KR101438635B1 - 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛 - Google Patents

Abstract

계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛이 개시된다. 개시된 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛은 코일이 감긴 회전자에 슬립링이 배치되고, 슬립링과 접촉하는 브러쉬가 브러쉬 홀더에 설치되며, 회전자의 단부에 위치센서가 장착되어 있는 계자권선형 구동모터에서, 브러쉬 홀더와 위치센서 사이에 자성 재질의 쉴드 플레이트가 설치될 수 있다.

Description

계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛 {NOISE SHIELD STRUCTURE OF WRSM MOTOR}

본 발명의 실시예는 계자권선형 구동모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 계자권선형 구동모터의 위치센서 노이즈 쉴드 거리를 최소화하기 위한 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐구조에 관한 것이다.

일반적으로, 대개 친환경 자동차로 불리우는 하이브리드 차량 또는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 얻는 전기 모터(이하에서는 "구동모터" 라고 한다)에 의해 구동된다.

하이브리드 차량은 구동모터의 동력만을 이용하는 순수 전기 자동차 모드인 EV(Electric Vehicle)모드로 주행하거나 엔진과 구동모터의 회전력을 모두 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)모드로 주행한다. 그리고 일반적인 전기 자동차는 구동모터의 회전력을 동력으로 이용하여 주행한다.

이와 같이 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터는 대부분 영구자석형 동기모터(PMSM)를 사용한다. 이러한 영구자석형 동기모터는 제약된 레이아웃 조건에서 최대의 성능을 발휘하기 위해 영구자석의 성능을 극대화할 필요가 있다.

여기서, 영구자석 내의 네오디뮴(Nd)은 영구자석의 세기를 개선하며, 디스프로슘(Dy)은 고온 감자(Demagnetization) 내성을 개선한다. 그러나 이러한 영구자석의 희토류(Nd, Dy) 금속은 중국 등 일부 국가에 제한적으로 매장되어 있고, 매우 고가이며 가격 변동이 심하다.

이를 개선하기 위해 최근에는 유도 전동기의 적용을 검토하고 있으나, 동일한 모터 성능을 발휘하기 위해서 부피, 중량 등의 사이즈 증대량이 과다한 제약이 있다.

한편, 당 업계에서는 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터로서 영구자석형 동기모터(PMSM)를 대체할 계자권선형(WRSM) 구동모터에 대한 개발이 더욱 진행되고 있다.

계자권선형 구동모터는 영구자석형 동기모터(PMSM) 대비 약 10%의 최적 증대로 모터의 성능 발휘가 가능한데, 회전자에 코일을 권선하여 전류 인가 시 회전자를 전자석화시켜 영구자석형 동기모터(PMSM)의 영구자석을 대체하고 있다.

이와 같은 계자권선형 구동모터에는 회전자 코일에 전류를 인가하기 위해 브러쉬(당 업계에서는 통상 슬립링 타입의 브러쉬 라고 한다)를 필요로 하고, 회전자의 절대위치를 검출하기 위한 레졸버 등의 위치센서를 구비하고 있다.

구동모터 위치센서(레졸버 등)는 AC 저전압(대략 0.5~5Vrms)의 출력 신호를 가지고 모터 회전자의 절대위치를 검출한다. 그러나 이러한 위치센서는 외부에서 노이즈가 유입될 경우, 그 노이즈에 의한 출력 신호의 왜곡으로 센싱 정밀도가 저하되고, 모터의 제어 성능에 나쁜 영향을 끼치게 된다.

예를 들어, 상기와 같은 계자권선형 구동모터의 경우에는 브러쉬의 전류에 의한 자속이 위치센서에 유입되어 전자기 노이즈를 발생시킨다. 즉, 계자권선형 구동모터에서는 브러쉬 DC전류에 의한 자속 발생으로 위치센서의 주 자속 및 출력신호를 왜곡시킬 수 있다.

따라서, 위치센서에 유입되는 노이즈 자속 성분을 최소화하기 위해서는 물리적으로 브러쉬와 위치센서 간의 노이즈 절연거리(쉴드거리)를 충분히 확보해야 하는데, 그 확보되는 절연거리 만큼 구동모터의 전장길이가 증가하게 되어 모터의 사이즈 및 중량을 증대시킬 수 있다.

[특허문헌 1]
일본공개특허공보 제2010-115022호(브러시레스 모터)(2010. 05. 20 공개)

본 발명의 실시예들은 계자권선형 구동모터의 브러쉬와 위치센서 사이의 노이즈 쉴드거리를 최소화하면서 위치센서로 유입되는 노이즈 자속성분을 효과적으로 차폐할 수 있도록 한 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛은, 코일이 감긴 회전자에 슬립링이 배치되고, 상기 슬립링과 접촉하는 브러쉬가 브러쉬 홀더에 설치되며, 상기 회전자의 단부에 위치센서가 장착되어 있는 계자권선형 구동모터에서, 상기 브러쉬 홀더와 위치센서 사이에 자성 재질의 쉴드 플레이트가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛에 있어서, 상기 쉴드 플레이트는 상기 브러쉬 홀더와 일체로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛에 있어서, 상기 쉴드 플레이트와 브러쉬 홀더는 인서트 사출 성형될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛에 있어서, 상기 쉴드 플레이트는 상기 브러쉬 홀더의 상단 측에 연결되는 연결부와, 상기 연결부와 일체로 연결되며 그 연결부에 의해 상기 브러쉬 홀더와 이격되고 상기 위치센서와 브러쉬 홀더 사이에서 상기 브러쉬 홀더를 포위하는 차폐부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛에 있어서, 상기 차폐부는 평면 형태의 제1 부분과, 상기 제1 부분에서 상기 브러쉬 홀더의 양측을 향하여 라운드 형태로 절곡된 제2 부분으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛에 있어서, 상기 쉴드 플레이트는 S45C 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 계자권선형 구동모터의 브러쉬 홀더와 위치센서 사이에 자성 재질의 쉴드 플레이트를 적용함에 따라, 브러쉬와 위치센서 사이의 노이즈 쉴드거리를 최소화할 수 있으므로, 전체 모터 어셈블리의 사이즈 및 중량을 저감시킬 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 브러쉬와 위치센서 간 동일 쉴드거리 기준으로 브러쉬와 위치센서 사이에 쉴드 플레이트를 배치함으로, 브러쉬의 DC전류에 의해 발생되며 위치센서로 유입되는 노이즈 자속 성분의 차폐 성능을 효과적으로 개선할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 쉴드 플레이트와 브러쉬 홀더를 일체로 구성함에 따라, 모터 하우징 내에 쉴드 플레이트를 체결하기 위한 보스 구조, 쉴드 플레이트의 볼팅홀 구조, 및 쉴드 플레이트 체결용 볼트 등과 함께 모터 하우징과 쉴드 플레이트의 조립 공정을 삭제할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 모터 어셈블리의 조립성을 개선할 수 있고, 모터 어셈블리의 제작 원가를 절감할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛을 도시한 평면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛에 적용되는 브러쉬 홀더와 쉴드 플레이트의 일체형 구조를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛(100)은 친환경 자동차에서 전기 에너지로 구동력을 얻는 구동모터로서 계자권선형(WRSM) 구동모터에 적용될 수 있다.

예를 들면, 계자권선형 구동모터는 회전자에 코일을 권선하여 전류 인가 시 회전자를 전자석화시키는 것으로서, 회전자의 전자석과 고정자의 전자석 간 전자기의 인력 및 척력으로 구동 토크를 발생시킬 수 있다.

여기서, 계자권선형 구동모터는 기본적으로, 코일이 감긴 회전자(1)에 슬립링(3)이 배치되고, 그 슬립링(3)과 접촉하는 브러쉬(5)가 브러쉬 홀더(7)에 설치되는 구조로 이루어진다.

이 경우, 브러쉬 홀더(7)는 내부에 브러쉬(5)를 탄성적으로 지지하며, 그 탄성력으로서 브러쉬(5)를 슬립링(3)에 밀착시키는 기능을 하게 된다.

그리고 브러쉬(5)는 회전자 코일에 전류를 인가하기 위한 것으로, 브러쉬 홀더(7)의 내부에 지지 스프링(도면에 도시되지 않음)을 통해 탄성적으로 지지된 상태로, 그 브러쉬 홀더(7)의 외부로 돌출되게 설치된다.

한편, 브러쉬 홀더(7)에 대응하는 회전자(1)의 단부에는 그 회전자의 절대위치를 검출하는 레졸버 등의 위치센서(9)가 설치된다. 이러한 위치센서(9)는 브러쉬(5)의 인가 전류에 의한 노이즈 자속 성분이 유입되면서 불안정한 저전압의 출력 신호를 발생시킬 수 있다.

이와 같은 계자권성형 구동모터의 기본적인 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 WRSM 구동모터로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛(100)은 브러쉬(5)와 위치센서(9) 사이의 노이즈 쉴드거리를 최소화하면서 위치센서(9)로 유입되는 노이즈 자속성분을 효과적으로 차폐할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛(100)은 브러쉬 홀더(7)와 위치센서(9) 사이에 설치되는 쉴드 플레이트(10)를 포함하고 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛을 도시한 평면 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛에 적용되는 브러쉬 홀더와 쉴드 플레이트의 일체형 구조를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 쉴드 플레이트(10)는 자성 재질 예를 들면 S45C 재질의 플레이트 형태로 이루어지며, 브러쉬 홀더(7)와 위치센서(9) 사이에 배치될 수 있다.

이러한 쉴드 플레이트(10)는 브러쉬 홀더(7)와 위치센서(9) 사이에서 그 브러쉬 홀더(7)와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들면, 쉴드 플레이트(10)와 브러쉬 홀더(7)는 인서트 사출 성형 방식으로 일체화 될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 의한 쉴드 플레이트(10)는 브러쉬 홀더(7)에 연결되는 연결부(11)와, 그 연결부(11)에 일체로 연결되는 차폐부(31)를 포함한다.

연결부(11)는 일정한 폭을 지니며 브러쉬 홀더(7)의 상단 중앙부 측에 일체로 연결되며, 뒤에서 더욱 설명된 차폐부(31)와 일체로 연결된다. 연결부(11)는 브러쉬 홀더(7)에서 위치센서(9) 측을 향해 아래로 절곡된 형태를 취한다.

그리고, 차폐부(31)는 위에서 언급한 바와 있는 노이즈 자속성분을 실질적으로 차폐하는 것으로, 연결부(11)와 일체로 연결된다. 즉, 연결부(11)는 차폐부(31)의 상단 중앙 측에 연결될 수 있다.

더 나아가, 차폐부(31)는 연결부(11)에 의해 브러쉬 홀더(7)와 이격되게 배치되며, 위치센서(9)와 브러쉬 홀더(7) 사이에서 그 브러쉬 홀더(7)를 포위하는 형태로 이루어질 수 있다.

이러한 차폐부(31)는 평면 형태의 제1 부분(33)과, 제1 부분(33)의 양측에서 브러쉬 홀더(7)의 양측을 향하여 라운드 형태로 절곡된 제2 부분(35)으로 이루어진다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛(100)에 의하면, 계자권선형 구동모터의 브러쉬 홀더(7)와 위치센서(9) 사이에 자성 재질의 쉴드 플레이트(10)를 적용함에 따라 브러쉬(5)와 위치센서(9) 사이의 노이즈 쉴드거리를 최소화할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 브러쉬(5)와 위치센서(9) 사이의 노이즈 쉴드거리를 최소화할 수 있으므로, 전체 모터 어셈블리의 사이즈 및 중량을 저감시킬 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 브러쉬(5)와 위치센서(9) 간 동일 쉴드거리 기준으로 브러쉬(5)와 위치센서(9) 사이에 쉴드 플레이트(10)를 배치함으로, 브러쉬(5)의 DC전류에 의해 발생되며 위치센서(9)로 유입되는 노이즈 자속 성분의 차폐 성능을 대략 400% 정도 개선할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 쉴드 플레이트(10)와 브러쉬 홀더(7)를 일체로 구성함에 따라 모터 하우징 내에 쉴드 플레이트를 체결하기 위한 보스 구조, 쉴드 플레이트의 볼팅홀 구조, 및 쉴드 플레이트 체결용 볼트 등과 함께 모터 하우징과 쉴드 플레이트의 조립 공정을 삭제할 수 있다. 이로써, 본 발명의 실시예에서는 모터 어셈블리의 조립성을 개선할 수 있고, 모터 어셈블리의 제작 원가를 절감할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 회전자
3... 슬립링
5... 브러쉬
7... 브러쉬 홀더
9... 위치센서
10... 쉴드 플레이트
11... 연결부
31... 차폐부
33... 제1 부분
35... 제2 부분

Claims (6)

1. 코일이 감긴 회전자에 슬립링이 배치되고, 상기 슬립링과 접촉하는 브러쉬가 브러쉬 홀더에 설치되며, 상기 회전자의 단부에 위치센서가 장착되어 있는 계자권선형 구동모터에서,
   상기 브러쉬 홀더와 위치센서 사이에 자성 재질의 쉴드 플레이트가 설치되며,
   상기 쉴드 플레이트는 상기 브러쉬 홀더의 상단 측에 연결되는 연결부와, 상기 연결부와 일체로 연결되며 그 연결부에 의해 상기 브러쉬 홀더와 이격되고 상기 위치센서와 브러쉬 홀더 사이에서 상기 브러쉬 홀더를 포위하는 차폐부를 포함하고,
   상기 차폐부는 평면 형태의 제1 부분과, 상기 제1 부분에서 상기 브러쉬 홀더의 양측을 향하여 라운드 형태로 절곡된 제2 부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 쉴드 플레이트는 상기 브러쉬 홀더와 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 쉴드 플레이트와 브러쉬 홀더는 인서트 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 쉴드 플레이트는 S45C 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 계자권선형 구동모터의 노이즈 차폐유닛.

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