JP2018516063A

JP2018516063A - 車両用直流モーター

Info

Publication number: JP2018516063A
Application number: JP2018514753A
Authority: JP
Inventors: ソンムンガン
Original assignee: Tamas Co Ltd
Current assignee: Tamas Co Ltd
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2018-06-14
Also published as: KR101675229B1; US10886800B2; WO2017007117A1; US20180166934A1

Abstract

本発明は、新しい電磁界構造を有し、駆動効率が優れた車両用直流モーターに係り、カバーアセンブリー；上記カバーアセンブリーと結合されるハウジングと、上記ハウジングの内部に配置される複数個の励磁極を有するヨークアセンブリー；上記励磁極と相互作用するコイルが巻かれる複数個の極歯を有するアーマチャコアと、上記アーマチャコアの上部に上記励磁極と対応して同じ個数の整流子薄膜を有する整流子を含むアーマチャアセンブリー；及び上記カバーアセンブリーの内側に配置され、上記アーマチャアセンブリーが回転することによって上記整流子と選択的に接触されるブラシ；を含んでなり、上記励磁極は３個のＮ極と３個のＳ極が交互に配置され、上記極歯及び整流子薄膜はそれぞれ１３個が一定角度をなして放射状に形成されることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、車両用直流モーターに関する。より具体的に、本発明は、新しい電磁界構造を有し、且つ駆動効率が優れた車両用直流モーターに関する。

一般に、直流モーターは、内周面に磁石が配置されたヨーク（ｙｏｋｅ）の内側にアーマチャ（ａｒｍａｔｕｒｅ）が回転自在に配置される構成からなっている。上記アーマチャは、回転軸から放射状で延びた複数の極歯（ｔｅｅｔｈ）を持ち、極歯と隣り合う他の極歯の間にはアーマチャコイルの巻線のためのスロット（ｓｌｏｔ）が軸方向に長く複数個形成されている。

スロットには所定の間隔を置いて複数のコイル（ｃｏｉｌ）が巻線され、それぞれのコイルは上記アーマチャと所定距離離隔された回転軸に取り付けられる整流子の整流子薄膜に通電できるように繋がっている。また、それぞれの整流子薄膜は、ブラシ（ｂｒｕｓｈ）と通電できるように接続されている。

したがって、上記ブラシ（ｂｒｕｓｈ）から整流子へ電流が提供されると、それぞれのコイルに電場が形成され、このように発生された電場と上記ヨークに付着された磁石の相互作用によって、アーマチャ及び整流子が取り付けられた上記回転軸が回転し、駆動力が発生する。

このような直流モーターは広範囲で高精度の速度制御が可能であるため、車両の制動装置に使われるＡＢＳ（Ａｎｔｉ−ＬｏｃｋＢｒａｋｅＳｙｓｔｅｍ）システムに使われてもよい。

特に、最近は車両用直流モーター市場の要求により、モーターの小型化及び駆動効率の極大化のために様々な構造のモーターが研究開発されている。

一例として、韓国登録特許第１０-１２００５０５号に開示されている直流モーターは、アーマチャコアに巻線されたコイルは、整流子が２０個の整流子薄膜で構成されるし、アーマチャコアは、整流子薄膜と同数のスロットを備えている。このように構成された従来の直流モーターは、整流子薄膜の数が２０個で、磁石の極数（４個である）の倍数となり、モーター駆動時に永久磁石の間にコアスロットがかかってコギングトルクに悪影響を与え、これによってモーターの効率が落ちる問題点がある。

ここで、本発明者は上述の実情に鑑みて、より高い効率を有しながらモーターの大きさを小さくすることができる、改善された車両用直流モーターを提案する。

本発明の目的は、ブラシ構造の変更と共に新しいワインディングパターンを適用してモーターの効率を極大化した車両用直流モーターを提供することである。

本発明のもう一つの目的は、励磁極を６極で形成してヨークアセンブリーの厚さを減らすことで、モーターを小型化して同じ大きさのモーターに比べて効率の高い車両用直流モーターを提供することである。

本発明による車両用直流モーターは、
カバーアセンブリー；上記カバーアセンブリーと結合されるハウジングと、上記ハウジングの内部に配置される複数個の励磁極を持つヨークアセンブリー；上記励磁極と相互作用するコイルが巻かれる複数個の極歯を有するアーマチャコアと、上記アーマチャコアの上部に上記励磁極と対応して同じ個数の整流子薄膜を有する整流子を含むアーマチャアセンブリー；及び上記カバーアセンブリーの内側に配置され、上記アーマチャアセンブリーが回転することによって上記整流子と選択的に接触されるブラシ；を含んでなり、
上記励磁極は、３個のＮ極と３個のＳ極が交互に配置され、上記極歯及び整流子薄膜はそれぞれ１３個が一定の角度をなして放射状に形成されることを特徴とする。

本発明において、上記ブラシは一対の第１ブラシと第２ブラシで構成され、上記第１ブラシと第２ブラシは互いに１８０゜の角を成しており、向かい合う上記励磁極を繋ぐ軸を基準にして１４゜回転された状態で固定設置される。

本発明において、上記コイルは、第１整流子薄膜から始まって、接する第１極歯及び第２極歯を一気に巻いた後、第２整流子薄膜と繋がってもよい。

本発明において、上記第１整流子薄膜は、上記第１極歯の左側方向に一つ目の極歯の上部に位置する整流子薄膜であり、上記第２整流子薄膜は、上記第２極歯の右側方向に二つ目の極歯の上部に位置してもよい。

本発明による車両用直流モーターによれば、６極モーターを具現するために改善されたワインディングパターンを適用し、一対のブラシが１８０度配置され、励磁極の中心部で１４゜の角度を有する状態でモーターを正常回転させることにより、モーターのサイズを小型化すると同時に、出力及び効率を極大化できるようになる。

本発明の実施例によるモーターの斜視図である。図１のモーターに対する分解斜視図である。図１のモーターからカバーアセンブリーを取り除いて眺めた平面図である。本発明によるアーマチャアセンブリーにコイルが巻かれた様子を示した図面である。本発明の実施例によるコイルの巻線方法を示した図面である。

以下、添付図面を参照にして本発明によるモーターの好ましい実施例について詳細に説明する。

図１は本発明によるモーターの斜視図で、図２は図１のモーターに対する分解斜視図で、図３は図１のモーターからカバーアセンブリーを取り除いて眺めた平面図で、図４は本発明によるアーマチャアセンブリーにコイルが巻かれた様子を示した図面である。

図１ないし図４を参照すれば、本発明の実施例によるモーターは、カバーアセンブリー１０、アーマチャアセンブリー２０及びヨークアセンブリー３０を含んで構成される。

上記ヨークアセンブリー３０は、上記カバーアセンブリー１０と結合されるハウジング３１と、上記ハウジング３１の内部に配置される複数個の励磁極３３を含む。

上記ハウジング３１は、上部が開放されている円筒状であり、上端部には結合溝３２が形成されている。上記結合溝３２は上記カバーアセンブリー１０に備えられた突出片１３に対応されて結合される。

上記励磁極３３は、３対の６極マグネット、すなわち、第１Ｎ極Ｐ１、第１Ｓ極Ｐ２、第２Ｎ極Ｐ３、第２Ｓ極Ｐ４、第３Ｎ極Ｐ５、第３Ｓ極Ｐ６で構成され、上記ハウジング３１の内側面を周りに沿って一定間隔を維持しながら順に配置される。このように、本発明は６極で構成されることによって、従来４極の場合に比べてヨークの厚さを減らす効果がある。一例として、２．０Ｔのハウジングの厚さを有する４極モーターを６極と形成する場合、ハウジングの厚さは１．６Ｔとなって、約０．４Ｔ分の厚さを減少させられるし、これは結局モーターの小型化に繋がる。ひいては、製造費用を節減する効果を得られる。

上記アーマチャアセンブリー２０は、上記複数個の励磁極３３と相互作用するコイルが巻かれる複数個の極歯２２を有するアーマチャコア２１と、上記アーマチャコア２１の上部に位置して上記極歯２２と対応して同じ個数の整流子薄膜２５を有する整流子２４を含む。

上記アーマチャコア２１と整流子２４の中央には回転軸２７が貫くようになり、モーターが作動すれば上記アーマチャコア２１と整流子２４は回転軸２７と共に回転する。このとき、上記回転軸２７を回転できるように支持するためのベアリング４０が上記回転軸２７の上部に備えられてもよい。

上記アーマチャコア２１は、図４に図示されたように、ベース２３と上記ベース２３から放射状に延長して形成される極歯２２を含む。上記極歯２２は総１３個で構成されてもよく、第１極歯Ｔ１を基準にして反時計回りに一定間隔を置いて第２極歯Ｔ２、第３極歯Ｔ３、第４極歯Ｔ４、第５極歯Ｔ５、第６極歯Ｔ６、第７極歯Ｔ７、第８極歯Ｔ８、第９極歯Ｔ９、第１０極歯Ｔ１０、第１１極歯Ｔ１１、第１２極歯Ｔ１２及び第１３極歯Ｔ１３が形成される。

各々の極歯２２にはコイル６０が巻かれるし、上記コイル６０に電流が印加される時、上記励磁極３３との相互作用を通してトルクを発生させる。これと関る具体的な巻線方法は、図５を参照して後述する。

一方、上記極歯２２のうち、隣り合う２個の極歯２２の間には、一つのスロットがそれぞれ形成される。すなわち、第１極歯Ｔ１と第２極歯Ｔ２の間には第１スロットＳ１が形成され、上記第２極歯Ｔ２と第３極歯Ｔ３の間には第２スロットＳ２が形成される。同様に、上記隣り合う２個の極歯２２の間に第３スロットＳ３、第４スロットＳ４、第５スロットＳ５、第６スロットＳ６、第７スロットＳ７、第８スロットＳ８、第９スロットＳ９、第１０スロットＳ１０、第１１スロットＳ１１、第１２スロットＳ１２及び第１３スロットＳ１３がそれぞれ形成される。

上記整流子２４は上記整流子薄膜２５と整流子本体２６を含み、アーマチャコア２１の上部に配置されてもよい。上記整流子薄膜２５は上記極歯２２に対応して同じ個数、すなわち１３個で構成される。具体的に、第１極歯Ｔ１の上部に位置する第１整流子薄膜Ｃ１を基準にして上記極歯２２と同様、反時計回りに一定間隔を置いて第２整流子薄膜Ｃ２、第３整流子薄膜Ｃ３、第４整流子薄膜Ｃ４、第５整流子薄膜Ｃ５、第６整流子薄膜Ｃ６、第７整流子薄膜Ｃ７、第８整流子薄膜Ｃ８、第９整流子薄膜Ｃ９、第１０整流子薄膜Ｃ１０、第１１整流子薄膜Ｃ１１、第１２整流子薄膜Ｃ１２及び第１３整流子薄膜Ｃ１３が形成される。

上記整流子薄膜２５は電気的に相互絶縁されていて、上記整流子薄膜２５の一端にはコイル６０がかかるようにする係止片２５ａが形成されている。

以上で説明した本発明の実施例では、６個の励磁極３３、１３個の極歯２２及び１３個の整流子薄膜２５を例示しているが、必ずこれに限定されることではなく、必要に応じて上記励磁極３３、極歯２２、整流子薄膜２５の個数は可変する。

上記カバーアセンブリー１０は、モーターの最も上側に位置して上記ヨークアセンブリー３０の上部を開閉する。このため、上記カバーアセンブリー１０の縁にはヨークアセンブリーのハウジング３１と結合するための突出片１３が形成されてもよく、上記突出片１３は上記ハウジングの結合溝３２と対応されて結合される。

また、上記カバーアセンブリー１０は、中央部に上記ベアリング４０が挿入されるベアリング挿入孔１１が形成されてもよく、外部から電力を供給してもらうための電線が貫通する電線連結管１２が備えられてもよい。

上記カバーアセンブリー１０の内側にはブラシ５０が固定設置される。上記ブラシ５０は、上記アーマチャアセンブリー２０が回転することによって上記整流子２４と選択的に接触するようになり、上記電線と繋がって接触した整流子２４を通して上記コイル６０に電流が流れるようにする。

上記ブラシ５０は一対の第１ブラシ５１と第２ブラシ５２で構成され、上記第１ブラシ５１と第２ブラシ５２は互いに１８０゜の角を成して配置される。

特に、本発明における上記ブラシ５０は、図３に図示されたように、向き合う一対の励磁極（例えば、Ｐ１及びＰ４）を繋ぐ軸を基準にして時計回りまたは反時計回りに１４゜回転された状態で固定設置されてもよく、この時、モーターの効率は最大となる。

図５は、本発明によるモーターのコイル巻線方法を示した図面である。図５を参照にして、上記コイル６０が上記複数個の極歯２２に巻かれる過程、及び上記コイル６０が上記整流子薄膜２５に繋がる過程を詳しく説明する。

先ず、上記コイル６０は上記第２整流子薄膜Ｃ２から始まって第３極歯Ｔ３と第４極歯Ｔ４を一気に包むようになり、以後第６整流子薄膜Ｃ６に繋がる。

具体的に、第２整流子薄膜Ｃ２から出たコイル６０は、第２スロットＳ２に向って入り、第３極歯Ｔ３及び第４極歯Ｔ４の下部を経て第４スロットＳ４へと抜け出る。そして、第３極歯Ｔ３及び第４極歯Ｔ４の上部を経て、上述のように上記第２スロットＳ２に向って再度入り、第４スロットＳ４へと抜け出るようになり、このような過程をコイルの巻線数の分数回繰り返した後、コイル６０は第６整流子薄膜Ｃ６と繋がる。ここで、上記コイル６０が接した二つの極歯を包む過程は、以下でも同様に適用される。

次に、上記第６整流子薄膜Ｃ６を経たコイル６０は、上記第７極歯Ｔ７及び第８極歯Ｔ８を一気に包むようになり、以後、第１０整流子薄膜Ｃ１０に繋がる。

次に、上記第１０整流子薄膜Ｃ１０を経たコイル６０は、上記第１１極歯Ｔ１１及び第１２極歯Ｔ１２を一気に包むようになり、以後、第１整流子薄膜Ｃ１に繋がる。

すなわち、このようなパターンでコイル６０を巻線する際に、整流子薄膜２５は第２整流子薄膜Ｃ２、第６整流子薄膜Ｃ６、第１０整流子薄膜Ｃ１０、第１整流子薄膜Ｃ１、第５整流子薄膜Ｃ５、第９整流子薄膜Ｃ９、第１３整流子薄膜Ｃ１３、第４整流子薄膜Ｃ４、第８整流子薄膜Ｃ８、第１２整流子薄膜Ｃ１２、第３整流子薄膜Ｃ３、第７整流子薄膜Ｃ７、第１１整流子薄膜Ｃ１１の順にコイル６０に繋がる。

この時、上記それぞれの整流子薄膜２５が繋がる前に、コイル６０が巻かれる隣接した二つの極歯２２は第３極歯及び第４極歯Ｔ３、Ｔ４、第７極歯及び第８極歯Ｔ７、Ｔ８、第１１極歯及び第１２極歯Ｔ１１、Ｔ１２、第２極歯及び第３極歯Ｔ２、Ｔ３、第６極歯及び第７極歯Ｔ６、Ｔ７、第１０極歯及び第１１極歯Ｔ１０、Ｔ１１、第１極歯及び第２極歯Ｔ１、Ｔ２、第５極歯及び第６極歯Ｔ５、Ｔ６、第９極歯及び第１０極歯Ｔ９、Ｔ１０、第１３極歯及び第１極歯Ｔ１３、Ｔ１、第４極歯及び第５極歯Ｔ４、Ｔ５、第８極歯及び第１２極歯Ｔ８、Ｔ１２、第１２極歯及び第１３極歯Ｔ１２、Ｔ１３の順に選択されてもよい。

言い換えれば、第ｎ番目の整流子薄膜Ｃｎから始まったコイル６０は、第ｋ番目のスロットＳ_ｋに向って入り、第ｋ＋２番目のスロットＳ_ｋ＋２から抜け出ることを繰り返し、第ｍ＋１番目の極歯Ｔ_ｍ＋１と第ｍ＋２番目の極歯Ｔ_ｍ＋２を一気に巻くようになって、以後、コイル６０は第ｎ＋４番目の整流子薄膜Ｃ_ｎ＋４に繋がる。

ここで、ｎ、ｋ及びｍは、それぞれ整流子薄膜２５、スロット２８及び極歯２２の個数によって１ないし１３の値を有する自然数であり、上記ｋ＋２、ｍ＋１、ｍ＋２及びｎ＋４の値は１３を超える場合、上記値を１３で割った余りとなる。一方、本発明による実施例において、整流子薄膜と極歯は互いに対応して上下に位置することによって、上記ｎ、ｋ及びｍは同じ値を有することができる。

図４で、このような巻線方法によってアーマチャアセンブリーにコイルが巻かれた様子を見ることができ、本発明ではこのような巻線方法と前述したブラシの構造を適用することで、６極モーターで効率を極大化できるようになる。

以上で説明した本発明の詳細な説明は、本発明を理解させるために例えて説明したことに過ぎず、本発明の権利範囲を決めようとすることではないことを理解しなければならない。本発明の範囲は、以下添付された特許請求の範囲によって決められ、この範囲内での単純変形や変更はいずれも本発明の範囲に属するものとして理解されなければならない。

Claims

カバーアセンブリー；
上記カバーアセンブリーと結合されるハウジングと、上記ハウジングの内部に配置される複数個の励磁極を有するヨークアセンブリー；
上記励磁極と相互作用するコイルが巻かれる複数個の極歯を有するアーマチャコアと、上記アーマチャコアの上部に位置して上記極歯と対応して同じ個数の整流子薄膜を有する整流子を含むアーマチャアセンブリー；及び
上記カバーアセンブリーの内側に配置され、上記アーマチャアセンブリーが回転することによって上記整流子と選択的に接触されるブラシ；を含んでなり、
上記励磁極は、３個のＮ極と３個のＳ極が交互に配置され、上記極歯及び整流子薄膜はそれぞれ１３個が一定角度をなして放射状に形成されることを特徴とする、車両用直流モーター。
上記ブラシは、一対の第１ブラシと第２ブラシで構成され、上記第１ブラシと第２ブラシは互いに１８０゜の角をなしており、向かい合う上記励磁極を繋ぐ軸を基準にして１４゜回転された状態で固定設置されることを特徴とする、請求項１に記載の車両用直流モーター。
上記コイルは、第１整流子薄膜から始まって互いに接する第１極歯及び第２極歯を一気に巻いた後、第２整流子薄膜と繋がることを特徴とする、請求項１に記載の車両用直流モーター。
上記第１整流子薄膜は、上記第１極歯の左側方向に一つ目の極歯の上部に位置する整流子薄膜で、上記第２整流子薄膜は、上記第２極歯の右側方向に二つ目の極歯の上部に位置する整流子薄膜であることを特徴とする、請求項３に記載の車両用直流モーター。
整流子薄膜、極歯及びスロットを有するアーマチャアセンブリーを含む車両用直流モーターのコイル巻線方法において、
（ａ）上記コイルが第ｎ番目の整流子薄膜を通過する段階；
（ｂ）上記コイルが第ｋ番目のスロットに向って入り、第ｋ＋２番目のスロットに出ることを繰り返して第ｍ＋１番目の極歯と第ｍ＋２番目の極歯を一気に巻く段階；及び
（ｃ）上記コイルが第ｎ＋４番目の整流子薄膜に繋がる段階；を含み、
上記ｎ、ｋ及びｍは１ないし１３の自然数で、上記ｋ＋２、ｍ＋１、ｍ＋２及びｎ＋４の値は１３を超える場合、上記値を１３で割った余りであることを特徴とする、車両用直流モーターのコイル巻線方法。