KR20220006918A - 팬모터 - Google Patents

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KR20220006918A
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impeller
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김성기
김병직
황은지
황지수
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 팬모터에 관한 것으로, 하우징; 상기 하우징의 내측 중심을 가로 질러 회전 가능하게 설치되는 회전축; 상기 회전축의 일 측에 회전 가능하게 설치되는 임펠러; 상기 임펠러와 인접하게 설치되고, 상기 임펠러에 의해 생성되는 공기의 유동을 가이드하는 제1 베인; 상기 임펠러와 축방향으로 서로 이격되도록 상기 회전축에 설치되는 로터와, 상기 하우징의 내부에서 상기 로터와 공극을 두고 상기 로터를 감싸도록 설치되는 스테이터; 및 상기 임펠러에 의해 생성되는 공기의 유동 방향을 기준으로 상기 제1 베인보다 하류측에 설치되고, 상기 스테이터에 결합되며, 상기 하우징의 내측면과 적어도 일부가 접촉되도록 설치되는 제2 베인을 포함한다.

Description

팬모터{FAN MOTOR}
본 발명은 팬의 고속 회전이 가능한 팬모터에 관한 것이다.
모터는 전기 에너지를 이용하여 회전력을 발생시키는 장치를 의미한다. 일반적으로 모터는, 하우징과, 하우징의 내부에 배치되는 스테이터와, 스테이터의 내측에 배치되어 스테이터에서 발생되는 자계에 의해 회전되도록 이루어지는 로터, 로터에 결합되어 로터와 함께 회전하는 회전축을 구성으로 포함한다.
모터의 회전축의 일측에는 임펠러(impeller)와 같은 팬(fan)이 결합되어 기류(air current)를 발생시키도록 구성될 수 있다.
모터는 청소기나 헤어 드라이기 등의 가전기기에 설치될 수 있으며, 모터는 팬(FAN)과 체결되고, 팬은 전동기로부터 동력을 전달받아 회전됨으로 기류를 생성할 수 있게 된다.
일반적으로, 청소기나 헤어 드라이기는 사용자가 직접 손으로 쥔 상태로 작동하게 되므로, 사용자의 휴대성 및 편의성을 높이기 위해 소형화 및 경량화할 필요가 있다. 또한, 청소기나 헤어 드라이기는 고속 회전이 필수적으로 요구되므로, 모터의 고속 회전에 따른 냉각과 베어링의 신뢰성 확보가 필요하다.
종래에는 US 등록특허 제9897104호(이하, 특허문헌 1이라고 한다.)에서와 같이, 유입되는 공기가 팬의 회전에 따라 이동하게 되며, 고속 회전에 따른 모터의 냉각을 위하여 팬 아래에 팬 직경보다 큰 히트싱크가 적용되는 구조에 대해 개시하고 있다. 다만, 특허문헌 1은 별도의 구성 추가로 인해 그 구조가 복잡하고 베어링 냉각이 가능할 뿐, 모터 구동으로 인한 스테이터의 냉각이 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래에는 한국등록특허 제10-1873117호(이하, 특허문헌 2라고 한다.)에서와 같이, 팬의 구동에 의해 베어링에서 발생하는 열의 냉각을 위해, 히트싱크와 유동 가이드를 포함하는 구조에 대해 개시하고 있다. 다만, 특허문헌 1의 경우, 모터 스테이터의 냉각은 공기 유동에 의해 이루어질 뿐이므로, 고속 회전에 따라 스테이터에서 발생한 열의 방출이 어려워 모터 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이에, 고속으로 회전하는 팬모터의 소형화 및 경량화 구조를 확보하면서도, 방열 면적의 부족으로 인해 스테이터 및 로터의 온도 상승으로 인한 모터 효율이 저감시킬 수 있는 팬모터의 구조에 대한 연구가 필요하다.
본 발명의 일 목적은, 고속 회전시 하우징의 내부로 유입된 공기가 이동하면서 유로가 꺾임으로써 유동 효율이 저하되는 것을 방지하며, 내부 구조가 심플한 팬모터의 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 모터 스테이터에 베인이 접촉하도록 위치되어 효율적인 냉각이 이루어질 수 있는 팬모터의 구조를 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 팬모터는, 하우징; 상기 하우징의 내측 중심을 가로 질러 회전 가능하게 설치되는 회전축; 상기 회전축의 일 측에 회전 가능하게 설치되는 임펠러; 상기 임펠러와 인접하게 설치되고, 상기 임펠러에 의해 생성되는 공기의 유동을 가이드하는 제1 베인; 상기 임펠러와 축방향으로 서로 이격되도록 상기 회전축에 설치되는 로터와, 상기 하우징의 내부에서 상기 로터와 공극을 두고 상기 로터를 감싸도록 설치되는 스테이터; 및 상기 임펠러에 의해 생성되는 공기의 유동 방향을 기준으로 상기 제1 베인보다 하류측에 설치되고, 상기 스테이터에 결합되며, 상기 하우징의 내측면과 적어도 일부가 접촉되도록 설치되는 제2 베인을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제2 베인은, 원통형으로 이루어지고 상기 스테이터를 감싸도록 설치되는 베인허브; 및 상기 베인허브의 외측면으로부터 돌출 형성되고, 상기 하우징의 내측면과 접촉하여 열을 전달하도록 설치되는 방열핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 방열핀은, 상기 임펠러에 의해 유동하는 공기의 하방향 이동을 가이드할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 방열핀은, 복수개로 이루어지고, 상기 각 방열핀은, 상기 임펠러에 의해 흡입되는 공기가 상기 임펠러를 향해 이동하도록 일정한 각도로 경사지게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 각 방열핀은, 상기 베인허브의 외측면을 따라, 일정한 간격으로 방사상으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 회전축이 회전 가능하게 지지되도록, 상기 회전축의 일 측에 설치되는 제1 베어링과, 상기 회전축의 다른 일 측에 설치되는 제2 베어링; 및 상기 제1 베어링을 수용하여 지지하고, 상기 임펠러에 인접하게 위치되어 상기 하우징의 내측에 고정 설치되는 베어링 하우징을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제2 베인에는, 상기 베어링 하우징에 결합되도록 상부를 향해 안착부가 돌출 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 안착부는, 상기 베인허브의 상단부를 따라 복수개의 개소에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 베어링 하우징은, 상기 임펠러에 의해 생성되는 공기의 흐름 방향을 기준으로 상기 임펠러의 하류측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 하우징으로부터 유입된 공기는 상기 임펠러의 구동에 의해 상기 제2 베인을 향해 이동할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 베어링 하우징은, 원통형으로 이루어지는 몸체; 및 상기 몸체의 외측면을 따라 상하 방향으로 연장 형성되는 제2 베인결합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 몸체는 상기 제1 베인의 저면부를 지지하며, 상기 몸체에는 상부에 일정한 면적을 가지도록 이루어지는 임펠러안착부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 몸체의 중심부에는, 상기 제1 베어링이 안착되도록 링형상의 베어링지지부가 상하 방향으로 연장 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 하우징의 하부에 결합되고, 상기 공기의 흐름방향을 기준으로 상기 제2 베인의 하류측에 위치되며, 중심부에 상기 제2 베어링이 수용되도록 상하 방향으로 연장 형성되는 제2 베어링지지부를 구비하는 서브 베어링하우징을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 서브 베어링 하우징에는, 상기 베어링지지부에 인접한 위치에 공기의 배출이 이루어지도록 복수개의 공기배출구가 형성될 수 있다.
상기와 같은 구조의 본 발명에 따르면, 임펠러의 구동에 따라 공기유입구를 따라 유입된 공기는 제1 베인과 베어링 하우징을 지나, 제2 베인을 향해 유동하게 되며 유로의 변경이 최소화되어 공기의 유동 효율이 저하되는 것이 방지될 수 있게 될 것이다.
또한, 임펠러의 구동에 따라 공기유입구를 따라 유입된 공기는, 제1 베인과 베어링 하우징을 지나 제2 베인을 향해 이동하며, 제2 베인은 스테이터의 코어와 접촉되도록 위치되므로 방열핀이 하우징으로 열을 전달할 수 있게 된다. 이에, 스테이터에 발생한 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있게 될 것이다.
도 1은, 본 발명에 따른 팬모터의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 팬모터의 단면도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 팬모터의 분해사시도이다.
도 4a는, 도 1의 팬모터에서 하우징이 제거되었을 때의 모습을 나타내는 개념도이고, 도 4b는 도 4a의 분해사시도이다.
도 5는, 제2 베인의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 6a는, 제2 베인의 종 단면도이며, 도 6b는 제2 베인의 횡단면도이다.
도 7은, 팬모터의 내부 모습을 확대한 확대도이다.
이하, 본 발명에 관련된 팬모터에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일ㅇ유사한 구성에 대해서는 동일ㅇ유사한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 서로 다른 실시예라도 구조적, 기능적으로 모순이 되지 않는 한 어느 하나의 실시예에 적용되는 구조는 다른 하나의 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 팬모터(100)의 외관을 나타내는 사시도이고, 도 2는, 팬모터(100)의 단면도를 나타낸다. 또한, 도 3은, 본 발명에 따른 팬모터의 분해사시도를 나타낸다. 또한, 도 4a는, 도 1의 팬모터에서 하우징이 제거되었을 때의 모습을 나타내는 개념도이고, 도 4b는 도 4a의 분해사시도이다.
본 발명에 따른 팬모터(100)는 하우징(110), 회전축(120), 임펠러(130), 로터(144) 및 스테이터(140), 제1 베인(150)과 제2 베인(160), 제1 베어링(181)과 제2 베어링(182), 베어링 하우징(171) 및 서브 베어링 하우징(172)을 포함하여 구성된다.
하우징(110)은 팬모터(100)의 외관을 형성한다. 하우징(110)은 쉬라우드라고 칭하나, 본 명세서에서는 하우징(110)으로 그 용어를 통일하기로 한다.
하우징(110)은, 원형의 단면을 가지도록 이루어질 수 있으며, 내부에 수용공간을 구비할 수 있으며, 길이방향(도 1에서의 상하방향 또는 축방향)을 따라 공기의 유동을 형성하는 역할을 하게 된다.
하우징(110)은 상단부와 하단부가 각각 개구되도록 이루어지고, 상부를 향해 테이퍼진 형상으로 이루어질 수 있다.
하우징(110)의 개구된 상단부에는 임펠러(130)의 구동에 의해 공기가 흡입되기 위한 공기유입구(111)가 형성될 수 있으며, 개구된 하단부에는 후술할 서브 베어링 하우징(172)이 결합되고 상기 서브 베어링 하우징(172)에 형성된 공기배출구(172e)를 통해 흡입된 공기가 배출될 수 있게 된다.
하우징(110)은, 상부하우징(110a)과 하부하우징(110b)으로 이루어질 수 있다.
상부하우징(110a)은 하부하우징(110b)의 상부에 위치되는 것으로, 공기유입구(111)를 향하는 방향으로 단면적이 좁아지도록 이루어질 수 있다.
상부하우징(110a)은 단면적이 좁아지는 테이퍼진 형상의 병목부(bottle neck portion)를 구비할 수 있다. 공기유입구(111)를 통해 흡입되는 공기는 병목부에서 공기의 유속이 빨라지므로 흡입속도를 증가될 수 있게 된다.
상부하우징(110a)과 하부하우징(110b)이 형성하는 수용공간에는 회전축(120), 임펠러(130), 스테이터(140) 및 로터(144), 제1 제1 베인(150)과 제2 베인(160), 제1 베어링(181)과 제2 베어링(182), 베어링 하우징(171) 및 서브 베어링 하우징(172)이 각각 수용될 수 있다.
예를 들어, 도 2에서 보는 바와 같이, 상부하우징(110a)의 내부에는 임펠러(130)와 제1 베인(150) 및 베어링하우징(170)이 설치될 수 있으며, 하부하우징(110b)에는 스테이터(140) 및 로터(144)가 설치될 수 있다.
상부하우징(110a)를 통해 유입된 공기는 하부하우징(110b)를 지나 배출될 수 있게 된다.
이를 위해, 상부하우징(110a)에는 공기유입구(111)가 형성되고, 하부하우징(110b)의 하부에는 서브 베어링 하우징(172)가 결합되므로, 상부의 공기유입구(111)를 통해 유입된 공기는 하부하우징(110b)의 하부를 통해 배출될 수 있게 된다.
회전축(120)은 하우징(110)의 중심을 축방향으로 가로지르는 방향으로 회전 가능하도록 설치될 수 있다.
임펠러(130)는 외부 공기를 흡입하도록 구성되는 것으로, 중심부에 위치되는 허브(131)에 복수개의 블레이드(132)가 돌출되도록 형성되는 구조를 가진다.
임펠러(130)의 허브(131)는 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 크도록 이루어지는 원뿔 형태로 이루어질 수 있으며, 복수의 블레이드(132)는 허브(131)의 외주면에 나선형으로 돌출되도록 이루어질 수 있다.
복수의 블레이드(132)는 허브(131)의 원주 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 복수의 블레이드(132)는 허브(131)의 상단에서 하단으로 갈수록 서로 간격이 더 넓어지게 형성될 수 있다.
복수의 블레이드(122)와 하우징(110)의 내측면은 일정한 간격을 두고 서로 이격되게 배치되어 공기의 이동을 위한 이동 통로를 형성할 수 있게 된다.
회전축(120)의 일단부에는 임펠러 결합부(123)가 형성되고, 임펠러(130)는 임펠러 결합부(123)에 결합되어 회전축(120)과 함께 회전할 수 있게 된다. 임펠러(130)가 회전함에 따라 외부 공기는 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있다.
회전축(120)의 일 단에는 제1 베어링(181)이 장착되기 위한 제1 베어링 장착부(121)가 형성될 수 있다. 제1 베어링(181)은 회전축(120)의 제1 베어링 장착부(121)를 회전 가능하게 지지하도록 이루어질 수 있다.
제2 베어링 장착부(124)에는 제2 베어링(182)이 결합될 수 있다. 이때, 제2 베어링(182)은 볼 베어링으로 구현될 수 있다. 제2 베어링(182)은 회전축(120)의 제2 베어링 장착부(124)를 따라 회전될 수 있게 된다.
제1 베어링 장착부(121)와 제2 베어링 장착부(124)의 사이에는 로터(144)의 외주면을 감싸도록 영구자석(143)이 설치될 수 있다.
제1 베어링 장착부(121)와 제2 베어링 장착부(124)는 영구자석(143)을 사이에 두고 회전축(120)의 상부와 하부에 각각 배치될 수 있다.
제1 베어링(181)은, 회전축(120)의 일 측에서 회전축(120)을 회전 가능하게 지지하는 역할을 한다. 또한, 제2 베어링(182)은, 로터(144)를 사이에 두고 제1 베어링(181)의 반대편인 회전축(120)의 단부에 결합되어 회전축(120)을 회전 가능하게 지지하는 역할을 한다.
제1 베어링(181)은, 제1 베어링(181)의 외주면을 둘러싸도록 제1 오링 홀더(181a)가 제1베어링의 외주면에 장착될 수 있다. 제1 오링 홀더(181a)는 원통형으로 이루어질 수 있다.
제1 오링 홀더(181a)는 제1 베어링(181)의 외경과 동일 내지 유사한 직경을 가지도록 이루어질 수 있다. 제1 베어링(181)은 제1 오링 홀더(181a)의 내주면에 압입되어 결합되는 것도 가능하다.
제1 베어링(181)은, 별도의 작동 유체 없이 공기로 윤활되도록 이루어지는 에어베어링으로 이루어질 수 있다. 이에, 회전축(120)이 고속 회전을 하는 경우에도 에어 베어링 구조가 적용된 제1 베어링(181)과 회전축(120) 간의 마찰로 인한 마모가 발생하지 않게 되므로 베어링의 수명이 연장될 수 있게 된다.
여기서, 고속 회전이란 모터의 rpm이 10만 rpm 이상으로 최대 16만 rpm을 의마하는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
이와는 다르게, 제2 베어링(182)은 볼 베어링으로 이루어질 수 있다. 볼 베어링은 에어 베어링 대비하여 단가가 낮으므로, 회전축(120)의 양측을 지지하는 베어링으로 두 개의 에어 베어링을 각각 적용하는 것보다 1개의 에어 베어링과 1개의 볼 베어링을 적용하는 것이 비용 측면에서 유리하다.
에어 베어링만으로 2개의 베어링을 사용할 때 필수 요소인 스러스트 베어링이 필요하나, 1개의 에어 베어링(181)과 1개의 볼 베어링(182)을 적용할 경우, 스러스트 베어링을 사용하지 않아도 되므로, 팬모터의 소형화 및 경량화에도 기여할 수 있게 될 것이다.
볼 베어링은 외륜, 내륜 및 복수의 볼로 구성될 수 있으며, 외륜은 제2 오링 홀더(182a)의 내주면에 고정되게 설치되고, 내륜은 제2 베어링 장착부(124)의 외주면에 결합된다. 복수의 볼은 외륜과 내륜 사이에 개재되어, 외륜에 대하여 내륜의 상대 회전운동을 지지하도록 이루어진다.
제1 오링 홀더(181a)와 제2 오링홀더(182a)의 재질은 폴리머로 이루어질 수 있다.
도 4a는, 도 1의 팬모터에서 하우징이 제거되었을 때의 모습을 나타내는 개념도이고, 도 4b는 도 4a의 분해사시도이다.
도 4a에서 보는 바와 같이, 베어링 하우징(171)과 제2 베인(160)은 나사체결로 서로 결합될 수 있으며, 베어링 하우징(171)과 제2 베인(160)에 의해 형성되는 수용 공간에는 스테이터(140)가 위치되게 된다.
우선, 베어링 하우징(171)을 살펴보면, 베어링 하우징(171)은 원통형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 제1 베어링(181)을 수용하여 지지하는 역할을 한다. 베어링 하우징(171)은, 임펠러(130)와 인접하게 위치되어 하우징(110)의 내측에 고정 설치될 수 있다.
베어링 하우징(171)은 원통형의 몸체(171a)와 몸체(171a)의 외측면을 따라 복수개의 베인결합부(171b)가 형성될 수 있으며, 각 베인결합부(171b)의 사이에는 몸체(171a)의 외측면을 따라 복수개의 홀이 형성되어 공기의 유동이 이루어질 수 있게 된다.
몸체(171a)는 제1 베인(150)을 지지하는 역할을 한다.
몸체(171a)의 외측면은 공기의 유동이 원활히 이루어지도록, 몸체(171a)에는 일정한 경사를 가지도록 이루어져, 하우징(110)의 내측면과의 사이에서 공기의 유로를 형성할 수 있다.
몸체(171a)는 제1 베인(150)을 지지하는 역할을 한다. 구체적으로 몸체(171a)의 상부면에는 일정한 경사면으로 이루어져 제1 베인(150)의 저면을 접촉 지지할 수 있다.
또한, 몸체(171a)의 상부에는 임펠러(130)가 안착되도록 평평한 면으로 이루어지는 임펠러 안착부(171c)가 형성될 수 있다. 몸체(171a)의 상부면에 형성되는 임펠러안착부(171c)는 반경 방향으로 일정한 면적을 가지도록 이루어질 수 있다.
또한, 임펠러 안착부(171c)의 중심부에는 제1 베어링(181)을 지지하기 위한 제1 베어링 지지부(171d)가 형성될 수 있다.
제1 베어링 지지부(171d)는 제1 베어링(181)이 안착되도록 하방향으로 돌출되는 형상으로 이루어질 수 있다.
제1 베어링지지부(171d)는 원형의 링 형상으로 하방향으로 돌출 형성되도록 이루어져, 제1 베어링지지부(171d)의 내부에 형성되는 수용부에는 회전축(120)과 회전축(120)을 감싸 지지하는 제1 베어링(181)이 위치되어 회전축(120)의 회전을 형성할 수 있게 된다.
구체적으로, 도 2에서 보는 바와 같이, 제1 베어링 지지부(171d)는 원통형의 형상으로 이루어져 하방향으로 연장 형성되어, 제1 베어링(181)이 수용될 수 있다. 제1 베어링 지지부(171d)에 의해, 제1 베어링(181)은 축 방향 및 반경 방향으로의 움직임이 제한될 수 있게 된다.
또한, 임펠러(130)는 상방향으로 연장된 회전축(120)의 단부와 결합되고, 제1 베어링 지지부(171d)를 덮도록 위치되며, 베어링 하우징(171)과 축방향을 따라 중첩되게 배치될 수 있다.
베어링 하우징(171)은 임펠러(130)와 서로 인접하게 위치되며, 베어링 하우징(171)은 임펠러(130)에 의해 생성되는 공기의 흐름 방향을 기준으로 임펠러(130)의 하류측에 배치될 수 있다. 여기서, 하류측이란 공기의 흐름을 기준으로 뒤쪽을 의미한다.
하우징(110)으로부터 유입된 공기는, 임펠러(130)의 구동에 의해 제1 베인(150)에 의해 가이드되며 베어링 하우징(171)을 향하는 방향으로 이동할 수 있게 된다.
스테이터(140)는 제2 베인(160)에 의해 감싸지지하도록 설치되고 하부하우징(110b)의 내부에 위치될 수 있다.
스테이터(140)는 서브 베어링 하우징(172)의 상부에 위치될 수 있으며, 서브 베어링 하우징에 나사 체결로 고정될 수 있다.
스테이터(140)는 스테이터 코어(141)와 스테이터 코일(142)을 포함한다.
스테이터 코어(141)는 백 요크(141a)와 복수의 티스(141b)로 구성될 수 있다.
백 요크(141a)는 링 형상으로 형성될 수 있다. 복수의 티스(141b) 각각은 백 요크(141a)의 내측면에서 백 요크(141a)의 중심을 향해 돌출 형성될 수 있다.
복수의 티스(141b)는 백 요크(141a)와 분리 가능하도록 이루어질 수 있으며, 본 실시예에서 복수의 티스(141b)는 3개로 형성될 수 있다.
복수의 티스(141b) 각각의 일측 단부에 결합돌기가 돌출 형성될 수 있다. 결합돌기는 백 요크(141a)의 내측에 형성된 결합홈을 따라 축방향으로 슬라이드 가능하게 결합될 수 있다.
복수의 티스(141b) 각각의 타측 단부에 폴슈가 원주방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 복수의 티스(141b)는 백 요크(141a)의 원주방향으로 이격되게 배치될 수 있다.
스테이터 코일(142)은 3상 코일로 구성될 수 있다. 복수의 스테이터 코일(142)은 각 상별로 티스(141b)에 각각 집중권 형태로 권선될 수 있다.
이러한 구성을 통해, 모터의 출력을 향상시킬 뿐만 아니라 모터의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있게 된다.
또한, 스테이터 코어(141)와 스테이터 코일(142) 사이를 절연시키는 인슐레이터(141c)가 스테이터 코어(141)와 스테이터 코일(142) 사이에 개재될 수 있다. 인슐레이터(141c)는 티스(141b)의 일부를 감싸거나, 백 요크(141a)의 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 인슐레이터(141c)는 플라스틱 등과 같은 절연재질로 형성될 수 있다.
로터(144)는 전자기력에 의해 회전될 수 있으며 영구자석(143)을 포함하도록 구성될 수 있다.
영구자석(143)은 로터지지부(122)의 외주면에 장착될 수 있다. 영구자석(143)은 스테이터 코어(141)의 내경보다 직경이 작도록 이루어질 수 있다.
여기서, 스테이터 코어(141)의 내경은 복수의 폴슈의 내측단을 원주방향으로 지나는 원주의 직경을 의미한다.
또한, 영구자석(143)과 로터지지부(122)는 서로 직경이 동일하게 형성되는 것도 가능할 것이다.
영구자석(143)은 스테이터 코어(141)의 폴슈와 반경방향 내측으로 에어갭을 두고 회전축(120)에 회전 가능하도록 장착될 수 있다.
이때, 영구자석(143)의 축방향 이동을 제한하기 위해, 로터지지부(122)의 하부측에 엔드캡(end cap)이 설치될 수 있다. 엔드캡(미도시)은 영구자석(143)과 동일한 직경을 가지도록 원통형으로 이루어질 수 있다.
영구자석(143)의 일 측은 로터지지부(122)보다 직경이 큰 부위에 접촉되어, 축방향의 상측을 향해 이동하는 것이 제한될 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 영구자석(143)의 타측은 엔드캡(미도시)에 의해 축방향을 따라 하부로의 이동이 제한될 수 있게 된다.
3상의 교류 전류가 복수의 스테이터 코일(142)에 각각 인가되면 영구자석(143)은 스테이터 코일(142)의 주위에 발생하는 자기장과 전자기적 상호 작용을 통해 회전력을 형성할 수 있게 된다.
이러한 구성에 의해, 로터(144)와 스테이터(140)의 전자기적 상호 작용에 의해 회전축(120)이 회전할 수 있게 된다.
제1 베인(150)은, 임펠러(130)와 인접하게 설치되고, 임펠러(130)에 의해 생성되는 공기의 유동을 가이드하는 역할을 한다.
제1 베인(150)은 베어링 하우징(171)의 상부를 향해 끼워지도록 설치될 수있으며, 임펠러(130)의 하류측에 배치되어 임펠러(130)를 통해 하우징(110)의 내측면과의 사이에서 이동하는 공기의 유동을 가이드하는 역할을 한다.
제1 베인(150)에는, 원통형의 베인허브(151)의 외측면을 따라 복수개의 베인 블레이드(152)가 형성될 수 있다.
베인허브(151)는, 베어링 하우징(171)의 몸체(171a)에 안착되고 나사 체결되어 고정될 수 있게 된다.
베인블레이드(152)는, 나선 방향을 따라 돌출 형성될 수 있으며, 복수의 베인블레이드(152)는 베인 허브(151)의 원주방향을 따라 서로 이격되게 배치될 수 있다.
베인 허브(151)와 베인블레이드(152)는 금속재질로 이루어질 수 있으며, 절연성을 갖는 플라스틱 재질로 일체로 이루어지는 것도 가능할 것이다.
본 발명에 따른 팬모터(100)는 제2 베인(160)을 포함할 수 있다. 제2 베인(160)은, 임펠러(130)에 의해 생성되는 공기의 유동 방향을 기준으로 상기 제1 베인(150)보다 하류측에 설치될 수 있다. 제2 베인(160)은 스테이터(140)의 일 측에 결합될 수 있으며, 하우징(110)의 내측면과 접촉되게 설치될 수 있다. 제2 베인(160)과 관련한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.
서브 베어링 하우징(172)은 스테이터(140)를 고정하는 열할을 한다.
서브 베어링 하우징(172)은 내측 중심부에는 제2 베어링 수용부(180b)가 형성되어 제2 베어링(182)을 수용할 수 있다.
서브 베어링 하우징(172)은, 하부 하우징(110b)에 결합되며, 공기의 흐름방향을 기준으로 상기 제2 베인(160)의 하류측에 배치될 수 있다.
서브 베어링 하우징(172)은 제2 베어링(160)을 수용하도록 제2 베어링 지지부(172a)가 형성될 수 있다. 제2 베어링 지지부(172a)는 서브 베어링 하우징(172)의 중심부에 함몰되는 형상으로 이루어질 수 있으며, 제2 베어링 지지부(172a)에 제2 베어링(182)이 수용되도록 상단을 향해 돌출되는 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 제2 베어링(182)은 볼 베어링으로 이루어질 수 있다.
서브 베어링 하우징(172)에는, 제2 베어링 지지부(172a)에 인접한 위치에 공기의 배출이 이루어지도록 복수개의 공기배출구(172e)가 형성되어 외부를 향해 공기가 배출될 수 있게 된다.
도 5는, 제2 베인(160)의 모습을 나타내는 사시도이며, 도 6a는, 제2 베인(160)의 종 단면도이고, 도 6b는 제2 베인(160)의 횡단면도이다. 또한, 도 7은, 팬모터(100)의 내부 모습을 일부 확대한 도면이다.
제2 베인(160)은 제1 베인(150)의 하류측에 배치되는 것으로, 축방향으로 일직선 상에 이격 배치될 수 있다.
제2 베인(160)은, 베인허브(161)와 방열핀(162)을 포함할 수 있다.
베인허브(161)와 방열핀(162)은 일체로 이루어질 수 있으며, 동일한 재질의 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 베인허브(161)와 방열핀(162)은 열전도성이 우수한 알루미늄 및 이의 합금 재질로 이루어질 수 있다.
베인허브(161)는, 원통형으로 이루어지고 스테이터(140)를 감싸지지하도록 설치될 수 있다. 베인허브(161)와 하우징(110)의 내측면 사이에는 공기의 유동이 이루어지도록 냉각유로가 형성될 수 있다. 냉각유로는 유로 저항이 최소화되도록 축방향을 따라 일직선으로 형성될 수 있다.
제2 베인(160)은 베인허브(161)의 외측면으로부터 외측을 향해 돌출 형성되는 복수개의 방열핀(162)을 포함할 수 있다. 이때, 각 방열핀(162)은 베인허브(161)의 외측면으로부터 돌출 형성되어 상기 냉각유로에 수용되도록 배치될 수 있다.
각 방열핀(162)은, 베인허브(161)의 외주면에 나선 방향을 따라 돌출 형성될 수 있으며, 방열핀(162)의 적어도 일부는 하우징(110)의 내측면과 접촉하도록 설치되므로 하우징(110)을 향해 열을 전달할 수 있게 된다.
각 방열핀(162)는 베인허브(161)의 외측면을 따라 일정한 간격으로 방사상으로 배치될 수 있다. 이때, 각 방열핀(162)는 베인허브(161)의 외측면을 따라 일정한 각도로 경사지게 형성되도록 배치될 수 있다.
방열핀(162)은 얇은 판의 형상으로 이루어져 임펠러(130)에 의해 흡입되는 공기가 제1 베인(150)을 지나 서브 베어링 하우징(172)을 향해 이동할 수 있도록 안내하는 역할을 한다.
제2 베인(160)에 의한 열 방출 과정을 살펴보면, 우선, 제2 베인(160)의 베인허브(161)는 스테이터(140)와 서로 접촉되게 설치되므로, 팬모터의 구동 과정에서 발생하는 열을 전달받게 될 것이다. 이 경우, 베인허브(161)의 외측면을 따라 형성되는 복수개의 방열핀(162)은 냉각유로에 배치되므로 공기가 이동하는 냉각유로 내에서 열을 방출할 수 있게 될 것이다.
추가로, 방열핀(162)은 베인허브(161)의 외주면에 나선 방향을 따라 돌출 형성되고, 방열핀(162)의 적어도 일부는 하우징(110)의 내측면과 접촉하도록 설치되므로 하우징(110)을 향해 열을 전도의 방식으로 전달하는 것이 가능하게 될 것이다.
예를 들면, 스테이터 코일(142)에 전류가 인가되면, 스테이터 코일(142)에서 열이 발생되며, 열은 스테이터 코어(141)를 통해 전도되어 제2 베인의 베인허브(161)로 전달될 수 있게 될 것이다.
또한, 베인허브(161)에 형성된 복수의 방열핀(162)은 공기와의 열교환 면적이 확장될 뿐만 아니라, 하우징(110)의 내측면 즉, 하부하우징(110b)의 내측면과 접촉되므로 전도에 의해 하우징(110)으로의 열전달이 가능하여 방열 면적 확대에 따른 모터의 냉각 성능 향상이 이루어질 수 있게 될 것이다. 이러한 구조 적용을 통해, 모터의 온도를 최대 20-30도 낮추는 것이 가능하게 될 것이다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 방열핀(162)은 냉각 성능 확대뿐만 아니라, 임펠러(130)에 의해 유동하는 공기의 하방향 이동을 가이드하는 역할을 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 팬모터(100)는 복수개의 방열핀(162)을 통해, 서브 베어링 하우징(172)를 향해 공기를 보다 원활히 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 방열핀(162)의 적어도 일부가 하우징(110)의 내측면과 서로 접촉되므로 이를 통한 열전달이 원활히 이루어질 수 있게 된다.
또한, 제2 베인(260)에는, 베어링하우징(171)에 결합될 수 있도록, 베인허브(261)의 상단부로부터 상부를 향해 돌출 형성되는 안착부(163)가 형성될 수 있다. 안착부(163)는 제2 베인 허브(260)의 상단부에는 축방향 상측을 향해 돌출되도록 이루어질 수 있다.
안착부는(163)은 베인허브(161)의 상단부를 따라 복수개의 개소에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 안착부(163)는 도면에서 보는 바와 같이, 3개의 개소에 형성될 수 있으며, 각 안착부(163)의 사이의 각도는 120도를 가지도록 배치될 수 있다.
각 안착부(163)에는 결합홀(163)이 각각 형성되어 베어링 하우징(171)에 형성되는 제2 베인 결합부(171b)에 나사체결을 통해 고정될 수 있다.
안착부(163)는 베어링 하우징(171)의 제2 베인 결합부(171b)와 중첩되게 배치되어 결합홀(163a)에 체결부재를 통해 고정될 수 있게 된다.
스크류 등과 같은 체결부재가 베어링 하우징(171)의 제2 베인결합부(171b), 제2 베인(160)의 안착부(163)를 관통하여 체결됨으로써, 축방향을 따라 배치되는 베어링 하우징(171), 제2 베인 허브(161)가 서로 견고하게 체결되면서도, 체결구조가 단순하므로 컴팩트한 체결구조로 모터의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있게 될 것이다.
또한, 제2 베인(160)의 베인허브(161)의 내측면에는 반경방향으로 돌출 형성되도록 이루어져, 상부를 향해 적어도 일부가 삽입되는 스테이터(140) 및 하부를 향해 적어도 일부가 삽입되는 서브 베어링 하우징(172)를 각각 지지할 수 있게 될 것이다.
이하에서는 임펠러(130)의 구동에 의한 공기의 이동 경로를 살펴본다
임펠러(130)의 구동으로 공기는 공기유입구(111)를 통해, 하우징(110)의 내부로 흡입되고, 임펠러(130) 및 하우징의 내측면 사이의 공간을 통해, 유입된 공기는 제1 베인(150)을 향해 이동하게 된다.
또한, 공기는 제1 베인(150) 및 하우징(110)의 내측면 사이에 형성되는 공간 및 제2 베인(160)과 하우징(110)의 내측면 사이에 형성되는 냉각유로를 따라 이동한 후, 공기배출구(172e)를 통해 외부로 토출되게 된다.
이때, 냉각유로를 따라 흐르는 공기는 제2 베인(160)의 베인허브(261) 및 방열핀(262)과 서로 열교환을 하면서 스테이터(140)의 열을 보다 효과적으로 냉각시킬 수 있게 될 것이다.
즉, 방열핀(162)은 하우징(110)의 내부에서 이동하는 공기의 유동을 가이드하는 역할 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 공기와 스테이터(140)의 열교환 면적을 확장함으로써, 모터의 냉각성능을 극대화할 수 있게 된다.
본 발명은 임펠러(130)의 블레이드에 의해 이동하는 공기가 베어링 하우징(171)과 제1 베인(150)이 중첩된 유선형의 외측면을 따라 이동하게 되므로, 공기의 이동 경로의 급격한 변경이 없어 유로 저항을 최소화하면서 공기의 이동을 형성하게 되므로 유로 효율을 향상시킬 수 있게 될 것이다.
또한, 본 발명은 10만 rpm 이상의 고속 회전에 의해 회전축(120)이 회전하게 될 경우에도, 회전축(120)의 양 단이 제1 베어링(181)과 제2 베어링(182)에 의해 지지될 수 있으므로, 베어링에 충격이 인가되는 것이 제한되어 그 수명이 단축되는 것이 방지될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 팬모터를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내측 중심을 가로 질러 회전 가능하게 설치되는 회전축;
    상기 회전축의 일 측에 회전 가능하게 설치되는 임펠러;
    상기 임펠러와 인접하게 설치되고, 상기 임펠러에 의해 생성되는 공기의 유동을 가이드하는 제1 베인;
    상기 임펠러와 축방향으로 서로 이격되도록 상기 회전축에 설치되는 로터와, 상기 하우징의 내부에서 상기 로터와 공극을 두고 상기 로터를 감싸도록 설치되는 스테이터; 및
    상기 임펠러에 의해 생성되는 공기의 유동 방향을 기준으로 상기 제1 베인보다 하류측에 설치되고, 상기 스테이터에 결합되며, 상기 하우징의 내측면과 적어도 일부가 접촉되도록 설치되는 제2 베인을 포함하는 팬모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 베인은,
    원통형으로 이루어지고 상기 스테이터를 감싸도록 설치되는 베인허브; 및
    상기 베인허브의 외측면으로부터 돌출 형성되고, 상기 하우징의 내측면과 접촉하여 열을 전달하도록 설치되는 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방열핀은, 상기 임펠러에 의해 유동하는 공기의 하방향 이동을 가이드하는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방열핀은, 복수개로 이루어지고,
    상기 각 방열핀은, 상기 임펠러에 의해 흡입되는 공기가 상기 임펠러를 향해 이동하도록 일정한 각도로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각 방열핀은, 상기 베인허브의 외측면을 따라, 일정한 간격으로 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 회전축이 회전 가능하게 지지되도록, 상기 회전축의 일 측에 설치되는 제1 베어링과, 상기 회전축의 다른 일 측에 설치되는 제2 베어링; 및
    상기 제1 베어링을 수용하여 지지하고, 상기 임펠러에 인접하게 위치되어 상기 하우징의 내측에 고정 설치되는 베어링 하우징을 더 포함하는 팬모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 베인에는, 상기 베어링 하우징에 결합되도록 상부를 향해 안착부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 안착부는, 상기 베인허브의 상단부를 따라 복수개의 개소에 형성되는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 베어링 하우징은, 상기 임펠러에 의해 생성되는 공기의 흐름 방향을 기준으로 상기 임펠러의 하류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하우징으로부터 유입된 공기는 상기 임펠러의 구동에 의해 상기 제2 베인을 향해 이동하는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 베어링 하우징은,
    원통형으로 이루어지는 몸체; 및
    상기 몸체의 외측면을 따라 상하 방향으로 연장 형성되는 제2 베인결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 제1 베인의 저면부를 지지하며,
    상기 몸체에는 상부에 일정한 면적을 가지도록 이루어지는 임펠러안착부가 형성되는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 몸체의 중심부에는, 상기 제1 베어링이 안착되도록 링형상의 베어링지지부가 상하 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 하우징의 하부에 결합되고, 상기 공기의 흐름방향을 기준으로 상기 제2 베인의 하류측에 위치되며,
    중심부에 상기 제2 베어링이 수용되도록 상하 방향으로 연장 형성되는 제2 베어링지지부를 구비하는 서브 베어링 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팬모터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 서브 베어링 하우징에는, 상기 베어링지지부에 인접한 위치에 공기의 배출이 이루어지도록 복수개의 공기배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 팬모터.
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