KR20110139552A - 슬림형 스테이터와 그의 제조방법, 이를 포함하는 슬림형 모터 및 드럼세탁기용 직결식 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드럼세탁기에서 세탁용량과 관련된 터브의 사이즈를 줄이지 않고 허용 가능한 공간에 설치되어 직결식으로 터브 내부의 바스켓을 회전 구동시킬 수 있는 드럼세탁기용 직결식 구동장치에 관한 것이다.
상기 BLDC 모터용 슬림형 스테이터는 다수의 분할 코어; 상기 다수의 분할 코어를 부분적으로 둘러싸는 다수의 보빈; 상기 보빈의 외주에 각 상별로 권선되는 스테이터 코일; 외부 전원이 인가되는 콘넥터가 외부에 설치되고 콘넥터로부터 스테이터 내부로 연장된 터미널 핀을 구비하는 전원 터미널 블록; 상기 보빈에 일체로 형성되어 각 상별로 스테이터 코일과 터미널 핀을 상호 연결시켜주는 결선박스; 및 상기 보빈 외주에 코일이 권선된 다수의 분할형 스테이터 코어를 상호 연결하여 지지하는 스테이터 지지체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

슬림형 스테이터와 그의 제조방법, 이를 포함하는 슬림형 모터 및 드럼세탁기용 직결식 구동장치{Slim type stator and method of making the same, slim type motor having the stator, and direct drive apparatus for drum-washing machine}

본 발명은 슬림형 스테이터 및 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분할 코어 구조의 스테이터와 더블 로터를 구비한 BLDC 모터를 세탁기용으로 제작하기 위한 슬림형 스테이터와 그의 제조방법, 이를 포함하는 슬림형 모터 및 드럼세탁기용 직결식 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 드럼 세탁방식은 세제와 세탁수 및 세탁물이 드럼 내에 투입된 상태에서, 모터의 구동력을 전달받아 회전하는 드럼과 세탁물의 마찰력을 이용하여 세탁을 행하는 방식으로서, 세탁물의 손상이 거의 없고, 세탁물이 서로 엉키지 않으며, 두드리고 비벼 빠는 세탁효과를 낼 수 있다.

기존의 드럼세탁기는, 구동방식에 따라서는 모터의 구동력이 모터 풀리와 드럼 풀리 사이에 감긴 벨트를 통해 간접적으로 드럼에 전달되는 간접 연결 방식과, BLDC 모터의 로터에 연결된 축이 드럼에 직결되어 곧바로 모터의 구동력이 전달되는 직결식(direct drive : DD)으로 나뉜다.

여기서, 모터의 구동력이 드럼으로 직접 전달되지 않고 모터 풀리와 드럼 풀리 사이에 감긴 벨트를 통해 전달되는 벨트-풀리 구동방식은 구동력 전달 과정에서 에너지 손실이 발생하게 되고, 동력 전달과정에서 많은 소음이 발생하게 된다.

따라서, 이와 같은 기존 드럼세탁기의 문제점들을 해결하기 위하여 BLDC 모터를 이용한 직결식 드럼세탁기의 사용이 확대되고 있는 추세이다.

한편, 코어형 BLDC 모터는 자기회로가 축을 중심으로 레이디얼 방향으로 대칭인 구조를 가지고 있으므로 축방향 진동성 노이즈가 적고, 저속 회전에 적합하며, 자로의 방향에 대하여 공극이 차지하는 부분이 극히 적어 성능이 낮은 자석을 사용하거나 자석의 양을 줄여도 높은 자속 밀도를 얻을 수 있으므로 토크가 크고 효율이 높다는 장점을 가지고 있다.

그러나, 이러한 코어, 즉 요크 구조는 스테이터를 제작할 때에 요크(yoke, 계철)의 재료 손실이 크고, 양산할 때에 요크의 복잡한 구조로 인하여 요크에 코일을 권선하는 데 특수한 고가의 전용권선기를 사용하여야 하며, 스테이터 제작시 금형 투자비가 높아 설비 투자비용이 높다는 단점을 가지고 있다.

코어형 AC 또는 BLDC 모터, 특히 레이디얼 타입의 코어 모터에서는 스테이터 코어를 완전 분할형으로 구성하는 것이 값이 싼 범용 권선기를 사용하여 고효율로 분할 코어에 코일을 권선할 수 있기 때문에 모터의 경쟁력을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 그러나 이와 반대로 일체형 스테이터 코어 구조인 경우는 값이 비싼 전용 권선기를 사용하며 저효율 권선이 이루어지므로 모터의 제조비용이 높아지게 된다.

상기한 레이디얼 타입의 코어 모터에서 코일 권선의 효율화를 기하기 위해 스테이터 코어를 완전 분할형으로 구성하는 것은 단일 로터와 조합될 때 완전한 자기회로를 형성하지 못하는 문제가 발생한다.

이러한 점을 고려하여 본 출원인은 한국 공개특허공보 제2005-0000245호에 보빈에 코일이 권선된 다수의 스테이터 코어 조립체를 일정한 간격으로 수용하여 지지함과 동시에 다수의 코일을 상별로 결선하기 위한 환원형의 코어 지지판과, 코어 지지판에 다수의 스테이터 코어 조립체를 일정한 간격으로 자동으로 위치 설정하여 지지하기 위한 자동 위치설정/지지수단을 구비하여 스테이터의 조립 생산성을 크게 높일 수 있는 구조를 제시한 바 있다.

전술한 모터는 스테이터의 하부에 코어지지판이 배치되어, 다수의 분할형 스테이터 코어에 권선된 코일간을 결선하기 위한 결선공간을 마련하였고, 또한 모터 코일에 전원을 공급하기 위한 전원 터미널 블록이 스테이터 지지체로부터 돌출되어 있기 때문에 모터의 전체 두께는 대략 h=63mm 정도로 두껍게 제작되었다. 또한, 전술한 모터를 드럼세탁기에 적용하는 경우 드럼세탁기의 드럼 직경이 220 ~ 260mm의 대구경이므로 환형 코어 지지판의 직경도 이에 비례하여 대구경이 되어야하므로 환형 코어 지지판의 제조원가 및 조립성 측면에서 매우 불리하다.

이처럼 모터의 전체 두께가 두꺼우므로 이를 박막화하기 위해 바람직하게는 상기와 같은 환형 코어 지지판을 사용하지 않으면서 코일이 권선된 다수의 스테이터 코어를 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 일체화하는 것이 요구된다.

한편, 일반적으로 대형 모터인 경우 다수의 스테이터 폴과 다수의 로터 폴이 조합된 구조를 이루고 있으며, 분할 코어방식일 때 다수의 분할 코어로 이루어진 다수 그룹의 코어에 연속적인 권선이 이루어지는 것이, 다수의 분할 코어를 개별적으로 권선한 후, 상호 결선하여 조립하는 것 보다 조립 생산성 측면에서 바람직하다.

이러한 연속권선에 의해 환형 코어 지지판이 없이 다수의 분할 코어를 조립하여 모터를 제작하는 기술은 본 출원인에 의해 등록된 특허 제663641호에 개시되어 있다.

더욱이, 종래 세탁기용 모터의 경우, 모터의 3상 코일(U,V,W)은 3개의 리드 와이어를 통해 전원 터미널 블록과 연결하였는데, 상기 리드 와이어는 일단이 터미널 블록과 남땜으로 연결되고 타단이 각각 3상 코일(U,V,W)의 일단과 연결되어 있다.

그런데, 이와 같이 전원 터미널 블록과 3상 코일 간에 리드 와이어를 이용한 연결구조는 리드 와이어를 3상 코일과 납땜한 상태에서 다수의 코어와 함께 인서트 몰딩을 하는 데, 이때 상기 리드 와이어는 플랙시블한 구조이므로 일정한 형상을 유지하지 못하여 이를 고정시키는 것이 난이해서 가조립된 분할코어 조립체를 일체화시키기 위한 인서트 몰딩 작업이 원활하게 이루어지지 못하고, 이러한 문제로 인해 작업성이 저하되는 문제가 있었다. 이와 같은 이유로 인해 전체적인 작업공수가 늘고 작업능률이 저하될 뿐만 아니라 모터의 제조단가를 상승시키며 불량발생 원인이 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 3상 코일 단자를 각 분할 코어의 보빈에 일체로 형성된 결선박스를 이용하여 전원 터미널 블록의 포크핀과 3상 코일 단자를 상호 접속한 후 다수의 분할 코어와 함께 인서트 몰딩함으로써 전원 터미널 블록과 3상 코일과의 연결구조를 단순화함에 따라 작업성을 향상시킬 수 있고 전체적인 스테이터의 높이를 슬림형으로 제작 가능한 분할 코어 방식의 슬림형 스테이터 및 이를 이용한 슬림형 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 특수권선기를 사용하여 U, V, W 각 상마다 다수의 분할형 스테이터 코어에 대한 코일 권선을 연속하여 권선함에 의해 각 상별로 코일이 권선된 분할 코어 조립체 사이의 결선 작업을 생략하고, 인접한 분할 코어 조립체 사이의 가조립을 보빈간의 결합을 이용함에 의해 분할 코어 조립용 PCB를 제거할 수 있어 슬림형으로 제작 가능한 스테이터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 센서 PCB 홀더에 전원 터미널 블록을 통합하여 설계함에 의해 조립성을 개선한 스테이터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 드럼세탁기에서 세탁용량과 관련된 터브의 사이즈를 줄이지 않고 허용 가능한 공간에 설치되어 직결식으로 터브 내부의 바스켓을 회전 구동시킬 수 있는 드럼세탁기용 직결식 구동장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 특징에 따르면, 본 발명은 다수의 분할 코어; 상기 다수의 분할 코어를 부분적으로 둘러싸는 다수의 보빈; 상기 보빈의 외주에 각 상별로 권선되는 스테이터 코일; 외부 전원이 인가되는 콘넥터가 외부에 설치되고 콘넥터로부터 스테이터 내부로 연장된 터미널 핀을 구비하는 전원 터미널 블록; 상기 보빈에 일체로 형성되어 각 상별로 스테이터 코일과 터미널 핀을 상호 연결시켜주는 결선박스; 및 상기 보빈 외주에 코일이 권선된 다수의 분할형 스테이터 코어를 상호 연결하여 지지하는 스테이터 지지체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형된 다수의 보빈에 상별로 교번적으로 배치된 각 상의 보빈에 코일이 연속적으로 권선되어 있고 인접된 분할 코어 보빈 사이에 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 조립된 분할형 스테이터 코어 조립체; 상기 분할형 스테이터 코어 조립체를 수지를 상호 연결하여 지지하는 스테이터 지지체; 및 각 상별로 상기 코일의 인출단자에 일단이 각각 접속된 상태로 상기 스테이터 지지체와 함께 인서트 몰딩되며, 타단이 상기 스테이터 지지체 외부로 노출되는 전원 터미널 블록;을 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터를 제공한다.

상기 보빈은 상기 코일의 인출단자가 삽입되는 결선박스가 일체로 형성되며, 상기 전원 터미널 블록은 일단이 외부 전원 단자와 착탈 가능하게 접속되고 타단이 포크핀이 형성되는 다수의 터미널 핀을 구비하고, 상기 다수의 터미널 핀의 각 포크핀은 상기 코일의 인출단자가 삽입된 결선박스에 각각 삽입되어 각 상별 코일의 인출단자와 결선이 이루어질 수 있다.

또한, 상기 결선박스에 삽입된 각 상별 코일은 각각 맥 메이트 단자를 각 결선박스에 삽입하여 고정되며, 상기 포크핀은 상기 맥 메이트 단자에 압입되면서 상기 각 코일과 전기적으로 접속될 수 있다.

더욱이, 본 발명은 상기 스테이터 지지체 일부에 착탈 가능하게 결합되며, 다수의 홀센서를 구비하는 센서 PCB 홀더를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 센서 PCB 홀더는 상기 스테이터 지지체에 형성된 결합구멍에 스냅 결합되는 다수의 스냅돌기를 구비할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형된 다수의 보빈에 상별로 교번적으로 배치된 각 상의 보빈에 코일이 연속적으로 권선되어 있고 인접된 분할 코어 보빈 사이에 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 조립된 분할형 스테이터 코어 조립체; 상기 분할형 스테이터 코어 조립체를 수지를 상호 연결하여 지지하는 스테이터 지지체; 및 상기 스테이터 지지체에 착탈 가능하게 결합되며 다수의 홀센서와 홀센서 어셈블리가 실장된 센서 PCB를 구비함과 동시에 상기 각 상별 코일에 일단이 각각 접속되는 전원 터미널 블록을 일체로 구비하는 센서 PCB 홀더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터를 제공한다.

이 경우, 상기 보빈은 상기 코일의 인출단자가 삽입되는 결선박스가 일체로 형성되며, 상기 전원 터미널 블록은 내측에 외부 전원 단자와 착탈 가능하게 결합되는 다수의 제1 터미널 핀과, 상기 스테이터 지지체에 매입되고 선단부가 각 상별 코일의 일단과 접속하도록 상기 각 결선박스에 삽입되는 다수의 포크핀이 연결되는 다수의 제2 터미널 핀을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 다수의 제1 및 제2 터미널 핀은 각각 상기 센서 PCB를 통해 상호 접속되는 것이 바람직하다.

더욱이, 상기 스테이터는 더블 로터-단일 스테이터 구조를 갖는 모터에 이용될 수 있다.

또한, 상기 모터는 드럼세탁기의 바스켓을 직접 구동하기 위한 직결형 구동장치에 이용될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 드럼세탁기의 터브에 회전 가능하게 장착되며 선단부에 바스켓이 결합 고정되는 회전축; 각각 다수의 N극 및 S극 자석이 배치되는 내부 및 외부 로터를 로터 지지체에 의해 상호 연결함과 동시에 내주부가 상기 회전축과 결합되는 부싱에 연장 형성되는 더블 로터; 및 일단부가 상기 내부 로터와 외부 로터 사이에 배치되고 타단부가 상기 터브에 장착되며, 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형된 다수의 보빈에 각 상별 코일이 연속적으로 권선되고 인접된 보빈 사이에 상호 결합이 이루어지며, 보빈에 구비된 결선박스를 이용하여 전원 터미널 블록의 터미널 핀이 각 상별 코일의 인출단자와 결선되는 스테이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 직결형 구동장치를 제공한다.

이 경우, 상기 스테이터는 상기 보빈 외주에 코일이 권선된 다수의 분할형 스테이터 코어를 상호 연결하는 스테이터 지지체를 포함하며, 상기 스테이터 지지체는 터브와의 조립시에 고정볼트를 체결하는 데 사용되는 다수의 볼트체결구멍과 조립위치를 가이드하기 위한 다수의 가이드돌기가 간격을 두고 교대로 형성되도록 축방향으로 연장된 다수의 돌출부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스테이터는 다수의 분할 코어; 상기 다수의 분할 코어를 부분적으로 둘러싸는 다수의 보빈; 상기 보빈의 외주에 각 상별로 권선되는 스테이터 코일; 외부 전원이 인가되는 콘넥터가 외부에 설치되고 콘넥터로부터 스테이터 내부로 연장된 터미널 핀을 구비하는 전원 터미널 블록; 상기 보빈에 일체로 형성되어 각 상별로 스테이터 코일과 터미널 핀을 상호 연결시켜주는 결선박스; 및 상기 보빈 외주에 코일이 권선된 다수의 분할형 스테이터 코어를 상호 연결하여 지지하는 스테이터 지지체;를 포함하는 것이 바람직하다.

더욱이, 상기 스테이터는 다수의 분할 코어; 상기 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형되어 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 조립시에 내측에 배치되는 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 구비하여 인접된 분할 스테이터 코어 보빈 사이에 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 배치되며, 3상 코일이 삽입 고정되는 보빈홈이 형성된 다수의 보빈; 각 상별로 교번적으로 배치된 각상의 보빈에 연속적으로 권선된 3상 코일; 및 상기 다수의 보빈에 코일이 권선되어 조립된 분할형 스테이터 코어 조립체의 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 환형의 형상으로 성형된 스테이터 지지체;로 구성될 수 있다.

또한, 상기 로터 지지체는 상기 내부로터와 외부로터 각각의 다수의 자석의 외주부를 둘러싸는 한쌍의 환형 프레임; 상기 한쌍의 환형 프레임과 교차하여 로터의 중심부쪽으로 방사방향으로 직선상으로 연장된 다수의 직선 프레임; 및 내부에 부싱을 지지하며 직선 프레임의 선단부가 외주부에 연결되는 부싱지지부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 장치의 하우징에 회전 가능하게 장착되며 선단부에 피동체가 결합 고정되는 회전축; 각각 다수의 N극 및 S극 자석이 배치되는 내부 및 외부 로터를 로터 지지체에 의해 상호 연결함과 동시에 내주부가 상기 회전축과 결합되는 부싱에 연장 형성되는 더블 로터; 및 일단부가 상기 내부 로터와 외부 로터 사이에 배치되고 타단부가 상기 터브에 장착되며, 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형된 다수의 보빈에 각 상별 코일이 연속적으로 권선되고 인접된 보빈 사이에 상호 결합이 이루어지며, 보빈에 구비된 결선박스를 이용하여 전원 터미널 블록의 터미널 핀이 각 상별 코일의 인출단자와 결선되는 스테이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 모터를 제공한다.

이 경우, 상기 스테이터의 보빈은 상기 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형되어 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고, 내측에 배치되는 상기 제1 플랜지는 양측면 단부에 각각 조립시에 인접된 분할 스테이터 코어 보빈 사이에 상호 결합시켜 환형으로 조립하기 위한 결합홈과 결합돌기; 및 상기 제1 플랜지의 상측에 일체로 형성되어 각 상별로 스테이터 코일과 터미널 핀을 상호 연결시켜주는 결선박스;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 로터 지지체는 상기 내부로터와 외부로터 각각의 다수의 자석의 외주부를 둘러싸는 한쌍의 환형 프레임; 상기 한쌍의 환형 프레임과 교차하여 로터의 중심부쪽으로 방사방향으로 직선상으로 연장된 다수의 직선 프레임; 및 내부에 부싱을 지지하며 직선 프레임의 선단부가 외주부에 연결되는 부싱지지부;를 포함하며, 상기 한쌍의 환형 프레임과 부싱지지부 사이에는 다수의 직선 프레임에 의해 구획되어 공기순환통로 역할을 하는 다수의 관통구멍이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 다수의 분할 코어 각각의 외주에 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 갖는 다수의 보빈을 일체로 성형하는 단계; 상기 다수의 보빈 각각의 제1 및 제2 플랜지 사이에 순차적이며 연속적으로 각 상별 코일을 권선하여 각각 다수의 보빈에 코일이 권선된 다수의 분할 스테이터 코어로 이루어진 각 상별 코일 조립체를 준비하는 단계; 코일이 권선된 다수의 분할 스테이터 코어를 각 상별로 교번적으로 배치하고, 인접된 분할 스테이터 코어의 보빈에 형성된 결합홈과 결합돌기를 상호 결합하여 환형의 분할형 스테이터 코어 조립체를 준비하는 단계; 상기 각 상별 코일 인출단자가 배정된 보빈의 각 결선박스에 각 상의 코일을 각각 삽입하고 맥 메이트 단자로 결선박스에 고정하는 단계; 전원 터미널 블록의 일단에 형성된 다수의 포크핀을 상기 각 결선박스에 삽입된 맥 메이트 단자에 압입하여 상기 각 상별 코일과 결선하는 단계; 및 상기 분할형 스테이터 코어 조립체의 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 환형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 준비하는 단계를 포함하며, 상기 스테이터 성형 시 상기 전원 터미널 블록의 일부를 함께 몰딩하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터의 제조방법을 제공한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 3상 코일과 전원 터미널 블록을 연결 시 리드 와이어를 생략하고 3상 코일과 전원 터미널 블록의 포크핀을 분할 코어의 보빈에 일체로 형성된 결선박스를 이용하여 직접 접속함에 따라, 3상 코일과 전원 터미널 블록 간의 접속 작업이 용이하고 전원 터미널 블록을 다수의 분할 코어와 함께 인서트 몰딩함으로써 종래 플랙시블한 리드 와이어로 인해 난이했던 몰딩작업을 원활하게 진행할 수 있으므로 작업성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 별도의 코어 지지판을 사용하지 않고 분할 코어의 연속권선과 보빈에 형성된 상호 링크결합에 의해 다수의 분할 코어를 가조립한 후, 다수의 분할 코어 조립체를 인서트 몰딩방식으로 열경화성 수지를 이용하여 사출 성형함에 의해 스테이터의 조립 생산성을 크게 높일 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 드럼세탁기에서 세탁용량과 관련된 터브의 사이즈를 줄이지 않고 허용 가능한 공간에 설치되어 직결식으로 터브 내부의 바스켓을 회전 구동시킬 수 있는 드럼세탁기용 직결식 구동장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 슬림형 모터의 축방향을 따라 절개한 단면도,
도 2a는 본 발명에 따른 분할형 스테이터 코어의 정면도,
도 2b는 도 2a에 표시된 X-X선을 따라 나타낸 단면도,
도 2c는 도 2a에 표시된 Y-Y선을 따라 나타낸 단면도,
도 3은 도 2a에 표시된 분할형 스테이터 코어의 평면도,
도 4는 도 1의 Ⅳ 부분을 나타낸 확대도,
도 5는 본 발명에 따른 로터의 평면도,
도 6은 도 2a의 분할형 스테이터 코어의 체결상태, 3상 구동방식의 코일 권선과 배치 및 결선 상태를 설명하기 위한 도면,
도 7a 및 도 7b는 도 6에 표시된 Ⅶ부분을 나타낸 확대도 및 도 7a의 Z 부분 확대도,
도 8은 도 7a에 표시된 전원 터미널 블록을 나타내는 사시도,
도 9는 전원 터미널 블록의 포그핀이, 결선박스에 코일 일단과 함께 압입된 맥 메이트 단자에 결합되는 구조를 나타내는 사시도,
도 10은 도 6의 중성점(NP)을 이루는 공통단자를 설명하기 위한 사시도,
도 11은 스테이터에 센서 PCB 홀더를 결합한 상태를 나타내는 평면도,
도 12는 전원 터미널 블록과 일체로 형성된 센서 PCB 홀더가 스테이터에 결합된 상태를 나타내는 부분 확대도이다.

본 발명은 드럼세탁기(또는 전자동 세탁기)용 직결식 구동장치 또는 모터가 필요한 또 다른 기기에 협소한 모터 설치공간에 채용하기 적합한 슬림형 모터에 관한 것이다.

본 발명의 슬림형 모터에서는 우선, 스테이터 코어의 완전 분할에 의한 코일 권선 작업성을 고려하여, 종래와 비교하여 자석의 크기를 줄이지 않은 더블 로터 구조를 채용하였고, 그 결과 모터의 자기회로는 "내부로터-분할코어-외부로터-인접된 분할코어"를 순환하는 더블 로터/단일 스테이터 구조를 갖는다.

또한, 스테이터는 두께 방향의 슬림화를 위하여 다수의 분할 코어에 대한 코일 권선을 각 상(U,V,W)마다 연속 권선을 실시함에 의해 각 상별로 코일이 권선된 분할 코어 조립체 사이의 결선 작업을 생략하고, 열경화성 수지로 몰딩을 위하여 인접한 분할 코어 조립체 사이의 가조립을 보빈간의 링크결합을 이용함에 의해 분할 코어의 조립에 필요한 어떤 조립용 PCB 또는 지지체를 사용하지 않도록 하였다.

일반적으로 본 발명에서와 같이 모터의 극수가 많아지면 회전수(rpm)는 낮아지나(드럼 세탁기는 높은 rpm이 요구되지 않음), 각 스테이터 코어에 코일을 적게 감을 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 3상 코일 단자를 전원 터미널 블록과 연결하는 데 필요한 별도의 터미널 조립홀더를 사용하지 않고 보빈에 일체로 형성되는 결선박스를 이용하여 3상 코일 단자를 전원 터미널 블록의 포크핀에 접속한 후 다수의 분할 코어와 함께 인서트 몰딩함으로써 스테이터의 높이를 슬림화하고 부품수를 줄여 조립성을 개선하였다.

더욱이, 본 발명은 전원 터미널 블록을 3상 코일과 직접 연결하고, 다수의 분할 코어와 함께 인서트 몰딩함으로써 작업성을 개선하며 제작 단가를 낮출 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 기술한다.

A. 모터 전체 구조

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 슬림형 모터의 축방향을 따라 절단한 단면도, 도 4는 도 1의 Ⅳ 부분을 나타낸 확대도이다.

도 1 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 슬림형 모터(1)는 예를 들어, 드럼세탁기의 터브(40)에 직결식으로 설치되어 세탁기의 바스켓(30)을 정/역 방향으로 회전 구동시키는 데 사용될 수 있으며, 또한 세탁기 이외의 다른 기기에도 적용될 수 있다. 도 1은 슬림형 모터(1)가 드럼세탁기에 적용되는 것을 예로 들고 있으나, 전자동 세탁기의 내조를 구동하는 데 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 슬림형 모터(1)는 크게 스테이터(50), 로터(60) 및 구동축(70)을 포함한다.

상기 스테이터(50)는 다수의 분할형 스테이터 코어(51)가 보빈(54)의 외주에 코일(59)이 권선된 후 열경화성 수지를 사용하여 인서트 몰딩함에 의해 제조되는 환원형 스테이터 지지체(52)에 의해 일체로 형성된다.

상기 로터(60)는 스테이터(50)의 내주부 및 외주부에 소정의 자기갭(gap)을 갖고 환원형으로 다수의 자석(63)과 링 형상의 내부 요크(64)가 배치되어 있는 내부로터(60a)와, 다수의 자석(62)과 링 형상의 외부 요크(61)가 배치되어 있는 외부로터(60b)와, 상기 내부로터(60a) 및 외부로터(60b)의 일단을 상호 연결함과 동시에 중심부로 연장되어 부싱(67)과 결합되는 로터 지지프레임(65)으로 이루어진다.

상기 구동축(70)은 로터(60)의 중심부에 예를 들어, 인벌류트 세레이션(Involute Serration) 부싱(67)을 통하여 로터(60)와 결합되며 고정너트(75)에 의해 고정 연결되고 타단이 터브(40)의 배면에 설치된 적어도 한쌍의 베어링(71,73)을 통하여 회전 가능하게 지지된다.

이 경우, 상기 스테이터(50)는 완전히 분할된 다수의 분할형 스테이터 코어(51)가 환원형 스테이터 지지체(52)에 의해 환원형으로 일체로 성형되며, 상기 스테이터 지지체(52)는 내측으로 연장 형성되어 세탁기의 터브(40)에 고정볼트(41)에 의해 지지된다.

상기 베어링(71,73)은 회전축(70)에 부싱(67)을 통하여 결합된 더블 로터(60)를 회전 가능하게 지지한다. 상기 회전축(70)의 선단부는 세탁기의 터브(40) 내부로 연장 형성되어 바스켓(30)이 고정 결합되어 있으며, 따라서 바스켓(30)은 회전축(70)의 회전에 연동하여 회전이 이루어진다.

상기 더블 로터(60)의 내부 로터(60a)와 외부 로터(60b)는 각각 다수개의 자석(63,62)이 환형으로 이루어진 내부 및 외부 요크(64,61)의 외측면 및 내측면에 부착되어 있으며, 이 더블 로터(60) 사이의 환형 공간에는 다수의 분할형 스테이터 코어(51)를 포함하는 일체형 스테이터(50)가 삽입되어 있다.

이 경우 내부 및 외부 로터(60a,60b)는 불할형 자석(63,62) 대신에 분할 착자된 링형 자석을 사용할 수 있다.

이에 따라, 상기 모터(1)는 내부로터(60a)와 외부로터(60b)가 로터 지지프레임(65)에 지지되어 있는 더블 로터(60)와 단일의 스테이터(50)로 구성되는 레이디얼 코어타입 모터를 형성하고 있다.

이하에 스테이터 및 로터의 구조를 더욱 상세하게 설명한다.

B. 스테이터 구조와 제조공정

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 분할형 스테이터 코어의 정면도, 도 2a에 표시된 X-X선을 따라 나타낸 단면도, 도 2a에 표시된 Y-Y선을 따라 나타낸 단면도, 도 3은 도 2a에 표시된 분할형 스테이터 코어의 평면도이다.

도 2a 내지 도 3을 참고하면, 분할형 스테이터 코어(51)는 내부에 배치된 "I"형 분할 코어(53)를 감싸는 절연용 보빈(54)을 일체로 형성한 상태에서 보빈(54)의 외주에 코일(59)을 권선하여 환형으로 조립한 후, 인서트 몰딩방식에 의해 외측면을 열경화성 수지로 몰딩하여 환형의 일체형 스테이터(50)를 얻는다.

상기 코일의 재료는 일반적으로 Cu가 사용되나, 모터의 무게를 줄일 수 있도록 Cu에 비하여 비중이 1/3이고, 가격이 상대적으로 저렴한 Al을 사용하는 것도 가능하다. 일반적으로 Al은 산화 문제가 발생하여 모터 코일로 적용하기 어려우나, 본 발명에서는 코일이 권선된 스테이터 코어 조립체를 열경화성 수지를 사용하여 외부를 피복하므로 산화 문제가 발생하지 않게 된다.

또한, 분할 코어(53)는 모터의 회전시에 발생할 수 있는 맴돌이 전류(eddy current)에 의한 자속의 손실을 방지하기 위하여 다수의 규소 강판을 적층하여 사용하거나 투자율이 높으면서도 전기 저항이 높은 연자성체 분말(soft magnetic compound)을 소결하여 사용할 수 있다.

상기 I형 분할 코어(53)를 몰딩한 I형 보빈(54)은 코일(59)이 권선되는 중간부분의 사각통 부분과, 사각통 부분의 내측 및 외측에 각각 절곡되어 연장된 내부 및 외부 플랜지(54a,54b)로 이루어지며, 이들 플랜지(54a,54b) 사이의 사각통 부분이 코일이 권선될 수 있는 공간이다. 여기서, 보빈(54)의 내부 및 외부 플랜지(54a,54b)는 바람직하게는 외부 플랜지(54b)가 내부 플랜지(54a) 보다 상대적으로 크게 형성되어야 한다.

분할형 스테이터 코어(51)는 추후 환형으로 조립될 수 있도록 내부 플랜지(54a)의 내주면 사이의 결합을 위해 양측면에 수직방향으로 형성된 결합홈(A)과 결합돌기(B)를 가지며, 외부 플랜지(54b) 외주면은 원주형성면(C)을 서로 맞닿아 형성한다.

또한 내부 플랜지(54a) 상단에는 내부에 코일 연결홈(54d)이 형성된 결선박스(54c)가 일체로 형성되며, 이 결선박스(54c)는, 도 6과 같이, 3상(U,V,W) 코일(59a-59c) 중 어느 하나의 코일 일단이 삽입되거나, 3상 코일(59a-59c)의 타단이 한꺼번에 삽입되는 중성점(NP)을 형성한다.

도 2b를 참고하면, 분할형 스테이터 코어(51)의 내부에 삽입된 I형 분할 코어(53)가 보이고 그 코어의 외주부를 따라 감싸진 보빈(54)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 그 보빈(54)에는 내부 플랜지(54a)에 결합홈(A)과 결합돌기(B)가 형성되어 있으며, 외부 플랜지(54b)에 원주형성면(C)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

I형 분할 코어(53)와 보빈(54) 간의 조립은 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩방식으로 일체로 성형되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니고 주지된 다른 방식으로 조립될 수 있다.

이러한 각 하나의 분할형 스테이터 코어(51)를 조립하여 환형의 일체형 스테이터(50)를 제작하는 방법을 하기에서 설명한다.

도 6은 도 2a의 분할형 스테이터 코어의 체결상태 및 3상 구동방식의 코일 권선과 배치 및 결선 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 7a는 도 6에 표시된 Ⅶ부분을 나타낸 확대도, 도 7b는 도 7a의 부분 확대도이다.

이하, 설명의 편이를 위해서 각 분할형 스테이터 코어에 코일이 감기지 않은 상태로 도시하여 설명하였으나, 실제로 인서트 몰딩하여 스테이터(50)를 제작할 때는 3상(U,V,W)의 코일이 감긴 상태여야 함은 자명하다.

도 6 내지 도 7b를 참고하면, 각 분할형 스테이터 코어(51)의 보빈(54)에는 내부 플랜지(54a)의 일측에는 결합홈(A)이 형성되어 있고, 타측에는 결합돌기(B)가 형성되어 있으며, 외부 플랜지(54b)에는 원주형성면(C)이 형성되어 있다. 각 분할형 스테이터 코어(51)는 자신의 결합돌기(B)에 인접하는 분할형 스테이터 코어(51a)의 결합홈(A)이 결합됨에 따라 내주면이 형성되고, 내주면이 결합되면, 두 개의 분할형 스테이터 코어(51, 51a)의 원주형성면(C)이 서로 맞닿아 외주면을 형성한다.

이렇게 각 분할형 스테이터 코어(51)에 형성된 보빈(54)의 결합홈(A)과 결합돌기(B)를 연속적으로 상호 연결하면 도 6에 도시된 것처럼 분할형 스테이터 코어 조립체(2)가 완성된다.

이하에는 스테이터(50)의 제조방법을 설명한다. 본 발명에서는 스테이터(50)가 3상 구동방식인 경우 다수의 분할형 스테이터 코어에 대한 코일 권선을 각 상(U,V,W) 마다 연속 권선을 실시한다. 모터의 자기회로가 예를 들어, 27슬롯-24폴(또는 36폴)로 이루어지는 경우, U, V, W 각상은 9개의 분할형 스테이터 코어에 각각 3상(U,V,W)에 해당하는 코일(59a-59c)을 연속적으로 권선하여, 각 상별로 코일이 권선된 분할형 스테이터 코어 사이의 결선 작업을 생략할 수 있도록 한다.

이어서, 코일이 권선된 27개의 분할형 스테이터 코어를 도 6과 같이 U, V, W 각 상별로 교번적으로 배치하고, 인접된 분할형 스테이터 코어를 보빈(54)의 결합홈(A)과 결합돌기(B)를 연속적으로 상호 결합하면 분할형 스테이터 코어 조립체(2)가 완성된다.

그 후, 도 7a 및 도 7b와 같이, 분할형 스테이터 코어 조립체(2)에 권선된 코일(59a-59c)의 일단과 전원 터미널 블록(80)을 결선하고, 코일(59a-59c)의 타단을 함께 결선하여 중성점(NP)을 형성한다. 이하에서 전원 터미널 블록(80)의 구조 및 결선과정을 설명한다.

도 8은 도 7a에 표시된 전원 터미널 블록을 나타내는 사시도이고, 도 9는 전원 터미널 블록의 포그핀이 결선박스에 코일 일단과 함께 압입된 맥 메이트 단자에 결합되는 구조를 나타내는 사시도이고, 도 10은 도 6의 중성점을 이루는 공통단자를 설명하기 위한 사시도이다.

상기 전원 터미널 블록(80)은, 도 8을 참고하면, 금속체로 이루어진 3개의 터미널 핀(81,82,83)이 예를 들어, 인서트 몰딩에 의해 수지로 사출 형성된 몸체(80a)가 형성되고, 선단부터 후단까지 전원 터미널 블록(80)의 몸체(80a) 내측을 따라 매입 형성된다.

전원 터미널 블록(80)의 선단부에는 도 11과 같이 외부로 노출되며 세탁기 등의 본체로부터 3상 전원을 전달받기 위한 전원 콘넥터가 일체로 형성되어 있다.

상기 터미널 핀(81,82,83)은 후단이 전원 터미널 블록(80)의 후단부로부터 소정 길이 돌출되며 각각 상기 3상(U,V,W) 코일과 각각 접속되도록 조립된 상태의 3개 코어의 보빈(54)에 형성된 결선박스(54c)에 동시에 접속되도록 좌측 및 우측 터미널 핀(83,82)은 소정 각도 절곡된 상태로 연장된다. 이 경우 터미널 핀(81,82,83)의 후단에는 각각 수직으로 절곡되는 포크핀(81a,82a,83a)이 각각 연장 형성된다.

상기 포크핀(81a,82a,83a)은 각각 내부 플랜지(54a)의 상단에 일체로 형성된 결선박스(54c)에 삽입된 맥 메이트(mag mate) 단자(85)에 끼워짐으로써 3상 코일(59a-59c)과 전기적으로 접속된다. 상기 맥 메이트(mag mate) 단자(85)는 대략 "U"자 형상으로 이루어지며 일측 선단부가 내측으로 절곡된 탄성 클립을 형성한다.

도 9를 참고하여 접속 구조를 설명하면, 결선박스(54c)의 코일 연결홈(54d)에 먼저 U상 코일(59a)을 삽입하고, 맥 메이트 단자(85)를 결선박스(54c)에 압입한다. 이에 따라 맥 메이트 단자(85)는 U상 코일(59a)을 결선박스(54c)에 고정시키는 것은 물론, 포크핀(81a)과 U상 코일(59a) 간의 전기적인 접속을 위한 매개체 역할을 한다. 이어서, 각 결선박스(54c)에 압입된 맥 메이트 단자(85)에 전원 터미널 블록(80)의 포크핀(81a,82a,83a)을 각각 삽입하면, 전원 터미널 블록(80)의 각 터미널 핀(81,82,83)과 코일(59a-59c)의 결선이 이루어진다.

또한, 도 10을 참고하면, U, V, W상이 상호 결선되어 중성점(NP)을 형성하도록 각 코일(59a-59c)의 타측단자가 인출되는 3개의 분할형 스테이터 코어(51) 중 어느 하나의 결선박스(54c)에 코일(59a-59c)의 타측단자가 삽입된 후, 공통단자(COMMON)용 맥 메이트 단자(86)가 압입된다.

본 발명에서는 전원 터미널 블록(80)의 일측에 본체와 연결용 콘넥터가 일체로 형성되고 타측단자가 3상 코일과 결선박스를 이용하여 간단하게 연결이 이루어지며, 상기 콘넥터의 3상 터미널 핀(81-83)은 판형상의 금속체로 이루어짐에 따라 조립시에 취급성이 양호하여 불량 문제가 발생되지 않는다.

도 11은 도 6의 분할형 스테이터 코어 조립체에 센서 PCB 홀더를 결합한 상태를 나타내는 도면이다.

상기한 바와 같이 결선이 완료된 분할형 스테이터 코어 조립체(2)는 금형에 설치하고 BMC(Bulk Molding Compound)용 수지를 사용하여 인서트 몰딩에 의해 도 11과 같이 스테이터 지지체(52)를 성형한다. 이때 전원 터미널 블록(80)은 다수의 분할형 스테이터 코어(51)와 함께 인서트 몰딩될 때 금속체로 이루어진 3개의 터미널 핀(81-83)이 수지로 이루어진 몸체(80a)에 의해 중간부분이 몰딩된 구조를 가짐에 따라 플래시블한 리드 와이어를 사용하는 종래기술에 비해 스테이터 코어 조립체(2)의 조립작업 및 몰딩작업이 용이해진다.

상기한 인서트 몰딩은 BMC로 각 분할형 스테이터 코어(51)의 외부로 노출된 분할 코어(53)를 제외하고 각 분할형 스테이터 코어 조립체(2) 사이의 공간과, 상/하부의 권선된 코일 부분과 보빈(54)을 덮도록 몰딩시키면 환원형의 일체형 스테이터(50)가 얻어진다.

상기 인서트 몰딩용 BMC 이외에 다른 열경화성 수지를 사용할 수 있다.

도 11을 참고하면, 상기 인서트 몰딩 시 스테이터 지지체(52) 외측에 다수의 결합구멍(53a-53d)을 함께 성형한다.

계속해서 센서 PCB 홀더(90)를 스테이터 지지체(52) 일부에 고정하기 위해, 센서 PCB 홀더(90)에 돌출 형성된 스냅 결합돌기(91a-91d)를 상기 다수의 결합구멍(53a-53d)에 스냅 결합한다.

이 경우 상기 센서 PCB 홀더(90)는 3상 구동방식의 스테이터(50) 코일에 대한 전류공급을 제어하기 위하여 회전되고 있는 로터(60)의 위치를 검출하기 위한 위치신호를 발생하는 홀(Hall) IC 어셈블리(93)를 포함하고, 홀(Hall) IC 어셈블리(93)는 센서 PCB(94)에 실장되어 3개의 홀센서(95a-95c)와 연결된다.

센서 PCB 홀더(90)를 스테이터 지지체(52)에 고정함으로써 스테이터(50)의 제작이 완료된다.

도 11에 도시된 스테이터(50)에서 스테이터 지지체(52)는 축방향으로 연장된 다수의 돌출부(52a)에 세탁기 본체, 즉 터브(40)와의 조립시에 고정볼트(41)를 체결하는 데 필요한 볼트체결구멍(43)과 조립위치를 가이드하기 위한 가이드돌기(42)가 형성되어 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 스테이터는 다수의 분할형 스테이터 코어(51)를 조립할 때 스테이터의 두께에 영향을 미치는 분할 코어 조립용 PCB, 또는 코일 단자와 전원 터미널을 상호 연결하기 위한 조립홀더 등을 사용하지 않아 슬림형 구조에 요구되는 두께의 최소화를 도모할 수 있다.

한편, 전원 터미널 블록(80)은 전술한 바와 같이 센서 PCB 홀더(90)와 분리하여 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 도 12와 같이 전원 터미널 블록(180)이 센서 PCB 홀더(190)와 일체형으로 이루어진 타입으로 변형하는 것도 가능하다.

즉, 도 12를 참고하면, 전원 터미널 블록(180)은 내측에 배치된 제1 터미널핀(181-183)이 센서 PCB(194) 일측에 납땜으로 접속되고, 센서 PCB(194) 타측에는 마찬가지로 납땜으로 접속된 제2 터미널핀(181′-183′)이 연장 형성되며 그 끝단에 각각 포크핀(183a-183c)이 각각 형성된다.

이 경우, 제2 터미널핀(181′-183′)은 3상(U상, V상, W상) 코일에 각각 접속된 상태에서 다수의 분할 코어 조립체와 함께 인서트 몰딩된다. 이때 제2 터미널핀(181′-183′)의 타단은 센서 PCB(194) 타측에 납땜이 용이하도록 상향 절곡되어 있어 인서트 몰딩 후 코어 지지체(52)의 외부로 노출된 상태를 유지한다.

또한, 센서 PCB 홀더(190)의 센서 PCB(194) 타측에는 제2 터미널핀(181′-183′)의 타단이 삽입되어 돌출되는 관통구멍을 구비하고 있다.

따라서, 도 12에 도시된 일체형 구조에서는 우선, 제2 터미널핀(181′-183′)이 3상(U상, V상, W상) 코일에 각각 접속된 상태에서 다수의 분할 코어 조립체와 함께 인서트 몰딩이 이루어진 후, 센서 PCB 홀더(190)가 스테이터 지지체(52)의 다수의 결합구멍(53a-53d)에 스냅 결합이 이루어질 때 센서 PCB(194)의 타측에는 제2 터미널핀(181′-183′)의 타단이 관통구멍을 통하여 삽입되어 돌출되며 납땜에 의해 전원회로에 연결된다.

상기 센서 PCB 홀더(190)는 전술한 센서 PCB 홀더(90)와 마찬가지로, 스테이터 지지체(52)의 다수의 결합구멍(53a-53d)에 스냅 결합되는 다수의 스냅 결합돌기(191a-191d)와, 홀(Hall) IC 어셈블리(193) 및 3개의 홀센서(195a-195c)가 실장되는 센서 PCB(194)를 구비한다.

C. 로터 구조 및 제조공정

도 1, 도 4 및 도 5를 참고하면, 로터(60)는 회전축 체결용 부싱(67)을 상기 내부로터(60a)와 외부로터(60b)의 대략 무게 중심에 위치하도록 사출 성형 금형 상에 배치한 상태에서 열경화성 수지, 예를 들어 BMC(Bulk Molding Compound)로 인서트 몰딩하여 제조한다.

내부로터(60a)와 외부로터(60b)는 전술한 도 1의 단면도에서 설명한 바와 같이 각각 다수의 자석(63,62)이 링 형상의 요크(61,64)상에 배치된 상태를 유지하도록 열경화성 수지로 이루어진 로터 지지체(65)에 의해 연결되며, 그 결과 내부로터(60a)와 외부로터(60b) 사이에는 스테이터(50)의 선단부가 삽입되는 트렌치형 요홈이 형성된다.

따라서, 로터 지지체(65)는 내부로터(60a)와 외부로터(60b)에서 각각의 다수의 자석(63,62)의 대향면을 제외한 상/하부면과 링 형상 요크(61,64)의 외주부를 둘러싸는 한쌍의 환형 프레임(65a,65b)과, 상기 한쌍의 환형 프레임(65a,65b)과 교차하여 로터의 중심부쪽으로 방사방향으로 직선상으로 연장된 직선 프레임(69)과, 내부에 부싱(67)을 지지하며 직선 프레임(69)의 선단부가 외주부에 연결되는 부싱지지부(68)를 포함하며, 이들은 열경화성 수지에 의해 일체로 형성된다.

내부로터(60a)와 외부로터(60b) 사이에 스테이터(50)의 선단부가 삽입되는 트렌치형 요홈(65a)을 형성하는 트렌치 형성부(65b)와,

상기 로터 지지체(65)의 중심부에 위치한 부싱(67)은 로터 회전시에 회전력을 회전축(70)에 효과적으로 전달하기 위하여 내주부에 세레이션 구조를 구비하고 회전축(70)과 결합된다.

도 1을 참조하면, 상기 더블 로터(60)는 환원형의 내부 요크(64)의 외측에 각각 N극 및 S극으로 분할 착자된 다수의 자석(63)을 접착제를 사용하여 교대로 배치하여 내부로터(60a)를 형성하고, 환원형의 외부 요크(61)의 내측에 각각 N극 및 S극으로 분할 착자된 다수개의 자석(62)을 접착제를 사용하여 교대로 배치하여 외부로터(60b)를 형성한다. 이 경우, 내부로터(60a)와 외부로터(60b)의 대향한 자석 사이에는 예를 들어, 서로 반대 극성을 갖도록 배치된다.

상기 인서트 몰딩시에 내부로터(60a)와 외부로터(60b)는 서로 마주보는 자석의 대향면을 제외하고 외측면이 환형상으로 몰딩이 이루어진다. 이때, 로터 지지체(65)는 한쌍의 환형 프레임(65a,65b)과 직선 프레임(69)이 교차하면서 상호 연결되어 있다. 그 결과 내부로터(60a)와 외부로터(60b) 사이 및 내부로터(60a)와 부싱지지부(68) 사이에는 각각 다수의 공기순환통로 역할을 하는 관통구멍(66a,66b)이 형성되어 있다. 상기 관통구멍(66a,66b)은 로터(60)가 회전될 때 외부 공기를 내부로터(60a)와 외부로터(60b)의 자석과 스테이터(50)에 전달하여 냉각 성능을 향상시킨다.

또한, 본 발명의 로터(60)는 인서트 몰딩에 의해 내부로터(60a)와 외부로터(60b)의 다수의 자석(63,62)이 동심원상으로 배치되므로 진원도가 높게 되어 스테이터(50)와 조립될 때 균일한 자기갭(gap)의 유지가 가능하다.

따라서, 상기한 바와 같이 본 발명에서는 로터(60) 및 스테이터(50)를 각각 슬림형으로 설계하고, 이들을 조합하여 구성함에 의해 모터(1)의 전체적인 두께(즉, 높이)를 줄일 수 있도록 제작되는 것이 가능하다.

더욱이, 본 발명에서는 3상 코일(59a-59c)과 전원 터미널 블록(80)을 연결 시 리드 와이어를 생략하고 3상 코일(59a-59c)과 전원 터미널 블록(80)의 포크핀(81-83)을 코어(51)의 보빈(54)에 일체로 형성된 결선박스(54c)를 이용하여 직접 접속함에 따라, 3상 코일(59a-59c)과 전원 터미널 블록(80) 간의 접속 작업이 용이하고 전원 터미널 블록(80)을 다수의 분할형 스테이터 코어(51)와 함께 인서트 몰딩함으로써 종래 플랙시블한 리드 와이어로 인해 난이했던 몰딩작업을 원활하게 진행할 수 있으므로 작업성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 코일 권선 작업성을 높이기 위하여 스테이터(50)의 코어를 완전 분할 코어로 제작하면서도 더블 로터(60)를 채용함에 따라 자기회로의 효율을 기할 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 코일(59a-59c)의 단자 처리를 실시하고 각상의 분할 코어에 대하여는 연속 권선방식을 적용하여 분할 코어 사이의 코일의 결선을 제거함으로써 스테이터를 슬림형 구조로 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 슬림화 구조임에도 불구하고 자석과 분할 코어의 크기는 축소시키지 않고 로터 및 스테이터의 직경을 증가시키는 방식으로 슬롯(즉, 분할 코어)과 폴(즉, 자석)의 수를 증가시켜 더블 로터/단일 스테이터 구조를 구현함에 따라 일반적인 대용량 단일 로터/단일 스테이터의 모터와 비교하여 모터 효율과 토크를 더욱 증가시키는 것도 가능하다.

그 결과, 일반적인 단일 로터/단일 스테이터 구조의 모터인 경우 최대 토크 32 Nm, 모터 효율이 27.6% 정도이나, 본 발명에서는 슬림형 구조이면서도 높은 구동 토크(최대 토크: 42 Nm)와 높은 효율(44%)을 나타내고 있다.

또한, 본 발명에서는 두께(또는 높이)가 작은 슬림형 모터를 제공할 수 있어, 드럼세탁기 내부의 주어진 모터 설치공간에 채용되어 직결식으로 터브 내부의 바스켓을 회전 구동시키는 직결식 구동장치(DD: Direct Drive)를 구현할 수 있다.

또한, 분할형 스테이터 코어(51)는 크기가 작으므로 일체형 스테이터 코어 구조보다 규소 강판의 낭비율을 줄일 수 있어 재료손실이 거의 없게 되며 형상이 단순해져서 제조가 쉽고, 또한 분할형 스테이터 코어(51)에 대한 권선이 범용 권선기를 사용하여 권선하는 것이 가능하게 되어 코일 권선 비용과 권선설비에 대한 투자비가 감소된다.

더욱이, 상기 실시예는 로터 및 스테이터가 모두 수지를 이용하여 일체형으로 구성되므로 내구성, 방습성 등이 우수하여 고습도 환경에서 사용되는 세탁기용 드럼 구동원으로 적합하나 이에 제한되지 않으며, 스테이터의 취부 구조 또한 모터가 적용되는 장치에 따라 변형이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

본 발명은 분할 코어 구조의 스테이터와 더블 로터를 구비한 BLDC 모터를 세탁기용으로 제작하기 위한 슬림형 스테이터와 그의 제조방법, 이를 포함하는 슬림형 모터 및 드럼세탁기용 직결식 구동장치에 적용된다.

1 : 슬림형 모터 30 : 바스켓
40 : 터브 50 : 스테이터
60 : 로터 70 : 회전축
80 : 전원 터미널 블록 90 : 센서 PCB 홀더

Claims (19)

1. 다수의 분할 코어;
   상기 다수의 분할 코어를 부분적으로 둘러싸는 다수의 보빈;
   상기 보빈의 외주에 각 상별로 권선되는 스테이터 코일;
   외부 전원이 인가되는 콘넥터가 외부에 설치되고 콘넥터로부터 스테이터 내부로 연장된 터미널 핀을 구비하는 전원 터미널 블록;
   상기 보빈에 일체로 형성되어 각 상별로 스테이터 코일과 터미널 핀을 상호 연결시켜주는 결선박스; 및
   상기 보빈 외주에 코일이 권선된 다수의 분할형 스테이터 코어를 상호 연결하여 지지하는 스테이터 지지체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
2. 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형된 다수의 보빈에 상별로 교번적으로 배치된 각 상의 보빈에 코일이 연속적으로 권선되어 있고 인접된 분할 코어 보빈 사이에 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 조립된 분할형 스테이터 코어 조립체;
   상기 분할형 스테이터 코어 조립체를 수지를 상호 연결하여 지지하는 스테이터 지지체; 및
   각 상별로 상기 코일의 인출단자에 일단이 각각 접속된 상태로 상기 스테이터 지지체와 함께 인서트 몰딩되며, 타단이 상기 스테이터 지지체 외부로 노출되는 전원 터미널 블록;을 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
3. 제2항에 있어서, 상기 보빈은 상기 코일의 인출단자가 삽입되는 결선박스가 일체로 형성되며,
   상기 전원 터미널 블록은 일단이 외부 전원 단자와 착탈 가능하게 접속되고 타단이 포크핀이 형성되는 다수의 터미널 핀을 구비하고,
   상기 다수의 터미널 핀의 각 포크핀은 상기 코일의 인출단자가 삽입된 결선박스에 각각 삽입되어 각 상별 코일의 인출단자와 결선이 이루어지는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
4. 제3항에 있어서, 상기 결선박스에 삽입된 각 상별 코일은 각각 맥 메이트 단자를 각 결선박스에 삽입하여 고정되며,
   상기 포크핀은 상기 맥 메이트 단자에 압입되면서 상기 각 코일과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스테이터 지지체 일부에 착탈 가능하게 결합되며, 다수의 홀센서를 구비하는 센서 PCB 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
6. 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형된 다수의 보빈에 상별로 교번적으로 배치된 각 상의 보빈에 코일이 연속적으로 권선되어 있고 인접된 분할 코어 보빈 사이에 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 조립된 분할형 스테이터 코어 조립체;
   상기 분할형 스테이터 코어 조립체를 수지를 상호 연결하여 지지하는 스테이터 지지체; 및
   상기 스테이터 지지체에 착탈 가능하게 결합되며 다수의 홀센서와 홀센서 어셈블리가 실장된 센서 PCB를 구비함과 동시에 상기 각 상별 코일에 일단이 각각 접속되는 전원 터미널 블록을 일체로 구비하는 센서 PCB 홀더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
7. 제6항에 있어서, 상기 보빈은 상기 코일의 인출단자가 삽입되는 결선박스가 일체로 형성되며,
   상기 전원 터미널 블록은
   내측에 외부 전원 단자와 착탈 가능하게 결합되는 다수의 제1 터미널 핀과,
   상기 스테이터 지지체에 매입되고 선단부가 각 상별 코일의 일단과 접속하도록 상기 각 결선박스에 삽입되는 다수의 포크핀이 연결되는 다수의 제2 터미널 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
8. 제7항에 있어서, 상기 다수의 제1 및 제2 터미널 핀은 각각 상기 센서 PCB를 통해 상호 접속되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
9. 제1항, 제2항 또는 제6항에 있어서, 상기 스테이터는 더블 로터-단일 스테이터 구조를 갖는 모터에 이용되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
10. 제9항에 있어서, 상기 모터는 드럼세탁기의 바스켓을 직접 구동하기 위한 직결형 구동장치에 이용되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터.
11. 드럼세탁기의 터브에 회전 가능하게 장착되며 선단부에 바스켓이 결합 고정되는 회전축;
    각각 다수의 N극 및 S극 자석이 배치되는 내부 및 외부 로터를 로터 지지체에 의해 상호 연결함과 동시에 내주부가 상기 회전축과 결합되는 부싱에 연장 형성되는 더블 로터; 및
    일단부가 상기 내부 로터와 외부 로터 사이에 배치되고 타단부가 상기 터브에 장착되며, 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형된 다수의 보빈에 각 상별 코일이 연속적으로 권선되고 인접된 보빈 사이에 상호 결합이 이루어지며, 보빈에 구비된 결선박스를 이용하여 전원 터미널 블록의 터미널 핀이 각 상별 코일의 인출단자와 결선되는 스테이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 직결형 구동장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 스테이터는 상기 보빈 외주에 코일이 권선된 다수의 분할형 스테이터 코어를 상호 연결하는 스테이터 지지체를 포함하며,
    상기 스테이터 지지체는 터브와의 조립시에 고정볼트를 체결하는 데 사용되는 다수의 볼트체결구멍과 조립위치를 가이드하기 위한 다수의 가이드돌기가 간격을 두고 교대로 형성되도록 축방향으로 연장된 다수의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 직결형 구동장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 스테이터는
    다수의 분할 코어;
    상기 다수의 분할 코어를 부분적으로 둘러싸는 다수의 보빈;
    상기 보빈의 외주에 각 상별로 권선되는 스테이터 코일;
    외부 전원이 인가되는 콘넥터가 외부에 설치되고 콘넥터로부터 스테이터 내부로 연장된 터미널 핀을 구비하는 전원 터미널 블록;
    상기 보빈에 일체로 형성되어 각 상별로 스테이터 코일과 터미널 핀을 상호 연결시켜주는 결선박스; 및
    상기 보빈 외주에 코일이 권선된 다수의 분할형 스테이터 코어를 상호 연결하여 지지하는 스테이터 지지체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 직결형 구동장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 스테이터는
    다수의 분할 코어;
    상기 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형되어 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 조립시에 내측에 배치되는 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 구비하여 인접된 분할 스테이터 코어 보빈 사이에 결합홈과 결합돌기를 상호 결합시켜 환형으로 배치되며, U, V, W 3상 코일이 삽입 고정되는 보빈홈이 형성된 다수의 보빈;
    U, V, W 각 상별로 교번적으로 배치된 각상의 보빈에 연속적으로 권선된 U, V, W 3상 코일; 및
    상기 다수의 보빈에 코일이 권선되어 조립된 분할형 스테이터 코어 조립체의 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 열경화성 수지를 이용한 인서트 몰딩에 의해 환형의 형상으로 성형된 스테이터 지지체;로 구성되는 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 직결형 구동장치.
15. 제11항에 있어서, 상기 로터 지지체는
    상기 내부로터와 외부로터 각각의 다수의 자석의 외주부를 둘러싸는 한쌍의 환형 프레임;
    상기 한쌍의 환형 프레임과 교차하여 로터의 중심부쪽으로 방사방향으로 직선상으로 연장된 다수의 직선 프레임; 및
    내부에 부싱을 지지하며 직선 프레임의 선단부가 외주부에 연결되는 부싱지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 직결형 구동장치.
16. 장치의 하우징에 회전 가능하게 장착되며 선단부에 피동체가 결합 고정되는 회전축;
    각각 다수의 N극 및 S극 자석이 배치되는 내부 및 외부 로터를 로터 지지체에 의해 상호 연결함과 동시에 내주부가 상기 회전축과 결합되는 부싱에 연장 형성되는 더블 로터; 및
    일단부가 상기 내부 로터와 외부 로터 사이에 배치되고 타단부가 상기 터브에 장착되며, 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형된 다수의 보빈에 각 상별 코일이 연속적으로 권선되고 인접된 보빈 사이에 상호 결합이 이루어지며, 보빈에 구비된 결선박스를 이용하여 전원 터미널 블록의 터미널 핀이 각 상별 코일의 인출단자와 결선되는 스테이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 모터.
17. 제16항에 있어서, 상기 스테이터의 보빈은
    상기 다수의 분할 코어 각각의 외주에 성형되어 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고,
    내측에 배치되는 상기 제1 플랜지는 양측면 단부에 각각 조립시에 인접된 분할 스테이터 코어 보빈 사이에 상호 결합시켜 환형으로 조립하기 위한 결합홈과 결합돌기; 및
    상기 제1 플랜지의 상측에 일체로 형성되어 각 상별로 스테이터 코일과 터미널 핀을 상호 연결시켜주는 결선박스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 모터.
18. 제16항에 있어서, 상기 로터 지지체는
    상기 내부로터와 외부로터 각각의 다수의 자석의 외주부를 둘러싸는 한쌍의 환형 프레임;
    상기 한쌍의 환형 프레임과 교차하여 로터의 중심부쪽으로 방사방향으로 직선상으로 연장된 다수의 직선 프레임; 및
    내부에 부싱을 지지하며 직선 프레임의 선단부가 외주부에 연결되는 부싱지지부;를 포함하며,
    상기 한쌍의 환형 프레임과 부싱지지부 사이에는 다수의 직선 프레임에 의해 구획되어 공기순환통로 역할을 하는 다수의 관통구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬림형 모터.
19. BLDC 모터용 슬림형 스테이터의 제조방법에 있어서,
    다수의 분할 코어 각각의 외주에 중간 부분을 둘러싸며 일측 및 타측에 제1 및 제2 플랜지를 구비하고 제1 플랜지의 양측면 단부에 각각 결합돌기와 결합홈을 갖는 다수의 보빈을 일체로 성형하는 단계;
    상기 다수의 보빈 각각의 제1 및 제2 플랜지 사이에 순차적이며 연속적으로 각 상별 코일을 권선하여 각각 다수의 보빈에 코일이 권선된 다수의 분할 스테이터 코어로 이루어진 각 상별 코일 조립체를 준비하는 단계;
    코일이 권선된 다수의 분할 스테이터 코어를 각 상별로 교번적으로 배치하고, 인접된 분할 스테이터 코어의 보빈에 형성된 결합홈과 결합돌기를 상호 결합하여 환형의 분할형 스테이터 코어 조립체를 준비하는 단계;
    상기 각 상별 코일 인출단자가 배정된 보빈의 각 결선박스에 각 상의 코일을 각각 삽입하고 맥 메이트 단자로 결선박스에 고정하는 단계;
    전원 터미널 블록의 일단에 형성된 다수의 포크핀을 상기 각 결선박스에 삽입된 맥 메이트 단자에 압입하여 상기 각 상별 코일과 결선하는 단계; 및
    상기 분할형 스테이터 코어 조립체의 각 분할 코어의 내/외측면을 제외하고 환형의 형상으로 성형하여 일체형 스테이터를 준비하는 단계를 포함하며,
    상기 스테이터 성형 시 상기 전원 터미널 블록의 일부를 함께 몰딩하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터용 슬림형 스테이터의 제조방법.

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