KR100961653B1 - Ｂｌｄｃ 모터의 전식 방지용 샤프트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 회전축을 이루는 샤프트(110)와, 상기 샤프트(110)가 중앙을 관통하도록 구비하여 상기 샤프트를 축으로 회전하며 영구자석(160a)이 구비되어 있는 로터(160)와, 상기 영구자석(160a)으로부터 이격되도록 구비되며 코일이 권취되어 있는 스테이터 코어(150)와, 상기 스테이터 코어(150)의 내부 중공부에 삽입 장착되는 베어링 브라켓(140)과, 내륜(130b)이 상기 샤프트(110)에 외삽되고 외륜(130c)이 상기 베어링 브라켓(140)에 내삽되어서 샤프트(110)의 회전을 수행하는 볼베어링(130)을 포함하여 구성되는 BLDC 모터의 샤프트 구조에 있어서, 상기 샤프트(110)의 회전에 의해서 형성된 유도전하가 상기 볼베어링(130)으로 이동되어서 볼베어링(130) 내부의 볼(130a)이 전식되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 볼베어링(130)과 접촉하는 샤프트(110)의 외주면(110a)에는 절연재(120)가 피복되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의하면, 모터의 회전에 의해서 샤프트의 외주면에 형성되는 유도전하의 순간방전으로 인하여 야기되는 볼베어링의 전식을 방지할 수 있는 이점이 있다.
모터, BLDC 모터, 샤프트, 전식, 유도전하, 방전, 소음

Description

ＢＬＤＣ 모터의 전식 방지용 샤프트{BLDC MOTOR SHAFT FOR PREVENTING ELECTRIC CORROSION}
본 발명은 BLDC(Brushless DC) 모터에 관한 것으로, 특히 볼베어링에 삽입되는 샤프트의 외주면에 절연재를 피복함으로써, 모터의 회전에 의해서 샤프트의 외주면에 형성되는 유도전하의 순간방전으로 인하여 야기되는 볼베어링의 전식을 방지할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 모터라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용되는데, 크게 DC 모터와 AC 모터로 나누어진다.
DC 모터에서 브러쉬(Brush)가 부착된 모터는 정류자와 브러쉬의 접촉에 의해서 코일에 전류를 흐르게 함과 동시에 정류시키는 기능을 하지만, 브러쉬가 마모되는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 브러쉬를 사용하지 않는 BLDC 모터가 알려져 있다.
BLDC 모터는 토크가 크고 제어성이 우수할 뿐만 아니라 신속성을 도모할 수 있기 때문에 근래 광범위하게 사용되고 있다.
BLDC 모터는 회전자인 로터(rotor)의 위치에 따라서 각각 내전형 및 외전형 BLDC 모터로 구분된다. 내전형 BLDC 모터는 외전형 BLDC 모터에 비하여 로터의 외경이 작아지므로 관성 모멘트를 작게 할 수 있어 속응이 요구되는 용도에 적합하지만, 영구자석의 기계적 강도나 로터와의 접착 강도의 제한 때문에 고속 회전이 어렵고, 반면 외전형 BLDC 모터의 경우는 로터의 외경이 커서 관성 모멘트가 크지만 로터의 안쪽에 영구자석을 부착할 수 있어 고속용으로 적합하다는 특징을 가지고 있다.
도 1에는 종래 기술에 의한 일반적인 BLDC 모터의 단면도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 BLDC 모터(10)는, 회전축을 이루는 샤프트(11)와, 상기 샤프트(11)가 중앙을 관통하도록 구비하여 상기 샤프트를 축으로 회전하며 자계를 형성하기 위한 영구자석(16a)이 구비되어 있는 로터(16)와, 상기 영구자석(16a)으로부터 이격되도록 구비되며 영구자석(16a)에 의한 자계와의 상호작용에 의해 토크를 발생시키는 코일(미도시)이 권취되어 있는 스테이터 코어(stator core)(15)와, 상기 스테이터 코어(150)의 내부 중공부에 삽입 장착되는 베어링 브라켓(14)과, 내륜(13b)이 상기 샤프트(11)에 외삽되고 외륜(13c)이 상기 베어링 브라켓(14)에 내삽되어서 샤프트(11)의 회전을 수행하는 볼베어링(13)을 포함하여 구성된다.
즉, 상기 샤프트(11)는 볼베어링(13)을 매개로 회전 가능하게 설치되고 로터(16) 중심에 고정됨으로써 로터(16)와 함께 회전하고, 로터(16)는 내부에는 N극 과 S극이 교대로 자화된 영구자석(16a)이 설치된다.
또한, 코일(미도시)에 전류를 인가하는 구동회로 및 영구자석(16a)의 자극을 감지하는 홀센서(Hall sensor) 등의 자극검출소자가 설치된 제어기판(미도시)이 하우징 내부에 구비된다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술에 의한 BLDC 모터(10)는, 제어기판의 구동회로에 의해 스테이터 코어(15)에 권선된 코일에 전류가 공급되어 생성된 자속이 코어(15)를 통하여 상측의 영구자석(16a)으로 전달됨으로써 로터(16)는 회전하며, 이때, 제어기판에 설치된 자극검출소자에 의해 검출된 영구자석(16a)의 자극에 대한 신호가 제어기판의 구동회로로 전달되어 코일이 다른 자성을 가지도록 코일에 극성을 달리하는 전원을 공급하여 로터(16)의 계속적인 회전을 가능하도록 한다.
그러나, 상기와 같은 구성을 갖는 종래기술에 의한 BLDC 모터는 다음과 같은 문제점이 있었다.
로터(16)와 함께 샤프트(11)가 고속회전하면 로터(16)의 고속회전에 따라서 발생하는 유도전하가 샤프트(11)의 외주면(11a)을 따라서 형성되고, 이렇게 형성도니 유도전하는 볼베어링(13)으로 이동하게 되는데, 이러한 유도전하의 순간적인 방전(스파크)으로 볼베어링(13) 내의 볼(13a)에 미세한 흡집이 생긴다.
제품 출하시 볼베어링(13) 내부에 있는 볼(13a)은 매우 매끄럽게 가공된 상태인데, 상기와 같은 유도전하의 순간적인 방전으로 인하여 볼베어링(13) 내의 볼(13a)에는 미세한 흡집이 생기고, 유도전하에 의한 순간 방전이 지속적으로 수행되는 경우에는 볼(13a)에 생기는 흡집도 많아지고 크기도 커진다.
이와 같이 볼베어링(13) 내부의 볼(13a)에 흡집이 생기면 샤프트(11)의 고속회전에 의해서 자전과 공전을 하는 볼(13a)이 회전과정에서 내륜(13b) 및 외륜(13c)과의 마찰로 인한 소음이 발생하는 문제점이 있었다.
또한 볼베어링(13) 내부의 볼(13a)에 흡집이 있는 경우에는 볼베어링(13)의 회전 자체가 원활하게 되지 못하는 경우가 발생하고 이는 자연히 제품불량 문제로 이어진다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명에 의한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조의 목적은, 볼베어링에 삽입되는 샤프트의 외주면에 절연재를 피복함으로써, 모터의 회전에 의해서 샤프트의 외주면에 형성되는 유도전하의 순간방전으로 인하여 야기되는 볼베어링의 전식을 방지할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조의 다른 목적은, 볼베어링에 삽입되는 샤프트의 외주면에 요철수단을 형성한 후 이 요철수단에 절연재를 피복하도록 구성함으로써, 샤프트가 고속회전하더라도 절연재가 밀려서 위치이탈되는 현상을 방지할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조의 또 다른 목적은, 샤프트의 외주면에 대하여 반경방향의 내측으로 요철수단을 형성하고, 절연재가 샤프트의 외주면보다 반경방향의 외측으로 벗어나지 않도록 요철수단 전체를 피복하도록 구성함으로써, 절연재가 피복된 샤프트가 볼베어링과 함께 더욱 원활하게 회전할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조의 또 다른 목적은, 절연재를 인서트 사출 방식에 의해서 샤프트의 외주면에 일체로 피복함으로써, 간단하고도 신속하게 절연재를 피복할 수 있고 또한 절연재를 샤프트의 외주면에 일체로 견고하게 밀착되도록 피복할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조는, 회전축을 이루는 샤프트와, 상기 샤프트가 중앙을 관통하도록 구비하여 상기 샤프트를 축으로 회전하며 영구자석이 구비되어 있는 로터와, 상기 영구자석으로부터 반경방향으로 이격되어서 구비되며 코일이 권취되어 있는 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 내부 중공부에 삽입 장착되는 베어링 브라켓과, 내륜이 상기 샤프트에 외삽되고 외륜이 상기 베어링 브라켓에 내삽되어서 샤프트의 회전을 수행하는 볼베어링을 포함하여 구성되는 BLDC 모터의 샤프트 구조에 있어서, 상기 샤프트의 회전에 의해서 샤프트의 외주면에 형성되는 유도전하의 순간방전으로 인하여 야기되는 상기 볼베어링 내부 볼의 전식을 방지할 수 있도록, 상기 볼베어링과 접촉하는 샤프트의 외주면에는 절연재가 피복되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 볼베어링에 삽입되는 샤프트의 외주면에 절연재를 피복함으로써, 모터의 회전에 의해서 샤프트의 외주면에 형성되는 유도전하의 순간방전으로 인하여 야기되는 볼베어링의 전식을 방지할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 볼베어링에 삽입되는 샤프트의 외주면에 요철수단을 형성한 후 이 요철수단에 절연재를 피복하도록 구성함으로써, 샤프트가 고속회전하더라도 절연재가 밀려서 위치이탈되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 샤프트의 외주면에 대하여 반경방향의 내측으로 요철수단을 형성하고, 절연재가 샤프트의 외주면보다 반경방향의 외측으로 벗어나지 않도록 요철수단 전체를 피복하도록 구성함으로써, 절연재가 피복된 샤프트가 볼베어링과 함께 더욱 원활하게 회전할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 절연재를 인서트 사출 방식에 의해서 샤프트의 외주면에 일체로 피복함으로써, 간단하고도 신속하게 절연재를 피복할 수 있는 효과가 있고, 또한 절연재를 샤프트의 외주면에 일체로 견고하게 밀착되도록 피복할 수 있는 효과가 있다.
다음은 본 발명인 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 기초로 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 의한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조의 단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 요부 확대 단면도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조는, 회전축을 이루는 샤프트(110)와, 상기 샤프트(110)가 중앙을 관통하도록 구비하여 상기 샤프트를 축으로 회전하며, 자계를 형성하는 영구자석(160a)이 구비되어 있는 로터(160)와, 상기 영구자석(160a)으로부터 이격되도록 구비되며 상기 자계와의 상호작용에 의해서 토크를 발생하는 코일이 권취되어 있는 스테이터 코어(150)와, 상기 스테이터 코어(150)의 내부 중공부에 삽입 장착되는 베어링 브라켓(140)과, 내륜(130b)이 상기 샤프트(110)에 외삽되고 외륜(130c)이 상기 베어링 브라켓(140)에 내삽되어서 샤프트(110)의 회전을 수행하는 볼베어링(130)을 포함하여 구성되는 BLDC 모터의 샤프트 구조에 있어서, 상기 샤프트(110)의 회전에 의해서 샤프트(110)의 외주면(110a)에 형성되는 유도전하의 순간방전으로 인하여 야기되는 상기 볼베어링(130) 내부 볼(130a)의 전식을 방지할 수 있도록, 상기 볼베어링(130)과 접촉하는 샤프트(110)의 외주면(110a)에는 절연재(120)가 피복되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하면, 모터의 회전에 의해서 샤프트(110)의 외주면(110a)에 형성되는 유도전하의 순간방전으로 인하여 야기되는 볼베어링(130)의 전식을 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조에 있어서, 상기 샤프트(110)의 회전에 의해서 상기 절연재(120)가 샤프트(110)의 길이방향을 따라서 밀리지 않도록, 상기 절연재(120)가 피복되는 샤프트(110)의 외주면(110a)에는 요철수단(111)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하면, 샤프트(110)가 고속회전하더라도 절연재(120)가 밀려서 위치이탈되는 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기 요철수단(111)은, 상기 샤프트(110)의 외주면(110a)에서 길이방향에 대하여 직교하는 반경방향의 내측으로 요입된 요입면(111a)와, 상기 샤프트(110)의 외주면(110a)보다 반경방향의 내측에 형성되도록 상기 요입면(111a)에서 등간격으로 돌출된 돌테(111b)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조에 있어서, 상기 샤프트(110)의 외주면(110a)보다 반경방향의 외측으로 벗어나지 않도록 상기 절연재(120)는 상기 돌테(111b)와 요입면(111a) 전체를 피복하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하면, 절연재(120)가 피복된 샤프트(110)가 볼베어링(130)과 함께 더욱 원활하게 회전할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기 절연재(120)는 인서트 사출에 의해서 상기 샤프트(110)의 요철 수단(111)에 피복되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하면, 간단하고도 신속하게 절연재(120)를 샤프트(110)의 외주면(110a)에 피복할 수 있고, 또한 절연재(120)를 샤프트(110)의 외주면(110a)에 일체로 견고하게 밀착되도록 피복할 수 있는 이점이 있다.
다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조의 작용에 대하여 기술한다.
먼적 제작 공정을 살펴보면, 상기 요입면(111a)과 돌테(111b)를 연마가공하고 진공열처리 한 후, 샤프트(110)를 금형의 코어에 인서트 한 후 절연재(120)를 인서트 사출 성형하면, 샤프트(110)에 절연재(120)를 일체로 결합할 수 있게 된다.
그리고, 샤프트(110)가 로터(160)와 함께 고속 회전하면 샤프트(110)의 외주면(110a)에 유도전하가 형성되더라도, 절연재(120)에 의해서 유도전하는 볼베어링(130)으로 이동이 차단(blocking)되고, 또한 절연재(120)의 정전차폐 작용에 의해서 볼베어링(130) 내부의 볼(130a)에는 순간방전이 일어나지 않는다.
따라서 볼베어링(130) 내부의 볼(130a)은 전식되지 않아서 항상 매끄러운 표면 상태를 유지할 수 있게 된다.
상기의 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 일실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
도 1은, 종래 기술에 의한 일반적인 BLDC 모터의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 의한 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트 구조의 단면도이다.
도 3은, 도 2의 요부 확대 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 ; 샤프트 110a; 샤프트의 외주면
111 ; 요철수단 111a; 요입면
111b; 돌테 120 ; 절연재
130 ; 볼베어링 130a; 볼베어링의 볼
140 ; 베어링 브라켓 150 ; 스테이터 코어
160a; 영구자석 160 ; 로터

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 회전축을 이루는 샤프트(110)와, 상기 샤프트(110)가 중앙을 관통하도록 구비하여 상기 샤프트를 축으로 회전하며 영구자석(160a)이 구비되어 있는 로터(160)와, 상기 영구자석(160a)으로부터 반경방향으로 이격되도어서 구비되며 코일이 권취되어 있는 스테이터 코어(150)와, 상기 스테이터 코어(150)의 내부 중공부에 삽입 장착되는 베어링 브라켓(140)과, 내륜(130b)이 상기 샤프트(110)에 외삽되고 외륜(130c)이 상기 베어링 브라켓(140)에 내삽되어서 샤프트(110)의 회전을 수행하는 볼베어링(130)을 포함하여 구성되어지며, 상기 샤프트(110)의 회전에 의해서 샤프트(110)의 외주면(110a)에 형성되는 유도전하의 순간방전으로 인하여 야기되는 상기 볼베어링(130) 내부 볼(130a)의 전식을 방지할 수 있도록, 상기 볼베어링(130)과 접촉하는 샤프트(110)의 외주면(110a)에는 절연재(120)가 피복되어 있는 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트에 있어서,
    상기 샤프트(110)의 회전에 의해서 상기 절연재(120)가 샤프트(110)의 길이방향을 따라서 밀리지 않도록, 상기 절연재(120)가 피복되는 샤프트(110)의 외주면(110a)에는 요철수단(111)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 요철수단(111)은,
    상기 샤프트(110)의 외주면(110a)에서 반경방향의 내측으로 요입된 요입면(111a)와, 상기 샤프트(110)의 외주면(110a)보다 반경방향의 내측에 형성되도록 상기 요입면(111a)에서 등간격으로 돌출된 돌테(111b)로 구성되는 것을 특징으로 하고,
    상기 샤프트(110)의 외주면(110a)보다 반경방향의 외측으로 벗어나지 않도록, 상기 절연재(120)는 상기 돌테(111b)와 요입면(111a) 전체를 피복하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 절연재(120)는 인서트 사출에 의해서 상기 샤프트(110)의 요철수단(111)에 피복되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 전식 방지용 샤프트.
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