KR101976587B1

KR101976587B1 - 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬

Info

Publication number: KR101976587B1
Application number: KR1020160047686A
Authority: KR
Inventors: 김병수; 김진관
Original assignee: 주식회사 아모텍
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2019-05-09
Also published as: WO2017183837A1; CN109075622B; US11018540B2; CN109075622A; KR20170119533A; US20190149002A1

Abstract

본 발명은 대향한 로터에 토크 발생이 최대로 얻어질 수 있고 풍량 증대를 도모할 수 있는 다층 기판을 이용한 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬에 관한 것이다.
본 발명의 슬림형 스테이터는 다층 기판; 및 상기 다층 기판의 각 기판 위에 패터닝되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴;을 포함하며, 상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬{Slim Type Stator, Single Phase Motor and Cooling Fan Using the Same}

본 발명은 모터에 관한 것으로, 구체적으로는 대향한 로터에 토크 발생이 최대로 얻어질 수 있고 풍량 증대를 도모할 수 있는 다층 기판을 이용한 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬에 관한 것이다.

소형 팬모터는 크기를 줄이고, 원가 부담을 고려하여 단일 코일을 갖는 단상 모터가 사용되고 있다. 이러한 단상 모터는 예를 들어, 차량의 실내온도를 조절하기 위해 실내온도를 검출하는 인카 센서용 어스피레이션 모터나 각종 전자기기의 발열부품의 냉각을 위한 쿨링 팬용 소형 모터에 사용되고 있다.

단상 모터에 사용되는 단일 코일은 코어에 코일이 권선된 코어 타입의 스테이터로 이루어지거나 4각형 또는 3각형의 코어레스/보빈레스 타입으로 권선되어 PCB 위에 실장되어 사용되고 있다.

한편, 브러시레스 직류(BLDC) 모터는 동적 반응이 빠르고, 낮은 로터 관성을 가지고 있으며, 속도 제어가 용이한 동기 전동기이다.

상기한 동기 전동기의 특성을 고려하여 단상 모터로서 BLDC 모터를 사용하는 경우, 모터구동회로 또는 드라이버는 회전되는 로터의 N극 및 S극 자극을 검출하여 주기적으로 스테이터 코일에 흐르는 구동전류의 인가방향을 스위칭하는 데 필요한 절환신호를 발생하기 위해 로터위치검출용 홀(Hall)소자가 필요하며, 홀소자는 고가이므로 1개만을 사용한 모터구동회로를 구성하는 것이 바람직하다.

이 경우 1개의 홀소자를 사용하는 경우는 홀소자가 로터 자극의 경계면에 위치할 때 홀소자의 자극검출이 이루어지지 않아 초기 상태일 때 스테이터 코일에 대한 전류공급이 이루어지지 못하므로 기동이 이루어지지 못하는 데드 포인트(Dead Point)가 존재한다.

이러한 단일 홀소자 방식에서는 초기 상태에서 데드 포인트를 피하여 자기기동 방안으로서 스테이터에 고정용 자석을 이용하여 홀소자가 로터의 자극 경계면(즉, 중성점)을 벗어나도록 보조자석을 사용하는 방법, 코어 타입의 스테이터에서 티스의 일측에 돌극을 부여하는 방법, 특허문헌 1(한국 공개실용신안공보 제20-1987-0013976호)과 같이 코일배설부에 자성체 나사를 설치하는 방법, 특허문헌 2(한국 등록실용신안공보 제20-0296035호)와 같은 특수 형상의 데드 포인트 방지 요크를 사용하는 방법이 있다.

돌극 부여 방법에서는 자석과 코어가 동일 원주에 있게 되면 힘(F)이 마그넷 전면에 동일하게 발생되어 회전 방향이 예측이 안되며, 힘도 시계방향(CW)과 반시계방향(CCW)이 동일하게 작용하여 토크가 작아지게 된다. 또한, 돌극을 크게 설계하는 경우 코깅(cogging) 토크가 높아져서 소음에 불리하게 작용하므로, 적절한 돌극 설계가 필요하다.

또한, 특허문헌 2는 데드 포인트 방지 요크의 위치가 틀어지면 로터의 초기 기동이 실패하는 경우가 발생되며, 요크의 면적이 필요 이상으로 커지면 요크가 자력선을 모으는 힘이 커지게 되어 초기 기동에 많은 에너지가 투입되는 문제가 발생한다.

또한, 데드 포인트 방지 요크가 스테이터와 분리되어 설치되는 경우, 홀소자와 요크 간의 위치 정렬의 오류로 인한 자기 기동 불량이 발생할 수 있다.

한국 공개실용신안공보 제20-1987-0013976호(특허문헌 3)에 개시된 축류팬은 회전팬의 계자마그넷과 전기자 코일이 면대향하는 액시얼형(axial type)으로 모터를 구성하고 있으나, 코일배설부에 공심형 전기자 코일이 배설된 구조를 채용함에 따라 스테이터의 높이를 더 이상 줄이지 못하는 문제가 있다.

또한, 한국 공개특허공보 제10-2000-0044146호(특허문헌 4)에 개시된 팬모터의 고정자(스테이터)는 PCB의 상부에 스테이터 요크와 단상의 아마츄어 코일이 차례로 적층되어 구성되고, 중앙부에는 베어링 홀더 내부에 한쌍의 볼 베어링이 내장되어 회전축을 지지하고 있으나, 여전히 스테이터를 박막화하지 못하는 문제가 있다.

더욱이, 소형 팬(Fan)일 경우 스테이터 코일을 보빈에 권선하거나 보빈레스 타입으로 권선하거나 또는 코어에 권선하는 일반 코일 권선 방식에서 코일은 세선(細線)으로 구성되어 있다. 따라서, 코일의 굵기가 시작선과 끝선이 일정하다 보니, 시작선과 끝선을 PCB의 솔더 랜드 또는 터미널에 납땜시에 취급 부주위나 진동에 의해 단선 등이 발생하거나 수작업에 의한 납땜 공정 불량이 발생하는 문제점을 가지고 있다.

: 한국 공개실용신안공보 제20-1987-0013976호 : 한국 등록실용신안공보 제20-0296035호 : 한국 공개실용신안공보 제20-1987-0013976호 : 한국 공개특허공보 제10-2000-0044146호

따라서, 본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 대향한 로터에 토크 발생이 최대로 얻어질 수 있고 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬에서 풍입구의 통로를 넓게 확보하여 풍량 증대를 도모할 수 있는 다층 기판을 이용한 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 다층 기판(PCB)을 이용하여 단상 모터용 슬림형 스테이터를 구성하며, 각 층의 코일 패턴이 다수의 회전방향패턴부와 방사방향패턴부가 교대로 연결된 예를 들어, 별 형상 패턴 또는 부채꼴 형상의 나선 패턴을 이룰 때, 방사방향패턴부가 중심으로부터 방사방향으로 배향되어 있어 대향한 로터에 가해지는 회전력이 최대로 얻어질 수 있어 모터 성능향상을 도모할 수 있는 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝된 다층 기판의 복수의 코일 패턴을 직렬 접속, 병렬 접속 또는 직/병렬 접속하여 단상 모터에 요구되는 토크값과 구동전류값을 조정할 수 있는 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하부 케이스에 풍입구를 형성하면서 로터 자극수에 대응하는 브리지를 형성함에 의해 별도의 데드 포인트 방지 요크(yoke)를 사용하지 않고 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있는 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 팬의 기동 토크를 최소로 하도록 하부 케이스에 구비된 풍입구에 데드 포인트 방지용 돌기를 돌출 형성하여 자석의 자력선 외곽이나 내측의 일부만 사용하도록 하여 기동성을 최대로 도모하면서 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있는 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 박막형 스테이터를 이용한 액시얼형(axial type) 구조를 채용함에 따라 종래에 레이디얼형(radial type) 모터에 채용되었던 코어형 스테이터를 제거한 공간을 활용하여 로터의 회전축을 지지하는 슬리브 베어링의 직경을 충분한 오일을 함유할 수 있도록 확장할 수 있어 신뢰성 및 내구성 향상을 도모할 수 있는 슬림형 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 슬림형 스테이터에서 각층 코일 패턴의 스타트 부분과 엔드 부분은 코일(권선)을 형성하는 부분보다 더 넓게 형성하여 코일 패턴을 상호 연결하거나 배선 패턴 등과 연결이 쉽고 연결의 신뢰성을 도모할 수 있는 슬림형 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.

본 발명의 슬림형 스테이터는 다층 기판; 및 상기 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴;을 포함하며, 상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 돌기부와 상기 돌기부 사이에 배치되는 요홈부를 가질 수 있다. 또한, 상기 돌기부와 요홈부의 수는 각각 1, 2, (로터의 자극 수)/2에 대응하여 구비될 수 있다.

본 발명의 슬림형 스테이터는 상기 다층 기판에 배치되어, 로터회전위치를 검출하기 위한 홀센서;를 더 포함하며, 상기 홀센서는 로터가 초기상태일 때 데드 포인트 방지 요크에 의해 위치설정된 로터의 자극 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정될 수 있다.

상기 홀센서는 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치될 수 있다.

또한, 상기 데드 포인트 방지 요크는 단상 모터에서 스테이터가 설치되는 케이스에 로터의 자극 수에 대응하여 형성되는 복수의 브리지 또는 복수의 요크 돌기를 이용할 수 있다.

더욱이, 상기 데드 포인트 방지 요크는 스테이터의 하부에 적층 배치되며, 외주가 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 다각형 형상을 이루며, 내주면이 원형으로 이루어질 수 있다.

상기 코일 패턴은 각각 부채꼴 형상으로 이루어지며 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝될 수 있다.

상기 코일 패턴은 각층마다 (로터의 자극 수)/2에 대응하여 구비될 수 있다.

또한, 상기 부채꼴 형상의 코일 패턴은 동심상으로 내측 원주와 외측 원주에 간격을 두고 원주방향을 따라 배치된 내측 및 외측 회전방향패턴부; 및 각각 양단부가 상기 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 방사방향을 따라 배치되는 한쌍의 방사방향패턴부를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 방사방향패턴부가 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 중심으로부터 방사방향을 따라 배치되도록 외측 회전방향패턴부는 내측 회전방향패턴부보다 더 길게 형성될 수 있다.

상기 다층 기판의 어느 한 층에 배치된 코일 패턴은 복수의 돌기부와 요홈부를 갖는 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝되고, 상기 돌기부와 요홈부의 내부를 따라 간격을 두고 배선되며 양단부에 위치한 스루홀을 통하여 다른 층에 배치된 상기 부채꼴 형상의 코일 패턴을 상호 연결하기 위한 복수의 점프선 패턴을 더 포함할 수 있다.

상기 코일 패턴의 스타트 부분과 엔드 부분은 코일을 형성하는 부분보다 더 넓게 형성되어 있고, 적어도 하나의 스루홀과 상기 스루홀을 둘러싸는 솔더링 랜드가 배치될 수 있다.

상기 홀센서는 스테이터의 방사방향패턴부 중 하나와 중첩된 위치에 배치될 수 있다.

본 발명의 슬림형 스테이터는 상기 다층 기판의 최하층에 적층되며 상기 코일 패턴에 구동전류를 인가하기 위한 모터구동회로가 실장된 구동회로층;을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 스루홀은 부채꼴 형상의 코일 패턴 내부와 코일 패턴 사이에 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 단상 모터는 로터; 상기 로터와 대향하여 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 스테이터; 상기 스테이터의 다층 기판에 설치되어, 로터의 자극을 검출하기 위한 홀 센서; 및 상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정하는 데드 포인트 방지 요크;를 포함하며, 상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 데드 포인트 방지 요크는 상기 스테이터의 하부에 적층 배치되고, 외주가 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 다각형 형상을 이루며, 상기 홀센서는 상기 로터가 초기상태일 때 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치되며, 상기 홀센서는 스테이터의 방사방향패턴부 중 하나와 중첩된 위치에 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 쿨링 팬은 관통구멍을 갖는 링부가 복수의 브리지를 통하여 본체에 연결되는 하부 케이스; 상기 링부의 관통구멍에 설치된 베어링 홀더에 지지되는 베어링; 상기 베어링에 회전축이 회전 가능하게 지지되고 외주부에 복수의 블레이드가 형성되며 복수의 자석을 구비한 로터; 상기 베어링 홀더가 통과하는 관통구멍이 중앙에 형성되고 하부 케이스에 상기 로터와 대향하여 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 스테이터; 상기 슬림형 스테이터의 기판에 설치되며 로터가 초기상태일 때, 로터 자극의 경계면으로부터 편위된 위치에 배치되어 로터의 자극을 검출하는 홀센서; 상기 하부 케이스에 대향하여 배치된 상부 케이스; 및 상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이를 연결하는 측벽을 포함하며, 상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 브리지는 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)의 개수로 형성되어 상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정할 수 있다.

상기 하부 케이스의 브리지 사이에 형성되는 공간은 풍입구로서 역할을 하며, 상기 풍입구의 지름은 기판의 지름보다 더 크게 형성될 수 있다.

상기 코일 패턴은 각각 부채꼴 형상으로 이루어지며 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝되며, 상기 부채꼴 형상의 코일 패턴은 동심상으로 내측 원주와 외측 원주에 간격을 두고 원주방향을 따라 배치된 내측 및 외측 회전방향패턴부; 및 각각 양단부가 상기 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 방사방향을 따라 배치되는 한쌍의 방사방향패턴부를 포함하고, 상기 로터는 링 형상으로 형성되고, 상기 링의 폭은 적어도 방사방향패턴부의 길이보다 더 크게 형성되며, 방사방향패턴부와 대향하도록 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 쿨링 팬은 상기 다층 기판의 최상층 기판과 최하층 기판 사이에 삽입되며, 다른 층에 배치된 코일 패턴을 상호 연결하기 위한 복수의 점퍼선 패턴층; 및 상기 최하층 기판에 실장되어 상기 코일 패턴에 의해 형성되는 스테이터 코일에 구동전류를 인가하는 모터구동회로층;을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명에 따른 쿨링 팬은 풍입구 내부로 돌출된 적어도 하나의 요크 돌기를 구비하는 하부 케이스; 상기 풍입구의 일부에 배치되고 외주부가 상기 요크 돌기에 연결되는 베어링 홀더; 상기 베어링 홀더에 지지되는 베어링; 상기 베어링에 회전축이 회전 가능하게 지지되고 외주부에 복수의 블레이드가 형성되며 복수의 자석을 구비한 로터; 상기 로터와 대향하여 상기 베어링 홀더에 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 스테이터; 상기 슬림형 스테이터의 기판에 설치되며 로터가 초기상태일 때, 로터 자극의 경계면으로부터 편위된 위치에 배치되어 로터의 자극을 검출하는 홀센서; 상기 하부 케이스에 대향하여 배치된 상부 케이스; 및 상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이를 연결하는 측벽을 포함하며, 상기 요크 돌기는 상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 요크 돌기는 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수) 개수로 형성될 수 있다.

본 발명의 쿨링 팬은 상기 요크 돌기 사이에 배치되며 하부 케이스로부터 풍입구 내부로 돌출 형성되어 상기 베어링 하우징을 지지하기 위한 복수의 지지돌기를 더 포함하며, 상기 지지돌기는 요크 돌기보다 작은 길이로 설정될 수 있다.

상기 요크 돌기는 상기 베어링 하우징과 결합되는 면적을 증가시키기 위한 장공을 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 대향한 로터에 토크 발생이 최대로 얻어질 수 있고 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬에서 풍입구의 통로를 넓게 확보하여 풍량 증대를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 하부 케이스에 풍입구를 형성하면서 로터 자극수에 대응하는 브리지를 형성함에 의해 별도의 데드 포인트 방지 요크(yoke)를 사용하지 않고 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있다.

즉, 하부 케이스에 형성된 브리지가 데드 포인트 방지 요크(yoke) 기능을 갖게 됨에 따라 별도의 데드 포인트 방지 요크(yoke)를 사용하는 경우 홀소자와 요크 간의 위치 정렬의 오류로 인한 자기 기동 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 별도의 데드 포인트 방지 요크(yoke)를 사용하지 않고 팬의 기동 토크를 최소로 하도록 하부 케이스에 구비된 풍입구에 데드 포인트 방지용 돌기를 돌출 형성하여 자석의 자력선 외곽이나 내측의 일부만 사용하도록 하여 기동성을 최대로 도모하면서 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 별도의 데드 포인트 방지 요크를 사용하여 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 로터를 회전 구동시키기 위한 스테이터 코일을 다층 PCB에 형성된 도전성 패턴 코일을 이용하며 박막형으로 구현함에 의해 생산성 향상, 원가 절감이 가능한 슬림형 단상 모터를 구현할 수 있어, 이를 이용하여 각종 전자기기용 슬림형 쿨링 팬을 제공할 수 있다. 특히, 상기 쿨링 팬은 무선 충전기 등의 슬림형 전자기기에 적용될 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 박막형 스테이터를 이용한 액시얼형(axial type) 구조를 채용함에 따라 종래에 레이디얼형(radial type) 모터에 채용되었던 코어형 스테이터를 제거한 공간과 코일 터미널 연결 부위를 생략하여 얻어지는 공간을 활용하여 로터의 회전축을 지지하는 슬리브 베어링의 직경을 충분한 오일을 함유할 수 있도록 확장할 수 있어 신뢰성 및 내구성 향상을 도모할 수 있다.

본 발명에서는 다층 기판(PCB)을 이용하여 단상 모터용 슬림형 스테이터를 구성하며, 각 층의 코일 패턴이 다수의 회전방향패턴부와 방사방향패턴부가 교대로 연결된 별 형상 패턴 또는 부채꼴 형상의 나선 패턴을 이룰 때, 방사방향패턴부가 중심으로부터 방사방향으로 배향되어 있어 대향한 로터에 가해지는 회전력이 최대로 얻어질 수 있게 설계하여 모터 효율 상승을 도모할 수 있다. 즉, 상기 방사방향패턴부는 방사방향으로 배향되어 있어 스테이터 코일이 통전될 때 접선방향의 힘이 발생되어 효과적인 토크가 얻어지게 된다.

또한, 본 발명에서는 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝된 다층 기판의 복수의 코일 패턴을 직렬 접속, 병렬 접속 또는 직/병렬 접속하여 단상 모터에 요구되는 토크값과 구동전류값을 조정할 수 있다.

본 발명에서는 슬림형 스테이터에서 각층 코일 패턴의 굵기를 조절하여 스타트 부분과 엔드 부분은 코일(권선)을 형성하는 부분보다 더 넓게 예를 들어, 물방울(tear drop) 형태로 설계해서 연결의 신뢰성 증대를 꾀할 수 있다.

즉, 코일 패턴의 스타트 부분과 엔드 부분은 물방울(tear drop) 형태로 형성하고, 스루홀과 스루홀을 둘러싸는 솔더링 랜드(soldering land)를 배치함에 의해 코일 패턴을 상호 연결하거나 배선 패턴 등과 연결이 쉽고 연결의 신뢰성을 보장할 수 있다.

또한, 신뢰성 증대를 위하여 각층에 스타트 부분과 엔드 부분을 연결하는 스루홀은 적어도 1개 이상으로 형성하여 단선이나 스루홀의 불량에 따른 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 슬림형 스테이터를 사용하여 구현된 슬림형 단상 모터를 이용한 쿨링 팬을 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 슬림형 쿨링 팬의 제1 및 제2 실시예를 나타내는 축방향 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖는 하부 케이스를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4에서 하부 케이스에 슬림형 스테이터가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5에서 스테이터에 로터가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6에서 로터에 블레이드가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 단상 모터에서 초기상태일 때 데드 포인트 방지를 위해 로터, 스테이터와 홀소자와의 배치 관계를 설명하기 위한 설명도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 2장으로 나타내는 전개도이다.
도 10은 도 9a 및 도 9b에 도시된 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 직렬 접속하여 얻어진 등가회로도이다.
도 11은 본 발명에 따른 단상 모터구동회로에 채용된 집적회로의 각 단자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 12 내지 도 17은 각각 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 나타내는 전개도이다.
도 18은 본 발명에 따라 스테이터의 하부에 데드 포인트 방지 요크를 배치하여 로터가 초기상태일 때 데드 포인트 방지를 설명하기 위한 도면이다.
도 19a는 본 발명의 제3실시예에 따른 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖는 하부 케이스를 스테이터와 함께 나타낸 것으로, 팬의 기동 토크를 최소로 하여 기동성을 최대로 도모하면서 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있는 변형예가 도시되어 있고, 도 19b는 도 19a에서 A-O-B선을 따라 취한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 슬림형 단상 모터를 이용한 쿨링 팬(100)은 상부 케이스(103)와 측벽(102)이 형성된 하부 케이스(101)가 결합되어 케이스를 형성하고 있고, 케이스 내부에 슬림형 스테이터(110)를 사용하여 구현된 슬림형 단상 모터(40)가 설치되어 있다.

단상 모터(40)는 슬림형 스테이터(110), 슬리브 베어링(150), 회전축(140) 및 로터(120)를 포함한다. 또한, 로터(120)의 백요크(123)의 외측면에는 복수의 블레이드(130)가 일체로 형성되어 임펠러(105)를 구성한다.

하부 케이스(101)에는 중앙부에 슬리브 베어링(150)을 수용하기 위한 베어링 홀더(160)가 예를 들어, 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되어 있으며, 베어링 홀더(160)는 원통형상으로 돌출된 보스(160a) 내부에 슬리브 베어링(150)이 삽입되어 있다.

또한, 슬리브 베어링(150)과 베어링 홀더(160)의 내부 바닥면 사이에는 로터(120)의 회전축(140)을 지지하기 위한 스러스트 플레이트(thrust plate)(또는 베어링 시트)(106)가 설치되어 있다.

하부 케이스(101)의 바닥면에는 도 5에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 슬림형 스테이터(110)가 장착되어 있으며, 스테이터(110)의 중앙부에는 베어링 홀더(160)의 보스(160a)의 외경보다 더 큰 관통구멍(15)이 형성되어 있다.

상기 슬리브 베어링(150)의 관통구멍에는 로터(120)의 회전축(140)이 결합되어 있으며, 회전축(140)은 로터(120)의 중앙에 고정되어 있다.

로터(120)는 자로(磁路) 역할을 하도록 자성재료로 이루어진 원형의 백요크(123)와 백요크의 내측면에 부착된 복수의 자석(121)을 포함하고 있으며, 자석(121)이 스테이터(110)의 코일에 면대향하여 배치된 액시얼형(axial type) 구조로 단상 모터(40)를 구성하고 있다.

상기 복수의 자석(121)은 N극 및 S극이 교대로 배치되며, 자극수는 후술하는 코일 패턴(21)의 방사방향패턴부(20g~20l)의 갯수와 동일하게 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 8에 도시된 스테이터를 사용하여 구성되는 단상 모터(40)는 6 슬롯(slot)/6 폴(pole) 구조를 가진다.

상기 백요크(123)는 중앙부에 회전축(140)이 고정되는 관통구멍이 형성된 결합부(123e)가 형성되고, 외향으로 돌출되어 있다.

백요크(123)는 내측에 제1단 수용홈(123a)을 형성하며 베어링 홀더(160)의 보스(160a)의 외경보다 더 크게 형성되는 제1원통부(123b)와, 외측에 제2단 수용홈(123c)을 형성하며 스테이터(110)에 대응하는 크기로 형성는 제2원통부(123d)로 구성되며, 제1원통부(123b)와 제2원통부(123d) 사이에는 단차부가 중간에 형성되어 2단 구조의 수용홈을 형성하고 있다.

백요크(123)의 제1단 수용홈(123a)에는 베어링 홀더(160)가 수용되고, 제2단 수용홈(123c)에는 스테이터(110)의 코일 패턴(21)에 대응하여 복수의 자석(121)이 설치되어 있다.

상기 복수의 자석(121)은 Nd 합금이나 Co 합금과 같은 보자력이 큰 희토류 자석 또는 페라이트 자성체를 사용하여 분할 착자함에 의해 N극 및 S극 구조로 형성되거나, 디스크 형태의 Nd 자석을 로터 지지체에 접착제로 고정하여 사용할 수 있다.

로터(120)의 백요크(123)의 외측면에는 인서트 몰딩에 의해 복수의 블레이드(130)가 일체로 형성되어 임펠러(105)를 구성한다. 이 경우, 블레이드(130)는 백요크(123)의 단차부(123b)의 외측면과 제2단 수용홈(123c)을 둘러싸면서 제1원통부(123b)와 동일한 레벨로 연장되어 있으며, 복수의 블레이드(130)는 도 1과 같이 백요크(123)로부터 경사각도를 가지고 연장 형성되거나 방사방향으로 연장 형성될 수 있다.

더욱이, 상기 하부 케이스(101)에는 스테이터(110)에 시스템 본체로부터 전원 및 제어신호를 인가하는 데 필요한 콘넥터 또는 케이블이 결합되도록 관통 슬롯이 형성될 수 있고, 하부 케이스(101)에 대향한 방향으로부터 본체(예를 들어, 무선충전기 등) 내부의 발열된 공기를 흡입할 수 있도록 적어도 하나 이상의 관통구멍이 형성된 풍입구(108)를 가질 수 있다.

상기 하부 케이스(101)에는 외주부에 측벽(102)이 직각으로 형성되어 있으며, 상부 케이스(103)와 함께 결합되어 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬을 구성하도록 도 1에 도시된 바와 같이 측벽(102)의 일측은 개방되어 흡입된 공기를 배출하는 풍출구(107)가 형성되어 있다. 이 경우 측벽(102)은 상기한 베어링 홀더(160)와 동일하게 수지로 형성되며, 인서트 몰딩에 의해 금속재의 하부 케이스(101)에 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

그러나, 측벽(102)은 하부 케이스(101) 대신에 상부 케이스(103)와 함께 인서트 몰딩에 의해 형성될 수 있다.

상기 상부 케이스(103)도 하부 케이스(101)와 유사하게 상부 케이스(103)에 대향한 방향으로부터 본체(예를 들어, 무선충전기 등의 전자기기) 내부의 발열된 공기를 흡입할 수 있도록 적어도 하나 이상의 관통구멍이 형성된 풍입구(104)를 가질 수 있다.

본 발명의 쿨링 팬(100)은 도 1에 상부 케이스(103)와 하부 케이스(101) 모두에 풍입구가 형성된 실시예를 예시하였으나, 상부 케이스(103)와 하부 케이스(101) 중 하나, 예를 들어, 상부 케이스(103)에만 풍입구(104)가 형성되는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 쿨링 팬(100)은 측벽(102)의 일측에 풍출구(107)를 형성하는 대신에 모든 측벽(102)에 관통구멍을 형성하지 않고, 일펠러(105)의 블레이드 형상에 따라 상부 케이스(103)와 하부 케이스(101)의 일측으로부터 도입되어 타측으로 배출되는 축류형으로 구성되는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 쿨링 팬(100)은 액시얼형(axial type) 구조의 단상 모터(40)를 채용하며, 단상 모터는 박막형의 슬림형 스테이터를 이용하여 구성되고 있다. 그 결과, 본 발명의 쿨링 팬(100)은 종래의 코어형 스테이터를 채용한 팬모터보다 더 슬림한 구조의 단상 모터(40)를 실현할 수 있어 슬림한 쿨링 팬(100)을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 쿨링 팬(100)은 종래에 레이디얼형(radial type) 모터에 채용되었던 코어형 스테이터를 제거한 공간을 활용하여 로터(120)의 회전축(140)을 지지하는 슬리브 베어링(150)의 직경을 확장할 수 있으며, 그 결과 충분한 오일을 함유할 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 제2실시예는 상기한 제1실시예와 비교할 때 로터와 임펠러의 구조에 대하여만 차이가 있고, 다른 부분은 동일하므로 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.

제2실시예에서 로터(120)의 백요크(122)는 중앙부에 회전축(140)이 고정되는 관통구멍이 형성된 결합부(123f)가 소정의 길이로 형성되고, 내향으로 돌출되어 있다.

백요크(122)는 내측에 제1단 수용홈(123a)을 형성하며 베어링 홀더(160)의 보스(160a)의 외경보다 더 크게 형성되는 제1원통부(123b)와, 외측에 제2단 수용홈(123c)을 형성하며 스테이터(110)에 대응하는 크기로 형성되는 제2원통부(123d)로 구성되며, 제1원통부(123b)와 제2원통부(123d) 사이에는 단차부가 중간에 형성되어 2단 구조의 수용홈을 형성하고 있다.

백요크(122)의 제1단 수용홈(123a)에는 베어링 홀더(160)가 수용되고, 제2단 수용홈(123c)에는 스테이터(110)의 코일 패턴(21)에 대응하여 복수의 자석(121)이 설치되어 있다.

상기 로터(120)의 백요크(122)는 회전축(140)이 고정되는 관통구멍이 형성된 결합부(123f)가 내향으로 돌출 형성됨에 따라, 결합부(123f)의 내향 돌출된 길이만큼 슬리브 베어링(150)의 길이는 제1실시예와 비교할 때 축소된 길이로 설정된다.

제1실시예에서 임펠러(105)를 구성하도록 백요크(123)의 외측면에 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되는 복수의 블레이드(130)는 백요크(123)의 제2단 수용홈(123c)을 둘러싸면서 제2원통부(123d)와 동일한 레벨로 연장 형성된다.

그러나, 제2실시예의 블레이드(130)는 제1실시예의 블레이드와 비교하여 좁은 폭으로 설정되고, 백요크(122)와 회전축(140)의 노출면(즉, 최상단)은 상부 케이스(103) 보다 낮거나 거의 동일한 레벨로 설정되며, 그 결과, 상부 케이스(103)와 하부 케이스(101) 사이의 측벽(102)의 높이를 낮추는 것이 가능하다.

따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 쿨링 팬(100)은 백요크(122)의 결합부(123f)가 내향으로 형성됨과 동시에 슬리브 베어링(150), 회전축(140), 블레이드(130) 및 측벽(102)의 높이를 낮추는 것에 의해 쿨링 팬(100) 전체의 두께를 보다 슬림하게 설계할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖는 하부 케이스를 나타내는 평면도이고, 도 5는 도 4에서 하부 케이스에 슬림형 스테이터가 결합된 상태를 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 5에서 스테이터에 로터가 결합된 상태를 나타내는 평면도이며, 도 7은 도 6에서 로터에 블레이드가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다. 도 6에서 로터는 스테이터의 하부에 결합되는 것이나, 설명의 편의를 위해 하부 케이스 위에 중첩하여 나타내었다.

도 4 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 쿨링 팬(100)은 제1 및 제2 실시예에서 하부 케이스(201)에 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖도록 구성되어 있다.

하부 케이스(201)는 요크(yoke) 역할을 수행할 수 있도록 규소강이나 순철과 같은 보자력이 낮은 연자성체를 사용하며, 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖도록 로터(120)의 자극 수에 대응하는 개수, 예를 들어, 6개의 브리지(bridge)(201a)를 통하여 중앙부의 환형 링부(201b)에 연결되어 있다.

하부 케이스(201)는 예를 들어, 정사각형 형태로 형성될 수 있으며, 측벽(102)이 형성되지 않은 일측은 상부 케이스(103)가 결합될 때, 풍출구(107)를 형성한다.

이 경우, 상기 환형 링부(201b)의 중앙에는 베어링 홀더(160)가 통과할 수 있도록 관통구멍(15a)이 형성되어 있다.

상기 도 4 내지 도 7에는 하부 케이스(201)에 형성된 브리지(bridge)(201a)의 수를 로터(120)의 자극(magnetic pole) 수에 대응하는 개수로 형성된 것을 사용하고 있으나, 하부 케이스(201)에 형성되는 브리지(bridge)(201a)의 수는 로터(120)의 자극 수에 1대1로 대응하는 개수 뿐 아니라 (자극 수)/N(여기서, N은 자극 수의 약수)일 수 있다. 로터가 초기 상태(즉, 정지상태)일 때, 브리지가 1개일 경우, 브리지에 로터의 자극 중 하나의 센터가 일치하게 된다. 브리지가 2인 경우 180도 간격으로 배치되고, 브리지가 3개인 경우 120도 간격으로 배치되고, 각각 로터가 초기상태일 때 브리지는 자극의 센터에 일치하게 된다.

상기와 같이 요크(yoke) 역할을 수행할 수 있는 연자성체로 이루어진 하부 케이스(201)에 로터(120)의 자극 수에 대응하는 개수의 브리지(201a)가 형성된 경우, 로터(120)가 초기(정지)상태일 때, 도 6 및 도 7과 같이 로터(120)의 자석(121)과 브리지(201a) 사이에는 자기현상에 의해 각 자석(121)의 센터가 브리지(201a)와 대향한 위치에 정지하게 된다.

따라서, 로터(120)의 초기상태를 고려하여 로터의 자극을 검출하기 위한 홀소자(H1)는 도 4 및 도 5, 도 8에 도시된 바와 같이, 자극의 경계면(121g)이나 자석(121)의 센터로부터 1/4 자극폭(6극 로터인 경우는 15˚) 또는 3/4 자극폭 만큼 편위된 위치의 스테이터(110), 즉 기판(10)에 설치한다.

여기서, 도 8에 도시된 스테이터(110)는 제1 내지 제6 PCB(11-16)가 적층된 것으로 도면에는 제1 PCB(11)만 노출된 것이며, 제2 내지 제6 PCB(12-16)는 제1 PCB(11)와 동일한 역할을 수행하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

홀소자(H1)를 자극의 경계면(121g)으로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치하는 이유는 이 지점이 각각의 자석(121)으로부터 발생되는 자기 플럭스가 최대이므로 홀소자(H1)는 가장 좋은 감도의 로터위치검출신호를 발생할 수 있기 때문이다.

또한, 로터의 관성 모멘트에 의한 지속적 회전을 고려할 때 홀소자(H1)의 위치는 자극의 경계면(121g)으로부터 1/4 자극폭 편위된 지점부터 "0°", 즉 자극의 경계면(121g) 사이에 위치하여야 한다. 상기 자극의 경계면(121g)으로부터 1/4 자극폭 편위된 위치는 브리지(201a)의 중앙으로부터 1/4 자극폭 편위된 위치와 동일하다.

또한, 홀소자(H1)를 자극의 경계면(121a)으로부터 1/4 자극폭(6극 로터인 경우는 15˚)에 배치함과 동시에 후술하는 슬림형 스테이터(110)에서 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)의 방사방향패턴부(20g~20l) 중 하나의 방사방향패턴부(20l)가 대향하도록 설정하는 것이 바람직하다.

도 8과 같이 홀소자(H1)가 방사방향패턴부(20g~20l) 중 하나의 방사방향패턴부(20l)와 일치하며, 자극의 경계면(121g)으로부터 1/4 자극폭이 되는 지점에 배치된 상태에서, 모터구동회로(30)에 구동전원이 인가되어 로터(120)의 기동이 이루어지면, 홀소자(H1)가 대향한 자석(121f)의 자극을 고감도로 검출함에 따라 자석(121f)으로부터 발생되는 자기 플럭스가 최대인 지점에 방사방향패턴부(20l)가 대향해 있기 때문에 보다 쉽게 자기기동이 이루어지게 된다.

또한, 로터(120)가 초기(정지)상태일 때, 각 자석(121)의 센터가 브리지(201a)와 대향한 위치에 머무르고 있으므로, 로터(120)의 회전 방향이 도 8과 같이 반시계방향(CCW)인 경우는 브리지(201a)의 중앙으로부터 반시계방향으로 1/4 자극폭 지점에 홀소자(H1)가 설치되는 것이 바람직하고, 회전 방향이 시계방향(CW)인 경우는 브리지(201a)의 중앙으로부터 시계방향으로 1/4 자극폭 지점에 홀소자(H1)가 설치되는 것이 자기기동 불능 현상을 피할 수 있게 된다.

상기한 조건을 만족하게 되면 로터(120)가 기동할 때 각 자석(121)으로부터 발생되는 자기 플럭스가 최대인 지점에 홀소자(H1)와 방사방향패턴부(20l)가 대향해 있기 때문에 보다 쉽게 자기기동이 이루어지게 된다.

그 결과, 하부 케이스(201)에 형성된 6개의 브리지(bridge)(201a)는 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖게 됨과 동시에, 상기 브리지(201a) 사이의 공간은 풍입구(108)로서 역할을 한다.

이 경우, 상기 로터(120)의 자석(121)은 링 형상으로 형성되고 다극 착자되어 N극과 S극이 교대로 배치되며, 상기 링의 폭은 적어도 방사방향패턴부(20g~20l)의 길이보다 더 크게 형성되며, 방사방향패턴부(20g~20l)와 대향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하부 케이스(201)에 형성되어 풍입구(108)로서 역할을 하는 브리지(201a) 사이의 공간은 하부 케이스에 설치되는 스테이터(110)의 다층 기판(10)보다 더 크게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 브리지(201a)를 형성하기 위해 타발되는 풍입구(108)의 지름은 기판(10)의 지름보다 더 크게 형성된다.

도 7에서 미설명 부재번호 102a는 측벽에 일체로 형성되어 상부 케이스(103)와 스냅결합될 때 사용되는 스냅결합부를 가리킨다.

첨부된 도 8은 본 발명에 따른 단상 모터에서 초기상태일 때 데드 포인트 방지를 위해 로터, 스테이터와 홀소자와의 배치 관계를 설명하기 위한 설명도이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 2장으로 나타내는 전개도이며, 도 10은 도 9a 및 도 9b에 도시된 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 직렬 접속하여 얻어진 등가회로도이다. 또한, 도 12 내지 도 17은 각각 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 나타내는 전개도이다.

도 8 내지 도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 단상 모터용 슬림형 스테이터(110)는 각 층이 동박적층판(CCL)으로 이루어진 다층 기판의 동박을 패터닝하여 구성되며, 예를 들어, 6층 구조의 제1 내지 제6 PCB(11~16)가 적층되어 일체화된 구조를 가지고 있다.

슬림형 스테이터(110)는 적층되는 다층 기판이 각각 동일한 형상을 가지며 절연재료로 이루어진 복수의 기판(10)에 동박을 패터닝하여 얻어진 나선형상의 도전성 패턴으로 이루어진 복수의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L31-L33,L41-L43,L51-L53,L61-L62)이 형성되어 있다.

제1 및 제5 PCB(11,15)의 코일 패턴(L11-L13,L51-L53)은 각각 3개의 부채꼴 형상으로 이루어지고 중심점(O)을 기준으로 60도씩 간격을 두고 분리되어 형성되어 있고, 제2 및 제4 PCB(12,14)의 코일 패턴(L21-L23,L41-L43)도 각각 3개의 부채꼴 형상으로 이루어지고 중심점(O)을 기준으로 60도씩 간격을 두고 분리되어 형성되어 있으며, 동일한 위치에 동일한 형상을 이루고 있다.

차이점은 제1 및 제5 PCB(11,15)의 코일 패턴(L11-L13,L51-L53)은 각층마다 형성된 3개의 코일 패턴 중에 2개, 예를 들어, 코일 패턴(L11,L13; L51,L53)이 패터닝시에 상호 연결된 구조를 가지고 있고, 나머지 하나의 코일 패턴(L12,L52)은 분리되어 형성된 후 각각 제4 및 제2 점퍼선 패턴(J14,J12)을 통하여 직렬 접속되어 있다.

또한, 제2 및 제4 PCB(12,14)의 코일 패턴(L21-L23,L41-L43)은 2개의 코일 패턴(L22,L23; L42,L43)이 패터닝시에 상호 연결된 구조를 가지고 있고, 나머지 하나의 코일 패턴(L21,L41)은 분리되어 형성된 후 각각 제5 및 제3 점퍼선 패턴(J15,J13)을 통하여 직렬 접속되어 있다.

그러나, 제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31-L33)은 후술하는 바와 같이, 제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)과 역할은 동일하나, 3개의 부채꼴 형상 대신에 상호 연결되어 하나의 큰 별 형상을 이루며, 중심점(O)을 기준으로 60도씩 간격을 두고 3개의 돌기부와 3개의 요홈부를 가지도록 지그재그 형태를 가지고 있다.

제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)과 제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31-L33)은 모두 스테이터 코일을 구성하는 데 필요한 복수의 턴(turn)을 형성하도록 상기 각층 기판 위에 적층된 동박을 패터닝하여 얻어진 것으로, 각각 내측에서 외측으로 또는 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상으로 권선되어 있다.

제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31-L33)을 제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)과 다르게 형성한 것은 복수의 코일 패턴을 상호 연결하는 데 필요한 제1 내지 제5 점퍼선 패턴(J11-J15)을 형성하기 위한 공간을 확보하기 위한 것이다.

각 층의 코일 패턴을 상호 연결하는 데는 상기 복수의 기판(10)을 관통하여 형성된 관통홀에 전도성 금속으로 도금된 복수의 스루홀(T11~T27)을 사용하고 있다.

상기 다층 기판의 기판(10)은 기판 재료가 예를 들어, 글래스 에폭시 라미네이트(glass epoxy laminate)로 이루어진 FR-4나 CEM-3와 같은 절연성 수지로 이루어질 수 있다. 다층 기판은 각 층의 기판(10)에 동박이 적층된 구조를 가지며, 다층 PCB를 구성할 수 있다면 어떤 절연성 수지도 기판의 재료로 사용할 수 있으며, 적층되는 기판의 층수는 단상 모터의 원하는 RPM에 비례하여 1층 내지 10층 범위 내에서 설정될 수 있다. 높은 RPM을 얻기 위해서는 높은 토크값이 얻어지도록 코일 턴수가 많은 것이 요구되므로, 복수의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L31-L33,L41-L43,L51-L53,L61-L62)을 이용하도록 적층되는 PCB의 수를 증가시키는 것이 필요하며, 적층되는 층수에 제한되지 않는다.

다층 PCB가 적층된 다층 기판을 사용하는 경우, 최하부의 PCB는 코일 패턴과 전자 부품을 상호 연결하기 위한 인쇄배선(17)이 형성되고, 단상 모터를 구동하는 데 필요한 1칩형 집적회로(IC)(16)가 인쇄배선(17)에 실장되어 모터구동회로(30)를 형성하며, 인쇄배선(17)의 전원단자(Vbb)와 접지 패턴(GND)에는 외부로부터 구동전원이 연결된다.

본 발명에 따른 단상 모터용 스테이터는 높은 RPM을 필요로 하지 않는 경우, 기판(10)의 양면에 동박이 적층된 단일의 양면 기판을 사용하여 구성될 수 있으며, 이 경우 기판(10)의 일면에 코일 패턴이 형성되고, 배면에 모터구동회로(30)가 실장되는 구조로 구성될 수 있다.

상기 제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)은 공통적으로 3개의 부채꼴 형상을 이루고 있으며, 각각은 각각 내측 원주와 외측 원주에 간격을 두고 원주방향을 따라 배치되는 복수의 내측 및 외측 회전방향패턴부(20a-20f,22a-22f,24a-24f,25a-25f), 및 상기 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 중심(O)으로부터 방사방향을 따라 배치되는 복수의 방사방향패턴부(20g-20l,22g-22l,24g-24l,25g-25l,26g-26j)를 포함하고 있다.

이 경우, 상기 복수의 방사방향패턴부가 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 중심(O)으로부터 방사방향을 따라 배치되도록 외측 회전방향패턴부는 내측 회전방향패턴부보다 더 길게 형성된다.

또한, 제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31-L33)도 하나의 큰 별 형상을 이루고 있으나, 이 또한 6개의 내측 및 외측 회전방향패턴부(23a-23f)와 6개의 방사방향패턴부(23g-23l)로 구성되어 있다.

더욱이, 제6 PCB(16)에는 모터구동회로(30)의 실장에 필요한 영역을 제외하고 나머지 공간에 2개의 부채꼴 형상을 이루는 코일 패턴(L61,L62)이 배치되어 있으며, 단상 모터의 구동 토크를 최대로 보강하기 위해 구비된다. 코일 패턴(L61,L62)은 4개의 내측 및 외측 회전방향패턴부(26a,26b,26d,26e)와 4개의 방사방향패턴부(26g-26j)로 구성되어 있다.

도 8에 도시된 실시예에서 각층 PCB(최하층 제외)는 복수의 내측 및 외측 회전방향패턴부와 복수의 방사방향패턴부는 로터의 자극수와 동일하게 각각 6개로 구성되어 있다.

상기 제1 내지 제6 PCB(11-16)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L31-L33,L41-L43,L51-L53,L61-L62)의 방사방향패턴부는 모터구동회로(30)로부터 전류가 인가될 때 전류의 흐름 방향이 모두 일치하도록 상기 복수의 코일 패턴(L11-L62)은 도 10과 같이 결선이 이루어진다.

도 10에 표시된 등가회로와 같이, 본 발명의 스테이터(110)는 소모전력을 작게 하기 위해 17개의 코일 패턴(L11-L62)이 직렬 접속된 것을 예시하고 있으나, 토크를 증대시키기 위해 코일의 저항값을 낮추어 큰 구동전류가 흐를 수 있도록 병렬 접속을 실시하는 것도 물론 가능하다. 또한, 필요에 따라 직렬 접속과 병렬 접속을 혼합하여 구성할 수 도 있다.

본 발명에서는 부채꼴 형상을 이루고 있는 제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)의 내부의 최소 공간과, 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)의 외부 공간에 복수의 스루홀(T11~T27)을 분산 배치하고, 제3 PCB(13)의 제1 내지 제5 점퍼선 패턴(J11-J15)을 이용함에 의해 별도의 배선 패턴 PCB를 사용하지 않고도 다층 PCB의 코일 패턴을 직렬 또는 병렬 접속으로 연결할 수 있다.

이하의 실시예 설명에서는 도 9a 및 도 9b와 도 12 내지 도 17에 도시된 바와 같이 스테이터(110)가 6층 구조의 제1 내지 제6 PCB(11~16)가 적층된 다층 기판(PCB)으로 구성된 것을 예로 들어 상세하게 설명한다.

제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)에는 각각 상부면에 3개의 부채꼴 형상을 이루는 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)이 형성되고, 제3 PCB(13)에는 3개의 부채꼴 형상이 상호 연결되어 하나의 큰 별 형상을 이루는 코일 패턴(L31-L33)이 형성되며, 최하층의 제6 PCB(16)에는 각각 부채꼴 형상의 2개의 코일 패턴(L61,L62)이 분리되어 상부와 우측에 형성되어 있으며, 좌측에는 모터구동회로(30)가 실장되어 있다.

각각의 PCB(11~16)는 예를 들어, 0.4mm, 0.8mm 등의 다양한 두께를 가지는 것 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 본 실시예에 적용된 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L31-L33,L41-L43,L51-L53,L61-L62)은 동박(Cu)과 같은 도전성 금속을 미세하게 패터닝하여 형성되며, 예를 들어, 패턴 폭이 0.12mm이고, 인접한 패턴 사이의 간격이 0.13mm로 패터닝한 것이다. 상기 코일 패턴의 폭과 패턴 사이의 간격은 필요에 따라 증가 또는 감소할 수 있다.

제1 PCB(11)에서 코일 패턴(L13)은 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 가지도록 형성되고, 코일 패턴(L11)은 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 가지도록 형성되도록 코일 패턴(L13) 내부에 스타트 부분(S11)이 배치되고 코일 패턴(L11)의 내부에 엔드 부분(E11)이 배치되어 있다. 코일 패턴(L12)은 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L12) 내부에 스타트 부분(S12)이 배치되고 코일 패턴(L12)의 외부에 배치되는 엔드 부분(E12)은 코일 패턴(L11)과 코일 패턴(L13) 사이의 공간까지 연장되어 있다.

또한, 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)과 동일하게 제5 PCB(15)의 코일 패턴(L51-L53)도 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L53) 내부에 스타트 부분(S51)이 배치되고 코일 패턴(L51)의 내부에 엔드 부분(E51)이 배치되어 있으며, 코일 패턴(L52)은 코일 패턴(L52) 내부에 스타트 부분(S52)이 배치되고 코일 패턴(L52)의 외부에 배치되는 엔드 부분(E52)은 코일 패턴(L51)과 코일 패턴(L53) 사이의 공간까지 연장되어 있다.

제2 PCB(12)에서 코일 패턴(L21)은 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L21) 외부인 코일 패턴(L21)과 코일 패턴(L23) 사이의 공간에 스타트 부분(S21)이 배치되고 코일 패턴(L21)의 내부에 엔드 부분(E21)이 배치되어 있다. 코일 패턴(L22)은 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 가지도록 형성되고, 코일 패턴(L23)은 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 가지도록 코일 패턴(L22) 내부에 스타트 부분(S22)이 배치되고 코일 패턴(L23)의 내부에 엔드 부분(E22)이 배치되어 있다.

또한, 제2 PCB(12)의 코일 패턴(L21-L23)과 동일하게 제4 PCB(14)의 코일 패턴(L41-L43)도 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L41) 외부인 코일 패턴(L41)과 코일 패턴(L43) 사이의 공간에 스타트 부분(S41)이 배치되고 코일 패턴(L41)의 내부에 엔드 부분(E41)이 배치되어 있으며, 코일 패턴(L42) 내부에 스타트 부분(S42)이 배치되고 코일 패턴(L43)의 내부에 엔드 부분(E42)이 배치되어 있다.

제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31-L33)은 하나로 통합되어 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 가지도록 코일 패턴(L33) 내부에 스타트 부분(S31)이 배치되고 코일 패턴(L31)과 코일 패턴(33) 사이의 공간에 엔드 부분(E31)이 배치되어 있고, 크게 보면 대략 별 형상을 이루도록 3개의 돌기부와 요홈부를 가지도록 지그재그 형태를 가지고 있다.

또한, 제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31)과 코일 패턴(L32) 내부에는 제6 PCB(16)에서 코일 패턴(L61)과 코일 패턴(L62)을 연결하기 위한 제1점퍼선 패턴(J11), 제5 PCB(15)에서 코일 패턴(L51)과 코일 패턴(L52)을 연결하기 위한 제2점퍼선 패턴(J12), 제4 PCB(14)에서 코일 패턴(L41)과 코일 패턴(L42)을 연결하기 위한 제3점퍼선 패턴(J13), 제1 PCB(11)에서 코일 패턴(L11)과 코일 패턴(L12)을 연결하기 위한 제4점퍼선 패턴(J14), 제2 PCB(12)에서 코일 패턴(L21)과 코일 패턴(L22)을 연결하기 위한 제5점퍼선 패턴(J15)이 간격을 두고 배치되어 있다.

최하층의 제6 PCB(16)의 코일 패턴(L61)은 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L61) 외부에 스타트 부분(S61)이 배치되고 코일 패턴(L61)의 내부에 엔드 부분(E61)이 배치되어 있다.

또한, 코일 패턴(L62)은 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L62) 내부에 스타트 부분(S62)이 배치되고 코일 패턴(L62)의 외부에 배치되는 엔드 부분(E62)은 코일 패턴(L61)의 좌측 공간으로 연장되어 모터구동회로(30)의 제2출력단자(Out2)에 연결된다.

상기 제2출력단자(Out2)는 도 11에 도시된 바와 같이 모터구동회로(30)를 형성하는 집적회로(IC)(16)에 인쇄배선(17)을 통하여 연결된다. 모터구동회로(30)의 집적회로(IC)(16)에는 직렬 접속된 코일 패턴(L11-L62)의 타단, 즉 제1출력단자(Out1), 전원단자(Vbb)와 접지 패턴(GND)이 연결되고, 모터의 속도를 제어하는 데 사용할 수 있도록 FG(Frequency Generator)신호 출력단자와 모터의 속도를 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식으로 제어하기 위한 제어신호를 수신하는 PWM 신호단자가 구비되어 있다.

본 발명에서 각층의 복수의 코일 패턴(L11-L62)은 각각 나선형상을 가지며, 스루홀과 점퍼선 패턴을 이용한 코일 패턴의 직렬 또는 병렬 연결방식에 따라 내측에서 외측으로 또는 외측에서 내측으로 향하며, 시계방향(CW) 또는 반시계방향(CCW)으로 권선되는 패턴을 조합하여 회로구성이 이루어질 수 있다.

본 발명의 스테이터(110)는 도 12 내지 도 17과 같이 6층 구조의 제1 내지 제6 PCB(11~16)가 적층된 다층 기판(PCB)으로 구성되고, 각층의 기판에는 3개의 부채꼴 형상을 이루고 있는 코일 패턴(L11-L62)을 포함하고 있으며, 기판(10)은 3개의 부채꼴 형상을 따라 3개의 돌기부(10a-10c)가 형성되고, 3개의 돌기부(10a-10c) 사이에는 3개의 요홈(10d-10f)이 배치되어 있다.

상기 3개의 돌기부(10a-10c)는 부채꼴 형상의 외측 회전방향패턴부(20a~20c)와 동일한 곡률로 외주부가 형성되고, 양측면도 부채꼴 형상을 따라 형성됨에 따라 좁아지는 형상을 가지고 있다.

또한, 코일 패턴(L11-L62)의 내부에는 각각 코일 패턴을 상호 연결하기 위해 5개 또는 4개의 스루홀(T14-T27)을 배치하기 위한 3개의 스루홀 형성 공간(51-53)이 일정한 길이와 폭을 가지고 각각 확보되어 있다.

또한, 3개의 요홈(10d-10f) 중 좌/우측에 위치한 요홈(10d,10f)의 내측, 즉 기판(10)에는 스루홀 형성 공간(51-53)과 동일 원주상에 2개의 스루홀 형성 공간(54,55)이 배치되어 있으며, 스루홀 형성 공간(55)에는 3개의 스루홀(T11-T13)이 배치되어 있다. 스루홀 형성 공간(54,55)의 외주 부분은 외측 회전방향패턴부(20a~20c)의 내주부와 대응하는 곡률로 외곽선이 정렬되어 있다.

기판(10)의 하측에 배치된 요홈(10e)을 정의하는 기판(10)의 외주 부분은 내측 회전방향패턴부(20d~20f)의 외주부와 대응하는 곡률로 외곽선이 정렬되어, 상기 요홈(10d,10f)보다 더 깊게 형성되어 더 넓은 공기의 흐름 통로를 확보한다.

상기한 바와 같은 3개의 돌기부(10a-10c) 사이에 배치된 3개의 요홈(10d-10f)은 충분한 공간을 확보함에 따라 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 하부 케이스(101)에 스테이터(110)가 배치되는 경우, 하부 케이스(101)의 풍입구(108)로 흡입되는 공기의 흐름을 방해하지 않게 된다.

즉, 본 발명에서는 스테이터(110)에 단상 모터의 원하는 토크를 발생하는 데 필요한 충분한 턴수의 코일 패턴을 확보하면서도 3개의 넓은 요홈(10d-10f)이 구비되어 하부 케이스(101)의 풍입구(108)로 흡입되는 공기의 저항을 최소화한다.

상기한 실시예 설명에서는 풍입구(108)로 흡입되는 공기의 저항을 최소화하기 위해 3개의 돌기부(10a-10c)와, 3개의 돌기부(10a-10c) 사이에 3개의 요홈(10d-10f)이 배치되어 있는 기판(10)을 적용한 것을 예시하였으나, 본 발명은 요홈이 (로터의 자극 수)/2에 제한되지 않는다.

즉, 상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가질 수 있다.

도 8 내지 도 17을 참고하면, 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L31-L33,L41-L43,L51-L53,L61-L62)은 각층마다 공통적으로 3개의 부채꼴 형상을 이루고 있으며, 각층은 중심(O)으로부터 방사방향을 따라 배치되는 6개의 방사방향패턴부(20g-20l,22g-22l,23g-23l,24g-24l,25g-25l,26g-26j)와 방사방향패턴부를 상호 연결하는 6개의 내측 및 외측 회전방향패턴부(20a-20f,22a-22f,23a-23f,24a-24f,25a-25f)를 포함하고 있다.

이 경우, 6개의 방사방향패턴부(20g~26j)는 각각 전체적으로 기판(10)의 중심(O)으로부터 방사하는 방향 또는 방사 방향과 평행한 방향으로 배향되어 있다.

그 결과, 코일 패턴에서 6개의 방사방향패턴부(20g~26j)는 각층마다 동일한 위치에 배치된 구조를 가지며, 코일 패턴이 로터의 자석과 동시에 대향하는 위치를 갖게 되고 전류의 흐름방향이 동일하게 설정됨에 따라 합력된 토크를 발생한다.

본 발명에 따른 스테이터(110)는 다층 기판에 형성된 코일 패턴(L11-L62)을 상호 연결하여 스테이터 코일을 형성하며, 각층 기판에서 방사방향패턴부(20g~26j)의 수는 대향한 로터의 자극수와 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.

따라서, 6개의 방사방향패턴부(20g~26j)를 갖는 스테이터인 경우 인접한 방사방향패턴부(20g~26j) 사이의 각도는 60°이고, 단상 모터를 구성하기 위해 이에 결합되어 회전되는 로터의 자극(N극 자석과 S극 자석)의 수는 6극을 갖도록 구성된다.

제6 PCB(16)에는 모터구동회로(30) 부품을 실장하고 남는 공간을 활용하여 코일 패턴(L61,L62)을 형성할 수 있으며, 코일 패턴(L61,L62)은 로터를 회전시키는 데 요구되는 토크값에 따라 생략할 수도 있다.

도 17에 도시된 제6층 PCB(16)는 투시된 상태를 나타낸 것으로 각종 패턴, 즉, 코일 패턴(L61,L62), 인쇄 배선(17)과 이에 실장되는 집적회로(IC)(16)는 기판(10)의 배면에 위치한 것을 나타낸 것이다.

본 발명의 제1 내지 제6 PCB(11~16)가 적층된 경우 코일 패턴은 직렬 방식으로 상호 연결되면 도 10과 같이 하나의 스테이터 코일을 형성한다.

본 발명에 따른 단상 모터용 스테이터(110)는 각각 코일 패턴이 형성되는 제1 내지 제5 PCB(11~15)는 코일 패턴층을 형성하며, 제6 PCB(16)는 모터구동회로(30)가 실장된 구동회로층을 형성한다.

본 발명에서는 도 12 내지 도 17과 같이 제1 내지 제6 PCB(11~16)의 동일한 위치에 27개의 스루홀(T11~T27)을 도금 또는 도전성 분말을 충전하여 도전성으로 형성하고, 스루홀(T11~T27) 주변의 솔더링 랜드(soldering land)(18)는 도전성 패턴으로 형성되어 있다. 도시된 바와 같이 코일 패턴(L11-L62)에서 스타트 부분(S11~S62)과 엔드 부분(E11~E62)은 코일(권선)을 형성하는 부분보다 더 넓게, 예를 들어, 물방울(tear drop) 형태로 형성되어 있다.

그 결과, 본 발명에서는 슬림형 스테이터에서 각층 코일 패턴의 굵기를 조절하여 스타트 부분(S11~S62)과 엔드 부분(E11~E62)은 코일(권선)을 형성하는 부분보다 더 넓게 형성되어 있다.

즉, 코일 패턴의 스타트 부분과 엔드 부분은 물방울(tear drop) 형태로 형성하고, 스루홀과 스루홀을 둘러싸는 솔더링 랜드(soldering land)를 배치함에 의해 코일 패턴을 상호 연결하거나 배선 패턴 등과의 연결이 쉽고 연결의 신뢰성을 보장할 수 있다.

또한, 신뢰성 증대를 위하여 각층에 스타트 부분과 엔드 부분을 연결하는 스루홀(T11~T27)은 적어도 1개 이상 복수로 형성하여 단선이나 스루홀의 불량에 따른 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 제1 내지 제6 PCB(11~16)가 적층된 경우 코일 패턴(L11-L62)은 스루홀(T11~T27)과 제1 내지 제5 점퍼선 패턴(J11-J15)을 통하여 상호 연결되어 도 10에 도시된 하나의 스테이터 코일을 형성한다.

즉, 제1층 PCB(11)의 코일 패턴(L13)은 시작 부분(S11)이 스루홀(T27)을 통하여 모터구동회로(30)의 제1출력단자(Out1)에 연결되고, 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상으로 권선되어 코일 패턴(L13)을 형성하고, 이어서 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상으로 권선되어 코일 패턴(L11)을 형성하고 내측의 스루홀(T18)에 엔드 부분(E11)이 연결된다.

코일 패턴(L11)의 엔드 부분(E11)은 스루홀(T18)과 연결된 제4 점퍼선 패턴(J14)을 통하여 하측의 코일 패턴(L12)을 형성하도록 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상으로 권선되어 코일 패턴(L12)을 형성하고, 엔드 부분(E12)은 코일 패턴(L13)의 외주를 따라 연장된 후 스루홀 형성 공간(55)에 위치한 스루홀(T11)에 연결된다.

또한, 스루홀(T11)은 제2층 PCB(12)의 시작 부분(S21)과 연결된 후 코일 패턴(L21)에 연장되어 코일 패턴(L21)을 형성하고 내측의 엔드 부분(E21)에 연결된다.

상기와 같은 방식으로 본 발명에서는 제1 내지 제6 PCB(11~16)의 동박을 패터닝하여 코일 패턴(L11-L62)을 형성하고 적층한 후 스루홀(T11~T27)에 도금을 실시하면, 스루홀(T11~T27)과 제1 내지 제5 점퍼선 패턴(J11-J15)을 통하여 코일 패턴이 도 10에 도시된 바와 같이 연결되어 스테이터 코일을 형성하게 된다.

그 결과, 스테이터 코일의 일단, 즉 코일 패턴(L62)의 엔드 부분(E62)은 모터구동회로의 제2출력단자(Out2)에 연결되고, 스테이터 코일의 타단, 즉 코일 패턴(L13)의 스타트 부분(S11)은 스루홀(T27)을 통하여 모터구동회로의 제1출력단자(Out1)에 연결된다.

본 발명에서는 스루홀(T11~T27)과 제1 내지 제5 점퍼선 패턴(J11-J15)을 효과적으로 활용함에 따라 별도의 배선 패턴 PCB를 사용하지 않고도 다층 PCB의 코일 패턴을 직렬 또는 병렬 접속으로 연결할 수 있다.

도 17에 도시된 실시예에서는 제6 PCB(16)에 단상 모터를 구동하기 위한 모터구동회로(30)가 실장되어 있는 것을 예시하고 있으나, 모터구동회로가 별도로 구성되는 것도 가능하다.

이하에 도 8 내지 도 17을 참고하여 본 발명의 슬림형 스테이터를 이용한 단상 모터를 설명한다.

코일 패턴(L11-L62)이 모두 반시계방향(CW)으로 권선되고 직렬 접속된 스테이터 코일을 형성하고 있으므로, 로터의 회전 위치별 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)의 전류 흐름은 제2 내지 제6 PCB(12-16)의 코일 패턴(L21-L62)에 대한 전류 흐름과 동일하므로 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)만을 주로 설명한다.

도 8에 도시된 단상 모터(40)는 6슬롯-6폴 구조의 스테이터(110)와 로터(120)가 액시얼 타입으로 서로 대향하여 배치된 구조를 가지나, 도면에는 설명의 편의상 동일 평면에 함께 표현한 것이다.

로터(120)가 초기 위치(즉, 0°)에 있을 때, 모터구동회로(30)에 구동전원(Vbb)이 공급되면 홀센서(H1)는 로터의 자극(S극: 121f)을 인식하여 로터의 회전방향(즉, 반시계방향(CCW))을 내포하는 한쌍의 제1로터위치검출신호를 발생하여 모터구동회로(30)의 2개의 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터에 인가하면, 제1 스위칭 트랜지스터는 턴-온되고 제2 스위칭 트랜지스터는 턴-오프되면서 스테이터 코일, 즉 코일 패턴(L11-L62)에 대한 구동전류의 전류 흐름방향이 결정된다.

로터의 회전방향이 반시계방향(CCW)으로 결정됨에 따라 코일 패턴(L13)의 스타트 부분(S11)으로부터 코일 패턴(L62)의 엔드 부분(E62) 방향으로 전류가 흐르게 되며, 전류가 흐르는 방향을, 예를 들어, 도 8 및 도 12에 도시된 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)에 화살표로 나타내었다. 제2 내지 제6 PCB(12-16)의 코일 패턴(L21-L62)의 전류가 흐르는 방향은 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)과 동일하므로 생략한다.

이 경우, 코일 패턴(L11-L62)의 외측 및 내측 회전방향패턴부(20a~20c,20d~20f)는 거의 동심원 형태로 배열되어 있으므로 플레밍의 왼손법칙에 따라 발생되는 힘(F)의 방향이 방사방향으로 향하기 때문에 토크 발생에 영향을 주지 못한다.

코일 패턴(L11-L62)은 각각 동일한 위치의 방사방향패턴부(20g-20l,22g-22l,23g-23l,24g-24l,25g-25l,26g-26j)에 흐르는 구동전류의 흐름 방향이 모두 동일한 방향으로 전류 흐름 방향이 설정된다. 그 결과, 방사방향패턴부(20g-20l,22g-22l,23g-23l,24g-24l,25g-25l,26g-26j)는 로터(120)의 회전방향(원주방향)과 직각인 방사방향(즉, 법선방향)으로 배향되어 있어 플레밍의 왼손법칙에 따라 반시계방향(CCW)으로 접선방향의 힘(F)이 발생된다.

따라서, 코일 패턴(L11-L62)의 외측 및 내측 회전방향패턴부(20a~20f)은 단지 전류가 흐르는 경로 역할을 하고, 6개의 방사방향패턴부(20g~26j)으로부터 반시계방향(CCW)으로 접선방향의 힘이 발생되어 로터(120)의 회전이 이루어지게 된다.

또한, 인접한 방사방향패턴부(20g~26j) 사이에 코일에 흐르는 전류의 방향은 반대로 설정되고, 이에 대응하는 로터(120)의 자석의 자극(N극: 121e,121c,121a)도 반대로 위치하게 되므로, 모두 동일한 방향으로 로터의 자석을 밀거나 끌어당기는 힘을 발생하게 되어 로터를 반시계방향(CCW)으로 회전시키게 된다.

이어서, 로터(120)가 회전하여 기계각으로 45°(전기각 135°) 회전한 경우, 홀센서(H1)는 N극 자석(121a)과 S극 자석(121f)의 경계면(121g)에 위치하게 되어 자극을 인식하지 못하며, 전류의 흐름 방향을 결정하지 못한다.

로터(120)가 회전 관성에 의해 기계각으로 45°(전기각 135°)를 넘어서 회전하게 되면, 홀센서(H1)는 N극 자석(121a)을 인식하게 된다. 이 경우, 홀센서(H1)는 상기한 제1로터위치검출신호와 반대 극성의 한쌍의 제2로터위치검출신호 출력을 발생하여 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터에 인가함에 따라, 제1 스위칭 트랜지스터는 턴-오프되고 제2 스위칭 트랜지스터는 턴-온되면서 스테이터 코일, 즉 코일 패턴(L11-L62)에 대한 구동전류의 전류 흐름방향이 반대로 설정된다.

그 결과, 코일 패턴(L11-L62)에 대한 구동전류의 전류 흐름방향이 반대로 설정되면, 방사방향패턴부(20g~26j)는 플레밍의 왼손법칙에 따라 반시계방향(CCW)으로 접선방향의 힘(F)이 발생되어 로터(120)의 회전이 계속 이루어진다.

상기와 같이 모터구동회로(30)는 홀센서(H1)가 기계각으로 60°(전기각 180°) 회전할 때마다 로터의 자극을 검출하여 제1로터위치검출신호와 제2로터위치검출신호를 교대로 발생함에 따라 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터는 교대로 턴-온과 턴-오프되면서 코일 패턴(L11-L62)에 대한 구동전류의 전류 흐름방향을 변경한다.

본 발명의 단상 모터(40)에서는 다층 인쇄회로기판(PCB)을 이용하여 슬림형 스테이터(110)를 구성하며, 각 층의 코일 패턴(L11-L62)이 3개의 부채꼴 형상 또는 별 형상 패턴을 이루고 있으나, 코일 패턴(L11-L62)을 구성하는 복수의 회전방향패턴부와 방사방향패턴부(20g~26j) 중에 방사방향패턴부(20g~26j)가 방사방향 및 방사방향과 평행한 방향으로 배향되어 있어 대향한 로터(120)에 가해지는 토크, 즉 회전력이 최대로 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 슬림형 스테이터는 각층의 코일 패턴이 부채꼴 형상 또는 별 형상 패턴 이외에 다른 형태로 변형될 수 있다.

이러한 변형예에서 중요한 점은 동일한 위치에 배치되는 코일 패턴의 방사방향패턴부가 모두 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 결선이 이루어지고, 인접한 회전방향패턴부를 연결하는 코일 패턴이 방사방향 및 방사방향과 평행한 방향으로 배향되어 있어 대향한 로터에 가해지는 토크, 즉 회전력이 최대로 얻어질 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 단상 모터는 부채꼴 형상 및/또는 별 형상으로 이루어진 코일 패턴을 스테이터로 이용하며 로터위치검출을 위해 하나의 홀센서(H1)가 스테이터를 형성하는 PCB에 배치되고, 자기기동 방안으로서 하부 케이스를 철판 또는 실리콘 스틸로 이루어진 연자성체를 사용하면서 데드 포인트를 방지할 수 있는 요크를 구성하도록 하부 케이스를 성형하여 브리지에 요크를 구현할 수 있다.

데드 포인트 방지 기능을 갖는 하부 케이스를 이용하면 로터의 초기 위치를 미리 설정된 위치에 정지하게 설정할 수 있으며, 홀센서를 로터의 초기 위치를 고려하여 데드 포인트 방지할 수 있는 위치에 설치하면 자기기동 불능 현상을 피할 수 있다.

이 경우, 스테이터가 3개의 부채꼴 형상의 코일 패턴을 구비하도록 3개의 부채꼴 형상의 돌기부와 요홈부를 갖는 형태로 다층 기판을 형성함에 따라 요홈부가 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬에서 풍입구의 통로로 이용될 수 있어 풍량 증대를 도모할 수 있다.

본 발명에서는 (로터의 자극수)/2에 대응하는 돌기부와 요홈부를 갖도록 다층 기판의 형상을 설계할 수 있다.

상기한 실시예에서 본 발명에 따른 슬림형 스테이터는 6극-6슬롯 구조의 단상 모터를 예를 들어 설명하였으나, 짝수 극-짝수 슬롯을 갖는 단상 모터에 적용될 수 있으며, 각층의 코일 패턴이 부채꼴 형상 또는 별 형상 패턴 이외에 다른 형태로 변형될 수 있다.

또한, 상기 실시예 설명에서는 데드 포인트 방지를 위해 하부 케이스에 풍입구를 형성하면서 로터 자극수에 대응하는 브리지를 형성함에 의해 별도의 데드 포인트 방지 요크(yoke)를 사용하지 않고 데드 포인트 방지 기능을 구현하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 도 18에 도시된 바와같이 스테이터(110)의 하부에 데드 포인트 방지 요크(170)를 배치하는 방법을 채용할 수 있다.

이 경우, 데드 포인트 방지 요크(170)는 로터의 자극 수(6극)와 동일하게 외주면이 육각형상을 이루며, 내주면이 원형을 갖도록 구성되어 있다. 데드 포인트 방지 요크(170)를 사용하면, 로터(120)가 초기상태(즉, 0°)일 때, 로터(120)의 자석과 데드 포인트 방지 요크(170) 사이에는 자기현상에 의해 각 자석의 센터가 데드 포인트 방지 요크(170)의 실효면적 폭이 가장 넓은 지점(즉, 모서리)과 대향하여 위치하게 되어 홀 센서(H1)를 로터(120)의 자극 경계면(121g)으로부터 편위된 위치에 위치설정함에 의해 자기기동 불능을 해결할 수 있다.

이 경우, 홀 센서(H1)의 위치는 하부 케이스에 로터 자극수에 대응하는 브리지를 형성하여 데드 포인트 방지 기능을 구현하는 경우와 동일하게 자극의 경계면(121g) 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 데드 포인트 방지 요크(170)는 도 18과 같이 로터의 자극 수(6극)와 동일하게 외주면이 육각형상을 이루는 것 이외에 데드 포인트 방지 요크는 (자극 수)/N(여기서, N은 1,2,3)의 다각형일 수 있다.

즉, 데드 포인트 방지 요크(170)는 외주면이 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 다각형 형상을 이루며, 내주면이 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.

로터가 초기 상태(즉, 정지상태)일 때, 모서리가 1개일 경우, 모서리에 로터의 자극 중 하나의 센터가 일치하게 된다. 모서리가가 2인 경우 180도 간격으로 배치되고, 모서리가 3개인 경우 120도 간격으로 배치되며, 각각 로터가 초기상태일 때 모서리는 자극의 센터에 일치하게 된다.

상기한 도 4에 도시된 하부 케이스는 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖도록 복수의 브리지가 자극 수에 대응하여 설치되고, 브리지 사이의 공간은 풍입구로서 역할을 하는 실시예를 나타내고 있다.

본 발명에서 풍입구에 구비된 브리지는 자석의 자력선 외곽이나 내측의 일부만 사용하도록 하여 팬의 기동 토크를 최소로 하여 기동성을 최대로 도모하면서 데드 포인트 방지 기능을 구현하도록 변형될 수 있다.

도 19a에는 본 발명의 제3실시예에 따른 팬의 기동 토크를 최소로 하여 기동성을 최대로 도모하면서 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있는 변형예가 도시되어 있고, 도 19b는 도 19a에서 A-O-B선을 따라 취한 단면도이다.

도 19a 및 도 19b를 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 슬림형 단상 모터를 이용한 쿨링 팬(100)은 상부 케이스(103)와 측벽(102)이 형성된 하부 케이스(301)가 결합되어 케이스를 형성하고 있고, 케이스 내부에 슬림형 스테이터(110)를 사용하여 구현된 슬림형 단상 모터(40)가 설치되어 있다.

단상 모터(40)는 슬림형 스테이터(110), 슬리브 베어링(150), 회전축(140) 및 로터(120)를 포함한다. 또한, 로터(120)의 백요크(122)의 외측면에는 복수의 블레이드(130)가 일체로 형성되어 임펠러(105)를 구성한다.

제3실시예가 제1 및 제2 실시예와 차이점은 우선 로터(120)의 백요크(122)가 밴드(band) 형상으로 형성되고, 자석(121)과 백요크(122) 및 복수의 블레이드(130)가 인서트 몰딩 방법으로 수지를 사용하여 일체로 형성되어 임펠러(105)를 구성한다는 점에서 차이가 있다.

이 경우, 회전축(140)의 일단부가 인서트 몰딩 방법으로 임펠러(105)의 중앙에 일체로 형성되어 있다.

하부 케이스(301)에는 중앙부에 슬리브 베어링(150)을 수용하기 위한 베어링 홀더(160)가 예를 들어, 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되어 있으며, 베어링 홀더(160)는 원통형상으로 돌출된 보스(160a) 내부에 슬리브 베어링(150)이 삽입되어 있다.

하부 케이스(301)의 바닥면에는 본 발명에 따른 슬림형 스테이터(110)가 장착되어 있으며, 스테이터(110)의 중앙부에는 베어링 홀더(160)의 보스(160a)의 외경보다 더 큰 관통구멍이 형성되어 있다.

로터(120)는 자로(磁路) 역할을 하도록 자성재료로 이루어진 밴드형상의 백요크(123)의 전면에 자석(121)을 포함하고 있으며, 자석(121)이 스테이터(110)의 코일에 면대향하여 배치된 액시얼형(axial type) 구조로 단상 모터(40)를 구성하고 있다.

로터(120)의 백요크(122)의 외측면에는 인서트 몰딩에 의해 복수의 블레이드(130)가 일체로 형성되어 임펠러(105)를 구성한다. 이 경우, 임펠러(105)는 내측의 몸체가 디스크 형상을 이루며, 이로부터 복수의 블레이드(130)가 경사각도를 가지고 연장 형성되거나 방사방향으로 연장 형성될 수 있다.

상기 하부 케이스(301)에는 외주부에 측벽(102)이 직각으로 형성되어 있으며, 상부 케이스(103)와 함께 결합되어 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬을 구성하도록 측벽(102)의 일측은 개방되어 흡입된 공기를 배출하는 풍출구가 형성되어 있다. 이 경우 측벽(102)은 상기한 베어링 홀더(160)와 동일하게 수지로 형성되며, 인서트 몰딩에 의해 금속재의 하부 케이스(301)에 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 상부 케이스(103)도 하부 케이스(301)와 유사하게 상부 케이스(103)에 대향한 방향으로부터 본체(예를 들어, 무선충전기 등의 전자기기) 내부의 발열된 공기를 흡입할 수 있도록 적어도 하나 이상의 관통구멍이 형성된 풍입구(104)를 가질 수 있다.

도 19a 및 도 19b에 도시된 본 발명의 쿨링 팬(100)은 상부 케이스(103)와 하부 케이스(301) 모두에 풍입구(104,108)가 형성되어 있으며, 하부 케이스(301)에는 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖도록 하부 케이스(301)로부터 풍입구(108) 내부로 복수, 예를 들어 3개의 요크 돌기(301a-301c)가 돌출되어 있다.

3개의 요크 돌기(301a-301c)에는 각각 베어링 홀더(160)가 인서트 몰딩방법으로 하부 케이스(301)에 일체로 형성될 때, 요크 돌기(301a-301c)와 베어링 홀더(160) 사이의 접촉면적을 증가시켜서 결합력을 보강하도록 관통 형성된 장공(303)이 형성되어 있다.

또한, 3개의 요크 돌기(301a-301c) 사이에는 하부 케이스(301)로부터 풍입구(108) 내부로 복수, 예를 들어, 3개의 지지돌기(302a-302c)가 돌출 형성되어 있다.

3개의 지지돌기(302a-302c)는 요크 돌기(301a-301c)보다 돌출 길이가 짧게 되어 있어 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖지 않고 단지 베어링 홀더(160)와 함께 인서트 몰딩되어 지지력을 보강하는 역할을 한다.

제3 실시예에서 하부 케이스(301)는 요크(yoke) 역할을 수행할 수 있도록 규소강이나 순철과 같은 보자력이 낮은 연자성체를 사용하며, 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖도록 하부 케이스(301)에 형성되는 돌기(301a-301c)의 수는 로터(120)의 자극 수에 1대1로 대응하는 개수 뿐 아니라 (자극 수)/N(여기서, N은 자극 수의 약수)일 수 있다.

이 경우, 로터가 초기 상태(즉, 정지상태)일 때, 돌기가 1개일 경우, 돌기에 로터의 자극 중 하나의 센터가 일치하게 된다. 돌기가 2인 경우 180도 간격으로 배치되고, 돌기(301a-301c)가 3개인 경우 도 19a에 도시된 바와 같이 120도 간격으로 배치되고, 각각 로터가 초기상태일 때 돌기는 자극의 센터에 일치하게 된다.

이 경우, 풍입구(108)에 구비된 요크 돌기(301a-301c)는 자석(121)의 자력선 외곽이나 내측의 일부만 사용하도록 하는 것이 팬의 기동 토크를 최소로 할 수 있다는 점에서 바람직하다.

이를 고려함과 동시에 스테이터(110)와 임펠러(105)가 지지되는 베어링 하우징(160)을 하부 케이스(301)에 견고하게 지지하기 위해서는 강도 지지용 지지돌기(302a-302c)가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 로터의 자극 수가 6인 경우, 요크 돌기(301a-301c)와 지지돌기(302a-302c)는 각각 3개씩 형성하는 것이 스테이터 기판(10)의 3개의 돌기부(10a-10c)를 1대1로 균형되게 지지함과 동시에 자석(121)의 자력선 외곽이나 내측의 일부만 사용하여 팬의 기동 토크를 최소로 함에 의해 기동성을 최대로 도모할 수 있어 바람직하다.

상기와 같이 요크(yoke) 역할을 수행할 수 있는 연자성체로 이루어진 하부 케이스(301)에 로터(120)의 자극 수를 고려하여 요크 돌기가 형성된 경우, 로터(120)가 초기(정지)상태일 때, 로터(120)의 자석(121)과 요크 돌기 사이에는 자기현상에 의해 각 자석(121)의 센터가 요크 돌기와 대향한 위치에 정지하게 된다.

따라서, 로터(120)의 초기상태를 고려하여 로터의 자극을 검출하기 위한 홀소자(H1)는 도 19a에 도시된 바와 같이, 자극의 경계면(121g)이나 자석(121)의 센터로부터 1/4 자극폭(6극 로터인 경우는 15˚) 또는 3/4 자극폭 만큼 편위된 위치의 스테이터(110), 즉 기판(10)에 설치하면, 자기기동 불능 현상을 피할 수 있게 된다.

또한, 홀소자(H1)를 자극의 경계면(121a)으로부터 1/4 자극폭(6극 로터인 경우는 15˚)에 배치함과 동시에 슬림형 스테이터(110)에서 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)의 방사방향패턴부(20g~20l) 중 하나의 방사방향패턴부(20l)가 대향하도록 설정하는 것이 바람직하다.

이 경우, 모터구동회로(30)에 구동전원이 인가되어 로터(120)의 기동이 이루어지면, 홀소자(H1)가 대향한 자석의 자극을 고감도로 검출함에 따라 자석으로부터 발생되는 자기 플럭스가 최대인 지점에 방사방향패턴부(20l)가 대향해 있기 때문에 보다 쉽게 자기기동이 이루어지게 된다.

그 결과, 하부 케이스(301)에 형성된 3개의 요크 돌기(301a-301c)는 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖게 됨과 동시에, 요크 돌기(301a-301c) 사이의 공간은 풍입구(108)로서 역할을 함에 따라 풍입구(108)의 면적을 더욱 넓히는 것이 가능하다.

상기한 실시예의 단상 모터는 모터구동회로가 단상 전파방식 구동뿐 아니라 단상 반파방식 구동에 의해 동작될 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

본 발명은 단일 코일을 사용하는 단상 모터를 이용하는 쿨링 팬으로서, 스테이터를 구성하는 다층 기판에서 코일 패턴이 형성되지 않는 부분을 제거함에 따라 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬에서 풍입구의 통로를 넓게 확보하여 풍량 증대를 도모할 수 있는 쿨링 팬에 적용 가능하다.

10: 기판 11-16: PCB
15: 관통구멍 16: 집적회로
17: 인쇄배선 18: 솔더링 랜드
20a-26e: 회전방향패턴부 20g-26j: 방사방향패턴부
L11-L62: 코일 패턴 30: 구동회로
40: 단상 모터 51-55: 스루홀 형성 공간
100: 쿨링 팬 10a-10c: 돌기부
10d-10f: 요홈부 303: 장공
101,201,301: 하부 케이스 102: 측벽
102a: 스냅결합부 170: 데드 포인트 방지 요크
103: 상부 케이스 104,108: 풍입구
105: 임펠러 106: 스러스트 플레이트
107: 풍출구 110: 스테이터
120: 로터 121: 자석
121a-121f: 자석 121g: 경계면
123; 백요크 123a,123c: 수용홈
123b,123d: 원통부 123e,123f: 결합부
130,130a: 블레이드 140: 회전축
150: 슬리브 베어링 160: 베어링 홀더
201a: 브리지 201b: 링부
301a-301c: 요크 돌기 302a-302c: 지지돌기
E11-E62: 엔드 부분 J11-J15: 점퍼선 패턴
S11-S62: 스타트 부분 T11-T27: 스루홀
H1: 홀센서

Claims

다층 기판; 및
상기 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴;을 포함하며,
상기 복수의 코일 패턴은 각각 부채꼴 형상으로 이루어지며 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 형성되고, 다층 기판의 각층마다 (로터의 자극 수)/2에 대응하여 구비되고,
상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 복수의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 복수의 요홈부를 가지며,
상기 복수의 코일 패턴은 단상용 하나의 스테이터 코일을 형성하도록 상호 연결되어 단상 모터를 구성하며, 상기 다층 기판의 요홈부는 시로코 타입(Sirocco Type)의 쿨링 팬의 풍입구 통로에 사용되는 슬림형 스테이터.
제1항에 있어서,
상기 다층 기판에 배치되어, 로터회전위치를 검출하기 위한 홀센서;를 포함하며,
상기 홀센서는 로터가 초기상태일 때 데드 포인트 방지 요크에 의해 위치설정된 로터의 자극 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되는 슬림형 스테이터.
제2항에 있어서,
상기 홀센서는 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치되는 슬림형 스테이터.
제2항에 있어서,
상기 데드 포인트 방지 요크는 단상 모터에서 스테이터가 설치되는 케이스에 풍입구를 형성하도록 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 브리지를 이용하는 슬림형 스테이터.
제2항에 있어서,
상기 데드 포인트 방지 요크는 스테이터의 하부에 적층 배치되며, 외주가 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 다각형 형상을 이루며, 내주면이 원형으로 이루어진 슬림형 스테이터.
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제1항에 있어서,
상기 부채꼴 형상의 코일 패턴은
동심상으로 내측 원주와 외측 원주에 간격을 두고 원주방향을 따라 배치된 내측 및 외측 회전방향패턴부; 및
각각 양단부가 상기 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 방사방향을 따라 배치되는 한쌍의 방사방향패턴부를 포함하는 슬림형 스테이터.
제8항에 있어서,
상기 방사방향패턴부가 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 중심으로부터 방사방향을 따라 배치되도록 외측 회전방향패턴부는 내측 회전방향패턴부보다 더 길게 형성되는 슬림형 스테이터.
제1항에 있어서,
상기 다층 기판의 어느 한 층에 배치된 코일 패턴은 복수의 돌기부와 요홈부를 갖는 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝되고,
상기 돌기부와 요홈부의 내부를 따라 간격을 두고 배선되며 양단부에 위치한 스루홀을 통하여 다른 층에 배치된 상기 부채꼴 형상의 코일 패턴을 상호 연결하기 위한 복수의 점프선 패턴을 더 포함하는 슬림형 스테이터.
제1항에 있어서,
상기 코일 패턴의 스타트 부분과 엔드 부분은 코일을 형성하는 부분보다 더 넓게 형성되어 있고, 적어도 하나의 스루홀과 상기 스루홀을 둘러싸는 솔더링 랜드가 배치되어 있는 슬림형 스테이터.
제2항에 있어서,
상기 홀센서는 스테이터의 방사방향패턴부 중 하나와 중첩된 위치에 배치되는 슬림형 스테이터.
제1항에 있어서,
상기 다층 기판의 최하층에 적층되며 상기 코일 패턴에 구동전류를 인가하기 위한 모터구동회로가 실장된 구동회로층;을 더 포함하는 슬림형 스테이터.
제1항에 있어서,
상기 스루홀은 부채꼴 형상의 코일 패턴 내부와 코일 패턴 사이에 배치되는 슬림형 스테이터.
로터;
상기 로터와 대향하여 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 단상용 스테이터;
상기 스테이터의 다층 기판에 설치되어, 로터의 자극을 검출하기 위한 홀 센서; 및
상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정하는 데드 포인트 방지 요크;를 포함하며,
상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 복수의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 복수의 요홈부를 가지며,
상기 복수의 코일 패턴은 각각 부채꼴 형상으로 이루어지며 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 형성되고, 다층 기판의 각층마다 (로터의 자극 수)/2에 대응하여 구비되고,
상기 복수의 코일 패턴은 단상용 하나의 스테이터 코일을 형성하도록 상호 연결되어 단상 모터를 구성하며, 상기 다층 기판의 요홈부는 시로코 타입(Sirocco Type)의 쿨링 팬의 풍입구 통로에 사용되는 단상 모터.
제15항에 있어서,
상기 데드 포인트 방지 요크는 상기 스테이터의 하부에 적층 배치되고, 외주가 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 다각형 형상을 이루며,
상기 홀센서는 상기 로터가 초기상태일 때 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치되며,
상기 홀센서는 스테이터의 방사방향패턴부 중 하나와 중첩된 위치에 배치되는 단상 모터.
관통구멍을 갖는 링부가 복수의 브리지를 통하여 본체에 연결되고 상기 복수의 브리지 사이에 풍입구를 갖는 하부 케이스;
상기 링부의 관통구멍에 설치된 베어링 홀더에 지지되는 베어링;
상기 베어링에 회전축이 회전 가능하게 지지되고 외주부에 복수의 블레이드가 형성되며 복수의 자석을 구비한 로터;
상기 베어링 홀더가 통과하는 관통구멍이 중앙에 형성되고 하부 케이스에 상기 로터와 대향하여 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 단상용 스테이터;
상기 스테이터의 기판에 설치되며 로터가 초기상태일 때, 로터 자극의 경계면으로부터 편위된 위치에 배치되어 로터의 자극을 검출하는 홀센서;
상기 하부 케이스에 대향하여 배치되며 풍입구가 구비된 상부 케이스; 및
상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이를 연결하며 풍출구가 구비된 측벽을 포함하며,
상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 복수의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 복수의 요홈부를 가지고,
상기 복수의 코일 패턴은 각각 부채꼴 형상으로 이루어지며 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 형성되고, 다층 기판의 각층마다 (로터의 자극 수)/2에 대응하여 구비되고,
상기 복수의 코일 패턴은 단상용 하나의 스테이터 코일을 형성하도록 상호 연결되어 단상 모터를 구성하며, 상기 다층 기판의 요홈부는 시로코 타입(Sirocco Type)의 쿨링 팬의 풍입구 통로에 사용되는 쿨링 팬.
제17항에 있어서,
상기 복수의 브리지는 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수) 개수로 형성되어 상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정하는 쿨링 팬.
제17항에 있어서,
상기 홀센서는 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치되는 쿨링 팬.
제17항에 있어서,
상기 하부 케이스의 브리지 사이에 형성되는 공간은 풍입구로서 역할을 하며, 상기 풍입구의 지름은 기판의 지름보다 더 크게 형성되는 쿨링 팬.
제17항에 있어서,
상기 코일 패턴은 각각 부채꼴 형상으로 이루어지며 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝되며,
상기 부채꼴 형상의 코일 패턴은
동심상으로 내측 원주와 외측 원주에 간격을 두고 원주방향을 따라 배치된 내측 및 외측 회전방향패턴부; 및
각각 양단부가 상기 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 방사방향을 따라 배치되는 한쌍의 방사방향패턴부를 포함하고,
상기 로터는 링 형상으로 형성되고, 상기 링의 폭은 적어도 방사방향패턴부의 길이보다 더 크게 형성되며, 방사방향패턴부와 대향하도록 배치되는 쿨링 팬.
제17항에 있어서,
상기 다층 기판의 최상층 기판과 최하층 기판 사이에 삽입되며, 다른 층에 배치된 코일 패턴을 상호 연결하기 위한 복수의 점퍼선 패턴층; 및
상기 최하층 기판에 실장되어 상기 코일 패턴에 의해 형성되는 스테이터 코일에 구동전류를 인가하는 모터구동회로층;을 더 포함하는 쿨링 팬.
풍입구 내부로 돌출된 적어도 하나의 요크 돌기를 구비하는 하부 케이스;
상기 풍입구의 일부에 배치되고 외주부가 상기 요크 돌기에 연결되는 베어링 홀더;
상기 베어링 홀더에 지지되는 베어링;
상기 베어링에 회전축이 회전 가능하게 지지되고 외주부에 복수의 블레이드가 형성되며 복수의 자석을 구비한 로터;
상기 로터와 대향하여 상기 베어링 홀더에 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 단상용 스테이터;
상기 스테이터의 기판에 설치되며 로터가 초기상태일 때, 로터 자극의 경계면으로부터 편위된 위치에 배치되어 로터의 자극을 검출하는 홀센서;
상기 하부 케이스에 대향하여 배치되며 풍입구가 구비된 상부 케이스; 및
상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이를 연결하며 풍출구가 구비된 측벽을 포함하며,
상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 복수의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 복수의 요홈부를 가지며,
상기 복수의 코일 패턴은 각각 부채꼴 형상으로 이루어지며 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 형성되고, 다층 기판의 각층마다 (로터의 자극 수)/2에 대응하여 구비되고,
상기 복수의 코일 패턴은 단상용 하나의 스테이터 코일을 형성하도록 상호 연결되어 단상 모터를 구성하며, 상기 다층 기판의 요홈부는 시로코 타입(Sirocco Type)의 쿨링 팬의 풍입구 통로에 사용되는 쿨링 팬.
제23항에 있어서,
상기 요크 돌기는 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수) 개수로 형성되는 쿨링 팬.
제23항에 있어서,
상기 요크 돌기 사이에 배치되며 하부 케이스로부터 풍입구 내부로 돌출 형성되어 상기 베어링 하우징을 지지하기 위한 복수의 지지돌기를 더 포함하는 쿨링 팬.
제25항에 있어서,
상기 지지돌기는 요크 돌기보다 작은 길이로 설정되는 쿨링 팬.
제23항에 있어서,
상기 요크 돌기는 상기 베어링 하우징과 결합되는 면적을 증가시키기 위한 장공을 포함하는 쿨링 팬.
제23항에 있어서,
상기 요크 돌기는 상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정하는 쿨링 팬.