KR102145758B1 - 전식 방지 구조를 갖는 비엘디씨 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통전시 회전 자기장을 발생시키는 스테이터 코어의 절연을 위한 인슐레이터를 구성하는 스테이터; 상기 스테이터의 회전 자기장에 의해 발생된 회전력을 부하로 전달하는 로터의 중심부에 결합 되어 함께 회전하는 로터축; 상기 로터축의 상하에 각각 구비되는 상·하베어링; BMC(Bulk molding compound)로 인서트 사출 성형되어지되 상단은 개구되고, 상면으로부터 측면으로 이어지는 요입홈을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 상단 개구되는 부위에 커버되며 상기 로터축의 상베어링을 커버하게 되는 베어링브라켓; 을 포함하고, 상기 베어링브라켓의 외주연으로부터 접지되어 상기 하우징이 BMC(Bulk molding compound)로 인서트 사출 성형되어질 때 함입 고정되는 접지부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하여,
상베어링으로부터 연결되는 접지부재에 의해 베어링 상하간 전위차를 줄여 베어링 내부 쇼트를 억제하여 베어링 손상 방지 또는 절연수단과 접지수단의 병존 구조 채택으로 기존 대비 보다 효율적인 전식 방지 효과를 기대할 수 있고, 이로 인한 제품의 신뢰성을 확보할 수 있으며 스테이터의 조립성을 향상시켜 BLDC 모터의 전체적 조립성을 향상시킬 수 있어, 조립의 용이함에 따른 생산성을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는 전식 방지 구조를 갖는 비엘디씨 모터에 관한 것이다.

Description

전식 방지 구조를 갖는 비엘디씨 모터{BLDC motor with anti-electric construction}

본 발명은 BLDC 모터에 관한 것으로 특히 모터의 하우징 외측으로 베어링과 로터축에서 발생되는 유도전하를 외부로 방전되도록 하여 베어링을 보호하기 위한 전식 방지 구조를 갖는 BLDC 모터에 관한 것이다.

모터는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로 전환하는 장치로, 모터에 공급되는 전류의 특성에 따라 크게 DC 모터(직류 모터)와 AC모터(교류 모터)로 분류되며, DC모터는 정류자와 브러쉬의 접촉에 의해 작동되는 것으로 속도, 토크 및 회전방향의 제어가 용이한 장점이 있는 반면에 브러쉬가 마모되어 모터의 내구성을 저하시키고 작동성능을 약화시키는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 브러쉬를 사용하지 않는 BLDC 모터(Brushless direct current motor)가 개발되어 사용되고 있는데, 이러한 BLDC 모터는 로터(rotor; 회전자)가 스테이터(stator; 고정자) 내부에 위치하는 이너 로터 타입(내전형 BLDC 모터)과, 로터가 스테이터 외부에 위치하는 아우터 로터 타입(외전형 BLDC 모터)로 분류된다.

통상적인 구조를 갖는 BLDC 모터의 구조를 종래의 아우터 로터 타입(외전형 BLDC 모터)를 도시한 도 7의 도면을 참조하여 설명하면, BLDC 모터(10)는 베어링브래킷(11)과, 회전축(12), 회전자(로터; 13) 및 고정자(스테이터; 14)와, 볼베어링(15), 인쇄회로기판(16)과 위치검출소자(17)를 포함하는 구성을 갖고 있다.

볼베어링(15)은 내륜(15a)과 외륜(15b) 및 내외륜(15a,15b) 사이에 개재되는 복수개의 볼(15c)를 포함하고, 회전축(12)의 외주면이 내륜(15a)의 내주면과 접촉하도록 결합되고 있으며, 외륜(15b)은 베어링브래킷(11)에 결합된다.

상기 로터(회전자; 13)는 회전축(12)에 결합 되어 회전축(12)과 함께 회전되며, 로터(회전자; 13)에는 N극과 S극으로 자화된 영구자석(13a)이 회전축(12)의 원주방향을 따라 교대로 배치, 결합 된다.

상기 스테이터(고정자; 14)는 베어링브래킷(11)에 고정되고 회전축(12)의 반경 방향으로 이격되어 구성되며, 권선코일(14a)이 스테이터(고정자; 14)에 권취 되고 위치검출소자(17)를 구비한 인쇄회로기판(16)에 전기적으로 연결된다.

인쇄회로기판(16)의 제어신호에 따라, 권선코일(14a)에 전원이 인가되어 생성된 자속이 스테이터(고정자; 14)를 통해 로터(회전자; 13)로 전달되어 회전축(12)이 함께 회전하게 된다.

이 경우에, 위치검출소자(17)에 의해 검출된 영구자석(13a)의 자극에 대한 신호가 인쇄회로기판(16)에 전달되면, 인쇄회로기판(16)은 권선코일(14a)이 다른 자성을 갖도록 스위칭되어 로터(회전자; 13)를 지속적으로 회전시키게 된다.

인쇄회로기판(16)의 스위칭시 또는 회전축(12)의 회전속도 변화시, 로터(회전자; 13)에는 순간적인 유도전하가 발생하게 되는데, 이 유도전하는 회전축(12)을 따라 이동되고 볼베어링(15)의 내륜(15a)을 통해 볼(15c)에 전달되는 과정을 거치게 된다.

이와 같이 볼(15c)로 전달되는 유도전하는 순간적인 방전으로 인해 볼(15c)에 손상을 가하거나 윤활유를 고형화할 수 있는데, 이러한 현상을 전식(Electrical corrosion) 현상이라 한다.

이러한 전식현상은 내륜(15a)이 외륜(15b)에 대해 회전할 때 소음 및 진동을 발생시키게 되어 볼베어링(15)의 성능저하 및 파손을 유발시키는 문제점이 있고, 특히 고주파의 유도전하는 도체와 도체가 직접 접촉하지 않고 이격 되는 경우에도 이격된 도체 사이를 건너 뛰어 이동하게 되는 표유전류(stray current)와 같은 유도전하가 다른 요소까지 전달되어 모터(10)의 예기치 못한 오작동을 유발시키는 문제점이 있다.

국내 공개특허 10-2009-0111403호에는 전식을 방지하기 위한 기술이 개시되어 있는데, 볼 베어링의 전식을 방지하기 위하여 볼 베어링이 결합되는 로터 축에 절연링이 구비되고, 볼 베어링의 측면에 로터 축과 전기적 연결을 방지하는 절연링이 구비된 구성을 제공하게 되는데, 그 구성 및 조립 공정이 매우 복잡한 단점이 있다.

국내 공개특허 제 10-2009-0111403호

상기한 문제점을 해소하고 전식 방지 구조를 갖는 BLDC 모터 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 전식 방지 구조를 비교적 간단한 구조로 구현 가능하도록 하여 BLDC 모터의 조립성을 향상시키도록 하는 데 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 고정자인 스테이터의 조립성을 향상시키기 위한 구성을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

통전시 회전 자기장을 발생시키는 스테이터 코어(121)를 구성하는 스테이터(120)와, 상기 스테이터(120)의 회전 자기장에 의해 발생된 회전력을 부하로 전달하는 로터(130)와, 로터(130)의 중심부에 결합 되어 함께 회전하는 로터축(131)으로 이루어지고, 상기 로터축(131)의 상하에 각각 상·하베어링(140,150)을 구비하는 BLDC 모터의 구조에 있어서,

BMC(Bulk molding compound) 로 인서트 사출 성형되어지되 상단은 개구되고, 상면으로부터 측면으로 이어지는 요입홈(111)을 형성하는 하우징(110);

상기 하우징(110)의 상단 개구되는 부위에 커버되며 상기 로터축(131)의 상베어링(140)을 커버하게 되는 베어링브라켓(160)과,

상기 베어링브라켓(160)의 외주연으로부터 접지되어 상기 하우징(110)의 요입홈(111)을 따라 압입되는 접지부재(170)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상베어링으로부터 접지되어 연결되는 접지부재에 의해 베어링 상하간의 전위차를 줄여주어 베어링 내부에서 발생되는 축 전류에 의해 베어링 내부 쇼트가 발생되지 않도록 억제하여 베어링 손상을 방지할 수 있는 전식 방지 효과의 효율성을 기대할 수 있고, 이로 인한 제품의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 갖게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 상베어링을 관통하는 로터축의 상단측에 상베어링과 로터축간의 통전성을 차단하기 위한 절연부싱를 게재하여 전류가 로터축으로부터 베어링으로 전달되는 것을 방지하여 베어링의 전식 현상을 완벽하게 차단, 예방하므로서, 제품의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.

또한 본 발명에 의하면, 스테이터의 구조 변경에 의해 그 조립성을 향상시켜 BLDC 모터의 전체적 조립성을 향상시킬 수 있어, 조립의 용이함에 따른 생산성을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한 본 발명에 의하면, 모터의 절연에 소요되는 구성을 최소화할 수 있으며, 절연수단 및 접지수단의 병존 구조를 채택할 수 있어 기존 대비 보다 효율적이고 안정적인 제공에 의한 완전한 전식 방지 효과를 거둘 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 모터의 하우징을 BMC 재질에 의한 인서트 사출에 의한 방법을 통하여 제작 가능하도록 하여 제조 생산성을 월등히 높일 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 의한 BLDC 모터의 일예를 도시한 도면
도 2는 도 1의 본 발명에 의한 BLDC 모터를 분리 도시한 분해 사시도
도 3은 도 1의 본 발명에 의한 BLDC 모터의 개괄적인 단면도
도 4는 본 발명에서의 스테이터를 분리 도시한 도면인 분리 사시도
도 5는 본 발명에 적용되는 로터축의 단부측과 상베어링 사이에 절연부싱이 게재되는 것을 나타내기 위하여 분리 도시한 분리 사시도
도 6은 도 5에 의한 절연부싱이 적용되는 BLDC 모터의 개괄적인 단면도
도 7은 종래의 BLDC 모터를 도시한 개괄적인 단면도

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하며, 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않음은 물론, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 점에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아닌바, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이를 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 가능하거나 존재할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

또한, 본 발명의 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시 형태를 첨부하는 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 첨부하는 도면에서 보는 것과 같이, BLDC 모터(100)를 제공한다.

본 발명에 의한 BLDC 모터(100)의 구조는 도 1 내지 도 6에서 보는 것과 같이, 하우징(110) 내부에 수용되며 고정자 역할을 하게 되는 스테이터(120)와, 그 스테이터(120)의 회전 자기장에 의해 발생되는 회전력을 부하로 전달되도록 하는 로터(130)가 상시 스테이터(120) 내부에 로터축(131)과 결합되어 회전 가능한 회전자 역할을 하게 되고, 로터축(131)의 상측과 하측으로 각각 상·하베어링(140,150)을 구비하는 구조를 갖는다.

상기 하우징(110)의 경우, BMC(Bulk molding compound) 로 인서트 사출 성형되어지되 상단은 개구되고, 상면으로부터 측면으로 이어지는 요입홈(111)을 형성하게 된다.

상기 스테이터(120)는 도면에서 보듯이 통전시 회전 자기장을 발생시키는 스테이터 코어(121)가 구비되고, 그 스테이터 코어(121)는 절연성을 제공하기 위한 절연재질로 이루어지는 인슐레이터(126)에 의해 고정되는 형태를 취하게 된다.

상기 스테이터 코어(121)는 비교적 얇은 두께의 강판을 프레스 작업을 통하여 제조한 후 적층하여 형성하게 되는데, 도 4 에서 보는 것과 같이 외측코어(122)로부터 내측으로 연결되는 연결코어(123)를 형성하고 상기 연결코어(123)의 단부측으로 원호형태를 이루며 연결되는 내측으로 원호형태를 갖는 확장코어(124)를 이루되, 상기 확장코어(124)와 확장코어(124)는 각각 단락되는 구성을 이루고, 상기 확장코어(124)에 의해 외측코어(122)와 확장코어(124) 사이에 공간(125)을 형성하게 된다.

상기 인슐레이터(126)는 상하로 대향 되는 구조를 이루며 상기 스테이터 코어(121)를 고정시키며 절연되도록 하는 구조이다.

이와 같은 인슐레이터(126)는 도 4 에서 보는 것과 같이, 단부측으로 테두리부(127)를 형성하고 상기 테두리부(127)의 일측방향으로 등간격 이격되며 돌출되는 돌출단(127a)이 형성되고, 상기 스테이터 코어(121)의 공간(125)의 형상과 동일한 형상을 갖으며 공간(125)측으로 삽입되기 위한 삽입부(128)가 상기 테두리부(127) 하단을 따라 등간격 이격되는 위치를 따라 돌출 형성되고, 인슐레이터(126)의 중앙측으로 향하는 상기 삽입부(128)의 내측단에는 길이방향으로 길게 절개되는 절개부(128a)를 형성하고, 상기 삽입부(128)와 삽입부(128)간을 연결하는 연결리브(129)가 형성되어지되, 상기 연결리브(129) 단부측에 상기 확장코어(124)의 상하단측을 파지가능하도록 형성되는 파지부(129a)가 형성되는 구성을 갖으며, 상기 스테이터 코어(121) 상하에서 각각 결합 되는 구성을 갖는다.

상기한 구성으로 이루어지는 인슐레이터(126)에 의해 스테이터 코어(121)의 상하로부터 각각 대향 되는 형태로 끼워지며 결합하게 되는데, 도면에서 보듯이 스테이터 코어(121)의 공간(125) 상하측으로 각각 그 공간(125)의 형상과 동일한 형태를 이루는 인슐레이터(126)의 삽입부(128)가 끼워지고, 스테이터 코어(121)의 연결코어(123)는 인슐레이터(126)의 연결리브(129)에 의해 감싸지는 형태를 취하게 된다.

이와 같이 스테이터 코어(121)의 연결코어(123)를 인슐레이터(126)의 연결리브(129) 즉, 상하로 위치되는 연결리브(129)에 의해 노출되지 않도록 감싸지기 위해서, 연결리브(129)는 사각 형태를 이루게 되는데, 이러한 사각 형태는 삽입부(128)와 삽입부(128)간을 연결하는 연결리브(129)에 의해 자연스럽게 사각의 형태를 취하게 된다.

한편, 연결리브(129)의 단부측 바람직하게는 삽입부(128)와 삽입부(128)의 외측 끝단 즉 도면상 보았을 때 인슐레이터의 중앙측으로 형성된 삽입부의 절개부(128a)의 상하 어느 일측단으로부터 일직선상으로 연장되는 파지부(129a)를 일체로 형성하게 된다.

이와 같은 파지부(129a)를 갖는 인슐레이터(126)는 전술한 바와 같이 스테이터 코어(121)의 상하에서 각각 대향되는 형태를 이루며, 스테이터 코어(121)의 공간(125)에 삽입부(128)가 끼워지며 동시에, 상기 파지부(129a)에 의해 상하에서 각각 스테이터 코어(121)의 확장코어(124) 상하를 파지하며 지지 하는 형태를 취하게 된다.

상기와 같이 스테이터 코어(121)와 인슐레이터(126)의 비교적 간단한 결합에 의해 완성된 스테이터(120)를 얻을 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기와 같은 스테이터(120)는 하우징(110)에 수용된 상태에서 하우징(110)의 저면부에 구비되는 홀센서를 갖는 모터PCB(200)와 단자 결합된다.

또한 스테이터 코어(121)의 중앙에는 회전자인 로터(130)가 로터축(131)에 의해 회전 가능하게 구성되는데, 로터축(131)은 하우징(110)의 상하측으로 각각 구성될 수 있는 상베어링(140)과 하베어링(150)에 의해 고정 지지되며 회전 가능하게 고정된다.

아울러, 상기 하우징(110)의 상단 개구되는 부위에 커버되며 상기 로터축(131)의 상베어링(140)을 커버하게 되는 베어링브라켓(160)이 결합된다.

베어링브라켓(160)은 통전체의 재질로 이루어지며 상베어링(140)을 도 1 내지 도 3과 에서와 같이 커버하며 결합되고, 상기 베어링브라켓(160)의 외주연으로부터 접지되어 상기 하우징(110)의 요입홈(111)을 따라 압입되는 접지부재(170)가 압입 또는 함입되는 형태로 고정된다.

상기 접지부재(170)는 하우징(110)이 BMC(Bulk molding compound) 로 인서트 사출 성형되어질 때, 함입되며 고정 될 수 있다.

상기한 접지부재(170)에 의해 하베어링(150) 및 상베어링(140)을 연결하는 로터축(131) 전류에 의해 상·하베어링(140,150) 내부에 쇼트가 발생되지 않도록, 상베어링(140)측을 통하여 외부로 방전 가능하도록 하므로서, 베어링이 전식 현상에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 전술한 접지부재(170)에 의한 베어링의 전식 방지 구조에 더 추가하여 도 5 내지 도 6 에서 보는 바와 같은 구성을 통하여 베어링의 전식 방지 효과를 달성할 수 있는바, 상베어링(140)의 내륜 내측을 관통하는 로터축(131) 상단 외측면과 상베어링(140)의 내륜 내측면 사이에 절연부싱(180)을 내입하여 전식 방지를 이룰 수 있다.

이와 같은 구성을 갖게 되면, 상베어링(140)과 로터축(131)간의 유도전하는 차단하면서 하베어링(150)과 로터축(131)간 발생된 유도전하는 로터축(131) 단부를 통하여 베어링브라켓(160)측으로 표유전류(stray current)와 같은 유도전하가 이동된 후, 상기 베어링브라켓(160)과 접지되어 하우징(110) 외측으로 구비되는 접지부재(170)를 통하여 방전되도록 하므로서, 상·하베어링(140,150)측으로 전달될 수 있는 유도전하를 차단하여 전식 발생을 방지할 수 있게 되는 것이다.

즉, 본 발명에서는 상베어링(140)과 로터축(131)에만 절연부싱(180)를 게재하고 하베어링(150)과 로터축(131)에 절연부싱(180)이 게재되지 않더라도 목적하는 효과를 달성할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

따라서 본 발명에서의 기술적 사상은 아래에 기재되는 청구범위에 의해 파악되어야 하되 이의 균등 또는 등가적 변형 모두 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속함은 자명하다 할 것이다.

100; 모터 110; 하우징
111; 요입홈 120; 스테이터
121; 스테이터 코어 122; 외측코어
123; 연결코어 124; 확장코어
125; 공간 126; 인슐레이터
127; 테두리부 127a; 돌출단
128; 삽입부 128a; 절개부
129; 연결리브 129a; 파지부
130; 로터 131; 로터축
140; 상베어링 150; 하베어링
160; 베어링브라켓 170; 접지부재
180; 절연부싱

Claims (2)

1. 통전시 회전 자기장을 발생시키는 스테이터 코어(121)의 절연을 위한 인슐레이터(126)를 구성하는 스테이터(120);
   상기 스테이터(120)의 회전 자기장에 의해 발생된 회전력을 부하로 전달하는 로터(130)의 중심부에 결합 되어 함께 회전하는 로터축(131);
   상기 로터축(131)의 상하에 각각 구비되는 상·하베어링(140,150);
   BMC(Bulk molding compound)로 인서트 사출 성형되어지되 상단은 개구되고, 상면으로부터 측면으로 이어지는 요입홈(111)을 형성하는 하우징(110);
   상기 하우징(110)의 상단 개구되는 부위에 커버되며 상기 로터축(131)의 상베어링(140)을 커버하게 되는 베어링브라켓(160);
   을 포함하고,
   상기 베어링브라켓(160)의 외주연으로부터 접지되어 상기 하우징(110)이 BMC(Bulk molding compound)로 인서트 사출 성형되어질 때 함입 고정되는 접지부재(170);
   상기 상베어링(140)의 내측을 관통하는 로터축(131) 상단 외측면에만 구비되는 절연부싱(180);
   을 포함하는 전식 방지 구조를 갖는 비엘디씨 모터.
   
2. 삭제

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