KR101361315B1 - 비엘디씨 모터 - Google Patents

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KR101361315B1
KR101361315B1 KR1020110089080A KR20110089080A KR101361315B1 KR 101361315 B1 KR101361315 B1 KR 101361315B1 KR 1020110089080 A KR1020110089080 A KR 1020110089080A KR 20110089080 A KR20110089080 A KR 20110089080A KR 101361315 B1 KR101361315 B1 KR 101361315B1
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Abstract

본 발명은 BLDC 모터용 스테이터와 인쇄회로기판 간의 연결 구조를 개선하여 스테이터와 인쇄회로기판 간의 연결이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하면서도 중성점의 처리를 위한 작업이 쉬우면서도 안정적으로 이루어질 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 BLDC 모터에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 스테이터에 설치된 각 상의 코일이 이루는 시작점에는 통전핀이 각각 결합됨과 더불어 상기 각 통전핀은 인쇄회로기판을 관통하면서 전기적으로 연결되고, 상기 스테이터의 각 부위 중 상기 인쇄회로기판과 대향되는 면의 상기 통전핀이 설치되지 않은 부위에는 상기 인쇄회로기판을 관통하면서 상기 인쇄회로기판에 고정되는 복수의 더미핀이 추가적으로 제공됨을 특징으로 하는 BLDC 모터가 제공된다.

Description

비엘디씨 모터{BLDC motor}
본 발명은 BLDC 모터에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 상기 BLDC 모터를 구성하는 스테이터의 안정적인 연결 구조에 관한 것이다.
일반적으로 비엘디씨 모터(BrushLess DC motor, 이하, “BLDC 모터”라 함)는 브러쉬(Brush)에 기초한 기계적 정류 시스템 대신에 전자적으로 제어되는 정류 시스템을 갖고, 직류 전기에 의해 전력을 공급받는 동기 전동기를 말한다.
상기한 BLDC 모터 중 3상 BLDC 모터는 스테이터(stator) 측에 설치되어 있는 3상(3-phase)의 코일(U상, V상, W상)과, 로터(rotor)측에 착자되어 있는 영구 자석 그리고, 상기 고정자와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판을 포함하여 구성된다.
이러한 BLDC 모터는 다양한 분야에 적용되며, 일 예로 차량의 라디에이터 내를 유동하는 냉각수를 냉각시키기 위한 냉각팬의 구동부로 적용되고 있다.
상기 BLDC 모터의 일 예로서, 대한민국 등록특허10-0930011호(발명의 명칭 : ＢＬＤＣ 모터용 스테이터 및 이를 이용한 더블 로터/싱글스테이터 구조의 ＢＬＤＣ 모터)가 제안된 바 있으며, 첨부된 도 1은 상기 BLDC 모터 중 스테이터를 상기한 냉각팬에 적용하는 상태를 도시하고 있다.
즉, 냉각팬을 구성하는 팬 하우징(40)에 인쇄회로기판(20)을 설치하고, 상기 인쇄회로기판(20)에는 스테이터(10)를 설치하며, 도시되지는 않았지만, 상기 스테이터(10)의 외부로 로터를 설치하여 구성된다. 이때, 상기 스테이터(10)를 이루는 3상 코일(12)의 각 시작점은 상기 인쇄회로기판(20)에 전기적으로 연결되어 상기 인쇄회로기판을 통한 전류의 인가가 이루어지도록 구성된다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 BLDC 모터의 스테이터(10)와 인쇄회로기판(20) 간의 연결 구조는 첨부된 도 2와 같이 상기 3상 코일(12)의 각 시작점과 상기 인쇄회로기판(20)과의 연결 부위가 상기 인쇄회로기판(20)의 중심을 기준으로 볼 때 일 측에 집중된 상태이기 때문에 서로 간의 전기적 연결 부위가 안정적이지 못하고 특히, BLDC 모터의 구동시 발생되는 진동으로 인한 서로 간의 전기적 연결 부위가 탈락되는 문제점이 발생되었다.
뿐만 아니라, 상기 BLDC 모터의 구동시에는 코일(12)의 떨림이 발생되지만 전술된 바와 같이 상기 3상 코일(12)의 각 시작점이 상기 인쇄회로기판(20)의 일측편에 집중되면서 연결됨에 따라 상기 인쇄회로기판(20)의 떨림 현상이 더욱 심화되었던 문제점이 발생되었고, 이로 인한 고주파 소음이 발생되었던 문제점을 가진다.
또한, 전술한 바와 같은 종래 기술의 BLDC 모터용 스테이터(10)와 인쇄회로기판(20) 간의 연결 구조는 상기 각 상의 코일(11)이 이루는 끝점들의 중성점(결선 부위)이 고정자 코어(11)의 내부에 위치되도록 구성된다.
하지만, 상기한 바와 같은 구조는 상기한 중성점을 상기 고정자 코어(11) 내부에 위치시키기 위한 작업의 난해함으로 인해 작업성의 악화가 야기되었고, 또한 상기한 중섬점을 형성하기 위한 별도의 용접 작업이 추가로 필요하다는 문제점을 가진다.
이와 함께, 상기 중성점이 상기 고정자 코어(11)의 내부에 위치됨으로 인해 절연 파괴의 가능성이 증가 및 이로 인한 신뢰성의 저하가 야기될 수밖에 없고, 이를 방지하기 위해서는 상기 중성점에 절연 처리 공정이 필요시 되었던 문제점을 추가로 가진다.
본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 BLDC 모터용 스테이터와 인쇄회로기판 간의 연결 구조로 인해 야기되는 각종 문제점을 방지하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 BLDC 모터용 스테이터와 인쇄회로기판 간의 연결 구조를 개선하여 스테이터와 인쇄회로기판 간의 연결이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하면서도 중성점의 처리를 위한 작업이 쉬우면서도 안정적으로 이루어질 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 BLDC 모터를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비엘디씨 모터에 따르면, 복수 상(phase)의 코일이 설치되어 이루어진 스테이터와, 상기 스테이터와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판을 포함하여 구성된 BLDC 모터에 있어서, 상기 스테이터에 설치된 각 상의 코일이 이루는 시작점에는 통전핀이 각각 결합됨과 더불어 상기 각 통전핀은 상기 인쇄회로기판을 관통하면서 전기적으로 연결되고, 상기 스테이터의 각 부위 중 상기 인쇄회로기판과 대향되는 면의 상기 통전핀이 설치되지 않은 부위에는 상기 인쇄회로기판을 관통하면서 상기 인쇄회로기판에 고정되는 복수의 더미핀이 추가적으로 제공됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 각 통전핀과 상기 각 더미핀은 상기 인쇄회로기판의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 부위에서 상기 인쇄회로기판에 각각 연결됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 더미핀은 상기 스테이터에 설치된 각 상의 코일이 이루는 끝점에 각각 결합됨과 더불어 상기 인쇄회로기판을 관통하면서 결합되고, 상기 인쇄회로기판에는 상기 각 더미핀이 결합된 부위 간을 전기적으로 결선하여 중성점을 이루도록 하는 패턴이 인쇄되어 이루어짐을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 BLDC 모터는 각 통전핀 및 각 더미핀의 제공에 의해 스테이터가 인쇄회로기판에 안정적으로 설치된 상태를 유지할 수 있게 된 효과를 가진다.
특히, 상기 각 더미핀은 각 상의 코일의 끝점에 각각 연결됨과 더불어 인쇄회로기판에는 상기 각 더미핀이 결합된 부위 간을 전기적으로 결선하는 패턴이 인쇄됨으로써 각 상의 코일에 대한 중성점이 인쇄회로기판에 생성되고, 이로 인한 중성점의 절연파괴에 대한 문제점을 해결할 수 있게 된 효과를 가진다.
이와 함께, 상기 중성점이 인쇄회로기판에 생성됨으로 인한 절연처리 공정이 불필요하다는 장점 및 중성점의 생성을 위한 작업성의 향상 역시 이룰 수 있다는 효과를 가진다.
도 1은 종래 일반적인 BLDC 모터의 설치 구조를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도
도 2는 종래 일반적인 BLDC 모터의 설치 구조를 설명하기 위해 나타낸 측면도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 모터의 설치 구조를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 모터의 인쇄회로기판이 설치된 상태를 설명하기 위해 나타낸 상태도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 모터의 3상 코일과 인쇄회로기판 간이 통전핀 및 더미핀에 의해 연결되는 상태를 개략적으로 나타낸 회로도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 모터의 설치 구조를 설명하기 위해 나타낸 측면도
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 모터의 설치 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도
이하, 본 발명의 BLDC 모터에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.
첨부된 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 모터를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 모터의 인쇄회로기판이 설치된 상태를 설명하기 위해 나타낸 상태도이다.
이들 도면을 토대로 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터는 스테이터(100)와 인쇄회로기판(200)을 포함하여 구성되며, 특히 본 발명은 상기 스테이터(100)와 상기 인쇄회로기판(200) 간이 통전핀(311,312,313)으로 각각 연결되도록 함과 더불어 복수의 더미핀(321,322,323)에 의해 서로 간의 안정적인 연결 상태가 유지될 수 있도록 함을 특징으로 제시한다.
이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 스테이터(100)는 고정자 코어(110)와, 3상(3-phase)의 코일(120) 및 인슐레이터(130)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 각 상의 코일(120)은 상기 고정자 코어(110)에 각각 권선되면서 3상을 이루도록 구성되며, 상기 고정자 코어(110)는 상기 인슐레이터(130)를 통해 상기 코일(120)과 전기적으로 절연되면서 설치된다.
그리고, 상기 인쇄회로기판(200)은 상기 스테이터(100)와 전기적으로 연결되면서 상기 스테이터(100)를 이루는 각 상의 코일(120)로 전류를 제공하여 그의 동작을 제어하는 역할을 한다. 이때, 상기 인쇄회로기판(200)에는 후술된 각 통전핀(311,312,313) 및 각 더미핀(321,322,323)의 관통 결합을 위한 복수의 관통공(210)이 형성된다.
다음으로, 상기 각 통전핀(311,312,313)은 각 상의 코일(120)과 상기 인쇄회로기판(200)을 전기적으로 연결하는 역할 및 상기 스테이터(100)가 상기 인쇄회로기판(200)에 지지된 상태로 설치되도록 하는 역할을 수행하는 구성이다.
상기 통전핀(311,312,313)은 상기 스테이터(100)를 이루는 각 상의 코일(120)이 이루는 시작점(121)에 각각 결합(예컨대, 납땜 결합)된다. 이와 함께, 상기한 각 통전핀(311,312,313)은 상기 스테이터(100)를 이루는 인슐레이터(130)를 통과하여 인쇄회로기판(200)의 각 관통공(210)을 관통하면서 상기 인쇄회로기판(200)에 인쇄된 패턴(도시는 생략됨)에 전기적으로 연결되도록 구성되어 상기 인쇄회로기판(200)을 통한 제어에 의해 선택적인 전류의 제공이 이루어진다.
이때, 상기 각 통전핀(311,312,313)이 인슐레이터(130)를 통과하도록 구성하는 이유는 상기 통전핀(311,312,313)의 안정적인 지지를 위함이다. 즉, 통전핀(311,312,313)과 코일(120)은 서로 간의 연결 부위에 대한 강성이 부족하고, 이로 인해 상기 통전핀(311,312,313)이 단순히 코일(120)과 연결된 상태로만 인쇄회로기판(200)에 결합하게 되면 상기 통전핀(311,312,313)과 상기 코일(120) 간의 연결 부위가 휘는 등 안정적인 지지 상태로의 유지가 이루어지지 못한다. 따라서, 상기 각 통전핀(311,312,313)은 상대적으로 단단한 재질의 인슐레이터(130)를 통과하도록 설치하여 상기 인슐레이터(130)에 의해 지지될 수 있도록 함이 바람직한 것이다.
그리고, 상기 각 더미핀(321,322,323)은 상기 각 통전핀(311,312,313)을 도와 상기 스테이터(100)가 상기 인쇄회로기판(200)에 안정적인 지지 상태를 유지하면서 설치되도록 하는 역할을 수행하는 구성이다.
상기 더미핀(321,322,323)은 상기 스테이터(100)의 각 부위 중 상기 인쇄회로기판(200)과 대향되는 면에 각각 제공되며, 상기 스테이터(100)를 이루는 인슐레이터(130)를 통과하여 인쇄회로기판(200)의 각 관통공(210)을 관통하면서 상기 인쇄회로기판(200)에 연결되도록 구성된다.
이때, 상기한 각 더미핀(321,322,323)은 상기 스테이터(100)의 각 부위 중 상기 인쇄회로기판(200)과 대향되는 면의 상기 각 통전핀(311,312,313)이 설치되지 않은 부위에 각각 제공되며, 상기 각 통전핀(311,312,313)과 상기 각 더미핀(321,322,323)은 상기 인쇄회로기판(200)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 부위에서 각각 제공됨이 가장 바람직하다.
즉, 상기 각 통전핀(311,312,313)과 상기 각 더미핀(321,322,323) 간을 서로 대칭되는 부위에 각각 제공함으로써 상기 스테이터(100)가 상기 인쇄회로기판(200)의 전 부위에서 균일한 지지력을 받도록 한 것이다. 이는, 첨부된 도 4에 도시한 바와 같다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 스테이터(100)를 이루는 3상 코일(120)의 끝점(122) 간이 결속되는 중성점(neutral point)(220)이 상기 인쇄회로기판(200)에 생성될 수 있도록 함과 동시에 이는 상기 각 더미핀(321,322,323)을 이용함을 그 특징으로 제시한다.
즉, 첨부된 도 5와 같이 상기 각 더미핀(321,322,323)을 상기 스테이터(100)를 이루는 각 상의 코일(120)이 이루는 끝점(122)에 각각 결합(예컨대, 납땜 결합)하고, 상기 인쇄회로기판(200)에는 상기 각 더미핀(321,322,323)이 결합된 부위 간을 전기적으로 결선하여 중성점(220)을 이루도록 하는 패턴(230)을 인쇄하여 구성한 것이다.
따라서, 상기한 3상 코일(120)의 중성점(220)이 인쇄회로기판(200)에 생성됨에 따라 고정자 코어(110) 내부에 중성점이 존재하여 야기되었던 절연 파괴의 문제점이 해소된다.
이와 함께, 상기 중성점(220)을 생성하기 위한 결선 작업 역시 인쇄회로기판(200)에 인쇄된 패턴(230)에 의해 자연히 이루어지기 때문에 간단히 진행될 수 있으며, 상기 중성점(220)에 대한 별도의 절연 처리 공정 역시 수행하지 않아도 된다.
한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터를 이루는 각 구성 중 상기 각 통전핀(311,312,313)과 각 더미핀(321,322,323)은 통전이 가능하면서도 강성을 가지는 금속 재질로 형성함이 바람직하지만, 이에 한정하지는 않는다. 즉, 상기 각 통전핀(311,312,313)과 각 더미핀(321,322,323)은 통전이 가능하면서도 강성을 가지는 비금속 재질(예컨대, 흑연 등)로 형성할 수도 있는 것이다.
하기에서는, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 스테이터(100)를 인쇄회로기판(200)에 결합하는 과정에 대하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 스테이터(100)와 인쇄회로기판(200)을 각각 준비한다.
상기 스테이터(100)는 고정자 코어(110)에 코일(120)을 3상으로 권선하여 형성되며, 이때 상기 3상의 코일(120)이 이루는 시작점(121)에는 통전핀(311,312,313)을 각각 통전 가능하게 연결함과 더불어 상기 3상의 코일(120)이 이루는 끝점(122)에는 더미핀(321,322,323)을 각각 통전 가능하게 연결하고, 상기와 같이 연결된 각 통전핀(311,312,313) 및 각 더미핀(321,322,323)은 인슐레이터(130)를 통과하도록 설치하여 그의 안정적인 고정이 이루어질 수 있도록 구성된다.
이와 함께, 상기 인쇄회로기판(200)에는 3상 코일(120)로의 전류 제공을 위한 패턴이 형성됨과 더불어 중성점(220)의 생성을 위한 패턴(230)이 각각 형성되고, 상기 각 통전핀(311,312,313) 및 각 더미핀(321,322,323)의 관통을 위한 복수의 관통공(210)이 각각 형성된 상태이다.
그리고, 전술한 바와 같이 준비된 인쇄회로기판(200)을 냉각팬을 구성하는 팬 하우징(40)과 같은 장착 대상물에 결합하며, 계속해서 상기 인쇄회로기판(200)에 상기 스테이터(100)를 결합한다.
상기한 스테이터(100)의 결합은 상기 스테이터(100)의 인슐레이터(130)로부터 돌출되는 각 통전핀(311,312,313) 및 각 더미핀(321,322,323)을 상기 인쇄회로기판(200)에 형성된 각 관통공(210)에 일치시켜 관통시킴으로 수행된다.
이후, 상기 각 통전핀(311,312,313) 및 각 더미핀(321,322,323)을 상기 인쇄회로기판(200)에 납땜하여 서로 간이 전기적으로 연결된 상태를 이루면서 고정되도록 함으로써 각 패턴을 통한 전류의 순환이 가능하게 되고, 이러한 과정에 의해 스테이터(100)와 인쇄회로기판(200)에 대한 연결이 완료된다.
그리고, 전술한 바와 같은 스테이터(100)의 고정이 완료되면 로터(도시는 생략됨)를 상기 스테이터(100)에 대하여 회전 가능하게 결합함으로써 BLDC 모터의 조립이 완료된다.
결국, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터는 각 통전핀(311,312,313) 및 각 더미핀(321,322,323)의 제공에 의해 스테이터(100)가 인쇄회로기판(200)에 안정적으로 설치된 상태를 유지할 수 있다.
특히, 상기 각 더미핀(321,322,323)은 각 상의 코일(120)의 끝점(122)에 각각 연결됨과 더불어 인쇄회로기판(200)에는 상기 각 더미핀(321,322,323)이 결합된 부위 간을 전기적으로 결선하는 패턴(230)이 인쇄됨으로써 각 상의 코일(120)에 대한 중성점(220)이 인쇄회로기판(200)에 생성되고, 이로 인한 중성점(220)의 절연파괴에 대한 문제점을 해결할 수 있게 된다.
더욱이, 상기 중성점이 인쇄회로기판(200)에 생성됨으로 인해 상기 중성점(220)과 코일(120) 간의 절연처리 공정이 불필요하다는 장점 및 중성점(220)의 생성을 위한 작업성의 향상 역시 이룰 수 있다.
한편, 전술된 본 발명의 실시예에서는 상기 스테이터(100)의 코일(120)이 3상으로 권선되어 이루어짐을 그 예로 제시하였지만, 반드에 이에 한정되지는 않으며 3 이상의 상(phase)으로 이루어진 구조에도 그 적용이 가능하다.
100. 스테이터 110. 고정자 코어
120. 코일 121. 시작점
122. 끝점 130. 인슐레이터
200. 인쇄회로기판 210. 관통공
220. 중성점 230. 패턴
311,312,313. 통전핀 321,322,323. 더미핀

Claims (3)

  1. 복수 상(phase)의 코일이 설치되어 이루어진 스테이터(100)와, 상기 스테이터(100)와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판(200)을 포함하여 구성된 비엘디씨 모터에 있어서,
    상기 스테이터(100)는
    각각의 코일(120)이 이루는 시작점(121)에 연결되며 상기 인쇄회로기판(200)을 관통하면서 전기적으로 연결되는 통전핀(311,312,313)과,
    상기코일(120)의 끝점(122)에 각각 결합되며 상기 인쇄회로기판(200)과 대향되는 면의 상기 통전핀(311,312,313)이 설치되지 않은 부위에 위치되고 상기 인쇄회로기판(200)을 관통하면서 상기 인쇄회로기판(200)에 고정되는 복수의 더미핀(321,322,323)을 포함하며,
    상기 인쇄회로기판(200)에는 상기 각 더미핀(321,322,323)이 결합된 부위 간을 전기적으로 결선하여 중성점(220)을 이루도록 하는 패턴(230)이 인쇄되는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 통전핀(311,312,313)과 상기 각 더미핀(321,322,323)은 상기 인쇄회로기판(200)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 부위에서 상기 인쇄회로기판(200)에 각각 연결됨을 특징으로 하는 비엘디씨 모터.
  3. 삭제
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