KR20080057014A - 스테이터 코어, 브러쉬리스 직류모터 및 그 조립방법 - Google Patents

스테이터 코어, 브러쉬리스 직류모터 및 그 조립방법 Download PDF

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Abstract

스테이터 코어, 이를 구비한 브러쉬리스 직류모터 및 그 조립방법이 개시된다.중앙에 로터 삽입부가 구비된 원통형의 내측 프레임부와, 내측 프레임부의 외주면에서 방사상으로 외향 돌출된 복수 개의 연결부와, 연결부의 단부와 각각 결합하여 원호 형상의 횡단면을 갖는 외측 프레임부를 포함하고, 내측 프레임부의 일단부에는 돌출부가 구비되어 있는 스테이터 코어는 와이어를 용이하게 처리할 수 있기 때문에 브러쉬리스 직류모터의 조립이 용이하게 된다.
BLDC모터, 와이어, 돌출부

Description

스테이터 코어, 브러쉬리스 직류모터 및 그 조립방법{STATOR CORE, BRUSHLESS DIRECT CURRENT MOTOR AND ASSEMBLING METHOD THEREOF}
도 1은 종래의 스테이터 코어의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스테이터 코어의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스테이터 코어의 연결부에 와이어가 권선된 상태를 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 AA'선에 따른 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러쉬리스 직류모터의 내부 구성을 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러쉬리스 직류모터의 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러쉬리스 직류모터 조립방법을 나타내는 흐름도.
<도면 부호의 설명>
100: 스테이터 코어 110: 로터 삽입부
130: 내측 프레임부 150: 연결부
170: 외측 프레임부 190: 슬롯
210: 와이어 230: 돌출부
250: 하우징 270, 275: 베어링
290: 고정자 300: BLDC모터
310: 샤프트 320: 영구자석
330: 베이스 350: 회로기판
본 발명은 스테이터 코어 및 브러쉬리스 직류모터의 조립방법에 관한 것이다.
통상적인 DC모터는 정류자(commutator)와 브러쉬의 기계적인 접촉에 의한 진동 및 소음의 발생, 브러쉬의 마모로 인한 분진 발생, 브러쉬의 한정된 수명 등의 문제에도 불구하고 경제성, 속도제어의 용이성, 단순한 구조에 의한 설계의 용이성 등의 장점에 의해 널리 이용되어 왔다. 근래에 브러쉬리스 직류모터(Blushless Direct Current Motor, 이하, 'BLDC 모터' 라고 함)에 관련된 기술이 발전됨에 따라 제어장치의 제작 및 코어의 제작에 따르는 문제점들이 감소하게 되어 BLDC 모터의 원활한 속도제어가 가능해지고 넓은 가변속 범위에 걸쳐 우수한 효율을 갖는 BLDC 모터의 생산이 가능해짐에 따라, BLDC 모터가 냉장고나 에어컨과 같은 공조기기의 압축기용 모터, 드럼 세탁기의 구동모터, 휴대폰 등 여러 분야에서 DC모터를 대체하게 되었다.
일반적으로 BLDC 모터는 레이디얼 갭 타입(radial gap type)과 액시얼 갭 타입(Axial Gap Type)으로 분류되며, 레이디얼 갭 타입 BLDC 모터는 마그네트 회전자의 배치에 따라서 외부 회전자형(outer rotor type)과 내부 회전자형(inner rotor type)으로 다시 분류된다. 특히, 휴대폰과 같은 무선 정보기기에는 구조가 단순하면서도 장수명, 저소음, 높은 신뢰도를 갖는 모터가 요구되므로, 현재 모터의 내주측에 로터를 배치하는 내부 회전자형 BLDC 모터가 휴대폰의 자동 폴더 구동, 카메라 구동 등의 자동기능에 폭 넓게 사용되고 있다.
일반적인 BLDC 모터는 코일이 권선되어 있는 고정자(stator)로서의 스테이터 코어(stator core) 및 복수 개의 마그네트를 구비하는 회전자로서의 로터(rotor)로 이루어진다. 도 1은 3상 4극 6슬롯 구조를 갖는 종래의 내부 회전자 타입 BLDC 모터의스테이터 코어에 코일이 감겨져 있는 상태를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 스테이터 코어는 환형의 프레임(511)의 내측에 6개의 T 형상의 프레임(513)이 내측 방향으로 돌출 성형되어 있고, 프레임(513)에 와이어(517)가 권선된 구조이며, 두 쌍의 N극과 S극이 교대로 착자된 로터(519)가 상기 스테이터의 내부에서 회전 가능하도록 회전축(518)에 의해 지지된 구조이다.
그리고 와이어(517)을 프레임(513)에 권선하기 위해서 프레임(513)과 프레임(513) 사이에 형성된 폭이 좁은 슬롯(slot, 515)에 권선 지그(jig)를 하고 전용 권선기를 이용한다. 그리고 권선이 완료된 경우 와이어(517) 중에서 프레임(513)에 감겨지고 남은 부분을 처리한다. 이와 같은 인출선은 추후 BLDC 모터의 하우징에 부착되는 인쇄회로기판 등에 전기적으로 연결된다.
그러나 종래의 BLDC 모터의 조립 과정에서 인출선을 처리하는 과정은 상당히 비효율적일 뿐만 아니라 와이어의 단선이 발생할 수 있으며 와이어를 인쇄회로기판 등에 직접 납땜하기 위해 예비 납땜을 해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 와이어의 처리가 용이하고 단선 불량을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 조립이 용이한 스테이터 코어, BLDC 모터 및 그 조립방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 스테이터 코어는 중앙에 로터 삽입부가 구비된 원통형의 내측 프레임부와, 내측 프레임부의 외주면에서 방사상으로 외향 돌출된 복수 개의 연결부와, 연결부의 단부와 각각 결합하여 원호 형상의 횡단면을 갖는 외측 프레임부를 포함하고, 내측 프레임부의 일단부에는 돌출부가 구비되어 있다.
본 발명에 따른 스테이터 코어의 실시 예들은 다음과 같은 특징들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 돌출부는 내측 프레임부의 일단부에서 하향 돌출되며 핀(pin) 형상을 갖을 수 있으며, 연결부에 권선된 와이어는 돌출부에도 권선될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 브러쉬리스 직류모터는 스테이터 코어를 수용하는 내부 공간을 구비하고 일단부가 개방되어 있는 하우징과, 하우징의 일단부에 결합 하고 돌출부의 위치에 대응하여 형성된 관통공을 구비하는 베이스와, 관통공을 통과한 돌출부와 전기적으로 연결되는 회로기판을 포함한다.
그리고 회로기판은 돌출부와 납땜에 의해 전기적으로 연결될 수 있으며,회로기판은 돌출부가 삽입되는 안착홈 또는 안착홀을 구비할 수도 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 브러쉬리스 직류모터의 조립방법은, 스테이터 코어의 연결부 및 돌출부에 와이어를 권선하는 단계, 스테이터 코어를 브러쉬리스 직류모터의 하우징 내부에 조립하는 단계, 돌출부에 대응하는 관통홀이 형성된 베이스를 하우징의 일단부에 결합하여, 돌출부가 관통홀에 삽입되게 하는 단계, 베이스의 이면에 회로기판을 결합한 후 돌출부와 회로기판을 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.
여기서, 돌출부에 와이어를 권선한 후 납땜을 통해 와이어를 돌출부에 고정될 수 있으며, 회로기판에는 돌출부가 삽입될 수 있는 안착홈 또는 안착홀이 형성되어 있고, 회로기판을 베이스의 이면에 결합하는 과정에서 돌출부는 안착홈 또는 안착홀에 삽입될 수 있다. 또한, 돌출부는 안착홈 또는 안착홀에 납땜에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스테이터 코어(100)의 사시도이고, 도 3은 스테이터 코어(100)의 연결부(150)에 와이어(210)가 권선된 상태를 나타내는 평면도이며 도 4는 도 3의 AA'선에 따른 단면도이다. 도 4에서는 편의상 와이어(210)를 생략하였다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스테이터 코어(100)는 양 단부가 개방된 원통형의 내측 프레임부(130)를 중심으로 그 외주면에서 방사상으로 외향 돌출된 연결부(150) 그리고 각각의 연결부(150)의 일단부에 형성된 외측 프레임부(130)를 구비한다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스테이터 코어(100)는 내측 프레임(130)이 일단면에서 하향 돌출된 복수 개의 돌출부(230)를 구비한다.
본 실시 예에 따른 스테이터 코어(100)는 그 연결부(150)에 와이어(210)가 권선되고, 와이어(210)의 끝부분은 돌출부(230)에 권선되어 고정되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 연결부(150)에 권선된 와이어(210)를 돌출부(230)에 권선하여 고정하는 구성으로 인해 와이어(210)의 선처리가 용이하고 와이어(210)의 단선을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 BLDC 모터의 조립이 간편하게 된다.
내측 프레임부(130)는 원통 형상을 가지고 중앙에는 도 6에 도시된 바와 같이 영구자석(320) 및 샤프트(310)가 삽입될 수 있는 로터 삽입부(110)가 형성되어 있다. 그리고 내측 프레임부(130)의 외주면에는 일정한 간격으로 연결부(150)가 방사상으로 외향 돌출되어 외측 프레임부(170)와 연결된다. 내측 프레임부(130)의 일단면에는 원주를 따라서 돌출부(230)가 소정의 길이를 갖고 하향 돌출되어 있다.
돌출부(230)는 핀(pin) 형상을 가지고 소정의 길이 만큼 하향 돌출된 부분으 로서, 추후의 공정에 의해 와이어(210)의 끝부분이 권선된다. 돌출부(230)의 개수는 스테이터 코어(100)가 사용되는 BLDC 모터의 상(phase)이 3상인 경우 4개일 수 있다. 즉, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 3상의 스테이터 코어(100)인 경우, U 및 U', V 및 V' 그리고 W 및 W'를 각각 연결하는 3가닥의 와이어가 권선되는 3개의 돌출부(230) 및 이들의 공통 단자(common terminal)에 해당하는 하나의 돌출부(230)를 포함해서 4개의 돌출부(230)가 형성될 수 있다.
돌출부(230)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 핀 형상을 구비할 수 있지만, 이에 국한되지 않고 "T"자형의 단면을 갖을 수도 있고 소정의 각도로 테이퍼진(tapered) 핀 형태로 형성될 수도 있다.
연결부(150)는 내측 프레임부(130) 및 외측 프레임부(170)를 연결하며, 그 둘레에는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 와이어(210)가 권선된다. 연결부(150)의 수는 BLDC 모터의 상(phase)의 수와 동일하게 형성된다. 그리고 연결부(150)는 내측 프레임부(130)의 외주면을 따라서 일정한 각도로 배치되는데, 도 3에는 6개의 연결부(150)가 60도의 각도를 가지고 등간격으로 배치되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 로터 삽입부(110)의 중심을 기준으로 대칭되는 한쌍의 연결부(150)는 동일한 극을 가진다. 따라서 도 3에서와 같이 3극을 갖는 스테이터 코어(100)인 경우 시계 방향으로 U, W', V', U', W, V가 순차적으로 위치한다.
외측 프레임부(170)는 연결부(150)의 끝부분에 형성되며 모두 동일한 곡률반경의 원호 형상을 갖는다. 따라서 외측 프레임부(170) 및 그 연장선(도시하지 않 음)은 하나의 원을 형성한다. 외측 프레임부(170) 사이에는 일정한 슬롯(190)이 형성되어 있으며, 상기 슬롯(190)을 통해서 연결부(150)에 와이어(210)를 권선한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른, 와이어(210)가 권선된 스테이터 코어(100)는 도 6에 도시된 바와 같이 BLDC 모터(300)의 내부에 고정된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC 모터(300)의 내부 구성을 나타낸 사시도이고, 도 6은 그 단면도이다. 도 5 및 도 6에는 편의상 연결부(150)에 권선된 와이어(210)를 생략한 상태로 도시하였다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC 모터(300)는 내부 공간을 갖는 하우징(250), 하우징(250)의 내부에 위치하는 스테이터 코어(100), 로터 삽입부(110)의 내부에 위치하는 영구자석(320) 및 샤프트(310)를 구비한다. 그리고 샤프트(310)의 양단은 베어링(270, 275)에 회전 가능하게 삽입되어 있다. 또한, 하우징(250)은 일단부가 개방된 원통 형상을 갖는데, 그 개방된 일단부에는 관통공(331)이 형성된 베이스(330) 및 회로기판(350)이 순차적으로 결합되어 있다.
스테이터 코어(100)는 하우징(250)의 중앙에 고정되며 중앙의 로터 삽입부(110)에는 샤프트(310) 및 영구자석(320)이 위치한다. 스테이터 코어(100)의 외측 프레임부(170)는 하우징(250)의 내주면에 대향하고 있으며, 돌출부(230)는 베이스(330)의 관통홀(331) 및 회로기판(350)의 안착홀(351)에 삽입되어 그 일부가 외부로 돌출되어 있다.
로터 삽입부(110)에 위치하는 영구자석(320)은 샤프트(310)의 외주면에 부착 되어 있다. 그리고 샤프트(310)의 양단은 베어링(270, 275)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 따라서 연결부(150)에 권선된 와이어(도 3의 210 참조)에 전류가 인가되면 와이어의 주변에 생성되는 전기장과 영구자석(320) 주위에 생성되는 자기장의 상호 작용에 의해 전자기력이 발생하고, 이로 인해 샤프트(310) 및 영구자석(320)이 회전하게 된다.
하우징(250)의 일단부에 고정되는 베이스(330)는 원판 형상으로, 그 일면에는 스테이터 코어(100)의 돌출부(230)에 대응하여 복수 개의 관통홀(331)이 형성되어 있다. 또한, 베이스(330)의 일면에는 스테이터 코어(100) 방향으로 돌출된 삽입부(333)가 형성되어 있다. 삽입부(333)의 중앙에는 베어링(275)이 삽입된다.
베이스(330)의 이면에는 원판 형상의 회로기판(350)이 고정된다. 회로기판(350)에도 돌출부(230)에 대응하는 복수 개의 안착홀(홈)(351)이 형성되며, 추후의 공정에 의해 회로기판(350)에 형성된 회로패턴(도시하지 않음)과 돌출부(230)에 권선된 와이어가 전기적으로 연결된다. 따라서 회로기판(350)을 통해 외부에서 전류가 공급되면 회로 패턴 및 돌출부(230)에 권선된 와이어를 통해서 연결부(150)에 권선된 와이어에 전류가 공급된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC 모터(300)의 조립 방법은 도 7에 도시되어 있는 바와 같다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC 모터(300)의 조립방법을 나타내는 순서도이다. 이하에서는 앞서 설명한 스테이터 코어(100) 및 BLDC 모터(300)를 이용해서 본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC 모터(300)의 조립방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 7을 참고하면, 우선 연결부(150)에 와이어를 권선한 후 그 끝부분을 돌출부(230)에 권선한다(S10). 와이어를 권선하는 방법은 전용 권선장치를 사용하거나 수작업으로 할 수도 있다. 연결부(150)에 와이어를 감는 횟수는 모터의 사양에 따라 달라질 수 있으며 권선 방향은 모두 반시계 방향으로 구성할 수 있다. 그리고 돌출부(230)에 와이어를 권선하고 남는 부분은 납땜 등을 이용하여 돌출부(230)에 고정한다.
이와 같이 와이어가 권선된 스테이터 코어(100)를 하우징(250)의 내부에 고정한 후 영구자석(320) 및 샤프트(310)를 삽입한다(S20). 이때 샤프트(310)의 일단부가 베어링(270)에 삽입될 수 있도록 한다.
그리고 베이스(330)를 하우징(250)의 일단부에 고정하면서 돌출부(230)가 관통홀(331)에 삽입되도록 한다(S30). 이때 베이스(330)의 삽입부(333)에 고정되어 있는 베어링(275)에 샤프트(310)의 타단부가 삽입된다.
또한, 베이스(330)를 고정한 후 베이스(330)의 이면에 회로기판(350)을 고정하면서 안착홀(홈)(351)에 돌출부(230)가 삽입되도록 한다. 그리고 돌출부(230)에 권선된 와이어를 회로기판(350)의 회로 패턴(도시하지 않음)에 납땜을 이용하여 전기적으로 연결한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 스테이터 코어, BLDC 모터 및 그 조립방법은 와이어를 돌출부(230)에 고정한 후 조립 공정을 수행하기 때문에 와이어의 단선 및 불량을 줄이거나 제거할 수 있으며 조립이 용이하여 작업 능률을 향상할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명의 다양한 변경 예와 수정 예도 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 와이어의 처리가 용이하고 단선 불량을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 조립이 용이한 스테이터 코어, BLDC 모터 및 그 조립방법을 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 중앙에 로터 삽입부가 구비된 원통형의 내측 프레임부와;
    상기 내측 프레임부의 외주면에서 방사상으로 외향 돌출된 복수 개의 연결부와;
    상기 연결부의 단부와 각각 결합하여 원호 형상의 횡단면을 갖는 외측 프레임부를 포함하고,
    상기 내측 프레임부의 일단부에는 돌출부가 구비되어 있는 스테이터 코어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 내측 프레임부의 일단부에서 하향 돌출되며 핀(pin) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부에 권선된 와이어는 상기 돌출부에도 권선되는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어는 6개의 연결부를 구비하고, 상기 돌출부는 4개가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 연결부는 등간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 스테이터 코어를 구비하는 브러쉬리스 직류모터에 있어서,
    상기 스테이터 코어를 수용하는 내부 공간을 구비하고 일단부가 개방되어 있는 하우징과;
    상기 하우징의 일단부에 결합하고 상기 돌출부의 위치에 대응하여 형성된 관통공을 구비하는 베이스와,
    상기 관통공을 통과한 상기 돌출부와 전기적으로 연결되는 회로기판을 포함하는 브러쉬리스 직류모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회로기판은 상기 돌출부와 납땜에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류모터.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 회로기판은 상기 돌출부가 삽입되는 안착홈 또는 안착홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류모터.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 내측 프레임부의 일단부에서 하향 돌출되며 핀(pin) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류모터.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 연결부에 권선된 와이어는 상기 돌출부에도 권선되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류모터.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어는 6개의 연결부를 구비하고, 상기 돌출부는 4개가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류모터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 연결부는 등간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류모터.
  13. 스테이터 코어의 연결부 및 돌출부에 와이어를 권선하는 단계;
    상기 스테이터 코어를 브러쉬리스 직류모터의 하우징 내부에 조립하는 단계;
    상기 돌출부에 대응하는 관통홀이 형성된 베이스를 상기 하우징의 일단부에 결합하여, 상기 돌출부가 상기 관통홀에 삽입되게 하는 단계;
    상기 베이스의 이면에 회로기판을 결합한 후 상기 돌출부와 상기 회로기판을 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 브러쉬리스 직류모터 조립방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 돌출부에 와이어를 권선한 후 납땜을 통해 상기 와이어를 상기 돌출부 에 고정하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류모터 조립방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 회로기판에는 상기 돌출부가 삽입될 수 있는 안착홈 또는 안착홀이 형성되어 있고,
    상기 회로기판을 상기 베이스의 이면에 결합하는 과정에서 상기 돌출부는 상기 안착홈 또는 상기 안착홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류모터 조립방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 안착홈 또는 상기 안착홀에 납땜에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류모터 조립방법.
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