KR101549437B1 - 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조 및 이를 포함하는 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조 및 이를 포함하는 전동기에 관한 것으로서, 회전축을 기준으로 회전하는 회전자, 고정자, 회전자의 위치를 검출하는 홀센서, 및 고정자의 끝단에 인접해 위치한 환상의 형태를 취하며, 회전자가 삽입 가능하도록 일정 내경을 갖는 중심홀이 형성되고, 중심홀이 위치한 안쪽 테두리를 따라 홀센서를 위치시키기 위한 센서홈이 형성되며, 고정자로부터 인출되는 코일의 단부를 결선하기 위해 관통 형태의 결선공이 형성되어 결선공에 안착된 코일의 단부를 내부 패턴을 이용해 결선하는 기판몸체를 구비한 기판을 포함하며, 이를 통해 고정자로부터 인출되는 코일의 단부를 기판 내부의 패턴을 이용해 용이하게 결선할 수 있고, 결선에 따른 전동기의 부피와 복잡도가 감소된다.

Description

결선용 기판을 구비하는 고정자 구조 및 이를 포함하는 전동기{A stator structure with wire type substrate and electric motor including the same}

본 발명은 전동기와 관련한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자로부터 인출되는 코일의 단부를 결선하는 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조 및 이를 포함하는 전동기에 관한 것이다.

종래의 전동기는 고정자 코어에 코일을 권선한 후 코일부 상단에서 각 상의 Y 혹은 델타 결선을 기 수행하고, U, V, W의 3상에 해당하는 최종단을 인출하여 외부로 직접 뽑아내거나 PCB를 거쳐 뽑아내고 있다. 그런데 고정자 치의 수량이 많은 다극/다슬롯 구조의 전동기의 경우 복잡한 결선을 고려해야 하고, 결선을 위한 공간이 별도로 필요한 문제가 있다. 또한 동일한 출력을 요구하면서 상이한 입력전압 특성을 갖는 모터(예를 들어, 입력전압이 12V 및 24V)의 제작시, 권선의 병렬회로수 가감을 통해 입력전압에 따라 내부 권선 작업을 수정해야 하는 번거로움이 존재한다.

더하여 전동기는 회전자의 위치 파악을 위해 홀센서(Hall sensor) 등을 포함하는데, 종래의 전동기는 회전자의 끝단을 일정 정도 덮도록 위치한 기판 상의 홀 IC(Hall Integrated Circuit)를 이용해 회전축 방향으로 발생하는 자속을 검출하여 왔다. 이 경우 자속 검출이 부정확해지는 문제가 있을 뿐더러, 전동기의 구성요소인 회전자, 고정자, 기판 등이 모듈화되어 별도로 생산, 판매 및 조립이 이루어지는 현 상황에서, 회전자의 조립시 기판에 의해 기구적인 간섭을 받는 문제가 있다.

공개실용신안공보 실1999-005987 "모터의 와이어 결선용 회로기판 및 이의 고정구조" (1999.02.18.공개)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 고정자로부터 인출되는 코일의 단부를 용이하게 결선할 수 있고, 결선 부분에 따른 전동기의 부피 증가를 최소화할 수 있으며, 전동기의 회전자를 조립하거나 교체함에 있어 회전자와 기판 간의 물리적인 간섭을 방지한 전동기의 결선용 기판 및 이를 포함한 전동기를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조는, 내부공간이 형성된 고정자, 상기 고정자의 끝단에 인접해 위치한 환상의 형태를 취하며, 회전자가 삽입 가능하도록 일정 내경을 갖는 중심홀이 형성되고, 상기 회전자의 끝단이 상기 고정자보다 돌출되어 상기 중심홀에 삽입된 상태에서 상기 중심홀이 위치한 안쪽 테두리를 따라 센서홈이 상기 회전자의 끝단과 바라보게 형성되며, 상기 고정자로부터 인출되는 코일의 단부를 결선하기 위해 관통 형태의 결선공이 형성되어 상기 결선공에 안착된 상기 코일의 단부를 내부 패턴을 이용해 결선하는 기판몸체를 구비한 기판 및 상기 기판의 센서홈에 위치하여 상기 회전자의 위치를 검출하는 홀센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조에 있어서, 상기 기판몸체는, 상기 회전자가 상기 중심홀을 통해 이동 가능하도록 상기 중심홀의 내경이 상기 고정자 단면의 내경 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조에 있어서, 상기 기판몸체는, 상기 고정자의 단면 이내에 위치하도록 외경의 크기가 상기 고정자 단면의 외경의 크기 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전동기의 결선용 기판에 있어서, 상기 결선공은, 상기 기판몸체를 관통한 구멍 형태로 형성되거나 상기 기판몸체의 바깥쪽 테두리를 관통한 홈 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전동기는, 내구공간이 형성된 고정자, 상기 고정자의 내부공간에 삽입되되 끝단이 상기 고정자 밖으로 돌출되며, 회전축을 기준으로 회전하는 회전자, 상기 고정자의 끝단에 인접해 위치한 환상의 형태를 취하며, 상기 회전자가 삽입 가능하도록 일정 내경을 갖는 중심홀이 형성되고, 상기 중심홀이 위치한 안쪽 테두리를 따라 상기 센서홈이 상기 회전자의 끝단과 바라보게 형성되며, 상기 고정자로부터 인출되는 코일의 단부를 결선하기 위해 관통 형태의 결선공이 형성되어 상기 결선공에 안착된 상기 코일의 단부를 내부 패턴을 이용해 결선하는 기판몸체를 구비한 기판 및 상기 기판의 센서홈에 위치하여 상기 회전자의 위치를 검출하는 홀센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전동기에 있어서, 상기 기판몸체는, 상기 회전자가 상기 중심홀을 통해 이동 가능하도록 상기 중심홀의 내경이 상기 고정자 단면의 내경 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전동기에 있어서, 상기 기판몸체는, 상기 고정자의 단면 이내에 위치하도록 외경의 크기가 상기 고정자 단면의 외경의 크기 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전동기에 있어서, 상기 결선공은, 상기 기판몸체를 관통한 구멍 형태로 형성되거나 상기 기판몸체의 바깥쪽 테두리를 관통한 홈 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조 및 이를 포함하는 전동기에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 고정자로부터 인출되는 코일의 단부를 기판 내부의 패턴을 이용해 용이하게 결선할 수 있으며, 이에 따라, 결선에 따른 전동기의 부피와 복잡도가 감소된다.

둘째, 전동기의 입력 전압이 변경되는 경우 다른 패턴의 기판으로 교체하여 동일한 출력 전압을 공급할 수 있어, 동일하게 제작된 전동기에 대하여 내부 결선의 수정없이 기판 패턴의 수정만으로 입력 전압의 변동에 대처할 수 있다.

셋째, 홀센서가 회전자 자석의 측면에 위치하여, 회전자의 반경 방향으로 발생하는 자속을 검출할 수 있어, 회전자 위치 측정의 정확성이 개선된다.

넷째, 고정자 끝단에 기판을 설치한 후 회전자를 고정자 중앙으로 삽입하여 설치하는 경우, 또는 고정자 중앙의 회전자를 분리하는 경우에 있어, 회전자와 기판 간에 물리적인 간섭이 발생하지 않게 되며, 회전자의 조립, 분리, 교체를 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 전동기의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 전동기의 구성을 나타낸 부분 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 기판을 나타낸 평면도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 전동기 및 이에 포함된 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조와 관련한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기(100)의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 실시예에 따른 전동기(100)의 구성을 나타낸 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 실시예에 따른 전동기(100)의 구성을 나타낸 부분 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 전동기(100)는, 회전자(10), 고정자(20), 홀센서(30) 및 기판(40)을 포함하여 구성된다.

회전자(10)는 전동기(100)의 회전 부분을 의미하며, 고정자(20) 중앙의 공간에 위치해 회전축을 중심으로 회전하여 회전 동력을 전달한다.

고정자(20)는 전동기(100)에서 고정되어 있는 부분을 의미하며, 회전자(10)의 테두리에 위치한다.

홀센서(30)는 회전자(10)의 위치를 검출하는 역할을 한다. 홀센서(30)는 전류가 흐르는 도체에 자기장을 걸어 주면 전류와 자기장에 수직 방향으로 전압이 발생하는 홀 효과(Hall effect)를 이용하여 자기장의 방향과 크기를 알아낸다.

기판(40)은 고정자(20)로부터 인출되는 코일의 단부를 결선하는 역할을 하는 PCB(Printed Circuit Board) 등의 판형 구성이다. 기판(40)은 고정자(20)의 끝단에 인접해 위치하며, 마치 고리(ring)와 같은 환상 형태의 기판몸체(45)를 포함한다.

기판몸체(45)에는 고정자(20)로부터 인출된 코일의 단부를 결선하기 위한 관통 형태의 결선공이 형성되며, 결선공에 안착된 코일을 내부 패턴을 이용해 연결함으로 결선이 이루어진다.

이 경우 고정자(20)의 코일 단부를 고정자의 끝단으로 인출시키고 기판몸체(45)의 관통공 및 내부 패턴을 이용해 결선할 수 있어, 결선을 위한 별도의 공간이 필요없게 된다. 즉, 종래의 전동기의 경우 전동기 케이스 내부에 고정자 코일의 결선을 위한 공간을 별도로 마련함으로써, 전동기의 전체 크기가 증가하는 문제가 있었으나, 본 실시예에서는 판형인 기판몸체(45)의 내부 패턴을 이용해 고정자(20)로부터 인출된 코일 단부를 결선할 수 있어, 전동기(100)의 부피 증가 및 복잡도 증가를 최소화할 수 있다.

또한 종래의 전동기의 경우 입력 전압에 따라 출력이 달라지며, 입력 전압이 변경되면 기존과 동일한 출력을 내기 위해 전동기 자체를 교체하여야 했다. 반면 본 실시예의 전동기(100)는 입력 전압이 변경되는 경우 전동기(100) 자체를 교체하는 것이 아니라, 기존의 기판(40)을 기판몸체(45)의 내부 패턴이 상이한 다른 기판(40)으로 교체하여 동일한 출력을 낼 수 있다. 이는 전동기(100)의 회전자(10), 고정자(20), 기판(40) 등의 각 구성이 별도로 제작 판매되고, 각각의 구성을 별도로 구입 및 조립해 전동기(100)를 제작하는 현실에서, 기판(40)의 교체 비용 만으로 전동기(100)가 다른 성능을 제공하도록 할 수 있음을 의미한다.

한편 기판몸체(45)의 안쪽에는 회전자(10)가 삽입 가능하도록 일정 내경을 갖는 중심홀(42)이 형성되고, 중심홀(42)이 위치한 안쪽 테두리를 따라 센서홈(41)이 회전자(10)의 끝단과 바라보게 형성된다. 중심홀(42)에는 전동기(100)의 회전축 및 회전자(10)의 끝단이 위치하게 되고, 센서홈(41)에는 회전자(10)의 위치를 감지하는 홀센서(30)가 위치한다. 이 경우 중심홀(42)을 통해 회전자(10)의 끝단을 삽입하는 방식으로, 기판(40)을 고정자의 끝단에 인접해 위치하도록 설치할 수 있으며, 센서홈(41)에 위치한 홀센서(30)는 회전자(10)의 반경방향에 위치하게 된다.

이때, 기판몸체(45)는 중심홀(42)의 내경이 고정자(20) 단면의 내경 이상이어서, 회전자(10)가 중심홀(42)을 통해 용이하게 이동 가능하도록 할 수 있다. 즉, 고정자(20) 중앙의 공간에 안착되는 회전자(10)는, 고정자(20)의 내경보다 상대적으로 큰(또는 같은) 내경의 중심홀(42)을 통해 통과할 수 있어, 전동기(100)의 조립이나 회전자(10)의 교체시 기판(40)과 회전자(10) 간의 물리적 간섭을 배제할 수 있다.

이 경우 기판몸체(45)는 고정자(20)의 단면 이내에 위치할 수 있게, 기판몸체(45)의 외경의 크기가 고정자(20) 단면의 외경이 크기 이하가 되도록 형성될 수 있다. 이를 통해 기판(40)의 면적이 고정자(20)의 단면 면적 이하기 되며, 기판(40)의 외형에 따라 전동기(100)의 부피가 증가하게 되는 것을 방지할 수 있다.

또한 도 3에서 회전자(10)는 고정자(20)의 내부 공간에 삽입된 상태에서 그 끝단이 고정자(20)보다 일정 길이 돌출되는데, 이 경우 기판몸체(45)는 돌출된 회전자(10)의 끝단이 중심홀(42)에 삽입되도록 고정자(20)의 끝단에 위치하게 된다. 이 상태로 회전자(10)가 회전하게 되면, 기판몸체(45)의 센서홈(41)에 위치한 홀센서(30)는 회전자(10)의 반경방향으로 발생하는 자속의 변화를 검출하게 된다.

종래의 전동기의 경우 회전자가 고정자의 끝단보다 돌출되지 않도록 고정자 중앙의 공간에 위치하며, 결선을 위한 기판은 고정자 뿐만 아니라 회전자 단면의 일정 부분을 덮도록 설치된다. 그리고 이러한 종래의 전동기는, 내부의 홀센서가 회전자 단면을 덮는 기판의 일부분에 위치하여, 회전축 방향으로 발생하는 자속을 검출하게 되며, 자속에 따른 회전자 위치의 검출이 상대적으로 부정확한 문제가 있다.

반면 본 실시예에서는 고정자(20) 보다 돌출된 회전자(10)의 끝단에서 발생하는 자속을, 회전자(10)의 반경방향에 위치한 홀센서(30)에서 검출할 수 있어, 회전자(10)의 위치를 상대적으로 정확하게 검출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 기판몸체(45)에 결선공이 형성된 모습에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(40-1)을 나타낸 평면도이다.

도 4를 참조하면 기판(40-1)에 포함된 기판몸체(45)에는 중앙에 중심홀(42)이 위치하고, 중심홀(42)의 가장자리로 센서홈(41)이 위치하며, 기판몸체(45)의 가장자리에는 기판몸체(45)를 전동기에 고정하기 위한 고정용 홈(46)이 위치한다.

중심홀(42)에는 전동기의 회전축 및 회전자의 끝단이 위치하며, 센서홈(41)에는 회전자(10)의 위치를 감지하는 홀센서가 위치한다. 이 경우 중심홀(42)을 통해 회전자의 끝단을 삽입하는 방식으로, 기판(40-1)을 고정자의 끝단에 인접해 위치하도록 설치할 수 있으며, 센서홈(41)에 위치한 홀센서는 회전자의 반경방향에 위치하여 자속 변화를 감지한다.

한편 기판몸체(45)를 관통한 구멍 형태로 결선공(43)이 위치하며, 해당 결선공(43)에 고정자로부터의 코일 단부를 고정 안착시키면, 기판몸체(45)의 내부 패턴에 따라 해당 코일이 결선된다.

도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 기판(40-2)을 나타낸 평면도이다.

도 5를 참조하면 기판(40-2)에 포함된 기판몸체(45)에는 중앙에 중심홀(42)이 위치하고, 중심홀(42)의 가장자리로 센서홈(41)이 위치하며, 기판몸체(45)의 가장자리에는 기판몸체(45)를 전동기에 고정하기 위한 고정용 홈(46)이 위치하고, 그 기능은 도 4를 참조하여 설명한 바와 같다.

한편 본 실시예에서는 기판몸체(45)의 바깥쪽 테두리를 관통한 홈 형태로 결선공(44)이 위치하며, 해당 결선공(44)에 고정자로부터의 코일 단부를 고정 안착시키면, 기판몸체(45)의 내부 패턴에 따라 해당 코일이 결선된다.

도 4 및 도 5와 같이, 고정자의 끝단으로 코일의 단부를 인출하여, 기판(40-1, 40-2)을 이용해 용이하게 결선할 수 있다. 만일 전동기의 입력 전압이 변동되거나 변경된 출력을 요하는 경우에는, 결선공(43, 44)에 안착된 코일의 단부를 단선한 후 다른 기판을 이용해 결선함으로써, 변화된 요구조건을 용이하게 충족할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

10: 회전자 20: 고정자
30: 홀센서 40, 40-1, 40-2: 기판
41: 센서홈 42: 중심홀
43, 44: 결선공 45: 기판몸체
100: 전동기

Claims (8)

1. 내부공간이 형성된 고정자;
   상기 고정자의 끝단에 인접해 위치한 환상의 형태를 취하며, 회전자가 삽입 가능하도록 일정 내경을 갖는 중심홀이 형성되고, 상기 회전자의 끝단이 상기 고정자보다 돌출되어 상기 중심홀에 삽입된 상태에서 상기 중심홀이 위치한 안쪽 테두리를 따라 센서홈이 상기 회전자의 끝단과 바라보게 형성되며, 상기 고정자로부터 인출되는 코일의 단부를 결선하기 위해 관통 형태의 결선공이 형성되어 상기 결선공에 안착된 상기 코일의 단부를 내부 패턴을 이용해 결선하는 기판몸체를 구비한 기판; 및
   상기 기판의 센서홈에 위치하여 상기 회전자의 위치를 검출하는 홀센서;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기판몸체는, 상기 회전자가 상기 중심홀을 통해 이동 가능하도록 상기 중심홀의 내경이 상기 고정자 단면의 내경 이상인 것을 특징으로 하는 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조.
3. 제2항에 있어서,
   상기 기판몸체는, 상기 고정자의 단면 이내에 위치하도록 외경의 크기가 상기 고정자 단면의 외경의 크기 이하인 것을 특징으로 하는 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 결선공은, 상기 기판몸체를 관통한 구멍 형태로 형성되거나 상기 기판몸체의 바깥쪽 테두리를 관통한 홈 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 결선용 기판을 구비하는 고정자 구조.
5. 내부공간이 형성된 고정자;
   상기 고정자의 내부공간에 삽입되되 끝단이 고정자 밖으로 돌출되며, 회전축을 기준으로 회전하는 회전자;
   상기 고정자의 끝단에 인접해 위치한 환상의 형태를 취하며, 상기 회전자가 삽입 가능하도록 일정 내경을 갖는 중심홀이 형성되고, 상기 중심홀이 위치한 안쪽 테두리를 따라 센서홈이 상기 회전자의 끝단과 바라보게 형성되며, 상기 고정자로부터 인출되는 코일의 단부를 결선하기 위해 관통 형태의 결선공이 형성되어 상기 결선공에 안착된 상기 코일의 단부를 내부 패턴을 이용해 결선하는 기판몸체를 구비한 기판; 및
   상기 기판의 센서홈에 위치하여 상기 회전자의 위치를 검출하는 홀센서;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 기판몸체는, 상기 회전자가 상기 중심홀을 통해 이동 가능하도록 상기 중심홀의 내경이 상기 고정자 단면의 내경 이상인 것을 특징으로 하는 전동기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 기판몸체는, 상기 고정자의 단면 이내에 위치하도록 외경의 크기가 상기 고정자 단면의 외경의 크기 이하인 것을 특징으로 하는 전동기.
8. 제5항에 있어서,
   상기 결선공은, 상기 기판몸체를 관통한 구멍 형태로 형성되거나 상기 기판몸체의 바깥쪽 테두리를 관통한 홈 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기.

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