KR20160059313A

KR20160059313A - 팬-모터 조립체 및 이를 구비하는 냉장고

Info

Publication number: KR20160059313A
Application number: KR1020140161039A
Authority: KR
Inventors: 박홍석; 송명광; 권경환
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-05-26
Also published as: US20160138598A1; US10184712B2

Abstract

본 발명은, 허브와 블레이드를 구비하고, 회전력을 이용하여 바람을 발생시키는 팬; 및 스테이터와 상기 스테이터의 외곽에서 회전하는 로터를 구비하고, 샤프트에 의해 상기 팬과 결합되어 상기 팬으로 회전력을 제공하는 아우터 로터 팬모터;를 포함하고, 상기 로터는, 상기 로터의 회전을 위한 자속을 발생시키는 마그네트; 및 상기 마그네트를 감싸도록 형성되어 상기 마그네트의 외주면에 결합되고, 상기 허브와 직접 접촉되지 않도록 상기 샤프트에 의해 상기 허브로부터 이격되는 로터 프레임;을 포함하는 팬-모터 조립체를 제공한다.

Description

팬-모터 조립체 및 이를 구비하는 냉장고{FAN-MOTOR ASSEMBLY AND REFRIGERATOR HAVING THE SAME}

본 발명은 바람을 발생시키는 팬-모터 조립체 및 이를 구비하는 냉장고에 관한 것이다.

냉장고는 내부에 물품을 냉동/냉장 보관하기 위한 장치로, 내부에 냉각실이 형성되는 냉장고 본체, 냉각을 위한 냉동사이클 장치를 구비한다. 일반적으로 냉장고 본체의 후방영역에는 기계실이 형성되며, 이 기계실에는 냉동사이클 장치 중 압축기 및 응축기가 설치된다.

냉장고 본체의 내부에는 냉각실의 공기가 유동하면서 냉각될 수 있도록 냉기유로가 형성되며, 이 냉기유로에는 공기를 냉각시킬 수 있도록 증발기가 구비된다. 상기 기계실의 내부 및 상기 증발기의 일측에는 공기의 유동을 촉진시킬 수 있도록 팬-모터 조립체가 구비된다.

팬-모터 조립체는 팬과 모터로 이루어지며, 모터로부터 제공되는 회전력에 의해 팬이 회전하면서 바람을 발생시키는 장치다. 팬-모터 조립체는 바람을 필요로 하는 다양한 기술 분야에서 활용되고 있으며, 그 예로 앞서 설명한 냉장고 외에도 에어컨 등을 들 수 있다.

팬-모터 조립체는 구성요소의 일부가 회전하는 장치이기 때문에, 회전 과정에서 구성요소끼리 마찰이 발생할 수 있고 구성요소 간의 충분한 균형이 유지되지 않으면 진동 및 소음이 발생할 수 있다.

마찰은 팬-모터 조립체 및 이를 구비하는 장치의 기계적 건전성을 저하시키며, 진동 및 소음은 사용 과정에서의 불편함 및 팬-모터 조립체의 작동 성능 저하를 유발한다. 따라서 구성요소 간의 마찰을 완화하고 구성요소 간의 충분한 균형을 유지시키는 것은, 팬-모터 조립체의 성능을 향상시키는 것과 직접적으로 연관될 수 있다.

냉장고의 고용량화에 따라 팬-모터 조립체에 요구하는 풍량은 계속적으로 증가하여 팬의 회전수가 증가하고 있기 때문에, 팬-모터 조립체에서 진동과 소음 문제의 발생 가능성이 더욱 높아지고 있다. 특히, 최근에는 소음 수준에 대한 소비자들의 눈높이가 높아짐에 따라 저진동과 저소음의 팬-모터 조립체에 대한 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 일 목적은 모터에서 팬으로 전달되는 진동을 차단할 수 있는 구조의 팬-모터 조립체를 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 구성요소의 결합 과정에서 발생할 수 있는 변형을 최소화할 수 있는 팬-모터 조립체를 제시하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 고속 회전에도 저진동 및 저소음을 구현할 수 있는 팬-모터 조립체와 이를 구비하는 냉장고를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 팬-모터 조립체는, 허브와 블레이드를 구비하고, 회전력을 이용하여 바람을 발생시키는 팬; 및 스테이터와 상기 스테이터의 외곽에서 회전하는 로터를 구비하고, 샤프트에 의해 상기 팬과 결합되어 상기 팬으로 회전력을 제공하는 아우터 로터 팬모터;를 포함하고, 상기 로터는, 상기 로터의 회전을 위한 자속을 발생시키는 마그네트; 및 상기 마그네트를 감싸도록 형성되어 상기 마그네트의 외주면에 결합되고, 상기 허브와 직접 접촉되지 않도록 상기 샤프트에 의해 상기 허브로부터 이격되는 로터 프레임;을 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 로터 프레임은 상기 샤프트와 일체로 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 샤프트는 상기 로터 프레임으로부터 돌출되어 상기 허브에 삽입될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 로터 프레임의 외주면은 상기 허브의 내주면으로부터 이격될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 로터 프레임의 적어도 일부는 상기 스테이터를 수용하도록 돔형으로 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 로터 프레임의 외주면에는 상기 샤프트로 전달되는 진동을 제한하도록 둘레를 따라 단차부가 형성될 수 있다.

상기 로터 프레임은, 상기 샤프트와 결합되고, 상기 샤프트에서 원주 방향으로 확장되는 제1부분; 상기 제1부분으로부터 상기 샤프트와 나란한 방향으로 연장되는 제2부분; 상기 제2부분으로부터 원주 방향으로 확장되는 상기 단차부; 및 상기 단차부로부터 상기 샤프트와 나란한 방향으로 연장되는 제3부분을 포함할 수 있다.

상기 로터 프레임은 상기 제3부분의 내주면에 상기 마그네트와 결합되기 위한 결합부를 구비할 수 있다.

상기 제2부분의 내주면과 상기 제3부분의 내주면 사이에는 상기 결합부에 결합되는 상기 마그네트의 위치를 고정하도록 걸림턱이 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 로터 프레임은 상기 샤프트의 둘레에서 상기 허브를 향해 돌출되어 형성되는 돌출부를 구비하고, 상기 허브는 상기 제1부분과 직접 접촉되지 않도록 상기 돌출부를 마주하는 부분에 리세스부를 구비할 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 로터 프레임은 상기 스테이터를 마주하는 부분에 형성되는 지지부를 구비하며, 상기 지지부는 상기 샤프트의 둘레에서 방사형으로 돌출될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 팬은 상기 허브로부터 돌출되는 샤프트 수용부를 구비하고, 상기 샤프트 수용부의 적어도 일부는 두 갈래로 분할되어 양측에서 상기 샤프트를 감싸도록 형성될 수 있다.

상기 팬-모터 조립체는, 상기 팬-모터 조립체는 상기 팬과 상기 샤프트를 고정하도록 상기 샤프트 수용부의 외주면에 결합되는 스프링을 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 팬-모터 조립체는, 상기 스테이터의 위치를 고정하도록 각각 상기 스테이터의 일측과 타측에 배치되는 제1베어링과 제2베어링; 상기 스테이터에 전기적 신호를 인가하도록 상기 스테이터와 전기적으로 연결되는 PCB 어셈블리; 및 상기 로터와 상기 스테이터를 전기적으로 절연시키도록 상기 로터와 상기 스테이터 사이에 배치되는 절연체를 더 포함할 수 있다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 상기 팬-모터 조립체를 구비하는 냉장고를 개시한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 로터 프레임과 팬이 샤프트에 의해 서로 이격되므로 로터 프레임과 팬의 접촉에 의한 마찰과 진동 및 소음의 발생을 차단할 수 있다. 특히 본 발명의 마그네트는 팬에 직접 결합되는 것이 아니라 로터 프레임에 결합되므로, 마그네트가 팬에 직접 결합되는 구조에 비하여 구성요소 간의 균형이 안정적으로 유지되어 소음의 발생을 저감할 수 있다.

또한 본 발명은, 로터 프레임과 샤프트가 일체로 형성되고 샤프트가 팬에 삽입되는 구조를 갖는다. 이 구조는 로터 프레임과 팬을 서로 결합하고 샤프트를 압입하는 구조에 비하여 변형의 발생을 완화할 수 있다. 그리고 변형의 발생을 완화하는 것은 변형에 의한 진동과 소음 발생의 가능성을 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 냉장고의 개념도.
도 2는 도 1에 적용되는 팬-모터 조립체의 일 예를 보인 사시도.
도 3은 팬-모터 조립체의 분해 사시도.
도 4는 팬-모터 조립체의 단면도.
도 5a와 도 5b는 로터 프레임을 각각 다른 방향에서 바라본 사시도.
도 6은 소음 개선 효과를 입증하기 위한 그래프.

이하, 본 발명에 관련된 팬-모터 조립체 및 이를 구비하는 냉장고에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명과 관련된 냉장고(100)의 개념도다.

냉장고(100)는 압축-응축-팽창-증발의 과정이 연속적으로 이루어지는 냉동 사이클에 의해 생성된 냉기를 이용하여 내부에 저장된 식품을 저온 보관하는 장치이다.

도시된 바와 같이, 냉장고 본체(110)는 내부에 식품의 저장을 위한 저장공간(112, 113)을 구비한다. 상기 저장공간은 격벽(111)에 의해 분리될 수 있으며, 설정 온도에 따라 냉장실(112)과 냉동실(113)로 구분될 수 있다.

본 실시예에서는, 냉동실(113)이 냉장실(112) 위에 배치되는 탑 마운트 타입(top mount type)의 냉장고를 보이고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은, 냉장실과 냉동실이 좌우로 배치되는 사이드 바이 사이드 타입(side by side type)의 냉장고, 상부에 냉장실이 마련되고 하부에 냉동실이 마련되는 바텀 프리저 타입(bottom freezer type)의 냉장고 등에도 적용될 수 있다.

냉장고 본체(110)에는 도어(114, 115)가 연결되어, 냉장고 본체(110)의 전면 개구부를 개폐하도록 이루어진다. 본 도면에서는, 냉장실 도어(114)와 냉동실 도어(115)가 각각 냉장실(112)과 냉동실(113)의 전면부를 개폐하도록 구성된 것을 보이고 있다. 도어(114, 115)는 냉장고 본체(110)에 회전 가능하게 연결되는 회전형 도어, 냉장고 본체(110)에 슬라이드 이동 가능하게 연결되는 서랍형 도어 등으로 다양하게 구성될 수 있다.

냉장고 본체(110)에는 내부 저장공간의 효율적인 활용을 위한 수납유닛[130, 예를 들어, 선반(131), 트레이(132), 바스켓(133) 등]이 적어도 하나 이상 구비된다. 예를 들어, 선반(131)과 트레이(132)는 냉장고 본체(110) 내부에 설치될 수 있고, 바스켓(133)은 냉장고 본체(110)에 연결되는 도어(114, 115)의 내측에 설치될 수 있다.

한편, 냉동실(113)의 후방측에는 냉각실(116)이 마련된다. 냉각실(116)에는 증발기(180)가 구비되고, 상기 증발기(180)의 상측에는 팬-모터 조립체(140)가 구비된다. 격벽(111)에는 냉장실(112) 및 냉동실(113)의 공기가 냉각실(116) 측으로 흡입 및 복귀될 수 있도록 하는 냉장실 귀환덕트(111a) 및 냉동실 귀환덕트(111b)가 형성된다. 또한, 냉장실(112)의 후방측에는 냉동실(113)과 통하고 전면부에 다수의 냉기토출구(150a)를 갖는 냉기덕트(150)가 설치된다.

냉장고 본체(110)의 배면 하부측에는 기계실(117)이 마련되고, 기계실(117)의 내부에는 압축기(160)와 응축기(미도시) 등이 구비된다.

냉장실(112) 및 냉동실(113)의 공기는 격벽(111)의 냉장실 귀환덕트(111a) 및 냉동실 귀환덕트(111b)를 통해서 냉각실(116)로 흡입되어 증발기(130)와 열교환을 이루게 되고, 다시 냉기덕트(150)의 냉기토출구(150a)를 통하여 냉장실(112) 및 냉동실(113)로 토출되는 과정을 반복적으로 행하게 된다.

증발기(130)의 표면에는 냉장실 귀환덕트(111a) 및 냉동실 귀환덕트(111b)를 통하여 재유입되는 순환 공기와의 온도차에 의해서 성에가 착상될 수 있으며, 이러한 성에를 제거하기 위해 증발기(130)에는 제상 장치(170)가 구비된다.

이하에서는 팬-모터 조립체에 대하여 설명한다.

도 2a와 도 2b는 도 1에 적용되는 팬-모터 조립체(200)의 일 예를 보인 사시도다.

팬-모터 조립체(200)는 팬(210)과 아우터 로터 팬모터(220)를 포함한다.

팬(210)은 허브(211)와 블레이드(212)를 구비하고, 회전력을 이용하여 바람을 발생시키도록 형성된다.

허브(211)는 스테이터(221, 도 3과 도 4 참조)와 로터(226, 도 3과 도 4 참조)를 수용하도록 형성된다. 스테이터(221)와 로터(226)는 전자기적인 상호작용에 의해 회전력을 발생시키는 구성요소로, 스테이터(221)와 로터(226)의 구조, 기능에 대하여는 도 3과 도 4를 참조하여 후술한다. 허브(211)는 적어도 일부가 개구된 돔형으로 형성될 수 있으며, 도 2a를 기준으로 상부에서 하부로 갈수록 내경의 크기가 커지는 형상으로 형성될 수 있다.

블레이드(212)는 허브(211)와 결합되며, 허브(211)와 일체로 형성될 수 있다. 블레이드(212)는 바람을 발생시키도록 경사진 방사형으로 배열된다. 도시한 바와 같이 블레이드(212)는 플레이트의 형태로 이루어질 수 있다. 블레이드(212)는 복수로 구비되며, 회전에 의해 바람을 일으킨다.

팬(210)을 구성하는 재질은 성형성을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들어 팬(210)의 재질로 ABS 수지가 선택될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

허브(211)의 꼭지 부분에는 스프링(230)이 결합된다. 스프링(230)은 샤프트 수용부(213)를 감싸도록 이루어지며, 샤프트(227)를 고정하기 위한 것이다.

팬-모터 조립체(200)를 형성하는 대부분의 구성요소는 팬(210)에 수용되므로, 팬-모터 조립체(200)의 외관은 실질적으로 팬(210)과 하부 베어링(223)에 의해 형성된다. 아우터 로터 팬모터(220)의 세부 구성에 대하여는 다른 도면을 참조하여 후술한다.

하부 베어링(223)은 상부 베어링(또는 제1베어링, 222, 도 3과 도 4 참조)과 구분하기 위하여 제2베어링(223)으로 명명될 수 있다. 상하라는 개념은 기준 위치에 따라 달라질 수 있는 것이므로, 이하에서는 상부 베어링(222)과 하부 베어링(223)이란 용어 대신 제1베어링(222)과 제2베어링(223)이란 용어를 사용하여 설명한다.

제2베어링(223)에는 결합홀(223a), 슬롯(223b)이 형성될 수 있다.

결합홀(223a)은 팬-모터 조립체(200)가 마운트(미도시)에 결합되기 위한 것이다. 결합홀(223a)에 마운트와 결합된 나사가 결합홀(223a)에 삽입되면, 팬-모터 조립체(200)는 마운트에 고정될 수 있다.

슬롯(223b)은 PCB 어셈블리(224) 또는 코일(미도시)을 외부의 전원선이나 제어선과 연결하기 위한 것이다. 슬롯(223b)을 통과해 외부의 전원선이나 제어선이 PCB 어셈블리(224)나 코일에 연결될 수 있다.

이하에서는 팬-모터 조립체(200)의 내부 구조에 대하여 설명한다.

도 3은 팬-모터 조립체(200)의 분해 사시도다. 도 4는 팬-모터 조립체(200)의 단면도다.

앞서 설명한 바와 같이 팬-모터 조립체(200)는 팬(210)과 아우터 로터 팬모터(220)를 포함한다. 팬(210)에 대한 설명은 앞서 설명한 것으로 갈음하고, 이하에서는 주로 아우터 로터 팬모터(220)에 대하여 설명한다.

팬모터란 팬을 구동하기 위한 모터란 의미로, 일반적인 명칭인 모터로 명명되는 것도 가능하다. 아우터 로터 팬모터(220)는, 스테이터(221)가 샤프트(227)의 중심부에 배치되고 로터(226)가 스테이터(221)의 외곽에서 회전하는 구조를 갖는다.

아우터 로터 팬모터(220)는 샤프트(227)에 의해 팬(210)과 결합되며, 더욱 구체적으로는 샤프트(227)에 의해 허브(211)와 결합한다. 아우러 로터 팬모터(220)는 상기 샤프트(227)를 통해 팬(210)으로 회전력을 제공한다. 아우터 로터 팬모터(220)는 회전력을 발생시키기 위해 스테이터(221)와 로터(226)를 구비한다. 로터(226)는 스테이터(221)의 외곽에서 회전하도록 이루어지며, 스테이터(221)와 로터(226)는 전자기적인 상호 작용에 의하여 회전력을 발생시킨다.

도 3을 참조하면, 스테이터(221)는 코어(221a), 인슐레이터(221b) 및 코일(미도시)을 포함하여 이루어진다.

코어(221a)는 회전 자계를 만들기 위한 스테이터(221)의 자속을 발생시킨다. 코어(221a)는 코일의 권선을 위해 방사형으로 뻗은 티스부를 구비한다.

인슐레이터(221b)는 코어(221a)와 코일의 전기적 절연을 유지하기 위해 절연재질로 형성된다. 인슐레이터(221b)는 2개의 부품으로 형성되어 코어(221a)의 상부와 하부에 각각 결합될 수 있다. 코어(221a)와 인슐레이터(221b)가 결합되면, 인슐레이터(221b)의 테두리로 티스부의 단부가 노출된다. 또한, 코어(221a)와 인슐레이터(221b)는 인서트 사출에 의하여 일체로 형성되는 것도 가능하다.

코일(미도시)은 인슐레이터(221b)에 권선된다. 구체적으로 코어(221a)는 티스부를 구비하고, 티스부에는 인슐레이터(221b)가 결합되며, 코일은 티스부를 감싸는 인슐레이터(221b)에 권선된다. 따라서 인슐레이터(221b)에 의해 코어(221a)와 코일 간의 전기적 절연이 이루어진다. 또한 인슐레이터(221b)에 의해 코일이 권선되는 위치가 결정될 수 있다.

스테이터(221)의 양측에는 제1베어링(222)과 제2베어링(223)이 배치된다. 제1베어링(222)과 제2베어링(223)은 양측에서 스테이터(221)를 형성하는 구성요소들의 위치를 고정하도록 이루어진다. 구성요소들의 고정을 위해 제1베어링(222)은 제1브라켓을 구비하고, 제2베어링(223)은 제2브라켓을 구비할 수 있다. 제1베어링(223)에는 스테이터의 중공부로 삽입되는 중간 브라켓(222a)이 연결될 수 있다. 스테이터(221)는 제1베어링(222)과 제2베어링(223)의 사이에 배치된다.

PCB 어셈블리(224)는 스테이터(221)에 전기적 신호를 인가하도록 스테이터(221)와 전기적으로 연결된다. PCB 어셈블리(224)는 실질적으로 원판의 형태로 이루어질 수 있다. PCB 어셈블리(224)는 스테이터(221)의 하부에 배치된다. PCB 어셈블리(224)를 통해 인가된 전압에 의해 팬-모터 조립체(200)는 구동될 수 있다.

로터(226)는 스테이터(221)와의 전자기적인 상호 작용에 의해 회전하도록 이루어진다. 스테이터(221)가 고정되어 있는 반면 로터(226)는 스테이터(221)의 외곽에서 회전한다.

로터(226)는 마그네트(226a)와 로터 프레임(226b)을 포함한다.

마그네트(226a)는 로터(226)의 회전을 위한 자속을 발생시킨다. 마그네트(226a)는 스테이터(221)와 간격(air gap)을 두고 상기 스테이터(221)를 감싸도록 환형으로 형성될 수 있다.

종래의 기술 중에는 허브에 마그네트와 대응되는 구조가 형성되고, 상기 마그네트가 허브에 직접 결합되는 모터가 있었다. 이 모터에서 팬은 사출에 의해 형성되는데, 사출 이후 허브가 수축에 의해 변형되어 마그네트와의 충분한 균형을 형성하지 못하는 문제가 있었다. 이에 따라 자속의 밀도차에 의한 진동이 발생하고, 팬과 마그네트가 직접 결합된 일체형 구조를 따라 진동이 마그네트로부터 팬으로 전달되어 팬-모터 조립체에서 소음이 발생하게 되었다.

본 발명은 이러한 종래의 기술에서 문제가 되는 팬(210)과 마그네트(226a)의 충분한 균형을 형성하기 위한 것으로, 마그네트(226a)는 허브(211)와 직접 결합되지 않는다. 대신 본 발명은 허브(211)와 마그네트(226a) 사이에 로터 프레임(226b)이 배치되어, 허브(211)와 마그네트(226a)를 서로 이격시킨다.

로터 프레임(226b)은 적어도 일부가 마그네트(226a)를 감싸도록 형성된다. 예를 들어 로터 프레임(226b)은 마그네트(226a)를 감싸도록 돔형으로 형성될 수 있고, 마그네트(226a)는 로터 프레임(226b)의 내주면에 결합될 수 있다. 여기서 로터 프레임(226b)의 형태로 정의되는 돔형이란 반드시 속이 빈 반구라는 의미에 한정하는 것은 아니고, 적어도 일부가 개구되고 스테이터(221)를 수용할 수 있도록 형성되는 구조를 모두 포괄하는 하는 구조를 가리킨다. 따라서, 로터 프레임(226b)의 적어도 일부가 평면으로 형성되어 있는지 혹은 곡면으로 형성되어 있는지 등이 돔형인지 아닌지를 나누는 기준이 되는 것은 아니고, 이러한 것들은 모두 로터 프레임(226b)의 돔형 구조에 해당한다.

로터 프레임(226b)은 허브(211)와 직접 접촉되지 않도록 샤프트(227)에 의해 허브(211)로부터 이격된다. 로터 프레임(226b)과 허브(211)의 이격 구조는 도 4를 참조하면 더욱 확실하게 확인할 수 있다. 샤프트(227)는 로터 프레임(226b)과 허브(211)를 연결하나, 로터 프레임(226b)은 허브(211)에 직접 접촉되지 않는다. 로터 프레임(226b)의 꼭지 부분뿐만 아니라, 로터 프레임(226b)의 외주면도 허브(211)의 내주면으로부터 이격된다.

로터 프레임(226b)이 허브(211)와 직접 접촉되지 않고, 샤프트(227)에 의해 허브(211)와 결합됨에 따라 종래의 기술에서 이슈가 되었던 문제들이 해결될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 마그네트(226a)는 허브(211)에 직접 결합되지 않으므로 구성요소 간의 불균형에 의해 발생하는 진동의 전달 루트를 차단할 수 있게 된다. 또한 본 발명은, 종래의 기술에서 마그네트가 허브에 직접 결합됨에 따라 발생하는 구성요소들의 변형을 최소화할 수 있으므로 궁극적으로 팬-모터 조립체(200)에서 발생하는 소음을 줄일 수 있게 된다.

로터 프레임(226b)과 샤프트(227)는 일체로 형성될 수 있다. 로터 프레임(226b)과 샤프트(227)의 일체형 구조는, 예를 들어 인서트 사출 방법에 의해 이루어질 수 있다. 샤프트(227)를 인서트하고 로터 프레임(226b)의 원재료인 레진을 사출시키면, 일체형 구조의 로터 프레임(226b)과 샤프트(227)를 제조할 수 있다.

로터 프레임(226b)의 원재료인 레진은 인장 강도와 진동성을 고려하여 선정될 수 있다. 인장 강도와 관련하여, 마그네트(226a)가 로터 프레임(226b)에 삽입되므로 레진의 공차 및 선팽창 계수가 고려되어야 한다. 특히 마그네트(226a)와 로터 프레임(226b)의 선팽창 계수가 오버랩(overlap)되어 크랙(crack)의 발생이 없어야 한다. 그리고 진동성과 관련하여, 레진은 팬-모터 조립체(200)의 회전 시 발생하는 진동에 대한 내구성이 있어야 한다.

마그네트(226a)의 재료는 NdFeN가 사용되므로, 인장 강도와 진동성을 고려할 때 로터 프레임(226b)은 PA6(폴리아미드 수지, 나일론6)에 글라스섬유(glass fiber)가 강화(15 wt.%)된 레진으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 특히 저온에서 마그네트(226a)의 재료와 로터 프레임(226b)의 재료는 선팽창계수가 거의 일치 하므로, 크랙의 발생 가능성이 매우 낮아진다.

샤프트(227)는 로터 프레임(226b)의 적어도 일부를 관통한다. 샤프트(227)는 실질적으로 로터 프레임(226b)의 중앙 부분을 관통할 수 있다. 로터 프레임(226b)의 중앙 부분은 상기 로터 프레임(226b)의 꼭지 부분에 해당한다. 도 4를 참조하면, 샤프트(227)는 로터 프레임(226b)으로부터 돌출되어 허브(211)에 삽입될 수 있다.

샤프트(227)는 로터 프레임(226b)과 팬(210)을 연결한다. 스테이터(221)와 로터(226)의 전자기적인 상호 작용에 의해 발생한 회전력은 샤프트(227)에 의해 팬(210)으로 전달된다.

종래의 기술 중에는 아연도금강판제로 이루어진 로터 프레임과 로터를 고정하고, 샤프트의 일 단부를 압입하여 로터 프레임, 로터 및 샤프트를 고정하는 구조의 모터가 있었다. 특이 이 종래 기술에서는 합성 수지로 이루어진 팬에 로터 프레임을 인서트하고 용융재료를 주입하여 성형함으로써 결합 구조를 구현하였다.

그러나 압입에 의한 결합은 샤프트의 외관에 손상을 주게되며, 중량에 의하여 결합 후의 일측으로 무게중심의 쏠림이 발생하게 된다. 또한 용융에 의해 결합 구조가 이루어짐에 따라 로터의 불균형이 발생하고, 로터의 불균형은 진동과 소음의 발생 원인이 되었다.

이와 달리 본 발명은 로터 프레임(226b)을 레진으로 형성하고, 로터 프레임(226b)과 샤프트(227)를 일체로 형성하는 구성에 의하여 압입에 의한 손상과 무게중심의 쏠림 문제를 해결하였다. 또한 본 발명은 용융에 의한 결합 대신 샤프트 수용부(213)에 샤프트(227)를 삽입하고 스프링(230)으로 고정하는 구조를 채택하여 로터(226)의 불균형에 의한 진동과 소음 문제를 해결하였다. 샤프트 수용부(213)에 샤프트(227)를 삽입하고 스프링(230)으로 고정하는 구성은 이하의 설명을 참조한다.

도 4를 참조하면, 팬(210)은 허브(211)로부터 돌출되는 샤프트 수용부(213)를 구비한다. 샤프트 수용부(213)는 실질적으로 허브(211)의 가운데 부분으로부터 돌출될 수 있다. 샤프트(227)는 샤프트 수용부(213)에 삽입되어 상기 팬(210)과 결합된다. 샤프트 수용부(213)의 적어도 일부는 두 갈래로 분할되어 양측에서 샤프트(227)를 감싸도록 형성된다. 샤프트 수용부(213)가 두 갈래로 분할되어 있으므로, 샤프트(227)가 샤프트 수용부(213)에 삽입되면 샤프트 수용부(213)가 일부 벌어지게 된다. 샤프트 수용부(213)가 양측에서 샤프트(227)를 가압하므로, 샤프트(227)를 압입하지 않더라도 샤프트(227)는 샤프트 수용부(213)에 삽입 및 결합될 수 있다.

도 3을 참조하면, 스프링(230)은 팬(210)과 샤프트(227)를 고정하도록 샤프트 수용부(213)의 외주면에 결합된다. 스프링(230)은 샤프트 수용부(213)를 감싸도록 형성된다. 스프링(230)은 샤프트 수용부(213)의 외주면을 가압한다. 이에 따라 샤프트(227)가 샤프트 수용부(213)로부터 임의적으로 이탈되는 것을 억제할 수 있다.

로터 프레임(226b)은 샤프트(227)의 둘레에서 허브(211)를 향해 돌출되어 형성되는 돌출부(226b')를 구비한다. 이에 대응하여 허브(211)는 제1부분(226b1)과 직접 접촉되지 않도록 상기 돌출부(226b')를 마주하는 부분에 리세스부(211a)를 구비한다. 돌출부(226b')는 샤프트(227)를 감싸는 부분의 강성을 강화함과 동시에 공진의 발생을 회피하기 위한 것이다.

그리고 로터 프레임(226b)은 스테이터(221)를 마주하는 부분에 지지부(226b")를 구비한다. 지지부(226b")도 샤프트(227)를 감싸는 부분의 강성을 강화함과 동시에 공진의 발생을 회피하기 위한 것이다.

각 구성요소는 고유의 진동수를 가지고 있으므로, 팬-모터 조립체(200)의 회전 시 고유의 진동수가 중첩되는 구성요소들은 공진을 일으키게 된다. 공진은 진폭의 크기를 확장시켜 소음을 더욱 크게 발생시키는 원인이 된다. 돌출부(226b')와 지지부(226b")는 로터 프레임(226b)의 고유 진동수를 변화시켜 공진의 발생을 회피할 수 있도록 이루어진다.

절연체(225)는 로터(226)와 스테이터(221)를 전기적으로 절연시키도록 로터(226)와 스테이터(221) 사이에 배치된다. 제1베어링(222), 스테이터(221) 및 PCB 어셈블리(224)는 절연체(225)의 내부에 삽입되고, 제2베어링(223)은 절연체(225)의 하부에 결합된다. 그리고 로터(226)는 절연체(225)의 외부에 결합된다. 절연체(225)에 의해 스테이터(221)와 로터(226)는 공간적으로 분리되므로, 스테이터(221)와 로터(226) 사이에는 전기적 절연이 이루어질 수 있다.

이하에서는 로터 프레임(226b)의 세부 구조에 대하여 설명한다.

도 5a와 도 5b는 로터 프레임(226b)을 각각 다른 방향에서 바라본 사시도다.

로터 프레임(226b)은 스테이터(221, 도 3과 도 4 참조)를 수용하도록 형성되며, 적어도 일부는 돔형으로 형성될 수 있다. 로터 프레임(226b)의 외주면에는 샤프트(227)로 전달되는 진동을 제한하도록 둘레를 따라 단차부(226b3)가 형성될 수 있다.

스테이터(221)와 로터(226)는 양산 시 치를 완벽하게 일치시킬 수는 없으므로, 양산 산포에 의해 스테이터(221)와 로터(226)의 불균형이 발생할 수 있다. 그리고 스테이터(221)와 로터(226)의 불균형에 의해 진동이 발생할 우려가 있다. 이 진동이 로터 프레임(226b)을 따라 샤프트(227)로 전달되면, 진동은 샤프트(227)를 통해 팬(210)으로까지 전달되므로 소음 발생의 원인이 된다.

그러나 로터 프레임(226b)의 외주면에 단차부(226b3)가 형성되면, 샤프트(227)로 전달되는 진동의 전달 매커니즘을 끊어주는 효과가 있다. 따라서 단차부(226b3)는 로터 프레임(226b)으로부터 샤프트(227)로 전달되는 진동의 패스(path)를 끊어주어 진동의 전달을 제한할 수 있다.

로터 프레임(226b)은 제1부분(226b1), 제2부분(226b2), 단차부(226b3) 및 제3부분(226b4)을 포함한다.

제1부분(226b1)은 샤프트(227)와 결합되고, 샤프트(227)에서 원주 방향으로 확장된다. 도 5a를 참조하면, 제1부분(226b1)의 어느 일부는 샤프트(227)에서 원주 방향으로 확장되고, 다른 일부는 샤프트(227)와 경사진 방향으로 확장될 수 있다. 제1부분(226b1)은 샤프트(227)와 제2부분(226b2)의 사이에 형성되는 영역을 가리키는 것으로, 적어도 일부가 돔형의 형성을 위해 곡면으로 형성되는 것도 가능하다.

돌출부(226b')는 제1부분(226b1)으로부터 돌출될 수 있다. 돌출부(226b')는 샤프트(227)의 둘레에 형성되며, 로터 프레임(226b)의 강성을 보강할 수 있다. 지지부(226b")는 돌출부(226b')와 대응되는 부분에 형성되되, 돌출부(226b')와 지지부(226b")는 서로 반대 영역에 형성된다. 지지부(226b")는 샤프트(227)의 둘레에서 방사형으로 돌출될 수 있다. 지지부(226b")도 샤프트(227)를 지지하는 로터 프레임(226b)의 강성을 보강한다. 돌출부(226b')와 지지부(226b")에 의해 공진의 발생을 회피할 수 있는 것은 앞서 설명한 것으로 갈음한다.

제2부분(226b2)은 제1부분(226b1)으로부터 샤프트(227)와 나란한 방향으로 연장된다. 제2부분(226b2)은 실질적으로 샤프트(227)와 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2부분(226b2)은 샤프트(227)와 경사진 방향으로 연장되는 것도 가능하다.

단차부(226b3)는 제2부분(226b2)과 제3부분(226b4)의 사이에 형성되며, 원주 방향으로 확장된다.

제3부분(226b4)은 단차부(226b3)로부터 샤프트(227)와 나란한 방향으로 연장된다. 제3부분(226b4)도 제2부분(226b2)과 마찬가지로 샤프트(227)와 평행한 방향으로 연장될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

로터 프레임(226b)은 제3부분(226b4)의 내주면에 마그네트(226a)와 결합되기 위한 결합부(226b4')를 구비한다. 결합부(226b4')는 마그네트(226a)의 외주면에 대응되도록 형성된다. 마그네트(226a)가 결합부(226b4')에 삽입됨에 따라 마그네트(226a)와 로터 프레임(226b)은 서로 결합될 수 있다.

제2부분(226b2)의 내주면과 제3부분(226b4)의 내주면 사이에는 결합부(226b4')에 결합되는 마그네트(226a)의 위치를 고정하도록 걸림턱(226b3')이 형성된다. 걸림턱(226b3')은 실질적으로 단차부(226b3)와 대응되는 부분에 형성될 수 있으나, 걸림턱(226b3')과 단차부(226b3)는 서로 반대 영역에 형성된다. 이를테면 걸림턱(226b3')은 로터 프레임(226b)의 내주면에 형성되고, 단차부(226b3)는 로터 프레임(226b)의 외주면에 형성된다.

걸림턱(226b3')에 의해 로터 프레임(226b)의 내주면에도 단차가 있으나, 마그네트(226a)가 결합부(226b4')에 결합되면, 단차는 노출되지 않게 된다.

이하에서는 본 발명의 적용에 따른 소음 개선 효과에 대하여 설명한다.

도 6은 소음 개선 효과를 입증하기 위한 그래프다.

그래프의 가로축은 팬-모터 조립체에 인가되는 전압(V)을 의미하며, 세로축은 소음(dB)을 의미한다. 전압이 커질수록 팬-모터 조립체의 시간당 회전수(rpm)이 상승하므로 더욱 고속으로 회전하는 것을 의미하며, 세로축이 커질수록 소음이 증가함을 의미한다.

그래프에서 (a)는 본 발명의 구조를 적용한 팬-모터 조립체의 소음을 전압에 따라 나타낸 것이다. 비교군으로 선정된 (b), (c), (d)는 종래의 팬-모터 조립체의 소음을 전압에 따라 나타낸 것이다. 종래의 팬-모터 조립체는 모두 팬과 마그네트가 직접 결합되는 구조를 갖는다.

도 6의 그래프를 비교해 보면, 대부분의 영역에서 본 발명의 구조를 적용한 (a)의 소음이 낮은 것을 확인할 수 있다. 특히 7V에서 10V 사이의 영역에서는 그 차이가 더욱 확연한 것을 확인할 수 있다.

따라서 본 발명과 같이 로터 프레임에 마그네트가 결합되고 로터 프레임은 샤프트에 의해 팬으로부터 이격된 구조는, 팬과 마그네트가 직접 결합되는 구조에 비하여 충분한 소음 개선의 효과가 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명된 팬-모터 조립체 및 이를 구비한 냉장고는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

허브와 블레이드를 구비하고, 회전력을 이용하여 바람을 발생시키는 팬; 및
스테이터와 상기 스테이터의 외곽에서 회전하는 로터를 구비하고, 샤프트에 의해 상기 팬과 결합되어 상기 팬으로 회전력을 제공하는 아우터 로터 팬모터;를 포함하고,
상기 로터는,
상기 로터의 회전을 위한 자속을 발생시키는 마그네트; 및
상기 마그네트를 감싸도록 형성되어 상기 마그네트의 외주면에 결합되고, 상기 허브와 직접 접촉되지 않도록 상기 샤프트에 의해 상기 허브로부터 이격되는 로터 프레임;을 포함하는 팬-모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 로터 프레임은 상기 샤프트와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 샤프트는 상기 로터 프레임으로부터 돌출되어 상기 허브에 삽입되는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 로터 프레임의 외주면은 상기 허브의 내주면으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 로터 프레임의 적어도 일부는 상기 스테이터를 수용하도록 돔형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 로터 프레임의 외주면에는 상기 샤프트로 전달되는 진동을 제한하도록 둘레를 따라 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제6항에 있어서,
상기 로터 프레임은,
상기 샤프트와 결합되고, 상기 샤프트에서 원주 방향으로 확장되는 제1부분;
상기 제1부분으로부터 상기 샤프트와 나란한 방향으로 연장되는 제2부분;
상기 제2부분으로부터 원주 방향으로 확장되는 상기 단차부; 및
상기 단차부로부터 상기 샤프트와 나란한 방향으로 연장되는 제3부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제7항에 있어서,
상기 로터 프레임은 상기 제3부분의 내주면에 상기 마그네트와 결합되기 위한 결합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제8항에 있어서,
상기 제2부분의 내주면과 상기 제3부분의 내주면 사이에는 상기 결합부에 결합되는 상기 마그네트의 위치를 고정하도록 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 로터 프레임은 상기 샤프트의 둘레에서 상기 허브를 향해 돌출되어 형성되는 돌출부를 구비하고,
상기 허브는 상기 제1부분과 직접 접촉되지 않도록 상기 돌출부를 마주하는 부분에 리세스부를 구비하는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 로터 프레임은 상기 스테이터를 마주하는 부분에 형성되는 지지부를 구비하며,
상기 지지부는 상기 샤프트의 둘레에서 방사형으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 팬은 상기 허브로부터 돌출되는 샤프트 수용부를 구비하고,
상기 샤프트 수용부의 적어도 일부는 두 갈래로 분할되어 양측에서 상기 샤프트를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제12항에 있어서,
상기 팬-모터 조립체는 상기 팬과 상기 샤프트를 고정하도록 상기 샤프트 수용부의 외주면에 결합되는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 팬-모터 조립체는,
상기 스테이터의 위치를 고정하도록 각각 상기 스테이터의 일측과 타측에 배치되는 제1베어링과 제2베어링;
상기 스테이터에 전기적 신호를 인가하도록 상기 스테이터와 전기적으로 연결되는 PCB 어셈블리; 및
상기 로터와 상기 스테이터를 전기적으로 절연시키도록 상기 로터와 상기 스테이터 사이에 배치되는 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팬-모터 조립체.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 팬-모터 조립체를 구비하는 냉장고.