KR101030818B1 - 직류 모터 - Google Patents

Abstract

과제 : 로터의 지지 강도나 내구성을 악화시키는 일 없이, 직류 모터의 축방향의 소형화를 가능하게 할 수 있는 직류 모터를 얻는 것이다.

해결 수단 : 복수의 코일(4)이 배설되는 스테이터(2)와, 이 스테이터(2)의 내주에 대향하여 배설되고 복수의 영구자석 자극(9)을 가지며, 일단에 파이프(11)를 갖는 로터(8)와, 로터(8)의 타단에 마련되고 전원으로부터 공급된 전류를 전류(轉流)하여 스테이터(2)의 코일(4)에 주는 통전부(19)와, 로터(8)를 지지하는 슬리브 베어링(6)과, 로터(8)를 지지하고 슬리브 베어링(6)에 비하여 내하중이 큰 볼 베어링(7)을 구비한 직류 모터에 있어서, 파이프(11)가 볼 베어링(7)을 지지함과 함께 볼 베어링(7)에 직접 접촉한다.

Description

직류 모터{DC MOTOR}

본 발명은, 예를 들면 배기 가스의 재순환계를 구성하기 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 밸브 장치의 구동용의 직류 모터 등에 사용되는 것이다.

종래의 직류 모터는, 2개의 볼 베어링에 의해 로터를 지지하는 구성으로 되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 국제 공개2001-05018호 공보(도 2)

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그러나, 근래 자동차 메이커로부터 직류 모터의 특히 축방향의 소형화가 요구되고 있고, 상기한 바와 같은 직류 모터와 달리, 로터를 지지하는 2개의 베어링의 한쪽의 베어링을 슬리브 베어링으로 하고, 다른쪽의 베어링을 슬리브 베어링에 비하여 내하중이 큰 볼 베어링으로 하고, 로터의 지지의 대부분을 슬리브 베어링에 비하여 내하중이 큰 볼 베어링이 갖는 구성의 직류 모터가 고려되고 있다.

이 직류 모터에서는, 로터의 지지의 대부분을 하나의 볼 베어링에서 갖기 때문에, 볼 베어링의 사이즈는 종래의 직류 모터의 볼 베어링에 비하여 지름 방향, 축방향 모두 커진다. 그러나 이 직류 모터에서는, 로터를 지지하는 베어링의 하나로서 볼 베어링 대신에 슬리브 베어링을 사용하고 있다.

종래의 직류 모터에서는, 슬리브 베어링이 아니라, 볼 베어링을 사용하고 있었기 때문에, 축방향의 전체 길이를 단축하기 위해, 예를 들면, 볼 베어링과 통전부를 동일 평면상에 배치하려고 하면, 직류 모터의 지름 방향의 크기가 커져 버린다. 이로 인해, 직류 모터가 대형화하여 버리기 때문에, 종래의 직류 모터에서는 볼 베어링과 통전부를 동일 평면상에 배치할 수 없었다.

이에 대해, 2개의 베어링의 한쪽의 베어링을 슬리브 베어링으로 한 직류 모터에서는, 지름 방향의 두께가 볼 베어링에 비하여 얇은 슬리브 베어링을 사용함에 의해, 지름 방향으로 스페이스가 생기기 때문에, 슬리브 베어링과 통전부를 축방향의 동일 평면상에 배치하는 것이 가능해진다. 따라서, 2개의 베어링의 한쪽의 베어링을 슬리브 베어링으로 한 직류 모터에서는, 슬리브 베어링과 통전부를 축방향의 동일 평면상에 배치할 수 있기 때문에, 2개의 볼 베어링을 사용하고 있던 종래의 직류 모터에 비하여 축방향의 소형화를 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기한 직류 모터와 같이, 2개의 베어링의 한쪽의 베어링에, 슬리브 베어링을 사용하는 경우는, 다른쪽의 베어링인 볼 베어링의 축방향의 사이즈가 커지지만, 로터는 수지로 형성되어 있기 때문에, 볼 베어링의 축방향의 사이즈가 커진 분만큼, 로터의 축방향의 수지량을 적게 함에 의해, 볼 베어링의 축방향의 사이즈가 커져도, 직류 모터의 축방향의 크기가 커지지 않도록 하고 있다.

그러나, 상기한 직류 모터에서는, 볼 베어링의 지름 방향의 사이즈가 커짐에 의해, 직류 모터가 외경 방향으로 커지는 것을 방지하기 위해, 볼 베어링의 외경 사이즈는 종래와 상당하게 하고, 볼 베어링의 사이즈를 내경 방향으로 크게 할 필요가 있다. 볼 베어링의 사이즈를 내경 방향으로 크게 하면, 볼 베어링에 지지되어 있는 로터의 지름 방향의 두께가 얇아진다. 로터는 수지로 형성되어 있고, 또한 볼 베어링에 지지되어 있는 로터 부분은 중공(中空) 형상이기 때문에, 로터의 지름 방향의 두께가 얇아지면, 로터의 지지 강도나 내구성이 악화하여 버린다는 과제가 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 로터의 지지 강도나 내구성을 악화시키는 일 없이, 직류 모터의 소형화를 가능하게 할 수 있는 직류 모터를 얻는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명에 관한 직류 모터에서는, 복수의 코일이 배설되는 스테이터와, 이 스테이터의 내주에 대향하여 배설되고 복수의 자극을 가지며, 일단에 금속 부재를 갖는 로터와, 로터의 타단에 마련되고 전원으로부터 공급된 전류를 전류(轉流)하여 스테이터의 코일에 주는 통전부와, 로터를 지지하는 제 1의 베어링과, 로터를 지지하고 제 1의 베어링에 비하여 큰 하중을 받는 제 2의 베어링을 구비하고, 금속 부재는 제 2의 베어링을 지지함과 함께, 제 2의 베어링과 직접 접촉하는 것이다.

[발명의 효과]

본 발명은, 로터의 지지 강도나 내구성을 악화시키는 일 없이, 직류 모터의 축방향의 소형화를 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 직류 모터의 구성을 도시하는 단면도.

도 2는 도 1에 도시하는 직류 모터에 있어서의 스테이터(2)의 제조 방법을 도시하는 평면도.

도 3은 도 1에 도시하는 직류 모터에 있어서의 통전부(19)의 전류의 흐름을 도시하고, (A)는 스테이터(2)와 로터(8)의 평면도, (B)는 직류 모터의 단면 측면도.

도 4는 도 1에 도시하는 직류 모터에 있어서의 플레이트(12)의 형상을 도시하는 도면으로, (A)는 측면도, (B)는 평면도.

도 5는 도 1에 도시하는 직류 모터에 있어서의 파이프(11)의 형상을 도시하는 도면으로, (A)는 평면도, (B)는 단면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

2 : 스테이터 3 : 스테이터 코어

4 : 코일 6 : 슬리브 베어링

7 : 볼 베어링 8 : 로터

9 : 영구자석 11 : 파이프

12 : 플레이트 14 : 정류자

15 : 슬립 링 19 : 통전부

20 : 곡부 21 : 구멍

22 : 테이퍼

실시의 형태 1

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 직류 모터의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시하는 직류 모터에 있어서 스테이터의 제조 방법을 도시하는 평면도이다.

도 1에서 1은 수지 재료로 형성되는 모터 케이스, 2는 이 모터 케이스(1)와 수지 몰드에 의해 일체 성형되는 스테이터로, 도 2(A)에 도시하는 바와 같이 자극 티스(3a)가 각각 돌설되는 코어편(3b)이, 박육부(3c)를 통하여 연결된 자성 재료를, 소정의 매수 적층하여 스테이터 코어(3)를 형성하고, 권선성(卷線性)을 좋게 하기 위해, 이 상태에서 권선기(도시 생략)에 의해 각 자극 티스(3a)에 각각 코일(4)을 시행한 후, 도 2(B)에 도시하는 바와 같이 각 박육부(3c)를 절곡시킴에 의해, 고리형상으로 형성하여 구성되어 있다.

5는 모터 케이스(1)의 일단측에 장착되는 플랜지 부재로서, 중앙부에 샤프트(10)를 지지하는 보스부(5a)가 돌출하여 형성되어 있다. 6은 제 1의 베어링으로서의 슬리브 베어링이고, 7은 제 2의 베어링으로서의 볼 베어링이고, 이 볼 베어 링(7)은 슬리브 베어링(6)에 비하여, 내하중(耐荷重)이 큰 베어링이다. 또한 도 1에서 알 수 있는 바와도 같이 슬리브 베어링(6)은, 볼 베어링(7)에 비하여 그 지름 방향의 두께가 얇은 것이다.

8은 슬리브 베어링(6) 및 볼 베어링(7)에 의해 양단이 지지되고, 외주부에는 스테이터(2)의 자극 티스(3a)에 대응하는 위치에 복수의 영구자석 자극(9)이 배설된 로터이다. 10은 로터(8)의 회전에 따라 축방향으로 직동(直動) 가능한 샤프트이다. 예를 들면 이 직류 모터를 EGR 밸브 장치에 사용하는 경우는, 샤프트(10)의 축방향의 직동에 따라, 배기로(도시 생략)와 흡기로(도시 생략) 사이를 개방, 폐색하는 밸브 부재(도시 생략)가 축방향으로 직동하고, 이 밸브 부재의 개방, 폐색에 의해 배기 가스의 일부를 흡기로에 재순환시키거나, 또는 재순환시키는 배기 가스의 양을 조정한다.

11은 로터(8)의 일단측에 마련되고, 볼 베어링(7)을 지지하는 금속 부재로서의 파이프이고, 파이프(11)는 볼 베어링(7)의 내륜의 벽면과 직접 접촉하고 있다. 12는 볼 베어링(7)의 내륜을 축방향으로 지지하는 플레이트이고, 파이프(11)와 플레이트(12)는 용접 등에 의해 고정되어 있다. 또한, 볼 베어링(7)의 외륜은 모터 케이스(1)에 의해 축방향으로 위치 결정되어 있다.

13은 로터(8)의 타단측에 고정 또는 일체 성형되고, 로터(8)와 함께 회전하는 원판, 14는 이 원판(13)의 외주부를 둘레방향으로 다분할하여 형성된 정류자이고, 이 정류자(14)의 접촉면은 지름 방향으로 형성되어 있다. 15는 이 정류자(14)의 내주측에 동심원 고리형상으로 n분할(도면에서는 3분할)하여 형성된 슬립 링이 고, 이 슬립 링(15)의 접촉면은 축방향으로 형성되어 있다. 16은 모터 케이스(1)의 타단측에 장착되는 브래킷이다.

17은 이 브래킷(16)에 절연 지지되고, 선단측이 정류자(14)의 접촉면에 코일 스프링 등의 탄성체에 의한 소정의 압력을 통하여 활주 가능하게 접촉하는 한 쌍의 제 1의 브러시이고, 제 1의 브러시(17)는 정류자(14)에 대해 지름 방향으로 접촉시켜져 있다. 18은 브래킷(16)에 절연 지지되고, 선단이 각 슬립 링(15)의 접촉면에 스프링성 부재 등의 탄성체에 의한 소정의 압력을 통하여 활주 가능하게 접촉하는 3개의 제 2의 브러시이고, 제 2의 브러시(18)는 각 슬립 링(15)에 대해 축방향으로 접촉시켜져 있다.

또한 통전부(19)는 13 내지 15로 구성되어 있다.

다음에 상기한 바와 같이 구성된 실시의 형태 1에 있어서의 직류 모터의 동작에 관해 설명한다.

도 3은 도 1에 도시하는 직류 모터에 있어서의 통전부(19)의 전류의 흐름을 도시하고, (A)는 스테이터(2)와 로터(8)의 평면도, (B)는 직류 모터의 단면 측면도이다.

우선, 전원(도시 생략)으로부터 직류 전류(DC+)가 한쪽의 제 1의 브러시(17)를 통하여 유입하면, 도 3(A) 및 (B)에 도시하는 바와 같이, 정류자(14)에서 정류되어 이에 대응하는 슬립 링(15)에 흐르고, 제 2의 브러시(18)를 통하여 스테이터(2)측에 공급되고, 코일(4)을 흐른 후, 재차 제 2의 브러시(18), 슬립 링(15) 및 정류자(14)를 흘러서, 다른쪽의 제 1의 브러시(17)를 통하여 전원측(DC-)으로 유출 된다.

그러면, 전류가 흐르는 코일(4)에서 발생하는 자속과, 로터(8)의 영구자석 자극(9)의 작용으로 로터(8)에 회전력이 발생한다. 이 회전력에 의해, 원판(13)도 회전함으로, 제 1의 브러시(17)와 접촉하는 정류자(14)와의 조합이 전환되어, 전류가 흐르는 코일(4)도 순차적으로 전환되어 가기 때문에, 로터(8)는 연속 회전을 시작한다. 로터(8)의 회전에 따라 샤프트(10)가 축방향으로 직동한다.

예를 들면, 이 직류 모터가 EGR 밸브 장치에 사용되는 경우는, 이 샤프트(10)의 축방향의 직동에 따라, 배기로(도시 생략)와 흡기로(도시 생략) 사이를 개방, 폐색하는 밸브 부재(도시 생략)가 축방향으로 직동하고, 이 밸브 부재의 개방, 폐색에 의해 배기 가스의 일부를 흡기로에 재순환시키거나, 또는 재순환시키는 배기 가스의 양을 조정한다.

그런데, 이와 같이 구성된 직류 모터에 의하면, 슬리브 베어링(6)과 볼 베어링(7)에 의해 로터(8)를 지지함과 함께, 볼 베어링(7)을 지지하기 위한 파이프(11)를 볼 베어링(7)에 직접 접촉시키는 구성으로 하고 있다. 종래의 직류 모터의 경우, 축방향의 소형화를 실현하기 위해, 슬리브 베어링(6)과 볼 베어링(7)으로 로터(8)를 지지할 때에, 로터(8)의 지름 방향의 두께를 얇게 형성할 필요가 있기 때문에, 로터(8)의 지지 강도나 내구성이 악화하여 버린다는 문제가 있다. 그러나, 도 1에 기재된 직류 모터는, 볼 베어링(7)과, 수지에 비하여 강도가 강한 금속 부재로 형성되어 있는 파이프(11)가 직접 접촉함에 의해, 로터(8)의 지지 강도나 내구성이 악화하는 일 없이, 직류 모터의 축방향의 소형화를 가능하게 할 수 있다.

또한 이 직류 모터는, 금속 부재로서 파이프(11)를 이용하고 있다. 금속 부재로서 파이프(11)를 이용함에 의해, 파이프(11)는 중공 형상이기 때문에, 샤프트(10)를 삽입하기 위한 스페이스를 후가공(後加工)에 의해 확보할 필요가 없어지고, 작업성이 향상한다.

또한 실시의 형태 1에서는, 금속 부재인 파이프(11)와 볼 베어링(7)의 축방향 빠짐방지용의 플레이트(12)를 용접 등에 의해 고정한다고 기재하였지만, 특히 파이프(11)와 플레이트(12)가 레이저 용접으로 고정되어 있으면 더욱 좋다.

일반적으로 용접 방법으로서는, 용접 장치가 염가이고, 용이하게 용접이 가능한 TIG(Tungsten Inert gas) 용접이 사용되고 있다. 이 TIG 용접이란, 열에 강한 텅스텐 전극(T)을 가지며, 그 주위에 불활성 가스(불활성 가스, I)를 흐르게 하여 용접하는 방법이다.

그러나, TIG 용접에서는, 어스를 취할 필요가 있기 때문에, 용접할 때에 어느 정도의 스페이스가 요구되므로, 본 발명의 직류 모터와 같은 소형 제품에서는, TIG 용접은 부적합하였다.

본 발명의 직류 모터에서는, 용접할 때에 레이저 용접을 이용하고 있다. 이 레이저 용접은, 레이저광을 열원으로 하여 주로 금속에 집광한 상태에서 조사(照射)하고, 금속을 국부적으로 용융·응고시킴에 의해 접합하는 방법이고, TIG 용접과 같이 어스를 취할 필요가 없고, 좁은 스페이스에서의 시공이 가능하고, 예를 들면 본 발명의 직류 모터를 EGR 밸브 장치와 같은 소형화가 요구되는 제품에 이용하는 경우는 최적이다.

또한 실시의 형태 1에서는, 플레이트(12)의 형상에 관해 상세히 기재하고 있지 않지만, 플레이트(12)의 형상은 곡부(曲部)를 갖음과 함께 볼 베어링(7)을 커버하도록 플레이트(12)를 지름 방향으로 신장시킨 형상이면 더욱 좋다.

도 4는 도 1에 도시하는 직류 모터에 있어서의 플레이트(12)의 형상을 도시하는 도면이고, (A)는 측면도, (B)는 평면도이다.

본 발명의 직류 모터의 플레이트(12)의 형상은, 도 4에 도시하는 바와 같이 곡부(20)를 갖는 형상으로 되어 있다.

파이프(11)와 플레이트(12)는 레이저 용접에 의해 고정되기 때문에, 레이저 용접할 때에 열이 발생하고, 그 결과, 열에 의해 플레이트(12)가 변형하여 버린다. 플레이트(12)가 변형하여 버리면, 플레이트(12)와 볼 베어링(7) 사이에 간격이 생겨 버리고, 플레이트(12)와 볼 베어링(7)에 덜컥거림이 발생하고, 직류 모터의 제어 응답성이 악화하여 버린다.

본 발명의 직류 모터에서는, 상기한 바와 같이 플레이트(12)가 곡부(20)를 갖는 형상으로 하고 있다. 일반적으로 열변형되기 쉬움에 관해, 평탄한 플레이트와 곡부(20)를 갖는 플레이트(12)를 비교한 경우, 곡부(20)를 갖는 플레이트(12)의 쪽이, 평탄한 플레이트에 비하여, 열변형되기 어려움이 알려져 있다. 본 발명의 직류 모터의 플레이트(12)에 곡부(20)를 갖음에 의해, 평탄한 플레이트에 비하여, 열변형되기 어려운 형상으로 되어 있기 때문에, 플레이트(12)의 열변형에 의해 플레이트(12)와 볼 베어링(7) 사이에 간극이 생긴다는 문제를 해결하고, 플레이트(12)와 볼 베어링(7)의 덜컥거림을 방지하고, 직류 모터를 양호하게 제어할 수 있다.

또한 플레이트(12)는 볼 베어링(7)을 커버하는 구성을 취하고 있으면 더욱 좋다. 이와 같은 구성을 취함에 의해, 파이프(11)와 플레이트(12)를 레이저 용접할 때에, 비산하는 스퍼터는 볼 베어링(7)이 아니라, 플레이트(12)에 부착한다. 즉, 스퍼터가 볼 베어링(7)에 부착하는 것을 방지하고, 스퍼터의 부착에 의한 볼 베어링(7)의 파손이나 활주성의 악화를 방지할 수 있다.

또한 실시의 형태 1에서는, 파이프(11)에 관해 상세히 기재하고 있지 않지만, 파이프(11)는 로터(8)에 대해 인서트 몰드 성형하면 더욱 좋다.

파이프(11)와 로터(8)를 인서트 몰드 성형함에 의해, 파이프(11)와 로터(8)의 동축(同軸) 정밀도가 향상할 수 있기 때문에, 파이프(11)의 축과 로터(8)의 축이 어긋남에 의한 로터(8)의 덜컥거림을 방지하고, 직류 모터를 양호하게 제어할 수 있다.

또한 파이프(11)는, 로터(8)와 수지로 일체 성형할 때에 파이프(11)의 인서트 몰드 부분에 구멍을 마련하면 좋다.

도 5는 도 1에 도시하는 직류 모터에 있어서의 파이프(11)의 형상을 도시하는 도면이고, (A)는 평면도, (B)는 단면도이다.

21은 파이프(11)에 마련된 구멍이다. 본 발명의 직류 모터는, 파이프(11)에 구멍(21)을 마련함에 의해, 파이프(11)와 로터(8)를 수지로 일체 성형할 때에, 구멍(21)에 수지가 유입하기 때문에, 파이프(11)의 축방향의 지지 강도가 향상한다.

또한, 구멍(21)의 크기나 수는, 로터(8)의 회전에 따라 샤프트(10)가 축방향 으로 이동할 때에, 로터(8)에 생기는 반력에 대해, 충분히 큰 수지의 전단을 얻을 수 있도록 설정하면 더욱 좋다.

또한 파이프(11)는, 판재를 둥글게 하여 형성하면 좋다.

파이프(11)에 축방향의 지지 강도를 향상시키기 위한 구멍(21)을 뚫을 때에, 판재에 미리 구멍(21)을 뚫고 나서 둥글게 함에 의해, 파이프(11)를 형성하는 편이, 파이프재에 구멍(21)을 뚫는 것보다도, 용이하게 구멍(21)을 뚫을 수 있기 때문에, 저비용화를 도모할 수 있다.

또한 파이프(11)의 단면에 테이퍼(22)를 마련하여 두면 좋다.

테이퍼(22)는 도 5(B)에 도시하는 바와 같이 파이프(11)의 단면에 마련되어 있다.

파이프(11)의 단면에 테이퍼(22)를 마련함에 의해, 직류 모터의 조립시에 볼 베어링(7)이나, 플레이트(12) 등을 압입하기 쉬워지기 때문에, 직류 모터의 조립성이 향상한다.

Claims (10)

1. 복수의 코일이 배설되는 스테이터와,

   이 스테이터의 내주에 대향하고 배설되고, 복수의 자극을 갖는 로터와,

   상기 로터의 일단측에 마련되고, 전원으로부터 공급된 전류를 상기 스테이터의 코일에 주는 통전부와,

   상기 로터를 지지하고, 해당 로터에 의해 내륜의 윗면이 가압되는 볼 베어링과,

   상기 로터를 지지하고, 상기 볼 베어링에 비하여 내하중이 작은 베어링과,

   상기 로터의 회동에 응하여 해당 로터의 축방향으로 직동하는 샤프트와,

   상기 로터의 타단측에 고정되고, 상기 볼 베어링의 내륜의 하면을 가압하는 가압 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 직류 모터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가압 부재는, 상기 볼 베어링의 내륜의 내측에 부착되는 파이프와, 상기 볼 베어링의 내륜을 가압하는 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류 모터.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 파이프 및 상기 플레이트는, 레이저 용접으로 고정되는 것을 특징으로 하는 직류 모터.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 플레이트는 곡부를 갖음과 함께 상기 볼 베어링을 커버하는 것을 특징으로 하는 직류 모터.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 파이프와 상기 로터를 인서트 몰드 성형한 것을 특징으로 하는 직류 모터.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 파이프에 구멍을 마련한 것을 특징으로 하는 직류 모터.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 파이프의 하단부에 테이퍼를 갖는 것을 특징으로 하는 직류 모터.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 파이프는 판형상 부재를 굴곡시켜서 형성한 것을 특징으로 하는 직류 모터.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 내하중이 작은 베어링은, 적어도 일부가 상기 통전부에 마련된 개구부 내에 수납되는 것을 특징으로 하는 직류 모터.
10. 제 2항에 있어서,

    상기 파이프는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 직류 모터.

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