KR20070092823A

KR20070092823A - 편평형 ｂｌｄｃ모터

Info

Publication number: KR20070092823A
Application number: KR1020060022104A
Authority: KR
Inventors: 손성곤
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2007-09-14

Abstract

본 발명은 편평형 BLDC 모터에 관한 것으로서, 링형상의 영구자석이 고정됨과 아울러 샤프트에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터와, 영구자석의 내측에 위치하도록 설치되며, 중심부로부터 각각 분기되어 영구자석의 내주면에 공극을 두고서 마주 대하는 다수의 자극부가 일체로 형성되도록 연자성 분말의 압축에 의해 형성되는 스테이터와, 스테이터의 중심부에 권선되는 코일과, 영구자석의 자극을 검출하며, 로터가 회전하도록 코일에 전류의 공급을 제어하는 제어기판을 포함한다. 따라서, 본 발명은 권선된 코일로부터 발생된 자속을 영구자석으로 전달하는 스테이터를 연자성 분말의 압축에 의해 형성함으로써 스테이터에서 영구자석의 내주면과 공극을 두고서 위치하는 자극부의 두께를 충분히 확보할 수 있도록 하여 모터의 효율과 출력을 향상시키며, 자극부간의 규격, 그리고 자극부와 영구자석간의 공극이 동일하도록 하여 영구자석에 전달되는 자속을 균일하게 함으로써 토오크의 감소, 소음의 발생 및 토오크 리플을 억제하는 효과를 가지고 있다.

Description

편평형 ＢＬＤＣ모터{PAN-CAKE TYPE BRUSHLESS DC MOTOR}

도 1은 종래의 기술에 따른 편평형 BLDC 모터를 도시한 분해사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 편평형 BLDC 모터를 도시한 분해사시도이고,

도 3은 본 발명에 따른 편평형 BLDC 모터를 도시한 측단면도이고,

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 편평형 BLDC 모터의 동작 상태를 도시한 평면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 로터 111 : 영구자석

112 : 로터요크 113 : 샤프트

114 : 베어링 120 : 스테이터

121 : 본체 122 : 자극부

123 : 코일장착부 130 : 코일

131 : 인슐레이터 140 : 제어기판

141 : 자극검출소자

본 발명은 편평형 BLDC 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테이터를 연자성 분말의 압축에 의해 형성함으로써 스테이터에서 영구자석의 내주면과 공극을 두고서 위치하는 자극부의 두께를 충분히 확보할 수 있도록 하는 편평형 BLDC 모터에 관한 것이다.

일반적으로, 모터라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용된다. 이러한 모터가 가정용 전자제품에 사용되는 예를 들면, 에어컨이나 냉장고와 같은 냉방기기 내부에 냉매를 액상으로 환원시키기 위해 구비되는 컴프레셔나, 세탁기, 청소기, 광 디스크 플레이어, 컴퓨터의 하드 디스크 드라이버 등에 널리 사용되고 있으며, 크게 DC 모터와 AC 모터로 나뉘어진다.

DC 모터에서 브러쉬(Brush)가 부착된 모터는 정류자와 브러쉬의 접촉에 의해서 코일에 전류를 흐르게 함과 동시에 전류시키는 기능을 하지만, 브러쉬가 마모되는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 극복하기 위해 브러쉬를 사용하지 않는 BLDC(Brushless DC) 모터가 개발되었으며, 이러한 BLDC 모터는 토크가 크고 제어성이 우수할 뿐만 아니라 신속성을 도모할 수 있기 때문에 근래 광범위하게 사용되고 있다.

종래의 BLDC 모터를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 편평형 BLDC 모터를 도시한 분해사시도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 편평형 BLDC 모터(1)는 일본 특허청에 특허출원된 제2002-158066호의 "브러시레스 DC 모터"로서, 로터(rotor:10)와, 로터(10)의 일측에 설치되는 제 1 및 제 2 스테이터 요크(stator yoke:20,30)와, 제 1 및 제 2 스테이터 요크(stator yoke:20,30)사이에 위치하는 코일(40)과, 코일(40)에 전류 인가를 제어하는 배선기판(50)을 포함한다.

로터(10)는 자성 재료에 의해 제작되는 원통형의 로터요크(12)와, 로터요크(12)에 삽입됨과 아울러 원주 방향을 따라 다수의 극이 착자되는 영구자석(14)과, 영구자석(14)을 관통하여 로터요크(12)에 삽입되는 샤프트(16)로 이루어진다.

제 1 및 제 2 스테이터 요크(20,30)는 강판으로 제작되어 코일(40)의 상측과 하측에 각각 위치하는데, 로터(10)의 지름방향을 따라 놓여지는 몸체(22,32)와, 몸체(22,32)의 양측에 수직되게 절곡됨으로써 영구자석(14)과 공극을 두고서 마주 대하는 자극부(24,34)와, 몸체(22,32)의 중심부에 서로 포개지도록 형성됨과 아울러 샤프트(16)가 베어링(18)을 매개로 고정되는 원통형의 센터요크(26,36)를 포함한다.

코일(40)은 센터요크(26,36)에 끼워지는 보빈(42)의 외주면에 권선된다.

배선기판(50)은 제 2 스테이터 요크(30)의 하측에 고정되며, 영구자석(14)의 자극을 검출하는 홀센서(Hall sensor)와 같은 자극검출소자(52)가 일측에 설치되고, 코일(40)로 전류를 공급함으로써 로터(10)의 회전을 구동시키는 구동회로가 마련된다.

이와 같은 종래의 기술에 따른 편평형 BLDC 모터(1)는, 배선기판(50)의 구동회로가 코일(40)로 전류를 공급함으로써 생성되는 자속이 자극부(24,34)를 통해 영구자석(14)에 미치게 되어 영구자석(14)을 포함한 로터(10)를 회전시킨다. 이 때, 배선기판(50)에 설치된 자극검출소자(52)에 의해 검출된 영구자석(14)의 자극에 대한 신호가 배선기판(50)의 구동회로로 전달되고, 이에 따라 구동회로는 코일(40)로부터 발생되는 자속이 자극을 달리하도록 코일(40)에 극성을 달리하는 전원을 공급함으로써 로터(10)가 계속적으로 회전하도록 한다.

그러나, 이와 같은 종래의 기술에 따른 편평형 BLDC 모터(1)에서 제 1 및 제 2 스테이터 요크(20,30)는 자극부(24,34)의 절곡 형성을 위하여 강판으로 제작됨으로써 자속의 이동통로 역할을 하는 자극부(24,34)의 두께가 필연적으로 얇아질 수 밖에 없으며, 이로 인해 코일(40)로부터 발생되는 자속이 영구자석(14)에 제대로 미치지 못함으로써 효율 및 출력을 저하시키며, 자극부(24,34)가 영구자석(14)과의 일정한 공극을 유지하기 위해 일정 곡률을 가지게 됨으로써 이를 위해 절곡시 편차의 발생 및 뒤틀림의 유발로 인해 자극부(24,34)로부터 영구자석(14)에 전달되는 자속이 불균일하여 토오크의 감소는 물론 토오크 리플을 유발시키는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 권선된 코일로부터 발생된 자속을 영구자석으로 전달하는 스테이터를 연자성 분말의 압축에 의해 형성함으로써 스테이터에서 영구자석의 내주면과 공극을 두고서 위치하는 자극부의 두께를 충분히 확보할 수 있도록 하여 모터의 효율과 출력을 향상시키며, 자극부간의 규격이 일치되도록 함과 아울러 자극부와 영구자석간의 공극이 균일하도록 하여 영구자석에 전달되는 자속을 균일하게 함으로써 토오크의 감 소, 소음의 발생 및 토오크 리플을 억제하는 편평형 BLDC 모터를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 편평형 BLDC 모터에 있어서, 링형상의 영구자석이 고정됨과 아울러 샤프트에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터와, 영구자석의 내측에 위치하도록 설치되며, 중심부로부터 각각 분기되어 영구자석의 내주면에 공극을 두고서 마주 대하는 다수의 자극부가 일체로 형성되도록 연자성 분말의 압축에 의해 형성되는 스테이터와, 스테이터의 중심부에 권선되는 코일과, 영구자석의 자극을 검출하며, 로터가 회전하도록 코일에 전류의 공급을 제어하는 제어기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 편평형 BLDC 모터를 도시한 분해사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 편평형 BLDC 모터를 도시한 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 편평형 BLDC 모터(100)는 영구자석(111)이 일측에 고정되는 로터(110)와, 영구자석(111)의 내측에 위치하도록 설치됨과 아울러 연자성 분말의 압축에 의해 형성되는 스테이터(120)와, 스테이터(120)의 중심부에 권선되는 코일(130)과, 영구자석(111)의 자극을 검출함과 아울러 코일(130)에 전류의 공급을 제어하는 제어기판(140)을 포함한다.

로터(110)는 하측이 개방되도록 형성되는 로터요크(112) 내측에 영구자석 (111)이 고정되고, 영구자석(111)을 관통하여 로터요크(112) 중심부에 고정되는 샤프트(113)에 의해 회전 가능하게 설치된다.

영구자석(111)은 링형상으로 형성되고, 원주방향을 따라 N극과 S극이 교대로 형성되도록 착자되어 있으며, 2의 배수에 해당하는 극수를 가진다.

스테이터(120)는 영구자석(111)의 내측에 위치하도록 모터(100)의 케이스를 이루는 하우징이나 쉘의 내측에 설치되어 고정되는데, 본체(121)와, 본체(121)의 가장자리에 일체로 형성되어 영구자석(111)과 일정 공극을 가지는 다수의 자극부(122)를 포함한다.

본체(121)는 중심부에 코일(130)이 장착되기 위해 상측으로 수직되게 일체로 형성되는 코일장착부(123)를 가지고, 코일장착부(123)에 샤프트(113)가 베어링(114)을 매개로 회전 가능하도록 관통 설치되며, 중심부로부터 서로 동일한 각도를 이루도록 네 갈래로 분기됨으로써 대략 십자 형상을 가진다.

자극부(122)는 2의 배수로 이루어지고, 본체(121)의 분기된 끝단에 수직되게 일체로 형성됨으로써 영구자석(111)의 내주면에 일정 공극을 두고서 마주 보도록 위치한다.

자극부(122)는 도 2 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 로터(110)의 기동 방향을 결정하기 위해 코일(130)로부터 발생되는 자속을 영구자석(111)에 편심되게 미치도록 자극부의 양측 두께(t₁,t₂)를 서로 다르게 가지도록 형성된다.

스테이터(120)는 연자성 분말의 압축에 의해 형성되는데, 이 때 사용되는 연 자성 분말은 철계(iron-based)의 입자들을 기초로 함과 아울러 입자 각각이 전기적으로 절연되도록 코팅되어 있다.

스테이터(120)를 연자성 분말의 압축에 의해 제작하기 위하여 압축성형기에서 이들을 각각 포함하는 성형공간에 연자성 분말을 채운 다음 펀치 등과 같은 압축부재로 압축시켜서 이들이 각각 성형되도록 한다. 이 때, 연자성 분말에 윤활제 및/또는 결합제를 함유하여 함께 압축시킬 수 있다.

스테이터(120)는 연자성 분말의 압축 프로세스에 의해 3차원 형상을 가지는 연자성 복합체(soft magnetic composite; "SMC"라고도 함)가 되며, 코일(130)로부터 발생되는 자속의 이동통로를 제공함과 아울러 강판을 이용하는 종래의 경우보다 높은 자유도(degree of freedom)가 허용됨으로써 자극부(122)가 원하는 두께를 가지도록 함과 아울러 자극부(122)의 양측 두께(t₁,t₂; 도 4a에 도시)를 달리할 수도 있는 등 다양한 형상 구현이 가능하다.

코일(130)은 절연재질로 피복됨으로써 스테이터(120)의 중심부에 형성되는 코일장착부(123)에 직접 권선될 수 있으나, 코일장착부(123)의 외측에 끼워짐과 아울러 스테이터(120)와의 절연을 위해 절연재질로 이루어지는 인슐레이터(131)의 외주면에 권선됨으로써 스테이터(120)에 설치된다.

제어기판(140)은 스테이터(120)의 하측에 위치하도록 모터(100)의 케이스를 이루는 하우징이나 쉘에 고정되고, 영구자석(111)의 자극을 검출함과 아울러 로터(110)가 회전하도록 코일(130)에 전류의 공급을 제어하는데, 이를 위해 상측면에 영구자석(111)의 자극을 검출하는 홀센서(Hall sensor)와 같은 자극검출소자(141)가 설치되며, 코일(130)로의 전류를 공급함과 아울러 코일(130)로 공급되는 전류 방향을 전환하여 로터(110)를 회전시키도록 하는 구동회로가 마련된다.

이와 같은 구조로 이루어진 편평형 BLDC 모터(100)의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 초기에 자극부(122) 양측간의 두께(t₁,t₂) 차이로 인해 영구자석(111)의 자극이 자극부(122)에 편심되게 위치함으로써 로터(110)가 초기 기동위치에 정렬된 상태에서 도 4b에 도시된 바와 같이, 제어기판(140)의 구동회로가 코일(130)로부터 생성되는 자극이 극성을 전환하도록 전류를 공급함으로써 영구자석(111)이 자극부(122)와 반발을 일으켜서 도 4c에서와 같은 위치로 회전하면 다시 도 4d에 도시된 바와 같이, 제어기판(140)의 구동회로가 코일(130)로부터 생성되는 자극의 극성을 전환하도록 전류를 공급함으로써 영구자석(111)이 자극부(122)와 반발을 일으키도록 하고, 이러한 동작을 반복함으로써 로터(110)는 연속적으로 회전하게 된다.

스테이터(120)는 연자성 분말의 압축에 의해 형성됨으로써 자속의 이동 통로 역할을 할 뿐만 아니라 종래에 비해 자극부(122)가 모터(100)의 효율 및 출력을 향상시킬 수 있도록 충분한 두께의 확보가 가능해지며, 절곡 등의 방법이 아닌 압축 성형에 의해 자극부(122)가 제작됨으로써 자극부(122) 각각이 동일한 치수 등의 규격을 가지며, 자극부(122)가 영구자석(111)과의 균일한 공극을 유지하도록 제작됨 으로써 자극부(122) 각각으로부터 영구자석(111)에 전달되는 자속이 균일하여 토오크 리플을 감소시킴과 아울러 소음 감소를 통해 토오크 향상에 기여한다.

또한, 스테이터(120)가 단일체로 형성됨으로써 코일(130)이 권선된 인슐레이터(131)를 코일장착부(123)에 끼우는 작업만으로도 조립이 가능하여 생산성을 향상시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 편평형 BLDC 모터는 권선된 코일로부터 발생된 자속을 영구자석으로 전달하는 스테이터를 연자성 분말의 압축에 의해 형성함으로써 스테이터에서 영구자석의 내주면과 공극을 두고서 위치하는 자극부의 두께를 충분히 확보할 수 있도록 하여 모터의 효율과 출력을 향상시키며, 자극부간의 규격이 일치되도록 함과 아울러 자극부와 영구자석간의 공극이 균일하도록 하여 영구자석에 전달되는 자속을 균일하게 함으로써 토오크의 감소, 소음의 발생 및 토오크 리플을 억제하는 효과를 가지고 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 편평형 BLDC 모터를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims

편평형 BLDC 모터에 있어서,

링형상의 영구자석이 고정됨과 아울러 샤프트에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터와,

상기 영구자석의 내측에 위치하도록 설치되며, 중심부로부터 각각 분기되어 상기 영구자석의 내주면에 공극을 두고서 마주 대하는 다수의 자극부가 일체로 형성되도록 연자성 분말의 압축에 의해 형성되는 스테이터와,

상기 스테이터의 중심부에 권선되는 코일과,

상기 영구자석의 자극을 검출하며, 상기 로터가 회전하도록 상기 코일에 전류의 공급을 제어하는 제어기판

을 포함하는 편평형 BLDC 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 스테이터는,

상기 로터의 기동 방향을 결정하기 위해 상기 자극부가 상기 코일로부터 발생되는 자속을 상기 영구자석에 편심되게 미치도록 상기 자극부의 양측 두께가 서로 다르게 형성되는 것

을 특징으로 하는 편평형 BLDC 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 코일은,

상기 스테이터의 중심부에 형성되는 코일장착부에 끼워지는 절연재질의 인슐레이터에 권선되는 것

을 특징으로 하는 편평형 BLDC 모터.