KR102606338B1 - 쿨링팬 모터 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저전압 회로를 고전압 회로로부터 이격시키고 저전압 와이어 인입부로부터 저전압 회로까지의 거리를 최소화함으로써 전자파 노이즈가 커플링되는 현상을 최소화하여 EMC 성능을 향상시킬 수 있는 쿨링팬 모터 조립체에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예는, 모터 하우징과, 상기 모터 하우징 내부에 구비되며, 영구자석을 포함하는 회전자와 코일이 권선된 고정자로 이루어지는 모터부와, 상기 모터 하우징 내부에 구비되며, 상기 모터부의 동작을 제어하는 인버터와, 상기 인버터의 기판 상에 구비되는 저전압 회로와, 상기 인버터의 기판 상에 구비되는 고전압 회로와, 상기 모터 하우징에 결합되는 저전압 와이어 인입부 및 상기 저전압 와이어 인입부를 통해 상기 저전압 회로에 연결되는 저전압 와이어를 포함하되, 상기 저전압 회로는 상기 저전압 와이어 인입부 부근에 배치되는 것을 특징으로 하는 쿨링팬 모터 조립체을 제공한다.

Description

쿨링팬 모터 조립체{COOLING FAN MOTOR ASSEMBLY}

본 발명은 쿨링팬 모터 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저전압 회로를 고전압 회로로부터 이격시키고 저전압 와이어 인입부로부터 저전압 회로까지의 거리를 최소화함으로써 전자파 노이즈가 커플링되는 현상을 최소화하여 EMC 성능을 향상시킬 수 있는 쿨링팬 모터 조립체에 관한 것이다.

차량 전방에는 열교환기 내부의 열교환매체를 냉각시키기 위한 쿨링팬이 구비되며, 또한 쿨링팬의 작동을 위해 동력을 발생시키는 모터가 함께 구비된다.

이러한 모터는 일반적으로 가솔린 자동차에 사용되는 모터로 저전압 배터리를 사용하는 모터와, 수소연료전지 자동차에 사용되는 모터로 고전압 배터리를 사용하는 모터로 나뉠 수 있다.

최근에는 저공해 고연비를 위한 하이브리드 차량의 개발이 지속적으로 이루어지고 있으며, 이러한 하이브리드 차량에 제공되는 쿨링팬의 구동을 위한 모터의 경우에는 냉각성능 증대와 연비개선 차원에서 고효율화를 위하여 BLDC(Brushless DC motor) 모터가 주로 적용되고 있다.

BLDC 모터는 직류를 이용한 DC 모터 중에서 브러쉬가 없는 모터로서, 일반 DC 모터의 단점인 짧은 수명을 보완한 모터의 일 종류이다. 일반적인 DC 모터는 고정자가 영구자석이고 회전자는 권선으로 구성된 전기자석인 것에 반해, BLDC 모터는 반대로 회전자가 영구자석이고 상기 회전자의 외곽에 위치한 고정자가 전기자석으로 구성된다. 따라서 BLDC 모터에는 회전자에 교류 전류를 흘려줌으로써 발생하는 자기장과 고정자의 영구자석의 자기장의 상호작용에 의해 회전자가 회전하게 된다.

이와 같이 BLDC 모터는 직류의 전류를 받아서 이를 교류로 바꾼 후 회전자에 공급하기 때문에, 직류의 전류를 교류의 전류로 변형시키는 인버터(inverter)의 구성이 필수적이다.

이하, 도 1 및 2를 참고하여 종래의 일반적인 쿨링팬용 모터에 대해 살펴보도록 한다.

종래의 쿨링팬용 BLDC 모터는 어퍼 하우징(upper housing)(12)과, 상기 어퍼 하우징(12)과 마주보는 상태로 조립된 로워 하우징(lower housing)(11)을 포함하는 하우징부(10)와, 상기 하우징부(10) 내에 설치되는 로터(21)와 스테이터(22)로 이루어진 모터부(20) 및 상기 모터부(20)의 동작 제어를 위한 인버터(30)를 포함한다.

상기 어퍼 하우징(12)의 상면에는 공기를 매개로 냉각을 위해 형성된 개구홀(13)이 형성되며, 상기 로워 하우징(11)의 일면에는 BLDC 모터의 운전 전원을 공급해주기 위한 고전압 커넥터 연결부(14) 및 차량측과 통신을 연결해주는 저전압 커넥터 연결부(15)가 각각 구비된다.

상기 인버터(30)는 모터가 서로 다른 알피엠으로 작동될 수 있도록 제어하기 위해 회로와 여러 소자가 PCB 기판에 배치되어 있으며, 상기 PCB 기판은 차량의 배터리로부터 전원을 공급받아 스테이터(22)의 코일에 전류를 흐르게 한다.

이때, 상기 PCB 기판은 로터(21) 샤프트가 원활히 회전할 수 있도록 일정 신호에 맞추어 코일에 전류를 인가 및 차단하는 것을 반복한다.

하지만, 종래의 모터는 저전압 회로가 PCB 기판 내에서 상기 저전압 커넥터 연결부(15)와 대향하는 반대측에 형성되어 고전압 회로 사이에 둘러싸여 형성되며, 저전압 와이어가 상기 저전압 커넥터 연결부(15)를 통해 상기 로워 하우징(11)으로부터 상기 인버터(30) 내부의 PCB 중앙부위까지 관통하여 저전압 회로의 커넥터에 체결, 연결되는 구조를 갖게 된다.

이에 따라, IPM(IGBT + Gate driver), SMPS 등 스위칭동작을 하는 전자소자 주변을 관통하는 구조로 인해 스위칭동작 시 발생하는 전자파 노이즈가 저전압 와이어에 결합(커플링)되는 문제점이 있으며, 특히 저전압 회로가 고전압 회로 사이에 위치하고, 저전압 커넥터 연결부(15)로부터 저전압 회로까지의 거리가 멀어 저전압 와이어를 통한 노이즈 커플링이 쉬워진다.

또한, 이러한 커플링 현상에 의해 외부로 전자파 노이즈가 유출되고 전자파 규제 불만족 및 타 제품 오동작을 유발할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저전압 회로를 고전압 회로로부터 이격시키고 저전압 와이어 인입부로부터 저전압 회로까지의 거리를 최소화함으로써 전자파 노이즈가 커플링되는 현상을 최소화하여 EMC 성능을 향상시킬 수 있는 쿨링팬 모터 조립체를 제공하는 것에 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 인버터의 PCB 기판상에서 저전압 회로를 고전압 회로로부터 이격, 분리시켜 PCB를 통한 노이즈 커플링을 최소화한다.

또한, 저전압 회로를 저전압 와이어 인입부와 가까운 곳에 위치시켜 저전압 와이어 인입부로부터 저전압 회로까지의 거리를 최소화함으로써 저전압 와이어를 통한 노이즈 커플링을 최소화한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 모터 하우징과, 상기 모터 하우징 내부에 구비되며, 영구자석을 포함하는 회전자와 코일이 권선된 고정자로 이루어지는 모터부와, 상기 모터 하우징 내부에 구비되며, 상기 모터부의 동작을 제어하는 인버터와, 상기 인버터의 기판 상에 구비되는 저전압 회로와, 상기 인버터의 기판 상에 구비되는 고전압 회로와, 상기 모터 하우징에 결합되는 저전압 와이어 인입부 및 상기 저전압 와이어 인입부를 통해 상기 저전압 회로에 연결되는 저전압 와이어를 포함하되, 상기 저전압 회로는 상기 저전압 와이어 인입부 부근에 배치되는 것을 특징으로 하는 쿨링팬 모터 조립체을 제공한다.

이때, 상기 고전압 회로는 상기 저전압 회로로부터 3mm 이상 이격되는 것을 특징으로 한다.

상기 저전압 회로는 상기 인버터의 PCB 기판상에서 상기 저전압 와이어 인입부와 마주보는 위치에 배치될 수 있다.

또한, 상기 저전압 회로는 상기 인버터의 PCB 기판상에서 상기 저전압 와이어 인입부와 대향하는 일측에 배치되며, 상기 고전압 회로는 상기 저전압 회로의 두 면과 대향하며 이격되어 형성될 수 있다.

상기 인버터의 캐패시터(Capacitor)는 병렬로 나란하게 형성될 수 있다.

본 발명의 쿨링팬 모터 조립체에 따르면, 인버터의 PCB 기판상에서 저전압 회로를 고전압 회로로부터 이격, 분리시켜 PCB를 통한 노이즈 커플링을 최소화할 수 있다.

또한, 저전압 회로로 와이어가 인입되어 연결되도록 하는 저전압 와이어 인입부 부근에 저전압 회로를 위치시킴으로써 상기 저전압 와이어 인입부로부터 저전압 회로까지의 거리, 즉 인버터 내 노출되는 저전압 와이어의 길이를 최소화하여 와이어를 통한 노이즈 커플링을 최소화할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 종래의 쿨링팬용 모터를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 쿨링팬 모터 조립체를 도시한 분해 사시도.
도 4는 도 3에서 인버터를 포함한 일부를 분리하여 도시한 평면도.
도 5는 종래의 쿨링팬용 모터의 EMC 평가 결과를 도시한 그래프.
도 6은 도 3의 쿨링팬 모터 조립체의 EMC 평가 결과를 도시한 그래프.

이하, 본 발명의 쿨링팬 모터 조립체에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

일반적으로 연료 전지 차량의 엔진룸 냉각을 위하여 1.2kW 급의 고출력 쿨링팬 모터가 사용된다.

이를 위하여 기존의 DC 모터와는 다른 고전압 전원 체계를 활용한 고전압 쿨링팬용 BLDC 모터가 연료전지 차량에 적용되며, 고전압 쿨링팬 모터는 모터 구동 전원용 고전압(450V)과 차량과의 CAN 통신을 위한 저전압(12V), 2개의 전원을 동시에 사용한다.

이와 같이 고전압과 저전압을 둘 다 사용할 시, 각 전원 사이의 절연 성능 확보가 중요하고 고전압 회로의 노이즈가 저전압 회로로 커플링 되지 않도록 설계하는 것이 중요하다.

아래에서는, 도 3 내지 6을 참고하여 이를 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 쿨링팬 모터 조립체에 관하여 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 쿨링팬 모터 조립체는 크게 모터 하우징(10, 300)과, 모터부(20)와, 인버터(400)와, 상기 인버터(400) 내의 저전압 회로(A) 및 고전압 회로(B)를 포함하여 이루어질 수 있다.

구체적으로, 본 실시 예에서 상기의 모터 하우징은 상부 하우징(10)과, 하부 하우징(300)으로 이루어지되, 상기 상부 하우징(10)의 내부에는 모터부(20)가 내장되고, 상기 하부 하우징(300)의 내부에는 인버터(400)가 내장된다.

상기 상부 하우징(10)과 하부 하우징(300)은 모두 원통 형태의 외형을 갖으며, 상기 상부 하우징(10)의 일측 면에는 외기를 유입시켜 모터부(20)를 냉각시키기 위한 냉각홀(11)이 복수개 형성될 수 있고, 원통형의 내부에는 상기 모터부(20)가 장착된다.

상기 하부 하우징(300)은 일측이 폐쇄되고 타측은 개방되어 상기 상부 하우징(10)의 하부 측에 결합될 수 있으며, 상기 하부 하우징(300)은 내부에 일정 공간이 형성되고 둘레에는 팬 및 쉬라우드와 체결하기 위한 체결부가 형성될 수 있다. 상기 하부 하우징(300)의 내부 공간에는 인터버(400)가 구비된다.

상기 모터부(20)는 상기 상부 하우징(10) 내부에 구비되며, 코일이 권선된 고정자(21)와, 영구자석을 포함하는 회전자(22) 및 구동축(23)으로 이루어진다.

상기 고정자(21)는 상기 상부 하우징(10)의 내주면에 체결되며, 코일이 권선되어 인버터(400)로부터 전류가 흐르게 된다. 상기 코일은 상기 인버터(400)로부터 전류가 인가되면 자기장이 발생하여 상기 코일 근처의 전극을 자화시키며, 자화된 전극이 회전자(22)의 영구자석의 극과 상호작용하여 회전력을 발생시키도록 한다.

이때, 상기 고정자(21)는 별도의 고정부를 통해 상기 상부 하우징(10)의 내주면에 고정될 수 있다.

상기 회전자(22)는 상기 고정자(21)의 내부에 구비되는 것으로, 상기 고정자(21)를 대향하는 외면에 복수의 영구자석이 구비된다. 상기 영구자석은 상기 인버터(400)로부터 상기 코일로 전류가 흐르면 자화된 전극에 의해 회전력을 받고, 이에 따라 상기 회전자(22)는 한 방향으로 회전하게 된다.

또한, 상기 회전자(22)의 내부에는 회전자의 길이방향으로 중심을 관통하는 구동축(23)이 결합된다. 상기 구동축(23)은 상기 회전자(22)와 결합하여 상기 고정자(21)로부터 힘을 받은 상기 회전자(22)의 회전에 의해 같이 회전함으로써 쿨링팬(미도시)을 회전시킨다.

상기 인버터(400)는 상기 하부 하우징(300) 내부에 구비되며, 상기 모터부(20)의 동작을 제어하기 위한 것이다.

상기 인버터(400)는 PCB 기판(410)과, 상기 기판(410)에 구비되는 인버터 소자 및 상기 기판(410)에 구비되는 캐패시터(Capacitor; 420)로 구성될 수 있다.

상기 인버터 소자는 모스펫(MOSFET)으로 통상 회로에 많이 쓰이는 트랜지스터의 종류 중 하나일 수 있으며, 상기 인버터(400)의 PCB 기판(410) 상에는 저전압 회로와 고전압 회로가 각각 구비될 수 있다.

구체적으로, 도 4에는 상기 PCB 기판(410) 상의 저전압 회로(A)와 고전압 회로(B)의 배치구조가 도시되어 있으며, 이의 위치와 관련하여서는 아래에서 자세히 설명하도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 하부 하우징(300)에 결합되는 저전압 와이어 인입부(320)를 통해 저전압 와이어(440)가 상기 저전압 회로(A), 구체적으로 상기 저전압 회로(A)의 커넥터(460)에 연결되고 있다.

이때, 상기 저전압 와이어 인입부(320)는 상기 저전압 와이어(440)를 상기 하부 하우징(300)을 통과하여 인버터(400) 내로 인입시키기 위한 것으로, 중심에는 상기 저전압 와이어(440)가 관통하기 위한 홀이 형성되고, 상기 홀의 주위로는 상기 인입부(320)를 상기 하부 하우징(300)에 고정하기 위한 고정부가 형성될 수 있다.

본 실시 예에서 상기 저전압 와이어 인입부(320)는 도 4에 도시된 바와 같이 고전압 커넥터 연결부(310)와 같은 측에 형성되고 있으며, 도 4를 기준으로 좌측 상측에 형성되고 있다.

이에 따라, 상기 인버터(400)에서는 고전압 직류전원 스위칭을 통해 3상 교류전원으로 변환하여 구동하고, 저전압 직류전원을 통해 통신 및 제어기능을 구현하게 된다.

하지만, 이때 스위칭 소자에서 발생한 전자파 노이즈가 상기 인버터(400) 내부에서 방사되며, 이는 상기 인버터(400)의 저전압 와이어(440)에 커플링(간섭)될 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 상기 저전압 와이어(440)에 전자파 노이즈가 커플링(간섭)되는 것을 최소화하기 위해 상기 인버터의 PCB 기판(410)상 고전압 회로와 저전압 회로의 공간을 분리한다.

구체적으로, 본 발명에서 상기의 저전압 회로(A)는 상기 저전압 와이어 인입부(320) 부근에 가깝게 배치되고 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 상기 저전압 와이어(440)는 상기 저전압 와이어 인입부(320)를 통해 하부 하우징(300)의 외부로부터 이를 관통하여 상기 인버터(400) 내로 인입되며, 상기 저전압 회로의 커넥터(460)에 연결된다.

따라서, 상기 저전압 회로(A)를 상기 저전압 와이어 인입부(320)와 가까운 곳, 바람직하게는 최단거리에 위치시킴으로써 상기 인버터(400) 내 저전압 와이어(440)가 노출되는 길이를 최소화하여 저전압 와이어를 통한 노이즈 커플링을 최소화할 수 있다.

이를 위해, 상기 저전압 회로(A)는 상기 인버터의 PCB 기판(410)상에서 상기 저전압 와이어 인입부(320)와 마주보는 위치에 배치될 수 있다.

본 일 실시 예에서는, 상기 저전압 회로(A)가 상기 인버터의 PCB 기판(410)상에서 상기 저전압 와이어 인입부(320)와 대향하는 일측, 즉 도 4를 기준으로 좌측 상측에 배치되고 있으며, 상기 고전압 회로(B)는 저전압 회로(A)의 두 면과 대향하며 저전압 회로(A)의 우측과 하측 공간으로 이격되어 형성되고 있다.

또한, 상기 인버터의 캐패시터(Capacitor; 420)는 도 4를 기준으로 우측 상측에 병렬로 나란하게 형성될 수 있다.

이때, 상기의 고전압 회로(B)는 저전압 회로(A)로부터 3mm 이상 이격되는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시 예에서는 상기 고전압 회로(B)가 저전압 회로(A)의 두 면과 대향하며 우측과 하측으로 이격되어 형성되고 있으므로, 각각 저전압 회로(A)의 우측면과 하측면으로부터 반경으로 3mm 이상 이격되어 형성되는 것이다.

이와 같이, 상기의 저전압 회로(A)가 고전압 회로(B) 사이에 위치하여 둘러싸여 있지 않고, 서로 공간을 분리하여 마주보는 부분을 최소화하며, 일정 간격 이상을 유지함으로써 PCB 기판상에서의 노이즈 커플링을 최소화할 수 있다.

본 발명의 쿨링팬 모터 조립체에 따르면, 인버터의 PCB 기판상에서 저전압 회로를 고전압 회로로부터 이격시켜 PCB를 통한 노이즈 커플링을 최소화할 수 있다.

또한, 저전압 와이어 인입부 부근에 이와 대향하도록 저전압 회로를 위치시킴으로써 상기 저전압 와이어 인입부로부터 저전압 회로까지의 거리, 즉 인버터 내 노출되는 저전압 와이어의 길이를 최소화하여 와이어를 통한 노이즈 커플링을 최소화할 수 있으며, 궁극적으로 EMC(Electro Magnetic Compatibility) 성능을 최적화한다.

이는, 도 5의 종래 쿨링팬 모터의 EMC 평가 결과와 도 6의 본 발명에 따른 쿨링팬 모터의 EMC 평가 결과를 비교해보면 알 수 있듯이, 종래에는 최대 노이즈 레벨이 대략 40dB로 나타나는 것에 반해, 본 발명에서는 대략 30dB로 나타나고 있어 노이즈 레벨이 10dB 이상 저감된다는 것을 알 수 있다.

이에 따라, 규제치 불만족 대역의 노이즈 레벨이 개선되어 결과적으로 EMC 성능이 개선되는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

10: 상부 하우징 11: 냉각홀
20: 모터부 21: 고정자
22: 회전자 23: 구동축
300: 하부 하우징 310: 고전압 커넥터 연결부
320: 저전압 와이어 인입부 400: 인버터
410: PCB 기판 420: 캐패시터
440: 저전압 와이어 460: 커넥터

Claims (5)

1. 모터 하우징;
   상기 모터 하우징 내부에 구비되며, 영구자석을 포함하는 회전자와 코일이 권선된 고정자로 이루어지는 모터부;
   상기 모터 하우징 내부에 구비되며, 상기 모터부의 동작을 제어하는 인버터;
   상기 인버터의 기판 상에 구비되는 저전압 회로;
   상기 인버터의 기판 상에 구비되는 고전압 회로;
   상기 모터 하우징에 결합되는 저전압 와이어 인입부; 및
   상기 저전압 와이어 인입부를 통해 상기 저전압 회로에 연결되는 저전압 와이어;를 포함하되,
   상기 저전압 회로는 상기 저전압 와이어 인입부 부근에 배치되고,
   상기 저전압 회로는 상기 인버터의 PCB 기판상에서 상기 저전압 와이어 인입부와 대향하는 일측에 배치되며, 상기 고전압 회로는 상기 저전압 회로의 두 면과 대향하며 이격되어 형성되고,
   상기 인버터의 캐패시터(Capacitor)는 상기 저전압 회로의 일 면을 대향하는 위치에서 병렬로 나란하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 쿨링팬 모터 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고전압 회로는 상기 저전압 회로로부터 3mm 이상 이격되는 것을 특징으로 하는 쿨링팬 모터 조립체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 저전압 회로는 상기 인버터의 PCB 기판상에서 상기 저전압 와이어 인입부와 마주보는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 쿨링팬 모터 조립체.
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