KR101026083B1

KR101026083B1 - 슬림형 스테이터 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR101026083B1
Application number: KR1020080132124A
Authority: KR
Inventors: 이정훈; 이남훈; 정규혁
Original assignee: 주식회사 아모텍
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2011-03-31
Also published as: JP2010154740A; CN101764442A; US20100156231A1; EP2202867B1; KR20100073449A; EP2202867A2; EP2202867A3; CN101764442B

Abstract

본 발명은 분할 코어 구조의 스테이터와 더블 로터를 구비한 BLDC 모터를 중/소형 빌트-인 드럼세탁기용으로 제작하기 위한 슬림형 스테이터 및 그의 제조방법과, 이를 포함하는 슬림형 모터 및 드럼세탁기용 직결식 구동장치에 관한 것이다.

본 발명의 스테이터는 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형되어 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 내측에 배치되는 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 구비한 다수의 보빈에 U, V, W 각 상별로 교번적으로 배치된 각상의 보빈에 U, V, W 3상 코일이 연속적으로 권선되어 있고 인접된 분할 코어 보빈 사이에 상기 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 조립된 분할형 스테이터 코어 조립체와; 상기 분할형 스테이터 코어 조립체의 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 환형의 형상으로 성형된 스테이터 지지체를 포함한다.

더블 로터, 분할 코어, 슬림 모터, 빌트-인 드럼세탁기

Description

슬림형 스테이터 및 그의 제조방법{Slim type stator and method of making the same}

본 발명은 슬림형 스테이터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분할 코어 구조의 스테이터와 더블 로터를 구비한 BLDC 모터를 중/소형 빌트-인 드럼세탁기용으로 제작하기 위한 슬림형 스테이터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 드럼 세탁방식은 세제와 세탁수 및 세탁물이 드럼 내에 투입된 상태에서, 모터의 구동력을 전달받아 회전하는 드럼과 세탁물의 마찰력을 이용하여 세탁을 행하는 방식으로서, 세탁물의 손상이 거의 없고, 세탁물이 서로 엉키지 않으며, 두드리고 비벼 빠는 세탁효과를 낼 수 있다.

기존의 드럼세탁기는, 구동방식에 따라서는 모터의 구동력이 모터 풀리와 드럼 풀리 사이에 감긴 벨트를 통해 간접적으로 드럼에 전달되는 간접 연결 방식과, BLDC 모터의 로터에 연결된 축이 드럼에 직결되어 곧바로 모터의 구동력이 전달되 는 직결식(direct drive : DD)으로 나뉜다.

여기서, 모터의 구동력이 드럼으로 직접 전달되지 않고 모터 풀리와 드럼 풀리 사이에 감긴 벨트를 통해 전달되는 벨트-풀리 구동방식은 구동력 전달 과정에서 에너지 손실이 발생하게 되고, 동력 전달과정에서 많은 소음이 발생하게 된다.

따라서, 이와 같은 기존 드럼세탁기의 문제점들을 해결하기 위하여 BLDC 모터를 이용한 직결식 드럼세탁기의 사용이 확대되고 있는 추세이다.

한편, 일본 및 유럽 지역에는 실내 주거공간의 효율적인 활용을 위하여 세탁용량 5-8Kg의 중/소형 드럼세탁기가 빌트-인 방식으로 설치되고 있다.

이러한 빌트-인 방식에서 세탁기가 설치될 수 있는 주어진 설치공간의 크기는 일반적으로 가로×세로×높이가 600×600×600mm로 설정되며, 중/소형 드럼세탁기의 세탁용량을 고려할 때 드럼세탁기의 터브(tub)로부터 드럼세탁기의 배면 하우징까지 구동장치를 설치할 수 있는 공간(길이)은 대략 45mm로 정해진다.

이 경우, 터브는 그 내부에 회전가능하게 지지되는 바스켓의 정/역회전 구동시에 충격을 흡수할 수 있도록 드럼세탁기의 하우징 내부에 스프링과 댐퍼에 의해 탄성적으로 지지되어 있다.

따라서, 터브가 전후방향으로 유동이 발생할 때 파손되는 것을 방지하기 위하여 대략 15-20mm의 여유공간(길이)을 확보할 필요가 있어 상기 구동장치를 설치할 수 있는 공간(길이)은 45mm에서 20mm을 뺀 25mm의 공간(길이)이 주어진다.

빌트-인 방식 드럼세탁기에서는 이러한 구동장치를 설치할 수 있는 공간(길이)의 협소함으로 인하여 25mm 두께 조건을 만족할 수 있는 구동장치, 즉 구동모터 가 제시되지 못하고 있다.

즉, 현재까지 개발된 구동모터는 두께가 63mm 이상의 대형 드럼세탁기용으로 개발된 것이므로, 따라서, 빌트-인 방식 드럼세탁기에서는 이러한 대형 구동모터를 사용하여 직결식으로 구현하려면 세탁용량의 감소가 불가피하게 터브의 길이를 줄이는 것을 감수하여야 하는 문제가 있었다.

이러한 사정으로 인하여 종래에는 터브의 사이즈를 줄이지 않기 위해서는 벨트-풀리 간접 구동방식을 채용하여 모터를 드럼세탁기의 하부에 배치하고 풀리에 감긴 벨트를 통해 바스켓을 간접 구동시켜야 하므로 모터 구동력이 제대로 전달되지 못하는 문제점을 그대로 가진다. 따라서, 드럼세탁기에 적용하기 위해서는 모터의 사이즈를 줄여야할 필요성이 증대되었다.

따라서, 세탁용량 5-8Kg의 중/소형의 빌트-인 방식 드럼세탁기에 직결식으로 채용될 수 있는 두께 25mm 조건을 만족할 수 있는 슬림형 구동모터의 개발이 요구되고 있다.

이하, 첨부된 도 1을 참조하여, 한국 공개특허공보 제2005-12399호에 제시된 종래에 BLDC 모터를 이용한 직결식 드럼세탁기의 구조에 대하여 간략히 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 직결식 드럼 세탁기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 캐비닛(100) 내측에 터브(200)가 설치되고, 상기 터브(200) 내측 중앙에는 드럼(또는 바스켓)(300)이 회전 가능하게 설치된다. 드럼(300)을 회전시키기 위한 모터(500)는 터브(200) 후방에 결합된 지지브라켓(250) 에 설치된다.

모터(500)는 상기 터브(200)의 배면 중앙부와 대향한 지지브라켓(250)에 설치된 베어링 하우징(600)에 구비된 2개의 상/하부 베어링(610,620)에 의해 회전 가능하게 결합되는 구동축(700)과, 다수의 철심을 적층시킨 후 코일을 감아 상기 코일을 통해 전류를 흐르게 함으로써 회전자계를 형성하는 코어형 스테이터(520)와, 상기 스테이터(520)에 의해 형성된 회전자계에 의해 회전되어 구동축(700)을 회전시키도록 스테이터의 외주에 자석이 배치된 아우터 방식 로터(510)를 포함하고 있다.

여기서, 상기 구동축(700) 후단부 중심에는 모터(500)를 구성하는 상기 로터(510)가 체결되고, 상기 로터(510) 내측에는 상기 터브(200), 즉 지지브라켓(250)의 후벽부에 체결되어 고정되며 상기 로터(510)와 함께 모터(500)를 구성하는 상기 스테이터(520)가 위치되어 있다.

도 1의 세탁기는 구동시키기 위해 작동버튼을 누르면 전원이 모터(500)의 스테이터(520)에 인가되면서 스테이터(520)에서 회전자계가 발생하게 된다. 이 회전자계는 스테이터(520)의 권선부(미도시)에 감겨진 코일에 의해 상기 권선부의 선단에서 발생하게 되므로 상기 권선부의 선단과 근접되어 있는 로터(510)가 플레밍의 왼손법칙에 따라 회전을 하게 된다.

따라서, 로터(510)의 회전에 의해 상, 하측 베어링 하우징(600)과 터브(200)에 결합되어 있는 구동축(700)이 회전되면서 드럼(300)을 반전운동 시켜 세탁물을 세탁할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 종래의 직결식 드럼세탁기는 모터(500)가 아우터 로터 구조를 채용하고 있으며 터브(200)와 세탁기 배면간의 공간에 설치될 때, 터브(200)로부터 드럼세탁기 배면까지의 배면공간(A)은 모터(500)가 차지하는 모터설치공간(B)과 대략 20mm의 터브(200)의 흔들림공간(C)으로 나누어져 있다.

그런데 도 1에 도시된 종래의 모터(500)는 로터(510)의 터브부 주변에 다수의 냉각핀과 냉각공을 구비하여 스테이터(520)에서 발생된 열을 냉각시키고 있다. 상기 종래의 모터(500)에서 모터의 내부로 연장된 냉각핀 구조와 터브(200)의 후방에 결합된 지지브라켓(250) 등은 슬림형 모터를 설계하는 데 장애요소로서 작용하며, 대용량(세탁용량 10Kg) 세탁기에 주로 사용된다.

일반적으로 세탁기의 드럼 구동장치로 사용되는 모터는 큰 회전 관성력을 얻기 위하여 대부분 단일의 아우터 로터 방식으로 일체형 스테이터 코어 또는 분할형 스테이터 코어에 코일을 권선한 스테이터를 구비하고 있다.

따라서, 이러한 종래의 아우터 로터형 구동모터를 빌트-인 방식의 드럼세탁기에 직결식으로 채용될 수 있는 슬림형 모터(두께 25mm)로 설계하는 것은 세탁용량 5-8Kg의 중/소형 드럼세탁기에서 요구되는 구동 토크를 맞추지 못하는 문제가 있다.

한편, 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 금형 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.

상기한 레이디얼 타입의 코어 모터에서 코일 권선의 효율화를 기하기 위해 스테이터 코어를 완전 분할형으로 구성하는 것은 단일 로터와 조합될 때 완전한 자기회로를 형성하지 못하는 문제가 발생한다.

이러한 점을 고려하여 본 출원인은 한국 공개특허공보 제2004-0002349호에 레이디얼 코어 타입으로 더블 로터/단일 스테이터 구조를 가짐에 의해 스테이터 코어를 완전 분할형으로 구성할 수 있는 BLDC 모터를 제안한 바 있다.

상기 한국 공개특허공보 제2004-0002349호에서는 스테이터 코어의 내측 및 외측에 동시에 영구자석 회전자를 배치함에 의해 자로의 흐름을 내측과 외측의 영구자석 및 회전자 요크에 의해 형성시킴으로써 스테이터 코어의 완전 분할이 가능 하여 개별적인 코일 권선에 의해 스테이터 코어의 생산성과 모터의 출력을 크게 높일 수 있는 구조를 제안하고 있다.

또한, 상기 한국 공개특허공보 제2004-0002349호에서는 코어의 분할에 따라 코일이 권선된 다수의 분할형 코어 조립체를 준비한 후, 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 환원형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 준비하는 개략적인 방법을 제안하였다.

그러나, 상기한 한국 공개특허공보 제2004-0002349호는 인서트 몰딩 전에 다수의 개별 코어를 일체형으로 조립하여 코일을 상호 결선할 때 효과적으로 조립이 이루어질 수 있는 스테이터 조립 구조/방법은 제시하지 않았다.

이러한 점을 고려하여 한국 공개특허공보 제2005-0000245호에는 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.

상기한 BLDC 모터를 도 2를 참고하여 좀더 상세하게 설명한다.

도 2를 참고하면, 상기 BLDC 모터는 하우징(20)에 코어 지지판(14)의 내주부가 볼트/너트와 같은 다양한 체결수단에 의해 지지되며 다수의 완전 분할형 스테이터 코어가 보빈의 외주에 코일이 권선되어 환원형으로 조립된 스테이터(13)와, 스테이터(13)의 내주부 및 외주부에 소정의 자기갭(gap)을 두고 환원형으로 다수의 자석(16a,16b)이 배치되어 내부로터(15a)와 외부로터(15b)가 요크 프레임(18)에 지지되어 있는 더블로터 구조의 로터(15)와, 상기 하우징(20)에 베어링(11)을 통하여 회전 가능하게 지지되어 있고 요크 프레임(18)의 중심부에 부싱(17)을 통하여 연결된 회전축(19)을 포함하고 있다.

상기 스테이터(13)는 다수의 분할형 스테이터 코어가 보빈의 외주에 코일이 권선된 다수의 스테이터 코어 조립체를 환원형의 코어 지지판(14)에 가조립한 상태로 열경화성 수지를 사용하여 인서트 몰딩함에 의해 환원형으로 일체로 형성된다.

도 2에서 미설명 부재번호 12는 예를 들어, 3상 구동방식의 스테이터 코일에 대한 전원공급용 터미널 블록, 10은 냉각구멍을 가리킨다.

전술한 모터는 스테이터(13)의 하부에 코어지지판(14)이 배치되어, 다수의 분할형 스테이터 코어에 권선된 코일간을 결선하기 위한 결선공간을 마련하였고, 또한 모터 코일에 전원을 공급하기 위한 터미널 블록(12)이 스테이터 지지체로부터 돌출되어 있기 때문에 모터의 전체 두께는 도 2에 도시된 것처럼 대략 h=63mm 정도로 두껍게 제작되었다. 또한, 전술한 모터를 드럼세탁기에 적용하는 경우 드럼세탁기의 드럼 직경이 220 ~ 260mm의 대구경이므로 환형 코어 지지판의 직경도 이에 비례하여 대구경이 되어야하므로 환형 코어 지지판의 제조원가 및 조립성 측면에서 매우 불리하다.

이처럼 모터의 전체 두께가 두꺼우므로 이를 박막화하기 위해 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.

이러한 연속권선에 의해 환형 코어 지지판이 없이 다수의 분할 코어를 조립하여 모터를 제작하는 기술은 본 출원인에 의해 등록된 특허 제663641호에 개시되어 있다.

삭제

또한, 상기 특허에 제시된 모터는 다수의 분할형 코어에 권선된 코일들의 결선을 스테이터의 하부공간에서 실시하며, 모터 코일에 전원을 공급하기 위한 터미널 블록이 스테이터 지지체로부터 두께 방향으로 돌출되어 있고, 세탁기의 하우징(예를 들어, 터브)과 결합을 위한 스테이터 지지체의 내측 연장부가 슬림한 구조를 갖지 못하기 때문에 빌트-인 방식의 드럼세탁기에 직결식으로 채용될 수 있는 슬림형 모터로는 적용될 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 빌트-인 방식의 중/소형 드럼세탁기에서 세탁용량과 관련된 터브의 사이즈를 줄이지 않고 허용 가능한 25mm 공간에 설치되어 직결식으로 터브 내부의 바스켓을 회전 구동시킬 수 있는 빌트-인 드럼세탁기용 직결식 구동장치의 BLDC 모터용 슬림형 스테이터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 U, V, W 각 상마다 다수의 분할형 스테이터 코어에 대한 코일 권선을 연속하여 권선함에 의해 각 상별로 코일이 권선된 분할 코어 조립체 사이의 결선 작업을 생략하고, 열경화성 수지로 몰딩을 위하여 인접한 분할 코어 조립체 사이의 가조립을 보빈간의 결합을 이용함에 의해 분할 코어 조립용 PCB를 제거할 수 있어 슬림형으로 제작 가능한 분할 코어 방식의 슬림형 스테이터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 모터의 직경을 증가시키고 스테이터와 로터의 슬롯과 폴의 수를 증가시킴에 의해 인접된 분할 코어 사이의 코일의 점적률을 낮추어 확보된 코어 사이의 공간에 3상 코일 단자를 전원 터미널 블록과 연결시키기 위한 터미널 조립홀더와 단자 하우징을 배치함에 의해 터미널 블록의 높이를 최소화하여 슬림형으로 제작 가능한 분할 코어 방식의 슬림형 스테이터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 회전축과 결합되는 로터의 부싱과 터브에 결합되는 스테이터의 내측 연장부를 모터의 중심부에 배치하여 모터의 축방향 길이(즉, 두께)를 최소한으로 단축시키며 로터 회전시에 발생하는 진동을 최소화할 수 있는 슬림형 스테이터를 제공하는 데 있다.

삭제

본 발명의 다른 목적은 모터의 축방향 길이를 최소한으로 단축하여 전체적인 높이를 낮추고 외경을 증가함으로써 경사 드럼세탁기의 경사각도를 크게 하더라도 적용이 가능한 드럼세탁기용 슬림형 모터의 스테이터를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬림형 스테이터는 다수의 분할 코어와; 상기 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형되어 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 조립시에 내측에 배치되는 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 구비하여 인접된 분할형 스테이터 코어 보빈 사이에 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 배치된 다수의 보빈과; U, V, W 각 상별로 교번적으로 배치된 각상의 보빈에 연속적으로 권선된 U, V, W 3상 코일과; 상기 다수의 보빈에 코일이 권선되어 조립된 분할형 스테이터 코어 조립체의 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 환형의 형상으로 성형된 스테이터 지지체로 구성된다.

본 발명의 다른 예에 따른 스테이터는 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형되어 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 내측에 배치되는 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 구비한 다수의 보빈에 U, V, W 각 상별로 교번적으로 배치된 각상의 보빈에 U, V, W 3상 코일이 연속적으로 권선되어 있고 인접된 분할 코어 보빈 사이에 상기 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 조립된 분할형 스테이터 코어 조립체와; 상기 분할형 스테이터 코어 조립체의 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 환형의 형상으로 성형된 스테이터 지지체로 구성된다.

상기 스테이터는 U, V, W 3상 코일이 권선된 다수의 분할 코어 사이에 배치되어 U, V, W 3상 코일의 일측 코일단자와 외부 인출용 3상 리드선을 연결하는 데 이용되는 제1 내지 제3 단자하우징과 U, V, W 3상 코일의 타측 코일단자를 상호 결선하여 중성점을 형성하는 데 이용되는 공통단자 하우징을 구비하는 터미널 조립홀더를 더 포함한다.

상기 보빈은 제1 및 제2 플랜지의 하단 중앙에 각각 제1 및 제2 결합돌기를 더 포함하며, 상기 터미널 조립홀더는 상기 제1 및 제2 결합돌기에 결합되어 고정되는 결합홀을 더 포함하여 구성한다.

상기 스테이터 지지체는 스테이터의 중심부 내측으로 돌출된 드럼 세탁기의 터브 결합부와 고정 결합되도록 선단부가 2단 절곡되어 스테이터의 외측으로부터 무게 중심방향으로 연장된 환형의 내측 연장부를 더 포함하며, 환형의 내측 연장부는 다수의 스터드 너트가 일정 간격으로 배치되고, 상기 다수의 스터드 너트 사이에는 다수의 살빼기용 홈이 배치된다.

상기 분할형 스테이터 코어에 권선된 코일은 Cu 또는 Al로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 스테이터는 더블 로터-단일 스테이터 구조를 갖는 모터에 이용되며, 상기 모터는 빌트-인 드럼세탁기의 바스켓을 직접 구동하기 위한 직결형 구동장치에 이용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 BLDC 모터용 슬림형 스테이터의 제조방법은 형상으로 이루어진 다수의 분할 코어를 준비하는 단계와; 상기 다수의 분할 코어 각각의 외주에 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 갖는 다수의 보빈을 일체로 성형하는 단계와; 상기 다수의 보빈 각각의 제1 및 제2 플랜지 사이에 순차적이며 연속적으로 코일을 권선하여 각각 다수의 보빈에 코일이 권선된 다수의 분할형 스테이터 코어로 이루어진 3 세트의 코일 조립체를 준비하는 단계와; 코일이 권선된 다수의 분할형 스테이터 코어를 각 세트별로 교번적으로 배치하고, 인접된 분할형 스테이터 코어의 보빈에 형성된 결합홈과 결합돌기를 상호 결합하여 환형의 분할형 스테이터 코어 조립체를 준비하는 단계와; 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 상기 분할형 스테이터 코어 조립체의 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 환형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 준비하는 단계로 구성된다.

본 발명의 또 다른 스테이터 제조방법에 따르면, 환형의 분할형 스테이터 코어 조립체를 준비한 후, 제1 내지 제3 단자하우징과 공통단자 하우징이 설치된 터미널 조립홀더를 제1 및 제2 플랜지의 하단 중앙에 구비된 제1 및 제2 결합돌기에 결합하여 제1 내지 제3 단자하우징과 공통단자 하우징을 코일이 권선된 다수의 분할형 스테이터 코어 사이에 배치하는 단계와; 상기 제1 내지 제3 단자하우징을 이용하여 코일 조립체 각 세트의 일측 코일단자와 외부 인출용 3상(U,V,W) 리드선을 연결하고, 공통단자 하우징을 이용하여 각 세트의 타측 코일단자를 상호 결선하여 중성점을 형성하는 단계를 더 포함한다.

삭제

따라서, 본 발명에서는 다수의 분할 코어 조립체를 인서트 몰딩방식으로 열경화성 수지를 이용하여 사출 성형함에 의해 별도의 코어 지지판을 사용하지 않고 다수의 분할 코어를 조립할 수 있어 스테이터의 조립 생산성을 크게 높일 수 있다.

또한, 본 발명에서는 모터채용 공간이 협소한 빌트인 드럼세탁기에 설치하기에 적합한 모터의 축방향 높이를 최소화하여 안정적인 모터구동을 도모하며, 토크가 높아 퀵(Quick)반전방식으로 동작하는 드럼세탁기에 적합하도록 모터를 구동할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 모터의 축방향 높이를 최소화하므로 경사형의 드럼세탁기의 경사각이 커지더라도 적용이 가능한 효과를 제공한다.

본 발명은 빌트-인 방식의 중/소형 드럼세탁기용 직결식 구동장치 또는 모터가 필요한 또 다른 기기에 협소한 모터 설치공간에 채용하기 적합하도록 두께(또는 높이)가 대략 25mm이하로 구현되는 슬림형 모터에 관한 것이다.

본 발명의 슬림형 모터에서는 우선, 슬림형 구조이면서도 드럼세탁기의 퀵(Quick) 반전방식 구동에 적합한 높은 구동 토크를 나타내며, 스테이터 코어의 완전 분할에 의한 코일 권선 작업성을 고려하여, 종래와 비교하여 자석의 크기를 줄이지 않은 더블 로터 구조를 채용하였고, 그 결과 모터의 자기회로는 "내부로터-분할코어-외부로터-인접된 분할코어"를 순환하는 더블 로터/단일 스테이터 구조로 정하였다.

또한, 스테이터는 두께 방향의 슬림화를 위하여 다수의 분할 코어에 대한 코일 권선을 각 상(U,V,W)마다 연속 권선을 실시함에 의해 각 상별로 코일이 권선된 분할 코어 조립체 사이의 결선 작업을 생략하고, 열경화성 수지로 몰딩을 위하여 인접한 분할 코어 조립체 사이의 가조립을 보빈간의 스냅결합을 이용함에 의해 분할 코어의 조립에 필요한 어떤 조립용 PCB 또는 지지체를 사용하지 않도록 하였다.

일반적으로 본 발명에서와 같이 모터의 극수가 많아지면 회전수(rpm)는 낮아지나(드럼 세탁기는 높은 rpm이 요구되지 않음), 각 스테이터 코어에 코일을 적게 감을 수 있게 된다.

본 발명에서는 이러한 점을 고려하여, 스테이터의 전원 공급을 위한 터미널 블록의 높이를 최소화하도록 모터의 직경을 증가시키고 스테이터와 로터의 슬롯과 폴의 수를 증가시킴에 의해 인접된 분할 코어 사이의 코일의 점적률을 낮추어 확보된 코어 사이의 공간에 3상 코일 단자를 전원 터미널 블록과 연결시키기 위한 터미널 조립홀더와 단자 하우징을 배치함에 의해 슬림화를 도모하였다.

더욱이, 본 발명에서는 회전축과 결합되는 로터의 부싱과, 터브에 결합되는 스테이터의 내측 연장부를 모터의 무게 중심과 그의 원주상에 배치하여 모터의 축방향으로 두께가 증가하는 것을 차단하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 기술한다.

A. 모터 전체 구조

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 슬림형 모터의 축방향을 따라 절단한 단면도이다.

도 3을 참고하면, 슬림형 모터(1)는 빌트-인의 중/소형 드럼세탁기의 배면에 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 슬림형 모터(1)는 크게 다수의 분할형 스테이터 코어(51)가 도시되지 않은 보빈의 외주에 코일(59)이 권선된 후 열경화성 수지를 사용하여 인서트 몰딩함에 의해 제조되는 환원형 스테이터 지지체(52)에 의해 일체로 형성된 스테이터(50)와; 상기 스테이터(50)의 내주부 및 외주부에 소정의 자기갭(gap)을 갖고 환원형으로 다수의 자석(63)과 링 형상의 내부 요크(64)가 배치되어 있는 내부로터(60a), 다수의 자석(62)과 링 형상의 외부 요크(61)가 배치되어 있는 외부로터(60b), 및 상기 내부로터(60a) 및 외부로터(60b)의 일단을 상호 연결함과 동시에 중심부로 연장되어 부싱과 결합되는 로터 지지프레임(65)으로 이루어진 로터(60)와; 로터(60)의 중심부에 예를 들어, 인벌류트 세레이션(Involute Serration) 부싱(67)을 통하여 로터(60)와 결합되며 고정너트(75)에 의해 고정 연결되고 타단이 터브(40)의 배면에 설치된 적어도 한쌍의 베어링(71, 73)을 통하여 회전 가능하게 지지되어 있는 회전축(70)을 포함하고 있다.

상기 스테이터(50)는 완전히 분할된 다수의 분할형 스테이터 코어(51)가 환원형 스테이터 지지체(52)에 의해 환원형으로 일체로 성형되며, 상기 스테이터 지지체(52)는 내측으로 연장 형성되어 세탁기의 터브(40)에 고정볼트(41)에 의해 지지된다. 이 경우, 상기 베어링(71, 73)은 회전축(70)에 부싱(67)을 통하여 결합된 더블 로터(60)를 회전 가능하게 지지한다. 상기 회전축(70)의 선단부는 세탁기의 터브(40) 내부로 연장 형성되어 바스켓(30)이 고정 결합되어 있으며, 따라서 바스켓(30)은 회전축(70)의 회전에 연동하여 회전이 이루어진다.

여기서, 대용량 세탁기용 구동장치로 사용될 때 예를 들어, 27슬롯-24폴 또는 36폴 구조로 설계되었으나, 본 발명에 따른 슬림형 모터(1)는 스테이터에 대한 코일의 점적률을 낮추기 위하여 모터의 직경을 상대적으로 크게 증가시키고 이에 따라 예를 들어, 36슬롯(slot)-48폴(pole) 구조로 설계하여, 스테이터의 코어와 로터의 자석 수를 증가시킨 구조로 이루어져 있다.

따라서, 상기 더블 로터(60)의 내부 로터(60a)와 외부 로터(60b)는 각각 48개 자석(63,62)이 환형으로 이루어진 내부 및 외부 요크(64,61)의 외측면 및 내측면에 부착되어 있으며, 이 더블 로터(60) 사이의 환형 공간에는 36개의 분할형 스테이터 코어(51)를 포함하는 일체형 스테이터(50)가 삽입되어 있다.

본 발명에 따른 슬림형 모터(1)는 스테이터에 대한 코일의 점적률을 낮추기 위하여 모터의 직경을 상대적으로 크게 증가시키고 이에 따라 예를 들어, 36슬롯(slot)-48폴(pole) 구조로 설계하여, 스테이터의 코어와 로터의 자석 수를 증가시킨 구조로 이루어져 있다.

따라서, 모터(1)는 내부로터(60a)와 외부로터(60b)가 로터 지지프레임(65)에 지지되어 있는 더블 로터(60)와 단일의 스테이터(50)로 구성되는 레이디얼 코어타입 모터를 형성하고 있다.

B. 스테이터 구조와 제조공정

도 4는 본 발명에 따른 슬림형 모터에 사용된 분할형 스테이터 코어의 사시도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4의 분할형 스테이터 코어의 정면도 및 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 분할형 스테이터 코어(51)는 내부의 분할 코어(53)를 감싸는 절연용 보빈(54)을 일체로 형성한 상태에서 보빈(54)의 외주에 코일(미도시)을 권선하여 환형으로 조립한 후, 인서트 몰딩방식에 의해 외측면을 열경화성 수지로 몰딩하여 환형의 일체형 스테이터(50)를 얻는다. 상기 코일의 재료는 일반적으로 Cu가 사용되나, 모터의 무게를 줄일 수 있도록 Cu에 비하여 비중이 1/3이고, 가격이 상대적으로 저렴한 Al을 사용하는 것도 가능하다. 일반적으로 Al은 산화 문제가 발생하여 모터 코일로 적용하기 어려우나, 본 발명에서는 코일이 권선된 스테이터 코어 조립체를 열경화성 수지를 사용하여 외부를 피복하므로 산화 문제가 발생하지 않게 된다.

또한, 분할 코어(53)는 모터의 회전시에 발생할 수 있는 맴돌이 전류(eddy current)에 의한 자속의 손실을 방지하기 위하여 다수의 규소 강판을 적층하여 사용하거나 투자율이 높으면서도 전기 저항이 높은 연자성체 분말(soft magnetic compound)을 소결하여 사용할 수 있다.

상기 I형 보빈(54)은 코일이 권선되는 중간부분의 사각통 부분과, 사각통 부 분의 내측 및 외측에 각각 절곡되어 연장된 내부 및 외부 플랜지(54a,54b)로 이루어지며, 이들 플랜지(54a,54b) 사이의 사각통 부분이 코일이 권선될 수 있는 공간이다. 여기서, 보빈(54)의 내부 및 외부 플랜지(54a,54b)는 바람직하게는 외부 플랜지(54b)가 내부 플랜지(54a) 보다 상대적으로 크게 형성되어야 한다.

분할형 스테이터 코어(51)는 추후 환형으로 조립될 수 있도록 내부 플랜지(54a)의 내주면 사이의 결합을 위해 양측면에 수직방향으로 형성된 결합홈(A)과 결합돌기(B)를 가지며, 외부 플랜지(54b) 외주면은 원주형성면(C)을 서로 맞닿게 형성한다. 그리고 보빈(54)의 내부 및 외부 플랜지(54a, 54b)의 하부에는 각각 터미널조립홀더(80: 도 7참조)를 조립하기 위한 제1 및 제2 결합돌기(D)를 구비한다.

도 5a는 분할형 스테이터 코어(51)의 정면을 보여주며, 도 5a에서 B-B선을 따라 절개한 단면도를 도 5b에 도시한다.

도 5b를 보면, 분할형 스테이터 코어(51)의 내부에 삽입된 I형 분할 코어(53)가 보이고 그 코어의 외주부를 따라 감싸진 보빈(54)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 그 보빈(54)에는 내부 플랜지(54a)에 결합홈(A)과 결합돌기(B)가 형성되어 있으며, 외부 플랜지(54b)에 원주형성면(C)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

I형 분할 코어(53)와 보빈(54) 간의 조립은 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니고 주지된 다른 방식으로 조립될 수 있다.

이러한 각 하나의 분할형 스테이터 코어(51)를 조립하여 환형의 일체형 스테이터(50)를 제작하는 방법을 하기에서 설명한다.

도 6은 도 4의 분할형 스테이터 코어의 체결상태를 설명하기 위한 사시도이고, 도 7은 도 4의 분할형 스테이터 코어를 환형으로 조립한 완성된 분할형 스테이터 코어 조립체의 사시도이다.

이하, 설명의 편이를 위해서 각 분할형 스테이터 코어에 코일이 감기지 않은 상태로 도시하여 설명하였으나, 실제로 인서트 몰딩하여 스테이터(50)를 제작할 때는 3상(U상, V상, W상)의 코일이 감긴 상태여야 함은 자명하다. 3상 코일과 그 결선에 대해서는 이하 도 9에서 설명하기로 한다.

도 6및 도 7을 참고하면, 각 분할형 스테이터 코어(51)의 보빈(54)에는 내부 플랜지(54a)의 일측에는 결합홈(A)이 형성되어 있고, 타측에는 결합돌기(B)가 형성되어 있으며, 외부 플랜지(54b)에는 원주형성면(C)이 형성되어 있다. 각 분할형 스테이터 코어(51)는 자신의 결합돌기(B)에 인접하는 분할형 스테이터 코어(51')의 결합홈(A)이 결합됨에 따라 내주면이 형성되고, 내주면이 결합되면, 두 개의 분할형 스테이터 코어(51, 51')의 원주형성면(C)이 서로 맞닿아 외주면을 형성한다.

이렇게 각 분할형 스테이터 코어(51) 보빈(54)의 결합홈(A)과 결합돌기(B)를 연속적으로 상호 연결하면 도 7에 도시된 것처럼 분할형 스테이터 코어 조립체(2)가 완성된다.

도 7을 참고하면, 각 분할형 스테이터 코어(51)들이 일측의 결합홈(A)과 타측의 결합돌기(B)에 의해 내주면이 결합되고, 원주형성면(C)이 맞닿아 외주면이 형성되어 환형의 분할형 스테이터 코어 조립체(2)가 형성된 상태의 저면을 사시도로 보여준다.

분할형 스테이터 코어 조립체(2)의 저면 일부분에는 코일을 결선하기 위한 터미널 조립홀더(80)가 결합되어 있다. 분할형 스테이터 코어(51)의 내주면과 외주면의 하부 양단에 마련된 제1 및 제2 결합돌기(D)가 터미널 조립홀더(80)의 결합홀(85)에 결합되어 있다.

도 8은 완성된 분할형 스테이터 코어 조립체에 배치된 터미널 조립홀더를 설명하기 위한 사시도이고, 도 9는 도 8의 분할형 스테이터 코어 조립체에 코일을 권선하여 터미널 조립홀더로 인출하기 위한 상태를 설명하기 위한 개념도이다.

먼저 도 8을 참고하면, 터미널 조립홀더(80)는 분할형 스테이터 코어 조립체(2)와 결합하기 위한 다수개의 결합홀(85)을 구비한다. 또한, 터미널 조립홀더(80)는 분할형 스테이터 코어 조립체(2)에 권선된 U상 코일(59a)의 U상 단자를 제1리드선과 연결하기 위한 U상 단자하우징(81)과, 분할형 스테이터 코어 조립체(2)에 권선된 V상 코일(59b)의 V상 단자를 리드선과 연결하기 위한 V상 단자하우징(82)과, 분할형 스테이터 코어 조립체(2)에 권선된 W상 코일(59c)의 W상 단자를 리드선과 연결하기 위한 W상 단자하우징(83)과, 3상(U상, V상, W상)의 코일(59a-59c)을 상호 결선하기 위한 공통(common)단자 하우징(84)을 포함한다. 이렇게 구성된 터미널 조립홀더(80)의 각 하우징(81, 82, 83, 84)은 분할형 스테이터 코어 조립체(2)에 결합될 경우 각 분할형 스테이터 코어(51)의 사이에 배치되어 결선되므로 슬림형 모터(1)의 제작이 가능하여 모터(1)의 높이를 최소화할 수 있다.

이하에 도 7내지 도 10을 참고하여 스테이터(50)의 제조방법을 설명한다.

본 발명에서는 스테이터(50)가 3상 구동방식인 경우 다수의 분할형 스테이터 코어(51', 51", 51"')에 대한 코일 권선을 각 상(U, V, W)마다 연속 권선을 실시한다. 모터의 자기회로가 예를 들어, 36슬롯-48폴로 이루어지는 경우, U, V, W 각상은 12개의 분할형 스테이터 코어(51', 51", 51"')에 각각 코일(59a-59c)을 연속적으로 권선하여, 각 상별로 코일이 권선된 분할형 스테이터 코어 사이의 결선 작업을 생략할 수 있도록 한다.

이어서, 코일이 권선된 36개의 분할형 스테이터 코어(51', 51", 51"')를 도 9와 같이 U, V, W 각상별로 교번적으로 배치하고, 인접된 분할형 스테이터 코어(51', 51", 51"')를 보빈(54)의 결합홈(A)과 결합돌기(B)를 도 6과 같이 연속적으로 상호 연결하면 분할형 스테이터 코어 조립체(2)가 완성된다.

그 후, 분할형 스테이터 코어(51)의 내주면과 외주면의 하부 양단에 마련된 제1 및 제2 결합돌기(D)를 터미널 조립홀더(80)의 결합홀(85)에 결합시킴에 의해 분할형 스테이터 코어 조립체(2)의 저면 일부분에 코일(59a-59c)을 결선하기 위한 터미널 조립홀더(80)를 도 7 및 도 8과 같이 결합한다.

이어서, 각 상별로 12개의 분할형 스테이터 코어(51', 51", 51"')에 연속적으로 권선된 3코일(59a-59c)의 일측단자는 단자하우징(81-83)을 이용하여 와이어홀더(57)와 연결하기 위한 U, V, W 리드선을 연결하고, 3코일(59a-59c)의 타측단자는 U, V, W상이 상호 결선되어 중성점(NP)을 형성하도록 공통단자(COMMON)가 삽입된 공통단자 하우징(84)에 연결한다.

이하에 3상(U, V, W) 코일의 일측단자와 타측단자를 각 하우징과 조립하는 방법을 도 10을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 10a는 터미널 조립홀더에 U상 단자 하우징에 조립되는 U상 단자를 설명하기 위한 참고도이다.

도 10a를 참고하면, U상 단자 하우징(81)에 앞서 도 9에서 인출된 U상 코일(59a)을 삽입한다. 그리고, U상 단자 하우징(81)의 상부로 마련된 홈에 맥 메이트(mag mate) 단자(81a)를 삽입하고 여분의 필요 없는 U상 코일을 컷팅한다. 그리고 U상 리드선이 연결된 포크인(poke-in) 터미널(81b)을 맥 메이트(mag mate) 단자(81a)에 삽입하여 연결한다. V상 단자와 W상 단자에 대해서도 동일한 방법으로 각각 단자 하우징(82, 83)에 V상 코일(59b) 및 W상 코일(59c)을 삽입하여 처리함에 의해 V상 코일(59b) 및 W상 코일(59c)에 각각 V상 및 W상 리드선을 연결한다.

도 10b는 터미널 조립홀더에 설치된 공통단자 하우징을 이용하여 중성점(NP)을 형성하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다.

도 10b를 참고하면, 공통단자 하우징(84)에 형성된 3개의 삽입홈에 앞서 도 9에서 인출된 3상 코일(59a-59c)의 타측단자를 각각 삽입한다. 그리고, 공통 터미널용 맥 메이트(84a)를 공통단자 하우징(84)에 삽입하면 도전체로 이루어진 맥 메이트(84a)에 의해 3코일(59a-59c)의 타측단자가 상호 연결되어 중성점(NP)이 형성된다.

상기한 터미널 조립홀더(80)와 하우징(81-84)을 이용한 코일(59a-59c)의 단자 처리가 이루어지면, 도 8과 같이 분할형 스테이터 코어 조립체(2)의 결선이 각 분할형 스테이터 코어(51) 사이에 삽입된 터미널 조립홀더(80)상에서 이루어지므로 스테이터는 슬림형 구조를 이룰 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 결선이 완료된 분할형 스테이터 코어 조립체(2)는 인서트 몰딩에 의해 스테이터 지지체(52)를 성형 완료한다. 이를 도 11을 참고하여 하기에서 설명한다.

도 11a 및 도 11b 및 도 11c는 본 발명에 따른 슬림형 모터에 사용되는 스테이터의 사시도, 저면도, 평면도이다.

도 11a 내지 도 11c를 참고하면, 스테이터(50)는 다수의 분할형 스테이터 코어(51)가 환형의 외주를 따라 분할형 스테이터 코어 조립체(2) 내부로 인서트 몰딩되어 있으며, 그 하부면에는 터브(40)와 결합하기 위해 고정볼트(도 3의 41)와 체결되는 다수의 스터드 너트(55)를 구비하는 스테이터 지지체(52)가 내측으로 연장 형성된다.

이 경우, 터브(40)에 결합되는 스테이터 지지체(52)의 내측 연장부(52a)는 스테이터가 축방향으로 두께가 증가하는 것을 차단하도록 환형 스테이터(50)의 내측방향으로 향하도록 2단 절곡되어 연장되며, 그 결과 내측 연장부(52a)의 선단부는 후술하는 로터(60)의 회전축(70)과 결합되는 부싱(67)과 동심원을 이루도록 배치된다. 또한, 내측 연장부(52a)에는 터브(40)와 결합되는 다수의 스터드 너트(55)가 일정 간격으로 배치되고 다수의 스터드 너트(55) 사이에는 다수의 살빼기용 홈(56)이 배치되어 있다.

그리고, 외주면에는 와이어홀더(57)를 구비하여 내부의 터미널 조립홀더(80)에서 결선된 각 단자를 외부로 인출할 수 있도록 형성되며, 그 인근에는 3상 구동방식의 스테이터(50) 코일에 대한 전류공급을 제어하기 위하여 회전되고 있는 로 터(60)의 위치를 검출하기 위한 위치신호를 발생하는 홀(Hall) IC 어셈블리(58)가 형성된다.

상기한 인서트 몰딩은 BMC(Bulk Molding Compound)로 각 분할형 스테이터 코어(51)의 외부로 노출된 분할 코어(53)를 제외하고 각 분할형 스테이터 코어 조립체(2) 사이의 공간과, 상/하부의 권선된 코일 부분과 보빈(54)을 덮도록 몰딩시키면 환원형의 일체형 스테이터(50)가 얻어진다.

상기 인서트 몰딩용 BMC 이외에 다른 열경화성 수지를 사용할 수 있다.

C. 로터 구조 및 제조공정

도 12a, 도 12b 및 도 12c는 본 발명의 슬림형 모터에 채용된 로터의 사시도, 저면도, 평면도이다.

도 12a 내지 도 12c를 참고하면, 로터(60)는 회전축 체결용 부싱(67)을 상기 내부로터(60a)와 외부로터(60b)의 대략 무게 중심에 위치하도록 사출 성형 금형 상에 배치한 상태에서 열경화성 수지, 예를 들어 BMC(Bulk Molding Compound)로 인서트 몰딩하여 제조한다.

내부로터(60a)와 외부로터(60b)는 전술한 도 3의 단면도에서 설명한 바와 같이 각각 다수의 자석(63,62)이 링 형상의 요크(61,64)상에 배치된 상태를 유지하도록 열경화성 수지로 이루어진 로터 지지체(65)에 의해 연결되며, 그 결과 내부로터(60a)와 외부로터(60b) 사이에는 스테이터(50)의 선단부가 삽입되는 트렌치형 요홈(65a)이 형성된다.

또한, 상기 로터 지지체(65)는 이로부터 중심부쪽으로 일정 길이만큼 직선상 으로 연장된 후, 로터(60)의 무게 중심을 향하여 2단 절곡이 이루어진 경사연결부(69)를 통하여, 선단부가 부싱(67)을 지지하는 부싱지지부(68)와 일체로 연결되어 있다. 그 결과, 로터(60)는 축방향으로 두께가 증가하는 것을 차단하는 슬림형 구조를 가지면서 로터(60) 회전시에 발생하는 진동을 최소화할 수 있게 된다.

따라서, 로터 지지체(65)는 내부로터(60a)와 외부로터(60b)에서 각각의 다수의 자석(63,62)의 대향면을 제외한 상/하부면과 링 형상 요크(61,64)의 외주부를 둘러싸며 내부로터(60a)와 외부로터(60b) 사이에 스테이터(50)의 선단부가 삽입되는 트렌치형 요홈(65a)을 형성하는 트렌치 형성부(65b)와, 상기 트렌치 형성부(65b)로부터 로터의 중심부쪽으로 일정 길이만큼 직선상으로 연장된 후, 로터(60)의 무게 중심을 향하여 2단 절곡이 이루어진 경사연결부(69)와, 내부에 부싱(67)을 지지하며 경사연결부(69)의 선단부가 외주부에 연결되는 부싱지지부(68)를 포함하며, 이들은 열경화성 수지에 의해 일체로 형성된다.

상기 로터 지지체(65)의 중심부에 위치한 부싱(67)은 로터 회전시에 회전력을 회전축(70)에 효과적으로 전달하기 위하여 내주부에 세레이션 구조를 구비하고 회전축(70)과 결합되거나, 도 12a 및 도 12b와 같이 대향한 양측 내주면이 서로 평행하고 평행한 내주면 사이에 곡면 내주면을 갖는 회전축 체결홀(67a)을 갖는 부싱(67)을 통하여 회전축(70, 도 3참조)과 결합될 수 도 있다. 이 경우 회전축(70)도 부싱(67)의 회전축 체결홀(67a)과 대응하는 외주면을 갖도록 가공된다.

도 3을 참조하면, 상기 더블 로터(60)는 환원형의 내부 요크(64)의 외측에 각각 N극 및 S극으로 분할 착자된 다수의 자석(63)을 접착제를 사용하여 교대로 배 치하여 내부로터(60a)를 형성하고, 환원형의 외부 요크(61)의 내측에 각각 N극 및 S극으로 분할 착자된 다수개의 자석(62)을 접착제를 사용하여 교대로 배치하여 외부로터(60b)를 형성한다. 이 경우, 내부로터(60a)와 외부로터(60b)의 대향한 자석 사이에는 예를 들어, 서로 반대 극성을 갖도록 배치된다.

또한, 상기 내부로터(60a)와 외부로터(60b)의 자석은 별도의 접착 공정 없이 금형 상에 자석을 위치 고정시킬 수 있는 내부형상으로 제작하여 일체화 할 수도 있다.

상기 인서트 몰딩시에 내부로터(60a)와 외부로터(60b)는 서로 마주보는 자석의 대향면을 제외하고 외측면이 환형상으로 몰딩이 이루어진다. 이때, 로터 지지체(65)의 트렌치형 요홈(65a)에는 외부공기가 내부 및 외부 로터(60a,60b)의 내측과 자기갭 양측으로 통하는 공기순환 통로 역할을 하는 다수개의 관통구멍(66)을 형성하는 것이 바람직하다. 그 결과, 관통구멍(66)은 로터(60)가 회전될 때 외부 공기를 내부로터(60a)와 외부로터(60b)의 자석과 스테이터(50)에 전달하여 냉각 성능을 향상시킨다.

또한, 본 발명의 로터(60)는 인서트 몰딩에 의해 내부로터(60a)와 외부로터(60b)의 다수의 자석(63,62)이 동심원상으로 배치되므로 진원도가 높게 되어 스테이터(50)와 조립될 때 균일한 자기갭(gap)의 유지가 가능하다.

따라서, 상기한 바와 같이 본 발명에서는 로터(60) 및 스테이터(50)를 각각 슬림형으로 설계하고, 이들을 조합하여 구성함에 의해 모터(1)의 전체적인 두께(즉, 높이)를 줄일 수 있게 되었으며, 바람직한 실시예의 모터 두께는 25mm 이하로 제작되는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에서는 코일 권선 작업성을 높이기 위하여 스테이터(50)의 코어를 완전 분할 코어로 제작하면서도 더블 로터(60)를 채용함에 따라 자기회로의 효율을 기하였다.

더욱이, 본 발명에서는 자석의 크기는 축소시키지 않고 로터 및 스테이터의 직경을 증가시키는 방식으로 슬롯(즉, 분할 코어)과 폴(즉, 자석)의 수를 증가시키는 방식으로 자기회로를 설계함에 의해 코어와 코어 사이의 코일의 점적률을 낮추고, 그 결과 분할 코어와 분할 코어 사이의 공간에 3상 코일단자로부터 와이어홀더(57)를 통하여 외부로 인출하는 데 필요한 터미널 조립홀더(80)와 하우징(81-84)을 배치하여 코일(59a-59c)의 단자 처리를 실시하고 각상의 분할 코어에 대하여는 연속권선방식을 적용하여 분할 코어 사이의 코일의 결선을 제거하여 스테이터를 슬림형 구조로 구현할 수 있게 되었다.

또한, 본 발명에서는 슬림화 구조임에도 불구하고 자석과 분할 코어의 크기는 축소시키지 않고 로터 및 스테이터의 직경을 증가시키는 방식으로 슬롯(즉, 분할 코어)과 폴(즉, 자석)의 수를 증가시켜 더블 로터/단일 스테이터 구조를 구현함에 따라 일반적인 대용량 단일 로터/단일 스테이터의 모터와 비교하여 모터 효율과 토크를 더욱 증가시킬 수 있게 된다.

그 결과, 일반적인 단일 로터/단일 스테이터 구조의 모터인 경우 최대 토크 32 N·m, 모터 효율이 27.6% 정도이나, 본 발명에서는 슬림형 구조이면서도 높은 구동 토크(최대 토크: 42 N·m)와 높은 효율(44%)을 나타내고 있으며, 따라서 본 발명의 슬림형 모터는 드럼세탁기의 퀵(Quick) 반전방식 구동에 충분한 토크를 갖는다.

또한, 본 발명에서는 두께(또는 높이)가 대략 25mm이하로 구현되는 슬림형 모터를 제공할 수 있어, 빌트-인 방식의 중/소형 드럼세탁기 내부의 주어진 모터 설치공간에 채용되어 직결식으로 터브 내부의 바스켓을 회전 구동시키는 직결식 구동장치(DD: Direct Drive)를 구현할 수 있다.

또한, 분할형 스테이터 코어(51)는 크기가 작으므로 일체형 스테이터 코어 구조보다 규소 강판의 낭비율이 작게 되어 재료손실이 거의 없게 되며 형상이 단순해져서 제조가 쉽고, 또한 분할형 스테이터 코어(51)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.

본 발명에서는 두께(또는 높이)가 대략 25mm이하로 구현되는 슬림형 모터를 제공할 수 있어, 빌트-인 방식의 중/소형 드럼세탁기용 직결식 구동장치(DD: Direct Drive)에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은 빌트-인 방식의 중/소형 드럼세탁기 뿐 아니라 대용량의 드 럼세탁기용 직결식 구동장치(DD: Direct Drive)에도 슬림형 구조로 적용될 수 있다.

도 1은 종래 직결식 드럼 세탁기를 개략적으로 나타낸 구성도,

도 2는 다수의 분할 코어 조립체를 코어 지지판에 조립한 모터의 단면도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 슬림형 모터의 축방향을 따라 절개한 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 슬림형 모터에 사용된 분할형 스테이터 코어의 사시도,

도 5a 및 도 5b는 도 4의 분할형 스테이터 코어의 측면도 및 단면도,

도 6은 도 4의 분할형 스테이터 코어의 체결상태를 설명하기 위한 사시도

도 7은 도 4의 분할형 스테이터 코어를 환형으로 조립한 완성된 분할형 스테이터 코어 조립체의 사시도,

도 8은 완성된 분할형 스테이터 코어 조립체에 배치된 터미널 조립홀더를 설명하기 위한 사시도,

도 9는 도 8의 분할형 스테이터 코어 조립체에 대한 3상 구동방식의 코일 권선과 배치 및 결선 상태를 설명하기 위한 개념도,

도 10a는 도 8의 터미널 조립홀더에 조립되는 U상 단자를 설명하기 위한 참고도,

도 10b는 도 8의 터미널 조립홀더에 조립되는 공통단자를 설명하기 위한 참고도,

도 11a 내지 도 11c는 각각 본 발명에 따른 슬림형 모터에 스테이터의 사시 도, 저면도 및 평면도,

도 12a 내지 도 12c는 각각 본 발명에 따른 슬림형 모터에 로터의 사시도, 저면도 및 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 슬림형 모터 30 : 바스켓

40 : 터브 50 : 스테이터

60 : 로터 70 : 회전축

80 : 터미널조립홀더

Claims

코어와;

상기 코어에 권선된 코일과;

상기 코어를 지지하는 환형상의 스테이터 지지체를 포함하는 스테이터로서,

상기 스테이터 지지체는 드럼 세탁기의 터브에 고정 결합하기 위하여 스테이터의 외측으로부터 중심방향으로 연장되는 내측 연장부를 포함하는 스테이터로서,

상기 스테이터는 더블 로터-단일 스테이터 구조를 갖는 모터에 이용되고,

상기 모터는 드럼세탁기의 바스켓을 직접 구동하기 위한 직결형 구동장치에 이용되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형되어 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 내측에 배치되는 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 구비한 다수의 보빈에 각 상별로 교번적으로 배치된 각상의 보빈에 각 상별 코일이 연속적으로 권선되어 있고 인접된 분할 코어 보빈 사이에 상기 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 조립된 분할 코어 조립체와;

상기 분할 코어 조립체를 일체화하여 지지하는 스테이터 지지체로 구성되며,

각 상별 코일이 권선된 다수의 분할 코어 사이에 배치되어 각 상별 코일의 일측 코일단자와 외부 인출용 각 상별 리드선을 연결하는 데 이용되는 각 상별 단자하우징과 각 상별 코일의 타측 코일단자를 상호 결선하여 중성점을 형성하는 데 이용되는 공통단자 하우징을 구비하는 터미널 조립홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
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제2항에 있어서, 상기 보빈은 제1 및 제2 플랜지의 하단 중앙에 각각 제1 및 제2 결합돌기를 더 포함하며,

상기 터미널 조립홀더는 상기 제1 및 제2 결합돌기에 결합되어 고정되는 결합홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
제2항에 있어서, 상기 스테이터 지지체는

스테이터의 중심부 내측으로 돌출된 드럼 세탁기의 터브 결합부와 고정 결합되도록 선단부가 2단 절곡되어 스테이터의 외측으로부터 중심방향으로 연장된 내측 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
제1항에 있어서, 상기 코어는 각각의 외주에 보빈이 형성된 다수의 분할 코어로 이루어지고,

상기 다수의 분할 코어는 각 상별로 코일이 연속적으로 권선되며,

인접된 분할 코어의 보빈은 상호 결합되어 환형으로 분할 코어 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
제2항에 있어서, 상기 스테이터는 더블 로터-단일 스테이터 구조를 갖는 모터에 이용되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
제7항에 있어서, 상기 모터는 드럼세탁기의 바스켓을 직접 구동하기 위한 직결형 구동장치에 이용되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
BLDC 모터용 슬림형 스테이터의 제조방법에 있어서,

다수의 분할 코어를 준비하는 단계와;

상기 다수의 분할 코어 각각의 외주에 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 갖는 다수의 보빈을 일체로 성형하는 단계와;

상기 다수의 보빈 각각의 제1 및 제2 플랜지 사이에 순차적이며 연속적으로 코일을 권선하여 각각 다수의 보빈에 코일이 권선된 다수의 분할 코어로 이루어진 각 상별 코일 조립체를 준비하는 단계와;

코일이 권선된 다수의 분할 스테이터 코어를 각 상별로 교번적으로 배치하고, 인접된 분할 코어의 보빈에 형성된 결합홈과 결합돌기를 상호 결합하여 환형의 분할형 스테이터 코어 조립체를 준비하는 단계와;

상기 환형의 분할형 스테이터 코어 조립체를 준비한 후, 각 상별 단자하우징과 공통단자 하우징이 설치된 터미널 조립홀더를 제1 및 제2 플랜지에 구비된 제1 및 제2 결합돌기에 결합하여 각 상별 단자하우징과 공통단자 하우징을 코일이 권선된 다수의 분할 코어 사이에 배치하는 단계와;

상기 각 상별 단자하우징을 이용하여 각 상별 코일 조립체의 일측 코일단자와 외부 인출용 각 상별 리드선을 연결하고, 공통단자 하우징을 이용하여 각 상별 타측 코일단자를 상호 결선하여 중성점을 형성하는 단계와;

열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 상기 코일단자의 결선이 이루어진 분할형 스테이터 코어 조립체를 환형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 준비하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터의 제조방법.
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다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형되어 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 내측에 배치되는 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 구비한 다수의 보빈에 각 상별로 교번적으로 배치된 각상의 보빈에 각 상별 코일이 연속적으로 권선되어 있고 인접된 분할 코어 보빈 사이에 상기 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 조립된 분할 코어 조립체와;

상기 분할 코어 조립체를 일체화하여 지지하는 스테이터 지지체로 구성되는 스테이터로서,

상기 스테이터는 더블 로터-단일 스테이터 구조를 갖는 모터에 이용되고,

상기 모터는 드럼세탁기의 바스켓을 직접 구동하기 위한 직결형 구동장치에 이용되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.