KR101355253B1 - 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조 - Google Patents

외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조 Download PDF

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Abstract

외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조가 개시된다.
본 발명에 따른 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조는, 모터축; 상기 모터축이 삽입 설치되는 내륜과, 상기 내륜과 상대적인 회전운동을 하는 외륜과, 상기 내륜과 상기 외륜사이에 개재된 볼로 구성된 볼베어링; 상기 볼베어링의 외륜이 삽입 설치되는 베어링 브라켓; 상기 베어링 브라켓의 외주면을 따라 설치되며 코일(미도시)이 감긴 스테이터 코어; 상기 모터축과 연결되며, 상기 스테이터 코어의 외주면과 일정간격 떨어진 N극 또는 S극으로 자화된 영구자석들이 내주면에 교대로 구비된 로터; 상기 영구자석의 자극을 감지하는 홀센서; 상기 홀센서로부터 신호를 받아 극성이 다른 전류를 코일에 번갈아 인가하는 구동회로를 포함하여 구성된 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조에 있어서, 상기 볼베어링 전식 방지 구조는, 상기 볼베어링의 내륜 부분에 위치한 상기 모터축의 외주면에 형성된 적어도 하나의 관통공; 및 상기 모터축의 외주면에 피복된 절연재;로 구성되며, 상기 절연재의 일부가 상기 관통공에 채워진 것을 특징으로 한다.

Description

외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조{STRUCTURE FOR PREVENTING ELECTRIC CORROSION OF BALL BEARING PROVIDED WITH OUTER-ROTOR TYPE BLDC MOTOR}
본 발명은 외전형 비엘디씨 모터에 구비된 볼베어링의 전식 방지 구조에 관한 것이다.
모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치다. 모터는 DC 모터와 AC 모터로 구분된다.
DC 모터에는 브러쉬(Brush)모터와 브러쉬리스(Brushless)모터가 있다. 브러쉬모터는 정류자와 브러쉬의 접촉에 의해서 코일에 전류를 흐르게 함과 동시에 정류를 시켜 브러쉬가 마모되는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 최근에는 브러쉬리스 모터(이하, 비엘디씨 모터라 칭함)가 많이 사용되고 있다. 비엘디씨 모터는 브러쉬를 사용하지 않아 브러쉬가 마모되지 않고 토크가 크고 제어성이 우수하다.
비엘디씨 모터는 회전자인 로터(rotor)의 위치에 따라서 내전형 비엘디씨 모터와 외전형 비엘디씨 모터로 구분된다.
내전형 비엘디씨 모터는 외전형 비엘디씨 모터에 비하여 로터의 외경이 작으므로 관성 모멘트가 작아 속응(速應)이 요구되는 곳에 주로 사용된다.
외전형 비엘디씨 모터는 로터의 안쪽에 영구자석을 부착할 수 있어 원심력에 의한 영구자석의 이탈이 방지되어 고속이 요구되는 곳에 주로 사용된다.
도 1은, 종래 기술에 따른 외전형 비엘디씨 모터의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 외전형 비엘디씨 모터(10)는, 모터축(11); 모터축(110)이 삽입 설치되는 내륜(13b)과, 상기 내륜(13b)과 상대적인 회전운동을 하는 외륜(13c)과, 내륜(13b)과 외륜(13c)사이에 개재된 볼(13a)로 구성된 볼베어링(13); 볼베어링(13)의 외륜(13c)이 삽입 설치되는 베어링 브라켓(14); 베어링 브라켓(14)의 외주면을 따라 설치되며 코일(미도시)이 감긴 스테이터 코어(15); 모터축(11)과 연결되며, 스테이터 코어(15)의 외주면과 일정간격 떨어진 N극 또는 S극으로 자화된 영구자석(16a)들이 내주면에 교대로 구비된 로터(16); 영구자석(16a)의 자극을 감지하는 홀센서(미도시); 홀센서로부터 신호를 받아 극성이 다른 전류를 코일에 번갈아 인가하는 구동회로(미도시);를 포함하여 구성된다.
구동회로가 영구자석(16a)에 의해 발생 된 자기장 속에 놓인 코일로 전원을 공급하면, 플레밍의 왼손법칙에 따라 토크가 발생되어 로터(16)는 모터축(110과 함께 회전하게 된다. 여기서, 구동회로는 영구자석(16a)의 극성 변화를 홀센서로부터 신호로 받아, 코일에 극성을 달리하는 전원을 번갈아 공급한다. 이로 인해, 로터(16)가 지속적으로 회전할 수 있다.
한편, 종래기술에 따른 비엘디씨 모터는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
로터(16)가 고속회전하면, 모터축(11)의 외주면(11a)에 유도전하가 발생한다. 제품 출하시 볼(13a)은 매우 매끄럽게 가공된 상태인데, 유도전하의 순간적인 스파크로 인하여 볼베어링(13) 내의 볼(13a)에 미세한 흠집이 생긴다. 스파크가 지속되면, 볼(13a)에 흠집이 많아지고 커진다.
볼(13a)에 흠집이 생기면, 볼(13a)이 회전하는 과정에서, 내륜(13b) 및 외륜(13c)과 볼(13a)의 마찰이 심해진다. 이로 인해, 모터축(11)이 원활하게 회전하지 못하고 소음이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 등록특허(10-0961653)는, 볼베어링의 내륜과 접촉되는 모터축의 외주면에 절연재를 피복하고, 그 절연재가 모터축을 중심으로 자전하거나 모터축의 길이방향으로 이동하는 것을 방지하기 위해 모터축의 외주면에 요철수단(오목부와 볼록부가 연속되는 구조)을 형성한 전식 방지용 모터축 구조를 개시하고 있다.
상술한 전식 방지용 모터축 구조로 인해, 볼(13a)에 스파크가 전달되는 것이 차단되어 볼(13a)에 흠집이 생기는 것은 방지되었다.
그러나, 볼베어링의 내륜 부분에 위치한 모터축 외주면 전체에 걸쳐 요철수단을 형성하므로 모터축의 외주면에 홈이 많이 생겨 모터축의 강도가 떨어지는 문제점이 발생하였다. 특히, 요철수단의 오목부와 볼록부가 연속될 때 생기는 다수의 날카로운 모서리 부분(notch)에 응력이 집중됨으로써, 그 모서리 부분부터 크랙이 진행되는 문제점이 발생하였다.
본 발명의 목적은, 모터축에 볼베어링의 전식을 방지할 수 있는 절연재를 모터축을 중심으로 자전하거나 모터축의 길이방향으로 이동하지 않게 설치하더라도, 모터축의 강도가 약해지지 않고 크랙의 진행문제도 없는 외전형 비엘디씨 모터 볼베어링의 전식 방지 구조를 제공하는 데 있다.
상기 목적은, 모터축; 상기 모터축이 삽입 설치되는 내륜과, 상기 내륜과 상대적인 회전운동을 하는 외륜과, 상기 내륜과 상기 외륜사이에 개재된 볼로 구성된 볼베어링; 상기 볼베어링의 외륜이 삽입 설치되는 베어링 브라켓; 상기 베어링 브라켓의 외주면을 따라 설치되며 코일(미도시)이 감긴 스테이터 코어; 상기 모터축과 연결되며, 상기 스테이터 코어의 외주면과 일정간격 떨어진 N극 또는 S극으로 자화된 영구자석들이 내주면에 교대로 구비된 로터; 상기 영구자석의 자극을 감지하는 홀센서; 상기 홀센서로부터 신호를 받아 극성이 다른 전류를 코일에 번갈아 인가하는 구동회로를 포함하여 구성된 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조에 있어서,
상기 볼베어링 전식 방지 구조는,
상기 볼베어링의 내륜 부분에 위치한 상기 모터축의 외주면에 형성된 적어도 하나의 관통공; 및 상기 모터축의 외주면에 피복된 절연재;로 구성되며,
상기 절연재의 일부가 상기 관통공에 채워진 것을 특징으로 하는 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은, 모터축; 상기 모터축이 삽입 설치되는 내륜과, 상기 내륜과 상대적인 회전운동을 하는 외륜과, 상기 내륜과 상기 외륜사이에 개재된 볼로 구성된 볼베어링; 상기 볼베어링의 외륜이 삽입 설치되는 베어링 브라켓; 상기 베어링 브라켓의 외주면을 따라 설치되며 코일(미도시)이 감긴 스테이터 코어; 상기 모터축과 연결되며, 상기 스테이터 코어의 외주면과 일정간격 떨어진 N극 또는 S극으로 자화된 영구자석들이 내주면에 교대로 구비된 로터; 상기 영구자석의 자극을 감지하는 홀센서; 상기 홀센서로부터 신호를 받아 극성이 다른 전류를 코일에 번갈아 인가하는 구동회로를 포함하여 구성된 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조에 있어서,
상기 볼베어링 전식 방지 구조는,
상기 볼베어링의 내륜 부분에 위치한 상기 모터축의 외주면에 형성된 적어도 하나의 관통공; 상기 관통공에 삽입되며 그 양 끝단이 상기 관통공의 바깥쪽으로 돌출된 핀; 및 상기 모터축의 외주면에 피복된 절연재;로 구성되며, 상기 절연재가 상기 관통공의 바깥쪽으로 돌출된 핀의 양 끝단을 덮은 것을 특징으로 하는 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조에 의해 달성된다.
본 발명은, 모터축에 절연재의 이탈을 방지하는 요철수단을, 볼베어링의 내륜 부분에 위치한 모터축 외주면 전체에 걸쳐 형성하지 않는다. 대신, 절연재의 일부가 채워질 수 있는 관통공을 모터축에 적어도 하나 뚫고 모터축의 외주면에 인서트 사출방식으로 절연재를 피복할 때 절연재의 일부가 관통공을 채움으로써 절연재가 모터축을 중심으로 자전하거나 모터축의 길이방향으로 이동하지 못하게 한다
이렇게 볼베어링의 내륜 부분에 위치한 모터축 외주면 일부에 관통공을 한 개만 뚫거나, 복수개 뚫더라도 한 개 뚫을 때 보다 작은 직경으로 뚫기 때문에 모터축의 강도가, 모터축 외주면 전체에 요철수단을 형성할 때보다 강하다.
한편, 모터축에 관통공을 적어도 하나 뚫고, 그 관통공으로 양 끝단이 돌출되게 핀을 삽입하고, 관통공의 바깥쪽으로 돌출된 핀의 양 끝단이 덮히게 모터축의 외주면에 인서트 사출방식으로 절연재를 피복함으로써 절연재가 모터축을 중심으로 자전하거나 모터축의 길이방향으로 이동하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서, 볼베어링의 내륜 부분에 위치한 모터축 외주면 전체에 걸쳐 요철수단이 형성됨으로써 모터축의 외주면에 홈이 많이 생겨 모터축의 강도가 떨어지는 문제점이 해결된다. 특히, 요철수단의 오목부와 볼록부가 연속됨으로써 생기는 다수의 날카로운 모서리 부분(notch)에 응력이 집중됨으로써, 그 모서리 부분부터 크랙이 진행되는 문제점이 해결된다.
결과적으로, 본 발명을 사용하면, 모터축에 볼베어링의 전식을 방지할 수 있는 절연재를 모터축을 중심으로 자전하거나 모터축의 길이방향으로 이동하지 못하게 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 절연재 설치 후 모터축의 강도가 종래처럼 약해지지 않으며, 응력 집중으로 인한 크랙 문제도 발생하지 않는다.
도 1은, 종래 기술에 따른 외전형 비엘디씨 모터의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1실시예에 따른 볼베어링 전식방지구조가 포함된 외전형 비엘디씨 모터의 단면도이다.
도 3은, 도 2의 볼베어링 전식방지구조의 단면 Ⅲ-Ⅲ을 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 제2실시예에 따른 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식방지구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 제3실시예에 따른 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식방지구조를 나타낸 단면도이다.
도 6은, 본 발명에 제4실시예에 따른 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식방지구조를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 볼베어링 전식방지구조를 상세히 설명한다.
도 2는, 본 발명의 제1실시예에 따른 볼베어링 전식방지구조가 포함된 외전형 비엘디씨 모터의 단면도이다. 도 3은, 도 2의 볼베어링 전식방지구조의 단면 Ⅲ-Ⅲ을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 볼베어링 전식방지구조가 포함된 외전형 비엘디씨 모터(100)는, 모터축(110); 모터축(110)이 삽입 설치되는 내륜(130b)과, 내륜(130b)과 상대적인 회전운동을 하는 외륜(130c)과, 내륜(130b)과 외륜(130c)사이에 개재된 볼(130a)로 구성된 볼베어링(130); 볼베어링(130)의 외륜(130c)이 삽입 설치되는 베어링 브라켓(140); 베어링 브라켓(140)의 외주면을 따라 설치되며 코일(미도시)이 감긴 스테이터 코어(150); 모터축(110)과 연결되며, 스테이터 코어(150)의 외주면과 일정간격 떨어진 N극 또는 S극으로 자화된 영구자석(160a)들이 내주면에 교대로 구비된 로터(160); 영구자석(160a)의 자극을 감지하는 홀센서(미도시); 홀센서로부터 신호를 받아 극성이 다른 전류를 코일에 번갈아 인가하는 구동회로(미도시); 및 볼베어링 전식 방지 구조;를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 볼베어링 전식 방지 구조는, 볼베어링(130)의 내륜(130b) 부분에 위치한 모터축(110)의 외주면에 형성된 한 개의 관통공(H1); 및 모터축(110)의 외주면에 피복된 절연재(I1);로 구성된다.
절연재(I1)는 모터축(110)의 외주면에 인서트 사출방식에 의해 피복된다. 절연재(I1)의 두께(t1)는 1~2mm이다.
절연재(I1)가 피복될 때, 절연재(I1)의 일부가 관통공(H1)에 채워진다. 절연재(I1)의 일부가 관통공(H1)에 채워짐으로써, 절연재(I1)가 모터축(110)을 중심으로 자전하거나 모터축(110)의 길이방향으로 이동하는 것이 방지된다.
도 4는, 본 발명의 제2실시예에 따른 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식방지구조를 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 볼베어링 전식방지구조는, 볼베어링(130)의 내륜(130b) 부분에 위치한 모터축(110)의 외주면에 형성된 복수개(3개)의 관통공(H2)들; 및 모터축(110)의 외주면에 피복된 절연재(I2);로 구성된다. 물론, 관통공(H2)의 개수는 3개보다 많을 수 있으나, 3개보다 많으면 모터축(110)의 강도가 약해지므로 관통공(H2)의 개수는 3개가 바람직하다.
절연재(I2)는 모터축(110)의 외주면에 인서트 사출방식에 의해 피복된다. 절연재(I2)의 두께(t2)는 1~2mm이다.
절연재(I2)가 피복될 때, 절연재(I2)의 일부가 복수개의 관통공(H2)들에 채워진다. 절연재(I2)의 일부가 복수개의 관통공(H2)들에 채워짐으로써, 절연재(I2)가 모터축(110)을 중심으로 자전하거나 모터축(110)의 길이방향으로 이동하는 것이, 보다 효과적으로 방지된다.
한편, 모터축(110)에 복수개의 관통공(H2)들을 뚫음으로써, 모터축(110)의 강도가 한 개의 관통공(H1, 도 3참조)을 뚫을 때 보다 약해지는 것을 방지하기 위하여, 한 개의 관통공(H1, 도 3참조)의 직경(D1)이 2~3mm라면, 복수개의 관통공(H2)들 각각의 직경(D2)은 1mm 내외인 것이 바람직하다.
도 5는, 본 발명의 제3실시예에 따른 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식방지구조를 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 볼베어링 전식방지구조는, 볼베어링(130)의 내륜(130b) 부분에 위치한 모터축(110)의 외주면에 형성된 한 개의 관통공(H3); 관통공(H3)에 삽입되며 그 양 끝단이 관통공(H3) 바깥쪽으로 돌출된 핀(P1); 및 관통공(H3) 바깥쪽으로 돌출된 핀(P1)의 양 끝단을 덮으면서 모터축(110)의 외주면에 피복된 절연재(I3);로 구성된다.
절연재(I3)는 모터축(110)의 외주면에 인서트 사출방식에 의해 피복된다. 절연재(I3)의 두께(t3)는 1~2mm이다.
관통공(H3)의 바깥쪽으로 핀(P1)이 돌출되기 위해서, 핀(P1)의 길이(L1)는 모터축(110)의 직경(D0)보다 1~2mm 길다.
핀(P1)은 관통공(H3)에서 움직이지 못하도록 관통공(H3)에 억지끼움된다. 이를 위해 핀(P1)의 직경(D5)은 관통공(H3)의 직경(D3)보다 0.1~0.2mm 큰 것이 바람직하다. 핀(P1)이 관통공(H3)에 억지끼움되는 이유는, 절연재(I3)가 모터축(110)에 피복될 때, 핀(P1)이 미끄러져 관통공(H3)에서 빠지는 것을 방지하기 위함이다.
절연재(I3)가 피복될 때, 절연재(I3)가 관통공(H3) 바깥쪽으로 돌출된 핀(P1)의 양 끝단을 덮음으로써, 절연재(I3)가 모터축(110)을 중심으로 자전하거나 모터축(110)의 길이방향으로 이동하는 것이 방지된다.
도 6은, 본 발명에 제4실시예에 따른 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식방지구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명에 제4실시예에 따른 볼베어링 전식방지구조는, 볼베어링(130)의 내륜(130b) 부분에 위치한 모터축(110)의 외주면에 형성된 복수개(3개)의 관통공(H4)들; 관통공(H4)들 각각에 삽입되며 그 양 끝단이 상기 관통공(H4) 바깥쪽으로 돌출된 핀(P2); 및 관통공(H4) 바깥쪽으로 돌출된 핀(P2)의 양 끝단을 덮으면서 모터축(110)의 외주면에 피복된 절연재(I4);로 구성된다.
절연재(I4)는 모터축(110)의 외주면에 인서트 사출방식에 의해 피복된다. 절연재(I4)의 두께(t4)는 1~2mm이다.
관통공(H4)의 바깥쪽으로 핀(P2)이 돌출되기 위해서, 핀(P2)의 길이(L2)는 모터축(110)의 직경(D0)보다 1~2mm 길다.
핀(P2)은 관통공(H4)들 각각에서 움직이지 못하도록 관통공(H4)에 억지 끼움된다. 이를 위해 핀(P2)의 직경(D6)은 관통공(H4)의 직경(D4)보다 0.1~0.2mm 큰 것이 바람직하다. 핀(P2)이 관통공(H4)에 억지끼움되는 이유는, 절연재(I4)가 모터축(110)에 피복될 때, 핀(P2)이 미끄러져 관통공(H4)에서 빠지는 것을 방지하기 위함이다.
한편, 모터축(110)에 복수개의 관통공(H4)들을 뚫음으로써, 모터축(110)의 강도가 한 개의 관통공(H3, 도 5참조)을 뚫을 때 보다 약해지는 것을 방지하기 위하여, 한 개의 관통공(H3, 도 5참조)의 직경(D3)이 2~3mm라면, 복수개의 관통공(H4)들 각각의 직경(D4)은 1mm 내외인 것이 바람직하다.
이로 인해, 한 개의 관통공(H3, 도 5참조)에 삽입되는 핀(P1)의 직경(D5, 도 5참조) 보다 복수개의 관통공(H4)들 각각에 삽입되는 핀(P2)의 직경(D6)이 작다.

Claims (6)

  1. 모터축; 상기 모터축이 삽입 설치되는 내륜과, 상기 내륜과 상대적인 회전운동을 하는 외륜과, 상기 내륜과 상기 외륜사이에 개재된 볼로 구성된 볼베어링; 상기 볼베어링의 외륜이 삽입 설치되는 베어링 브라켓; 상기 베어링 브라켓의 외주면을 따라 설치되며 코일(미도시)이 감긴 스테이터 코어; 상기 모터축과 연결되며, 상기 스테이터 코어의 외주면과 일정간격 떨어진 N극 또는 S극으로 자화된 영구자석들이 내주면에 교대로 구비된 로터; 상기 영구자석의 자극을 감지하는 홀센서; 상기 홀센서로부터 신호를 받아 극성이 다른 전류를 코일에 번갈아 인가하는 구동회로를 포함하여 구성된 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조에 있어서,
    상기 볼베어링 전식 방지 구조는,
    상기 볼베어링의 내륜 부분에 위치한 상기 모터축의 외주면에 형성된 적어도 하나의 관통공; 및 상기 모터축의 외주면에 피복된 절연재;로 구성되며,
    상기 절연재의 일부가 상기 관통공에 채워진 것을 특징으로 하는 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 볼베어링의 내륜 부분에 위치한 상기 모터축의 외주면에 한 개의 관통공이 형성될 때의 상기 한 개의 관통공의 직경은, 상기 볼베어링의 내륜 부분에 위치한 상기 모터축의 외주면에 복수개의 관통공들이 형성될 때의 상기 복수개의 관통공들 각각의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연재는 상기 모터축의 외주면에 인서트 사출방식에 의해 피복된 것을 특징으로 하는 외전형 비엘디씨 모터의 볼베어링 전식 방지 구조.
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