KR102599289B1 - 차량 공조장치용 블로어 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 공조장치용 블로어 모터에 관한 것으로서, 4극 18슬롯 2브러시 구조로 형성됨으로써, 로터의 코일 권선작업이 매우 용이하면서 우수한 코깅토크와 불평형 전자기력 특성을 가질 수 있고, 이를 통해, 생산성을 향상시키면서 우수한 모터성능을 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 모터 하우징과, 모터 하우징의 내주면에 간격을 두고 설치되는 복수의 스테이터들과, 스테이터들의 내측에 회전가능하게 설치되는 로터와, 로터의 회전중심축에 설치되는 복수의 정류자들 및, 각 정류자에 전기를 인가하는 복수의 브러시들을 구비하며, 로터는, 외주면에 간격을 두고 형성되는 다수의 슬롯들과, 각 슬롯에 권선되는 복수의 코일을 포함하는 차량 공조장치용 블로어 모터에 있어서, 모터 하우징의 내주면에 설치되는 스테이터들이 4개이고; 4개의 스테이터들과 각각 인력 및 척력작용을 하면서 회전토크를 발생시키는 로터의 슬롯과, 슬롯에 권선되는 코일부분이 18개인 4극 18슬롯(Slot) 구조이다.

Description

차량 공조장치용 블로어 모터{BLOWER MOTOR OF AIR CONDITIONING SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES}
본 발명은 차량 공조장치용 블로어 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 4극 18슬롯 2브러시 구조로 형성됨으로써, 로터의 코일 권선작업이 매우 용이하면서 우수한 코깅토크와 불평형 전자기력 특성을 가질 수 있고, 이를 통해, 생산성을 향상시키면서 우수한 모터성능을 유지할 수 있는 차량 공조장치용 블로어 모터에 관한 것이다.
자동차는 차실내의 온도를 조절하기 위한 공조장치를 갖추고 있다. 이러한 공조장치는, 각종 액츄에이터들을 구비하고 있으며, 그 일례로서, 블로어 모터(Blower Motor)가 있다.
블로어 모터는, 인가되는 제어신호에 따라 작동되면서 블로어 팬을 회전시키는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 2극 12슬롯(Slot) 2브러시(Brush) 타입으로 구성되는 것이 보통이다.
이러한 블로어 모터는, 브러시(1)들을 통해 정류자(3)들에 전기가 인가되면, 인가된 전기에 의해 슬롯(5)의 코일(6)부분에 자기장이 발생되고, 발생된 자기장이 둘레의 스테이터(Stator)(7)들과 인력과 척력작용을 하면서 회전토크를 발생시키며, 발생된 회전토크로 인해 로터(Rotor)(8)가 회전된다.
그런데, 이러한 종래의 블로어 모터는, 2극 12슬롯 타입의 구조이므로, 출력에 비해 무게가 무겁고, 부피가 크다는 단점이 있다.
또한, 2극 12슬롯 타입의 구조이므로, 회전 시에, 로터(8)의 코일(6)부분과 스테이터(7)들 사이의 인력변화로 인해 발생하는 "코깅토크(Cogging Torque)"가 매우 크다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 로터(8)에 진동이 발생되고, 로터(8)의 회전속도에 변화가 발생된다는 문제점이 있다.
또한, 로터(8)의 코일(6)에 전기를 인가하는 과정에서, 코일(6)부분과 스테이터(7)들 간의 주기적인 인력변화와 그로 인한 자기장의 변화로 인해 리플전류(맥동전류: Ripple Current)가 발생되는데, 이러한 리플전류가 2극 12슬롯 타입의 구조 때문에 매우 크게 발생한다는 단점이 있다.
한편, 이를 감안하여, 무게와 크기를 줄여 소형, 경량화가 가능하고, 로터의 코일과 스테이터들 사이에서의 코깅토크를 저감시킬 수 있으며, 로터 코일의 전기인가과정에서 발생되는 리플전류를 최소화할 수 있는 기술이 개발되고 있다.
그 일례로서, 본 출원인이 출원한 국내특허출원 제2017-0012631호의 "차량 공조장치용 블로어 모터"가 있다.
이 기술은, 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이터(7)들을 4개로 구성하고, 브러시(1)들을 2개로 구성하며, 로터(8)의 슬롯(5)과 코일(6)을 24개로 구성하는 것으로, 4극 24슬롯(Slot) 2브러시(Brush) 구조를 갖는다.
이러한 블로어 모터는, 4극 24슬롯 2브러시 구조이므로, 로터(8)의 코일(6)과 스테이터(7)들의 크기를 줄이고서도 종래의 2극 12슬롯 2브러시 구조의 블로어 모터와 동등한 출력을 가질 수 있으며, 이를 통해, 소형, 경량화가 가능하다.
또한, 4극 24슬롯 2브러시의 구조를 가지므로, 로터(8)의 회전토크 손실없이 로터(8)의 코일(6)부분과 스테이터(7)들의 크기를 줄일 수 있고, 이를 통해, 로터(8)의 코일(6)부분과 스테이터(7)들 사이에서 발생하는 "코깅토크"를 저감시킬 수 있으며, 그 결과, "코깅토크"로 인한 로터(8)의 진동과, 로터(8)의 회전속도 변화를 저감시킬 수 있다.
또한, 4극 24슬롯 2브러시의 구조를 가지므로, 로터(8)의 회전토크 손실없이 로터(8)의 코일(6)부분과 스테이터(7)들의 크기를 줄일 수 있고, 이를 통해, 코일(6)부분과 스테이터(7)들 간의 자기장 변화로 인한 "리플전류"를 저감시킬 수 있다.
그런데, 이러한 4극 24슬롯 2브러시 구조의 블로어 모터는, 소형, 경량화가 가능하고, 코깅토크와 리플전류를 저감시킬 수 있지만, 로터(8)의 슬롯(5)에 대한 코일(6)의 권선 작업이 매우 어렵고 힘들다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 생산성에 현저하게 저하된다는 문제점이 있다.
특히, 로터(8)의 슬롯(5)을 24개로 설계 및 제조하는 과정에서, 슬롯(5)의 폭과 개방부가 매우 좁게 구성되는데, 이렇게 좁고 협소한 구조 때문에 슬롯(5)에 일정 굵기의 코일(6)을 권선하기가 매우 까다롭고 힘들다는 단점이 있다.
더욱이, 슬롯(5)에 대한 코일(6)의 권선작업은 대부분 자동 권선설비를 통해 이루어지고, 이러한 자동 권선설비는 좁고 협소한 슬롯(5)에 출입하면서 코일(6)을 권선해야 하는데, 상기와 같이, 좁고 협소한 슬롯(5)에 자동 권선설비가 출입하기가 매우 어렵다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 로터(8)의 슬롯(5)에 대한 코일(6)의 권선 작업에 많은 애로를 겪고 있다는 문제점이 있으며, 그 결과, 블로어 모터의 양산성이 현저하게 저하된다는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 구조를 개선함으로써, 로터의 슬롯에 대한 코일의 권선작업이 매우 용이하면서도 4극 24슬롯 2브러시 구조와 동등하거나 그 이상의 성능을 가질 수 있는 차량 공조장치용 블로어 모터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 코일의 권선작업이 용이하면서도 4극 24슬롯 2브러시 구조와 동등하거나 그 이상의 성능을 가질 수 있도록 구성함으로써, 생산성을 향상시키면서도 높은 성능을 유지할 수 있는 차량 공조장치용 블로어 모터를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량 공조장치용 블로어 모터는, 모터 하우징과, 상기 모터 하우징의 내주면에 간격을 두고 설치되는 복수의 스테이터들과, 상기 스테이터들의 내측에 회전가능하게 설치되는 로터와, 상기 로터의 회전중심축에 설치되는 복수의 정류자들 및, 상기 각 정류자에 전기를 인가하는 복수의 브러시들을 구비하며, 상기 로터는, 외주면에 간격을 두고 형성되는 다수의 슬롯들과, 상기 각 슬롯에 권선되는 복수의 코일을 포함하는 차량 공조장치용 블로어 모터에 있어서, 상기 모터 하우징의 내주면에 설치되는 상기 스테이터들이 4개이고; 상기 4개의 스테이터들과 각각 인력 및 척력작용을 하면서 회전토크를 발생시키는 상기 로터의 슬롯과, 상기 슬롯에 권선되는 코일부분이 18개인 4극 18슬롯(Slot) 구조인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 로터의 각 정류자에 전기를 인가하는 상기 브러시가 2개인 4극 18슬롯(Slot) 2브러시(Brush) 구조인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 정류자들이, 상기 로터의 코일들의 개수에 상응하도록 18개인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 브러시들은, 상기 정류자들과 마찰접촉하면서 전기를 인가할 수 있도록, 상기 정류자들에 대응되는 상기 모터 하우징부분에 고정적으로 설치되며, 상기 모터 하우징의 내주면 부분에 90°각도의 간격을 이루며 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 브러시들은, 1개당 2개의 정류자들과 동시에 마찰 접촉하도록 구성되어, 1개당 2개의 정류자에 전기를 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량 공조장치용 블로어 모터에 의하면, 4극 18슬롯 2브러시의 구조로 개선함으로써, 로터의 슬롯 사이즈를 크게 하여, 슬롯에 대한 코일의 권선작업이 용이하면서도 4극 24슬롯 2브러시 구조와 동등하거나 그 이상의 모터성능을 가질 수 있는 효과가 있다.
또한, 코일의 권선작업이 용이하면서도 4극 24슬롯 2브러시 구조에 비해 우수한 모터성능을 가질 수 있으므로, 생산성을 높일 수 있음과 동시에 우수한 모터성능을 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량 공조장치용 블로어 모터를 나타내는 단면도로서, 2극 12슬롯 2브러시 구조의 블로어 모터를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 차량 공조장치용 블로어 모터를 나타내는 단면도로서, 4극 24슬롯 2브러시 구조의 블로어 모터를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 차량 공조장치용 블로어 모터의 구성을 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 차량 공조장치용 블로어 모터의 작동예를 나타내는 그래프로서, 부하 및 무부하별 불평형 전자기력 분포를 종래의 4극 24슬롯 2브러시 블로어 모터와 비교하여 해석한 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 차량 공조장치용 블로어 모터의 작동예를 나타내는 그래프로서, 로터의 코일과 스테이터들 사이에서 발생되는 코깅토크를 종래의 4극 24슬롯 2브러시 블로어 모터와 비교하여 해석한 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 차량 공조장치용 블로어 모터의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 차량 공조장치용 블로어 모터의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 3을 참조하여 차량 공조장치용 블로어 모터에 대해 간략하게 설명한다.
차량 공조장치용 블로어 모터는, 모터하우징(10)을 구비한다. 모터하우징(10)의 내주면에는 스테이터(20)들이 일정한 간격(20a)을 두고 설치되며, 스테이터(20)들의 내측에는, 로터(30)가 회전가능하게 설치된다.
로터(30)는, 외주면에 간격을 두고 형성되는 다수의 슬롯(32)들과, 회전중심축(30a)의 외면에 일정 간격을 두고 설치되는 정류자(34)들을 갖추고 있다. 특히, 슬롯(32)들은, 로터(30)의 원주방향을 따라 간격을 두고 형성되는 것으로, 코일(36)이 권선된다.
그리고 블로어 모터는, 모터하우징(10)으로부터 로터(30)의 정류자(34)를 향해 설치되는 한 쌍의 브러시(40)들을 갖추고 있으며, 이들 한 쌍의 브러시(40)들은 로터(30)의 정류자(34)들과 마찰접촉하면서 상기 로터(30)의 각 정류자(34)에 전기를 단속적으로 공급한다.
이러한 블로어 모터는, 브러시(40)를 통해 정류자(34)에 전기가 인가되면, 인가된 전기에 의해 로터(30)의 코일(36)들이 여자(勵磁) 및 소자(消磁)되면서 외측의 스테이터(20)들과 인력과 척력이 발생되고, 이러한 스테이터(20)들과의 인력과 척력에 의해 회전토크가 발생하면서 로터(30)가 회전운동한다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량 공조장치용 블로어 모터의 특징부를 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세하게 살펴본다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 블로어 모터는, 모터하우징(10)의 내주면에 설치되는 스테이터(20)들을 구비하되, 상기 스테이터(20)들이, 4개인 구조를 갖는다.
4개의 스테이터(20)들은, 모터하우징(10)의 내주면에 일정한 간격(20a)을 두고 설치되어 있되, S극과 N극이 번갈아가며 배열되도록 설치된다.
이러한 4개의 스테이터(20)들은, 로터(30)에 권선된 코일(36)이 여자 및 소자될 시에, 상기 코일(36)들과 인력 및 척력작용을 하면서 회전토크를 발생시킨다. 따라서, 발생된 회전토크로 인해 로터(30)가 회전될 수 있게 한다.
그리고 본 발명의 블로어 모터는, 로터(30)에 형성되는 슬롯(32)과, 로터(30)의 회전중심축(30a)에 설치되는 정류자(34)가 각각 18개로 구성되는 특징을 갖는다.
이러한 구성의 로터(30)는, 정류자(34) 및 슬롯(32)이 18개이므로, 슬롯(32)에 권선되는 코일(36)도 18개인 구조를 갖는다. 이로써, 본 발명의 블로어 모터가, 4개의 스테이터(20)와 18개의 슬롯(32)을 갖는 4극 18슬롯(Slot) 2브러시(Brush)의 구조로 구성될 수 있게 한다.
이러한 4극 18슬롯 2브러시 구조의 블로어 모터는, 로터(30)의 슬롯(32)과 코일(36)이 18개 이므로, 상기 슬롯(32)과 코일(36)들의 개수가, 종래의 4극 24슬롯 2브러시 모터에 비해 줄어들게 된다.
따라서, 로터(30)의 크기가 동일한 조건에서, 로터(30)의 슬롯(32) 사이즈를, 4극 24슬롯 2브러시 모터의 슬롯(32)(도 2참조)에 비해 크게 구성할 수 있다. 특히, 슬롯(32)의 폭과 개방부를 크게 구성할 수 있다.
이로써, 로터(30)의 슬롯(32)에 대한 코일(36)의 권선 작업 시에, 상기 코일(36)의 권선 작업이 매우 용이하다.
특히, 로터(30)의 슬롯(32)이 충분한 크기의 폭과 개방부를 가지므로, 코일(36)의 권선을 위한 자동 권선설비가 상기 로터(30)의 슬롯(32)에 용이하게 출입할 수 있게 되는데, 이러한 구조 덕분에 코일(36)의 권선작업을 어려움 없이 용이하게 수행할 수 있게 된다. 그 결과, 블로어 모터를 용이하게 제조할 수 있으며, 이에 따라, 블로어 모터의 생산성과 양산성을 현저하게 개선시킨다.
한편, 이러한 4극 18슬롯 2브러시 구조의 블로어 모터는, 시험 결과, 로터(30)의 슬롯(32)과 코일(36)을 18개 구조로 구성함에도 불구하고, 로터(30)의 코일(36)과 스테이터(20)들 사이에서 발생되는 "코깅토크"와 "불평형 전자기력"이 4극 24슬롯 2브러시 모터에 비해 월등히 우수한 것으로 나타났다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 4극 18슬롯 2브러시 블로어 모터와, 종래의 4극 24슬롯 2브러시 블로어 모터의 "불평형 전자기력 분포"를 비교하여 해석한 시험 결과에 의하면, "무부하 조건"과 "부하 조건" 모두에서 본 발명의 4극 18슬롯 2브러시 블로어 모터가, 종래의 4극 24슬롯 2브러시 블로어 모터에 비해, "불평형 전자기력"이 우수한 것으로 나타났다.
특히, "불평형 전자기력 분포"는, 중앙 집중도가 높고, 마주보며 대응되는 것들 간의 대칭률이 높을수록 좋은데, 본 발명의 4극 18슬롯 2브러시 블로어 모터는, "무부하 조건"과 "부하 조건" 모두에서 "불평형 전자기력 분포"의 중앙 집중도와 대칭률이 종래의 4극 24슬롯 2브러시 블로어 모터에 비해 우수한 것으로 나타났다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 4극 18슬롯 2브러시 블로어 모터와, 종래의 4극 24슬롯 2브러시 블로어 모터의 "코깅토크"를 비교하여 해석한 시험 결과에 의하면, 본 발명의 4극 18슬롯 2브러시 블로어 모터가, 종래의 4극 24슬롯 2브러시 블로어 모터에 비해, "코깅토크"가 우수한 것으로 나타났다.
특히, "코깅토크"는, 상,하 진폭이 적을수록 좋은데, 본 발명의 4극 18슬롯 2브러시 블로어 모터는, "코깅토크"는, 상,하 진폭이 종래의 4극 24슬롯 2브러시 블로어 모터에 비해 우수한 것으로 나타났다.
결과적으로, 본 발명에 따른 4극 18슬롯 2브러시 구조의 블로어 모터는, 로터(30)의 슬롯(32)과 코일(36)이 18개 구조임에도 불구하고, 로터(30)와 스테이터(20)들 간의 "코깅토크"와 "불평형 전자기력 특성"이 우수한 것으로 나타났다.
그 결과, 로터(30)의 슬롯(32) 사이즈를 크게 하여, 슬롯(32)에 대한 코일(36)의 권선작업을 용이하게 수행할 수 있도록 하면서도 4극 24슬롯 2브러시 구조와 동등하거나 그 이상의 모터성능을 가질 수 있게 한다.
특히, 코일(36)의 권선작업을 용이하게 하면서도 4극 24슬롯 2브러시 구조에 비해 우수한 모터성능을 가질 수 있게 함으로써, 생산성을 높일 수 있음과 동시에 우수한 모터성능을 유지할 수 있게 한다.
다시, 도 3을 참조하면, 본 발명의 블로어 모터는, 로터(30)의 각 정류자(34)에 전기를 공급하는 한 쌍의 브러시(40)들을 구비하되, 상기 브러시(40)들은, 상기 정류자(34)들에 대응되는 모터 하우징(10)의 내주면에 고정적으로 설치되어 있다.
특히, 한 쌍의 브러시(40)들은, 정류자(34)들에 대응되는 모터 하우징(10)의 내주면에 고정적으로 설치되어 있되, 모터 하우징(10)의 내주면 부분에 90°각도의 간격을 이루며 설치된다.
한편, 이러한 브러시(40)들은, 1개당 적어도 2개 이상의 정류자(34)들과 동시에 마찰접촉하도록 구성되며, 이렇게 구성된 브러시(40)들은, 1개당 적어도 2개 이상의 정류자(34)에 전기를 인가하도록 구성된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 모터하우징(Motor Housing) 20: 스테이터(Stator)
30: 로터(Rotor) 30a: 회전중심축
32: 슬롯(Slot) 34: 정류자
36: 코일(Coil) 40: 브러시(Brush)

Claims (5)

  1. 모터 하우징(10)과, 상기 모터 하우징(10)의 내주면에 간격(20a)을 두고 설치되는 복수의 스테이터(20)들과, 상기 스테이터(20)들의 내측에 회전가능하게 설치되는 로터(30)와, 상기 로터(30)의 회전중심축(30a)에 설치되는 복수의 정류자(34)들 및, 상기 각 정류자(34)에 전기를 인가하는 복수의 브러시(40)들을 구비하며, 상기 로터(30)는, 외주면에 간격을 두고 형성되는 다수의 슬롯(32)들과, 상기 각 슬롯(32)에 권선되는 복수의 코일(36)을 포함하는 차량 공조장치용 블로어 모터에 있어서,
    상기 모터 하우징(10)의 내주면에 설치되는 상기 스테이터(20)들이 4개이고;
    상기 4개의 스테이터(20)들과 각각 인력 및 척력작용을 하면서 회전토크를 발생시키는 상기 로터(30)의 슬롯(32)과, 상기 슬롯(32)에 권선되는 코일(36)부분이 18개이고;
    상기 로터(30)의 각 정류자(34)에 전기를 인가하는 상기 브러시(40)가 2개이며;
    상기 브러시(40)들은,
    상기 정류자(34)들과 마찰접촉하면서 전기를 인가할 수 있도록, 상기 정류자(34)들에 대응되는 상기 모터 하우징(10)부분에 고정적으로 설치되며,
    상기 모터 하우징(10)의 내주면 부분에 90°각도의 간격을 이루며 설치되고;
    상기 브러시(40)들은,
    1개당 2개의 정류자(34)들과 동시에 마찰 접촉하도록 구성되어, 1개당 2개의 정류자(34)에 전기를 인가하는 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 블로어 모터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 정류자(34)들이,
    상기 로터(30)의 코일(36)들의 개수에 상응하도록 18개인 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 블로어 모터.
  4. 삭제
  5. 삭제
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