KR20090102517A

KR20090102517A - 12슬롯 10극 ｂｌｄｃ 모터

Info

Publication number: KR20090102517A
Application number: KR1020080028011A
Authority: KR
Inventors: 조현식; 김대욱; 심기창; 남진성
Original assignee: 주식회사 원진일렉트로닉스
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-09-30

Abstract

본 발명은 12개의 슬롯과 10극을 갖는 12슬롯 10극 BLDC 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고출력, 저진동 및 저소음을 위해 10극으로 착자된 로터와 12개의 슬롯에 권선된 코일을 갖되, 이웃하는 두 슬롯에 권선된 동상의 코일은 직렬연결하고, 이와 마주 보이는 이웃하는 두 슬롯에 권선된 동상의 코일과는 병렬연결되고, 어느 한 슬롯에 권선된 코일은 이웃하는 동상 및 마주 보이는 동상의 슬롯에 권선된 코일과 권선방향이 반대이고 이웃하는 이상의 슬롯에 권선된 코일과는 권선방향이 동일한 BLDC 모터에 관한 것이고, 12개의 슬롯에 권선된 코일을 3상 결선하는 인쇄회로기판이 견고하면서 안정적으로 스테이터와 일정거리 이격배치되어 결합되도록 한 BLDC 모터에 관한 것이다.

본 발명의 12슬롯 10극 BLDC 모터는 개구부와 상기 개구부를 덮는 리어하우징을 갖는 하우징; 환상으로 배치된 12개의 슬롯을 갖고 상기 하우징에 삽입되는 스테이터; 회전축이 상기 하우징 외부로 노출되도록 상기 스테이터의 중공에 삽입되고, 등간격으로 10극 착자된 로터; 상기 스테이터와 결합되고, 이웃하는 두 슬롯과 이에 마주 보이는 두 슬롯에 권선된 코일이 동상이 되도록 3상 결선하는 인쇄회로기판;을 포함하여 이루어지되, 이웃하는 두 슬롯에 권선된 동상의 코일은 직렬연결되고, 이와 마주보이는 이웃하는 두 슬롯에 권선된 동상의 코일과는 병렬연결된 것을 특징으로 한다.

Description

12슬롯 10극 ＢＬＤＣ 모터{BLDC MOTOR EQUIPPED WITH 12 SLOTS AND 10 POLES}

본 발명은 12개의 슬롯과 10극을 갖는 12슬롯 10극 BLDC 모터에 관한 것으로서,

보다 상세하게는 고출력, 저진동 및 저소음을 위해 10극으로 착자된 로터와 12개의 슬롯에 권선된 코일을 갖되, 이웃하는 두 슬롯에 권선된 동상의 코일은 직렬연결하고, 이와 마주 보이는 이웃하는 두 슬롯에 권선된 동상의 코일과는 병렬연결되고, 어느 한 슬롯에 권선된 코일은 이웃하는 동상 및 마주 보이는 동상의 슬롯에 권선된 코일과 권선방향이 반대이고 이웃하는 이상의 슬롯에 권선된 코일과는 권선방향이 동일한 BLDC 모터에 관한 것이고,

12개의 슬롯에 권선된 코일을 3상 결선하는 인쇄회로기판이 견고하면서 안정적으로 스테이터와 일정거리 이격배치되어 결합되도록 한 BLDC 모터에 관한 것이다.

산업발전과 더불어 산업기기의 고성능화, 고기능화가 요구됨에 따라, 모터 또한 소형화, 고출력, 저진동 및 저소음이 요구되고 있다.

이러한 저진동, 저소음을 실현하기 위해 12슬롯, 10극으로 이루어진 모터에 관한 것으로 공개특허 제2007-74547호 "모터와 그 모터에 사용되는 스테이터의 제조방법"에 관한 것이 있다.

상기 공개특허는 코일이 권선되는 12개의 슬롯을 환상으로 배치하고, 이웃하는 동상의 두 슬롯은 코일이 직렬연결되고 또 다른 동상의 슬롯은 이와 마주 보이게(180도에 위치) 배치시키되 코일은 상기 두 슬롯의 코일과는 병렬연결시키고, 코일의 점적률을 높이고(집중 권선되도록) 권선 작업이 용이하여 자동화가 가능하도록 모든 슬롯의 코일 권선 방향을 동방향으로 한 모터에 관한 것이다.

그리고 모터의 저소음 및 저진동은 슬롯의 코일을 3상 결선하는 인쇄회로기판의 안정성과도 관련이 있다. 즉, 스테이터에 일정거리 이격되어 배치되는 인쇄회로기판이 모터의 구동에 따른 영향을 최소화하여 받도록 하여 노이즈 등이 유입되는 것을 방지하여야 한다. 이를 위해 인쇄회로기판은 스테이터와 일체화될 정도로 견고하게 결합될 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 모터의 고출력, 저소음, 저진동을 위해 환상으로 배치된 12개의 슬롯 중, 인접하는 동상의 두 슬롯에는 코일을 직렬로 연결하고 이와 마주보이는 또 다른 동상의 두 슬롯에 직렬로 연결된 코일과는 병렬로 연결하고, 어느 한 슬롯에 권선된 코일은 인접하는 동상 및 마주 보이는 동상의 슬롯에 권선된 코일과는 그 권선방향을 반대로 하고 이웃하는 이상의 슬롯에 권선된 코일과는 권선방향이 동일하게 한 BLDC 모터를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 모터의 저소음, 저진동을 높이기 위해 인쇄회로기판이 스테이터와 일체화될 정도로 견고하게 결합시킨 BLDC 모터를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 12슬롯 10극 BLDC 모터는

개구부와 상기 개구부를 덮는 리어하우징을 갖는 하우징; 환상으로 배치된 12개의 슬롯을 갖고 상기 하우징에 삽입되는 스테이터; 회전축이 상기 하우징 외부로 노출되도록 상기 스테이터의 중공에 삽입되고, 등간격으로 10극 착자된 로터; 상기 스테이터와 결합되고, 이웃하는 두 슬롯과 이에 마주 보이는 두 슬롯에 권선된 코일이 동상이 되도록 3상 결선하는 인쇄회로기판;을 포함하여 이루어지되, 이웃하는 두 슬롯에 권선된 동상의 코일은 직렬연결되고, 이와 마주보이는 이웃하는 두 슬롯에 권선된 동상의 코일과는 병렬연결된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 스테이터의 어느 한 슬롯에 권선된 코일은 이웃하는 동상 및 마주보이는 동상의 슬롯에 권선된 코일과 권선방향이 반대이고, 이웃하는 이상의 슬롯에 권선된 코일과는 권선방향이 동일한 것을 특징으로 하고,

상기 스테이터의 내벽과 상하부면, 그리고 코일이 권선되는 슬롯의 감김부를 감싸, 상기 코일이 스테이터와의 접촉이 차단된 상태로 슬롯에 권선되도록 하는 절연체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 절연체의 하부면에는 각 슬롯을 따라 12개의 핀홀이 형성되어 있고, 상기 핀홀 각각에는 각 슬롯에 권선된 코일이 전기적으로 연결되어 있는 연결핀이 삽입되고, 상기 연결핀의 일단은 상기 인쇄회로기판의 핀홈에 삽입되어 인쇄회로기판이 일정거리 이격되어 배치되도록 하는 것을 특징으로 하고,

상기 절연체의 하부면에는 단부에 지지대핀이 형성되어 있는 다수의 돌출부가 방사상으로 돌출형성되어 있고, 상기 인쇄회로기판의 테두리에는 상기 돌출부의 지지대핀이 끼워지는 지지대홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고,

상기 인쇄회로기판에는 상기 로터의 위치를 탐지하는 3개의 홀센서가 방사상으로 배치되어 실장되어 있고, 상기 절연체는 상기 스테이터의 중공 하부에서 상부로 삽입되어 결합되는 하부절연체와, 상부에서 하부로 삽입되어 결합되는 상부절연체를 포함하여 이루어지고, 상기 스테이터는 코어낱장 다수개가 적층되어 이루어지되, 각각의 코어낱장 외면에는 코어낱장들을 정위치로 정렬하여 적층하기 위한 정렬홈이 형성되어 있고, 각각의 코어낱장 상하부면에는 정렬되어 적층된 코어낱장들을 고정시키는 고정핀이 삽입되는 고정홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 10극으로 착자된 로터와 12개의 슬롯을 갖되, 인접하는 동상의 두 슬롯에 권선된 코일은 직렬로 연결되고, 이와 마주 보이는 또 다른 인접하는 동상의 직렬연결된 두 슬롯에 권선된 코일과는 병렬로 연결하되,

어느 한 슬롯의 코일 권선방향이 양 옆의 동상 슬롯과는 반대 방향으로, 이상의 슬롯의 코일과 같은 방향으로 권선되고, 마주 보이는 동상의 슬롯의 코일과도 반대가 되도록 함으로서, 모터의 고출력 고효율화와 저소음 및 저진동이 실현 가능하도록 하였다.

또한, 인쇄회로기판이 스테이터에 일정거리 이격되어 배치되되, 스테이터와 일체화될 정도로 견고히 결합되어, 한층 더 저소음 및 저진동이 가능하도록 하였다.

도 1 은 본 발명에 따른 스테이터의 권선 단면도.

도 2 는 본 발명에 따른 모터의 3상 결선도.

도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 모터의 사시도.

도 4 는 도3의 분해 사시도.

도 5 는 스테이터와 인쇄회로기판의 분해 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하우징 11 : 리어하우징

20 : 스테이터 21 : 코어낱장

23 : 슬롯 25 : 고정핀

30 : 코일 40 : 절연체

41a, 41b : 걸림턱 43a, 43b : 돌기

45 : 핀홀 48 : 지지대핀

50 : 로터 53 : 마그네틱

60 : 인쇄회로기판 61 : 연결핀

63 : 지지대홈 65 : 홀센서

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 12슬롯 10극 BLDC 모터의 스테이터 권선 단면도이고, 도2는 3상 결선도이다.

도1에서 보는 바와 같이 12개의 슬롯(23)을 갖는 스테이터(20)가 있고, 상기 스테이터(20)의 중앙 중공(27)에는 N극과 S극의 마그네틱(53)이 등간격으로 교호적으로 환상배열된 10극의 로터(50)가 배치된다. 그리고 각각의 슬롯(23)에는 상기 마그네틱(53)과 전자기적으로 반응하는 코일(30)이 권선되어 있다.

코일(30)이 권선되어 있는 12개의 슬롯(23)은 도2에서 보는 바와 같이 인쇄회로기판(60)을 통해 3상 Y결선되고, 인접하는 두 개가 한 쌍을 이루어 각각 U상, V상, W상이 되고, 한 쌍의 U상, V상, W상은 2개씩 구비되되 대향되어 배치된다. 즉, 마주 보이는 180도 방향에 동상의 슬롯(23)이 배치된다.

그리고 인접하는 동상의 두 슬롯(23)에 권선된 코일(30)은 도면에서 보듯이 직렬연결되고, 이와 동상인 마주 보이는 방향에 배치된 인접하는 두 슬롯(23)에 권선된 코일(30)과는 PCB패턴에서 병렬연결된다.

즉, 도1 및 도2에서 W상을 보면, 인접하는 동상의 두 슬롯(23) 1W-s, 1W-e(또는 4W-s, 4W-e)는 코일(30)이 직렬로 연결되고, 이와 마주 보이는 방향에 배치된 동상의 두 슬롯(23) 4W-s, 4W-e(또는1W-s, 1W-e)와는 PCB패턴에서 병렬로 연결된다.

참고로, 도1,2에서 's'는 권선 시작, 'e'는 권선 마침을 의미하고, 'cw'는 시계방향, 'ccw'는 반시계방향을 의미한다.

그리고 어느 한 슬롯(23)에 권선된 코일(30)은 인접하는 동상의 슬롯(23)에 권선된 코일(30)과 권선방향을 반대로 하고, 인접하는 이상의 슬롯(23)에 권선된 코일(30)과는 권선방향을 같이하고, 마주 보이는 동상의 슬롯(23)에 권선된 코일(30)과는 권선방향을 반대로 한다.

즉, 도1 및 도2에서 중성점측을 코일(30)의 권선 마침점(e)이라하고 그 반대측을 코일(30)의 권선 시작점(s)이라고 가정하고 W상을 보면,

1W 슬롯(23)에 권선된 코일(30)은 권선의 시작점인 슬롯(23) 1W-s에서 코일이 시계방향으로 권선되어 있고,

1W-s 슬롯(23)에 인접한 동상의 1W-e 슬롯(23)에 권선된 코일(30)은 코일이 반시계방향으로 권선되어 있고,

1W-e 슬롯(23)에 인접한 이상의 2U-s 슬롯(23)에는 권선이 시작되어 시계반대 방향으로 권선된 후 인접한 동상의 2U-e 슬롯에서 시계방향으로 권선되어 있다.

1W 슬롯(23)에 마주 보이는 위치의 동상의 4W 슬롯(23)에 권선된 코일(30)은 4W-s 슬롯에서 시계반대 방향으로 시작하여 4W-e 슬롯에서 시계방향으로 권선되어 있다.

따라서 이웃하는 두 동상의 슬롯(23)에 권선된 코일(30)에 흐르는 전류는 서로 반대 방향으로 흐르고, 서로 이웃하는 이상의 슬롯(23)에 권선된 코일(30)에 흐르는 전류는 서로 반대 방향으로 흐르고, 서로 대향되어 배치된 두 동상의 슬롯(23)에 권선된 코일(30)에 흐르는 전류는 반대 방향으로 흐른다.

이와 같이 동상의 슬롯(23)을 마주 보이게 배치하고, 코일(30)의 권선을 인접한 동상의 슬롯(23)과는 반대 방향으로 하고 인접한 이상의 슬롯(23)과는 대칭되게 하고 마주 보이는 동상의 슬롯(23)과는 반대 방향으로 함으로서, 코깅토크를 줄이고, 그럼으로써 저진동과 저소음화가 실현된다.

이하에서는 도3 내지 도5를 참조하여 본 발명에 따른 BLDC 모터 결합 구조에 대해 설명한다.

도3a,b은 본 발명에 따른 BLDC 모터의 전체 결합 사시도 및 리어하우징을 개방시킨 사시도이고, 도4는 도3에서 로터(50)와 스테이터(20)를 분리한 분해 사시도이이다.

도면에서 보는 바와 같이 본 발명의 BLDC 모터는 하우징(10), 스테이터(20), 로터(50), 인쇄회로기판(60)을 포함하여 이루어진다.

상기 하우징(10)는 로터(50)와 스테이터(20)가 삽입되어 내장될 수 있도록 개구부(13)를 갖고, 상기 개구부(13)에는 리어하우징(11)이 나사로 체결된다.

상기 스테이터(20)는 상기 개구부(13)를 통해 상기 하우징(10)에 삽입되어 내장되고, 환상으로 배치된 12개의 슬롯(23)과 상기 로터(50)가 삽입되는 중공(27)을 갖는다. 스테이터(20)에 대해서는 하기에서 상술한다.

상기 로터(50)는 상기 스테이터(20)의 중공(27)에 삽입되고, 등간격으로 10극 착자된 마그네틱(53)과 상기 하우징(10) 외부로 노출되는 회전축(51)을 갖는다.

그리고 상기 인쇄회로기판(60)은 각 슬롯(23)에 권선되어 있는 코일(30)을 3상 Y결선시키고, 로터(50)의 위치를 탐지하기 위한 홀센서(65)가 방사상으로 각 상(U상, V상, W상)에 인접되도록 3개 실장되어 있다. 그리고 상기 스테이터(20)와 일정거리 이격되도록 결합된다.

이하에서는 스테이터(20)와 인쇄회로기판(60)의 분해 사시도를 도시한 도5를 참조하여 설명한다.

도면에서 보듯이, 상기 스테이터(20)는 코어낱장(21) 다수개가 적층되어 이루어지고 12개의 슬롯(23)을 갖는다.

그리고 상기 코어낱장(21) 각각의 외연에는 코어낱장(21)들이 정위치에서 정렬(즉, 코어낱장(21)들의 외연과 슬롯(23)의 표면이 일치됨)되어 적층되도록 하기위한 정렬홈(21a)이 형성되어 있다. 상기 정렬홈(21a)의 형상에 대응되는 형상의 돌출부를 갖는 정렬부재의 돌출부에 정렬홈(21a)이 삽입결합되도록 코어낱장(21)를 하나씩 적층시켜 코어낱장(21)들을 정위치에 정렬시킨다.

그리고 각각의 코어낱장(21)에는 정렬된 코어낱장(21)들을 고정시키는 고정핀(25)이 삽입되는 고정홀(21b) 다수개가 상하부면을 관통하여 방사상으로 형성되어 있다.

그리고 코일(30)이 권선되어 접촉될 수 있는 스테이터(20)의 내벽과 상하부면, 그리고 슬롯(23)의 감김부(23a)는 스테이터(20)와 코일(30)의 접촉을 차단하는 절연체(40)가 감싸고 있다.

상기 절연체(40)는 합성수지로 이루어진다. 그리고 인서트사출방식에 의해 스테이터(20)에 결합될 수 있지만, 그럴 경우 인서트사출을 위한 별도의 금형이 필요하고, 스테이터(20)를 일일이 금형에 인서트하는 등의 번거로운 공정이 추가되어 제조원가를 증가시키고 생산성을 떨어트리는 문제가 있다. 이에 본 발명은 절연체(40)를 별도로 제조하고, 스테이터(20)에 조립결합되도록 하였다.

스테이터(20)에의 조립결합을 위해 상기 절연체(40)는 상부절연체(40a)와 하부절연체(40b)로 구성된다. 상기 상부절연체(40a)는 스테이터(20)의 중공(27)에 하부에서 상부로 삽입되고, 상기 하부절연체(40b)는 스테이터(20)의 중공(27)에 상부에서 하부로 삽입된다. 그리고 상부절연체(40a)와 하부절연체(40b)의 외연에는 스테이터(20)의 상부면과 하부면에 각각 걸리는 걸림턱(41a, 41b)이 형성되어 있고, 내연에는 권선되는 코일(30)을 잡아주는(이탈을 방지하는) 돌기(43a, 43b)가 슬롯(23)의 상부와 하부에 각각 형성되어 있다.

그리고 삽입결합되는 상부절연체(40a)와 하부절연체(40b)는 일부가 서로 겹쳐 포개어져 스테이터(20)에 삽입되어진다.

그리고 상기 스테이터(20)의 하부에는 인쇄회로기판(60)이 일정거리 이격배치되어 결합된다. 전술한 바와 같이 상기 인쇄회로기판(60)은 모터의 구동(즉, 로터(50)의 회전)에 따른 영향을 최소한으로 적게 받는 것이 바람직하다. 따라서 하우징(10)에 결합되는 것보다 스테이터(20)에 결합되는 것이 바람직하고, 스테이터(20)에 일체화될 수 있을 정도로 견고하게 결합되는 것이 보다 바람직하다.

인쇄회로기판(60)이 스테이터(20)이 일정거리 이격배치되어 결합되되 일체화될 정도로 견고하게 결합되도록 본 발명은 연결핀(61)이 삽입되는 핀홀(45) 이외에 지지대핀(48)와 지지대홈(63)을 더 구비하였다.

도면에서 보는 바와 같이 인쇄회로기판(60)과 코일(30)을 전기적으로 연결함과 동시에 인쇄회로기판(60)을 스테이터(20)의 하부에 일정거리 이격배치시키는 12개의 연결핀(61)이 인쇄회로기판(60)의 상부면에 돌출결합되어 있고, 하부절연체(40b)의 하부면에는 각각의 슬롯(23)을 따라 상기 연결핀(61)이 삽입되는 핀홀(45)이 12개 형성되어 있다. 상기 연결핀(61) 각각에는 각 슬롯(23)에 권선된 코일(30)이 연결된다.

그리고 상기 하부절연체(40b)와 인쇄회로기판(60)을 한 번 더 결합시키기 위해 상기 하부절연체(40b)의 하부면에는 3개의 돌출부(47)가 방사상으로 돌출되어 있고, 각 돌출부(47)의 단부에는 지지대핀(48)가 형성되어 있다. 그리고 상기 인쇄회로기판(60)의 외연 테두리에는 상기 지지대핀(48)가 끼워지는 지지대홈(63)이 형성되어 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 12슬롯 10극 BLDC 모터에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

개구부와 상기 개구부를 덮는 리어하우징을 갖는 하우징;

환상으로 배치된 12개의 슬롯을 갖고 상기 하우징에 삽입되는 스테이터;

회전축이 상기 하우징 외부로 노출되도록 상기 스테이터의 중공에 삽입되고, 등간격으로 10극 착자된 로터;

상기 스테이터와 결합되고, 이웃하는 두 슬롯과 이에 마주 보이는 두 슬롯에 권선된 코일이 동상이 되도록 3상 결선하는 인쇄회로기판;을 포함하여 이루어지되,

이웃하는 두 슬롯에 권선된 동상의 코일은 직렬연결되고, 이와 마주보이는 이웃하는 두 슬롯에 권선된 동상의 코일과는 병렬연결된 것을 특징으로 하는 12슬롯 10극 BLDC 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 스테이터의 어느 한 슬롯에 권선된 코일은 이웃하는 동상 및 마주보이는 동상의 슬롯에 권선된 코일과 권선방향이 반대이고, 이웃하는 이상의 슬롯에 권선된 코일과는 권선방향이 동일한 것을 특징으로 하는 12슬롯 10극 BLDC 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 스테이터의 내벽과 상하부면, 그리고 코일이 권선되는 슬롯의 감김부를 감싸, 상기 코일이 스테이터와의 접촉이 차단된 상태로 슬롯에 권선되도록 하는 절연체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 12슬롯 10극 BLDC 모터.
제 3 항에 있어서,

상기 절연체의 하부면에는 각 슬롯을 따라 12개의 핀홀이 형성되어 있고,

상기 핀홀 각각에는 각 슬롯에 권선된 코일이 전기적으로 연결되어 있는 연결핀이 삽입되고, 상기 연결핀의 일단은 상기 인쇄회로기판의 핀 홈에 삽입되어 인쇄회로기판이 일정거리 이격되어 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 12슬롯 10극 BLDC 모터.
제 4 항에 있어서,

상기 절연체의 하부면에는 단부에 지지대핀이 형성되어 있는 다수의 돌출부가 방사상으로 돌출형성되어 있고,

상기 인쇄회로기판의 테두리에는 상기 돌출부의 지지대핀이 끼워지는 지지대홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 12슬롯 10극 BLDC 모터.
제 5 항에 있어서,

상기 인쇄회로기판에는 상기 로터의 위치를 탐지하는 3개의 홀센서가 방사상으로 배치되어 실장되어 있고,

상기 절연체는 상기 스테이터의 중공 하부에서 상부로 삽입되어 결합되는 하부절연체와, 상부에서 하부로 삽입되어 결합되는 상부절연체를 포함하여 이루어지고,

상기 스테이터는 코어낱장 다수개가 적층되어 이루어지되, 각각의 코어낱장 외면에는 코어낱장들을 정위치로 정렬하여 적층하기 위한 정렬홈이 형성되어 있고, 각각의 코어낱장 상하부면에는 정렬되어 적층된 코어낱장들을 고정시키는 고정핀이 삽입되는 고정홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 12슬롯 10극 BLDC 모터.