KR20160084978A

KR20160084978A - 소형 비엘디시 모터

Info

Publication number: KR20160084978A
Application number: KR1020150001758A
Authority: KR
Inventors: 김영본
Original assignee: 주식회사 위일트로닉
Priority date: 2015-01-07
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2016-07-15
Also published as: KR102242788B1

Abstract

본 발명은 자동차용 실내외 소형 회전체나 산업용 소형 팬 모터, 수족관용 펌프 모터 등의 용도로 사용되는 소형 비엘디시(BLDC, Brushless DC) 모터(Motor) 에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 관통공(12)을 갖는 인쇄회로기판(10)과, 영구자석(32)이 구비된 회전체(30)를 포함하여 구성되는 소형 비엘디시(BLDC) 모터에 있어서, 상기 인쇄회로기판(10)에 구비되어 상기 회전체의 영구자석에 대한 자력을 발생시키기 위한 고정자 코일(20)은 개별 칩(Chip) 형태로 구성하고, 이를 인쇄회로기판에 표면실장기술(SMT, Surface Mounting Technology)방식을 통해 자동으로 조립 고정되도록 하여 비엘디시 모터의 구조 간단화를 도모함과 동시에 생산 원가절감 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

소형 비엘디시 모터{SMALL BRUSHLESS DC MOTOR}

본 발명은 자동차용 실내외 소형 회전체나 산업용 소형 팬 모터, 수족관용 펌프 모터 등의 용도로 사용되는 소형 비엘디시(BLDC, Brushless DC) 모터(Motor) 에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 인쇄회로기판(PCB)에 고정되어 자력을 발생시키는 코일을 개별 칩 코일(Chip Coil) 형태로 제작하고, 이를 인쇄회로기판에 표면실장(SMT, Surface Mounting Technology)방식으로 자동 조립되도록 하여 비엘디시 모터의 구조 간단화를 도모함과 동시에 생산 원가절감 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 소형 비엘디시 모터에 관한 것이다.

주지하다시피, 비엘디시 모터는, 종래 브러시를 갖는 DC모터의 제반 문제점을 해결한 모터로서, 브러시와 정류자가 없고, 회전자를 영구자석으로 함으로써 소음이 적고, 브러시의 교체가 전혀 불필요하기 때문에 유지관리가 매우 용이하며 사용 수명이 연장되는 등의 여러 구조적인 이점을 가지고 있다. 이러한 이유로 인해 비엘디씨 모터는 각 산업 분야에서 다양하게 이용되고 있는 실정이다.

하지만, 종래 제공되고 있는 비엘디시 모터에 있어서, 자력을 발생시키기 위하여 인쇄회로기판(PCB)에 고정되는 고정자 코일(1)은, 도 1의 (a)(b)와 같이 스테이터 코어(2)에 하나의 유닛(Unit) 형태로 구성되어 있다. 즉, 스테이터 코어(2)의 각 코일 권선부(3)에 대하여 코일(4)이 각각 감겨져 있는 구조이다. 그리고, 각 코일 권선부(3)와의 사이에는 슬롯(5)이 형성되어 있다.

따라서, 종래 비엘디시 모터에서 사용되고 있는 고정자 코일(1)은 스테이터 코어(2)의 코일 권선부(3)에 각각 코일(4)이 감겨져 일체로 유닛화되어 있기 때문에 각 코일 권선부에 코일을 감는 것이 매우 어렵다. 즉, 스테이터 코어의 코일 권선부에 코일을 감기 위해서는 슬롯(5)을 통과하여 코일을 감아야하는데 이의 작업이 매우 어려우며, 또 코일을 감기 위한 지그의 제작이 어려울 뿐 아니라 복잡해지는 문제로 인해 권선 작업의 효율이 저하되는 문제가 있으며, 고정자 코일의 부피가 비교적 크기 때문에 비엘디시 모터 내의 공간 활용의 효율성이 낮고, 또 권선정렬이 개별적으로 조립하는데 곤란하여 비엘디시 모터의 특성을 유지하면서 추가적으로 개선함에 한계가 있어 왔다. 특히 코일 권선부 사이에 마련되는 복수의 슬롯에 의해 코킹 토크(cogging torque) 및 소음과 진동이 나타나는 문제가 있다.

또한, 고정자 코일이 하나 이상의 코일 권선부를 갖는 스테이터 코어에 유닛 형태로 일괄 제작 사용됨에 따라 부품 비용의 증가는 물론 고정자 코일의 조립 단계가 복잡하게 되고, 또 어느 하나의 코일이 손상되는 경우에는 스테이터 코어에 일체로 구비된 코일 권선부에 감겨진 고정자 코일(1) 전체를 교체해야 함에 따라 모터의 유지보수 및 관리 비용이 과다하게 소요되는 문제를 피하기 어려웠다.

또한, 고정자 코일이 스테이터 코어에 일정한 방향으로 형성된 코일 권선부에 일정한 방향으로 감겨진 것을 사용하기 때문에 자력선 방향이 항상 일정한 방향으로 정형화되어 있고, 또 극수에 따른 방향을 개별적으로 조절하는 것이 불가능하기 때문에 모터의 회전 특성이나 진동 특성에 따른 고정자 코일의 자유로운 설치가 곤란하다는 구조적인 문제점이 있다.

대한민국 특허 제10-0647835호 대한민국 특허공개 제10-2004-0065520호

따라서, 본 발명은 종래의 제반 문제점을 감안하여 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은, 스테이터 코어에 유닛 형태로 일체 구성되는 고정자 코일 구조에서 벗어나 모터의 회전 특성이나 진동 특성에 따른 고정자 코일의 자유로운 설치가 가능하도록 개개의 칩 코일 형태로 제작함으로써 코일을 감는 작업이 매우 신속 용이할 뿐 아니라 표면실장기술을 통해 인쇄회로기판에 자동 조립 고정되도록 함에 따라 고정자 코일의 조립을 매우 신속 용이하게 할 수 있고, 또 모터의 구조를 간단하게 함과 동시에 생산 원가절감 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 소형 비엘디시 모터를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 고정자 코일이 개개의 칩 형태로 제작됨에 따라 인쇄회로기판에 대한 설치 방향을 수평 또는 수직으로 자유롭게 할 수 있고, 또 극수를 자유롭게 조절하는 것이 가능하게 되는 소형 비엘디시 모터를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 고정자 코일이 개개의 칩 코일 형태로 제작되고, 인쇄회로기판에 각각 분리 고정됨에 따라 특정 코일의 손상이나 훼손시 해당 코일만 간단하게 교체하거나 수리하는 것이 가능하도록 하여 모터의 유지관리가 매우 용이하도록 한 소형 비엘디시 모터를 제공함에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 소형 비엘디시 보터는, 관통공을 갖는 인쇄회로기판과, 영구자석이 구비된 회전체를 포함하여 구성되는 소형 비엘디시(BLDC) 모터에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 일 측으로 구비되어 상기 회전체의 영구자석에 대한 자력을 발생시키기 위한 고정자 코일은 개별 칩(Chip) 형태로 구성된 것을 기술적인 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 칩 형태의 고정자 코일은, 고정접점이 구비된 수직 보빈과, 상기 수직 보빈에 감겨지는 코일로 구성됨이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 칩 형태의 고정자 코일은, 고정접점이 구비된 수평보빈과, 상기 수평 보빈에 감겨지는 코일 및 상기 고정접점이 형성된 수평 보빈의 타 측으로 구비된 흡착판을 포함하여 구성됨이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 인쇄회로기판에 고정되는 칩 형태의 고정자 코일은, 관통공의 중심센터를 기준으로 일정각도 틀어지게 설치되거나, 또는 간격을 달리하여 설치됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 칩 형태의 고정자 코일은, 릴 카트리지에 감겨지는 캐리어의 포켓에 하나씩 포장하여 표면실장기술(SMT) 방식을 통해 인쇄회로기판에 자동 조립 고정되어 짐을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 영구자석이 구비된 회전체를 회전시키기 위한 전자력을 발생시키는 고정자 코일이 칩 형태로 제작되어 인쇄회로기판에 각각 고정됨에 따라 종래의 유닛 형태로 제작되는 고정자 코일에 비하여 슬롯리스에 의한 코일의 권선 작업이 매우 간단하고 용이하여 제조 원가를 줄일 수 있을 뿐 아니라 모터의 회전 및 진동 특성 등을 감안하여 자력 방향이나 설치 수, 간격을 자유롭게 조정 설치하는 것이 가능하고, 또한 칩 형태의 고정자 코일이 인쇄회로기판에 낱개로 각각 고정됨에 따라 코일의 손상시 해당 코일만을 교체 수리하면 되기 때문에 그만큼 유지관리 및 보수 비용의 절감이 가능하게 되는 이점을 제공한다.

또한, 칩 형태의 고정자 코일이 릴 카트리지에 감겨지는 캐리어의 포켓에 낱개로 포장됨에 따라 인쇄회로기판에 대한 표면실장기술을 이용하여 자동 조립하는 것이 가능하여 고정자 코일의 신속한 조립 생산성을 제공하게 되는 것이다.

도 1의 (a)(b)는 종래 유닛형태로 이루어진 스테이터 코어에 코일이 감기기 전 후의 구조를 보인 인쇄회로기판의 개략적인 평면도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 칩 형태의 제1 및 제2 실시 예의 고정자 코일이 인쇄회로기에 각각 고정된 상태의 개략적인 평면도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 칩 형태의 제1 및 제2 실시 예의 고정자 코일의 구조를 보인 각 단면도.
도 6 및 도 7은 제1 및 제2실시 예에 따른 고정자 코일의 각 사용상태 단면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 칩 형태의 고정자 코일의 개별적 설치에 의한 자유로운 자력선 방향의 구조 예를 보인 각각 보인 발췌 예시도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 각 실시 예의 고정자 코일이 표면실장기술을 통해 인쇄회로기판에 자동 조립될 수 있도록 릴 카트리지에 감겨진 캐리어에 수납된 상태의 각 도면.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설면하면 다음과 같다.

첨부된 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 소형 비엘디시 모터는, 관통공(12)을 갖는 인쇄회로기판(10)을 포함하여 구성된다. 인쇄회로기판에는 통상적으로 모터를 구동 및 컨트롤하기 위한 회로나 관련한 구성부품들이 인쇄 및 설치되어 있다.

그리고, 상기 인쇄회로기판에는 일반적으로 비엘디시 모터의 회전 정도를 측정하기 위한, 더욱 구체적으로는 후술되는 회전체에 구비되는 영구자석의 자극을 감지하는 홀(Hall)센서 등과 같은 자극검출소자(도면상 도시하지 않음)가 구비되어 있다.

하지만, 상기 자극검출소자는 비엘디시 모터의 설계상 구비되지 않을 수도 있다. 예컨대, 자극검출소자가 장착되지 않는 비엘디시 모터로 설계되어 질 경우가 그 하나의 예이다.

상기 인쇄회로기판(10)의 일 측면으로는 관통공(12)을 중심으로 자력을 발생시키기 위한 칩(chip) 형태의 고정자 코일(20)이 각각 고정되어 있다.

여기서, 고정자 코일(20)은 칩 형태로 개별 제작된 것을 인쇄회로기판(10)에 각각 고정하는 방식이기 때문에 자유로운 설치가 가능하다. 즉 고정자 코일의 설치 수를 자유롭게 조정하는 것이 가능하다.

또한, 비엘디시 모터의 회전 특성 및 진동 특성 등의 구현 및 개선을 위해 고정자 코일(20)의 자력선 방향이나 설치 간격을 자유롭게 조정하는 것 역시 가능하다.

상술하면, 도 8a 및 도 8b에 예시된 바와 같이 칩 형태의 고정자 코일(20)은 인쇄회로기판(10)의 관통공(12)의 중심센터를 기준으로 일정각도 틀어지게 설치되거나, 또는 그 설치 간격을 달리하여 자기장의 발생 방향을 조정하거나 또는 코킹 토오크 조정을 통해 비엘디시 모터의 회전이나 진동 특성 등에 대한 적절한 대응 및 구현이 가능할 것이다.

이러한 이유로 인해, 본 발명에 따른 소형 비엘디시 모터의 성능은 크게 향상될 수 있다.

상기 칩 형태의 고정자 코일(20)은 인쇄회로기판(10)에 고정시, 자력을 수직 또는 수평 방향으로 발생시키는 것이 가능하도록 구성될 수 있다.

즉, 도 4와 같이 일 측으로 고정접점(121)이 구비된 수직 보빈(122) 사이에 코일(123)이 감겨진 타입으로 구성되거나, 또는 도 5와 같이 일 측으로 고정접점(121)이 구비된 수평 보빈(122-1) 사이에 코일(123)이 감겨진 타입으로 구성될 수 있다.

이때, 칩 형태의 고정자 코일(20)에 있어서, 코일(123)이 수직 보빈(122)에 감겨진 경우, 표면실장기술을 이용하여 인쇄회로기판(10)에 고정시, 고정접점(121)이 형성된 타 측부가 흡착부분을 구성하게 되고, 또 수평 보빈(122-1)에 감겨진 경우에는 고정접점(121)이 형성된 타 측면으로 별도의 흡착판(124)을 더 구비하여 인쇄회로 기판(10)에 대한 실장 작업시 흡착면을 구성하도록 함이 바람직하다.

따라서, 칩 형태의 고정자 코일(20)이 인쇄회로기판(10)에 대하여 도 6과 같이 수직으로 실장되는 경우에는 자력이 수직 방향으로 발생되어 지고, 또 도 7과 같이 수평으로 실장되는 경우에는 자력이 수평방향으로 형성되어 진다.

또한 본 발명에 따른 소형 비엘디시 모터는 상기 칩 형태의 고정자 코일(20)로부터 발생되는 자력에 의해 회전되도록 N극 및 S극이 교대로 형성되는 영구자석(32)이 구비된 회전체(30)를 포함한다.

상기 회전체(30)에 구비되는 영구자석(32)은 고정자 코일(20)의 배치 형태, 예컨대, 수직 또는 수평 배치 형태에 따라 회전체의 내부 상면이나 측면에 대응되게 형성되어 진다.

회전체(30)에 구비되는 영구자석(32)은 설계상 다양한 극수를 가질 수 있음은 물론이다.

또한, 회전체(30)에는 용도에 맞도록 팬(Fan) 등이 구비되어 질 수 있고, 그 중심센터에는 인쇄회로기판(10)의 관통공(12)에 관통 설치되어 고정자 코일(20)의 자력에 의해 회전체가 회전될 수 있도록 하기 위한 축(34)이 형성되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 칩 형태의 고정자 코일(20)은, 도 9a 및 도 9b와 같이 릴 카트리지(40)에 감겨지는 캐리어(42)의 포켓에 하나씩 수용되도록 포장되고, 상면을 작업시 분리되는 이형지(44)로 보호되도록 포장하는 구조를 채용함이 바람직하다. 그 이유는 칩 형태의 고정자 코일(20)을 인쇄회로기판(10)에 표면실장기술(SMT)을 통해 자동 조립되도록 하기 위한 것이다.

이와 같이 함으로써 인쇄회로기판(10)에 대한 칩 형태의 고정자 코일(20)의조립성을 매우 높일 수 있고, 이는 결국 비엘디시 모터의 생산성을 크게 향상시키는 결과로 이어지게 되어 제품의 제조 단가를 현저하게 낮출 수 있게 될 뿐 아니라 제품의 높은 품질 및 가격 경쟁력을 갖출 수 있게 된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 소형 비엘디시 모터는, 고정자 코일(20)을 칩 형태로 제작하고, 이를 릴 카트리지(40)에 감겨지는 캐리어(42)에 하나씩 수용 보관되는 구조를 취함으로써 인쇄회로기판(10)에 대하여 표면실장기술을 통해 자동 조립이 가능함으로써 종래 유닛 구조로 된 고정자 코일 구조에 비하여 조립 생산성을 크게 신장시킬 수 있고, 또 조립 원가를 크게 줄일 수 있게 되는 것이다.

그리고, 고정자 코일(30)이 칩 형태로 별개 제작됨에 따라 코일의 권선 작업이 매우 수월하게 될 뿐 아니라 회전체(30)의 회전 특성이나 진동 특성에 맞추어 자력선 방향을 자유롭게 조정 설치하는 것이 가능하게 되는 이점이 있다.

또한, 인쇄회로기판(10)에 하나의 칩 형태로 고정자 코일(20)이 수직 또는 수평 방향으로 자력이 발생되도록 자유롭게 설치됨에 따라 손상된 코일만을 택일적으로 교체 사용이 가능하게 되어 그만큼 유지관리가 용이하고, 또 유지나 보수 비용이 절감되는 효과를 제공하게 되는 것이다.

본 발명에 있어서, 인쇄회로기판(10)에 고정 설치되는 칩 형태의 고정자 코일(20)을 통한 회전체(30)의 회전 구조를 살펴보면 다음과 같다.

즉, 인쇄회로기판(10)에 설치되는 칩 형태의 고정자 코일(20)의 수직 보빈(122) 및 수평 보빈(122-1)에 각각 감겨진 코일(123)에 전류가 인가되어 지면, 상기 코일에서는 회전체(30)에 구비된 영구자석(32)에 대해 수직 또는 수평 자기력을 형성하게 되며, 이러한 자기력에 의해 회전체(30)는 회전 구동을 하게 된다.

좀더 상술하면, 상기 회전체(30)의 영구자석과 전류가 인가되는 고정자 코일(20)의 코일(123)로부터 생성되는 자기장 사이의 관계에 의해 전기 에너지는 회전체를 회전시키는 기계적인 에너지로 변화되는 과정을 통해 회전체가 회전되어 지는 것이다.

따라서, 회전체(30)에 팬이 설치되어 있다면, 상기 팬이 회전하면서 송풍 작용을 하게 되는 것이다.

한편, 본 발명에 따라면, 도 8a 및 도 8b에 예시된 바와 같이 인쇄회로기판(10)에 고정 설치되는 고정자 코일(20)의 설치 방향이나 간격을 조정하는 것이 가능함에 따라 이로부터 발생되는 자기장의 발생 방향 및 코킹 토오크 조정 역시 가능함에 따라 비엘디시 모터의 회전이나 진동 특성 등에 적절한 대응 및 구현이 가능하게 되는 것이다.

비록, 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 기술되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 하기의 특허청구범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 많은 변경 및 수정이 있을 수 있음은 물론이다.

10: 인쇄회로기판 20: 칩 형태의 고정자코일
30: 회전체 32: 영구자석
40: 릴 카트리지 42: 캐리어
121: 고정접점 122: 수직 보빈
122-1: 수평 보빈 123: 코일
124: 흡착판

Claims

관통공(12)을 갖는 인쇄회로기판(10)과, 영구자석(32)이 구비된 회전체(30)를 포함하여 구성되는 소형 비엘디시(BLDC) 모터에 있어서,
상기 인쇄회로기판(10)의 일 측으로 구비되어 상기 회전체의 영구자석에 대한 자력을 발생시키기 위한 고정자 코일(20)은 개별 칩(Chip) 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 소형 비엘디시 모터.
제1항에 있어서,
상기 칩 형태의 고정자 코일(20)은, 고정접점(121)이 구비된 수직 보빈(122)과, 상기 수직 보빈에 감겨지는 코일(123)로 구성됨을 특징으로 하는 소형 비엘디시 모터.
제1항에 있어서,
상기 칩 형태의 고정자 코일(20)은, 고정접점(121)이 구비된 수평보빈(122-1)과, 상기 수평보빈에 감겨지는 코일(123) 및 상기 고정접점이 형성된 수평 보빈의 타 측으로 구비된 흡착판(124)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 소형 비엘디시 모터.
제1항에 있어서,
상기 인쇄회로기판(10)에 고정되는 칩 형태의 고정자 코일(20)은, 관통공(12)의 중심센터를 기준으로 일정각도 틀어지게 설치되거나, 또는 간격을 달리하여 설치됨을 특징으로 소형 비엘디시 모터.
제1항에 있어서,
상기 칩 형태의 고정자 코일(20)은, 릴 카트리지(40)에 감겨지는 캐리어(42)의 포켓에 하나씩 포장하여 표면실장기술(SMT) 방식을 통해 인쇄회로기판(10)에 자동 조립고정되어 짐을 특징으로 하는 소형 비엘디시 모터.