WO2025080077A1 - 모터구동회로 및 이를 이용한 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기 - Google Patents

모터구동회로 및 이를 이용한 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기 Download PDF

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    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the present invention relates to an axial gap type electric motor for a water pump, and more particularly, to a motor drive circuit capable of implementing a parallel circuit connection of U, V, and W three-phase coils and formation of a neutral point in a Y-connection manner and a motor drive circuit using a single multilayer printed circuit board (PCB) without using an auxiliary printed circuit board (PCB), and an axial gap type electric motor for a water pump using the same.
  • PCB printed circuit board
  • PCB auxiliary printed circuit board
  • a water pump applied to a vehicle is a device that functions to circulate coolant, and is configured to circulate coolant by rotating a pump impeller by being forcibly driven by a belt to suck in and discharge coolant, and an engine-driven water pump in which a seal unit is assembled inside to prevent coolant leakage, and an electric water pump that drives an electric motor by electricity provided by a battery or the like, and circulates coolant by rotating an impeller by the electric motor to suck in and discharge coolant are representatively used.
  • the electric water pump has the advantage of increasing engine efficiency and thus improving fuel efficiency compared to the engine-driven water pump because it does not require engine driving power of the vehicle compared to the engine-driven water pump. Furthermore, it provides the advantage of being able to precisely control the temperature of the coolant, and thus has been widely applied to various vehicle types recently.
  • the canned type electric water pump is a pump driven by an electric motor having a sealed container in the shape of a can inside the stator, and is structured such that a can structure is inserted between the rotor and the stator, and the hydraulic section is extended to the rotor section so that the rotor is immersed in cooling water, thereby allowing the injected water to appropriately cool the frictional heat generated in the rotor.
  • the above canned type electric water pump is typically structured so that the magnets and the stator core are positioned in the radial direction so that water flows into the magnets, but the stator (core winding part) needs to have a structure that prevents water from flowing into it, so it has a waterproof structure using a waterproof can or injection molding.
  • the air gap between the rotor and the stator core increases, resulting in a large magnetic flux loss. Therefore, it is difficult to achieve the desired pump (motor) capacity with a general magnet, so expensive rare earth magnets are generally used.
  • EWP water pumps
  • compressors oil pumps
  • etc. use radial gap type motors, but in the case of inner rotor type motors, the magnetic cross-sectional area (i.e. effective area) is small, so rare earth elements are used to achieve performance, resulting in high unit cost.
  • an axial gap type motor with a reduced air gap by completely separating the rotor and stator using a waterproof thin-plate bulkhead can have magnetic energy equivalent to that of a motor using rare-earth magnets even when using low-cost ferrite magnets, which are non-rare-earth magnets (see Korean Patent Publication No. 10-2021-0108844 (Patent Document 1)).
  • the water pump includes a pump housing, electric motor, impeller and driver.
  • the above electric motor includes a rotor formed integrally with an impeller and a stator positioned with an air gap between the rotor and the stator to rotate the rotor.
  • the coils wound on the core of the stator are composed of U-phase, V-phase, and W-phase coils, and form a neutral point (COM) of a Y-connection method.
  • the start wires of each of the U-phase, V-phase, and W-phase coils are connected to the main printed circuit board (PCB) on which the motor drive circuit is implemented through respective terminal terminals installed on an auxiliary printed circuit board (PCB) for wiring, which is usually arranged adjacent to the stator, and the end wires of the U-phase, V-phase, and W-phase coils are commonly connected to a conductive pattern formed on the auxiliary printed circuit board (PCB) to form a neutral point (COM) of a Y-connection type, which is then connected to the main printed circuit board (PCB).
  • PCB main printed circuit board
  • COM neutral point
  • the start line and end line of each of the U-phase, V-phase, and W-phase coils are connected as necessary using an auxiliary printed circuit board (PCB), and then connected from the auxiliary printed circuit board (PCB) to the main printed circuit board (PCB) on which the motor drive circuit is implemented.
  • PCB auxiliary printed circuit board
  • the U-phase, V-phase and W-phase coils of the BLDC motor are each connected in parallel and have multiple poles, for example, 9 or more poles
  • the use of an auxiliary printed circuit board (PCB) for connection is required.
  • the present invention has been conceived in consideration of such conventional problems, and its purpose is to provide a motor drive circuit capable of simultaneously implementing parallel circuit connections of U, V, and W three-phase coils, formation of a neutral point in a Y-connection manner, and a motor drive circuit by using a single multilayer printed circuit board (PCB) without using an auxiliary printed circuit board (PCB) when the electric motor driving the impeller is a three-phase drive type BLDC motor, and an axial gap type electric motor for a water pump using the same.
  • PCB printed circuit board
  • PCB auxiliary printed circuit board
  • Another object of the present invention is to provide a motor drive circuit capable of eliminating the use of an auxiliary printed circuit board (PCB) by arranging an electronic component mounting area in the center of a single multilayer printed circuit board (PCB) where electronic components required for implementing a motor drive circuit are mounted, and arranging a via hole area and a connection pattern area capable of implementing parallel circuit wiring of U, V, and W three-phase coils and formation of a neutral point in a Y-connection manner, and an axial gap type motor for a water pump using the same.
  • PCB auxiliary printed circuit board
  • Still another object of the present invention is to provide a motor drive circuit capable of easily forming a neutral point (NP) in a Y-connection method by arranging an electronic component mounting area in the central portion of the top and bottom layers of a multilayer printed circuit board (PCB), arranging a connection pattern area in which a plurality of conductive patterns in which parallel circuit connections of start lines of U, V, and W three-phase coils are formed on the periphery of the electronic component mounting area, arranging a via hole area in which the start and end lines of the three-phase coils are connected on the periphery of the connection pattern area, and connecting six via holes formed in the first area of the second and third layers of the printed circuit board (PCB) with six end lines, and an axial gap type motor for a water pump using the same.
  • PCB printed circuit board
  • Another object of the present invention is to provide an axial gap type motor for a water pump, which can minimize the air gap by separating the rotor and the stator using a thick waterproof baffle and waterproofing the surface of the stator core facing the rotor with an ultra-thin waterproof coating film, thereby achieving the same efficiency and torque increase as those of a motor using a rare earth magnet even when a ferrite magnet, which is a non-rare earth magnet, is used.
  • an axial gap type electric motor for a water pump comprises: a pump housing having a sealed lower space on one side and an inlet for introducing fluid and an outlet for discharging the introduced fluid connected through a fluid flow passage on the other side; a rotor rotatably supported in the fluid flow passage; a stator having U, V, and W three-phase coils wound in a plurality of parts on a plurality of teeth and arranged in the lower space to generate a rotating magnetic field to rotate the rotor; And a motor drive circuit mounted on a multilayer printed circuit board (PCB) arranged below the stator, the start lines of the U, V, W three-phase coils being connected to the U, V, W output terminals of the inverter circuit to apply driving current to the U, V, W three-phase coils, and the end lines of the U, V, W three-phase coils being connected to each other to form a neutral point (COM) of a Y-connection method; wherein the multilayer printed circuit board (PCB) arranged
  • the above multilayer printed circuit board includes a top layer, a second layer, a third layer, and a bottom layer, and the plurality of conductive via holes extend from the top layer to the bottom layer of the printed circuit board (PCB), the plurality of conductive patterns formed in the connection pattern area are arranged in the top layer, the second layer, and the bottom layer, and the start lines of the U, V, and W three-phase coils introduced through the plurality of conductive via holes are selectively connected to the plurality of conductive patterns arranged in the top layer and the bottom layer, so that the plurality of coils can form a parallel connection circuit for each of the U, V, and W phases.
  • each of the end wires of the U, V, W three-phase coils forms a neutral point (COM) of a Y-connection method
  • each of the second and third layers has a conductive first region that integrates a via hole region and a connection pattern region and is electrically connected to a plurality of conductive via holes connected to the end wires of the U, V, W three-phase coils, and the conductive via hole to which the start wires of the U, V, W three-phase coils are connected can form an island hole that is electrically isolated from the conductive first region.
  • the above electric motor is composed of a BLDC motor with a 12 pole-9 slot structure, and when the U, V, W three-phase coils of the stator are wound in 9 teeth to form a three-phase stator circuit, the start lines and end lines of the nine U, V, W three-phase coils are connected by soldering after passing through 18 conductive via holes provided in the via hole area of the printed circuit board (PCB), and the start lines of the nine U, V, W three-phase coils form a parallel connection circuit for each phase by using the first to sixth conductive patterns formed in the connection pattern areas of the top layer, the second layer, and the bottom layer of the printed circuit board (PCB), and the end lines of the nine U, V, W three-phase coils are formed by integrating the via hole areas and connection pattern areas provided in the second and third layers of the printed circuit board (PCB). It can be connected to the first challenge area and form a neutral point (NP) in a Y-connection manner.
  • NP neutral point
  • the first conductive pattern formed in the connection pattern area of the uppermost layer is configured as an arc-shaped pattern covering from the start line of the third coil of the W phase to the start line of the second coil, and the conductive via holes of the start line of the third coil of the W phase, the start line of the first coil, and the start line of the second coil are connected to the first conductive pattern, so that the start lines of the first to third coils of the W phase are connected in parallel, and one end extension of the first conductive pattern can be connected to a W phase output terminal of an inverter circuit arranged in an electronic component mounting area.
  • the second conductive pattern formed in the connection pattern area of the uppermost layer connects the start line of the U-phase second coil and the U-phase output terminal of the inverter circuit arranged in the electronic component mounting area, and the second conductive pattern has a first heat-radiating via pattern connected to the lowermost layer, and an extension of the fourth conductive pattern extended from the conductive via hole to which the start line of the U-phase third coil formed in the second layer is connected has a second heat-radiating via pattern connected to the lowermost layer, and the sixth conductive pattern formed in the connection pattern area of the lowermost layer is formed as an overall circular arc pattern, and a part of the middle portion connected to the start line of the U-phase first coil in the connection pattern area is arranged, and a first extension portion on one side that enters the electronic component mounting area from the middle portion extends to a position corresponding to the extension portion of the fourth conductive pattern formed in the second layer, and a second extension portion on the other side is formed in the uppermost layer.
  • the second extension portion on the other side connects the start line of the U-phase second coil and the start line of the U-phase first coil through the first heat-dissipating via pattern
  • the first extension portion of the sixth conductive pattern is connected to the extension portion of the fourth conductive pattern formed on the second layer through the second heat-dissipating via pattern, so that the start lines of the U-phase first to third coils can be connected in parallel by the second conductive pattern, the fourth conductive pattern, and the sixth conductive pattern.
  • the third conductive pattern formed in the connection pattern area of the uppermost layer connects the start line of the second coil of the V phase and the V phase output terminal of the inverter circuit arranged in the electronic component mounting area
  • the fifth conductive pattern formed in the connection pattern area of the lowermost layer is formed as an arc-shaped pattern covering from the start line of the second coil of the V phase to the start line of the third coil, and the conductive via holes of the start line of the second coil of the V phase, the start line of the first coil, and the start line of the third coil are sequentially connected to the fifth conductive pattern, so that the start lines of the first to third coils of the V phase can be connected in parallel.
  • the above nine U, V, W three-phase coils are alternately arranged with three coils assigned to the U phase, three coils assigned to the V phase, and three coils assigned to the W phase, and in the via hole area, the start and end lines of the nine U, V, W three-phase coils can be arranged adjacent to each other in pairs in 18 conductive via holes.
  • the electronic component mounting area may include a control chip mounting area in which a controller formed of an integrated circuit (IC) chip that serves as a control unit of the motor drive circuit is mounted; an inverter circuit area in which three pairs of power switching transistors forming the inverter circuit are each totem-pole connected, and U, V, W output terminals for applying U, V, W three-phase driving currents to the stator coil from three totem-pole connection terminals are arranged; and a power supply area in which a power supply unit that supplies power to the motor drive circuit is arranged.
  • IC integrated circuit
  • An axial gap type electric motor for a water pump further includes a waterproof partition arranged inside the pump housing to separate the rotor and the stator, wherein the stator has a plurality of teeth having their front ends embedded in the waterproof partition so as to be exposed to a fluid flow passage, and a waterproof coating film made of a thinner film than the waterproof partition can be formed on the front ends of the plurality of teeth exposed to the fluid flow passage.
  • the axial gap type electric motor for a water pump further includes a waterproof baffle disposed inside the pump housing to separate the rotor and the stator, the stator having a stator core including a plurality of teeth arranged in an annular shape parallel to the axial direction on the same circumference so as to be disposed opposite to the magnets of the rotor and a back yoke connected perpendicularly to the plurality of teeth to form a magnetic circuit, and tip ends of the plurality of teeth are embedded in the waterproof baffle, and a waterproof coating film made of a thinner layer than the waterproof baffle can be formed to block exposure to the fluid flow passage.
  • an axial gap type electric motor for a water pump comprises: a pump housing having a sealed lower space on one side and an inlet for introducing fluid and an outlet for discharging the introduced fluid connected through a fluid flow passage on the other side; a rotor rotatably supported in the fluid flow passage; a stator having a plurality of coils in which U, V, and W three-phase coils are each wound in a plurality of parts on a plurality of teeth, and generating a rotating magnetic field disposed in the lower space to rotate the rotor; And a motor drive circuit mounted on a multilayer printed circuit board (PCB) arranged below the stator, wherein the start lines of the U, V, W three-phase coils are connected to the U, V, W output terminals of the inverter circuit to apply driving current to the U, V, W three-phase coils, and the end lines of the U, V, W three-phase coils are interconnected to form a neutral point (COM) of a
  • PCB printed circuit board
  • a plurality of conductive patterns formed in the above-described connection pattern area are arranged in the uppermost and lowermost layers, and the start lines of the U, V, and W three-phase coils introduced through the plurality of conductive via holes are selectively connected to the plurality of conductive patterns arranged in the uppermost and lowermost layers, so that the plurality of coils can form a parallel connection circuit for each of the U, V, and W phases.
  • each of the end wires of the U, V, W three-phase coils forms a neutral point (COM) of a Y-connection method
  • each of the second and third layers has a conductive first region that integrates a via hole region and a connection pattern region and is electrically connected to a plurality of conductive via holes connected to the end wires of the U, V, W three-phase coils, and the conductive via hole to which the start wires of the U, V, W three-phase coils are connected can form an island hole that is electrically isolated from the conductive first region.
  • the electric motor is composed of a BLDC motor with an 8-pole-6-slot structure, and when the U, V, W three-phase coils of the stator are wound in 6 teeth to form a three-phase stator circuit, the start lines and end lines of the six U, V, W three-phase coils are connected by soldering after passing through 12 conductive via holes provided in the via hole area of the printed circuit board (PCB), and the start lines of the six U, V, W three-phase coils form a parallel connection circuit for each phase by using the first to fourth conductive patterns formed in the connection pattern areas of the uppermost and lowermost layers of the printed circuit board (PCB), and the end lines of the six U, V, W three-phase coils are formed by integrating the via hole area and the connection pattern area provided in the second and third layers of the printed circuit board (PCB). It can be commonly connected to the first area and form a neutral point (NP) in a Y-connection manner.
  • NP neutral point
  • a motor drive circuit of a water pump motor wherein a printed circuit board (PCB) disposed at a lower portion of a stator is mounted such that start lines of U, V, W three-phase coils are connected to U, V, W output terminals of an inverter circuit, and end lines of the U, V, W three-phase coils form a neutral point (COM) of a Y-connection type, wherein the printed circuit board (PCB) comprises: a via-hole region disposed at an outermost portion and having a plurality of conductive via holes formed therein, and wherein start lines and end lines of a plurality of coils wound on each of a plurality of teeth of the stator are selectively connected by introducing them into the printed circuit board (PCB); a connection pattern region disposed on the inner side of the via-hole region and having a plurality of conductive patterns formed therein for interconnecting the start lines and end lines of the plurality of coils so as to form a parallel connection
  • the electric motor driving the impeller is a BLDC motor of a three-phase drive type
  • the parallel circuit connection of the U, V, and W three-phase coils, the formation of a neutral point of a Y-connection type, and the motor drive circuit can be implemented simultaneously using a single multilayer printed circuit board (PCB) without using an auxiliary printed circuit board (PCB).
  • an electronic component mounting area in which various electronic components necessary for implementing a motor drive circuit are mounted, is arranged in the central portion of a multilayer printed circuit board (PCB), and a connection pattern area in which a plurality of conductive patterns in which start and end lines of U, V, and W three-phase coils are connected are formed and a via hole area in which the start and end lines of the three-phase coils are connected are arranged on the periphery of the electronic component mounting area, thereby easily implementing series/parallel circuit connections of U, V, and W three-phase coils and a neutral point of a Y-connection method using a plurality of conductive patterns.
  • PCB printed circuit board
  • an electronic component mounting area in which various electronic components necessary for implementing a motor drive circuit are mounted is arranged in the central portion of the multilayer printed circuit board (PCB), and a via hole area in which the U, V, and W three-phase coils of the stator are each wound on the teeth of the stator core, and then each start line and end line passes through a plurality of conductive via holes and is soldered and fixed is arranged at the outermost portion of the printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • a plurality of conductive patterns are arranged in each layer of a multilayer printed circuit board (PCB) and the start line and end line of the U, V, W three-phase coils located in the via hole area are connected, thereby enabling the wiring of the three-phase coils and the motor drive circuit to be implemented using a single multilayer printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • an electronic component mounting area is arranged in the central portion of the top and bottom layers of a multilayer printed circuit board (PCB), a connection pattern area in which a plurality of conductive patterns in which parallel circuit connections of start lines of U, V, and W three-phase coils are formed is arranged on the periphery of the electronic component mounting area, a via hole area in which the start lines and end lines of the three-phase coils are connected is arranged on the periphery of the connection pattern area, and six via holes formed in the first area of the second and third layers of the printed circuit board (PCB) are connected to six end lines, thereby easily implementing the formation of a neutral point (NP) in a Y-connection method.
  • PCB printed circuit board
  • the present invention by separating the rotor and the stator using a thick waterproof baffle, and by waterproofing the surface of the SMC (Soft Magnetic Composites) type stator core (teeth) facing the rotor with an ultra-thin waterproof coating film, it is possible to minimize the air gap, so that even if a non-rare earth magnet, a ferrite magnet, is used, it is possible to achieve efficiency and torque increase equivalent to those of an electric motor using a rare earth magnet containing Nd.
  • SMC Soft Magnetic Composites
  • the waterproof bulkhead installed to separate the rotor and stator must also support the rotor's support shaft in the center. Therefore, for example, the waterproof bulkhead made of a resin such as PPS must be formed to a thickness of 0.9 mm, and there is a limit to reducing the thickness.
  • the waterproof coating film can be formed with a thickness of 0.2 mm, and thus the air gap can be significantly reduced compared to a thick-film waterproof baffle structure, making it possible to use a ferrite magnet with a relatively low magnetic density compared to a rare earth magnet.
  • the electric motor of the present invention is an axial gap type in which the rotor and stator are opposed to each other with a waterproof bulkhead using ferrite magnets, and thus can be used in an open structure without the need for a separate magnet waterproof structure such as a rare earth magnet. That is, since the main component of a ferrite magnet is an oxide of iron (Fe), it does not rust easily, and therefore, unlike when a rare earth magnet (Nd magnet) is used, there is no need to consider a waterproof structure on the surface of the magnet exposed to water. Therefore, when a ferrite magnet is employed in the rotor, a waterproof structure is not required for a part in contact with water, and thus the air gap can be further reduced. This reduction in the air gap minimizes the leakage magnetic flux between the stator core and the magnets of the rotor, which can help increase the efficiency of the electric motor.
  • a separate magnet waterproof structure such as a rare earth magnet.
  • FIG. 1 is a perspective view of a water pump using an axial gap type electric motor according to the present invention.
  • Figure 2 is a front view of the water pump illustrated in Figure 1.
  • Figure 3 is a cross-sectional view taken along line A-A of Figure 2
  • Figure 4 is a cross-sectional view taken along line B-B of Figure 2.
  • Figures 5a and 5b are an exploded perspective view and a completely exploded perspective view, respectively, of a water pump according to the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the interconnection relationship between an inverter circuit of a motor drive circuit and a U, V, W three-phase coil of a 9-slot structure in an axial gap type motor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an example of a pattern diagram showing the lower surface of a multilayer printed circuit board (PCB) for a motor drive circuit according to the first embodiment of the present invention.
  • PCB printed circuit board
  • FIGS. 8A to 8D are pattern diagrams each showing a conductive pattern of each layer of a multilayer printed circuit board (PCB) for a motor drive circuit in an electric motor employing a stator having a 9-slot structure according to the first embodiment of the present invention.
  • PCB printed circuit board
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing the interconnection relationship between an inverter circuit of a motor drive circuit and U, V, W three-phase coils of a 6-slot structure in an axial gap type motor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an example of a pattern diagram showing the lower surface of a multilayer printed circuit board (PCB) for a motor drive circuit according to a second embodiment of the present invention.
  • PCB printed circuit board
  • FIGS. 11A to 11D are pattern diagrams each showing a conductive pattern of each layer of a multilayer printed circuit board (PCB) for a motor drive circuit in an electric motor employing a stator with a 6-slot structure according to a second embodiment of the present invention.
  • PCB printed circuit board
  • An axial gap type motor employing a non-rare earth magnet of the present invention can be implemented as a vertical shaft type motor and can be applied to a water pump (EWP), a compressor, an oil pump, etc.
  • EWP water pump
  • compressor compressor
  • oil pump etc.
  • EWP water pump
  • a water pump (EWP) (200) using an axial gap type electric motor largely includes a pump housing (10), an axial gap type electric motor (100), an impeller (20), and a driver (50).
  • the above pump housing (10) includes an inlet (11a) for introducing a fluid such as a coolant at the center of one end, an outlet (11b) for discharging the introduced fluid at one end of the other end, a pump cover (11) that is open at the center of the other end, a body case (12) formed in an inverted cup shape that covers the open portion of the pump cover (11) to form a fluid flow passage (P) inside the pump cover (11), and has a lower space (15) outside the fluid flow passage (P), and an upper cover (13) that forms a sealed lower space (15) inside the body case (12) and houses a stator (40) of an electric motor (100) and a driver (50) for driving the stator (40), and is coupled to the lower end of the body case (12).
  • the above pump cover (11) and body case (12) are preferably formed in a cylindrical shape and have a mutually fixed joint structure.
  • fixing extensions (11c, 12a) are protruded between the above pump cover (11) and the body case (12) for mutual fixing connection, and fixing screws or fixing bolts are fastened to the connecting holes formed in the center of the fixing extensions (11c, 12a).
  • one fixing extension (12a) of the body case (12) has an alignment groove (12i) formed to align the fixing extension (11c) of the pump cover (11) with the joining position, and a joining projection that is joined to the alignment groove (12i) is formed on the fixing extension (11c) of the pump cover (11).
  • a circular protrusion and a circular groove (12h) are formed on each flange between the pump cover (11) and the body case (12), and an O-ring for sealing is inserted into the groove (12h).
  • fixing extensions (12b, 13a) are protruded between the above-mentioned body case (12) and the upper cover (13) for mutual fixing connection, and fixing screws or fixing bolts are fastened to the connecting holes formed in the center of the fixing extensions (12b, 13a).
  • an O-ring can be inserted into the joint between the body case (12) and the upper cover (13) to maintain the sealing state of the lower space (15).
  • a connector housing (13b) is extended from the lower surface of the upper cover (13) to have a terminal for applying a driving signal to the driver (50) from the outside.
  • the pump cover (11), body case (12), and upper cover (13) forming the above pump housing (10) can be formed using a resin such as, for example, PPS (Poly Phenylene Sulfide).
  • An impeller (20) having a rotor (30) of an electric motor (100) integrally formed on the lower side is arranged in a fluid flow passage (P) of a folded portion between the inlet (11a) and the outlet (11b) of the pump cover (11).
  • the open bottom of the pump cover (11) is extended to secure a wider space than the inlet (11a) so that the impeller (20) can be placed in the fluid flow passage (P), and a flange is extended to form a grooved structure on the upper part of the body case (12) corresponding to the open bottom of the pump cover (11).
  • the impeller (20) has a plurality of blades (23) radially arranged between a circular upper plate (21) and a lower plate (22) so as to discharge a fluid such as cooling water flowing in from an inlet (11a) through an outlet (11b) arranged on the side.
  • the upper plate (21) has a through hole formed in the center and has a shape of a narrow upper and lower plate with a diameter that increases from the upper side to the lower side
  • the lower plate (22) is formed as a circular plate that surrounds the upper side and the outer side of the rotor (30). Accordingly, the lower plate (22) can serve as a rotor support, and the lower plate (22) and the rotor (30) can be integrated by an insert molding method.
  • a bearing housing (24) is formed protrudingly in the center of the lower plate (22), and a sleeve bearing (61) that rotatably supports a rotor (20) on a support shaft (60) is built into the bearing housing (24).
  • an oilless bearing such as a carbon bearing or a plastic bearing.
  • the water pump (200) employs an axial gap type electric motor (100) including a stator (40) arranged in a sealed lower space (15) inside the body case (12) as a driving means for rotating the impeller (20), and a rotor (30) arranged opposite the stator (40) in a fluid flow passage (P) outside the body case (12).
  • an axial gap type electric motor (100) including a stator (40) arranged in a sealed lower space (15) inside the body case (12) as a driving means for rotating the impeller (20), and a rotor (30) arranged opposite the stator (40) in a fluid flow passage (P) outside the body case (12).
  • the rotor (30) is configured as a single body with the impeller (20) by sequentially installing a ring-shaped back yoke (31) and a magnet (32) on the lower surface of the lower plate (22).
  • the magnet (32) of the rotor (30) may be formed of a plurality of N-pole and S-pole split magnet pieces, or may use a magnet in which the N and S poles are multi-polarly split and magnetized in a ring-shaped magnet, and the back yoke (31) is formed by, for example, punching an electro-galvanized iron (EGI) plate into a ring shape and installing it on the back surface of the magnet (32) to form a magnetic circuit.
  • EFI electro-galvanized iron
  • a waterproof partition (12d) is installed on the upper part of the body case (12) to separate the stator (40) and the rotor (30), thereby implementing a completely waterproof structure for the stator (40). That is, the stator (40) placed in the sealed lower space (15) inside the body case (12) can be completely blocked from contact with water by the waterproof partition (12d).
  • the above-mentioned support shaft receiving portion (12e) has a three-step stepped groove (16) formed in the center, and a support shaft (60) is installed in the center of the groove (16), i.e., the third-step stepped portion, and the first and second-step stepped portions of the groove (16) each support a sleeve bearing (61) and a lower portion of a bearing housing (62).
  • a support washer (62) is inserted in the second-step stepped portion of the groove (16) to minimize friction with the lower portion of the sleeve bearing (61).
  • a washer (63) is attached to the upper part of the support shaft (60), and a fixing bolt (64) is fastened to the upper part to prevent the rotor (30) and impeller (20) from being separated from the support shaft (60).
  • the fixing bolt (64) prevents the washer (63) that supports the sleeve bearing (61) from being separated from the upper part.
  • the waterproof bulkhead (12d) for separating the stator (40) and the rotor (30) on the upper part of the body case (12) may be formed to have a thickness that is the same as or thicker than the cylindrical portion (12c) of the body case (12) so that the support shaft (60) formed in the support shaft receiving portion (12e) can have sufficient support strength when the rotor (30) and the impeller (20) rotate.
  • the air gap between the stator core (45) of the stator (40), that is, the shoe (412) of the teeth (41) and the magnet (32) of the rotor (30) is designed to have a significantly reduced gap compared to the conventional structure. That is, an ultra-thin waterproof coating film (14) of about 0.2 mm thickness is formed on the exposed surface (412a) of the shoe (412) of the teeth (41) facing the magnet (32) of the rotor (30).
  • the overall air gap in the motor of the present invention is determined to be 1.1 mm, which is the minimum distance of 0.9 mm between the magnet (32) and the waterproof bulkhead (12d) plus 0.2 mm of thickness of the waterproof coating film (14), whereas the air gap of the conventional structure is determined to be 1.8 mm, which is the minimum distance of 0.9 mm between the magnet (32) and the waterproof bulkhead (12d) plus 0.9 mm of thickness of the waterproof bulkhead (12d).
  • the air gap of the present invention is greatly shortened compared to the air gap of a conventional structure in which the stator core is placed in the internal space of a waterproof bulkhead, and thus the leakage flux is greatly reduced.
  • a ferrite magnet which is a non-rare earth magnet, can be used as the magnet of the rotor (30), as described below.
  • the electric motor (100) of the present invention is an axial gap type in which the rotor (30) and the stator (40) are opposed to each other with an ultra-thin waterproof coating film (14) therebetween, and can be used in an open structure, unlike rare earth magnets that require a separate waterproof magnet structure. That is, since the magnet (32) of the rotor (30) of the electric motor (100) according to the present invention uses a ferrite magnet, even if it is operated for a long time in contact with the cooling water flowing in the fluid flow passage (P) inside the pump cover (11), it does not rust and thus does not cause a decrease in the performance of the magnet.
  • the electric motor (100) of the present invention can further reduce the air gap and increase efficiency compared to a conventional electric motor that employs a rare earth magnet having a magnetic waterproof structure.
  • the above-mentioned support shaft (60) may be formed integrally by insert molding in which a part of the support shaft (60) is inserted into a support shaft receiving portion (12e) integrally formed in the central portion of the waterproof bulkhead (12d) during injection molding of the body case (12), or may be fixed by being press-fitted into a support shaft receiving portion (12e) integrally formed in the central portion of the waterproof bulkhead (12d).
  • a part of the support shaft receiving portion (12e) extends from the waterproof bulkhead (12d) to the lower space (15), it has a sufficient contact area and can firmly support the lower portion of the support shaft (60).
  • stator of an axial gap type motor according to one embodiment of the present invention is described.
  • the stator (40) is formed integrally with a waterproof bulkhead (12d) and an ultra-thin waterproof coating film (14) in a lower space (15) that maintains a sealed state, and is positioned axially opposite to the rotor (30) to form an axial gap type motor.
  • the above stator (40) includes a stator core (45) having a plurality of teeth (41) and an annular back yoke (42) that interconnects the plurality of teeth (41) to form a magnetic circuit, a plurality of bobbins (43) made of an insulating material that are joined to the outer peripheral portions of each of the plurality of teeth (41), and a coil (44) wound on the outer peripheral surface of the bobbin (43).
  • the plurality of teeth (41) of the stator core (45) are arranged with their tips (i.e., shoes (412)) facing the magnets (32) of the rotor (30) and are embedded in the waterproof bulkhead (12d) of the body case (12).
  • an ultra-thin waterproof coating film (14) is formed on the exposed surface (412a) of the shoe (412) at the tip of the tooth (41) embedded in the waterproof bulkhead (12d), so that even if the waterproof bulkhead (12d) is formed as a thick film, an ultra-thin waterproof coating film (14) is formed on the exposed surface of the shoe (412) facing the magnet (32) of the rotor (30), so that it is possible to reduce the air gap compared to the conventional structure in which the tip of the tooth is arranged at the rear of the waterproof bulkhead.
  • the plurality of teeth (41) forming the stator core (45) have a cross-section in the shape of a “T” as shown in FIG. 3 and FIG. 5b, and can be manufactured by compression molding soft magnetic composites (SMC), and the coil winding portion (410) to which the bobbin (43) is coupled and the shoe (412) portion of the tip portion are arranged in an annular shape parallel to the axial direction on the same circumference so as to be arranged opposite the magnet (32) of the rotor (30).
  • SMC compression molding soft magnetic composites
  • the above teeth (41) can be formed using isotropic magnetic materials such as Fe-Ni, Fe-Co, and Fe-Si alloy powders, which have high magnetic permeability, low coercivity, and high saturation magnetic induction as soft magnetic powder (SMC).
  • SMC soft magnetic powder
  • the teeth (41) are manufactured using the soft magnetic powder (SMC) by compression molding or extrusion molding, they can be formed into a 3D structure, and the teeth (41) have isotropic properties.
  • the teeth (41) of the present invention can be formed by mixing amorphous metal powder with high magnetic permeability and a binder in addition to compression molding of amorphous magnetic powder (SMC), or by mixing amorphous metal powder, spherical magnetic powder (SMC), and a binder at a predetermined ratio.
  • SMC spherical magnetic powder
  • the method of compression molding teeth (41) with a soft magnetic powder (SMC) is important because it can easily form a “rounding (R)” necessary for forming a curved surface at the tip of the teeth (41) facing the magnet (32) of the rotor (30), i.e., the shoe (412) portion.
  • the stator core (45) of the present invention is applied to an axial gap type motor, unlike the stator core of the radial gap type motor described above. Since it has a structure in which a plurality of teeth (41) and a back yoke (42) are connected at right angles, it is impossible to form a plurality of teeth and a back yoke into an integrated thin plate laminate.
  • the stator core (45) of the present invention is manufactured by compressing and molding a soft magnetic powder (SMC) with a tooth (41) having a complex 3D shape, and the back yoke (42) is prepared by punching and molding an electrical steel plate (silicon steel plate) as in the prior art, and then, as shown in FIG. 3 and FIG. 5b, a plurality of soft magnetic powder (SMC) teeth (41) are assembled into a plurality of assembly holes (42a) of the back yoke (42).
  • SMC soft magnetic powder
  • the plurality of teeth (41) formed in the above "T” shape are each manufactured by compressing and molding a soft magnetic powder (SMC), thereby easily forming a "rounding (R)" in the core shape, thereby obtaining a back EMF (Back Electromotive Force) waveform close to an ideal sine curve (distortion rate: 0.5%), and as a result, noise and vibration generation due to motor rotation can be improved.
  • SMC soft magnetic powder
  • R Rounding
  • stator core (45) of the present invention is specialized for a longitudinal shaft motor as a structure in which a plurality of split teeth (41) and a back yoke (42) are connected at right angles, and the teeth (41) of the stator core (45) are made of SMC (Soft Magnetic Composites) instead of general electrical steel plates, thereby minimizing core loss generated in the motor by introducing “rounding (R)” to the tooth shape, thereby optimizing the core (teeth) shape.
  • SMC Soft Magnetic Composites
  • each of the above-described plurality of split teeth (41) includes a coil winding part (410) on which a coil is wound, and a shoe (412) that is extended to a wider area than the coil winding part (410) at the tip of the coil winding part (410) and opposes the magnet (32) of the rotor (30).
  • the coil winding part (410) and the shoe (412) each have a trapezoidal cross-section.
  • the above coil winding part (410) forms an approximately triangular pillar, and the shoe (412) forms an approximately square pillar.
  • the corners of each side and the boundary between the side of the shoe (412) and the coil winding part (410) are “rounded (R)” to form a curved surface.
  • the corners which are the boundaries between these sides, are formed into a curved surface by “rounding (R)” to provide ease of forming at the corners when forming teeth (41) by compression molding with a magnetic powder (SMC).
  • the above-mentioned plurality of split teeth (41) are integrated by insert molding the shoe (412) portion with a preset interval on the waterproof partition (12d) portion when injection molding the body case (12).
  • the waterproof partition (12d) is formed up to the step portion and prevents the teeth (41) from being separated by the magnetic force of the magnet (32) on the portion facing it.
  • the above plurality of bobbins (43) each have a through hole (432) formed in the center into which the coil winding part (410) of the tooth (41) is inserted, a coil winding body (430) on the outer periphery of which a coil (44) is wound, and upper and lower flanges (431a, 431b) are formed at both ends of the body (430) to limit the area in which the coil (44) is wound.
  • first and second alignment guide protrusions (434, 435) are each protruded in a “U” shape to align the start wire (44a) and end wire (44b) of the coil (44) at a set interval after winding them one turn and fixing them.
  • first and second alignment guide protrusions (434, 435) on the plurality of bobbins (43) to align and extend the start line (44a) and the end line (44b) of the coil (44) is very important for assembly productivity when assembling the start line (44a-44c) and the end line (44d) by passing them through the conductive via hole (53) formed in the via hole area (57a) of the printed circuit board (PCB) (51) coupled to the lower side of the stator (40).
  • a plurality of electrical steel plates (silicon steel plates) made of thin plates are laminated and formed, and an annular back yoke (42) having a predetermined width that is combined with the plurality of teeth (41) to form a magnetic circuit is combined.
  • the above back yoke (42) can be prepared by punching and forming an electrical steel plate (silicon steel plate) as in the conventional manner, and then as shown in Fig. 5b, by assembling a plurality of soft magnetic powder (SMC) teeth (41) into a plurality of assembly holes (42a) of the back yoke (42).
  • SMC soft magnetic powder
  • a plurality of protrusions (42b) having a through hole formed in the center are formed on the outer periphery of the back yoke (42).
  • a bobbin (43) on which a coil (44) is wound is coupled to the coil winding part (410) of the tooth (41).
  • the lower part of the coil winding part (410) is coupled to the assembly hole (42a) of the back yoke (42).
  • fixing screws or fixing bolts are fastened to the through holes of the plurality of protrusions (42b) to prevent the assembly of the plurality of bobbins (43) and the back yoke (42) from being separated, thereby fixing it to the fixing protrusion (12f) of the body case (12).
  • the axial gap type electric motor (100) for a water pump has a stator (40) positioned in a lower space (15) inside a body case (12), which is a waterproof space completely separated from a fluid flow passage (P) inside a pump cover (11), a rotor (30) formed integrally with an impeller (20) and positioned in the fluid flow passage (P), and the stator (40) and the rotor (30) have a structure separated by a thick waterproof partition (12d).
  • the teeth (41) of the stator (40) facing the magnet (32) of the rotor (30) are made of soft magnetic powder (SMC), and an ultra-thin waterproof coating film (14) is formed on the exposed surface (412a) of the shoe (412), which is insert-molded between the waterproof bulkhead (12d) of the thick film of the body case (12).
  • SMC soft magnetic powder
  • the air gap between the stator (40) and the rotor (30) is established by an ultra-thin waterproof coating film (14) formed on the exposed surface (412a) of the tip of the magnet (32) and the tooth (41) having an open structure without the need for a magnetic waterproof structure.
  • the electric motor (100) of the present invention can minimize the air gap compared to a conventional electric motor in which the tip of the tooth is arranged inside the waterproof bulkhead (12d) of the thick film, thereby minimizing the leakage magnetic flux, and thus, even if a ferrite magnet, which is a non-rare earth magnet, is used, it is possible to achieve the same efficiency and torque increase as an electric motor using a rare earth magnet.
  • the driver (50) receives a rotor position signal from a hall sensor (not shown) and applies a driving signal to the stator coil (44) of the axial gap type electric motor (100) from the driver (50), and the stator (40) generates a rotating magnetic field from a plurality of teeth (41).
  • the impeller (20) and the rotor (30) disposed inside the fluid flow passage (P) are driven by the stator (40) of the electric motor (100) disposed outside the fluid flow passage (P) in a magnetic coupling manner, thereby realizing complete waterproofing of the stator (40) of the electric motor (100).
  • the stator (40) of the electric motor (100) is completely isolated from the fluid flow passage (P), a separate waterproofing treatment can be omitted, and as a result, the air gap between the rotor (30) and the stator (40) of the electric motor (100) can be set to an optimal state, thereby improving the efficiency of the electric motor (100).
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the interconnection relationship between an inverter circuit of a motor drive circuit and U, V, W three-phase coils connected in parallel with a 9-slot structure in an axial gap type motor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a pattern diagram showing the lower surface of a multilayer printed circuit board (PCB) on which a motor drive circuit according to the first embodiment of the present invention is mounted.
  • PCB printed circuit board
  • a driver (50) is installed at the bottom of the stator (40) to apply a driving signal to the U, V, W three-phase coil (44) of the stator (40) to generate a rotating magnetic field.
  • the driver (50) is implemented by a printed circuit board (PCB) (51) on which various electronic components (54) forming a motor drive circuit are mounted.
  • PCB printed circuit board
  • the water pump (200) may be configured with an axial gap type electric motor (100) of, for example, a BLDC motor having a 12 pole-9 slot or 8 pole-6 slot structure.
  • each coil (U1-U3, V1-V3, W1-W3) of the stator (40) is configured with three coils each and forms a parallel connection circuit, thereby minimizing the resistance of the stator coil (44).
  • resistance (R) is proportional to length (l) and inversely proportional to cross-sectional area (S). Therefore, the total resistance of the U, V, W three-phase coil (44) connected in parallel for each phase is reduced by approximately half compared to the series-connected structure.
  • the resistance of the U, V, W three-phase coil (44) decreases, it is possible to reduce the resistance and coil loss, thereby lowering the coil temperature and increasing the efficiency.
  • the resistance (R) of the U, V, W three-phase coil (44) can be lowered, it is possible to increase power in a driving device that requires instantaneous power.
  • a thin diameter wire is wound in a two-strand winding manner, thereby securing a desired number of coil turns and thereby implementing a desired high-speed RPM, thereby improving the performance of the driving device.
  • each phase of the three-phase drive type stator (40) is configured with three coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3), and when configuring a parallel connection circuit, the start lines (44a-44c) of the coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) of each phase are interconnected, and the end lines (44d) of the coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) of each phase are also interconnected to form a neutral point (NP) of a Y-connection type.
  • NP neutral point
  • start lines (44a-44c) of the coils assigned to the U phase (U1-U3), the coils assigned to the V phase (V1-V3), and the coils assigned to the W phase (W1-W3) are each connected to the U, V, and W output terminals (Uout, Vout, Wout) of the inverter circuit (55) provided in the motor drive circuit, and the end lines (44d) are all connected to the common electrode (COM) to form a neutral point (NP).
  • 18 start lines (44a-44c) and end lines (44d) of 9 coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) each wound on 9 teeth (41) pass through 18 conductive via holes (53) formed on the outer periphery of a circular printed circuit board (PCB) (51) arranged on the lower side of the stator (40), protrude to the lower side of the multilayer printed circuit board (PCB) (51), and are then connected by soldering.
  • PCB circular printed circuit board
  • the printed circuit board (PCB) (51) of the present invention may be formed of, for example, a four-layer multilayer board, and FIG. 7 illustrates the lowermost surface on which electronic components (54) are mounted.
  • the above printed circuit board (PCB) (51) can be broadly divided into three regions: a via hole region (57a) located at the outermost edge, a connection pattern region (57b) located inside the via hole region (57a), and an electronic component mounting region (57c) located inside the connection pattern region (57b).
  • the above nine coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) (44) are arranged alternately for each phase, with three coils (U1-U3) assigned to the U phase, three coils (V1-V3) assigned to the V phase, and three coils (W1-W3) assigned to the W phase. Accordingly, in the via hole area (57a), for example, as shown in FIG.
  • start lines and end lines (U3S, U3E; W1S, W1E; V3S, V3E; U1S, U1E; W2S, W2E; V2S, V2E; U2S, U2E; W3S, W3E; V1S, V1E) of three U-phase coils (U1-U3), three V-phase coils (V1-V3), and three W-phase coils (W1-W3) are arranged in pairs adjacent to each other in 18 conductive via holes (53).
  • 18 conductive via holes (53) are formed in the through holes to introduce the start lines (44a-44c) and the end lines (44d) of the coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) of each phase to a printed circuit board (PCB) (51) so as to realize a parallel connection circuit configuration of nine coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) wound on nine teeth (41) of the stator (40), as shown in FIG. 6.
  • three PCB fixing through holes (52) are provided in the via hole area (57a) to fix the printed circuit board (PCB) (51) to the fixing projection (12f).
  • the start lines (44a-44c) of the nine coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) are interconnected for each phase to form a parallel connection circuit of the nine coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3), and the nine end lines (44d) are interconnected as one to form a common electrode (COM) required for Y-connection.
  • COM common electrode
  • a circuit configuration is realized by connecting start lines (44a-44c) of each coil (U1-U3, V1-V3, W1-W3) on each side of a multilayer printed circuit board (PCB) (51) to each other in parallel, by forming a conductive pattern (56) in a connection pattern area (57b), or by forming a pattern connecting all end lines (44d) to form a common electrode (COM).
  • start lines (44a-44c) of each coil U1-U3, V1-V3, W1-W3
  • PCB printed circuit board
  • the conductive pattern (56) formed in the connection pattern area (57b) of Fig. 7 is, as described later with reference to Figs. 8a to 8d, a conductive via hole (53) (W1S, W2S, W3S) of three W-phases is connected to interconnect the start lines (44c) of three coils (W1-W3) of the W-phase, for example.
  • an inverter circuit (55) for forming a motor drive circuit required to drive a BLDC motor in a 6-step method using an inverter, for example, and a controller (540) made of an integrated circuit (IC) chip for receiving an ignition signal (IGN) and a LIN (Local Interconnect Network) communication signal (LIN) related to engine ignition required to drive a water pump (200) from the vehicle body and generating and applying a drive signal for driving the inverter circuit (55), electronic components (54) such as passive elements, are mounted.
  • IGN ignition signal
  • LIN Local Interconnect Network
  • the lower surface of the printed circuit board (PCB) (51) on which the electronic component (54) is mounted is positioned upward.
  • a printed circuit board (PCB) (51) when a printed circuit board (PCB) (51) is formed as a four-layer board, it includes a top layer (511), a second layer (Layer 2) (512), a third layer (Layer 3) (513), and a bottom layer (Bottom Layer) (514) on which electronic components (54) are mounted.
  • PCB printed circuit board
  • the wiring of the above-mentioned parallel-connected stator circuit and the wiring of the conductive pattern for forming the neutral point (NP) of the Y-connection method can be implemented as shown in Table 1 below.
  • the above-mentioned stator circuit can be configured as a series-connected circuit as well as a parallel-connected circuit for each phase.
  • the top layer (511) of the printed circuit board (PCB) (51) is arranged at the outermost side and 18 conductive via holes (53) are formed, and 18 start lines (44a-44c) and end lines (44d) of 9 coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) wound on each of 9 teeth (41) are introduced into 18 conductive via holes (53) arranged at the outermost side of the printed circuit board (PCB) (51) and connected to a via hole area (57a), and 9 coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) are arranged on the inner side of the via hole area (57a) to form a parallel connection circuit for each phase.
  • connection pattern area (57b) in which conductive patterns (56a-56c) are formed for interconnecting 18 start lines (44a-44c) and end lines (44d) of coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3), and an electronic component mounting area (57c) in which various active and passive electronic components (54) forming the motor drive circuit are mounted, located on the inner side of the connection pattern area (57b).
  • the start wires (44a-44c) and 18 end wires (44d) of the 9 coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) introduced through 18 conductive via holes (53) are maintained physically/electrically connected to the conductive via holes (53) of the printed circuit board (PCB) (51) by soldering.
  • the above conductive via hole (53) extends from the top layer (511) of the printed circuit board (PCB) (51) to the bottom layer (514), and selectively forms an electrical connection with the conductive patterns (56a-56c) arranged on the top layer (511) and the conductive patterns (56d-56f) arranged on the bottom layer (514).
  • the remaining 8 via holes have the Cu thin film patterned and removed so that no electrical connection is formed between the top layer (511) and the bottom layer (514).
  • connection pattern area (57b) of the top layer (511) is removed by patterning the Cu thin film, leaving three conductive patterns (56a-56c).
  • the conductive pattern (56a) is formed as an arc-shaped pattern covering from the start line (W3S) of the third coil (W3) of the W phase to the start line (W2S) of the second coil (W2), and the conductive via holes (53) of the start line (W3S) of the third coil (W3) of the W phase, the start line (W1S) of the first coil (W1), and the start line (W2S) of the second coil (W2) are connected to the conductive pattern (56a).
  • one end of the conductive pattern (56a) is connected to the W phase output terminal (Wout) of the inverter circuit (55) arranged in the electronic component mounting area (57c).
  • the three start lines (44c) of the first to third coils (W1-W3) of the W phase are connected in parallel.
  • the conductive pattern (56b) formed in the connection pattern area (57b) of the top layer (511) connects the start line (U2S) of the second coil (U2) of the U phase and the U phase output terminal (Uout) of the inverter circuit (55) arranged in the electronic component mounting area (57c), and the conductive pattern (56c) connects the start line (V2S) of the second coil (V2) of the V phase and the V phase output terminal (Vout) of the inverter circuit (55) arranged in the electronic component mounting area (57c).
  • a heat dissipation via pattern (562a) is formed in the above challenge pattern (56b).
  • the heat dissipation via pattern (562a) formed in the above challenge pattern (56b) will be used to connect the start line (U2S) of the second coil (U2) of the U phase and the start line (U1S) of the first coil (W1) of the U phase in conjunction with the bottom layer (514), as described later.
  • the above heat dissipation via pattern (562a) can be formed of a plurality of small-diameter conductive vias using a conductive metal material with excellent heat transfer characteristics and conductivity, and can be formed by penetrating four layers of a printed circuit board (PCB) (51), and can be formed in an area where a controller (540), power switching transistors (FET1-FET6), inductors, etc., which are formed of integrated circuit (IC) chips classified as heat-generating electronic components, are mounted.
  • PCB printed circuit board
  • the electronic component mounting area (57c) of the top layer (511) is removed to leave a plurality of circuit patterns so that the motor drive circuit is formed when various active and passive electronic components (54) are mounted by patterning the Cu thin film.
  • the detailed structure of the plurality of circuit patterns formed in the electronic component mounting area (57c) is omitted for convenience of explanation, and the electronic component mounting area (57c) is largely divided into a control chip mounting area (571) in which a controller (540) formed of an integrated circuit (IC) chip to serve as a control unit of a motor drive circuit is mounted, an inverter circuit area (572) in which three pairs of power switching transistors (FET1-FET6) forming the inverter circuit (55) are each connected in a totem pole manner, and three totem pole connection terminals (Q1-Q3), that is, U, V, W output terminals (Uout, Vout, Wout) for applying U, V, W three-phase driving currents to the stator coil (44) are arranged, and a power supply area (573) in which a power supply unit for supplying power to the motor drive circuit is arranged.
  • a control chip mounting area (571) in which a controller (540) formed of an integrated circuit (IC) chip to serve as
  • the second layer (Layer 2) (512) of the printed circuit board (PCB) (51) is divided into a first region (574) in which the via hole region (57a) and the connection pattern region (57b) are integrated by patterning a Cu thin film, a second region (575) corresponding to the control chip mounting region (571) of the electronic component mounting region (57c), a third region (576) in which the inverter circuit region (572) and the power supply region (573) are integrated, and a conductive pattern (56d).
  • 9 via holes to which 9 end lines (U1E-U3E, V1E-V3E, W1E-W3E) of the 9 coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) are connected are electrically connected to the first area (574), and 8 via holes to which 8 start lines (U1S-U2S, V1S-V3S, W1S-W3S) of the 8 coils (U1-U2, V1-V3, W1-W3) are connected, excluding the via hole to which the start line (U3S) of the U-phase third coil (W3) is connected, are electrically separated from the first area (574) as island holes.
  • the second layer (Layer 2) (512) of the printed circuit board (PCB) (51) forms a neutral point (NP) of the Y-connection method by electrically connecting nine via holes to which nine end lines (U1E-U3E, V1E-V3E, W1E-W3E) (44d) are connected in common with the first region (574).
  • a conductive pattern (56d) is formed with an extension (560) extending from a conductive via hole (53) to which a start line (U3S) of a U-phase third coil (W3) is connected between the first region (574) and the third region (576).
  • a heat dissipation via pattern (560a) is formed in an extension portion (560) of the above-described challenge pattern (56d).
  • the heat dissipation via pattern (560a) can be formed of a plurality of small-diameter conductive vias using a conductive metal material having excellent heat transfer characteristics and conductivity, and is formed by penetrating four layers of a printed circuit board (PCB) (51), and can be formed in an area where a controller (540), power switching transistors (FET1-FET6), inductors, etc., which are formed of integrated circuit (IC) chips classified as heat-generating electronic components, are mounted.
  • IC integrated circuit
  • the heat dissipation via pattern (560a) formed in the extension portion (560) of the above challenge pattern (56d) will be used to connect the start line (U3S) of the U-phase third coil (W3) and the start line (U1S) of the U-phase first coil (W1) in conjunction with the bottom layer (514), as described below.
  • the second area (575) and the third area (576) do not play any special roles.
  • the third layer (Layer 3) (512) of the printed circuit board (PCB) (51) is divided into a first region (574) in which the via hole region (57a) and the connection pattern region (57b) are integrated, a second region (575) corresponding to the control chip mounting region (571) of the electronic component mounting region (57c), and a third region (576) in which the inverter circuit region (572) and the power supply region (573) are integrated by patterning the Cu thin film similarly to the second layer (Layer 2) (512).
  • 9 via holes to which 9 end lines (U1E-U3E, V1E-V3E, W1E-W3E) of the 9 coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) are connected are electrically connected to the first area (574), and 9 via holes to which 9 start lines (U1S-U3S, V1S-V3S, W1S-W3S) of the 9 coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) are connected are electrically separated from the first area (574) as island holes.
  • the third layer (Layer 3) (513) of the printed circuit board (PCB) (51) is electrically connected in common (COMMON) with the first region (574) through nine via holes connected to nine end lines (U1E-U3E, V1E-V3E, W1E-W3E) (44d), thereby forming a neutral point (NP) of the Y-connection method.
  • the second area (575) and the third area (576) do not play any special role.
  • the bottom layer (514) of the printed circuit board (PCB) (51) is divided into a via hole area (57a) at the outermost portion, a connection pattern area (57b) arranged inside the via hole area (57a), and an electronic component mounting area (57c) arranged inside the connection pattern area (57b), similar to the top layer (511).
  • the above via hole area (57a) is arranged at the outermost edge of the printed circuit board (PCB) (51), and 18 start lines (44a-44c) and 18 end lines (44d) of 9 coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) are introduced into the 18 conductive via holes (53) of the printed circuit board (PCB) (51) and physically connected to the printed circuit board (PCB) (51) by soldering while 18 conductive via holes (53) are penetrated.
  • the via hole area (57a) is in a state where the Cu thin film is patterned and removed so that no electrical connection is made in the bottom layer (514) for the remaining 15 via holes, except for the 4 via holes connected to the conductive patterns (56e, 56f) formed in the connection pattern area (57b).
  • connection pattern area (57b) of the bottom layer (514) is removed by patterning the Cu thin film, leaving two conductive patterns (56e, 56f).
  • the challenge pattern (56e) is formed as an arc-shaped pattern covering from the start line (V2S) of the second coil (V2) of the V-phase to the start line (V3S) of the third coil (V3), and the conductive via holes (53) of the start line (V2S) of the second coil (V2) of the V-phase, the start line (V1S) of the first coil (V1), and the start line (V3S) of the third coil (V3) are sequentially connected to the challenge pattern (56e).
  • the three start lines (44b) of the first to third coils (V1-V3) of the V-phase are connected in parallel.
  • the challenge pattern (56f) is formed as an overall circular arc-shaped pattern, with a part of it being arranged in the connection pattern area (57b), and the rest being arranged in the connection pattern area (57b), and from the middle part, each end of which enters the electronic component mounting area (57c), the first extension (561) on one side extends to a position corresponding to the extension (560) of the challenge pattern (56d) formed in the second layer (Layer 2) (512), and the second extension (562) on the other side extends to a position corresponding to the U-phase output terminal (Uout) of the inverter circuit (55) connected to the challenge pattern (56b) formed in the top layer (511).
  • a heat dissipation via pattern (562a) is formed in the second extension portion (562) on the other side, which is used to connect the start line (U2S) of the second coil (U2) of the U phase and the start line (U1S) of the first coil (W1) of the U phase through the conductive pattern (56b) of the uppermost layer (511).
  • the conductive pattern (56f) is connected to the start line (U1S) of the U-phase first coil (W1) at the middle portion arranged in the connection pattern area (57b), and the first extension portion (561) is connected to the start line (U3S) of the U-phase third coil (W3) by being connected to the extension portion (560) of the conductive pattern (56d) formed on the second layer (Layer 2) (512) using a heat dissipation via pattern (560a), and the second extension portion (562) is connected to the conductive pattern (56b) formed on the top layer (511) and the U-phase output terminal (Uout) of the inverter circuit (55).
  • the electronic component mounting area (57c) of the bottom layer (514) is divided into a second area (575) corresponding to the control chip mounting area (571) and a third area (576a, 576b) corresponding to the inverter circuit area (572) and the power supply area (573) by patterning of the Cu thin film, but does not play a special role.
  • an electronic component mounting area (57c) in which various electronic components (54) necessary for implementing a motor drive circuit are mounted is arranged in the center of the top layer (511) and the bottom layer (514) of a multilayer printed circuit board (PCB) (51), and a connection pattern area (57b) in which a plurality of conductive patterns (56a-56f) are formed, in which the start lines (44a-44c) and the end lines (44d) of the U, V, and W three-phase coils (U1-U3, V1-V3, W1-W3) (44) are connected, is formed.
  • a parallel circuit connection of a U, V, W three-phase coil (44) is implemented using a plurality of conductive patterns (56a-56f), and by connecting nine via holes (53) formed in the first area (574) of the second layer (Layer 2) (512) and the third layer (Layer 3) (513) of the printed circuit board (PCB) (51) with nine end lines (U1E-U3E, V1E-V3E, W1E-W3E) (44d), a neutral point (NP) of a Y-connection method can be easily implemented.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing the interconnection relationship between an inverter circuit of a motor drive circuit and U, V, W three-phase coils connected in parallel with a 6-slot structure in an axial gap type motor according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a pattern diagram showing the lower surface of a multilayer printed circuit board (PCB) on which a motor drive circuit according to a second embodiment of the present invention is mounted.
  • PCB printed circuit board
  • the water pump (200) according to the second embodiment of the present invention may be configured with an axial gap type electric motor (100), for example, a BLDC motor having an 8-pole-6-slot structure.
  • each coil (U1-U2, V1-V2, W1-W2) of the stator (40) is configured with two coils each and forms a parallel connection circuit, thereby minimizing the resistance of the stator coil (440).
  • each phase of the three-phase drive type stator (40) is configured with two coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2), and when configuring a parallel connection circuit, the start lines (44a-44c) of the coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) of each phase are interconnected, and the end lines (44d) of the coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) of each phase are also interconnected to form a neutral point (NP) of a Y-connection type.
  • NP neutral point
  • start lines (44a-44c) of the coils assigned to the U phase (U1-U2), the coils assigned to the V phase (V1-V2), and the coils assigned to the W phase (W1-W2) are each connected to the U, V, and W output terminals (Uout, Vout, Wout) of the inverter circuit (55) provided in the motor drive circuit, and the end lines (44d) are all connected to the common electrode (COM) to form a neutral point (NP).
  • start lines (44a-44c) and end lines (44d) of 6 coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) each wound on 6 teeth (41) pass through 12 conductive via holes (53) formed on the outer periphery of a circular printed circuit board (PCB) (51) disposed on the lower side of the stator (40), protrude to the lower side of the multilayer printed circuit board (PCB) (51), and are then connected by soldering.
  • PCB circular printed circuit board
  • the printed circuit board (PCB) (51) of the present invention may be formed of, for example, a four-layer multilayer board, and FIG. 10 illustrates the lowermost surface on which electronic components (54) are mounted.
  • the above printed circuit board (PCB) (51) can be broadly divided into three regions: a via hole region (57a) located at the outermost edge, a connection pattern region (57b) located inside the via hole region (57a), and an electronic component mounting region (57c) located inside the connection pattern region (57b).
  • the above six coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) (440) are alternately arranged with two coils (U1-U2) assigned to the U phase, two coils (V1-V2) assigned to the V phase, and two coils (W1-W2) assigned to the W phase. Accordingly, in the via hole area (57a), for example, as shown in FIG.
  • start lines and end lines (V1S, V1E; W1S, W1E; U1S, U1E; V2S, V2E; W2S, W2E; U2S, U2E) of two U-phase coils (U1-U2), two V-phase coils (V1-V2), and two W-phase coils (W1-W2) are arranged in pairs adjacent to each other in 12 conductive via holes (53).
  • through holes are formed in 12 conductive via holes (53) which serve to introduce start lines (44a-44c) and end lines (44d) of the coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) of each phase to a printed circuit board (PCB) (51) to realize a parallel connection circuit configuration of six coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) wound on six teeth (41) of the stator (40), as shown in FIG. 9.
  • three PCB fixing through holes (52) which are used to fix the printed circuit board (PCB) (51) to a fixing projection (12f) are provided in the via hole area (57a).
  • the start lines (44a-44c) of the six coils are interconnected for each phase to form a parallel connection circuit of the six coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2), and the six end lines (44d) are interconnected as one to form a common electrode (COM) required for Y-connection.
  • a circuit configuration is realized by connecting start lines (44a-44c) of coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) of each phase to each other on each side of a multilayer printed circuit board (PCB) (51) and connecting them in parallel, by forming a conductive pattern (56) in a connection pattern area (57b), or by forming a pattern connecting all end lines (44d) to form a common electrode (COM).
  • start lines (44a-44c) of coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) of each phase to each other on each side of a multilayer printed circuit board (PCB) (51) and connecting them in parallel, by forming a conductive pattern (56) in a connection pattern area (57b), or by forming a pattern connecting all end lines (44d) to form a common electrode (COM).
  • PCB printed circuit board
  • the conductive pattern (56) formed in the connection pattern area (57b) of Fig. 10 is, as described later with reference to Figs. 11a to 11d, a conductive via hole (53) (W1S, W2S) of two W-phases is connected to interconnect the start lines (44c) of two coils (W1-W2) of the W-phase, for example.
  • an inverter circuit (55) for forming a motor drive circuit required to drive a BLDC motor in a 6-step method using an inverter, for example, and a controller (540) made of an integrated circuit (IC) chip for receiving an ignition signal (IGN) and a LIN (Local Interconnect Network) communication signal (LIN) related to engine ignition required to drive a water pump (200) from the vehicle body and generating and applying a drive signal for driving the inverter circuit (55), electronic components (54) such as passive elements, are mounted.
  • IGN ignition signal
  • LIN Local Interconnect Network
  • the lower surface of the printed circuit board (PCB) (51) on which the electronic component (54) is mounted is positioned upward.
  • a printed circuit board (PCB) (51) when a printed circuit board (PCB) (51) is formed as a four-layer board, it includes a top layer (511), a second layer (Layer 2) (512), a third layer (Layer 3) (513), and a bottom layer (Bottom Layer) (514) on which electronic components (54) are mounted.
  • PCB printed circuit board
  • the wiring of the above-mentioned parallel-connected stator circuit and the wiring of the conductive pattern for forming the neutral point (NP) of the Y-connection method can be implemented as shown in Table 1 below.
  • the above-mentioned stator circuit can be configured as a series-connected circuit as well as a parallel-connected circuit for each phase.
  • the top layer (511) of the printed circuit board (PCB) (51) has 12 conductive via holes (53) formed on the outermost surface, and 12 start lines (44a-44c) and end lines (44d) of 6 coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) (440) wound on each of 6 teeth (41) are introduced into the 12 conductive via holes (53) of the printed circuit board (PCB) (51) and connected to a via hole area (57a), and the 6 coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) are arranged on the inner side of the via hole area (57a) to form a parallel connection circuit for each phase.
  • connection pattern area (57b) in which conductive patterns (560a-560d) for interconnecting 12 start lines (44a-44c) and end lines (44d) of coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) are formed, and an electronic component mounting area (57c) in which various active and passive electronic components (54) forming the motor drive circuit are mounted, located on the inner side of the connection pattern area (57b).
  • the start wires (44a-44c) and 12 end wires (44d) of the 6 coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) introduced through 12 conductive via holes (53) are maintained physically/electrically connected to the conductive via holes (53) of the printed circuit board (PCB) (51) by soldering.
  • the above conductive via hole (53) extends from the top layer (511) of the printed circuit board (PCB) (51) to the bottom layer (514), and selectively electrically connects with the conductive patterns (560a, 560b) arranged on the top layer (511) and the conductive patterns (560c, 560d) arranged on the bottom layer (514).
  • the remaining six via holes have the Cu thin film patterned and removed so that no electrical connection is made in the top layer (511).
  • connection pattern area (57b) of the top layer (511) is removed by patterning the Cu thin film, leaving two conductive patterns (560a, 560b).
  • the conductive pattern (560a) is formed as an arc-shaped pattern covering from the start line (W1S) of the first coil (W1) of the W-phase to the start line (W2S) of the second coil (W2), and the conductive via holes (53) of the start line (W1S) of the first coil (W1) of the W-phase and the start line (W2S) of the second coil (W2) are connected to both ends of the conductive pattern (560a).
  • the two start lines (44c) of the first and second coils (W1-W2) of the W-phase are connected in parallel.
  • one side extension of the conductive pattern (560a) is connected to the W-phase output terminal (Wout) (Q3) of the inverter circuit (55) arranged in the electronic component mounting area (57c).
  • the conductive pattern (560b) formed in the connection pattern area (57b) of the top layer (511) has one end connected to the conductive via hole (53) of the start line (V1S) of the first coil (V1) of the V phase, and the other end connected to the V phase output terminal (Vout) of the inverter circuit (55) in which the extension portion (566) is arranged in the electronic component mounting area (57c).
  • a heat dissipation via pattern (566a) is formed on the other end extension (566) of the above challenge pattern (560b) to dissipate heat from the heat-generating electronic component.
  • the above-mentioned heat-dissipating via pattern (566a) can be formed of a plurality of small-diameter conductive vias using a conductive metal material with excellent heat transfer characteristics and conductivity, and is formed by penetrating four layers of a printed circuit board (PCB) (51), and can be formed in an area where a controller (540), power switching transistors (FET1-FET6), inductors, etc., which are formed of integrated circuit (IC) chips classified as heat-generating electronic components, are mounted.
  • PCB printed circuit board
  • the electronic component mounting area (57c) of the top layer (511) is removed to leave a plurality of circuit patterns so that the motor drive circuit is formed when various active and passive electronic components (54) are mounted by patterning the Cu thin film.
  • the detailed structure of the plurality of circuit patterns formed in the electronic component mounting area (57c) is omitted for convenience of explanation, and the electronic component mounting area (57c) is largely divided into a control chip mounting area (571) in which a controller (540) formed of an integrated circuit (IC) chip to serve as a control unit of a motor drive circuit is mounted, an inverter circuit area (572) in which three pairs of power switching transistors (FET1-FET6) forming the inverter circuit (55) are each totem-pole connected, and three totem-pole connection terminals (Q1-Q3), that is, U, V, W output terminals (Uout, Vout, Wout) for applying U, V, W three-phase driving currents to the stator coil (440) are arranged, and a power supply area (573) in which a power supply unit for supplying power to the motor drive circuit is arranged.
  • a control chip mounting area (571) in which a controller (540) formed of an integrated circuit (IC) chip to serve as a
  • the second layer (Layer 2) (512) of the printed circuit board (PCB) (51) is divided into a first conductive region (574) in which the via hole region (57a) and the connection pattern region (57b) are integrated by patterning a Cu thin film, a second region (575) corresponding to the control chip mounting region (571) of the electronic component mounting region (57c), a third region (576) in which the inverter circuit region (572) and the power supply region (573) are integrated, and a conductive pattern (56d).
  • 6 via holes to which 6 end lines (U1E-U2E, V1E-V2E, W1E-W2E) of the 6 coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) are connected are electrically connected to the conductive first region (574), and 6 via holes to which 6 start lines (U1S-U2S, V1S-V2S, W1S-W2S) of the 6 coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) are connected are electrically separated from the first region (574) as island holes.
  • the second layer (Layer 2) (512) of the printed circuit board (PCB) (51) forms a neutral point (NP) of the Y-connection method by electrically connecting six via holes to which six end lines (U1E-U2E, V1E-V2E, W1E-W2E) (44d) are connected in common with the first region (574).
  • the second area (575) and the third area (576) do not play any special roles.
  • the third layer (Layer 3) (512) of the printed circuit board (PCB) (51) is divided into a first region (574) in which the via hole region (57a) and the connection pattern region (57b) are integrated, a second region (575) corresponding to the control chip mounting region (571) of the electronic component mounting region (57c), and a third region (576) in which the inverter circuit region (572) and the power supply region (573) are integrated by patterning the Cu thin film substantially in the same manner as the second layer (Layer 2) (512).
  • the second layer (Layer 2) (512) of the printed circuit board (PCB) (51) forms a neutral point (NP) of the Y-connection method as six via holes connected to six end lines (U1E-U2E, V1E-V2E, W1E-W2E) (44d) are electrically connected in common with the first region (574).
  • the second area (575) and the third area (576) do not play any special role.
  • the bottom layer (514) of the printed circuit board (PCB) (51) is divided into a via hole area (57a) at the outermost portion, a connection pattern area (57b) arranged inside the via hole area (57a), and an electronic component mounting area (57c) arranged inside the connection pattern area (57b), similar to the top layer (511).
  • the above via hole area (57a) is arranged at the outermost edge of the printed circuit board (PCB) (51), and with 12 conductive via holes (53) penetrating through it, 12 start lines (44a-44c) and end lines (44d) of 6 coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) are introduced into the 12 conductive via holes (53) of the printed circuit board (PCB) (51) and physically connected to the printed circuit board (PCB) (51) by soldering.
  • the Cu thin film is patterned and removed so that no electrical connection is made in the bottom layer (514) for the remaining nine via holes, except for three via holes connected to the conductive patterns (560c, 560d) formed in the connection pattern area (57b) in the via hole area (57a).
  • connection pattern area (57b) of the bottom layer (514) is removed, leaving two conductive patterns (560c, 560d) by patterning the Cu thin film.
  • the challenge pattern (560c) is formed as an arc-shaped pattern covering from the start line (U2S) of the U-phase second coil (U2) to the start line (U1S) of the first coil (U1), and the conductive via holes (53) of the start line (U2S) of the U-phase second coil (U2) and the start line (U1S) of the first coil (U1) are each connected to the challenge pattern (560c).
  • the two start lines (44a) of the U-phase first and second coils (U1-U2) are connected in parallel.
  • one side extension (564) of the above challenge pattern (560c) enters the electronic component mounting area (57c) and is connected to the U-phase output terminal (Uout) (Q1) of the inverter circuit (55).
  • the above challenge pattern (560d) is formed as an overall circular arc-shaped pattern, and one end positioned in the connection pattern area (57b) is connected to the start line (V2S) of the V-phase second coil (V2), and the other end extension (568) enters the electronic component mounting area (57c) and is connected to the V-phase output terminal (Vout) (Q2) of the inverter circuit (55).
  • the other end extension (568) of the above-described challenge pattern (560d) can be electrically connected to the other end extension (566) of the challenge pattern (560b) formed on the top layer (511) using the heat dissipation via pattern (566a).
  • the two start lines (44b) of the V-phase first and second coils (V1-V2) are connected in parallel by the challenge pattern (560b) and the challenge pattern (560d).
  • the electronic component mounting area (57c) of the bottom layer (514) is divided into a second area (575) corresponding to the control chip mounting area (571) and a third area (576a, 576b) corresponding to the inverter circuit area (572) and the power supply area (573) by patterning of the Cu thin film, but does not play a special role.
  • an electronic component mounting area (57c) in which various electronic components (54) required for implementing a motor drive circuit are mounted is arranged in the center of the top layer (511) and the bottom layer (514) of a multilayer printed circuit board (PCB) (51), and a connection pattern area (57b) in which a plurality of conductive patterns (560a-560d) are formed, in which the start lines (44a-44c) and the end lines (44d) of the U, V, and W three-phase coils (U1-U2, V1-V2, W1-W2) (44) are connected, is formed.
  • a parallel circuit connection of a U, V, W three-phase coil (440) is implemented using a plurality of conductive patterns (560a-560d), and by connecting six via holes (53) formed in the first area (574) of the second layer (Layer 2) (512) and the third layer (Layer 3) (513) of the printed circuit board (PCB) (51) with six end lines (U1E-U2E, V1E-V2E, W1E-W2E) (44d), a neutral point (NP) formation of a Y-connection method can be easily implemented.
  • the present invention can be applied to an axial gap type motor for a water pump, which can implement a three-phase coil wiring and a motor drive circuit using a single multilayer printed circuit board (PCB), and the motor can be applied to a water pump (EWP), compressor, oil pump, etc. for cooling devices that circulate coolant for electrical components, batteries, fuel cell stacks, etc., in hybrid, electric vehicles, and fuel cell vehicles.
  • EWP water pump
  • compressor oil pump

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Abstract

본 발명은 단일의 다층 인쇄회로기판(PCB)을 사용하여 U,V,W 3상 코일의 병렬회로 결선, Y-결선방식의 중성점 형성 및 모터구동회로를 구현할 수 있는 모터구동회로 및 이를 이용한 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기에 관한 것이다. 본 발명의 전동기는 펌프 하우징; 로터; 복수의 티스에 U,V,W 3상 코일이 각각 복수로 분할되어 권선된 복수의 코일을 구비하며, 회전자기장을 발생하여 상기 로터를 회전 구동하기 위한 스테이터; 및 상기 스테이터의 하부에 배치되는 다층 인쇄회로기판(PCB)에 실장되어 상기 U,V,W 3상 코일에 구동전류를 인가하도록 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결되고, U,V,W 3상 코일의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하도록 상호 연결되는 모터구동회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터구동회로 및 이를 이용한 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기
본 발명은 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기에 관한 것으로, 상세하게는 보조 인쇄회로기판(PCB)을 사용하지 않고 단일의 다층 인쇄회로기판(PCB)을 사용하여 U,V,W 3상 코일의 병렬회로 결선과 Y-결선방식의 중성점 형성 및 모터구동회로를 구현할 수 있는 모터구동회로 및 이를 이용한 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에 적용되는 워터 펌프(water pump)는 냉각수를 순환시키는 기능을 하는 장치로서, 벨트에 의해 강제 구동되어 펌프 임펠러를 회전시켜 냉각수를 흡입 및 토출시킴으로써 냉각수를 순환시키는 구성을 가지고, 그 내부에는 냉각수의 유출 방지를 위해 실 유닛(seal unit)이 조립되어 구성되는 엔진 구동식 워터 펌프와, 배터리 등에서 제공하는 전기에 의하여 전동모터를 구동시키고, 상기 전동모터에 의하여 임펠러가 회전하여 냉각수를 흡입 및 토출함으로써 냉각수를 순환시키는 전동식 워터 펌프가 대표적으로 사용되고 있다.
그 중, 상기 전동식 워터 펌프는 상기 엔진 구동식 워터 펌프에 비하여 차량의 엔진 구동력을 요구하지 않기 때문에 상기 엔진 구동식 워터 펌프에 비하여 엔진 효율이 증대되고, 이에 따라 연비가 향상되는 장점을 가지고 있으며, 더 나아가 냉각수의 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 장점을 제공하여 최근 다양한 차종에 널리 적용되고 있다.
상기 전동식 워터 펌프 중, 캔드 타입 전동식 워터 펌프(Canned Type Electric Water Pump)는 고정자(固定子)의 안쪽에 캔(CAN) 형상의 밀폐용 용기를 가진 전동기에 의해 구동되는 펌프로서, 로터와 스테이터 사이에 캔 구조물을 삽입하고, 수력부를 로터부까지 연장하여 상기 로터가 냉각수에 잠기도록 함으로써, 투입되는 물이 로터에서 발생되는 마찰열을 적절히 냉각시키는 구조로 이루어진다.
상기 캔드 타입 전동식 워터 펌프는 통상적으로 레이디얼(Radial) 방향으로 자석과 스테이트 코어가 위치하여 자석에 물이 유입되는 형태의 구조로서 스테이터(코어 권선부)에는 물이 유입되면 안되는 구조가 필요하여 방수용 캔(Can) 또는 사출물을 이용한 방수 구조를 가지고 있다. 그 결과, 로터와 스테이터 코어 사이의 에어갭(Air gap)이 증대되어 자속 로스(Loss)가 많이 발생되어 일반 자석으론 원하는 펌프(모터) 용량을 맞추기 어렵기 때문에 일반적으로 고가의 희토류 자석을 많이 사용하고 있다.
일반적으로 워터 펌프(EWP), 컴프레셔, 오일 펌프 등에는 레이디얼 갭 타입 전동기를 채용하고 있으나, 인너 로터형 모터일 경우 자석 단면적(즉, 유효면적)이 작아 희토류를 사용하면서 성능을 구현하고 있어 단가가 높다.
이에 반하여 로터와 스테이터 사이에 박판의 방수 격벽을 이용하여 완전히 분리함에 따라 에어갭(air gap)을 줄인 액시얼 갭 타입 전동기에서는 비희토류 자석인 저가의 페라이트 자석을 사용할지라도 희토류 자석을 사용한 전동기와 동등한 자기에너지를 가질 수 있다(한국 공개특허공보 제10-2021-0108844호(특허문헌 1) 참조).
워터 펌프(EWP)는 펌프 하우징, 전동기, 임펠러 및 드라이버를 포함하고 있다.
상기 전동기는 임펠러와 일체로 형성되는 로터와 상기 로터와 에어갭을 두고 배치되어 로터를 회전 구동하는 스테이터를 포함하고 있다.
상기 전동기가 3상 구동방식의 BLDC 모터인 경우, 스테이터의 코어에 권선되는 코일은 U상, V상 및 W상 코일로 구성되고, Y-결선 방식의 중성점(COM)을 형성한다.
이 경우, U상, V상 및 W상 코일 각각의 스타트 선은 통상적으로 스테이터에 인접하여 배치된 결선용 보조 인쇄회로기판(PCB)에 설치된 각각의 터미널단자를 통하여 모터구동회로가 구현된 메인 인쇄회로기판(PCB)에 연결되고, U상, V상 및 W상 코일의 엔드선은 보조 인쇄회로기판(PCB)에 형성된 도전패턴에 공통 연결되어 Y-결선 방식의 중성점(COM)을 형성한 후 메인 인쇄회로기판(PCB)에 연결되고 있다.
상기와 같이 3상 구동방식의 BLDC 모터인 경우, U상, V상 및 W상 코일 각각의 스타트 선과 엔드 선은 보조 인쇄회로기판(PCB)을 이용하여 필요한 결선이 이루어진 후, 보조 인쇄회로기판(PCB)으로부터 모터구동회로가 구현된 메인 인쇄회로기판(PCB)에 연결이 이루어지는 구조를 가지고 있다.
그 결과, 종래에는 2개의 인쇄회로기판(PCB)을 사용함에 따른 제조비용의 상승, 보조 인쇄회로기판(PCB)와 메인 인쇄회로기판(PCB) 사이의 연결에 따른 조립공정의 공수 증가 등의 문제가 있다.
더욱이, 상기 BLDC 모터의 U상, V상 및 W상 코일이 각각 병렬접속되고 복수의 폴(pole), 예를 들어, 9폴 이상으로 이루어지는 경우, 상기 U상, V상 및 W상 코일 각각의 스타트 선의 결선과 엔드 선의 중성점(COM) 형성을 위한 Y-결선을 진행할 때, 결선용 보조 인쇄회로기판(PCB)의 사용이 필요하다.
본 발명은 이러한 종래 문제점을 감안하여 고안된 것으로, 그 목적은 임펠러를 구동하는 전동기가 3상 구동방식의 BLDC 모터인 경우, 보조 인쇄회로기판(PCB)을 사용하지 않고 단일의 다층 인쇄회로기판(PCB)을 사용하여 U,V,W 3상 코일의 병렬회로 결선, Y-결선방식의 중성점 형성 및 모터구동회로를 동시에 구현할 수 있는 모터구동회로 및 이를 이용한 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단일의 다층 인쇄회로기판(PCB)의 중앙부에 모터구동회로의 구현에 필요한 전자부품이 실장되는 전자부품 장착영역을 배치하고, 전자부품 장착영역의 외곽에 U,V,W 3상 코일의 병렬회로 결선과 Y-결선방식의 중성점 형성을 구현할 수 있는 비아홀영역과 연결패턴영역을 배치함에 의해 보조 인쇄회로기판(PCB)의 사용을 배제할 수 있는 모터구동회로 및 이를 이용한 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다층 인쇄회로기판(PCB)의 최상층과 최하층의 중앙부에 전자부품 장착영역을 배치하고, 전자부품 장착영역의 외곽에 U,V,W 3상 코일의 스타트선의 병렬회로 결선이 이루어지는 복수의 도전패턴이 형성된 연결패턴영역을 배치하며, 연결패턴영역의 외곽에 3상 코일의 스타트선과 엔드선이 연결되는 비아홀영역을 배치하고, 상기 인쇄회로기판(PCB)의 제2층 및 제3층의 제1영역에 형성된 6개 비아홀을 6개 엔드선과 연결시킴에 의해 Y-결선방식의 중성점(NP) 형성을 쉽게 구현할 수 있는 모터구동회로 및 이를 이용한 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 로터와 스테이터 사이에 후막의 방수 격벽을 이용하여 분리하면서 로터와 대향한 스테이터 코어의 표면에는 초박막의 방수 코팅막에 의해 방수 처리함에 의해 에어갭(air gap)을 최소한으로 줄이는 것이 가능하여 비희토류 자석인 페라이트 자석을 사용할지라도 희토류 자석을 사용한 전동기와 동등한 효율과 토크 증대를 도모할 수 있는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기는 일측에 실링상태의 하부공간을 구비하고 타측에 유체가 도입되는 유입구와 도입된 유체가 배출되는 배출구가 유체 흐름 통로를 통하여 연결된 펌프 하우징; 상기 유체 흐름 통로에 회전 가능하게 지지된 로터; 복수의 티스에 U,V,W 3상 코일이 각각 복수로 분할되어 권선되어 있으며, 상기 하부공간에 배치되어 회전자기장을 발생하여 상기 로터를 회전 구동하기 위한 스테이터; 및 상기 스테이터의 하부에 배치되는 다층 인쇄회로기판(PCB)에 실장되어 상기 U,V,W 3상 코일에 구동전류를 인가하도록 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결되고, U,V,W 3상 코일의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하도록 상호 연결되는 모터구동회로;를 포함하며, 상기 다층 인쇄회로기판(PCB)은, 최외곽에 배치되어 복수의 도전성 비아홀이 형성되어 있으며, 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선을 인쇄회로기판(PCB)으로 도입하여 연결되는 비아홀영역; 상기 비아홀영역의 내측에 배치되며 상기 U,V,W 3상 코일을 각 상별로 병렬접속회로를 구성하도록 상기 복수의 도전성 비아홀로 도입된 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선을 선택적으로 상호 연결하기 위한 복수의 도전패턴이 형성된 연결패턴영역; 및 상기 연결패턴영역의 내측에 위치하며 상기 모터구동회로를 형성하는 복수의 전자부품이 실장되어 있으며, 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선이 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결된 전자부품 장착영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다층 인쇄회로기판(PCB)은 최상층, 제2층, 제3층 및 최하층을 포함하며, 상기 복수의 도전성 비아홀은 인쇄회로기판(PCB)의 최상층으로부터 최하층까지 연장되어 있고, 상기 연결패턴영역에 형성된 복수의 도전패턴은 상기 최상층, 제2층 및 최하층에 배치되어 있으며, 상기 복수의 도전성 비아홀로 도입된 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 상기 최상층과 최하층에 배치된 복수의 도전패턴에 선택적으로 연결되어 상기 복수의 코일은 U,V,W 각 상별로 병렬접속회로를 구성할 수 있다.
또한, 상기 U,V,W 3상 코일 각각의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하도록 상기 제2층 및 제3층 각각은 비아홀영역과 연결패턴영역이 통합된 도전성 제1영역이 상기 U,V,W 3상 코일의 엔드선과 연결된 복수의 도전성 비아홀과 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선이 연결된 도전성 비아홀은 상기 도전성 제1영역과 전기적으로 분리된 아일랜드 홀을 형성할 수 있다.
상기 전동기는 12폴(pole)-9슬롯(slot) 구조의 BLDC 모터로 이루어지며, 상기 스테이터의 U,V,W 3상 코일을 9개 티스에 분할 권선하여 3상 구조의 스테이터 회로를 구성할 때, 9개 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선은 각각 상기 인쇄회로기판(PCB)의 비아홀영역에 구비된 18개의 도전성 비아홀을 통과한 후 솔더링에 의해 연결되고, 상기 9개 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 최상층, 제2층 및 최하층의 상기 연결패턴영역에 형성된 제1 내지 제6 도전패턴을 이용하여 각 상별로 병렬접속회로를 형성하며, 상기 9개 U,V,W 3상 코일의 엔드선은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 제2층 및 제3층에 구비된 비아홀영역과 연결패턴영역이 통합된 도전성 제1영역과 연결되어 Y-결선방식으로 중성점(NP)을 형성할 수 있다.
상기 최상층의 연결패턴영역에 형성된 상기 제1도전패턴은 W상 제3코일의 스타트선으로부터 제2코일의 스타트선까지를 커버하는 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 W상 제3코일의 스타트선, 제1코일의 스타트선 및 제2코일의 스타트선의 도전성 비아홀은 상기 제1도전패턴에 연결되어 W상 제1 내지 제3 코일의 스타트선은 병렬접속이 이루어지고, 상기 제1도전패턴의 일측 연장부는 전자부품 장착영역에 배치된 인버터 회로의 W상 출력단자와 연결될 수 있다.
또한, 상기 최상층의 연결패턴영역에 형성된 제2도전패턴은 U상 제2코일의 스타트선과 전자부품 장착영역에 배치된 인버터 회로의 U상 출력단자를 연결하며, 상기 제2도전패턴에는 최하층과 연결되는 제1방열 비아(Via) 패턴을 구비하고, 상기 제2층에 형성된 U상 제3코일의 스타트선이 연결되는 도전성 비아홀로부터 연장된 제4도전패턴의 연장부는 최하층과 연결되는 제2방열 비아(Via) 패턴을 구비하며, 상기 최하층의 연결패턴영역에 형성된 상기 제6도전패턴은 전체적으로 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어지며, 상기 연결패턴영역에 U상 제1코일의 스타트선에 연결된 중간부분의 일부가 배치되고, 상기 중간부분으로부터 전자부품 장착영역으로 진입한 일측의 제1연장부는 상기 제2층에 형성된 제4도전패턴의 연장부에 대응하는 위치까지 뻗어 있고, 타측의 제2연장부는 상기 최상층에 형성된 제2도전패턴과 연결된 인버터 회로의 U상 출력단자에 대응하는 위치까지 뻗어 있으며, 상기 타측의 제2연장부는 제1방열 비아(Via) 패턴을 통하여 상기 U상 제2코일의 스타트선과 U상 제1코일의 스타트선을 연결하고, 상기 제6도전패턴의 제1연장부는 상기 제2방열 비아(Via) 패턴을 통하여 상기 제2층에 형성된 제4도전패턴의 연장부와 연결되어, 상기 제2도전패턴, 제4도전패턴 및 제6도전패턴에 의해 U상 제1 내지 제3 코일의 스타트선은 병렬접속이 이루어질 수 있다.
더욱이, 상기 최상층의 연결패턴영역에 형성된 제3도전패턴은 V상의 제2코일의 스타트선과 전자부품 장착영역에 배치된 인버터 회로의 V상 출력단자를 연결하고, 상기 최하층의 연결패턴영역에 형성된 상기 제5도전패턴은 V상 제2코일의 스타트선으로부터 제3코일의 스타트선까지를 커버하는 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 V상 제2코일의 스타트선, 제1코일의 스타트선 및 제3코일의 스타트선의 도전성 비아홀은 순차적으로 상기 제5도전패턴에 연결되어, V상 제1 내지 제3 코일의 스타트선은 병렬접속이 이루어질 수 있다.
상기 9개 U,V,W 3상 코일은 U상에 할당된 3개 코일, V상에 할당된 3개 코일 및 W상에 할당된 3개 코일이 각 상별로 교대로 배치되어 있으며, 상기 비아홀영역에는 18개의 도전성 비아홀에 상기 9개 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선이 쌍으로 인접하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 전자부품 장착영역은 상기 모터구동회로의 제어부 역할을 하는 집적회로(IC) 칩으로 이루어진 콘트롤러가 실장되는 제어칩 실장영역; 상기 인버터 회로를 형성하는 3쌍의 전력 스위칭 트랜지스터가 각각 토템폴 접속되어 있으며, 3개의 토템플 접속단자로부터 상기 스테이터 코일에 U,V,W 3상 구동전류를 인가하는 U,V,W 출력단자가 배치된 인버터 회로영역; 및 상기 모터구동회로의 전원을 공급하는 전원공급부가 배치된 전원공급영역;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기는 상기 펌프 하우징의 내부에 배치되어 상기 로터와 스테이터를 분리시키기 위한 방수 격벽;을 더 포함하며, 상기 스테이터는 선단부가 상기 방수 격벽에 유체 흐름 통로에 노출되도록 매입되어 있는 복수의 티스를 구비하고, 상기 유체 흐름 통로에 노출된 복수의 티스의 선단부에는 상기 방수 격벽보다 박막으로 이루어진 방수 코팅막이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기는 상기 펌프 하우징의 내부에 배치되어 상기 로터와 스테이터를 분리시키기 위한 방수 격벽을 더 포함하며, 상기 스테이터는 상기 로터의 자석과 대향하여 배치되도록 동일한 원주상에 축방향과 평행하게 환형으로 배열되어 있는 복수의 티스 및 상기 복수의 티스와 직각으로 연결되어 자기회로를 형성하는 백요크를 포함하는 스테이터 코어를 구비하며, 상기 복수의 티스의 선단부는 상기 방수 격벽에 매입되어 있으며 상기 유체 흐름 통로에 노출되는 것을 차단하도록 상기 방수 격벽보다 박막으로 이루어진 방수 코팅막이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기는 일측에 실링상태의 하부공간을 구비하고 타측에 유체가 도입되는 유입구와 도입된 유체가 배출되는 배출구가 유체 흐름 통로를 통하여 연결된 펌프 하우징; 상기 유체 흐름 통로에 회전 가능하게 지지된 로터; 복수의 티스에 U,V,W 3상 코일이 각각 복수로 분할되어 권선된 복수의 코일을 구비하며, 상기 하부공간에 배치되어 회전자기장을 발생하여 상기 로터를 회전 구동하기 위한 스테이터; 및 상기 스테이터의 하부에 배치되는 다층 인쇄회로기판(PCB)에 실장되어 상기 U,V,W 3상 코일에 구동전류를 인가하도록 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결되고, U,V,W 3상 코일의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하도록 상호 연결되는 모터구동회로;를 포함하며, 상기 다층 인쇄회로기판(PCB)은 상기 모터구동회로를 형성하는 복수의 전자부품이 실장된 최상층, 제2층, 제3층 및 최하층이 순차적으로 적층되어 있으며, 최외곽에 배치되어 상기 최상층으로부터 최하층까지 연장되는 복수의 도전성 비아홀이 형성되어 있으며, 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선을 인쇄회로기판(PCB)으로 도입하여 연결되는 비아홀영역; 상기 비아홀영역의 내측에 배치되며 상기 U,V,W 3상 코일을 각 상별로 병렬접속회로를 구성하도록 상기 복수의 도전성 비아홀로 도입된 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선을 선택적으로 상호 연결하기 위한 복수의 도전패턴이 형성된 연결패턴영역; 및 상기 연결패턴영역의 내측에 위치하며 상기 모터구동회로를 형성하는 복수의 전자부품이 실장되어 있으며, 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선이 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결된 전자부품 장착영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연결패턴영역에 형성된 복수의 도전패턴은 상기 최상층과 최하층에 배치되어 있으며, 상기 복수의 도전성 비아홀로 도입된 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 상기 최상층과 최하층에 배치된 복수의 도전패턴에 선택적으로 연결되어 상기 복수의 코일은 U,V,W 각 상별로 병렬접속회로를 구성할 수 있다.
또한, 상기 U,V,W 3상 코일 각각의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하도록 상기 제2층 및 제3층 각각은 비아홀영역과 연결패턴영역이 통합된 도전성 제1영역이 상기 U,V,W 3상 코일의 엔드선과 연결된 복수의 도전성 비아홀과 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선이 연결된 도전성 비아홀은 상기 도전성 제1영역과 전기적으로 분리된 아일랜드 홀을 형성할 수 있다.
더욱이, 상기 전동기는 8폴(pole)-6슬롯(slot) 구조의 BLDC 모터로 이루어지며, 상기 스테이터의 U,V,W 3상 코일을 6개 티스에 분할 권선하여 3상 구조의 스테이터 회로를 구성할 때, 6개 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선은 각각 상기 인쇄회로기판(PCB)의 비아홀영역에 구비된 12개의 도전성 비아홀을 통과한 후 솔더링에 의해 연결되고, 상기 6개 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 최상층 및 최하층의 상기 연결패턴영역에 형성된 제1 내지 제4 도전패턴을 이용하여 각 상별로 병렬접속회로를 형성하며, 상기 6개 U,V,W 3상 코일의 엔드선은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 제2층 및 제3층에 구비된 비아홀영역과 연결패턴영역이 통합된 도전성 제1영역과 공통 연결되어 Y-결선방식으로 중성점(NP)을 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 스테이터의 하부에 배치되는 인쇄회로기판(PCB)에 실장되어 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결되고, 상기 U,V,W 3상 코일의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하는 워터 펌프용 전동기의 모터구동회로로서, 상기 인쇄회로기판(PCB)은, 최외곽에 배치되어 복수의 도전성 비아홀이 형성되어 있으며, 상기 스테이터의 복수의 티스 각각에 권선된 복수의 코일의 스타트선과 엔드선을 인쇄회로기판(PCB)으로 도입하여 선택적으로 연결되는 비아홀영역; 상기 비아홀영역의 내측에 배치되며 상기 복수의 코일을 각 상별로 병렬접속회로를 구성하도록 복수의 코일의 스타트선과 엔드선을 상호 연결하기 위한 복수의 도전패턴이 형성된 연결패턴영역; 및 상기 연결패턴영역의 내측에 위치하며 상기 모터구동회로를 형성하는 각종 전자부품이 실장된 전자부품 장착영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 임펠러를 구동하는 전동기가 3상 구동방식의 BLDC 모터인 경우, 보조 인쇄회로기판(PCB)을 사용하지 않고 단일의 다층 인쇄회로기판(PCB)을 사용하여 U,V,W 3상 코일의 병렬회로 결선, Y-결선방식의 중성점 형성 및 모터구동회로를 동시에 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 다층 인쇄회로기판(PCB)의 중앙부에 모터구동회로의 구현에 필요한 각종 전자부품이 실장되는 전자부품 장착영역을 배치하고, 전자부품 장착영역의 외곽에 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선의 결선이 이루어지는 복수의 도전패턴이 형성된 연결패턴영역과 3상 코일의 스타트선과 엔드선이 연결되는 비아홀영역을 배치함에 의해 복수의 도전패턴을 이용하여 U,V,W 3상 코일의 직/병렬 회로 결선과 Y-결선방식의 중성점을 쉽게 구현할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 상기 다층 인쇄회로기판(PCB)에서 중앙부에 모터구동회로의 구현에 필요한 각종 전자부품이 실장되는 전자부품 장착영역을 배치하고, 스테이터의 U,V,W 3상 코일이 각각 스테이터 코어의 티스에 권선된 후, 각각의 스타트선과 엔드선이 복수의 도전성 비아홀을 통과한 후 솔더링되어 고정이 이루어지는 비아홀영역이 인쇄회로기판(PCB)의 최외곽에 배치된다.
또한, 상기 비아홀영역과 전자부품 장착영역 사이에 배치되는 연결패턴영역에 복수의 도전패턴을 배치할 때, U,V,W 3상 코일의 직렬연결 또는 병렬연결 회로 구성 여부와 Y-결선방식의 중성점 형성을 고려하여 다층 구조의 인쇄회로기판(PCB)의 각층에 복수의 도전패턴을 배치하고 비아홀영역에 위치한 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선을 연결함에 의해, 단일의 다층 인쇄회로기판(PCB)을 사용하여 3상 코일의 결선과 모터구동회로를 구현할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 다층 인쇄회로기판(PCB)의 최상층과 최하층의 중앙부에 전자부품 장착영역을 배치하고, 전자부품 장착영역의 외곽에 U,V,W 3상 코일의 스타트선의 병렬회로 결선이 이루어지는 복수의 도전패턴이 형성된 연결패턴영역을 배치하며, 연결패턴영역의 외곽에 3상 코일의 스타트선과 엔드선이 연결되는 비아홀영역을 배치하고, 상기 인쇄회로기판(PCB)의 제2층 및 제3층의 제1영역에 형성된 6개 비아홀을 6개 엔드선과 연결시킴에 의해 Y-결선방식의 중성점(NP) 형성을 쉽게 구현할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 로터와 스테이터 사이에 후막의 방수 격벽을 이용하여 분리하면서 로터와 대향한 SMC(Soft Magnetic Composites) 타입의 스테이터 코어(티스)의 표면에는 초박막의 방수 코팅막에 의해 방수 처리함에 의해 에어갭(air gap)을 최소한으로 줄이는 것이 가능하여 비희토류 자석인 페라이트 자석을 사용할지라도 Nd를 포함하는 희토류 자석을 사용한 전동기와 동등한 효율과 토크 증대를 도모할 수 있다.
종래의 워터 펌프에서 로터와 스테이터를 분리하기 위해 설치되는 방수 격벽은 중앙부에 로터의 지지축을 지지하는 역할도 동시에 수행하여야 하므로 예를 들어, PPS와 같은 수지로 이루어지는 방수 격벽은 0.9mm 두께로 형성되어야 하고 두께를 줄이는 데 한계가 있다.
그러나, SMC(Soft Magnetic Composites) 타입의 스테이터 코어(티스)의 표면을 초박막의 방수 코팅막에 의해 방수 처리하는 경우 방수 코팅막은 0.2mm 두께로 형성하는 것이 가능하여 후막의 방수 격벽 구조와 비교하여 에어갭(air gap)을 크게 줄이는 것이 가능하여 희토류 자석과 비교하여 상대적으로 자석밀도가 낮은 페라이트(Ferrite) 자석을 사용하는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 본 발명의 전동기는 방수 격벽을 사이에 두고 페라이트(Ferrite) 자석을 사용하는 로터와 스테이터가 대향한 액시얼 갭 타입으로서, 희토류 자석과 같은 별도의 자석 방수 구조가 필요없이 오픈(open) 구조로 사용할 수 있다. 즉, 페라이트 자석은 주성분이 철(Fe)의 산화물이므로 잘 녹슬지 않기 때문에 희토류 자석(Nd 자석)을 사용할 때와 다르게 물에 노출되는 자석의 표면에 방수 구조를 고려할 필요가 없다. 따라서, 로터에 페라이트 자석을 채용하는 경우 물과 접촉하는 부분에 방수 구조가 필요없어 에어갭(air gap)을 더 줄일 수 있다. 이러한 에어갭의 축소는 스테이터 코어와 로터의 자석 사이의 누설자속을 최소화시키므로 전동기 효율 증대를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액시얼 갭 타입 전동기를 이용한 워터 펌프의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 워터 펌프의 정면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B 선 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 워터 펌프의 어셈블리별 분해사시도 및 완전 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 액시얼 갭 타입 전동기에서 모터구동회로의 인버터 회로와 9 슬롯(slot) 구조의 U,V,W 3상 코일의 상호 연결관계를 타나낸 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 모터구동회로용 다층 인쇄회로기판(PCB)의 하부면을 나타낸 패턴도의 일예이다.
도 8a 내지 도 8d는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 9 슬롯(slot) 구조의 스테이터를 채용한 전동기에서 모터구동회로용 다층 인쇄회로기판(PCB)의 각층의 도전패턴을 나타낸 패턴도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 액시얼 갭 타입 전동기에서 모터구동회로의 인버터 회로와 6 슬롯(slot) 구조의 U,V,W 3상 코일의 상호 연결관계를 타나낸 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 모터구동회로용 다층 인쇄회로기판(PCB)의 하부면을 나타낸 패턴도의 일예이다.
도 11a 내지 도 11d는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 6 슬롯(slot) 구조의 스테이터를 채용한 전동기에서 모터구동회로용 다층 인쇄회로기판(PCB)의 각층의 도전패턴을 나타낸 패턴도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명의 비희토류 자석을 채용한 액시얼 갭 타입 전동기는 종축형 전동기로 구현될 수 있으며, 워터 펌프(EWP), 컴프레셔, 오일 펌프 등에 적용될 수 있다.
이하의 설명에서는 액시얼 갭 타입 전동기가 워터 펌프(EWP)에 적용되는 것을 예를 들어 설명한다.
도 1 내지 도 5b를 참고하면, 본 발명에 따른 액시얼 갭 타입 전동기를 이용한 워터 펌프(EWP)(200)는 크게 펌프 하우징(10), 액시얼 갭 타입 전동기(100), 임펠러(20) 및 드라이버(50)를 포함하고 있다.
상기 펌프 하우징(10)은 일측단 중앙에 냉각수와 같은 유체가 도입되는 유입구(11a)가 배치되고 타측단 일측에 도입된 유체가 배출되는 배출구(11b)가 연장 형성되어 있으며, 타측단 중앙부는 개방되어 있는 펌프 커버(11)와, 상기 펌프 커버(11)의 개방부를 커버링하여 펌프 커버(11) 내부에 유체 흐름 통로(P)를 형성하며, 상기 유체 흐름 통로(P)의 외부에 하부공간(15)을 갖도록 반전된 컵 형상으로 이루어지는 바디 케이스(12)와, 상기 바디 케이스(12) 내부의 밀폐된 하부공간(15)을 형성하여 전동기(100)의 스테이터(40)와 스테이터(40)를 구동하기 위한 드라이버(50)가 내장되며, 바디 케이스(12)의 하단에 결합되는 어퍼 커버(13)를 포함하고 있다.
상기 펌프 커버(11)와 바디 케이스(12)는 바람직하게는 원통형상으로 이루어져 있고, 상호 고정 결합구조를 가지고 있다.
상기 펌프 커버(11)와 바디 케이스(12) 사이에는 상호 고정 결합을 위해 예를 들어, 4개의 고정용 연장부(11c,12a)가 돌출되어 있고, 고정용 연장부(11c,12a)의 중앙에 형성된 결합구멍에 고정나사 또는 고정볼트의 체결이 이루어진다.
상기 4개의 고정용 연장부(11c,12a) 중 바디 케이스(12)의 하나의 고정용 연장부(12a)에는 상기 펌프 커버(11)의 고정용 연장부(11c)와 결합위치를 정렬시키기 위한 정렬요홈(12i)이 형성되고, 상기 펌프 커버(11)의 고정용 연장부(11c)에는 상기 정렬요홈(12i)에 결합되는 결합돌기가 형성되어 있다.
또한, 상기 펌프 커버(11)와 바디 케이스(12) 사이에는 각각의 플랜지에 원형의 돌출부와 원형의 요홈(12h)이 형성되어 있으며, 상기 요홈(12h)에는 실링용 O-링이 삽입되어 있다.
더욱이, 상기 상기 바디 케이스(12)와 어퍼 커버(13) 사이에는 상호 고정 결합을 위해 예를 들어, 4개의 고정용 연장부(12b,13a)가 돌출되어 있고, 고정용 연장부(12b,13a)의 중앙에 형성된 결합구멍에 고정나사 또는 고정볼트의 체결이 이루어진다.
또한, 상기 바디 케이스(12)와 어퍼 커버(13) 사이의 결합부에도 O-링이 삽입되어 하부공간(15)의 실링상태를 유지할 수 있다. 또한, 상기 바디 케이스(12)와 어퍼 커버(13) 사이의 결합부는 레이저 용접방법을 이용하여 접합시키는 방법으로 보다 완벽한 실링상태를 실현하는 것도 가능하다.
상기 어퍼 커버(13)의 하부면에는 외부로부터 드라이버(50)에 대한 구동신호를 인가하기 위한 터미널단자가 배치되는 콘넥터 하우징(13b)이 연장되어 있다.
상기 펌프 하우징(10)을 형성하는 펌프 커버(11), 바디 케이스(12) 및 어퍼 커버(13)는 예를 들어, PPS(Poly Phenylene Sulfide) 등의 수지를 사용하여 형성될 수 있다.
펌프 커버(11)의 유입구(11a)와 배출구(11b) 사이의 절곡 부분의 유체 흐름 통로(P)에는 전동기(100)의 로터(30)가 하측에 일체로 형성되어 있는 임펠러(20)가 배치되어 있다.
또한, 유체 흐름 통로(P)에 임펠러(20)가 배치될 수 있도록 펌프 커버(11)의 개방된 하단은 유입구(11a) 보다 더 넓은 공간을 확보하도록 확장되어 있고, 펌프 커버(11)의 개방된 하단과 대응하는 바디 케이스(12)의 상부에는 요홈 구조를 형성하도록 플랜지가 연장되어 있다.
상기 임펠러(20)는 유입구(11a)로부터 유입되는 냉각수와 같은 유체를 측면에 배치된 배출구(11b)를 통하여 배출하도록 원판 형태의 상판(21)과 하판(22) 사이에 다수의 날개(23)가 방사상으로 배치되어 있다. 상기 상판(21)은 중앙에 관통구멍이 형성되고 상측으로부터 하측으로 직경이 증가하는 상협하광 형상으로 이루어지고, 하판(22)은 로터(30)의 상측과 외곽을 둘러싸는 원형판으로 이루어져 있다. 따라서, 상기 하판(22)은 로터지지체 역할을 하면서 하판(22)과 로터(30)는 인서트 몰딩방법으로 일체화될 수 있다.
또한, 하판(22)의 중앙부에는 베어링 하우징(24)이 돌출 형성되며, 베어링 하우징(24)에는 지지축(60)에 로터(20)를 회전 가능하게 지지하는 슬리브 베어링(61)이 내장 설치되어 있다.
상기 슬리브 베어링(61)은 유체와 접촉이 이루어지는 것을 고려하여 카본 베어링 또는 플라스틱 베어링과 같은 오일레스 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 워터 펌프(200)는 도 3 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 임펠러(20)를 회전 구동하기 위한 구동수단으로서 상기 바디 케이스(12) 내부의 밀폐된 하부공간(15)에 배치된 스테이터(40)와, 바디 케이스(12) 외부의 유체 흐름 통로(P)에 스테이터(40)에 대향하여 배치된 로터(30)를 포함하는 액시얼 갭 타입 전동기(100)를 채용하고 있다.
우선, 로터(30)는 하판(22)의 저면에 링형상의 백요크(31)와 자석(32)이 순차적으로 설치되어 임펠러(20)와 단일체를 구성한다. 로터(30)의 자석(32)은 복수의 N극 및 S극의 분할 자석편으로 이루어지거나 또는 링 형상의 자석에 N극 및 S극이 다극으로 분할 착자된 자석을 사용할 수 있으며, 백요크(31)는 예를 들어, 전기아연도금강판(EGI = Electro Galvanized Iron)을 링 형상으로 타발하여 자석(32)의 배면에 설치하여 자기회로를 형성한다.
상기 바디 케이스(12)의 상부에는 스테이터(40)와 로터(30)를 분리시키기 위한 방수 격벽(12d)이 설치되어 스테이터(40)에 대한 완전 방수 구조를 구현한다. 즉, 바디 케이스(12) 내부의 밀폐된 하부공간(15)에 배치된 스테이터(40)는 방수 격벽(12d)에 의해 물과의 접촉을 완벽하게 차단할 수 있다.
상기 방수 격벽(12d)의 중앙부에는 지지축(60)이 인서트 몰딩 방법으로 일체로 형성되는 지지축 수용부(12e)가 하부공간(15)으로 연장 형성되어 있으며, 지지축(60)에는 로터(30)가 회전 가능하게 지지되어 있다.
상기 지지축 수용부(12e)에는 중앙에 3단계 단차 구조의 요홈(16)이 형성되어 있으며, 요홈(16)의 중앙, 즉 제3단 단차부에 지지축(60)이 설치되어 있고, 요홈(16)의 제1단 및 제2단 단차부에는 슬리브 베어링(61)과 베어링 하우징(62)의 하단부가 각각 지지되어 있다. 이 경우, 요홈(16)의 제2단 단차부에는 슬리브 베어링(61)의 하단부와의 마찰을 최소화하도록 서포트 와셔(62)가 삽입되어 있다.
상기 지지축(60)의 상부에는 와셔(63)가 결합되어 있으며, 상단에는 로터(30)와 임펠러(20)가 지지축(60)으로부터 이탈하는 것을 잡아주기 위한 고정볼트(64)가 체결되어 있다. 상기 고정볼트(64)는 슬리브 베어링(61)을 상부에서 지지하는 와셔(63)의 이탈을 저지한다.
상기 바디 케이스(12)의 상부에 스테이터(40)와 로터(30)를 분리시키기 위한 방수 격벽(12d)은 지지축 수용부(12e)에 형성된 지지축(60)이 로터(30)와 임펠러(20)가 회전될 때 충분한 지지강도를 가질 수 있도록 바디 케이스(12)의 원통부(12c)와 비교할 때 동일하거나 더 두꺼운 두께로 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명에서는 후술하는 바와 같이, 스테이터(40)의 스테이터 코어(45), 즉 티스(41)의 슈(412)와 로터(30)의 자석(32) 사이의 에어갭(air gap)은 종래의 구조보다 크게 축소된 간격을 가지도록 설계되어 있다. 즉, 로터(30)의 자석(32)과 대향하는 티스(41)의 슈(412)의 노출면(412a)에는 약 0.2mm 두께의 초박막의 방수 코팅막(14)이 형성되어 있다.
따라서, 본 발명의 전동기에서 전체적인 에어갭(air gap)은 자석(32)과 방수 격벽(12d) 사이의 최소한의 거리 0.9mm에 방수 코팅막(14)의 두께 0.2mm를 더한 1.1mm로 결정되나, 종래 구조의 에어갭(air gap)은 자석(32)과 방수 격벽(12d) 사이의 최소한의 거리 0.9mm에 방수 격벽(12d)의 두께 0.9mm를 더한 1.8mm로 결정된다.
그 결과, 본 발명의 에어갭(air gap)은 스테이터 코어가 방수 격벽의 내부공간에 배치되는 종래 구조의 에어갭과 비교하여 에어갭이 크게 단축됨에 따라 누설자속도 크게 감소하게 된다.
즉, 본 발명에서는 로터(30)의 자석(32)과 대향하는 티스(41)의 슈(412)의 노출면(412a)에 방수 코팅막(14)을 상대적으로 얇은 두께로 형성함에 의해 이하에 설명하는 바와 같이 로터(30)의 자석(Magnet)을 비희토류 자석인 페라이트(Ferrite) 자석을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 전동기(100)는 초박판의 방수 코팅막(14)을 사이에 두고 로터(30)와 스테이터(40)가 대향한 액시얼 갭 타입으로서, 별도의 자석 방수 구조가 필요한 희토류 자석과 다르게 오픈(open) 구조로 사용할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전동기(100)는 로터(30)의 자석(32)이 페라이트(Ferrite) 자석을 사용하기 때문에 펌프 커버(11) 내부에 유체 흐름 통로(P)를 흐르는 냉각수와 접촉된 상태로 장시간 운영될지라도 녹이 슬지 않아 자석의 성능 하락이 발생하지 않는다.
따라서, 본 발명의 전동기(100)는 자석 방수 구조를 갖는 희토류 자석을 채용하는 종래의 전동기보다 에어갭(air gap)을 더욱 줄여서 효율 증대를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 일반적인 내전형 전동기와 동일 외경을 갖는 종축형 전동기를 적용할 때 로터(30)와 스테이터(40) 사이에 초박판의 방수 코팅막(14)을 이용하여 분리함에 따라 에어갭(air gap)을 줄이는 것이 가능하여 비희토류 자석인 페라이트 자석을 사용할지라도 Nd를 포함하는 희토류 자석을 사용한 전동기와 동등한 자기에너지를 갖는 액시얼 갭 타입 전동기를 구현할 수 있다.
상기 지지축(60)은 바디 케이스(12)의 사출성형시에 상기 방수 격벽(12d)의 중앙부에 일체로 형성된 지지축 수용부(12e)에 지지축(60)의 일부를 삽입한 형태로 몰딩하는 인서트 몰딩(insert molding) 방식으로 일체화하거나, 또는 방수 격벽(12d)의 중앙부에 일체로 형성된 지지축 수용부(12e)에 압입하여 고정될 수 있다. 이 경우, 지지축 수용부(12e)의 일부는 방수 격벽(12d)으로부터 하부공간(15)으로 연장됨에 따라, 충분한 접촉면적을 가지고 지지축(60)의 하단부를 견고하게 지지할 수 있다.
이하에 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 갭 타입 전동기의 스테이터에 대하여 설명한다.
도 3 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 스테이터(40)는 실링상태를 유지하는 하부공간(15)에 방수 격벽(12d)과 초박판의 방수 코팅막(14)과 일체로 형성되어 로터(30)와 축방향으로 대향하여 배치되어 액시얼 갭 타입 전동기를 구성한다.
상기 스테이터(40)는 복수의 티스(41)와 상기 복수의 티스(41)를 상호 연결하여 자기회로를 형성하는 환형의 백요크(42)를 구비하는 스테이터 코어(45)와, 상기 복수의 티스(41) 각각의 외주부에 결합되는 절연성 재질의 복수의 보빈(43)과, 상기 보빈(43)의 외주면에 권선되는 코일(44)을 포함한다.
이 경우, 상기 스테이터 코어(45)의 복수의 티스(41)는 선단부(즉, 슈(shoe)(412))가 각각 로터(30)의 자석(32)과 대향하여 배치되고 바디 케이스(12)의 방수 격벽(12d)에 매입되어 있다.
또한, 방수 격벽(12d)에 매입된 티스(41)의 선단부 즉, 슈(shoe)(412)의 노출면(412a)에는 초박판의 방수 코팅막(14)이 형성되어 있어, 방수 격벽(12d)이 후막으로 형성될지라도 로터(30)의 자석(32)과 대향하는 슈(shoe)(412)의 노출면에는 초박판의 방수 코팅막(14)이 형성된 것이므로, 티스의 선단부가 방수 격벽의 후면에 배치되는 종래 구조보다 에어갭(air gap)을 줄이는 것이 가능하다.
상기 스테이터 코어(45)를 형성하는 복수의 티스(41)는 각각 도 3 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 단면이 "T" 형상으로 이루어지며 연자성 분말(SMC: Soft Magnetic Composites)을 압축 성형하여 제조될 수 있으며, 보빈(43)이 결합되는 코일권선부(410)와 선단부의 슈(shoe)(412) 부분이 로터(30)의 자석(32)과 대향하여 배치되도록 동일한 원주상에 축방향과 평행하게 환형으로 배열되어 있다.
상기 티스(41)는 연자성 분말(SMC)로서 자기 투자율이 높고, 낮은 보자력 및 높은 포화자기 유도를 가진 등방성 자기재료, 예를 들어, Fe-Ni, Fe-Co, Fe-Si 합금 분말을 사용할 수 있다. 이러한 연자성 분말(SMC)로 티스(41)를 압축 성형 또는 압출 성형 방법으로 제조하면 3D 구조로 형성이 가능하고 티스(41)는 등방성 성질을 갖는다.
본 발명의 티스(41)는 연자성 분말(SMC)의 압축 성형 이외에 투자율이 높은 비정질 금속 분말과 바인더를 혼합하여 성형하거나, 또한 비정질 금속 분말, 구형 연자성 분말(SMC) 및 바인더를 소정 비율로 혼합하여 성형할 수 있다. 이 경우, 비정질 금속 분말을 100% 사용하는 경우에 비하여 구형 연자성 분말(SMC)을 소정 비율 혼합하는 경우가 고압 소결의 어려움을 해소할 수 있으며, 투자율을 높일 수 있다.
연자성 분말(SMC)로 티스(41)를 압축 성형하는 방법은 로터(30)의 자석(32)과 대향하는 티스(41)의 선단부, 즉, 슈(412) 부분에 곡면 형성에 필요한 “라운딩(R)"을 쉽게 형성할 수 있어 중요하다.
본 발명의 스테이터 코어(45)는 상기한 레이디얼 갭 타입(Radial gap type) 전동기의 스테이터 코어와 다르게 액시얼 갭 타입의 전동기에 적용하는 것으로, 복수의 티스(41)와 백요크(42)가 직각으로 연결되는 구조이므로 복수의 티스와 백요크를 일체화된 박판 적층체로 구성하는 것이 불가능하다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 스테이터 코어(45)는 복잡한 3D 형상을 갖는 티스(41)는 연자성 분말(SMC)을 압축 성형하여 제조하고, 백요크(42)는 종래와 같이 전기강판(실리콘 강판)을 타발 성형하여 준비한 후, 도 3 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 백요크(42)의 복수의 조립구멍(42a)에 복수의 연자성 분말(SMC) 티스(41)를 조립하여 얻어질 수 있다.
상기 "T" 형상으로 이루어지는 복수의 티스(41)는 각각 연자성 분말(SMC)을 압축 성형하여 제조됨에 따라 코어 형상에 “라운딩(R)"을 쉽게 형성하여 이상적인 사인 곡선(sine curve)에 근접한 백 EMF(Back Electromotive Force) 파형이 얻어지도록 할 수 있으며(왜곡률: 0.5%), 그 결과 전동기 회전에 따른 소음 및 진동 발생을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 스테이터 코어(45)는 복수의 분할형 티스(41)와 백요크(42)가 직각으로 연결되는 구조로서 종축형 전동기에 특화된 것이며, 스테이터 코어(45)의 티스(41)는 일반 전기강판이 아닌 SMC(Soft Magnetic Composites)를 적용하여 전동기에서 발생되는 철손(Core Loss)을 최소화하도록 티스 형상에 “라운딩(R)"을 도입함에 의해 코어(티스) 형태를 최적화할 수 있다.
상기 복수의 분할형 티스(41)는 각각 도 5b에 도시된 바와 같이, 코일이 권선되는 코일권선부(410)와 코일권선부(410)의 선단부에 코일권선부(410)보다 넓은 면적으로 확장되어 로터(30)의 자석(32)과 대항하는 슈(412)를 포함하고 있다. 상기 코일권선부(410)와 슈(412)는 각각 단면이 사다리꼴 형상으로 이루어져 있다.
상기 코일권선부(410)는 대략 3각형 기둥을 이루고 있고, 슈(412)는 대략 4각형 기둥을 이루고 있으며, 슈(412)와 코일권선부(410)의 각 측면과 측면의 경계부인 모서리에는 “라운딩(R)" 처리하여 곡면으로 형성되어 있다.
이러한 측면과 측면의 경계부인 모서리를 “라운딩(R)" 처리하여 곡면으로 형성하는 것은 연자성 분말(SMC)로 압축 성형하여 티스(41)를 형성할 때 모서리 부분의 성형 용이성을 부여할 수 있다.
상기 복수의 분할형 티스(41)는 바디 케이스(12)를 사출 성형할 때 인서트 몰딩방법으로 슈(412) 부분이 방수 격벽(12d) 부분에 미리 설정된 간격을 두고 배치되어 일체화되고 있다. 상기 바디 케이스(12)의 방수 격벽(12d) 부분을 사출 성형시에 방수 격벽(12d)이 단턱부까지 형성되어 티스(41)가 대향한 부분의 자석(32)의 자력(磁力)에 의해 이탈하는 것을 잡아주는 역할을 한다.
상기 복수의 보빈(43)은 각각 중앙에 티스(41)의 코일권선부(410)가 삽입되는 관통구멍이(432)이 형성되고 외주에 코일(44)이 권선되는 코일권선용 몸통(430)과, 상기 몸통(430)의 양단부에 코일(44)이 권선될 영역을 한정하도록 상부 및 하부 플랜지(431a,431b)가 형성되어 있다.
또한, 코일권선부(410)의 하측에 배치되는 하부 플랜지(431b)에는 코일(44)의 스타트선(44a)과 엔드선(44b)을 일회전 감아서 고정시킨 후 일정한 간격으로 정렬시키기 위한 제1 및 제2 정렬용 가이드 돌기(434,435)가 각각 "U"자 형태로 돌출되어 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 보빈(43)에 제1 및 제2 정렬용 가이드 돌기(434,435)를 형성하여 상기 코일(44)의 스타트선(44a)과 엔드선(44b)을 정렬하여 연장시키는 것은 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d)을 스테이터(40)의 하측에 결합되는 인쇄회로기판(PCB)(51)의 비아홀영역(57a)에 형성된 도전성 비아홀(53)을 통과하여 조립할 때 조립생산성을 위해 매우 증요하다.
상기 복수의 티스(41)의 후단부에는 박판으로 이루어진 복수의 전기강판(실리콘 강판)이 적층되어 형성되고 복수의 티스(41)와 결합되어 자기회로를 형성하는 소정의 폭을 갖는 환형의 백요크(42)가 결합되어 있다.
상기 백요크(42)는 종래와 같이 전기강판(실리콘 강판)을 타발 성형하여 준비한 후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 백요크(42)의 복수의 조립구멍(42a)에 복수의 연자성 분말(SMC) 티스(41)를 조립하여 얻어질 수 있다.
또한, 상기 백요크(42)의 외주부에는 중앙에 관통구멍이 형성된 복수의 돌기(42b)가 형성되어 있으며, 먼저 티스(41)의 코일권선부(410)에 코일(44)이 권선된 보빈(43)을 결합한 후, 코일권선부(410)의 하단부를 백요크(42)의 조립구멍(42a)에 결합하고 복수의 보빈(43)과 백요크(42)의 조립체가 이탈하는 것을 방지하도록 복수개 돌기(42b)의 관통구멍에 고정나사 또는 고정볼트를 체결하여 바디 케이스(12)의 고정돌기(12f)에 고정한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기(100)는 스테이터(40)가 펌프 커버(11) 내부의 유체 흐름 통로(P)와 완전히 분리된 방수 공간인 바디 케이스(12) 내부의 하부공간(15)에 배치되고, 로터(30)는 임펠러(20)와 일체로 형성되어 유체 흐름 통로(P)에 배치되어 있으며, 스테이터(40)와 로터(30)는 후막의 방수 격벽(12d)에 의해 분리된 구조를 가지고 있다.
본 발명에서는 로터(30)의 자석(32)과 대향하는 스테이터(40)의 티스(41)가 연자성 분말(SMC)로 이루어져 있으며 슈(shoe)(412)의 노출면(412a)에는 초박막의 방수 코팅막(14)이 형성된 것으로, 바디 케이스(12)의 후막의 방수 격벽(12d) 사이에 인서트 몰딩되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기(100)는 스테이터(40)와 로터(30) 사이의 에어갭(air gap)은 자석 방수 구조가 필요없이 오픈(open) 구조를 갖는 자석(32)과 티스(41)의 선단 노출면(412a)에 형성된 초박막의 방수 코팅막(14)에 의해 설정된다.
그 결과, 본 발명의 전동기(100)는 후막의 방수 격벽(12d) 내측에 티스의 선단부가 배치된 종래 전동기와 비교하여 에어갭(air gap)을 최소한으로 줄이는 것이 가능하여 누설자속을 최소화할 수 있어 비희토류 자석인 페라이트 자석을 사용할지라도 희토류 자석을 사용한 전동기와 동등한 효율과 토크 증대를 도모할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 액시얼 갭 타입 전동기(100)는 차량 내부의 워터 펌프(200) 제어장치로부터 워터펌프 제어신호가 드라이버(50)에 인가되면, 드라이버(50)는 홀센서(도시되지 않음)로부터 로터의 위치신호를 수신할 때 드라이버(50)로부터 액시얼 갭 타입 전동기(100)의 스테이터 코일(44)에 대한 구동신호를 인가하며, 스테이터(40)는 복수의 티스(41)로부터 회전 자기장이 발생한다.
상기 스테이터(40)의 복수의 티스(41)로부터 회전 자기장이 발생하면, 초박막의 방수 코팅막(14)을 통하여 유체 흐름 통로(P)에 배치된 로터(30)는 임펠러(20)와 함께 지지축(60)을 중심으로 회전이 이루어지며, 그 결과 임펠러(20)의 회전에 따라 펌프 커버(11)의 유입구(11a)로부터 냉각수가 도입되고, 도입된 냉각수는 유체 흐름 통로(P)를 따라 배출구(11b)로 배출된다.
본 발명에서는 유체 흐름 통로(P)의 외부에 배치된 전동기(100)의 스테이터(40)에 의해 유체 흐름 통로(P)의 내부에 배치된 임펠러(20)와 로터(30)를 자기결합방식으로 구동함에 의해 전동기(100)의 스테이터(40)에 대한 완전한 방수를 실현할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 전동기(100)의 스테이터(40)를 유체 흐름 통로(P)와 완전히 격리시킴에 따라 별도의 방수처리를 생략할 수 있고 이로 인해 전동기(100)의 로터(30)와 스테이터(40) 사이의 에어갭을 최적 상태로 설정하여 전동기(100)의 효율화를 도모할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 액시얼 갭 타입 전동기에서 모터구동회로의 인버터 회로와 9 슬롯(slot) 구조의 병렬접속된 U,V,W 3상 코일의 상호 연결관계를 타나낸 회로도이고, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 모터구동회로가 실장된 다층 인쇄회로기판(PCB)의 하부면을 나타낸 패턴도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터(40)의 하부에는 스테이터(40)의 U,V,W 3상 코일(44)에 구동신호를 인가하여 회전자계를 발생시키기 위한 드라이버(50)가 설치되어 있다. 상기 드라이버(50)는 모터구동회로를 형성하는 각종 전자부품(54)이 실장된 인쇄회로기판(PCB)(51)에 의해 구현되고 있다.
상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 외주에는 인쇄회로기판(PCB)(51)을 바디 케이스(12)에 고정시키기 위한 3개의 관통구멍(52)이 균등한 간격으로 형성되어 있다.
상기 바디 케이스(12)의 원통부(12c) 내주에는 6개의 고정나사 또는 고정볼트 체결용 고정돌기(12f)가 돌출되어 있다. 고정돌기(12f)의 중앙에는 고정나사 또는 고정볼트 체결용 암나사산이 형성되어 있다.
6개의 고정돌기(12f) 중 3개는 백요크(42)를 고정시키는 데 사용되고, 나머지 3개는 인쇄회로기판(PCB)(51)을 고정시키는 데 사용된다.
본 발명에 따른 워터 펌프(200)는 액시얼 갭 타입 전동기(100)가 예를 들어, 12폴(pole)-9슬롯(slot) 또는 8폴(pole)-6슬롯(slot) 구조의 BLDC 모터로 구성될 수 있다.
상기 전동기(100)가 12폴(pole)-9슬롯(slot) 구조인 경우, 스테이터(40)의 코일(44)을 U,V,W 3상 구조로 9개의 티스(41)에 권선하여 스테이터 회로를 구성할 때, U,V,W 각 상마다 3개의 티스(41)에 권선된 3개의 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)이 병렬접속이 이루어지고, 상기 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 엔드선은 Y-결선방식으로 중성점(NP; Neutral Point)을 형성하도록 3상 구동방식의 모터구동회로를 결선하면 도 6과 같이 나타낼 수 있다.
본 발명에서는 스테이터(40)의 각 상의 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)은 각각 3개로 구성되고 병렬접속회로를 구성함에 따라 스테이터 코일(44)의 저항을 최소화할 수 있다.
일반적으로 저항(R)은 길이(l)에 비례하고 단면적(S)에 반비례한다. 따라서, 각 상마다 병렬접속이 이루어진 U,V,W 3상 코일(44)의 전체 저항은 직렬접속 구조와 비교할 때 대략 1/2로 감소하게 된다. 그 결과, 동손(copper loss, coil loss)은 저항 RΩ인 도체에 전류(I)가 흐를 때 (P = I2R)의 에너지가 열로 발생하기 때문에 생기는 현상으로, 에너지 손실은 온도 상승의 원인이 된다.
그 결과, 본 발명에서는 U,V,W 3상 코일(44)의 저항이 작아짐에 따라 저항(resistance)과 동손(coil loss)을 줄여서 코일 온도를 낮추고 효율은 증대시키는 것이 가능하다. 또한, U,V,W 3상 코일(44)의 저항(R)을 낮출 수 있어 순시파워(Instantaneous power)가 요구되는 구동장치에서 전력 상승을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 가는 직경의 와이어를 2가닥 권선방식으로 권선하며, 이에 의해 원하는 코일 턴(turn)수를 확보함에 따라 원하는 고속 RPM을 구현할 수 있어 구동장치의 성능향상을 도모할 수 있게 된다.
도 6을 참고하면, 3상 구동방식 스테이터(40)의 각 상의 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)은 각각 3개로 구성되고 병렬접속회로를 구성할 때, 각 상의 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 스타트(start)선(44a-44c)은 상호 연결되고, 각 상의 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 엔드(end)선(44d)도 Y-결선방식의 중성점(NP; Neutral Point)을 형성하도록 상호 연결되어 있다.
즉, U상에 할당된 코일(U1-U3), V상에 할당된 코일(V1-V3) 및 W상에 할당된 코일(W1-W3)의 각각의 스타트선(44a-44c)은 모터구동회로에 구비된 인버터 회로(55)의 U,V,W 출력단자(Uout,Vout,Wout)에 각각 연결되고, 엔드선(44d)은 모두 공통전극(COM)에 연결되어 중성점(NP; Neutral Point)을 형성한다.
또한, 본 발명에서는 9개 티스(41)에 각각 권선된 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d) 18개는 도 7에 도시된 바와 같이, 스테이터(40)의 하측에 배치되는 원형 인쇄회로기판(PCB)(51)의 외주에 형성된 18개의 도전성 비아홀(53)을 통과하여 다층 인쇄회로기판(PCB)(51)의 하부로 돌출된 후 솔더링에 의해 연결된다.
본 발명의 인쇄회로기판(PCB)(51)은 예를 들어, 4층의 다층기판으로 이루어질 수 있으며, 도 7은 전자부품(54)이 장착되는 최하부면을 나타낸 것이다.
상기 인쇄회로기판(PCB)(51)은 크게 최외곽에 배치된 비아홀영역(57a), 상기 비아홀영역(57a)의 내측에 배치된 연결패턴영역(57b) 및 상기 연결패턴영역(57b)의 내측에 위치한 전자부품 장착영역(57c)의 3개 영역으로 구별될 수 있다.
상기 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)(44)은 U상에 할당된 3개 코일(U1-U3), V상에 할당된 3개 코일(V1-V3) 및 W상에 할당된 3개 코일(W1-W3)이 각 상별로 교대로 배치되어 있다. 이에 따라 비아홀영역(57a)에는 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 18개의 도전성 비아홀(53)에 3개의 U상 코일(U1-U3), 3개의 V상 코일(V1-V3), 3개의 W상 코일(W1-W3)의 스타트선과 엔드선(U3S, U3E; W1S, W1E; V3S, V3E; U1S, U1E; W2S, W2E; V2S, V2E; U2S, U2E; W3S, W3E; V1S, V1E)이 쌍으로 인접하여 배치되어 있다.
상기 비아홀영역(57a)에는 스테이터(40)의 9개 티스(41)에 권선된 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)을 도 6에 도시된 바와 같이, 병렬접속회로 구성을 실현하도록 각 상의 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d)을 인쇄회로기판(PCB)(51)으로 도입하는 역할을 하는 18개의 도전성 비아홀(53)이 관통구멍에 형성되어 있다. 또한, 상기 비아홀영역(57a)에는 인쇄회로기판(PCB)(51)을 고정돌기(12f)에 고정시키는 데 사용되는 3개의 PCB 고정용 관통구멍(52)이 구비되어 있다.
상기 비아홀영역(57a)의 내측에 위치한 상기 연결패턴영역(57b)에는 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 병렬접속회로를 구성하도록 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 스타트선(44a-44c)은 각 상별로 상호 연결하고, 9개 엔드선(44d)은 Y-결선에 필요한 공통전극(COM)을 형성하도록 하나로 상호 연결시키고 있다.
본 발명에서는 다층 인쇄회로기판(PCB)(51)을 이용하여 기판의 각면마다 각 상의 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 스타트선(44a-44c)을 상호 연결하여 병렬접속하는 회로 구성을 실현하기 위해 연결패턴영역(57b)에 도전패턴(56)을 형성하거나, 공통전극(COM)을 형성하기 위해 모든 엔드(end)선(44d)을 연결하는 패턴을 형성한다.
도 7의 연결패턴영역(57b)에 형성된 도전패턴(56)은 도 8a 내지 도 8d를 참고하여 후술하는 바와 같이, 예를 들어, W상의 3개 코일(W1-W3)의 스타트선(44c)을 상호 연결하기 위해 3개의 W상의 도전성 비아홀(53)(W1S,W2S,W3S)을 연결한 것을 나타낸 것이다.
중앙부에 위치한 상기 전자부품 장착영역(57c)에는 예를 들어, 인버터를 이용한 6-스탭방식의 전파구동방식으로 BLDC 모터를 구동하는 데 필요한 모터구동회로를 형성하기 위한 인버터 회로(55)와, 자동차 본체로부터 워터 펌프(200)를 구동하는 데 필요한 엔진 점화와 관련된 이그니션(ignition) 신호(IGN)와 LIN(Local Interconnect Network) 통신신호(LIN)를 수신하여 상기 인버터 회로(55)를 구동하기 위한 구동신호를 발생하여 인가하도록 집적회로(IC) 칩으로 이루어진 콘트롤러(540), 수동소자 등의 전자부품(54)이 실장되어 있다.
이하에 도 8a 내지 도 8d를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 다층 인쇄회로기판(PCB)을 이용한 도 6에 도시된 병렬접속 스테이터 회로의 결선과 Y-결선방식의 중성점(NP; Neutral Point) 형성을 설명한다.
이하의 설명에서는 설명의 편의상 전자부품(54)이 실장되어 있는 인쇄회로기판(PCB)(51)의 하부면을 상부로 배치한 상태로 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판(PCB)(51)은 4층 기판으로 이루어질 때, 전자부품(54)이 장착되는 최상층(Top Layer)(511), 제2층(Layer 2)(512), 제3층(Layer 3)(513) 및 최하층(Bottom Layer)(514)을 포함하고 있다.
상기한 병렬접속 스테이터 회로의 결선과 Y-결선방식의 중성점(NP) 형성을 위한 도전패턴의 결선은 다음 표 1과 같이 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 스테이터 회로는 각 상별로 병렬접속회로 뿐아니라 직렬접속회로를 구성하는 것도 가능하다.
층 구분 결선 포인트 결선 장소

최상층		 U2S-U1S Top-Bottom
W3S-W1S Top
W1S-W2S Top

제2층		 U1S-U3S Bottom-Layer 2
COMMON Layer 2
제3층 COMMON Layer 3


최하층		 U1S-U2S Bottom-Top
U1S-U3S Bottom-Layer 2
V1S-V2S Bottom
V1S-V3S Bottom
먼저, 도 8a를 참고하면, 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 최상층(Top Layer)(511)은 최외곽에 배치되어 18개의 도전성 비아홀(53)이 형성되어 있으며, 9개 티스(41) 각각에 권선된 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d) 18개를 인쇄회로기판(PCB)(51)의 최외곽에 배치된 18개의 도전성 비아홀(53)로 도입하여 연결되는 비아홀영역(57a), 상기 비아홀영역(57a)의 내측에 배치되며 상기 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)을 각 상별로 병렬접속회로를 구성하도록 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d) 18개를 상호 연결하기 위한 도전패턴(56a-56c)이 형성된 연결패턴영역(57b) 및 상기 연결패턴영역(57b)의 내측에 위치하며 상기 모터구동회로를 형성하는 각종 능동 및 수동 전자부품(54)이 실장된 전자부품 장착영역(57c)으로 분할되어 있다.
18개의 도전성 비아홀(53)로 도입된 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d) 18개는 솔더링에 의해 인쇄회로기판(PCB)(51)의 도전성 비아홀(53)에 물리적/전기적으로 연결된 상태를 유지한다.
상기 도전성 비아홀(53)은 인쇄회로기판(PCB)(51)의 최상층(Top Layer)(511)으로부터 최하층(Bottom Layer)(514)까지 연장되어 있으며, 최상층(Top Layer)(511)에 배치된 도전패턴(56a-56c) 및 최하층(Bottom Layer)(514)에 배치된 도전패턴(56d-56f)과 선택적으로 전기적 연결이 이루어진다.
이 경우, 상기 비아홀영역(57a)은 최상층(Top Layer)(511)과 최하층(Bottom Layer)(514)에서 상기 연결패턴영역(57b)에 형성된 도전패턴(56a-56f)과 연결된 10개의 비아홀을 제외한 나머지 8개의 비아홀은 최상층(Top Layer)(511)과 최하층(Bottom Layer)(514)에서 전기적인 연결이 이루어지지 않도록 Cu 박막이 패터닝되어 제거된 상태이다.
상기 최상층(Top Layer)(511)의 연결패턴영역(57b)은 Cu 박막의 패터닝에 의해 3개의 도전패턴(56a-56c)을 남기고 제거되어 있다.
먼저, 도전패턴(56a)은 W상 제3코일(W3)의 스타트선(W3S)으로부터 제2코일(W2)의 스타트선(W2S)까지를 커버하는 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 W상 제3코일(W3)의 스타트선(W3S), 제1코일(W1)의 스타트선(W1S) 및 제2코일(W2)의 스타트선(W2S)의 도전성 비아홀(53)은 상기 도전패턴(56a)에 연결되어 있다. 또한, 상기 도전패턴(56a)의 일단은 전자부품 장착영역(57c)에 배치된 인버터 회로(55)의 W상 출력단자(Wout)에 연결되어 있다. 그 결과, W상 제1 내지 제3 코일(W1-W3)의 3개의 스타트선(44c)은 병렬접속이 이루어진다.
또한, 상기 최상층(Top Layer)(511)의 연결패턴영역(57b)에 형성된 도전패턴(56b)은 U상의 제2코일(U2)의 스타트선(U2S)과 전자부품 장착영역(57c)에 배치된 인버터 회로(55)의 U상 출력단자(Uout)를 연결하며, 도전패턴(56c)은 V상의 제2코일(V2)의 스타트선(V2S)과 전자부품 장착영역(57c)에 배치된 인버터 회로(55)의 V상 출력단자(Vout)를 연결하고 있다.
상기 도전패턴(56b)에는 방열 비아(Via) 패턴(562a)이 형성되어 있다.
상기 도전패턴(56b)에 형성된 방열 비아(Via) 패턴(562a)은 후술하는 바와 같이, 최하층(Bottom Layer)(514)과 연계하여 U상의 제2코일(U2)의 스타트선(U2S)과 U상 제1코일(W1)의 스타트선(U1S)을 연결하는 데 이용될 것이다.
상기 방열 비아(Via) 패턴(562a)은 열전달 특성과 도전성이 우수한 도전성 금속재료를 사용하여 소직경의 복수의 도전성 비아(Via)로 이루어질 수 있으며 인쇄회로기판(PCB)(51)의 4층을 관통하여 형성되는 것으로, 발열성 전자부품으로 분류되는 집적회로(IC) 칩으로 이루어진 콘트롤러(540), 전력 스위칭 트랜지스터(FET1-FET6), 인덕터 등이 실장되는 영역에 형성될 수 있다.
상기 최상층(Top Layer)(511)의 전자부품 장착영역(57c)은 Cu 박막의 패터닝에 의해 각종 능동 및 수동 전자부품(54)이 실장될 때 상기 모터구동회로를 형성하도록 복수의 회로패턴을 남기고 제거되어 있다.
상기 전자부품 장착영역(57c)에 형성된 복수의 회로패턴의 상세한 구조는 설명의 편의상 생략하며, 상기 전자부품 장착영역(57c)은 크게 모터구동회로의 제어부 역할을 하도록 집적회로(IC) 칩으로 이루어진 콘트롤러(540)가 실장되는 제어칩 실장영역(571), 상기 인버터 회로(55)를 형성하는 3쌍의 전력 스위칭 트랜지스터(FET1-FET6)가 각각 토템폴 접속되어 있으며, 3개의 토템플 접속단자(Q1-Q3), 즉 상기 스테이터 코일(44)에 U,V,W 3상 구동전류를 인가하는 U,V,W 출력단자(Uout,Vout,Wout)가 배치된 인버터 회로영역(572) 및 상기 모터구동회로의 전원을 공급하는 전원공급부가 배치된 전원공급영역(573)으로 분할되어 있다.
도 8b를 참고하면, 인쇄회로기판(PCB)(51)의 제2층(Layer 2)(512)은 Cu 박막을 패터닝하여, 상기 비아홀영역(57a)과 연결패턴영역(57b)이 통합된 제1영역(574), 상기 전자부품 장착영역(57c)의 제어칩 실장영역(571)에 대응하는 제2영역(575), 상기 인버터 회로영역(572)과 전원공급영역(573)의 통합된 제3영역(576) 및 도전패턴(56d)으로 분할되어 있다.
이 경우, 상기 비아홀영역(57a)에 형성된 18개의 도전성 비아홀(53) 중 상기 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 9개 엔드선(U1E-U3E,V1E-V3E,W1E-W3E)이 연결된 9개 비아홀은 제1영역(574)과 전기적으로 연결되고, U상 제3코일(W3)의 스타트선(U3S)이 연결되는 비아홀을 제외하고 상기 8개 코일(U1-U2,V1-V3,W1-W3)의 8개 스타트선(U1S-U2S,V1S-V3S,W1S-W3S)이 연결된 8개 비아홀은 아일랜드 홀로서 제1영역(574)과 전기적으로 분리되어 있다.
따라서, 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 제2층(Layer 2)(512)은 9개 엔드선(U1E-U3E,V1E-V3E,W1E-W3E)(44d)이 연결된 9개 비아홀이 제1영역(574)과 전기적으로 공통(COMMON) 연결됨에 따라 Y-결선방식의 중성점(NP) 형성이 이루어진다.
또한, 상기 제2층(Layer 2)(512)에는 U상 제3코일(W3)의 스타트선(U3S)이 연결되는 도전성 비아홀(53)로부터 상기 제1영역(574) 내지 제3영역(576) 사이로 연장부(560)가 뻗어 있는 하나의 도전패턴(56d)이 형성되어 있다.
상기 도전패턴(56d)의 연장부(560)에는 방열 비아(Via) 패턴(560a)이 형성되어 있다. 상기 방열 비아(Via) 패턴(560a)은 열전달 특성과 도전성이 우수한 도전성 금속재료를 사용하여 소직경의 복수의 도전성 비아(Via)로 이루어질 수 있으며 인쇄회로기판(PCB)(51)의 4층을 관통하여 형성되는 것으로, 발열성 전자부품으로 분류되는 집적회로(IC) 칩으로 이루어진 콘트롤러(540), 전력 스위칭 트랜지스터(FET1-FET6), 인덕터 등이 실장되는 영역에 형성될 수 있다.
상기 도전패턴(56d)의 연장부(560)에 형성된 방열 비아(Via) 패턴(560a)은 후술하는 바와 같이, 최하층(Bottom Layer)(514)과 연계하여 U상 제3코일(W3)의 스타트선(U3S)과 U상 제1코일(W1)의 스타트선(U1S)을 연결하는 데 이용될 것이다.
상기 제2층(Layer 2)(512)에서 제2영역(575)과 제3영역(576)은 특별한 역할을 하지 않는다.
도 8c를 참고하면, 인쇄회로기판(PCB)(51)의 제3층(Layer 3)(512)은 상기 제2층(Layer 2)(512)과 유사하게 Cu 박막을 패터닝하여, 상기 비아홀영역(57a)과 연결패턴영역(57b)이 통합된 제1영역(574), 상기 전자부품 장착영역(57c)의 제어칩 실장영역(571)에 대응하는 제2영역(575) 및 상기 인버터 회로영역(572)과 전원공급영역(573)의 통합된 제3영역(576)으로 분할되어 있다.
이 경우, 상기 비아홀영역(57a)에 형성된 18개의 도전성 비아홀(53) 중 상기 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 9개 엔드선(U1E-U3E,V1E-V3E,W1E-W3E)이 연결된 9개 비아홀은 제1영역(574)과 전기적으로 연결되고, 상기 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 9개 스타트선(U1S-U3S,V1S-V3S,W1S-W3S)이 연결된 9개 비아홀은 아일랜드 홀로서 제1영역(574)과 전기적으로 분리되어 있다.
따라서, 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 제3층(Layer 3)(513)은 9개 엔드선(U1E-U3E,V1E-V3E,W1E-W3E)(44d)이 연결된 9개 비아홀이 제1영역(574)과 전기적으로 공통(COMMON) 연결됨에 따라 Y-결선방식의 중성점(NP) 형성이 이루어진다.
상기 제3층(Layer 3)(512)에서 제2영역(575) 및 제3영역(576)은 특별한 역할을 하지 않는다.
도 8d를 참고하면, 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 최하층(Bottom Layer)(514)은 상기 최상층(Top Layer)(511)과 동일하게 최외곽에 비아홀영역(57a), 상기 비아홀영역(57a)의 내측에 배치된 연결패턴영역(57b) 및 상기 연결패턴영역(57b)의 내측에 배치된 전자부품 장착영역(57c)으로 분할되어 있다.
상기 비아홀영역(57a)은 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 최외곽에 배치되며 18개의 도전성 비아홀(53)이 관통된 상태에서 9개 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d) 18개를 인쇄회로기판(PCB)(51)의 18개의 도전성 비아홀(53)로 도입하여 솔더링에 의해 인쇄회로기판(PCB)(51)에 물리적으로 연결된 상태이다.
이 경우, 상기 비아홀영역(57a)은 상기 연결패턴영역(57b)에 형성된 도전패턴(56e,56f)과 연결된 4개의 비아홀을 제외한 나머지 15개의 비아홀은 최하층(Bottom Layer)(514)에서 전기적인 연결이 이루어지지 않도록 Cu 박막이 패터닝되어 제거된 상태이다.
또한, 상기 최하층(Bottom Layer)(514)의 연결패턴영역(57b)은 Cu 박막의 패터닝에 의해 2개의 도전패턴(56e,56f)을 남기고 제거되어 있다.
먼저, 도전패턴(56e)은 V상 제2코일(V2)의 스타트선(V2S)으로부터 제3코일(V3)의 스타트선(V3S)까지를 커버하는 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어져 있으며, V상 제2코일(V2)의 스타트선(V2S), 제1코일(V1)의 스타트선(V1S) 및 제3코일(V3)의 스타트선(V3S)의 도전성 비아홀(53)은 순차적으로 상기 도전패턴(56e)에 연결되어 있다. 그 결과, V상 제1 내지 제3 코일(V1-V3)의 3개의 스타트선(44b)은 병렬접속이 이루어진다.
또한, 도전패턴(56f)은 전체적으로 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어지며, 연결패턴영역(57b)에 일부가 배치되고, 나머지는 연결패턴영역(57b)에 배치된 중간부분으로부터 양단부가 각각 전자부품 장착영역(57c)으로 진입하여 일측의 제1연장부(561)는 상기 제2층(Layer 2)(512)에 형성된 도전패턴(56d)의 연장부(560)에 대응하는 위치까지 뻗어 있고, 타측의 제2연장부(562)는 상기 최상층(Top Layer)(511)에 형성된 도전패턴(56b)과 연결된 인버터 회로(55)의 U상 출력단자(Uout)에 대응하는 위치까지 뻗어 있다.
상기 타측의 제2연장부(562)에는 방열 비아(Via) 패턴(562a)이 형성되어 있어 최상층(511)의 도전패턴(56b)을 통하여 U상의 제2코일(U2)의 스타트선(U2S)과 U상 제1코일(W1)의 스타트선(U1S)을 연결하는 데 이용된다.
따라서, 상기 도전패턴(56f)은 연결패턴영역(57b)에 배치된 중간부분이 U상 제1코일(W1)의 스타트선(U1S)에 연결되고, 제1연장부(561)는 방열 비아(Via) 패턴(560a)을 이용하여 상기 제2층(Layer 2)(512)에 형성된 도전패턴(56d)의 연장부(560)와 연결됨에 따라 U상 제3코일(W3)의 스타트선(U3S)과 연결되고, 제2연장부(562)는 상기 최상층(Top Layer)(511)에 형성된 도전패턴(56b) 및 인버터 회로(55)의 U상 출력단자(Uout)와 연결이 이루어지게 된다.
그 결과, 상기 도전패턴(56b), 도전패턴(56d) 및 도전패턴(56f)에 의해 U상 제1 내지 제3 코일(U1-U3)의 3개의 스타트선(44a)은 병렬접속이 이루어진다.
또한, 상기 최하층(Bottom Layer)(514)의 전자부품 장착영역(57c)은 Cu 박막의 패터닝에 의해 상기 제어칩 실장영역(571)에 대응하는 제2영역(575), 상기 인버터 회로영역(572)와 전원공급영역(573)에 대응하는 제3영역(576a,576b)으로 분할되어 있으나, 특별한 역할을 하지 않는다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에서는 다층 인쇄회로기판(PCB)(51)에 상기 최상층(Top Layer)(511)과 최하층(Bottom Layer)(514)의 중앙부에 모터구동회로의 구현에 필요한 각종 전자부품(54)이 실장되는 전자부품 장착영역(57c)을 배치하고, 전자부품 장착영역(57c)의 외곽에 U,V,W 3상 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)(44)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d)의 결선이 이루어지는 복수의 도전패턴(56a-56f)이 형성된 연결패턴영역(57b)과 3상 코일(U1-U3,V1-V3,W1-W3)(44)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d)이 연결되는 비아홀영역(57a)을 배치함에 의해 복수의 도전패턴(56a-56f)을 이용하여 U,V,W 3상 코일(44)의 병렬 회로 결선을 구현하고, 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 제2층(Layer 2)(512) 및 제3층(Layer 3)(513)의 제1영역(574)에 형성된 9개 비아홀(53)을 9개 엔드선(U1E-U3E,V1E-V3E,W1E-W3E)(44d)과 연결시킴에 의해 Y-결선방식의 중성점(NP) 형성을 쉽게 구현할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 액시얼 갭 타입 전동기에서 모터구동회로의 인버터 회로와 6 슬롯(slot) 구조의 병렬접속된 U,V,W 3상 코일의 상호 연결관계를 타나낸 회로도이고, 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 모터구동회로가 실장된 다층 인쇄회로기판(PCB)의 하부면을 나타낸 패턴도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 워터 펌프(200)는 액시얼 갭 타입 전동기(100)가 예를 들어, 8폴(pole)-6슬롯(slot) 구조의 BLDC 모터로 구성될 수 있다.
상기 전동기(100)가 8폴(pole)-6슬롯(slot) 구조인 경우, 스테이터(40)의 코일(440)을 U,V,W 3상 구조로 6개의 티스(41)에 권선하여 스테이터 회로를 구성할 때, U,V,W 각 상마다 2개의 티스(41)에 권선된 2개의 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)이 병렬접속이 이루어지고, 상기 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 엔드선은 Y-결선방식으로 중성점(NP; Neutral Point)을 형성하도록 3상 구동방식의 모터구동회로를 결선하면 도 9와 같이 나타낼 수 있다.
본 발명에서는 스테이터(40)의 각 상의 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)은 각각 2개로 구성되고 병렬접속회로를 구성함에 따라 스테이터 코일(440)의 저항을 최소화할 수 있다.
도 9를 참고하면, 3상 구동방식 스테이터(40)의 각 상의 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)은 각각 2개로 구성되고 병렬접속회로를 구성할 때, 각 상의 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 스타트(start)선(44a-44c)은 상호 연결되고, 각 상의 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 엔드(end)선(44d)도 Y-결선방식의 중성점(NP; Neutral Point)을 형성하도록 상호 연결되어 있다.
즉, U상에 할당된 코일(U1-U2), V상에 할당된 코일(V1-V2) 및 W상에 할당된 코일(W1-W2)의 각각의 스타트선(44a-44c)은 모터구동회로에 구비된 인버터 회로(55)의 U,V,W 출력단자(Uout,Vout,Wout)에 각각 연결되고, 엔드선(44d)은 모두 공통전극(COM)에 연결되어 중성점(NP; Neutral Point)을 형성한다.
또한, 본 발명에서는 6개 티스(41)에 각각 권선된 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d) 12개는 도 10에 도시된 바와 같이, 스테이터(40)의 하측에 배치되는 원형 인쇄회로기판(PCB)(51)의 외주에 형성된 12개의 도전성 비아홀(53)을 통과하여 다층 인쇄회로기판(PCB)(51)의 하부로 돌출된 후 솔더링에 의해 연결된다.
본 발명의 인쇄회로기판(PCB)(51)은 예를 들어, 4층의 다층기판으로 이루어질 수 있으며, 도 10은 전자부품(54)이 장착되는 최하부면을 나타낸 것이다.
상기 인쇄회로기판(PCB)(51)은 크게 최외곽에 배치된 비아홀영역(57a), 상기 비아홀영역(57a)의 내측에 배치된 연결패턴영역(57b) 및 상기 연결패턴영역(57b)의 내측에 위치한 전자부품 장착영역(57c)의 3개 영역으로 구별될 수 있다.
상기 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)(440)은 U상에 할당된 2개 코일(U1-U2), V상에 할당된 2개 코일(V1-V2) 및 W상에 할당된 2개 코일(W1-W2)이 각 상별로 교대로 배치되어 있다. 이에 따라 비아홀영역(57a)에는 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 12개의 도전성 비아홀(53)에 2개의 U상 코일(U1-U2), 2개의 V상 코일(V1-V2), 2개의 W상 코일(W1-W2)의 스타트선과 엔드선(V1S, V1E; W1S, W1E; U1S, U1E; V2S, V2E; W2S, W2E; U2S, U2E)이 쌍으로 인접하여 배치되어 있다.
상기 비아홀영역(57a)에는 스테이터(40)의 6개 티스(41)에 권선된 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)을 도 9에 도시된 바와 같이, 병렬접속회로 구성을 실현하도록 각 상의 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d)을 인쇄회로기판(PCB)(51)으로 도입하는 역할을 하는 12개의 도전성 비아홀(53)에 관통구멍이 형성되어 있다. 또한, 상기 비아홀영역(57a)에는 인쇄회로기판(PCB)(51)을 고정돌기(12f)에 고정시키는 데 사용되는 3개의 PCB 고정용 관통구멍(52)이 구비되어 있다.
상기 비아홀영역(57a)의 내측에 위치한 상기 연결패턴영역(57b)에는 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 병렬접속회로를 구성하도록 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 스타트선(44a-44c)은 각 상별로 상호 연결하고, 6개 엔드선(44d)은 Y-결선에 필요한 공통전극(COM)을 형성하도록 하나로 상호 연결시키고 있다.
본 발명에서는 다층 인쇄회로기판(PCB)(51)을 이용하여 기판의 각면마다 각 상의 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 스타트선(44a-44c)을 상호 연결하여 병렬접속하는 회로 구성을 실현하기 위해 연결패턴영역(57b)에 도전패턴(56)을 형성하거나, 공통전극(COM)을 형성하기 위해 모든 엔드(end)선(44d)을 연결하는 패턴을 형성한다.
도 10의 연결패턴영역(57b)에 형성된 도전패턴(56)은 도 11a 내지 도 11d를 참고하여 후술하는 바와 같이, 예를 들어, W상의 2개 코일(W1-W2)의 스타트선(44c)을 상호 연결하기 위해 2개의 W상의 도전성 비아홀(53)(W1S,W2S)을 연결한 것을 나타낸 것이다.
중앙부에 위치한 상기 전자부품 장착영역(57c)에는 예를 들어, 인버터를 이용한 6-스탭방식의 전파구동방식으로 BLDC 모터를 구동하는 데 필요한 모터구동회로를 형성하기 위한 인버터 회로(55)와, 자동차 본체로부터 워터 펌프(200)를 구동하는 데 필요한 엔진 점화와 관련된 이그니션(ignition) 신호(IGN)와 LIN(Local Interconnect Network) 통신신호(LIN)를 수신하여 상기 인버터 회로(55)를 구동하기 위한 구동신호를 발생하여 인가하도록 집적회로(IC) 칩으로 이루어진 콘트롤러(540), 수동소자 등의 전자부품(54)이 실장되어 있다.
이하에 도 11a 내지 도 11d를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 다층 인쇄회로기판(PCB)을 이용한 도 9에 도시된 병렬접속 스테이터 회로의 결선과 Y-결선방식의 중성점(NP; Neutral Point) 형성을 설명한다.
이하의 설명에서는 설명의 편의상 전자부품(54)이 실장되어 있는 인쇄회로기판(PCB)(51)의 하부면을 상부로 배치한 상태로 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판(PCB)(51)은 4층 기판으로 이루어질 때, 전자부품(54)이 장착되는 최상층(Top Layer)(511), 제2층(Layer 2)(512), 제3층(Layer 3)(513) 및 최하층(Bottom Layer)(514)을 포함하고 있다.
상기한 병렬접속 스테이터 회로의 결선과 Y-결선방식의 중성점(NP) 형성을 위한 도전패턴의 결선은 다음 표 1과 같이 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 스테이터 회로는 각 상별로 병렬접속회로 뿐아니라 직렬접속회로를 구성하는 것도 가능하다.
층구분 결선 포인트 결선 장소

최상층		 V1S-V2S Top-Bottom
W1S Top
제2층 Common Layer 2
제3층 Common Layer 3

최하층		 V1S-V2S Top-Bottom
U1S-U2S Bottom
먼저, 도 11a를 참고하면, 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 최상층(Top Layer)(511)은 최외곽에 12개의 도전성 비아홀(53)이 형성되어 있으며, 6개 티스(41) 각각에 권선된 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)(440)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d) 12개를 인쇄회로기판(PCB)(51)의 12개의 도전성 비아홀(53)로 도입하여 연결되는 비아홀영역(57a), 상기 비아홀영역(57a)의 내측에 배치되며 상기 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)을 각 상별로 병렬접속회로를 구성하도록 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d) 12개를 상호 연결하기 위한 도전패턴(560a-560d)이 형성된 연결패턴영역(57b) 및 상기 연결패턴영역(57b)의 내측에 위치하며 상기 모터구동회로를 형성하는 각종 능동 및 수동 전자부품(54)이 실장된 전자부품 장착영역(57c)으로 분할되어 있다.
12개의 도전성 비아홀(53)로 도입된 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d) 12개는 솔더링에 의해 인쇄회로기판(PCB)(51)의 도전성 비아홀(53)에 물리적/전기적으로 연결된 상태를 유지한다.
상기 도전성 비아홀(53)은 인쇄회로기판(PCB)(51)의 최상층(Top Layer)(511)으로부터 최하층(Bottom Layer)(514)까지 연장되어 있으며, 최상층(Top Layer)(511)에 배치된 도전패턴(560a,560b) 및 최하층(Bottom Layer)(514)에 배치된 도전패턴(560c,560d)과 선택적으로 전기적 연결이 이루어진다.
이 경우, 상기 비아홀영역(57a)은 최상층(Top Layer)(511)과 최하층(Bottom Layer)(514)의 상기 연결패턴영역(57b)에 형성된 도전패턴(560a-560d)과 연결된 6개의 비아홀을 제외한 나머지 6개의 비아홀은 최상층(Top Layer)(511)에서 전기적인 연결이 이루어지지 않도록 Cu 박막이 패터닝되어 제거된 상태이다.
상기 최상층(Top Layer)(511)의 연결패턴영역(57b)은 Cu 박막의 패터닝에 의해 2개의 도전패턴(560a,560b)을 남기고 제거되어 있다.
먼저, 도전패턴(560a)은 W상 제1코일(W1)의 스타트선(W1S)으로부터 제2코일(W2)의 스타트선(W2S)까지를 커버하는 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 W상 제1코일(W1)의 스타트선(W1S) 및 제2코일(W2)의 스타트선(W2S)의 도전성 비아홀(53)은 상기 도전패턴(560a)의 양단부에 연결되어 있다. 그 결과, W상 제1 및 제2 코일(W1-W2)의 2개의 스타트선(44c)은 병렬접속이 이루어진다. 더욱이, 상기 도전패턴(560a)의 일측 연장부는 전자부품 장착영역(57c)에 배치된 인버터 회로(55)의 W상 출력단자(Wout)(Q3)와 연결되어 있다.
또한, 상기 최상층(Top Layer)(511)의 연결패턴영역(57b)에 형성된 도전패턴(560b)은 일단부가 V상의 제1코일(V1)의 스타트선(V1S)의 도전성 비아홀(53)에 연결되고 타단은 연장부(566)가 전자부품 장착영역(57c)에 배치된 인버터 회로(55)의 V상 출력단자(Vout)에 연결되어 있다.
더욱이, 상기 도전패턴(560b)의 타단 연장부(566)에는 발열성 전자부품의 방열을 위해 방열 비아(Via) 패턴(566a)이 형성되어 있다.
상기 방열 비아(Via) 패턴(566a)은 열전달 특성과 도전성이 우수한 도전성 금속재료를 사용하여 소직경의 복수의 도전성 비아(Via)로 이루어질 수 있으며 인쇄회로기판(PCB)(51)의 4층을 관통하여 형성되는 것으로, 발열성 전자부품으로 분류되는 집적회로(IC) 칩으로 이루어진 콘트롤러(540), 전력 스위칭 트랜지스터(FET1-FET6), 인덕터 등이 실장되는 영역에 형성될 수 있다.
본 발명에서는 최상층(Top Layer)(511)에 V상의 제1코일(V1)과 연결된 도전패턴(560b)의 타단 연장부(566)를 최하층(Bottom Layer)(514)의 V상의 제2코일(V2)과 연결된 도전패턴(560d)의 연장부(568)와 전기적으로 연결할 때 상기 방열 비아(Via) 패턴(566a)을 이용하여 구현할 수 있다.
상기 최상층(Top Layer)(511)의 전자부품 장착영역(57c)은 Cu 박막의 패터닝에 의해 각종 능동 및 수동 전자부품(54)이 실장될 때 상기 모터구동회로를 형성하도록 복수의 회로패턴을 남기고 제거되어 있다.
상기 전자부품 장착영역(57c)에 형성된 복수의 회로패턴의 상세한 구조는 설명의 편의상 생략하며, 상기 전자부품 장착영역(57c)은 크게 모터구동회로의 제어부 역할을 하도록 집적회로(IC) 칩으로 이루어진 콘트롤러(540)가 실장되는 제어칩 실장영역(571), 상기 인버터 회로(55)를 형성하는 3쌍의 전력 스위칭 트랜지스터(FET1-FET6)가 각각 토템폴 접속되어 있으며, 3개의 토템플 접속단자(Q1-Q3), 즉 상기 스테이터 코일(440)에 U,V,W 3상 구동전류를 인가하는 U,V,W 출력단자(Uout,Vout,Wout)가 배치된 인버터 회로영역(572) 및 상기 모터구동회로의 전원을 공급하는 전원공급부가 배치된 전원공급영역(573)으로 분할되어 있다.
도 11b를 참고하면, 인쇄회로기판(PCB)(51)의 제2층(Layer 2)(512)은 Cu 박막을 패터닝하여, 상기 비아홀영역(57a)과 연결패턴영역(57b)이 통합된 도전성 제1영역(574), 상기 전자부품 장착영역(57c)의 제어칩 실장영역(571)에 대응하는 제2영역(575), 상기 인버터 회로영역(572)과 전원공급영역(573)의 통합된 제3영역(576) 및 도전패턴(56d)으로 분할되어 있다.
이 경우, 상기 비아홀영역(57a)에 형성된 12개의 도전성 비아홀(53) 중 상기 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 6개 엔드선(U1E-U2E,V1E-V2E,W1E-W2E)이 연결된 6개 비아홀은 도전성 제1영역(574)과 전기적으로 연결되고, 상기 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 6개 스타트선(U1S-U2S,V1S-V2S,W1S-W2S)이 연결된 6개 비아홀은 아일랜드 홀로서 제1영역(574)과 전기적으로 분리되어 있다.
따라서, 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 제2층(Layer 2)(512)은 6개 엔드선(U1E-U2E,V1E-V2E,W1E-W2E)(44d)이 연결된 6개 비아홀이 제1영역(574)과 전기적으로 공통(COMMON) 연결됨에 따라 Y-결선방식의 중성점(NP) 형성이 이루어진다.
상기 제2층(Layer 2)(512)에서 제2영역(575)과 제3영역(576)은 특별한 역할을 하지 않는다.
도 11c를 참고하면, 인쇄회로기판(PCB)(51)의 제3층(Layer 3)(512)은 상기 제2층(Layer 2)(512)과 실질적으로 동일하게 Cu 박막을 패터닝하여, 상기 비아홀영역(57a)과 연결패턴영역(57b)이 통합된 제1영역(574), 상기 전자부품 장착영역(57c)의 제어칩 실장영역(571)에 대응하는 제2영역(575) 및 상기 인버터 회로영역(572)과 전원공급영역(573)의 통합된 제3영역(576)으로 분할되어 있다.
그 결과, 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 제2층(Layer 2)(512)은 6개 엔드선(U1E-U2E,V1E-V2E,W1E-W2E)(44d)이 연결된 6개 비아홀이 제1영역(574)과 전기적으로 공통(COMMON) 연결됨에 따라 Y-결선방식의 중성점(NP) 형성이 이루어진다.
상기 제2층(Layer 2)(512)에서 제2영역(575)과 제3영역(576)은 특별한 역할을 하지 않는다.
도 11d를 참고하면, 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 최하층(Bottom Layer)(514)은 상기 최상층(Top Layer)(511)과 동일하게 최외곽에 비아홀영역(57a), 상기 비아홀영역(57a)의 내측에 배치된 연결패턴영역(57b) 및 상기 연결패턴영역(57b)의 내측에 배치된 전자부품 장착영역(57c)으로 분할되어 있다.
상기 비아홀영역(57a)은 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 최외곽에 배치되며 12개의 도전성 비아홀(53)이 관통된 상태에서 6개 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d) 12개를 인쇄회로기판(PCB)(51)의 12개의 도전성 비아홀(53)로 도입하여 솔더링에 의해 인쇄회로기판(PCB)(51)에 물리적으로 연결된 상태이다.
이 경우, 상기 비아홀영역(57a)은 상기 연결패턴영역(57b)에 형성된 도전패턴(560c,560d)과 연결된 3개의 비아홀을 제외한 나머지 9개의 비아홀은 최하층(Bottom Layer)(514)에서 전기적인 연결이 이루어지지 않도록 Cu 박막이 패터닝되어 제거된 상태이다.
또한, 상기 최하층(Bottom Layer)(514)의 연결패턴영역(57b)은 Cu 박막의 패터닝에 의해 2개의 도전패턴(560c,560d)을 남기고 제거되어 있다.
먼저, 도전패턴(560c)은 U상 제2코일(U2)의 스타트선(U2S)으로부터 제1코일(U1)의 스타트선(U1S)까지를 커버하는 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어져 있으며, U상 제2코일(U2)의 스타트선(U2S)과 제1코일(U1)의 스타트선(U1S)의 도전성 비아홀(53)은 상기 도전패턴(560c)에 각각 연결되어 있다. 그 결과, U상 제1 및 제2 코일(U1-U2)의 2개의 스타트선(44a)은 병렬접속이 이루어진다.
또한, 상기 도전패턴(560c)의 일측 연장부(564)는 전자부품 장착영역(57c)으로 진입하여 인버터 회로(55)의 U상 출력단자(Uout)(Q1)와 연결이 이루어지게 된다.
상기 도전패턴(560d)은 전체적으로 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어지며, 연결패턴영역(57b)에 배치된 일단부가 V상 제2코일(V2)의 스타트선(V2S)에 연결되고, 타측 연장부(568)는 전자부품 장착영역(57c)으로 진입하여 인버터 회로(55)의 V상 출력단자(Vout)(Q2)와 연결이 이루어지게 된다.
또한, 상기 도전패턴(560d)의 타측 연장부(568)는 상기 최상층(Top Layer)(511)에 형성된 도전패턴(560b)의 타단 연장부(566)에 상기 방열 비아(Via) 패턴(566a)을 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다.
그 결과, 상기 도전패턴(560b) 및 도전패턴(560d)에 의해 V상 제1 및 제2 코일(V1-V2)의 2개의 스타트선(44b)은 병렬접속이 이루어진다.
또한, 상기 최하층(Bottom Layer)(514)의 전자부품 장착영역(57c)은 Cu 박막의 패터닝에 의해 상기 제어칩 실장영역(571)에 대응하는 제2영역(575), 상기 인버터 회로영역(572)와 전원공급영역(573)에 대응하는 제3영역(576a,576b)으로 분할되어 있으나, 특별한 역할을 하지 않는다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에서는 다층 인쇄회로기판(PCB)(51)에 대하여 상기 최상층(Top Layer)(511)과 최하층(Bottom Layer)(514)의 중앙부에 모터구동회로의 구현에 필요한 각종 전자부품(54)이 실장되는 전자부품 장착영역(57c)을 배치하고, 전자부품 장착영역(57c)의 외곽에 U,V,W 3상 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)(44)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d)의 결선이 이루어지는 복수의 도전패턴(560a-560d)이 형성된 연결패턴영역(57b)과 3상 코일(U1-U2,V1-V2,W1-W2)(44)의 스타트선(44a-44c)과 엔드선(44d)이 연결되는 비아홀영역(57a)을 배치함에 의해 복수의 도전패턴(560a-560d)을 이용하여 U,V,W 3상 코일(440)의 병렬 회로 결선을 구현하고, 상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 제2층(Layer 2)(512) 및 제3층(Layer 3)(513)의 제1영역(574)에 형성된 6개 비아홀(53)을 6개 엔드선(U1E-U2E,V1E-V2E,W1E-W2E)(44d)과 연결시킴에 의해 Y-결선방식의 중성점(NP) 형성을 쉽게 구현할 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 단일의 다층 인쇄회로기판(PCB)을 사용하여 3상 코일의 결선과 모터구동회로를 구현할 수 있는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기에 적용될 수 있으며, 전동기는 하이브리드, 전기자동차 및 연료전지자동차에 적용되어 전장부품, 배터리, 연료전지스택 등의 냉각수를 순환시키는 냉각장치용 워터 펌프(EWP), 컴프레셔, 오일 펌프 등에 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 일측에 실링상태의 하부공간을 구비하고 타측에 유체가 도입되는 유입구와 도입된 유체가 배출되는 배출구가 유체 흐름 통로를 통하여 연결된 펌프 하우징;
    상기 유체 흐름 통로에 회전 가능하게 지지된 로터;
    복수의 티스에 U,V,W 3상 코일이 각각 복수로 분할되어 권선되어 있으며, 상기 하부공간에 배치되어 회전자기장을 발생하여 상기 로터를 회전 구동하기 위한 스테이터; 및
    상기 스테이터의 하부에 배치되는 다층 인쇄회로기판(PCB)에 실장되어 상기 U,V,W 3상 코일에 구동전류를 인가하도록 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결되고, U,V,W 3상 코일의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하도록 상호 연결되는 모터구동회로;를 포함하며,
    상기 다층 인쇄회로기판(PCB)은,
    최외곽에 배치되어 복수의 도전성 비아홀이 형성되어 있으며, 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선을 인쇄회로기판(PCB)으로 도입하여 연결되는 비아홀영역;
    상기 비아홀영역의 내측에 배치되며 상기 U,V,W 3상 코일을 각 상별로 병렬접속회로를 구성하도록 상기 복수의 도전성 비아홀로 도입된 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선을 선택적으로 상호 연결하기 위한 복수의 도전패턴이 형성된 연결패턴영역; 및
    상기 연결패턴영역의 내측에 위치하며 상기 모터구동회로를 형성하는 복수의 전자부품이 실장되어 있으며, 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선이 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결된 전자부품 장착영역;을 포함하는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다층 인쇄회로기판(PCB)은 최상층, 제2층, 제3층 및 최하층을 포함하며,
    상기 복수의 도전성 비아홀은 인쇄회로기판(PCB)의 최상층으로부터 최하층까지 연장되어 있고,
    상기 연결패턴영역에 형성된 복수의 도전패턴은 상기 최상층, 제2층 및 최하층에 배치되어 있으며,
    상기 복수의 도전성 비아홀로 도입된 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 상기 최상층과 최하층에 배치된 복수의 도전패턴에 선택적으로 연결되어 상기 복수의 코일은 U,V,W 각 상별로 병렬접속회로를 구성하는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 U,V,W 3상 코일 각각의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하도록 상기 제2층 및 제3층 각각은 비아홀영역과 연결패턴영역이 통합된 도전성 제1영역이 상기 U,V,W 3상 코일의 엔드선과 연결된 복수의 도전성 비아홀과 전기적으로 연결되어 있으며,
    상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선이 연결된 도전성 비아홀은 상기 도전성 제1영역과 전기적으로 분리된 아일랜드 홀을 형성하는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전동기는 12폴(pole)-9슬롯(slot) 구조의 BLDC 모터로 이루어지며, 상기 스테이터의 U,V,W 3상 코일을 9개 티스에 분할 권선하여 3상 구조의 스테이터 회로를 구성할 때, 9개 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선은 각각 상기 인쇄회로기판(PCB)의 비아홀영역에 구비된 18개의 도전성 비아홀을 통과한 후 솔더링에 의해 연결되고,
    상기 9개 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 최상층, 제2층 및 최하층의 상기 연결패턴영역에 형성된 제1 내지 제6 도전패턴을 이용하여 각 상별로 병렬접속회로를 형성하며,
    상기 9개 U,V,W 3상 코일의 엔드선은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 제2층 및 제3층에 구비된 비아홀영역과 연결패턴영역이 통합된 도전성 제1영역과 연결되어 Y-결선방식으로 중성점(NP)을 형성하는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최상층의 연결패턴영역에 형성된 상기 제1도전패턴은 W상 제3코일의 스타트선으로부터 제2코일의 스타트선까지를 커버하는 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 W상 제3코일의 스타트선, 제1코일의 스타트선 및 제2코일의 스타트선의 도전성 비아홀은 상기 제1도전패턴에 연결되어 W상 제1 내지 제3 코일의 스타트선은 병렬접속이 이루어지고, 상기 제1도전패턴의 일측 연장부는 전자부품 장착영역에 배치된 인버터 회로의 W상 출력단자와 연결되며,
    상기 최상층의 연결패턴영역에 형성된 제2도전패턴은 U상 제2코일의 스타트선과 전자부품 장착영역에 배치된 인버터 회로의 U상 출력단자를 연결하며, 상기 제2도전패턴에는 최하층과 연결되는 제1방열 비아(Via) 패턴을 구비하고, 상기 제2층에 형성된 U상 제3코일의 스타트선이 연결되는 도전성 비아홀로부터 연장된 제4도전패턴의 연장부는 최하층과 연결되는 제2방열 비아(Via) 패턴을 구비하며, 상기 최하층의 연결패턴영역에 형성된 상기 제6도전패턴은 전체적으로 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어지며, 상기 연결패턴영역에 U상 제1코일의 스타트선에 연결된 중간부분의 일부가 배치되고, 상기 중간부분으로부터 전자부품 장착영역으로 진입한 일측의 제1연장부는 상기 제2층에 형성된 제4도전패턴의 연장부에 대응하는 위치까지 뻗어 있고, 타측의 제2연장부는 상기 최상층에 형성된 제2도전패턴과 연결된 인버터 회로의 U상 출력단자에 대응하는 위치까지 뻗어 있으며, 상기 타측의 제2연장부는 제1방열 비아(Via) 패턴을 통하여 상기 U상 제2코일의 스타트선과 U상 제1코일의 스타트선을 연결하고, 상기 제6도전패턴의 제1연장부는 상기 제2방열 비아(Via) 패턴을 통하여 상기 제2층에 형성된 제4도전패턴의 연장부와 연결되어, 상기 제2도전패턴, 제4도전패턴 및 제6도전패턴에 의해 U상 제1 내지 제3 코일의 스타트선은 병렬접속이 이루어지며,
    상기 최상층의 연결패턴영역에 형성된 제3도전패턴은 V상의 제2코일의 스타트선과 전자부품 장착영역에 배치된 인버터 회로의 V상 출력단자를 연결하고, 상기 최하층의 연결패턴영역에 형성된 상기 제5도전패턴은 V상 제2코일의 스타트선으로부터 제3코일의 스타트선까지를 커버하는 원호(圓弧)형 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 V상 제2코일의 스타트선, 제1코일의 스타트선 및 제3코일의 스타트선의 도전성 비아홀은 순차적으로 상기 제5도전패턴에 연결되어, V상 제1 내지 제3 코일의 스타트선은 병렬접속이 이루어지는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 9개 U,V,W 3상 코일은 U상에 할당된 3개 코일, V상에 할당된 3개 코일 및 W상에 할당된 3개 코일이 각 상별로 교대로 배치되어 있으며, 상기 비아홀영역에는 18개의 도전성 비아홀에 상기 9개 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선이 쌍으로 인접하여 배치되는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자부품 장착영역은
    상기 모터구동회로의 제어부 역할을 하는 집적회로(IC) 칩으로 이루어진 콘트롤러가 실장되는 제어칩 실장영역;
    상기 인버터 회로를 형성하는 3쌍의 전력 스위칭 트랜지스터가 각각 토템폴 접속되어 있으며, 3개의 토템플 접속단자로부터 상기 스테이터 코일에 U,V,W 3상 구동전류를 인가하는 U,V,W 출력단자가 배치된 인버터 회로영역; 및
    상기 모터구동회로의 전원을 공급하는 전원공급부가 배치된 전원공급영역;을 포함하는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 하우징의 내부에 배치되어 상기 로터와 스테이터를 분리시키기 위한 방수 격벽;을 더 포함하며,
    상기 스테이터는 선단부가 상기 방수 격벽에 유체 흐름 통로에 노출되도록 매입되어 있는 복수의 티스를 구비하고,
    상기 유체 흐름 통로에 노출된 복수의 티스의 선단부에는 상기 방수 격벽보다 박막으로 이루어진 방수 코팅막이 형성된 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 하우징의 내부에 배치되어 상기 로터와 스테이터를 분리시키기 위한 방수 격벽을 더 포함하며,
    상기 스테이터는 상기 로터의 자석과 대향하여 배치되도록 동일한 원주상에 축방향과 평행하게 환형으로 배열되어 있는 복수의 티스 및 상기 복수의 티스와 직각으로 연결되어 자기회로를 형성하는 백요크를 포함하는 스테이터 코어를 구비하며,
    상기 복수의 티스의 선단부는 상기 방수 격벽에 매입되어 있으며 상기 유체 흐름 통로에 노출되는 것을 차단하도록 상기 방수 격벽보다 박막으로 이루어진 방수 코팅막이 형성된 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  10. 일측에 실링상태의 하부공간을 구비하고 타측에 유체가 도입되는 유입구와 도입된 유체가 배출되는 배출구가 유체 흐름 통로를 통하여 연결된 펌프 하우징;
    상기 유체 흐름 통로에 회전 가능하게 지지된 로터;
    복수의 티스에 U,V,W 3상 코일이 각각 복수로 분할되어 권선된 복수의 코일을 구비하며, 상기 하부공간에 배치되어 회전자기장을 발생하여 상기 로터를 회전 구동하기 위한 스테이터; 및
    상기 스테이터의 하부에 배치되는 다층 인쇄회로기판(PCB)에 실장되어 상기 U,V,W 3상 코일에 구동전류를 인가하도록 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결되고, U,V,W 3상 코일의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하도록 상호 연결되는 모터구동회로;를 포함하며,
    상기 다층 인쇄회로기판(PCB)은 상기 모터구동회로를 형성하는 복수의 전자부품이 실장된 최상층, 제2층, 제3층 및 최하층이 순차적으로 적층되어 있으며,
    최외곽에 배치되어 상기 최상층으로부터 최하층까지 연장되는 복수의 도전성 비아홀이 형성되어 있으며, 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선을 인쇄회로기판(PCB)으로 도입하여 연결되는 비아홀영역;
    상기 비아홀영역의 내측에 배치되며 상기 U,V,W 3상 코일을 각 상별로 병렬접속회로를 구성하도록 상기 복수의 도전성 비아홀로 도입된 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선을 선택적으로 상호 연결하기 위한 복수의 도전패턴이 형성된 연결패턴영역; 및
    상기 연결패턴영역의 내측에 위치하며 상기 모터구동회로를 형성하는 복수의 전자부품이 실장되어 있으며, 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선이 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결된 전자부품 장착영역;을 포함하는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결패턴영역에 형성된 복수의 도전패턴은 상기 최상층과 최하층에 배치되어 있으며,
    상기 복수의 도전성 비아홀로 도입된 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 상기 최상층과 최하층에 배치된 복수의 도전패턴에 선택적으로 연결되어 상기 복수의 코일은 U,V,W 각 상별로 병렬접속회로를 구성하는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 U,V,W 3상 코일 각각의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하도록 상기 제2층 및 제3층 각각은 비아홀영역과 연결패턴영역이 통합된 도전성 제1영역이 상기 U,V,W 3상 코일의 엔드선과 연결된 복수의 도전성 비아홀과 전기적으로 연결되어 있으며,
    상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선이 연결된 도전성 비아홀은 상기 도전성 제1영역과 전기적으로 분리된 아일랜드 홀을 형성하는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전동기는 8폴(pole)-6슬롯(slot) 구조의 BLDC 모터로 이루어지며, 상기 스테이터의 U,V,W 3상 코일을 6개 티스에 분할 권선하여 3상 구조의 스테이터 회로를 구성할 때, 6개 U,V,W 3상 코일의 스타트선과 엔드선은 각각 상기 인쇄회로기판(PCB)의 비아홀영역에 구비된 12개의 도전성 비아홀을 통과한 후 솔더링에 의해 연결되고,
    상기 6개 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 최상층 및 최하층의 상기 연결패턴영역에 형성된 제1 내지 제4 도전패턴을 이용하여 각 상별로 병렬접속회로를 형성하며,
    상기 6개 U,V,W 3상 코일의 엔드선은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 제2층 및 제3층에 구비된 비아홀영역과 연결패턴영역이 통합된 도전성 제1영역과 공통 연결되어 Y-결선방식으로 중성점(NP)을 형성하는 워터 펌프용 액시얼 갭 타입 전동기.
  14. 스테이터의 하부에 배치되는 인쇄회로기판(PCB)에 실장되어 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 인버터 회로의 U,V,W 출력단자에 연결되고, 상기 U,V,W 3상 코일의 엔드선은 Y-결선방식의 중성점(COM)을 형성하는 워터 펌프용 전동기의 모터구동회로로서,
    상기 인쇄회로기판(PCB)은,
    최외곽에 배치되어 복수의 도전성 비아홀이 형성되어 있으며, 상기 스테이터의 복수의 티스 각각에 권선된 복수의 코일의 스타트선과 엔드선을 인쇄회로기판(PCB)으로 도입하여 선택적으로 연결되는 비아홀영역;
    상기 비아홀영역의 내측에 배치되며 상기 복수의 코일을 각 상별로 병렬접속회로를 구성하도록 복수의 코일의 스타트선과 엔드선을 상호 연결하기 위한 복수의 도전패턴이 형성된 연결패턴영역; 및
    상기 연결패턴영역의 내측에 위치하며 상기 모터구동회로를 형성하는 각종 전자부품이 실장된 전자부품 장착영역;을 포함하는 워터 펌프용 전동기의 모터구동회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(PCB)은 최상층, 제2층, 제3층 및 최하층을 포함하며,
    상기 복수의 도전성 비아홀은 인쇄회로기판(PCB)의 최상층으로부터 최하층까지 연장되어 있고,
    상기 연결패턴영역에 형성된 복수의 도전패턴은 상기 최상층, 제2층 및 최하층에 배치되어 있으며,
    상기 복수의 도전성 비아홀로 도입된 상기 U,V,W 3상 코일의 스타트선은 상기 최상층과 최하층에 배치된 복수의 도전패턴에 선택적으로 연결되어 상기 복수의 코일은 U,V,W 각 상별로 병렬접속회로를 구성하는 워터 펌프용 전동기의 모터구동회로.
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