KR100930011B1 - Ｂｌｄｃ 모터용 스테이터 및 이를 이용한 더블 로터/싱글스테이터 구조의 ｂｌｄｃ 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 분할 코어 조립체를 자동 위치 설정하는 조립용 PCB를 사용하여 생산성을 향상시키면서 BMC 몰딩재의 접촉 면적을 최대화하여 내구성을 극대화하고, 토클 리플 및 코깅 토크를 줄일 수 있으며, 홀 센서의 검출 신호 편차를 줄일 수 있는 BLDC 모터용 스테이터 및 이를 이용한 BLDC 모터에 관한 것이다.

본 발명에 따른 BLDC용 스테이터는, 보빈이 둘러싼 다수 분할 코어에 코일이 권선된 다수의 분할 코어 조립체와, 한쌍의 홀 센서가 결합되는 센서 홀더와, 각 분할 코어 조립체 및 센서 홀더가 자동 위치 설정되어 조립되는 조립용 PCB와, 조립용 PCB에 조립된 각 분할 코어 조립체 및 상기 센서 홀더를 인서트 몰딩함에 의해 일체로 형성하는 스테이터 지지체를 포함하고, 조립용 PCB는, 코일을 각 상별로 상호 결선하는 중앙 영역과, 분할 코어 조립체의 제1 및 제2 결합 돌기를 수용하는 제1 및 제2 결합 홈이 마련되는 결합 영역과, 코일에 구동 신호를 입력하고, 각 홀 센서의 위치를 설정하며, 각 홀 센서로부터 전송되는 검출 신호를 제어 장치로 전송되도록 하는 회로 영역을 포함한다.

BLDC 모터, 스테이터, 생산성, 조립성, 내구성

Description

ＢＬＤＣ 모터용 스테이터 및 이를 이용한 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 ＢＬＤＣ 모터{Stator for BLDC motor and BLDC motor having double rotors/single stator}

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명에 따른 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터를 축 방향을 따라 절개한 단면도 및 도 1a의 A-A' 선 단면도.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스테이터의 정면도, 평면도, 저면도 및 도 2c의 B-B' 선 단면도.

도 3a는 본 발명에 따른 분할 코어를 도시한 도면.

도 3b는 도 3a의 분할 코어에 보빈을 결합한 상태를 도시한 도면.

도 3c는 도 3b의 분할 코어에 코일을 권선한 상태에서 C-C' 선을 절단한 단면도.

도 3d는 본 발명에 따른 조립용 PCB의 저면도.

도 4a는 조립용 PCB에 분할 코어 조립체가 조립되어 동일 상의 코일간 양단부가 상호 결선된 상태를 도시하는 도면.

도 4b는 본 발명에 따른 BLDC 모터의 분할 코어를 배치하는 것을 설명하기 위한 도면.

도 4c는 3상(u, v, w) 구동 방식에서 동일 상의 코일간 양단부가 상호 결선 되는 방식을 설명하기 위한 도면.

도 5a 내지 도 5c는 동일 상을 가지는 분할 코어 조립의 코일 양단부간 연결하는 방식을 설명하기 위한 도면.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 센서 홀더를 설명하기 위한 사시도.

도 7a 내지 도7c는 스큐 방식이 적용된 스큐 분할 코어의 사시도이고, 도 7a의 D-D' 선 단면도 및 도 7c는 도 7a의 분할 코어를 외측에서 바라본 측면도.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 더블 로터의 평면도 및 도 8a의 E-E' 선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : BLDC 모터 10 : 스테이터

11 : 스테이터 지지체 11a : 리브

12 : 분할 코어 13 : 보빈

14 : 코일 20 : 더블 로터

21a, 21b : 로터 22a, 22b : 요크

23 : 로터 지지 프레임 24a, 24b : 자석

25 : 로터 지지체 30 : 회전 축

50 : 조립용 PCB 54 : 도전 라인

44 : 센서 홀더

본 발명은 BLDC 모터용 스테이터 및 이를 이용한 BLDC 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 분할 코어 조립체를 자동 위치 설정하도록 하는 조립용 PCB(printed circuit board)를 사용하여 생산성을 향상시키면서 BMC(bulk molding compound) 몰딩재의 접촉 면적을 최대화하여 스테이터의 내구성을 극대화하고, 토클 리플 및 코깅 토크를 줄일 수 있으며, 홀 센서가 설정 위치에 정확하게 위치하도록 하여 검출 신호의 편차가 발생하지 않도록 하는 BLDC 모터용 스테이터 및 이를 이용한 BLDC 모터에 관한 것이다.

브러시레스(brushless) DC 모터(이하 "BLDC 모터"라 칭한다)는 분할 코어의 존재 여부에 따라 분류하면, 컵(원통) 구조를 가지는 코어형(또는 레이디얼형)과 코어레스형(또는 액시얼형)으로 나뉘어지고, 코어형 구조의 BLDC 모터는 내부 자석형과, 외부 자석형으로 분류된다.

이러한 코어형 BLDC 모터는 투자율이 높은 코어를 사용하므로 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 있으나, 양산할 때에 코어의 복잡한 구조로 인하여 코어에 코일을 권선하는 데 특수한 고가의 전용 권선기를 사용하여야 하며, 스테이터 제작시 금형 투자비가 높아 설비 투자비용이 높다는 단점을 가지고 있다.

따라서, 독립 세그먼트를 사용하여 와인딩을 용이하게 하고, 동시에 토크를 2배 이상 증가시킬 수 있는 더블 로터 구조가 제시되었다.

이러한, 더블 로터 방식의 BLDC 모터는 분할 코어의 내측 및 외측에 영구 자석을 배치함에 의해 자기 회로의 흐름을 내측과 외측의 영구 자석 및 로터의 요크에 의해 형성시키므로, 분할 코어의 완전 분할이 가능하여 개별적인 코일 권선에 의해 분할 코어의 생산성과 모터의 출력을 크게 높일 수 있는 구조를 가질 수 있다.

상기한 바와 같이, 스테이터에 분할형 코어를 채용하는 경우, 개별 코어에 대한 코일 권선 시에 범용 권선기를 사용할 수 있어 고가의 전용 권선기를 사용하는 일체형 코어 구조에 비하여 초기 권선기 설비 투자 비용이 매우 저렴한 반면에 다수의 개별 코어를 일체형으로 조립하여 코일을 상호 결선할 때 효과적으로 조립이 이루어질 수 있는 새로운 스테이터 조립 구조가 요구된다.

즉, 다수의 분할형 코어 조립체를 인쇄 회로 기판(PCB)에 배열하여 고정시켜서 코일을 결선하는 구조와 더블 로터의 구체적인 결합 구조가 요구되어, 본 출원인은 공개특허공보 제2005-245호를 통하여 분할형 분할 코어의 조립성을 향상시키기 위하여 환형의 코어 지지부에 다수의 분할 코어 조립체를 자동으로 위치 설정하여 고정시켜서 분할된 코일을 결선할 수 있는 스테이터 구조와 이를 이용한 BLCD 모터를 제안한 바 있다.

그러나, 상기 선출원의 상기 코어 지지부은 하부면에 코일을 상호 연결하는데 필요한 다수의 도전 라인과 연결 패드를 구비한 환형 밴드 구조의 결선용 PCB(printed circuit board)에 분할형 분할 코어 조립체를 자동 위치 설정하는데 필요한 한쌍의 가이드 플랜지 및/또는 다수의 결합 돌기 쌍을 일체로 형성하기 위 한 인서트 몰딩 공정이 필수적으로 요구되며, PCB로 이루어지는 환형판과 한쌍의 가이드 플랜지내에 다수의 분할 코어 조립체가 가조립되어 BMC 몰딩이 이루어지나, BMC 몰딩재는 상기 PCB 환형판과의 상호 결합력이 약한 재료이므로, PCB의 상/하부면을 둘러싸는 스테이터 지지체는 상/하부간에 접촉 면적이 작아서 결합력이 약한 문제가 있다.

따라서, 더블 구조의 BLDC 모터의 스테이터를 인서트 몰딩할 때, BMC 몰딩재의 접촉 면적을 최대화하여 스테이터의 내구성을 극대화할 수 있도록 해야 한다.

한편, 본 출원인은 특허 등록 제663641호에서 레이디얼 코어 타입 BLDC 모터에서 더블 로터 구조를 채용함에 의해 완전 분할형 분할 코어를 형성할 때 코어 지지체에 다수의 분할 코어 조립체를 자동으로 위치 설정하여 고정시켜서 각각의 코일을 쉽게 상호 결선할 수 있으므로 스테이터의 조립 생산성을 향상시키고, 더블 로터의 내부 및 외부 로터와 부싱을 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형하여 내구성과 신뢰성을 높이고, 스테이터도 열경화성 수지로 일체로 성형하여 상기 일체형 더블 로터와 함께 조합함에 의해 방수성과 내구성이 보장되며, 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식을 취함에 따라 모터 출력과 토크를 증가시킬 수 있고, 연속 코일 권선기를 통해 코일 권선이 쉬운 레이디얼 코어 타입의 더블 로터 구조의 BLDC 모터 및 그 제조 방법을 제안하였다.

그러나, 선출원에서는 27 코어-24극 방식을 적용하므로 코깅 토크가 작으나 토크 리플이 큰 단점을 가지고 있으며, 연속 코일 권선기를 이용하여 코어에 코일을 권선하므로 코일 권선 과정의 완전 자동화가 어려운 현실이다.

따라서, 무인 자동화가 가능한 분할 코어에 범용 코일 권선기를 이용하여 코일을 권선하여 코일 권선 과정을 완전 자동화 가능하도록 하여 생산성을 향상시키고, BLDC 모터의 토클 리플이 작으면서 코깅 토크를 줄일 수 있는 구조가 제시되어야 한다.

또한, 더블 로터 구조의 BLDC 모터에서 더블 로터의 위치를 검출하는 위치 검출 소자, 즉, 자석의 극성을 검출하는 홀 센서는 일반적으로 외부 요크 하부 상에 위치하여 외부 자석의 극성을 검출하는 방식으로 이루어지고 있다.

아울러, 기존의 홀 센서는 스테이터를 성형한 이후에 자석의 극성을 검출할 수 있는 위치에 결합되기 때문에 자석의 극성을 정확하게 검출할 수 있는 위치에 정밀하게 결합하기 어려우므로, 홀 센서가 설치되는 위치를 정확하고 정밀하게 제어할 수 있도록 하여야 한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은, 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터를 제작할 때, 다수의 분할 코어 조립체를 자동 위치 설정하도록 하는 조립용 PCB를 사용하여 생산성을 향상시킴은 물론, 스테이터를 인서트 몰딩할 때, BMC 몰딩재의 접촉 면적을 최대화하여 스테이터의 내구성을 극대화할 수 있는 BLDC 모터용 스테이터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, BLDC 모터의 스테이터를 제조할 때, 완전 분할된 분할 코어에 코일을 권선하는 과정에서 무인 자동화가 가능한 범용 코일 권선기를 이용하여 코일을 권선함에 의해 코일 권선 과정을 완전 자동화 가능하도록 하여 생산 성을 향상시킬 수 있는 BLDC 모터용 스테이터 및 이를 이용한 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 27코어-24극 방식이 적용된 기존의 BLDC 모터보다 토클 리플이 작으면서 코깅 토크를 줄일 수 있는 BLDC 모터용 스테이터 및 이를 이용한 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 스테이터에 홀 센서를 일체로 성형함에 의해 홀 센서가 설정되는 위치를 정확하고, 정밀하게 제어할 수 있는 BLDC 모터용 스테이터 및 이를 이용한 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 BLDC 모터용 스테이터는, 다수의 분할 코어의 내측 및 외측에 중앙 하단에 제1 및 제2 결합 돌기가 형성되는 내부 및 외부 플랜지를 구비하는 보빈을 둘러싸고, 상기 보빈 각각에 코일이 권선된 다수의 분할 코어 조립체와, 상기 각 분할 코어 조립체가 자동 위치 설정되어 조립되며, 각 상별로 상기 코일의 양단부를 상호 결선하는 조립용 PCB와, 상기 조립용 PCB에 조립된 상기 각 분할 코어 조립체를 열경화성 수지를 이용하여 인서트 몰딩함에 의해 일체로 형성하는 스테이터 지지체를 포함하며, 상기 조립용 PCB는, 환원형으로 형성되며, 상기 코일을 상기 각 상별로 상호 결선하기 위하여 하부면에 인쇄된 다수의 도전 라인을 구비하는 중앙 영역과, 상기 분할 코어 조립체의 하단 면적보다 작으면서 상기 중앙 영역으로부터 방사형으로 신장되어 형성되며, 상기 분할 코어 조립체의 제1 및 제2 결합 돌기에 상응하는 위치에 상기 제1 및 제 2 결합 돌기를 수용하는 제1 및 제2 결합 홈이 마련되어 상기 각 분할 코어 조립체를 자동 위치 설정하는 다수의 결합 영역과, 상기 각 상별 제1 분할 코어 조립체의 코일에 구동 신호를 입력할 수 있도록 하고, 다수의 홀 센서를 자동 위치 설정하며, 상기 각 홀 센서로부터 전송되는 검출 신호를 제어 장치로 전송되도록 한다.

상기 BLDC 모터용 스테이터는, 상기 각 홀 센서가 결합되고, 상기 조립용 PCB의 회로 영역에 결합되어, 상기 각 홀 센서가 자동 위치 설정되도록 하는 센서 홀더를 더 포함한다.

상기 센서 홀더는, 지지판과, 상기 지지판 하부에 상기 회로 영역의 센서 결합용 홀에 결합되는 한쌍의 센서 결합 돌기와, 상기 각 홀 센서를 수용하여 상기 각 홀 센서를 고정하는 한쌍의 센서 결합부와, 상기 센서 결합부에 상응하는 상기 지지판에 형성되며, 상기 홀 센서의 검출 신호를 상기 회로 영역으로 전송하는 배선을 수용하는 한쌍의 연결 구멍을 포함한다.

상기 BLDC 모터용 스테이터는, 상기 스테이터 지지체로부터 중심부 방향으로 신장되어, 세탁기의 세탁조 하우징과 결합되는 연장부를 더 포함한다.

상기 BLDC 모터용 스테이터는, 상기 보빈의 내부 또는/및 외부 플랜지의 모서리에 일체로 삽입되어, 상기 각 코일의 양단 또는 일단을 전기적으로 연결하는 연결핀과, 상기 외부 또는/및 내부 플랜지에 상기 코일의 양단 또는 일단이 인출되는 관통 구멍을 더 구비하고, 상기 분할 코어 조립체를 상기 조립용 PCB에 결합한 이후에 상기 결합 영역이 형성되지 않은 영역에 돌출되는 상기 각 연결핀 또는 상기 코일로부터 인출되는 배선을 상기 도전 라인에 연결하여 동일 상의 코일간 연결 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터는, 장치의 하우징에 회전 가능하게 장착된 회전축과, 중심부가 부싱을 통하여 상기 회전축과 결합되어 회전 가능하게 지지되며, 내부 요크의 외주면 및 외부 요크의 내주면에 각각 다수의 N극 및 S극 자석이 서로 다른 동심원상에 환원상으로 교대로 배치되고, 내/외부 간에 일정한 거리를 두고 서로 대향한 내부 및 외부 자석이 반대극성을 갖도록 배치되는 내부 및 외부 로터로 이루어진 더블 로터와, 상기 내부 및 외부 로터 사이에 서로 공극을 갖고 설치되며 각각 분할 코어가 결합되는 보빈에 코일이 권선된 다수의 분할 코어 조립체를 자동 위치 설정이 가능한 조립용 PCB에 가조립된 상태로 열경화성 수지를 사용하여 인서트 몰딩에 의해 환원형으로 일체로 형성되며, 상기 장치의 하우징에 연장부를 통해 고정된 일체형 스테이터로 구성되며, 한쌍의 홀 센서가 상기 내부 자석의 극성을 검출할 수 있도록 상기 내부 요크의 하단부에 위치 설정되어 상기 스테이터와 일체로 형성된다.

상기 일체형 스테이터는, 상기 다수의 분할 코어와, 상기 다수의 분할 코어를 둘러싸며, 내측 및 외측에 중앙 하단에 제1 및 제2 결합 돌기가 형성되는 내부 및 외부 플랜지를 구비하는 보빈과, 상기 다수의 보빈 각각의 외주에 권선된 다수의 코일과, 상기 보빈에 상기 코일이 권선된 다수의 분할 코어 조립체를 위치 설정하기 위해 마련되는 제1 및 제2 결합 홈에 상기 각 분할 코어 조립체의 상기 제1 및 제2 결합 돌기를 수용하여 자동 위치 설정하는 조립용 PCB와, 상기 다수의 분할 코어 조립체 및 상기 센서 홀더가 조립된 상기 조립용 PCB를 일체화시키기 위하여 열경화성 수지로 인서트 몰딩하여 형성되는 스테이터 지지체를 포함하며, 상기 각 홀 센서와 결합하며, 상기 각 홀 센서를 자동 위치 설정되도록 상기 조립용 PCB에 마련되는 한쌍의 센서 결합용 홈에 결합되는 한쌍의 센서 결합 돌기가 형성되는 센서 홀더를 통해 상기 각 홀 센서가 상기 내부 요크 하단부에 위치 설정한다.

상기 스테이터 지지체는, 상기 스테이터의 중심부 방향으로 연장되어, 상기 장치의 하우징에 상기 일체형 스테이터를 고정하기 위한 연장부와, 외주 상에 상기 스테이터의 강도를 보강하기 위한 다수의 지지 강도 보강용 리브를 구비한다.

상기 각 분할 코어는, 360°/코어(슬롯)수로 정의되는 1피치 범위 이내의 스큐(skew)가 적용된다.

상기 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터는, 상기 BLDC 모터는 18코어-12극 방식으로 이루어지며, 상기 스테이터는 외부에 보빈에 형성되어 코일이 개별 권선된 18개의 분할 코어 조립체가 U,W,V 상 순서로 상기 조립용 PCB 상에 환원형으로 결합되며, 상기 각 상들의 제1 분할 코어 조립체의 시작 배선 각각이 구동 신호를 입력하는 입력 단자와 연결되고, 상기 각 상별 분할 코어 조립체의 끝 배선은 이웃하는 동일 상의 분할 코어 조립체의 시작 배선과 연결되며, 제6 분할 코어 조립체의 끝 배선은 상호 연결되어 중성점을 형성한다.

상기 더블 로터는, 중심부에 상기 회전 축이 삽입되는 중앙 홀을 구비하는 로터 지지 프레임과, 상기 로터 지지 프레임으로부터 절곡되어 원통형으로 이루어진 내부 요크와, 상기 내부 요크의 외주면에 환원상으로 교대로 배치된 다수의 제1 N극 및 S극 자석으로 이루어진 내부 로터와, 상기 내부 요크와 일정한 거리를 유지 하도록 내부 요크의 직경보다 상대적으로 더 큰 직경을 갖는 외부 요크와, 상기 외부 요크의 내주면에 환원상으로 교대로 배치되며 다수의 제1 N극 및 S극 자석과 서로 대향한 자석이 반대극성을 갖도록 배치된 다수의 제2 N극 및 S극 자석으로 이루어진 외부 로터와, 상기 내부 및 외부 로터의 대향한 자석면을 제외하고 각각 환원형으로 일체화함과 동시에 내부 및 외부 로터 사이에 상기 스테이터가 삽입되는 공간이 형성되도록 열경화성 수지로 몰딩된 로터 지지체로 구성되며, 상기 내부 요크는 상기 홀 센서의 높이만큼 상기 외부 요크보다 길이가 짧게 형성된다.

상기 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터의 더블 로터는, 상기 내부 및 외부 로터에는 외부 공기가 내부 및 외부 로터와 상기 스테이터 사이의 자기갭 방향으로 안내하는 다수의 대형 및 소형 구멍이 배치되어 있고, 상기 중앙 홀 방향으로 다수의 직선 리브가 방사상으로 배치된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 조립용 PCB를 이용하여 분할 코어 조립체를 조립하여 스테이터의 생산성을 향상시키고, BMC 몰딩재의 접촉 면적을 최대화하여 스테이터의 내구성을 강화시킬 수 있다.

(실시예)

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명에 따른 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터를 축 방향을 따라 절개한 단면도 및 도 1a의 A-A' 선 단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터(1)는 특히, 세탁기의 하우징에 결합되어 세탁조를 정/역 방향으로 회전 구동시키고, 탈수조를 일방향 회전시키는 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 BLDC 모터(1)는 다수의 분할 코어(12)가 보빈(13)의 외주에 코일(14)이 권선된 후 열경화성 수지를 사용하여 인서트 몰딩함에 의해 제조되는 환원형 스테이터 지지체(11)에 의해 일체로 형성된 스테이터(10)와, 스테이터(10)의 내주부 및 외주부에 소정의 자기갭(gap)(G1,G2)을 갖고, 환원형으로 다수의 내부 자석(24a)과 링 형상의 내부 요크(22a)가 배치되어 있는 내부 로터(21a)와, 다수의 외부 자석(24b)과 링 형상의 외부 요크(22b)가 배치되어 있는 외부 로터(21b)로 구성되는 더블 로터(20)와, 일단이 로터 지지 프레임(23)의 중심부에 삽입 결합되고, 슬리브(33) 및 베어링(34)을 통해 회전 가능하게 지지되어 있는 회전 축(30)을 포함한다.

그리고, 스테이터 지지체(11)의 일측면에는 내부 자석(24a)의 극성을 검출할 수 있도록 홀 센서(40)가 내부 자석(24a)의 하단부에 대향한 위치에 일체로 형성되어 배치되며, 홀 센서(40)가 검출하는 위치 신호를 제어 장치(미도시)로 전송하는 센서 터미널(41)과 센서 터미널(41)을 설치하기 위한 센서 하우징(41a)과, 코일(14)에 구동 신호를 인가하기 위한 신호 터미널(42)과, 신호 터미널(42)을 설치하기 위한 신호 하우징(42a)이 위치한다.

이와 같이, 홀 센서(40)를 내부 요크(22a) 하측에 내부 자석(24a)과 대향하도록 위치시킴에 따라 내부 자석(24a)의 극성을 정확하게 검출할 수 있다.

따라서, 내부 요크(22a)는 외부 요크(22b)의 길이보다 홀 센서(40)의 높이만큼 작게 형성하거나, 홀 센서(40)가 위치하는 스테이터 지지체(11)의 상부면의 높이를 홀 센서(40)의 높이만큼 낮추어 형성하는 것이 바람직하다.

회전 축(30)은 부싱(31) 및 와셔(32)를 이용하여 로터 지지 프레임(23)의 중심부에 볼트 결합될 수 있으며, 더블 로터(20)가 회전함에 따라 슬리브(33)에 지지되어 회전하게 된다.

스테이터(10)는 완전히 분할된 다수의 분할 코어(12)가 환원형의 조립용 PCB(50)를 통해 가조립되어, 인서트 몰딩됨으로 환원형 스테이터 지지체(11)에 의해 일체로 성형되며, 스테이터 지지체(11)는 내측으로 연장 형성되어, 장치의 하우징(60)과 결합할 수 있는 연장부(11b)를 구비한다.

연장부(11b)에 다수 형성되는 체결부(도 2c의 15)와 하우징(60)에 형성되는 관통 구멍에 고정 볼트(35)를 관통시켜 볼트 결합하여 BLDC 모터(1)가 하우징(60)에 고정되도록 하고, 하부에 형성되는 다수의 돌기(18)는 하우징(60)에 형성되는 결합 위치 가이드용 요홈과 결합하여, BLDC 모터(1)가 정해진 위치에서 하우징(60)에 고정되도록 한다.

또한, 스테이터 지지체(11)의 외면상에는 BLDC 모터(1)의 지지 강도를 보강하기 위한 다수의 리브(11a)가 형성된다.

베어링(34)은 하우징(60), 예를 들어, 세탁기의 외조에 설치되어 회전축(30)에 더블 로터(20)를 회전 가능하게 지지한다. 이때, 회전축(30)은 세탁기의 외조 내부에 회전 가능하게 지지되며, 바닥에 세탁물을 수용하는 세탁조를 구동하도록 연장되거나, 또는 드럼식 세탁기의 드럼 또는 교반식 세탁기의 애지테이터(agitator)를 구동하도록 연장되어 있다.

따라서, BLDC 모터(1)는 내부 로터(21a)와 외부 로터(21b)가 로터 지지 프레임(23)에 지지되는 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 레이디얼 코어 타입(BLDC) 모터가 된다.

그리고, 도 1b는 설명의 편의상 분할 코어(12)에 코일(14)이 권선되지 않은 상태를 도시한 것으로, 본 발명에 다른 BLDC 모터(1)는 기존의 27코어-24극 방식을 사용하는 것이 아니라, 18코어-12극 방식을 적용한다.

본 발명에 따른 BLDC 모터(1)의 더블 로터(20)를 이루는 내부 및 외부 자석(24a, 24b)은 예컨대, 6개의 자성체를 상호 대향하게 위치시키고, 각 자성체의 양쪽 부분을 N극 또는 S극으로 착자시켜 형성할 수 있으며, 대향하는 내부 자석(24a)과 외부 자석(24b)의 극성을 서로 반대 극성을 가지도록 한다.

이는 BLDC 모터(1)의 토크 리플을 작게 하기 위함이며, 18코어-12극 방식을 적용하면, 토크 리플이 작아지는 동시에 코깅 토크가 커지는데 코깅 토크를 상쇄시키기 위하여 분할 코어(12)에 스큐 방식을 적용한다. 분할 코어(12)에 적용되는 스큐 구조에 대한 상세 설명은 후술하기로 한다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스테이터의 정면도, 평면도, 저면도, 및 도 2c의 B-B' 선 단면도이다.

도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 본 발명에 따른 스테이터(10)는 일측에 센서 터미널(41)을 수용할 수 있는 센서 하우징(41a)과, 신호 터미널(42)을 수용할 수 있는 신호 하우징(42a)이 위치하고, 센서 하우징(41a) 및 신호 하우징(42a)에 대향하는 내측에는 홀 센서(40)를 내장하는 센서 홀더(44)가 위치한다.

스테이터(10)의 내주부는 내부 요크(22a) 내측, 즉 중심부 방향으로 신장되어 연장부(11b)가 형성되며, 연장부(11b)에는 하우징(60)과 볼트/너트 결합 등과 같은 다양한 결합 방식으로 결합할 수 있는 결합 홀(15)이 다수개 마련된다.

또한, 센서 하우징(41a)이 위치하는 내주 상에는 홀 센서(40)가 일체로 형성되고, 스테이터 지지체(11)는 BLDC 모터(1)의 무게를 최소화하기 위하여 최소한의 두께로 형성되는 것이 바람직하므로, 스테이터 지지체(11)의 두께를 최소화함과 동시에 BLDC 모터(1)의 강도를 보강하기 위한 다수개의 지지 강도 보강용 리브(11a)가 형성되며, 연장부(11b)의 하부상에는 장치의 하우징(60)의 결합 위치 가이드용 요홈과 결합하는 다수의 돌기(18)가 형성된다.

이때, 스테이터 지지체(11)에 홀 센서(40)가 내장되는 센서 홀더(44)가 위치되어 일체로 형성됨으로, 홀 센서(40)가 위치하는 영역의 두께는 센서 홀더(44)의 폭만큼 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 스테이터(10)에서 센서 하우징(41a) 및 신호 하우징(42a)의 위치에 대향하는 내주상에 홀 센서(40)를 고정 위치시키기 위한 센서 홀더(44)가 위치하며, 센서 홀더(44)는 예컨대, 한쌍의 홀 센서(40)의 위치를 고정시키며 스테이터 지지체(11)와 일체로 형성된다. 즉, 센서 홀더(44)는 홀 센서(40)를 내부 요크(22a) 하부에 위치하도록 설정한다.

이하, 본 발명에 따른 18개의 분할 코어(30)를 포함하는 일체형 스테이 터(10)의 제조공정을 개략적으로 설명한다.

도 3a는 본 발명에 따른 분할 코어이고, 도 3b는 도 3a의 분할 코어에 보빈을 결합한 상태를 도시한 도면이고, 도 3c는 도 3b의 분할 코어에 코일을 권선한 상태에서 C-C' 선을 절단한 단면도로, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 분할 코어(12)는 단면 형상이 대략적으로 'T' 자형(또는 'I'자형)을 이루고, 그 외주부에는 절연성 재질로 이루어지는 보빈(13)이 결합된다.

상기 보빈(13)은 코일(14)이 권선될 수 있는 중간 부분의 사각통 형상을 가지는 권선 부분과, 권선 부분의 내측 및 외측에 각각 절곡되어 연장된 내부 및 외부 플랜지(13a, 13b)로 이루어지며, 내부 및 외부 플랜지(13a, 13b) 사이의 권선 부분에 코일(14)이 권선된다.

또한, 플랜지 연장부(18a, 18b)는 내부 및 외부 플랜지(13a, 13b)의 양측면상으로 신장되어, 권선되는 코일(14)을 가이드함과 아울러, 분할 코어 조립체(19)의 조립이 용이하도록 한다.

아울러, 결합 돌기(17a, 17b)가 형성된 플랜지 연장부(18a)에는 코일(14)을 인출할 수 있는 관통 홈(13c)이 마련되어, 코일(14)을 인출하여 구동 신호를 입력할 수 있도록 한다. 이러한, 관통 홈(13c)은 코일(14)의 시작 및 끝 배선을 인출할 수 있도록 2개를 마련하는 것이 바람직하다.

분할 코어(12)의 직선 형태 몸통의 내측 및 외측에서 각각 절곡 연장되는 내부 및 외부 플랜지(13a, 13b)는 환형의 내부 및 외부 로터(21a, 21b)와 일정한 갭이 유지되도록 내부 플랜지(13a)는 내측이 라운드되고, 외부 플랜지(13b)는 외측으 로 라운드된다.

이때, 스테이터(10)가 전체적으로 환원형을 이루므로 외부 플랜지(13b)가 내부 플랜지(13a)보다 상대적으로 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 분할 코어(12)와 보빈(13)간의 조립은 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니고 주지된 다른 방식으로 조립될 수 있다.

분할 코어(12)에 보빈(13)을 조립한 이후에 독립적으로 완전 분할된 분할 코어(12) 각각에 범용 코일 권선기(미도시)를 이용하여 코일을 권선한다.

범용 코일 권선기는 예를 들어, 턴 테이블 방식으로 하나의 분할 코어에 코일을 권선하는 기기를 말하며, 현재 무인 자동화가 구축되어, 각 분할 코어(12)에 대한 코일 권선 작업이 연속적으로 이루어진다. 즉, 본 발명에 따른 BLDC 모터(1)의 스테이터(10)에 포함되는 분할 코어(12)에 코일(14)을 권선하는 방식이 특수한 연속 권선 기기를 이용하여 다수개의 분할 코어를 동시에 권선하지 않고, 무인 자동화가 되어 있는 범용 코일 권선기를 이용하여 코일(14)을 권선하도록 하여 BLDC 모터(1)의 생산성이 향상되도록 한다.

아울러, 내부 및 외부 플랜지(13a, 13b)의 일측(예를 들어, 하단)에는 분할 코어 조립체(19)를 조립용 PCB(50)에 자동 위치 설정되도록 하는 제1 및 제2 결합 돌기(17a, 17b)가 형성된다.

상기 도 3c에 도시된 것과 같이, 18개의 분할 코어(12) 각각에 인서트 몰딩 방식으로 외측면에 열경화성 수지를 몰딩하여 절연성 보빈(13)을 형성한 상태에서 보빈(13)의 외주에 코일(14)을 권선하여 분할 코어 조립체(19)를 만든다.

이후, 코일(14)이 권선된 18개의 분할 코어 조립체(19)를 도 3d에 도시된 것과 같은 조립용 PCB(50) 상에 조립한 이후에 열경화성 수지로 몰딩함에 의해 스테이터 지지체(11)에 의해 일체형이 되는 스테이터(10)가 얻어진다.

도 3d는 본 발명에 따른 조립용 PCB의 저면도이다.

도 3d를 참조하면, 조립용 PCB(50)는 스테이터(10)의 환원형 형상에 따라 분할 코어 조립체(19)가 결합되도록 지지하는 중앙 영역(52)과, 분할 코어 조립체(19)가 자동 위치 설정되어 결합되도록 하는 결합 영역(53)과, 센서 홀더(44)를 결합하고, 센서 홀더(44)를 통해 결합되는 홀 센서(40)로부터 전송되는 검출 신호를 제어 장치로 전송하고, 신호 터미널(42) 및 센서 터미널(41) 등을 회로적으로 연결하기 위한 회로 영역(56)으로 이루어진다.

조립용 PCB(50)의 중앙 영역(52) 상에는 동일 상(U,V,W)을 가지는 분할 코어 조립체(19)들의 코일(14) 양단부를 상호 결선하기 위한 다수의 도전 라인(54)이 배열되며, 도전 라인(54)은 결합 영역(53)이 형성되지 않는 중앙 영역(52) 상에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 결합 영역(53) 이외의 중앙 영역(52) 내측 및 외측은 PCB를 형성하지 않도록 함에 의해 스테이터(10)를 열경화성 수지를 이용하여 인서트 몰딩 방식으로 사출 성형하였을 때 열경화성 수지에 접착력을 최대화하여 BLDC 모터(1)의 스테이터(10)를 견고하게 제작할 수 있으며, 스테이터(10)를 사출 성형한 이후에 내구성을 강화시킬 수 있다.

즉, 조립용 PCB(50)의 중앙 영역(52)은 띠 형상으로 환형형으로 이루어지고, 결합 영역(53)은 중앙 영역(52)으로부터 분할 코어 조립체(19)의 하단 면적보다 적어지도록 수직 신장되어, 열경화성 수지의 접촉 면적을 최대화하는 것이 바람직하며, 이에 따라 열경화성 수지의 접촉 면적이 증대되어 스테이터(10)의 내구성이 증가한다.

또한, 조립용 PCB(50)의 결합 영역(53)간의 이격 거리는 분할 코어 조립체(19)의 크기에 따라 결정될 수 있으며, 결합 영역(52)간의 이격 거리는 일정하게 유지되도록 한다.

한편, 분할 코어 조립체(19)를 조립용 PCB(50) 상에 결합하는 방식을 간략하게 설명하면, 먼저, 분할 코어(12)에 절연성 재질의 보빈(13)이 결합하고, 보빈(13)에 의해 마련되는 공간에 코일(14)을 권선한 분할 코어 조립체(19)를 조립용 PCB(40)의 결합 영역(53) 상에 결합한다.

이때, 보빈(13)의 내부 및 외부 플랜지(13a, 13b) 하단에 형성된 제1 및 제2 결합 돌기(17a, 17b)를 대응하는 조립용 PCB(50)의 결합 영역(53)에 형성된 제1 및 제2 결합 홈(51a, 51b)에 끼워져 자동 위치 설정되면서 조립된다.

따라서, 조립용 PCB(50)를 이용하여 다수의 분할 코어 조립체(12)를 조립하는 경우, 보빈(13)의 제1 및 제2 결합 돌기(17a, 17b) 및 조립용 PCB(50)의 제1 및 제2 결합 홈(51a, 51b)에 따라 조립 위치가 자동적으로 결정됨으로 비숙련자도 용이하게 조립작업이 가능하므로 조립 생산성이 매우 우수해진다.

또한, 조립용 PCB(50) 상에 분할 코어 조립체(19)가 결합되어 가조립된 스테 이터(10)는 분할 코어(12)의 내/외부 연장부(12a, 12b)가 각각 소정의 곡률로 내향 및 외향 곡면을 이루고 있으므로, 다수의 분할 코어 조립체(19)의 내주부 및 외주부의 진원도가 높게 되어 스테이터(10)의 내/외부에 위치하는 내부 로터(21a)와 외부 로터(21b)와의 사이에 근접되면서도 일정한 자기갭(gap)을 유지할 수 있게 된다.

이후, 동일한 U,W,V 상을 가지는 분할 코어 조립체(19)의 코일(14) 양단부를 상호 결선한다.

도 4a는 조립용 PCB에 분할 코어 조립체가 조립되어 동일 상의 코일간 양단부가 상호 결선된 상태를 도시하는 도면이고, 도 4b는 본 발명에 따른 BLDC 모터의 분할 코어를 배치하는 것을 설명하기 위한 도면이도, 도 4c는 3상(u, v, w) 구동 방식에서 동일 상의 코일간 양단부가 상호 결선되는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명에서는 조립용 PCB(50)를 이용하여 다수, 예를 들어, 18개의 분할 코어 조립체(u1-v6, w1-w6, v1-v6)를 3상 'Y' 결선 방식으로 조립하며, 각 U, V, W 상별로 코일(14)의 양단부를 연결하기 위한 다수의 도전 라인(54a~54n)이 조립용 PCB(50) 저면 중앙 영역(52)에 배열되어 있다.

이때, 다수의 도전 라인(54a~54n)은 중앙 영역(52) 상에 결합 영역(53)이 형성되지 않은 위치에 배열되며, 각 상별 코일(14)의 양단부간 연결을 용이하게 하면서 코일(14)의 양단부를 결선하는 배선이 중첩되지 않도록 하기 위해 최소한의 길이로 형성되는 것이 바람직하다.

코일(14)의 양단부간 연결하는 방식은 크게 도 5a 내지 도 5c에 도시된 것과 같이 3가지 방식이다.

첫 번째로, 도 5a에 도시된 바와 같이, 분할 코어(3a)에 결합되는 보빈(13)에 한쌍의 관통 홈(대각 방향)을 마련하고, 분할 코어 조립체(3c)의 코일(14)로부터 인출되는 시작/끝 배선을 각각 관통 홈에 결합되는 연결 핀(32)에 연결하여 동일 상의 코일(14)의 시작과 끝 배선을 연결한다.

두 번째로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 보빈(13)의 플랜지(13a, 13b)에 관통 홈을 형성하고, 분할 코어 조립체(19)의 코일(14)을 플랜지(13a, 13b)에 형성된 관통 구멍(13cc)을 통과시켜 코일(14)간 양단부를 연결한다.

세 번째로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 코일(14)의 일측 배선은 연결 핀(32)에 연결하고, 타측 배선은 플랜지의 관통 구멍(13c)을 통과시켜 코일(14)간 양단부를 연결한다.

이하 본 발명의 상세한 설명에서는 예를 들어, 분할 코어(3a)에 결합되는 보빈(20)에 한쌍의 관통 홈(대각 방향)을 마련하고, 코일(14)로부터 인출되는 시작/끝 배선을 각각 관통 홈에 결합되는 연결 핀(32a, 32b)을 통해 코일(14)간 연결하는 경우에 대하여 설명한다.

도 4b를 참조하면, 분할 코어 조립체(3c)는 u1-w1-v1-u2-w2-v2-u1-…-u6-w6-v6 순서로 조립용 PCB(40) 상에 조립되며, 이 경우, 제1 단에 위치하는 분할 코어 조립체(u1,w1,v1)의 시작 배선을 구동 신호가 입력되는 입력 단자(U, V, W)와 연결되고, 최종단인 제6 단에 위치한 분할 코어 조립체(u6,w6,v6)의 끝 배선은 상호 결 선되어 중성점(Neutral Point: NP)을 형성한다.

도 4a에 도시된 (+) 핀은 시작 배선과 연결된 시작 핀(32a)이고, (-) 핀은 끝 배선과 연결되는 끝 핀(32b)인 경우, u1 분할 코어 조립체(3c)의 끝 핀(32b)이 u2 분할 코어 조립체(3c)의 시작 배선(32a)과 연결될 수 있으면, 각 상별 코일이 연결됨을 알 수 있다.

도시된 바와 같이, u1 분할 코어 조립체(3c)의 끝 핀(32b)과 도전 라인(44)을 연결하고, 도전 라인(44)과 u2 분할 코어 조립체(3c)의 시작 핀(32a)을 연결하므로, u1 및 u2 분할 코어 조립체(3c)의 코일(14)간 양단부가 결선되며, 이때, 도전 라인(44)과 시작 및 끝 핀(32a, 32b)은 점프 배선으로 솔더링하여 연결할 수 있다.

도 4c를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 제1 단의 분할 코어 조립체(u1, w1, v1)의 시작 배선은 구동 신호를 입력하는 각각의 입력 단자(U, W, V)와 연결된다.

또한, 조립용 PCB(50)의 결합 영역(53) 사이의 중앙 영역(52)에는 다수의 도전 라인(54a~54n)이 배열되고, u1 분할 코어 조립체(3c)의 끝 핀(32b)을 도전 라인(54a)의 일측에 연결하고, 도전 라인(54a)의 타측을 u2 분할 코어 조립체(3c)의 시작 핀(32a)과 연결한다. 따라서, 도전 라인(54a)을 통해 u1 분할 코어 조립체(3c)의 끝 배선과, u2 분할 코어 조립체(3c)의 시작 배선이 연결된다.

이와 동일하게 V 및 W 상의 분할 코어 조립체(3c)의 끝 핀(32b)을 이웃하는 동일한 상의 분할 코어 조립체(3c)의 시작 핀(32a)과 연결할 수 있다.

아울러, 최종단인 제6 단의 분할 코어 조립체(u6, w6, v6)의 끝 배선은 최종 도전 라인(54n)에 연결되어 중성점(NP)을 형성한다.

조립용 PCB(50)의 중앙 영역(52)에 배열되어 있는 각 도전 라인(54)을 통해 이웃하는 동일 상의 분할 코어 조립체(3c)의 코일(14)간 연결시킬 수 있기 때문에 조립용 PCB(50)에 스테이어 코일 조립체(3c)를 결합하고, 동일 상을 가지는 분할 코어 조립체(3c)의 코일(3c)간 연결을 용이하게 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 분할 코어 조립체(19) 사이의 코일(14)간 연결이 조립용 PCB(50)의 도전 라인(54)을 통해 반대면에서 솔더링 등을 통하여 이루어지므로 분할 코어(12)에 코일(14)이 감긴 부분과, 결선 부분을 분리시키는 것이 가능하기 때문에 절연성능이 향상된다.

이와 같은 BLDC 모터(10)의 스테이터(30)의 조립 과정을 간단히 정리하면, 각각 분할 코어(12)가 보빈(13)의 통형부분의 중공부에 삽입되고, 적어도 하나의 연결핀(32)이 보빈(13)의 플랜지(13a, 13b)의 모서리에 삽입되도록 인서트 몰딩에 의해 일체로 성형한다.

그 후 분할 코어(12)와 일체로 성형된 보빈(13)의 플랜지(13a, 13b) 사이의 외주에 범용 권선기를 이용하여 코일(14)을 권선하여 다수의 분할 코어 조립체(3c)를 준비한다.

이어서, 조립용 PCB(50)의 상부에 다수의 분할 코어 조립체(19)를 결합시키고, 저면부에서 코일(14)의 양단을 상기한 코일 결선 방법에 따라 각 상별로 연결하여 스테이터(30)를 가조립하며, 홀 센서(40)를 내부 요크(22a) 하단부에 위치시 켜, 인서트 몰딩 방식으로 일체화하기 위하여 스테이터(30) 내주부에 배치한다.

이때, 내부 요크(22a) 하단부 상의 조립용 PCB(50)상에 센서 홀더(44)를 구비하고, 센서 홀더에 홀 센서(40)를 배치한 이후에 인서트 몰딩 방식으로 스테이터(10)와 일체로 형성한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 센서 홀더를 설명하기 위한 사시도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 센서 홀더(44)의 지지판(44b) 하부에는 조립용 PCB(50)의 회로 영역(56)의 센서 결합용 홀(56a, 56b)에 결합되는 한쌍의 결합 돌기(44a)가 형성되고, 상부에는 하우징(44c)에 한쌍의 홀 센서(40)를 결합하여 고정할 수 있는 센서 결합부(44d)가 형성된다.

또한, 지지판(44b) 측면에는 회로 영역(56)의 내측 상에 마련되어 센서 홀더(44)의 결합을 가이드하는 가이드 홈(56c)에 끼워지는 홈(44e)이 형성되고, 센서 결합부(44d)에 상응하는 지지판(44b)에는 한쌍의 홀 센서(40)가 검출 신호를 전송할 수 있는 배선을 회로 영역(56)에 연결하는 연결 구멍(44f)이 형성된다.

상술한 바와 같이, 조립용 PCB(50)에 다수의 분할 코어 조립체(12c)를 조립한 다음홀 센서(40)가 결합된 센서 홀더(44)를 조립용 PCB(50)의 회로 영역(56)에 결합한다. 이때, 센서 홀더(44)에 대향하는 스테이터(10)의 외측에는 센서 터미널(41) 및 신호 터미널(42)이 결합된다.

센서 홀더(44)의 센서 결합부(44d)에는 한쌍의 홀 센서(40)를 결합하여 연결 구멍(44f)을 통해 회로영역(56)에 홀 센서(40)의 신호 배선을 연결하고, 지지판(44b) 하부에 형성된 한쌍의 결합 돌기(44a)를 조립용 PCB(50)의 회로 영역(56) 에 형성된 한쌍의 센서 결합용 홀(56)에 끼워져 조립되어, 홀 센서(40)는 내부 요크(22a) 하단부 상에 고정 위치된다.

센서 홀더(44)가 회로 영역(56)에 결합되고, 다수개의 분할 코어 조립체(12c)가 조립된 조립용 PCB(50)에서 동일 상(U,V,W)을 가지는 코일(14)의 양단부를 상호 결선하고, 홀 센서(40)가 내부 자석(24a)의 극성을 검출하는 검출 신호가 전송되는 배선을 연결한 다음 인서트 몰딩 방식에 따라 일체로 스테이터(10)를 형성한다.

따라서, 홀 센서(40)가 결합되는 센서 홀도(44)가 조립용 PCB(50)의 회로 영역(56)에 결합되어 스테이터(10)와 일체로 인서트 몰딩됨으로 홀 센서(40)를 설정된 위치에 정확하게 위치시킬 수 있다. 즉, 기존에 홀 센서(40)를 조립용 PCB(50) 상에 결합하는 공정에서 발생할 수 있는 위치 편차를 방지할 수 있으며, 홀 센서(40)를 개별적으로 조립하는 기존 방식보다 정밀 제어가 가능하다.

이후, 인서트 몰딩방식으로 각 분할 코어(12)의 내/외부 연장부(12a,12b)의 외부 대향면을 제외하고, 다수의 분할 코어 조립체(19) 사이의 공간과, 조립용 PCB(50) 하부의 코일 결선부분을 덮도록 열경화성 수지, 예를 들어 폴리에스터와 같은 BMC(Bulk Molding Compound)로 몰딩시켜 스테이터(10)를 성형하여, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 것과 같은 스테이터(10)가 얻어진다.

이하, 코깅 토크를 상쇄시키기 위하여 스큐 방식이 적용되는 분할 코어를 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 설명한다.

도 7a는 스큐 방식이 적용된 스큐 분할 코어의 사시도이고, 도 7b는 도 7a의 D-D' 선 단면도이고, 도 7c는 도 7a의 분할 코어를 외측에서 바라본 측면도이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 스큐 분할 코어(120)는 단면 형상이 대략적으로 "I"(또는 "T")자 형상을 이루고, 그 외주부에는 절연성 재질로 이루어진 보빈(130)이 결합되고, 보빈(130)이 마련하는 공간에 코일이 권선되어, 스큐 분할 코어 조립체(190)를 이룬다.

또한, 보빈(130)의 외부 플랜지(130a)는 내부 플랜지(130b) 보다 상대적으로 더 큰 크기로 형성되고, 보빈(130)에 권선된 코일로부터 배선을 인출하기 위한 관통 구멍(130c)이 마련된다.

상기 보빈(130)은 코일이 권선될 수 있는 중간 부분의 사각통 형상을 가지는 권선 부분과, 권선 부분의 내측 및 외측에 각각 절곡되어 연장된 내부 및 외부 플랜지(130a, 130b)로 이루어지며, 내부 및 외부 플랜지(130a, 130b) 사이의 권선 부분에 코일이 권선된다.

아울러, 플랜지 연장부(180a, 180b)는 내부 및 외부 플랜지(130a, 130b)의 양측면상으로 신장되어, 권선되는 코일을 가이드함과 아울러, 분할 코어 조립체(190)의 조립이 용이하도록 한다.

결합 돌기(170a, 170b)가 형성된 플랜지 연장부(180a)에는 코일의 인출할 수 있는 관통 구멍(130c)이 마련되어, 코일로부터 인출되는 배선에 구동 신호를 입력할 수 있도록 한다.

스큐 분할 코어(120)의 직선 형태 몸통의 내측 및 외측에서 각각 절곡 연장되는 내부 및 외부 플랜지(130a, 130b)는 환형의 내부 및 외부 로터(210a, 210b)와 일정한 갭이 유지되도록 내부 플랜지(130a)는 내측으로 라운드되고, 외부 플랜지(130b)는 외측으로 라운드되며, 스테이터(10)가 전체적으로 환원형을 이루므로 외부 플랜지(130b)가 내부 플랜지(130a)보다 상대적으로 크게 형성되는 것이 바람직하다.

스큐 분할 코어(120)에 보빈(130)을 조립한 이후에 독립적으로 완전 분할된 스큐 분할 코어(120) 각각에 범용 코일 권선기(미도시)를 이용하여 코일을 권선한다.

아울러, 내부 및 외부 플랜지(130a, 130b)의 일측(예를 들어, 하단)에는 분할 코어 조립체(190)를 조립용 PCB(50)에 자동 위치 설정되도록 하는 제1 및 제2 결합 돌기(170a, 170b)가 형성된다.

이러한, 스큐 분할 코어(120)에는 코깅 토크 저감, 소음ㅇ진동 저감 등의 효과를 얻을 수 있도록 0~1피치(pitch) 범위에서 스큐(skew)가 주어져 있다. 이 경우, 1피치는 (360°/슬롯 수)으로 결정되며, 예를 들어, 슬롯의 수가 18개인 경우 20.0°로 설정된다.

따라서, 본 발명에 따른 BLDC 모터(1)는 기존의 27코어-24극 방식을 사용하는 것이 아니라, 18코어-12극 방식을 적용하여, 토크 리플을 최소화함과 아울러, 스큐 분할 코어(120)를 적용하여 증가되는 코깅 토크를 상쇄시킬 수 있다.

도 8a는 본 발명에 따른 더블 로터의 평면도이고, 도 8b는 도 8a의 E-E' 선 단면도이다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, BLDC 모터(1)의 더블 로터(20)는 다수의 외부 자석(24b)과 링 형상의 외부 요크(22b)가 배치되어 있는 외부 로터(21b)와, 다수의 내부 자석(24a)과 링 형상으로 로터 지지 프레임(23)으로부터 절곡되어 연장 형성되는 내부 요크(22a)가 로터 지지체(25)에 의해 지지되어 형성되는 내부 로터(1)를 구비하고 있다.

로터 지지 프레임(23)의 중심부에는 회전축(30)이 삽입되어 결합되는 중앙 홀(26)이 형성된다.

상기 중앙 홀(26)은 그 중심이 더블 로터(20)의 무게 중심에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하며, 이는 더블 로터(20)의 회전시에 발생하는 진동을 최대한 억제하기 위한 것이다. 따라서, 로터 지지 프레임(23)은 중앙 홀의 중심이 더블 로터(20)의 무게 중심에 위치하도록 외주 상에서 절곡되어 내부 요크(22a)를 형성하고, 내주 상에서 절곡되어 중심부에 위치하는 중앙 홀(26)이 더블 로터(20)의 무게 중심에 위치되도록 한다.

이러한, 더블 로터(20)는 환원형의 내부 요크(22a)의 외측에 각각 N극 및 S극으로 착자된 다수, 예를 들어 6개의 내부 자석(24a)을 접착제를 사용하여 교대로 배치하여 내부로터(21a)를 형성하고, 환원형의 외부 요크(22b)의 내측에 각각 N극 및 S극으로 착자된 6개의 자석(24b)을 접착제를 사용하여 교대로 배치하여 외부 로터(21b)를 형성한다. 이 경우 내부 로터(21a)와 외부 로터(21b)의 대향한 자석(24a, 24b)은 서로 반대 극성을 갖도록 배치된다.

이어서, 로터 지지체(25)에 의해 내부 로터(21a) 및 외부 로터(21b)가 일체가 되도록 열경화성 수지, 예를들어 BMC(Bulk Molding Compound)로 인서트 몰딩하 여 더블 로터(20)를 제조한다.

이때, 내부 요크(22a) 하단부에 내부 자석(24a) 하단부와 대향하여 홀 센서(40)가 위치하기 때문에 내부 요크(22a)의 길이가 외부 요크(22b)의 길이보다 홀 센서(40)의 높이(a)만큼 작게 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 더블 로터(20)의 내부 로터(21a) 및 외부 로터(21b) 사이에는 중앙부로부터 방사상으로 뻗어 있는 다수의 직선 리브(27)를 통하여 상호 연결되어 있으며, 내부 로터(21a) 및 외부 로터(21b)와 다수의 직선 리브(27)의 상호 교차에 의해 다수의 대형 구멍(28a)과 소형 구멍(28b)이 스테이터(10)의 상단과 대향한 부분에서 원주방향을 따라 교대로 형성되어 있다.

즉, 더블 로터(20)의 내부 및 외부 로터(21a, 21b)에는 공기의 흐름을 외부에서 내부 및 외부 로터(21a, 21b)와 스테이터(10) 사이의 자기갭 방향으로 안내하는 다수의 대형 구멍(28a) 및 소형 구멍(28b)이 마련되고, 중앙 홀 방향으로 공기가 흐르도록 하는 다수개의 직선 리브(27)가 마련되어, BLDC 모터(1)가 공랭식으로 냉각되도록 한다.

따라서, 더블 로터(20)가 회전하게 되면, 대형 구멍(28a) 및 소형 구멍(28b)을 통하여 입사한 공기는 내부 및 외부 로터(21a, 21b)와 스테이터(10)간의 자기갭(G1, G2)을 통하여 빠져 나가게 되며. 이러한 공기의 흐름은 BLDC 모터(1)를 냉각시키게 된다.

이 경우, 상기 다수의 직선 리브(27)는 강도 보강 역할과 함께, 외부 공기를 대형 및 소형 구멍(28a, 28b)으로 안내하는 역할을 하게 된다.

즉, BLDC 모터(1)의 구동시에 코일(14)에 인가된 구동전류에 의해 코일(14)과 자석(24)으로부터 전기 및 자기력의 손실로 인하여 발생하는 열을 방출함과 동시에 냉각시킬 수 있다.

아울러, 로터 지지체(25)가 열경화성 수지를 통해 인서트 몰딩되어 형성됨으로, 다양한 대형 및 소형 구멍(28)과 리브(27)의 형상이 구현 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 BLDC 모터(1)의 더블 로터(20)는 내부 로터(21a)와 외부 로터(21b)를 구성하는 내부 요크(22a) 및 외부 요크(22b)를 각각 프레임을 절곡하여 형성하고, 내부 요크(22a)의 외주면 및 외부 요크(22b)의 내주면에 서로 대향하면서 반대 극성을 가지도록 자석(24)을 배치한 이후에 각각의 프레임을 결합하는 이중 구조로 형성할 수도 있으며, 기타 공지된 다양한 방법으로 더블 로터(20)를 구현할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터를 제작할 때, 분할 코어 조립체를 자동 위치 설정하는 조립용 PCB를 사용하여 스테이터의 생산성을 향상시킴은 물론, 조립용 PCB의 PCB 형성 면적을 최소화함으로 인해 스테이터를 인서트 몰딩할 때, BMC 몰딩재의 접촉 면적을 최대화하여 스테이터의 내구성을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, BLDC 모터의 스테이터를 제조할 때, 무인 자동화가 가능한 범용 코일 권선시를 이용하여 완전 분할된 분할 코어에 코일을 권선함에 의해 코일 권선 과정을 완정 자동화 가능하도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 BLDC 모터는, 18코어-12극 방식을 적용하면서 분할 코어에 스큐 방식을 적용함에 의해 기존의 27코어-24극 방식이 BLDC 모터보다 토클 리플이 작으면서 코깅 토크를 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면, 더블 로터의 위치를 검출하기 위해 자석 극성을 검출하는 홀 센서를 내부 요크 하부에 위치하도록 하며, 센서 홀더에 홀 센서를 결합한 센서 홀더를 조립용 PCB에 설정된 영역에 결합하여 홀 센서가 설정되는 위치에 정확하게 위치할 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (12)

1. 다수의 분할 코어의 내측 및 외측에 중앙 하단에 제1 및 제2 결합 돌기가 형성되는 내부 및 외부 플랜지를 구비하는 보빈을 둘러싸고, 상기 보빈 각각에 코일이 권선된 다수의 분할 코어 조립체와,

   상기 각 분할 코어 조립체가 자동 위치 설정되어 조립되며, 각 상별로 상기 코일의 양단부를 상호 결선하는 조립용 PCB와,

   상기 조립용 PCB에 조립된 상기 각 분할 코어 조립체를 열경화성 수지를 이용하여 인서트 몰딩함에 의해 일체로 형성하는 스테이터 지지체를 포함하며,

   상기 조립용 PCB는,

   환원형으로 형성되며, 상기 코일을 상기 각 상별로 상호 결선하기 위하여 하부면에 인쇄된 다수의 도전 라인을 구비하는 중앙 영역과,

   상기 분할 코어 조립체의 하단 면적보다 작으면서 상기 중앙 영역으로부터 방사형으로 신장되어 형성되며, 상기 분할 코어 조립체의 제1 및 제2 결합 돌기에 상응하는 위치에 상기 제1 및 제2 결합 돌기를 수용하는 제1 및 제2 결합 홈이 마련되어 상기 각 분할 코어 조립체를 자동 위치 설정하는 다수의 결합 영역과,

   상기 각 상별 제1 분할 코어 조립체의 코일에 구동 신호를 입력할 수 있도록 하고, 다수의 홀 센서를 자동 위치 설정하며, 상기 각 홀 센서로부터 전송되는 검출 신호를 제어 장치로 전송되도록 하는 회로 영역을 포함하는 BLDC 모터용 스테이터.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 각 홀 센서가 결합되고, 상기 조립용 PCB의 회로 영역에 결합되어, 상기 각 홀 센서가 자동 위치 설정되도록 하는 센서 홀더를 더 포함하는 BLDC 모터용 스테이터.
3. 제2 항에 있어서, 상기 센서 홀더는,

   지지판과,

   상기 지지판 하부에 상기 회로 영역의 센서 결합용 홀에 결합되는 한쌍의 센서 결합 돌기와,

   상기 각 홀 센서를 수용하여 상기 각 홀 센서를 고정하는 한쌍의 센서 결합부와,

   상기 센서 결합부에 상응하는 상기 지지판에 형성되며, 상기 홀 센서의 검출 신호를 상기 회로 영역으로 전송하는 배선을 수용하는 한쌍의 연결 구멍을 포함하는 BLDC 모터용 스테이터.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 스테이터 지지체로부터 중심부 방향으로 신장되어, 세탁기의 세탁조 하우징과 결합되는 연장부를 더 포함하는 BLDC 모터용 스테이터.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 보빈의 내부 또는/및 외부 플랜지의 모서리에 일체로 삽입되어, 상기 각 코일의 양단 또는 일단을 전기적으로 연결하는 연결핀과, 상기 외부 또는/및 내부 플랜지에 상기 코일의 양단 또는 일단이 인출되는 관통 구멍을 더 구비하고,

   상기 분할 코어 조립체를 상기 조립용 PCB에 결합한 이후에 상기 결합 영역이 형성되지 않은 영역에 돌출되는 상기 각 연결핀 또는 상기 코일로부터 인출되는 배선을 상기 도전 라인에 연결하여 동일 상의 코일간 연결하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 스테이터.
6. 장치의 하우징에 회전 가능하게 장착된 회전축과,

   중심부가 부싱을 통하여 상기 회전축과 결합되어 회전 가능하게 지지되며, 내부 요크의 외주면 및 외부 요크의 내주면에 각각 다수의 N극 및 S극 자석이 서로 다른 동심원상에 환원상으로 교대로 배치되고, 내/외부 간에 일정한 거리를 두고 서로 대향한 내부 및 외부 자석이 반대극성을 갖도록 배치되는 내부 및 외부 로터로 이루어진 더블 로터와,

   상기 내부 및 외부 로터 사이에 서로 공극을 갖고 설치되며 각각 분할 코어가 결합되는 보빈에 코일이 권선된 다수의 분할 코어 조립체를 자동 위치 설정이 가능한 조립용 PCB에 가조립된 상태로 열경화성 수지를 사용하여 인서트 몰딩에 의해 환원형으로 일체로 형성되며, 상기 장치의 하우징에 연장부를 통해 고정된 일체형 스테이터와,

   상기 내부 자석의 극성을 검출할 수 있도록 상기 내부 요크의 하단부에 위치 설정되어 상기 스테이터와 일체로 형성되는 한쌍의 홀 센서로 구성되며,

   상기 보빈은 상기 다수의 분할 코어를 둘러싸며, 내측 및 외측에 중앙 하단에 제1 및 제2 결합 돌기가 형성되는 내부 및 외부 플랜지를 구비하고,

   상기 조립용 PCB은 상기 다수의 분할 코어 조립체를 위치 설정하기 위해 마련되는 제1 및 제2 결합 홈을 구비하여, 상기 제1 및 제2 결합 홈에 상기 각 분할 코어 조립체의 상기 제1 및 제2 결합 돌기를 수용하여 자동 위치 설정되며,

   스테이터 지지체는 다수의 분할 코어 조립체 및 상기 홀 센서를 구비한 센서 홀더가 조립된 상기 조립용 PCB를 일체화시키기 위하여 열경화성 수지로 인서트 몰딩하여 형성되고,

   상기 센서 홀더는 각 홀 센서와 결합하며, 상기 각 홀 센서를 자동 위치 설정되도록 상기 조립용 PCB에 마련되는 한쌍의 센서 결합용 홈에 결합되는 한쌍의 센서 결합 돌기를 구비하고, 상기 조립용 PCB에 마련되는 한쌍의 센서 결합용 홈에 결합함에 의해 상기 각 홀 센서가 상기 내부 요크 하단부에 위치 설정되는 것을 특징으로 하는 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터.
7. 삭제
8. 제6 항에 있어서, 상기 스테이터 지지체는,

   상기 스테이터의 중심부 방향으로 연장되어, 상기 장치의 하우징에 상기 일체형 스테이터를 고정하기 위한 연장부와,

   외주 상에 상기 스테이터의 강도를 보강하기 위한 다수의 지지 강도 보강용 리브를 구비하는 것을 특징으로 하는 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터.
9. 제6 항에 있어서, 상기 각 분할 코어는,

   360°/코어(슬롯)수로 정의되는 1피치 범위 이내의 스큐(skew)가 적용되는 것을 특징으로 하는 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터.
10. 제6 항에 있어서,

    상기 BLDC 모터는 18코어-12극 방식으로 이루어지며,

    상기 스테이터는 외부에 보빈에 형성되어 코일이 개별 권선된 18개의 분할 코어 조립체가 U,W,V 상 순서로 상기 조립용 PCB 상에 환원형으로 결합되며, 상기 각 상들의 제1 분할 코어 조립체의 시작 배선 각각이 구동 신호를 입력하는 입력 단자와 연결되고, 상기 각 상별 분할 코어 조립체의 끝 배선은 이웃하는 동일 상의 분할 코어 조립체의 시작 배선과 연결되며, 제6 분할 코어 조립체의 끝 배선은 상호 연결되어 중성점을 형성하는 것을 특징으로 하는 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터.
11. 제6 항에 있어서, 상기 더블 로터는,

    중심부에 상기 회전 축이 삽입되는 중앙 홀을 구비하는 로터 지지 프레임과,

    상기 로터 지지 프레임으로부터 절곡되어 원통형으로 이루어진 내부 요크와, 상기 내부 요크의 외주면에 환원상으로 교대로 배치된 다수의 제1 N극 및 S극 자석으로 이루어진 내부 로터와,

    상기 내부 요크와 일정한 거리를 유지하도록 내부 요크의 직경보다 상대적으로 더 큰 직경을 갖는 외부 요크와, 상기 외부 요크의 내주면에 환원상으로 교대로 배치되며 다수의 제1 N극 및 S극 자석과 서로 대향한 자석이 반대극성을 갖도록 배치된 다수의 제2 N극 및 S극 자석으로 이루어진 외부 로터와,

    상기 내부 및 외부 로터의 대향한 자석면을 제외하고 각각 환원형으로 일체화함과 동시에 내부 및 외부 로터 사이에 상기 스테이터가 삽입되는 공간이 형성되도록 열경화성 수지로 몰딩된 로터 지지체로 구성되며,

    상기 내부 요크는 상기 홀 센서의 높이만큼 상기 외부 요크보다 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터.
12. 제11 항에 있어서,

    상기 내부 및 외부 로터에는 외부 공기가 내부 및 외부 로터와 상기 스테이터 사이의 자기갭 방향으로 안내하는 다수의 대형 및 소형 구멍이 배치되어 있고, 상기 중앙 홀 방향으로 다수의 직선 리브가 방사상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 더블 로터/싱글 스테이터 구조의 BLDC 모터.

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