KR20190008609A - 인버터 일체형 ｂｌｄｃ 모터 - Google Patents

인버터 일체형 ｂｌｄｃ 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터와 인버터부가 일체로 형성된 인버터 일체형 BLDC 모터에 관한 것으로, PCB 기판에 장착된 전자 소자들에서 발생되는 열이 PCB 기판이 인버터 하우징에 결합된 부분을 통해 전도되어 인버터 하우징의 외측에 형성된 방열핀을 통해 빠르게 방열되도록 함으로써, 인버터부의 방열 성능을 향상시킬 수 있는 인버터 일체형 BLDC 모터에 관한 것이다.

Description

인버터 일체형 ＢＬＤＣ 모터 {Inverter built-in brushless direct current motor}
본 발명은 BLDC 모터와 인버터부가 일체형으로 구성된 인버터 일체형 BLDC 모터에서 인버터부의 PCB 기판에 장착된 전자소자들의 방열 성능을 향상시킨 인버터 일체형 BLDC 모터에 관한 것이다.
BLDC(Brushless direct current) 모터는 DC 모터에서 브러시와 정류자를 없애고 전자적인 정류 기구를 설치한 모터로서, 기존의 직류모터가 갖는 단점인 마찰 및 마모를 방지할 수 있고 상대적으로 효율이 높아 최근 하이브리드 자동차의 경우에는 냉각팬 회전용 모터로 BLDC 모터를 적용하는 추세이다.
그리고 종래의 자동차용 저전압 쿨링팬의 BLDC 모터 어셈블리는 모터와 인버터부가 일체형으로 구성된 인버터 일체형 BLDC 모터로 형성된다. 이때, 인버터부에는 모터의 제어를 위한 스위칭 소자들을 포함하여 다양한 전자 소자들이 장착된 PCB 기판이 구비된다.
여기에서 PCB 기판에 장착된 전자 소자들은 작동되는 동안 많은 열이 발생하기 때문에 외부로 열을 전달하여 냉각시켜야 한다. 따라서 종래의 인버터 일체형 BLDC 모터는 PCB 기판이 구비된 인버터부의 인버터 하우징 외면에 방열핀들을 형성하여 열을 외부로 방출하도록 구성되어 있다.
그런데 PCB 기판은 인버터 하우징에 결합되어 고정되는 일부분을 제외한 나머지 부분이 인버터 하우징과의 전기적인 절연을 위해 인버터 하우징과 이격되도록 배치되어 있다. 이에 따라 PCB 기판에 장착된 전자 소자들에서 발생되는 열이 인버터 하우징의 외부로 전달되어 방열되기 어려워 인버터부의 냉각 성능을 향상시키는데 어려움이 있다.
JP 2014-143841 A (2014.08.07)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 PCB 기판에 장착된 전자 소자들에서 발생되는 열이 인버터 하우징의 외부로 전달되어 방열되기 용이한 인버터 일체형 BLDC 모터를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터(1000)는, 모터(100); 일측에 상기 모터(100)가 결합되는 인버터 하우징(201); 및 상기 인버터 하우징(201)의 타측에 결합되되 결합된 부분을 제외한 나머지 부분이 인버터 하우징(201)과 이격되어 배치되며, 스위칭 소자(220)들을 포함한 전자 소자들이 장착된 PCB 기판(210); 을 포함하여 이루어지며, 상기 인버터 하우징(201)의 일측에는 상기 PCB 기판(210)과 결합된 부분에 대응되는 위치에서 제1방열핀(251)이 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 인버터 하우징(201)의 일측에는 PCB 기판(210)이 인버터 하우징(201)과 이격된 부분에 대응되는 위치에서 제2방열핀(251)이 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1방열핀(251)의 표면적이 제2방열핀(251)의 표면적보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 인버터 하우징(201)과 PCB 기판(210)이 이격된 사이에는 서멀 그리스(270)가 개재되어 접촉될 수 있다.
또한, 상기 PCB 기판(210)에 장착되되 PCB 기판(210)의 외부 영역에 배치되어 상기 인버터 하우징(201)의 타측에 서멀 그리스(270)에 의해 접촉된 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 인버터 하우징(201)의 일측에는 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240)에 대응되는 위치에서 돌출부(201c)가 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 인버터 하우징(201)에는 전자 소자들이 장착된 PCB 기판(210)의 외곽을 둘러싸는 테두리벽(201-2) 바깥쪽에 일측과 타측을 관통하는 냉각홀(260)이 형성될 수 있다.
본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터는 PCB 기판에 장착된 전자 소자들에서 발생되는 열이 인버터 하우징의 외부로 전달되어 방열되기 용이하여 인버터부의 방열 성능이 향상되는 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 일체형 BLDC 모터를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 일체형 BLDC 모터의 인버터부 내부를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 일체형 BLDC 모터의 방열핀들의 배치를 나타낸 단면 개략도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 일체형 BLDC 모터의 커패시터 및 전자파 차단 필터가 배치된 부분의 단면 개략도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 일체형 BLDC 모터를 나타낸 조립사시도 및 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 일체형 BLDC 모터의 인버터부 내부를 나타낸 평면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 일체형 BLDC 모터의 방열핀들의 배치를 나타낸 단면 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 일체형 BLDC 모터(1000)는, 모터(100); 일측에 상기 모터(100)가 결합되는 인버터 하우징(201); 및 상기 인버터 하우징(201)의 타측에 결합되되 결합된 부분을 제외한 나머지 부분이 인버터 하우징(201)과 이격되어 배치되며, 스위칭 소자(220)들을 포함한 전자 소자들이 장착된 PCB 기판(210); 을 포함하여 이루어지며, 상기 인버터 하우징(201)의 일측에는 상기 PCB 기판(210)과 결합된 부분에 대응되는 위치에서 제1방열핀(251)이 돌출 형성될 수 있다.
우선, 본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터(1000)는 모터(100)와 인버터부(200)가 결합되어 일체형으로 구성될 수 있다.
모터(100)는 BLDC 모터(brushless direct current motor)가 될 수 있으며, 일례로 모터(100)는 오목한 용기 형태로 형성된 케이싱의 내측 둘레면에 영구자석이 결합된 로터(130) 및 로터(130)의 내측에 이격되어 배치되며 구동코일(111)이 권취된 스테이터(110)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 스테이터(110)는 이하에서 설명할 인버터부(200)의 인버터 하우징(201) 외측에 결합되어 고정될 수 있으며, 로터(130)는 케이싱의 중앙에 회전축이 결합되고 회전축이 인버터 하우징(201)에 베어링으로 결합되어 인버터 하우징(201)이 고정된 상태에서 로터(130)가 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 스테이터(110)는 구동코일(111)과 전기적으로 연결된 3상 터미널(120)들을 포함하여 이루어질 수 있으며, 3상 터미널(120)들은 도시된 바와 같이 일측이 스테이터(110)에 결합되어 고정될 수 있으며, 3상 터미널(120)들은 스테이터(110)의 중심축 방향인 높이방향으로 연장 형성될 수 있다.
인버터부(200)는 일례로 도시된 바와 같이 오목한 용기 형태로 형성된 인버터 하우징(201) 및 인버터 하우징(201)에 결합된 커버(202)에 의해 형성된 내부 공간에 PCB 기판(210)이 구비될 수 있으며, PCB 기판(210)에는 모터(100)로 3상의 전원을 제어하여 공급하기 위한 스위칭 소자(220)들이 장착될 수 있다. 그리고 인버터 하우징(201)의 외측에 모터(100)가 결합되어 고정되며, 인버터 하우징(201)에는 모터(100)와 PCB 기판(210)의 사이를 관통하는 관통공(201a)들이 형성되어 스테이터(110)에 일측이 결합되어 고정된 3상 터미널(120)들이 인버터 하우징(201)의 관통공(201a)을 통과하여 타측이 PCB 기판(210)에 결합되어, 모터(100)의 3상 터미널(120)들이 PCB 기판(210)에 장착된 스위칭 소자(220)들과 전기적으로 연결되도록 결합될 수 있다. 또한, PCB 기판(210)에는 모터의 제어를 위해 MosFET과 같은 스위칭 소자(220) 이외에 게이트 드라이버(Gate Driver), 메인제어유닛(MCU), 커패시터(230) 및 CM choke와 같은 전자파 차단 필터(240) 등의 다양한 전자 소자들이 장착될 수 있으며, 모터의 작동 시 전자 소자들에서는 많은 열이 발생할 수 있다.
여기에서 인버터 하우징(201)은 폭방향 및 길이방향에 나란하게 배치된 베이스(201-1)의 둘레 부근에서 높이방향으로 테두리벽(201-2)이 연장 형성될 수 있으며, 인버터 하우징(201)의 일측인 베이스(201-1)의 상측에 모터(100)가 결합되고 타측인 베이스(201-1)의 하측에 PCB 기판(210)이 결합될 수 있다. 그리고 PCB 기판(210)은 베이스(201-1)의 하면에서 돌출 형성된 지지부(201d)에 일부분이 지지되어 인버터 하우징(201)의 베이스(201-1) 하면에서 PCB 기판(210)이 이격되어 배치될 수 있으며, PCB 기판(210)은 체결수단(280) 등을 이용해 지지부(201d) 부분에 결합되어 고정될 수 있다. 그리하여 PCB 기판(210)은 인버터 하우징(201)에 결합되는 부분을 제외한 나머지 부분이 인버터 하우징(201)과 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 인버터 하우징(201)의 일측인 베이스(201-1)의 상면에서 상측으로 제1방열핀(251)이 돌출 형성되되, 제1방열핀(251)은 PCB 기판(210)이 인버터 하우징(201)에 지지되어 결합된 부분인 지지부(201d)가 형성된 위치에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
그리하여 본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터는 PCB 기판에 장착된 전자 소자들에서 발생되는 열이 PCB 기판(210)과 직접 밀착되어 결합된 인버터 하우징(201)의 지지부를 통해 제1방열핀(251)으로 빠르게 전도되어 외부로 방열이 이루어질 수 있어, 인버터부의 방열 성능이 향상될 수 있다.
또한, 상기 인버터 하우징(201)의 일측에는 PCB 기판(210)이 인버터 하우징(201)과 이격된 부분에 대응되는 위치에서 제2방열핀(252)이 돌출 형성될 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 인버터 하우징(201)의 일측인 베이스(201-1)의 상면에서 상측으로 제2방열핀(252)들이 돌출 형성되되, 제2방열핀(252)은 PCB 기판(210)에 대응되는 위치인 PCB 기판(210)의 둘레 내측 영역에 해당되는 범위에 형성될 수 있다. 그리하여 PCB 기판(210)의 둘레 내측에 배치되어 장착된 스위칭 소자(220)들을 포함한 전자 소자들에서 발생되는 열을 제2방열핀(252)들을 통해 방열하도록 함으로써, 제1방열핀(251)들과 함께 제2방열핀(252)들을 이용해 빠르게 인버터부(200)를 냉각시킬 수 있다.
이때, 상기 제1방열핀(251)의 표면적이 제2방열핀(252)의 표면적보다 크게 형성될 수 있다.
즉, PCB 기판(210)의 열을 제1방열핀(251)을 통해 빠르게 외부로 방열할 수 있도록, 제2방열핀(252)의 표면적보다 제1방열핀(251)의 표면적을 크게 형성할 수 있다. 여기에서 한 개의 제1방열핀(251)의 표면적이 한 개의 제2방열핀(252)의 표면적보다 크게 형성될 수 있으며, 일례로 도시된 바와 같이 제1방열핀(251) 및 제2방열핀(252)이 모두 원기둥 형태로 형성되어 인버터 하우징(201)의 베이스(201-1) 상면에서 상측으로 동일한 높이로 돌출 형성된 경우에 제1방열핀(251)의 외경(D)이 제2방열핀(252)의 외경(d)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 인버터 하우징(201)과 PCB 기판(210)이 이격된 사이에는 서멀 그리스(270)가 개재되어 접촉될 수 있다.
즉, 인버터 하우징(201)의 베이스(201-1) 하면에 서멀 그리스(270)를 도포한 후 인버터 하우징(201)에 PCB 기판(210)을 인버터 하우징(201)에 결합하여, 베이스(201-1) 하면과 PCB 기판(210) 사이에 서멀 그리스(270)가 채워져 있도록 함으로써, 서멀 그리스(270)를 통해 PCB 기판(210)쪽의 열을 인버터 하우징(201)으로 용이하게 전도되도록 하여 제2방열핀(252)들을 통해 빠르게 방열이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 PCB 기판(210)에 장착되되 PCB 기판(210)의 외부 영역에 배치되어 상기 인버터 하우징(201)의 타측에 서멀 그리스(270)에 의해 접촉된 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 인버터 하우징(201)의 일측에는 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240)에 대응되는 위치에서 돌출부(201c)가 돌출 형성될 수 있다.
즉, 도 4와 같이 전기적으로 연결되는 부분이 PCB 기판(210)에 결합되어 있되 PCB 기판(210)의 둘레 바깥쪽 영역에 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240) 본체가 배치될 수 있다. 여기에서 도 6을 참조하면 인버터 하우징(201)의 내측면인 베이스(201-1) 하면에서 오목하게 안치홈(201b)들이 형성되어, 안치홈(201b)에 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240)가 상기 안치홈(201b)에 접촉되어 안치될 수 있다. 이때, 안치홈(201b)에 서멀 그리스(270)를 도포한 후 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240)가 안치되며, 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240)에 대응되는 위치의 베이스(201-1) 상면에서 돌출부(201c)가 상측으로 돌출 형성되어, 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240)에서 발생되는 열이 인버터 하우징(201)을 통해 인버터부(200)의 외부로 용이하게 방열되도록 할 수 있다.
또한, 상기 인버터 하우징(201)에는 전자 소자들이 장착된 PCB 기판(210)의 외곽을 둘러싸는 테두리벽(201-2) 바깥쪽에 일측과 타측을 관통하는 냉각홀(260)이 형성될 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 인버터 하우징(201)은 베이스(201-1)의 하면에서 높이방향 하측으로 테두리벽(201-2)이 형성되어, 테두리벽(201-2)에 의해 둘러싸인 내측 공간에 PCB 기판(210)이 수용될 수 있으며, 베이스(201-1)의 가장자리 부분 중 테두리벽(201-2)의 바깥쪽 부분에 상하면을 관통하도록 냉각홀(260)들이 형성될 수 있다. 이에 따라 냉각홀(260)들에 의해 인버터부(200)의 방열 성능이 더욱 향상될 수 있다.
그리고 인버터 하우징(201)의 베이스(201-1) 둘레 안쪽을 따라 복수개의 냉각홀(260)들이 이격되어 형성될 수 있으며, 냉각홀(260)들이 형성된 부분에서 베이스(201-1)의 외곽을 형성하는 외곽 리브(261) 및 외곽 리브(261)에서 반경방향 안쪽으로 연장 형성된 연결 리브(262)들에 의해 방열 면적이 넓게 형성될 수 있다. 또한, 외곽 리브(261) 또는 연결 리브(262)는 베이스(201-1)의 하면에서 하측으로 연장 형성될 수 있으며 테두리벽(201-2)에 결합된 형태로 형성되어 인버터 하우징(201)의 강도를 보강 및 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 PCB 기판(210)에는 기판측 PCB 터미널(212)들이 형성되며, 상기 기판측 PCB 터미널(212)에 근접하여 PCB 기판(210)의 양면을 관통하는 관통공(213)이 형성되어, 상기 3상 터미널(120)들이 PCB 기판(210)의 관통공(213)을 통과하여 기판측 PCB 터미널(212)과 결합될 수 있다. 그리고 인버터부(200)에는 폭방향으로 개방된 부분이 형성되어, 개방된 부분을 막아 밀폐하도록 커넥터 블록(400)이 결합될 수 있다. 이때, 커넥터 블록(400)에는 전선(500)들이 관통하여 결합되어 있으며, 커넥터 블록(400)에는 밀폐부(600)가 결합되어 밀폐부(600)에 의해 커넥터 블록(400)과 전선(500)의 사이가 밀폐될 수 있고 밀폐부(600)에 의해 커넥터 블록(400)과 인버터 하우징(201)의 사이 및 커넥터 블록(400)과 커버(202)의 사이가 밀폐될 수 있다. 이때, 밀폐부(600)는 실리콘 등의 밀폐재이거나 오링 등의 실링부재일 수 있다. 또한, 커넥터 블록(400)을 관통하여 인버터부(200)의 내부에 배치된 전선(500)들의 단부에는 전선측 터미널(510)이 결합될 수 있으며, PCB 기판(210)에는 기판측 터미널(211)이 형성되어 전선측 터미널(510)과 결합되어 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 인버터 일체형 BLDC 모터
100 : 모터
110 : 스테이터 111 : 구동코일
120 : 3상 터미널 130 : 로터
200 : 인버터부
201 : 인버터 하우징 201-1 : 베이스
201-2 : 테두리벽 201a : 관통공
201b : 안치홈 201c : 돌출부
201d : 지지부 202 : 커버
210 : PCB 기판 211 : 기판측 터미널
212 : 기판측 PCB 터미널 213 : 관통공
220 : 스위칭 소자 230 : 커패시터
240 : 전자파 차단 필터
251 : 제1방열핀 252 : 제2방열핀
260 : 냉각홀 261 : 외곽 리브
262 : 연결 리브
270 : 서멀 그리스 280 : 체결수단
400 : 커넥터 블록
500 : 전선 510 : 전선측 터미널
600 : 밀폐부

Claims (6)

  1. 모터(100);
    일측에 상기 모터(100)가 결합되는 인버터 하우징(201); 및
    상기 인버터 하우징(201)의 타측에 결합되되 결합된 부분을 제외한 나머지 부분이 인버터 하우징(201)과 이격되어 배치되며, 스위칭 소자(220)들을 포함한 전자 소자들이 장착된 PCB 기판(210);
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 인버터 하우징(201)의 일측에는 상기 PCB 기판(210)과 결합된 부분에 대응되는 위치에서 제1방열핀(251)이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 인버터 일체형 BLDC 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 하우징(201)의 일측에는 PCB 기판(210)이 인버터 하우징(201)과 이격된 부분에 대응되는 위치에서 제2방열핀(252)이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 인버터 일체형 BLDC 모터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1방열핀(251)의 표면적이 제2방열핀(252)의 표면적보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 인버터 일체형 BLDC 모터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 인버터 하우징(201)과 PCB 기판(210)이 이격된 사이에는 서멀 그리스(270)가 개재되어 접촉된 것을 특징으로 하는 인버터 일체형 BLDC 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 PCB 기판(210)에 장착되되 PCB 기판(210)의 외부 영역에 배치되어 상기 인버터 하우징(201)의 타측에 서멀 그리스(270)에 의해 접촉된 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240)를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 인버터 하우징(201)의 일측에는 커패시터(230) 및 전자파 차단 필터(240)에 대응되는 위치에서 돌출부(201c)가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 인버터 일체형 BLDC 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 하우징(201)에는 전자 소자들이 장착된 PCB 기판(210)의 외곽을 둘러싸는 테두리벽(201-2) 바깥쪽에 일측과 타측을 관통하는 냉각홀(260)이 형성된 것을 특징으로 하는 인버터 일체형 BLDC 모터.
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