KR20130102665A - 모터와 이를 가지는 세탁기 - Google Patents

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윤근영
김영관
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Abstract

세탁기의 세탁행정과 탈수행정에서 모두 일정한 효율 이상을 유지하면서 동작할 수 있도록 개선된 구조를 가지는 세탁기를 개시한다. 세탁기는 본체와, 본체의 내부에 배치되는 터브와, 터브의 내부에 회전 가능하게 배치되는 드럼과, 터브의 후면에 결합되어 드럼을 구동하는 모터를 구비한다. 모터는, 방사형으로 배치되는 복수의 스테이터코어와, 복수의 스테이터코어 사이에 마련되는 복수의 마그네트를 가지는 스테이터와, 스테이터의 내측 또는 외측에 회전 가능하게 배치되는 로터를 포함한다.

Description

모터와 이를 가지는 세탁기{MOTOR AND WASHING MACHINE HAVING THE SAME}
본 발명은 회전력을 발생시키는 모터 및 이를 구비하는 세탁기에 관한 것이다.
세탁기는 전력을 이용하여 의류를 세탁하는 기계로서, 일반적으로 세탁수를 저수하는 터브와, 터브의 내부에 회전 가능하게 설치되는 드럼과, 드럼을 회전 구동하기 위한 모터를 구비한다.
일반적으로 세탁기의 운전행정은 크게 세탁물의 묻은 때를 제거하는 세탁행정과, 세탁과정을 통해 묻은 때가 제거된 세탁물에 포함된 수분을 제거하는 탈수행정으로 나누어진다. 세탁행정에서는 세탁수가 저수된 상태로 드럼이 저속으로 회전하며, 탈수행정에서는 세탁수가 저수되지 않은 상태로 드럼이 고속으로 회전한다.
세탁기에 장착되는 모터는 세탁기의 운전행정에 따라 필요한 두 가지의 특성을 모두 만족시켜야 한다. 즉 세탁행정에서는 고(高)토크로 드럼을 회전시킬 수 있어야 하고, 탈수행정에서는 고속으로 드럼을 회전시킬 수 있어야 한다.
그러나 종래 세탁기에 장착되는 일반적인 BLDC(Brushless Direct Current)모터로는 이와 같이 서로 다른 두 가지의 세탁기의 운전행정에 필요한 특성을 모두 만족시키기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명의 일 측면은 세탁기의 세탁행정과 탈수행정에서 모두 일정한 효율 이상을 유지하면서 동작할 수 있도록 개선된 구조를 가지는 모터 및 이를 가지는 세탁기를 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 세탁기는 본체;와, 상기 본체의 내부에 배치되는 터브;와, 상기 터브의 내부에 회전 가능하게 배치되는 드럼;과, 상기 터브의 후면에 결합되어 상기 드럼을 구동하는 모터;를 구비하고, 상기 모터는, 방사형으로 배치되는 복수의 스테이터코어와, 상기 복수의 스테이터코어 사이에 마련되는 복수의 마그네트를 가지는 스테이터;와, 상기 스테이터의 내측 또는 외측에 회전 가능하게 배치되는 로터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스테이터코어는, 원호 형상으로 마련되는 코어몸체와, 상기 코어몸체로부터 그 반경방향으로 연장 형성되며, 상기 코어몸체의 양측에 배치되는 상기 마그네트를 지지하는 복수의 지지부를 포함할 수 있다.
상기 스테이터는, 상기 복수의 스테이터코어 중 서로 다른 제1스테이터코어 및 제2스테이터코어의 서로 이웃하는 각각의 상기 지지부들을 중심으로 권선되는 제1코일을 포함할 수 있다.
상기 서로 이웃하는 각각의 지지부들 사이에 배치되는 상기 마그네트를 중심으로 권선되는 제2코일을 포함할 수 있다.
상기 제1코일은 상기 제2코일의 외측에 위치할 수 있다.
상기 스테이터의 축방향으로, 상기 마그네트의 길이는 상기 스테이터코어의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 스테이터는 상기 스테이터코어 및 상기 마그네트와 상기 제1코일 및 상기 제2코일 간의 전기적인 절연을 위해 상기 스테이터코어 및 상기 마그네트를 덮는 인슐레이터를 포함할 수 있다.
상기 로터는, 원형으로 마련되는 로터몸체와, 상기 로터몸체로부터 그 반경방향으로 연장 형성되며, 상기 로터몸체의 원주방향으로 배치되는 복수의 로터코어를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 모터는, 방사형으로 분할 배치되는 복수의 스테이터코어와, 상기 복수의 스테이터코어 사이에 삽입되어 자속을 형성하는 복수의 마그네트를 가지는 스테이터;와, 상기 스테이터와 전자기적으로 상호 작용하여 회전하며, 로터몸체와, 상기 로터몸체의 원주방향으로 배치되는 복수의 로터코어를 가지는 로터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 스테이터코어 중 서로 이웃하는 두 개의 스테이터코어는 그 사이에 상기 복수의 마그네트 중 적어도 하나가 삽입되는 마그네트 수용부를 형성할 수 있다.
상기 스테이터코어는, 상기 마그네트와 나란한 방향으로 배치되어 상기 마그네트를 지지하는 복수의 지지부와, 상기 복수의 지지부를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 마그네트를 사이에 두고 배치되는 두 개의 서로 다른 스테이터코어들의 서로 이웃하는 각각의 상기 지지부들을 중심으로 권선되어 제1방향으로 자속을 형성하는 제1코일을 포함할 수 있다.
상기 마그네트를 중심으로 권선되어 상기 제1방향과 다른 방향으로 자속을 형성하는 제2코일을 포함할 수 있다.
상기 제2코일에 흐르는 전류에 따라 상기 제2코일에 형성되는 자속은 상기 마그네트에 형성되는 자속과 중첩되거나, 상기 마그네트에 형성되는 자속을 상쇄할 수 있다.
상기 제1코일은 상기 제2코일의 외측에 권선될 수 있다.
상기 스테이터의 축방향으로, 상기 마그네트의 길이는 상기 스테어터코어의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 스테이터는 서로 분할된 상기 복수의 스테이터코어들을 연결하는 몰딩부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스테이터에 마그네트를 포함시킴과 동시에 스테이터에 포함된 마그네트의 자속의 세기를 가변할 수 있도록 함으로써, 세탁기의세탁행정과 탈수행정에 필요한 특성을 모두 효율적으로 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 스테이터와 로터를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 분리사시도.
도 4는 도 2의 I-I 선에 따른 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터와 로터 간의 자속흐름을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 특성을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 스테이터와 로터를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터의 분리사시도.
도 9는 도 7의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터와 로터 간의 자속흐름을 나타낸 도면.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들에 따른 모터는 세탁기, 에어컨, 전기자동차, 경전철, 전기자전거, 소형발전기 등 동력원으로 모터를 사용하는 각종 기기에 모두 적용이 가능하며, 이하에서는 편의상 세탁기를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 세탁기(1)는 외관을 형성하는 캐비닛(10)과, 캐비닛(10)의 내부에 배치되는 터브(20)와, 터브(20) 내부에 회전 가능하게 배치되는 드럼(30)과, 드럼(30)을 회전 구동하는 모터(40)를 구비한다.
캐비닛(10)의 전면부에는 드럼(30)의 내부로 세탁물을 투입할 수 있도록 투입구(11)가 형성된다. 투입구(11)는 캐비닛(10)의 전면부에 설치된 도어(12)에 의해 개폐된다.
터브(20)의 상부에는 터브(20)로 세탁수를 공급하기 위한 급수관(50)이 설치된다. 급수관(50)의 일측은 외부 급수원(미도시)과 연결되고, 급수관(50)의 타측은 세제 공급장치(60)와 연결된다. 세제 공급장치(60)는 연결관(55)을 통해 터브(20)와 연결된다. 급수관(50)을 통해 공급되는 물은 세제 공급장치(60)를 경유하여 세제와 함께 터브(20)의 내부로 공급된다.
터브(20)의 하부에는 터브(20) 내부의 물을 캐비닛(10)의 외부로 배출하기 위한 배수펌프(70)와 배수관(75)이 설치된다.
드럼(30)의 둘레에는 세탁수의 유통을 위한 다수의 통공(31)이 형성되고, 드럼(30)의 내주면에는 드럼(30)이 회전할 때 세탁물의 상승 및 낙하가 이루어질 수 있도록 복수의 리프터(32)가 설치된다.
드럼(30)과 모터(40)는 구동축(80)을 통해 연결된다. 구동축(80)은 모터(40)의 회전력을 드럼(30)에 전달한다. 구동축(80)의 일단은 드럼(30)에 연결되고, 구동축(80)의 타단은 터브(20)의 후벽(21)의 외측으로 연장된다.
터브(20)의 후벽(21)에는 구동축(80)을 회전 가능하게 지지하도록 베어링 하우징(82)이 설치된다. 베어링 하우징(82)은 알루미늄 합금으로 마련될 수 있으며, 터브(20)를 사출 성형할 때 터브(20)의 후벽(21)에 인서트될 수 있다. 베어링 하우징(82)과 구동축(80) 사이에는 구동축(80)이 원활하게 회전할 수 있도록 베어링들(84)이 설치된다.
이하에서는 세탁기(1)의 터브(21)의 후벽(21)에 장착되는 모터(40)의 구조 및 원리에 대해 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 스테이터와 로터를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 분리사시도이며, 도 4는 도 2의 I-I 선에 따른 단면도로써, 코일, 스테이터코어, 마그넷 간의 자속의 흐름을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터와 로터 간의 자속흐름을 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 특성을 나타낸 그래프이다. 도 3에서는 코일을 제외하고 도시하였다. 본 발명의 실시예들에 따른 모터는 로터가 스테이터의 내측에 배치되는 이너(inner)로터 타입이거나, 로터가 스테이터의 외측에 배치되는 아우터(outer)로터 타입을 모두 포함하며, 이하에서는 편의상 아우터로터 타입을 기준으로 설명한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(40)는 터브(20)의 외측에 결합되고, 드럼(30)에 동력을 제공하여 드럼(30)을 양 방향으로 회전시킨다. 모터(40)는 터브(20)의 후벽(21)에 장착되는 스테이터(100)와, 스테이터(100)의 주위에 배치되어 스테이터(100)와 전자기적으로 상호 작용하여 회전하는 로터(200)를 포함하여 구성된다.
스테이터(100)는 방사형으로 분할 배치되는 금속 재질의 스테이터코어들(110)과, 스테이터코어들(110) 사이에 결합되는 마그네트들(120)과, 스테이터코어들(110) 및 마그네트(120)를 중심으로 권선되는 코일(130)과, 스테이터코어들(110) 및 마그네트들(120)를 덮는 인슐레이터(140)를 포함하여 구성된다.
스테이터코어(110)는 원호 형상으로 마련되는 코어몸체(112)와, 코어몸체(112)로부터 코어몸체(112)의 반경이 증가하는 방향으로 연장 형성되는 복수의 지지부(114)를 포함한다. 복수의 지지부(114)는 코어몸체(112)의 양측에 연결되어 스테이터코어(110)의 양측에 위치하는 마그네트들(120)을 스테이터코어(110)의 원주 방향으로 지지한다. 복수의 지지부(114) 간의 거리는 복수의 지지부(114)가 연장되는 방향으로 갈수록 증가한다. 코어몸체(112)는 그 양측에 마련되는 복수의 지지부(114)를 연결하므로 연결부로도 볼 수 있다.
각각의 스테이터코어(110)는 스테이터(100)의 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배치되어 그 사이에 적어도 하나의 마그네트(120)가 삽입되는 마그네트 수용부(116)를 형성한다.
또한, 각각의 스테이터코어(110)는 서로 완전히 분할되므로, 마그네트(120)에서 나온 자속이 이웃하는 스테이터코어들(110)을 따라 흐르면서 누설되는 현상이 방지된다.
한편, 스테이터코어(110)는 자기장이 통과하는 자속의 경로를 형성하기 때문에 금속 등과 같은 재질의 판이 프레스 가공 및 적층되어 형성될 수 있다.
스테이터코어들(110) 사이에 배치되는 마그네트들(120)은 스테이터(100)의 중심을 기준으로 방사상으로 위치되도록 스테이터(100)의 원주방향을 따라 배열된다. 마그네트(120)는 반영구적으로 높은 에너지 밀도의 자기적 성질을 유지할 수 있는 페라이트나, 네오디움(Neodymium)이나 사마륨(samarium)과 같은 희토류를 포함할 수 있다.
마그네트(120)에 형성된 자속은 스테이터(100)의 원주??향을 따라 배열되고,서로 이웃하는 마그네트(120)는 동일한 극성이 서로 마주하도록 배치된다. 이러한 자기회로에 의하면 마그네트(120)에서 발생되는 자속이 집중되는 효과가 커지므로 모터(40)의 크기를 줄이면서도 성능을 향상시킬 수 있다.
인슐레이터(140)는 스테이터코어들(110) 및 마그네트들(120)을 상하로 덮는 상부인슐레이터(142) 및 하부인슐레이터(144)를 포함하여 구성된다. 상부인슐레이터(142) 및 하부인슐레이터(144)는 상,하로 결합되어 스테이터코어들(110) 및 마그네트들(120)을 서로 지지, 결합시키며, 스테이터코어들(110) 및 마그네트들(120)과 코일(130)이 전기적으로 절연될 수 있도록 한다. 또한, 상부인슐레이터(142) 및 하부인슐레이터(144)는 각각 스테이터(100)를 터브(20)의 후벽(21)에 고정시키기 위한 복수의 고정홀(142a, 144a)을 포함한다. 상부인슐레이터(142) 및 하부인슐레이터(144)는 전기적 절연 특성을 가지는 플라스틱 재질로 사출 성형될 수 있으며, 복수의 고정홀(142a, 144a)은 상부인슐레이터(142) 및 하부인슐레이터(144)를 사출 성형하는 과정에서 상부인슐레이터(142) 및 하부인슐레이터(144)에 각각 일체로 형성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 인슐레이터(140)를 상부인슐레이터(142) 및 하부인슐레이터(144)로 분리하지 않고, 스테이터코어들(110) 및 마그네트들(120)를 인슐레이터(140)를 사출 성형하기 위한 금형에 인서트(insert)하여 스테이터코어들(110) 및 마그네트들(120)과 일체로 형성할 수도 있다.
코일(130)은 스테이터코어들(110) 중 서로 이웃하는 제1스테이터코어(110a) 및 제2스테이터코어(110b)의 서로 이웃하는 각각의 지지부들(114a, 114b)을 중심으로 권선된다. 코일(130)에 전류가 공급되면, 전자석의 원리에 따라 스테이터(100)의 반경 방향으로 자기장이 형성된다.
코일(130)은 3상 결선의 방식으로 권선될 수 있다. 코일(130)에 3상의 교류전원이 인가되면 3상 회전 자기장이 스테이터(100)에 형성된다. 스테이터(100)에 형성된 3상 회전 자기장에 의해 로터(200)가 스테이터(100)를 중심으로 회전하게 된다.
로터(200)는 원형으로 마련되는 로터몸체(210)와, 로터몸체(210)로부터 그 반경방향 내측으로 연장 형성되며, 로터몸체(210)의 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 로터코어(220)와, 로터(200)를 구동축(80)과 결합시키기 위한 로터프레임(230)을 포함하여 구성된다. 로터몸체(210) 및 로터코어(220)는 스테이터(100)와 함께 스테이터(100)에서 형성된 자기장이 통과하는 자속의 경로를 형성하기 때문에 금속 등과 같은 재질의 판이 프레스 가공 및 적층되어 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 스테이터(100) 및 로터(200)가 서로 전자기적으로 상호 작용하여 로터(200)가 회전하는 원리에 대해 설명한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 스테이터코어들(110) 사이에 마련되는 각각의 마그네트들(120)은 자속이 집중될 수 있도록 동일한 극성이 마주보도록 교대로 배치되어 스테이터(100)의 원주방향으로 자속을 형성시킨다.
제1스테이터코어(110a)와 제2스테이터코어(110b) 사이에 배치되는 제1마그네트(120a)에 형성된 자속은 제1마그네트(120a)와 인접한 제2스테이터코어(110b)의 지지부(114b), 제2로터코어(220b), 로터몸체(210), 제1로터코어(220a), 제1마그네트(120a)와 인접한 제1스테이터코어(110a)의 지지부(114a)를 따라 자속의 폐루프경로(Ⅰ)를 형성하고, 제2스테이터코어(110b)와 제3스테이터코어(110c) 사이에 배치되는 제2마그네트(120b)에 형성된 자속은 제2마그네트(120b)에와 인접한 제2스테이터코어(110b)의 지지부(114b), 제3로터코어(220c), 로터몸체(210), 제4로터코어(220d), 제2마그네트(120b)와 인접한 제3스테이터코어(110c)의 지지부(114c)를 따라 자속의 폐루프경로(Ⅱ)를 형성한다. 제1마그네트(120a) 또는 제2마그네트(120b)와 교대로 배치되는 다른 마그네트들(120) 역시 제1마그네트(120a) 및 제2마그네트(120b)와 동일한 자속의 폐루프경로를 형성한다.
스테이터(100)에 권선되는 코일(130)에 3상의 교류전원이 인가되면 코일(130)의 주위에 반경방향의 자속(A1, A2)이 형성된다. 코일(130)의 주위에 형성된 자속은 마그네트들(120)에 의해 형성되는 자속과 중첩되어 자속 밀도를 증가시키나, 마그네트들(120)에 의해 형성되는 자속을 상쇄하여 자속 밀도를 감소시키게 된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 코일(130)의 주위에 형성된 자속(A1)에 의해 제1스테이터코어(110a)의 지지부(114a) 및 그 주위의 자속 밀도는 감소되고, 제2스테이터코어(110b)의 지지부(114b) 및 그 주위의 자속 밀도는 증가한다. 마찬가지로 코일(130)의 주위에 형성된 자속(A2)에 의해 제3스테이터코어(110c)의 지지부(114c) 및 그 주위의 자속 밀도는 감소되고, 제2스테이터코어(110b)의 지지부(114b) 및 그 주위의 자속 밀도는 증가한다.
마그네트들(120)에 의해 형성되는 제1스테이터코어(110a), 제2스테이터코어(110b), 제3스테이터코어(110c)를 포함하는 스테이터코어들(110) 주위의 자속밀도는 코일(130)에 인가되는 교류전원을 제어함으로써 원하는 크기 또는 방향으로 제어될 수 있으며, 스테이터코어들(110) 주위의 자속밀도를 제어함으로써, 로터(200)의 회전속도 및 회전방향을 제어할 수 있다.
이와 같이, 스테이터코어들(110) 사이에 삽입되는 마그네트(120)에 의해 형성되는 자속과, 스테이터코어들(110) 및 마그네트(120)를 중심으로 권선되는 코일(130)의 의해 형성되는 자속을 동시에 이용함으로써, 스테이터(100)에 형성되는 자속의 밀도를 폭 넓게 변화시킬 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 세탁기(1)의 세탁행정과 같이 고(高)토크가 요구되는 영역에서는 마그네트(120)에 의해 형성되는 자속과 코일(130)의 의해 형성되는 자속이 중첩되도록 코일(130)에 인가되는 교류전원을 제어하여 토크를 더욱 증가시킬 수 있고, 세탁기(1)의 탈수행정과 같이 고속이 요구되는 영역에서는 마그네트(120)에 의해 형성되는 자속과 코일(130)의 의해 형성되는 자속이 상쇄되도록 코일(130)에 인가되는 교류전원을 제어함으로써 로터(200)의 회전속도를 더욱 증가시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터(40a)에 대해 자세히 설명한다. 편의상 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(40)와 중복되는 부분은 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 스테이터와 로터를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터의 분리사시도이며, 도 9는 도 7의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도로써, 코일, 스테이터코어, 마그넷 간의 자속의 흐름을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터와 로터 간의 자속흐름을 나타낸 도면이다. 도 8에서는 코일을 제외하고 도시하였다.
도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터(40a)는 터브(20)의 후벽(21)에 장착되는 스테이터(300)와, 스테이터(300)의 주위에 배치되어 스테이터(100)와 전자기적으로 상호 작용하여 회전하는 로터(400)를 포함하여 구성된다.
스테이터(300)는 방사형으로 분할 배치되는 금속 재질의 스테이터코어들(310)과, 스테이터코어들(310) 사이에 결합되는 마그네트들(320)과, 스테이터코어들(310) 및 마그네트(320)를 중심으로 권선되는 제1코일(330) 및 제2코일(340)과, 스테이터코어들(310) 및 마그네트들(320)를 덮는 인슐레이터(350)를 포함하여 구성된다.
스테이터코어(310)는 원호 형상으로 마련되는 코어몸체(312)와, 코어몸체(312)로부터 코어몸체(312)의 반경이 증가하는 방향으로 연장 형성되는 복수의 지지부(314)를 포함한다. 복수의 지지부(314)는 코어몸체(312)의 양측에 연결되어 스테이터코어(310)의 양측에 위치하는 마그네트들(320)을 스테이터코어(310)의 원주 방향으로 지지한다. 복수의 지지부(314) 간의 거리는 복수의 지지부(314)가 연장되는 방향으로 갈수록 증가한다. 코어몸체(312)는 그 양측에 마련되는 복수의 지지부(314)를 연결하므로 연결부로도 볼 수 있다.
각각의 스테이터코어(310)는 스테이터(300)의 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배치되어 그 사이에 적어도 하나의 마그네트(320)가 삽입되는 마그네트 수용부(316)를 형성한다.
또한, 각각의 스테이터코어(310)는 서로 완전히 분할되므로, 마그네트(320)에서 나온 자속이 이웃하는 스테이터코어들(310)을 따라 흐르면서 누설되는 현상이 방지된다.
한편, 스테이터코어(310)는 자기장이 통과하는 자속의 경로를 형성하기 때문에 금속 등과 같은 재질의 판이 프레스 가공 및 적층되어 형성될 수 있다.
스테이터코어들(310) 사이에 배치되는 마그네트들(320)은 스테이터(300)의 중심을 기준으로 방사상으로 위치되도록 스테이터(300)의 원주방향을 따라 배열된다. 제2코일(340)의 권선을 위해 스테이터(300)의 축방향으로 마그네트들(320)의 길이는 스테이터코어들(310)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. 마그네트(320)는 도 8에 도시된 바와 같이 사각 형상으로 형성되거나, 도시되지는 않았지만 마그네트(320)의 모서리 부분만 라운드지게 형성될 수도 있으며, 원형, 다각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 마그네트(320)는 반영구적으로 높은 에너지 밀도의 자기적 성질을 유지할 수 있는 페라이트나, 네오디움(Neodymium)이나 사마륨(samarium)과 같은 희토류를 포함할 수 있다.
마그네트(320)에 형성된 자속은 스테이터(300)의 원주??향을 따라 배열되고, 서로 이웃하는 마그네트(320)는 동일한 극성이 서로 마주하도록 배치된다. 이러한 자기회로에 의하면 마그네트(320)에서 발생되는 자속이 집중되는 효과가 커지므로 모터(40a)의 크기를 줄이면서도 성능을 향상시킬 수 있다.
인슐레이터(350)는 스테이터코어들(310) 및 마그네트들(320)을 상하로 덮는 상부인슐레이터(352) 및 하부인슐레이터(354)를 포함하여 구성된다. 상부인슐레이터(352) 및 하부인슐레이터(354)는 상,하로 결합되어 스테이터코어들(310) 및 마그네트들(320)을 서로 지지, 결합시키며, 스테이터코어들(310) 및 마그네트들(320)과 제1코일(330) 및 제2코일(340)이 전기적으로 절연될 수 있도록 한다. 또한, 상부인슐레이터(352) 및 하부인슐레이터(354)는 각각 스테이터(300)를 터브(20)의 후벽(21)에 고정시키기 위한 복수의 고정홀(352a, 354a)을 포함한다. 상부인슐레이터(352) 및 하부인슐레이터(354)는 전기적 절연 특성을 가지는 플라스틱 재질로 사출 성형될 수 있으며, 복수의 고정홀(352a, 354a)은 상부인슐레이터(352) 및 하부인슐레이터(354)를 사출 성형하는 과정에서 상부인슐레이터(352) 및 하부인슐레이터(354)에 각각 일체로 형성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 인슐레이터(350)를 상부인슐레이터(352) 및 하부인슐레이터(354)로 분리하지 않고, 스테이터코어들(310) 및 마그네트들(320)를 인슐레이터(350)를 사출 성형하기 위한 금형에 인서트(insert)하여 스테이터코어들(310) 및 마그네트들(320)과 일체로 형성할 수도 있다.
인슐레이터(350)는 제1코일(330)이 권선되는 제1코일권선부(350a)와, 제2코일(340)이 권선되는 제2코일권선부(350b)를 포함한다, 제1코일권선부(350a)와 제2코일권선부(350b)는 서로 연결되며, 제1코일(330) 및 제2코일(340)이 권선된 상태에서 서로 간섭되지 않도록 제2코일권선부(350b)는 제1코일권선부(350a)와 단차지게 형성된다.
제1코일(330)은 스테이터코어들(310) 중 서로 이웃하는 제1스테이터코어(310a) 및 제2스테이터코어(310b)의 서로 이웃하는 각각의 지지부들(314a, 314b)을 중심으로 권선된다. 코일(330)에 전류가 공급되면, 전자석의 원리에 따라 스테이터(300)의 반경 방향으로 자기장이 형성된다.
제1코일(330)은 3상 결선의 방식으로 권선될 수 있다. 제1코일(330)에 3상의 교류전원이 인가되면 3상 회전 자기장이 스테이터(300)에 형성된다. 스테이터(300)에 형성된 3상 회전 자기장에 의해 로터(400)가 스테이터(300)를 중심으로 회전하게 된다.
제2코일(340)은 스테이터코어들(310) 중 서로 이웃하는 제1스테이터코어(310a) 및 제2스테이터코어(310b) 사이에 배치되는 마그네트(320)를 중심으로 제1코일(330)과 다른 방향으로 권선된다. 코일(330)에 전류가 공급되면, 전자석의 원리에 따라 스테이터(300)의 원주 방향으로 자기장이 형성된다.
로터(400)는 원형으로 마련되는 로터몸체(410)와, 로터몸체(410)로부터 그 반경방향 내측으로 연장 형성되며, 로터몸체(410)의 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 로터코어(420)와, 로터(400)를 구동축(80)과 결합시키기 위한 로터프레임(430)을 포함하여 구성된다. 로터몸체(410) 및 로터코어(420)는 스테이터(300)와 함께 스테이터(300)에서 형성된 자기장이 통과하는 자속의 경로를 형성하기 때문에 금속 등과 같은 재질의 판이 프레스 가공 및 적층되어 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 스테이터(300) 및 로터(400)가 서로 전자기적으로 상호 작용하여 로터(400)가 회전하는 원리에 대해 설명한다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 스테이터코어들(310) 사이에 마련되는 각각의 마그네트들(320)은 자속이 집중될 수 있도록 동일한 극성이 마주보도록 교대로 배치되어 스테이터(300)의 원주방향으로 자속을 형성시킨다.
제1스테이터코어(310a)와 제2스테이터코어(310b) 사이에 배치되는 제1마그네트(320a)에 형성된 자속은 제1마그네트(320a)와 인접한 제2스테이터코어(310b)의 지지부(314b), 제2로터코어(420b), 로터몸체(410), 제1로터코어(420a), 제1마그네트(320a)와 인접한 제1스테이터코어(310a)의 지지부(314a)를 따라 자속의 폐루프경로(Ⅲ)를 형성하고, 제2스테이터코어(310b)와 제3스테이터코어(310c) 사이에 배치되는 제2마그네트(320b)에 형성된 자속은 제2마그네트(320b)에와 인접한 제2스테이터코어(310b)의 지지부(314b), 제3로터코어(420c), 로터몸체(410), 제4로터코어(420d), 제2마그네트(320b)와 인접한 제3스테이터코어(310c)의 지지부(314c)를 따라 자속의 폐루프경로(Ⅳ)를 형성한다. 제1마그네트(320a) 또는 제2마그네트(320b)와 교대로 배치되는 다른 마그네트들(320) 역시 제1마그네트(320a) 및 제2마그네트(320b)와 동일한 자속의 폐루프경로를 형성한다.
제1코일(330)에 3상의 교류전원이 인가되면 제1코일(330)의 주위에 반경방향의 자속(B1, B2)이 형성된다. 제1코일(330)의 주위에 형성된 자속(B1, B2)은 마그네트들(320)에 의해 형성되는 자속과 중첩되어 자속 밀도를 증가시키나, 마그네트들(320)에 의해 형성되는 자속을 상쇄하여 자속 밀도를 감소시키게 된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제1코일(330)의 주위에 형성된 자속(B1)에 의해 제1스테이터코어(310a)의 지지부(314a) 및 그 주위의 자속 밀도는 감소되고, 제2스테이터코어(310b)의 지지부(314b) 및 그 주위의 자속 밀도는 증가한다. 마찬가지로 제1코일(330)의 주위에 형성된 자속(B2)에 의해 제3스테이터코어(310c)의 지지부(314c) 및 그 주위의 자속 밀도는 감소되고, 제2스테이터코어(310b)의 지지부(314b) 및 그 주위의 자속 밀도는 증가한다.
제2코일(340)에 교류전원이 인가되면 제2코일(340)의 주위에 원주방향(B3, B4)의 자속이 형성된다. 제2코일(340)에 의해 형성되는 원주방향(B3, B4)의 자속은 실질적으로 제1마그네트(320a) 또는 제2마그네트(320b)에 의해 형성되는 자속과 같은 방향이거나 반대 방향이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제2코일(340)에 의해 형성되는 자속(B3)은 제1마그네트(320a)에 의해 형성되는 자속과 중첩되고, 제2코일(340)에 의해 형성되는 자속(B4)은 제2마그네트(320b)에 의해 형성되는 자속을 상쇄시킨다. 위와 같이, 제2코일(340)은 마그네트들(320)에 형성된 자속의 밀도를 실질적으로 증가시키거나 감소시키는 역할을 한다.
마그네트들(320)에 의해 형성되는 제1스테이터코어(310a), 제2스테이터코어(310b), 제3스테이터코어(310c)를 포함하는 스테이터코어들(310) 주위의 자속밀도는 제1코일(330) 및 제2코일(340)에 인가되는 교류전원을 제어함으로써 원하는 크기 또는 방향으로 제어될 수 있으며, 스테이터코어들(310) 주위의 자속밀도를 제어함으로써, 로터(400)의 회전속도 및 회전방향을 제어할 수 있다.
스테이터코어들(310) 사이에 삽입되는 마그네트(320)에 의해 형성되는 자속과, 스테이터코어들(310) 및 마그네트(320)를 중심으로 권선되는 제1코일(330) 및 제2코일(340)의 의해 형성되는 자속을 동시에 이용함으로써, 스테이터(300)에 형성되는 자속의 밀도를 폭 넓게 변화시킬 수 있음은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(40)와 동일하다.
1 : 세탁기 20 : 터브
40, 40a : 모터 100, 300 : 스테이터
110, 310 : 스테이터코어 120, 320 : 마그네트
130 : 코일 140 : 인슐레이터
200, 400 : 로터 330 : 제1코일
340 : 제2코일 350 : 인슐레이터

Claims (17)

  1. 본체;와,
    상기 본체의 내부에 배치되는 터브;와,
    상기 터브의 내부에 회전 가능하게 배치되는 드럼;과,
    상기 터브의 후면에 결합되어 상기 드럼을 구동하는 모터;를 구비하고,
    상기 모터는,
    방사형으로 배치되는 복수의 스테이터코어와, 상기 복수의 스테이터코어 사이에 마련되는 복수의 마그네트를 가지는 스테이터;와,
    상기 스테이터의 내측 또는 외측에 회전 가능하게 배치되는 로터;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터코어는,
    원호 형상으로 마련되는 코어몸체와,
    상기 코어몸체로부터 그 반경방향으로 연장 형성되며, 상기 코어몸체의 양측에 배치되는 상기 마그네트를 지지하는 복수의 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스테이터는, 상기 복수의 스테이터코어 중 서로 다른 제1스테이터코어 및 제2스테이터코어의 서로 이웃하는 각각의 상기 지지부들을 중심으로 권선되는 제1코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서로 이웃하는 각각의 지지부들 사이에 배치되는 상기 마그네트를 중심으로 권선되는 제2코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1코일은 상기 제2코일의 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터의 축방향으로, 상기 마그네트의 길이는 상기 스테이터코어의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 세탁기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 스테이터코어 및 상기 마그네트와 상기 제1코일 및 상기 제2코일 간의 전기적인 절연을 위해 상기 스테이터코어 및 상기 마그네트를 덮는 인슐레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 로터는,
    원형으로 마련되는 로터몸체와,
    상기 로터몸체로부터 그 반경방향으로 연장 형성되며, 상기 로터몸체의 원주방향으로 배치되는 복수의 로터코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  9. 방사형으로 분할 배치되는 복수의 스테이터코어와, 상기 복수의 스테이터코어 사이에 삽입되어 자속을 형성하는 복수의 마그네트를 가지는 스테이터;와,
    상기 스테이터와 전자기적으로 상호 작용하여 회전하며, 로터몸체와, 상기 로터몸체의 원주방향으로 배치되는 복수의 로터코어를 가지는 로터;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 스테이터코어 중 서로 이웃하는 두 개의 스테이터코어는 그 사이에 상기 복수의 마그네트 중 적어도 하나가 삽입되는 마그네트 수용부를 형성하는 것을 특징으로 하는 모터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스테이터코어는,
    상기 마그네트와 나란한 방향으로 배치되어 상기 마그네트를 지지하는 복수의 지지부와,
    상기 복수의 지지부를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 마그네트를 사이에 두고 배치되는 두 개의 서로 다른 스테이터코어들의 서로 이웃하는 각각의 상기 지지부들을 중심으로 권선되어 제1방향으로 자속을 형성하는 제1코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 마그네트를 중심으로 권선되어 상기 제1방향과 다른 방향으로 자속을 형성하는 제2코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2코일에 흐르는 전류에 따라 상기 제2코일에 형성되는 자속은 상기 마그네트에 형성되는 자속과 중첩되거나, 상기 마그네트에 형성되는 자속을 상쇄하는 것을 특징으로 하는 모터.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1코일은 상기 제2코일의 외측에 권선되는 것을 특징으로 하는 모터.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 스테이터의 축방향으로, 상기 마그네트의 길이는 상기 스테어터코어의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 모터.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 스테이터는 서로 분할된 상기 복수의 스테이터코어들을 연결하는 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
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