KR19990014427A - 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터 - Google Patents

스켈리턴형 브러시레스 직류 모터 Download PDF

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KR19990014427A
KR19990014427A KR1019980047667A KR19980047667A KR19990014427A KR 19990014427 A KR19990014427 A KR 19990014427A KR 1019980047667 A KR1019980047667 A KR 1019980047667A KR 19980047667 A KR19980047667 A KR 19980047667A KR 19990014427 A KR19990014427 A KR 19990014427A
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Abstract

본 발명은 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에 관한 것이다. 종래의 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터는 로우터의 정지 위치가 정확하지 못하는 등 신뢰성이 낮으며, 구조가 복잡하여 대형화될 뿐만 아니라, 생산 비용이 높은 문제가 있었다. 본 발명의 스테이터 코어는 로우터가 위치되도록 메인 코어 블록과 서브 코어 블록이 마주보는 원호에 의해 스페이스를 제공한다. 원호 각각은 그 중심선을 기준으로 회전운동 방향의 선단에 대하여 최대곡률반경이 되고 회전운동 방향의 후단에 대하여 최소곡률반경이 되는 반경을 갖도록 형성되며, 원호의 양쪽 끝에 제 1 및 제 2 분극이 각각 형성된다. 메인 코어 블록의 한쪽에 보빈이 설치되고, 보빈의 감김부에 제 1 및 제 2 코일이 감겨져 전원 전압의 인가에 따라 로우터를 회전운동시키는 자계를 형성하며, 보빈의 스냅 후크에는 구동 회로를 제공하는 회로기판이 설치되고, 보빈과 회로기판은 수지 성형체에 의해 감싸여지도록 성형되며, 스테이터와 로우터는 하우징에 의해 감싸여진다. 따라서, 사점 걸림 현상이 방지되어 정지 위치가 정확하게 제어되며, 코깅 토오크가 개선되어 효율이 향상된다. 또한, 구성이 단순해져 소형화 및 경량화되고, 생산 비용이 절감되는 것이다. 그리고, 회로기판의 유동이 방지될 뿐만 아니라, 보빈과 수지의 박리 현상이 방지되어 신뢰성이 향상된다.

Description

스켈리턴형 브러시레스 직류 모터
본 발명은 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터(skeleton type brushless direct current motor)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로우터의 정지 위치가 정확하게 제어되도록 한 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에 관한 것이다.
스켈리턴형 브러시레스 직류 모터는 각종 전기,전자제품의 가전기기는 물론 사무기기, 전장용 등의 구동 모터로 폭 넓게 사용되고 있다. 예를 들어 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에는 브러시 및 정류자가 제거되며, 구조가 단순하여 제작이 용이하므로, 전기,전자제품, 사무기기, 전장용 등의 소형 팬 블로워(fan blower)의 구동 모터로 널리에 사용되고 있다.
이러한 종래의 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에 대한 예를 살펴보면, 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터는 로우터(rotor)와 스테이터 코어(staor core)를 갖추고 있으며, 로우터는 축의 외주면에 마그네트(magnet)가 장착되어 구성된다. 스테이터 코어는 로우터가 공극(air gap)을 유지하면서 위치되도록 스페이스(space)를 제공하고, 스테이터 코어에는 코일이 감겨진 보빈(bobbin)이 설치된다. 보빈의 한쪽에는 구동 회로를 구성하는 회로기판이 설치되며, 축은 하우징(housing)의 베어링에 의해 지지된다.
따라서, 보빈의 코일에 전원 전압이 인가되면 스테이터 코어의 자화에 의해 자계가 형성되고, 이로 인하여 스테이터 코어의 자계와 마그네트의 자계 사이에 회전 토오크가 발생되어 로우터가 회전된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터는 스테이터 코어와 로우터 사이에 형성되는 공극이 균일하게 유지되어 있기 때문에 전원 전압을 차단할 때 로우터의 정지 위치가 부하 및 베어링의 회전 관성으로 인하여 정확하지 못한 문제가 있었다.
이것을 보안하기 위하여 홀 센서 등과 같은 위치검출기를 사용하고 있다. 그러나, 스테이터 코어 및 로우터의 극수가 동일한 경우에 양극의 중심이 일치하는 곳에 위치검출기가 설치될 때에는 회전 토오크가 발생되지 않아 기동이 불가능한 문제가 있었다. 따라서, 위치검출기의 위치 및 스테이터 코어와 로우터의 극수 등을 변경시켜 기동을 가능하게 하고 있으나, 위치검출기의 숫자와 구조가 복잡해져 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터를 대형화시킬 뿐만 아니라, 생산 비용을 상승시키는 원인이 되었다. 또한, 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터의 고장이 발생될 경우에는 복잡한 구조로 인하여 점검 및 수리에 지장이 초래되는 문제가 있었다.
한편, 보빈과 회로기판은 솔더링에 의해 조립시키는 단순한 구조로 구성되므로, 보빈과 회로기판의 조립 구조가 취약한 문제가 있었다. 즉, 보빈의 한쪽에 회로기판을 설치시킨 상태에서 회로기판의 전자부품을 보호하기 위하여 수지(樹脂)에 의해 성형(molding)시킬 경우 회로기판이 높은 성형 압력을 견디지 못하고 심하게 유동되며, 취급의 부주의 및 충격에 의해 회로기판이 분리되거나 파손되는 문제가 있었다. 뿐만 아니라, 홀 센서의 리드 와이어(lead wire)가 변형, 예를 들어 구부러져 접속 불량이 발생되는 문제가 있었다. 특히, 보빈과 수지의 서로 다른 수축률에 의해 수지의 박리 현상이 발생되어 크랙(crack)이 발생되는 등 신뢰성이 저하되는 문제가 있었다.
그리고, 보빈의 외주면에 1상의 코일만을 감거나 각상의 코일을 각각의 보빈에 감아 스테이터 코어에 설치하여 전원 전압을 인가시키는 구조로 구성되므로, 전원 전압의 제어가 곤란해지며, 스테이터 코어의 크기가 복잡화 및 대형화되는 문제가 있었다. 회로기판의 구동 회로를 2상으로 구성할 경우에는 4개의 트랜지스터를 브리지(bridge)형 상태로 접속시키고, 마이크로프로세서로부터 출력되는 신호로서 트랜지스터의 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off) 상태를 제어하는 2상 교류 출력을 얻어 각각의 트랜지스터에 신호를 개별적으로 주어야 한다. 이와 같이 구동 회로에 4개의 트랜지스터가 사용되므로, 구성이 복잡해져 회로기판이 대형화될 뿐만 아니라, 생산 비용이 상승되는 문제를 가지게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 로우터의 정지 위치가 정확하게 제어되도록 한 스켈리턴 브러시레스형 직류 모터를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 효율이 향상되도록 한 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구성이 단순해져 소형화 및 경량화되며, 생산 비용이 절감되도록 한 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 회로기판의 유동과 수지의 박리 현상이 방지되어 신뢰성이 향상되도록 한 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터의 주요 부분을 나타낸 분리 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터를 나타낸 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터의 주요 부분을 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에서 스테이터 코어를 부분적으로 나타낸 정면도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에서 보빈을 나타낸 정면도 및 단면도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에서 홀더와 홀 센서의 설치 상태를 나타낸 정면도 및 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에서 회로기판을 나타낸 평면도,
도 10은 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에서 보빈과 회로기판의 조립 상태를 나타낸 정면도,
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에서 보빈과 회로 기판의 성형 상태를 나타낸 정면도 및 부분적으로 나타낸 단면도,
도 12는 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에서 하우징 조립체를 나타낸 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에서 구동 회로를 나타낸 회로도.
＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 로우터 12: 축
14: 마그네트 20: 스테이터 코어
30: 메인 코어 블록 40: 서브 코어 블록
50, 52: 원호 54: 스페이스
56, 58: 제 1 및 제 2 분극 60, 62: 사선
70: 보빈 76, 78: 플랜지
80, 82: 감김부 84: 분할판
86: 스냅 후크 90: 홀더
100, 102: 제 1 및 제 2 코일 110: 회로기판
120: 홀 센서 140: 수지 성형체
200: 하우징 조립체 210, 240: 제 1 및 제 2 하우징
228, 258: 오일리스 베어링 230, 260: 급유패드
T1, T2: 제 1 및 제 2 트랜지스터 D: 다이오드
Rmax: 최대곡률반경 Rmin: 최소곡률반경
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 축의 외주면에 마그네트가 장착되는 로우터와; 로우터가 위치되도록 메인 코어 블록과 서브 코어 블록이 마주보는 원호에 의해 스페이스를 제공하며, 원호 각각은 그 중심선을 기준으로 회전운동 방향의 선단에 대하여 최대곡률반경이 되고 회전운동 방향의 후단에 대하여 최소곡률반경이 되는 반경을 갖도록 형성되고, 원호의 양쪽 끝에 제 1 및 제 2 분극이 각각 형성되는 스테이터 코어와; 메인 코어 블록의 한쪽에 그 구멍이 끼워져 설치되며, 외주면 양쪽에 플랜지가 각각 형성되고, 플랜지 사이가 두 개의 김김부로 분할되도록 분할판이 형성되며, 플랜지의 한쪽에 마주보는 복수의 스냅 후크가 각각 형성되는 보빈과; 보빈의 감김부에 감겨져 전원 전압의 인가에 따라 로우터의 회전운동이 가능하도록 자계를 형성하는 제 1 및 제 2 코일과; 보빈의 스냅 후크에 의해 설치되어 구동 회로를 제공하는 회로기판을 포함하는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에 있다.
이하, 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 13은 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터를 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터는 로우터(10)와 스테이터 코어(20)를 갖추고 있으며, 로우터(10)는 축(12)의 외주면에 대략 원통형의 마그네트(14)가 장착되어 구성되고, 마그네트(14)는 N극과 S극의 2극을 갖도록 구성된다. 스테이터 코어(20)는 프레스 가공된 얇은 규소 강판을 절연시켜 여러장 겹쳐 구성하는 것으로, 메인 코어 블록(main core block: 30)과 서브 코어 블록(sub core block: 40)의 조합에 의해 구성되며, 메인 및 서브 코어 블록(30, 40)에는 위치규제구멍(32, 42)과 관통구멍(34, 44)이 각각 형성된다. 메인 코어 블록(30)의 한쪽에는 아암(36)이 형성되고, 아암(36)의 한쪽 끝에 결합홈(38)이 형성되며, 이 메인 코어 블록(30)의 결합홈(38)에 서브 코어 블록(40)의 결합편(46)이 대응하는 관계로 끼워져 결합된다. 도면에서, 메인 코어 블록(30)의 결합홈(38)과 서브 코어 블록(40)의 결합편(46)은 대략 원형으로 형성된 것을 나타냈으나, 결합홈(38)과 결합편(46)의 형상은 삼각형 또는 사각형, 기타의 형상으로 변경할 수 있다.
도 2, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 스테이터 코어(20)의 메인 코어 블록(30)과 서브 코어 블록(40) 각각은 마주보는 원호(50, 52)에 의해 로우터(10)가 위치되는 대략 원형의 스페이스(54)를 형성하도록 조합되고, 스테이터 코어(20)의 스페이스(54)에는 로우터(10)가 공극을 유지하도록 설치되며, 원호(50, 52)의 양쪽 끝에는 제 1 및 제 2 분극(56, 58)이 각각 형성된다. 제 1 및 제 2 분극(56, 58)의 크기는 대략 8 내지 10mm 정도로 유지시키는 것이 바람직하며, 보다 바람직하기로는 대략 9mm 정도로 유지시키는 것이 좋다. 이와 같이 제 1 및 제 2 분극(56, 58)의 크기를 대략 8 내지 10mm 정도로 유지시키는 것에 의해 누설자속을 최소화시킬 수 있게 된다.
한편, 원호(50, 52) 각각은 회전운동 방향의 선단에 대하여 최대곡률반경(Rmax)이 되고 회전운동 방향의 후단에 대하여 최소곡률반경(Rmin)이 되는 반경을 갖도록 형성된다. 또한, 원호(50, 52) 각각은 최대곡률반경(Rmax)과 최소곡률반경(Rmin)의 경계면이 중심선(X-X)에 대하여 소정의 각도(θ)를 이루는 사선(60, 62)으로 이어지며, 각도(θ)는 중심선(X-X)에 대하여 대략 0 내지 ±30도 정도를 이루도록 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하기로는 대략 ±5도 정도를 이루도록 하는 것이 기동성을 향상시키는데 좋다. 도면에는 각도(θ)가 5도를 이루는 것을 나타냈다.
또한, 최대곡률반경(Rmax)은 대략 20 내지 30mm 정도가 바람직하고, 보다 바람직하기로는 대략 25 내지 26mm 정도가 좋으며, 최대곡률반경(Rmax)과 최소곡률반경(Rmin)의 차이는 대략 0.3 내지 0.5mm 정도가 바람직하다. 또한, 최대 및 최소곡률반경(Rmax, Rmin)과 로우터(10) 사이의 공극은 대략 0.1 내지 0.3mm 정도로 유지시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하기로는 대략 0.2mm 정도가 좋다. 즉, 스테이터 코어(20)가 메인 및 서브 코어 블록(30, 40)의 조합에 의해 로우터(10)가 위치되는 스페이스(54)를 제공하게 하였다.
도 2 및 도 5, 그리고 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 메인 코어 블록(30)의 아암(36)에는 보빈(70)의 구멍(72)이 끼워져 조립되고, 보빈(70)은 수지를 소재로 성형에 의해 제작된다. 구멍(72)의 내주면에 탄성변형이 가능한 복수의 지지편(74)이 가늘고 길게 형성되며, 지지편(74)은 아암(36)에 지지되어 보빈(70)의 유동을 방지하게 되고, 지지편(74)의 단면은 대략 삼각형으로 형성되는 것이 바람직하다. 보빈(70)의 외주면 양쪽에 플랜지(flange: 76, 78)가 각각 형성되며, 플랜지(76, 78)에는 다수의 충전구멍(76a, 78a)과 변형이 방지되도록 다수의 리브(76b, 78b)이 각각 형성된다. 도면에서, 충전구멍(76a, 76b)은 원형으로 형성된 것을 나타냈으나, 충전구멍(76a, 78a)은 사각형 및 삼각형, 기타의 형상으로도 형성할 수 있는 것이며, 충전구멍(76a, 78a)은 홈으로 형성할 수도 있다. 그리고, 리브(76b, 78b)는 원형으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 보빈(70)의 외주면이 두 개의 김김부(80, 82)로 분할되도록 플랜지(76, 78) 사이에 분할판(84)이 형성된다. 플랜지(76, 78)의 한쪽에 마주보는 복수의 스냅 후크(snap hook: 86)가 각각 형성되고, 스냅 후크(86)는 머리(86a)가 걸림홈(86b)을 갖도록 형성되며, 머리(86a)의 상부에는 내측으로 경사면(86c)이 형성되고, 걸림홈(86b)의 배면에 변형이 방지되도록 리브(86d)가 형성된다. 즉, 리브(86d)는 스냅 후크(86)의 두께를 일정하게 유지시켜 성형할 때 발생되는 변형을 방지하게 되며, 스냅 후크(86)의 두께는 플랜지(76, 78)의 두께와 동일하게 형성된다. 도면에서 스냅 후크(86)는 네 개가 형성된 것을 나타냈으나, 스냅 후크(86)의 숫자 및 위치는 적절하게 변경 가능한 것이다.
도 7a, 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 보빈(70)의 플랜지(76, 78)중 한곳, 즉 플랜지(78)에는 홀더(90)가 절단편(92)을 절단하여 사용할 수 있도록 일체로 형성된다. 즉, 보빈(70)과 홀더(90)는 절단편(92)에 의해 일체로 형성되는 것으로, 보빈(70)과 홀더(90)는 절단편(92)의 절단에 의해 분리하여 사용할 수 있는 것이다. 홀더(90)의 한쪽에는 복수의 지지편(94)이 설치홈(96)을 갖도록 형성되고, 홀더(90)의 하면에 복수의 결합편(98)이 형성된다.
한편, 보빈(70)의 감김부(80, 82)에는 제 1 및 제 2 코일(100, 102)이 각각 감겨지며, 스냅 후크(86)의 걸림홈(86b)에는 회로기판(110)의 가장자리에 형성되는 걸림홈(112)이 대응하는 관계로 걸려 설치된다. 회로기판(110)의 한쪽에 홀더(90)의 결합편(98)이 대응하는 관계로 끼워져 결합되도록 복수의 결합구멍(114)이 형성되고, 홀더(90)의 설치홈(96)에는 홀 센서(120)의 몸체(122)가 끼워져 고정되며, 몸체(122)의 하부에는 복수의 리드 와이어(124)가 형성된다. 홀 센서(120)의 몸체(122)는 홀더(90)의 지지편(94)에 지지되어 이탈이 방지되며, 홀 센서(120)의 리드 와이어(124)는 회로기판(110)와 솔더링에 의해 접속되고, 회로기판(110)의 한쪽에 외부로부터 전원을 인가시킬 수 있도록 커넥터(130)가 장착된다.
도 1, 도 11a 및 도 11b에 나타낸 바와 같이, 상기한 보빈(70)과 회로기판(110)은 수지 성형체(140)에 의해 감싸여지도록 성형된다. 보빈(70)과 회로기판(110)을 성형할 때 수지가 성형 압력에 의해 보빈(70)의 충전구멍(76a, 78a)에 흘러들어가 충전된다. 수지 성형체(140)는 전자부품의 손상이 방지되도록 벌크 몰디드 컴파운드(bluk molded compound)을 사용하는 것이 바람직하며, 수지 성형체(140)의 성형 온도는 대략 107 내지 108℃ 정도로 유지시키는 것이 바람직하다. 수지 성형체(140)의 상면 중앙에는 홀 센서(120)를 감싸는 끼움돌기(142)가 형성되며, 끼움돌기(142)는 스테이터 코어(20)의 제 2 분극(58)에 대응하는 관계로 끼워진다. 그리고, 수지 성형체(140)를 성형할 때에 회로기판(110)의 커넥터(130)는 수지 성형체(140)의 외측으로 노출되도록 성형한다.
도 1, 도 3 및 도 4, 그리고 도 12에 나타낸 바와 같이, 스테이터 코어(20)의 양쪽에는 로우터(10)를 감싸는 하우징 조립체(200)가 설치된다. 하우징 조립체(200)는 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)으로 분리되도록 구성되고, 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 분리면에는 스테이터 코어(20)의 위치규제구멍(32, 42)에 대응하는 관계로 끼워지는 위치규제돌기(212, 242)가 각각 형성되며, 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 위치규제돌기(212, 242)가 스테이터 코어(20)의 위치규제구멍(32, 42)에 끼워지는 것에 의해 스테이터 코어(20)의 양쪽에 하우징 조립체(200)의 위치가 정확하게 규제되어 설치된다. 위치규제돌기(212, 242)의 인접 위치에는 스테이터 코어(20)의 관통구멍(34, 44)과 동축을 이루도록 관통구멍(214)과 나사구멍(244)이 각각 형성된다.
한편, 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 내부는 격판(216, 246)에 의해 로우터(10)가 수용되는 수용홈(218, 248)과 오일이 충전되는 오일충전홈(220, 250)으로 구획되고, 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 외주면에는 오일충전홈(220, 250)과 이어지는 급유구멍(222, 252)이 각각 형성되며, 급유구멍(222, 252)은 캡(224, 254)에 의해 각각 밀폐된다. 여기에서, 캡(224, 254)은 고무를 소재로 제작하는 것이 바람직하다.
또한, 오일충전홈(220, 250)의 바닥에 베어링 시트(226, 256)가 각각 형성되며, 베어링 시트(226, 256)에는 로우터(10)의 축(12)을 지지하는 오일리스 베어링(oilless bearing: 228, 258)이 각각 안착된다. 제 1 하우징(210)의 베어링 시트(226)에는 축구멍(226a)이 형성되고, 이 축구멍(226a)을 통과하여 로우터(10)의 축(12)이 하우징 조립체(200)의 외측으로 돌출되며, 축(12)의 선단에는 도시하지 않은 팬이 장착된다. 오일리스 베어링(228, 258)은 소결 금속(燒結 金屬)의 다공질(多孔質)에 오일을 침투(浸透)시킨 것이므로, 오일리스 베어링(228, 258)으로부터 흘러나오는 오일에 의해 유막이 형성되어 축(12)의 회전이 원활하게 지지된다.
그리고, 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 오일충전홈(220, 250)에는 오일리스 베어링(228, 258)에 오일을 급유할 수 있도록 오일이 함유되는 급유패드(230, 260)가 각각 내장되며, 급유패드(230, 260)는 섬유나 스펀지(sponge)로 이루어진다. 오일리스 베어링(228, 258)의 한쪽에는 급유패드(230, 260)와 오일리스 베어링(228, 258)을 접촉시킬 수 있도록 오일막이판(232, 262)이 장착되고, 격판(216, 246)과 오일막이판(232, 262) 사이에는 스프링(234, 264)이 개재되며, 스프링(234, 264)은 오일막이판(232, 262)을 오일리스 베어링(228, 258)에 밀착시켜 급유패드(230, 260)로부터 오일의 급유를 원활하게 유지시킴과 아울러 오일리스 베어링(228, 258)으로부터 누유되는 오일이 급유패드(230, 260)에 다시 함유되도록 통로(234a, 264a)를 제공하게 된다.
한편, 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 외주면 상부에 스테이터 코어(20)의 제 1 분극(56)을 가려줄 수 있도록 덮개편(236, 266)이 각각 연장 형성되고, 덮개편(236, 266)에 의해 스테이터 코어(20)의 제 1 분극(56)을 통한 이물질, 예를 들어 먼지의 유입이 차단된다. 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 외주면 하부에는 수지 성형체(140)의 끼움돌기(142)가 끼워져 지지되도록 규제홈(238, 268)이 각각 형성되며, 수지 성형체(140)의 끼움돌기(142)가 규제홈(238, 268)에 끼워져 지지되는 것에 의해 끼움돌기(142)와 로우터(10)의 접촉이 규제됨과 아울러 홀 센서(120)와 마그네트(14) 사이의 간격이 정확하게 유지된다. 제 1 하우징(210)의 관통구멍(214)과 스테이터 코어(20)의 관통구멍(34, 44)을 통하여 제 2 하우징(240)의 나사구멍(244)에 나사(270)가 체결되고, 이로 인하여 스테이터 코어(20)와 하우징 조립체(2000의 조립 상태가 견고하게 유지된다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 상기한 회로기판(110)에는 구동 회로(116)가 구성된다. 구동 회로(116)는 제 1 트랜지스터(T1)의 베이스(base)단에 홀 센서(120)가 연결되고 컬렉터(collector)단에는 다이오드(D1)와 제 1 코일(100)이 직렬로 연결되어 다이오드(D)와 제 1 코일(100)을 통하여 전원 전압(Vs)가 인가되도록 구성된다. 또한, 제 1 트랜지스터(T1)의 컬렉터단은 제 1 코일(100)과 병렬로 저항(R)을 통하여 제 2 트랜지스터(T2)의 베이스단에 연결되며, 제 2 트랜지스터(T2)의 컬렉터단에는 다이오드(D)와 제 2 코일(102)이 직렬로 연결되어 다이오드(D)와 제 2 코일(102)을 통하여 전원 전압(Vs)이 인가되도록 구성된다. 여기에서, 제 1 및 제 2 트랜스지스터(T1, T2)의 에미터(emitter)단은 각각 접지된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에 대한 조립 및 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.
도 7a 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 보빈(70)과 홀더(90)를 연결하는 절단편(92)을 절단한 후에, 보빈(70)의 감김부(80, 82)에 제 1 및 제 2 코일(100, 102)을 감을 때는, 스냅 후크(86)의 머리(86a)에 형성된 경사면(86c)에 의해 제 1 및 제 2 코일(100, 102)이 감김부(78, 80)로 안내되어 자연스럽게 감겨지며, 이로 인하여 제 1 및 제 2 코일(100, 102)이 스냅 후크(86)의 걸림홈(86b)에 걸리지 않게 되면서 제 1 및 제 2 코일(100, 102)의 피막이 손상되는 것이 효과적으로 방지된다.
도 5 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 보빈(70)의 감김부(80, 82)에 제 1 및 제 2 코일(100, 102)을 감은 후, 스냅 후크(86)의 걸림홈(86b)에 회로기판(110)의 걸림홈(112)을 대응하는 관계로 걸어 회로기판(110)을 설치시킨다. 이때, 스냅 후크(86)는 탄성변형에 의해 회로기판(110)의 가장자리를 견고하게 지지하게 될 뿐만 아니라, 리브(86d)의 보강에 의해 변형이 방지되므로, 회로기판(110)의 유동이 방지되며, 취급의 부주의나 충격 등에 의해서도 회로기판(100)의 분리 및 파손이 방지된다. 그리고, 보빈(70)의 감김부(80, 82)에 제 1 및 제 2 코일(100, 102)이 분할판(84)을 중심으로 나뉘어져 감겨지므로, 스테이터 코어(20) 및 보빈(70)의 크기가 소형화된다.
도 8a 및 도 8b, 도 10에 나타낸 바와 같이, 홀더(90)의 설치홈(96)에 홀 센서(120)의 몸체(122)를 끼우게 되면, 홀더(90)의 지지편(94)이 탄성변형에 의해 홀 센서(120)의 몸체(122)를 지지하게 되고, 이로 인하여 홀더(90)의 설치홈(96)으로부터 홀 센서(120)의 이탈이 방지된다. 그리고, 홀더(90)의 결합편(98)을 회로기판(110)의 결합구멍(114)에 대응하는 관계로 끼워 겹합시킨 후, 홀 센서(120)의 리드 와이어(124)를 솔더링에 의해 접속시키고, 회로기판(110)의 한쪽에 커넥터(130)를 장착시킨다. 이와 같이 보빈(70)과 홀더(90)를 절단편(92)의 연결에 의해 일체로 성형한 후, 절단편(92)을 절단시켜 보빈(70)과 홀더(90)를 분리시켜 사용하는 것에 의해 홀더(90)의 생산 비용을 절감시킬 수 있게 된다.
도 11a 및 도 11b에 나타낸 바와 같이, 보빈(70)의 감김부(80, 82)에 감겨진 제 1 및 제 2 코일(100, 102)은 회로기판(110)에 솔더링에 의해 배선시킨 후, 보빈(70)과 회로기판(110)의 구동 회로(116)를 구성하는 전자부품을 수지 성형체(140)에 의해 함께 성형시킨다. 이러한 수지 성형체(140)를 성형할 때 회로기판(110)이 스냅 후크(86)에 견고하게 지지되어 회로기판(110)이 높은 성형 압력에 견딜 수 있으며, 수지중 일부가 플랜지(76, 78)의 충전구멍(76a, 78a)에 흘러들어가 굳게 된다. 이로 인하여 보빈(70)과 수지 성형체(140)의 표면 접촉 인장력이 강화되므로, 보빈(70)과 수지 성형체(140)의 박리 현상 및 클랙이 효과적으로 방지되어 신뢰성이 향상된다. 또한, 플랜지(76, 78)의 리브(76b, 78b)는 플랜지(76, 78)의 강도를 보강하여 수지 성형체(140)의 성형 압력에 의한 변형을 방지하게 된다. 한편, 보빈(70)과 회로기판(110)을 성형할 때에는 수지 성형체(140)의 상면에 길이 방향을 따라 끼움돌기(142)를 성형시켜 홀 센서(120)를 감싸주고, 커넥터(130)는 외부로 노출되도록 성형시킨다.
도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 보빈(70)과 회로기판(110)을 수지 성형체(140)에 의해 성형시킨 후, 메인 코어 블록(30)의 아암(36)에 보빈(70)의 구멍(72)을 끼워 설치시킨다. 이때, 보빈(70)의 지지편(74)은 아암(36)에 밀착되어 보빈(70)의 유동을 방지하게 된다. 그리고, 메인 코어 블록(30)의 결합홈(38)에 서브 코어 블록(40)의 결합편(46)을 대응하는 관계로 끼워 조립시키게 되면, 메인 코어 블록(30)과 서브 코어 블록(40)의 원호(50, 52)에 의해 스페이스(54)가 제공되며, 원호(50, 52)의 양쪽에 제 1 및 제 2 분극(56, 58)이 형성된다. 이때, 스테이터 코어(20)의 제 2 분극(52)에는 수지 성형체(140)의 끼움돌기(142)가 끼워지며, 스테이터 코어(20)의 스페이스(54)에는 로우터(10)를 설치시킨다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 스테이터 코어(20)와 보빈(70)을 조립시킨 후에, 스테이터 코어(20)의 양쪽에 하우징 조립체(200)의 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)을 설치시킨다. 먼저, 스테이터 코어(20)의 위치규제구멍(32, 42)에 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 위치규제돌기(212, 242)를 대응하는 관계로 끼우게 되면, 스테이터 코어(20)의 양쪽에 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 위치가 정확하게 설정되어 장착된다. 이때, 축(12)의 선단은 제 1 하우징(210)의 오일리스 베어링(228)에 지지되면서 축구멍(226a)을 통하여 제 1 하우징(210)의 외측으로 돌출되며, 축(12)의 후단은 제 2 하우징(2400의 오일리스 베어링(258)에 의해 지지된다. 제 1 하우징(210)의 축구멍(226a)을 통하여 돌출된 축(12)의 선단에는 소망하는 운동을 수행하는 팬이나 풀리 등이 설치시킨다.
그리고, 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 수용홈(218, 248)에 로우터(10)의 마그네트(14)가 수용되고, 규제홈(238, 268)에 수지 성형체(140)의 끼움돌기(142)가 지지되며, 이로 인하여 로우터(10)의 마그네트(14)와 끼움돌기(142)의 접촉이 방지됨과 아울러 마그네트(14)와 홀 센서(120) 사이의 간격이 정확하게 유지된다.
이러한 상태에서 제 1 하우징(210)의 관통구멍(214)과 스테이터 코어(20)의 관통구멍(34, 44)을 통하여 제 2 하우징(240)의 나사구멍(244)에 나사(270)를 체결시키게 되면, 스테이터 코어(20)와 하우징 조립체(200)의 조립 상태가 견고하게 유지된다. 또한, 스테이터 코어(20)의 제 1 분극(56)이 제 1 및 제 2 하우징(210, 240)의 덮개편(236, 266)에 의해 가려지고, 덮개편(236, 266)은 스테이터 코어(20)의 제 2 분극(56)을 통한 이물질의 유입을 차단시키게 되고, 이로 인하여 이물질의 유입으로 인한 로우터(10)의 구속이 방지되어 신뢰성이 향상된다.
도 3, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 전원 전압이 제 1 코일(100)에 인가되면, 제 1 코일(100)에 흐르는 전원 전압에 의해 자기장이 형성되어 스테이터 코어(20)가 자화되고, 이로 인하여 제 1 및 제 2 분극(56, 58)에는 2극의 자계가 형성된다. 이 스테이터 코어(20)의 자계와 마그네트(14)의 자계 사이에 회전 토오크가 발생되어 로우터(10)가 회전된다.
그리고, 스테이터 코어(20)의 자계와 마그네트(14)의 자계 사이에 발생되는 회전 토오크에 의해 로우터(10)가 회전될 때, 로우터(10)의 축(12)은 오일리스 베어링(228, 258)로부터 흘러나오는 오일의 유막에 의해 원활한 회전 운동을 수행하게 된다. 또한, 오일리스 베어링(228, 258)의 오일이 소진될 때에는 급유패드(230, 260)로부터 부족한 오일이 급유되고, 이로 인하여 축(12)과 오일리스 베어링(228, 258)의 유체 마찰(流體 摩擦)이 정상적이고 안정적 이루어지므로, 로우터(10)의 회전 특성이 개선될 뿐만 아니라, 오일의 소진으로 발생되는 경계 마찰에 의한 소손이 효과적으로 방지되어 신뢰성이 향상된다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 로우터(10)가 회전할 때 홀 센서(120)에서 인가되는 신호에 따라 제 1 트랜지스터(T1)와 제 2 트랜지스터(T2)가 턴온 또는 턴오프된다. 즉, 홀 센서(120)에서 인가되는 신호가 하이(high)일 경우에는 제 1 트랜지스터(T1)가 턴온되고, 제 1 트랜지스터의 턴온에 따라 제 1 트랜지스터(T1)의 컬렉터에 대하여 접속(common)된 제 2 트랜지스터(T2)가 턴온된다. 따라서, 제 1 및 제 2 코일(100, 102)이 2상 전원 전압을 얻을 수 있는 것으로, 홀 센서(120)로부터 제 1 트랜지스터(T1)에 인가되는 하나의 신호만으로 제 1 및 제 2 트랜지스터(T1, T2)를 턴온시켜 제 1 및 제 2 코일(100, 102)에 대한 전원 전압을 얻을 수 있는 것이다.
한편, 스테이터 코어(20)의 스페이스(54)에는 로우터(10)가 최대곡률반경(Rmax)과 최소곡률반경(Rmin)을 갖는 원호(50, 52)에 의해 서로 다른 공극을 유지하게 되며, 원호(50, 52) 각각은 최대곡률반경(Rmax)과 최소곡률반경(Rmin)의 경계면이 중심선에 대하여 소정의 각도(θ)를 이루는 사선(60, 62)으로 이어지므로, 사점 걸림(dead point)이 방지되어 로우터(10)를 연속적으로 동일한 위치에 정지시킬 수 있다. 결과적으로 로우터(10)의 정지 위치를 정확하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 코깅 토오크가 개선되어 효율이 향상된다.
상기한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며 동일 사상의 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터에 의하면, 사점 걸림 현상이 방지되어 정지 위치가 정확하게 제어되며, 코깅 토오크가 개선되어 효율이 향상되는 것이다. 또한, 구성이 단순해져 소형화 및 경량화되고, 생산 비용이 절감되는 것이다. 그리고, 회로기판의 유동이 방지될 뿐만 아니라, 보빈과 수지의 박리 현상이 방지되어 신뢰성이 향상되는 것이다.

Claims (12)

  1. 축의 외주면에 마그네트가 장착되는 로우터와;
    상기 로우터가 위치되도록 메인 코어 블록과 서브 코어 블록이 마주보는 원호에 의해 스페이스를 제공하며, 상기 원호 각각은 그 중심선을 기준으로 회전운동 방향의 선단에 대하여 최대곡률반경이 되고 회전운동 방향의 후단에 대하여 최소곡률반경이 되는 반경을 갖도록 형성되고, 상기 원호의 양쪽 끝에 제 1 및 제 2 분극이 각각 형성되는 스테이터 코어와;
    상기 메인 코어 블록의 한쪽에 그 구멍이 끼워져 설치되며, 외주면 양쪽에 플랜지가 각각 형성되고, 상기 플랜지 사이가 두 개의 김김부로 분할되도록 분할판이 형성되며, 상기 플랜지의 한쪽에 마주보는 복수의 스냅 후크가 각각 형성되는 보빈과;
    상기 보빈의 감김부에 감겨져 전원 전압의 인가에 따라 상기 로우터의 회전운동이 가능하도록 자계를 형성하는 제 1 및 제 2 코일과;
    상기 보빈의 스냅 후크에 의해 설치되어 구동 회로를 제공하는 회로기판을 포함하는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 분극의 크기는 대략 8 내지 10mm 정도로 유지되는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 최대곡률반경과 상기 최소곡률반경의 경계면은 중심선에 대하여 소정의 각도를 이루는 사선으로 이어지는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 각도는 중심선에 대하여 대략 0 내지 ±30도 정도로 이루어지는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 각도는 중심선에 대하여 대략 ±5도 정도로 이루어지는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 최대곡률반경과 최소곡률반경의 차이는 대략 0.3 내지 0.5mm 정도로 이루어지는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 보빈의 플랜지 각각에 수지가 흘러들어가 충전될 수 있도록 다수의 충전구멍과 변형이 방지되도록 다수의 리브가 각각 형성되는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 보빈의 플랜지중 하나에 홀 센서를 설치할 수 있는 홀더가 절단편을 절단하여 사용할 수 있도록 일체로 형성되는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 보빈과 회로기판은 수지 성형체에 의해 감싸여지도록 성형되고, 상기 수지 성형체의 상면 중앙에 회로기판의 홀 센서를 감싸는 끼움돌기가 형성되며, 상기 끼움돌기는 상기 스테이터 코어의 제 2 분극에 대응하는 관계로 끼워지는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 스테이터 코어의 양쪽에 상기 로우터를 감싸도록 설치되는 하우징 조립체가 추가로 더 포함되고, 상기 하우징 조립체는 제 1 및 제 2 하우징으로 분리되도록 구성되는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 하우징의 외주면 상부에 상기 스테이터 코어의 제 1 분극을 가려줄 수 있도록 덮개편이 각각 연장 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 하우징의 외주면 하부에 수지 성형체의 끼움돌기가 끼워져 지지되도록 규제홈이 각각 형성되는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 회로는 제 1 트랜지스터의 베이스단에 홀 센서가 연결되고, 상기 제 1 트랜지스터의 컬렉터단에는 전원 전압을 인가받을 수 있도록 다이오드와 상기 제 1 코일이 직렬로 연결되며, 상기 제 1 트랜지스터의 컬렉터단은 상기 제 1 코일과 병렬로 저항을 통하여 제 2 트랜지스터의 베이스단에 연결되고, 상기 제 2 트랜지스터의 컬렉터단에는 전원 전압을 인가받을 수 있도록 상기 다이오드와 상기 제 2 코일이 직렬로 연결되는 스켈리턴형 브러시레스 직류 모터.
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