KR101787710B1 - 브러쉬리스 직류 모터 - Google Patents

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홍성렬
안명섭
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터는 일측이 개방된 상부커버와 상기 개방된 일측에 결합되어 내부공간을 형성하는 하부 커버를 포함하는 하우징, 상기 하부 커버의 내면에 안착되고 축방향 상측 및 하측에 절연부가 구비되는 스테이터 및 상기 스테이터의 내측에 배치되고 상기 스테이터와의 전자기적 작용에 의해 회전하는 회전부를 포함하고, 상기 하부 커버에는 가이드 돌기가 돌출 구비되며, 상기 절연부에는 상기 가이드 돌기가 결합되는 가이드 홈이 구비될 수 있다.

Description

브러쉬리스 직류 모터{Brushless DC Motor}
본 발명은 브러쉬리스 직류 모터에 관한 것이다.
모터는 전기 에너지를 운동 에너지로 변환시켜 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용된다.
이러한 모터 중 브러쉬리스 직류 모터(Brushless DC Motor, BLDC)는 로터에 전기자를 설치하고, 스테이터에 계자를 설치하며, 홀 센서(hall sensor), 포토 다이오드(photo diode)를 이용하여 전기자의 전류방향을 결정함으로써 브러쉬형 모터와 같은 특성을 구현한다.
브러쉬리스 직류 모터는 일반적인 유도전동기나 AC 모터가 전류의 제어를 위해 3상 또는 4상 인버터를 이용하고 있는 것과는 달리 내부 드라이브에서 손쉽게 방향전환이 가능하고, 저속 및 고속에서 토크가 비교적 높으며, 고속회전이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 무접점의 반도체 소자로 코일의 전류를 제어할 수 있어 수명이 길며 소음과 전자적인 잡음이 거의 발생되지 않을 뿐만 아니라, 모터 드라이브 회로 자체에서 직접 속도 조절을 할 수 있는 장점을 가지고 있다.
여기서, 브러쉬리스 직류 모터는 홀 센서를 이용하여 모터의 회전상태를 검지하며, 이러한 정보를 기초로 모터의 구동이 제어된다. 따라서 홀 센서의 정밀한 검지를 위해 전술한 로터, 스테이터 및 샤프트의 축정렬이 중요하다.
이에, 브러쉬리스 직류 모터에 있어서, 로터, 스테이터 및 샤프트의 축정렬이 용이한 구조에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 로터, 스테이터 및 샤프트의 축정렬이 용이한 브러쉬리스 직류 모터를 제공하는데 발명의 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터는 일측이 개방된 상부커버와 상기 개방된 일측에 결합되어 내부공간을 형성하는 하부 커버를 포함하는 하우징, 상기 하부 커버의 내면에 안착되고 축방향 상측 및 하측에 절연부가 구비되는 스테이터 및 상기 스테이터의 내측에 배치되고 상기 스테이터와의 전자기적 작용에 의해 회전하는 회전부를 포함하고, 상기 하부 커버에는 가이드 돌기가 돌출 구비되며, 상기 절연부에는 상기 가이드 돌기가 결합되는 가이드 홈이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터에서 상기 하부 커버의 상면에는 내측으로 인입된 스테이터 삽입 홈이 구비되고, 상기 가이드 돌기는 상기 스테이터 삽입 홈의 테두리를 따라 돌출 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터에서 상기 가이드 돌기는 상기 스테이터 삽입 홈의 테두리를 따라 복수 개로 구비되고, 상기 가이드 홈은 상기 가이드 돌기에 대응하여 상기 절연부의 테두리를 따라 복수 개로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터에서 상기 가이드 돌기와 상기 가이드 홈은 등 간격으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터에서 상기 회전부는, 상기 하우징에 결합되는 베어링, 상기 베어링에 회전가능하게 지지되는 샤프트, 상기 샤프트의 외주면에 결합되는 로터 및 상기 로터에 결합되는 제1 마그넷을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터에서 상기 스테이터에는 상기 마그넷과 전자기적 작용을 발생시켜 상기 회전부를 회전시키는 코일이 권선될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터에서 상기 샤프트의 축방향 하측 단부에는 제2 마그넷이 구비되고, 상기 하부 커버에는 상기 제2 마그넷에 대향하게 배치되어 상기 샤프트의 회전상태를 감지하는 홀센서가 실장된 기판이 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터에서 상기 하부 커버는 일면이 상기 상부 커버의 일측에 결합되는 제1 하부 커버와 상기 제1 하부 커버의 타면에 결합되는 제2 하부 커버를 포함하고, 상기 기판은 상기 제1 하부 커버와 상기 제2 하부 커버 사이에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터는 로터, 스테이터 및 샤프트의 축정렬을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 개략 분해 사시도이다.
도 3은 도 2와 다른 각도에서 바라본 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 개략 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 하부커버의 개략 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 하부커버의 개략 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 개략 저면 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 개략 저면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 개략 분해 사시도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 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 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터(1)는 하우징(100), 회전부(200) 및 스테이터(300)를 포함할 수 있다.
하우징(100)은 브러쉬리스 직류 모터(1)의 외관을 형성하는 부재로서, 일측이 개방된 상부 커버(110)와 상부 커버(110)의 개방된 일측에 결합되어 내부 공간을 형성하는 하부 커버(120)를 포함할 수 있다.
상부 커버(110)의 내측에는 샤프트(220)의 단부가 관통하는 개구(110a)가 구비될 수 있으며, 상부커버(110)의 축방향 하측에는 하부 커버(120)가 구비될 수 있다. 상세한 설명에 앞서 방향에 대한 용어를 정의하면 축방향은 도 4를 기준으로 샤프트(220)의 하단부로부터 상단부를 향하는 방향 또는 그 반대 방향을 의미하며, 반경방향은 도 4를 기준으로 샤프트(220)로부터 로터(230)의 외주면을 향하는 방향 또는 그 반대 방향을 의미하며, 원주방향은 도 4를 기준으로 로터(230)의 외주면을 따라 회전하는 방향을 의미한다.
도 5 및 도 6을 더 참조하면, 하부 커버(120)는 상부 커버(110)의 개방된 일측에 결합되어 내부공간을 형성할 수 있으며, 하부 커버(120)에는 회전부(200) 및 스테이터(300)가 결합될 수 있다.
하부 커버(120)는 예를 들어, 일면이 상부 커버(110)의 일측에 결합되는 제1 하부 커버(121)와 제1 하부 커버(121)의 타면에 결합되는 제2 하부 커버(122)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 하부 커버(121)와 제2 하부 커버(122)사이에는 브러쉬리스 직류 모터(1)의 구동에 관여하는 각종 소자가 실장되는 기판(400)이 구비될 수 있다. 일 예로서, 기판(400)에는 샤프트(220)의 회전상태를 감지하는 홀 센서(hall sensor, 410)가 구비될 수 있다. 기판(400)은 폴리 에틸렌테레프탈레이트(PET), 유리, 폴리 카보네이트(PC) 또는 실리콘(Si) 등으로 이루어지는 PCB(Printed Circuit Board)기판 또는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 기판 등 다양한 종류의 기판이 사용될 수 있다.
제1 하부 커버(121)의 축방향 상면에는 내측으로 소정 깊이 인입된 스테이터 삽입홈(121a)이 구비될 수 있으며, 스테이터 삽입홈(121a)의 테두리에는 가이드 돌기(121b)가 돌출 구비될 수 있다. 가이드 돌기(121b)는 스테이터(300)의 가이드 홈(322a)에 삽입결합되어 스테이터(300)를 고정시킬 수 있다. 이때, 가이드 돌기(121b)는 스테이터(300)에 삽입결합되거나 스테이터(300)를 관통하여 결합될 수 있다.
가이드 돌기(121b)는 스테이터 삽입홈(121a)의 테두리를 따라 축방향 상측으로 소정높이 돌출구비될 수 있으며 복수 개가 등 간격으로 구비될 수 있다. 가이드 돌기(121b)를 배치하는 형상은 가이드 돌기(121b)가 가이드 홈(322a)에 삽입되어 스테이터(300)를 고정시키는 구성에 해당하는 한 삼각형상, 사각형상 등 다양하게 변경가능하다.
회전부(200)는 스테이터(300)의 내측에 배치되어 스테이터(300)와의 전자기적 작용에 의해 회전하는 부재로서, 예를 들어, 하우징(100)에 결합하는 베어링(210), 베어링(210)에 회전 가능하게 지지되는 샤프트(220), 샤프트(200)의 외주면에 결합되는 로터(230) 및 로터(230)에 결합되는 제1 마그넷(240)을 포함할 수 있다.
베어링(210)은 상부 커버(110)에 결합하는 제1 베어링(211)과 하부 커버(120)에 결합되는 제2 베어링(212)을 포함할 수 있다. 상기 베어링(210)은 당업계에서 통용되는 다양한 베어링이 사용될 수 있으며, 일 예로서 볼 베어링(ball bearing)으로 구비될 수 있다.
베어링(210)의 내측에는 샤프트(220)가 회전가능하게 지지 될 수 있다. 이때, 샤프트(220)의 일측 단부는 외부 동력전달 대상물(미도시)에 연결되어 회전력을 전달할 수 있다. 예를 들어 샤프트(220)의 축방향 상측 단부가 외부 동력전달 대상물(미도시)에 연결되어 회전력을 전달할 수 있다. 이를 위해 샤프트(220)의 축방향 상측 단부는 상부 커버(110)의 개구(110a)를 통해 외부로 노출될 수 있다.
샤프트(220)의 타측 단부에는 제2 마그넷(221)이 구비될 수 있다. 다시 말해, 샤프트(220)의 축방향 하측 단부에는 제2 마그넷(221)이 구비될 수 있다. 제2 마그넷(221)은 기판(400)에 구비되는 홀 센서(410)에 자기장을 인가하기 위해 구비되며, 홀 센서(410)는 상기 제2 마그넷(221)으로부터 인가되는 자기장의 변화를 감지하여 샤프트(220)의 회전속도, 속도변화 등을 감지할 수 있다. 홀 센서(410)는 정확한 감지를 위해 제2 마그넷(221)과 대향하도록 기판(400)에 실장될 수 있다.
샤프트(230)의 외주면에는 로터(230)가 결합될 수 있으며, 로터(230)는 스테이터(230)와의 전자기적 작용에 의해 회전할 수 있다. 예를 들어, 로터(230)에는 제1 마그넷(240)이 구비되고, 스테이터(300)의 티스(311)에는 코일(미도시)이 권선되어 코일에 전류가 인가되는 경우 상기 제1 마그넷(240)과 상기 코일 사이의 전자기적 작용에 의해 로터(230)는 회전할 수 있다.
제1 마그넷(240)은 영구자석으로 구비될 수 있으며, 로터(230)의 외주를 따라 복수 개가 구비될 수 있다. 여기서 제1 마그넷(240)은 로터(230)의 외주면으로부터 소정깊이 내측에 배치되거나, 외주면에 접착되는 형식으로 구비될 수 있다.
하부 커버(120)의 스테이터 삽입홈(121a)에는 스테이터(300)가 결합될 수 있다. 스테이터(300)는 회전부(200)와의 전자기적 작용을 위해 구비되는 것으로 스테이터(300)의 내주면은 회전부(200), 보다 구체적으로, 로터(230)의 외주면과 대향되게 구비될 수 있다.
도 7 내지 도 9를 더 참조하면, 스테이터(300)는 코어(310) 및 코어(310)의 축방향 상측 및 하측에 구비되는 절연부(321, 322)를 포함할 수 있다.
코어(310)는 복수 개의 티스(311)를 포함할 수 있다. 티스(311)는 로터(230)의 외주면을 감싸도록 원주방향으로 복수 개가 구비될 수 있으며, 티스부(311)의 외면에는 코일(미도시) 권선될 수 있다. 코일은 기판(400)과 전기적으로 연결되어 전류를 인가받을 수 있다.
코어(310)의 축방향 상측 및 하측에는 절연부(321, 322)가 구비될 수 있으며, 축방향 하측에 구비되는 절연부(322)에는 가이드 돌기(121b)가 결합되는 가이드 홈(322a)이 구비될 수 있다. 가이드 홈(322a)은 절연부(322)의 저면에서 소정 깊이 인입되어 구비될 수 있으며, 가이드 돌기(121b)에 대응하여 절연부(322)의 테두리를 따라 복수 개가 구비될 수 있다. 또한, 가이드 돌기(121b)와 마찬가지로 복수 개의 가이드 홈(322a)은 등 간격으로 배치될 수 있다.
한편, 브러쉬리스 직류 모터(1)의 경우 홀 센서(410)가 감지하는 정보에 따라 스테이터(300)의 코일에 인가되는 전류가 조절되기 때문에, 정확한 정보 감지를 위해 샤프트(220), 로터(230) 및 스테이터(300)의 축정렬이 중요하다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 모터(1)의 경우, 하부 커버(120)에 가이드 돌기(121b)를 구비하고 스테이터(300)에 가이드 홈(322a)을 구입하여, 기구적 구성으로 스테이터(300)를 하부 커버(120)에 견고히 결합시킨다. 따라서 제작과정에서 생기는 제작 공차 등에 의해 스테이터(300)의 위치가 변경되는 것을 방지할 수 있으며, 브러쉬리스 직렬 모터(1)의 축정렬을 용이하게 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
1: 브러쉬리스 직류 모터 100: 하우징
110: 상부 커버 120: 하부 커버
200: 회전부 210: 베어링
220: 샤프트 230: 로터
240: 제1 마그넷 300: 스테이터
310: 코어 320: 절연부

Claims (8)

  1. 일측이 개방된 상부 커버와 상기 개방된 일측에 결합되어 내부공간을 형성하는 하부 커버를 포함하는 하우징;
    상기 하부 커버의 내면에 안착되고 축방향 상측 및 하측에 절연부가 구비되는 스테이터; 및
    상기 스테이터의 내측에 배치되고 상기 스테이터와의 전자기적 작용에 의해 회전하는 회전부;를 포함하고,
    상기 하부 커버에는 가이드 돌기가 돌출 구비되며, 상기 절연부에는 상기 가이드 돌기가 결합되는 가이드 홈이 구비되고,
    상기 하부 커버의 상면에는 내측으로 인입된 스테이터 삽입 홈이 구비되고, 상기 가이드 돌기는 상기 스테이터 삽입 홈의 테두리를 따라 돌출 구비되는 브러쉬리스 직류 모터.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 돌기는 상기 스테이터 삽입 홈의 테두리를 따라 복수 개로 구비되고, 상기 가이드 홈은 상기 가이드 돌기에 대응하여 상기 절연부의 테두리를 따라 복수 개로 구비되는 브러쉬리스 직류 모터.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 가이드 돌기와 상기 가이드 홈은 등 간격으로 배치되는 브러쉬리스 직류 모터.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 회전부는,
    상기 하우징에 결합되는 베어링;
    상기 베어링에 회전가능하게 지지되는 샤프트;
    상기 샤프트의 외주면에 결합되는 로터; 및
    상기 로터에 결합되는 제1 마그넷을 포함하는 브러쉬리스 직류 모터.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 스테이터에는 상기 제1 마그넷과 전자기적 작용을 발생시켜 상기 회전부를 회전시키는 코일이 권선되는 브러쉬리스 직류 모터.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 샤프트의 축방향 하측 단부에는 제2 마그넷이 구비되고, 상기 하부 커버에는 상기 제2 마그넷에 대향하게 배치되어 상기 샤프트의 회전상태를 감지하는 홀센서가 실장된 기판이 결합되는 브러쉬리스 직류 모터.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 하부 커버는 일면이 상기 상부 커버의 일측에 결합되는 제1 하부 커버와 상기 제1 하부 커버의 타면에 결합되는 제2 하부 커버를 포함하고,
    상기 기판은 상기 제1 하부 커버와 상기 제2 하부 커버 사이에 구비되는 브러쉬리스 직류 모터.


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