WO2017183837A1 - 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬 - Google Patents

슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a stator of a motor, and more particularly, to a slim stator using a multi-layered substrate capable of maximally generating torque in an opposite rotor and increasing air volume, and a single-phase motor and a cooling fan using the same. .
  • Small fan motors are used in single-phase motors having a single coil in consideration of cost reduction and cost reduction.
  • Such single-phase motors are used, for example, for in-car aspiration motors that detect indoor temperatures to control the indoor temperature of a vehicle, or small motors for cooling fans for cooling heating elements of various electronic devices.
  • a single coil used in a single phase motor is made of a core type stator with a coil wound around a core, or a coreless / bobbinless type winding of a quadrilateral shape or a triangular shape and mounted on a PCB.
  • BLDC motors are synchronous motors with fast dynamic response, low rotor inertia, and easy speed control.
  • the motor driving circuit or the driver detects the N pole and the S pole magnetic poles of the rotating rotor to periodically change the direction in which the driving current flowing through the stator coil is applied.
  • a Hall element for detecting the rotor position is required, and since the Hall element is expensive, it is preferable to configure a motor driving circuit using only one.
  • Patent Document 2 is a case where the initial start of the rotor is failed when the position of the dead point prevention yoke is misplaced, and when the area of the yoke becomes larger than necessary, the force for the yoke to gather the magnetic force line is increased, so much energy for the initial start The problem arises.
  • the axial fan disclosed in Korean Unexamined Utility Model Publication No. 20-1987-0013976 constitutes an axial type of axial type in which the field magnet of the rotating fan and the armature coil face each other.
  • Patent Document 3 There is a problem that the height of the stator can no longer be reduced by employing a structure in which the air core type armature coil is disposed.
  • stator (stator) of the fan motor disclosed in Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2000-0044146 is configured by sequentially stacking a stator yoke and a single phase amateur coil on an upper portion of a PCB, and a bearing holder at a central portion thereof.
  • a pair of ball bearings are built in to support the rotating shaft, but there is still a problem in that the stator cannot be thinned.
  • the coil is composed of thin wires in a general coil winding method in which a stator coil is wound around a bobbin, a bobbinless type winding, or a core. Therefore, since the thickness of the coil is constant between the start line and the end line, when the start line and the end line are soldered to the solder land or terminal of the PCB, the disconnection or vibration may occur due to mishandling or vibration. Have.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the object of which is to achieve the maximum torque generation in the opposite rotor and to secure a wide passage of the air inlet in the Sirocco type fan (Sirocco Type) It is to provide a slim stator using a multi-layered substrate, a single-phase motor and a cooling fan using the same that can increase the amount of air.
  • Another object of the present invention is to form a slim stator for a single-phase motor using a multilayer board (PCB), for example, the coil pattern of each layer is connected to a plurality of rotation direction pattern portion and the radial pattern portion alternately, for example, star-shaped pattern Or when forming a fan-shaped spiral pattern, the radial pattern part is oriented in the radial direction from the center, so that the rotational force applied to the opposite rotor can be obtained to the maximum, thereby improving the motor performance, a single stator using the same phase It is to provide a motor and a cooling fan.
  • PCB multilayer board
  • Still another object of the present invention is to form a bridge corresponding to the number of magnetic poles of the rotor while forming the air inlet in the lower case, a slim stator capable of implementing a dead point prevention function without using a separate dead point prevention yoke (yoke), It is to provide a single-phase motor and cooling fan using the same.
  • Another object of the present invention is to prevent dead points while maximizing maneuverability by maximizing maneuverability by using only a portion of the magnetic lines outside or the inner side of the magnetic lines by protruding the dead point prevention protrusions formed in the air inlet provided in the lower case to minimize the starting torque of the fan. It is to provide a slim stator that can realize the function, a single-phase motor and a cooling fan using the same.
  • Another object of the present invention is to adopt a axial type structure using a thin-film stator sleeve for supporting the rotation axis of the rotor by utilizing a space in which the core type stator used in the radial type motor is removed. It is to provide a slim cooling fan that can be expanded to include sufficient oil diameter of the bearing to improve reliability and durability.
  • Another object of the present invention is to form a wider start portion and end portion of each coil pattern in the slim stator than the portion forming the coil (winding) to interconnect the coil pattern or to easily connect the wiring pattern, etc. To provide a slim cooling fan that can be.
  • Slim stator of the present invention is a multi-layer substrate; And a plurality of coil patterns formed on each substrate of the multilayer substrate and connected through through holes, wherein the multilayer substrate includes at least one protrusion disposed between the coil patterns and at least one protrusion corresponding to the plurality of coil patterns. It has a recessed portion.
  • the multi-layered substrate may have protrusions corresponding to the plurality of coil patterns and grooves disposed between the protrusions.
  • the number of protrusions and grooves may be provided corresponding to 1, 2, (number of poles of the rotor) / 2, respectively.
  • Slim stator of the present invention is disposed on the multi-layer substrate, further comprises a Hall sensor for detecting the rotor rotation position, the Hall sensor is the magnetic pole boundary surface of the rotor positioned by the dead point prevention yoke when the rotor is in the initial state It may be positioned at a position biased from.
  • the Hall sensor may be installed at a position offset by a quarter pole width from the boundary of the pole or the center of the pole.
  • the dead point prevention yoke may use a plurality of bridges or a plurality of yoke protrusions formed corresponding to the number of magnetic poles of the rotor in a case where the stator is installed in the single-phase motor.
  • the dead point prevention yoke is disposed in the lower part of the stator, the outer circumference (polystimulus number) / N (where N is a divisor of the number of magnetic poles) of the polygonal shape, the inner peripheral surface may be circular.
  • Each of the coil patterns may have a fan shape, for example, and may be patterned in a spiral shape to form a plurality of turns.
  • the coil pattern is provided corresponding to (number of magnetic poles of the rotor) / 2 for each layer, and may be disposed along the radial direction for each angle of (360 ° / number of magnetic poles of the rotor).
  • the fan-shaped coil pattern may include concentrically arranged inner and outer rotational direction pattern parts disposed along the circumferential direction at intervals between the inner and outer circumferences; And both ends may include a pair of radial pattern portion which is arranged along the radial direction and interconnecting the inner rotation direction pattern portion and the outer rotation direction pattern portion.
  • the outer rotation direction pattern portion may be formed longer than the inner rotation direction pattern portion such that the radial pattern portion interconnects the inner rotation direction pattern portion and the outer rotation direction pattern portion and is disposed along the radial direction from the center.
  • Coil patterns disposed on any one layer of the multi-layered substrate are spirally patterned to form a plurality of turns having a plurality of protrusions and grooves, and are wired at intervals along the inside of the protrusions and grooves and are located at both ends. It may further include a plurality of jump line patterns for interconnecting the fan-shaped coil pattern disposed on another layer through.
  • the start portion and the end portion of the coil pattern may be wider than the portion forming the coil, and at least one through hole and a soldering land surrounding the through hole may be disposed.
  • the Hall sensor may be disposed at a position overlapping with one of the radial pattern portion of the stator.
  • the slim stator of the present invention may further include a driving circuit layer laminated on the lowermost layer of the multi-layer substrate and mounted with a motor driving circuit for applying a driving current to the coil pattern.
  • the through hole may be disposed between the coil pattern having a fan shape and the coil pattern.
  • Single phase motor the rotor; A stator disposed to face the rotor and having a plurality of coil patterns formed on each substrate of the multilayer substrate and connected through the through holes; A hall sensor mounted on the multilayer substrate of the stator and configured to detect magnetic poles of the rotor; And a dead point prevention yoke for setting the rotor such that the hall sensor is positioned at a position biased from the magnet boundary surface of the rotor when the rotor is in an initial state, wherein the multilayer substrate corresponds to the plurality of coil patterns. At least one protrusion and at least one recess disposed between the coil pattern.
  • the dead point prevention yoke is disposed in the lower part of the stator, the outer periphery forms a polygonal shape (number of poles) / N (where N is a divisor of the number of poles), and the Hall sensor is a pole when the rotor is in an initial state.
  • the Hall sensor may be disposed at a position shifted by a quarter magnetic pole width from the interface of the magnetic pole or the center of the magnetic pole, and the Hall sensor may be disposed at a position overlapping with one of the radial pattern portions of the stator.
  • the cooling fan according to the present invention includes a lower case having a ring portion having a through hole connected to the main body through a plurality of bridges; A bearing supported by a bearing holder provided in the through hole of the ring portion; A rotor rotatably supported by the bearing, the rotor having a plurality of blades formed on an outer circumference thereof, and having a plurality of magnets; A stator having a plurality of coil patterns formed in a center of the through-hole through which the bearing holder passes and opposed to the rotor in a lower case, and formed on each substrate of the multilayer substrate and connected through through holes; A hall sensor installed on a substrate of the slim stator and disposed at a position biased from an interface of the rotor poles when the rotor is in an initial state to detect the poles of the rotor; An upper case disposed to face the lower case; And a side wall connecting the upper case and the lower case, wherein the multilayer substrate has at least one protrusion corresponding to the plurality
  • the plurality of bridges are formed by the number of (number of poles) / N (where N is a divisor of the number of poles) so that when the rotor is in an initial state, the hall sensor is positioned at a position biased from the magnet boundary of the rotor. Can be set.
  • the Hall sensor may be installed at a position offset by a quarter pole width from the boundary of the pole or the center of the pole.
  • the space formed between the bridges of the lower case serves as an air inlet, and the diameter of the air inlet may be larger than the diameter of the substrate.
  • Each of the coil patterns is, for example, fan-shaped and is patterned in a spiral shape to form a plurality of turns, and the fan-shaped coil patterns are arranged concentrically along the circumferential direction at intervals between the inner and outer circumferences.
  • the cooling fan according to the present invention includes a plurality of jumper wire pattern layers inserted between the uppermost substrate and the lowermost substrate of the multilayer substrate and interconnecting coil patterns disposed on different layers; And a motor driving circuit layer mounted on the lowermost substrate to apply a driving current to the stator coil formed by the coil pattern.
  • the cooling fan according to the present invention includes a lower case having at least one yoke protrusion protruding into the air inlet; A bearing holder disposed at a portion of the air inlet and having an outer circumferential portion connected to the yoke protrusion; A bearing supported by the bearing holder; A rotor rotatably supported by the bearing, the rotor having a plurality of blades formed on an outer circumference thereof, and having a plurality of magnets; A stator disposed on the bearing holder opposite the rotor and having a plurality of coil patterns formed on each substrate of the multilayer substrate and connected through a through hole; A hall sensor installed on a substrate of the slim stator and disposed at a position biased from an interface of the rotor poles when the rotor is in an initial state to detect the poles of the rotor; An upper case disposed to face the lower case; And a side wall connecting the upper case and the lower case, wherein the yoke protrusion
  • the yoke protrusion may be formed by the number of (stimulation number) / N (where N is a divisor of the number of magnetic poles).
  • the cooling fan of the present invention is disposed between the yoke protrusions and protrudes from the lower case into the air inlet, and further includes a plurality of support protrusions for supporting the bearing housing, wherein the support protrusions are set to have a smaller length than the yoke protrusions. Can be.
  • the yoke protrusion may include a long hole for increasing an area engaged with the bearing housing.
  • torque generation can be obtained to the opposite rotor to the maximum, and the air volume can be increased by securing a wide passage of the air inlet in a Sirocco type fan.
  • a dead point prevention function may be implemented without using a separate dead point prevention yoke by forming a bridge corresponding to the number of rotor poles while forming the air inlet on the lower case.
  • a dead point prevention protrusion is formed at the air inlet provided in the lower case so as to minimize the starting torque of the fan without using a separate dead point prevention yoke, so that only a portion of the magnetic lines outside or inside the magnet line is formed. Enables dead point prevention while maximizing maneuverability.
  • the present invention can implement a dead point prevention function using a separate dead point prevention yoke.
  • a slim single-phase motor capable of improving productivity and reducing costs can be realized.
  • a slim cooling fan can be provided.
  • the cooling fan may be applied to a slim electronic device such as a wireless charger.
  • an axial type structure using a thin film stator is used to utilize a space obtained by eliminating a core stator and a coil terminal connection part, which have been conventionally employed in a radial type motor. Therefore, the diameter of the sleeve bearing for supporting the rotation axis of the rotor can be expanded to contain sufficient oil, thereby improving reliability and durability.
  • a multilayer stator for a single phase motor is formed by using a multi-layer substrate (PCB), and a coil pattern of each layer is alternately connected to a plurality of rotation direction pattern portions and a radial pattern portion, for example, a star shape or a fan shape.
  • the radial pattern portion is oriented radially from the center, so that the rotational force applied to the opposite rotor can be obtained to the maximum, thereby increasing the motor efficiency. That is, the radial pattern portion is oriented in the radial direction so that a tangential force is generated when the stator coil is energized to obtain an effective torque.
  • a plurality of coil patterns of a multi-layered substrate spirally patterned to form a plurality of turns can be connected in series, in parallel, or in series / parallel connection to adjust torque values and driving current values required for a single-phase motor. .
  • the start part and the end part are designed to be wider than the part forming the coil (winding), for example, in the form of a tear drop, thereby increasing the reliability of the connection. Can be.
  • the start part and the end part of the coil pattern are formed in the form of a tear drop, and the coil patterns are interconnected or connected to the wiring patterns by arranging soldering lands surrounding the through holes and the through holes. Easy and reliable connection.
  • At least one through hole connecting the start portion and the end portion to each layer may be formed to prevent a decrease in reliability due to disconnection or failure of the through hole.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a cooling fan using a slim single-phase motor implemented using a slim stator according to the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are axial sectional views showing the first and second embodiments of the slim cooling fan according to the present invention.
  • Figure 4 is a plan view showing a lower case having a dead point prevention yoke function according to the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a state in which a slim stator is coupled to a lower case in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a state in which a rotor is coupled to a stator in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a blade coupled to a rotor in FIG. 6.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining an arrangement relationship between a rotor, a stator, and a hall element to prevent dead points when the single phase motor is in an initial state according to the present invention.
  • 9A and 9B are developed views showing two six-layer coil patterns of the slim stator according to the present invention.
  • FIG. 10 is an equivalent circuit diagram obtained by connecting the six-layer coil patterns of the slim stator according to the present invention shown in FIGS. 9A and 9B in series.
  • 11 is a plan view for explaining each terminal of the integrated circuit employed in the single-phase motor drive circuit according to the present invention.
  • 12 to 17 are exploded views each showing a six-layer coil pattern of the slim stator according to the present invention.
  • FIG. 18 is a view for explaining the dead point prevention when the rotor is in the initial state by placing a dead point prevention yoke in the lower portion of the stator according to the present invention.
  • FIG. 19A is a bottom case having a dead point prevention yoke function according to a third embodiment of the present invention together with a stator, and the dead point prevention function can be implemented while minimizing the starting torque of the fan to maximize maneuverability.
  • FIG. 19B is a cross sectional view taken along the AOB line in FIG. 19A.
  • the cooling fan 100 using the slim single-phase motor according to the first embodiment of the present invention includes a case in which an upper case 103 and a lower case 101 in which sidewalls 102 are formed are combined. Is formed, the slim single-phase motor 40 is implemented using the slim stator 110 inside the case.
  • the single phase motor 40 includes a slim stator 110, a sleeve bearing 150, a rotation shaft 140, and a rotor 120.
  • a plurality of blades 130 are integrally formed on the outer surface of the back yoke 123 of the rotor 120 to constitute the impeller 105.
  • a bearing holder 160 for accommodating the sleeve bearing 150 in the center portion is integrally formed, for example, by insert molding, and the bearing holder 160 has a boss projecting in a cylindrical shape. The sleeve bearing 150 is inserted into the 160a.
  • a thrust plate (or bearing seat) 106 is provided between the sleeve bearing 150 and the inner bottom surface of the bearing holder 160 to support the rotational shaft 140 of the rotor 120. .
  • the bottom surface of the lower case 101 is equipped with a slim stator 110 according to the present invention as shown in Figure 5, the central portion of the stator 110 than the outer diameter of the boss 160a of the bearing holder 160 A larger through hole 15 is formed.
  • the rotating shaft 140 of the rotor 120 is coupled to the through hole of the sleeve bearing 150, and the rotating shaft 140 is fixed to the center of the rotor 120.
  • the rotor 120 includes a circular back yoke 123 made of a magnetic material and a plurality of magnets 121 attached to an inner surface of the back yoke, and the magnet 121 is a stator.
  • the single-phase motor 40 is constituted by an axial type structure which is arranged to face the coil of 110.
  • the single phase motor 40 constructed by using the stator shown in FIG. 8 has a six slot / six pole structure.
  • the back yoke 123 has a coupling portion 123e having a through hole in which the rotating shaft 140 is fixed at the center thereof, and protrudes outward.
  • the back yoke 123 has a first cylindrical portion 123b formed at an inner side thereof with a first end receiving groove 123a formed larger than an outer diameter of the boss 160a of the bearing holder 160, and a second end at an outer side thereof.
  • the receiving groove 123c is formed in a size corresponding to the stator 110, and is formed of a second cylindrical portion 123d, and a step portion is formed between the first cylindrical portion 123b and the second cylindrical portion 123d. It is formed to form a receiving groove of a two-stage structure.
  • the bearing holder 160 is accommodated in the first end accommodating groove 123a of the back yoke 123, and the plurality of magnets (corresponding to the coil pattern 21 of the stator 110 is accommodated in the second end accommodating groove 123c). 121) is installed.
  • the plurality of magnets 121 are formed in N-pole and S-pole structures by split magnetization using rare earth magnets or ferrite magnetic materials having a large coercive force such as Nd alloy or Co alloy, or adhesive disk-shaped Nd magnets to the rotor support. It can be fixed and used.
  • a plurality of blades 130 are integrally formed by insert molding on the outer surface of the back yoke 123 of the rotor 120 to form the impeller 105.
  • the blade 130 extends at the same level as the first cylindrical portion 123b while surrounding the outer surface of the step portion 123b of the back yoke 123 and the second end receiving groove 123c.
  • the blade 130 of FIG. 1 may be formed to extend from the back yoke 123 with an inclination angle or extend in a radial direction.
  • the lower case 101 may be formed with a through slot such that a connector or a cable necessary for applying power and control signals from the system main body to the stator 110 is coupled to the lower case 101.
  • the air inlet 108 may have at least one through hole formed therein so as to suck heat generated inside the main body (eg, a wireless charger).
  • the lower case 101 has a side wall 102 formed at right angles to an outer circumference thereof, and is coupled to the upper case 103 to form a fan of Sirocco type, as shown in FIG. 1.
  • One side of the) is open and the air outlet 107 for discharging the sucked air is formed.
  • the side wall 102 is formed of the same resin as the bearing holder 160 described above, it is preferable to be integrally formed in the lower case 101 of the metal material by the insert molding.
  • the sidewalls 102 may be formed by insert molding with the upper case 103 instead of the lower case 101.
  • At least one upper case 103 may also suck heat generated inside the body (for example, an electronic device such as a wireless charger) from a direction facing the upper case 103 similarly to the lower case 101.
  • the air inlet 104 may have a through hole formed therein.
  • cooling fan 100 of the present invention illustrates an embodiment in which air inlets are formed in both the upper case 103 and the lower case 101 in FIG. 1, one of the upper case 103 and the lower case 101, for example.
  • the air inlet 104 may be formed only in the upper case 103.
  • the cooling fan 100 of the present invention does not form through holes in all the side walls 102, instead of forming the air outlets 107 on one side of the side walls 102, the cooling fan 100 in the blade shape of the one feller 105 Accordingly, it may be configured as an axial flow type is introduced from one side of the upper case 103 and the lower case 101 and discharged to the other side.
  • the cooling fan 100 of the present invention configured as described above employs a single-phase motor 40 having an axial type structure, and the single-phase motor is configured by using a thin-type slim stator.
  • the cooling fan 100 of the present invention can realize a single-phase motor 40 of a slimmer structure than the fan motor employing a conventional core-type stator can implement a slim cooling fan 100.
  • the cooling fan 100 of the present invention utilizes a space in which the core type stator, which has been conventionally employed in a radial type motor, is removed from the sleeve bearing 150 supporting the rotating shaft 140 of the rotor 120.
  • the diameter can be expanded, and as a result, sufficient oil can be contained to improve durability.
  • the second embodiment of the present invention differs only in the structure of the rotor and the impeller as compared with the first embodiment, and the description of the same parts is omitted since the other parts are the same.
  • the back yoke 122 of the rotor 120 has a coupling portion 123f having a through hole in which a rotating shaft 140 is fixed at a center thereof, and has a predetermined length, and protrudes inwardly.
  • the back yoke 122 has a first cylindrical portion 123b having a first end receiving groove 123a formed therein and larger than an outer diameter of the boss 160a of the bearing holder 160, and a second end disposed outside the back yoke 122. As shown in FIG.
  • the second cylindrical portion 123d is formed to have a size corresponding to the stator 110 and forms a receiving groove 123c, and a step portion is intermediate between the first cylindrical portion 123b and the second cylindrical portion 123d. It is formed in the receiving groove of the two-stage structure.
  • the bearing holder 160 is accommodated in the first end accommodating groove 123a of the back yoke 122, and the plurality of magnets (corresponding to the coil pattern 21 of the stator 110 is accommodated in the second end accommodating groove 123c). 121) is installed.
  • the sleeve bearing ( The length of 150 is set to a reduced length when compared with the first embodiment.
  • the plurality of blades 130 which are integrally formed by insert molding on the outer surface of the back yoke 123 to form the impeller 105, have a second end receiving groove 123c of the back yoke 123. It is formed to extend to the same level as the second cylindrical portion (123d) surrounding the.
  • the blade 130 of the second embodiment is set to a narrower width compared to the blade of the first embodiment, and the exposed surface (that is, the uppermost end) of the back yoke 122 and the rotating shaft 140 is larger than the upper case 103. It is set at a low or about the same level, and as a result, it is possible to lower the height of the side wall 102 between the upper case 103 and the lower case 101.
  • the cooling fan 100 forms the coupling portion 123f of the back yoke 122 inwards, and at the same time, the sleeve bearing 150, the rotation shaft 140, and the blade 130. And by lowering the height of the side wall 102, the thickness of the entire cooling fan 100 can be designed more slim.
  • Figure 4 is a plan view showing a lower case having a dead point prevention yoke function according to the present invention
  • Figure 5 is a plan view showing a state in which the slim stator is coupled to the lower case in Figure 4
  • Figure 6 is a rotor to the stator in Figure 5 Is a plan view illustrating a coupled state
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a state in which a blade is coupled to the rotor in FIG. 6.
  • the rotor is coupled to the bottom of the stator, but is shown superimposed on the lower case for convenience of description.
  • the cooling fan 100 is configured to have a dead point prevention yoke function in the lower case 201 in the first and second embodiments.
  • the lower case 201 uses a soft magnetic material having a low coercive force such as silicon steel or pure iron so as to act as a yoke, and corresponds to the number of magnetic poles of the rotor 120 to have a dead point prevention yoke function. For example, it is connected to the annular ring portion 201b in the center through six bridges 201a.
  • the lower case 201 may be formed, for example, in a square shape, and one side where the side wall 102 is not formed forms an air outlet 107 when the upper case 103 is coupled.
  • a through hole 15a is formed in the center of the annular ring portion 201b to allow the bearing housing 160 to pass therethrough.
  • the number of bridges 201a formed in the lower case 201 is used to correspond to the number of magnetic poles of the rotor 120, but the lower case 201 is used.
  • the number of bridges 201a formed in the N) may be not only the number corresponding to the number of poles of the rotor 120 in a one-to-one manner, but also the number of poles / N (where N is a divisor of the number of poles). .
  • the rotor 120 When the number of bridges 201a corresponding to the number of poles of the rotor 120 is formed in the lower case 201 made of a soft magnetic material capable of acting as a yoke, the rotor 120 may be initialized. 6), the center of each magnet 121 is opposed to the bridge 201a by magnetic phenomenon between the magnet 121 of the rotor 120 and the bridge 201a as shown in FIGS. Will stop.
  • the Hall element H1 for detecting the magnetic pole of the rotor in consideration of the initial state of the rotor 120 is shown in FIGS. 4, 5 and 8, the boundary surface 121g of the magnetic pole or the magnet 121.
  • stator 110 illustrated in FIG. 8 is a stack of first to sixth PCBs 11-16, and only the first PCBs 11 are exposed in the drawing, and the second to sixth PCBs 12-16 are exposed. ) Plays the same role as the first PCB 11, and thus description thereof will be omitted.
  • the reason why the Hall element H1 is provided at a position shifted by a quarter magnetic pole width from the magnetic pole boundary 121g is that the magnetic element generated from each magnet 121 is the maximum, so that the Hall element H1 is This is because the rotor position detection signal with the best sensitivity can be generated.
  • the position of the Hall element H1 is "0 °" from the point where the magnetic pole width is shifted 1/4 of the magnetic pole boundary 121g, that is, between the magnetic pole boundary 121g. Should be located at The position of 1/4 pole width deviation from the magnetic pole interface 121g is the same as the position of 1/4 pole width deviation from the center of the bridge 201a.
  • the Hall element H1 is disposed at a quarter magnetic pole width (15 degrees in the case of a six-pole rotor) from the boundary surface 121a of the magnetic pole, and at the same time, the first stator 11 of the slim stator 110 to be described later. It is preferable to set so that one of the radial pattern portions 20l of the radial pattern portions 20g to 20l of the coil patterns L11 to L13 faces each other.
  • the Hall element H1 coincides with the radial pattern portion 20l of one of the radial pattern portions 20g to 20l, and is disposed at a point that becomes 1/4 magnetic pole width from the boundary surface 121g of the magnetic pole.
  • the magnet 121f detects the magnetic pole of the magnet 121f facing the hall element H1 with high sensitivity. Since the radial pattern portion 20l is opposed to the point where the magnetic flux generated from the maximum is the maximum, magnetic starting is more easily performed.
  • the center of each magnet 121 stays at a position facing the bridge 201a, so that the rotation direction of the rotor 120 is counterclockwise as shown in FIG.
  • the hall element H1 be provided at the quarter pole width counterclockwise from the center of the bridge 201a, and in the case of the rotation direction clockwise (CW), the bridge 201a.
  • the Hall element H1 and the radial pattern portion 20l face each other at the point where the magnetic flux generated from each magnet 121 is maximum when the rotor 120 starts up, so that it becomes easier. Self starting is done.
  • the six bridges 201a formed in the lower case 201 have a dead point prevention yoke function, and the space between the bridges 201a serves as the air inlet 108.
  • the magnet 121 of the rotor 120 is formed in a ring shape and multi-pole magnetized so that the N pole and the S pole are alternately arranged, and the width of the ring is at least the length of the radial pattern portions 20g to 20l. It is preferably formed larger and disposed to face the radial pattern portions 20g to 20l.
  • the space between the bridge 201a which is formed in the lower case 201 and serves as the air inlet 108 is preferably formed larger than the multi-layer substrate 10 of the stator 110 installed in the lower case. Do. That is, the diameter of the air inlet 108 punched to form the bridge 201a is formed larger than the diameter of the substrate 10.
  • reference numeral 102a denotes a snap coupling portion that is integrally formed on the side wall and used when snapping with the upper case 103.
  • FIG. 8 is an explanatory view for explaining an arrangement relationship between a rotor, a stator, and a hall element to prevent dead points when the single phase motor is in an initial state according to the present invention
  • FIGS. 9A and 9B are slim type according to the present invention
  • Fig. 10 is an exploded view showing two six-layer coil patterns of the stator
  • Fig. 10 is an equivalent circuit diagram obtained by connecting the six-layer coil patterns of the slim stator according to the present invention shown in Figs. 9A and 9B in series.
  • 12 to 17 are exploded views each showing a six-layer coil pattern of the slim stator according to the present invention.
  • the slim stator 110 for a single phase motor is configured by patterning a copper foil of a multilayer substrate each layer of which is made of a copper clad laminate (CCL).
  • the first to sixth PCBs 11 to 16 are stacked to have an integrated structure.
  • the slim stator 110 has a plurality of coil patterns (L11-L13, L21-L23) formed of spiral conductive patterns obtained by patterning copper foil on a plurality of substrates 10 made of an insulating material. , L31-L33, L41-L43, L51-L53, L61-L62 are formed.
  • the coil patterns L11-L13 and L51-L53 of the first and fifth PCBs 11 and 15 are formed in three fan shapes, respectively, and are separated by 60 degrees with respect to the center point O.
  • the coil patterns L21-L23 and L41-L43 of the second and fourth PCBs 12 and 14 are also formed in three, for example, fan-shaped shapes, and are separated at intervals of 60 degrees from the center point O. It is formed and forms the same shape in the same position.
  • coil patterns L11-L13 and L51-L53 of the first and fifth PCBs 11 and 15 are two out of three coil patterns formed in each layer, for example, coil patterns L11, L13; L51, L53 has a structure interconnected at the time of patterning, and the other coil patterns L12 and L52 are formed separately and are connected in series through the fourth and second jumper wire patterns J14 and J12, respectively.
  • the coil patterns L21-L23 and L41-L43 of the second and fourth PCBs 12 and 14 have a structure in which two coil patterns L22, L23; L42 and L43 are interconnected at the time of patterning.
  • the other coil patterns L21 and L41 are separately formed and connected in series through the fifth and third jumper wire patterns J15 and J13, respectively.
  • the coil patterns L31-L33 of the third PCB 13 may include the coil patterns L11-L13 of the first, second, fourth, and fifth PCBs 11, 12, 14, and 15. , L21-L23, L41-L43, L51-L53), but the same role, but instead of the three fan-shaped, they are interconnected to form one large, for example, star-shaped, spaced 60 degrees from the center point (O) It has a zigzag shape to have three protrusions and three recesses.
  • the patterns L31 to L33 are all obtained by patterning copper foils stacked on the respective substrates to form a plurality of turns necessary for constructing a stator coil.
  • the patterns L31 to L33 are clockwise (inward to outward or outward to inward, respectively).
  • CW is wound in a spiral shape.
  • the coil patterns L31-L33 of the third PCB 13 may be replaced by the coil patterns L11-L13, L21-L23, L41-of the first, second, fourth and fifth PCBs 11, 12, 14, and 15.
  • Differently formed from L43 and L51-L53 is to secure a space for forming the first to fifth jumper wire patterns J11 to J15 required to interconnect the plurality of coil patterns.
  • a plurality of through holes T11 to T27 plated with a conductive metal are used in the through holes formed through the plurality of substrates 10.
  • the substrate 10 of the multilayer substrate may be made of an insulating resin such as FR-4 or CEM-3, the substrate material of which is made of, for example, glass epoxy laminate.
  • the multilayer board has a structure in which copper foils are laminated on the boards 10 of each layer, and any insulating resin can be used as the material of the board, if a multilayer PCB can be formed, and the number of layers of the boards to be stacked is at It can be set proportionally within the range of 1 to 10 layers. In order to obtain a high RPM, a large number of coil turns are required to obtain a high torque value.
  • a plurality of coil patterns (L11-L13, L21-L23, L31-L33, L41-L43, L51-L53, and L61-L62) are used. It is necessary to increase the number of PCBs stacked so as not to be limited to the number of layers stacked.
  • the lowermost PCB When using a multilayer board in which multilayer PCBs are stacked, the lowermost PCB has a printed wiring 17 for interconnecting coil patterns and electronic components, and has a one-chip integrated circuit (IC) required to drive a single-phase motor ( 16 is mounted on the printed wirings 17 to form the motor driving circuit 30.
  • the driving power is connected to the power terminal Vbb and the ground pattern GND of the printed wiring 17 from the outside.
  • stator for a single phase motor may be configured using a single double-sided substrate in which copper foil is laminated on both sides of the substrate 10, in this case on one side of the substrate 10
  • the coil pattern may be formed, and the motor driving circuit 30 may be mounted on the rear surface thereof.
  • the coil patterns L11-L13, L21-L23, L41-L43, and L51-L53 of the first, second, fourth, and fifth PCBs 11, 12, 14, and 15 have three fan shapes in common.
  • a plurality of inner and outer rotational direction pattern portions 20a-20f, 22a-22f, 24a-24f, 25a-25f which are disposed along the circumferential direction at intervals between the inner circumference and the outer circumference, respectively;
  • a plurality of radial direction pattern portions 20g-20l, 22g-22l, 24g-24l, 25g-25l, 26g- which interconnect the inner rotational direction pattern portion and the outer rotational direction pattern portion and are disposed along the radial direction from the center O 26j).
  • the outer rotation direction pattern portion is formed longer than the inner rotation direction pattern portion so that the plurality of radial direction pattern portions interconnect the inner rotation direction pattern portion and the outer rotation direction pattern portion and are disposed along the radial direction from the center O. .
  • the coil patterns L31-L33 of the third PCB 13 also have one large shape, for example, a star shape
  • the six inner and outer rotational direction pattern parts 23a-23f and six radiations are also formed. It consists of the direction pattern parts 23g-23l.
  • coil patterns L61 and L62 having two fan shapes are disposed in the remaining space except for the area required for mounting the motor driving circuit 30, and the driving torque of the single-phase motor is adjusted. It is provided for maximum reinforcement.
  • the coil patterns L61 and L62 are composed of four inner and outer rotation direction pattern portions 26a, 26b, 26d, and 26e and four radial pattern portions 26g-26j.
  • each PCB (except the lowermost layer) is composed of six inner and outer rotational direction pattern parts and a plurality of radial direction pattern parts each having the same number of magnetic poles of the rotor.
  • the radial pattern portions of the coil patterns L11-L13, L21-L23, L31-L33, L41-L43, L51-L53, and L61-L62 of the first to sixth PCBs 11-16 may be driven by the motor driving circuit 30.
  • the plurality of coil patterns L11 to L62 are connected as shown in FIG.
  • the stator 110 of the present invention illustrates that 17 coil patterns L11-L62 are connected in series to reduce power consumption.
  • the resistance value of the coil is increased to increase torque. It is of course also possible to carry out parallel connection so that a large driving current can flow by lowering.
  • a serial connection and a parallel connection can be mixed and configured as needed.
  • the coil patterns (L11-L13, L21-L23, L41-L43, L51-L53) of the first, second, fourth and fifth PCBs 11, 12, 14, and 15 having a fan shape are formed.
  • a plurality of through holes T11 to T27 are distributed and disposed in the minimum space inside and the outside space of the coil patterns L11-L13, L21-L23, L41-L43, and L51-L53.
  • the coil patterns of the multilayer PCB may be connected in series or parallel connection without using a separate wiring pattern PCB.
  • the stator 110 includes a multilayer substrate (PCB) in which the first to sixth PCBs 11 to 16 having a six-layer structure are stacked. It will be described in detail with an example consisting of.
  • PCB multilayer substrate
  • Coil patterns L11-L13, L21-L23, L41-L43, and L51-L53 having three sectors on the top surface of the first, second, fourth, and fifth PCBs 11, 12, 14, and 15, respectively.
  • the two coil patterns L61 and L62 are separated and formed on the upper side and the right side, and the motor driving circuit 30 is mounted on the left side.
  • Each of the PCBs 11 to 16 may be selected and used, for example, having various thicknesses, such as 0.4 mm and 0.8 mm, and the coil patterns L11-L13, L21-L23, and L31-applied to the present embodiment.
  • L33, L41-L43, L51-L53, L61-L62 are formed by finely patterning a conductive metal such as copper foil (Cu), for example, a pattern width of 0.12 mm and a gap between adjacent patterns is 0.13 mm It is patterned as The gap between the width of the coil pattern and the pattern may increase or decrease as necessary.
  • the coil pattern L13 is formed to have a spiral shape in a clockwise direction CW from the inside to the outside, and the coil pattern L11 has a spiral shape in a clockwise direction CW from the outside to the inside.
  • the start portion S11 is disposed inside the coil pattern L13 and the end portion E11 is disposed inside the coil pattern L11 so as to have a shape.
  • the coil pattern L12 has an end portion E12 in which a start portion S12 is disposed inside the coil pattern L12 and is disposed outside the coil pattern L12 so as to form a spiral in a clockwise direction CW from the inside to the outside. ) Extends to the space between the coil pattern L11 and the coil pattern L13.
  • the coil patterns L51-L53 of the fifth PCB 15 also have a coil pattern L53 to form a spiral shape in a clockwise direction CW.
  • the start portion S51 is disposed therein and the end portion E51 is disposed inside the coil pattern L51.
  • the coil pattern L52 has the start portion S52 disposed in the coil pattern L52 and the coil.
  • the end portion E52 disposed outside the pattern L52 extends to the space between the coil pattern L51 and the coil pattern L53.
  • the coil pattern L21 starts in a space between the coil pattern L21 and the coil pattern L23 that is outside the coil pattern L21 to form a spiral shape in a clockwise direction CW from the outside to the inside.
  • the part S21 is arrange
  • the coil pattern L22 is formed to have a spiral shape in the clockwise direction CW from the inside to the outside, and the coil pattern L23 has a spiral shape in the clockwise direction CW from the outside to the inside.
  • the start part S22 is arrange
  • the coil patterns L41-L43 of the fourth PCB 14 also form a spiral shape in a clockwise direction CW.
  • the start portion S41 is disposed in the space between the coil pattern L41 and the coil pattern L43 that is external, and the end portion E41 is disposed in the coil pattern L41, and the start is formed in the coil pattern L42.
  • the part S42 is arrange
  • the coil parts L31-L33 of the third PCB 13 are integrated into one and the start part S31 is disposed inside the coil pattern L33 to have a spiral shape in a clockwise direction CW from the inside to the outside, and the coil pattern
  • the end part E31 is arrange
  • a start portion S61 is disposed outside the coil pattern L61 to form a spiral shape from the outside to the inside in the clockwise direction CW, and the coil pattern L61.
  • the end part E61 is arrange
  • the coil pattern L62 has an end portion in which the start portion S62 is disposed inside the coil pattern L62 and is disposed outside the coil pattern L62 so as to form a spiral in a clockwise direction CW from the inside to the outside.
  • E62 extends to the left space of the coil pattern L61 and is connected to the second output terminal Out2 of the motor driving circuit 30.
  • the second output terminal Out2 is connected to the integrated circuit (IC) 16 forming the motor driving circuit 30 through the printed wiring 17 as shown in FIG. 11.
  • the integrated circuit (IC) 16 of the motor driving circuit 30 the other ends of the coil patterns L11 to L62 connected in series, that is, the first output terminal Out1, the power supply terminal Vbb, and the ground pattern GND are connected to each other.
  • PWM signal terminal for receiving the control signal for controlling the speed of the motor (FG (Frequency Generator) signal output terminal and the pulse width modulation (PWM) method so that it can be used to control the speed of the motor
  • each of the plurality of coil patterns L11 to L62 has a spiral shape, and is inward to outward or outward to inward according to a series or parallel connection method of a coil pattern using a through hole and a jumper wire pattern.
  • the circuit configuration may be achieved by combining a pattern wound in the clockwise direction CW or the counterclockwise direction CCW.
  • the stator 110 of the present invention is composed of a multi-layered substrate (PCB) in which the first to sixth PCBs 11 to 16 having a six-layer structure are stacked, as shown in FIGS.
  • the coil pattern (L11-L62) is formed, and the substrate 10 is formed with three projections (10a-10c) along the three fan shape, three between the three projections (10a-10c) Grooves 10d-10f are arranged.
  • the three protrusions 10a-10c have an outer circumference portion formed with the same curvature as those of the fan-shaped outer rotation direction pattern portions 20a-20c, and both sides thereof have a narrowing shape as they are formed along the sector shape.
  • three through-hole forming spaces 51-53 for arranging five or four through holes T14-T27 to interconnect the coil patterns are respectively provided in the coil patterns L11 through L62. It is secured with and width respectively.
  • two through holes are formed on the same circumference as the through hole forming spaces 51-53 in the inside of the grooves 10d and 10f located on the left and right sides of the three grooves 10d-10f.
  • Spaces 54 and 55 are arranged, and three through holes T11-T13 are arranged in the through hole forming space 55.
  • the outer circumferential portions of the through hole forming spaces 54 and 55 are aligned with curvatures corresponding to the inner circumferential portions of the outer rotation direction pattern portions 20a to 20c.
  • the outer circumferential portion of the substrate 10 defining the recess 10e disposed below the substrate 10 is aligned with a curvature corresponding to the outer circumference of the inner rotation direction pattern portions 20d to 20f, and thus the recess 10d Deeper than 10f) to ensure a wider flow path of air.
  • the three grooves 10d-10f disposed between the three protrusions 10a-10c as described above have a stator 110 in the lower case 101 as shown in FIGS. ) Is disposed, it does not interfere with the flow of air sucked into the air inlet 108 of the lower case (101).
  • three wide grooves 10d-10f are provided in the stator 110 to secure a coil pattern having a sufficient number of turns necessary to generate a desired torque of the single-phase motor, so that the air inlet 108 of the lower case 101 is provided. Minimize the resistance of the air sucked into.
  • three recesses 10a-10c and three recesses 10a-10c are disposed between the three protrusions 10a-10c to minimize the resistance of the air sucked into the air inlet 108.
  • the present invention is not limited to the (number of poles of the rotor) / 2 grooves.
  • the multi-layered substrate may have at least one protrusion corresponding to the plurality of coil patterns and at least one groove disposed between the coil patterns.
  • the multi-layered substrate may have protrusions corresponding to the plurality of coil patterns and grooves disposed between the protrusions.
  • the number of protrusions and grooves may be provided corresponding to 1, 2, (number of poles of the rotor) / 2, respectively.
  • the coil patterns L11-L13, L21-L23, L31-L33, L41-L43, L51-L53, and L61-L62 have three fan shapes in common for each layer.
  • the six radial pattern portions 20g to 26j are each oriented in a direction radiating from the center O of the substrate 10 as a whole or in a direction parallel to the radial direction.
  • the six radial pattern portions 20g to 26j in the coil pattern have a structure arranged at the same position in each layer, and the coil pattern has a position opposite to the magnet of the rotor at the same time and the current flow direction is the same. As set, generates a combined torque.
  • the stator 110 forms a stator coil by interconnecting coil patterns L11-L62 formed on a multilayer substrate, and the number of radial pattern portions 20g to 26j on each layer substrate is opposite to the magnetic poles of the rotor. It is preferably set equal to the number, and the angle between adjacent radial pattern portions is preferably determined as (the number of magnetic poles of 360 ° / rotor).
  • the angle between adjacent radial pattern portions 20g to 26j is 60 °, and the magnetic pole of the rotor rotated by being coupled thereto to form a single phase motor.
  • the number of (N pole magnet and S pole magnet) is configured to have six poles.
  • Coil patterns L61 and L62 may be formed on the sixth PCB 16 by utilizing parts of the motor driving circuit 30 and the remaining space, and the coil patterns L61 and L62 may be required to rotate the rotor. It may be omitted depending on the torque value.
  • the sixth layer PCB 16 illustrated in FIG. 17 is in a transparent state, and various patterns, that is, coil patterns L61 and L62, printed wirings 17, and integrated circuits (ICs) 16 mounted thereon are described. It is shown on the back of the substrate 10.
  • the coil patterns form one stator coil as shown in FIG. 10 when interconnected in a series manner.
  • the driving circuit layer mounted is formed.
  • through holes T11 to T27 are formed at the same positions of the first to sixth PCBs 11 to 16 by plating or filling conductive powder to form conductive, and through holes ( Soldering lands 18 around T11 to T27 are formed in a conductive pattern.
  • the start portions S11 to S62 and the end portions E11 to E62 are wider than the portions forming the coil (winding), for example, in the form of a tear drop. It is formed.
  • the start portions S11 to S62 and the end portions E11 to E62 are formed wider than the portions forming the coils (winding) by adjusting the thickness of each layer coil pattern in the slim stator.
  • the start part and the end part of the coil pattern are formed in the form of a tear drop, and the coil patterns are interconnected or connected to a wiring pattern by arranging soldering lands surrounding the through holes and the through holes. This easy and reliable connection can be guaranteed.
  • At least one through hole (T11 to T27) connecting the start portion and the end portion to each layer may be formed in plural to prevent a decrease in reliability due to disconnection or failure of the through hole.
  • the coil patterns L11 to L62 mutually pass through the through holes T11 to T27 and the first to fifth jumper wire patterns J11 to J15. Connected to form one stator coil shown in FIG.
  • the start portion S11 is connected to the first output terminal Out1 of the motor driving circuit 30 through the through hole T27, and from inside to outside. Spirally wound in a clockwise direction CW to form a coil pattern L13, and then spirally wound outward from the outside in a clockwise direction CW to form a coil pattern L11, and an inner through hole ( The end portion E11 is connected to T18.
  • the end portion E11 of the coil pattern L11 is spiraled clockwise CW from the inner side to the outer side to form the lower coil pattern L12 through the fourth jumper wire pattern J14 connected to the through hole T18.
  • the coil is wound in a shape to form the coil pattern L12, and the end portion E12 extends along the outer circumference of the coil pattern L13 and is connected to the through hole T11 located in the through hole formation space 55.
  • the through hole T11 is connected to the start portion S21 of the second layer PCB 12 and extends to the coil pattern L21 to form the coil pattern L21 and is connected to the inner end portion E21. .
  • the plated through holes T11 to T27 are plated.
  • the coil patterns are connected to each other through the through holes T11 to T27 and the first to fifth jumper wire patterns J11 to J15 to form a stator coil.
  • one end of the stator coil that is, the end portion E62 of the coil pattern L62
  • the other end of the stator coil that is, the start portion of the coil pattern L13.
  • S11 is connected to the first output terminal Out1 of the motor driving circuit through the through hole T27.
  • FIG. 17 illustrates that the motor driving circuit 30 for driving a single-phase motor is mounted on the sixth PCB 16, but the motor driving circuit may be configured separately.
  • the coil patterns L11-L62 are all wound in the counterclockwise direction CW to form a stator coil connected in series, the current flows in the coil patterns L11-L13 of the first PCB 11 for each rotational position of the rotor. Since the same as the current flow for the coil patterns (L21-L62) of the second to sixth PCB (12-16), only the coil patterns (L11-L13) of the first PCB 11 will be mainly described.
  • the single-phase motor 40 shown in FIG. 8 has a structure in which the stator 110 and the rotor 120 of the 6-slot-6 pole structure are arranged opposite to each other in an axial type, but are shown together in the same plane for convenience of description. It is expressed.
  • the hall sensor H1 recognizes the magnetic pole of the rotor (S pole: 121f).
  • a pair of first rotor position detection signals containing the rotational direction of the rotor that is, the counterclockwise direction CCW
  • the first The switching transistor is turned on and the second switching transistor is turned off to determine the current flow direction of the driving current for the stator coils, that is, the coil patterns L11-L62.
  • a current flows from the start portion S11 of the coil pattern L13 to the end portion E62 of the coil pattern L62, and the direction in which the current flows.
  • arrows are shown in the coil patterns L11 to L13 of the first PCB 11 shown in FIGS. 8 and 12. Since the current flowing through the coil patterns L21-L62 of the second to sixth PCBs 12-16 is the same as that of the coil patterns L11-L13 of the first PCB 11, it is omitted.
  • the coil patterns L11-L62 have the same flow direction of driving current flowing through the radial pattern portions 20g-20l, 22g-22l, 23g-23l, 24g-24l, 25g-25l, 26g-26j, respectively, at the same position.
  • the current flow direction is set in the same direction.
  • the radial pattern portions 20g-20l, 22g-22l, 23g-23l, 24g-24l, 25g-25l, 26g-26j are radial directions perpendicular to the rotational direction (circumferential direction) of the rotor 120 ( That is, it is oriented in the normal direction, and a tangential force F is generated in the counterclockwise direction CCW according to Fleming's left hand law.
  • outer and inner rotational direction pattern portions 20a to 20f of the coil patterns L11 to L62 merely serve as paths through which current flows, and counterclockwise (CCW) from the six radial pattern portions 20g to 26j. A tangential force is generated to rotate the rotor 120.
  • the direction of the current flowing through the coil between the adjacent radial pattern portions 20g to 26j is set to be reversed, and the magnetic poles (N poles 121e, 121c, 121a) of the magnets of the rotor 120 corresponding thereto are also positioned oppositely. Therefore, all of the force generated by pushing or pulling the magnet of the rotor in the same direction to rotate the rotor counterclockwise (CCW).
  • the Hall sensor H1 is positioned at the boundary surface 121g of the N pole magnet 121a and the S pole magnet 121f. It does not recognize the stimulus and cannot determine the direction of current flow.
  • the hall sensor H1 recognizes the N pole magnet 121a.
  • the Hall sensor H1 generates a pair of second rotor position detection signal outputs of opposite polarity to the first rotor position detection signal and applies it to the first and second switching transistors.
  • the turn-off and the second switching transistor are turned on while the current flow direction of the driving current for the stator coils, that is, the coil patterns L11 to L62, is reversed.
  • the motor driving circuit 30 detects the magnetic pole of the rotor whenever the Hall sensor H1 rotates by 60 degrees (electric angle 180 degrees) at the machine angle, thereby detecting the first rotor position detection signal and the second rotor position detection signal. As alternately occurs, the first and second switching transistors alternately turn on and off to change the current flow direction of the driving current for the coil patterns L11-L62.
  • the slim stator 110 is formed by using a multilayer printed circuit board (PCB), and coil patterns L11 to L62 of each layer form three fan-shaped or star-shaped patterns.
  • the radial pattern portions 20g to 26j are oriented in a radial direction and a direction parallel to the radial direction among the plurality of rotation direction pattern portions and the radial pattern portions 20g to 26j constituting the coil patterns L11 to L62. Therefore, the torque applied to the opposite rotor 120, that is, the rotational force, can be obtained at the maximum.
  • the coil pattern of each layer may be deformed into a shape other than a fan shape or a star shape.
  • the important point is that the wirings are made so that the currents of the radial patterns of the coil patterns disposed at the same positions all flow in the same direction, and the coil patterns connecting the adjacent rotational direction pattern portions are parallel to the radial direction and the radial direction. It is preferably designed so that the torque applied to the opposite rotor, ie the rotational force, is oriented in the direction so as to obtain the maximum.
  • the single-phase motor according to the present invention for example, using a coil pattern consisting of a fan-shaped and / or star shape as a stator and a PCB in which one Hall sensor (H1) forms a stator for rotor position detection
  • the lower case may be embodied in the bridge by forming a yoke which is disposed at the lower case and forms a yoke capable of preventing dead points while using the soft case made of iron plate or silicon steel as the magnetic starting method.
  • the initial position of the rotor can be set to stop at a preset position. If the Hall sensor is installed at a position where dead point can be prevented in consideration of the initial position of the rotor, it becomes impossible to start the self. Can be avoided.
  • stator forms a multi-layered substrate in the form of three fan-shaped protrusions and grooves such that the stator has three fan-shaped coil patterns
  • the grooves in the air inlet of a Sirocco type fan are provided. It can be used as a passage to increase the air volume.
  • the shape of the multilayer substrate can be designed to have protrusions and grooves corresponding to (the number of magnetic poles of the rotor) / 2.
  • the slim stator according to the present invention has been described with a single-phase motor having a six-pole-6 slot structure as an example.
  • the slim stator may be applied to a single-phase motor having even-pole-even slots.
  • the star-shaped pattern may be modified in other forms.
  • a dead point prevention function is implemented without using a separate dead point prevention yoke by forming a bridge corresponding to the number of rotor poles while forming the air inlet in the lower case to prevent the dead point.
  • a method of arranging the dead point preventing yoke 170 under the stator 110 may be employed.
  • the dead point prevention yoke 170 is configured such that the outer circumferential surface is hexagonal, and the inner circumferential surface is circular, similarly to the number of poles (6 poles) of the rotor.
  • the dead point prevention yoke 170 when the rotor 120 is in an initial state (that is, 0 °), the magnetism of each magnet is caused by a magnetic phenomenon between the magnet of the rotor 120 and the dead point prevention yoke 170.
  • the center is located opposite the point where the effective area width of the dead point prevention yoke 170 is widest (ie, the corner), so that the Hall sensor H1 is located at a position biased from the magnetic pole boundary 121g of the rotor 120.
  • the position of the Hall sensor H1 is 1/4 of the magnetic pole boundary 121g or the center of the magnetic pole, as in the case of implementing a dead point prevention function by forming a bridge corresponding to the number of rotor magnetic poles in the lower case. It is preferable to be installed in a position shifted by the width.
  • the outer circumferential surface of the rotor has the same hexagonal shape as the number of poles (6 poles) of the rotor, and the dead point prevention yoke is (number of poles) / N (where N is 1,2,3) may be a polygon.
  • the dead point prevention yoke 170 has a polygonal shape of (number of magnetic poles) / N (where N is a divisor of the number of magnetic poles) in a polygonal shape, and the inner peripheral surface is preferably circular.
  • FIG. 4 illustrates an embodiment in which a plurality of bridges are installed corresponding to the number of magnetic poles so as to have a dead point prevention yoke function, and the space between the bridges serves as an air inlet.
  • the bridge provided in the air inlet may be modified to implement a dead point prevention function while maximizing maneuverability by minimizing the starting torque of the fan by using only a part of the magnetic lines outside or inside the magnetic force line.
  • FIG. 19A illustrates a modified example in which the dead point prevention function can be implemented while minimizing the starting torque of the fan according to the third embodiment of the present invention for maximum maneuverability
  • FIG. 19B is along the AOB line in FIG. 19A. It is a section taken.
  • the cooling fan 100 using the slim single-phase motor according to the third embodiment of the present invention includes a case in which an upper case 103 and a lower case 301 having sidewalls 102 are combined. Is formed, the slim single-phase motor 40 is implemented using the slim stator 110 inside the case.
  • the single phase motor 40 includes a slim stator 110, a sleeve bearing 150, a rotation shaft 140, and a rotor 120.
  • a plurality of blades 130 are integrally formed on the outer surface of the back yoke 122 of the rotor 120 to form the impeller 105.
  • the third embodiment differs from the first and second embodiments in that the back yoke 122 of the rotor 120 is formed in a band shape, and the magnet 121, the back yoke 122, and the plurality of blades ( There is a difference in that 130 is integrally formed using resin by the insert molding method to constitute the impeller 105.
  • one end of the rotating shaft 140 is integrally formed at the center of the impeller 105 by an insert molding method.
  • a bearing holder 160 for accommodating the sleeve bearing 150 in the center portion is integrally formed, for example, by insert molding, and the bearing holder 160 has a boss protruding in a cylindrical shape. The sleeve bearing 150 is inserted into the 160a.
  • a thrust plate (or bearing seat) 106 is provided between the sleeve bearing 150 and the inner bottom surface of the bearing holder 160 to support the rotational shaft 140 of the rotor 120. .
  • the bottom surface of the lower case 301 is equipped with a slim stator 110 according to the present invention, the through hole is formed in the center of the stator 110 larger than the outer diameter of the boss 160a of the bearing holder 160 have.
  • the rotating shaft 140 of the rotor 120 is coupled to the through hole of the sleeve bearing 150, and the rotating shaft 140 is fixed to the center of the rotor 120.
  • the rotor 120 includes a magnet 121 on the front surface of the band-shaped back yoke 123 made of a magnetic material to act as a porcelain, and the magnet 121 is placed on the coil of the stator 110.
  • the single phase motor 40 is comprised in the axial type structure arrange
  • a plurality of blades 130 are integrally formed on the outer surface of the back yoke 122 of the rotor 120 by insert molding to form the impeller 105.
  • the impeller 105 has an inner body in the shape of a disk, from which the plurality of blades 130 may be formed extending in the inclination angle or extending in the radial direction.
  • the lower case 301 has sidewalls 102 formed at right angles to the outer circumference thereof, and one side of the sidewalls 102 is opened and suctioned to be coupled with the upper case 103 to form a fan of Sirocco Type. An air outlet for discharging the air is formed.
  • the side wall 102 is formed of the same resin as the above-described bearing holder 160, it is preferable to be integrally formed in the lower case 301 of the metal material by insert molding.
  • the upper case 103 may also suck at least one heat generated inside the main body (for example, an electronic device such as a wireless charger) from a direction opposite to the upper case 103.
  • the air inlet 104 may have a through hole formed therein.
  • the cooling fan 100 of the present invention has air inlets 104 and 108 formed in both the upper case 103 and the lower case 301, and the dead point prevention yoke is provided in the lower case 301.
  • the contact area between the yoke protrusions 301a-301c and the bearing holder 160 is respectively formed in the three yoke protrusions 301a-301c. Is formed through the long hole 303 is formed to increase the reinforcing force.
  • a plurality of, for example, three support protrusions 302a-302c protrude from the lower case 301 into the air inlet 108 between the three yoke protrusions 301a-301c.
  • the three support protrusions 302a-302c have a shorter protruding length than the yoke protrusions 301a-301c and thus do not have a dead point prevention yoke function and are merely molded together with the bearing holder 160 to reinforce the supporting force. .
  • the lower case 301 uses a soft magnetic material having low coercive force such as silicon steel or pure iron so as to act as a yoke, and is formed in the lower case 301 to have a dead point prevention yoke function.
  • the number of protrusions 301a-301c may be one-to-one corresponding to the number of poles of the rotor 120 as well as (number of poles) / N (where N is a divisor of the number of poles).
  • the rotor when the rotor is in the initial state (ie, the stationary state), if there is one projection, the center of one of the rotor poles of the projection coincides. If the projections are 2, they are arranged at intervals of 180 degrees, and if the projections 301a-301c are three, they are arranged at intervals of 120 degrees, as shown in Fig. 19A, and when the rotors are in their initial states, the projections coincide with the center of the magnetic poles. Done.
  • the yoke protrusions 301a-301c provided in the air inlet 108 use only a portion of the magnet line 121 outside or inside the magnetic force line in that the starting torque of the fan can be minimized.
  • the support protrusions 302a-302c for strength support are provided.
  • the yoke protrusions 301a-301c and the support protrusions 302a-302c are formed in three pieces, respectively. It is preferable to minimize the starting torque of the fan by using only a portion of the magnet line outside or inside the magnetic line of the magnet 121, so that the mobility can be maximized.
  • the rotor 120 When the yoke protrusion is formed in consideration of the number of poles of the rotor 120 in the lower case 301 made of a soft magnetic material capable of serving as a yoke, the rotor 120 may be in an initial (stopped) state. At this time, between the magnet 121 of the rotor 120 and the yoke protrusion, the center of each magnet 121 stops at a position opposite to the yoke protrusion by magnetic phenomenon.
  • the Hall element H1 for detecting the magnetic pole of the rotor in consideration of the initial state of the rotor 120 is 1/4 from the center of the magnetic pole 121 or the boundary surface 121g of the magnetic pole, as shown in FIG. 19A. If the magnetic pole is installed on the stator 110, that is, the substrate 10 at a position shifted by the magnetic pole width (15 ° in the case of a 6-pole rotor) or 3/4 magnetic pole width, the self-startup phenomenon can be avoided.
  • the Hall element H1 is disposed at a quarter magnetic pole width (15 degrees in the case of a six-pole rotor) from the boundary surface 121a of the magnetic pole and at the same time, the coil pattern of the first PCB 11 in the slim stator 110. It is preferable to set so that the radial pattern part 20l of the radial pattern part 20g-20l of (L11-L13) opposes.
  • the magnetic flux generated from the magnet is maximized as the Hall element H1 detects the magnetic pole of the opposing magnet with high sensitivity. Since the radial pattern portion 20l is opposite to the in point, self-start is made easier.
  • the three yoke protrusions 301a-301c formed in the lower case 301 have a dead point prevention yoke function, and the space between the yoke protrusions 301a-301c serves as the air inlet 108. Accordingly, it is possible to further widen the area of the air inlet 108.
  • the motor driving circuit can be operated by single phase half wave type driving as well as single phase propagation type driving.
  • the present invention provides a cooling fan using a single-phase motor using a single coil, and secures a wide passage of the air inlet in a Sirocco type fan by removing a portion where a coil pattern is not formed in a multilayer substrate constituting a stator. It can be applied to a cooling fan that can increase the air volume.

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Abstract

본 발명은 대향한 로터에 토크 발생이 최대로 얻어질 수 있고 풍량 증대를 도모할 수 있는 다층 기판을 이용한 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬에 관한 것이다. 본 발명의 슬림형 스테이터는 다층 기판; 및 상기 다층 기판의 각 기판 위에 패터닝되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴;을 포함하며, 상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬
본 발명은 모터의 스테이터에 관한 것으로, 구체적으로는 대향한 로터에 토크 발생이 최대로 얻어질 수 있고 풍량 증대를 도모할 수 있는 다층 기판을 이용한 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬에 관한 것이다.
소형 팬모터는 크기를 줄이고, 원가 부담을 고려하여 단일 코일을 갖는 단상 모터가 사용되고 있다. 이러한 단상 모터는 예를 들어, 차량의 실내온도를 조절하기 위해 실내온도를 검출하는 인카 센서용 어스피레이션 모터나 각종 전자기기의 발열부품의 냉각을 위한 쿨링 팬용 소형 모터에 사용되고 있다.
단상 모터에 사용되는 단일 코일은 코어에 코일이 권선된 코어 타입의 스테이터로 이루어지거나 4각형 또는 3각형의 코어레스/보빈레스 타입으로 권선되어 PCB 위에 실장되어 사용되고 있다.
한편, 브러시레스 직류(BLDC) 모터는 동적 반응이 빠르고, 낮은 로터 관성을 가지고 있으며, 속도 제어가 용이한 동기 전동기이다.
상기한 동기 전동기의 특성을 고려하여 단상 모터로서 BLDC 모터를 사용하는 경우, 모터구동회로 또는 드라이버는 회전되는 로터의 N극 및 S극 자극을 검출하여 주기적으로 스테이터 코일에 흐르는 구동전류의 인가방향을 스위칭하는 데 필요한 절환신호를 발생하기 위해 로터위치검출용 홀(Hall)소자가 필요하며, 홀소자는 고가이므로 1개만을 사용한 모터구동회로를 구성하는 것이 바람직하다.
이 경우 1개의 홀소자를 사용하는 경우는 홀소자가 로터 자극의 경계면에 위치할 때 홀소자의 자극검출이 이루어지지 않아 초기 상태일 때 스테이터 코일에 대한 전류공급이 이루어지지 못하므로 기동이 이루어지지 못하는 데드 포인트(Dead Point)가 존재한다.
이러한 단일 홀소자 방식에서는 초기 상태에서 데드 포인트를 피하여 자기기동 방안으로서 스테이터에 고정용 자석을 이용하여 홀소자가 로터의 자극 경계면(즉, 중성점)을 벗어나도록 보조자석을 사용하는 방법, 코어 타입의 스테이터에서 티스의 일측에 돌극을 부여하는 방법, 특허문헌 1(한국 공개실용신안공보 제20-1987-0013976호)과 같이 코일배설부에 자성체 나사를 설치하는 방법, 특허문헌 2(한국 등록실용신안공보 제20-0296035호)와 같은 특수 형상의 데드 포인트 방지 요크를 사용하는 방법이 있다.
돌극 부여 방법에서는 자석과 코어가 동일 원주에 있게 되면 힘(F)이 마그넷 전면에 동일하게 발생되어 회전 방향이 예측이 안되며, 힘도 시계방향(CW)과 반시계방향(CCW)이 동일하게 작용하여 토크가 작아지게 된다. 또한, 돌극을 크게 설계하는 경우 코깅(cogging) 토크가 높아져서 소음에 불리하게 작용하므로, 적절한 돌극 설계가 필요하다.
또한, 특허문헌 2는 데드 포인트 방지 요크의 위치가 틀어지면 로터의 초기 기동이 실패하는 경우가 발생되며, 요크의 면적이 필요 이상으로 커지면 요크가 자력선을 모으는 힘이 커지게 되어 초기 기동에 많은 에너지가 투입되는 문제가 발생한다.
또한, 데드 포인트 방지 요크가 스테이터와 분리되어 설치되는 경우, 홀소자와 요크 간의 위치 정렬의 오류로 인한 자기 기동 불량이 발생할 수 있다.
한국 공개실용신안공보 제20-1987-0013976호(특허문헌 3)에 개시된 축류팬은 회전팬의 계자마그넷과 전기자 코일이 면대향하는 액시얼형(axial type)으로 모터를 구성하고 있으나, 코일배설부에 공심형 전기자 코일이 배설된 구조를 채용함에 따라 스테이터의 높이를 더 이상 줄이지 못하는 문제가 있다.
또한, 한국 공개특허공보 제10-2000-0044146호(특허문헌 4)에 개시된 팬모터의 고정자(스테이터)는 PCB의 상부에 스테이터 요크와 단상의 아마츄어 코일이 차례로 적층되어 구성되고, 중앙부에는 베어링 홀더 내부에 한쌍의 볼 베어링이 내장되어 회전축을 지지하고 있으나, 여전히 스테이터를 박막화하지 못하는 문제가 있다.
더욱이, 소형 팬(Fan)일 경우 스테이터 코일을 보빈에 권선하거나 보빈레스 타입으로 권선하거나 또는 코어에 권선하는 일반 코일 권선 방식에서 코일은 세선(細線)으로 구성되어 있다. 따라서, 코일의 굵기가 시작선과 끝선이 일정하다 보니, 시작선과 끝선을 PCB의 솔더 랜드 또는 터미널에 납땜시에 취급 부주위나 진동에 의해 단선 등이 발생하거나 수작업에 의한 납땜 공정 불량이 발생하는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 대향한 로터에 토크 발생이 최대로 얻어질 수 있고 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬에서 풍입구의 통로를 넓게 확보하여 풍량 증대를 도모할 수 있는 다층 기판을 이용한 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 다층 기판(PCB)을 이용하여 단상 모터용 슬림형 스테이터를 구성하며, 각 층의 코일 패턴이 다수의 회전방향패턴부와 방사방향패턴부가 교대로 연결된 예를 들어, 별 형상 패턴 또는 부채꼴 형상의 나선 패턴을 이룰 때, 방사방향패턴부가 중심으로부터 방사방향으로 배향되어 있어 대향한 로터에 가해지는 회전력이 최대로 얻어질 수 있어 모터 성능향상을 도모할 수 있는 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝된 다층 기판의 복수의 코일 패턴을 직렬 접속, 병렬 접속 또는 직/병렬 접속하여 단상 모터에 요구되는 토크값과 구동전류값을 조정할 수 있는 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하부 케이스에 풍입구를 형성하면서 로터 자극수에 대응하는 브리지를 형성함에 의해 별도의 데드 포인트 방지 요크(yoke)를 사용하지 않고 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있는 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 팬의 기동 토크를 최소로 하도록 하부 케이스에 구비된 풍입구에 데드 포인트 방지용 돌기를 돌출 형성하여 자석의 자력선 외곽이나 내측의 일부만 사용하도록 하여 기동성을 최대로 도모하면서 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있는 슬림형 스테이터, 이를 이용한 단상 모터 및 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 박막형 스테이터를 이용한 액시얼형(axial type) 구조를 채용함에 따라 종래에 레이디얼형(radial type) 모터에 채용되었던 코어형 스테이터를 제거한 공간을 활용하여 로터의 회전축을 지지하는 슬리브 베어링의 직경을 충분한 오일을 함유할 수 있도록 확장할 수 있어 신뢰성 및 내구성 향상을 도모할 수 있는 슬림형 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 슬림형 스테이터에서 각층 코일 패턴의 스타트 부분과 엔드 부분은 코일(권선)을 형성하는 부분보다 더 넓게 형성하여 코일 패턴을 상호 연결하거나 배선 패턴 등과 연결이 쉽고 연결의 신뢰성을 도모할 수 있는 슬림형 쿨링 팬을 제공하는 데 있다.
본 발명의 슬림형 스테이터는 다층 기판; 및 상기 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴;을 포함하며, 상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가진다.
상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 돌기부와 상기 돌기부 사이에 배치되는 요홈부를 가질 수 있다. 또한, 상기 돌기부와 요홈부의 수는 각각 1, 2, (로터의 자극 수)/2에 대응하여 구비될 수 있다.
본 발명의 슬림형 스테이터는 상기 다층 기판에 배치되어, 로터회전위치를 검출하기 위한 홀센서;를 더 포함하며, 상기 홀센서는 로터가 초기상태일 때 데드 포인트 방지 요크에 의해 위치설정된 로터의 자극 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정될 수 있다.
상기 홀센서는 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치될 수 있다.
또한, 상기 데드 포인트 방지 요크는 단상 모터에서 스테이터가 설치되는 케이스에 로터의 자극 수에 대응하여 형성되는 복수의 브리지 또는 복수의 요크 돌기를 이용할 수 있다.
더욱이, 상기 데드 포인트 방지 요크는 스테이터의 하부에 적층 배치되며, 외주가 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 다각형 형상을 이루며, 내주면이 원형으로 이루어질 수 있다.
상기 코일 패턴은 각각 예를 들어, 부채꼴 형상으로 이루어지며 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝될 수 있다.
상기 코일 패턴은 각층마다 (로터의 자극 수)/2에 대응하여 구비되고, (360°/로터의 자극수)의 각도마다 방사방향을 따라 배치될 수 있다.
또한, 상기 부채꼴 형상의 코일 패턴은 동심상으로 내측 원주와 외측 원주에 간격을 두고 원주방향을 따라 배치된 내측 및 외측 회전방향패턴부; 및 각각 양단부가 상기 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 방사방향을 따라 배치되는 한쌍의 방사방향패턴부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 방사방향패턴부가 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 중심으로부터 방사방향을 따라 배치되도록 외측 회전방향패턴부는 내측 회전방향패턴부보다 더 길게 형성될 수 있다.
상기 다층 기판의 어느 한 층에 배치된 코일 패턴은 복수의 돌기부와 요홈부를 갖는 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝되고, 상기 돌기부와 요홈부의 내부를 따라 간격을 두고 배선되며 양단부에 위치한 스루홀을 통하여 다른 층에 배치된 상기 부채꼴 형상의 코일 패턴을 상호 연결하기 위한 복수의 점프선 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 코일 패턴의 스타트 부분과 엔드 부분은 코일을 형성하는 부분보다 더 넓게 형성되어 있고, 적어도 하나의 스루홀과 상기 스루홀을 둘러싸는 솔더링 랜드가 배치될 수 있다.
상기 홀센서는 스테이터의 방사방향패턴부 중 하나와 중첩된 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 슬림형 스테이터는 상기 다층 기판의 최하층에 적층되며 상기 코일 패턴에 구동전류를 인가하기 위한 모터구동회로가 실장된 구동회로층;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스루홀은 부채꼴 형상의 코일 패턴 내부와 코일 패턴 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 단상 모터는 로터; 상기 로터와 대향하여 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 스테이터; 상기 스테이터의 다층 기판에 설치되어, 로터의 자극을 검출하기 위한 홀 센서; 및 상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정하는 데드 포인트 방지 요크;를 포함하며, 상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가진다.
상기 데드 포인트 방지 요크는 상기 스테이터의 하부에 적층 배치되고, 외주가 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 다각형 형상을 이루며, 상기 홀센서는 상기 로터가 초기상태일 때 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치되며, 상기 홀센서는 스테이터의 방사방향패턴부 중 하나와 중첩된 위치에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 쿨링 팬은 관통구멍을 갖는 링부가 복수의 브리지를 통하여 본체에 연결되는 하부 케이스; 상기 링부의 관통구멍에 설치된 베어링 홀더에 지지되는 베어링; 상기 베어링에 회전축이 회전 가능하게 지지되고 외주부에 복수의 블레이드가 형성되며 복수의 자석을 구비한 로터; 상기 베어링 홀더가 통과하는 관통구멍이 중앙에 형성되고 하부 케이스에 상기 로터와 대향하여 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 스테이터; 상기 슬림형 스테이터의 기판에 설치되며 로터가 초기상태일 때, 로터 자극의 경계면으로부터 편위된 위치에 배치되어 로터의 자극을 검출하는 홀센서; 상기 하부 케이스에 대향하여 배치된 상부 케이스; 및 상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이를 연결하는 측벽을 포함하며, 상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가진다.
상기 복수의 브리지는 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)의 개수로 형성되어 상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정할 수 있다.
상기 홀센서는 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치될 수 있다.
상기 하부 케이스의 브리지 사이에 형성되는 공간은 풍입구로서 역할을 하며, 상기 풍입구의 지름은 기판의 지름보다 더 크게 형성될 수 있다.
상기 코일 패턴은 각각 예를 들어, 부채꼴 형상으로 이루어지며 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝되며, 상기 부채꼴 형상의 코일 패턴은 동심상으로 내측 원주와 외측 원주에 간격을 두고 원주방향을 따라 배치된 내측 및 외측 회전방향패턴부; 및 각각 양단부가 상기 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 방사방향을 따라 배치되는 한쌍의 방사방향패턴부를 포함하고, 상기 로터는 링 형상으로 형성되고, 상기 링의 폭은 적어도 방사방향패턴부의 길이보다 더 크게 형성되며, 방사방향패턴부와 대향하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 쿨링 팬은 상기 다층 기판의 최상층 기판과 최하층 기판 사이에 삽입되며, 다른 층에 배치된 코일 패턴을 상호 연결하기 위한 복수의 점퍼선 패턴층; 및 상기 최하층 기판에 실장되어 상기 코일 패턴에 의해 형성되는 스테이터 코일에 구동전류를 인가하는 모터구동회로층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명에 따른 쿨링 팬은 풍입구 내부로 돌출된 적어도 하나의 요크 돌기를 구비하는 하부 케이스; 상기 풍입구의 일부에 배치되고 외주부가 상기 요크 돌기에 연결되는 베어링 홀더; 상기 베어링 홀더에 지지되는 베어링; 상기 베어링에 회전축이 회전 가능하게 지지되고 외주부에 복수의 블레이드가 형성되며 복수의 자석을 구비한 로터; 상기 로터와 대향하여 상기 베어링 홀더에 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 스테이터; 상기 슬림형 스테이터의 기판에 설치되며 로터가 초기상태일 때, 로터 자극의 경계면으로부터 편위된 위치에 배치되어 로터의 자극을 검출하는 홀센서; 상기 하부 케이스에 대향하여 배치된 상부 케이스; 및 상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이를 연결하는 측벽을 포함하며, 상기 요크 돌기는 상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정한다.
상기 요크 돌기는 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수) 개수로 형성될 수 있다.
본 발명의 쿨링 팬은 상기 요크 돌기 사이에 배치되며 하부 케이스로부터 풍입구 내부로 돌출 형성되어 상기 베어링 하우징을 지지하기 위한 복수의 지지돌기를 더 포함하며, 상기 지지돌기는 요크 돌기보다 작은 길이로 설정될 수 있다.
상기 요크 돌기는 상기 베어링 하우징과 결합되는 면적을 증가시키기 위한 장공을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 대향한 로터에 토크 발생이 최대로 얻어질 수 있고 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬에서 풍입구의 통로를 넓게 확보하여 풍량 증대를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 하부 케이스에 풍입구를 형성하면서 로터 자극수에 대응하는 브리지를 형성함에 의해 별도의 데드 포인트 방지 요크(yoke)를 사용하지 않고 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있다.
즉, 하부 케이스에 형성된 브리지가 데드 포인트 방지 요크(yoke) 기능을 갖게 됨에 따라 별도의 데드 포인트 방지 요크(yoke)를 사용하는 경우 홀소자와 요크 간의 위치 정렬의 오류로 인한 자기 기동 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 별도의 데드 포인트 방지 요크(yoke)를 사용하지 않고 팬의 기동 토크를 최소로 하도록 하부 케이스에 구비된 풍입구에 데드 포인트 방지용 돌기를 돌출 형성하여 자석의 자력선 외곽이나 내측의 일부만 사용하도록 하여 기동성을 최대로 도모하면서 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 별도의 데드 포인트 방지 요크를 사용하여 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 로터를 회전 구동시키기 위한 스테이터 코일을 다층 PCB에 형성된 도전성 패턴 코일을 이용하며 박막형으로 구현함에 의해 생산성 향상, 원가 절감이 가능한 슬림형 단상 모터를 구현할 수 있어, 이를 이용하여 각종 전자기기용 슬림형 쿨링 팬을 제공할 수 있다. 특히, 상기 쿨링 팬은 무선 충전기 등의 슬림형 전자기기에 적용될 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 박막형 스테이터를 이용한 액시얼형(axial type) 구조를 채용함에 따라 종래에 레이디얼형(radial type) 모터에 채용되었던 코어형 스테이터를 제거한 공간과 코일 터미널 연결 부위를 생략하여 얻어지는 공간을 활용하여 로터의 회전축을 지지하는 슬리브 베어링의 직경을 충분한 오일을 함유할 수 있도록 확장할 수 있어 신뢰성 및 내구성 향상을 도모할 수 있다.
본 발명에서는 다층 기판(PCB)을 이용하여 단상 모터용 슬림형 스테이터를 구성하며, 각 층의 코일 패턴이 다수의 회전방향패턴부와 방사방향패턴부가 교대로 연결된 예를 들어, 별 형상 패턴 또는 부채꼴 형상의 나선 패턴을 이룰 때, 방사방향패턴부가 중심으로부터 방사방향으로 배향되어 있어 대향한 로터에 가해지는 회전력이 최대로 얻어질 수 있게 설계하여 모터 효율 상승을 도모할 수 있다. 즉, 상기 방사방향패턴부는 방사방향으로 배향되어 있어 스테이터 코일이 통전될 때 접선방향의 힘이 발생되어 효과적인 토크가 얻어지게 된다.
또한, 본 발명에서는 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝된 다층 기판의 복수의 코일 패턴을 직렬 접속, 병렬 접속 또는 직/병렬 접속하여 단상 모터에 요구되는 토크값과 구동전류값을 조정할 수 있다.
본 발명에서는 슬림형 스테이터에서 각층 코일 패턴의 굵기를 조절하여 스타트 부분과 엔드 부분은 코일(권선)을 형성하는 부분보다 더 넓게 예를 들어, 물방울(tear drop) 형태로 설계해서 연결의 신뢰성 증대를 꾀할 수 있다.
즉, 코일 패턴의 스타트 부분과 엔드 부분은 물방울(tear drop) 형태로 형성하고, 스루홀과 스루홀을 둘러싸는 솔더링 랜드(soldering land)를 배치함에 의해 코일 패턴을 상호 연결하거나 배선 패턴 등과 연결이 쉽고 연결의 신뢰성을 보장할 수 있다.
또한, 신뢰성 증대를 위하여 각층에 스타트 부분과 엔드 부분을 연결하는 스루홀은 적어도 1개 이상으로 형성하여 단선이나 스루홀의 불량에 따른 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 슬림형 스테이터를 사용하여 구현된 슬림형 단상 모터를 이용한 쿨링 팬을 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 슬림형 쿨링 팬의 제1 및 제2 실시예를 나타내는 축방향 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖는 하부 케이스를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4에서 하부 케이스에 슬림형 스테이터가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5에서 스테이터에 로터가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6에서 로터에 블레이드가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 단상 모터에서 초기상태일 때 데드 포인트 방지를 위해 로터, 스테이터와 홀소자와의 배치 관계를 설명하기 위한 설명도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 2장으로 나타내는 전개도이다.
도 10은 도 9a 및 도 9b에 도시된 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 직렬 접속하여 얻어진 등가회로도이다.
도 11은 본 발명에 따른 단상 모터구동회로에 채용된 집적회로의 각 단자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 12 내지 도 17은 각각 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 나타내는 전개도이다.
도 18은 본 발명에 따라 스테이터의 하부에 데드 포인트 방지 요크를 배치하여 로터가 초기상태일 때 데드 포인트 방지를 설명하기 위한 도면이다.
도 19a는 본 발명의 제3실시예에 따른 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖는 하부 케이스를 스테이터와 함께 나타낸 것으로, 팬의 기동 토크를 최소로 하여 기동성을 최대로 도모하면서 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있는 변형예가 도시되어 있고, 도 19b는 도 19a에서 A-O-B선을 따라 취한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 슬림형 단상 모터를 이용한 쿨링 팬(100)은 상부 케이스(103)와 측벽(102)이 형성된 하부 케이스(101)가 결합되어 케이스를 형성하고 있고, 케이스 내부에 슬림형 스테이터(110)를 사용하여 구현된 슬림형 단상 모터(40)가 설치되어 있다.
단상 모터(40)는 슬림형 스테이터(110), 슬리브 베어링(150), 회전축(140) 및 로터(120)를 포함한다. 또한, 로터(120)의 백요크(123)의 외측면에는 복수의 블레이드(130)가 일체로 형성되어 임펠러(105)를 구성한다.
하부 케이스(101)에는 중앙부에 슬리브 베어링(150)을 수용하기 위한 베어링 홀더(160)가 예를 들어, 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되어 있으며, 베어링 홀더(160)는 원통형상으로 돌출된 보스(160a) 내부에 슬리브 베어링(150)이 삽입되어 있다.
또한, 슬리브 베어링(150)과 베어링 홀더(160)의 내부 바닥면 사이에는 로터(120)의 회전축(140)을 지지하기 위한 스러스트 플레이트(thrust plate)(또는 베어링 시트)(106)가 설치되어 있다.
하부 케이스(101)의 바닥면에는 도 5에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 슬림형 스테이터(110)가 장착되어 있으며, 스테이터(110)의 중앙부에는 베어링 홀더(160)의 보스(160a)의 외경보다 더 큰 관통구멍(15)이 형성되어 있다.
상기 슬리브 베어링(150)의 관통구멍에는 로터(120)의 회전축(140)이 결합되어 있으며, 회전축(140)은 로터(120)의 중앙에 고정되어 있다.
로터(120)는 자로(磁路) 역할을 하도록 자성재료로 이루어진 원형의 백요크(123)와 백요크의 내측면에 부착된 복수의 자석(121)을 포함하고 있으며, 자석(121)이 스테이터(110)의 코일에 면대향하여 배치된 액시얼형(axial type) 구조로 단상 모터(40)를 구성하고 있다.
상기 복수의 자석(121)은 N극 및 S극이 교대로 배치되며, 자극수는 후술하는 코일 패턴(21)의 방사방향패턴부(20g~20l)의 갯수와 동일하게 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 8에 도시된 스테이터를 사용하여 구성되는 단상 모터(40)는 6 슬롯(slot)/6 폴(pole) 구조를 가진다.
상기 백요크(123)는 중앙부에 회전축(140)이 고정되는 관통구멍이 형성된 결합부(123e)가 형성되고, 외향으로 돌출되어 있다.
백요크(123)는 내측에 제1단 수용홈(123a)을 형성하며 베어링 홀더(160)의 보스(160a)의 외경보다 더 크게 형성되는 제1원통부(123b)와, 외측에 제2단 수용홈(123c)을 형성하며 스테이터(110)에 대응하는 크기로 형성는 제2원통부(123d)로 구성되며, 제1원통부(123b)와 제2원통부(123d) 사이에는 단차부가 중간에 형성되어 2단 구조의 수용홈을 형성하고 있다.
백요크(123)의 제1단 수용홈(123a)에는 베어링 홀더(160)가 수용되고, 제2단 수용홈(123c)에는 스테이터(110)의 코일 패턴(21)에 대응하여 복수의 자석(121)이 설치되어 있다.
상기 복수의 자석(121)은 Nd 합금이나 Co 합금과 같은 보자력이 큰 희토류 자석 또는 페라이트 자성체를 사용하여 분할 착자함에 의해 N극 및 S극 구조로 형성되거나, 디스크 형태의 Nd 자석을 로터 지지체에 접착제로 고정하여 사용할 수 있다.
로터(120)의 백요크(123)의 외측면에는 인서트 몰딩에 의해 복수의 블레이드(130)가 일체로 형성되어 임펠러(105)를 구성한다. 이 경우, 블레이드(130)는 백요크(123)의 단차부(123b)의 외측면과 제2단 수용홈(123c)을 둘러싸면서 제1원통부(123b)와 동일한 레벨로 연장되어 있으며, 복수의 블레이드(130)는 도 1과 같이 백요크(123)로부터 경사각도를 가지고 연장 형성되거나 방사방향으로 연장 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 하부 케이스(101)에는 스테이터(110)에 시스템 본체로부터 전원 및 제어신호를 인가하는 데 필요한 콘넥터 또는 케이블이 결합되도록 관통 슬롯이 형성될 수 있고, 하부 케이스(101)에 대향한 방향으로부터 본체(예를 들어, 무선충전기 등) 내부의 발열된 공기를 흡입할 수 있도록 적어도 하나 이상의 관통구멍이 형성된 풍입구(108)를 가질 수 있다.
상기 하부 케이스(101)에는 외주부에 측벽(102)이 직각으로 형성되어 있으며, 상부 케이스(103)와 함께 결합되어 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬을 구성하도록 도 1에 도시된 바와 같이 측벽(102)의 일측은 개방되어 흡입된 공기를 배출하는 풍출구(107)가 형성되어 있다. 이 경우 측벽(102)은 상기한 베어링 홀더(160)와 동일하게 수지로 형성되며, 인서트 몰딩에 의해 금속재의 하부 케이스(101)에 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
그러나, 측벽(102)은 하부 케이스(101) 대신에 상부 케이스(103)와 함께 인서트 몰딩에 의해 형성될 수 있다.
상기 상부 케이스(103)도 하부 케이스(101)와 유사하게 상부 케이스(103)에 대향한 방향으로부터 본체(예를 들어, 무선충전기 등의 전자기기) 내부의 발열된 공기를 흡입할 수 있도록 적어도 하나 이상의 관통구멍이 형성된 풍입구(104)를 가질 수 있다.
본 발명의 쿨링 팬(100)은 도 1에 상부 케이스(103)와 하부 케이스(101) 모두에 풍입구가 형성된 실시예를 예시하였으나, 상부 케이스(103)와 하부 케이스(101) 중 하나, 예를 들어, 상부 케이스(103)에만 풍입구(104)가 형성되는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 쿨링 팬(100)은 측벽(102)의 일측에 풍출구(107)를 형성하는 대신에 모든 측벽(102)에 관통구멍을 형성하지 않고, 일펠러(105)의 블레이드 형상에 따라 상부 케이스(103)와 하부 케이스(101)의 일측으로부터 도입되어 타측으로 배출되는 축류형으로 구성되는 것도 가능하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 쿨링 팬(100)은 액시얼형(axial type) 구조의 단상 모터(40)를 채용하며, 단상 모터는 박막형의 슬림형 스테이터를 이용하여 구성되고 있다. 그 결과, 본 발명의 쿨링 팬(100)은 종래의 코어형 스테이터를 채용한 팬모터보다 더 슬림한 구조의 단상 모터(40)를 실현할 수 있어 슬림한 쿨링 팬(100)을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 쿨링 팬(100)은 종래에 레이디얼형(radial type) 모터에 채용되었던 코어형 스테이터를 제거한 공간을 활용하여 로터(120)의 회전축(140)을 지지하는 슬리브 베어링(150)의 직경을 확장할 수 있으며, 그 결과 충분한 오일을 함유할 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 제2실시예는 상기한 제1실시예와 비교할 때 로터와 임펠러의 구조에 대하여만 차이가 있고, 다른 부분은 동일하므로 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
제2실시예에서 로터(120)의 백요크(122)는 중앙부에 회전축(140)이 고정되는 관통구멍이 형성된 결합부(123f)가 소정의 길이로 형성되고, 내향으로 돌출되어 있다.
백요크(122)는 내측에 제1단 수용홈(123a)을 형성하며 베어링 홀더(160)의 보스(160a)의 외경보다 더 크게 형성되는 제1원통부(123b)와, 외측에 제2단 수용홈(123c)을 형성하며 스테이터(110)에 대응하는 크기로 형성되는 제2원통부(123d)로 구성되며, 제1원통부(123b)와 제2원통부(123d) 사이에는 단차부가 중간에 형성되어 2단 구조의 수용홈을 형성하고 있다.
백요크(122)의 제1단 수용홈(123a)에는 베어링 홀더(160)가 수용되고, 제2단 수용홈(123c)에는 스테이터(110)의 코일 패턴(21)에 대응하여 복수의 자석(121)이 설치되어 있다.
상기 로터(120)의 백요크(122)는 회전축(140)이 고정되는 관통구멍이 형성된 결합부(123f)가 내향으로 돌출 형성됨에 따라, 결합부(123f)의 내향 돌출된 길이만큼 슬리브 베어링(150)의 길이는 제1실시예와 비교할 때 축소된 길이로 설정된다.
제1실시예에서 임펠러(105)를 구성하도록 백요크(123)의 외측면에 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되는 복수의 블레이드(130)는 백요크(123)의 제2단 수용홈(123c)을 둘러싸면서 제2원통부(123d)와 동일한 레벨로 연장 형성된다.
그러나, 제2실시예의 블레이드(130)는 제1실시예의 블레이드와 비교하여 좁은 폭으로 설정되고, 백요크(122)와 회전축(140)의 노출면(즉, 최상단)은 상부 케이스(103) 보다 낮거나 거의 동일한 레벨로 설정되며, 그 결과, 상부 케이스(103)와 하부 케이스(101) 사이의 측벽(102)의 높이를 낮추는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 쿨링 팬(100)은 백요크(122)의 결합부(123f)를 내향으로 형성함과 동시에 슬리브 베어링(150), 회전축(140), 블레이드(130) 및 측벽(102)의 높이를 낮추는 것에 의해 쿨링 팬(100) 전체의 두께를 보다 슬림하게 설계할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖는 하부 케이스를 나타내는 평면도이고, 도 5는 도 4에서 하부 케이스에 슬림형 스테이터가 결합된 상태를 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 5에서 스테이터에 로터가 결합된 상태를 나타내는 평면도이며, 도 7은 도 6에서 로터에 블레이드가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다. 도 6에서 로터는 스테이터의 하부에 결합되는 것이나, 설명의 편의를 위해 하부 케이스 위에 중첩하여 나타내었다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 쿨링 팬(100)은 제1 및 제2 실시예에서 하부 케이스(201)에 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖도록 구성되어 있다.
하부 케이스(201)는 요크(yoke) 역할을 수행할 수 있도록 규소강이나 순철과 같은 보자력이 낮은 연자성체를 사용하며, 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖도록 로터(120)의 자극 수에 대응하는 개수, 예를 들어, 6개의 브리지(bridge)(201a)를 통하여 중앙부의 환형 링부(201b)에 연결되어 있다.
하부 케이스(201)는 예를 들어, 정사각형 형태로 형성될 수 있으며, 측벽(102)이 형성되지 않은 일측은 상부 케이스(103)가 결합될 때, 풍출구(107)를 형성한다.
이 경우, 상기 환형 링부(201b)의 중앙에는 베어링 하우징(160)이 통과할 수 있도록 관통구멍(15a)이 형성되어 있다.
상기 도 4 내지 도 7에는 하부 케이스(201)에 형성된 브리지(bridge)(201a)의 수를 로터(120)의 자극(magnetic pole) 수에 대응하는 개수로 형성된 것을 사용하고 있으나, 하부 케이스(201)에 형성되는 브리지(bridge)(201a)의 수는 로터(120)의 자극 수에 1대1로 대응하는 개수 뿐 아니라 (자극 수)/N(여기서, N은 자극 수의 약수)일 수 있다. 로터가 초기 상태(즉, 정지상태)일 때, 브리지가 1개일 경우, 브리지에 로터의 자극 중 하나의 센터가 일치하게 된다. 브리지가 2인 경우 180도 간격으로 배치되고, 브리지가 3개인 경우 120도 간격으로 배치되고, 각각 로터가 초기상태일 때 브리지는 자극의 센터에 일치하게 된다.
상기와 같이 요크(yoke) 역할을 수행할 수 있는 연자성체로 이루어진 하부 케이스(201)에 로터(120)의 자극 수에 대응하는 개수의 브리지(201a)가 형성된 경우, 로터(120)가 초기(정지)상태일 때, 도 6 및 도 7과 같이 로터(120)의 자석(121)과 브리지(201a) 사이에는 자기현상에 의해 각 자석(121)의 센터가 브리지(201a)와 대향한 위치에 정지하게 된다.
따라서, 로터(120)의 초기상태를 고려하여 로터의 자극을 검출하기 위한 홀소자(H1)는 도 4 및 도 5, 도 8에 도시된 바와 같이, 자극의 경계면(121g)이나 자석(121)의 센터로부터 1/4 자극폭(6극 로터인 경우는 15˚) 또는 3/4 자극폭 만큼 편위된 위치의 스테이터(110), 즉 기판(10)에 설치한다.
여기서, 도 8에 도시된 스테이터(110)는 제1 내지 제6 PCB(11-16)가 적층된 것으로 도면에는 제1 PCB(11)만 노출된 것이며, 제2 내지 제6 PCB(12-16)는 제1 PCB(11)와 동일한 역할을 수행하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
홀소자(H1)를 자극의 경계면(121g)으로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치하는 이유는 이 지점이 각각의 자석(121)으로부터 발생되는 자기 플럭스가 최대이므로 홀소자(H1)는 가장 좋은 감도의 로터위치검출신호를 발생할 수 있기 때문이다.
또한, 로터의 관성 모멘트에 의한 지속적 회전을 고려할 때 홀소자(H1)의 위치는 자극의 경계면(121g)으로부터 1/4 자극폭 편위된 지점부터 "0°", 즉 자극의 경계면(121g) 사이에 위치하여야 한다. 상기 자극의 경계면(121g)으로부터 1/4 자극폭 편위된 위치는 브리지(201a)의 중앙으로부터 1/4 자극폭 편위된 위치와 동일하다.
또한, 홀소자(H1)를 자극의 경계면(121a)으로부터 1/4 자극폭(6극 로터인 경우는 15˚)에 배치함과 동시에 후술하는 슬림형 스테이터(110)에서 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)의 방사방향패턴부(20g~20l) 중 하나의 방사방향패턴부(20l)가 대향하도록 설정하는 것이 바람직하다.
도 8과 같이 홀소자(H1)가 방사방향패턴부(20g~20l) 중 하나의 방사방향패턴부(20l)와 일치하며, 자극의 경계면(121g)으로부터 1/4 자극폭이 되는 지점에 배치된 상태에서, 모터구동회로(30)에 구동전원이 인가되어 로터(120)의 기동이 이루어지면, 홀소자(H1)가 대향한 자석(121f)의 자극을 고감도로 검출함에 따라 자석(121f)으로부터 발생되는 자기 플럭스가 최대인 지점에 방사방향패턴부(20l)가 대향해 있기 때문에 보다 쉽게 자기기동이 이루어지게 된다.
또한, 로터(120)가 초기(정지)상태일 때, 각 자석(121)의 센터가 브리지(201a)와 대향한 위치에 머무르고 있으므로, 로터(120)의 회전 방향이 도 8과 같이 반시계방향(CCW)인 경우는 브리지(201a)의 중앙으로부터 반시계방향으로 1/4 자극폭 지점에 홀소자(H1)가 설치되는 것이 바람직하고, 회전 방향이 시계방향(CW)인 경우는 브리지(201a)의 중앙으로부터 시계방향으로 1/4 자극폭 지점에 홀소자(H1)가 설치되는 것이 자기기동 불능 현상을 피할 수 있게 된다.
상기한 조건을 만족하게 되면 로터(120)가 기동할 때 각 자석(121)으로부터 발생되는 자기 플럭스가 최대인 지점에 홀소자(H1)와 방사방향패턴부(20l)가 대향해 있기 때문에 보다 쉽게 자기기동이 이루어지게 된다.
그 결과, 하부 케이스(201)에 형성된 6개의 브리지(bridge)(201a)는 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖게 됨과 동시에, 상기 브리지(201a) 사이의 공간은 풍입구(108)로서 역할을 한다.
이 경우, 상기 로터(120)의 자석(121)은 링 형상으로 형성되고 다극 착자되어 N극과 S극이 교대로 배치되며, 상기 링의 폭은 적어도 방사방향패턴부(20g~20l)의 길이보다 더 크게 형성되며, 방사방향패턴부(20g~20l)와 대향하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 하부 케이스(201)에 형성되어 풍입구(108)로서 역할을 하는 브리지(201a) 사이의 공간은 하부 케이스에 설치되는 스테이터(110)의 다층 기판(10)보다 더 크게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 브리지(201a)를 형성하기 위해 타발되는 풍입구(108)의 지름은 기판(10)의 지름보다 더 크게 형성된다.
도 7에서 미설명 부재번호 102a는 측벽에 일체로 형성되어 상부 케이스(103)와 스냅결합될 때 사용되는 스냅결합부를 가리킨다.
첨부된 도 8은 본 발명에 따른 단상 모터에서 초기상태일 때 데드 포인트 방지를 위해 로터, 스테이터와 홀소자와의 배치 관계를 설명하기 위한 설명도이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 2장으로 나타내는 전개도이며, 도 10은 도 9a 및 도 9b에 도시된 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 직렬 접속하여 얻어진 등가회로도이다. 또한, 도 12 내지 도 17은 각각 본 발명에 따른 슬림형 스테이터의 6층 코일 패턴을 나타내는 전개도이다.
도 8 내지 도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 단상 모터용 슬림형 스테이터(110)는 각 층이 동박적층판(CCL)으로 이루어진 다층 기판의 동박을 패터닝하여 구성되며, 예를 들어, 6층 구조의 제1 내지 제6 PCB(11~16)가 적층되어 일체화된 구조를 가지고 있다.
슬림형 스테이터(110)는 적층되는 다층 기판이 각각 동일한 형상을 가지며 절연재료로 이루어진 복수의 기판(10)에 동박을 패터닝하여 얻어진 나선형상의 도전성 패턴으로 이루어진 복수의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L31-L33,L41-L43,L51-L53,L61-L62)이 형성되어 있다.
제1 및 제5 PCB(11,15)의 코일 패턴(L11-L13,L51-L53)은 각각 3개의 부채꼴 형상으로 이루어지고 중심점(O)을 기준으로 60도씩 간격을 두고 분리되어 형성되어 있고, 제2 및 제4 PCB(12,14)의 코일 패턴(L21-L23,L41-L43)도 각각 3개의 예를 들어, 부채꼴 형상으로 이루어지고 중심점(O)을 기준으로 60도씩 간격을 두고 분리되어 형성되어 있으며, 동일한 위치에 동일한 형상을 이루고 있다.
차이점은 제1 및 제5 PCB(11,15)의 코일 패턴(L11-L13,L51-L53)은 각층마다 형성된 3개의 코일 패턴 중에 2개, 예를 들어, 코일 패턴(L11,L13; L51,L53)이 패터닝시에 상호 연결된 구조를 가지고 있고, 나머지 하나의 코일 패턴(L12,L52)은 분리되어 형성된 후 각각 제4 및 제2 점퍼선 패턴(J14,J12)을 통하여 직렬 접속되어 있다.
또한, 제2 및 제4 PCB(12,14)의 코일 패턴(L21-L23,L41-L43)은 2개의 코일 패턴(L22,L23; L42,L43)이 패터닝시에 상호 연결된 구조를 가지고 있고, 나머지 하나의 코일 패턴(L21,L41)은 분리되어 형성된 후 각각 제5 및 제3 점퍼선 패턴(J15,J13)을 통하여 직렬 접속되어 있다.
그러나, 제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31-L33)은 후술하는 바와 같이, 제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)과 역할은 동일하나, 3개의 부채꼴 형상 대신에 상호 연결되어 하나의 큰 예를 들어, 별 형상을 이루며, 중심점(O)을 기준으로 60도씩 간격을 두고 3개의 돌기부와 3개의 요홈부를 가지도록 지그재그 형태를 가지고 있다.
제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)과 제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31-L33)은 모두 스테이터 코일을 구성하는 데 필요한 복수의 턴(turn)을 형성하도록 상기 각층 기판 위에 적층된 동박을 패터닝하여 얻어진 것으로, 각각 내측에서 외측으로 또는 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상으로 권선되어 있다.
제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31-L33)을 제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)과 다르게 형성한 것은 복수의 코일 패턴을 상호 연결하는 데 필요한 제1 내지 제5 점퍼선 패턴(J11-J15)을 형성하기 위한 공간을 확보하기 위한 것이다.
각 층의 코일 패턴을 상호 연결하는 데는 상기 복수의 기판(10)을 관통하여 형성된 관통홀에 전도성 금속으로 도금된 복수의 스루홀(T11~T27)을 사용하고 있다.
상기 다층 기판의 기판(10)은 기판 재료가 예를 들어, 글래스 에폭시 라미네이트(glass epoxy laminate)로 이루어진 FR-4나 CEM-3와 같은 절연성 수지로 이루어질 수 있다. 다층 기판은 각 층의 기판(10)에 동박이 적층된 구조를 가지며, 다층 PCB를 구성할 수 있다면 어떤 절연성 수지도 기판의 재료로 사용할 수 있으며, 적층되는 기판의 층수는 단상 모터의 원하는 RPM에 비례하여 1층 내지 10층 범위 내에서 설정될 수 있다. 높은 RPM을 얻기 위해서는 높은 토크값이 얻어지도록 코일 턴수가 많은 것이 요구되므로, 복수의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L31-L33,L41-L43,L51-L53,L61-L62)을 이용하도록 적층되는 PCB의 수를 증가시키는 것이 필요하며, 적층되는 층수에 제한되지 않는다.
다층 PCB가 적층된 다층 기판을 사용하는 경우, 최하부의 PCB는 코일 패턴과 전자 부품을 상호 연결하기 위한 인쇄배선(17)이 형성되고, 단상 모터를 구동하는 데 필요한 1칩형 집적회로(IC)(16)가 인쇄배선(17)에 실장되어 모터구동회로(30)를 형성하며, 인쇄배선(17)의 전원단자(Vbb)와 접지 패턴(GND)에는 외부로부터 구동전원이 연결된다.
본 발명에 따른 단상 모터용 스테이터는 높은 RPM을 필요로 하지 않는 경우, 기판(10)의 양면에 동박이 적층된 단일의 양면 기판을 사용하여 구성될 수 있으며, 이 경우 기판(10)의 일면에 코일 패턴이 형성되고, 배면에 모터구동회로(30)가 실장되는 구조로 구성될 수 있다.
상기 제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)은 공통적으로 3개의 부채꼴 형상을 이루고 있으며, 각각은 각각 내측 원주와 외측 원주에 간격을 두고 원주방향을 따라 배치되는 복수의 내측 및 외측 회전방향패턴부(20a-20f,22a-22f,24a-24f,25a-25f), 및 상기 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 중심(O)으로부터 방사방향을 따라 배치되는 복수의 방사방향패턴부(20g-20l,22g-22l,24g-24l,25g-25l,26g-26j)를 포함하고 있다.
이 경우, 상기 복수의 방사방향패턴부가 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 중심(O)으로부터 방사방향을 따라 배치되도록 외측 회전방향패턴부는 내측 회전방향패턴부보다 더 길게 형성된다.
또한, 제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31-L33)도 하나의 큰 예를 들어, 별 형상을 이루고 있으나, 이 또한 6개의 내측 및 외측 회전방향패턴부(23a-23f)와 6개의 방사방향패턴부(23g-23l)로 구성되어 있다.
더욱이, 제6 PCB(16)에는 모터구동회로(30)의 실장에 필요한 영역을 제외하고 나머지 공간에 2개의 부채꼴 형상을 이루는 코일 패턴(L61,L62)이 배치되어 있으며, 단상 모터의 구동 토크를 최대로 보강하기 위해 구비된다. 코일 패턴(L61,L62)은 4개의 내측 및 외측 회전방향패턴부(26a,26b,26d,26e)와 4개의 방사방향패턴부(26g-26j)로 구성되어 있다.
도 8에 도시된 실시예에서 각층 PCB(최하층 제외)는 복수의 내측 및 외측 회전방향패턴부와 복수의 방사방향패턴부는 로터의 자극수와 동일하게 각각 6개로 구성되어 있다.
상기 제1 내지 제6 PCB(11-16)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L31-L33,L41-L43,L51-L53,L61-L62)의 방사방향패턴부는 모터구동회로(30)로부터 전류가 인가될 때 전류의 흐름 방향이 모두 일치하도록 상기 복수의 코일 패턴(L11-L62)은 도 10과 같이 결선이 이루어진다.
도 10에 표시된 등가회로와 같이, 본 발명의 스테이터(110)는 소모전력을 작게 하기 위해 17개의 코일 패턴(L11-L62)이 직렬 접속된 것을 예시하고 있으나, 토크를 증대시키기 위해 코일의 저항값을 낮추어 큰 구동전류가 흐를 수 있도록 병렬 접속을 실시하는 것도 물론 가능하다. 또한, 필요에 따라 직렬 접속과 병렬 접속을 혼합하여 구성할 수 도 있다.
본 발명에서는 부채꼴 형상을 이루고 있는 제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)의 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)의 내부의 최소 공간과, 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)의 외부 공간에 복수의 스루홀(T11~T27)을 분산 배치하고, 제3 PCB(13)의 제1 내지 제5 점퍼선 패턴(J11-J15)을 이용함에 의해 별도의 배선 패턴 PCB를 사용하지 않고도 다층 PCB의 코일 패턴을 직렬 또는 병렬 접속으로 연결할 수 있다.
이하의 실시예 설명에서는 도 9a 및 도 9b와 도 12 내지 도 17에 도시된 바와 같이 스테이터(110)가 6층 구조의 제1 내지 제6 PCB(11~16)가 적층된 다층 기판(PCB)으로 구성된 것을 예로 들어 상세하게 설명한다.
제1, 제2, 제4 및 제5 PCB(11,12,14,15)에는 각각 상부면에 3개의 부채꼴 형상을 이루는 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L41-L43,L51-L53)이 형성되고, 제3 PCB(13)에는 3개의 부채꼴 형상이 상호 연결되어 하나의 큰 별 형상을 이루는 코일 패턴(L31-L33)이 형성되며, 최하층의 제6 PCB(16)에는 각각 부채꼴 형상의 2개의 코일 패턴(L61,L62)이 분리되어 상부와 우측에 형성되어 있으며, 좌측에는 모터구동회로(30)가 실장되어 있다.
각각의 PCB(11~16)는 예를 들어, 0.4mm, 0.8mm 등의 다양한 두께를 가지는 것 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 본 실시예에 적용된 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L31-L33,L41-L43,L51-L53,L61-L62)은 동박(Cu)과 같은 도전성 금속을 미세하게 패터닝하여 형성되며, 예를 들어, 패턴 폭이 0.12mm이고, 인접한 패턴 사이의 간격이 0.13mm로 패터닝한 것이다. 상기 코일 패턴의 폭과 패턴 사이의 간격은 필요에 따라 증가 또는 감소할 수 있다.
제1 PCB(11)에서 코일 패턴(L13)은 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 가지도록 형성되고, 코일 패턴(L11)은 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 가지도록 형성되도록 코일 패턴(L13) 내부에 스타트 부분(S11)이 배치되고 코일 패턴(L11)의 내부에 엔드 부분(E11)이 배치되어 있다. 코일 패턴(L12)은 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L12) 내부에 스타트 부분(S12)이 배치되고 코일 패턴(L12)의 외부에 배치되는 엔드 부분(E12)은 코일 패턴(L11)과 코일 패턴(L13) 사이의 공간까지 연장되어 있다.
또한, 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)과 동일하게 제5 PCB(15)의 코일 패턴(L51-L53)도 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L53) 내부에 스타트 부분(S51)이 배치되고 코일 패턴(L51)의 내부에 엔드 부분(E51)이 배치되어 있으며, 코일 패턴(L52)은 코일 패턴(L52) 내부에 스타트 부분(S52)이 배치되고 코일 패턴(L52)의 외부에 배치되는 엔드 부분(E52)은 코일 패턴(L51)과 코일 패턴(L53) 사이의 공간까지 연장되어 있다.
제2 PCB(12)에서 코일 패턴(L21)은 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L21) 외부인 코일 패턴(L21)과 코일 패턴(L23) 사이의 공간에 스타트 부분(S21)이 배치되고 코일 패턴(L21)의 내부에 엔드 부분(E21)이 배치되어 있다. 코일 패턴(L22)은 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 가지도록 형성되고, 코일 패턴(L23)은 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 가지도록 코일 패턴(L22) 내부에 스타트 부분(S22)이 배치되고 코일 패턴(L23)의 내부에 엔드 부분(E22)이 배치되어 있다.
또한, 제2 PCB(12)의 코일 패턴(L21-L23)과 동일하게 제4 PCB(14)의 코일 패턴(L41-L43)도 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L41) 외부인 코일 패턴(L41)과 코일 패턴(L43) 사이의 공간에 스타트 부분(S41)이 배치되고 코일 패턴(L41)의 내부에 엔드 부분(E41)이 배치되어 있으며, 코일 패턴(L42) 내부에 스타트 부분(S42)이 배치되고 코일 패턴(L43)의 내부에 엔드 부분(E42)이 배치되어 있다.
제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31-L33)은 하나로 통합되어 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 가지도록 코일 패턴(L33) 내부에 스타트 부분(S31)이 배치되고 코일 패턴(L31)과 코일 패턴(33) 사이의 공간에 엔드 부분(E31)이 배치되어 있고, 크게 보면 대략 별 형상을 이루도록 3개의 돌기부와 요홈부를 가지도록 지그재그 형태를 가지고 있다.
또한, 제3 PCB(13)의 코일 패턴(L31)과 코일 패턴(L32) 내부에는 제6 PCB(16)에서 코일 패턴(L61)과 코일 패턴(L62)을 연결하기 위한 제1점퍼선 패턴(J11), 제5 PCB(15)에서 코일 패턴(L51)과 코일 패턴(L52)을 연결하기 위한 제2점퍼선 패턴(J12), 제4 PCB(14)에서 코일 패턴(L41)과 코일 패턴(L42)을 연결하기 위한 제3점퍼선 패턴(J13), 제1 PCB(11)에서 코일 패턴(L11)과 코일 패턴(L12)을 연결하기 위한 제4점퍼선 패턴(J14), 제2 PCB(12)에서 코일 패턴(L21)과 코일 패턴(L22)을 연결하기 위한 제5점퍼선 패턴(J15)이 간격을 두고 배치되어 있다.
최하층의 제6 PCB(16)의 코일 패턴(L61)은 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L61) 외부에 스타트 부분(S61)이 배치되고 코일 패턴(L61)의 내부에 엔드 부분(E61)이 배치되어 있다.
또한, 코일 패턴(L62)은 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상을 형성하도록 코일 패턴(L62) 내부에 스타트 부분(S62)이 배치되고 코일 패턴(L62)의 외부에 배치되는 엔드 부분(E62)은 코일 패턴(L61)의 좌측 공간으로 연장되어 모터구동회로(30)의 제2출력단자(Out2)에 연결된다.
상기 제2출력단자(Out2)는 도 11에 도시된 바와 같이 모터구동회로(30)를 형성하는 집적회로(IC)(16)에 인쇄배선(17)을 통하여 연결된다. 모터구동회로(30)의 집적회로(IC)(16)에는 직렬 접속된 코일 패턴(L11-L62)의 타단, 즉 제1출력단자(Out1), 전원단자(Vbb)와 접지 패턴(GND)이 연결되고, 모터의 속도를 제어하는 데 사용할 수 있도록 FG(Frequency Generator)신호 출력단자와 모터의 속도를 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식으로 제어하기 위한 제어신호를 수신하는 PWM 신호단자가 구비되어 있다.
본 발명에서 각층의 복수의 코일 패턴(L11-L62)은 각각 나선형상을 가지며, 스루홀과 점퍼선 패턴을 이용한 코일 패턴의 직렬 또는 병렬 연결방식에 따라 내측에서 외측으로 또는 외측에서 내측으로 향하며, 시계방향(CW) 또는 반시계방향(CCW)으로 권선되는 패턴을 조합하여 회로구성이 이루어질 수 있다.
본 발명의 스테이터(110)는 도 12 내지 도 17과 같이 6층 구조의 제1 내지 제6 PCB(11~16)가 적층된 다층 기판(PCB)으로 구성되고, 각층의 기판에는 3개의 부채꼴 형상을 이루고 있는 코일 패턴(L11-L62)을 포함하고 있으며, 기판(10)은 3개의 부채꼴 형상을 따라 3개의 돌기부(10a-10c)가 형성되고, 3개의 돌기부(10a-10c) 사이에는 3개의 요홈(10d-10f)이 배치되어 있다.
상기 3개의 돌기부(10a-10c)는 부채꼴 형상의 외측 회전방향패턴부(20a~20c)와 동일한 곡률로 외주부가 형성되고, 양측면도 부채꼴 형상을 따라 형성됨에 따라 좁아지는 형상을 가지고 있다.
또한, 코일 패턴(L11-L62)의 내부에는 각각 코일 패턴을 상호 연결하기 위해 5개 또는 4개의 스루홀(T14-T27)을 배치하기 위한 3개의 스루홀 형성 공간(51-53)이 일정한 길이와 폭을 가지고 각각 확보되어 있다.
또한, 3개의 요홈(10d-10f) 중 좌/우측에 위치한 요홈(10d,10f)의 내측, 즉 기판(10)에는 스루홀 형성 공간(51-53)과 동일 원주상에 2개의 스루홀 형성 공간(54,55)이 배치되어 있으며, 스루홀 형성 공간(55)에는 3개의 스루홀(T11-T13)이 배치되어 있다. 스루홀 형성 공간(54,55)의 외주 부분은 외측 회전방향패턴부(20a~20c)의 내주부와 대응하는 곡률로 외곽선이 정렬되어 있다.
기판(10)의 하측에 배치된 요홈(10e)을 정의하는 기판(10)의 외주 부분은 내측 회전방향패턴부(20d~20f)의 외주부와 대응하는 곡률로 외곽선이 정렬되어, 상기 요홈(10d,10f)보다 더 깊게 형성되어 더 넓은 공기의 흐름 통로를 확보한다.
상기한 바와 같은 3개의 돌기부(10a-10c) 사이에 배치된 3개의 요홈(10d-10f)은 충분한 공간을 확보함에 따라 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 하부 케이스(101)에 스테이터(110)가 배치되는 경우, 하부 케이스(101)의 풍입구(108)로 흡입되는 공기의 흐름을 방해하지 않게 된다.
즉, 본 발명에서는 스테이터(110)에 단상 모터의 원하는 토크를 발생하는 데 필요한 충분한 턴수의 코일 패턴을 확보하면서도 3개의 넓은 요홈(10d-10f)이 구비되어 하부 케이스(101)의 풍입구(108)로 흡입되는 공기의 저항을 최소화한다.
상기한 실시예 설명에서는 풍입구(108)로 흡입되는 공기의 저항을 최소화하기 위해 3개의 돌기부(10a-10c)와, 3개의 돌기부(10a-10c) 사이에 3개의 요홈(10d-10f)이 배치되어 있는 기판(10)을 적용한 것을 예시하였으나, 본 발명은 요홈이 (로터의 자극 수)/2에 제한되지 않는다.
즉, 상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가질 수 있다.
상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 돌기부와 상기 돌기부 사이에 배치되는 요홈부를 가질 수 있다. 또한, 상기 돌기부와 요홈부의 수는 각각 1, 2, (로터의 자극 수)/2에 대응하여 구비될 수 있다.
도 8 내지 도 17을 참고하면, 코일 패턴(L11-L13,L21-L23,L31-L33,L41-L43,L51-L53,L61-L62)은 각층마다 공통적으로 3개의 부채꼴 형상을 이루고 있으며, 각층은 중심(O)으로부터 방사방향을 따라 배치되는 6개의 방사방향패턴부(20g-20l,22g-22l,23g-23l,24g-24l,25g-25l,26g-26j)와 방사방향패턴부를 상호 연결하는 6개의 내측 및 외측 회전방향패턴부(20a-20f,22a-22f,23a-23f,24a-24f,25a-25f)를 포함하고 있다.
이 경우, 6개의 방사방향패턴부(20g~26j)는 각각 전체적으로 기판(10)의 중심(O)으로부터 방사하는 방향 또는 방사 방향과 평행한 방향으로 배향되어 있다.
그 결과, 코일 패턴에서 6개의 방사방향패턴부(20g~26j)는 각층마다 동일한 위치에 배치된 구조를 가지며, 코일 패턴이 로터의 자석과 동시에 대향하는 위치를 갖게 되고 전류의 흐름방향이 동일하게 설정됨에 따라 합력된 토크를 발생한다.
본 발명에 따른 스테이터(110)는 다층 기판에 형성된 코일 패턴(L11-L62)을 상호 연결하여 스테이터 코일을 형성하며, 각층 기판에서 방사방향패턴부(20g~26j)의 수는 대향한 로터의 자극수와 동일하게 설정되며, 인접한 방사방향패턴부 사이의 각도는 (360°/로터의 자극수)로 결정되는 것이 바람직하다.
따라서, 6개의 방사방향패턴부(20g~26j)를 갖는 스테이터인 경우 인접한 방사방향패턴부(20g~26j) 사이의 각도는 60°이고, 단상 모터를 구성하기 위해 이에 결합되어 회전되는 로터의 자극(N극 자석과 S극 자석)의 수는 6극을 갖도록 구성된다.
제6 PCB(16)에는 모터구동회로(30) 부품을 실장하고 남는 공간을 활용하여 코일 패턴(L61,L62)을 형성할 수 있으며, 코일 패턴(L61,L62)은 로터를 회전시키는 데 요구되는 토크값에 따라 생략할 수도 있다.
도 17에 도시된 제6층 PCB(16)는 투시된 상태를 나타낸 것으로 각종 패턴, 즉, 코일 패턴(L61,L62), 인쇄 배선(17)과 이에 실장되는 집적회로(IC)(16)는 기판(10)의 배면에 위치한 것을 나타낸 것이다.
본 발명의 제1 내지 제6 PCB(11~16)가 적층된 경우 코일 패턴은 직렬 방식으로 상호 연결되면 도 10과 같이 하나의 스테이터 코일을 형성한다.
본 발명에 따른 단상 모터용 스테이터(110)는 각각 코일 패턴이 형성되는 제1 내지 제5 PCB(11~15)는 코일 패턴층을 형성하며, 제6 PCB(16)는 모터구동회로(30)가 실장된 구동회로층을 형성한다.
본 발명에서는 도 12 내지 도 17과 같이 제1 내지 제6 PCB(11~16)의 동일한 위치에 27개의 스루홀(T11~T27)을 도금 또는 도전성 분말을 충전하여 도전성으로 형성하고, 스루홀(T11~T27) 주변의 솔더링 랜드(soldering land)(18)는 도전성 패턴으로 형성되어 있다. 도시된 바와 같이 코일 패턴(L11-L62)에서 스타트 부분(S11~S62)과 엔드 부분(E11~E62)은 코일(권선)을 형성하는 부분보다 더 넓게, 예를 들어, 물방울(tear drop) 형태로 형성되어 있다.
그 결과, 본 발명에서는 슬림형 스테이터에서 각층 코일 패턴의 굵기를 조절하여 스타트 부분(S11~S62)과 엔드 부분(E11~E62)은 코일(권선)을 형성하는 부분보다 더 넓게 형성되어 있다.
즉, 코일 패턴의 스타트 부분과 엔드 부분은 물방울(tear drop) 형태로 형성하고, 스루홀과 스루홀을 둘러싸는 솔더링 랜드(soldering land)를 배치함에 의해 코일 패턴을 상호 연결하거나 배선 패턴 등과의 연결이 쉽고 연결의 신뢰성을 보장할 수 있다.
또한, 신뢰성 증대를 위하여 각층에 스타트 부분과 엔드 부분을 연결하는 스루홀(T11~T27)은 적어도 1개 이상 복수로 형성하여 단선이나 스루홀의 불량에 따른 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 제1 내지 제6 PCB(11~16)가 적층된 경우 코일 패턴(L11-L62)은 스루홀(T11~T27)과 제1 내지 제5 점퍼선 패턴(J11-J15)을 통하여 상호 연결되어 도 10에 도시된 하나의 스테이터 코일을 형성한다.
즉, 제1층 PCB(11)의 코일 패턴(L13)은 시작 부분(S11)이 스루홀(T27)을 통하여 모터구동회로(30)의 제1출력단자(Out1)에 연결되고, 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상으로 권선되어 코일 패턴(L13)을 형성하고, 이어서 외측에서 내측으로 시계방향(CW)으로 나선형상으로 권선되어 코일 패턴(L11)을 형성하고 내측의 스루홀(T18)에 엔드 부분(E11)이 연결된다.
코일 패턴(L11)의 엔드 부분(E11)은 스루홀(T18)과 연결된 제4 점퍼선 패턴(J14)을 통하여 하측의 코일 패턴(L12)을 형성하도록 내측에서 외측으로 시계방향(CW)으로 나선형상으로 권선되어 코일 패턴(L12)을 형성하고, 엔드 부분(E12)은 코일 패턴(L13)의 외주를 따라 연장된 후 스루홀 형성 공간(55)에 위치한 스루홀(T11)에 연결된다.
또한, 스루홀(T11)은 제2층 PCB(12)의 시작 부분(S21)과 연결된 후 코일 패턴(L21)에 연장되어 코일 패턴(L21)을 형성하고 내측의 엔드 부분(E21)에 연결된다.
상기와 같은 방식으로 본 발명에서는 제1 내지 제6 PCB(11~16)의 동박을 패터닝하여 코일 패턴(L11-L62)을 형성하고 적층한 후 스루홀(T11~T27)에 도금을 실시하면, 스루홀(T11~T27)과 제1 내지 제5 점퍼선 패턴(J11-J15)을 통하여 코일 패턴이 도 10에 도시된 바와 같이 연결되어 스테이터 코일을 형성하게 된다.
그 결과, 스테이터 코일의 일단, 즉 코일 패턴(L62)의 엔드 부분(E62)은 모터구동회로의 제2출력단자(Out2)에 연결되고, 스테이터 코일의 타단, 즉 코일 패턴(L13)의 스타트 부분(S11)은 스루홀(T27)을 통하여 모터구동회로의 제1출력단자(Out1)에 연결된다.
본 발명에서는 스루홀(T11~T27)과 제1 내지 제5 점퍼선 패턴(J11-J15)을 효과적으로 활용함에 따라 별도의 배선 패턴 PCB를 사용하지 않고도 다층 PCB의 코일 패턴을 직렬 또는 병렬 접속으로 연결할 수 있다.
도 17에 도시된 실시예에서는 제6 PCB(16)에 단상 모터를 구동하기 위한 모터구동회로(30)가 실장되어 있는 것을 예시하고 있으나, 모터구동회로가 별도로 구성되는 것도 가능하다.
이하에 도 8 내지 도 17을 참고하여 본 발명의 슬림형 스테이터를 이용한 단상 모터를 설명한다.
코일 패턴(L11-L62)이 모두 반시계방향(CW)으로 권선되고 직렬 접속된 스테이터 코일을 형성하고 있으므로, 로터의 회전 위치별 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)의 전류 흐름은 제2 내지 제6 PCB(12-16)의 코일 패턴(L21-L62)에 대한 전류 흐름과 동일하므로 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)만을 주로 설명한다.
도 8에 도시된 단상 모터(40)는 6슬롯-6폴 구조의 스테이터(110)와 로터(120)가 액시얼 타입으로 서로 대향하여 배치된 구조를 가지나, 도면에는 설명의 편의상 동일 평면에 함께 표현한 것이다.
로터(120)가 초기 위치(즉, 0°)에 있을 때, 모터구동회로(30)에 구동전원(Vbb)이 공급되면 홀센서(H1)는 로터의 자극(S극: 121f)을 인식하여 로터의 회전방향(즉, 반시계방향(CCW))을 내포하는 한쌍의 제1로터위치검출신호를 발생하여 모터구동회로(30)의 2개의 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터에 인가하면, 제1 스위칭 트랜지스터는 턴-온되고 제2 스위칭 트랜지스터는 턴-오프되면서 스테이터 코일, 즉 코일 패턴(L11-L62)에 대한 구동전류의 전류 흐름방향이 결정된다.
로터의 회전방향이 반시계방향(CCW)으로 결정됨에 따라 코일 패턴(L13)의 스타트 부분(S11)으로부터 코일 패턴(L62)의 엔드 부분(E62) 방향으로 전류가 흐르게 되며, 전류가 흐르는 방향을, 예를 들어, 도 8 및 도 12에 도시된 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)에 화살표로 나타내었다. 제2 내지 제6 PCB(12-16)의 코일 패턴(L21-L62)의 전류가 흐르는 방향은 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)과 동일하므로 생략한다.
이 경우, 코일 패턴(L11-L62)의 외측 및 내측 회전방향패턴부(20a~20c,20d~20f)는 거의 동심원 형태로 배열되어 있으므로 플레밍의 왼손법칙에 따라 발생되는 힘(F)의 방향이 방사방향으로 향하기 때문에 토크 발생에 영향을 주지 못한다.
코일 패턴(L11-L62)은 각각 동일한 위치의 방사방향패턴부(20g-20l,22g-22l,23g-23l,24g-24l,25g-25l,26g-26j)에 흐르는 구동전류의 흐름 방향이 모두 동일한 방향으로 전류 흐름 방향이 설정된다. 그 결과, 방사방향패턴부(20g-20l,22g-22l,23g-23l,24g-24l,25g-25l,26g-26j)는 로터(120)의 회전방향(원주방향)과 직각인 방사방향(즉, 법선방향)으로 배향되어 있어 플레밍의 왼손법칙에 따라 반시계방향(CCW)으로 접선방향의 힘(F)이 발생된다.
따라서, 코일 패턴(L11-L62)의 외측 및 내측 회전방향패턴부(20a~20f)은 단지 전류가 흐르는 경로 역할을 하고, 6개의 방사방향패턴부(20g~26j)으로부터 반시계방향(CCW)으로 접선방향의 힘이 발생되어 로터(120)의 회전이 이루어지게 된다.
또한, 인접한 방사방향패턴부(20g~26j) 사이에 코일에 흐르는 전류의 방향은 반대로 설정되고, 이에 대응하는 로터(120)의 자석의 자극(N극: 121e,121c,121a)도 반대로 위치하게 되므로, 모두 동일한 방향으로 로터의 자석을 밀거나 끌어당기는 힘을 발생하게 되어 로터를 반시계방향(CCW)으로 회전시키게 된다.
이어서, 로터(120)가 회전하여 기계각으로 45°(전기각 135°) 회전한 경우, 홀센서(H1)는 N극 자석(121a)과 S극 자석(121f)의 경계면(121g)에 위치하게 되어 자극을 인식하지 못하며, 전류의 흐름 방향을 결정하지 못한다.
로터(120)가 회전 관성에 의해 기계각으로 45°(전기각 135°)를 넘어서 회전하게 되면, 홀센서(H1)는 N극 자석(121a)을 인식하게 된다. 이 경우, 홀센서(H1)는 상기한 제1로터위치검출신호와 반대 극성의 한쌍의 제2로터위치검출신호 출력을 발생하여 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터에 인가함에 따라, 제1 스위칭 트랜지스터는 턴-오프되고 제2 스위칭 트랜지스터는 턴-온되면서 스테이터 코일, 즉 코일 패턴(L11-L62)에 대한 구동전류의 전류 흐름방향이 반대로 설정된다.
그 결과, 코일 패턴(L11-L62)에 대한 구동전류의 전류 흐름방향이 반대로 설정되면, 방사방향패턴부(20g~26j)는 플레밍의 왼손법칙에 따라 반시계방향(CCW)으로 접선방향의 힘(F)이 발생되어 로터(120)의 회전이 계속 이루어진다.
상기와 같이 모터구동회로(30)는 홀센서(H1)가 기계각으로 60°(전기각 180°) 회전할 때마다 로터의 자극을 검출하여 제1로터위치검출신호와 제2로터위치검출신호를 교대로 발생함에 따라 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터는 교대로 턴-온과 턴-오프되면서 코일 패턴(L11-L62)에 대한 구동전류의 전류 흐름방향을 변경한다.
본 발명의 단상 모터(40)에서는 다층 인쇄회로기판(PCB)을 이용하여 슬림형 스테이터(110)를 구성하며, 각 층의 코일 패턴(L11-L62)이 3개의 부채꼴 형상 또는 별 형상 패턴을 이루고 있으나, 코일 패턴(L11-L62)을 구성하는 복수의 회전방향패턴부와 방사방향패턴부(20g~26j) 중에 방사방향패턴부(20g~26j)가 방사방향 및 방사방향과 평행한 방향으로 배향되어 있어 대향한 로터(120)에 가해지는 토크, 즉 회전력이 최대로 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 슬림형 스테이터는 각층의 코일 패턴이 부채꼴 형상 또는 별 형상 패턴 이외에 다른 형태로 변형될 수 있다.
이러한 변형예에서 중요한 점은 동일한 위치에 배치되는 코일 패턴의 방사방향패턴부가 모두 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 결선이 이루어지고, 인접한 회전방향패턴부를 연결하는 코일 패턴이 방사방향 및 방사방향과 평행한 방향으로 배향되어 있어 대향한 로터에 가해지는 토크, 즉 회전력이 최대로 얻어질 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 단상 모터는 예를 들어, 부채꼴 형상 및/또는 별 형상으로 이루어진 코일 패턴을 스테이터로 이용하며 로터위치검출을 위해 하나의 홀센서(H1)가 스테이터를 형성하는 PCB에 배치되고, 자기기동 방안으로서 하부 케이스를 철판 또는 실리콘 스틸로 이루어진 연자성체를 사용하면서 데드 포인트를 방지할 수 있는 요크를 구성하도록 하부 케이스를 성형하여 브리지에 요크를 구현할 수 있다.
데드 포인트 방지 기능을 갖는 하부 케이스를 이용하면 로터의 초기 위치를 미리 설정된 위치에 정지하게 설정할 수 있으며, 홀센서를 로터의 초기 위치를 고려하여 데드 포인트 방지할 수 있는 위치에 설치하면 자기기동 불능 현상을 피할 수 있다.
이 경우, 스테이터가 예를 들어, 3개의 부채꼴 형상의 코일 패턴을 구비하도록 3개의 부채꼴 형상의 돌기부와 요홈부를 갖는 형태로 다층 기판을 형성함에 따라 요홈부가 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬에서 풍입구의 통로로 이용될 수 있어 풍량 증대를 도모할 수 있다.
본 발명에서는 (로터의 자극수)/2에 대응하는 돌기부와 요홈부를 갖도록 다층 기판의 형상을 설계할 수 있다.
상기한 실시예에서 본 발명에 따른 슬림형 스테이터는 6극-6슬롯 구조의 단상 모터를 예를 들어 설명하였으나, 짝수 극-짝수 슬롯을 갖는 단상 모터에 적용될 수 있으며, 각층의 코일 패턴이 부채꼴 형상 또는 별 형상 패턴 이외에 다른 형태로 변형될 수 있다.
또한, 상기 실시예 설명에서는 데드 포인트 방지를 위해 하부 케이스에 풍입구를 형성하면서 로터 자극수에 대응하는 브리지를 형성함에 의해 별도의 데드 포인트 방지 요크(yoke)를 사용하지 않고 데드 포인트 방지 기능을 구현하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 도 18에 도시된 바와같이 스테이터(110)의 하부에 데드 포인트 방지 요크(170)를 배치하는 방법을 채용할 수 있다.
이 경우, 데드 포인트 방지 요크(170)는 로터의 자극 수(6극)와 동일하게 외주면이 육각형상을 이루며, 내주면이 원형을 갖도록 구성되어 있다. 데드 포인트 방지 요크(170)를 사용하면, 로터(120)가 초기상태(즉, 0°)일 때, 로터(120)의 자석과 데드 포인트 방지 요크(170) 사이에는 자기현상에 의해 각 자석의 센터가 데드 포인트 방지 요크(170)의 실효면적 폭이 가장 넓은 지점(즉, 모서리)과 대향하여 위치하게 되어 홀 센서(H1)를 로터(120)의 자극 경계면(121g)으로부터 편위된 위치에 위치설정함에 의해 자기기동 불능을 해결할 수 있다.
이 경우, 홀 센서(H1)의 위치는 하부 케이스에 로터 자극수에 대응하는 브리지를 형성하여 데드 포인트 방지 기능을 구현하는 경우와 동일하게 자극의 경계면(121g) 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 데드 포인트 방지 요크(170)는 도 18과 같이 로터의 자극 수(6극)와 동일하게 외주면이 육각형상을 이루는 것 이외에 데드 포인트 방지 요크는 (자극 수)/N(여기서, N은 1,2,3)의 다각형일 수 있다.
즉, 데드 포인트 방지 요크(170)는 외주면이 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 다각형 형상을 이루며, 내주면이 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.
로터가 초기 상태(즉, 정지상태)일 때, 모서리가 1개일 경우, 모서리에 로터의 자극 중 하나의 센터가 일치하게 된다. 모서리가가 2인 경우 180도 간격으로 배치되고, 모서리가 3개인 경우 120도 간격으로 배치되며, 각각 로터가 초기상태일 때 모서리는 자극의 센터에 일치하게 된다.
상기한 도 4에 도시된 하부 케이스는 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖도록 복수의 브리지가 자극 수에 대응하여 설치되고, 브리지 사이의 공간은 풍입구로서 역할을 하는 실시예를 나타내고 있다.
본 발명에서 풍입구에 구비된 브리지는 자석의 자력선 외곽이나 내측의 일부만 사용하도록 하여 팬의 기동 토크를 최소로 하여 기동성을 최대로 도모하면서 데드 포인트 방지 기능을 구현하도록 변형될 수 있다.
도 19a에는 본 발명의 제3실시예에 따른 팬의 기동 토크를 최소로 하여 기동성을 최대로 도모하면서 데드 포인트 방지 기능을 구현할 수 있는 변형예가 도시되어 있고, 도 19b는 도 19a에서 A-O-B선을 따라 취한 단면도이다.
도 19a 및 도 19b를 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 슬림형 단상 모터를 이용한 쿨링 팬(100)은 상부 케이스(103)와 측벽(102)이 형성된 하부 케이스(301)가 결합되어 케이스를 형성하고 있고, 케이스 내부에 슬림형 스테이터(110)를 사용하여 구현된 슬림형 단상 모터(40)가 설치되어 있다.
단상 모터(40)는 슬림형 스테이터(110), 슬리브 베어링(150), 회전축(140) 및 로터(120)를 포함한다. 또한, 로터(120)의 백요크(122)의 외측면에는 복수의 블레이드(130)가 일체로 형성되어 임펠러(105)를 구성한다.
제3실시예가 제1 및 제2 실시예와 차이점은 우선 로터(120)의 백요크(122)가 밴드(band) 형상으로 형성되고, 자석(121)과 백요크(122) 및 복수의 블레이드(130)가 인서트 몰딩 방법으로 수지를 사용하여 일체로 형성되어 임펠러(105)를 구성한다는 점에서 차이가 있다.
이 경우, 회전축(140)의 일단부가 인서트 몰딩 방법으로 임펠러(105)의 중앙에 일체로 형성되어 있다.
하부 케이스(301)에는 중앙부에 슬리브 베어링(150)을 수용하기 위한 베어링 홀더(160)가 예를 들어, 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되어 있으며, 베어링 홀더(160)는 원통형상으로 돌출된 보스(160a) 내부에 슬리브 베어링(150)이 삽입되어 있다.
또한, 슬리브 베어링(150)과 베어링 홀더(160)의 내부 바닥면 사이에는 로터(120)의 회전축(140)을 지지하기 위한 스러스트 플레이트(thrust plate)(또는 베어링 시트)(106)가 설치되어 있다.
하부 케이스(301)의 바닥면에는 본 발명에 따른 슬림형 스테이터(110)가 장착되어 있으며, 스테이터(110)의 중앙부에는 베어링 홀더(160)의 보스(160a)의 외경보다 더 큰 관통구멍이 형성되어 있다.
상기 슬리브 베어링(150)의 관통구멍에는 로터(120)의 회전축(140)이 결합되어 있으며, 회전축(140)은 로터(120)의 중앙에 고정되어 있다.
로터(120)는 자로(磁路) 역할을 하도록 자성재료로 이루어진 밴드형상의 백요크(123)의 전면에 자석(121)을 포함하고 있으며, 자석(121)이 스테이터(110)의 코일에 면대향하여 배치된 액시얼형(axial type) 구조로 단상 모터(40)를 구성하고 있다.
로터(120)의 백요크(122)의 외측면에는 인서트 몰딩에 의해 복수의 블레이드(130)가 일체로 형성되어 임펠러(105)를 구성한다. 이 경우, 임펠러(105)는 내측의 몸체가 디스크 형상을 이루며, 이로부터 복수의 블레이드(130)가 경사각도를 가지고 연장 형성되거나 방사방향으로 연장 형성될 수 있다.
상기 하부 케이스(301)에는 외주부에 측벽(102)이 직각으로 형성되어 있으며, 상부 케이스(103)와 함께 결합되어 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬을 구성하도록 측벽(102)의 일측은 개방되어 흡입된 공기를 배출하는 풍출구가 형성되어 있다. 이 경우 측벽(102)은 상기한 베어링 홀더(160)와 동일하게 수지로 형성되며, 인서트 몰딩에 의해 금속재의 하부 케이스(301)에 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부 케이스(103)도 하부 케이스(301)와 유사하게 상부 케이스(103)에 대향한 방향으로부터 본체(예를 들어, 무선충전기 등의 전자기기) 내부의 발열된 공기를 흡입할 수 있도록 적어도 하나 이상의 관통구멍이 형성된 풍입구(104)를 가질 수 있다.
도 19a 및 도 19b에 도시된 본 발명의 쿨링 팬(100)은 상부 케이스(103)와 하부 케이스(301) 모두에 풍입구(104,108)가 형성되어 있으며, 하부 케이스(301)에는 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖도록 하부 케이스(301)로부터 풍입구(108) 내부로 복수, 예를 들어 3개의 요크 돌기(301a-301c)가 돌출되어 있다.
3개의 요크 돌기(301a-301c)에는 각각 베어링 홀더(160)가 인서트 몰딩방법으로 하부 케이스(301)에 일체로 형성될 때, 요크 돌기(301a-301c)와 베어링 홀더(160) 사이의 접촉면적을 증가시켜서 결합력을 보강하도록 관통 형성된 장공(303)이 형성되어 있다.
또한, 3개의 요크 돌기(301a-301c) 사이에는 하부 케이스(301)로부터 풍입구(108) 내부로 복수, 예를 들어, 3개의 지지돌기(302a-302c)가 돌출 형성되어 있다.
3개의 지지돌기(302a-302c)는 요크 돌기(301a-301c)보다 돌출 길이가 짧게 되어 있어 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖지 않고 단지 베어링 홀더(160)와 함께 인서트 몰딩되어 지지력을 보강하는 역할을 한다.
제3 실시예에서 하부 케이스(301)는 요크(yoke) 역할을 수행할 수 있도록 규소강이나 순철과 같은 보자력이 낮은 연자성체를 사용하며, 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖도록 하부 케이스(301)에 형성되는 돌기(301a-301c)의 수는 로터(120)의 자극 수에 1대1로 대응하는 개수 뿐 아니라 (자극 수)/N(여기서, N은 자극 수의 약수)일 수 있다.
이 경우, 로터가 초기 상태(즉, 정지상태)일 때, 돌기가 1개일 경우, 돌기에 로터의 자극 중 하나의 센터가 일치하게 된다. 돌기가 2인 경우 180도 간격으로 배치되고, 돌기(301a-301c)가 3개인 경우 도 19a에 도시된 바와 같이 120도 간격으로 배치되고, 각각 로터가 초기상태일 때 돌기는 자극의 센터에 일치하게 된다.
이 경우, 풍입구(108)에 구비된 요크 돌기(301a-301c)는 자석(121)의 자력선 외곽이나 내측의 일부만 사용하도록 하는 것이 팬의 기동 토크를 최소로 할 수 있다는 점에서 바람직하다.
이를 고려함과 동시에 스테이터(110)와 임펠러(105)가 지지되는 베어링 하우징(160)을 하부 케이스(301)에 견고하게 지지하기 위해서는 강도 지지용 지지돌기(302a-302c)가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 로터의 자극 수가 6인 경우, 요크 돌기(301a-301c)와 지지돌기(302a-302c)는 각각 3개씩 형성하는 것이 스테이터 기판(10)의 3개의 돌기부(10a-10c)를 1대1로 균형되게 지지함과 동시에 자석(121)의 자력선 외곽이나 내측의 일부만 사용하여 팬의 기동 토크를 최소로 함에 의해 기동성을 최대로 도모할 수 있어 바람직하다.
상기와 같이 요크(yoke) 역할을 수행할 수 있는 연자성체로 이루어진 하부 케이스(301)에 로터(120)의 자극 수를 고려하여 요크 돌기가 형성된 경우, 로터(120)가 초기(정지)상태일 때, 로터(120)의 자석(121)과 요크 돌기 사이에는 자기현상에 의해 각 자석(121)의 센터가 요크 돌기와 대향한 위치에 정지하게 된다.
따라서, 로터(120)의 초기상태를 고려하여 로터의 자극을 검출하기 위한 홀소자(H1)는 도 19a에 도시된 바와 같이, 자극의 경계면(121g)이나 자석(121)의 센터로부터 1/4 자극폭(6극 로터인 경우는 15˚) 또는 3/4 자극폭 만큼 편위된 위치의 스테이터(110), 즉 기판(10)에 설치하면, 자기기동 불능 현상을 피할 수 있게 된다.
또한, 홀소자(H1)를 자극의 경계면(121a)으로부터 1/4 자극폭(6극 로터인 경우는 15˚)에 배치함과 동시에 슬림형 스테이터(110)에서 제1 PCB(11)의 코일 패턴(L11-L13)의 방사방향패턴부(20g~20l) 중 하나의 방사방향패턴부(20l)가 대향하도록 설정하는 것이 바람직하다.
이 경우, 모터구동회로(30)에 구동전원이 인가되어 로터(120)의 기동이 이루어지면, 홀소자(H1)가 대향한 자석의 자극을 고감도로 검출함에 따라 자석으로부터 발생되는 자기 플럭스가 최대인 지점에 방사방향패턴부(20l)가 대향해 있기 때문에 보다 쉽게 자기기동이 이루어지게 된다.
그 결과, 하부 케이스(301)에 형성된 3개의 요크 돌기(301a-301c)는 데드 포인트 방지 요크 기능을 갖게 됨과 동시에, 요크 돌기(301a-301c) 사이의 공간은 풍입구(108)로서 역할을 함에 따라 풍입구(108)의 면적을 더욱 넓히는 것이 가능하다.
상기한 실시예의 단상 모터는 모터구동회로가 단상 전파방식 구동뿐 아니라 단상 반파방식 구동에 의해 동작될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 단일 코일을 사용하는 단상 모터를 이용하는 쿨링 팬으로서, 스테이터를 구성하는 다층 기판에서 코일 패턴이 형성되지 않는 부분을 제거함에 따라 시로코 타입(Sirocco Type)의 팬에서 풍입구의 통로를 넓게 확보하여 풍량 증대를 도모할 수 있는 쿨링 팬에 적용 가능하다.

Claims (20)

  1. 다층 기판; 및
    상기 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴;을 포함하며,
    상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가지는 슬림형 스테이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다층 기판에 배치되어, 로터회전위치를 검출하기 위한 홀센서;를 포함하며,
    상기 홀센서는 로터가 초기상태일 때 데드 포인트 방지 요크에 의해 위치설정된 로터의 자극 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되는 슬림형 스테이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홀센서는 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치되는 슬림형 스테이터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 데드 포인트 방지 요크는 단상 모터에서 스테이터가 설치되는 케이스에 풍입구를 형성하도록 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 브리지를 이용하는 슬림형 스테이터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 데드 포인트 방지 요크는 스테이터의 하부에 적층 배치되며, 외주가 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 다각형 형상을 이루며, 내주면이 원형으로 이루어진 슬림형 스테이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코일 패턴은 각각 부채꼴 형상으로 이루어지며 복수의 턴을 형성하도록 나선형상으로 패터닝되는 슬림형 스테이터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부채꼴 형상의 코일 패턴은
    동심상으로 내측 원주와 외측 원주에 간격을 두고 원주방향을 따라 배치된 내측 및 외측 회전방향패턴부; 및
    각각 양단부가 상기 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 방사방향을 따라 배치되는 한쌍의 방사방향패턴부를 포함하는 슬림형 스테이터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방사방향패턴부가 내측 회전방향패턴부와 외측 회전방향패턴부를 상호 연결하며 중심으로부터 방사방향을 따라 배치되도록 외측 회전방향패턴부는 내측 회전방향패턴부보다 더 길게 형성되는 슬림형 스테이터.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 홀센서는 스테이터의 방사방향패턴부 중 하나와 중첩된 위치에 배치되는 슬림형 스테이터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다층 기판의 최하층에 적층되며 상기 코일 패턴에 구동전류를 인가하기 위한 모터구동회로가 실장된 구동회로층;을 더 포함하는 슬림형 스테이터.
  11. 로터;
    상기 로터와 대향하여 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 스테이터;
    상기 스테이터의 다층 기판에 설치되어, 로터의 자극을 검출하기 위한 홀 센서; 및
    상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정하는 데드 포인트 방지 요크;를 포함하며,
    상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가지는 단상 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 데드 포인트 방지 요크는 상기 스테이터의 하부에 적층 배치되고, 외주가 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수)개의 다각형 형상을 이루며,
    상기 홀센서는 상기 로터가 초기상태일 때 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치되며,
    상기 홀센서는 스테이터의 방사방향패턴부 중 하나와 중첩된 위치에 배치되는 단상 모터.
  13. 관통구멍을 갖는 링부가 복수의 브리지를 통하여 본체에 연결되는 하부 케이스;
    상기 링부의 관통구멍에 설치된 베어링 홀더에 지지되는 베어링;
    상기 베어링에 회전축이 회전 가능하게 지지되고 외주부에 복수의 블레이드가 형성되며 복수의 자석을 구비한 로터;
    상기 베어링 홀더가 통과하는 관통구멍이 중앙에 형성되고 하부 케이스에 상기 로터와 대향하여 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 스테이터;
    상기 슬림형 스테이터의 기판에 설치되며 로터가 초기상태일 때, 로터 자극의 경계면으로부터 편위된 위치에 배치되어 로터의 자극을 검출하는 홀센서;
    상기 하부 케이스에 대향하여 배치된 상부 케이스; 및
    상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이를 연결하는 측벽을 포함하며,
    상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가지는 쿨링 팬.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 브리지는 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수) 개수로 형성되어 상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정하는 쿨링 팬.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 홀센서는 자극의 경계면 또는 자극의 센터로부터 1/4 자극폭 만큼 편위된 위치에 설치되는 쿨링 팬.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 하부 케이스의 브리지 사이에 형성되는 공간은 풍입구로서 역할을 하며, 상기 풍입구의 지름은 기판의 지름보다 더 크게 형성되는 쿨링 팬.
  17. 풍입구 내부로 돌출된 적어도 하나의 요크 돌기를 구비하는 하부 케이스;
    상기 풍입구의 일부에 배치되고 외주부가 상기 요크 돌기에 연결되는 베어링 홀더;
    상기 베어링 홀더에 지지되는 베어링;
    상기 베어링에 회전축이 회전 가능하게 지지되고 외주부에 복수의 블레이드가 형성되며 복수의 자석을 구비한 로터;
    상기 로터와 대향하여 상기 베어링 홀더에 배치되며, 다층 기판의 각 기판 위에 형성되고 스루홀을 통하여 연결된 복수의 코일 패턴을 갖는 스테이터;
    상기 슬림형 스테이터의 기판에 설치되며 로터가 초기상태일 때, 로터 자극의 경계면으로부터 편위된 위치에 배치되어 로터의 자극을 검출하는 홀센서;
    상기 하부 케이스에 대향하여 배치된 상부 케이스; 및
    상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이를 연결하는 측벽을 포함하며,
    상기 요크 돌기는 상기 로터가 초기상태일 때 상기 홀센서가 로터의 자석 경계면으로부터 편위된 위치에 위치설정되게 상기 로터를 설정하는 쿨링 팬.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 요크 돌기는 (자극 수)/N(여기서 N은 자극 수의 약수) 개수로 형성되는 쿨링 팬.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 요크 돌기 사이에 배치되며 하부 케이스로부터 풍입구 내부로 돌출 형성되어 상기 베어링 하우징을 지지하기 위한 복수의 지지돌기를 더 포함하는 쿨링 팬.
  20. 제23항에 있어서,
    상기 다층 기판은 상기 복수의 코일 패턴에 대응하는 적어도 하나의 돌기부와 상기 코일 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 요홈부를 가지는 쿨링 팬.
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