KR101905814B1 - 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 연결 구조가 개선된 브러시리스 모터 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 연결 구조가 개선된 브러시리스 모터 장치는, 일면에 인쇄회로기판이 설치되는 고정자 하우징; 상기 고정자 하우징으로부터 상기 인쇄회로기판을 향해 돌출 형성되고 내부가 빈 중공의 중심축; 및 상기 중심축의 외주면에 결합되며 코일이 권선 된 전기자 코어;를 포함하며, 상기 인쇄회로기판은, 상기 중심축이 관통하도록 형성된 상기 인쇄회로기판의 상면과 하면을 관통하도록 형성된 중심축 관통공; 상기 중심축 관통공과 이격된 위치에 형성된 전기 단자; 및 상기 중심축 관통공의 내주면과 연결되며 상기 전기 단자를 향해 연장된 조립 가이드홈;을 포함하며, 상기 코일의 일단부는 상기 중심축 관통공을 관통한 후 상기 조립 가이드 홈을 따라 상기 전기 단자에 연결된 것을 특징으로 한다.

Description

전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 연결 구조가 개선된 브러시리스 모터 장치{Brushless motor apparatus provided with enhanced assembly structure between amrature coil and printed circuit board}

본 발명은 브러시리스 모터 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 브러시리스 모터의 고정자 코일과 그 코일에 전류를 공급하는 인쇄회로기판의 전기적 연결 구조에 관한 것이다. 본 발명은 산업통상자원부에서 지원하는 지역주력산업육성사업인 친환경자동차용 배터리 쿨링팬 모듈 개발(과제번호:R0006050)의 결과물로 도출된 것이다.

일반적으로 브러시리스 모터 장치는 공급되는 전기 에너지를 회전 운동에너지로 바꾸는 모터 장치의 일 예로서 전기가 공급되는 전기자가 회전하지 않고 영구자석이 포함된 회전자가 회전하는 구조로 이루어진 모터 장치이다.

브러시리스 모터 장치는 전기자가 회전하는 통상의 모터에 비하여 상대적으로 큰 토크를 발생시키고 브러시와 같은 소모성 부품이 필요하지 않아 그 용도가 점점 증가하는 추세에 있다.

한편, 최근 환경 보호에 대한 전 세계적 관심이 집중됨에 따라 자동차의 구동원도 내연기관에서 고용량 배터리가 채용된 전기 자동차나 내연기관과 전기 자동차의 중간 단계인 하이브리드 자동차의 인기가 높아지고 있다. 일반적으로 전기 자동차나 하이브리드 자동차에는 고용량 배터리가 장착된다. 이러한 차량의 고용량 배터리는 필요시 모터로 전력을 공급하고 차량의 감속이나 정지시 재생 동력원으로 부터 생성되는 전기에너지를 충전하는 작용을 한다.

전기 자동차의 고용량 배터리는 빈번하게 충방전에 따른 발열이 생긴다. 따라서 고용량 배터리 장치에는 필수적으로 냉각 장치가 설치된다. 이러한 냉각 장치는 대부분 모터에 의해 구동되는 냉각팬을 포함한다. 이와 같은 냉각팬에 브러시리스 모터 장치가 채용된다.

브러시리스 모터가 채용된 배터리 냉각팬 모터의 일 예가 대한민국 공개특허 제2012-0094697호에 개시되어 있다. 이와 같은 배터리 냉각팬(BCF, Battery Cooling Fan) 모터 장치의 고정자(stator)는 도 1에 도시된 바와 같이 고정자 하우징(1)에 인쇄회로기판(2)이 설치되고 그 인쇄회로기판(2)에는 상기 고정자 하우징(1)에서 돌출 형성된 중공 형상의 중심축(3)이 구비된다. 상기 중심축(3)의 외주면에는 코일(4)이 권선된 전기자 코어(5)가 결합된다. 상기 중심축(3)의 내주면에는 회전자의 회전축(6)이 상기 중심축(3)에 회전 가능하게 설치된다. 상기 회전축(6)에는 영구자석(8)을 포함한 회전자가 결합 된다. 상기 전기자 코어(5)에는 통상적으로 3상의 코일(4)이 권선 된다. 상기 전기자 코어(5)에 권선 된 코일(4)은 상기 인쇄회로기판(2)과 전기적으로 연결된다. 상기 전기자 코어(5)는 상기 인쇄회로기판(2)으로부터 전기가 공급되어 상기 회전자에 구비된 영구자석(8)과 전자기적 상호작용에 의해 상기 회전자가 회전된다. 그런데 종래의 전기자 코어(5)에 권선 된 코일(4)과 상기 인쇄회로기판(2)의 전기적 연결 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 인쇄회로기판(2)에 형성된 전극단자(7)에 상기 코일(4)이 관통하도록 조립된 후 상기 전극단자(7)와 코일(4)을 솔더링(soldering)에 의해 고정하였다. 전극단자(7)는 상기 인쇄회로기판(2)에 비아홀(via-hole)을 형성한 후 그 비아홀의 내주면에 알루미늄과 같은 전도성 금속을 도포하여 전극을 형성한다. 그런데 이러한 구조의 전극단자(7)는 매우 작은 크기의 구멍을 형성하므로 도 2에 도시된 바와 같이 그 구멍에 코일(4)을 삽입하도록 조립하는 과정에서 조립성이 매우 나쁜 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 전기자 코일과 인쇄회로기판에 구비된 전극단자의 조립구조를 개선함으로써 조립성이 현저하게 향상된 브러시리스 모터 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 연결 구조가 개선된 브러시리스 모터 장치는, 일면에 인쇄회로기판이 설치되는 고정자 하우징;

상기 고정자 하우징으로부터 상기 인쇄회로기판을 향해 돌출 형성되고 내부가 빈 중공의 중심축; 및

상기 중심축의 외주면에 결합되며 코일이 권선 된 전기자 코어;를 포함하며,

상기 인쇄회로기판은,

상기 중심축이 관통하도록 형성된 상기 인쇄회로기판의 상면과 하면을 관통하도록 형성된 중심축 관통공;

상기 중심축 관통공과 이격된 위치에 형성된 전기 단자; 및

상기 중심축 관통공의 내주면과 연결되며 상기 전기 단자를 향해 연장된 조립 가이드홈;을 포함하며,

상기 코일의 일단부는 상기 중심축 관통공을 관통한 후 상기 조립 가이드 홈을 따라 상기 전기 단자에 연결된 점에 특징이 있다.

상기 코일은 상기 전기 단자를 관통하지 않고 상기 전기 단자와 전기적으로 연결된 것이 바람직하다.

상기 조립 가이드홈의 일단부는 상기 전기 단자와 물리적으로 연결된 것이 바람직하다.

상기 코일은 상기 인쇄회로기판을 사이에 두고 상기 전기자 코어의 반대편에서 상기 전기 단자와 전기적으로 연결된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 연결 구조가 개선된 브러시리스 모터 장치는, 인쇄회로기판에 형성된 조립 가이드홈을 따라 코일의 일단부가 조립되는 구조이므로 인쇄회로기판에 형성된 전기 단자와 조립성이 현저하게 향상되어 생산성이 높아지는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 전기 단자를 인쇄회로기판에 일체로 형성시키는 경우에는 별도의 전기 단자를 제조할 필요가 없으므로 부품의 수가 감소하여 제조 원가가 절감되는 장점이 있다.

도 1은 종래의 브러시리스 모터 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 "A" 부위의 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 브러시리스 모터 장치를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 브러시리스 모터 장치의 개략적 분리 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 Ⅴ - Ⅴ 선 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 브러시리스 모터 장치에서 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 단자의 연결 구조를 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 단자가 결합 된 상태를 다른 방향에서 본 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 브러시리스 모터 장치를 보여주는 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 브러시리스 모터 장치의 개략적 분리 사시도이다. 도 5는 도 3에 도시된 Ⅴ - Ⅴ 선 단면도이다. 도 6은 도 3에 도시된 브러시리스 모터 장치에서 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 단자의 연결 구조를 도식적으로 보여주는 도면이다. 도 7은 도 6에 도시된 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 단자가 결합 된 상태를 다른 방향에서 본 도면이다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 연결 구조가 개선된 브러시리스 모터 장치(10, 이하, "브러시리스 모터 장치"라 함)는, 상기 브러시리스 모터 장치(10)는 예컨대 배터리 냉각팬(Battery Cooling Fan, BCF) 모터 장치에 채용될 수 있다.

상기 브러시리스 모터 장치(10)는, 고정자 하우징(20)과, 인쇄회로기판(30)과, 전기자 코어(40)와, 코일(42)과, 회전자(50)를 포함한다.

상기 고정자 하우징(20)은 몸체(22)와, 중심축(24)을 포함한다. 상기 몸체(22)는 판상의 면을 포함할 수 있다. 상기 몸체(22)의 일면, 예컨대 상면에는 후술하는 인쇄회로기판(30)이 설치된다. 상기 중심축(24)은 상기 고정자 하우징(20)으로부터 인쇄회로기판(30)을 향해 돌출 형성된다. 상기 중심축(24)은 상기 몸체(22)의 상면으로부터 상측으로 돌출 형성될 수 있다. 상기 중심축(24)은 내부가 빈 중공 형상의 구조를 형성할 수 있다. 상기 중심축(24)에는 베어링을 매개로 회전자(50)의 회전축(52)이 설치된다. 상기 회전축(52)은 상기 고정자 하우징(20)에 대해 회전 가능하다. 상기 회전축(52)에는 영구자석(56)을 포함한 회전자(50)가 결합된다. 상기 회전자(50)에는 냉각팬(100)이 결합 될 수 있다. 상기 고정자 하우징(20)에는 상기 냉각팬(100)에 의해 발생하는 공기의 유동을 일정한 방향으로 유도하는 가이드 하우징(미도시)가 결합될 수 있다. 상기 가이드 하우징과 상기 고정자 하우징(20) 사이에는 진동 방지용 패드(110)가 설치될 수 있다.

상기 전기자 코어(40)는 상기 중심축(24)의 외주면에 결합 된다. 상기 전기자 코어(40)는 복수의 치형부와 그 치형부 사이에 형성된 코일 권선홈부를 구비한다. 상기 권선홈부에는 코일(42)이 권선 된다. 본 실시 예에서는 3상의 코일이 상기 전기자 코어(40)에 권선된다. 상기 전기자 코어(40)에 권선된 코일(42)은 인쇄회로기판(30)에 구비된 전기 단자(34)에 전기적으로 연결된다.

상기 인쇄회로기판(30)은 외부로부터 전선(60)에 의해 공급되는 전류를 제어하며 상기 전기자 코어(40)에 권선된 코일(42)에 전류를 공급한다.

상기 인쇄회로기판(30)에는 전기회로와 다수의 전기 소자가 실장 될 수 있다.

상기 인쇄회로기판(30)은 중심축 관통공(32)과, 전기 단자(34)와, 조립 가이드홈(36)을 포함한다.

상기 중심축 관통공(32)은 상기 인쇄회로기판(30)의 상면과 하면을 관통하는 구멍이다. 상기 중심축 관통공(32)은 상기 고정자 하우징(20)에 구비된 중심축(24)이 관통하는 구멍이다.

상기 전기 단자(34)는 상기 중심축 관통공(32)과 이격된 위치에 형성된다. 상기 전기 단자(34)는 복수 구비될 수 있다. 본 실시 예에서 상기 전기 단자(34)는 3개가 구비된다. 상기 전기 단자(34)는 상기 전선(60)을 통해 공급되는 전류를 상기 코일(42)에 공급하도록 상기 코일(42)의 일단부와 연결되는 전기 단자이다. 상기 전기 단자(34)는 상기 인쇄회로기판(30)을 관통하도록 형성된 비아홀(via-hole)에 알루미늄, 은, 금과 같이 전기 전도성이 우수한 금속을 도포하여 형성될 수 있다. 상기 전기 단자(34)는 상기 인쇄회로기판(30)의 상기 비아홀의 상면 또는 하면의 일부를 덮도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 조립 가이드홈(36)은 슬릿 형상의 구멍이다. 상기 조립 가이드홈(36)은 상기 인쇄회로기판(30)의 상면과 하면을 관통하도록 형성된다. 상기 조립 가이드홈(36)은 상기 중심축 관통공(32)의 내주면과 연결된다. 상기 조립 가이드홈(36)은 상기 전기 단자를 향해 연장된 장공 형태의 구멍이다. 상기 조립 가이드홈(36)은 상기 중심축 관통공(32)이 상기 전기 단자(34)를 향해 만입된 만(bay) 구조의 홈부이다. 상기 조립 가이드홈(36)은 각각의 상기 전기 단자(34)에 대응되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 조립 가이드홈(36)은 복수 형성될 수 있다.

상기 코일(42)의 일단부는 상기 중심축 관통공(32)을 관통한 후 상기 조립 가이드홈(36)을 따라 상기 전기 단자(34)에 연결된다. 상기 코일(42)의 일단부는 상기 전기 단자(34)의 표면에 전기적으로 연결된 상태에서 솔더링(납땜)에 의해 상기 전기 단자(34)에 물리적으로 고정된다.

상기 코일(42)은 상기 전기 단자(34)를 관통하지 않고 상기 전기 단자(34)와 전기적으로 연결된 것이 바람직하다.

상기 조립 가이드홈(36)의 일단부는 상기 전기 단자(34)와 물리적으로 연결된 것이 바람직하다. 상기 조립 가이드홈(36)의 일단부가 상기 전기 단자(34)와 물리적으로 연결되는 구조일 경우, 상기 코일(42)과 상기 전기 단자(34)의 전기적 연결이 더 용이한 장점이 있다. 즉, 상기 코일(42)의 일단부가 상기 조립 가이드홈(36)의 일단부에 도달한 것만으로도 상기 코일(42)과 상기 전기 단자(34)가 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 코일(42)은 상기 인쇄회로기판(30)을 사이에 두고 상기 전기자 코어(40)의 반대편에서 상기 전기 단자(34)와 전기적으로 연결된 것이 바람직하다. 즉, 상기 코일(42)의 일단부는 상기 중심축 관통공(32)을 통해 상기 인쇄회로기판(30)의 상면과 하면을 용이하게 관통하며, 상기 중심축 관통공(32)을 통과한 코일(42)은 상기 조립 가이드홈(36)을 따라 자연스럽게 상기 전기 단자(34)를 향해 가조립 된다. 그리고 상기 전기 단자(34)에 접촉된 코일(42)은 솔더링에 의해 상기 전기 단자(34)에 물리적으로 고정될 수 있다.

상기 전기 단자(34)로부터 과도하게 돌출되는 코일(42)의 자유단부는 도구를 사용하여 절단하여 정리할 수 있다. 상기 코일(42)의 길이는 미리 상기 전기 단자(34)에 맞게 절단된 후 솔더링 작업을 수행할 수도 있다.

이하에서는, 상술한 바와 같은 구성 요소를 포함한 본 발명의 브러시리스 모터 장치(10)의 작용 효과를 상기 고정자 하우징(20)에 상기 인쇄회로기판(30)과 전기자 코어(40)을 조립하는 과정을 예로 들어 상세하게 서술하기로 한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에서 인쇄회로기판(30)과 코일(42)의 조립 구조를 용이하게 이해할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 전기자 코어(40)에 3상의 코일(42)을 각각 권선 한다. 상기 전기자 코어(40)를 상기 인쇄회로기판(30)과 결합한다. 이 과정에서 상기 코일(42)의 일단부는 상기 인쇄회로기판(30)에 형성된 중심축 관통공(32)을 통과한다. 상기 중심축 관통공(32)은 상기 코일(42)에 비하여 현저하게 큰 구멍이므로 상기 코일(42)이 통과하는데 전혀 장애가 되지 않는다. 상기 중심축 관통공(32)을 통과한 3개의 코일(42)의 단부는 각각 상기 조립 가이드홈(36)을 따라 상기 전기 단자(34) 쪽으로 이동한다. 상기 조립 가이드홈(36)은 상기 중심축 관통공(32)과 연결되어 있으므로 상기 코일(42)의 단부가 이동하는 과정에서 장애물이 없다. 상기 조립 가이드홈(36)의 일단부에 도달한 코일(42)은 상기 전기 단자(34)에 전기적으로 접촉한다. 이 과정에서 상기 코일(42)은 상기 인쇄회로기판(30)의 하면에 형성된 전극에 전기적으로 접촉한다. 상기 전기 단자(34)와 상기 코일(42)은 솔더링에 의해 서로 물리적으로 고정된다. 상술한 과정에 의해 상기 인쇄회로기판(30)과 상기 전기자 코어(40)가 물리적으로 결합 되고 전기적으로도 연결된다.

이 과정에서 상기 코일(42)의 일단부는 인쇄회로기판(30)과 간섭없이 상기 중심축 관통공(32)을 통과하며 상기 조립 가이드홈(36)을 통해 상기 전기 단자(34)에 조립될 수 있으므로 상기 코일(42)과 상기 전기 단자(34)와의 조립성이 종래의 구조에 비하여 현저하게 향상된다. 따라서 조립시간이 단축되고 오조립이 방지되며 조립과정에서 부품이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전극 단자를 별도로 제조할 필요가 없으므로 전극 단자가 물리적으로 인쇄회로기판에 조립되는 구조에 비하여 부품의 수가 감소되어 제조 원가가 절감되는 효과가 있다.

이제 상기 인쇄회로기판(30)의 중심축 관통공(32)을 상기 고정자 하우징(20)에 구비된 중심축(24)의 상측으로부터 하방으로 접근시킨다. 상기 중심축(24)은 상기 중심축 관통공(32)을 통과한다. 상기 인쇄회로기판(30)의 하면은 상기 고정자 하우징(20)의 몸체(22) 상면에 지지된다. 상기 전기자 코어(40)는 상기 중심축(24)의 외주면에 결합된다.

그리고 상기 회전축(52)을 상기 중심축(24) 내부에 회전 가능하게 설치한다. 상기 회전축(52)은 미리 영구자석(56)을 포함한 회전자(50)와 결합되어 있을 수 있다.

이와 같은 과정을 통해 상기 브러시리스 모터 장치(10)가 조립이 완료된다.

상기 브러시리스 모터 장치(10)를 냉각팬으로 사용하기 위해서 상기 회전자(50)에 냉각팬(100)을 결합한다. 상기 냉각팬(100)에 의해 발생되는 공기의 유동을 일정한 방향으로 제어하기 위해 상기 냉각팬(100)의 외부를 감싸는 가이드 하우징이 상기 고정자 하우징(20)에 결합될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 브러시리스 모터 장치는, 인쇄회로기판에 형성된 조립 가이드홈을 따라 코일의 일단부가 조립되는 구조이므로 인쇄회로기판에 형성된 전기 단자와 조립성이 현저하게 향상되어 생산성이 높아지는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 전기 단자를 인쇄회로기판에 일체로 형성시키는 경우에는 별도의 전기 단자를 제조할 필요가 없으므로 부품의 수가 감소하여 제조 원가가 절감되는 장점이 있다.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.

10 : 브러시리스 모터 장치
20 : 고정자 하우징
22 : 몸체
24 : 중심축
30 : 인쇄회로기판
32 : 중심축 관통공
34 : 전기 단자
36 : 조립 가이드홈
40 : 전기자 코어
42 : 코일
50 : 회전자
52 : 회전축
56 : 영구자석
100 : 냉각팬

Claims (4)

1. 일면에 인쇄회로기판이 설치되는 고정자 하우징;
   상기 고정자 하우징으로부터 상기 인쇄회로기판을 향해 돌출 형성되고 내부가 빈 중공의 중심축; 및
   상기 중심축의 외주면에 결합되며 코일이 권선 된 전기자 코어;를 포함하며,
   상기 인쇄회로기판은,
   상기 중심축이 관통하도록 형성된 상기 인쇄회로기판의 상면과 하면을 관통하도록 형성된 중심축 관통공;
   상기 중심축 관통공과 이격된 위치에 형성된 전기 단자; 및
   상기 중심축 관통공의 내주면과 연결되며 상기 전기 단자를 향해 연장된 조립 가이드홈;을 포함하며,
   상기 코일의 일단부는 상기 중심축 관통공을 관통한 후 상기 조립 가이드 홈을 따라 상기 전기 단자에 연결되며,
   상기 조립 가이드홈은 상기 전기 단자를 향해 연장된 장공 형태의 구멍이며,
   상기 조립 가이드홈은 상기 중심축 관통공이 상기 전기 단자를 향해 만입된 만(bay) 구조의 홈부이며,
   상기 코일의 일단부가 상기 조립 가이드홈의 일단부에 도달한 것만으로도 상기 코일과 상기 전기 단자가 전기적으로 연결되도록, 상기 조립 가이드홈의 일단부는 상기 전기 단자와 물리적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 연결 구조가 개선된 브러시리스 모터 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코일은 상기 전기 단자를 관통하지 않고 상기 전기 단자와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 연결 구조가 개선된 브러시리스 모터 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 코일은 상기 인쇄회로기판을 사이에 두고 상기 전기자 코어의 반대편에서 상기 전기 단자와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전기자 코일과 인쇄회로기판의 전기 연결 구조가 개선된 브러시리스 모터 장치.

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