KR101482939B1 - Bldc모터의 홀센서 체결구조 - Google Patents

Bldc모터의 홀센서 체결구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터하우징(10)과; 상기 모터하우징(10)의 내부에 구비되어, 전자기에 의해 고속으로 회전되는 로터(18)와; 전류 인입을 위한 코일이 권선되는 다수의 고정자 슬롯(16)과; 상기 고정자 슬롯(16)의 내부에 삽입되어, 절연 기능을 수행하는 인슐레이터(22)와; 이웃하는 고정자 슬롯(16) 사이에 위치하여 상기 로터(18)의 위치를 감지하기 위한 홀센서(42)가 설치되는 홀센서기판(40)을 포함하며; 상기 홀센서기판(40)의 외주면을 따라 돌출되게 형성되며, 상기 인슐레이터(22)의 내부로 삽입되어 상기 홀센서기판(40)을 고정하는 고정돌기(44)와; 상기 홀센서기판(40)의 원주방향을 따라 구비되며, 상기 인슐레이터(22)에 관통 형성되어 상기 고정돌기(44)가 체결되어 고정되는 결합홈부(32)와; 상기 결합홈부(32)의 양측면에 돌출되게 형성되며, 상기 결합홈부(32)의 내부에 삽입된 상기 고정돌기(44)가 외부로 이탈되는 것을 방지하는 걸림돌기(34);를 포함하는 BLDC모터의 홀센서 체결구조에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 인슐레이터의 상측에 다수개의 결합홈부가 형성되며, 상기 결합홈부의 내부에 고정돌기가 삽입되어 홀센서기판이 상기 인슐레이터에 견고하게 고정되도록 구성된다.
따라서, 홀센서의 위치가 안착되는 위치의 정밀도 및 홀센서기판이 고정자에 안착되는 위치의 정밀도에 따른 홀센서 출력상의 불량 요인을 제거할 수 있으므로 모터의 품질 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 결합홈부의 내부에 걸림돌기가 홀센서기판의 고정돌기가 외부로 이탈되는 것이 방지되며, 모터의 진동에 의해 홀센서기판이 탈거되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인한 모터의 고장 및 불량이 예방되는 효과가 있다.

Description

BLDC모터의 홀센서 체결구조{Hall Sensor Fastening Structure of BLDC Motor}
본 발명은 BLDC모터의 홀센서 체결구조에 관한 것으로, 인슐레이터에 홀센서기판을 고정시키며, 손쉽게 착탈 가능하게 설치하여 조립시 작업자에 따라 홀센서기판의 부착 위치가 일정하게 유지되며 구동시 진동에 의한 영향으로 홀센서의 위치가 변화되는 것을 방지하는 BLDC모터의 홀센서 체결구조에 관한 것이다.
일반적으로, 모터라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용된다.
다양한 모터 중에서 BLDC모터(Brushless DC Motor)는 로터에 계자, 스테이터에 전기자 권선을 설치하고, 홀센서(hall sensor), 포토 다이오드(photo diode)를 이용하여 권선의 전류방향을 결정함으로써 브러쉬형의 모터와 같은 특성을 갖도록 한 모터로서, 일반적인 유도전동기나 AC 모터가 전류의 방향 전환을 위해 3상 또는 4상 인버터를 이용하고 있는 것과는 달리 내부드라이브에서 손쉽게 방향전환이 가능하고, 저속 및 고속에서 토오크가 비교적 높으며, 고속회전이 가능하고, 무접점의 반도체 소자로 코일의 전류를 드라이브할 수 있어 그 수명이 매우 길뿐만 아니라 소음과 전자적인 잡음을 거의 발생시키지 않으며, 모터 드라이브 회로 자체에서 직접 속도 조절을 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 특히, BLDC 모터는 최근에 홀센서의 신뢰도가 향상되면서 매우 여러가지의 형태로 개발되고 있다.
이러한 홀센서를 고정하기 위한 구조로 대한민국 공개특허공보 10-2008-0081412에 관련 기술 내용이 개시되어 있다.
상기와 같은 구조에서는 단일 또는 일측에 홀센서 장착구조에서는 적용이 가능하나, 홀센서의 센싱 능력을 향상시키기 위해 다수의 홀센서를 이용한 센싱구조에서는 적용이 어려운 단점이 있다.
또한, 센서장착수단이 별도로 구성되어야 하며, 상기 센서장착수단을 고정하기 위한 후크 및 고정돌기가 인슐레이터에 형성되어야 하므로 제작 공정이 복잡해지고, 작업공정이 증가하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2008-0081412
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 홀센서기판에 다수의 걸림돌기가 형성되어 인슐레이터에 결합홈부가 형성되어 사용자의 간단한 조작으로 손쉽게 홀센서기판을 정확한 위치에 결합할 수 있는 BLDC모터의 홀센서 체결구조를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 BLDC모터의 홀센서 체결구조는, 모터하우징과, 상기 모터하우징의 내부에 구비되어 전자기에 의해 고속으로 회전되는 로터와, 전류 인입을 위한 코일이 권선되는 다수의 고정자 슬롯과, 상기 고정자 슬롯의 내부에 삽입되어 절연 기능을 수행하는 인슐레이터와, 이웃하는 고정자 슬롯 사이에 위치하여 상기 로터의 위치를 감지하기 위한 홀센서가 설치되는 홀센서기판을 포함하며, 상기 홀센서기판의 외주면을 따라 돌출되게 형성되며, 상기 인슐레이터의 내부로 삽입되어 상기 홀센서기판을 고정하는 고정돌기와, 상기 홀센서기판의 원주방향을 따라 구비되며, 상기 인슐레이터에 관통 형성되어 상기 고정돌기가 체결되어 고정되는 결합홈부와, 상기 결합홈부의 양측면에 돌출되게 형성되며, 상기 결합홈부의 내부에 삽입된 상기 고정돌기가 외부로 이탈되는 것을 방지하는 걸림돌기를 포함한다.
상기 걸림돌기는, 원호 형상을 가지며, 탄성재질로 이루어져 상기 고정돌기의 장착시 탄성 변형된다.
상기 고정돌기는, 상기 홀센서기판의 외주면을 따라 방사상으로 돌출 형성되며, 상기 홀센서기판에 일정한 간격으로 다수개가 구비된다.
상기 홀센서기판의 일측에는, 상기 고정자 슬롯의 코일 온도를 감지하는 온도센서가 더 구비되며, 상기 온도센서의 일측에 연결되며, 상기 고정자 슬롯의 내부로 연장되어 온도를 측정하는 온도감지선을 더 포함한다.
상기 온도센서는, 상기 고정자 슬롯에 감겨진 코일과 접촉되어 코일의 온도를 감지하는 접촉식 온도센서가 설치됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 BLDC모터의 홀센서 체결구조는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은, 인슐레이터의 상측에 다수개의 결합홈부가 형성되며, 상기 결합홈부의 내부에 고정돌기가 삽입되어 홀센서기판이 상기 인슐레이터에 견고하게 고정되도록 구성된다.
따라서, 홀센서의 위치가 안착되는 위치의 정밀도 및 홀센서기판이 고정자에 안착되는 위치의 정밀도에 따른 홀센서 출력상의 불량 요인을 제거할 수 있으므로 모터의 품질 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 결합홈부의 내부에 걸림돌기가 홀센서기판의 고정돌기가 외부로 이탈되는 것이 방지되며, 모터의 진동에 의해 홀센서기판이 탈거되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인한 모터의 고장 및 불량이 예방되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 BLDC모터 어셈블리의 바람직한 실시예의 구성을 보인 분해사시도.
도 2는 본 발명에 의한 BLDC모터 어셈불리의 바람직한 실시예의 구성을 보인 분해도.
도 3은 본 발명 실시예를 구성하는 인슐레이터의 결합홈부에 고정돌기가 삽입된 상태를 나타내는 확대도.
도 4는 본 발명 다른 실시예를 구성하는 결합홈부와 고정돌기의 구성을 보인 분해도.
도 5는 본 발명 다른 실시예를 구성하는 인슐레이터의 결합홈부와 고정돌기가 삽입된 상태를 나타내는 확대도.
이하 본 발명에 의한 BLDC모터의 홀센서 체결구조의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명에 의한 BLDC모터 어셈블리의 바람직한 실시예의 구성을 보인 분해사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의한 BLDC모터 어셈불리의 바람직한 실시예의 구성을 보인 분해도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명 실시예를 구성하는 인슐레이터의 결합홈부에 고정돌기가 삽입된 상태를 나타내는 확대도가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 BLDC모터의 홀센서 체결구조는, 모터하우징(10)과, 전류 인입을 위한 코일이 권선되는 다수의 고정자 슬롯(16)과, 상기 코일과 고정자 슬롯 사이에 게지되어 절연 기능을 수행하는 인슐레이터(22)와, 이웃하는 고정자 슬롯 사이에 위치하여 상기 회전자 마그넷의 위치를 감지하기 위한 홀센서(42)가 설치되는 홀센서기판(40)을 포함하며, 상기 홀센서기판(40)의 외주면을 따라 돌출되게 형성되며, 상기 인슐레이터(22)의 내부로 삽입되어 상기 홀센서기판(40)을 고정하는 고정돌기(44)와, 상기 홀센서기판(40)의 원주방향을 따라 구비되며 상기 인슐레이터(22)에 관통 형성되어 상기 고정돌기가 체결되어 고정되는 결합홈부(32)와, 상기 결합홈부(32)의 양측면에 돌출되게 형성되어 상기 결합홈부(32)의 내부에 삽입된 상기 고정돌기(44)가 외부로 이탈되는 것을 방지하는 걸림돌기(34) 등으로 이루어진다.
BLDC모터는 모터하우징(10) 내주면에 고정됨과 아울러 코일이 권선되는 스테이터(12)와, 스테이터(12) 내측에 설치됨과 아울러 마그네트가 고정되는 로터(18)와, 마그네트의 자력을 센싱하는 홀센서(42)가 부착되는 홀센서기판(40) 등으로 이루어진다.
상기 스테이터(12)는 박판의 규소 강판을 다수로 적층함으로써 형성되고, 다수의 투스(14)가 내주면을 따라 일정 간격으로 마련되며, 투스(14)와 함께 투스에 의해 형성되는 고정자 슬롯(16)을 코일로부터 절연시키기 위하여 후술할 인슐레이터(22)가 설치되고, 내부에 로터(18)가 공극을 두고서 회전 가능하게 설치된다.
상기 로터(18)는 상기 스테이터(12)와 마찬가지로 다수의 규소 강판을 적층함으로써 원주형상으로 형성되고, 중심에 회전축(20)이 관통하여 고정되며, 스테이터(12)에 권선된 코일에서 발생되는 자기장과의 상호작용에 의해 토오크를 발생시키는 마그네트(미도시)가 외주면을 따라 일정 간격으로 삽입 고정된다.
상기 인슐레이터(22)는 스테이터(12)의 상측과 하측에 각각 장착되는 상부인슐레이터(24) 및 하부인슐레이터(26)로 이루어지고, 상기 스테이터(12)의 투스(14) 외주면을 감싸는 투스절연부(28)가 다수로 형성되며, 상측면과 하측면에 투스절연부(28)에 권선됨으로써 투스(14)에 위치하는 코일의 권선을 가이드하는 권선가이드(30)가 원형으로 배열되도록 다수로 형성된다.
상기 권선가이드(30)의 상측에는 결합홈부(32)가 형성된다. 상기 결합홈부(32)는, 도 2와 같이, 상기 권선가이드(30)에 대략 직사각형 형상을 가지며, 상기 권선가이드(30)의 상측에 전후로 관통되게 형성된다. 상기 결합홈부(32)의 내부에는 후술할 고정돌기(44)가 삽입되어 고정된다.
상기 결합홈부(32)의 양측면에는 걸림돌기(34)가 각각 형성된다. 상기 걸림돌기(34)는 반원 형상을 가지며, 상기 결합홈부(32)의 내측 방향으로 돌출되게 형성된다. 상기 걸림돌기(34)는 후술할 고정돌기(44)가 상기 결합홈부(32)의 하단에 삽입되는 경우, 진동 또는 충격에 의해 상기 고정돌기(44)가 상기 결합홈부(32)에서 이탈되는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 상기 걸림돌기(34)는 후술할 고정돌기(44)에 상부 방향으로 일정 이상의 탈거력이 가해지는 경우, 탄성 변형되어 상기 고정돌기(44)가 외부로 탈거되도록 한다.
즉, 상기 걸림돌기(34)는 후술할 고정돌기(44)가 상기 결합홈부(32)의 내부에 장착된 상태에서 진동 또는 충격에 의해 고정돌기(44)가 이탈되는 것을 방지하고, 모터의 고장 및 파손에 의해 사용자가 후술할 홀센서기판(40)을 분리해야 할 때에는 일정 이상의 탈거력이 가해지는 경우 손쉽게 분리할 수 있도록 한다.
상기 권선가이드(30)의 내부에는 홀센서기판(40)이 설치된다. 상기 홀센서기판(40)은 일반적인 PCB기판으로 자세한 설명은 생략한다. 상기 홀센서기판(40)은 원판 형상으로 형성되며, 중앙에 회전축(20)이 관통 설치되도록 관통홀(41)이 형성된다. 상기 관통홀(41)은 내부에는 상기 회전축(20)이 삽입되어 고정된다.
상기 홀센서기판(40)은 하부면에는 다수개의 홀센서(42)가 일정한 간격으로 상기 로터(18)의 외주면을 따라 마련되는 마그네트(미도시)의 자력을 센싱함으로써 상기 로터(18)의 위치, 즉, 상기 로터(18)에 마련되는 마그네트의 자극 위치를 검출하고, 모터의 구동을 제어하는 콘트롤러(미도시)가 마그네트의 자극 배열에 맞도록 코일에 특정 방향의 전류를 흘려주게 되며, 신호를 콘트롤러(미도시)로 출력하기 위하여 플렉시블 PCB타입 또는 피복에 의해 절연되는 구리선 등과 같은 케이블(미도시)을 가진다.
상기 홀센서기판(40)의 외주면에는 고정돌기(44)가 형성된다. 상기 고정돌기(44)는 상기 홀센서기판(40)의 방사상으로 돌출되며, 다수개가 일정한 간격으로 형성된다. 상기 고정돌기(44)는 상기 결합홈부(32)의 내부에 삽입되어 상기 홀센서기판(40)이 상기 권선가이드(30)에 견고하게 고정된다.
구체적으로 살펴보면, 도 3과 같이, 상기 홀센서기판(40)의 고정돌기(44)는 상기 결합홈부(32)를 따라 하부방향으로 삽입되며, 사용자가 상기 홀센서기판(40) 강제 압입하여 상기 걸림돌기(34)의 하부방향으로 이동시켜 상기 홀센서기판(40)의 견고한 고정이 이루어진다.
상기 홀센서기판(40)의 하부면에는 온도센서(46)가 설치된다. 상기 온도센서(46)는 일반적인 비접속 온도센서와 접촉식 온도센서가 적용될 수 있으며 , 여기서는 온도의 감지성능을 향상시키기 위해 접촉식 온도센서를 적용하기로 한다. 상기 온도센서(46)은 일반적인 접촉식 온도센서로 자세한 설명은 생략한다. 상기 온도센서(46)는 후술할 온도감지선(48)에 의해 감지된 온도값을 컨트롤부(미도시)에 전달하는 역할을 한다.
상기 온도센서(46)의 하부면에는 온도감지선(48)이 설치된다. 상기 온도감지선(48)은 일반적인 열전대로 자세한 설명은 생략한다. 상기 온도감지선(48)의 일단은 상기 온도센서(46)에 설치되고, 타단은 상기 고정자 슬롯(16)의 내부에 설치되어 상기 고정자 슬롯(16)에 감겨진 코일의 온도를 측정하여 상기 온도센서(46)에 전달하는 역할을 한다.
즉, 상기 온도센서(46)에 의해 상기 고정자 슬롯(16)에 감겨진 코일 온도를 정확히 감지하여 BLDC 모터의 파손을 방지한다.
이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 BLDC모터의 홀센서 체결구조의 작용에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 살펴본다.
먼저, BLDC모터에 홀센서기판(40)을 조립할 때에는, 다수의 권선가이드(30)에 형성되는 다수의 결합홈부(32)의 상측에 상기 홀센서기판(40)의 고정돌기(44)를 정확히 위치시킨다.
사용자는 결합홈부(32)에 고정돌기(44)가 정확히 위치되면, 상기 홀센서기판(40)을 하부방향으로 눌러주어 상기 결합홈부(32)의 내부에 상기 고정돌기(44)를 삽입한다. 상기 결합홈부(32)의 내부에 상기 고정돌기(44)가 삽입되면, 걸림돌기(34)에 의해 상기 결합홈부(32)가 탄성 변형되어 상기 걸림돌기(34)를 지나 상기 결합홈부(32)의 하부방향으로 삽입된다.
상기 걸림돌기(34)에 의해 상기 고정돌기(44)가 1차적으로 이탈이 방지되며, 상기 홀센서기판(44)에 설치된 홀센서(42)의 위치가 정확한 위치에 장착되어 상기 로터()의 위치를 정확히 감지할 수 있다.
상기 BLDC모터에서 상기 홀센서기판(40)을 탈거할 때에는, 사용자가 상부방향으로 잡아당겨 상기 걸림돌기(34)를 양측방향으로 탄성 변형시키고, 상기 고정돌기(44)를 상기 결합홈부(32)에서 이탈시켜 상기 홀센서기판(40)을 상기 권선가이드(30)에서 탈거한다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
10. 모터하우징 12. 스테이터
14. 투스 16. 슬롯
18. 로터 20. 회전축
22. 인슐레이터 24. 상부인슐레이터
26. 하부인슐레이터 30. 권선가이드
32. 결합홈부 34. 고정돌기
40. 홀센서기판 42. 홀센서
44. 걸림돌기 46. 온도센서
48. 온도감지선

Claims (5)

  1. 모터하우징(10)과;
    상기 모터하우징(10)의 내부에 구비되어, 전자기에 의해 고속으로 회전되는 로터(18)와;
    상기 로터(18)의 외측에 소정 간격 이격되게 설치되며, 전기의 공급에 따라 전자기장을 발생시키는 스테이터(12)와;
    상기 스테이터(12)의 내주면을 따라 일정한 간격으로 돌출 형성되며, 전류 인입을 위한 코일이 권선되는 다수의 고정자 슬롯(16)과;
    상기 스테이터(12)의 상측과 하측에 각각 결합되며, 상부 인슐레이터(24)와 하부 인슐레이터(26)로 이루어져 상기 코일과 상기 다수의 고정자 슬롯(16) 사이에 결합되어 절연 기능을 수행하는 인슐레이터(22)와;
    상기 인슐레이터(22)의 일측에 설치되며, 상기 로터(18)의 위치를 감지하기 위한 홀센서(42)가 설치되는 홀센서기판(40)과;
    상기 홀센서기판(40)과 일체로 형성되며, 상기 홀센서기판(40)의 테두리부를 따라 방사상으로 다수개가 돌출 형성되고, 상기 인슐레이터(22)의 내부로 삽입되어 상기 홀센서기판(40)을 견고하게 고정하는 고정돌기(44)와;
    상기 상부인슐레이터(24)의 상단부에 소정 깊이 만큼 함몰 형성되며, 상기 홀센서기판(40)의 원주방향을 따라 다수개가 구비되어 다수개의 상기 고정돌기(44)가 삽입 고정되는 결합홈부(32)와;
    상기 결합홈부(32)의 양측면부에 각각 원호 형상으로 돌출 형성되며, 탄성재질로 이루어져 상기 고정돌기(44)의 장착시 탄성 변형되어 상기 홀센서기판(40)의 고정 및 해제가 손쉽게 이루어지는 걸림돌기(34)와;
    상기 홀센서기판(40)의 일측에 설치되며, 상기 고정자 슬롯(16)의 내부로 연장되는 온도감지선(48)과 연결되어 상기 고정자 슬롯(16)에 감겨진 코일의 온도를 감지하는 온도센서(46);를 포함하는 BLDC 모터의 홀셀서 체결구조.
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