KR100911832B1 - 고효율 슬림형 진공흡입장치 및 이를 이용한 로봇 청소기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 청소기의 진공흡입장치에서 발생되는 열을 별도의 방열 부품 없이 냉각이 이루어지고, 크기를 슬림형으로 콤팩트하게 제작 가능하며, 생산성을 향상시킬 수 있는 고효율 슬림형 진공흡입장치 및 이를 이용한 로봇 청소기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 로봇 청소기용 진공흡입장치는 임펠러가 한쌍의 와셔 및 임펠러 부싱에 의해 회전축에 밀착 고정되어 미끄럼이 발생하지 않고, BLDC 모터로부터 발생되는 흡입 효율이 증가하여 소비 전력이 감소함에 따라 별도의 방열 핀이 필요치 않으며, 진공흡입장치 내에 BLDC 모터를 내장하여 슬림형으로 구현함에 의해 로봇 청소기도 슬림형으로 콤팩트하게 제작 가능하다.

로봇 청소기, 진공흡입장치, BLDC 모터, 슬림형, 소형화, 흡입 효율

Description

고효율 슬림형 진공흡입장치 및 이를 이용한 로봇 청소기{Slim Type Vacuum Inhaling Apparatus Having High Efficiency and Robot Cleaner Using the Same}

도 1 내지 도 3은 본 발명이 적용되는 로봇 청소기의 외형을 설명하기 위한 사시도, 로봇 청소기의 내부 구성을 개략적으로 설명하기 위한 개략 내부 구성도 및 저면도.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로봇 청소기의 진공흡입장치를 설명하기 위한 사시도, 단면도 및 결합 사시도.

도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 진공흡입장치의 BLDC 모터를 설명하기 위한 단면도.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 코어 및 일체형 코어 조립체를 설명하기 위한 단면도.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 분할형 코어 및 분할형 코어 조립체를 설명하기 위한 단면도.

도 8는 본 발명에 따른 베어링 하우징의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 9는 본 발명에 따른 BLDC 모터의 로터를 설명하기 위한 단면도.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇 청소기의 진공흡입장치를 설명하기 위한 일부 절개 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1,5 : BLDC 모터 10 : 회전축

20,200 : 로터 21,210 : 자석

22,220 : 요크 프레임 23 : 중앙 프레임

24,240 : 로터 부싱 30,300 : 스테이터

31 : 코어 32-32b : 보빈

33-33b : 코어 조립체 34 : 후크

35 : 코일 36a,36b : 부싱

40,400 : 임펠러 41,410 : 임펠러 와셔

40a : 가이드 베인 40c : 상부판

40d : 하부판 40b,71 : 흡입구

42,420 : 임펠러 부싱 43,430 : 너트

50,500 : 팬 가이드 51,510 : 가이드 홈

51a : 흡입구멍 52,520 : 팬 연결봉

53,530 : 결합 턱 60,600: 콘트롤 PCB

61 : PCB 커버 81,82,810,820 : 베어링

90 : 돌기 100 : 로봇 청소기

110 : 본체 120,1200 : 진공흡입장치

130 : 흡입 노즐 140 : 집진 장치

150, 160 : 바퀴

본 발명은 고효율 슬림형 진공흡입장치 및 이를 이용한 로봇 청소기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 로봇 청소기의 진공흡입장치에서 발생되는 열을 별도의 방열 부품 없이 냉각시키고, 로봇 청소기를 슬림형으로 제작 가능하며, 생산성을 향상시킬 수 있는 고효율 슬림형 진공흡입장치 및 이를 이용한 로봇 청소기에 관한 것이다.

오늘날 많은 가전 제품들이 개발되어 시판되고 있으며, 이러한 가전 제품 중에 주거 환경의 청결을 위해 개발된 진공 청소기가 있다.

진공 청소기는 청소기 본체 내부에 장착되는 BLDC 모터에 의해 발생되는 진공압을 이용하여 먼지 등과 같은 이물질이 포함된 공기를 흡입한 후 본체 내부에서 이물질을 걸러내는(filtering) 가전제품이다.

진공 청소기는 사용자가 직접 조작하는 진공 청소기와 사용자의 조작 없이 스스로 청소를 수행하는 로봇 청소기로 분류될 수 있으며, 로봇 청소기는 내부 배터리를 동력원으로 입력된 프로그램에 따라 일정 청소 영역의 바닥을 이동하면서 공기를 흡입한 후 이물질을 걸러내는 청소 작업을 수행한다.

이러한 로봇 청소기, 특히 내부 배터리를 동력원으로 이용하는 와이어레스형 로봇 청소기에서는 진공압을 발생시키기 위해 진공발생장치에 소비전력이 낮은 고효율의 BLDC 모터를 채용할 필요가 있다.

BLDC 모터는 파워구동소자를 포함하는 드러이버가 필요하고 100W 이상의 고출력을 내기 위해서는 파워구동소자로부터 발생되는 열을 빠르게 방열시키기 위한 방열 대책이 필요하다. 상기와 같이, 로봇 청소기에서 발생되는 열을 방열시키기 위해서는 별도의 방열 핀(fin)을 마련하거나, BLDC 모터를 감싸거나, BLDC 모터가 장착되는 하우징을 알루미늄과 같이 열전도성이 높은 금속으로 형성하여야 한다.

따라서, 종래의 진공흡입장치에서는 BLDC 모터의 파워구동소자를 방열 핀 또는 방열 하우징에 부착시키는 구조에 의해 방열을 행하였기 때문에 BLDC 모터를 진공흡입장치의 팬 가이드에 밀착시킨 슬림형 구조를 채용하기 어려웠다. 즉, 팬 가이드와 콘트롤 PCB 사이 공간에 구동 모터를 위치시키는 내장형으로 설계할 수 없었다.

또한, BLDC 모터에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 방열 핀 또는 방열 하우징과 같은 방열 구조물을 마련하는 경우에는 로봇 청소기의 진공흡입장치 내부에 방열 구조물을 장착해야 하므로, 로봇 청소기 내부 구조가 복잡해짐은 물론, 방열 구조물을 장착하기 위한 공간으로 인해 진공흡입장치의 크기가 커지게 된다. 또한, BLDC 모터의 하우징을 방열 구조물로 형성하는 경우에는 진공흡입장치(즉, 로봇 청소기)의 무게가 증가하게 되고 이는 소모 전력의 증가를 야기하게 된다. 더욱이, 이와 같이 청소기의 무게와 크기가 증가하면, 소파나 침대 밑 등을 청소하기 위하여 슬림 타입으로 하우징을 설계하는데 장애요인으로 작용한다.

한편, 로봇 청소기는 기본적으로 그 내부에 전원공급을 위한 2차 전지모듈, 한쌍의 바퀴를 독립적으로 구동하기 위한 한쌍의 구동모터, 집진장치 등이 매우 큰 공간을 차지하고 있어, 진공흡입장치가 배치될 공간은 크지 않다. 더욱이, 진공흡입장치의 선단부와 후단 측면에는 각각 필터가 배치되고 있다.

특히, 종래의 진공흡입장치는 전체 길이가 구현하고자 하는 슬림형 로봇 청소기의 배치공간 높이보다 크기 때문에 진공흡입장치는 로봇 청소기의 하우징에 내 장될 때 경사지게 하거나 수평으로 배치된 설치 구조를 채택하여야만 되었다.

그 결과 종래에는 진공흡입장치를 수평 또는 경사지게 배치됨에 따라 그의 전방 및 측면에 필터가 배치되는 로봇 청소기의 하우징을 슬림화함과 동시에 소형으로 구현하는데 장애요소가 되었다.

따라서, 로봇 청소기의 BLDC 모터에서 발생되는 열을 방열 핀과 같은 별도의 수단 없이 방열시킴에 의해, 로봇 청소기의 크기를 콤팩트(compact)하게 함과 동시에 무게를 경량화하는 것이 요구된다.

아울러, 로봇 청소기는 기본적으로 세정도가 높고 넓은 지역을 짧은 시간에 청소하기 위해서는 공기를 흡입하는 흡입력과 효율을 최대화하는 것이 요구된다. 따라서, 로봇 청소기의 청소 효율을 최대화하기 위해서는 공기를 흡입하는 진공흡입장치의 모터의 출력 및 회전력을 최대화하여야 하나, 기존 진공흡입장치에 적용되는 모터의 출력 및 회전력은 요구되는 수준에 미치지 못하며, 소비되는 전력 역시 큰 단점을 가진다.

한편, 종래에는 임펠러의 중심부가 직경이 작은 임펠러 부싱에 의해 로터 부싱에 압착 지지되는 구조에 의해 로터의 회전력이 임펠러의 중심부를 통하여 전달되었다. 그 결과 로터의 회전시에 임펠러가 회전축으로부터 미끄러지는 현상이 발생하여 로터의 회전력이 임펠러로 효과적으로 전달되지 못하는 문제가 있다.

아울러, BLDC 모터의 회전축을 지지하는 한쌍의 베어링의 위치를 정확하게 설정해야 하는 데, 이를 위해서는 바람직하게는 1/100 이하로 하는 것이 요구되나, 이 경우는 고가의 정밀 금형을 사용하여야 한다. 고가의 정밀 금형을 사용하지 않 고 베어링의 동심도를 맞출 수 있는 설계방식이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은, 진공 흡입되는 외부공기의 통과 경로를 짧게 하면서도 마찰 저항이 적게 곡선화 설계함에 의해 흡입효율이 증가하여 소비전력이 작아지고, 그 결과 파워구동소자에서 발생되는 열을 별도의 방열 수단(예를 들어, 방열 핀)없이 냉각시킬 수 있는 고효율 진공흡입장치 및 이를 이용한 로봇 청소기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고효율의 BLDC 모터를 채용함에 의해 소비전력이 작아지고, 그 결과 파워구동소자에서 발생되는 열을 별도의 방열 수단(예를 들어, 방열 핀)없이 냉각시킬 수 있는 고효율 진공흡입장치 및 이를 이용한 로봇 청소기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 팬 가이드와 콘트롤 PCB 사이 공간에 구동 모터를 위치시키는 내장형으로 설계하는 것이 가능하여 진공흡입장치의 길이를 최소화할 수 있어, 그 결과 로봇 청소기 내부에 수직형으로 내장될 수 있고 청소기 전체 구조를 슬림형으로 제작할 수 있는 슬림형 진공흡입장치 및 이를 이용한 로봇 청소기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 진공흡입장치의 임펠러가 모터의 회전에 의해 회전할 때, 모터의 회전력을 효과적으로 전달받아 미끄럼없이 회전할 수 있으며 내구성이 높은 진공흡입장치 및 로봇 청소기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구동모터를 별도로 조립하여 진공흡입장치에 결합 하는 구조에 의해 조립성이 높은 진공흡입장치 및 로봇 청소기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 진공흡입장치는 로터 및 스테이터로 구성되어, 회전력을 발생시키는 BLDC 모터와, 상기 로터의 중앙에 로터 부싱을 통해 고정 결합되어 회전하는 회전축과, 상기 로터 상부에 위치하며, 상기 회전축의 일측에 하부판이 결합 고정되어 상기 회전축이 회전함에 의해 상부판 중앙에 위치한 제1 흡입구에 흡입력을 발생시키는 임펠러와, 상기 임펠러와 BLDC 모터 사이에 배치되어 임펠러에 의해 발생되는 흡입력에 의해 흡입되는 공기의 흐름을 BLDC 모터 내부로 가이드하는 나선형으로 이루어진 다수의 가이드 홈이 외주부에 형성되고, 하단 외주부에 다수의 팬 연결봉이 BLDC 모터를 둘러싸도록 연장된 팬 가이드와, 상기 스테이터가 고정되며, 상기 BLDC 모터에 대한 구동 전압을 인가하는 콘트롤 PCB와, 상기 팬 가이드의 다수 팬 연결봉을 고정 지지하며, 상기 콘트롤 PCB의 하부를 보호하는 PCB 커버와, 중앙부에 위치한 제2 흡입구가 상기 임펠러의 제1 흡입구로 연장 형성되고 외주부가 상기 임펠러와 팬 가이드를 둘러쌈과 동시에 상기 다수의 가이드 홈과 내주부 사이에 공기 통과경로를 형성하도록 연장되어 상기 팬 가이드의 외주부에 결합되는 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 진공발생장치는 로터 및 스테이터로 구성되어, 회전력을 발생시키는 BLDC 모터와, 상기 로터의 중앙에 로터 부싱을 통해 고정 결합되어 회전하는 회전축과, 상기 스테이터가 하측면에 고정 설치되며, 상기 BLDC 모터에 대한 구동 전압을 인가하는 콘트롤 PCB와, 상기 회전축의 일측에 하부판이 결합 고정되어 상기 회전축이 회전함에 의해 상부판 중앙에 위치한 제1 흡입구에 흡입력을 발생시키는 임펠러와, 상기 임펠러와 콘트롤 PCB 사이에 배치되어 임펠러에 의해 발생되는 흡입력에 의해 흡입되는 공기의 흐름을 콘트롤 PCB 상측으로 가이드하는 나선형으로 이루어진 다수의 가이드 홈이 외주부에 형성되고, 하단 외주부에 다수의 팬 연결봉이 상기 콘트롤 PCB의 외주부에 고정 지지된 팬 가이드와, 중앙부에 위치한 제2 흡입구가 임펠러의 제1 흡입구로 연장 형성되고 외주부가 상기 임펠러와 팬 가이드를 둘러쌈과 동시에 상기 다수의 가이드 홈과 내주부 사이에 공기 통과경로를 형성하도록 연장되어 상기 팬 가이드의 외주부에 결합되는 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 진공흡입장치는 상기 로터 부싱과 임펠러 하부판의 중앙 하부 사이에 넓은 접촉면적을 가지고 접촉하는 하부 임펠러 와셔와, 하부면이 상기 임펠러 하부판의 중앙 상부에 넓은 접촉면적으로 접촉하는 상부 임펠러 와셔와, 상기 상부 임펠러 와셔보다 상대적으로 작은 접촉면적을 가지고 상부 임펠러 와셔의 상부에 위치하며, 중앙부의 구멍에 상기 회전축이 결합되는 임펠러 부싱과, 상기 회전축의 상단부에 나사 결합되어 임펠러 부싱, 상부 및 하부 임펠러 와셔를 로터 부싱에 밀착시킴에 의해 상기 임펠러를 상기 회전축에 고정시키기 위한 고정너트를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 진공흡입장치는 상기 스테이터의 내주부에 형성되는 부싱에 설치되어 상기 회전축의 일지점을 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링과, 상기 커버의 중앙 부에 설치되어 상기 회전축의 타단을 회전 가능하게 지지하는 제2 베어링을 더 포함하며, 상기 부싱과 커버 중앙부의 제1 및 제2 베어링이 설치되는 베어링 수용홈에는 다수의 돌기가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 진공흡입장치는 상기 제1 베어링의 상부에 위치하며, 중앙부 구멍에 상기 회전축이 결합되는 하부 임펠러 부싱과, 상기 하부 임펠러 부싱보다 상대적으로 넓은 접촉면적을 가지고 임펠러 하부판의 중앙 하부에 접촉하는 하부 임펠러 와셔와, 하부면이 상기 임펠러 하부판의 중앙 상부에 넓은 접촉면적으로 접촉하는 상부 임펠러 와셔와, 상기 상부 임펠러 와셔보다 상대적으로 작은 접촉면적을 가지고 상부 임펠러 와셔의 상부에 위치하며, 중앙부 구멍에 상기 회전축이 결합되는 상부 임펠러 부싱과, 상기 회전축의 상단부에 나사 결합되어 상부 및 하부 임펠러 부싱, 상부 및 하부 임펠러 와셔를 제1 베어링에 밀착시킴에 의해 상기 임펠러를 상기 회전축에 고정시키기 위한 고정너트를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 스테이터는, 다수의 분할형 코어와, 절연성 재질로 형성되어, 상기 분할형 코어의 외주에 결합되는 다수의 보빈과, 상기 보빈에 의해 마련되는 공간에 권선되는 코일과, 상기 콘트롤 PCB 상에 결합되는 후크 및 제1 베어링 수용홈이 마련되며, 상기 분할형 코어의 보빈에 코일이 권선된 다수의 분할형 코어 조립체를 환원형으로 형성하기 위하여 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩 방법에 의해 일체화시킨 스테이터 지지체를 포함하며, 상기 제1 베어링 수용홈의 내주면에 상기 내장되는 베어링의 공차를 최소화하는 다수의 돌기가 형성될 수 있다.

상기 BLDC 모터는 중앙 프레임으로부터 절곡 신장되는 요크 프레임 내주면에 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터와, 상기 로터의 내부에 배치되며 다수의 분할형 코어 각각에 보빈이 결합된 상태에서 코일을 개별 권선하여, 열경화성 수지로 인서트 몰딩함에 의해 스테이터 지지체를 통해 일체로 형성되는 스테이터와, 로터 부싱을 통해 상기 로터의 중앙 부분에 결합되어 회전하는 회전축과, 상기 스테이터 지지체에 일체로 형성되는 후크를 통해 후크 결합하여 상기 스테이터를 고정시키며 상기 BLDC 모터에 대한 구동 전압을 인가하는 콘트롤 PCB를 포함할 수 있다. 상기 진공흡입장치는 로봇 청소기에 적용된다.

상기 진공청소기는 본체와; 상기 본체 하부에 위치하며, 상기 본체가 설정된 방향으로 이동 가능하도록 하는 다수의 바퀴와; 흡입 노즐을 통해 흡입되는 공기 중의 이물질을 집진하는 집진 장치와; 상기 흡입 노즐을 통해 공기를 흡입하는 흡입력을 발생시키는 진공흡입장치와; 상기 진공흡입장치의 구동 전원을 제공하는 배터리를 포함하며, 상기 진공흡입장치는, 로터 및 스테이터로 구성되어, 회전력을 발생시키는 BLDC 모터와, 상기 로터의 중앙에 로터 부싱을 통해 고정 결합되어 회전하는 회전축과, 상기 로터 상부에 위치하며, 상기 회전축의 일측에 하부판이 고정수단에 의해 결합 고정되어 상기 회전축이 회전함에 의해 상부판 중앙에 위치한 제1 흡입구에 흡입력을 발생시키는 임펠러와, 상기 임펠러와 BLDC 모터 사이에 배치되어 임펠러에 의해 발생되는 흡입력에 의해 흡입되는 공기의 흐름을 BLDC 모터 내부로 가이드하는 나선형으로 이루어진 다수의 가이드 홈이 외주부에 형성되고, 하단 외주부에 다수의 팬 연결봉이 BLDC 모터를 둘러싸도록 연장된 팬 가이드와, 상기 스테이터가 고정되며, 상기 스테이터에 대한 구동 전압을 인가하는 콘트롤 PCB와, 상기 다수의 팬 연결봉의 자유단을 고정 지지하며, 상기 콘트롤 PCB의 하부를 보호하는 PCB 커버와, 중앙부에 위치한 제2 흡입구가 상기 임펠러의 제1 흡입구로 연장 형성되고 외주부가 상기 임펠러와 팬 가이드를 둘러쌈과 동시에 상기 다수의 가이드 홈과 내주부 사이에 공기 통과경로를 형성하도록 연장되어 상기 팬 가이드의 외주부에 결합되는 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스테이터는, 각각 개별적으로 코일이 권선된 다수의 분할형 코어를 열경화성 수지를 이용하여 환원형으로 조립하여 일체형으로 이루어진 스테이터 지지체를 포함하고 있다.

상기 고정수단은 상기 로터 부싱과 임펠러 하부판의 중앙 하부 사이에 넓은 접촉면적을 가지고 접촉하는 하부 임펠러 와셔와, 하부면이 상기 임펠러 하부판의 중앙 상부에 넓은 접촉면적으로 접촉하는 상부 임펠러 와셔와, 상기 상부 임펠러 와셔보다 상대적으로 작은 접촉면적을 가지고 상부 임펠러 와셔의 상부에 위치하며, 중앙부의 구멍에 상기 회전축이 결합되는 임펠러 부싱과, 상기 회전축의 상단부에 나사 결합되어 임펠러 부싱, 상부 및 하부 임펠러 와셔를 로터 부싱에 밀착시킴에 의해 상기 임펠러를 상기 회전축에 고정시키기 위한 고정너트를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 스테이터의 내주부에 형성되는 부싱에 설치되어 상기 회전축의 일지점을 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링과, 상기 커버의 중앙부에 설치되어 상기 회전축의 타단을 회전 가능하게 지지하는 제2 베어링을 더 포함하며, 상기 부싱과 커 버 중앙부의 제1 및 제2 베어링이 설치되는 베어링 수용홈에는 다수의 돌기가 형성되어 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 로봇 청소기의 진공흡입장치 길이를 최소화하여 로봇 청소기를 슬림형으로 콤팩트하게 제작 가능하며, 고효율 모터를 사용하면서 진공 흡입되는 외부공기의 통과 경로를 저항이 적게 설계함에 의해 흡입효율이 증가하여 소비전력이 작아짐에 따라 별도의 방열 핀 없이 파워소자의 냉각이 가능하다.

(실시예)

이하, 본 발명에 따른 진공흡입장치 및 이를 이용한 로봇 청소기를 첨부한 도면을 참조하여 상세 설명하며, 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

첨부된 도 1 내지 도 3은 본 발명이 적용되는 로봇 청소기의 외형을 설명하기 위한 사시도, 도 1에 도시된 로봇 청소기의 내부 구성을 개략적으로 설명하기 위한 개략 내부 구성도 및 저면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 로봇 청소기(100)는 외관을 형성하는 본체(110)와, 본체(110)의 내부에 구비되어 진공압을 발생시켜 이물질이 포함된 외부공기를 흡입하기 위한 흡입력을 발생시키는 진공흡입장치(120)와, 진공흡입장치(120)의 구동에 의해 공기를 흡입하는 흡입 노즐(130)과, 흡입 노즐(130)에서 흡입된 공기 중의 이물질을 집진하는 집진장치(140)를 포함한다.

상기 본체(110)는 예시된 바와 같이, 납작한 원통형으로 형성될 수 있으며, 본체(110)의 외주면에는 실내의 벽이나 장애물과의 거리를 감지하는 센서(미 도시) 및 충돌시 충격을 흡수하는 범퍼(미 도시)가 구비될 수 있다.

또한, 본체(110)의 상측에는 로봇 청소기(100)의 작동을 조작할 수 있는 조작 버튼(118)과, 로봇 청소기(100)의 작동 상태 등을 표시하는 디스플레이부(115)가 형성되고, 대략 중앙부에는 흡입된 공기가 배출되는 배기필터(미 도시)를 커버하는 배기 커버(114)가 구비된다.

한편, 본체(110)의 내부에는 로봇 청소기(100)의 구동을 제어하는 제어부(180)와, 로봇 청소기(100)에 전원을 공급하는 배터리(190)가 장착되고, 배터리(190)의 후방에는 흡입력을 발생시키는 진공흡입장치(120)가 위치하며, 진공흡입장치(120)의 후방에는 상기 집진장치(140)가 장착되는 집진장치 장착부(141)가 위치한다.

또한, 집진장치(140)는 본체(110)의 후방에 위치하는 집진장치 장착부(141)에 착/탈 가능하게 장착되고, 본체(110)의 하부 양측에는 각각 로봇 청소기(100)의 이동이 가능하도록 하는 좌, 우측 바퀴(150)(160)가 구비되고, 상기 각 바퀴(150)(160)는 제어부(180)에 의해 작동되는 좌륜 모터(151)와 우륜 모터(161)가 각각 연결되어 회전 이동하게 된다.

따라서, 좌륜 모터(151)와 우륜 모터(161)의 구동에 따라 로봇 청소기(100)가 이동하면서 일정 청소 영역내의 청소를 수행하게 된다.

또한, 상기 각 바퀴(150)(160)의 양측면에는 사용자의 파지가 용이하도록 하 는 손잡이(165)가 구비되며, 본체(110)의 하면에는 적어도 하나의 보조 바퀴(170)가 구비되어, 로봇 청소기(100)와 바닥면 사이의 마찰을 최소화하는 동시에 로봇 청소기(100)의 이동이 원활하도록 한다.

상술한 바와 같이 구성되는 로봇 청소기(100)는 먼저 사용자의 조작 버튼(118)을 누름에 의해 로봇 청소기(100)의 청소 모드가 선택되면, 제어부(180)가 입력된 프로그램에 따라 로봇 청소기(100)를 제어한다. 즉, 제어부(180)는 진공흡입장치(120)를 구동시켜 흡입 노즐(130)을 통해 공기가 흡입되도록 하여 집진 장치(140)에서 이물질을 집진하도록 하며, 좌/우륜 모터(151, 161)를 구동시켜 정해진 노선을 따라 로봇 청소기(100)가 이동하면서 청소를 하게 한다.

상기한 도 1 내지 도 3에 도시된 로봇 청소기(100)는 진공흡입장치(120)가 종래와 같이 경사지게 배치된 구조로 설계된 것을 예시한 것으로서, 이하에 설명하는 본 발명에 따른 진공흡입장치를 채용하는 경우 진공흡입장치가 슬림화된 구조로 구현될 수 있어 진공흡입장치(120)를 수직방향으로 배치하는 것이 가능하다. 그 결과 진공흡입장치의 흡입구 및 배출구 측에 배치되는 필터를 구동모터의 슬림화에 따라 발생된 공간을 이용하여 배치할 수 있어 로봇 청소기 전체를 슬림형으로 제작할 수 있게 된다.

이와 같은 로봇 청소기(100)는 진공흡입장치(120)의 크기를 슬림화 및 최소화함에 의해 콤팩트하게 제작될 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로봇 청소기의 진공흡입장치를 설명하기 위한 사시도, 단면도 및 결합 사시도이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 청소기의 진공흡입장치(120)는 PCB 커버(61)내에 모터의 스테이터에 대한 구동전류를 인가하기 위한 제어회로 소자들이 장착되어 있는 콘트롤 PCB(60)가 결합되고, 콘트롤 PCB(60)의 일측, 예를 들어 상측면 상에 BLDC 모터(1)의 스테이터(30)가 결합된다.

또한, 스테이터(30)의 외주면과 로터(20)의 내주면간 공극이 유지되도록 위치 설정되어 콘트롤 PCB(60) 상에 결합되고, 로터(20)의 중앙 프레임(23) 중앙 부분에 회전축(10)이 결합된다.

이러한 콘트롤 PCB(60)는 조립되는 스테이터(30)를 고정 지지함은 물론, 배터리(190)에 충전된 전압을 BLDC 모터(1)에 구동 전압으로 인가한다. 따라서, 본 발명에 따른 로봇 청소기(100)는 와이어레스 타입에 해당한다.

여기서, 로터(20)의 중앙 프레임(23) 사이에 회전축(10)이 삽입되고, 중앙 프레임(23)과 회전축(10)은 로터 부싱(24)에 의해 고정되어, 로터(20)가 회전함에 의해 회전축(10)이 회전한다.

아울러, 팬 가이드(50)는 로터 부싱(24) 상부에 위치하며, 흡입되는 공기를 가이드하는 다수의 가이드 홈(51)을 구비하고, 다수의 팬 연결봉(52), 예를 들어 4개의 팬 연결봉(52)에 의해 고정 지지된다. 이러한, 각 팬 연결봉(52)은 PCB 커버(61)에 마련되는 결합 구멍(61a)에 결합되어 고정된다. 즉, 4개의 팬 연결봉(52)이 PCB 커버(61)에 고정됨에 따라 팬 가이드(50)가 고정된다.

팬 가이드(50)의 다수의 가이드 홈(51)은 각각 커버(70)와 대향한 팬 가이드(50)의 외주부에 원주방향을 따라 나선형으로 진행함에 따라 폭이 점차적으로 넓 어지면서 상측으로부터 하측으로 진행함에 따라 홈이 확장되는 구조를 갖도록 나선형으로 이루어져 있다. 상기 가이드 홈(51)을 통과한 공기는 흡입구멍(51a)을 통하여 모터(1) 내부로 이동하여 모터(1)를 구성하는 로터(20)와 스테이터(30), 및 콘트롤 PCB(60)의 상부면에 실장된 구동 트랜지스터 등의 회로소자를 공냉 방식으로 냉각시키면서 팬 연결봉(52) 사이의 공간을 통하여 배출되는 경로를 갖는다.

상기 팬 가이드(50)의 상부에 배치되는 임펠러(40)는 상측에 원형의 흡입구(40b)가 돌출된 환원형의 상부판(40c)과, 상부판(40c)과 일정 간격을 갖고 평행하게 배치된 원형의 하부판(40d)과, 상기 상부판과 하부판 사이에 나선형 칸막이 형태로 배치되어 흡입구(40b)로 흡입된 공기를 원주부로 안내하는 공기 흐름경로를 형성하는 다수의 가이드 베인(40a)으로 이루어져 있다.

상기 임펠러(40)는 로터(20)와의 결합(즉, 동력 전달)을 위해 임펠러(40)의 하부판(40d) 중앙부와, 한쌍의 임펠러 와셔(41) 및 임펠러 부싱(42)의 중앙부에는 회전축(10)이 결합 고정된다. 아울러, 임펠러 부싱(42)의 상부에는 임펠러 부싱(42)과 한쌍의 임펠러 와셔(41)의 이탈을 방지하며, 회전축(10)과 임펠러(40) 및 로터(20)의 결합력을 더욱 강하게 하는 고정너트(43)가 나사 체결되어 있다.

따라서, 임펠러(40)는 고정너트(43)의 조임에 따라 임펠러 부싱(42)이 접촉면적이 큰 한쌍의 임펠러 와셔(41)를 임펠러(40) 하부판의 중심부에 압착 지지시킴에 의해 임펠러(40)는 로터 부싱(24)에 밀착 고정되며, 그 결과 로터(20)의 회전시에 임펠러(40)가 미끄럼없이 회전하게 되어 로터(20)의 회전력이 임펠러(40)로 효과적으로 전달된다.

또한, 임펠러(40) 상부에는 진공흡입장치(120)의 내부 구성을 보호하면서 외형을 형성하는 커버(70)가 결합되며, 커버(70)의 하부측은 펜 가이드(50)의 외주 상에 마련되는 결합 턱(53)에 위치하여 고정된다. 상기 커버(70)의 중앙 부분에는 공기가 유입되는 원형 흡입구(71)가 형성되어 있으며, 그의 내주부는 임펠러(40)의 흡입구(40b)로 연장 형성되어 흡입되는 외부공기를 임펠러(40)의 흡입구(40b)로 안내하고 있고, 임펠러(40)의 외주부와 일정한 간격을 이루는 원통형 하단부는 임펠러(40)로부터 배출되는 도입공기를 팬 가이드(50)의 가이드 홈(51)으로 안내하는 통과 경로(PW)의 외벽을 이루고 있다.

한편, 회전축(10)은 소정의 간격을 갖는 제1 및 제2 위치에 설치된 제1 및 제2 베어링(81, 82)에 회전 가능하게 지지되어 있다.

상기 제1 베어링(81)은 스테이터(30)의 내측부에 배치되는 부싱(36a)에 형성된 베어링 수용홈에 삽입 내장되며, 제2 베어링(82)은 PCB 커버(61)에 마련된 베어링 수용홈에 내장되고, 상기 부싱(36a)은 스테이터(30) 및 PCB 커버(61)의 인서트 몰딩 방식으로 성형될 때 함께 마련될 수 있다. 또한, 회전축(10)의 하부에는 제2 베어링(82)의 이탈을 방지하기 위한 스냅 링(83)이 스냅 결합되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 로봇 청소기의 진공흡입장치(120)에서는 BLDC 모터(1)에 구동 전압이 인가되어, 로터(20)의 회전에 따라 임펠러(40)가 고속으로 회전하게 되면, 임펠러(40)의 내부에 나선형으로 배치된 다수의 가이드 베인(40a)의 작용에 의해 임펠러(40)의 내부에 있던 공기가 팬 가이드(50)의 가이드 홈(51)을 따라 흡입구멍(51a)을 통하여 하측, 즉 모터(1) 내부로 배출되면서 강한 부압이 발생한다.

이러한 강한 부압이 발생하면 커버(70)의 흡입구(71)를 통해 외부공기가 흡입되어 임펠러(40)를 통하여 팬 가이드(50)의 가이드 홈(51)을 따라 이동하게 되고, 모터(1) 내부로 흡입된 공기는 팬 가이드(50)의 팬 연결봉(52) 사이의 배출공간으로 배출되는 공기의 흐름이 발생한다.

이때, 진공흡입장치(120)에서 발생되는 강한 진공 흡입력에 의해 흡입되는 공기에 포함된 이물질은 집진 장치(140)에서 집진된 후, 이물질이 제거된 공기가 다시금 배기커버(114)를 통하여 외부로 배출된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 진공흡입장치에서는 임펠러(40)의 회전에 따라 외부공기는 커버(70)의 흡입구(71), 임펠러(40), 팬 가이드(50)의 가이드 홈(51), 모터(1) 내부, 팬 연결봉(52) 사이의 배출공간으로 이어지는 최단거리의 짧은 통과 경로(PW)를 곡선화하여 자연스런 공기 흐름 경로를 갖도록 설정함에 의해 마찰 저항 요소를 최소화하였다.

또한, 팬 가이드(50)의 다수의 가이드 홈(51)은 각각 커버(70)와 함께 대향한 팬 가이드(50)의 외주부에 원주방향을 따라 나선형으로 진행함에 따라 폭과 깊이가 점차적으로 넓어지는 통과 경로(PW)를 형성하고 있으므로, 임펠러(40)가 고속으로 회전하여 고압의 공기가 이러한 가이드 홈(51)에 공급되면 상기 가이드 홈(51)과 흡입구멍(51a)은 마치 분사 노즐과 같이 작용하여 공기 흐름에 가속이 이루어지게 한다.

그후, 상기 가이드 홈(51)을 통과한 가속된 공기 흐름은 모터(1) 내부로 이 동하여 모터(1)를 구성하는 로터(20)와 스테이터(30), 및 콘트롤 PCB(60)의 상부면에 실장된 파워구동 트랜지스터 등의 회로소자를 공냉 방식으로 냉각시키면서 팬 연결봉(52) 사이의 공간을 통하여 배출되는 경로를 갖는다.

더욱이, 본 발명의 진공흡입장치(120)에서는 로터(20)의 회전력이 임펠러(40)에 효과적으로 전달이 이루어지면서 경로가 짧고 마찰 저항이 적은 통과 경로(PW)를 거치면서 가속된 공기 흐름이 모터(1) 내부를 냉각시키기 때문에 흡입효율이 종래에 비하여 크게 증가하여 소비전력이 작아지고, 그 결과 파워구동소자에서 발생되는 발열량이 감소하여 별도의 방열 수단(예를 들어, Al 방열 핀)없이 냉각시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 진공흡입장치(120)는 종래와 같은 파워구동소자를 냉각시키는데 필요한 부피가 크고, 무게를 증가시키는 Al 방열 구조물 등을 채용하지 않는 것이 가능하여, 팬 가이드(50)와 콘트롤 PCB(60) 사이 공간에 BLDC 모터(1)를 위치시키는 내장형으로 설계하는 것이 가능하게 되었다.

그 결과, 본 발명에서는 BLDC 모터가 외장형으로 설계된 종래 구조에 비하여 BLDC 모터(1)의 축소된 높이(길이)만큼, 즉 약 40% 정도 진공흡입장치(120)의 길이가 슬림화하게 제작될 수 있으므로 로봇 청소기(100) 내부에 수직형으로 배치하는 것이 가능하여 청소기 전체적으로 슬림화함과 동시에 콤팩트하게 제작할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 진공흡입장치의 BLDC 모터를 설명하기 위한 단면도이다.

도 5를 참조하면, BLDC 모터(1)의 로터(20)는 중앙 프레임(23)의 중앙에 마 련되는 로터 부싱(24)의 관통 구멍에 회전축(10)이 삽입되어, 고정 지지된다.

그리고, 중앙 프레임(23)으로부터 직각으로 절곡되어 신장되는 원통형의 요크 프레임(22)의 내주에는 다수개, 예를 들어, 4개의 자석(N극 및 S극 각각 2개)(21)이 접착 고정되며, 각 자석(21)은 스테이터(30) 방향으로 마주보게 접착된다.

한편, 스테이터(30)는 단면이 대략 'T'형태의 코어(31)에 보빈(32)이 결합된 상태에서 코일(35)이 권선된 이후에 BMC(bulk molding compound)를 사용하여 환원형의 형상을 이루도록 스테이터 지지체, 즉 부싱(36a,36b)을 인서트 몰딩에 의해 형성한다. 이때, 스테이터(30)의 인서트 몰딩시에 제1 부싱(36a)의 제1 위치에 해당하는 영역에 베어링 수용홈을 형성한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 코어 및 일체형 코어 조립체를 설명하기 위한 단면도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 일체형 코어(31a)는 전체적으로 환원형으로 이루어지는 원통부(37)와, 환원형 원통부(37)로부터 예를 들어, 6개의 'T'또는 'I' 형 티스(teeth)(38)가 방사방향으로 연장되어, 6개의 슬롯을 갖는다. 상기 티스(38)의 외주부에는 절연성 재질의 보빈(32a)이 인서트 몰딩방식으로 형성되며, 보빈의 외주에 코일(35)이 권선되면, 일체형 코어 조립체(33a)가 형성된다.

이후, 일체형 코어 조립체(33a)를 부싱(36a)이 마련되도록 인서트 몰딩방식으로 성형하여 스테이터(30)를 형성한다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 변형 실시예에 따른 분할형 코어 및 분할형 코 어 조립체를 설명하기 위한 단면도이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명에 따른 분할형 코어는 전체적으로 대략 'T' 또는 'I' 형태의 분할형 코어(31b)가 다수, 예를 들어, 6개가 조합되어 스테이터(30)를 형성한다.

분할형 코어(31b) 각각은 도 6a에 도시된 일체형 코어(31a)를 각각 'T' 또는 'I' 형 티스(38a)를 포함하도록 균등하게 분할한 것이다.

상기 각 분할형 코어(31b)에는 절연성 재질의 보빈(32b)이 인서트 몰딩 방식으로 결합된 상태에서 코일(35)이 권선되어 분할형 코어 조립체(33b)가 형성된다. 이와 같이 분할형 코어(31b)를 사용하여 코일(35)을 권선하는 경우 저렴한 범용권선기를 사용하여 코일 권선이 이루어질 수 있어 일체형 코어를 사용하여 코일을 권선하는 것과 비교할 때 생산성이 높게 된다.

이후, 예를 들어, 6개의 분할형 코어 조립체(33b)의 내주부(37a), 즉 이웃하는 분할형 코어 조립체(33b)의 내주부(37a) 측면끼리 용접하여 접착시키고, 베어링 수용홈이 마련되도록 부싱을 일체로 형성하여 스테이터(30)를 형성한다.

한편, 일체형 코어 조립체(33a) 및 분할형 코어 조립체(33b)를 인서트 몰딩방식으로 성형할 때, 베어링 수용홈을 마련하면서 스테이터(30)를 콘트롤 PCB(60)에 고정 결합시킬 수 있는 고정용 후크를 일체로 사출 성형한다. 따라서, 고정용 후크를 사용하여 스테이터(30)를 콘트롤 PCB(60)에 고정시킬 수 있으므로, BLDC 모터(1)의 조립 생산성을 향상시킬 수 있다.

한편, 제1 및 제2 베어링(81,82)의 동심도를 맞추기 위해서는 제1 및 제2 위 치에 형성되는 베어링 수용홈을 설정된 위치에 배치하는 것이 요구된다. 그러나, 인서트 몰딩에 의해 스테이터(30)의 부싱(36a)을 형성할 때 제1 베어링(81)이 삽입되는 베어링 수용홈의 설치위치에 대한 공차는 1/100 이하로 제작하는 것이 금형의 정밀성을 요구하기 때문에 어려움이 있다. 따라서, 고가의 정밀금형 대신에 보다 저렴한 금형의 사용이 가능하게 하려면 공차를 예를 들어, 1/100보다 크게 하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 본 발명에서는 스테이터(30)의 부싱(36a)을 형성할 때 도 8과 같이 베어링 수용홈의 내주부에 다수의 반원형 돌기(90)를 형성하였다. 이와 같이, 베어링 수용홈 외측면에 다수의 돌기(90)를 형성하고, 그 내주부에 베어링 하우징을 삽입하여 베어링을 설치하면 금형의 공차를 낮추는 것이 가능하게 된다.

또한, 제2 베어링(82)이 위치하는 PCB 커버(70)를 사출 성형할 때, 중앙 부분에 마련되는 베어링 수용홈의 외측면에도 상기 돌기(90)를 형성하여 요구되는 공차를 만족시키도록 하는 것이 바람직하다. 그 결과 금형의 공차를 1/100 보다 크게 설계하는 것이 가능하여 제조비용을 절감할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 BLDC 모터의 로터 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 9를 참조하면, 로터(20)는 중앙 부분에 회전축(10)이 결합되는 중심 공간(25)이 마련되는 중앙 프레임(23)과, 중앙 프레임(23)으로부터 절곡되어 신장되며, 전체적으로 환원형을 이루는 요크 프레임(22)과, 요크 프레임(22)의 내주면에 접착되는 자석(21)과, 중앙 프레임(23)의 중앙 부분에 위치하며, 중앙 공간(25)에 결합되는 회전축(10)을 고정 지지하는 로터 부싱(24)으로 구성된다.

이 경우, 상기 요크 프레임(22)은 자로(磁路)를 형성할 수 있는 금속재로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 중앙 프레임(23)에는 BLDC 모터(1)가 구동됨에 의해 발생되는 열을 공냉 방식으로 방열시키기 위한 다수의 관통구멍이 마련되어 있어, 로터(10)가 회전함에 의해 스테이터(30)에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 공기의 흐름을 유도할 수 있다.

한편, 상기 로터(20)의 자석(21)은 요크 프레임(22)의 내측에 접착되는 하나의 환형 자성체에 N극 및 S극을 교대로 분할 착자시키거나 분할형 자석을 사용할 수 있다.

또한, 로터(20)를 회전축(10)에 고정 지지하는 로터 부싱(24)은 별도의 제작한 이후에 중앙 프레임(23)과 인서트 몰딩 방식으로 결합될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇 청소기의 진공흡입장치를 설명하기 위한 일부 절개 단면도이다.

상기 도 4a 내지 도 4c에 도시된 제1 실시예에 따른 진공흡입장치(120)는 BLDC 모터(1)가 팬 가이드(50) 내에 위치하는 내장형으로, 진공흡입장치(120)의 크기를 콤팩트하게 설계한 모델이다. 상기 도 10에 도시된 제2 실시예에 따른 진공흡입장치(1200)는 BLDC 모터(5)가 팬 가이드(500) 외부 공간에 위치하는 외장형으로, BLDC 모터(5)를 별도로 제작하여 진공흡입장치(120)에 결합시키는 구조를 채용함에 의해 조립 생산성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 상기 도 10에 도시된 제2 실시예의 진공흡입장치(1200)는 PCB 커버(700)가 구비되지 않고, 스테이터(300)가 후크(340)를 통해 콘트롤 PCB(600) 하부에 결합된다. 또한, 스테이터(300)는 내부에 회전축(10)이 결합되는 스테이터 지지체(390)와 일체로 성형되어, 고정 지지된다.

스테이터 지지체(390)의 하부에는 제2 베어링(820)이 삽입 내장될 수 있으며, 내주면에 돌기(90)(도 8 참조)가 형성되는 베어링 수용홈(360b)이 마련된다.

또한, 팬 가이드(500)의 중앙 부분에는 회전축(10)을 지지하는 제1 베어링(810)이 삽입 내장되며, 돌기(90)가 형성되는 베어링 수용홈(360a)이 마련된다.

한편, 팬 가이드(500)의 팬 연결봉(520)은 콘트롤 PCB(600) 상에 마련되는 고정 구멍을 통해 결합되는 고정 볼트(440)에 의해 고정되어, 팬 가이드(500)를 고정 지지하며, 가이드 홈(510)은 흡입되는 공기의 흐름을 유도한다.

또한, 스테이터(300)는 외주면과 로터(200)의 내주면간 공극이 유지되도록 위치 설정되어 콘트롤 PCB(600) 상에 후크 결합되고, 로터(200)는 중앙 프레임(230) 중앙 부분에 로터 부싱(240)을 통해 회전축(10)과 결합되어 고정된다.

이러한 콘트롤 PCB(600)는 조립되는 스테이터(300)를 고정 지지함은 물론, 배터리(190)(도 2 참조)에 충전된 전압을 BLDC 모터(5)에 구동 전압으로 인가한다.

따라서, 로터(200)의 중앙 프레임(230)에 회전축(10)이 결합되므로, 로터(200)가 고속 회전함에 의해 회전축(10)이 회전하게 되어, 임펠러(400)가 회전하게 되어 공기를 흡입한다.

아울러, 팬 가이드(500) 상부에는 한쌍의 임펠러 부싱(420) 및 한쌍의 임펠 러 와셔(410)에 의해 회전축(10)과 밀착 결합되는 임펠러(400)가 위치한다.

팬 가이드(500)는 흡입되는 공기를 가이드하는 나선형상의 다수의 가이드 홈(510)을 외주부에 구비하고, 다수의 팬 연결봉(520), 예를 들어 4개의 팬 연결봉(520)에 의해 콘트롤 PCB(600)에 마련되는 고정 구멍을 통해 볼트 결합된다.

임펠러(400)는 제1실시예와 같이 나선형으로 배치된 다수의 가이드 베인이 내부에 형성되어 있으며 하부판의 중심부가 한쌍의 임펠러 와셔(410) 및 임펠러 부싱(420)에 의해 회전축(10)에 결합 고정된다.

이때, 임펠러(400)의 하부판은 회전축(10)의 상부에 나사결합되는 고정너트(430)의 조임에 의해 한쌍의 임펠러 와셔(410) 및 한쌍의 임펠러 부싱(420)에 의해 압착 고정되면서 베어링(810)의 하우징에 지지된다. 따라서 회전축(10)과 임펠러(400)의 결합력은 더욱 강해지므로 로터(200)의 회전시에 임펠러(400)의 미끄럼없이 회전 가능하게 된다.

또한, 임펠러(400) 상부에는 진공흡입장치(1200)의 구성을 보호하면서 외형을 형성함과 동시에 공기 흐름경로를 형성하는 커버(700)가 결합되며, 커버(700)의 원통 하부측은 펜 가이드(500)의 외주 상에 마련되는 결합 턱(530)에 고정된다.

아울러, 회전축(10)은 제1 및 제2 위치에 위치하는 제1 및 제2 베어링(810, 820)에 의해 지지되어 회전한다.

이러한, 각 베어링(810,820)은 팬 가이드(400) 및 스테이터 지지체(390)에 마련되는 한쌍의 베어링 수용홈(360a,360b) 내에 삽입 내장되며, 베어링 수용홈(360a,360b)은 스테이터 지지체(390) 및 팬 가이드(500)를 성형할 때 마련될 수 있다.

따라서, BLDC 모터(5)가 구동 전압이 인가되어, 로터(200)의 회전에 따라 발생되는 회전력에 의해 임펠러(400)가 회전하게 되면, 임펠러(400)의 내부에 나선형으로 배치된 다수의 가이드 베인의 작용에 의해 임펠러(400)의 내부에 있던 공기가 팬 가이드(500)의 가이드 홈(510)을 따라 하측, 즉 모터(5) 내부로 배출되면서 강한 부압이 발생한다.

이러한 강한 부압이 발생하면 커버(700)의 중심부에 마련되는 흡입구(710)를 통해 외부공기가 유입되어 임펠러(400)를 통하여 팬 가이드(500)의 가이드 홈(510)을 따라 이동하게 되고, 모터(5) 내부로 흡입된 공기는 팬 가이드(500)의 팬 연결봉(520) 사이의 배출공간으로 배출되는 공기의 흐름이 일어난다.

상기한 제2실시예에서 커버(700), 임펠러(400), 팬 가이드(500)의 구조는 상기한 제1실시예와 실질적으로 동일한 구조를 가지는 것이므로, 이에 따른 작용효과는 제1실시예와 동일하게 얻어진다.

단지, 제2실시예의 진공흡입장치(1200)에서는 BLDC 모터(5)를 콘트롤 PCB(600) 하부 상에 위치시키는 구조를 채용한 것이므로, BLDC 모터(5)를 별도로 제작한 후 본체에 조립함에 의해 조립성이 우수해지며, 생산성이 향상될 수 있다.

또한 상술한 바와 같이 진공흡입장치(1200)에 흡입력을 발생시키는 BLDC 모터(5)를 적용하면, 흡입 효율을 향상시킬 수 있음은 물론, 흡입 효율이 향상됨에 따라 소비 전력이 감소되어 냉각이 요구되는 발열량이 감소하게 되기 때문에 별도의 방열 수단(예를 들어, 방열 핀 또는 방열 하우징)을 열전도체로 형성하지 않아 도 발생되는 열이 파워구동소자에 크게 영향을 미치지 않게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 진공흡입장치에서는 로터의 회전력이 임펠러에 효과적으로 전달이 이루어지면서 경로가 짧고 마찰 저항이 적은 곡선화 통과 경로를 거치면서 가속된 공기 흐름이 모터 내부를 냉각시키기 때문에 흡입효율이 종래에 비하여 크게 증가하여 소비전력이 작아지고, 그 결과 파워구동소자에서 발생되는 발열량이 감소하여 별도의 방열 수단 없이 냉각시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 진공흡입장치는 종래와 같은 파워구동소자를 냉각시키는데 필요한 부피가 큰 Al 방열 구조물 등을 채용하지 않는 것이 가능하여, 팬 가이드와 콘트롤 PCB 사이 공간에 구동 모터를 위치시키는 내장형으로 설계하는 것이 가능하여 전체 길이를 슬림형으로 작게 구현할 수 있어 청소기에 수직형으로 배치하는 것이 가능하여 전체적으로 슬림화함과 동시에 콤팩트하게 제작할 수 있다.

아울러, 진공흡입장치의 임펠러가 모터의 회전에 의해 회전할 때, 모터의 회전력을 효과적으로 전달받아 미끄럼없이 회전할 수 있으며, 진공흡입장치에 모터를 조립하여 제작하는 조립성이 향상되도록 할 수 있다.

또한, 로봇 청소기의 진공흡입장치를 제작할 때, 예를 들어, 모터의 스테이터 또는 PCB 커버 등을 사출 성형으로 제작할 때, 성형 조건을 완화시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (14)

1. 로터 및 스테이터로 구성되어, 회전력을 발생시키는 BLDC 모터와,

   상기 로터의 중앙에 로터 부싱을 통해 고정 결합되어 회전하는 회전축과,

   상기 로터 상부에 위치하며, 상기 회전축의 일측에 하부판이 결합 고정되어 상기 회전축이 회전함에 의해 상부판 중앙에 위치한 제1 흡입구에 흡입력을 발생시키는 임펠러와,

   상기 임펠러와 BLDC 모터 사이에 배치되어 임펠러에 의해 발생되는 흡입력에 의해 흡입되는 공기의 흐름을 BLDC 모터 내부로 가이드하는 나선형으로 이루어진 다수의 가이드 홈이 외주부에 형성되고, 하단 외주부에 다수의 팬 연결봉이 BLDC 모터를 둘러싸도록 연장된 팬 가이드와,

   상기 스테이터가 고정되며, 상기 BLDC 모터에 대한 구동 전압을 인가하는 콘트롤 PCB와,

   상기 팬 가이드의 다수 팬 연결봉을 고정 지지하며, 상기 콘트롤 PCB의 하부를 보호하는 PCB 커버와,

   중앙부에 위치한 제2 흡입구가 상기 임펠러의 제1 흡입구로 연장 형성되고 외주부가 상기 임펠러와 팬 가이드를 둘러쌈과 동시에 상기 다수의 가이드 홈과 내주부 사이에 공기 통과경로를 형성하도록 연장되어 상기 팬 가이드의 외주부에 결합되는 커버와,

   상기 스테이터의 내주부에 형성되는 부싱에 설치되어 상기 회전축의 일지점을 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링과,

   상기 커버의 중앙부에 설치되어 상기 회전축의 타단을 회전 가능하게 지지하는 제2 베어링을 포함하며,

   상기 부싱과 커버 중앙부의 제1 및 제2 베어링이 설치되는 베어링 수용홈에는 다수의 돌기가 형성되고,

   상기 공기 통과경로를 통하여 팬 가이드의 가이드 홈으로부터 BLDC 모터의 내부로 도입된 외부 공기는 다수의 팬 연결봉 사이의 공간으로 배출되는 것을 특징으로 하는 진공흡입장치.
2. 로터 및 스테이터로 구성되어, 회전력을 발생시키는 BLDC 모터와,

   상기 로터의 중앙에 로터 부싱을 통해 고정 결합되어 회전하는 회전축과,

   상기 스테이터가 하측면에 고정 설치되며, 상기 BLDC 모터에 대한 구동 전압을 인가하는 콘트롤 PCB와,

   상기 회전축의 일측에 하부판이 결합 고정되어 상기 회전축이 회전함에 의해 상부판 중앙에 위치한 제1 흡입구에 흡입력을 발생시키는 임펠러와,

   상기 임펠러와 콘트롤 PCB 사이에 배치되어 임펠러에 의해 발생되는 흡입력에 의해 흡입되는 공기의 흐름을 콘트롤 PCB 상측으로 가이드하는 나선형으로 이루어진 다수의 가이드 홈이 외주부에 형성되고, 하단 외주부에 다수의 팬 연결봉이 상기 콘트롤 PCB의 외주부에 고정 지지된 팬 가이드와,

   중앙부에 위치한 제2 흡입구가 임펠러의 제1 흡입구로 연장 형성되고 외주부가 상기 임펠러와 팬 가이드를 둘러쌈과 동시에 상기 다수의 가이드 홈과 내주부 사이에 공기 통과경로를 형성하도록 연장되어 상기 팬 가이드의 외주부에 결합되는 커버와,

   상기 팬 가이드의 중앙부에 설치되어 상기 회전축의 일지점을 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링과,

   상기 스테이터의 내주부에 형성되는 부싱에 설치되어 상기 회전축의 타지점을 회전 가능하게 지지하는 제2 베어링을 포함하며,

   상기 제1 및 제2 베어링이 설치되는 베어링 수용홈에는 다수의 돌기가 형성되고,

   상기 공기 통과경로를 통하여 팬 가이드의 가이드 홈으로부터 콘트롤 PCB 상측으로 도입된 외부 공기는 다수의 팬 연결봉 사이의 공간으로 배출되는 것을 특징으로 하는 진공흡입장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 로터 부싱과 임펠러 하부판의 중앙 하부 사이에 넓은 접촉면적을 가지고 접촉하는 하부 임펠러 와셔와,

   하부면이 상기 임펠러 하부판의 중앙 상부에 넓은 접촉면적으로 접촉하는 상부 임펠러 와셔와,

   상기 상부 임펠러 와셔보다 상대적으로 작은 접촉면적을 가지고 상부 임펠러 와셔의 상부에 위치하며, 중앙부의 구멍에 상기 회전축이 결합되는 임펠러 부싱과,

   상기 회전축의 상단부에 나사 결합되어 임펠러 부싱, 상부 및 하부 임펠러 와셔를 로터 부싱에 밀착시킴에 의해 상기 임펠러를 상기 회전축에 고정시키기 위한 고정너트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공흡입장치.
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6. 제2항에 있어서,

   상기 제1 베어링의 상부에 위치하며, 중앙부 구멍에 상기 회전축이 결합되는 하부 임펠러 부싱과,

   상기 하부 임펠러 부싱보다 상대적으로 넓은 접촉면적을 가지고 임펠러 하부판의 중앙 하부에 접촉하는 하부 임펠러 와셔와,

   하부면이 상기 임펠러 하부판의 중앙 상부에 넓은 접촉면적으로 접촉하는 상부 임펠러 와셔와,

   상기 상부 임펠러 와셔보다 상대적으로 작은 접촉면적을 가지고 상부 임펠러 와셔의 상부에 위치하며, 중앙부 구멍에 상기 회전축이 결합되는 상부 임펠러 부싱과,

   상기 회전축의 상단부에 나사 결합되어 상부 및 하부 임펠러 부싱, 상부 및 하부 임펠러 와셔를 제1 베어링에 밀착시킴에 의해 상기 임펠러를 상기 회전축에 고정시키기 위한 고정너트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공흡입장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스테이터는,

   다수의 분할형 코어와,

   절연성 재질로 형성되어, 상기 분할형 코어의 외주에 결합되는 다수의 보빈과,

   상기 보빈에 의해 마련되는 공간에 권선되는 코일과,

   상기 콘트롤 PCB 상에 결합되는 후크 및 제1 베어링 수용홈이 마련되며, 상기 분할형 코어의 보빈에 코일이 권선된 다수의 분할형 코어 조립체를 환원형으로 형성하기 위하여 열경화성 수지를 사용한 인서트 몰딩 방법에 의해 일체화시킨 스테이터 지지체를 포함하며,

   상기 제1 베어링 수용홈의 내주면에 상기 내장되는 베어링의 공차를 최소화하는 다수의 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 진공흡입장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 BLDC 모터는

   중앙 프레임으로부터 절곡 신장되는 요크 프레임 내주면에 다수의 N극 및 S극 자석이 교대로 배치된 로터와,

   상기 로터의 내부에 배치되며 다수의 분할형 코어 각각에 보빈이 결합된 상태에서 코일을 개별 권선하여, 열경화성 수지로 인서트 몰딩함에 의해 스테이터 지지체를 통해 일체로 형성되는 스테이터와,

   로터 부싱을 통해 상기 로터의 중앙 부분에 결합되어 회전하는 회전축과,

   상기 스테이터 지지체에 일체로 형성되는 후크를 통해 후크 결합하여 상기 스테이터를 고정시키며 상기 BLDC 모터에 대한 구동 전압을 인가하는 콘트롤 PCB를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공흡입장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진공흡입장치는 로봇 청소기에 적용되는 것을 특징으로 하는 진공흡입장치.
10. 본체와;

    상기 본체 하부에 위치하며, 상기 본체가 설정된 방향으로 이동 가능하도록 하는 다수의 바퀴와;

    흡입 노즐을 통해 흡입되는 공기 중의 이물질을 집진하는 집진 장치와;

    상기 흡입 노즐을 통해 공기를 흡입하는 흡입력을 발생시키는 진공흡입장치와;

    상기 진공흡입장치의 구동 전원을 제공하는 배터리를 포함하며,

    상기 진공흡입장치는,

    로터 및 스테이터로 구성되어, 회전력을 발생시키는 BLDC 모터와,

    상기 로터의 중앙에 로터 부싱을 통해 고정 결합되어 회전하는 회전축과,

    상기 로터 상부에 위치하며, 상기 회전축의 일측에 하부판이 고정수단에 의해 결합 고정되어 상기 회전축이 회전함에 의해 상부판 중앙에 위치한 제1 흡입구에 흡입력을 발생시키는 임펠러와,

    상기 임펠러와 BLDC 모터 사이에 배치되어 임펠러에 의해 발생되는 흡입력에 의해 흡입되는 공기의 흐름을 BLDC 모터 내부로 가이드하는 나선형으로 이루어진 다수의 가이드 홈이 외주부에 형성되고, 하단 외주부에 다수의 팬 연결봉이 BLDC 모터를 둘러싸도록 연장된 팬 가이드와,

    상기 스테이터가 고정되며, 상기 스테이터에 대한 구동 전압을 인가하는 콘트롤 PCB와,

    상기 다수의 팬 연결봉의 자유단을 고정 지지하며, 상기 콘트롤 PCB의 하부를 보호하는 PCB 커버와,

    중앙부에 위치한 제2 흡입구가 상기 임펠러의 제1 흡입구로 연장 형성되고 외주부가 상기 임펠러와 팬 가이드를 둘러쌈과 동시에 상기 다수의 가이드 홈과 내주부 사이에 공기 통과경로를 형성하도록 연장되어 상기 팬 가이드의 외주부에 결합되는 커버와,

    상기 스테이터의 내주부에 형성되는 부싱에 설치되어 상기 회전축의 일지점을 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링과,

    상기 커버의 중앙부에 설치되어 상기 회전축의 타단을 회전 가능하게 지지하는 제2 베어링을 포함하며,

    상기 부싱과 커버 중앙부의 제1 및 제2 베어링이 설치되는 베어링 수용홈에는 다수의 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
11. 제10항에 있어서, 상기 스테이터는,

    각각 개별적으로 코일이 권선된 다수의 분할형 코어를 열경화성 수지를 이용하여 환원형으로 조립하여 일체형으로 이루어진 스테이터 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
12. 제11항에 있어서, 상기 분할형 코어는 'I'형으로 이루어진 것을 특징으로 하 는 로봇 청소기.
13. 제10항에 있어서, 상기 고정수단은

    상기 로터 부싱과 임펠러 하부판의 중앙 하부 사이에 넓은 접촉면적을 가지고 접촉하는 하부 임펠러 와셔와,

    하부면이 상기 임펠러 하부판의 중앙 상부에 넓은 접촉면적으로 접촉하는 상부 임펠러 와셔와,

    상기 상부 임펠러 와셔보다 상대적으로 작은 접촉면적을 가지고 상부 임펠러 와셔의 상부에 위치하며, 중앙부의 구멍에 상기 회전축이 결합되는 임펠러 부싱과,

    상기 회전축의 상단부에 나사 결합되어 임펠러 부싱, 상부 및 하부 임펠러 와셔를 로터 부싱에 밀착시킴에 의해 상기 임펠러를 상기 회전축에 고정시키기 위한 고정너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기.
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