KR102018050B1 - 인버터 일체형 ｂｌｄｃ 모터 - Google Patents

인버터 일체형 ｂｌｄｃ 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 BLDC 모터에 관한 것으로서, 저전압 쿨링팬용 BLDC 모터에 일체형으로 형성되는 인버터부에서, PCB기판의 MOSFET 소자(스위칭 소자)와 커패시터를 열이 많이 발생되는 모터 베어링에서 멀게 배치되도록 하여 인버터부의 냉각을 향상시킬 수 있는 인버터 일체형 BLDC 모터에 관한 것이다.

Description

인버터 일체형 ＢＬＤＣ 모터 {Inverter built-in brushless direct current motor}
본 발명은 인버터 일체형 BLDC 모터에 관한 것으로서, 저전압 쿨링팬용 BLDC 모터에 일체형으로 형성되는 인버터부의 냉각을 향상시킬 수 있는 인버터 일체형 BLDC 모터에 관한 것이다.
BLDC(Brushless direct current) 모터는 기존의 직류모터가 갖는 단점인 마찰 및 마모를 방지할 수 있고 상대적으로 효율이 높아, 최근 하이브리드 자동차의 경우에는 냉각팬 회전용 모터로 BLDC 모터를 적용하는 추세이다.
이러한 BLDC 모터는 DC 모터에서 브러시와 정류자를 없애고 전자적인 정류 기구를 설치한 모터이다.
그리고 종래의 자동차용 저전압 쿨링팬의 BLDC 모터 어셈블리는 모터부와 인버터부가 일체형으로 구성되어 있다. 이때, 모터부는 회전자가 외부에서 회전하며 별도의 하우징 없이 로터 하우징에 의해 덮여있고 로터 하우징에 냉각홀을 형성하여 모터를 냉각시키고, 인버터부는 하부 하우징으로 덮여있다.
그런데 인버터부는 열이 많이 발생하며, 모터부에서 열이 많이 발생하는 베어링과 거리가 가깝기 때문에 냉각될 수 있는 방열 구조가 필요하다. 또한, 인버터부의 PCB 기판에 형성된 MOSFET 소자 및 커패시터에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있는 방열 구조가 필요하다.
또한, 도 1과 같이 종래에는 인버터부의 냉각을 위한 별도의 구조가 없거나, 도 2와 같이 인버터부의 냉각을 위해 별도로 팬을 설치하여 냉각하는데, 이는 냉각팬의 구성에 따라 비용이 증가하고 구조가 복잡해지는 단점이 있다.
이와 관련된 종래 기술로는 한국등록특허(10-0253231)인 "일체형 인버터 냉각장치"가 개시되어 있다.
KR 10-0253231 B1 (2000.01.22)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 저전압 쿨링팬용 BLDC 모터에 일체형으로 형성되는 인버터부에서, PCB기판의 MOSFET 소자(스위칭 소자)와 커패시터를 열이 많이 발생되는 모터 베어링에서 멀게 배치되도록 하여 인버터부의 냉각을 향상시킬 수 있는 인버터 일체형 BLDC 모터를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터는, BLDC 모터부(100); 및 상기 BLDC 모터부(100)에 일체형으로 형성되는 인버터부(200); 를 포함하여 이루어지며, 상기 인버터부(200)는, 상기 BLDC 모터부(100)가 외측에 결합되어 BLDC 모터부(100)의 베어링(130)이 결합되며 내부에 수용부(211)가 형성되는 하부 케이싱(210), 상기 수용부(211)에 구비되어 하부 케이싱(210)의 내면에 밀착되는 PCB 기판(220) 및 상기 PCB 기판(220)이 밀폐되도록 상기 하부 케이싱의 하측에 결합되는 커버(230)를 포함하며, 상기 PCB 기판(220)은 상기 하부 케이싱(210)의 수용부(211) 일측에 구비되어, 상기 PCB 기판(220)이 상기 베어링(130)과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PCB 기판(220)상에는 MOSFET 소자(스위칭 소자, 221)가 형성되고, 상기 PCB 기판(220)의 외측으로 커패시터(222)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 케이싱(210)의 수용부(211)에는 오목하게 안치홈(212)이 형성되고, 상기 커패시터(222)가 상기 안치홈(212)에 배치되어 밀착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 케이싱(210)은 상기 BLDC 모터부(100)의 반경방향 일측으로 돌출 형성되어 상기 하부 케이싱(210)의 돌출된 부분 외측에 방열핀(213)이 형성되며, 상기 하부 케이싱(210)의 돌출된 부분의 수용부(211)에 상기 PCB 기판(220)이 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방열핀(213)은 상기 하부 케이싱(210)의 외부 상면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터는, 저전압 쿨링팬용 BLDC 모터에 일체형으로 형성되는 인버터부의 냉각 효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 인버터 일체형 BLDC 모터를 나타낸 사시도 및 단면 개략도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터를 나타낸 분해사시도 및 조립사시도.
도 5는 본 발명에 따른 인버터부에서 PCB 기판의 배치를 나타낸 하측 평면도.
도 6은 도 5의 AA' 방향 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터를 나타낸 분해사시도 및 조립사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 인버터부에서 PCB 기판의 배치를 나타낸 하측 평면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터(1000)는, BLDC 모터부(100); 및 상기 BLDC 모터부(100)에 일체형으로 형성되는 인버터부(200); 를 포함하여 이루어지며, 상기 인버터부(200)는, 상기 BLDC 모터부(100)가 외측에 결합되어 BLDC 모터부(100)의 베어링(130)이 결합되며 내부에 수용부(211)가 형성되는 하부 케이싱(210), 상기 수용부(211)에 구비되어 하부 케이싱(210)의 내면에 밀착되는 PCB 기판(220) 및 상기 PCB 기판(220)이 밀폐되도록 상기 하부 케이싱의 하측에 결합되는 커버(230)를 포함하며, 상기 PCB 기판(220)은 상기 하부 케이싱(210)의 수용부(211) 일측에 구비되어, 상기 PCB 기판(220)이 상기 베어링(130)과 이격되어 배치된다.
우선, 본 발명의 인버터 일체형 BLDC 모터는 저전압 쿨링팬에 적용될 수 있고, 크게 BLDC 모터부(100)와 인버터부(200)로 구성되어 BLDC 모터부(100)와 인버터부(200)가 결합되어 일체형으로 형성된다.
이때, BLDC 모터부(100)는 내측에 스테이터(120)가 구비되고 외측에 로터(110)가 회전되는 방식인 외전형 BLDC 모터가 사용될 수 있으며, BLDC 모터부(100)의 로터(110)는 스테이터(120)의 외측을 덮는 케이싱 형태로 형성되어 내주면에 영구자석이 결합될 수 있으며, 내측 중앙에는 회전축(112)이 형성된다.
그리고 인버터부(200)는 하부 케이싱(210), PCB 기판(220) 및 커버(230)로 구성된다.
이때, 하부 케이싱(210)은 내부가 중공되어 수용부(211)가 형성되며, 하측이 개방되도록 형성되어 PCB 기판(220)이 수용부(211)에 수용되어 커버(230)에 의해 하측이 밀폐되도록 형성된다. 또한, PCB 기판(220)은 수용부(211)에 수용되어 하부 케이싱(210)의 내면인 수용부(211)의 상면에 밀착된다.
또한, 인버터부(200)의 하부 케이싱(210)은 외부의 상면 중앙부에 로터 지지부(214)가 형성되어 로터 지지부(214)에 베어링(130)이 결합되고, 로터(110)의 중앙에 형성된 회전축(112)이 베어링(130)에 결합되어 로터(110)가 지지되도록 결합될 수 있다. 이때, 베어링(130)은 로터 지지부(214)의 상측 및 하측에 2개가 결합되어 로터(110)가 안정적으로 지지될 수 있다. 그리고 로터 지지부(214)의 하측에 결합되는 베어링(130)은 하부 케이싱(210)의 수용부(211)에 오목하게 형성된 베어링 안치홈에 결합될 수 있다. 또한, 스테이터(120)의 중앙부가 중공 형성되어 하부 케이싱(210)의 로터 지지부(214)가 스테이터(120)의 중앙에 삽입되어 스테이터가 고정될 수 있다.
즉, BLDC 모터부(100)가 인버터부(200) 하부 케이싱(210)의 외부 상측에 결합되고, 인버터부(200)는 하부 케이싱(210)의 수용부(211)에 PCB 기판(220)이 수용되어 밀착된 후 커버(230)가 결합되어 밀폐되도록 형성되어, BLDC 모터부(100)와 인버터부(200)가 일체형으로 형성된다. 이때, BLDC 모터부(100)의 스테이터(120)는 하부 케이싱(210)에 결합되어 고정되고, 로터(110)는 베어링(130)을 통해 하부 케이싱(210)에 회전 가능하도록 결합된다.
여기에서, 인버터부(200)는, 상기 PCB 기판(220)이 상기 하부 케이싱(210)의 수용부(211) 일측에 구비되어, 상기 PCB 기판(220)이 상기 베어링(130)과 이격되어 배치된다. 즉, BLDC 모터부(100)의 로터(110) 회전축(112)이 결합된 베어링(130)이 하부 케이싱(210)의 중앙부분에 배치되므로, 로터(110)의 회전에 의해 열이 많이 발생하는 베어링(130)으로부터 PCB 기판(220)이 이격되도록 배치된다.
그리하여 PCB 기판(220)의 과열을 방지할 수 있으며, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, PCB 기판(220)은 하부 케이싱(210)의 내측면인 수용부(211)에 밀착되어, PCB 기판(220)에서 발생되는 열이 하부 케이싱(210)을 통해 외부로 방출될 수 있다. 그리고 하부 케이싱(210)은 열전도도가 높은 재질로 형성되어 PCB 기판의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 PCB 기판(220)상에는 MOSFET 소자(스위칭 소자, 221)가 형성되고, 상기 PCB 기판(220)의 외측으로 커패시터(222)가 돌출 형성될 수 있다. 즉, PCB 기판(220)에 발열이 많은 MOSFET 소자(221)가 형성될 수 있으며, 또한 발열이 많고 부피가 큰 커패시터(222)는 PCB 기판(220) 상에 형성하지 않고 기판의 외측으로 돌출되도록 형성하여, 발열되는 부분이 베어링(130)으로부터 이격되어 고르게 배치될 수 있어, 냉각 효과가 향상될 수 있다. 또한, 커패시터(222)가 PCB 기판(220)의 외측에 돌출되도록 형성되므로 커패시터(222)가 하부 케이싱(210)에 접촉되도록 배치될 수 있어 냉각 효과가 향상될 수 있다.
여기에서 MOSFET 소자(221)는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로서 디지털 회로에 광범위하게 쓰이는 스위칭 소자이며, 커패시터(Capacitor, 222)는 전기를 저장하여 일정한 전기 용량을 충전할 수 있는 전기 부품이다.
또한, 상기 하부 케이싱(210)의 수용부(211)에는 오목하게 안치홈(212)이 형성되고, 상기 커패시터(222)가 상기 안치홈(212)에 배치되어 밀착될 수 있다. 즉, 도 6과 같이 커패시터(222)는 일반적으로 원통형으로 형성되므로 하부 케이싱(210)의 수용부(211)에 오목하게 안치홈(212)을 형성하고 커패시터(222)가 안치홈(212)에 밀착되도록 하여 열전달 면적을 증가시켜 냉각 효과가 향상될 수 있다.
또한, 상기 하부 케이싱(210)은 상기 BLDC 모터부(100)의 반경방향 일측으로 돌출 형성되어 상기 하부 케이싱(210)의 돌출된 부분 외측에 방열핀(213)이 형성되며, 상기 하부 케이싱(210)의 돌출된 부분의 수용부(211)에 상기 PCB 기판(220)이 배치될 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 하부 케이싱(210)이 원통형으로 형성되되 반경방향 일측으로 돌출되도록 형성되어, 하부 케이싱(210)의 돌출된 일측이 BLDC 모터부(100)보다 일측으로 돌출되도록 형성되며, 하부 케이싱(210)의 돌출된 부분의 수용부(211)에 상기 PCB 기판(220)이 배치되고, 하부 케이싱(210)의 돌출된 부분 외측에 방열핀(213)이 형성되는 것이다.
그리하여 베어링(130)에서 이격되도록 PCB 기판(220)을 배치하기 용이하며, PCB 기판(220)에서 발생되는 열을 하부 케이싱(210)의 외부로 방출시키기 용이한 장점이 있다.
이때, 상기 방열핀(213)은 상기 하부 케이싱(210)의 외부 상면에 형성될 수 있다. 즉, PCB 기판(220)이 배치된 하부 케이싱(210)의 돌출된 외부 상면에 방열핀(213)이 형성되어, PCB 기판(220)에서 발생되는 열이 하부 케이싱(210)의 상면에 형성된 방열핀(213)을 통해 빠르게 외부로 방출될 수 있어 냉각 효과가 향상될 수 있다.
그리고 방열핀(213)은 원기둥 형태, 다각형의 기둥형태 및 원뿔 형태 등 다양하게 형성될 수 있다. 또한, BLDC 모터부(100)의 로터(110)는 하우징 형태로 형성되어 상면에 냉각을 위한 복수개의 냉각홀(111)이 형성될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 인버터 일체형 BLDC 모터
100 : BLDC 모터부
110 : 로터 111 : 냉각홀
112 : 회전축 120 : 스테이터
130 : 베어링
200 : 인버터부
210 : 하부 케이싱 211 : 수용부
212 : 안치홈 213 : 방열핀
214 : 로터 지지부
220 : PCB 기판 221 : MOSFET 소자(스위칭 소자)
222 : 커패시터
230 : 커버

Claims (5)

  1. BLDC 모터부(100); 및 상기 BLDC 모터부(100)에 일체형으로 형성되는 인버터부(200); 를 포함하여 이루어지며,
    상기 인버터부(200)는, 상기 BLDC 모터부(100)가 외측에 결합되어 BLDC 모터부(100)의 베어링(130)이 결합되며 내부에 수용부(211)가 형성되는 하부 케이싱(210), 상기 수용부(211)에 구비되어 하부 케이싱(210)의 내면에 밀착되는 PCB 기판(220) 및 상기 PCB 기판(220)이 밀폐되도록 상기 하부 케이싱의 하측에 결합되는 커버(230)를 포함하며,
    상기 PCB 기판(220)상에는 MOSFET 소자(스위칭 소자, 221)가 형성되고, 상기 PCB 기판(220)의 외측으로 커패시터(222)가 돌출 형성되어 PCB 기판(220)의 둘레 외측에 커패시터(222)가 배치되되, 상기 커패시터(222)는 두께방향으로 상기 하부 케이싱(210)과 커버(230)의 사이에서 PCB 기판(220)과 중첩되지 않게 배치되고,
    상기 PCB 기판(220)은 하부 케이싱(210)의 수용부(211) 일측에 구비되어, 상기 BLDC 모터부(100)의 반경방향의 제1방향 일측으로 상기 PCB 기판(220)이 상기 베어링(130)과 이격되어 배치되고,
    상기 커패시터(222)는 반경방향으로 베어링(130)과 이격된 위치에 배치되되, 상기 커패시터(222)는 베어링(130)과 마주보는 PCB 기판(220)의 제1방향쪽 둘레에서 제1방향 타측을 향해 돌출 형성되며, 상기 커패시터(222)는 상기 제1방향에 수직인 반경방향의 제2방향으로 상기 베어링(130)과 이격되어 배치되며,
    상기 하부 케이싱(210)의 수용부(211)에는 상기 커패시터(222)와의 접촉면적을 증대시키기 위해 오목하게 안치홈(212)이 형성되고, 상기 커패시터(222)가 상기 안치홈(212)에 배치되어 밀착되는 것을 특징으로 하는 인버터 일체형 BLDC 모터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부 케이싱(210)은 상기 BLDC 모터부(100)의 반경방향 일측으로 돌출 형성되어 상기 하부 케이싱(210)의 돌출된 부분 외측에 방열핀(213)이 형성되며, 상기 하부 케이싱(210)의 돌출된 부분의 수용부(211)에 상기 PCB 기판(220)이 배치되는 것을 특징으로 하는 인버터 일체형 BLDC 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방열핀(213)은 상기 하부 케이싱(210)의 외부 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터 일체형 BLDC 모터.
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