KR100660305B1

KR100660305B1 - 브러시리스 직류모터

Info

Publication number: KR100660305B1
Application number: KR1020050119331A
Authority: KR
Inventors: 김주한; 허진; 성하경; 정인성
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2006-12-21

Abstract

본 발명은 브러시리스 직류모터(BLDC Motor)에 관한 것으로, 프런트커버(20); 프런트커버(20)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 로터샤프트(30); 로터샤프트(30)의 외측에 결합되는 마그네트(40); 마그네트(40)의 외측에 마련되며, 프런트커버(20)의 전방 단부와 이격되게 위치하는 스테이터(50); 프런트커버(20)의 후방에 결합되는 리어캡(60); 리어캡(60)에 결합되며, 홀소자센서(72)가 구비되어 있는 인쇄회로기판(70)을 포함하여 구성된다. 이에 따라, 브러시리스 직류모터를 컴팩트하게 구성할 수 있을 뿐 아니라 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있다.

프런트커버, 로터샤프트, 마그네트, 스테이터, 리어캡, 인쇄회로기판

Description

브러시리스 직류모터 {BRUSHLESS D.C MOTOR}

도 1은 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터를 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터의 구조를 도시한 분해사시도,

도 3은 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터의 결합구조를 도시한 종단면도,

도 4는 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터의 결합구조를 도시한 횡단면도,

도 5는 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터의 로터샤프트 및 마그네트 결합구조를 도시한 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

20 : 프런트커버 22 : 지지턱

24 : 냉각공간부 26 : 케이블인출홀

30 : 로터샤프트 32 : 샤프트부

34 : 로터부 35 : 마그네트결합홈

40 : 마그네트 50 : 스테이터

52 : 슬롯 60 : 리어캡

62 : 기판지지부 70 : 인쇄회로기판

71 : 관통홀 72 : 홀소자센서

80a,80b : 베어링

본 발명은 브러시리스 직류모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로터 및 스테이터의 상호작용에 의해 회전력을 발생시킬 수 있는 브러시리스 직류모터에 관한 것이다.

일반적으로, 구동장치는 가전기기와 산업기기 등을 생산하는 전 산업분야에 걸쳐 다양하게 사용되고 있으며, 이러한 구동장치의 대표적인 것이 전동모터이다.

전동모터는 그 용도에 따라 여러 종류로 구분된다. 특히, 브러시리스 직류모터는 정류자와 브러시라는 기계적 접촉부가 제거되어 전기적·기계적 노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 수명이 상대적으로 길다는 장점이 있어 그 사용이 증가하고 있다.

이러한 브러시리스 직류모터는 차량용 공기조화기에 사용되는 블로우 모터의 구동원으로도 사용된다.

종래의 블로우 모터에 사용되는 브러시리스 직류모터(BLDC Motor)는 하우징(Housing); 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되는 샤프트(Shaft); 샤프트에 고정되며, 내주에 다수의 마그네트(Magnet)가 부착되는 로터(Rotor); 마그네트에 대 하여 회전자장을 발생시키는 코일이 권선되어 있는 스테이터(Stator); 하우징 내부에 마련되며, 홀소자센서가 구비되어 있는 인쇄회로기판(PCB)을 포함하여 구성된다.

그러나 상기와 같은 구조의 브러시리스 직류모터는 그 구조가 상대적으로 복잡할 뿐 아니라 외형이 컴팩트하지 못하여, 정밀 소형기기에 적용하는 데에는 한계가 있다.

그리고 브러시리스 직류모터의 구조적 특징상 하우징의 내부에서 발생되는 열을 효율적으로 방출하지 못하고 있는 실정이다. 이와 같은 방열(냉각) 문제를 해결하기 위하여 방열판 등 같은 별도의 방열수단을 가진 브러시리스 직류모터가 선보이고 있으나, 이는 브러시리스 직류모터의 조립성 및 설치성을 저하시킴은 물론이고 부품비 등과 같은 경제적 비용이 추가적으로 소요된다는 단점이 있다.

또한, 홀소자센서가 스테이터와 인접하게 위치하여 코일의 전자기력에 간섭됨으로 인해, 홀소자센서의 센싱 정확도에 대한 신뢰성이 상대적으로 저하될 뿐 아니라 브러시리스 직류모터의 정속성을 저하시켜 전기적 소음이 발생되는 문제점이 있다.

한편, 최근의 자동차 산업은 안정성, 편리성, 승차감에 대한 소비자의 다양한 욕구 및 저공해 친환경성의 시대적 요구에 따라 42V 고전압 체계의 전원시스템에 대한 기술개발을 유도하고 있다.

따라서, 향후 차량의 전원시스템이 42V 고전압 체계가 되면 차량의 안전 및 성능개선 등을 위한 각종 최첨단 전동부품 및 전동화 모듈의 장착이 가속화 될 것 이다.

이러한 42V 고전압 체계에서의 차량 성능개선을 위해 개발/장착이 예상되는 전동화 모듈 중의 하나가 에어컨시스템에 필수적인 블로우 모터(Blower Motor)이다.

그러나 국내의 경우 자동차 42V 시스템 체계에 따른 핵심구동 부품으로서의 전기모터 관련 기술개발 및 특허는 거의 이루어지지 않고 있으며, 국외 주요 자동차 업계에서는 42V 고전압 체계와 관련하여 기술개발 및 표준화 활동이 활발하게 추진되고 있다. 특히, 전동모터의 경우 브러시 타입의 모터를 이용한 연구개발이 이루어지고 있음은 물론이고 부분적으로 브러시리스 타입의 모터에 대해서도 연구가 진행되고 있는 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 외형을 컴팩트하게 개선시킴과 아울러 냉각효율 및 홀센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 브러시리스 직류모터를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부면에 지지턱이 형성되어 있는 프런트커버; 상기 프런트커버의 내부에 회전 가능하게 설치되는 로터샤프트; 상기 로터샤프트의 외측에 결합되는 마그네트; 상기 마그네트의 외측에 마련되 며, 상기 프런트커버의 내부에 냉각공간부를 형성할 수 있도록 상기 지지턱에 지지되어 상기 프런트커버의 전방 단부와 이격되게 위치하는 스테이터; 상기 프런트커버의 후방에 결합되는 리어캡; 상기 리어캡에 결합되며, 적어도 하나의 홀소자센서가 구비되어 있는 인쇄회로기판을 포함하여 구성되는 데 그 특징이 있다.

상기 프런트커버 및 상기 리어캡은 열전도성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 프런트커버의 측부에는 내부의 케이블을 외부로 인출할 수 있도록 케이블인출홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 로터샤프트는 일단이 상기 프런트커버를 관통하여 외부로 노출되고, 타단은 상기 리어캡에 지지되는 샤프트부; 상기 샤프트부에 일체로 형성되며, 외주면에 상기 마그네트가 결합되는 마그네트결합홈이 형성되어 있는 로터부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 리어캡은 상기 프런트커버의 후방에 끼움 결합되며, 내측 중앙부에는 상기 샤프트부가 삽입 지지되는 원통형의 기판지지부가 돌출 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 인쇄회로기판은 상기 기판지지부 상에 착탈 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.

상기 로터샤프트의 양단에 결합되는 베어링을 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터는 내부면에 지지턱이 형성되어 있는 열전도성 재질의 프런트커버; 상기 프런트커버의 후방에 끼움 결합되며, 내측 중앙부에는 원통형의 기판지지부가 돌출 형성되어 있는 리어캡; 상기 프런트커버의 내부에 설치되며, 일단은 상기 프런트커버를 관통하여 외부로 노출됨과 아울러 타단은 상기 기판지지부에 지지되는 샤프트부 및 상기 샤프트부에 일체로 형성되며 외주면에 마그네트결합홈이 형성되어 있는 로터부를 갖는 로터샤프트; 상기 마그네트결합홈 상에 결합되는 마그네트; 상기 마그네트의 외측에 마련되며, 상기 프런트커버의 내부에 냉각공간부를 형성할 수 있도록 상기 지지턱에 지지되어 상기 프런트커버의 전방 단부와 이격되게 위치하는 스테이터; 상기 기판지지부 상에 결합되며, 중앙부에는 상기 샤프트부가 관통되는 관통홀이 형성됨과 아울러 상기 관통홀과 근접하게 홀소자센서가 구비되어 있는 인쇄회로기판; 상기 샤프트부에 결합되는 베어링을 포함하여 구성되는 데 그 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터(BLDC Motor)는 프런트커버(20); 프런트커버(20)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 로터샤프트(30); 로터샤프트(30)의 외측에 결합되는 복수의 마그네트(40); 마그네트(40)의 외측에 마련되는 스테이터(50); 프런트커버(20)의 후방에 결합되는 리어캡(60); 리어캡(60)에 결합되는 인쇄회로기판(70)을 포함하여 구성된다.

프런트커버(Front Cover)(20)는 전방의 일 영역이 단차지게 형성되며, 후방이 개방되어 있는 원통형 구조를 지니고 있다. 프런트커버(20)는 그 내부면 중앙영 역에 지지턱(22)이 형성되며, 로터샤프트(30)가 외부로 노출될 수 있도록 샤프트관통홀(28)이 형성되어 있다.

프런트커버(20)의 지지턱(22)은 스테이터(50)의 결합을 용이하게 함과 아울러 스테이터(50)의 결합시 동심도(同心度,Concentricity)를 잡아주기 위한 것이다.

한편, 동심도는 기준축심(基準軸心)과 동일한 직선 위에 축심을 가져야 할 원통 부분에 있어서, 그 원통 부분의 축심과 기준축심의 오차(誤差)의 크기를 말한다.

프런트커버(20)는 내구성이 우수할 뿐 아니라 내부에서 발생된 열을 외부로 효율적으로 방출시킬 수 있도록 열전도성이 우수한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 프런트커버(20)는 금속재를 비롯하여 내구성 및 방열성 등과 같은 물적 특성이 상대적으로 우수한 공지된 다양한 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있다.

프런트커버(20)의 측부에는 내부의 케이블(미도시)을 외부로 간편하게 인출할 수 있도록 일정 크기의 케이블인출홀(26)이 형성되어 있다. 케이블인출홀(26)의 크기 및 위치는 적절히 변경할 수 있다.

로터샤프트(Rotor Shaft)(30)는 스테이터(50)에 대해 회전 가능하도록 프런트커버(20)의 내부에 설치된다. 로터샤프트(30)는 그 일단이 프런트커버(20)를 관통하여 외부로 노출되고, 타단은 리어캡(60)의 내부면에 지지되는 샤프트부(32); 샤프트부(32)에 일체로 형성되어 있는 원통 구조의 로터부(34)를 포함한다.

샤프트부(32)에는 한 쌍의 베어링(80a,80b)이 결합되어 있다. 즉, 프런트커버(20) 및 리어캡(60)에는 로터샤프트(30)의 회전을 원활하게 유지하기 위한 베어 링(80a,80b)이 마련되어 있다.

샤프트부(32)의 일측에는 베어링(80a,80b) 각각을 안정적으로 지지할 수 있도록 단턱(31a,31b)이 형성되어 있다.

또한, 샤프트부(32) 및 베어링(80a,80b) 사이에는 와셔(90a,90b)가 설치되는 것이 바람직하다.

베어링(80a,80b)으로는 구조가 단순하면서도 기능이 우수한 볼베어링이 사용되며, 와셔(90a,90b)는 로터샤프트(30) 및 베어링(80a,80b)의 간섭 마찰을 최소화시킴과 아울러 로터샤프트(30)가 축방향으로 유동되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 로터샤프트(30)의 로터부(34) 외주면에는 마그네트결합홈(35)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 복수개 형성되어 있으며, 마그네트결합홈(35)은 마그네트(40)의 결합시 위치선정을 용이하게 하기 위한 것이다.

한편, 로터부(34)의 외경을 샤프트부(32)에 비해 크게 형성한 것은 로터샤프트(30)의 밸런싱(Balancing)을 좋게 하여 정속운전을 상대적으로 유리하게 하기 위한 것이다.

마그네트(Magnet)(40)는 페라이트 소결자석인 것이 바람직하며, 로터샤프트(30)와의 조립성을 향상시키기 위하여 4등분으로 분할하여 로터부(34)의 마그네트결합홈(35)에 결합시킨다. 복수의 마그네트(40)는 원주방향으로 서로 다른 자극을 가지도록 교대로 배치된다.

스테이터(Stator)(50)는 코일체(미도시)를 유지해 주는 동시에 자로를 형성 해 주는 부분이며, 프런트커버(20)에 내부면에 지지된다. 스테이터(50)에 형성되어 있는 슬롯(52)의 수는 6개이며, 하나의 슬롯(52)에 코일체(미도시)를 구성하는 데 있어서 코일은 직경 0.5mm, 그 턴수는 대략 110turn이다.

한편, 미설명 도면부호 54는 코일체가 실질적으로 권취되는 티스를 도시한 것이다.

스테이터(50)는 프런트커버(20)의 지지턱(22)에 지지되어 프런트커버(20)의 전방 단부와 이격되게 위치한다.

이에 따라, 프런터커버(20)의 내부에 일정 크기의 냉각공간부(24)를 형성할 수 있어, 브러시리스 직류모터의 구동에 의해 발생되는 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

프런트커버(20)에 형성되어 있는 지지턱(22)은 스테이터(50)를 프런트커버(20)의 전방 단부와 이격되게 위치시키기 위한 일 실시예에 불과하며, 스테이터(50)를 프런트커버(20)의 전방 단부와 이격되게 위치시킬 수 있는 범위 내에서 다양한 실시예를 적용할 수 있음은 물론이다.

리어캡(Rear Cap)(60)은 프런트커버(20)의 후방에 끼움 결합되며, 내측 중앙부에는 로터샤프트(30)의 샤프트부(32)가 삽입 지지되는 원통형의 기판지지부(62)가 돌출 형성되어 있는 구조를 지니고 있다.

한편, 기판지지부(62)를 리어캡(60)의 바닥면으로부터 돌출시키는 이유는, 리어캡(60)의 외측벽(64)과 기판지지부(62) 사이에 일정 크기의 냉각공간부(25)를 형성하여 냉각효율을 높이기 위한 것이다.

리어캡(60)의 결합구조는 그 결합상태를 안정적으로 유지시킴과 아울러 그 착탈동작을 용이하게 수행할 수 있는 범위 내에서 적절하게 변경 가능함은 물론이다.

인쇄회로기판(PCB)(70)은 로터샤프트(30)의 회전을 제어하는 역할을 수행한다.

그리고 인쇄회로기판(70)은 리어캡(60)의 기판지지부(62) 상부에 착탈 가능하게 결합되며, 중앙부에는 샤프트부(32)가 관통되는 관통홀(71)이 형성되어 있다.

그리고 인쇄회로기판(70) 상에는 로터샤프트(30) 및 마그네트(40)와 일정 간격을 가지도록 홀소자센서(72)가 구비되어 있으며, 이러한 홀소자센서(72)는 로터샤프트(30)의 위치를 검출하는 역할을 한다.

홀소자센서(72)는 인쇄회로기판(70) 상에 원주방향으로 일정 간격을 두고 3개가 구비되어 있다. 홀소자센서(72)의 설치개수 및 그 배치간격은 필요에 따라 적절히 조절 가능하다.

홀소자센서(72)는 인쇄회로기판(70)에 형성되어 있는 관통홀(71)과 근접하게 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 스테이터(50)와 가능한 한 이격되도록 설치하는 것이 바람직하다. 이는, 스테이터(50)에 권취되는 코일체에서 발생되는 전자기력의 영향을 최소화하기 위한 것이다.

물론, 인쇄회로기판(70)의 크기 자체가 스테이터(50)에 까지 미치지 않으므로 홀소자센서(72)를 인쇄회로기판(70)의 어디에 설치해도 코일체(미도시)에 크게 영향을 받지는 않는다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 내부구조를 단순화시켜 브러시리스 직류모터를 컴팩트하게 구성할 수 있을 뿐 아니라 냉각공간부를 통해 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 홀소자센서가 스테이터와 이격 설치되어, 스테이터에 권취되는 코일의 영향을 배제할 수 있다.

이에 따라, 홀소자센서의 센싱 정확도에 대한 신뢰성을 상대적으로 향상시킬 수 있으며, 브러시리시 직류모터의 정속성을 개선시켜 전기적 소음을 최소화시킬 수 있다.

Claims

내부면에 지지턱이 형성되어 있는 프런트커버;

상기 프런트커버의 내부에 회전 가능하게 설치되는 로터샤프트;

상기 로터샤프트의 외측에 결합되는 마그네트;

상기 마그네트의 외측에 마련되며, 상기 프런트커버의 내부에 냉각공간부를 형성할 수 있도록 상기 지지턱에 지지되어 상기 프런트커버의 전방 단부와 이격되게 위치하는 스테이터;

상기 프런트커버의 후방에 결합되는 리어캡;

상기 리어캡에 결합되며, 홀소자센서가 구비되어 있는 인쇄회로기판을 포함하여 이루어지는 브러시리스 직류모터.
제1항에 있어서,

상기 프런트커버 및 상기 리어캡은 열전도성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 프런트커버의 측부에는 내부의 케이블을 외부로 인출할 수 있도록 케이블인출홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터.
제1항에 있어서,

상기 로터샤프트는,

일단이 상기 프런트커버를 관통하여 외부로 노출되고, 타단은 상기 리어캡에 지지되는 샤프트부; 상기 샤프트부에 일체로 형성되며, 외주면에 상기 마그네트가 결합되는 마그네트결합홈이 형성되어 있는 로터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터.
제4항에 있어서,

상기 리어캡은 상기 프런트커버의 후방에 끼움 결합되며, 내측 중앙부에는 상기 샤프트부가 삽입 지지되는 원통형의 기판지지부가 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터.
제5항에 있어서,

상기 인쇄회로기판은 상기 기판지지부 상에 결합되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터.
제1항에 있어서,

상기 로터샤프트의 양단에 결합되는 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터.
내부면에 지지턱이 형성되어 있는 열전도성 재질의 프런트커버;

상기 프런트커버의 후방에 끼움 결합되며, 내측 중앙부에는 원통형의 기판지지부가 돌출 형성되어 있는 리어캡;

상기 프런트커버의 내부에 설치되며, 일단은 상기 프런트커버를 관통하여 외부로 노출됨과 아울러 타단은 상기 기판지지부에 지지되는 샤프트부 및 상기 샤프트부에 일체로 형성되며 외주면에 마그네트결합홈이 형성되어 있는 로터부를 갖는 로터샤프트;

상기 마그네트결합홈 상에 결합되는 마그네트;

상기 마그네트의 외측에 마련되며, 상기 프런트커버의 내부에 냉각공간부를 형성할 수 있도록 상기 지지턱에 지지되어 상기 프런트커버의 전방 단부와 이격되게 위치하는 스테이터;

상기 기판지지부 상에 결합되며, 중앙부에는 상기 샤프트부가 관통되는 관통홀이 형성됨과 아울러 상기 관통홀과 근접하게 홀소자센서가 구비되어 있는 인쇄회로기판;

상기 샤프트부에 결합되는 베어링을 포함하여 이루어지는 브러시리스 직류모터.