KR100361410B1

KR100361410B1 - 직류 모터

Info

Publication number: KR100361410B1
Application number: KR1020000008835A
Authority: KR
Inventors: 니이미마사미; 호소야아키후미
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2002-11-21
Also published as: DE60017300T2; EP1453183B1; EP1453183A2; KR20000071373A; EP1032111B1; EP1032111A1; US6326716B1; DE60017300D1; EP1453183A3

Abstract

본 발명의 직류 모터는 아마추어, 아마추어 회전축, 정류자, 상기 정류자와 접촉하고 있는 다수의 브러시, 상기 정류자에 대하여 상기 브러시를 각각 편향시키기 위한 다수의 브러시 스프링, 및 상기 브러시 쌍을 유지시키기 위한 브러시 홀더 유닛을 포함한다. 상기 각각의 브러시 스프링은 상기 브러시들 중 대응하는 하나의 브러시의 측면에 배치된 탄성 스프링 본체와, 상기 정류자에 대하여 상기 브러시들 중 대응하는 하나의 브러시를 편향시키기 위해 상기 스프링 본체로부터 연장된 스프링 아암을 포함하고, 상기 스프링 본체는 상기 브러시들 중 대응하는 하나의 브러시의 축방향 길이 내에 배치된 외주면을 갖고 있다.

Description

직류 모터{DC MOTOR}

본 발명은 차량용 스타터(starter)에 적합한 직류 모터(DC motor)에 관한 것이다.

종래기술로서, 예를 들어, JP-U-63-143040호의 공보에 스타터가 개시되어 있다. 이 스타터의 모터는 면접촉 정류자(face-contact commutator)를 갖고 있다. 이 면접촉 정류자는 한쌍의 브러시(brushes)와 접촉하여 아마추어(armature)의 회전축에 직교하는 표면을 갖고 있다. 이러한 면접촉 정류자와 일반적인 원통형 정류자 사이에는 차이점이 존재하는데, 즉, 원통형 정류자는 브러시를 수납하기 위한 축방향 마진 길이(axial marginal length)를 가질 필요가 있지만, 반면에, 면접촉 정류자는 이러한 마진 길이를 가질 필요가 없다. 다시 말하면, 면접촉 정류자는 모터의 축방향 길이를 짧게 하는데 유효하다.

이 공보에 기재된 모터는 정류자에 대하여 브러시를 편향(biasing)시키기 위한 압축 코일 스프링을 포함하고 있다. 이 압축 코일 스프링은 정류자 반대쪽 브러시의 후방 단부에 배치된다. 만일 브러시가 마멸될 때까지 장시간 동안 충분한 탄성력을 제공하도록 코일 스프링의 스프링 상수(spring constant)가 낮아지고 초기하중이 증가되면, 스프링의 총 길이도 증가된다. 즉, 면접촉 정류자가 아마추어의 길이를 짧게 하지만, 모터의 총 길이는 단축될 수 없다.

만일 탄성력이 증가되어 그 길이가 짧아지면, 스프링은 모터의 발열에 의해 약화될 수 있다.

JP-A-7-194066호에 기재된 바와 같이, 그 위에 브러시 홀더를 홀딩하고 있는 수지재(resinous) 홀더가 볼트에 의해 브래킷(bracket)에 고정되며, 브래킷은 그 위에 배치된 토크(torque) 센서 유닛과 함께 볼트에 의해 모터 케이스의 플랜지(flange)에 고정된다. 브래킷에는 관통구멍이 형성되어 있고, 토크 센서 유닛에는 플랜지 및 암나사 구멍이 형성되어 있다. 관통구멍의 내경이 볼트의 외경보다 크기 때문에, 볼트와 브래킷의 관통구멍 사이에 유극(clearances)이 발생한다. 결과적으로, 브래킷이 유극내에서 움직일 수 있으며, 이것은 원주방향 위치설정을 어렵게 만든다.

모터 케이스와 브러시 홀더가 조립된 이후에도, 브래킷은 진동으로 인해 유극내에서 움직일 수 있다. 이것은 요크(yoke)에 대하여 브러시 홀더의 원주방향 위치를 변화시킨다.

또한, 그 사이에 브레킷이 삽입되어 있는 토크 센서와 모터 케이스는 서로에 대해 3개의 관통구멍을 정렬시킬 필요가 있다.

본 발명은 전술한 상황의 견지에서 만들어졌으며, 직류 모터의 총 길이를 단축시키기 위한 주목적을 갖고 있다.

본 발명의 주요 특징에 따르면, 각각의 브러시 스프링은 브러시 중 하나의 후방 단부를 편향시키기 위해 브러시 본체로부터 연장된 스프링 아암과 탄성 스프링 본체를 구비하고 있으며, 스프링 본체는 브러시 중 하나의 축방향 길이 내에서 브러시 중 하나의 한 쪽에 배치된다. 따라서, 직류 모터의 총 길이가 단축될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 요크와 브러시 홀더를 정확하게 위치설정하기 용이한 직류 모터를 제공하는 것이다.

브러시 홀더 유닛은 금속 브러시 홀더와 그 브러시 홀더를 각각 수용하기 위한 다수의 공동(cavities)을 가진 수지재 홀더로 구성된다. 각각의 브러시 홀더는 그것이 공동으로부터 떨어져 나가는 것을 방지하기 위한 스토퍼(stopper) 수단을 포함하고 있다.

그러므로, 브러시 홀더가 나사 또는 리벳 없이도 수지재 홀더에 쉽게 고정될 수 있다. 금속 브러시 홀더는 수지재 홀더에 의해 둘러싸여 있고, 브러시 홀더와 엔드 프레임(end frame) 사이에 간격이 제공될 수 있기 때문에, 연마용 분말(abrasion powders)이 장기간 사용으로 인해 브러시 홀더에 고착되는 경우에도 충분한 절연이 제공될 수 있다. 브러시가 금속 브러시 홀더에 의해 수용되기 때문에, 브러시가 과열되는 경우에도 수지재 홀더가 열적 손상으로부터 보호된다.

스토퍼 수단은 수지재 홀더에 형성된 그루브(groove)와 결합하고 있는 엣지를 가진 지지 아암을 구비할 수 있다. 지지 아암에 브러시 스프링의 반동력이 인가되는 경우에, 지지 아암의 엣지에 의해 지지 아암과 브러시 홀더가 변형되는 것이 방지된다.

직류 모터의 정류자는 그 표면이 아마추어의 회전축에 직교하는 면접촉 정류자가 될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 브러시 홀더에 고무 부싱(rubber bushing)이 고정되며, 그에 따라 요크와 브러시 홀더 유닛이 그 사이에 배치된 고무 부싱과 함께 위치설정된다. 이것은 원주방향으로 브러시 홀더 유닛의 미끄러짐을 방지한다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스타터 모터의 단면도.

도2는 스타트 모터의 아마추어의 한 측면으로부터 본 브러시 홀더 유닛의 정면도.

도3은 라인 A-A를 따라 절단한 도2에 도시된 부분의 단면도.

도4는 라인 B-B를 따라 절단한 도2에 도시된 부분의 단면도.

도5는 라인 C-C를 따라 절단한 도2에 도시된 부분의 단면도.

도6은 라인 D-D를 따라 절단한 도2에 도시된 부분의 단면도.

도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 브러시 홀더 유닛의 정면도.

도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 브러시 홀더 유닛의 부분 단면도.

도9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 브러시 홀더 유닛을 구비한 아마추어의 부분 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2:모터 12:아마추어 회전축

13:정류자 14:아마추어

15:브러시 홀더 유닛 16:브러시 스프링

17,18:베어링 19:와셔

21:금속 브러시 홀더 22:수지재 홀더

본 발명의 다른 목적, 특징 및 특성과 본 발명의 관련 부분의 기능은 다음의 상세한 설명과 청구범위 및 도면으로부터 명백해질 것이다.

이제, 본 발명에 따른 직류 모터에 관해 첨부도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시예)

제1 실시예에 따른 브러시 홀더 유닛을 구비한 스타트 모터는 도1-7을 참조하여 설명한다. 스타터(1)는 직류 모터(2), 모터(2)의 회전 속도를 감속하기 위해 감속 유닛(3), 모터(2)의 토크를 전달하기 위한 출력축(4), 엔진이 시동될 때 엔진의 링 기어와 결합되는 피니언 기어(6), 출력축(4)의 회전을 피니언 기어(6)로 전달하는 1방향 클러치(7), 및 모터 구동 회로(도시 안됨)의 모터의 접점(도시 안됨)을 턴온 또는 턴오프시키는 자석 스위치(8)를 포함한다.

감속 유닛(3)은 아마추어 회전축(12) 주위에 외부 톱니를 가진 태양 기어(sun gear)(31), 이 태양 기어(31)를 둘러싸는 내부 톱니를 가진 링형 내부 기어(32), 태양 기어(31) 및 내부 기어(32)와 맞물려 이들 태양 기어(31)와 내부 기어(32) 사이에 배치된 유성 기어(planetary gear)(33)를 포함한다. 유성 기어(33)는 그 자신의 축을 중심으로 회전하고 태양 기어(31) 주위를 공전하며, 따라서 유성 기어(33)의 회전이 핀(19)을 통해 출력축(4)으로 전달될 수 있다.

출력축(4)은 아마추어 회전축(12)과 정렬하여 아마추어(14)의 정면에 배치된다. 출력축(4)의 정면 단부는 베어링을 통하여 정면 하우징에 의해 지지되고, 그 후방 단부는 베어링(17)을 통하여 베어링 지지부에 의해 지지된다. 내부 기어(32)는 요크(9)의 내주면에 합치되어 회전제어된다.

피니언 기어(6)는 링 기어와 결합하도록 출력축(4)을 향해 이동하기 위해 베어링(5)을 거쳐 출력축(4)의 외주면에 미끄럼가능하게 합치되며, 그에 따라, 출력축(4)의 회전을 링 기어로 전달하게 된다.

1방향 클러치(7)는 피니언 기어(6)와 함께 이동할 수 있도록 출력축(4)의 외주면에 형성된 나선형 스플라인(helical spline)에 합치된다. 1방향 클러치(7)는 출력축(4)의 회전을 피니언 기어(6)로 전달하며, 엔진이 출력축(4)의 회전 속도보다 높은 속도로 피니언 기어(6)를 회전시키는 경우에 출력축(4)과 피니언 기어(6) 사이의 접속을 차단한다.

자석 스위치(8)는 내장 플런저(도시 안됨)가 이동함에 따라 내부 접점을 개방 또는 폐쇄하고, 레버를 통하여 피니언 기어(6)를 출력축(4) 상에서 1방향 클러치(7)와 함께 전후로 이동시킨다.

모터(2)는 연철로 만들어진 원통형 요크(9), 이 요크(9)의 후방 개구를 폐쇄하기 위한 엔드 프레임(10), 요크(9)의 원통형 내주면상에 배치된 고정자극(11)(예, 영구자석), 그 표면이 아마추어 회전축(12)과 직교되게 브러시 접촉면을 갖는 면접촉 정류자(13)를 구비한 아마추어(14), 및 2쌍의 정극성 브러시(151) 및 부극성 브러시(152)와 그들의 브러시 스프링(16)을 유지시키는 브러시 홀더 유닛(15)을 포함한다. 정류자(13)와 미끄럼가능하게 접촉하고 있는 브러시(151,152)와 브러시 스프링(16) 쌍들은 각각 정류자(13)에 대하여 브러시(151,152) 쌍을 압착한다.

아마추어(14)에서, 아마추어 회전축(12)의 일단은 출력축(4)의 후방단부에 형성된 원통형 공동의 내주면에서 베어링(17)에 의해 지지되고, 그 타단은 엔드 프레임(10)의 중앙부에 형성된 원통부의 내주면에서 베어링(18)에 의해 지지된다. 와셔(washer)(19)와 스토퍼 링(20)은 베어링(18)으로부터 후방으로 아마추어 회전축(12)의 타단의 일부분으로 합치되며, 따라서 아마추어(14)가 축방향으로 이동하는 것이 제한된다.

브러시 홀더 유닛(15)은 4개의 원통형 금속 브러시 홀더(21)와 이들 브러시 홀더(21)를 지지하기 위한 수지재 홀더(22)를 포함한다. 수지재 홀더(22)는 내벽(22b)을 가진 4개의 공동(22a)과 4개의 그루브(22c)을 갖고 있으며, 브러시 홀더(21)는 4개의 공동(22a)으로 각각 삽입된다.

각각의 브러시 홀더(21)는 직사각형 파이프로 성형된 금속판으로 만들어진다. 이들 각각은 하나의 공동(22a)으로 삽입된다. 각각의 브러시 홀더(21)는 상기 수지재 홀더(22)가 떨어져 나가는 것을 방지하기 위해 상기 수지재 홀더(22)와 결합하고 있는 스토퍼 수단으로서, 그의 일측으로부터 연장된 크로우(claw)(21a)와 그와 일체화된 지지 아암(26)을 갖고 있다. 크로우(21a)는 도5에 도시된 바와 같이 브러시 홀더(21)가 공동(22a)으로부터 떨저져 나가는 것을 방지하기 위해 내벽(22b)에 결합된다. 지지 아암(26)의 엣지는 도6에 도시된 바와 같이 하나의 그루브(22c)에 결합된다.

수지재 홀더(22)는 한쌍의 금속부재(23,24)와 볼트에 의해 엔드 프레임(10)에 고정된다. 금속부재(23,24)는 구멍(22e)의 중심에 입각하여 각각 반대쪽 부분에 배치된다. 도2에 도시된 바와 같이, 수지재 홀더(22)는 또한 고무 부싱(29)이 그안에 압입(press-fitted)되도록 그 상부 엣지에 U자형 개구(22d)를 갖고 있다. U자형 개구(22d)는 대향 주변쪽에 소정의 간격으로 형성된 반원형 중공부(semicircular hollows)를 갖고 있다.

고무 부싱(29)은 U자형 개구(22d)의 중공부에 압입될 반원형 압입부(30a)와 U자형 개구(22d)와 맞물릴게 되는 맞물림 그루브(미도시)를 갖고 있다.

브러시 홀더 유닛(15)은 한쌍의 정극성 브러시(151)와 한쌍의 부극성 브러시(152)를 포함하고 있으며, 이들은 브러시 홀더(21)의 원통부 내부에 미끄럼가능하게 유지된다.

그러므로, 브러시 홀더(21)는 나사나 리벳 없이도 수지재 홀더(22)에 쉽게 고정될 수 있다. 브러시 홀더(21)는 수지재 홀더(22)에 의해 둘러싸여 있으며, 접지된 엔드 프레임과 브러시 홀더(21) 사이의 간격이 브러시 홀더(21)의 절연에 충분하도록 길게 만들어 질 수 있다. 브러시 연마용 분말이 브러시 홀더(21)에 고착되는 경우에도, 브러시 홀더가 장시간 동안 절연될 수 있다. 만일 브러시(15)가 과열되면, 브러시 홀더(21)에 의해 수지재 홀더(22)가 열적 손상으로부터 보호될 수 있다.

각각의 정극성 브러시(151)는 전도성 금속부재(27)에 결합된 피그테일(pigtail)(15a)을 갖고 있다. 도선(28)은 금속부재(27)와 자석 스위치(8)의 모터 접점(고정 접점)에 접속된다. 이 도선(28)은 고무 부싱(29)에 의해 유지되며, 이 고무 부싱은 요크(9)의 측면 개구에 합치되고 요크(9)로부터 측면 개구에 의해 절연된다.

각각의 부극성(negative) 브러시(152)는 접지된 금속부재(23)에 접속된 피그테일(15b)을 갖고 있다. 이 금속부재(23)는 부극성 브러시(152)를 위한 접지단자로서 작용한다.

도3에 도시된 바와 같이, 각각의 브러시 스프링(16)은 길고 얇은 금속 스트립으로 만들어진 나선형으로 감긴 스프링 본체(161)와 이 스프링 본체의 최외경으로부터 연장된 탄성 아암(162)을 포함하고 있다. 탄성 아암(162)의 엣지는 브러시(15)의 후면을 정류자(13)로부터 편향시킨다. 스프링 본체(161)는 전술한 바와 같이 브러시 스프링(16)이 지지 아암(26)에 의해 지지될 수 있도록 브러시(15)의 한 측면에 배치된다. 또한, 스프링 본체(161)는 그 외경d가 브러시(151,152)의 축방향 길이l내에 배치될 수 있도록 배치된다.

그러므로, 탄성력이 나선형으로 감긴 스프링 본체(161)에 축적된다. 결과적으로, 브러시(151,152)가 마모 한계까지 마멸될지라도, 브러시(151,152)가 탄성 아암(162)에 의해 적절하게 편향될 수 있다.

각각의 스프링 본체(161)가 브러시(151,152) 중 하나의 축방향 길이l내에 배치되기 때문에, 모터(2)의 총 길이가 상당히 짧아지게 된다.

브러시 스프링(16)은 브러시(151,152)의 후방에 배치될 필요가 없으며, 브러시 본체(161)는 각각의 브러시(151,152)의 한 측면에 배치될 수 있다. 스프링 본체(161)로서 피아노줄로 만들어진 코일 스프링이 사용될 수 있다.

조립에 있어서, 고무 부싱(29)의 압입부(30a)는 개구(22d)의 중공부로 압입된다. 다음에는, 고무 부싱(29)의 그루브(29b)가 요크(9)의 측면 개구를 통해 개구(22d)로 압입된다. 계속해서, 엔드 프레임(10)이 브러시 홀더 유닛(15)의 후방에 배치되고, 도4에 도시된 바와 같이, 엔드 프레임(10)의 구멍을 통해 금속부재(23)의 암나사내로 볼트(25)가 고정되며, 그것에 의해 브러시 홀더 유닛(15)을 엔드 프레임(10)에 고정시키게 된다.

이후에, 정면 하우징과 요크(9) 및 엔드 프레임(10)을 함께 고정시키기 위해 관통 볼트(도시 안됨)가 엔드 프레임(10)의 후방으로부터 정면 하우징내로 삽입되어 고정된다.

(제2 실시예)

도7에 도시된 바와 같이, 지지 아암(26)이 브러시 홀더(21)와 분리되어 형성된다. 이 지지 아암(26)은 적절한 길이를 가진 단순한 판 또는 봉으로 만들어지고, 그 반대쪽 단부는 제1 실시예에서 처럼 수지재 홀더(22)의 그루브(22c)와 맞물린다. 따라서, 브러시 홀더(21)가 제1 실시예에서 보다 더욱 쉽게 제조될 수 있다.

지지 아암(26)의 반대쪽 단부가 그루브(22c)와 맞물리기 때문에, 브러시 스프링(16)의 반동력으로 인한 변형이 효과적으로 방지될 수 있다.

(제3 실시예)

도8 및 도9에 도시된 바와 같이, 아마추어(14)는 아마추어 회전축(12) 주위에 다수의 정류자편(13a)을 가진 원통형 정류자와 브러시(151,152)를 갖추고 있다.

수지재 홀더(22)는 나사 등에 의해 엔드 프레임(10)에 고정되며, 브러시 홀더(21)를 수용하기 위한 공동(22a)을 갖고 있다. 이 공동(22a)은 정류자(13)의 방사상 방향으로 수지재 홀더(22)를 관통하고 있다. 따라서, 브러시 홀더(21)가 정류자(13)의 측면이나 또는 엔드 프레임(10)의 측면으로부터 공동(22a)으로 삽입될 수 있다. 각각의 브러시 홀더(21)는 제1 실시예와 동일한 방식으로 지지 아암(26)에 의해 유지된다.

각각의 브러시 스프링(16)은 제1 실시예에서와 같이 나선형으로 감긴 형태를 갖고 있으며, 도8에 도시된 바와 같이 브러시 홀더의 한 측면에 배치되고, 지지 아암(26) 중 하나에 의해 지지된다. 브러시(151,152)는 각각 브러시 홀더(21)의 원통 내부로 삽입되며, 브러시 스프링(16)에 의해 정류자(13)에 대하여 편향된다.

본 발명의 전술한 설명에 있어서, 본 발명은 그 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 넓은 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 특정 실시예에 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수도 있다는 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서에서의 본 발명의 설명은 제한적 의미가 아닌 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 직류 모터의 총 길이를 단축시킬 수 있고, 요크와 브러시 홀더를 정확하게 위치설정하기 용이하다는 등의 효과가 있다.

Claims

아마추어, 아마추어 회전축, 정류자, 및 상기 정류자와 접촉하고 있는 다수의 브러시와 상기 정류자에 대하여 상기 브러시를 각각 편향시키기 위한 다수의 브러시 스프링을 구비한 브러시 홀더 유닛을 포함하는 직류 모터에 있어서,

상기 정류자는 상기 아마츄어 회전축에 직교되게 브러시 접촉면을 갖는 면 접촉 정류자이고,

상기 각각의 브러시 스프링은 상기 브러시 접촉면에 대향하는 상기 브러시들 중 대응하는 하나의 브러시의 측면에 배치된 탄성 스프링 본체와, 상기 정류자에 대하여 상기 브러시들 중 대응하는 하나의 브러시를 모터의 축방향으로 편향시키기 위해 상기 스프링 본체로부터 연장된 탄성 아암을 포함하며,

상기 스프링 본체는 상기 브러시들 중 대응하는 하나의 브러시의 축방향 길이 내에 배치된 외주면을 가진

직류 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 브러시 홀더 유닛은 다수의 공동을 가진 수지재 홀더와 상기 공동에 각각 배치된 상기 브러시를 미끄럼가능하게 유지시키기 위한 다수의 브러시 홀더를 포함하고,

상기 각각의 브러시 홀더는 상기 수지재 홀더가 떨어져 나가는 것을 방지하기 위해 상기 수지재 홀더와 결합하고 있는 스토퍼 수단을 포함하는

직류 모터.
제 2 항에 있어서,

상기 스토퍼 수단은 지지 아암을 포함하고,

상기 수지재 홀더는 상기 지지 아암을 각각 유지시키는 다수의 그루브를 갖고 있는

직류 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 정류자는 상기 정류자 회전축에 직교하는 브러시 접촉면을 가진 면접촉 정류자를 포함하는

직류 모터.
제 4 항에 있어서,

상기 스토퍼 수단은 지지 아암을 포함하고,

상기 수지재 홀더는 상기 지지 아암을 각각 유지시키는 다수의 그루브를 갖고 있는

직류 모터.
제 2 항에 있어서,

다수의 고정자극을 가진 요크; 및

상기 요크의 내부로부터 상기 요크의 외부를 향해 연장된 도선을 유지시키기 위한 고무 부싱

을 더 포함하고,

상기 고무 부싱은 상기 브러시 홀더 유닛에 고정되고, 그에 따라, 상기 요크와 상기 브러시 홀더 유닛이 그 사이에 삽입된 상기 고무 부싱과 함께 위치설정되는

직류 모터.
제 6 항에 있어서,

상기 고무 부싱은 압축된 상태의 고무로 만들어진

직류 모터.