KR20110039785A - 비엘디씨 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 방열 구조에 관한 것으로써, 특히 비엠씨(BMC;Bulk Molding Compound)가 성형된 비엘디씨 모터(BLDC motor)의 대용량 스위칭 소자(IGBT)로부터 발생된 열의 원활한 배출이 이루어질 수 있도록 한 새로운 형태의 비엠씨형 비엘디씨 모터의 방열 구조에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 고정된 상태로 설치되는 스테이터; 회전축이 일체로 결합되는 로터; 상기 스테이터에 결합되면서 스위칭 소자 및 여타의 각종 회로 부품이 실장되어 이루어진 회로기판; 적어도 일부는 상기 스위칭 소자의 외표면을 감싸면서 밀착되도록 형성되는 금속 재질의 방열 플레이트; 상기 스위칭 소자의 외표면과 상기 방열 플레이트 간의 대향면 사이에 개재되면서 상기 스위칭 소자로부터 발생된 열이 상기 방열 플레이트로 전도되도록 열을 방열(放熱)하는 방열 패드; 그리고, 상기 스테이터와 상기 회로기판 및 방열 플레이트가 외부 환경으로부터 차단될 수 있도록 몰딩되면서 외관을 형성하는 수지 재질의 모터 하우징:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비엘디씨 모터가 제공된다.

비엘디씨 모터, 비엠씨, 방열 플레이트, 방열 패드

Description

비엘디씨 모터{BLDC motor}

본 발명은 모터의 방열 구조에 관한 것으로써, 특히 비엠씨(BMC;Bulk Molding Compound)가 성형된 비엘디씨 모터(BLDC motor)의 대용량 스위칭 소자(IGBT)로부터 발생된 열의 원활한 배출이 이루어질 수 있도록 한 새로운 형태의 비엠씨형 비엘디씨 모터의 방열 장치에 관한 것이다.

일반적으로 비엘디씨 모터(BrushLess DC motor)는 DC모터에서 브러시 및 정류자 등 기계적인 접촉부를 사용하지 않고 비접촉의 위치 검출기와 반도체 소자로써 통전(通電) 및 전류(轉流)시키는 기능을 바꾸어 놓은 직류(DC) 모터를 의미한다.

상기한 바와 같은 비엘디씨 모터는 고정된 상태로 설치되는 스테이터 및 회전축이 일체로 결합되는 로터와, 상기 로터의 위치나 속도 등의 검출용 소자들이 설치된 인쇄회로기판과, 외관을 이루는 금속 재질의 모터 하우징을 포함하여 구성된다.

특히, 상기한 인쇄회로기판에는 모터 구동을 위한 소자인 스위칭 소자(IGBT)와, 그 이외의 다양한 트랜지스터가 함께 설치된다.

이때, 상기 비엘디씨 모터의 스위칭 소자는 모터의 동작 중 다량의 열을 발생하며, 이러한 열은 통상 모터 하우징을 통해 외부로 방열 된다.

물론, 종래에는 실용신안공보 제1990-003398호 및 등록특허 제10-0362807호 등과 같이 스위칭 소자와 같은 회로 부품의 방열을 위해 각종 방열부재를 상기 회로 부품에 부착함과 더불어 상기 방열부재의 타측면은 모터 하우징과 접촉되도록 구성함으로써 상기 회로 부품으로부터 발생된 열이 상기 모터 하우징을 통해 외부로 더욱 원활히 방열되도록 구성되고 있다.

하지만, 전술한 금속재질의 모터 하우징으로 이루어진 종래의 일반적인 비엘디씨 모터는 실내와 같이 외부 환경으로의 노출이 이루어지지 않는 부위에만 주로 사용될 뿐 예컨대, 에어컨의 실외기에 사용되는 모터와 같이 외부 환경에의 노출이 이루어지는 장소에 사용되기가 어렵다.

즉, 빗물 등의 누수 및 녹 발생 등과 같은 부식의 문제점으로 인해 외부 환경에 노출되는 부위에는 그 적용이 이루어지지 못하였던 것이다. 물론, 방수 구조로 이루어진 비엘디씨 모터의 경우 실외에서의 사용이 가능하지만 상기한 방수를 위해서는 구조가 복잡해질 뿐 아니라 금속재질의 모터 하우징은 외부 환경으로 노출됨에 따라 부식 등이 발생될 수 있다는 문제점을 여전히 가지고 있다.

이에 따라, 최근에는 모터 하우징을 BMC(Bulk Molding Compound)로 형성한 비엘디씨 모터가 제공됨으로써 실외기와 같이 외부 환경으로의 노출이 가능한 부위에 그 적용이 가능하도록 하고 있다.

하지만, 상기한 BMC는 모터 내부에도 채워지도록 구성됨에 따라 인쇄회로기 판에 실장된 스위칭 소자로부터 발생된 열을 원활히 방열하지 못하였던 문제점을 가지며, 이로 인해 상기 스위칭 소자의 고온에 의한 손상이 쉽게 이루어졌던 문제점이 있었다. 즉, 스위칭 소자에 설계된 허용 온도를 쉽게 초과하게 됨으로써 스위칭 소자의 손상이 쉽게 발생될 수밖에 없었던 것이다.

따라서, 종래에는 상기한 스위칭 소자를 필요로 하는 용량에 비해 더욱 큰 용량을 적용함으로써 허용 온도를 높여 스위칭 소자의 손상으로 인한 모터의 동작 불량을 방지할 수 있도록 하거나 혹은, 코어의 크기를 더욱 크게 하거나 적층을 높여 열을 더욱 적게 발생하는 방법 등을 고려하여 사용되고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 스위칭 소자로부터 발생된 열의 원활한 방열이 이루어질 수 있도록 함으로써 모터의 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태의 방열 구조가 적용된 비엘디씨 모터를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비엘디씨 모터에 따르면 고정된 상태로 설치되는 스테이터; 회전축이 일체로 결합되는 로터; 상기 스테이터에 결합되면서 스위칭 소자 및 여타의 각종 회로 부품이 실장되어 이루어진 회로기판; 적어도 일부는 상기 스위칭 소자의 외표면을 감싸면서 밀착되도록 형성되는 금속 재질의 방열 플레이트; 상기 스위칭 소자의 외표면과 상기 방열 플레이트 간의 대향면 사이에 개재되면서 상기 스위칭 소자로부터 발생된 열이 상기 방열 플레이트로 전도되도록 열을 방열(放熱)하는 방열 패드; 그리고, 상기 스테이터와 상기 회로기판 및 방열 플레이트가 외부 환경으로부터 차단될 수 있도록 몰딩되면서 외관을 형성하는 수지 재질의 모터 하우징:를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 방열 플레이트는 상기 스위칭 소자의 외표면을 감싸는 밀착단과, 상기 밀착단으로부터 연장 형성되면서 방열 표면적을 증가시키기 위한 방열단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열 플레이트의 밀착단 중 상기 스위칭 소자의 외표면과 접촉되 는 부위의 둘레를 따라서 요입홈이 형성되어 상기 스위칭 소자의 리드(lead)들과 절연 거리가 확보될 수 있도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열단은 상기 회로기판에 실장된 각종 회로 부품의 위치는 회피하면서 상기 회로 기판을 가로막도록 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열단의 일부에는 상기 로터의 회전축에 대한 회전을 지지하는 베어링이 설치되도록 설치 공간을 형성하는 설치단이 절곡 형성되어 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 방열 패드는 절연이 가능하면서도 열의 방출이 원활히 이루어질 수 있는 실리콘 재질로 형성됨을 특징으로 한다.

이상에서 설명된 바와 같은 본 발명의 비엘디씨 모터는 스위칭 소자로부터 발생되는 열을 최대한 빠른 시간 내에 방열시킴으로써 동일한 코어로 더욱 높은 출력을 낼 수 있게 된 효과를 가진다.

즉, 스위칭 소자의 외표면에 방열 패드를 밀착시키고, 이의 상면에 금속 재질의 방열 플레이트를 밀착시키도록 구성한 다음 비엠씨 성형 작업을 수행하여 비엘디씨 모터를 구성함으로써, 상기 스위칭 소자로부터 발생된 열이 상기 방열 플레이트를 통해 원활히 방열될 수 있게 되는 것이다.

특히, 상기한 비엘디씨 모터의 모터 하우징은 수지 몰드로 이루어지면서 각종 회로 부품이 외부로 노출됨이 차단되도록 구성됨에 따라 에어컨용 실외기와 같이 외부 환경에 노출되게 설치되는 장소에의 적용이 가능하다는 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비엘디씨 모터를 설명하도록 한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비엘디씨 모터를 나타내고 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 비엘디씨 모터는 이너로터형(inner-rotor type)의 모터임을 그 예로 한다.

이를 토대로 알 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비엘디씨 모터는 크게 스테이터(100) 및 로터(200)와, 회로기판(300)과, 방열 플레이트(400)와, 방열 패드(500) 그리고, 모터 하우징(600)을 포함하여 구성된다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 스테이터(stator)(100)는 고정된 상태를 유지하면서 원통형으로 형성되는 고정자이고, 상기 로터(rotor)(200)는 상기 스테이터(100)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 회전자로써 각각은 복수의 철심이 적층되어 형성된다.

이때, 상기한 로터(200)의 중앙측 부위로는 회전축(210)이 관통된 상태로 상기 로터(200)와 함께 회전되도록 고정된다.

다음으로, 상기 회로기판(300)은 각종 회로 부품이 실장되는 일련의 구성으로써, 상기 스테이터(100)의 후방측에 결합 고정된다.

상기한 회로기판(300)에 실장되는 회로 부품에는 IGBT와 같은 스위칭 소자(310) 뿐만 아니라 상기 로터(200)의 위치나 속도 등의 각종 검출용 소자와 복수의 트랜지스터 등이 포함된다.

이때, 상기 회로기판(300)은 전체적으로 원판형을 이루도록 형성되며, 중앙측 부위에는 상기 로터(200)의 회전축(210) 끝단이 관통될 수 있도록 관통공(320)이 형성되어 이루어진다. 이는, 첨부된 도 3에 도시한 바와 같다.

다음으로, 상기 방열 플레이트(400)는 상기 회로기판(300)에 실장된 스위칭 소자(310)에 대한 방열 성능을 향상시키기 위한 일련의 구성이다.

상기 방열 플레이트(400)는 적어도 일부는 상기 스위칭 소자(310)의 외표면을 감싸면서 밀착되도록 형성됨을 제시하며, 특히 본 발명의 실시예에서는 상기한 방열 플레이트(400)가 첨부된 도 4와 같이 밀착단(410) 및 방열단(420)을 포함하여 구성됨을 제시한다.

이때, 상기 밀착단(410)은 상기 스위칭 소자(310)의 외표면에 밀착되는 부위이고, 상기 방열단(420)은 상기 밀착단(410)으로부터 연장 형성되면서 방열 표면적을 증가시키기 위한 부위이다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 상기한 방열 플레이트(400) 중 상기 스위칭 소자(310)의 외표면과 밀착되는 밀착단(410)의 둘레를 따라서 요입홈(430)이 형성됨을 제시한다. 이때, 상기 요입홈(430)은 스위칭 소자(310)를 이루는 리드(lead)(311)들과의 절연 거리를 확보하기 위한 구성이다.

또한, 상기 방열단(420)은 상기 회로기판(300)에 실장된 각종 회로 부품의 위치는 회피하면서 상기 회로기판(300)을 가로막도록 형성됨으로써 방열 표면적이 최대한 넓을 수 있도록 구성된다. 이는, 첨부된 도 3을 통해 도시한 바와 같다.

이와 함께, 상기 방열단(420)의 각 부위 중 일부의 부위에는 베어링(220)이 설치될 수 있도록 설치 공간을 형성하는 설치단(440)이 절곡 형성된다. 이때, 상기 베어링(220)은 로터(200)에 고정되는 회전축(210)의 회전을 지지하기 위한 일련의 구성이다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 전술한 방열 플레이트(400)가 금속 재질로 이루어지면서 다이캐스팅을 통해 형성됨을 제시한다.

이는, 상기 스위칭 소자(310)로부터 발생된 열을 원활히 방열시킬 수 있도록 함과 더불어 간단한 제조가 가능하며, 몰딩 과정 중 변형되거나 움직임을 방지할 수 있도록 하기 위함이다.

다음으로, 상기 방열 패드(500)는 상기 스위칭 소자(310)의 외표면과 상기 방열 플레이트(400) 간의 대향면 사이에 개재되면서 상기 스위칭 소자(310)로부터 발생된 열이 상기 방열 플레이트(400)로 원활히 전도되도록 방열(放熱)하는 일련의 구성이다.

특히, 상기한 방열 패드(500)는 절연이 가능하면서도 열의 방출이 원활히 이루어질 수 있는 실리콘 재질로 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 방열 패드(500)는 상기 스위칭 소자(310)와 동일한 형상으로 형성될 수도 있지만, 상기 스위칭 소자(310)의 리드(311)가 설치된 부위를 감쌀 수 있을 정도로 크게 형성함이 더욱 바람직하다.

이는, 전술된 방열 플레이트(400)의 요입홈(430)과 같이 상기한 리드(311)와 방열 플레이트(400) 간의 절연성을 더욱 향상시킬 수 있도록 하기 위함이다.

다음으로, 상기 모터 하우징(600)은 비엘디씨 모터의 둘레면 및 후면 등의 외관을 형성하는 일련의 구성이다.

상기 모터 하우징(600)은 상기 스테이터(100)와 상기 회로기판(300) 및 방열 플레이트(400)가 외부 환경으로부터 구획될 수 있도록 몰딩 과정을 통해 형성되며, 비엠씨(BMC:Bulk molding compound)와 같은 수지 재질을 몰딩함으로써 형성된다.

이러한 모터 하우징(600)의 형성은 회로기판(300)의 스위칭 소자(310) 외표면에 방열 패드(500)를 밀착한 다음 방열 플레이트(400)의 밀착단(410)을 상기 방열 패드(500)에 밀착시키고, 계속해서 비엠씨 원료를 투입하여 몰딩함으로써 형성된다.

즉, 본 발명에 따른 모터 하우징(600)은 단순한 통 형상의 케이스체로 형성되는 것이 아니라 상기 스테이터(100)와 회로기판(300) 및 방열 플레이트(400)을 몰딩할 수 있도록 내부가 수지재에 의해 완전히 충전된 형태이기 때문에 상기한 각종 구성들이 외부 환경으로 노출됨이 방지되고, 이로 인해 에어컨 실외기 등과 같이 외부에 설치되는 제품에 적용 가능하다.

하기에서는, 전술한 본 발명의 비엘디씨 모터의 작용에 대하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 비엘디씨 모터의 동작이 이루어지면 스위칭 소자(310)를 통해 스테이터(100)로 전원이 제공되고, 이로 인해 로터(200)의 회전이 이루어져 회전축(210)이 회전되면서 그 구동이 이루어지게 된다.

한편, 상기한 비엘디씨 모터의 구동이 이루어지는 도중에는 상기 스위칭 소자(310)로부터 다량의 열이 발생된다.

그러나, 상기와 같이 스위칭 소자(310)로부터 발생된 열은 그에 밀착되어 있던 방열 패드(500)를 통해 방열 플레이트(400)의 밀착단(410)으로 전도되고, 계속해서 상기 방열 플레이트(400)의 방열단(420)을 통해 방열된다.

물론, 상기한 방열 플레이트(400) 역시 수지 재질로 몰딩된 모터 하우징(600)에 의해 외부 노출이 이루어지지 않지만, 상기한 방열 플레이트(400)의 방열단(420)은 상기 회로기판(300)의 각종 회로부품이 실장된 부위를 회피하면서 최대한 넓게 형성되기 때문에 방열 표면적의 확대에 따른 방열 성능의 향상을 이룰 수 있고, 이로 인해 상기 스위칭 소자(310)의 열은 최대한 낮출 수 있게 된다.

따라서, 비엘디씨 모터의 모터 하우징(600)이 수지 재질의 몰드로 구성된 비엠씨형으로 구성된다 하더라도 스위칭 소자(310)의 열을 최대한 낮출 수 있기 때문에 상기 스위칭 소자(310)를 더욱 용량이 큰 종류로 사용하지 않아도 되고, 이와 함께 로터(200) 및 스테이터(100)의 철심 크기를 크게 하거나 혹은, 적층을 높여 열을 적게 발생되도록 하는 노력을 수행하지 않아도 된다는 장점을 가진다.

특히, 금속 재질로 형성되는 방열 플레이트(400)는 모터 하우징(600)에 의해 몰딩된 상태로 외부 환경으로의 노출이 방지되기 때문에 부식과 같은 문제점뿐만 아니라 누전에 대한 문제점은 미연에 방지될 수 있게 된 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비엘디씨 모터의 외관 및 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 구성도

도 2는 도 1의 “A”부에 대한 확대도

도 3은 본 바명의 바람직한 실시예에 따른 비엘디씨 모터의 방열 플레이트에 대한 설치 상태를 설명하기 위해 나타낸 평면도

도 4는 본 바명의 바람직한 실시예에 따른 비엘디씨 모터의 방열 플레이트를 설명하기 위해 나타낸 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100. 스테이터 200. 로터

210. 회전축 220. 베어링

300. 회로기판 310. 스위칭 소자

311. 리드 320. 관통공

400. 방열 플레이트 410. 밀착단

420. 방열단 430. 요입홈

440. 설치단 500. 방열 패드

600. 모터 하우징

Claims (6)

1. 고정된 상태로 설치되는 스테이터;

   회전축이 일체로 결합되는 로터;

   상기 스테이터에 결합되면서 스위칭 소자 및 여타의 각종 회로 부품이 실장되어 이루어진 회로기판;

   적어도 일부는 상기 스위칭 소자의 외표면을 감싸면서 밀착되도록 형성된 금속 재질의 방열 플레이트;

   상기 스위칭 소자의 외표면과 상기 방열 플레이트 간의 대향면 사이에 개재되면서 상기 스위칭 소자로부터 발생된 열이 상기 방열 플레이트로 전도되도록 열을 방열(放熱)하는 방열 패드; 그리고,

   상기 스테이터와 상기 회로기판 및 방열 플레이트가 외부 환경으로부터 차단될 수 있도록 몰딩되면서 외관을 형성하는 수지 재질의 모터 하우징:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비엘디씨 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 방열 플레이트는

   상기 스위칭 소자의 외표면에 밀착되는 밀착단과,

   상기 밀착단으로부터 연장 형성되면서 방열 표면적을 증가시키기 위한 방열단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비엘디씨 모터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 방열 플레이트의 밀착단 중 상기 스위칭 소자의 외표면과 접촉되는 부위의 둘레를 따라서 요입홈이 형성되어 상기 스위칭 소자의 리드(lead)들과 절연 거리가 확보될 수 있도록 함을 특징으로 하는 비엘디씨 모터.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 방열단은 상기 회로기판에 실장된 각종 회로 부품의 위치는 회피하면서 상기 회로 기판을 가로막도록 형성됨을 특징으로 하는 비엘디씨 모터.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 방열단의 일부에는

   상기 로터의 회전축에 대한 회전을 지지하는 베어링이 설치되도록 설치 공간을 형성하는 설치단이 절곡 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 비엘디씨 모터.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 방열 패드는

   절연이 가능하면서도 열의 방출이 원활히 이루어질 수 있는 실리콘 재질로 형성됨을 특징으로 하는 비엘디씨 모터.

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