KR20140145059A

KR20140145059A - 모터장치와 이를 가지는 청소기

Info

Publication number: KR20140145059A
Application number: KR1020130149884A
Authority: KR
Inventors: 김광수; 김덕진; 방명배; 이성구; 인병렬; 김영관
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-12-22

Abstract

저가의 페라이트 영구자석을 사용하여 효율이 높고, 저렴한 모터장치를 개시한다. 모터장치는 회전가능하게 설치되는 샤프트, 샤프트의 일측에 연결되어 공기의 흐름을 발생하는 팬(fan), 원주방향으로 배열된 스테이터코어와, 스테이터코어에 감긴 코일을 가지는 스테이터와 스테이터의 내측에 배치되어, 주축 중심에 샤프트가 관통하는 통로가 마련된 원기둥 형상의 로터를 포함하고, 로터는 돌기구조가 마련된 로터코어와 자기력을 제공하는 적어도 하나 이상의 페라이트(ferrite) 자석이 결합된 것을 특징으로 한다. 이러한 페라이트자석을 사용하여 기존의 유니버설 모터와 비교하여 우수한 효율을 낼 수 있고, Nd자석을 사용하는 BLDC모터와 비교하여 낮은 재료비로 모터장치를 구현가능하다.

Description

모터장치와 이를 가지는 청소기{MOTOR AND CLEANER HAVING THE SAME}

본 발명은 모터장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 페라이트 영구자석을 사용하는 모터장치에 관한 것이다.

모터는 전기에너지로부터 회전력을 얻는 기계로서, 스테이터와 로터를 구비한다. 로터는 스테이터와 전자기적으로 상호 작용하도록 구성되고, 자기장과 코일에 흐르는 전류 사이에서 작용하는 힘에 의해 회전한다.

기존의 청소기에 사용되는 구동 모터는 유니버셜 모터가 대부분이었다. 유니버셜 모터는 제어기가 필요없고 고가의 부품이 사용되지 않아, 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 그러나 유니버설 모터에는 정류자와 브러시가 사용되아야 하고, 이러한 장치들로 인해 모터의 효율이 저하되고 수명이 제한된다는 문제점이 있다.

최근 전 세계적인 에너지 규제 강화추세로 인하여 청소기 분야에도 신규 에너지 등급규격이 제정되어, 소비에너지 절감 및 시스템 효율 개선의 필요성이 있다.

이에 따라 영구자석이 사용되는 BLDC(Bushless DC)모터의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 결과 높은 에너지 밀도와 우수한 구조강도를 가지는 Nd자석을 적용한 BLDC 모터의 개발이 이루어졌다. 그러나, 고가의 히토류 Nd자석을 사용하여 기존의 유니버셜 모터에 비하여 엄청난 고가의 제품이 된다는 문제점이 있다.

또한, 모터의 고효율과 소형화의 요구에 따라, 모터의 외경 크기를 결정하는 가장 큰 요인인 팬에 대한 개발도 활발히 이루어 지고 있다. 동일한 부하를 기준으로 모터가 고속으로 구동될수록 팬의 사이즈가 작아져, 이러한 고속구동모터에 맞추어 고속구동 팬이 개발되었다. 그러나, 고속구동 팬과 샤프트와의 슬립(silp)이 문제 되었다. 종래에 슬립을 방지하기 위한 샤프트의 D컷 형상은 회전 중심에 대한 불균형을 가져와, 고속 구동모터의 성능에 악영향을 가져오는 문제점이 있다.

본 발명의 일 측면은 저가의 페라이트 영구자석을 사용하여 효율이 높고, 저렴한 모터장치를 제공한다.

또한 고속구동 팬과 샤프트 사이의 슬립(silp)을 방지하기 위한 효과적인 취부구조를 제공한다.

본 발명의 사상에 따른 모터는 회전가능하게 설치되는 샤프트, 상기 샤프트의 일측에 연결되어 공기의 흐름을 발생하는 팬(fan), 원주방향으로 배열된 스테이터코어와, 상기 스테이터코어에 감긴 코일을 가지는 스테이터와 상기 스테이터의 내측에 배치되어, 주축 중심에 상기 샤프트가 관통하는 통로가 마련된 원기둥 형상의 로터를 포함하고, 상기 로터는 돌기구조가 마련된 로터코어와 상기 로터코어에 결합된 자기력을 제공하는 적어도 하나 이상의 페라이트(ferrite) 자석을 포함한다.

상기 돌기구조는 상기 로터가 회전하며 추가적인 릴럭턴스 토크를 얻을 수 있도록, 상기 로터코어의 회전중심으로부터 원주방향으로 돌출된 복수 개의 돌기를 포함할 수 있다.

상기 로터코어는 2개의 돌기가 회전중심을 기준으로 대응되게 형성될 수 있다.

상기 복수 개의 돌기 사이에 상기 페라이트 자석이 각각 결합될 수 있다.

상기 돌기는 각각 외면이 더 큰 호를 갖는 부채꼴 형상으로 마련되고, 상기 페라이트자석은 상기 돌기를 사이에 두고 각각 상기 로터코어에 결합됨에 따라, 상기 로터의 단면은 환형을 이룰 수 있다.

상기 돌기 사이에 마련되는 상기 로터코어의 외관은 타원형으로 형성되고, 상기 페라이트자석은 상기 로터코어의 형상에 대응하여 마련되어, 상기 로터의 단면은 환형을 이룰 수 있다.

상기 로터코어는 상기 페라이트 자석과 접촉하는 면에 본드를 삽입할 수 있는 다단구조를 마련하여, 상기 로터코어와 상기 페라이트 자석을 본드를 사용하여 결합할 수 있다.

상기 로터는 외면에 상기 로터코어와 상기 페라이트 자석을 결합하기 위한 비산방지구조를 포함할 수 있다.

상기 로터는 회전 균형을 맞추기 위해, 양 단면에 가공가능한 밸런스 구조를 포함할 수 있다.

상기 로터의 단면에 홈을 포함하고, 상기 밸런스 구조에 상기 홈에 대응하는 돌기를 포함하여, 상기 돌기가 상기 홈에 삽입되며, 상기 로터의 단면에 상기 밸런스 구조가 결합될 수 있다.

상기 스테이터 코어는 복수 개의 슬롯을 포함하고, 상기 복수 개의 슬롯에는 각각 코일이 감겨 있을 수 있다.

상기 복수 개의 슬롯은 3개일 수 있다.

상기 스테이터의 외측은 흡입된 공기가 송풍될 수 있도록 다각형상을 포함할 수 있다.

상기 스테이터의 외측은 6각형일 수 있다.

상기 스테이터의 외측은 각 꼭짓점에 고정가능하게 형성된 요철구조를 포함할 수 있다.

상기 팬은 상기 샤프트와 연결가능하게 중앙부를 관통하는 내경을 포함하고,상기 샤프트는 상기 내경의 하부에서 상기 내경의 상부로 통과하여, 상기 내경의 상부에서 상기 샤프트의 끝머리가 너트와 연결되고, 상기 내경은 상기 샤프트의 슬립을 방지할 수 있는 요철형상을 포함할 수 있다.

상기 너트는 상기 내경의 상부로 적어도 일부가 삽입되고, 상기 내경은 상기 너트의 형상에 대응하는 홈을 포함할 수 있다.

상기 너트와 상기 내경의 상부는 서로 결합하여 고정가능하게 돌기와 그에 대응하는 홈을 각각 포함할 수 있다.

상기 너트는 중심을 기준으로 대응되게 같은방향으로 돌출된 2개의 돌기를 포함하고, 상기 내경의 상부는 상기 돌기에 대응되는 홈을 포함하여, 상기 돌기가 상기 홈에 삽입되며, 상기 너트와 상기 팬이 결합될 수 있다.

본 발명의 사상에 따른 청소기는 외관을 이루며 내부에 흡입력을 발생시키는 모터장치를 구비한 본체와, 소정의 길이를 갖도록 형성되어 청소가 이루어지는 면과 접촉하는 브러쉬 헤드를 포함하는 청소기에 있어서, 상기 모터장치는 중심축을 이루는 샤프트, 공기를 흡입하는 흡입구를 갖는 모터커버, 상기 샤프트의 일측과 연결되어 모터커버에 인접하게 위치하는 팬, 돌기구조가 마련된 로터코어와 페라이트 자석이 결합하여 회전가능하게 상기 샤프트에 설치되는 로터, 상기 로터를 감싸며 결합하는 코일이 권선된 스테이터를 포함한다.

상기 페라이트 자석은 상기 돌기의 사이에 각각 위치하여, 상기 로터코어와 결합되어, 상기 로터는 주축중심에 샤프트와 연결을 위한 통로를 갖는 원기둥 형상으로 마련될 수 있다.

상기 페라이트 자석은 상기 돌기에서 회전방향으로 멀어질수록 큰 단면적을 갖을 수 있다.

상기 스테이터의 외측은 흡입된 공기가 송풍될 수 있는 공간을 가질 수 있는 다각형상을 포함할 수 있다.

상기 팬은 중앙부에 샤프트가 삽입가능하게 형성된 내경을 포함하고, 상기 샤프트는 상기 내경을 통과하여, 상기 내경의 상부에서 상기 샤프트의 끝머리와 너트가 연결되고, 상기 내경의 상부에는 홈을 포함하고, 상기 너트에는 상기 홈과 대응하는 돌기를 포함하여, 상기 홈으로 상기 돌기가 삽입되며 상기 너트가 상기 팬에 고정될 수 있다.

페라이트자석을 사용하여 기존의 유니버설 모터와 비교하여 우수한 효율을 낼 수 있고, Nd자석을 사용하는 BLDC모터와 비교하여 낮은 재료비로 BLDC모터의 구현이 가능하다.

또한, 고속구동 팬과 샤프트의 슬립을 방지하는 요철구조를 형성하여, 전체 재료비 저하 및 성능 신뢰성을 확보한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치를 가지는 청소기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치의 분해도를 도시한 도면이다.
도 3, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치의 로터를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 모터장치의 로터를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치의 스테이터를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치의 로터와 스테이터의 결합을 도시한 도면이다.
도 8, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치의 팬과 너트, 샤프트를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 모터장치의 팬과 너트를 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치를 가지는 청소기를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 청소기는 외관을 이루는 본체(10)와, 청소가 이루어지는 면과 접촉하는 브러쉬헤드(20), 손잡이(30), 손잡이(30)와 본체(10)를 연결하는 연결호스(40)로 이루어질 수 있다.

브러쉬헤드(20)는 청소가 이루어지는 면과 접촉하여 먼지를 포함한 공기가 최초 흡입되는 부분이다. 브러쉬 헤드(20)는 소정의 길이를 갖도록 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 브러쉬 헤드(20)의 하면에는 청소하고자 하는 면으로부터 먼지를 분리하는 브러쉬가 마련될 수 있다.

손잡이(30)는 사용자가 연결관(50)과 브러쉬헤드(20)를 손쉽게 움직이게 하기 위해 마련된다. 손잡이(30)에는 청소기의 동작을 선택하기 위한 다수의 조작버튼이 마련된 조작부가 마련될 수 있다.

연결호스(40)는 본체(10)를 중심으로 일정 범위 내에서는 본체(10)를 이동시킬 필요 없이, 브러쉬헤드(20)와 연결관(50)만을 이동시킴으로써 청소가 이루어지는 영역을 변경할 수 있다. 이를 위하여 연결호스(40)는 플라스틱 등 탄성변형 가능한 재질로 형성될 수 있다.

본체(10)는 내부에 먼지의 집진이 이루어지는 집진실(11)과, 흡입력을 발생시키는 구동실(12)이 마련된다.

집진실(11)에는 먼지를 포함한 공기가 본체(10) 내로 흡입되게 하는 흡입공(11a)이 마련된다. 흡입공(11a)의 외측에는 연결호스(40)가 연결된다. 흡입공(11a)의 내측에는 연결호스(40)를 통해 유입된 공기로부터 먼지를 집진할 수 있도록 먼지봉투(11b)가 구비된다.

구동실(12)에는 회전력을 발생시키는 모터(100)와 모터(100)에 의해 회전하며 흡입력을 발생시키는 팬(200)이 구비된다. 구동실(12)의 일측에는 먼지가 제거된 공기를 외부로 배출할 수 있도록 배출공(13)이 마련된다.

흡입력을 발생시키는 팬(200)에 의해 브러쉬헤드(20)로 흡입된 공기는 연결호스(40)를 지나 본체(10)로 들어온다. 공기는 연결호스(40)와 이어진 흡입공(11b)을 통과하여, 구동실(12)과 연결된 관(14)으로 들어가 배출공(13)으로 다시 외부로 빠져나간다.

모터(100), 팬(200) 그리고 모터(100)와 팬(200)을 조립시켜주는 구조물을 포함하여 모터장치(1)라 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치(1)의 분해도를 도시한 도면이다.

모터장치(1)는 모터커버(22)가 위에 위치하고 하부 하우징(26b)이 아래에 위치하도록, 청소기의 구동실(12)에 장착될 수 있다. 모터커버(22)부터 도 2에 도시된 순서대로 차례로 설명한다.

모터커버(22)는 팬(200)을 덮어 기밀을 유지한다. 모터커버(22)는 팬을 덮을 수 있도록 원형의 뚜껑형상을 포함하고, 중앙에는 구멍(22a)이 마련된다. 중앙에 마련된 구멍(22a)을 통해 공기가 모터장치(1) 내부로 들어온다.

너트(202)는 팬(200)과 샤프트(300)를 연결하는 장치이다. 팬(200)에는 샤프트(300)가 통과할 수 있도록, 중앙부를 관통하는 내경(204)이 마련된다. 너트(202)는 팬(200)의 내경(204)를 통과한 샤프트(300)의 끝머리(302)와 결합되어, 팬(200)과 샤프트(300)를 연결한다. 너트(202)는 고속으로 구동되는 팬(200)과 샤프트(300)를 긴밀하게 연결할 수 있다.

팬(200)은 모터커버(22)의 구멍(22a)으로부터 공기를 흡입하여, 공기의 흐름을 발생시킬 수 있다. 청소기에 사용되는 팬(200)은 하부가 넓고 상부가 좁은 구조로 마련될 수 있다.

디퓨저(24)는 팬(200)으로부터 발생한 공기의 흐름을 적절하게 조정하여, 원하는 유동성능이 나타날 수 있는 가이드 역할을 수행한다. 디퓨저(24)는 팬 가이드라고 표현될 수 있다.

상부 하우징(26a)은 베어링(28)의 지지부와 디퓨저(24)의 안착부로 마련될 수 있다. 상부 하우징(26a)은 정면에서 바라볼 경우, 리본형태를 가질 수 있다. 상부 하우징(26a)의 끝 부분이 각각 하부 하우징(26b)에 연결되어, 로터(400)와 스테이터(500)의 긴밀을 유지할 수 있다.

베어링(28)은 샤프트(300)에 연결되는 로터(400)를, 일정한 위치에 고정시킨다. 베어링(28)은 로터(400)의 양 쪽에 한 쌍으로 위치하며, 상부 베어링(28a)과 하부 베어링(28b)으로 구분된다.

샤프트(300)는 회전가능하게 설치되어, 팬(200)이나 로터(400)로 동력을 전달한다. 샤프트(300)는 모터장치(1)의 중심을 관통하는 막대모양으로, 끝머리(302)에는 팬(200)이 연결된다. 샤프트(300)에 로터(400)가 조립되고, 로터(400)의 양 끝에 베어링(28)이 위치하여 원활한 회전운동을 할 수 있다.

로터(400)는 샤프트에 끼워지는 로터코어(402)와 자기력을 제공하는 페라이트(Ferrite)자석(404), 균형을 잡아주는 밸런스 구조(406)를 포함한다. 로터(400)는 전체적으로 주축 중심에 샤프트(300)가 관통하는 통로가 마련된 원기둥의 형상을 포함할 수 있다.

밸런스 구조(406)는 로터코어(402)와 결합하여 회전시 발생하는 불균형을 제거할 수 있다. 밸런스 구조(406)는 로터(400)의 양 단면에 각각 부착되어, 제 1밸런스(406a)와 제 2밸런스(406b)로 구분된다. 가공이 어려운 로터(400)에 가공이 가능한 밸런스 구조(406)를 부착하여, 밸런스 구조(406)를 가공함에 따라 로터(400)의 균형을 잡을 수 있다.

로터코어(402)는 중앙부에 샤프트(300)가 통과할 수 있는 구멍(402a, 도3)이 마련되어, 샤프트(300)와 연결가능하다. 로터코어(402)의 측면(402b, 도3)에 페라이트 자석(404)이 결합된다. 페라이트 자석(404)은 한 쌍으로 로터코어(402)의 양 측면(402b, 도3)에 각각 부착되고, 이를 제 1페라이트 자석(404a)과 제 2페라이트 자석(404b)으로 구분한다.

스테이터(500)는 골격을 이루는 스테이터코어(502, 도5)와 스테이터코어(502)에 감긴 코일(504, 도5)을 포함한다. 스테이터(500)는 중앙부에 로터(400)를 수용할 수 있는 공간을 포함한다.

인슐레이터(505)는 전기적 절연성을 가지는 재질로 형성된다. 인슐레이터(505)는 스테이터(500)의 양 쪽에 각각 조립되고, 이는 상부 인슐레이터(505a)와 하부 인슐레이터(505b)로 구분된다.

마지막으로 하부 하우징(26b)은 스테이터(500)를 포함한 샤프트(300)에 연결된 부품이 안착될 수 있는 구조가 마련된다. 하부 하우징(26b)은 모자의 형상으로 일측은 넓게 개방되어 개방부(262)를 이루고, 다른 일측은 폐쇄되어 있다. 개방부(262)는 상부 하우징(26b)과 연결되어 내부에 안착되는 구조물을 긴밀하게 할 수 있다. 하부 하우징(26a)은 복수의 개구(260)를 형성하여, 모터장치(1)를 통과한 공기는 개구(262)를 통해 빠져나갈 수 있다.

유니버설 모터는 DC모터의 일종으로 로터의 회전운동에 따라 각 코일에 들어가는 전류의 방향을 변경해줘야 하기 때문에 정류자와 브러쉬 구조가 필요하다. 그러나 영구자석을 사용하는 BLDC모터에는 정류자와 브러쉬 구조를 포함하지 않는다.

도 3, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치(1)의 로터(400)를 도시한 도면이다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 로터(400)는 로터코어(402)와 제 1페라이트 자석(404a), 제 2페라이트 자석(404b), 상부 밸런스(406a), 하부 밸런스(406b)를 포함한다.

로터코어(402)는 중심부(402a)에 샤프트(300)가 끼워지고, 측면(402b)은 페라이트 자석(404)과 결합된다. 로터코어(402)는 전기강판으로 구성될 수 있다. 로터코어(402)는 고속구동에 따른 철손 및 제어기의 스위칭 주파수 등을 고려하여 2극으로 설계될 수 있다.

로터코어(402)는 돌기구조를 형성하여, 추가적인 릴럭턴스 토크를 발생할 수 있다. 즉, 값 비싼 Nd자석과 대비하여 나타나는 페라이트 자석의 성능저하와 그에 따른 토크 저하를 로터코어(402)의 돌기구조로 보상받을 수 있다. 돌기구조는 로터(400)가 회전하며 추가적인 릴럭턴스 토크를 얻을 수 있도록, 회전중심에서 돌출되게 형성될 수 있다. 즉, 로터코어(402)의 회전중심으로부터 원주방향으로 돌출된 복수 개의 돌기로 돌기구조가 마련될수 있다. 로터코어(402)의 원주방향으로 돌출된 돌기(402c)를 형성하여 돌기구조를 이룬다. 돌기(402c)는 바같쪽이 큰 호를 갖는 부채꼴 모양을 가질 수 있다. 로터코어(402)의 외주면에 2개의 돌기(402c)를 회전중심을 기준으로 원주방향으로 대응하여 돌출되게 형성할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전체적인 로터코어(402)의 단면은 중심부(402a)에 개구가 마련된 사탕모양을 가질 수 있다.

로터코어(402)는 페라이트 자석(404)이 접촉하는 측면(402b)에 다단구조를 포함할 수 있다. 다단구조를 형성함에 따라, 로터코어(402)와 페라이트 자석(404) 사이에 미소공간(402d)이 마련될 수 있다. 이러한 미소공간(402d)은 로터코어(402)와 페라이트 자석(404)을 결합하기 위한 물질이 차지할 수 있다. 로터코어(402)와 페라이트 자석(404)은 본드를 이용하여 결합될 수 있다.

제 1페라이트 자석(404a)과 제 2페라이트 자석(404b)은 로터코어(402)의 양쪽 측면(402b)을 감싸면서 로터코어(402)와 결합할 수 있다. 로터코어(402)의 돌기(402c) 사이에 각각 페라이트 자석(404)이 위치할 수 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 제 1페라이트자석(404a)과 제 2페라이트 자석(404b)은 돌기(402c)를 사이에 두고 로터코어(402)와 결합할 수 있다. 로터코어(402)에 제 1 페라이트 자석(404a), 제 2페라이트 자석(404b)이 결합된 후, 로터(400)의 단면은 환형을 형성할 수 있다.

페라이트 자석(404)의 착자방향은 평행방향(Parallel)이나 수직방향(Radial)모두 가능하다. 다만, 공극자속밀도의 정현화 측면에서는 평행방향의 착자방향이 유리하다.

도 4에서 도시된 바와 같이 로터코어(402)와 페라이트 자석(404)이 결합된 로터(400)의 외주면에는 비산방지구조(401)를 포함할 수 있다. 비산방지구조(401)는 로터코어(402)에 결합된 페라이트 자석(404)이 흩어지지 않도록 고정시킨다. 비산방지구조(401)는 스테인레스 스틸(SUS)과 같은 구조용 강이나 열수축 튜브, 고강도 플라스틱 등으로 구성될 수 있다.

밸런스 구조(406)는 회전하는 로터(400)의 균형을 잡기위하여, 로터(400)에 부착된 가공이 가능한 부분이다. 밸런스 구조(406)를 절삭가공함에 따라 밸런스 구조(406)를 포함하는 로터(400)의 회전균형을 잡을 수 있다. 밸런스 구조(406)는 도 4에 도시된 로터(400)의 단면크기와 동일한 크기의 원형 형상으로 마련된다. 도 3에서 도시된 바와 같이 상부 밸런스(406a)와 하부 밸런스(406b)는 로터(400)의 양 단면에 마주보며 부착된다.

로터(400)의 단면에 포함된 홈(409)과 밸런스 구조(406)에 포함된 돌기(408)가 결합되며, 로터(400)와 밸런스 구조(406)가 결합된다. 도 3에서 도시된 바와 같이 로터코어(402)에 2개의 홈(409)이 형성될 수 있다. 이러한 홈(409)과 대응되게 밸런스 구조(406)에 2개의 돌기(408)가 형성될 수 있다. 밸런스 구조(406)에 형성된 돌기(408)가 로터(400)의 홈(409)에 삽입되며, 밸런스 구조(406)와 로터(400)가 결합될 수 있다. 상부 밸런스(406a)와 하부 밸런스(406b)는 돌기(408)가 형성된 면이 로터(400)를 향하도록 샤프트(300)에 끼워진다.

도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 모터장치(1)의 로터(400a)를 도시한 도면이다.

Nd자석과 대비하여 나타나는 페라이트 자석의 성능저하와 그에 따른 토크 저하는 돌기구조로 보상받을 수 있지만, 페라이트 자석은 Nd에 비해 상대적으로 자속밀도가 낮고 보자력이 낮아 감자에 불리하다. 특히, 페라이트자석은 저온 감자의 특성이 있어서 회전시의 감자에 취약하여, 이를 보완하는 구조를 설명한다.

도 4에 도시된 돌기(402c) 사이에 마련되는 로터코어(402)의 외관은 원형을 이루고 있으나, 도 5에 도시된 돌기(402ca) 사이에 마련되는 로터코어(403)의 외관은 타원형으로 형성하였다. 페라이트자석(404aa, 404ba)은 타원형으로 마련되는 로터코어(403)의 형상에 대응하여 로터(400a)의 단면이 환형을 이루도록 마련될 수 있다.

즉, 페라이트자석(404aa, 404ba)의 회전방향 단면적은 일정하지 않으며, 돌기(402ca)에서 회전방향으로 멀어질수록 큰 단면적을 가질 수 있다. 돌기(402ca) 또한 도 4에 도시된 돌기(402c)에 비해, 회전중심에서 돌출된 정도가 적도록 마련될 수 있다. 이러한 단면적이 일정하지 않도록 마련된 페라이트 자석(404aa, 404ba)은 자속의 흐름을 분산시켜 자속이 최대한 분포되는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 자속이 집중되어 감자형성이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치(1)의 스테이터(500)를 도시한 도면이다.

스테이터(500)는 골격을 이루는 스테이터 코어(502)와 그에 감긴 코일(504)를 포함한다. 스테이터(500)는 내측(500a)에 로터(400)가 삽입될 수 있는 구조를 포함한다. 스테이터(500)의 외측(500b)은 스테이터코어(502)의 골격을 포함한다.

내측(500a)과 외측(500b) 사이의 공간은 복수 개의 슬롯(502b)으로 나누어 질 수 있다. 복수 개의 슬롯(502b) 각각에 코일(504)이 권선된다. 코일(504)은 집중권 방식으로 권선될 수 있다. 이때 사용되는 코일(504)은 구리, 알루미늄 또는 구리와 알루미늄의 복합재질일 수 있다.

슬롯(502a)의 수는 3개로 할 수 있다. 슬롯(502a)의 수를 최소화하여, 팬(200)에 의해 발생되는 공기의 흐름이 원활하게 지나갈 수 있는 공간을 확보할 수 있다. 슬롯(502a)에 각각 권선된 코일(504)과 코일(504)사이의 공간을 통해 공기가 지나갈 수 있다.

스테이터(500)의 외측(500b)은 다각형상을 포함할 수 있다. 원형의 하부 하우징(26b) 공간에 다각형의 스테이터(500)가 고정되어, 잉여공간이 발생할 수 있다. 이러한 잉여공간으로 공기의 통로를 형성할 수 있다. 스테이터(500)의 외측(500b)은 6각형으로 형성할 수 있다.

스테이터(500)의 외측(500b)에는 하부 하우징(26b)과의 조립을 위한 요철구조를 포함한다. 요철구조는 다각형의 외측(500b)의 모서리에 돌기(502b)부분으로 형성될 수 있다. 다각형으로 마련된 스테이터(500)의 외측(500b) 모서리 각각에 돌기(502b)를 형성하여 하부 하우징(26b, 도2)에 고정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치(1)의 로터(400)와 스테이터(500)의 결합을 도시한 도면이다.

스테이터(500)의 내측(500a)에 로터(400)가 삽입된다. 로터(400)의 중심부(402a)에는 샤프트(300)가 위치한다. 로터코어(402)가 샤프트(300)에 장착되고, 로터코어(402)를 감싸며 페라이트 자석(404)이 결합된다. 그 위로 비산방지구조(400a)가 결합되어 로터코어(402)와 페라이트 자석(404)이 긴밀하게 결합할 수 있다. 그 다음으로 스테이터 코어(502)가 위치하고, 스테이터 코어(502)의 슬롯(502a)에는 코일(504)이 권선된다. 스테이터(500)의 외측(500b)은 다각형상를 가진다.

도 8, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터장치(1)의 팬(200a)과 너트(202a), 샤프트(300)를 도시한 도면이다.

모터장치(1)에는 고속회전이 가능한 팬(200a)을 사용할 수 있다. 팬(200a)은 입체적인 형상으로 마련될 수 있다. 고속구동이 가능한 팬(200a)을 사용하는 경우 기존의 팬보다 체결구조의 중요성이 높다. 특히, 샤프트(300)와 팬(200a) 사이에서 슬립(silp)의 발생을 방지하는 것이 중요하다. 슬립을 방지하기 위해 기존에는 팬의 하면에 슬립방지용 취부구조를 추가하여 샤프트와 팬을 결합하였다. 이는 샤프트를 d컷으로 가공해야하는 비대칭구조를 형성하여, 회전시 불균형을 증가시켰다. 본 발명은 추가적인 슬립방지용 취부구조를 사용하지 않고 기존의 고정용 너트(202a)를 변형하여 슬립을 방지할 수 있다.

팬(200a)은 중심부(204a)에 샤프트(300)가 통과할 수 있는 내경(206a, 206b)을 포함한다. 샤프트(300)는 팬(202a)의 내경의 하부(206b)에서 내경의 상부(206a)로 통과하여, 내경의 상부(206a)에서 너트(202a)와 결합되어 고정된다. 이때, 내경의 상부(206a)은 기존의 원형구조에 요철형상이 마련된 형상을 포함할 수 있다. 도 8에서 도시된 바와 같이 너트(202a)와 연결되는 내경의 상부(206a)에는 홈(208)을 포함하는 형상으로 마련된다.

내경의 상부(206a)에는 중심을 기준으로 대응되는 2개의 홈(208)이 마련된다. 마련된 2개의 홈(208)의 크기에 맞추어, 너트(202a)에는 중심을 기준으에 대응되게 같은방향으로 돌출된 2개의 돌기(209)가 마련된다. 너트(202a)의 돌기(209)가 내경의 상부(206a)에 마련된 홈(208)으로 삽입되어, 너트(202a)가 팬(200a)에 고정할 수 있다. 내경의 상부(206a)에 돌기가 마련되고 너트(202a)에 홈이 마련되어, 서로 결합하여 고정할 수도 있다.

　도 9에 도시된 바와 같이 팬(202a)의 내경 하부(206b)에는 슬립방지용 취부구조가 마련된 기존의 하부구조와 달리, 가공의 편의성을 갖는 원형의 통로가 마련된다. 내경의 하부(206b)로 샤프트(300)가 삽입되고, 내경의 상부(206a)로 샤프트(300)의 끝머리(302)가 빠져나와 너트(202a)와 체결된다. 샤프트(300)의 끝머리(302)에는 너트(202a)와 연결될 수 있는 나사선이 형성되어 있다. 샤프트(300)의 끝머리(302)와 너트(202a)가 결합되면, 샤프트(300)와 너트(202a)는 일체로 움직일 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 모터장치(1)의 팬(200b)과 너트(202b)를 도시한 도면이다.

너트(202b)를 내경의 상부(206c)에 삽입시켜 팬(200b)과 샤프트(300)간의 슬립을 방지할 수 있다. 도 10에서 도시된 바와 같이 너트(202b)는 길이방향으로 연장되어 형성되고, 내경의 상부(206c)는 너트(202b)의 형상에 대응하는 홈의 형상으로 마련될 수 있다.

원형이 아닌 형태로 마련된 너트(202b)의 형상과 대응하는 내경의 상부(206c)에 너트(202b)를 삽입하고, 샤프트(300)와 연결하여 슬립을 방지할 수 있다. 너트(202b)는 적어도 일부가 내경의 상부(206c)에 삽입될 수 있도록 마련될 수 있다.

도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 내경의 상부(206a, 206c)에 대응하여 돌출구조를 갖는 너트(202a, 202b)가 결합되어, 너트(202a, 202b)와 팬(200a, 200b)이 일체로 형성된다. 즉, 팬(200a, 200b)과 샤프트(300)가 너트(202a, 202b)로 인해 일체로 연결되어 슬립을 방지할 수 있다.

모터장치(1)의 조립을 전체적으로 설명하면, 로터코어(402)의 측면(402b)에 제 1페라이트 자석(404a)과 제 2페라이트 자석(404b)이 각각 결합한다. 그리고 양 단면에 제 1밸런스(406a)와 제 2밸런스(406b)가 결합하여 로터(400)를 이룬다. 스테이터(500)의 내측(500a)에 로터(400)를 삽입하고, 스테이터(500)의 양쪽에 제 1인슐레이터(505a)와 제 2인슐레이터(505b)를 각각 결합한다. 결합된 로터(400), 스테이터(500)를 샤프트(300)에 끼워넣고, 양 쪽을 상부 베어링(28a)과 하부 베어링(28b)으로 고정한다. 하부 하우징(26b)에 결합된 구조물을 넣고, 스테이터(500)의 요철구조로 고정한다. 하부 하우징(26b)과 연결된 반대편으로 돌출된 샤프트(300)에 상부 하우징(26a)을 끼운다. 상부 하우징(26a)과 하부 하우징(26b)을 나사 등의 체결도구로 연결한다. 샤프트(300)의 끝머리(302)에 디퓨져(24), 팬(200)을 통과시켜 너트(202)와 연결한다. 앞에 설명한 바와 같이 너트(202)와 팬(200)의 요철구조로 샤프트(300)는 팬(200)과 일체로 연결되어 슬립이 방지될 수 있다. 마지막으로 모터커버(22)를 덮어 모터장치(1)의 긴밀을 유지한다.

이러한 모터장치(1)는 청소기에 삽입되어 공기를 흡입하고 토출하는 동력원이 될 수 있다. 청소기를 예로 들어 설명하였으나, 핸드드라이어 등과 같은 각종 가전기기는 물론 소형화된 고속구동용 모터가 요구되는 모든 장치에 적용될 수 있다.

설명함에 있어 특정 형상을 위주로 설명하였으나, 이는 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 모터장치 10 : 청소기 본체
12 : 구동실 100 : 모터
200 : 팬 202 : 너트
300 : 샤프트 400 : 로터
402 : 로터코어 404 : 페라이트 자석
406 : 밸런스 500 : 스테이터
502 : 스테이터 코어 504 : 코일

Claims

회전가능하게 설치되는 샤프트;
상기 샤프트의 일측에 연결되어 공기의 흐름을 발생하는 팬(fan);
원주방향으로 배열된 스테이터코어와, 상기 스테이터코어에 감긴 코일을 가지는 스테이터;와
상기 스테이터의 내측에 배치되어, 주축 중심에 상기 샤프트가 관통하는 통로가 마련된 원기둥 형상의 로터;를 포함하고,
상기 로터는 돌기구조가 마련된 로터코어와 상기 로터코어에 결합된 자기력을 제공하는 적어도 하나 이상의 페라이트(ferrite) 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 1항에 있어서,
상기 돌기구조는 상기 로터가 회전하며 추가적인 릴럭턴스 토크를 얻을 수 있도록, 상기 로터코어의 회전중심으로부터 원주방향으로 돌출된 복수 개의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 2항에 있어서,
상기 로터코어는 2개의 돌기가 회전중심을 기준으로 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 2항에 있어서,
상기 복수 개의 돌기 사이에 상기 페라이트 자석이 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 4항에 있어서,
상기 돌기는 각각 외면이 더 큰 호를 갖는 부채꼴 형상으로 마련되고,
상기 페라이트자석은 상기 돌기를 사이에 두고 각각 상기 로터코어에 결합됨에 따라, 상기 로터의 단면은 환형을 이루는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 5항에 있어서,
상기 돌기 사이에 마련되는 상기 로터코어의 외관은 타원형으로 형성되고,
상기 페라이트자석은 상기 로터코어의 형상에 대응하여 마련되어, 상기 로터의 단면은 환형을 이루는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 1항에 있어서,
상기 로터코어는 상기 페라이트 자석과 접촉하는 면에 본드를 삽입할 수 있는 다단구조를 마련하여, 상기 로터코어와 상기 페라이트 자석을 본드를 사용하여 결합하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 1항에 있어서,
상기 로터는 외면에 상기 로터코어와 상기 페라이트 자석을 결합하기 위한 비산방지구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 1항에 있어서,
상기 로터는 회전 균형을 맞추기 위해, 양 단면에 가공가능한 밸런스 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 9항에 있어서,
상기 로터의 단면에 홈을 포함하고,
상기 밸런스 구조에 상기 홈에 대응하는 돌기를 포함하여,
상기 돌기가 상기 홈에 삽입되며, 상기 로터의 단면에 상기 밸런스 구조가 결합되는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 1항에 있어서,
상기 스테이터 코어는 복수 개의 슬롯을 포함하고, 상기 복수 개의 슬롯에는 각각 코일이 감겨 있는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 11항에 있어서,
상기 복수 개의 슬롯은 3개인 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 1항에 있어서,
상기 스테이터의 외측은 흡입된 공기가 송풍될 수 있도록 다각형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 13항에 있어서,
상기 스테이터의 외측은 6각형인 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 13항에 있어서,
상기 스테이터의 외측 각 꼭짓점은 외부에 상기 스테이터를 고정할 수 있는 요철구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 1항에 있어서,
상기 팬은 상기 샤프트와 연결가능하게 중앙부를 관통하는 내경을 포함하고,
상기 샤프트는 상기 내경의 하부에서 상기 내경의 상부로 통과하여, 상기 내경의 상부에서 상기 샤프트의 끝머리가 너트와 연결되고,
상기 내경은 상기 샤프트의 슬립을 방지할 수 있는 요철형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 16항에 있어서,
상기 너트는 상기 내경의 상부로 적어도 일부가 삽입되고,
상기 내경은 상기 너트의 형상에 대응하는 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 16항에 있어서,
상기 너트와 상기 내경의 상부는 서로 결합하여 고정가능하게 돌기와 그에 대응하는 홈을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
제 18항에 있어서,
상기 너트는 중심을 기준으로 대응되게 같은방향으로 돌출된 2개의 돌기를 포함하고,
상기 내경의 상부는 상기 돌기에 대응되는 홈을 포함하여,
상기 돌기가 상기 홈에 삽입되며, 상기 너트와 상기 팬이 결합되는 것을 특징으로 하는 모터장치.
외관을 이루며 내부에 흡입력을 발생시키는 모터장치를 구비한 본체와, 소정의 길이를 갖도록 형성되어 청소가 이루어지는 면과 접촉하는 브러쉬 헤드를 포함하는 청소기에 있어서,
상기 모터장치는 중심축을 이루는 샤프트, 공기를 흡입하는 흡입구를 갖는 모터커버, 상기 샤프트의 일측과 연결되어 모터커버에 인접하게 위치하는 팬, 돌기구조가 마련된 로터코어와 페라이트 자석이 결합하여 회전가능하게 상기 샤프트에 설치되는 로터, 상기 로터를 감싸며 결합하는 코일이 권선된 스테이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
제 20항에 있어서,
상기 돌기구조는 상기 로터가 회전하며 추가적인 릴럭턴스 토크를 얻을 수 있도록, 상기 로터코어의 회전중심으로부터 원주방향으로 돌출된 복수 개의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
제 21항에 있어서,
상기 페라이트 자석은 상기 돌기의 사이에 각각 위치하여, 상기 로터코어와 결합되어, 상기 로터는 주축중심에 샤프트와 연결을 위한 통로를 갖는 원기둥 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 청소기.
제 22항에 있어서,
상기 페라이트 자석은 상기 돌기에서 회전방향으로 멀어질수록 큰 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 청소기.
제 20항에 있어서,
상기 스테이터의 외측은 흡입된 공기가 송풍될 수 있는 공간을 가질 수 있는 다각형상을 포함하는 것을 특징을 하는 청소기.
제 24항에 있어서,
상기 팬은 중앙부에 샤프트가 삽입가능하게 형성된 내경을 포함하고,
상기 샤프트는 상기 내경을 통과하여, 상기 내경의 상부에서 상기 샤프트의 끝머리와 너트가 연결되고,
상기 내경의 상부에는 홈을 포함하고,
상기 너트에는 상기 홈과 대응하는 돌출구조를 포함하여,
상기 돌출구조가 상기 홈에 삽입되어 상기 너트가 상기 팬에 고정되는 것을 특징으로 하는 청소기.