KR20090004253A - Ｂｌｄｃ 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 BLDC 모터에 관한 것으로서, 내주면에 다수의 마그네트가 설치된 로터와, 상기 마그네트와 대향되도록 배치되는 스테이터가 설치된 고정자 요크와, 상기 로터에 체결되어 상기 고정자 요크의 내부에서 회전가능하도록 배치되는 샤프트와, 복수개의 홀소자센서 및 원주 방향을 따라 소정 간격으로 형성된 위치조정용 복수개의 장공을 구비하여 상기 고정자 요크에 설치되는 PCB, 및 상기 고정자 요크와 상기 샤프트 사이에 개재되는 베어링을 포함하는 BLDC 모터를 제공한다.

BLDC 모터, 블로워(Blower), PCB, 홀소자센서, 베어링

Description

ＢＬＤＣ 모터{BRUSHLESS DC MOTOR}

본 발명은 BLDC(Brushless DC) 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샤프트의 반경 방향 및 축 방향 진동과 마찰에 따른 문제점을 최소화하고, 고정자 요크에 장착되는 PCB(인쇄회로기판)의 위치조정이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 장착구조를 채택하여 스테이터에 인가되는 전류의 위상각 조절을 용이하게 함으로써 상기 위상각 조절을 위한 스테이터의 재분리/재결합이라는 번거로움 없이 BLDC 모터의 성능을 향상시키도록 한 BLDC 모터에 관한 것이다.

일반적으로 구동장치는 가전기기와 산업기기 등을 생산하는 전 산업분야에 걸쳐 다양하게 사용되고 있으며, 이러한 구동장치의 대표적인 것이 전동모터이다.

전동모터는 그 용도에 따라 여러 종류로 구분된다. 특히, BLDC 모터는 기계적 접촉부가 제거되어 전기적·기계적 노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 수명이 상대적으로 길다는 장점이 있어 그 사용이 증가하고 있다.

이러한 BLDC 모터는 차량용 공기조화기에 사용되는 블로워(Blower) 모터의 구동원으로도 사용된다.

이러한 블로워 모터에 사용되는 종래의 BLDC 모터는 고정자 요크, 상기 고정자 요크 내부에 회전가능하게 배치되는 샤프트(Shaft), 상기 샤프트에 고정되고 내주면에 다수의 마그네트(Magnet)가 부착되는 로터(Rotor), 상기 마그네트에 대향되도록 상기 고정자 요크에 설치되어 상기 마그네트에 대하여 회전자장을 발생시키는 코일이 권선되어 있는 스테이터(Stator), 상기 고정자 요크에 설치되고 홀소자센서가 구비되어 있는 PCB를 포함하여 구성된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 BLDC 모터의 경우, 상기 샤프트와 로터가 일반적으로 일체로 제작되거나 별도 제작 후 열박음 공정 등을 거쳐 일체화되기 때문에 제작 오차나 열박음 공정 오차에 기인하여 회전축인 샤프트의 동심도가 제대로 맞지 않을 수 있는 문제점이 있다.

또한, 상기 고정자 요크에 삽입되어 상기 샤프트가 회전가능하도록 지지하는 베어링의 내측과 상기 샤프트의 외경 사이에 존재하는 반경 방향의 미소 간격차에 의한 마찰에 따른 진동 및 소음의 문제로 시스템의 신뢰성 및 효율에 악영향을 미치는 문제점이 있다.

또한, 상기 BLDC 모터가 사용되는 블로워 내부에 유압이 증가하여 공기가 가득 찰 경우, 상기 샤프트에 연결되는 임펠러에 축 방향 힘이 작용하게 되고, 그에 따라 상기 샤프트 역시 축 방향으로 밀려 샤프트의 축 방향 진동 및 마찰이 발생하게 되어 상기 임펠러의 원활한 회전을 방해하는 문제점이 있다.

또한, 상기 BLDC 모터의 원활한 동작을 위해서는 적정한 전류의 스위칭 타이밍이 필요하고, 이를 위해 인가되는 전류의 위상각을 변화시켜 모터의 특성을 살펴보고 최적의 운전조건을 찾게 되는데, 전술한 종래의 BLDC 모터의 경우 고정자 요크에 장착되는 PCB가 기본적으로 정해진 위치에만 장착될 수 있고, 그 위치를 조정하기 어려운 구조를 갖기 때문에 전술한 전류의 위상각 조절에 따른 최적화가 용이하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 샤프트의 반경 방향 및 축 방향 진동 및 마찰에 따른 문제점을 최소화하고, 고정자 요크에 장착되는 PCB의 위치조정이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 장착구조를 채택하여 스테이터에 인가되는 전류의 위상각 조절을 용이하게 함으로써 상기 위상각 조절을 위한 스테이터의 재분리/재결합이라는 번거로움 없이 BLDC 모터의 성능을 향상시키도록 한 BLDC 모터의 제공을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 BLDC 모터는 내주면에 다수의 마그네트가 설치된 로터와, 상기 마그네트와 대향되도록 배치되는 스테이터가 설치된 고정자 요크와, 상기 로터에 체결되어 상기 고정자 요크의 내부에서 회전가능하도록 배치되는 샤프트와, 복수개의 홀소자센서 및 원주 방향을 따라 소정 간격으로 형성된 위치조정용 복수개의 장공을 구비하여 상기 고정자 요크에 설치되는 PCB, 및 상기 고정자 요크와 상기 샤프트 사이에 개재되는 베어링을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 베어링은 그 외주면이 상기 고정자 요크에 압입 또는 본딩되고, 그 내주면은 상기 샤프트에 압입되는 방식으로 개재되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 샤프트는 복수개의 볼트를 통해 상기 로터에 착탈가능하게 체결고정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 샤프트의 머리부 하단과 상기 베어링의 외측면 사이에 개재되는 평와셔를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 평와셔는 테프론 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 BLDC 모터에 의하면, PCB에 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치되는 위치조정용 장공이 형성되어 있어 이를 통한 PCB의 설치위치조정이 용이하기 때문에 종래 기술에서와 같이 스테이터의 재분리/재결합이라는 번거로움 없이 BLDC 모터의 성능 최적화를 위해 인가되는 전류의 위상각을 변화시켜 모터의 특성을 살펴보고 최적의 운전조건, 즉 적정한 전류의 스위칭 타이밍을 용이하게 찾을 수 있는 이점이 있다.

또한, 로터와 샤프트가 복수개의 볼트에 의해 착탈가능하게 체결고정되기 때 문에 종래 기술에서와 같이 일체로 제작될 경우의 제작 오차나 별도 제작 후 열박음 공정시의 오차에 기인한 회전축의 동심도 불량의 문제를 해소할 수 있고, 또한 베어링의 압입 작업을 위한 샤프트의 정밀 가공시 그 표면 연마작업의 편의성 및 정확성을 제공할 수 있는 이점이 있다.

또한, 베어링은 그 외주면이 고정자 요크의 내주면에 압입 또는 본딩되고, 내주면은 샤프트의 외주면에 압입되는 방식으로 고정자 요크와 샤프트의 사이에 개재되어 샤프트를 회전가능하게 지지하기 때문에 샤프트와의 사이에 반경 방향의 미소 간격도 존재하지 않도록 완전히 밀착됨으로써 종래 기술과 달리 샤프트의 회전시 발생하는 진동 및 마찰에 따른 문제점을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 샤프트의 머리부 하단과 베어링의 외측면 사이에 평와셔를 개재시킴으로써 샤프트에 작용하는 축 방향 외력에 따른 진동 및 마찰을 완충/완화시킬 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 BLDC 모터의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 BLDC 모터의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 절단한 절단면도이며, 도 3은 도 2의 고정자 요크 및 PCB의 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 BLDC 모터(100)는 내주면에 다수의 마그네트(120)가 설치된 로터(110)와, 상기 마그네트(120)와 대향되도 록 배치되는 스테이터(140)가 설치된 고정자 요크(130)와, 상기 로터(110)에 체결되어 상기 고정자 요크(130)의 내부에서 회전가능하도록 배치되는 샤프트(150)와, 복수개의 홀소자센서(162) 및 원주 방향을 따라 소정 간격으로 형성된 위치조정용 복수개의 장공(164)을 구비하여 상기 고정자 요크(130)에 설치되는 PCB(160), 및 상기 고정자 요크(130)와 상기 샤프트(150) 사이에 개재되는 베어링(170a,170b)을 포함한다.

상기 로터(110)는 상기 샤프트(150)와 체결되어 상기 스테이터(140)에 전류가 인가될 경우 발생하는 회전자장에 의해 회전하는 회전자로서, 일측이 개방된 원통형상을 갖는다. 상기 로터(110)의 내주면에는 다수의 마그네트(120)가 설치되어 상기 스테이터(140)와의 상호작용을 통해 상기 샤프트(150)를 회전시킨다.

상기 고정자 요크(130)는 상기 로터(110)의 내부에 배치되는 원통형 몸체(132)와 상기 원통형 몸체(132)의 하단부에 일체로 형성되어 상기 로터(110)의 외부에 배치되는 원판형 베이스(134)로 구성된다. 상기 원통형 몸체(132)의 외주면에는 단차부(132a)가 형성되어 상기 스테이터(140)가 설치고정된다. 또한, 상기 원판형 베이스(134)의 상면에는 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치된 돌기(134a)가 형성되어 후술할 PCB(160)가 위치조정가능하게 설치된다.

상기 샤프트(150)는 공기조화기에 사용되는 블로워(미도시)의 임펠러(미도시)와 연결되어 회전력을 제공하는 것으로서, 몸체(154) 및 상기 몸체(154)의 일단에 형성되어 상기 로터(110)와 체결되는 부위인 머리부(152)로 구성된다. 상기 샤프트(150)는 그 머리부(152)가 복수개의 볼트(미도시)를 통해 상기 로터(110)와 착 탈가능하게 체결고정되기 때문에 종래 기술이 가지는 문제점, 즉 제작 오차나 열박음 공정 오차에 기인한 회전축의 동심도 불량의 문제를 해소할 수 있고, 또한 후술할 베어링(170a,170b)의 압입 작업을 위한 상기 샤프트(150)의 정밀 가공시 그 표면 연마작업의 편의성 및 정확성을 제공할 수 있는 특징이 있다.

한편, PCB(160)는 상기 샤프트(150)의 회전을 제어하는 역할을 수행하는 것으로서, 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치되는 복수개의 홀소자센서(162)를 구비하며, 상기 고정자 요크(130)의 원판형 베이스(134) 상면에 형성된 돌기(134a)에 볼트 등을 통해 체결된다. 본 발명에 따른 BLDC 모터(100)의 경우 성능의 최적화를 위해 인가되는 전류의 위상각을 변화시켜 모터의 특성을 살펴보고 최적의 운전조건, 즉 적정 전류의 스위칭 타이밍을 찾을 수 있도록 상기 PCB(160)의 설치위치조정이 용이한 구조적 특징을 갖는다. 즉, 상기 PCB(160)에는 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치되는 위치조정용 장공(164)이 형성되어 있어, 일단 상기 장공(164)을 통해 볼트 등을 이용하여 상기 PCB(160)를 상기 고정자 요크(130)에 고정한 후라도 상기 PCB(160)의 위치조정이 필요한 경우, 상기 볼트를 풀어 필요한 만큼 상기 PCB(160)를 회전시켜 그 위치를 조정한 다음 다시 상기 볼트를 조임으로써 용이하게 상기 PCB(160)의 위치조정을 수행할 수 있다. 따라서 종래와 같이 인가되는 전류의 위상각 조절을 위해 스테이터(140)를 재분리/재결합해야 하는 번거로움을 피할 수 있다.

한편, 상기 고정자 요크(130)와 상기 샤프트(150) 사이에는 상기 샤프트(150)의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되도록 베어링(170a,170b)이 개재되어 상기 샤프트(150)의 회전을 지지한다. 상기 베어링(170a,170b)은 그 외주면이 상기 고정자 요크(130)의 원통형 몸체(132) 내주면에 압입 또는 본딩되고, 그 내주면은 상기 샤프트(150)의 몸체(154) 외주면에 압입된다. 따라서 본 발명에 따른 BLDC 모터(100)의 경우 상기 베어링(170a,170b)의 내주면과 상기 샤프트(150)의 몸체(154) 외주면 사이에 반경 방향의 미소 간격도 존재하지 않도록 완전히 밀착됨으로써 종래 기술과 달리 상기 샤프트(150)의 회전시 발생하는 진동 및 마찰에 따른 문제점을 방지할 수 있다. 미설명부호 172는 상기 베어링(170a)을 고정하기 위한 베어링 고정편을 나타낸다.

한편, 상기 샤프트(150)의 머리부(152) 하단과 상기 베어링(170b)의 외측면 사이에는 평와셔(180)가 개재된다. 상기 평와셔(180)는 본 발명에 따른 BLDC 모터(100)가 사용되는 블로워 내부에 유압이 증가하여 임펠러에 축 방향 힘이 작용하게 되는 경우, 상기 임펠러에 연결되어 상기 샤프트(150)에 전달되는 축 방향 힘에 의한 진동 및 마찰을 완충시키는 역할을 수행한다. 이때, 상기 평와셔(180)는 내열성 및 비점착성이 우수하고, 마찰계수가 낮을 뿐 아니라 자체 탄성력을 갖는 테프론 소재로 형성함으로써 완충성능을 향상시키고 마찰열에 따른 열변형을 최소화할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 BLDC 모터의 사시도이다.

도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 절단한 절단면도이다.

도 3은 도 2의 고정자 요크 및 PCB의 사시도이다.

**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**

110 : 로터 120 : 마그네트

130 : 고정자 요크 132 : 원통형 몸체

132a : 단차부 134 : 원판형 베이스

134a : 돌기 140 : 스테이터

150 : 샤프트 152 : 머리부

154 : 몸체 160 : PCB

162 : 홀소자센서 164 : 위치조정용 장공

170a : 베어링 170b : 베어링

172 : 베어링 고정편 180 : 평와셔

Claims (5)

1. 내주면에 다수의 마그네트가 설치된 로터;

   상기 마그네트와 대향되도록 배치되는 스테이터가 설치된 고정자 요크;

   상기 로터에 체결되어 상기 고정자 요크의 내부에서 회전가능하도록 배치되는 샤프트;

   복수개의 홀소자센서 및 원주 방향을 따라 소정 간격으로 형성된 위치조정용 복수개의 장공을 구비하여 상기 고정자 요크에 설치되는 PCB; 및

   상기 고정자 요크와 상기 샤프트 사이에 개재되는 베어링을 포함하여 이루어지는 BLDC 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 베어링은 그 외주면이 상기 고정자 요크에 압입 또는 본딩되고, 그 내주면은 상기 샤프트에 압입되는 방식으로 개재되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 샤프트는 복수개의 볼트를 통해 상기 로터에 착탈가능하게 체결고정되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 샤프트의 머리부 하단과 상기 베어링의 외측면 사이에 개재되는 평와셔를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 평와셔는 테프론 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 BLDC 모터.

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