KR20220014445A - 모터 어셈블리 및 이를 포함하는 청소기 - Google Patents

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강원수
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박태상
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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리는, 회전 샤프트를 중심으로 회전 가능한 로터, 회전 샤프트 방향으로 배치되는 복수의 티스 영역, 복수의 티스 영역의 외곽에 배치되며 제1 폭을 갖는 복수의 바디 영역 및 복수의 바디 영역을 연결하는 복수의 연결 영역을 가지며, 하나의 연속된 몸체로 형성되는 스테이터 및 복수의 티스 영역 각각에 권선되는 코일을 포함하고, 복수의 연결 영역 각각은, 절곡점이 제1 폭 대비 0.05 이상 0.25 이하인 제2 폭을 가지며, 절곡점을 기준으로 다른 연결 영역과 상호 맞닿는다.

Description

모터 어셈블리 및 이를 포함하는 청소기{MOTOR ASSEMBLY AND A CLEANER COMPRISING THE SAME}
본 개시는 모터 어셈블리 및 이를 포함하는 청소기에 관한 것으로, 보다 상세히는, 하나의 연속된 몸체로 이루어진 스테이터에 있어, 바디 영역과 연결 영역의 폭의 비율을 한정하여, 고주파 소음을 감소시키고 성능을 향상시킬 수 있는 개선된 구조를 가지는 모터 어셈블리 및 이를 포함하는 청소기에 관한 것이다.
일반적인 모터는 전기 에너지로부터 회전력을 얻는 장치로, 스테이터(stator, 고정자)와 로터(rotor, 회전자)를 포함하며, 스테이터와 로터가 전자기적으로 상호작용하며 로터를 회전시킨다.
모터를 포함하는 모터 어셈블리는 모터의 회전력을 이용하여 다양한 가전 기기에서 사용될 수 있고, 예를 들어 청소기, 선풍기, 세탁기 등에 사용될 수 있다. 그 중, 청소기는 피청소면의 공기를 흡입하여, 흡입된 공기로부터 먼지 또는 오염 물질을 분리하여 수거하고, 정화된 공기는 본체 외부로 배출하는 장치이다.
청소기 등의 가전제품은 작고 가벼워지면서 동시에 성능 향상이 요구되어 왔기에, 청소기의 모터 어셈블리를 소형화하면서, 소음을 줄이고 흡입력을 높여야 했다.
특히, 직경이 60 mm 이하의 소형 모터 어셈블리에 있어서는, 스테이터에 코일을 권선하고 모터 어셈블리를 조립하는데 어려움이 존재하였고, 임펠러로부터 배출구로의 원활한 공기 흐름을 위한 구조 개선이 요구되었다.
또한, 모터 어셈블리의 회전 주파수에 의하여 결정되는 공진 주파수의 범위 내에서 스테이터의 고유 주파수가 형성되는 경우에, 공진 현상에 의한 고주파 소음이 발생하고 모터의 안정성이 낮아지는 문제점이 존재하였다.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소음을 줄이고 성능을 향상시킬 수 있는 개선된 구조를 가지는 모터 어셈블리 및 이를 포함하는 청소기를 제공함에 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리는, 회전 샤프트를 중심으로 회전 가능한 로터, 상기 회전 샤프트 방향으로 배치되는 복수의 티스 영역, 상기 복수의 티스 영역의 외곽에 배치되고 제1 폭을 갖는 복수의 바디 영역 및 상기 복수의 바디 영역을 연결하는 복수의 연결 영역을 가지며, 하나의 연속된 몸체로 형성되는 스테이터 및 상기 복수의 티스 영역 각각에 권선되는 코일을 포함하고, 상기 복수의 연결 영역 각각은, 절곡점이 상기 제1 폭 대비 0.05 이상 0.25 이하인 제2 폭을 가지며, 상기 절곡점을 기준으로 다른 연결 영역과 상호 맞닿는다.
이 경우, 상기 복수의 바디 영역 각각은, 상기 회전 샤프트 방향으로 2회 절곡된 형태를 가질 수 있다.
한편, 상기 복수의 연결 영역 중 하나의 연결 영역은, 다른 연결 영역과 상호 맞닿는 영역에 배치되는 돌출 영역을 가지며, 상기 복수의 연결 영역 중 상기 하나의 연결 영역과 맞닿는 다른 연결 영역은, 상기 돌출 영역에 대향되는 위치에 상기 돌출 영역을 수용하는 수용 영역을 가질 수 있다.
한편, 상기 모터 어셈블리는 30,000 RPM 내지 200,000 RPM 로 회전 가능할 수 있다.
한편, 상기 로터는 4극 이상의 자석을 가질 수 있다.
한편, 상기 스테이터는 50 mm 이하의 직경을 가질 수 있다.
한편, 상기 모터 어셈블리는 상기 스테이터를 감싸는 절연체를 더 포함하고, 상기 코일은, 상기 티스 영역을 감싸는 절연체 상에 권선될 수 있다.
한편, 상기 모터 어셈블리는 복수의 날개를 가지고, 상기 회전 샤프트와 연결되는 임펠러 및 상기 임펠러로 흡입된 공기를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 스테이터를 지지하는 하우징을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 코일은 3상 전류가 공급되며, 델타 결선되고, 상기 배출구는 상기 모터 어셈블리의 외주면 바깥 방향으로 공기를 배출할 수 있다.
한편 본 개시의 일 실시예에 따른 청소기는, 청소기 본체, 상기 청소기 본체로 피청소면의 이물질을 흡입하는 흡입 헤드 및 상기 청소기 본체 내부에 배치되며 상기 흡입 헤드에 흡입력을 제공하는 모터 어셈블리를 포함하고, 상기 모터 어셈블리는, 회전 샤프트를 중심으로 회전 가능한 로터, 상기 회전 샤프트 방향으로 배치되는 복수의 티스 영역, 상기 복수의 티스 영역의 외곽에 배치되며 제1 폭을 갖는 복수의 바디 영역 및 상기 복수의 바디 영역을 연결하는 복수의 연결 영역을 가지며, 하나의 연속된 몸체로 형성되는, 스테이터 및 상기 복수의 티스 영역 각각에 권선되는 코일을 포함하고, 상기 복수의 연결 영역 각각은, 절곡점이 상기 제1 폭 대비 0.05 이상 0.25 이하인 제2 폭을 가지며, 상기 절곡점을 기준으로 다른 연결 영역과 상호 맞닿는다.
이 경우, 상기 복수의 연결 영역 중 하나의 연결 영역은, 다른 연결 영역과 상호 맞닿는 영역에 배치되는 돌출 영역을 가지며, 상기 복수의 연결 영역 중 상기 하나의 연결 영역과 맞닿는 다른 연결 영역은, 상기 돌출 영역에 대향되는 위치에 상기 돌출 영역을 수용하는 수용 영역을 가질 수 있다.
한편, 상기 모터 어셈블리는 30,000 RPM 내지 200,000 RPM 으로 회전 가능할 수 있다.
한편, 상기 스테이터는 50 mm 이하의 직경을 가질 수 있다.
한편, 상기 청소기는, 복수의 날개를 가지고, 상기 회전 샤프트와 연결되는 임펠러 및 상기 임펠러로 흡입된 공기를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 스테이터를 지지하는, 하우징을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 코일은 3상 전류가 공급되며, 델타 결선되고, 상기 배출구는 상기 모터 어셈블리의 외주면 바깥 방향으로 공기를 배출할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리를 포함하는 청소기의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리의 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 절곡 이전의 스테이터의 평면도이다.
도 5는 도 4의 A 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 제1 폭과 제2 폭의 비율에 따른 스테이터의 고유 진동수를 나타낸 표이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 코일이 권선된 스테이터의 평면도이다.
도 8a 내지 도 8b는 스테이터의 코일의 결선 방식을 도시한 도면이다.
도 9은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리의 단면도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리의 단면도이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시 예들과 다르게, 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 개시의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.
본 개시의 설명에 있어서 각 단계의 순서는 선행 단계가 논리적 및 시간적으로 반드시 후행 단계에 앞서서 수행되어야 하는 경우가 아니라면 각 단계의 순서는 비제한적으로 이해되어야 한다. 즉, 위와 같은 예외적인 경우를 제외하고는 후행 단계로 설명된 과정이 선행단계로 설명된 과정보다 앞서서 수행되더라도 개시의 본질에는 영향이 없으며 권리범위 역시 단계의 순서에 관계없이 정의되어야 한다.
본 명세서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 본 개시에서 사용한 '전면', '후면', '상면', '하면', '측면', '좌측', '우측', '상부', '하부', '영역' 등의 용어는 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의해 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
그리고, 본 명세서에서는 본 개시의 각 실시 예의 설명에 필요한 구성요소를 설명한 것이므로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 일부 구성요소는 변경 또는 생략될 수도 있으며, 다른 구성요소가 추가될 수도 있다. 또한, 서로 다른 독립적인 장치에 분산되어 배치될 수도 있다.
나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 개시가 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 10을 참고하여 본 개시를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)를 포함하는 스틱형 청소기(1)의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)를 포함하는 청소기는 스틱형 청소기(1)를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)는 다양한 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 일 실시예에 따른 청소기(1)는 업 라이트형 또는 핸디형 청소기일 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)는 청소기 외에 다양한 가전 기기에 적용될 수 있다. 이하, 모터 어셈블리(100)를 포함하는 스틱형 청소기(1)를 예로 들어 설명한다.
청소기(1)는 청소기 본체(10) 및 흡입 헤드(30)를 포함할 수 있다. 청소기(1)는 청소기 본체(10)와 흡입 헤드(30)를 연결하는 스틱(20) 및 청소기 본체(10)와 연결되는 손잡이부(40)를 포함할 수 있다.
손잡이부(40)는 청소기 본체(10)에 결합되는 부분으로서, 사용자가 파지하여 청소기(1)를 조작할 수 있도록 마련될 수 있다. 손잡이부(40)에는 조작부(미도시)가 구비되어, 사용자가 청소기(1)를 제어하도록 할 수 있다.
흡입 헤드(30)는 청소기 본체(10)의 하부에 마련되어, 피청소면과 접촉할 수 있도록 배치될 수 있다. 흡입 헤드(30)는 피청소면과 접촉하여 모터 어셈블리(100)로부터 발생하는 흡입력으로 피청소면의 먼지나 오염 물질을 청소기 본체(10)의 내부로 유입시킬 수 있도록 마련될 수 있다.
청소기 본체(10)는 그 내부에 배치되는 집진장치(11) 및 구동장치(12)를 포함할 수 있다. 집진장치(11)는 흡입 헤드(30)에서 흡입된 공기로부터 이물질을 분리하여 집진하는 기능을 수행할 수 있다.
구동장치(12)는 청소기(1)를 구동할 수 있도록 마련되는 모터 어셈블리(100)를 포함할 수 있다. 모터 어셈블리(100)는 청소기 본체(10)의 내부에서 흡입력을 발생시키도록 동력을 발생시킬 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)의 사시도이고, 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)의 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 모터 어셈블리(100)는 스테이터(130), 로터(140) 및 하우징(151, 154)을 포함하는 모터와, 로터(140)의 회전 샤프트(141)에 결합되어 공기의 유동을 발생시키는 임펠러(110)와, 임펠러(110)를 커버하고 임펠러(110)에 의해 흡입된 공기를 가이드하는 임펠러 커버(120)를 포함할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시하지는 않았으나, 모터 어셈블리(100)는 모터 어셈블리(100)를 제어하는 기판(미도시)을 포함할 수 있다.
모터는 스테이터(130), 스테이터(130)에 결합되는 하우징(151, 154) 및 스테이터(130)의 내측에 회전 가능하게 배치되는 로터(140)를 포함할 수 있다.
스테이터(130)는 스테이터(130)에 권선된 코일에 전류가 인가되면 자속을 발생시키도록 구성될 수 있다. 스테이터(130)는 스테이터(130)를 감싸는 절연체(139)를 포함할 수 있고, 절연체(139)의 외면에 코일(135)이 권선될 수 있다.
스테이터(130)의 중앙부에는 로터(140)를 수용하기 위한 공간이 형성될 수 있다. 로터(140)는 스테이터(130)와 전자기적으로 상호 작용할 수 있다. 로터(140)는 회전 샤프트(141)와 베어링(142, 143)을 포함할 수 있다.
회전 샤프트(141)는 로터(140)가 스테이터(130)와 전자기적으로 상호 작용하면 회전하도록 마련될 수 있다.
베어링(142, 143)은 회전 샤프트(141)의 상측에 결합되는 제1 베어링(142) 및 회전 샤프트(141)의 하측에 결합되는 제2 베어링(143)을 포함할 수 있다.
제1 베어링(142)은 제1 하우징(151)과 회전 샤프트(141) 사이에 배치되어 회전 샤프트(141)의 회전축(axis)이 고정된 채 회전 샤프트(141)가 회전하도록 지지할 수 있다.
제2 베어링(143)은 제2 하우징(154)과 회전 샤프트(141) 사이에 배치되어 회전 샤프트(141)의 회전축(axis)이 고정된 채 회전 샤프트(141)가 회전하도록 지지할 수 있다.
하우징(151, 154)은 스테이터(130)의 외측에 결합하도록 마련되어, 베어링(142, 143)과 결합되어 회전 샤프트(141)와 스테이터(130)를 지지할 수 있다. 하우징(151, 154)은 스테이터(130)의 일측에 결합하는 제1 하우징(151) 및 스테이터(130)의 타측에 결합하는 제2 하우징(154)을 포함할 수 있다.
제1 하우징(151)과 제2 하우징(154)은 로터(140)와 스테이터(130)를 사이에 두고 결합할 수 있다. 제1 하우징(151)과 제2 하우징(154)이 결합함으로써 로터(140)는 스테이터(130)의 내측에 배치될 수 있다.
제1 하우징(151)은 제1 베어링(142)이 안착 되는 제1 베어링 안착부(152) 및 축 방향으로 연장되어 제2 하우징(154)과 결합하는 제1 결합부(153)를 포함할 수 있다.
제1 하우징(151)은 대략 원통 형상일 수 있으며, 제1 결합부(153)는 제1 하우징(151)으로부터 축 방향으로 연장 형성될 수 있다. 제1 결합부(153)는 제1 하우징(151)의 원주 방향을 따라 이격 배치된 복수개로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 결합부(153)는 3개가 마련될 수 있으나, 제1 결합부(153)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 하우징(151)에는 임펠러(110)로 흡입된 공기를 배출하는 배출구(159)를 포함할 수 있으며, 제1 하우징(151)이 임펠러(110)로부터 배출구(159)로 흡입된 공기를 가이드할 수 있다. 배출구(159)에 대하여는, 도 9 내지 도 10에서 상세히 설명한다.
제2 하우징(154)은 제2 베어링(143)이 안착 되는 제2 베어링 안착부(155) 및 제1 하우징(151)의 제1 결합부(153)와 결합하도록 마련되는 제2 결합부(156)를 포함할 수 있다.
제2 결합부(156)는 제1 결합부(153)의 개수와 대응되도록 마련될 수 있다. 제1 결합부(153)와 제2 결합부(156)는 공지된 다양한 방법에 의해 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 결합부(153)와 제2 결합부(156)는 볼트(157)를 이용하여 나사 결합에 의해 결합될 수 있다.
모터 어셈블리(100)는 임펠러(110) 및 임펠러 커버(120)를 포함할 수 있다. 임펠러(110)는 로터(140)의 회전 샤프트(141)에 결합되어 공기의 유동을 발생시킬 수 있다. 임펠러 커버(120)는 임펠러(110)를 커버하도록 배치될 수 있다.
임펠러(110)는 회전 샤프트(141)가 결합되는 샤프트 결합부(113)를 포함할 수 있다. 샤프트 결합부(113)에 회전 샤프트(141)가 장착되면, 임펠러(110)는 회전 샤프트(141)와 함께 회전할 수 있다.
임펠러(110)는 공기의 흐름을 형성하는 복수의 날개(111)를 포함할 수 있다.
임펠러 커버(120, 54)는 임펠러(110, 53)와 기설정된 간격을 가지고 이격 배치될 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 절곡 이전의 스테이터(130)의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 스테이터(130)는 복수의 티스 영역(131), 복수의 바디 영역(132), 복수의 연결 영역(133)을 가지며, 하나의 연속된 몸체로 이루어질 수 있다.
복수의 티스 영역(131)은 바디 영역(132)으로부터 일 방향으로 연장되어 배치되는 영역으로, 연장되는 일 방향은 절곡된 이후의 회전 샤프트(141) 방향일 수 있다.
복수의 티스 영역(131)에는 코일(135)이 권선될 수 있다. 복수의 티스 영역(131)이 회전 샤프트(141) 방향으로 연장됨으로서 로터(140)에 인접하여 배치되고, 복수의 티스 영역(131)의 각각에 권선된 코일(135)에 흐르는 전류에 의하여, 로터(140)와 스테이터(130)가 전자기적으로 상호작용하며, 로터(140)를 회전시킬 수 있다.
복수의 바디 영역(132)은 복수의 티스 영역(131)의 외곽에 배치되며, 복수의 티스 영역(131)을 지지하는 영역으로, 통상의 스테이터의 요크 영역에 해당한다.
복수의 바디 영역(132) 각각 상기 회전 샤프트(141) 방향으로 2회 절곡된 형태를 가질 수 있다. 이로 인하여, 스테이터(130)가 복수의 연결 영역(133)이 절곡되며 연결된 형상은 다각형의 단면을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 4와 같이 복수의 바디 영역(132)이 6개의 영역으로 이루어진 경우, 인접한 다른 바디 영역(132)의 절곡된 영역이 서로 이어지며, 스테이터(130)는 절곡된 영역의 길이에 따라 6각형 또는 12각형의 단면을 가질 수 있다.
복수의 연결 영역(133)은 복수의 바디 영역(132)을 연결할 수 있으며, 복수의 연결 영역(133)은 절곡점(138)을 포함할 수 있다. 또한, 스테이터(130)는 하나의 연속된 몸체로 형성될 수 있다.
스테이터(130)는 하나의 연속된 몸체인 전기강판이 타발되어 적층되고, 절곡되어 양 끝 단이 연결된 구조를 가질 수 있다. 복수의 바디 영역(132) 사이에는 복수의 바디 영역(132)과 하나의 연속된 몸체로 이루어진 연결 영역(133)이 형성된다. 하나의 연속된 몸체로 절곡되는 스테이터(130)는 '체인 코어 형태'라고도 지칭될 수 있다
스테이터(130)의 절곡 과정에서 연결 영역(133)의 절곡점(138)이 절곡되고, 절곡점(138)에 인접한 연결 영역(133)의 양단의 면은 다른 연결 영역(133)의 마주 보는 면에 접하게 된다.
복수의 연결 영역(133) 중 인접하여 다른 연결 영역(133)이 형성되지 않은 하나의 연결 영역(133)은, 다른 연결 영역(133)과 상호 맞닿는 영역에 배치되는 돌출 영역(136)을 가지고, 복수의 연결 영역(133) 중 인접하여 다른 연결 영역(133)이 형성되지 않으며, 절곡되어 돌출 영역(136)을 가진 연결 영역(133)에 맞닿는 다른 연결 영역(133)은, 돌출 영역(136)에 대향되는 위치에 상기 돌출 영역(136)을 수용하는 수용 영역(137)을 가질 수 있다.
돌출 영역(136)과 수용 영역(137)은 상호 대응되도록 요철된 형상을 가질 수 있으며, 수용 영역(137)이 돌출 영역(136)을 수용하면, 이를 용접하여 스테이터(130)의 양 끝단을 연결할 수 있다. 전기강판
모터 어셈블리(100)의 로터(140)와 회전 샤프트(141)는 고속으로 회전하며, 진동을 발생시키고, 스테이터(130)의 고유 주파수와 모터의 극 수와 회전수에 따라 공진 형상에 의한 고주파의 소음을 발생시킬 수 있다.
불연속적인 복수의 스테이터 파트가 결합되어 하나의 스테이터(130)를 형성하는 구조와 비교하면, 본원 발명의 스테이터(130)는 하나의 연속된 몸체로 형성되어 절곡된 구조를 가짐으로써 진동에 의한 파손과 성능 저하를 방지할 수 있으며 효과적으로 스테이터(130)의 고유 주파수를 조절할 수 있다.
모터 어셈블리(100)의 공진 현상을 방지하기 위하여 스테이터(130)의 고유 주파수를 조절할 수 있다. 스테이터(130)의 고유 주파수는 스테이터(130)의 전기강판의 재질을 변경하거나, 스테이터(130)에 추가 구조물을 결합, 고정시키거나 보강 과정을 거쳐 높일 수 있으나, 보정 범위에 한계가 존재하고, 고속 모터의 주파수를 회피하기에 어려움이 있다.
스테이터(130)의 고유 주파수를 조절하는 다른 방법으로, 하나의 연속된 몸체로 형성된 스테이터(130)의 연결 영역(133)과 바디 영역(132)의 폭을 조절할 수 있으며, 조절 가능한 폭의 범위를 상세히 설명하겠다.
도 5는 도 4의 A 영역을 확대하여 나타낸 단면도이고, 도 6은 제1 폭(H1)과 제2 폭(H2)의 비율에 따른 스테이터(130)의 고유 진동수를 나타낸 표이다.
도 5를 참조하면, 회전 샤프트(141)의 회전축에 수직한 방향의 스테이터(130)의 단면에서, 복수의 바디 영역(132)의 폭이 제1 폭(H1), 복수의 연결 영역(133)의 절곡점(138)의 폭이 제2 폭(H2)일 수 있다.
청소기의 모터 어셈블리(100)를 예로 들어 설명하면, 가정용으로 사용되는 청소기에서 4극 로터(140)를 포함하는 모터 어셈블리(100)의 분당 회전수는 통상적으로 30,000 RPM 이상 200,000 RPM 이하로 형성된다. 이 경우, 모터 어셈블리(100)의 회전 주파수는 500 Hz 이상 3,333 Hz 이하이고, 모터 어셈블리(100)의 전자기 유발 소음의 주파수 형성 구간은 2,000 Hz 내지 13,333 Hz이다.
도 6을 참조하면, 제1 폭(H1)과 제2 폭(H2)의 비율을 조절하여, 스테이터(130)의 고유 진동수(f0)를 측정한 결과를 확인할 수 있다.
도 6의 결과 값에서 약 10%의 주파수 마진을 고려하면, 전자기 유발 소음 주파수의 형성 구간을 회피하기 위한 제1 폭(H1)과 제2 폭(H2)의 비율은 25% 이하로 설계될 수 있다.
만약, 제1 폭(H1)과 제2 폭(H2)의 비율이 5% 인 경우, 하나의 연속된 몸체로 형성된 스테이터(130)를 절곡하는 단계에서, 복수의 연결 영역(133)의 절곡점(138)이 받는 응력은 최대 140 MPa까지 형성될 수 있다. 그런데, 스테이터(130)의 재료인 전기강판의 항복응력이 215 MPa 내외이므로, 제1 폭(H1)과 제2 폭(H2)의 비율이 5% 이하에서는 안전율이 50% 이하로 내려가며, 절곡 과정에서 절곡점(138)에 절단이 발생할 수 있다. 따라서, 안정적인 제1 폭(H1)과 제2 폭(H2)의 비율의 하한선은 5% 로 책정될 수 있다.
그러므로, 제1 폭(H1)에 대한 제2 폭(H2)의 비율이 5% 내지 25%(0.05 내지 0.25)의 범위에서, 스테이터(130)는 안전하게 절곡될 수 있으며, 모터 어셈블리(100)의 공진 주파수 구간을 회피할 수 있다. 공진 주파수 구간을 회피함으로써, 공진 현상에 의하여 발생하는 고주파 소음을 방지할 수 있으며, 안정적으로 모터 어셈블리(100)의 운전 단계가 제어되며 구동될 수 있다.
도 6의 실험 결과에는 도시되지 않았으나, 모터 어셈블리(100)가 포함하는 로터(140)의 극 수가 2극 또는 4극 이상인 경우에 있어서도, 가정용으로 사용되는 청소기의 모터 어셈블리(100)의 분당 회전수는 유사한 구간으로 유지되므로, 공진 주파수 형성 구간 또한 상용적인 범위에서는 벗어나지 않을 것으로 예상할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 코일(135)이 권선된 스테이터(130)의 평면도이다.
도 7을 참조하면, 회전 샤프트(141)의 회전축에 수직한 방향의 절곡된 스테이터(130)의 단면에서, 스테이터(130)의 외부 직경이 H3 mm, 스테이터(130)의 복수의 티스 내부 폭이 H4 mm일 수 있다.
본 개시의 일 실시예와 따른 소형화된 모터 어셈블리에 포함되는 스테이터(130)의 외부 직경 H3는 50 mm 이하일 수 있다.
모터의 제조 과정에는, 스테이터(130)는 권선기의 니들(neelde)이 코일(135)을 티스 영역(131)에 감는 권선 과정이 필요하다. 종래의 스테이터(130)는 전기강판을 양 끝단이 연결된 최종 형태의 스테이터(130)로 적층하여, 스테이터(130)의 복수의 티스 영역(131)의 중심부에 권선기의 니들이 배치되어 니들 혹은 스테이터(130)가 이동하여 코일(135)을 권선하였다.
로터(140)의 극 수가 4극 이상의 3상 모터는 스테이터(130)의 복수의 티스 영역(131)이 6개 이상일 수 있다. 그런데, 권선기의 니들은 복수의 티스 영역(131) 사이로 이동하며 코일(135)을 권선해야 했기에, 스테이터(130)의 외부 직경 H3가 50 mm 이하의 소형 스테이터(130)는 복수의 티스 영역(131) 중심의 간격 H4도 좁아지며, 복수의 티스 영역(131) 사이를 권선기가 이동하며 복수의 티스 영역(131)에 코일(135)을 권선하는데 어려움이 있었기에, 스테이터(130)의 소형화에 한계점으로 작용할 수 있었다.
그러나 본 개시의 스테이터(130)는 하나의 연속된 몸체를 적층하여, 절곡부를 중심으로 절곡하여 스테이터(130)를 형성하기에, 절곡 전 단계에서 복수의 티스 영역(131) 사이의 공간이 충분히 확보되어, 권선기의 니들이 용이하게 코일(135)을 감을 수 있어, 소형 스테이터(130)에 효율적으로 적용될 수 있다.
도 8a 내지 도 8b는 스테이터(130)의 코일(135)의 결선 방식을 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8b를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 코일(135)은 3상 전류가 공급될 수 있으며, Y 결선 또는 델타 결선 될 수 있다.
도 8a는 모터 어셈블리(100)의 스테이터(130)에 권선되는 3상 코일(135)이 Y 결선 된 방식으로서, 각 코일(135)의 양 끝 단의 각각의 중심에 중성점이 요구될 수 있다. 이러한 결선 방식에 의한 모터 어셈블리(100)가 도 9의 구조를 가질 수 있다.
그에 반하여, 도 8b는 모터의 스테이터(130)에 권선되는 3상 코일(135)이 델타 결선 된 방식으로서, 코일의 양 단이 상호 연결되어, 중성점이 생략될 수 있다. 이러한 결선 방식에 의한 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)가 도 10의 구조를 가질 수 있다.
도 9 내지 도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)의 단면도이다.
도 9를 참고하면, 모터 어셈블리는 중성 부재(56)를 더 포함할 수 있다.
중성 부재(56)는 Y 결선된 3상 코일(135)의 중성점에 해당하는 구성이다. 스테이터(52)의 외주면에 배치되었기에, 스테이터(52)의 부피가 커지고 무거워질 수 있으며, 배출구(55)로부터 배출되는 공기가 중성 부재(56) 방향으로 배출되어, 원활한 공기 흐름을 방해할 수 있다.
도 10을 참고하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)는 델타 결선에 의하여 종래에 존재한 중성 부재(56)를 포함하지 않을 수 있다. 그리고 본 개시의 일 실시예에 따른 소형화된 스테이터(130)를 포함하여 모터 어셈블리(100)의 제1 하우징(151)과 제2 하우징(154) 사이의 스테이터(130)가 배치되는 공간의 직경이 줄어들 수 있다.
그 결과로, 배출구(159)의 공기 진행 방향에 공기 흐름을 방해하는 부품이 배치되지 않고, 스테이터(130)의 상부에 배치되는 배출구(159)는 모터 어셈블리(100)의 외주면 바깥 방향으로 공기를 배출할 수 있다.
또한, 배출구(55)의 공기 진행 방향에 공기 흐름을 방해하는 부품이 존재하지 않기에, 단위 시간당 배출되는 공기의 양이 늘어날 수 있으며, 동일하게 단위 시간당 모터 어셈블리로 유입되는 공기의 양도 늘어나고, 모터 어셈블리의 성능이 향상될 수 있다. 그리고, 공기의 흐름 방향에 저항이 줄어들어 소음을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 모터 어셈블리(100)의 모터의 전력 소비와 분당 회전수가 동일한 경우에도, 소음을 줄이고 더욱 향상된 성능을 기대할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 모터 어셈블리(100)는 하우징(151, 154)이 임펠러(110)로부터 배출구(159)로 공기를 가이드할 수 있다. 이때, 배출구(159)는 상부에 배치된 제1 하우징(151)에 하나의 몸체로 형성될 수 있으며, 이때 제1 하우징(151)의 직경은 55 mm 이하일 수 있다.
도 9에 도시된 중성 부재(56)를 포함하는 모터 어셈블리(100)는 임펠러(53)의 임펠러 커버(54) 하단에 배출구(55)로 공기를 유도하는 개별적인 가이드 구조가 형성되어 있다. 그러나, 도 10에 도시된 제1 하우징(151)은 스테이터(130)를 지지함과 동시에 배출구(159)를 포함하여 임펠러(110)로부터 배출구(159)로 공기를 가이드 할 수 있다.
이상에서는 본 개시의 다양한 실시 예를 각각 개별적으로 설명하였으나, 각 실시 예들은 반드시 단독으로 구현되어야만 하는 것은 아니며, 각 실시 예들의 구성 및 동작은 적어도 하나의 다른 실시 예들과 조합되어 구현될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 모터 어셈블리 130 : 스테이터
131: 복수의 티스 영역 131 : 복수의 바디 영역
133 : 복수의 연결 영역 135 : 절곡점
151, 154 : 모터 하우징 159 : 배출구

Claims (15)

  1. 회전 샤프트를 중심으로 회전 가능한 로터;
    상기 회전 샤프트 방향으로 배치되는 복수의 티스 영역, 상기 복수의 티스 영역의 외곽에 배치되고 제1 폭을 갖는 복수의 바디 영역 및 상기 복수의 바디 영역을 연결하는 복수의 연결 영역을 가지며, 하나의 연속된 몸체로 형성되는 스테이터; 및
    상기 복수의 티스 영역 각각에 권선되는 코일;을 포함하고,
    상기 복수의 연결 영역 각각은,
    절곡점이 상기 제1 폭 대비 0.05 이상 0.25 이하인 제2 폭을 가지며, 상기 절곡점을 기준으로 다른 연결 영역과 상호 맞닿는, 모터 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 바디 영역 각각은, 상기 회전 샤프트 방향으로 2회 절곡된 형태를 갖는, 모터 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 연결 영역 중 하나의 연결 영역은,
    다른 연결 영역과 상호 맞닿는 영역에 배치되는 돌출 영역을 가지며,
    상기 복수의 연결 영역 중 상기 하나의 연결 영역과 맞닿는 다른 연결 영역은,
    상기 돌출 영역에 대향되는 위치에 상기 돌출 영역을 수용하는 수용 영역을 갖는, 모터 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터 어셈블리는 30,000 RPM 내지 200,000 RPM 으로 회전 가능한, 모터 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 4극 이상의 자석을 갖는, 모터 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터는 50 mm 이하의 직경을 갖는, 모터 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터를 감싸는 절연체;를 더 포함하고,
    상기 코일은, 상기 티스 영역을 감싸는 절연체 상에 권선되는, 모터 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    복수의 날개를 가지고, 상기 회전 샤프트와 연결되는 임펠러; 및
    상기 임펠러로 흡입된 공기를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 스테이터를 지지하는 하우징;을 더 포함하는, 모터 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코일은 3상 전류가 공급되며, 델타 결선되고,
    상기 배출구는 상기 모터 어셈블리의 외주면 바깥 방향으로 공기를 배출하는, 모터 어셈블리.
  10. 청소기 본체;
    상기 청소기 본체로 피청소면의 이물질을 흡입하는 흡입 헤드; 및
    상기 청소기 본체 내부에 배치되며 상기 흡입 헤드에 흡입력을 제공하는 모터 어셈블리;를 포함하고,
    상기 모터 어셈블리는,
    회전 샤프트를 중심으로 회전 가능한 로터;
    상기 회전 샤프트 방향으로 배치되는 복수의 티스 영역, 상기 복수의 티스 영역의 외곽에 배치되면 제1 폭을 갖는 복수의 바디 영역 및 상기 복수의 바디 영역을 연결하는 복수의 연결 영역을 가지며, 하나의 연속된 몸체로 형성되는, 스테이터; 및
    상기 복수의 티스 영역 각각에 권선되는 코일;을 포함하고,
    상기 복수의 연결 영역 각각은,
    절곡점이 상기 제1 폭 대비 0.05 이상 0.25 이하인 제2 폭을 가지며, 상기 절곡점을 기준으로 다른 연결 영역과 상호 맞닿는, 청소기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 연결 영역 중 하나의 연결 영역은,
    다른 연결 영역과 상호 맞닿는 영역에 배치되는 돌출 영역을 가지며,
    상기 복수의 연결 영역 중 상기 하나의 연결 영역과 맞닿는 다른 연결 영역은,
    상기 돌출 영역에 대향되는 위치에 상기 돌출 영역을 수용하는 수용 영역을 갖는, 청소기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 모터 어셈블리는 30,000 RPM 내지 200,000 RPM 으로 회전 가능한, 청소기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 스테이터는 50 mm 이하의 직경을 갖는, 청소기.
  14. 제10항에 있어서,
    복수의 날개를 가지고, 상기 회전 샤프트와 연결되는 임펠러; 및
    상기 임펠러로 흡입된 공기를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 스테이터를 지지하는, 하우징;을 더 포함하는, 청소기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 코일은 3상 전류가 공급되며, 델타 결선되고,
    상기 배출구는 상기 모터 어셈블리의 외주면 바깥 방향으로 공기를 배출하는, 청소기.

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