KR101279513B1

KR101279513B1 - 비엘디시 모터 및 이를 구비한 세탁기

Info

Publication number: KR101279513B1
Application number: KR1020070001070A
Authority: KR
Inventors: 오승석; 심장호; 민병욱
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-01-04
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2013-06-28
Also published as: US20100038985A1; WO2008082057A1; KR20080064315A; EP2102967A4; EP2102967A1

Abstract

본 발명은 비엘디시 모터 및 이를 구비한 세탁기에 관한 것으로서, 스테이터와; 상기 스테이터에 대해 공극을 두고 회전가능하게 배치되고, 상기 공극의 자속밀도가 자극의 중심에서 높고 상기 자극의 양측으로 향할수록 점진적으로 낮아지게 착자되는 영구자석을 구비한 로터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 소음 및 진동을 저감할 수 있고 제조 비용을 저감할 수 있으며 제작을 용이하게 할 수 있다.

Description

비엘디시 모터 및 이를 구비한 세탁기{BRUSHLESS DC MOTOR AND WASHING MACHINE HAVING THE SAME}

도 1은 종래의 세탁기의 단면도,

도 2는 도 1의 구동모터의 분리사시도,

도 3은 도 1의 구동모터의 플럭스의 분포를 도시한 도면,

도 4는 도 1의 구동모터의 착자방법을 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비엘디시 모터를 구비한 세탁기의 단면도,

도 6은 도 5의 구동모터의 분리사시도,

도 7은 도 5의 스테이터코어의 제작방법을 설명하기 위한 사시도,

도 8은 도 5의 영구자석의 착자방법을 설명하기 위한 도면,

도 9 및 도 10은 각각 도 5의 영구자석의 착자방법을 설명하기 위한 참고도,

도 11은 도 5의 구동모터의 토크와 종래의 구동모터의 토크프로파일을 비교 도시한 도면,

도 12는 도 5의 구동모터와 종래의 구동모터의 코깅토크 프로파일을 비교 도시한 도면,

도 13은 도 5의 구동모터와 종래의 구동모터의 소음을 비교 도시한 도면이 다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 캐비넷 120 : 외조

130 : 회전조 131 : 회전축

140 : 구동모터 141 : 스테이터

143 : 스테이터코어 153 : 스테이터코일

161 : 로터 163 : 영구자석

165 : 프레임 167 : 자석지지부

169 : 허브 174 : 로드

본 발명은, 비엘디시 모터 및 이를 구비한 세탁기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 공극의 자속밀도가 자극의 중심부에서 높고 양 측으로 향할수록 점진적으로 낮아지게 하여 소음 및 진동을 저감시킬 수 있도록 한 비엘디시 모터 및 이를 구비한 세탁기에 관한 것이다.

도 1은 종래의 세탁기의 단면도이고, 도 2는 도 1의 구동모터의 분리사시도이고, 도 3은 도 1의 구동모터의 플럭스의 분포를 도시한 도면이며, 도 4는 도 1의 구동모터의 착자방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 세탁기는, 캐비넷(10)과, 상기 캐비넷(10)의 내부에 설치되는 외조(20)와, 상기 외 조(20)의 내부에 회전가능하게 설치되는 회전조(30)와, 상기 회전조(30)를 회전시키는 구동모터(40)를 구비하고 있다.

상기 캐비넷(10)의 전면에는 개구(12) 및 도어(14)가 구비되어 있으며, 상기 캐비넷(10)의 내부에는 스프링(22) 및 댐퍼(24)에 의해 외조(20)가 지지되어 있다. 상기 외조(20)의 내부에는 상기 회전조(30)가 회전 가능하게 설치되어 있으며, 상기 외조(20)의 저부에는 배수펌프(27)를 구비한 배수유로(25)가 형성되어 있다. 상기 외조(20)의 후방 단부에는 상기 회전조(30)를 회전시킬 수 있도록 구동모터(40)가 설치되어 있다.

상기 구동모터(40)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 외조(20)에 고정 설치되는 스테이터(41)와, 상기 스테이터(41)와 소정의 공극(air gap)을 두고 회전가능하게 배치되는 로터(51)와, 상기 로터(51)의 회전위치를 검출하는 로터위치검출부(65)를 구비하는 비엘디시 모터의 형태로 구현된다.

상기 스테이터(41)는, 외면에 외측으로 돌출된 복수의 티스를 구비한 스테이터코어(43)와, 상기 스테이터코어(43)에 권선되는 스테이터코일(44)을 구비한다. 상기 스테이터코어(43)의 일 측에는 상기 로터(51)의 회전 위치를 검출할 수 있도록 홀센서의 형태로 구현되는 로터위치검출부(65)가 마련되어 있다.

상기 로터(51)는, 상기 스테이터(41)의 외측에 회전가능하게 배치되는 프레임(53)과, 상기 프레임(53)의 내면에 배치되는 영구자석(63)을 구비하고 있다.

한편, 프레임(53)은 일 측이 개방된 원통 형상을 가지며, 중앙에는 회전조(30)의 회전축(31)이 회전가능하게 결합되어 있다. 상기 프레임(53)의 중앙에는 회전축(31)이 결합될 수 있도록 축결합부(54)가 형성되어 있으며, 상기 축결합부(54)의 주변에는 공기의 유동 촉진을 위한 블레이드(55)가 형성되어 있다. 상기 프레임(53)의 원통부의 내면에는 원형 고리 형상 또는 복수의 세그먼트로 구성되는 영구자석(63)이 일체로 회전가능하게 결합되어 있다. 상기 영구자석(63)은 원주방향을 따라 서로 다른 자극이 교호적으로 배치되도록 착자되어 있다.

그런데, 이러한 종래의 세탁기에 있어서는, 구동모터(40)는 스테이터(41)의 외측에 로터(51)가 회전가능하게 배치되는 소위 외전형 모터의 형태로 되어 있어, 스테이터코어(41)의 제작 시 코어 재료 비용의 절감을 꾀할 수 있는 스파이럴코어의 적용이 곤란하게 되는 문제점이 있다.

또한, 로터(51)의 프레임(53)은 얇은 강판을 프레스 등의 방법으로 통형상을 가지도록 제작되고 있어 강성이 약하며 크기가 상대적으로 크기 때문에 진동 및 소음이 증가하게 되는 문제점이 있다.

또한, 로터(51)의 프레임(53)이 스테이터(41)를 둘러 싸는 구조로 되어 있어 프레임(53)에 스테이터(41)의 냉각을 위한 블레이드(55)를 형성하게 되는 데, 이에 의해 진동 및 소음이 더욱 증가하게 된다고 하는 문제점이 있다.

그리고, 상기 영구자석(63)은 도 4에 도시된 바와 같이, 구형 단부(72a)를 가지는 착자요크(71)와 원형의 백요크(73) 사이에 배치되어 착자가 이루어진다. 이에 따라, 각 자극에서의 자속밀도가 각 자극의 중심부와 주변부가 거의 일정하게 분포되며, 이에 기인하여 자기력이 급격하게 변화하게 되어 코깅토크(cogging torque)가 증가되며, 그 결과로 소음 및 진동이 증가하게 된다고 하는 문제점이 있 다.

따라서, 본 발명은, 소음 및 진동을 저감할 수 있는 비엘디시 모터 및 이를 구비한 세탁기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 영구자석의 자속밀도가 자극의 중심부에서 높고 양 측으로 향할수록 점진적으로 낮아지게 함으로써 제조비용을 저감할 수 있고 제작을 용이하게 할 수 있는 비엘디시 모터 및 이를 구비한 세탁기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 스테이터와; 상기 스테이터에 대해 공극을 두고 회전가능하게 배치되고, 상기 공극의 자속밀도가 자극의 중심에서 높고 상기 자극의 양측으로 향할수록 점진적으로 낮아지게 착자되는 영구자석을 구비한 로터를 포함하는 비엘디시 모터를 제공한다.

여기서, 상기 로터는, 외면에 상기 영구자석이 결합되는 자석지지부와, 상기 자석지지부의 중앙에 동심적으로 배치되는 허브와, 상기 자석지지부와 상기 허브를 연결하는 복수의 로드를 구비하여 일체로 형성되는 프레임을 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 스테이터는, 두께방향을 따라 나선형으로 연속적으로 적층되는 스테이터코어를 포함하도록 구성하는 것이 효과적이다.

상기 영구자석은 원주방향을 따라 서로 다른 자극을 가지고 교호적으로 배 치되는 복수의 세그먼트로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 영구자석은 링형상으로 형성되고 둘레방향을 따라 서로 다른 자극이 교호적으로 배치되는 것이 효과적이다.

한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 캐비넷과; 상기 캐비넷의 내부에 배치되는 외조와; 상기 외조의 내부에 회전가능하게 배치되는 회전조와; 상기 회전조를 회전시키는 상기 비엘디시 모터를 포함하는 세탁기가 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비엘디시 모터를 구비한 세탁기의 단면도이고, 도 6은 도 5의 구동모터의 분리사시도이며, 도 7은 도 5의 스테이터코어의 제작방법을 설명하기 위한 사시도이고, 도 8은 도 5의 영구자석의 착자방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 9 및 도 10은 각각 도 5의 영구자석의 착자방법을 설명하기 위한 참고도이고, 도 11은 도 5의 구동모터의 토크와 종래의 구동모터의 토크프로파일을 비교 도시한 도면이며, 도 12는 도 5의 구동모터와 종래의 구동모터의 코깅토크 프로파일을 비교 도시한 도면이고, 도 13은 도 5의 구동모터와 종래의 구동모터의 소음을 비교 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 비엘디시 모터를 구비한 세탁기는, 캐비넷(110)과, 상기 캐비넷(110)의 내부에 배치되는 외조(120)와, 상기 외조(120)의 내부에 회전가능하게 배치되는 회전조(130)와, 공극의 자속밀도가 정현파 형상을 가지며 상기 회전조(130)를 회전시키는 구동모터(140)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 캐비넷(110)의 전면에는 개구(112)가 형성되어 있으며, 상기 개구(112) 의 일 측에는 도어(114)가 구비되어 있다. 상기 캐비넷(110)의 내부에는 세탁용수를 수용하는 외조(120)가 스프링(122) 및 댐퍼(124)에 의해 지지되어 있으며, 상기 외조(120)의 내부에는 회전조(130)가 회전가능하게 설치되어 있다. 상기 외조(120)의 저부에는 배수펌프(127)가 구비된 배수유로(125)가 형성되어 있으며, 상기 외조(120)의 후방 단부에는 상기 구동모터(140)가 설치되어 있다.

상기 구동모터(140)는, 스테이터(141)와, 상기 스테이터(141)에 대해 공극을 두고 회전가능하게 배치되고 상기 공극의 자속밀도의 파형이 정현파 형상을 가지도록 착자되는 영구자석(163)을 구비한 로터(161)와, 상기 로터(161)의 회전 위치를 검출하는 로터위치검출부(171)를 포함한 비엘디시 모터의 형태로 구현되어 있다. 여기서, 공극의 자속밀도(radial magnetic flux density)가 정현파 형상을 가진다 함은 각 자극의 중심에서 자속밀도가 높고 각 자극의 양 측(또는 자극의 경계영역)으로 향할수록 자속밀도가 점진적으로 낮아지는 것을 의미한다. 이에 의해 소음 및 진동의 원인이 되는 고조파성분을 저감할 수 있다. 또한, 자기력의 급격한 변화를 없앨 수 있어 소음 및 진동의 원인이 되는 코깅토크를 저감할 수 있다.

상기 스테이터(141)는, 원주방향을 따라 서로 이격된 복수의 티스(147)를 구비한 스테이터코어(143)와, 상기 스테이터코어(143)에 권선되는 스테이터코일(153)을 구비하고 있다. 상기 스테이터코어(143)는 도 7에 도시된 바와 같이, 긴 띠 형상의 요크(145)와, 상기 요크(145)의 일 측으로 돌출되고 소정의 피치(pitch)로 이격된 복수의 티스(147)를 구비하여 두께방향을 따라 나선형으로 연속적으로 권회되는 소위 스파이럴(spiral)코어로 구성되어 있다.

한편, 상기 로터(161)는, 영구자석(163)과, 외면에 상기 영구자석(163)이 결합되는 프레임(165)을 포함하여 구성되어 있다. 상기 프레임(165)은, 외면에 상기 영구자석(163)이 결합 지지될 수 있도록 원통 형상을 가지는 자석지지부(167)와, 상기 자석지지부(167)의 중앙에 동심적으로 배치되는 허브(169)와, 상기 자석지지부(167)와 상기 허브(169)를 연결하는 복수의 로드(174)가 일체로 된 소위 솔리드 타입(solid type)으로 형성되어 있다. 이에 의해, 기계적인 강성을 향상시킬 수 있어 소음 및 진동을 저감할 수 있다. 상기 허브(169)에는 축지지부(172)가 복수의 스크류(173)에 의해 결합될 수 있게 복수의 관통공(170)이 형성되어 있다. 상기 축지지부(172)에는 암나사부(175)가 형성되어 있으며, 중앙에는 상기 회전조(130)의 회전축(131)이 결합될 수 있도록 축결합부(176)가 형성되어 있다.

상기 영구자석(163)은 원주방향을 따라 서로 다른 자극이 서로 교호적으로 배치되게 착자되어 있다. 상기 영구자석(163)은 등방성(isotropic) 자석, 예를 들면, 네오디뮴(Nd) 본드 자석의 형태로 자속밀도가 정현파 형상을 가지도록 구현되어 있다. 여기서, 상기 영구자석(163)은 원형 고리 형상을 가지거나, 원주를 복수로 분할한 원호형상을 가지는 복수의 세그먼트(segment)로 구성하여 각 세그먼트를 동일 원주상에 배치되게 구성할 수도 있다.

상기 영구자석(163)은, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 네오디뮴 본드 자석(163)의 일 측에 호형의 단부(182a)를 가지는 착자요크(magnetizing yoke)(181)를 배치하여 순간적으로 고전압을 인가하여 착자를 시킴으로써, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 자속밀도가 정현파 형상을 가지도록 구현할 수 있다.

또한, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 네오디뮴 본드 자석(163)의 일 측에 구형 단부(184a)를 가지는 착자요크(183)를 배치하고, 네오디뮴 본드 자석(163)을 사이에 두고 타 측에 호형 단부(186a)를 가지는 백요크(185)를 배치하여 착자를 실시함으로써 상기 네오디뮴 본드 자석(163)이 정현파 형상의 자속밀도를 가지도록 구성할 수도 있다.

그리고, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 네오디뮴 본드 자석(163)의 일 측에 호형 단부(182a)를 가지는 착자요크(181)를 배치하고, 타 측에 호형 단부(186a)를 가지는 백요크(185)를 배치하여 착자를 실시할 수도 있다.

상술한 바와 같은 영구자석(163)을 구비한 본 구동모터(140)는 도 11에 도시된 바와 같이, 사인(sine)파 형상의 토크 프로파일(191)을 가지는 종래의 구동모터에 비해 평활화되어 거의 직선에 가까운 토크 프로파일(192)을 가지며, 코깅 토크 또한 편차가 큰 코깅토크 프로파일(193)을 가지는 종래의 구동모터에 비해 도 12에 도시된 바와 같이, 편차가 현저하게 감소된 코깅토크 프로파일(194)을 가진다.

또한, 본 구동모터(140)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 점선(197)으로 도시된 종래의 구동모터에 비해 실선(198)으로 도시된 바와 같이, 동일한 회전속도에서 전반적으로 10 dBA 이상 소음이 저감됨을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 공극의 자속밀도가 정현파 형상을 가지는 영구자석을 구비하도록 함으로써 진동 및 소음을 저감할 수 있는 비엘디시 모터 및 이를 구비한 세탁기가 제공된다.

또한, 영구자석의 자속밀도가 정현파 형상을 가지도록 함으로써 영구자석을 착자후 원호형상으로 가공하는 것에 비해 제작을 용이하게 할 수 있고 제조비용을 저감할 수 있다.

또한, 스테이터의 내부에 회전되는 로터를 배치함으로써 스테이터코어의 제작 시 스파이럴 코어를 적용할 수 있어 재료비를 저감시킬 수 있고 제작을 용이하게 할 수 있다.

또한, 스테이터의 내부에서 로터가 회전되도록 구성함으로써, 로터의 크기를 줄일 수 있고 동심도 및 진원도에 유리한 구조로 변경이 가능하고 기계적인 강성을 향상시킬 수 있으며, 로터의 프레임이 스테이터를 감싸지 아니하므로 소음 및 진동을 증가시키는 블레이드의 사용을 배제할 수 있어, 전반적으로 구동시 발생되는 진동 및 소음을 줄일 수 있다.

Claims

스테이터; 및

상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터;를 포함하고,

상기 로터는, 상기 스테이터에 대해 공극을 두고 배치되고, 원형 고리 형상 또는 원주를 복수로 분할한 원호 형상을 구비하여 동일 원주상에 배치되는 복수의 세그먼트를 구비한 영구자석을 구비하고,

상기 영구자석은 상기 공극의 자속밀도가 자극의 중심에서 높고 상기 자극의 양측으로 향할수록 점진적으로 낮아지게 착자되는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터.
제1항에 있어서,

상기 로터는, 외면에 상기 영구자석이 결합되는 자석지지부와, 상기 자석지지부의 중앙에 동심적으로 배치되는 허브와, 상기 자석지지부와 상기 허브를 연결하는 복수의 로드를 구비하여 일체로 형성되는 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터.
제1항에 있어서,

상기 스테이터는, 두께방향을 따라 나선형으로 연속적으로 적층되는 스테이터코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터.
제1항에 있어서,

상기 영구자석은 상기 복수의 세그먼트를 구비하게 구성되고, 상기 복수의 세그먼트는 원주방향을 따라 서로 다른 자극을 가지게 교호적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터.
제1항에 있어서,

상기 영구자석은 상기 원형 고리 형상으로 형성되고, 둘레방향을 따라 서로 다른 자극이 교호적으로 배치되게 착자되는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터.
캐비넷과;

상기 캐비넷의 내부에 배치되는 외조와;

상기 외조의 내부에 회전가능하게 배치되는 회전조와;

상기 회전조를 회전시키는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 비엘디시 모터를 포함하는 세탁기.