KR102349826B1 - 브러시레스 모터 - Google Patents

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KR102349826B1
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마크 앤드류 존슨
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다이슨 테크놀러지 리미티드
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Abstract

브러시레스 모터는, 축, 임펠러, 베어링 어셈블리 및 회전자 코어를 포함하는 회전자 어셈블리; 고정자 어셈블리; 외측 부분 및 이 외측 부분의 반경 방향 내측에 있는 지지 부분을 포함하고, 지지 부분은 회전자 어셈블리와 고정자 어셈블리 중의 적어도 하나를 지지하는 프레임; 및 외측 부분과 지지 부분 사이에 연장되어 있는 적어도 하나의 스트러트(strut)를 포함하고, 스트러트 및 고정자 어셈블리는, 스트러트의 적어도 일부분 및 고정자 어셈블리의 적어도 일부분이 회전자 어셈블리의 회전 축선에 실질적으로 평행한 선을 따라 배치되도록 정렬되어 있다.

Description

브러시레스 모터
본 발명의 실시 형태는 브러시레스(brushless) 모터에 관한 것이다.
전기 모터를 여러 방식으로 개선하고자 하는 일반적인 바램이 있다. 특히, 크기, 중량, 제조 비용, 효율, 신뢰성 및 소음 면에서 개선이 요망된다.
제 1 양태에 따르면, 브러시레스 모터가 제공되고, 이 모터는, 축, 임펠러, 베어링 어셈블리 및 회전자 코어를 포함하는 회전자 어셈블리; 고정자 어셈블리; 외측 부분 및 이 외측 부분의 반경 방향 내측에 있는 지지 부분을 포함하고, 지지 부분은 상기 회전자 어셈블리와 고정자 어셈블리 중의 적어도 하나를 지지하는 프레임; 및 상기 외측 부분과 지지 부분 사이에 연장되어 있는 적어도 하나의 스트러트(strut)를 포함하고, 상기 스트러트 및 고정자 어셈블리는, 스트러트의 적어도 일부분 및 고정자 어셈블리의 적어도 일부분이 상기 회전자 어셈블리의 회전 축선에 실질적으로 평행한 선을 따라 배치되도록 정렬되어 있다.
그러므로, 공기 유동이 사용 중인 모터를 통과해 흐르고 있을 때 스트러트가 적어도 부분적으로 고정자 어셈블리의 후류(slipstream) 내에 위치되도록 또는 그 반대가 되도록 고정자 어셈블리와 스트러트를 정렬시켜, 브러시레스 모터를 개선할 수 있다. 따라서, 공기 유동은 스트러트와 고정자 중의 하나의 주위를 흐르기 위해 방향을 크게 바꾸거나 또는 사실 전혀 그럴 필요가 없는데, 왜냐하면, 공기 유동은 이미 스트러트와 고정자 중의 다른 하나의 주위를 흐르고 있기 때문이다. 이는 모터 내부에서의 난류 및 소음의 발생을 줄이는데에 기여한다.
일 바람직한 실시 형태에서, 공기는 고정자 어셈블리 위를 흐르고 그런 다음에 스트러트 위를 흘러 임펠러 쪽으로 가게 되는데, 하지만, 다른 실시 형태에서 공기는 먼저 스트러트 위를 흐를 수 있고/있거나 공기 유동 방향은 반대로 될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 스트러트는 상기 고정자 어셈블리로부터 멀어지는 방향으로 테이퍼져 있다. 따라서, 스트러트는 공기 역학적으로 성형되어 있고 그래서 모터 내부에서의 난류 및 소음의 감소에 더 기여한다.
어떤 실시 형태에서, 스트러트의 원주 방향 폭은 고정자 어셈블리의 원주 방향 폭 보다 작다. 이는, 공기가 고정자 어셈블리 위를 흐른 후에 공기 유동이 스트러트를 지나 흐르기 위해 방향을 크게 바꿀 필요가 없게 보장함으로써 스트러트의 공기 역학적 프로파일에 기여한다.
모터는 복수의 고정자 어셈블리 및 복수의 스트러트를 포함하고, 각 스트러트는 상기 외측 부분과 지지 부분 사이에 연장되어 있고, 또한 스트러트의 적어도 일부분 및 각각의 고정자 어셈블리의 적어도 일부분이 상기 회전자 어셈블리의 회전 축선에 실질적으로 평행한 선을 따라 배치되도록 각각의 고정자 어셈블리와 정렬되어 있다. 그러므로, 복수의 고정자 어셈블리를 갖는 모터에서, 복수의 스트러트를 사용하여 프레임의 상이한 부분들을 서로 연결할 수 있고, 그래서 강도와 안정성을 증가시킬 수 있다. 각 스트러트는 모터 내부에서의 난류 및 소음의 감소에 기여하도록 각각의 고정자 어셈블리에 대해 위치된다.
어떤 실시 형태에서, 프레임의 외측 부분은 상기 임펠러를 덮는 임펠러 쉬라우드를 포함한다. 그러므로, 예컨대, 쉬라우드가 이렇게 프레임과 일체화됨으로써, 모터의 구성이 간단하게 될 수 있다.
프레임의 외측 부분은, 예컨대 모터의 성능을 향상시키기 위해 공기 유동을 상기 임펠러 쪽으로 안내하기 위한 안내부를 포함할 수 있다.
이제 본 발명의 실시 형태를 다음과 같은 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 모터의 분해 사시도를 나타낸다.
도 2는 회전자 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 고정자의 분해 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 모터의 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 모터의 단면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 모터 프레임의 사시도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 모터 프레임 및 고정자 어셈블리의 단부도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 프레임과 고정자 어셈블리의 단면도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모터(10)의 분해 사시도를 나타낸다. 어떤 구성품, 예컨대, 제어 전자 장치 및 외부 하우징은 명료성을 위해 나타나 있지 않다. 모터(10)는 회전자 어셈블리(12), 프레임(14) 및 4개의 고정자 어셈블리(16, 18, 20, 22)를 포함한다. 모터(10)가 조립될 때, 회전자 어셈블리(12)는 프레임(14) 내부에 위치 및 장착되고, 고정자 어셈블리는 프레임(14)에 있는 각각의 슬롯에 위치된다. 예컨대, 고정자 어셈블리(20)는 프레임에 있는 슬롯(24)에 위치된다. 프레임(14)은 일체형 구성인데, 예컨대, 단일체로 몰딩되고, 도 4에 나타나 있는 바와 같은 임펠러를 덮는 임펠러 쉬라우드(26)를 포함한다. 모터(10)는 또한 확산기(28)를 포함한다.
도 2는 회전자 어셈블리(12)의 분해 사시도를 나타낸다. 이 회전자 어셈블리(12)는 회전자 코어 영구 자석(32)이 장착되는 축(30), 제 1 평형 링(34) 및 제 2 평형 링(36)을 포함한다. 회전자 어셈블리(12)가 조립될 때, 한쌍의 베어링(38, 40)이 코어(32)와 평형 링(34, 36)의 각 측에서 축(30)에 장착된다. 임펠러(42)가 축(30)의 한 단부에 장착되고, 센서 자석(44)이 다른 단부에 장착된다.
도 3은 고정자 어셈블리(50)의 분해 사시도를 나타낸다. 고정자 어셈블리(50)는 도 1에 나타나 있는 고정자 어셈블리(16, 18, 20, 22) 중의 어느 하나일 수 있다. 고정자 어셈블리(50)는 C-형 고정자 코어(52), 제 1 C-형 보빈부(54) 및 제 2 C-형 보빈부(56)를 포함한다.
고정자 코어(52)는 후방부(58), 제 1 아암(60) 및 제 2 아암(62)을 포함한다. 각 아암(60, 62)은 고정자 코어(52)의 외측 표면에서 각각의 돌출부(64, 66)를 포함한다. 이들 돌출부(64, 66)는 고정자의 축방항 길이를 따라 연장되어 있다.
제 1 보빈부(54)는 제 1 슬롯(68)을 규정하는 아암을 포함한다. 유사하게, 제 2 보빈부(56)는 제 2 슬롯(70)을 규정하는 아암을 포함한다. 조립시 슬롯(68, 70)이 도 1, 4 및 5에 나타나 있는 바와 같은 고정자 코어(52)의 후방부(58)를 수용하도록 보빈부(54, 56)가 고정자 코어(52) 상으로 슬라이딩하게 된다. 보빈부(54, 56)는 대체로 H-형 단면을 가지고 있어, 조립된 고정자 어셈블리에서 고정자 권선(나타나 있지 않음)이 보빈부 주위에 감길 수 있고, 그래서 고정자 코어(52)의 후방부(58) 주위에 감길 수 있다.
도 4는 회전자 어셈블리(12)의 회전 축선을 포함하는 면을 통한 조립된 모터(10)의 단면도를 나타낸다. 회전자 어셈블리(12)의 베어링(38, 40)은 직접 프레임(14)에 또한 그 내부에 장착되어 있음을 알 수 있다. 고정자 어셈블리(16, 20)는 또한 프레임(14)에 있는 각각의 슬롯 안으로 삽입되어 있는 것으로 나타나 있다. 각 고정자 어셈블리에서 보빈부(54, 56)가 고정자 코어(52)의 후방부(58)를 에워쌈을 알 수 있다.
도 5는 회전자 어셈블리(12)의 회전 축선에 수직인 면을 통한 조립된 모터(10)의 단면도를 나타낸다. 고정자 어셈블리(16, 18, 20, 22)는 각각의 권선(72)을 포함하는 것으로 나타나 있다. 고정자 어셈블리(16, 18, 20, 22)는 프레임(14)에 있는 각각의 슬롯에 삽입되어 있는 것으로 나타나 있다. 예컨대, 고정자 어셈블리(16)는 슬롯(80)에 삽입되고, 고정자 어셈블리(20)는 슬롯(24)에 삽입되어 있는 것으로 나타나 있다.
고정자 어셈블리는, 고정자 코어(52)의 아암(60, 62)의 돌출부(64, 66)가 프레임(14)의 각각의 표면에 접촉할 때까지 슬롯 안으로 삽입된다. 예컨대, 고정자 어셈블리(16)의 고정자 코어(52)의 돌출부(64, 66)는 프레임(14)에 있는 슬롯(80)의 단부 표면(82, 84)에 각각 접촉한다. 결과적으로, 모터(10)의 조립 동안에, 각 고정자 어셈블리는 각각의 슬롯 안으로 삽입되어, 돌출부가 슬롯의 가장자리와 같은 프레임(14)의 적절한 부분에 접촉할 때까지 반경 방향으로 회전자 어셈블리 쪽으로 슬라이딩될 수 있다. 예컨대, 고정자(16)는 완전 삽입 위치에 있는 것으로 나타나 있어, 돌출부(64, 66)는 슬롯(80)의 가장자리(82, 84)에 접촉한다. 다른 고정자 부분(18, 20, 22)은 유사한 방식으로 각각의 슬롯 안으로 삽입될 수 있다.
이때, 슬롯 안으로의 고정자 어셈블리의 추가 삽입은 억제되며, 그래서 고정자 어셈블리가 슬롯 안으로 회전자 어셈블리(12) 쪽으로 반경 방향으로 더 움직이는 것이 억제된다. 고정자 어셈블리(16, 18, 20, 22)가 각각의 슬롯 안으로 완전히 삽입되면, 고정자 어셈블리는 위치 고정될 수 있다. 예컨대, 돌출부(64 및/또는 66)가 프레임(14)에 접촉하는 영역에 접착제를 발라서, 프레임(14)에 대한 고정자 어셈블리의 추가 움직임을 방지할 수 있다.
그러므로, 조립된 모터(10)에서, 고정자 코어(52)의 반경 방향 위치는 고정자 어셈블리와 프레임(14) 사이의 접촉에 근거하여 설정된다. 추가로, 회전자 어셈블리(12)의 반경 방향 위치는 회전자 어셈블리(12)와 프레임(14) 사이의 접촉에 근거하여 설정된다. 결과적으로, 고정자 코어(52)의 폴 팁과 회전자 어셈블리(12)의 회전자 코어(32) 사이의 틈새는 몇몇 구성품의 공차에 근거하므로 타이트하게 제어된다. 그러므로, 고정자 코어 폴 팁이 회전자 코어(32)와 접촉하는 위험이 없이, 틈새는 더 작게 만들어질 수 있다.
도 6은 프레임(14)의 사시도를 나타내고, 도 7은 쉬라우드(26)를 포함하는 프레임(14)의 단부로부터 축방향을 따라 프레임(14)과 고정자 어셈블리(16, 18, 20 22)를 본 것을 나타낸다. 고정자 어셈블리는 명료성을 위해 권선 없이 도 5 및 7에 나타나 있다. 프레임(14)은 외측 부분(90) 및 이 외측 부분(90)의 반경 방향 내측에서 그 외측 부분과 실질적으로 동심으로 있는 내측 부분(92)을 포함한다. 내측 부분(92)은 도 4에 나타나 있는 바와 같은 베어링(38, 40)을 지지할 수 있다. 외측 부분(90)은 쉬라우드(26)를 포함할 수 있고, 예컨대, 모터 하우징 또는 외측 케이싱(나타나 있지 않음)과 같은 다른 구성품을 직접 또는 간접적으로 지지할 수 있다.
복수의 스트러트(strut)(94, 96, 98, 100)가 외측 부분(90)과 내측 부분(92) 사이에서 반경 방향으로 연장되어 있어 내측 부분(92)을 지지한다. 나타나 있는 예에는, 프레임(14)의 원주 주위에 등간격으로 이격되어 있는 4개의 스트러트가 있는데, 하지만 다른 실시 형태에서는, 하나 이상의 스트러트가 있을 수 있고/있거나 스트러트는 등간격으로 이격되어 있거나 같은 크기를 잦지 않을 수 있다.
도 4, 6 및 7에 나타나 있는 바와 같이, 스트러트는 고정자 어셈블리를 위한 프레임(14)의 슬롯(예컨대, 슬롯(24, 80))에 축방향으로 인접하여 위치되어 있고, 그래서 고정자 어셈블리가 각각의 슬롯 안으로 삽입될 때, 고정자 어셈블리가 스트러트에 축방향으로 인접하게 된다. 즉, 각 스트러트는 각각의 고정자 어셈블리와 축방향으로 정렬되고, 그래서 스트러트와 고정자 어셈블리는 회전자 어셈블리(12)의 회전 축선에 실질적으로 평행한 선을 따라 배치된다.
사용시, 모터(10)의 회전자 어셈블리(12)가 회전하고 있을 때, 나타나 있는 실시 형태에서, 공기가 외측 부분(90)과 내측 부분(92) 사이에서 임펠러(42) 쪽으로 축방향으로 고정자 어셈블리(16, 18, 20, 22) 및 스트러트(94, 96, 98, 100) 위를 흐르게 된다. 공기는 고정자 어셈블리 또는 스트러트와 같은 장애물 주위를 흐를 필요가 있는데, 그 결과, 모터 내부에서 난류와 소음이 생길 수 있다. 스트러트와 고정자 어셈블리를 축방향 선을 따라 정렬시킴으로써, 스트러트와 고정자 어셈블리 중의 하나의 위를 흐르기 위해 방향을 바꿀 필요가 없는데, 왜냐하면, 공기 유동은 이미 스트러트와 고정자 어셈블리 중의 다른 하나의 위를 흐르고 있기 때문이다. 사실, 스트러트와 고정자 어셈블리 중의 하나는 다른 하나의 후류(slipstream) 내에 위치된다. 예컨대, 도면에 나타나 있는 모터(10)에서, 스트러트(94, 96, 98, 100)는 고정자 어셈블리(16, 18, 20, 22)의 후류 내에 각각 위치된다. 이로써, 스트러트와 고정자 어셈블리가 축방향을 따라 정렬되어 있지 않는 모터와 비교하여 난류와 소음이 줄어들 수 있다.
도 8은 프레임(14)과 한 고정자 어셈블리(16)(명료성을 위해 권선 없이 나타나 있음)의 단면도를 나타낸다. 이 단면도는 또한 스트러트(94)의 단면도를 나타낸다. 스트러트(94)의 원주 방향 연장, 또는 원주 방향 폭은 고정자 어셈블리(16)의 것보다 작은 것으로 나타나 있고, 그래서 스트러트(94)는 공기 유동 방향으로 완전히 고정자 어셈블리(16)의 "뒤에" 있다. 공기 유동 방향은 전체적으로 도 8에서 화살표(110)로 나타나 있다. 따라서, 공기 유동은 이미 고정자 어셈블리(16) 주위를 흐르고 있기 때문에, 모터(10)를 통과하는 그리고 프레임(14)의 내측 부분(92)과 외측 부분(90) 사이의 공기 유동은 공기 유동과 대면하는 스트러트의 일측(112)을 만나고 그 주위를 흐를 필요가 없고, 또는 그러한 정도로 그 일측을 만나고 그 주위를 흐를 필요가 없다. 고정자 어셈블리(16)의 단부 주위를 지나 스트러트(94) 위를 지나는 공기 유동은 도 8에서 대시선 화살표로 나타나 있다. 어떤 실시 형태에서, 스트러트는 고정자 어셈블리(16)에 가까이 있어, 이 효과가 얻어지는 것을 보장해준다. 프레임(14)의 외측 부분(90)은, 공기 유동(110)을 임펠러(42)의 한 단부 쪽으로 안내하는 안내부(114)를 포함한다(도 1, 2 및 4에 나타나 있음).
도 8에 나타나 있는 스트러트(94)의 단면도에서 알 수 있는 바와 같이, 스트러트는 고정자 어셈블리(16)로부터 멀어지는 방향으로 그리고 공기 유동 방향으로 테이퍼져 있다. 이는 스트러트(94)에 공기 역학적 프로파일을 제공하고 또한 공기가 스트러트(94)을 지나 흐르면 난류와 소음의 발생을 줄이기 위한 것이다.

Claims (6)

  1. 브러시레스(brushless) 모터로서,
    축, 임펠러, 베어링 어셈블리 및 회전자 코어를 포함하는 회전자 어셈블리;
    고정자 어셈블리;
    외측 부분 및 이 외측 부분의 반경 방향 내측에 있는 지지 부분을 포함하는 프레임으로서, 상기 지지 부분은 상기 회전자 어셈블리와 고정자 어셈블리 중의 적어도 하나를 지지하는, 프레임; 및
    상기 외측 부분과 지지 부분 사이에 연장되어 있는 적어도 하나의 스트러트(strut)를 포함하고,
    상기 스트러트 및 고정자 어셈블리는, 스트러트의 적어도 일부분 및 고정자 어셈블리의 적어도 일부분이 상기 회전자 어셈블리의 회전 축선에 실질적으로 평행한 선을 따라 배치되도록 정렬되어 있고,
    상기 스트러트는 상기 고정자 어셈블리의 후류(slipstream) 내에 위치하도록 공기 유동 방향으로 완전히 상기 고정자 어셈블리 뒤에 위치하는, 브러시레스 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트러트는 상기 고정자 어셈블리로부터 멀어지는 방향으로 테이퍼져 있는, 브러시레스 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스트러트의 원주 방향 폭은 고정자 어셈블리의 원주 방향 폭 보다 작은, 브러시레스 모터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 고정자 어셈블리 및 복수의 스트러트를 포함하고, 각 스트러트는 상기 외측 부분과 지지 부분 사이에 연장되어 있고, 또한 스트러트의 적어도 일부분 및 각각의 고정자 어셈블리의 적어도 일부분이 상기 회전자 어셈블리의 회전 축선에 실질적으로 평행한 선을 따라 배치되도록 각각의 고정자 어셈블리와 정렬되어 있는, 브러시레스 모터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프레임의 외측 부분은 상기 임펠러를 덮는 임펠러 쉬라우드를 포함하는, 브러시레스 모터.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프레임의 외측 부분은 공기 유동을 상기 임펠러 쪽으로 안내하기 위한 안내부를 포함하는, 브러시레스 모터.
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