KR101324171B1

KR101324171B1 - 회전 가능한 고정자 조립체를 구비하는 직구동 회동 장치 및 그 구동 방법

Info

Publication number: KR101324171B1
Application number: KR1020120091930A
Authority: KR
Inventors: 남병욱; 이호정; 조성훈; 김학성; 박흥신
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2013-11-05

Abstract

본 발명은 회전축을 따라 형성되는 결합부를 구비하는 샤프트와 상기 샤프트의 외주면으로부터 이격되어 배치되고 권선이 감겨진 자심을 구비하는 고정자 및 상기 고정자가 상기 샤프트를 축으로 하여 회전할 수 있도록 상기 샤프트와 상기 고정자를 연결하는 연결부를 포함하는 고정자 조립체 및 이를 구비하는 회동 장치를 제공한다.

Description

회전 가능한 고정자 조립체를 구비하는 직구동 회동 장치 및 그 구동 방법 {DIRECT DRIVING ROTATIONAL DEVICE WITH ROTATABLE STATOR ASSEMBLY AND METHOD HAVING THE SAME}

본 발명은 피구동체를 모터의 회전축에 직접 연결하여 구동시키는 직구동 모터를 구비한 회동 장치와 구동 방법에 관한 것이다.

전기 모터는 회전자인 마그넷이 고정자의 외부 또는 내부에 배치되는 것에 따라 외전형 모터와 내전형 모터로 나누어지는데, 내전형 모터는 마그넷이 내륜에 장착되며 외전형 모터는 마그넷이 외륜에 장착된다.

외전형 모터는 코일이 감긴 고정자가 내측에 설치되고, 이 고정자의 코일을 마그넷이 둘러싸는 것처럼 회전자가 상기 고정자의 외측에 배치되어 있다. 구조상 회전중심과 회전자의 마그넷 간 거리가 멀기 때문에 큰 토크를 발생시킬 수 있으나, 회전자와 피구동체의 회전축을 연결할 때 구조적으로 복잡하며 이로 인하여 회전자를 감싸는 하우징의 강성이 저하되고, 열을 발생시키는 고정자의 권선이 모터의 내측에 위치하여 발생된 열을 외부로 배출시키기 어려우므로 열포화 발생 가능성이 크다.

내전형 모터는 코일이 감긴 고정자가 외측에 설치되고, 이 고정자의 코일이 마그넷을 둘러싸는 것처럼 회전자가 상기 고정자의 내측에 배치되어 있다. 모터 내에서 실제 토크를 발생시키는 회전중심과 회전자의 마그넷간 거리가 짧고, 동일 부피의 외전형 모터에 비하여 모터의 극 수가 적게 되므로 출력 토크를 증대시킬 수가 없다. 따라서 외전형 모터와 동일 토크를 발생시키기 위해서 모터의 부피와 중량이 증대되는 문제점이 있다.
{대한민국등록특허 10-0692613 '내전형전동기', 대한민국 공개특허공보 10-2011-0018663 '외전형 모터' 등 참조}

본 발명의 일 목적은 마그넷이 외륜에 장착되는 모터의 고정자조립체에 있어서, 내전형 방식으로 회전이 가능한 고정자 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 피구동체와 연결되어 피구동체를 회동시키는 장치에 있어서, 직구동 방식을 취하여 고정밀 구동이 가능하게 하는 것과 더불어, 장치 내부에서 발생된 열을 장치 외부로 방출시킬 수 있는 모터를 구비한 회동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 모터를 구비하는 장치에 있어서, 고정자 조립체를 통하여 모터 내부의 열을 밖으로 방출하는 모터를 구비한 장치의 구동 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따르는 직구동 회동장치는, 고정자조립체를 구비하며, 상기 고정자조립체는, 회전축을 따라 형성되고 일단에 결합부를 구비하는 샤프트와, 상기 샤프트의 외주면으로부터 이격되어 배치되고 권선이 감겨진 자심을 구비하는 고정자, 및 상기 고정자가 상기 샤프트를 축으로 하여 회전할 수 있도록 상기 샤프트와 상기 고정자를 연결하는 연결부를 포함한다.

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상기 고정자 조립체의 샤프트는, 상기 권선에 전기적으로 연결되는 도선이 내부를 통과하도록 길이 방향으로 형성되는 중공을 구비한다. 상기 샤프트는 상기 중공을 에워싸는 열차단부를 구비한다.

또한 상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따르는 직구동 회동 장치는, 적어도 하나의 마그넷이 내면에 장착되는 하우징과, 상기 하우징의 내부 공간에 배치되는 고정자조립체를 구비하는 모터와, 상기 모터에 연결되어 구동되고 상기 하우징에 대해 상대 회전하고 외부로 열을 방출하도록 형성되는 방열부를 구비한다.

상기 고정자조립체는, 상기 피구동체로 열을 전달할 수 있도록 일 단이 상기 피구동체와 연결되는 샤프트와, 상기 샤프트의 외주면으로부터 이격되어 배치되고 권선이 감겨진 자심을 구비하는 고정자와, 상기 샤프트와 상기 고정자를 연결하고, 상기 권선에서 발생되는 열을 상기 샤프트로 전달할 수 있도록 형성되는 연결부를 포함한다.

상기 샤프트는 제1열전도율을 갖는 제1부재와, 제2열전도율을 갖고 상기 제1부재의 외주면을 감싸도록 형성되는 제2부재를 포함하며, 제1열전도율은 제2열전도율에 비해 높은 것을 특징으로 한다.

또한 상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따르는 모터를 구비한 장치의 구동 방법은, 전원공급부가 모터 내부의 권선에 전원을 공급하는 단계와, 전원 공급에 의해 상기 전선에 발생된 열이 고정자 조립체를 통하여 피구동체로 전달되는 단계와, 상기 피구동체로 전달된 열이 상기 피구동체에 구비되는 방열부를 통해 외부로 방출되는 단계를 포함한다.

상기 고정자 조립체는, 상기 권선이 감겨진 자심과 상기 샤프트가 연결되어 일체로 형성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된, 마그넷이 외륜에 장착되는 모터의 고정자조립체 및 직구동 회동 장치는, 마그넷이 내면에 부착되는 하우징과, 자심과 샤프트가 연결되어 회동 가능하게 형성되는 고정자조립체를 포함한다. 이러한 구조는, 전동기에서 회동토크를 발생시키는 회전 중심과 마그넷의 거리를 멀게 하여 단위 중량당 출력 토크를 극대화할 수 있다. 그리고 샤프트가 직접 피구동체를 구동시키는 직구동 방식을 구현하여 시스템의 구동 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 고정자조립체를 통하여 권선에서 발생하는 열이 장치 외부로 방출될 수 있다. 이를 통해 장치 내부의 코일의 온도가 올라가면서 절연이 파괴되고 이로 인해 장치의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 모터를 구비한 회동 장치의 분해도.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 고정자조립체를 축방향에서 바라본 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 고정자조립체를 측면에서 바라본 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 하우징을 축방향에서 바라본 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 모터를 구비한 회동 장치를 측면에서 바라본 단면도.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따르는 구조물 전개 장치 및 이를 포함한 비행체에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 구성요소 중 하나인 고정자조립체(100)는 종래 외전형 모터의 고정자와 구조가 다르다. 본 발명의 고정자조립체(100)는 고정자를 변형시킨 것으로 '고정자' 역할을 하지 않는다. 본 발명의 고정자조립체(100)는 구성요소의 명칭일 뿐 실제로 고정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 모터를 구비한 회동 장치의 분해도이다.

본 발명은 일정 각도 범위 내에서 구동시키는 회동 장치일 수 있고, 각도 범위의 제한이 없이 회전이 가능한 회전 장치일 수도 있다.

도 1을 참조하면 상기 회동 장치는 하우징(201)과, 고정자조립체(100)와, 지지물조립체(301)와, 피구동체(402)를 포함할 수 있다.

상기 하우징(201)은 내부에 고정자조립체(100)가 배치되어 회전할 수 있는 공간을 가지고, 내면에 적어도 하나의 마그넷(202)이 부착될 수 있다. 상기 마그넷(202)은 내주면을 따라 N극과 S극이 교대로 다수개가 환형으로 배치될 수 있다.

상기 고정자조립체(100)는 권선(103)과, 상기 권선(103)이 감기는 자심(102)과, 상기 자심(102)과 연결되는 샤프트(101)를 포함할 수 있다. 상기 자심(102)과 상기 샤프트(101)는 일체로 형성될 수 있으며 별개의 연결부(104)에 의하여 연결될 수도 있다. 이에 대해서는 도 2와 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

나사나 볼트 등의 체결구를 이용하여 상기 하우징(201)과 상기 지지물 조립체가 결합될 수 있다.

일반적인 외전형 모터의 경우 마그넷(202)이 부착된 회전자가 하우징(201)의 내부에 배치되고 상기 회전자가 축을 중심으로 회전한다.

본 발명의 일 실시예와 관련된 모터에서는 회전자가 아닌 하우징(201)의 내면에 마그넷(202)이 부착된다. 상기 하우징(201)은 지지물조립체에 고정될 경우 상기 하우징(201)은 회전할 수 없고, 고정자조립체(100)가 상대적으로 토크를 받게 된다. 상기 고정자조립체(100)의 회전축을 베어링(204,205) 등으로 지지하여 한 축의 회전운동에 대해서만 운용을 허용할 경우 고정자조립체(100)가 회전할 수 있게 된다.

상기 지지물조립체(301)는 장갑차나 레이다 몸체 등에 고정되어 피구동체(402)를 지탱하는 역할을 할 수 있다. 상기 지지물조립체(301)와 피구동체샤프트(401) 사이에는 베어링(205)이 장착될 수 있다.

각도 조절이 필요하거나 회전할 필요가 있는 물건이라면 무엇이든 피구동체(402)가 될 수 있다. 예를 들면, 도 1에서 볼 수 있는 것과 같이 장갑차에 부착되는 주포가 될 수 있으며, 레이다의 회전식 안테나 등이 피구동체(402)가 될 수 있다.

상기 피구동체(402)는 상기 고정자조립체(100)의 샤프트(101) 일단에 연결되어 회전축을 공유한다. 상기 샤프트(101)과 상기 피구동체(402)가 결합되는 부위를 결합부라 칭한다. 여기서 회전축은 회전하는 부재가 아니라 회전의 중심을 이루는 축을 말한다. 피구동체(402)의 회전축에 배치되는 부재는 피구동체샤프트(401)라 칭한다.

상기 피구동체샤프트(401)는 열전도율이 높은 부재로 형성되어 상기 샤프트(101)로부터 열을 전달 받을 수 있으며, 피구동체(402)의 표면 중 일부 또는 전부가 열전도율이 높은 재질로 제작되어 방열부의 역할을 할 수 있다. 상기 피구동체샤프트(401) 및 피구동체(402)의 표면이 함께 방열부가 될 수도 있다.

열전도율이 높은 재질은, 은, 구리, 알루미늄, 철 또는 이와 같거나 큰 열전도율을 가지는 합금 등이 될 수 있다. 열전도율이 낮은 재질은, 세라믹 타일, 자기질 타일, 납 또는 철보다 작은 열전도율을 가지는 합금 등이 될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에서 열전도율이 높다는 것은 특정 수치를 기준으로 하는 것이 아니다. 예를 들면 철보다 낮은 열전도율을 갖는 합금이 회동 장치의 주된 재질이라면 열전도율이 높은 재질은 철이 될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 고정자조립체(100)를 축방향에서 바라본 개념도이다.

외전형 모터는 일반적으로 코일이 감긴 고정자가 모터의 몸체에 고정되고, 상기 고정자를 마그넷(202)이 둘러싸는 것처럼 회전자가 상기 고정자의 외측에 배치된다. 상기 고정자는 하우징(201)의 내부공간에 설치되므로 모터 외부로 열전달이 어렵다.

도 2의 고정자 조립체는 종래의 외전형 모터에서와 달리 모터 외부로 열이 전달될 수 있는 구조를 이룬다.

도 2의 고정자는 자심(102)과, 상기 자심(102)을 감는 권선(103)과, 샤프트(101)와, 상기 자심(102)과 상기 샤프트(101)를 연결하는 연결부(104)를 포함할 수 있다.

상기 자심(102)은 환형일 수 있고, 여러 개의 막대가 샤프트(101) 주위에 배치된 형태일 수도 있다.

상기 자심(102)은 상기 샤프트(101)와 이격되어 형성될 수도 있지만, 상기 샤프트(101)와 일체로 제작될 수도 있다. 이 경우 상기 자심(102)은 상기 샤프트(101)의 외주면에서 돌출된 형태가 될 수 있다.

상기 샤프트(101)는 한 가지 재질로 이루어질 수 있지만, 서로 다른 재질로 이루어진 복수 개의 부재로 구성될 수도 있다. 예를 들면 내부의 제1부재(101a)와 외부의 제2부재(101b)를 포함할 수 있다. 상기 제1부재(101a)와 제2부재(101b)는 열전도도가 다른 재질로 이루어질 수 있다. 제1부재(101a)의 열전도도가 제2부재(101b)의 열전도도보다 높으면 제2부재(101b)는 제1부재(101a)의 열이 외주면으로 방출되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.

상기 제2부재(101b)는 상기 제1부재(101a)의 외주면을 감싸도록 형성될 수 있다. 상기 제2부재(101b)는 상기1부재와 접하도록 형성될 수 있고, 서로 이격되어 형성될 수도 있다.

도 3에서 볼 수 있는 것처럼 상기 제1부재(101a)와 상기 자심(102)은 연결부(104)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 그리고 상기 제2부재(101b)는 상기 제1부재(101a)의 외주면을 감싸도록 형성된다. 상기 제1부재(101a)와 상기 제2부재(101b)가 서로 이격되어 형성되는 경우에도 같은 구조를 이룰 수 있다. 다만 이격되어 형성되는 경우에는 제1부재(101a)는 상기 연결부(104)와 길이 방향으로 고정되고 상기 제2부재(101b)는 상기 연결부(104)의 너비 방향으로 고정된다.

제2부재(101b)는 샤프트(101)의 표면을 감싸는 코팅이 될 수 있다.

상기 연결부(104)는 상기 자심(102)과 상기 샤프트(101)를 연결한다. 상기 자심(102)과 상기 샤프트(101)가 연결되어 있으므로 상기 자심(102)은 상기 샤프트(101)를 축으로 회전할 수 있다.

상기 연결부(104)는 전체가 열전도율이 높은 재질로 구성되거나 제2 열전도체를 포함할 수 있다. 상기 열전도율이 높은 재질은 알루미늄, 구리, 철 등과 같은 물질이 될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 상기 고정자조립체(100)의 측면에서 본 단면도이다.

도 3의 고정자조립체는 자심(102)과, 상기 자심(102)을 감는 권선(103)과, 샤프트(101)와, 상기 자심(102)과 상기 샤프트(101)를 연결하는 연결부(104)를 포함할 수 있다.

상기 샤프트(101)는 서로 열전도율이 다른 제1부재(101a)와 제2부재(101b)를 포함할 수 있다. 상기 제2부재(101b)는 상기 제1부재(101a)의 외주면을 감싸도록 형성된다. 상기 제1부재(101a)와 상기 제2부재(101b)는 서로 접하도록 형성될 수 있을 뿐 아니라, 서로 이격되도록 형성될 수도 있다.

상기 연결부(104)는 일단이 상기 자심(102)과 연결되고, 타단은 상기 샤프트(101)와 연결된다. 상기 연결부(104)재는 상기 제2부재(101b)를 관통하여 상기 제1부재(101a)와 연결될 수 있다. 상기 제2부재(101b)는 상기 제1부재(101a)의 외주면으로 방출되는 열을 차단할 수 있도록 단열재로 형성될 수 있다. 상기 제2부재(101b)는 상기 제1부재(101a)보다 열전도율이 낮은 재질로 형성되어 단열 기능을 수행할 수 있다.

도 4는 축방향에서 상기 하우징(201)을 들여다 본 개념도이다.

상기 하우징(201)은 나사홀과, 마그넷(202)과, 계자코어(203)와, 샤프트(101) 홀과, 하우징(201) 몸체를 포함할 수 있다.

상기 하우징(201)은 상기 나사홀과 상기 샤프트(101) 홀을 구비하지 않아도 기능을 수행하는데 지장이 없다.

상기 나사홀을 거쳐 지지물조립체(301)에 연결되는 나사(206)는 상기 하우징(201)을 지지물조립체(301)에 고정시킨다. 볼트 및 너트를 이용하여 같은 기능을 수행할 수 있다. 상기 하우징(201)이 지지물 조립체에 고정될 수 있다면 용접 등의 방법을 이용하는 것도 가능하다.

상기 마그넷(202)은 상기 하우징(201)의 내주면, 엄밀히 표현하면 상기 하우징의 내주면에 부착되어 있는 계자코어(203)의 내주면에 부착된다. 상기 마그넷(202)은 상기 고정자 조립체의 외주면과 간격을 두고 원주방향을 따라 N극과 S극이 교차로 배치될 수 있다. 상기 마그넷(202)의 극 수를 증가시켜서 모터의 출력토크를 증대시킬 수 있다.

상기 계자코어(203)는 상기 하우징(201)의 내주면에 부착되고, 상기 마그넷(202)은 상기 계자코어(203) 내주면에 부착된다. 상기 계자코어(203)는 N극에서 나온 자계가 S극으로 들어가는 자계 통로 역할을 하며, 자계가 잘 전도되는 재질로 선정된다.

상기 샤프트(101) 홀은 상기 샤프트(101)가 축에서 어긋나는 것을 방지하도록 상기 샤프트(101)를 고정할 수 있다. 상기 샤프트(101) 홀에는 베어링이 구비되어 상기 샤프트(101)의 회전을 원활하게 할 수 있다.

상기 하우징(201) 몸체는 상기 모터를 감싸도록 형성된다. 상기 하우징(201) 몸체의 내주면에는 계자코어(203)와 마그넷(202)이 부착된다. 상기 하우징(201) 몸체의 반경이 커지면 회전중심과 상기 마그넷(202)의 거리가 길어지므로 토크를 증대시킬 수 있다. 상기 하우징(201) 몸체의 반경이 커지면 내주면의 표면적이 넓어지기 때문에 더 많은 마그넷(202)을 부착할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 모터를 측면에서 바라본 단면도이다.

상기 모터는 전차의 포나 레이다의 회전부 등과 같이 회전 가능한 구조물을 회전시키는 기능을 수행할 수 있다.

전차와 같은 무기체계의 포는 고각 방향으로 특정 각도범위 내에서만 구동된다.

구조적으로는 외측 몸체에 자석을 배치하고 내측 몸체에 권선(103)을 배치하여 토크를 발생시키는 회전 중심과 마그넷(202)간의 거리를 멀게 하여 단위 중량당 출력 토크를 극대화 할 수 있는 외전형 방식의 모터를 구성한다.

구조적으로 외전형을 채택하여 단위 중량당 출력 토크를 증대시킴으로써 중량 감소의 효과를 가지게 된다.

실제 구동방식은 마그넷(202)이 장착된 외전 몸체가 시스템에 고정되고 권선(103)을 장착한 내측 몸체가 포의 회전 구동축과 연결되어 구동되는 내전형 방식을 구현한다.

내전형 구동 방식을 채택하여 직구동 방식으로 모터를 구동할 수 있다.

감속기를 사용하지 않으므로, 감속기 구비에 의한 마찰력 증대, 강성저하 및 백래쉬 등의 요소를 줄일 수 있다.

내전형 구동방식을 이용하여 권선(103)에서 발생된 열을 회전축을 통해 배출할 수 있다.

기존 외전형과 내전형 방식의 장점을 유지하면서 외전형과 내전형 방식의 문제점을 극복할 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, 상기 모터는 고정자조립체(100)와, 모터의 지지 구조물과, 위치센서와, 피구동체(402)를 포함할 수 있다. 피구동체(402)는 전차의 포나 레이다의 회전부 등 회전 가능한 물체가 될 수 있다.

상기 고정자조립체(100)의 자심(102)에는 권선(103)이 감겨져 있으므로 모터의 구동 전원을 공급하기 위한 2상 또는 3상의 도선이 외부로 연결되어야 하며, 이때 특정범위에서 구동되는 운용 환경을 고려하여 플렉시블 케이블이 사용될 수 있다.

슬립링을 통하여 회전하는 내측 몸체에 안정적으로 모터 구동 전원을 공급할 수도 있다. 슬립링은 접촉식 슬립링, 비접촉식 슬립링 또는 멀티 유니온 방식이 사용될 수 있다. 접촉식 슬립링에는 브러쉬 방식, 와이어 방식, 슬립링의 설치 공간을 절약하기 위하여 접점을 옆으로 배열하는 팬케이크 방식 등이 있다. 비접촉식 슬립링은 도체와 브러쉬 간에 0.01 내지 0.02 mm 정도의 공간을 두고 비 회전체의 정전용량값을 계산하여 회전체에서 받아 전기적인 신호로 변환시켜주는 전자 방식이 될 수 있다. 멀티 유니온은 슬립링과 로타리조인트의 성능을 결합하여 유체(공기, 유압 또는 가스 등)와 전기를 동시에 전송할 수 있는 방식이다.

모터의 샤프트(101)는 피구동체(402)의 회전축과 연결되어 모터에서 발생된 회전 토크를 피구동체(402)에 전달할 수 있다.

상기 샤프트(101)는 상기 하우징(201) 측의 제1 베어링과 상기 피구동체(402) 측의 제2 베어링에 의해 지지될 수 있고, 회전 구동이 가능하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 외전형 방식의 모터 구조를 가지면서 실제 구동은 내전형 방식으로 구동된다. 이러한 구동은 다음과 같은 원리에 의한다.

마그넷(202)이 하우징(201)에 고정되어 있고, 2상 또는 3상의 구동 전원이 권선(103)에 가해진다. 상기 마그넷(202)과 상기 권선(103) 사이에는 전자기력이 작용한다. 상기 하우징(201)이 고정되어 있기 때문에 고정되지 않은 상기 고정자조립체(100)는 상기 하우징(201)에 대하여 상대 회전을 하게 된다. 상기 고정자조립체(100)의 회전축이 되는 샤프트(101)는 피구동체(402)의 회전축과 연결되어 직구동 방식으로 구동된다.

또한 상기 권선(103)에 전류가 가해질 때 발생되는 열은 모터의 샤프트(101)를 거쳐 피구동체(402)로 전달된다. 이러한 열 전달은 다음과 같은 과정을 거친다.

상기 권선(103)에서 발생된 열은 상기 자심(102)과 상기 샤프트(101)에 각각 연결되는 연결부(104)를 통하여 상기 샤프트(101)로 전달된다.

상기 연결부(104)는 열 전도율이 높은 제1 열전도체를 포함할 수 있으며, 상기 제1 열전도체는 상기 자심(102)과 상기 샤프트(101)를 연결하도록 형성된다. 상기 제1 열전도체는 상기 연결부(104)의 내부에 배치될 수 있고, 상기 연결부(104)의 외면이 될 수도 있으며, 상기 연결부(104) 전체가 제1 열전도체로 이루어질 수도 있다.

상기 샤프트(101)로 전달된 열은 다시 상기 샤프트(101)를 거쳐 피구동체(402)로 전달된다. 상기 샤프트(101)는 열 전도율이 높은 제2 열전도체를 포함할 수 있다. 제2 열전도체는 상기 제1 열전도체와 상기 샤프트(101)가 접하는 부위를 지나 결합부까지 연장된다. 상기 결합부는 상기 모터의 외부로 연장될 수 있다.

상기 피구동체(402)는 외부로 열을 방출할 수 있도록 형성되는 방열부를 포함할 수 있다. 상기 방열부는 상기 피구동체(402)의 회전축과 연결되고, 열 전도율이 높은 재질로 만들어지는 것이 바람직하다. 상기 방열부는 상기 피구동체(402)가 포일 경우 포의 몸체가 될 수 있고, 상기 피구동체(402)가 레이다일 경우 레이다의 표면이 될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예와 관련된 모터에 연결되는 임의의 피구동체(402)의 표면이 방열부가 될 수 있다. 상기 방열부는 피구동체(402)의 표면 전체일 필요는 없고, 표면 중 일부만 포함하여도 무관하다.

모터의 전류 제어를 위해서는 회전자(본 발명에서는 고정자조립체(100))의 구동 각도를 알아야 하는데, 모터의 회전을 감지할 수 있도록 위치감지센서(203)를 구비할 수 있다. 예를 들면 샤프트(101) 끝단에 위치감지센서(203)를 구비하여 상기 하우징(201)에 대한 상기 고정자조립체(100)의 상대 회전 각도를 측정할 수 있다. 상기 위치감지센서(203)는 자기적 성질을 이용하는 구조나, 광학적 성질을 이용하는 구조 등이 될 수 있다. 상기 위치감지센서(203)는 엔코더나 포텐쇼미터 등이 될 수도 있다.

회전이 가능한 고정자조립체(100)에 권선(103)이 배치되어 있기 때문에 상기 고정자조립체(100)가 무한 회전하는 경우 별도의 슬립링을 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전차의 주포와 같이 고각 구동 범위가 특정 범위로 제한될 수 있다. 이 경우 구동 전원 공급용 케이블이 샤프트(101)의 중공(107)을 통해 외부와 연결을 위한 커넥터로 연결될 수 있다.

상기 샤프트(101)는 중공(107)을 가질 수 있다. 상기 중공(107)은 상기 권선(103)에 전력을 공급하는 케이블이나 도선 등이 통과할 수 있도록 상기 샤프트(101) 내부에 샤프트(101)의 길이 방향으로 형성될 수 있다. 상기 케이블이나 도선 등이 열에 의하여 변형되지 않도록 상기 중공(107)과 상기 샤프트(101)의 경계에는 열차단부가 구비될 수 있다. 상기 열차단부는 도선의 둘레를 에워싸도록 상기 샤프트(101)의 내주면에 형성될 수 있다. 상기 열차단부는 상기 샤프트(101)보다 열전도도가 낮은 재질로 형성된다.

상기 샤프트(101)는 일단에 커넥터(105)를 구비할 수 있으며, 상기 커넥터(105)는 상기 중공(107)과 연결되어 전력 공급용 케이블이나 도선(108) 등이 중공(107)으로 인입 또는 인출되는 출입구로 기능할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 구비한 장치의 구동 방법은 다음과 같다.

권선(103)에는 2상 또는 3상의 구동 전원이 인가될 수 있다.

단상 전원이 인가될 수도 있지만 단상 전원 자체만으로는 모터가 회전하지 않으므로 구동을 위한 분상 코일이나 콘덴서를 보조코일에 설치하거나 세이딩코일을 설치하여 구동시킬 수 있다.

3상 전원은 각 상의 전압 위상이 120도씩 차이 나는 3개의 전원으로 되어 있으며 고효율로 비교적 높은 토크를 얻을 수 있다.

직류 모터의 경우, 영구자석에 의해 자계가 형성되고, 브러시와 정류자를 통한 전류가 도체내를 흐르면 플레밍의 왼손 법칙에 따라 토크가 발생한다. 회전자가 회전하여 약 90도 회전하면 정류자에 의해 전류 방향이 뒤바뀌어 회전을 계속할 수 있다. 회전을 시작하면 토크는 점점 감소하고 90도 위치에서 0이 된다. 본래, 여기에서 정지해야 하지만 실제로는 회전자의 관성 때문에 조금 더 회전하여 90도를 약간 넘은 곳에서 전류의 흐름이 뒤바뀌게 되고 토크는 점점 증가하기 시작한다. DC모터의 구조는 자력선과 전류의 방향이 항상 직각으로 교차하는 모양으로 되어 있어, 전류에 비례한 안정된 토크를 항상 얻을 수 있다. 그렇지만 이를 위해서는 정류장치(브러시, 정류자 등)가 반드시 필요하다.

교류 모터의 경우, 한쪽 브러시가 양극, 다른 쪽 브러시가 음극이 되는 모양으로 통전하면 직류 모터와 같은 토크가 발생하여 모터가 회전한다. 그러나 정류자가 없기 때문에 정지하여 버리므로, 적당한 시기에 전류의 방향을 바꿔 줄 필요가 있다. 역으로 생각하면, 전원을 교류로 하면, 그 주파수에 맞는 회전 속도로 계속 돌 수 있게 되는 것이다. 이와 같이, 전원 주파수에 동기시켜 모터를 돌리는 것이 교류 모터이고, 브러시리스 모터는 회전자의 위치에 의해 전원의 극성을 반전시킬 수 있다.

상기 구동 전원이 인가되면 플레밍의 법칙에 따라 상기 하우징(201)에 부착된 마그넷(202)과 상기 권선(103) 사이에 전자기력이 발생하게 된다.

또한 상기 권선(103)에 전류가 흐르면서 열이 발생한다. 상기 열은 모터 내부의 온도를 증가시켜 권선(103)의 절연이 파괴되고 이로 인해 모터의 신뢰성이 크게 저하될 우려가 있다.

상기 열은 고정자조립체(100)를 통하여 피구동체(402)로 전달된다. 도 2 또는 도 3을 참조하면 상기 고정자조립체(100)는 권선(103)이 감긴 자심(102)과, 샤프트(101)와, 상기 자심(102)과 상기 샤프트(101)를 연결하는 연결부(104)를 포함할 수 있다. 상기 권선(103)에서 발생한 열은 상기 자심(102)과 상기 연결부(104)를 거쳐 상기 샤프트(101)로 전달된다.

상기 연결부(104)는 열전도율이 높은 제1열전도체를 포함할 수 있고, 상기 샤프트(101)는 열전도율이 높은 제2열전도체를 포함할 수 있다.

상기 열은 피구동체(402)의 방열부를 통해 외부로 방출된다. 상기 피구동체(402)는 상기 고정자조립체(100)의 샤프트(101) 일단에 연결되어 회전축을 공유한다. 여기서 회전축은 회전하는 부재가 아니라 회전의 중심을 이루는 축을 말한다. 상기 샤프트(101)를 통해 전달된 열은 상기 피구동체(402)의 회전축에 배치되는 부재를 통하여 상기 피구동체(402)의 몸체로 전달된다. 상기 피구동체(402)의 몸체에는 방열부가 포함될 수 있다. 상기 방열부는 열전도율이 높은 재질로 이루어진다. 피구동체샤프트(401)와 피구동체(402) 몸체가 모두 방열부의 역할을 할 수도 있다.

상기와 같이 설명된 고정자조립체(100) 및 이를 구비한 회동 장치는 상기 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

마그넷이 외륜에 장착되는 모터의 고정자조립체에 있어서,
회전축을 따라 형성되고 일단에 결합부를 구비하는 샤프트;
상기 샤프트의 외주면으로부터 이격되어 배치되고 권선이 감겨진 자심을 구비하는 고정자; 및
상기 고정자가 상기 샤프트를 축으로 하여 회전할 수 있도록 상기 샤프트와 상기 고정자를 연결하는 연결부를 포함하며,
상기 샤프트는,
제1부재; 및
상기 제1부재의 외주면을 감싸도록 형성되는 제2부재를 포함하며,
상기 제1부재는 상기 제2부재보다 열전도율이 높은 것을 특징으로 하는 고정자 조립체.
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제1항에 있어서,
상기 샤프트는,
상기 권선에 전기적으로 연결되는 도선이 내부를 통과하도록 길이 방향으로 형성되는 중공을 구비하는 것을 특징으로 하는 고정자 조립체.
제4항에 있어서,
상기 샤프트는,
상기 중공을 에워싸는 열차단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고정자 조립체.
적어도 하나의 마그넷이 내면에 장착되는 하우징과, 상기 하우징의 내부 공간에 배치되는 고정자 조립체를 구비하는 모터; 및
상기 모터에 연결되어 구동되고, 상기 하우징에 대해 상대 회전하도록 형성되는, 외부로 열을 방출하도록 형성되는 방열부를 구비하는 피구동체를 포함하며,
상기 고정자 조립체는,
상기 피구동체로 열을 전달할 수 있도록 일 단이 상기 피구동체와 연결되는 샤프트;
상기 샤프트의 외주면으로부터 이격되어 배치되고 권선이 감겨진 자심을 구비하는 고정자; 및
상기 샤프트와 상기 고정자를 연결하고, 상기 권선에서 발생되는 열을 상기 샤프트로 전달할 수 있도록 형성되는 연결부를 포함하며,
상기 샤프트는,
제1부재; 및
상기 제1부재의 외주면을 감싸도록 형성되는 제2부재를 포함하며,
상기 제1부재는 상기 제2부재에 비해 열전도율이 높은 것을 특징으로 하는 직구동 회동 장치.
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