터의 회전시에 진동발생을 최소한으로 억제함과 동시에 스테이터와 로터의 냉각 효율을 효과적으로 높일 수 있다.

또한, 본 발명에서는 더블 로터와 스테이터를 각각 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형하여 내구성과 신뢰성 및 방수성이 높고, 더블 로터와 스테이터를 둘러싸고 있는 열경화성 수지가 600℃까지 견딜 수 있는 내열성 재료이므로 화재 위험으로부터 안전성이 높게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims

3상 구동방식의 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터에 있어서,

장치의 하우징에 회전 가능하게 장착된 회전축과;

각각 다수의 N극 및 S극 자석이 서로 다른 동심원상에 환원상으로 교대로 배치되고, 내/외부 간에 일정한 거리를 두고 서로 대향한 자석이 반대극성을 갖도록 배치되는 내부 및 외부 로터와, 상기 내부 및 외부 로터의 대향한 자석면을 제외하고 각각 환원형으로 일체화함과 동시에 내부 및 외부 로터 사이에 트랜치형 공간을 형성하면서 내부 로터로부터 중앙부로 연장 형성된 단부가 상기 회전축에 결합되는 부싱의 외주면과 연결되도록 열경화성 수지로 몰딩된 로터 지지체를 포함하는 일체형 더블 로터와;

각각 그 외부에 보빈이 형성된 다수의 독립된 분할 코어를 포함하는 다수의 코어 그룹으로 이루어지는 U, V, W상 코일 조립체 각각에 대하여, 각 분할 코어 그룹 내의 분할 코어 사이에는 짧은 점프선을 갖고 연결되고 분할 코어 그룹 사이에는 긴 점프선을 갖고 연결되도록 각 분할 코어에 연속적으로 코일이 권선된 상태에서, 상기 U, V, W상 코일 조립체의 분할 코어 그룹이 각각 상별로 돌아가면서 교대로 환원형태로 배치되어 있고, 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 스테이터 지지체에 의해 환원형의 형상으로 일체로 형성되어, 상기 내부 및 외부 로터 사이의 트랜치형 공간에 일단이 배치되며, 타단으로부터 축방향으로 연장된 연장부에서 장치의 하우징에 고정되는 일체형 스테이 터로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항에 있어서, 상기 로터 지지체는 내부 및 외부 로터 사이에 스테이터의 일단과 대향한 트랜치형 공간에 외부공기를 내부로터의 내측방향과 내부 및 외부 로터와 스테이터 사이의 자기갭 방향으로 안내하는 다수의 대형 구멍과 다수의 소형 구멍이 교대로 배치되어 있고, 상기 내부 로터로부터 중앙부로 부싱의 외주면을 둘러싸는 축결합부로 다수의 방사상 리브가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제2항에 있어서, 상기 로터 지지체 중에서 내부 로터를 지지하는 환형 몰딩 지지체에는 원주방향을 따라 상기 다수의 대형 구멍과 만나는 부분에 주기적으로 다수의 요홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제2항에 있어서, 상기 축결합부는 더블 로터의 무게 중심에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항에 있어서, 상기 내부 로터 및/또는 외부 로터의 하단부의 로터 지지체에 일체로 형성되어 로터 회전시에 바람을 발생하기 위한 축방향과 일치하는 직선 형 팬, 로터의 회전방향을 따라 원형 요홈을 갖는 시로코(Sirocco) 팬, 로터의 회전방향과 반대방향으로 요홈이 형성되어 있는 터보 팬, 축방향과 경사를 이루는 경사형 팬 중 어느 하나의 형태를 갖는 다수의 냉각날개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항에 있어서, 상기 외부 로터의 하단 외주면에 일체로 형성되어 로터 회전시에 바람을 발생하기 위한 다수의 냉각날개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항에 있어서, 상기 스테이터 지지체의 축방향 연장부에는 내부 로터의 회전 시에 난류를 생성시켜 냉각 성능을 향상시키기 위해 다수의 리브에 의해 형성되는 다수의 요홈을 구비하고 있으며,

상기 요홈에는 스테이터를 장치의 하우징에 장착할 때 조립위치를 결정하기 위한 다수의 취부위치결정구멍이나 돌기부 및 다수의 볼트취부구멍이 균등간격으로 주기적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항에 있어서, 상기 스테이터 지지체는 넓은 접촉 표면적을 통하여 열발산이 이루어지도록 코일이 권선된 다수의 분할 코어의 형태를 따라 다수의 요철부를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항에 있어서, 상기 스테이터 상부면의 스테이터 지지체는 사출성형시에 발생할 수 있는 크랙의 전파를 차단함과 동시에 두께를 박판으로 형성할 때 강도를 보강하기 위한 환형 리브를 적어도 1이상 포함하는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항에 있어서, 상기 스테이터 하부면의 스테이터 지지체는 두께를 박판으로 형성할 때 강도를 보강하기 위한 다수의 환형 리브와, 상기 다수의 환형 리브를 교차하여 축방향으로 뻗어 있는 다수의 직선 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항에 있어서, 상기 다수의 분할 코어는 (360°/슬롯 수)로 정의되는 1피치 범위 이내에서 스큐(skew)가 주어지는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항에 있어서, 상기 모터는 24극-27코어 방식으로 이루어지며,

상기 스테이터는 각각 그 외부에 보빈이 형성된 3개의 분할 코어를 포함하는 3개의 코어 그룹으로 이루어지는 U, V, W상 코일 조립체 각각에 대하여, 상기 U, V, W상 코일 조립체의 분할 코어 그룹이 각각 상별로 돌아가면서 교대로 환원형태 로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 독립된 분할 코어의 보빈은 인서트 몰딩을 위하여 금형의 환형 요홈에 가조립될 때 환형 요홈의 내/외벽에 대향하여 형성된 다수쌍의 위치결정용 고정홈에 결합되는 제1 및 제2 결합돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 독립된 분할 코어의 보빈은 인서트 몰딩을 위하여 금형의 환형 요홈에 가조립될 때 인접된 분할 코어 보빈 사이에 요철 구조에 의한 상호 링크 결합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 세탁기이고, 회전축에 연결되는 피동체는 세탁조인 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이터의 코일은 Cu 또는 Al로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인접한 분할 코어 사이의 간격이, 내부 및 외부 로터와 스테이터 사이의 자기갭 보다 더 넓게 설정되는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
3상 구동방식의 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터에 있어서:

각각 24극의 N극 및 S극 자석이 서로 다른 동심원상에 환원상으로 교대로 배치되고, 내/외부 간에 일정한 거리를 두고 서로 대향한 자석이 반대극성을 갖도록 배치되는 내부 및 외부 로터와, 상기 내부 및 외부 로터의 대향한 자석면을 제외하고 각각 환원형으로 일체화함과 동시에 내부 및 외부 로터 사이에 트랜치형 공간을 형성하면서 상기 내부 로터로부터 부싱을 둘러싸는 축결합부로 연장 형성되도록 열경화성 수지로 몰딩된 로터 지지체를 포함하는 일체형 더블 로터와;

일단이 상기 부싱과 결합되고 타단이 장치의 하우징에 회전 가능하게 장착된 회전축과;

각각 그 외부에 보빈이 형성된 3개의 분할 코어를 포함하는 3개의 코어 그룹으로 이루어지는 U, V, W상 코일 조립체 각각에 대하여, 상기 U, V, W상 코일 조립체의 분할 코어 그룹이 각각 상별로 돌아가면서 교대로 환원형태로 배치되어 있고, 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 스테이터 지지체에 의해 환원형의 형상으로 일체로 형성되어, 상기 내부 및 외부 로 터 사이의 트랜치형 공간에 일단이 배치되는 일체형 스테이터로 구성되며,

상기 U, V, W상 코일 조립체 각각에 포함된 9개의 분할 코어는 연속권선된 코일에 의해 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제18항에 있어서, 상기 스테이터는 각각 서로 인접하여 배치되는 3개의 분할 코어를 포함하는 3개의 코어 그룹에 대하여 각 상의 코어 그룹을 각각 상별로 돌아가면서 교대로 27쌍의 위치결정용 고정홈이 대응하여 형성된 금형에 배치하여 가조립된 상태에서 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩이 이루어진 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제18항에 있어서, 상기 로터 지지체는 내부 및 외부 로터 사이에 스테이터의 일단과 대향한 트랜치형 공간에 외부공기를 내부로터의 내측방향과 내부 및 외부 로터와 스테이터 사이의 자기갭 방향으로 안내하는 다수의 대형 구멍과 다수의 소형 구멍이 교대로 배치되어 있고, 상기 축결합부로 다수의 방사상 리브가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축결합부는 더블 로터의 무게 중심에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터.
각각 다수의 N극 및 S극 자석이 서로 다른 동심원상에 환원상으로 교대로 배치되고, 내/외부 간에 일정한 거리를 두고 서로 대향한 자석이 반대극성을 갖도록 배치되는 내부 및 외부 로터와, 상기 내부 및 외부 로터의 대향한 자석면을 제외하고 각각 환원형으로 일체화함과 동시에 내부 및 외부 로터 사이에 트랜치형 공간을 형성하면서 상기 내부 로터로부터 부싱을 둘러싸는 축결합부로 연장 형성되도록 열경화성 수지로 몰딩된 로터 지지체를 포함하는 일체형 더블 로터와;

일단이 상기 부싱과 결합되고 타단의 2지점이 세탁기의 하우징에 회전 가능하게 지지된 회전축과;

각상에 해당되는 다수의 분할 코어가 연속권선방식으로 코일이 권선되어 있고, 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 스테이터 지지체에 의해 환원형의 형상으로 일체로 형성되어, 일단이 상기 내부 및 외부 로터 사이의 트랜치형 공간에 배치되며, 타단으로부터 축방향으로 연장된 연장부에서 세탁기의 하우징에 고정되는 일체형 스테이터로 구성되며,

상기 축결합부는 더블 로터의 무게 중심에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 더블 로터형 세탁기용 모터.
제22항에 있어서, 상기 외부 로터의 하단부의 로터 지지체에 일체로 형성되어 로터 회전시에 바람을 발생하기 위한 축방향과 일치하는 직선형 팬, 로터의 회전방향을 따라 원형 요홈을 갖는 시로코(Sirocco) 팬, 로터의 회전방향과 반대방향 으로 요홈이 형성되어 있는 터보 팬, 축방향과 경사를 이루는 경사형 팬 중 어느 하나의 형태를 갖는 다수의 냉각날개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 더블 로터형 세탁기용 모터.
제22항에 있어서, 상기 로터 지지체는 내부 및 외부 로터 사이에 스테이터의 일단과 대향한 트랜치형 공간에 외부공기를 내부로터의 내측방향과 내부 및 외부 로터와 스테이터 사이의 자기갭 방향으로 안내하도록 교대로 배치된 다수의 대형 구멍과 다수의 소형 구멍과, 상기 내부 로터로부터 중앙부로 부싱의 외주면을 둘러싸는 축결합부로 배치된 다수의 방사상 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블 로터형 세탁기용 모터.
제22항에 있어서, 상기 다수의 분할 코어는 (360°/슬롯 수)로 정의되는 1피치 범위 이내에서 스큐(skew)가 주어지는 것을 특징으로 하는 더블 로터형 세탁기용 모터.
제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전축은 세탁조에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 더블 로터형 세탁기용 모터.
제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인접한 분할 코어 사이의 간격이, 내부 및 외부 로터와 스테이터 사이의 자기갭 보다 더 넓게 설정되는 것을 특징으로 하는 더블 로터형 세탁기용 모터.
3상 구동방식 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 제조방법에 있어서,

각각 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 코일이 권선될 I 형상의 다수의 분할 코어 중간 부분을 둘러싸며 양측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 제1 및 제2 플랜지의 하단에 각각 제1 및 제2 결합돌기를 갖는 다수의 분할 코어 보빈을 일체로 성형하는 단계와;

각각 상기 다수의 분할 코어 보빈의 제1 및 제2 플랜지 사이에 순차적이며 연속적으로 코일을 권선하여 각각 다수의 분할 코어 보빈을 포함하는 U, V, W 각상에 대응하는 3세트의 코일 조립체를 준비하는 단계와;

상기 3세트의 코일 조립체에 포함된 다수의 분할 코어 보빈 각각의 제1 및 제2 결합돌기를 환형 요홈의 내/외벽에 대향하여 다수 쌍의 위치결정용 고정홈이 형성된 금형에 가조립하는 단계와;

열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 상기 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 환원형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 준비하는 단계와;

상기 일체형 스테이터를 내부 로터와 외부로터가 레이디얼 타입으로 배열된 더블 로터 사이에 위치하도록 조립하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 제조방법.
3상 구동방식 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 제조방법에 있어서,

각각 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 코일이 권선될 I 형상의 다수의 분할 코어 중간 부분을 둘러싸며 양측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하는 다수의 분할 코어 보빈을 일체로 성형하는 단계와;

각각 상기 다수의 분할 코어 보빈의 제1 및 제2 플랜지 사이에 순차적이며 연속적으로 코일을 권선하여 각각 다수의 분할 코어 보빈을 포함하는 U, V, W 각상에 대응하는 3세트의 코일 조립체를 준비하는 단계와;

상기 3세트의 코일 조립체 각각에 포함된 다수의 분할 코어 보빈에 대하여 인접된 보빈간에 링크 결합이 이루어진 상태에서 금형의 환형 요홈에 가조립하는 단계와;

열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 상기 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 환원형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 준비하는 단계와;

상기 일체형 스테이터를 내부 로터와 외부로터가 레이디얼 타입으로 배열된 더블 로터 사이에 위치하도록 조립하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 제조방법.
제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 모터는 24극-27코어 방식으로 이루어지며,

상기 3세트의 코일 조립체를 준비하는 단계는

상기 9개의 분할 코어 보빈 사이에 8개의 분할 코어 연결용 연결지그를 삽입하여 9개의 분할 코어 보빈을 직렬로 연결한 3개의 코어/지그 조립체를 조립하는 단계와,

각각 서로 인접하여 배치되는 3개의 분할 코어 보빈을 포함하는 3개의 분할 코어 그룹에 대하여 각 분할 코어 그룹 내의 분할 코어 보빈 사이에는 짧은 점프선을 갖고 연결되고 분할 코어 그룹 사이에는 긴 점프선을 갖고 연결되도록 3개의 코어/지그 조립체의 각 분할 코어 보빈에 연속적으로 코일을 권선하는 단계와,

상기 코일이 권선된 코어/지그 조립체로부터 분할 코어 연결용 연결지그를 분리하여 U,V,W 각 상에 대응하는 3 세트의 코일 조립체를 준비하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 제조방법.
제28항에 있어서, 상기 3세트의 코일 조립체에 포함된 다수의 분할 코어 보빈을 금형에 가조립하는 단계는

각각 서로 인접하여 배치되는 3개의 분할 코어 보빈을 포함하는 3개의 분할 코어 그룹에 대하여 각 상의 분할 코어 그룹을 각각 상별로 돌아가면서 교대로 27쌍의 위치결정용 고정홈이 형성된 금형에 배치하여 가조립하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이디얼 코어 타입 더블 로터 방식의 BLDC 모터의 제조방법.
3상 구동방식 BLDC 모터용 일체형 스테이터의 제조방법에 있어서,

각각 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 코일이 권선될 I 형상의 다수의 분할 코어 중간 부분을 둘러싸며 양측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 제1 및 제2 플랜지의 하단에 각각 제1 및 제2 결합돌기를 갖는 다수의 분할 코어 보빈을 일체로 성형하는 단계와;

각각 상기 다수의 분할 코어 보빈의 제1 및 제2 플랜지 사이에 순차적이며 연속적으로 코일을 권선하여 각각 다수의 분할 코어 보빈을 포함하는 U, V, W 각상에 대응하는 3세트의 코일 조립체를 준비하는 단계와;

상기 3세트의 코일 조립체에 포함된 다수의 분할 코어 보빈 각각의 제1 및 제2 결합돌기를 환형 요홈의 내/외벽에 대향하여 다수 쌍의 위치결정용 고정홈이 형성된 금형에 가조립하는 단계와;

열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 상기 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 환원형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 준비하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 3상 구동방식 BLDC 모터용 일체형 스테이터의 제조방법.
제32항에 있어서, 상기 3세트의 코일 조립체에 포함된 다수의 분할 코어 보빈을 금형에 가조립하는 단계는

각각 서로 인접하여 배치되는 3개의 분할 코어 보빈을 포함하는 3개의 분할 코어 그룹에 대하여 각 상의 분할 코어 그룹을 각각 상별로 돌아가면서 교대로 27쌍의 위치결정용 고정홈이 형성된 금형에 배치하여 가조립하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 3상 구동방식 BLDC 모터용 일체형 스테이터의 제조방법.