KR100537302B1 - 전동기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 센서, 특히 회전 속도 센서를 포함하는 전동기에 관한 것이다. 이 센서는 신호 발생기로서 하나 이상의 자계 발생 수단(20)을 포함하며, 신호 픽업으로서 하나 이상의 자계 센서(28, 30)를 포함하고, 자기 전도 수단(22, 24, 26)을 포함한다. 자기 전도 수단(22, 24, 26)은 자기 전달 재료를 포함하며, 하나 이상의 자계 발생 수단(20)의 신호를 하나 이상의 자계 센서(28, 30)에 전달한다. 하나 이상의 전류 전도 수단(40, 42, 44)은 실질적으로 자기 전도 수단(22, 24, 26)을 따라 배치된다.
Description
신호 발생기로서 전동기 전기자 샤프트상에 비틀리지 않도록 배치된 자극 휠을 포함하며, 케이스에 고정된 신호 픽업을 포함하는 전동기에 관해서는 이미 공지되어 있다. 신호 발생기와 신호 픽업이 센서로서 상호 작용하여, 전동기 전기자 샤프트의 회전 방향, 회전수, 속도 및, 전동기 작동에 관한 기타 매개변수를 파악하도록 되어 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 전동기의 일부를 절단한 단면도.
도 1b는 도 1의 전동기의 브러시 홀더를 도 1a와 비교해 180°회전시킨 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 전동기의 브러시 홀더의 평면도.
도 3a는 자기 전도 수단을 따라 배치된 전류 전도 수단의 제 1 실시예의 평면도.
도 3b는 제 1 실시예의 측면도.
도 4a는 자기 전도 수단과 전류 전도 수단의 제 2 실시예의 평면도.
도 4b는 제 2 실시예의 측면도.
독립 청구항의 특징을 갖는 전동기는 자계 센서(magnetic-field sensor)를 자계 발생 수단과 멀리 이격 배치하였음에도 불구하고, 자계 발생 수단의 자계를 확실하게 검출한다는 장점을 갖는다. 자기 전도 수단을 주로 전류 전도 수단을 따라 배치함으로써, 유효 자화 방향, 즉, 자계 발생 수단에 의해 발생된 자화가 자기 전도 수단을 따라 진행될 경우, 자계 센서로 전도되는 장(field)이 전류 전도 수단 내부에 흐르는 전류의 자계에 의해 전혀 또는 거의 영향을 받지 않는다. 실험 결과, 예를 들면 시판되고 있는 소형 전동기를 전류 전도 수단 안에서 약 30 A의 전류로 작동시키는 동안 전류를 동반하는 자계의 자속 밀도(magnetic flux density)는 20 mT 임이 증명되었다. 특히 전동기에 스위치를 넣을 때 그의 간섭장(disturbing field)으로 인해 자계 센서에서 측정 오류가 발생할 수 있다. 본 발명에 따른 배치를 통해 그와 같은 측정 오류가 방지된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 전류 전도 수단과 자기 전도 수단이 각각 독자적인 구성 소자를 형성한다. 이 두 구성 소자는 샌드위치 구조 등으로 배치할 수 있다. 전류 전도 수단을 자기 전도 수단을 따라 배치하기 때문에, 전류를 동반하는 장의 자력선(field line)이 유효 자화 방향에 대해 수직으로 진행한다. 그 결과 자계 센서를 적절하게 선택, 배치하면 간섭장의 중첩 없이 유효 자계를 평가할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 전류 전도 수단을 자기 전도 수단의 표면 위에 배치한다. 전류 전도 수단이 자기 전도 수단을 거의 완전히 둘러싸기 때문에, 자기 전도 수단의 내부에는 전류 전도를 동반하는 자계가 극미하다{패러데이 케이지 효과(Faraday cage effect)}. 따라서 자기 전도 수단 내부의 유효 자계가 거의 간섭을 받지 않게 된다.
본 발명의 또 다른 작합한 실시예는 종속 청구항들과 실시예에 제시된다.
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 전동기(1)를 도시한 것으로, 이 전동기(1)는 하류에 접속된 기어(3)와 전자 케이스(5)를 포함한다. 전동기 전기자 샤프트(6)는 기어(3)의 내부로 연장되어 있다. 전동기 프레임(7)과 기어 박스(9) 사이에 브러시 홀더(10)가 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같이 브러시 홀더(10) 위에 도면에는 도시되지 않은 탄소 브러시(carbon brush)를 위한 삽입물(12)(편의상, 실제 두 개의 삽입물 중 하나만 도시함)이 배치된다. 이 삽입물(12)은 전동기 전기자 샤프트상에 배치된 정류자(11)와 전기 접촉을 한다. 브러시 홀더(10)는 브러시 부분(14)과 전자 부분(16)으로 구성되고, 전자 부분(16)은 전자 보드(17)를 포함한다. 브러시 부분(14)은 전동기 프레임(7)과 기어 박스(9) 사이에 배치되는 반면, 전자 부분(16)은 전동기 프레임(7)으로부터 튀어나와 전자 케이스(5) 내부를 향해 돌출된다. 전자 보드(17) 위에는 전자 전동기 제어 장치(19)가 통합된다.
전동기 전기자 샤프트(6)상에는 자극 링(magnetic pole ring)(20)이 배치된다. 자극 링(20)은 반쪽씩 각각 북극과 남극으로 이루어진다. 브러시 홀더(10)에는 3개의 자기 전도 수단(magnetic conductor)(22, 24, 26)이 배치되며, 이 자기 전도 수단들(22, 24, 26)은 브러시 부분(14)으로부터 전자 부분(16)에까지 이른다. 브러시 홀더(10)의 전자 부분(16) 위에는 집적 회로 형태를 갖는 2개의 자계 센서(28, 30)가 홀 센서 형태(hall sensor)로 배치된다.
자기 전도 수단들(22, 24, 26)은 자계 발생 수단으로서 자극 링(20)의 신호를 픽업하는 탭(34, 36, 38)을 포함한다. 자기 전도 수단(22, 24)의 경우 각 탭은 한 쪽 단부에 배치되며, 자기 전도 수단(26)의 경우에는 이 구성 소자의 대략 중앙에 배치된다. 자기 전도 수단들(22 및 24)의 다른 쪽 단부(35 및 37)에 있는 돌기부(46 및 48)는 전자 보드(17)상에서 자계 센서(28 및 30) 앞에 배치된다. 자기 전도 수단(26)의 두 단부(39, 39')는 자계 센서(28 내지 30) 아래에 있는 전자 보드(17)의 구멍들을 관통한다; 단부(39, 39')의 정면은 자계 센서(28, 30)의 아랫면에 직접 배치된다. 이와 같은 배치를 통해 자기 전도 수단(22와 26 및 24와 26)이 각기 하나의 거의 폐쇄된 자기 회로를 형성하게 되며, 자계 센서(28, 30)는 자극 링(20)에 의해 야기된 유효 자속에 의해 거의 완전히 관통된다.
자극 링(20)으로부터 자계 센서(28, 30)로 자기 신호(magnetic signals)가 전달되는 것은 자기 전도 수단(22)의 실시예에서 설명할 것이다. 탭(34)과 공간적으로 가장 근접한 자극 링(20)의 세그먼트의 자계가 탭(34)과 자기 전도 수단 전체를 자화한다. 그 결과, 자계가 탭(34)과 마주 보는 자기 전도 수단(22)의 단부(35)로 전달된다. 이 자기 전도 수단(22)의 단부(35)가 전자 보드(17) 위의 자계 센서(28) 바로 앞에 배치되어 있기 때문에, 자계 센서(28)는 그것이 자극 링(20)과 공간적으로 멀리 이격되어 있음에도 불구하고 자극 링(20)의 자계를 파악할 수 있게 된다.
자계 센서(28, 30)는 자기 전도 수단들(22, 24, 26)을 통해 전달된 신호들을 디지털 신호로 변환시킨다. 전자 전동기 제어 장치(19)는 프로그램 제어 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컨트롤러를 이용해 디지털 신호를 평가해서 전동기 전기자 샤프트의 회전수와 회전 방향, 가속을 비롯해 그 외의 매개변수들을 구한다.
자기 전도 수단(22, 24)을 따라 각 하나의 전류 전도 수단(40, 42)이 배치되며, 전류 전도 수단(40, 42)은 실질적으로 자기 전도 수단(22 및 24)에 대해 평행하게 뻗어 있다.
도 3a와 도 3b는 도 1a와 도 1b 및, 도 2에 따른 장치로 구현된 제 1 실시예로서, 전류 전도 수단(40)이 자기 전도 수단(22) 위에 도포되어 있다. 자기 전도 수단(22)은 가령 DIN ST1203에 따른 강과 같이 투과성이 높은 연자성강(soft magnetic steel)으로 제조된다. 이 실시예에서는 구리로 된 전류 전도 수단(40)을 자기 전도 수단 위에 전착시켰다. 그러나 진공 증착을 하거나, 또는 그 밖의 방법에 의해 자기 전도 수단의 표면 위에 배치할 수도 있다. 전도성을 높이기 위해 비교적 얇은 두께로 전착된 구리층 위에, 전류 전도 수단(40)의 저항이 전기자 권선의 저항에 비해 작을 정도의 두께를 갖는 주석층을 입힌다.
물론 반대의 배치도 가능하며, 즉, 자기 전도 수단(22)을 컴팩트한 전류 전도 수단의 표면 위에 배치할 수 있다.
전류 전도 수단(40)은 브러시 홀더(10)의 제 1 브러시와 도전 접속되고 전류 전도 수단(42)은 브러시 홀더(10)의 제 2 브러시와 도전 접속된다.
브러시 반대편에 놓인 전류 전도 수단(40, 42)의 단부(50 및 52)는 전자 보드(17) 위의 전자 전동기 제어 장치로 이어진다. 그 결과 제 1, 2 브러시가 전류 전도 수단(40 및 42)을 거쳐 전류를 공급받게 된다.
자기 전도 수단(26) 역시 전류 전도 수단(44)으로 둘러싸여 있다. 전류 전도 수단(44)은 전동기 접지부와 전기 접촉됨으로써, 외부로 부터 오는 간섭 신호에 대해 자기 전도 수단(26)을 차폐시킨다.
전류 전도 수단 및 자기 전도 수단의 제 2 실시예는 도 4a와 도 4b에 보다 상세히 도시된다. 전류 전도 수단(140)과 자기 전도 수단(122)은 각각 독자적인 구성 소자이다. 전기 절연을 위해 두 구성 소자 사이에 플라스틱으로 된 분무막을 제공하는데, 이 분무막은 브러시 홀더를 제작할 때 이미 분무된다. 전류 전도 수단(140)은 전체가 구리로 제조되지만, 황동과 같이 도전성이 뛰어난 다른 물질로도 제조할 수도 있다. 자기 전도 수단은 제 1 실시예에서와 같이 강으로 이루어진다. 두 구성 소자는 스탬핑 방법에 의해 제작하며, 스탬핑 후 도 4a와 도 4b에 도시된 형태로 굽힌다.
Claims (14)
- 신호 발생기로서 전동기 전기자 샤프트(6)상에 배치된 자극 링 형태의 하나 이상의 자계 발생 수단(20)을 가지며, 신호 픽업으로서 하나 이상의 자계 센서(28, 30)를 가지며, 자기 전도 수단(22, 24, 26)을 갖는 센서, 특히 회전 속도 센서를 포함하는 전동기에 있어서,상기 자기 전도 수단(22, 24, 26)은 자기 전달 재료를 포함하며, 하나 이상의 자계 발생 수단(20)의 신호를 하나 이상의 공간적으로 이격된 자계 센서(28, 30)에 전달하며,하나 이상의 전류 전도 수단(40, 42, 44)은 실질적으로 자기 전도 수단(22, 24, 26)을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 전류 전도 수단(140)은 하나 이상의 자기 전도 수단(122)에 대해 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 전류 전도 수단(140)은 하나 이상의 자기 전도 수단(122)과 간격 없이 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항에 있어서, 전류 전도 수단과 자기 전도 수단 사이에 하나 이상의 전기 절연 매체가 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 전도 수단(140)과 자기 전도 수단(122)은 각각 독자적인 구성 소자를 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 전도 수단(40, 42, 44)은 자기 전도 수단(22, 24, 26)의 표면 위에 도포되는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 6 항에 있어서, 전류 전도 수단(40, 42, 44)은 자기 전도 수단(22, 24, 26) 위에 전착되는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 전도 수단(40, 140)은 구리로, 그리고 자기 전도 수단(22, 122)은 자기 전달 강으로 제조된 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전류 전도 수단(40, 42)은 전동기(1)의 동작 전류를 안내하는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 9 항에 있어서, 하나 이상의 전류 전도 수단(40, 42)은 전동기(1)의 브러시와 연결되는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 신호 픽업이 배치된 브러시 홀더(10)를 갖는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 신호 픽업으로서 자계 센서(28, 30)를 갖는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 자계 센서(28, 30)는 자계 발생 수단(20)과 공간적으로 분리되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 자계 센서(28, 30)는 전자 보드(17) 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기.
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