KR20210091036A

KR20210091036A - 청소기

Info

Publication number: KR20210091036A
Application number: KR1020200170110A
Authority: KR
Inventors: 다카다 마사유키; 요시다 미노루
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2021-07-21
Also published as: JP2021112113A

Abstract

고출력을 발휘할 수 있는 청소기의 팬모터를 실현한다. 팬모터이다. 팬을 덮도록 배치되는 슈라우드, 샤프트에 고정되어 있는 로터와 축 방향으로 소정 갭을 두고 대향 배치되어 있는 스테이터를 구비한다. 스테이터는 베어링이 설치되어 있는 기판과, 베어링의 주위에 배치된 복수의 전기자를 가지고 있다. 철심)에 권선되도록 장방형의 단면을 갖는 플랫 와이어를 그 단변측으로 구부려 코일이 형성되어 있다.

Description

청소기{CLEANER}

개시하는 기술은 청소기의 액시얼 갭형 팬모터에 관한 것이다.

청소기의 액시얼 갭형 모터는 특허 문헌 1 ~ 3에 개시되어 있다. 특허 문헌 1에는 U, V, W로 이루어지는 3상의 각 스테이터 코일을 플랫 와이어를 이용한 에지와이즈(edgewise) 코일로 구성하며, Y 결선으로 상 별로 병렬 연결한 모터가 개시되어 있다. 특허 문헌 2에는 U, V, W로 이루어지는 3상의 각 스테이터 코일을 플랫 와이어를 이용한 에지와이즈 코일로 구성하고, 상 별로 직렬 연결한 모터가 개시되어 있다.

특허 문헌 1의 모터는 전기 자동차나 풍력 발전 등을 대상으로 하며, 특허 문헌 2의 모터는 자동차의 전동 브레이크를 대상으로 하고 있다.

특허 문헌 3의 모터에서는 단면이 장방형인 나동선(裸銅線)을 복수개 묶어 피복한 전선(플랫 와이어, flat wire)을 이용하여 코일을 형성하고 있다. 특허 문헌 3에는 또한, 1 개의 플랫 와이어를 단변(短) 측으로 구부려 코일을 형성하는 것이 개시되어 있으며(비교예 1), 이 경우 와전류 손실이 커진다고 기재되어 있다.

JP

2012-090410

A

JP

2018-166353

A

JP

2009-072010

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최근 청소기 본체를 생략한 스틱형 청소기가 주목 받고 있다. 일반적으로 전기 코드도 생략되어 있다(무선). 따라서, 스틱형 청소기는 조작성과 편리성이 우수하다.

스틱형 청소기에서는 소형 경량이며, 나아가 높은 파워로 장시간 운전할 수 있는 팬모터가 요구된다. 예를 들어, 팬모터의 외경이 100mm를 초과하는 크기가 되면, 스틱형 청소기로서는 위화감이 발생하고 사용하기 어렵다.

따라서, 적어도 외경이 100mm 이하의 소형 사이즈를 가지며 경량이면서 진공 청소기로서 충분한 흡인력을 얻을 수 있는 고출력의 팬모터(미니 팬모터)가 요구되고 있다.

이러한 점에서, 특허 문헌 1 ~ 3의 모터는 크기가 너무 커서 스틱형 청소기에 적용하는 것은 곤란하다. 설사 이러한 모터를 소형화하는 경우에도 에지와이즈(edgewise) 권선이 어려울 뿐만 아니라, 청소기에 적합한 출력은 얻을 수 없다.

이에, 개시하는 기술의 주된 목적은 스틱형 청소기에 적합한 고출력을 발휘할 수 있는 미니 팬모터를 실현하는 것이다.

상기 팬모터는 방사상으로 배치된 복수의 블레이드를 가지며, 축 방향으로 연장되는 샤프트에 고정되어 있는 팬과,

중앙부에 흡입구를 가지며, 상기 팬을 덮도록 배치되는 슈라우드와,

자극(磁極)을 구성하는 복수의 자석을 가지며, 상기 샤프트에 고정되어 있는 로터와,

상기 로터와 축 방향으로 소정 갭을 두고 대향 배치되어 있는 스테이터를 구비하며,

상기 스테이터는

중심부에 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링이 설치되어 있는 기판과,

상기 베어링의 주위에 배치된 코일 및 철심으로 이루어지는 복수의 전기자를 가지며,

장방형의 단면을 갖는 플랫 와이어를 그 단변측으로 구부려 상기 평각선의 단변 측이 상기 철심에 접하여 권선되도록 상기 코일이 형성되어 있다.

개시하는 기술에 의하면, 스틱형 청소기에 적합한 고출력을 발휘할 수 있는 팬모터를 실현할 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 팬모터를 탑재한 스틱형 청소기를 나타내는 개략도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 팬모터를 측면에서 본 개략도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 팬모터의 분해 사시도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 기판을 위쪽에서 본 개략도이다.
도 5A는 제1 실시예에 따른 전기자의 개략 사시도이다.
도 5B는 제1 실시예에 따른 전기자의 분해 사시도이다.
도 6A는 에지와이즈(edgewise) 권선을 설명하기 위한 도면이다.
도 6B는 요소 플랫 와이어를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 제1 실시예의 응용예를 설명하기 위한 도면이다
도 8A는 제1 실시예의 응용예 중 하나를 나타내는 개략도이다.
도 8B는 제1 실시예의 응용예 중 다른 하나를 나타내는 개략도이다.
도 9는 제2 실시예에 따른 팬모터의 분해 사시도이다.
도 10은 제2 실시예에 따른 기판을 위쪽에서 본 개략도이다.
도 11A는 제2 실시예에 따른 전기자의 개략 사시도이다.
도 11B는 제2 실시예에 따른 전기자의 분해 사시도이다.
도 12A는 제2 실시예에 따른 전기자가 없는 기판을 위쪽에서 본 개략도이다.
도 12B는 제2 실시예에 따른 각 상의 코일과 제어 회로 사이의 배선도이다.
도 13은 제1 실시예에 따른 각 상의 코일과 제어 회로 사이의 배선도이다.

이하, 개시하는 기술의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 여기서, 이하의 설명은 본질적으로 예시에 불과할 뿐 본 발명, 그 적용물 혹은 그 용도를 제한하는 것은 아니다.

- 제1 실시예 -

<스틱형 청소기>

도 1은 개시하는 기술에 적합한 스틱형 청소기(1)를 예시한다. 이 청소기(1)는 무선 타입이며, 내장하는 배터리(8)의 전력으로 구동할 수 있도록 구성되어 있다.

이 청소기(1)에, 개시하는 기술을 적용한 팬모터(2)가 탑재되어 있다. 청소기(1)는 흡입부(3), 파이프부(管部)(4), 본체부(5), 먼지 케이스(6), 손잡이부(7) 등으로 구성되어 있다.

흡입부(3)는 하면에 흡입구(3a)를 가지며, 회동 가능한 롤러(3b)에 의해 바닥을 따라 슬라이딩 가능하게 구성되어 있다. 파이프부(4)는 신축 가능한 가늘고 긴 원통형의 부재로 이루어진다. 파이프부(4)는 그 하단부가 흡입부(3)에 연결되고, 그 상단부가 본체부(5)에 연결되어 있다. 파이프부(4)는 흡입구(3a)와 본체부(5)를 연통시키고 있다.

본체부(5)는 파이프부(4)보다 약간 큰 사이즈로 형성되어 있다. 본체부(5)에 팬모터(2), 배터리(8), 제어부(9) 등이 수용되어 있다. 제어부(9)는 팬모터(2)의 구동을 제어한다. 배터리(8)는 충전 가능한 이차 전지로, 팬모터(2)에 전력을 공급한다.

손잡이부(7)는 사용자가 잡는 부분으로, 본체부(5)와 일체로 마련되어 있다. 손잡이부(7)는 본체부(5)의 뒤쪽에서 후방으로 돌출하도록 마련되어 있다. 청소기(1)는 사용자가 손잡이부(7)를 한 손으로 잡은 상태에서 사용할 수 있도록 구성되어 있다.

손잡이부(7)의 아래쪽에 먼지 케이스(6)가 설치되어 있다. 먼지 케이스(6)는 본체부(5)로부터 탈착 가능하게 구성되어 있다. 팬모터(2)는 먼지 케이스(6)에 인접한 위치에 배치되어 있다. 팬모터(2)는 제어부(9)의 제어에 따라 배터리(8)로부터 공급되는 전력에 의해 구동된다. 팬모터(2)가 구동하면, 강력한 흡인력이 형성된다. 이에 따라, 흡입구(3a)로부터 흡입되는 먼지가 파이프부(4)를 통해 먼지 케이스(6)에 수집된다.

< 팬모터(2)>

도 2는 팬모터(2)를 나타낸다. 팬모터(2)는 팬과 모터가 일체로 구성되어 있는 소형 장치이다.

팬(fan)은 소위 말하는 원심 팬으로, 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이 팬의 중심에서 공기를 빨아들여 가는 화살표로 나타낸 바와 같이 반경 방향 외측으로 토출한다.

모터는 축 방향으로 대향 배치된 스테이터(stator)(40) 및 2개의 로터(rotor)(20, 30)를 가지고 있다(이른바, 액시얼 갭형(Axial Gap type)). 로터(20, 30)는 스테이터(40)의 양측에 각각 배치되어 있다.

본체부(5)에 수용가능 하도록 팬모터(2)의 외경(D) 및 높이(H)는 매우 작게 설계되어 있다. 예를 들어, 도시된 팬모터(2)의 경우, 외경(D)은 약 70mm, 높이(H)는 약 40mm 정도의 크기(소위, 손바닥 사이즈)이다. 따라서, 그 무게도 가볍고 손바닥에 올려놓아도 힘들지 않은 정도이다.

나아가, 배터리(8)의 전력을 이용해서 청소기(1)로서 충분한 성능을 얻을 수 있도록, 고효율 고출력을 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 도시된 미니 팬모터(2)의 경우, 600W의 소비 전력으로 100000rpm 이상의 고속으로 회전 구동할 수 있으며, 300W 이상의 흡입 일률을 얻을 수 있도록 구성되어 있다.

도 3은 팬모터(2)의 구조를 나타낸다. 팬모터(2)는 슈라우드(10), 제1 로터(20), 제2 로터(30), 스테이터(40), 프레임(50), 샤프트(shaft)(60) 등으로 구성되어 있다. 샤프트(60)는 막대 모양의 부재로, 팬모터(2)의 회전축(A)과 동축 상에 마련되어 있다.

(슈라우드(10))

슈라우드(10)는 모자 모양의 외관을 가지고 있으며, 환형의 바텀부(11)와, 바텀부(11)의 이너 엣지(inner edge)에 연결되어 앞으로 갈수록 점차 직경이 작아지도록 돌출된 깔때기(funnel)부(12)를 갖고 있다. 슈라우드(10)의 중앙에 위치하는 깔때기부(12)의 상부에 원형의 흡기구(12a)가 형성되어 있다. 바텀부(11)의 뒤쪽에는 원주 방향으로 서로 간격을 두고 배치된 복수의 핀(13)이 세워져 있다.

(제1 로터(20))

제1 로터(20)는 슈라우드(10)보다 외경이 작고, 두께가 두꺼운 원판 형상의 부재로 이루어진다. 제1 로터(20)는 외주가 원형인 베이스부(21)와, 베이스부(21)의 중심에 돌출 마련된 보스부(22)와, 보스부(22)의 주위를 이중으로 둘러싼 원통형의 내측 주벽부(23) 및 외측 주벽부(24)를 가지고 있다. 베이스부(21), 보스부(22) 및 주벽부는 금속 등의 강자성체에 의해 일체로 형성되어 있다(소위, 요크에 해당).

내측 주벽부(23)와 외측 주벽부(24)의 사이에는 원호 형상을 갖는 복수(도면에서는 4개)의 자석(25)이 끼워져 있다. 각 자석(25)은 N극과 S극이 원주 방향으로 교대로 위치하도록 배치되어 있다. 이러한 자석(25)에 의해 제1 로터(20)의 자극(磁極)이 구성되어 있다.

(제2 로터(30))

제2 로터(30)는 제1 로터(20)와 거의 같은 크기와 구조를 갖고 있다. 즉, 제1 로터(20)와 마찬가지로 베이스부(구별하기 위해 부호 31로 나타냄), 삽입공이 개구되어 있는 보스부(22), 내측 주벽부(23) 및 외측 주벽부(24)를 가지며, 내측 주벽부(23)와 외측 주벽부(24)의 사이에는 제1 로터(20)와 마찬가지로 자석(25)이 끼워져 있다(미도시).

제2 로터(30)는 제1 로터(20)와 달리, 그 베이스부(31)의 뒷면(자석(25)이 노출되는 면의 반대편)에 복수의 블레이드(36)가 방사상으로 설치되어 있다. 즉, 제2 로터(30)는 팬을 겸용하고 있다.

(프레임(50))

프레임(50)은 환형의 링 프레임(51), 복수의 기둥(52)(도면에서는 6개), 원판 형상의 베어링(bearing) 커버(53), 복수의 아암(54)(도면에서는 6개) 등을 가지고 있다. 프레임(50)은 스테이터(40)에 대해 슈라우드(10) 및 제2 로터(30)를 소정의 위치에 지지한다.

각 기둥(52)은 원주 방향으로 일정한 간격으로 배치되어 있으며, 링 프레임(51)에서 축 방향으로 연장되어 있다. 베어링 커버(53)는 링 프레임(51)의 중심에 배치되되, 링 프레임(51)으로부터 기둥(52)을 향해 벗어난 축 방향으로 배치되어 있다. 각 아암(54)은 베어링 커버(53)로부터 방사상으로 L자 모양으로 굴곡 연장되어 링 프레임(51)의 내연에 연결되어 있다.

(스테이터(40))

스테이터(40)는 기판(基板)(41), 복수의 전기자(armature) (42)(도면에서는 6개), 제어 회로(43) 등으로 구성되어 있다.

도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 기판(41)은 슈라우드(10)보다 외경이 큰 원반 모양의 부재로 이루어진다. 기판(41)의 표면 중심부에는 베어링 커버(53)에 의해 덮어지도록 내부에 베어링을 갖는 원통형 베어링(40a)이 설치되어 있다. 베어링(40a)에 샤프트(60)가 회전 가능한 상태로 지지되어 있다. 샤프트(60)는 기판(41)에 대해 수직인 축 방향으로 연장되어 있다.

기판(41)의 외주부에는 복수의 나사공(41a)(도면에서는 6개) 이 형성되어 있다. 기판(41)의 뒷면에서 이 나사공(41a)에 결합되는 나사(44)가 각 아암(54)의 하단에 체결됨으로써, 프레임(50)은 기판(41)에 장착되어 있다. 샤프트(60)의 일단은 베어링(40a)을 덮은 베어링 커버(53)로부터 돌출되며, 샤프트(60)의 타단은 기판(41)의 뒷면으로부터 돌출되어 있다.

전기자(42)는 코일(42a)과, 철심(42b)으로 구성되어 있다. 각 전기자(42)는 베어링(40a)의 주위에 밀집된 상태에서 원주 방향으로 배열되도록 배치되어 있다(전기자(42)에 대한 자세한 내용은 후술한다).

도 4에 도시한 바와 같이, 기판(41)은 절연성 소재로 구성되어 있으며, 기판(41)에 제어 회로(43)가 마련되어 있다. 제어 회로(43)는 콘덴서(43a)나 소자(43b) 등의 전기부품을 포함하며, 각 전기자(42)의 코일(42a)로의 통전을 제어하도록 구성되어 있다. 제어 회로(43)는 기판(41)에서 각 전기자(42)보다 반경 방향 외측의 환 형상의 영역(환형 영역(R))에 배치되어 있다. 환형 영역(R)일 경우 비교적 면적이 크기 때문에, 전기부품이 많더라도 지장 없이 배치할 수 있다.

제어 회로(43)는 커넥터가 붙어 있는 케이블(43c)을 갖는 단자부(43d)도 포함한다. 케이블(43c)은 제어부(9)와의 연결에 이용된다. 제어 회로(43)는 또한, 기판(41)을 따라 연장되는 도전체로 구성된 배선 패턴(43e)도 포함한다.

도시하지 않았지만, 각 전기자(42)의 코일(42a)의 단부(端部)는 기판(41)에 끼워짐으로써 배선 패턴(43e)과 연결되어 있다. 제어 회로(43)는 또한, 배선 패턴(43e)을 통해 단자부(43d)와 연결되어 있다. 즉, 이 스테이터(40)에서는 전기부품이나 코일(42a)의 연결에 전선(424)이 사용되고 있지 않다. 기판(41)에 형성된 배선 패턴(43e)으로 연결되어 있기 때문에, 제조가 용이해지고 구조도 간소화된다.

환형 영역(R)인 경우 배선 패턴(43e)도 여유를 가지고 형성할 수 있으므로, 단락이나 단선 등의 결함을 억제할 수 있다. 특히, 이 모터에서는 코일(42a)에 큰 전류가 공급되므로 배선 패턴(43e)도 그에 따라 큰 단면적이 요구된다. 환형 영역(R)인 경우 이러한 단면적이 큰 배선 패턴(43e)도 여유롭게 형성할 수 있다.

베어링 커버(53)에서 돌출된 샤프트(60)의 일단은 자석(25)의 노출 측으로부터 제2 로터(30)의 보스부(22)의 삽입공에 압입 고정되어 있다. 기판(41)의 뒷면에서 돌출된 샤프트(60)의 타단은 자석(25)의 노출 측으로부터 제1 로터(20)의 보스부(22)의 삽입공에 압입 고정되어 있다.

이에 따라, 제1 로터(20)는 스테이터(40)와 축 방향으로 소정의 갭을 사이에 두고 대향 배치되어 있다. 제2 로터(30)는 베어링 커버(53), 각 아암(54) 및 링 프레임(51)에 둘러싸인 공간에 수용되어 있어서, 제2 로터(30)도 스테이터(40)와 축 방향으로 소정의 갭을 사이에 두고 대향 배치되어 있다.

구체적으로, 제1 로터(20) 및 제2 로터(30)의 자석(25)은 각각 스테이터(40)에 마련된 전기자(42) 그룹과 축 방향으로 대향하도록 구성되어 있다.

좀 더 상세하게, 제2 로터(30)의 각각의 자석(25)은 스테이터(40)에 마련된 전기자(42) 그룹과, 직접, 축 방향으로 대향하도록 구성되어 있다. 이에 반해, 제1 로터(20)의 각각의 자석(25)은 기판(41)을 개재한 상태에서 스테이터(40)에 마련된 전기자(42) 그룹과 축 방향으로 대향하도록 구성되어 있다.

또한, 제1 로터(20) 및 제2 로터(30)의 각각의 자석(25)은 환형 영역(R)(스테이터(40)에 마련된 제어 회로(43))과 축 방향으로 대향하지 않도록 구성되어 있다.

즉, 제1 로터(20) 및 제2 로터(30)의 각각의 자석(25)은 전기자(42) 그룹하고만 축 방향으로 대향하도록 구성되어 있고, 제어 회로(43)나 배선 패턴(43e)과는 대향하고 있지 않기 때문에, 와전류 손실의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 모터를 더욱 더 고효율화 할 수 있다.

슈라우드(10)는 핀(13)이 세워져 있는 바텀부(11)의 뒷면을 링 프레임(51)을 향하게, 제2 로터(30)를 덮은 상태에서, 프레임(50)에 고정되어 있다. 이에 따라, 슈라우드(10) 및 팬을 겸용하는 제2 로터(30)에 의해 원심형의 팬이 구성되어 있다. 이때, 여기에서는 원심형 팬으로 했지만, 사류형(射流型) 팬일 수도 있다.

(전기자(42))

각 전기자(42)는 도 5A에 확대 도시한 바와 같이, 손끝에 올려질 정도의 미세한 부품으로 구성된다. 전기자(42)는 이와 같은 미세한 크기이기 때문에, 고효율, 고출력의 모터를 실현하기 위해 그 소재나 형상이 연구되어 있다.

모터가 고출력이기 위해서는 가능한 한 큰 전류를 코일(42a)에 공급하여 강한 자력을 발생시킬 필요가 있다. 큰 전류를 코일(42a)에 흐르도록 하기 위해서는 굵은 전선이 바람직하고, 고효율로 강한 자력을 발생시키기 위해서는 코일(42a)에 철심(42b)을 마련하거나 점적율(占積率)을 높이는 것이 바람직하다.

그래서, 도 5B에 도시한 바와 같이 전기자(42)는 코일(42a)과 철심(42b)으로 구성되어 있다. 철심(42b)은 철분 등을 압축 성형하여 형성되어 있으며, 한 쌍의 플랜지부(420, 420) 및 권선부(winding portion)(421)로 구성되어 있다. 각 플랜지부(420)는 판상의 부분이며, 모서리부가 둥글게 처리된 대략 부채 형상으로 형성되어 있다.

좀 더 구체적으로, 각 플랜지부(420)는 좁은 모양의 꼭지각부(頂角部) (420a)와, 꼭지각부(420a)로부터 서로 이격 연장되는 한 쌍의 대향변부(420b, 420b)와, 만곡된 상태로 이러한 대향변부(420b, 420b)에 연결되는 밑변부(420c)를 가지고 있다(도 11B 참조).

권선부(421)는 플랜지부(420)에 직교해서 연장되는 기둥 형상의 부분으로, 모서리부가 둥근 대략 정삼각형의 단면을 가지고 있다. 권선부(421)는 일측 플랜지부(420)의 중앙부에 세워져 있다. 각 철심(42b)은 플랜지부(420)의 꼭지각부(420a)가 베어링(40a)과 대향하도록 기판(41)에 배치되어 있다.

미리 소정 형상의 코일(42a)을 형성하고, 이 코일(42a)을 철심(42b)에 장착함으로써 전기자(42)가 형성되어 있다. 즉, 코일(42a)에는 권선부(421)보다 약간 큰 대략 삼각형의 단면을 갖는 삽입공(423)이 마련되어 있어서, 이 삽입공(423)에 권선부(421)가 끼워진다. 그리고, 삽입공(423)에서 돌출되는 권선부(421)의 끝단에, 타측 플랜지부(420)를 장착함으로써 전기자(42)가 형성되어 있다.

도 6A에 도시한 바와 같이, 코일(42a)은 구리 등의 전기 도체(424a)를 절연막(424b)으로 피복하여 구성된 전선(424)을 감아 형성되어 있다. 모터에서는 이러한 전선(424)에 장방형 단면을 갖는 플랫 와이어(flat wire)(平角線)가 이용되고 있다. 도 6A에 화살표로 나타낸 바와 같이, 플랫 와이어를 그 단변측으로 구부려서 코일(42a)이 형성되어 있다(소위, 에지와이즈(edgewise) 권선).

플랫 와이어인 경우 간격 없이 적층할 수 있으므로, 둥근 라운드 와이어(round wire)(丸線)에 비해 높은 점적률을 얻을 수 있다. 게다가, 에지와이즈(edgewise) 권선인 경우 두께가 얇은 단변측이 적층되어 가므로, 권선 방향(축 방향)의 코일(42a)의 사이즈도 작게 할 수 있다. 단변측이 작더라도 장변측을 크게 함으로써 플랫 와이어의 단면적을 크게, 즉 전선(424)을 굵게 할 수 있다.

그런데, 이 팬모터(2)의 경우, 코일(42a)은 상술한 바와 같이 초미니 사이즈가 된다. 따라서, 아주 작은 크기의 철심(42b)에 단면이 큰 플랫 와이어를 감지 않으면 안 된다. 이에 비해, 이 전기자(42)에서는 미리 소정의 권선 형상으로 형성한 코일(42a)을 철심(42b)에 장착하여 구성하고 있다. 따라서, 아주 작은 크기의 철심(42b)에 단면이 큰 플랫 와이어를, 게다가 구부리기 어려운 에지와이즈(edgewise) 권선으로 휘감을 필요가 없다. 따라서, 제조가 용이할 수 있다.

또한, 플랫 와이어의 굽힘(R)(품질 보증이 가능한 굽힘 반경의 한계값)은 구부리는 방향 선폭의 3/4 이상으로 되어 있다. 따라서, 장변측이 큰 플랫 와이어를 매우 작은 권선부(421)의 단면 형상에 맞추어 그대로 구부리면 굽힘(R)의 한계를 넘는다. 따라서, 절연막(424b)이 찢어지거나 도선이 파손될 우려가 있어서 적정한 품질을 확보할 수 없다.

그래서, 이 팬모터(2)에서는 플랫 와이어(전선(424))를 단변측에 병렬 상태로 밀착해서 연장되는 2개 이상의 플랫 와이어 요소(要素) (425)로 구성되어 있다. 각 플랫 와이어 요소(425)의 단부는 플랫 와이어의 단부와 마찬가지로, 배선 패턴(43e)에 연결된다(병렬 연결).

도 6B에 그 일례를 나타낸다. 이 팬모터(2)에서는 상단에 나타내는 크기의 플랫 와이어(기준 플랫 와이어(424S))가 요구되고 있다고 가정한다. 중단에는, 2개의 플랫 와이어 요소(425, 425)로 그 기준 플랫 와이어(424S)를 구성하는 경우를 나타내고 있다. 하단에는, 3개의 플랫 와이어 요소(425, 425, 425)로 그 기준 플랫 와이어(424S)를 구성하는 경우를 나타내고 있다. 플랫 와이어 요소(425)의 구조는 플랫 와이어(424)와 동일하다.

각 플랫 와이어 요소(425)의 단면에 있어서 단변측의 크기는 기준 플랫 와이어(424S)와 동일하다. 한편, 각 플랫 와이어 요소 (425)의 단면에 있어서 장변측의 크기(선폭)는 기준 플랫 와이어(424S)에 대해 거의 그 개수로 나눈 크기로 되어 있다(절연막(424b)의 두께만큼 차이는 있지만, 그 차이는 약소). 따라서, 각 플랫 와이어 요소(425)의 전기도체(424a)의 단면적의 총합은 기준 플랫 와이어(424S)의 전기도체(424a)의 단면적과 거의 동일하다.

이와 같이, 플랫 와이어를 복수의 플랫 와이어 요소(425)로 구성하면, 굽힘 방향의 선폭은 개별 플랫 와이어 요소(425)의 선폭이 되므로, 굽힘(R)을 작게 할 수 있다. 따라서, 전기도체(424a)의 큰 단면적을 유지하면서 매우 작은 권선부(421)의 단면 형상에 맞추어 구부릴 수 있게 된다.

플랫 와이어 요소(425)의 개수는 사양에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 이 팬모터(2)의 경우, 중단의 구성(2개의 플랫 와이어 요소(425))이 채용되어 있다. 3개 이상이 되면, 단변측에 병렬 상태로 밀착시키는 것이 어렵지만, 2개일 경우 비교적 용이하게 단변측에 병렬 상태로 밀착시킬 수 있다. 즉, 제조가 용이하다.

이와 같이 이 팬모터(2)에 의하면, 플랫 와이어(424)를 에지와이즈(edgewise) 권선함으로써 코일(42a)이 형성되어 있으므로, 축 방향으로 코일(42a)을 작게 하면서 점적률을 높일 수 있다. 전기자(42)에 철심(42b)이 마련되어 있으므로, 고효율로 강한 자력을 발생시킬 수 있다.

플랫 와이어(424)가 단변측에 병렬 상태로 밀착 연장되는 복수의 플랫 와이어 요소(425)로 구성되어 있기 때문에, 굽힘(R)을 작게 할 수 있으며, 매우 작은 권선부(421)에 전기도체(424a)의 단면적이 큰 전선(424)을 감을 수 있다. 따라서, 전류 밀도를 낮출 수 있으므로 대전류를 효율적이고 안정적으로 흐르도록 할 수 있다.

미리 소정 형상으로 감은 코일(42a)을 철심(42b)에 장착하기 때문에, 전기자(42)의 제조도 용이하게 할 수 있다.

<응용예>

도 7에 도시한 바와 같이, 배치 관계상, 굽힘 방향의 안쪽에 위치하는 플랫 와이어 요소(425)(부호 425i로 표시)보다 굽힘 방향의 바깥쪽에 위치하는 플랫 와이어 요소(425)(부호 425o로 표시)의 길이가 더 길어진다. 선폭이 커지면 그만큼 길이에 차이가 생긴다.

플랫 와이어 요소(425i, 425o)의 길이에 차이가 있는 경우, 이에 따라 전기 저항도 차이가 난다. 플랫 와이어 요소(425i, 425o)의 전기 저항에 차이가 있는 경우, 전위차가 발생하여 도 7에 화살표 Y로 나타낸 바와 같이 플랫 와이어 요소(425i, 425o)의 단부, 즉 각각을 덮고 있는 절연막이 벗겨져 도체가 노출되어 있는 부위(동일한 단자에 연결되는 부위)의 사이에서 순환 전류가 흐른다. 길이의 차이가 커지면 순환 전류에 의한 손실이 커지기 때문에, 모터 출력에 영향을 미칠 우려가 있다.

따라서, 이러한 경우에는 각 플랫 와이어 요소(425)의 전기 저항 값이 거의 동일하도록 하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 도 8A에 도시한 바와 같이, 플랫 와이어 요소(425)의 단부가 서로 떨어져 위치하도록 배치할 수 있다. 구체적으로는, 굽힘 방향의 바깥쪽에 위치하는 플랫 와이어 요소(425o)보다 굽힘 방향의 안쪽에 위치하는 플랫 와이어 요소(425i)이 굽힘 중심에 대해 외주측에 위치하도록 서로 다르게 배치하면 된다.

이렇게 하면 각 플랫 와이어 요소(425i, 425o)의 길이를 대략 동일하게 할 수 있다. 길이가 대략 동일해지면 전기 저항의 값이 대략 동일해지므로, 순환 전류를 억제할 수 있다. 따라서, 높은 모터 출력을 유지할 수 있다.

도 8B에 도시한 바와 같이, 플랫 와이어 요소(425i, 425o)의 각각의 폭(WI, WO)을 서로 다르게 할 수도 있다. 이 경우에도, 각 플랫 와이어 요소(425i, 425o)의 저항값을 거의 동일하게 할 수 있다. 단부의 위치가 동일하기 때문에, 배치 면에서 이점이 있다.

이때, 플랫 와이어는 상술한 바와 같이, 3개 이상의 플랫 와이어 요소로 구성할 수도 있다.

- 제2 실시예 -

도 9는 제2 실시예에 따른 팬모터(2)를 나타낸다. 제2 실시예에 따른 팬모터(2)의 기본적인 구성은 제1 실시예와 동일하다. 즉, 본 실시예에서도 기본적인 구성에 대해서는 제1 실시예에서 설명한 내용과 동일하다. 따라서, 제1 실시예에서 설명되지 않은 본 실시예 특유의 내용에 대해 설명한다.

(기판)

도 10에 도시한 바와 같이, 기판(41)은 다층 인쇄 회로 기판이며, 그 주체는 적층된 복수의 절연성 플레이트로 구성되어 있다. 이러한 플레이트의 사이에 소정 형상으로 형성된 동박 등의 전기도체를 끼워 넣어서 전기배선 회로(이른바, 배선 패턴)이 마련되어 있다.

제어 회로(43)는 제1 실시예와 마찬가지로, 콘덴서(431a)나 스위칭 소자(431b) 등의 제어용 전기부품(제어부품(431))을 포함한다. 이러한 제어부품(431)은 각 전기자(42)로의 통전을 제어한다. 제어 회로(43)는 또한, 커넥터가 붙어 있는 케이블(432a)을 갖는 단자부(432)를 포함한다. 케이블(432a)은 제어부(9)와의 연결에 사용된다.

이러한 제어부품(431), 단자부(432), 각 전기자(42)의 코일(42a) 등이 배선 패턴을 통해 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 납땜이 필요한 케이블 등을 대폭 생략할 수 있기 때문에 제조 비용을 절감하고 품질을 향상시킬 수 있다. 특히, 이 팬모터(2)에서는 대전류가 흐르기 때문에, 굵은 케이블을 밀집해서 배선 할 필요가 있으므로 효과적이다. 배선 패턴인 경우, 동박의 두께나 폭을 크게 하면 되므로, 팬모터(2)에 적합하다.

각각의 전기자(42)는 U상, V상 및 W상의 3상으로 이루어지는 코일 그룹을 구성하고 있다. 이 팬모터(2)에서는 각 상의 코일 그룹이 한 쌍의 코일(42a, 42a)로 이루어지며, 점대칭 형상에 위치하는 전기자(42)들이 동일한 상의 코일 그룹을 구성하고 있다.

제어부품(431)은 각 상에 대응해서 3조 마련되어 있으며, 각 상의 코일 그룹에 흐르는 전류의 위상이 다르도록 제어한다. 이렇게 함으로써 각 전기자(42)와 제1 로터(20) 및 제2 로터(30)의 자석(25) 사이에서 발생하는 자력의 작용으로, 팬모터(2)가 회전한다.

제어부품(431)은 제1 실시예와 마찬가지로, 기판(41)에서 각 전기자(42)보다 반경 방향 외측의 환형 영역(외측 환형 영역(Ro))에 배치되어 있다. 제어부품(431)은 외측 환형 영역(Ro)의 양면에 마련되어 있다.

그리고, 본 실시예에 따른 팬모터(2)에서는 보다 소형 경량화, 고효율화, 고출력화를 향상시킬 수 있도록 전기자(42)와 함께 기판(41) 및 제어 회로(43)도 연구되어 있다.

즉, 이 팬모터(2)에서는 도 11A에 도시한 바와 같이 플랫 와이어(424)를, 단변측에 병렬 상태로 밀착 연장되는 한 쌍의 플랫 와이어로 구성하고 있다. 다시 말해, 플랫 와이어는 내외에 밀착하여 병렬 상태로 권선 방향으로 연장되는 외측 요소선(424o) 및 내측 요소선(424i)으로 구성되어 있다.

이와 같이 플랫 와이어를 2개로 나누어 구성하면, 굽힘 방향의 선폭은 절반이 되므로, 굽힘(R)을 작게 할 수 있다. 따라서, 전기도체의 큰 단면적을 유지하면서 매우 작은 권선부(421)의 단면 형상에 맞게 구부릴 수 있게 된다.

이와 같이, 이 팬모터(2)에 의하면 플랫 와이어(424)를 에지와이즈(edgewise) 권선해서 코일(42a)이 형성되어 있기 때문에, 축 방향으로 코일(42a)을 작게 하면서 점적률을 높일 수 있다. 전기자(42)에 철심(42b)이 마련되어 있으므로 고효율로 강한 자력을 발생시킬 수 있다.

플랫 와이어(424)가 굽힘 방향의 선폭이 작은 2개의 플랫 와이어로 구성되어 있으므로, 굽힘(R)을 작게 할 수 있고, 매우 작은 권선부(421)에 전기도체의 단면적이 큰 전선(424)을 감을 수 있다. 따라서, 전류 밀도를 낮출 수 있으므로, 대전류를 효율적이고 안정적으로 흐르도록 할 수 있다.

(코일의 연구)

각 코일(42a)에 있어서, 외측 요소선(424o)의 일단과 내측 요소선(424i)의 타단은 직접 연결되어 있다. 예컨대, 도 11A와 도 11B에 있어서, 상측 단부부터 코일(42a)을 감기 시작했다고 가정하면, 외측 요소선(424o) 및 내측 요소선(424i)은 각각 그 감기 시작하는 쪽의 단부에 코일(42a)의 외주면을 따라 감기 종료되는 쪽을 향해 연장되는 세로 연장 돌출부(425a)를 가지고 있다. 이러한 세로 연장 돌출부(425a)는 플랜지부(420)의 밑변부(420c)의 한쪽 귀퉁이 근방에 위치하고 있다.

외측 요소선(424o)의 세로 연장 돌출부(425a)의 단부는 도 11B에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 플랜지부(420)보다 외측에 위치해서 아래쪽으로 돌출되어 있다(외측 연결 단부(426)). 이에 대해 내측 요소선(424i)의 세로 연장 돌출부(425a)의 단부는 플랜지부(420)보다 위쪽에 위치하고 있다.

한편, 외측 요소선(424o)의 권선이 종료되는 쪽의 단부는 플랜지부(420)의 밑변부(420c)의 다른 귀퉁이 근방에서, 권선 방향을 내측 요소선(424i)의 세로 연장 돌출부(425a)의 단부를 향해 연장되어 있다(가로 연장 돌출부(427)). 그리고, 가로 연장 돌출부(427) 단부의 전기도체와, 내측 요소선(424i)의 세로 연장 돌출부(425a) 단부의 전기도체가 용접 등으로 연결되어 있다. 그 결과, 각 전기자(42)가 갖는 1개의 코일(42a)은 서로 직렬로 연결된 2개의 외측 요소 코일 및 내측 요소 코일로 구성되어 있다.

통상적인 경우, 이들 단부는 기판(41)의 소정 위치에 납땜해서 기판(41)의 배선 패턴을 통해 연결된다. 이에 반해, 이 팬모터(2)에서는 코일(42a) 그 자체로 연결했기 때문에, 기판(41)의 연결 개소를 줄일 수 있다. 그 결과, 기판(41)을 더욱 더 소형화 할 수 있다. 납땜 작업이 줄어들어 품질도 향상된다.

내측 요소선(424i)과 외측 요소선(424o)에서는 길이 차이가 있으므로 이들에 전류가 흐르면 전위차가 발생한다. 이 전위차에 의해 이들 내측 요소선(424i)과 외측 요소선(424o)의 각 단부를 가까운 위치에서 기판(41)에 전기적으로 연결하면, 이들 사이에 순환 전류가 발생한다. 그에 반해, 이와 같이 연결함으로써 그러한 순환 전류의 발생도 방지할 수 있다.

내측 요소선(424i)의 감기 종료되는 쪽의 단부는 플랜지부(420)의 꼭지각부(420a) 근처에서 아래쪽을 향해 굴곡되어 있다. 이에 따라, 도 11B에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 그 위치에서 플랜지부(420)보다 바깥쪽에 위치해서 아래쪽으로 돌출되어 있다(내측 연결 단부(428)). 외측 연결 단부(426) 및 내측 연결 단부(428)는 각각 기판(41)에 마련되어 있는 배선 패턴에 연결된다.

(기판 및 제어 회로의 연구)

도 12A와 도 12B는 기판(41) 및 제어 회로(43)를 나타낸다. 도 12A는 전기자(42)를 장착하기 전의 기판(41)을 나타내고 있다. 도 12B는 외측 요소선(424o)과 내측 요소선(424i)과 제어 회로(43)의 배선 구조를 나타내고 있다.

도 12A에 도시한 바와 같이, 기판(41)의 중앙에는 베어링(40a)이 설치되는 관통공(412)이 형성되어 있다. 그리고 이 관통공(412)의 주위에는 기판(41)의 각 전기자(42)보다 반경 방향 안쪽에 위치하는 환형의 영역(내측 환형 영역(Ri))이 마련되어 있다.

이 내측 환형 영역(Ri)에 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치된 6개소의 내부 접점이 마련되어 있다(제1 ~ 제6 내부 접점(413a ~ 413f)). 내측 환형 영역(Ri)에는 또한, 환형의 배선 패턴(중립점 패턴(414))이 마련되어 있다. 각각의 내부 접점(413a ~ 413f)은 중립점 패턴(414)을 통해 서로 전기적으로 연결되어 있다.

그리고, 외측 환형 영역(Ro)의 내주측 테두리부에도 원주 방향을 따라 등 간격으로 배치된 6개소의 외부 접점이 마련되어 있다(제1 ~ 제6 외부 접점(415a ~ 415f)). 외측 환형 영역(Ro)의 내주측 테두리부에는 또한, 3개의 원호 형상의 배선 패턴(중계 패턴(416u ~ 416w))이 마련되어 있다.

서로 점대칭으로 위치하고 있는 3쌍의 외부 접점(제1 외부 접점(415a)과 제4 외부 접점(415d), 제2 외부 접점(415b)과 제5 외부 접점(415e), 제3 외부 접점(415c)과 제6 외부 접점(415f))은 각각 대응하는 중계 패턴(416u ~ 416w)을 통해 전기적으로 연결되어 있다. 여기서, 도시하지는 않았지만, 중계 패턴(416u ~ 416w)은 각 상의 코일(42a)에 통전하기 위해 각 상에 대응한 제어부품(431)과 배선 패턴을 통해 전기적으로 연결되어 있다.

또한, 내측 연결 단부(428)를 내부 접점(413a ~ 413f)에 각각 납땜하고, 외측 연결 단부(426)를 외부 접점(415a ~ 415f)에 각각 납땜하여 각 전기자(42)를 기판(41)에 설치한다.

이렇게 함으로써, 도 12B에 도시한 바와 같이 각 전기자(42)의 코일(42a) 중 동일한 위상의 코일 그룹을 구성하고 있는 한 쌍의 코일(42a, 42a)은 중립점 패턴(414)과 중계 패턴(416u ~ 416w)의 사이에 병렬로 연결되어 있다. 중립점 패턴(414)은 각 상의 코일 그룹의 일단을 서로 전기적으로 연결하여 중립점을 구성하고 있다.

중계 패턴(416u ~ 416w)은 각 상의 코일 그룹의 타단과, 각 상에 대응한 제어부품(431)을 서로 전기적으로 연결하여 중계점을 구성하고 있다. 이에 따라, 각 상의 코일 그룹은 소위 Y 결선(스타 결선)된 상태로 되어 있다.

이와 같이, 내측 환형 영역(Ri)에 중성점을 배치하고, 외측 환형 영역(Ro)에 중계점을 배치함으로써, 기판(41)에서 이들 내측 환형 영역(Ri)과 외측 환형 영역(Ro) 사이의 부분에 배선 패턴이 존재하지 않는 영역(무패턴 영역(Rn))이 형성되어 있다. 그리고, 이 무패턴 영역(Rn)에 전기자(42)가 설치되어 있다.

만일 이 영역에 배선 패턴이 존재하고 있으면, 모터가 구동될 때, 자속이 배선 패턴을 통과하기 때문에 와전류가 발생한다. 그에 반해, 이 팬모터(2)에서는 무패턴 영역(Rn)이 형성되어 있기 때문에, 와전류의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 모터 효율, 모터 출력이 향상된다.

게다가, 기판(41)에 배선 패턴을 효율적으로 배치할 수 있으며, 제어 회로(43)를 컴팩트하게 구성할 수 있다. 내측 환형 영역(Ri)에는 중립점 패턴(414)과 각 내부 접점(413a ~ 413f)만 마련하면 되기 때문에, 작은 영역에서도 충분히 기판(41)의 중심부에 효율적으로 배치할 수 있다.

이에 반해, 외측 환형 영역(Ro)에는 중계 패턴(416u ~ 416w)뿐만 아니라 다른 배선 패턴이나 복수의 제어부품(431)이 설치된다. 따라서, 넓은 영역이 필요하지만, 외측 환형 영역(Ro)의 경우 비교적 면적이 크기 때문에, 제어부품(431)이 크거나 제어부품(431)이 많더라도 무리 없이 배치할 수 있다. 나아가, 외부 장치와 쉽게 전기적으로 접속할 수 있다. 효율적으로 배선할 수 있다.

기판(41)이 작으면 상대적으로 제어부품(431)이 차지하는 영역이 확대된다. 특히, 스위칭 소자(431b)는 모터 구동 시에는 고온이 되므로, 기판(41)도 이에 따라 고온이 되기 쉽다. 기판(41)이 고온이 되면, 스위칭 소자(431b) 이외의 제어부품(431)이나 배선 패턴이 손상될 우려가 있다.

이에, 이 팬모터(2)에서는 상술한 연구에 따른 제어 회로(43)의 축소로 인해 남은 공간을 이용하여 기판(41)의 온도 상승을 억제할 수 있도록 하고 있다. 즉, 외측 환형 영역(Ro)의 소정 개소에, 베타 패턴(429)으로 이루어지는 방열부가 마련되어 있다.

구체적으로는, 도 12A에 도시한 바와 같이, 외측 환형 영역(Ro)의 제어부품(431)이나 배선 패턴이 설치되어 있지 않은 복수의 영역에, 그 거의 전역에 간격 없이 쭉 펼쳐지는 동박(베타 패턴(429))이 마련되어 있다. 이들 베타 패턴(429)은 배선 패턴과는 달리, 제어부품(431) 등과 전기적으로 연결되어 있지 않다. 각 베타 패턴(429)은 통전되지 않는 독립적인 패턴으로 되어 있다.

이러한 베타 패턴(429)은 플레이트보다 열전달이 우수하므로 기판(41)의 온도가 높아지면 이러한 베타 패턴(429)을 통해 효과적으로 방열할 수 있다. 따라서, 작은 기판(41)에 고온이 되는 제어부품(431) 등이 밀집해 있더라도, 기판(41)의 온도 상승을 억제할 수 있다.

한편, 도 13은 도 5A에 도시한 전기자(42)를 이용한 제1 실시예에 따른 배선도를 예시한 것이다.

이 경우, 바깥쪽에 위치하는 플랫 와이어 요소(425o)의 단부 2개소와, 안쪽에 위치하는 플랫 와이어 요소(425i)의 단부 2개소가 기판의 소정 위치(외측 환형 영역(Ro)에 해당하는 영역의 소정 위치)의 접점(p)에 납땜됨으로써 제어 회로(43)와 연결되어 있다.

동상(同相)의 전기자(42) 중 일측 전기자(42)의 플랫 와이어 요소(425i)과 타측 전기자의 플랫 와이어 요소(425o)이 연결되어 있다. 이와 같이 배선하면, 개별 전기자(42) 내외의 길이의 차이를 상쇄할 수 있다. 따라서, 순환 전류에 의한 손실을 억제할 수 있다. 이때, 접점(p)은 내측 환형 영역(Ri)에 해당하는 지역에 위치하고 있을 수 있다. 접점(p)의 위치는 사양에 따라 선택할 수 있다.

또한, 개시하는 기술에 따른 팬모터는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 그 이외 다양한 구성도 포함하고 있다.

적용가능한 청소기는 스틱형에 한정되지 않는다. 예를 들어, 로봇형 청소기에도 적합하다. 로터는 2개가 바람직하지만, 1개일 수도 있다. 로터의 일측은 강판 등의 자성체로 대용될 수 있다.

<각 실시예에서 개시된 기술의 특징>

(제1 실시예)

상기 팬모터는 방사상으로 배치된 복수의 블레이드를 가지며 축 방향으로 연장되는 샤프트에 고정되어 있는 팬과, 중앙부에 흡입구를 가지며 상기 팬을 덮도록 배치되는 슈라우드와, 자극을 구성하는 복수의 자석을 가지며 상기 샤프트에 고정되어 있는 로터와, 상기 로터와 축 방향으로 소정의 갭을 사이에 두고 대향 배치되어 있는 스테이터를 구비한다.

상기 스테이터는 중심부에 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링이 설치되어 있는 기판과, 상기 베어링의 주위에 배치된 코일과 철심으로 이루어지는 복수의 전기자를 가지고 있다. 그리고, 장방형의 단면을 갖는 플랫 와이어를 그 단변측으로 구부려 상기 플랫 와이어의 단변측이 상기 철심에 접해서 감겨지도록 상기 코일이 형성되어 있다.

즉, 이 팬모터에서는 원심 팬과, 액시얼 갭형의 팬모터가 일체로 구성되어 있다. 이 모터를 구성하는 스테이터는 샤프트를 축 지지하는 베어링이 중심부에 설치되어 있는 기판을 가지며, 기판의 베어링 주위에 복수의 전기자가 배치되어 있다. 그리고, 이들 전기자는 철심과 코일로 구성되어 있으며, 그 코일은 장방형의 단면을 갖는 플랫 와이어를 그 단변측으로 구부리기, 즉 에지와이즈(edgewise) 권선에 의해 형성되어 있다.

플랫 와이어인 경우 간격 없이 적층할 수 있으므로, 둥근 라운드 와이어에 비해 높은 점적률을 얻을 수 있다. 게다가, 에지와이즈(edgewise) 권선인 경우 두께가 얇은 단변측이 적층되어 가기 때문에, 권선 방향(축 방향)의 코일 사이즈도 작게 할 수 있다. 단변측이 작더라도 장변측을 크게 함으로써 플랫 와이어의 단면적을 크게, 즉 전선을 굵게 할 수 있다. 따라서, 고출력을 발휘할 수 있는 팬모터를 실현할 수 있다.

상기 팬모터는 또한, 상기 철심이 축 방향으로 연장되며 모서리부가 둥근 대략 삼각형의 단면을 갖는 권선부를 가지며, 상기 권선부에 상기 플랫 와이어가 감겨져 있을 수도 있다.

이렇게 함으로써, 각 전기자를 좀 더 조밀한 상태로 기판의 중심부에 집약 배치할 수 있다. 따라서, 팬모터의 사이즈를 더욱 더 작게 할 수 있다.

상기 팬모터는 또한, 상기 플랫 와이어가 단변측에 병렬 상태로 밀착 연장되는 2개 이상의 플랫 와이어 요소로 구성되어 있을 수 있다.

팬모터의 경우, 코일은 초미니 사이즈가 된다. 따라서, 극소 철심에 대해 단면이 큰 플랫 와이어를 감지 않으면 안 된다. 이에 비해, 플랫 와이어의 굽힘 (R)(품질 보증이 가능한 굽힘 반경의 한계값)은 굽힘 방향 선폭의 3/4 이상으로 되어 있다. 따라서, 장변측이 큰 플랫 와이어를 극소 철심에 맞게 구부리면, 굽힘(R)의 한계를 넘는다. 따라서, 플랫 와이어의 절연막이 파손되거나 도선이 파단될 우려가 있어서 코일의 적정한 품질을 확보할 수 없다.

플랫 와이어를 복수의 플랫 와이어 요소로 구성할 경우, 굽힘 방향의 선폭은 개별 플랫 와이어 요소의 선폭이 되므로, 굽힘(R)을 작게 할 수 있다. 따라서, 플랫 와이어의 큰 단면적을 유지하면서 크게 구부리는 것이 가능해지므로, 코일의 전류 밀도를 낮출 수 있으며 고출력을 발휘할 수 있는 팬모터를 실현할 수 있다.

상기 팬모터는 또한, 상기 플랫 와이어 요소의 단부가 서로 떨어진 위치에 배치되어 있을 수 있다.

자세한 내용은 후술하지만, 각 플랫 와이어 요소의 전기 저항 차이로 인해 순환 전류가 흐름으로써 모터 출력에 영향을 미칠 우려가 있다. 이에 대해, 플랫 와이어 요소 단부를 서로 떨어진 위치에 배치하면, 각 플랫 와이어 요소의 전기 저항 차이를 대략 동일하게 해서 순환 전류를 억제할 수 있다. 따라서, 모터의 고출력을 유지할 수 있다.

구체적으로, 상기 플랫 와이어 요소의 각각의 길이를 대략 동일하게 하면 된다.

상기 팬모터는 또한, 상기 플랫 와이어 요소의 각각의 폭이 서로 다르도록 할 수 있다.

이 경우에도 각 플랫 와이어 요소의 저항값을 거의 동일하게 할 수 있다. 따라서, 모터의 고출력을 유지할 수 있다.

상기 팬모터는 또한, 상기 스테이터가 상기 코일로의 통전을 제어하는 제어 회로를 더 구비하며, 상기 제어 회로는 상기 기판의 상기 전기자보다 반경 방향 외측의 영역에 배치되어 있을 수 있다.

그러면, 로터는 전기자의 그룹과 축 방향으로 대향하기 때문에, 제어 회로와는 대향하지 않는다. 따라서, 와전류 손실의 발생을 억제할 수 있으므로, 모터를 더욱 더 고효율화 할 수 있다. 게다가, 반경 방향 외측의 영역인 경우, 면적이 넓기 때문에 여유를 가지고 제어 회로를 배치할 수 있다.

이 경우, 상기 코일과 상기 제어 회로가 상기 기판에 마련된 배선 패턴을 통해 연결되어 있는 것이 바람직하다.

그러면, 전선이 불필요해지므로 제조가 용이해지고 구조도 간소화된다.

(제2 실시예)

상기 스테이터는 중심부에 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링이 설치되어 있는 기판과, 상기 베어링 주위에 배치된 코일과 철심으로 이루어지는 복수의 전기자를 가지고 있다. 상기 코일은 장방형의 단면을 갖는 플랫 와이어를 그 단변측으로 구부려 상기 플랫 와이어의 단변측이 상기 철심에 접해서 감겨지도록 형성되어 있고, 상기 플랫 와이어는 내외에 밀착하여 병렬된 상태로 권선 방향으로 연장되는 한 쌍의 외측 요소선 및 내측 요소선으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 외측 요소선의 일단과 상기 내측 요소선의 타단이 연결됨으로써, 상기 코일은 서로 직렬로 연결된 외측 요소 코일 및 내측 요소 코일로 구성되어 있다.

즉, 이 팬모터의 전기자가 구비하는 코일은 에지와이즈(edgewise) 권선에 의해 형성되어 있다. 따라서, 높이를 억제하면서 높은 점적률을 얻을 수 있다. 그리고, 그 플랫 와이어가 한 쌍의 외측 요소선 및 내측 요소선으로 구성되어 있다. 따라서, 굽히는 방향의 선폭이 작아지므로 굽힘(R)을 줄일 수 있어 작은 코일에서도 안정된 품질로 형성할 수 있다.

또한, 외측 요소선의 일단과 내측 요소선의 타단이 연결됨으로써, 코일이 서로 직렬로 연결된 외측 요소 코일 및 내측 요소 코일로 구성되어 있다. 전위차의 발생에 의해 이들 사이에 순환 전류가 발생할 수 있지만, 이와 같이 연결하면 이러한 순환 전류의 발생도 방지할 수 있다.

상기 외측 요소선의 일단과 상기 내측 요소선의 타단이 직접 연결되어 있을 수도 있다.

그러면, 기판에서의 연결 개소를 줄일 수 있다. 그 결과, 기판을 더욱 더 소형화 할 수 있다. 납땜 작업이 줄어들기 때문에 품질도 향상된다.

상기 각각의 전기자는 흐르는 전류의 위상이 다른 복수의 코일 그룹을 포함하며, 동일한 위상의 상기 코일 그룹을 구성하고 있는 상기 각각의 코일은 서로의 상기 외측 요소선의 타단과 상기 내측 요소선의 일단을 연결함으로써 병렬로 연결되어 있을 수도 있다.

그러면, 제어 회로의 배선을 간소화 할 수 있다. 따라서, 기판을 보다 소형화 할 수 있다.

상기 스테이터는 또한, 상기 코일 그룹으로의 통전을 제어하는 제어부품을 가지며, 상기 제어부품이 상기 전기자보다 상기 기판의 반경 방향 외측의 영역에 배치되어 있을 수도 있다.

그 영역은 면적이 비교적 크기 때문에, 제어부품이 크거나 제어부품이 많더라도 지장 없이 배치할 수 있다. 게다가, 외부 장치와 용이하게 전기적으로 연결할 수 있다. 효율적으로 배선할 수 있다. 따라서, 기판을 보다 소형화 할 수 있다.

상기 제어부품과 상기 코일 그룹은 각각 상기 기판에 마련된 배선 패턴을 통해 연결되어 있을 수도 있다.

그러면, 납땜해야 할 케이블 등을 큰 폭으로 생략할 수 있기 때문에 제조 비용을 절감할 수 있으며, 품질을 향상시킬 수 있다. 특히, 이 팬모터에서는 대전류가 흐르기 때문에, 굵은 케이블을 밀집해서 배선할 필요가 있으므로 효과적이다. 배선 패턴인 경우, 동박의 두께나 폭을 크게 하면 되므로, 팬모터에 적합하다.

상기 코일 그룹은 각각 Y 결선되어 있으며, 상기 코일 그룹을 각각 연결하는 중립점이 상기 전기자보다 상기 기판의 반경 방향의 내측 영역에 배치되어 있을 수도 있다.

그러면, 기판의 전기자 설치 영역에 배선 패턴이 존재하지 않는 영역이 형성된다. 이 영역에 배선 패턴이 존재하고 있으면, 모터가 구동될 때 자속이 배선 패턴을 통과하기 때문에 와전류가 발생하지만, 배선 패턴이 없으므로 와전류의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 모터 효율, 모터 출력이 향상된다.

게다가, 기판에 배선 패턴을 효율적으로 배치할 수 있고 제어 회로를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 내측 영역에는 작은 중립점을 마련만 하면 되기 때문에 기판의 중심부에 효율적으로 배치할 수 있다.

상기 전기자보다 상기 기판의 반경 방향 외측의 소정 영역에 베타 패턴으로 이루어지는 방열부가 마련되어 있을 수도 있다.

기판이 작으면, 상대적으로 제어부품이 차지하는 영역이 확대된다. 제어부품은 고온이 되므로, 기판도 이에 따라 고온이 되기 쉽다. 베타 패턴은 열전달이 우수하므로 기판의 온도가 높아지면 이들 베타 패턴을 통해 효과적으로 방열할 수 있다. 따라서, 작은 기판에 고온이 되는 제어부품이 밀집해 있더라도, 기판의 온도 상승을 억제할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 실시예 각각에 있어서, 상기 로터는 상기 스테이터 1개에 대해 2개가 있으며, 각각의 로터는 상기 스테이터의 양측에 각각 배치되어 있고, 상기 로터의 일측은 상기 팬을 겸용하고 있을 수도 있다.

그러면, 더욱 높은 고출력을 발휘할 수 있으며, 부품수가 줄어 구조가 단순화되고 사이즈도 콤팩트하게 된다.

외경이 100mm 이하, 높이가 50mm 이하이며, 흡입 일률이 300W 이상일 수 있다.

그러면, 사이즈, 성능 모두, 스틱형 청소기에 적합하고, 조작성, 편리성이 뛰어난 청소기를 실현할 수 있다.

2 팬모터
10 슈라우드
20 제1 로터
30 제2 로터(팬)
40 스테이터
41 기판
42 전기자
42a 코일
42b 철심
424 전선(플랫 와이어)
424i 내측 요소선
424o 외측 요소선
43 제어 회로
431 제어부품
60 샤프트
A 회전축

Claims

흡입부;
상기 흡입부와 연통되는 본체부;
상기 본체부에 수용되며, 상기 흡입부에 흡입력을 제공하도록 마련되는 팬모터;를 포함하며,
상기 팬모터는,
방사상으로 배치되는 복수의 블레이드를 가지며, 축 방향으로 연장되는 샤프트(shaft)에 고정되는 팬(fan);
복수의 자석을 가지며, 상기 샤프트에 고정되는 로터(rotor); 및
상기 로터와 상기 팬 사이에 배치되는 스테이터(stator);를 포함하며,
상기 스테이터는,
상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링(bearing)이 마련되는 기판; 및
상기 베어링의 주위에 배치되는 복수의 전기자;를 포함하고,
상기 전기자는,
권선부를 갖는 철심; 및
단변 및 장변으로 형성되는 직사각 형상의 단면을 갖는 플랫 와이어를 포함하는 코일로서, 상기 플랫 와이어의 상기 단변을 형성하는 일 면이 상기 권선부를 향하도록 상기 권선부를 중심으로 감겨지는 상기 플랫 와이어를 포함하는 코일;을 포함하는 청소기.
제1항에 있어서,
상기 권선부는 축 방향으로 연장되며, 상기 플랫 와이어는 상기 권선부가 삽입되기 위해 상기 권선부보다 큰 크기의 삽입공을 형성하도록 감겨지는 청소기.
제1항에 있어서,
상기 플랫 와이어는,
단변을 형성하는 제1 요소면을 갖는 제1 플랫 와이어 요소; 및
상기 제1 플랫 와이어 요소의 상기 제1 요소면에 인접하도록 마련되며 단변을 형성하는 제2 요소면을 갖는 제2 플랫 와이어 요소;를 포함하는 청소기.
제3항에 있어서,
상기 제1 플랫 와이어 요소의 단부는 상기 제2 플랫 와이어 요소의 단부로부터 이격되도록 배치되는 청소기.
제4항에 있어서,
상기 제1 플랫 와이어 요소는 상기 제2 플랫 와이어 요소와 동일한 길이를 갖는 청소기.
제3항에 있어서,
상기 제1 플랫 와이어 요소의 단면의 장변의 길이는 상기 제2 플랫 와이어 요소의 단면의 장변의 길이와 상이하도록 마련되는 청소기.
제1항에 있어서,
상기 코일로의 통전을 제어하며 상기 기판에서 상기 전기자보다 반경 방향 외측에 배치되는 제어부를 더 포함하는 청소기.
제7항에 있어서,
상기 기판은 상기 코일과 상기 제어 회로를 전기적으로 연결하도록 마련되는 배선 패턴을 포함하는 청소기.
제1항에 있어서,
상기 플랫 와이어는 외측 요소선 및 상기 외측 요소선보다 상기 권선부에 가깝게 배치되는 내측 요소선을 포함하며,
상기 외측 요소선의 일 단부는 상기 내측 요소선의 일 단부와 연결되도록 마련되는 청소기.
제9항에 있어서,
상기 외측 요소선의 일 단부와 상기 내측 요소선의 일 단부는 직접 연결되어 있는 청소기.
제9항에 있어서,
상기 스테이터는 복수의 코일로 이루어지는 제1 코일 그룹 및 흐르는 전류의 위상이 상기 제1 코일 그룹과 상이하도록 마련되며 복수의 코일로 이루어지는 제2 코일 그룹을 포함하는 코일 그룹을 포함하고,
상기 제1 코일 그룹을 이루는 복수의 코일은,
일 단 및 타 단을 갖는 제1 코일; 및
일 단이 상기 제1 코일의 일 단과 연결되며, 타 단이 상기 제1 코일의 타 단과 연결되는 제2 코일;을 포함하는 청소기.
제11항에 있어서,
상기 스테이터는 상기 코일 그룹으로의 통전을 제어하는 제어부품을 더 포함하고,
상기 제어부품은 상기 전기자보다 상기 기판의 반경 방향 외측에 배치되는 청소기.
제12항에 있어서,
상기 코일 그룹은 각각 상기 기판에 마련된 배선 패턴을 통해 상기 제어부품과 연결되는 청소기.
제9항에 있어서,
상기 전기자보다 상기 기판의 반경 방향 외측에 베타 패턴으로 이루어지는 방열부;를 더 포함하는 청소기.
제1항에 있어서,
상기 팬은 상기 복수의 블레이드가 배치되는 일 면과 반대되는 면에 배치되는 복수의 자석을 포함하는 청소기.