KR101735924B1

KR101735924B1 - 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조

Info

Publication number: KR101735924B1
Application number: KR1020150081482A
Authority: KR
Inventors: 이충성
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2017-05-15
Also published as: CN106253590A; KR20160144820A; US10177634B2; DE102016209627A1; CN106253590B; US20160365776A1

Abstract

본 발명은 슬립링과 브러시 사이의 접촉면적을 증대시켜 모터의 축방향 길이를 축소시킬 수 있는 한편 모터의 축을 안정적으로 지지하여 모터의 원활한 성능 구현에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 모터의 회전축에 결합되는 인너 슬립링과, 인너 슬립링의 둘레에 배치되며 인너 슬립링의 외주면과 접촉되는 다수의 주름이 형성된 브러시와, 브러시의 둘레에 배치되며 브러시의 주름과 접촉을 이루는 아우터 슬립링과, 아우터 슬립링을 지지하는 홀더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조{Structure for slip ring and brush of Wound Rotor Synchronous Motor}

본 발명은 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬립링과 브러시 사이의 접촉면적을 증대시켜 모터의 축방향 길이를 축소시킬 수 있는 한편 모터의 축을 안정적으로 지지하여 모터의 원활한 성능 구현에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 친환경 자동차로 언급되고 있는 하이브리드 차량 또는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 얻는 전기 모터에 의해 구동된다.

하이브리드 차량은 전기모터의 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, 관련 업계에서는 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 전기모터로서 영구자석형 동기모터(PMSM)를 대체할 계자권선형(WRSM; Wound Rotor Synchronous Motor) 모터에 대한 개발이 더욱 활발하게 진행되고 있다.

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

이와 같은 계자 권선형 모터는 로터에 자속을 발생하기 위해 로터에 코일이 감겨져 있고, 코일에 전류를 흘려 자속을 발생을 위해 모터 하우징 외부에 브러시 및 슬립링이 구비되어, 이를 통해 전류를 인가하도록 구성되어 있다.

한편, 상기와 같은 계좌권선형 모터는 로터의 권선에 직류를 인가하기 위하여 브러시가 슬립링의 외면에 항상 기계적인 접촉을 유지하게 되는데, 이러한 브러시와 슬립링의 지속적인 기계적 접촉을 위하여 브러시의 일측 끝단이 스프링에 의해 탄성적으로 지지되며, 상기 스프링의 탄성력을 통해 브러시가 슬립링의 외주면에 지속적인 접촉상태를 유지하며 전류를 코일 측으로 전달할 수 있도록 구성되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 계좌권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조는 직류 인가를 위한 슬립링과 브러시의 접촉면적이 슬립링의 전체면적에 대비하여 상대적으로 작기 때문에 브러시를 통한 고전류 입력시 접촉저항이 증가하게 되고, 이로 인해 모터에 발열 및 손실이 발생하는 문제가 있었다.

또한, 브러시와 슬립링 상호 간의 반복적인 기계적 접촉으로 인해 접촉면에 마찰 및 마모가 발생하게 되고, 이렇게 발생되는 마찰 및 마모로 인해 금속가루 등의 이물질이 생겨 스파크 등이 발생되어 모터의 내구 신뢰성이 저하되는 문제가 있었다.

아울러, 브러시 및 슬립링 상호 간의 충분한 접촉면적을 확보하기 위하여 슬립링을 축방향으로 연장하여 슬립링의 축방향 길이를 증가시킬 경우 브러시와의 접촉면적은 넓어지지만 슬립링의 축방향 길이증가로 인해 모터의 사이즈가 과도하게 커질 수 있는 문제가 있었다.

대한민국 특허등록 제10-0178158호(1998.11.20) 대한민국 특허공개 제2000-0055497호(2000.09.05)

본 발명에서 해결하고자 하는 하나의 기술적 과제는 계자권선형 모터의 브러시와 슬립링 사이의 접촉면적을 증대시켜 브러시를 통한 고전류 입력시 모터의 발열 및 손실을 방지할 수 있는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조를 제공하는 데에 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 브러시와 슬립링 상호 간의 접촉면이 슬립링의 원주방향을 따라 균등하게 분포되도록 함으로써, 일부 접촉면이 마모되어도 다른 접촉면에서 이를 보완하도록 하여 모터의 원활한 구동에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 브러시와 슬립링의 반복적인 기계적 마찰 및 마모로 발생되는 이물질을 모터의 외부로 원활하게 배출시킬 수 있도록 하여 모터의 내구 신뢰성을 높일 수 있는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 브러시와 슬립링 사이의 접촉면적 증가로 인한 슬립링의 축방향 길이를 축소가 가능하고, 모터 전체의 축방향 사이즈 저감이 가능한 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 모터의 축이 흔들릴 경우 댐핑 기능을 부여할 수 있고 모터의 축을 사방에서 안정적으로 지지하도록 하여 모터 축에 대한 지지강도를 향상시킬 수 있는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 계자 권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조는, 모터의 회전축에 결합되는 인너 슬립링과, 인너 슬립링의 둘레에 배치되며 인너 슬립링의 외주면과 접촉되는 다수의 주름이 형성된 브러시와, 브러시의 둘레에 배치되며 브러시의 주름과 접촉을 이루는 아우터 슬립링과, 아우터 슬립링을 지지하는 홀더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 브러시의 주름은 원주방향을 따라 등간격으로 배열되어 인너 슬립링의 외주면과 아우터 슬립링의 내주면에 각각 접촉되도록 구성될 수 있다.

또한 상기 홀더에는 인너 슬립링과 브러시 및 아우터 슬립링이 수용될 수 있는 수용홈이 형성될 수 있다.

이때, 상기 홀더에는 상기 수용홈과 연통되도록 축방향으로 관통된 이물질 토출구가 형성될 수 있다.

그리고 상기 모터에는 이물질 토출구를 통한 이물질의 강제 토출을 유도하는 이물질 토출용 팬이 설치될 수 있다.

또한 상기 홀더는 상기 모터 내에 압입방식으로 결합될 수 있으며, 상기 홀더에는 상기 모터 내에 압입된 홀더의 위치를 고정시킬 수 있는 핀의 압입을 위한 핀 홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 인너 슬립링과 브러시 사이에는 자성체가 구비되고, 홀더에는 자성체의 위치를 검출하기 위한 센서가 구비될 수 있다.

이때 상기 자성체는 인너 슬립링과 브러시 사이에 몰딩 가능한 자성재료의 주입을 통해 형성될 수 있다.

아울러 상기 센서로는 홀 효과(Hall effect)를 이용하여 자성체의 위치를 검출할 수 있는 홀 센서(Hall Sensor)가 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 계자 권선형 모터에는 상기 아우터 슬립링에 전류를 인가하는 와이어가 설치되며, 상기 와이어는 센서에 전원을 공급해주는 와이어와 함께 상기 홀더 내에 일체로 배선되도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조에 의하면 다음과 같은 유용한 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 계자권선형 모터의 브러시와 슬립링의 접촉면적을 크게 증대시킴으로써 고전류 입력에 따른 모터의 발열을 최소화할 수 있고, 발열로 인한 모터의 손상을 방지할 수 있다.

둘째, 모터의 브러시와 슬립링이 접촉되는 다수의 접촉면이 원주방향을 따라 균등한 간격으로 분포되어, 브러시와 슬립링 사이에 균등한 마찰 및 마모가 가능하고, 브러시의 일부 접촉면이 마모되어도 다른 접촉면에서 이를 보완할 수 있기 때문에 모터의 내구 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

셋째, 브러시와 슬립링의 반복적인 기계적 마찰 및 마모로 인한 금속 이물질이 발생되어도 이물질을 모터의 외부로 원활하게 배출시킬 수 있기 때문에 모터 내의 이물질로 인한 스파크 발생을 방지할 수 있다.

넷째, 브러시와 슬립링의 접촉면적을 증대시켜 슬립링의 축방향 길이 축소가 가능해지고, 이로 인해 모터의 전체 축방향 사이즈를 감소시킬 수 있다.

다섯째, 모터의 회전축에 외부 하중이 가해져도 모터의 회전축이 주름관 형태의 브러시 구조를 통해 여러 개소에서 균등하고 안정적으로 지지될 수 있다. 아울러, 상기 주름관 형태의 브러시 구조를 통해 모터의 회전축에 댐핑 기능이 부여될 수 있기 때문에 모터 회전축의 흔들림을 방지할 수 있고, 모터 축의 회전 밸런스를 안정적으로 유지할 수 있다.

여섯째, 인너 슬립링과 브러시 사이에 자성체를 설치하고, 홀더에 자성체의 위치를 검출할 수 있는 센서를 설치하여 하나의 모듈 형태로 구현함으로써 종래보다 한층 간소화되고 콤팩트한 형태의 위치검출 패키지를 구현할 수 있다.

일곱째, 센서에 전원을 공급해주는 와이어와 아우터 슬립링에 전류를 인가하는 와이어를 홀더 내에 일체로 배선하여 와이어의 배선구조를 간단하게 구현할 수 있기 때문에 패키지 측면에서 효율적인 공간활용이 가능하고, 계자 전원공급 장치 및 위치 검출장치가 구비된 전체 패키지 구조를 간단하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 A-A 섹션 단면도.
도 4는 도 1에서 홀더 부분을 삭제하여 인너 슬립링과 브러시 및 아우터 슬립링의 결합구조를 상세하게 도시한 사시도.
도 5는 도 4를 정면에서 바라본 정면도.
도 6은 도 4에서 아우터 슬립링을 삭제하여 브러시와 인너 슬립링의 결합구조를 상세하게 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조를 도시한 사시도.
도 8은 도 7의 측면도.
도 9는 도 7의 정면도.

이하, 본 발명에 따른 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조에 대한 바람직한 일실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조를 도시한 것으로, 모터에 있어 회전축에 결합되는 슬립링과 브러시, 그리고, 이들을 둘러싸며 지지하는 홀더 부분을 발췌하여 도시한 것이다. 또한, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 A-A 섹션 단면도이다. 아울러, 도 4는 도 1에서 홀더 부분을 삭제하여 인너 슬립링과 브러시 및 아우터 슬립링의 결합구조를 상세하게 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4를 정면에서 바라본 정면도이다. 또한, 도 6은 도 4에서 아우터 슬립링을 삭제하여 브러시와 인너 슬립링의 결합구조를 상세하게 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 계자 권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조는, 모터의 회전축(110)에 결합되는 인너 슬립링(Inner slip ring)(120)과, 인너 슬립링(120)의 외곽에 배치되는 브러시(Brush)(130)와, 브러시(130)의 외곽에 배치되는 아우터 슬립링(Outer slip ring)(140)과, 아우터 슬립링(140)에 전류를 인가하기 위한 와이어(Wire)(150)와, 아우터 슬립링(140) 지지하는 홀더(Holder)(160)를 포함하여 구성된다.

인너 슬립링(120)은 모터의 로터(Rotor; 미도시)에 권선된 코일에 전류를 인가하기 위한 전류 전달 매개체로서, 기존의 모터에 설치되던 일반적인 슬립링 구조와 비교하여 그 축방향 길이가 단축된 얇은 두께의 원형 링(Ring) 형상을 갖도록 형성된다.

이러한 인너 슬립링(120)은 2개가 구비되어 축방향으로 상호 일정간격 이격된 상태로 모터의 회전축(110) 외주면상에 압입하여 결합 고정된다.

이렇게 모터의 회전축(110)에 압입되는 2개의 인너 슬립링(120)은 각각 모터의 로터에 권선된 코일의 (+)극 및 (-)극과 연결되며, 모터의 회전축(110)이 회전됨에 따라 연동하여 회전된다.

한편, 브러시(130)는 2개가 상기 각 인너 슬립링(120)의 외주면에 접촉을 이루며 배치된다.

상기 브러시(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 전체 형상이 원주방향을 따라 물결모양으로 반복적으로 주름진 형태의 주름관 형태를 갖도록 형성된다.

이때, 상기 브러시(130)에 형성된 주름(132)은 원주방향을 따라 등간격을 이루며 배열된 형태를 갖는다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이 회전축(110)의 정면에서 바라보았을 때, 일측 브러시(130)의 주름(132)은 다른 일측 브러시(130)의 주름(132)과 어긋나는 형태로 배치된다.

또한, 상기 브러시(130)가 인너 슬립링(120)의 둘레에 배치된 상태에서 상기 브러시(130)의 주름(132) 내측 끝단 부분은 인너 슬립링(120)의 외주면과 접촉상태를 유지하게 된다.

따라서, 모터의 회전축(110)이 회전하는 동안 상기 브러시(130)는 그 내측의 인너 슬립링(120)과 상호 미끄럼 접촉상태를 유지하게 되며, 상기 브러시(130)의 주름(132) 부분과 접촉된 인너 슬립링(120)으로 전류가 통전되어 모터의 로터에 권선된 코일로 전류를 인가함으로써 회전을 위한 자속을 발생시키게 된다.

이와 같은 브러시(130)는 기존의 브러시와 같이 흑연과 구리를 소결하여 제작되는데, 이중 흑연 소재는 브러시(130)와 인너 슬립링(120)의 미끄럼 마찰시 윤활제 기능을 담당하게 된다.

또한 상기와 같은 주름관 형태의 브러시(130) 구조에 있어서 주름(132)의 형성 주기 및 개수는 모터의 회전축(110)에 설치되는 브러시(130)의 직경 크기에 따라 달리 설정될 수 있다.

즉, 요구되는 모터의 회전축(110) 지지강도 및 접촉면적에 맞도록 상기 브러시(130)의 개수 및 주름(132)의 형성길이를 달리하여 설계할 수 있다.

또한 모터의 축방향으로 주름관 형태의 브러시(130) 2개가 설치됨에 따라 주름관 브러시(130) 1개가 설치되었을 경우에 비하여 모터 축의 외부하중, 모터의 전자기력, 모터 회전체의 편심운동 등으로 인한 모터 축의 흔들림에 대하여 반경방향으로 균등하게 댐핑기능을 유지할 수 있고, 모터 축을 균등하게 지지할 수 있다.

아울러, 상기와 같은 주름관 브러시(130) 구조를 적용하게 되면 브러시(130)와 슬립링(120,140) 상호 간에 균등한 마찰 및 마모가 이루어지기 때문에 모터의 내구 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

한편, 아우터 슬립링(140)은 브러시(130)에 전류를 전달하기 위한 매개체로서, 브러시(130)의 둘레에 배치된다.

즉, 아우터 슬립링(140)의 내주면은 상기 브러시(130)에 형성된 주름(132)의 외측 끝단과 접촉을 이루도록 설치된다.

따라서, 모터의 회전축(110)이 회전하는 동안 상기 아우터 슬립링(140)은 브러시(130)의 주름(132) 바깥쪽 부분과 미끄럼 접촉상태를 유지하며 상기 접촉 부위를 통해 브러시(130)로 전류가 전달된다.

또한, 상기 아우터 슬립링(140)에는 외부로부터 전류가 인가될 수 있도록 와이어(150)가 배선된다.

이때, 상기 와이어(150)는 아우터 슬립링(140)의 일측에 스팟용접(spot welding) 또는 퓨징(fusing) 등의 방법을 이용하여 연결될 수 있다.

이 경우 브러시(130)와 접촉되는 아우터 슬립링(140)의 내주면에 용접 비드(beed) 등이 생성되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조에 따라, 축방향으로 배열된 2개의 아우터 슬립링(140)에 배선된 각 와이어(150) 중 어느 한쪽에 (+)전류를 인가하고, 다른 한쪽에 (-)전류를 인가하게 되면 이들과 차례로 접촉을 이루는 브러시(130) 및 인너 슬립링(120)을 통해 로터의 코일에 (+) 및 (-) 전류가 인가되어 모터의 구동을 위한 자속이 발생하게 된다.

한편, 홀더(160)는 모터의 회전축(110)상에 순차적으로 결합되는 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 및 아우터 슬립링(140)을 감싸며 보호하도록 모터의 하우징(미도시)에 결합된다.

이때, 상기 홀더(160)의 내측에는 격벽(161)을 사이에 두고 구획된 2개의 수용홈(162)이 형성된다.

이 2개의 수용홈(162)은 축방향으로 배열된 아우터 슬립링(140)과 브러시(130) 및 인너 슬립링(120)으로 이루어진 2개의 전류전달 매개체 세트가 각각 수용될 수 있는 환형 공간부를 형성한다.

이때, 상기 홀더(160)의 축방향과 수직으로 배치된 상기 홀더(160)의 전면 및 후면에는 브러시(130)와 슬립링(120,140)의 반복적인 마찰, 마모로 인해 발생되는 금속 이물질을 홀더(160)의 외부로 토출할 수 있도록 하기 위하여 상기 각 수용홈(162)과 연통되도록 축방향으로 관통된 복수의 이물질 토출구(164)가 형성된다.

이때, 상기 복수의 이물질 토출구(164)는 홀더(160)의 전,후면에 원주방향을 따라 등간격을 이루며 배치되도록 형성된다.

또한, 상기 이물질 토출구(164)를 통한 이물질의 원활한 배출을 위하여 모터의 로터에는 팬(미도시)이 설치될 수 있다.

즉, 로터와 연동하여 회전되는 팬의 송풍력을 이용하여 수용홈(162) 내의 이물질을 이물질 토출구(164)를 통해 강제로 외부로 배출시킴으로써 이물질의 원활한 배출을 유도할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 홀더(160)는 강도 및 탄성을 고려하여 강화플라스틱이나 엔지니어링 플라스틱으로 제작될 수 있다.

상기 홀더(160)는 모터 하우징에 압입방식으로 결합되는데, 이때, 상기 모터 하우징 내에 압입된 홀더(160)가 움직이지 않게 정해진 위치에 고정시킬 수 있도록 모터 하우징과 홀더(160) 사이에 핀(미도시)을 압입하여 결합하게 된다.

이를 위해 홀더(160)의 외면과 상기 홀더(160)가 압입되는 모터 하우징의 내면에는 핀이 압입될 수 있는 복수의 핀 홈(166)이 형성된다.

상기 핀 홈(166)은 홀더(160)의 외면과 모터 하우징의 내면에 반원형 횡단면 모양을 갖도록 형성되며, 홀더(160)를 모터 하우징 내에 압입한 상태에서 홀더(160)와 모터 하우징 양측에 형성된 핀 홈(166)에 핀을 압입하여 홀더(160)의 위치를 고정시키게 된다.

이와 같이 홀더(160)의 외면과 모터 하우징의 내면에 형성된 핀 홈(166)에 핀을 압입하여 결합시킴에 따라 외력이 작용하여도 홀더(160)가 모터 하우징으로부터 쉽게 이탈되지 않고 고정될 수 있다.

그리고, 상기한 홀더(160)는 모터 하우징에 결합된 상태에서 모터의 회전축(110)의 일부를 지지하는 베어링과 같은 기능을 수행하기 때문에 모터의 회전축(110)에 구비되는 축베어링의 사이즈를 종래보다 작게 구현할 수 있는 이점이 있다.

한편, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조가 차량용 알터네이터(alternator)에 채용될 경우, 알터네이터의 내부에서 회전하고 있는 로터의 실시간 위치검출이 수반되어야 정확한 엔진 출력 보조기능이 구현될 수 있다.

그러나, 종래의 계자권선형 모터의 브러시 및 슬립링 구조에서는 로터의 위치검출을 위해 장착되는 위치검출장치에 대한 장착공간 부족 등의 문제로 인해 최적화된 차량 패키지 구현에 어려운 점이 많았다.

이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 전술된 실시 예의 슬립링 및 브러시 구조에 로터의 위치검출을 위한 간단한 구성물을 추가적으로 설치함으로써 로터의 위치검출이 가능한 간단한 모듈 형태의 슬립링 및 브러시 구조를 구현할 수 있는 방안을 제시한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 8은 도 7의 측면도이고, 도 9는 도 7의 정면도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조는, 전술된 본 발명의 일실시 예 형태를 갖는 슬립링 및 브러시 구조에서 로터의 위치검출을 위하여 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 사이에 자성체(172,174)가 구비되고, 홀더(160)에는 모터의 회전축(110)과 일체로 회전하는 상기 자성체(172,174)의 위치를 검출하기 위한 센서(180)가 구비된다.

이때, 상기 자성체(172,174)는 몰딩이 가능한 자성 재료로 구성되며, 상기 몰딩이 가능한 자성 재료를 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 사이에 주입하여 자성체(172,174)를 형성하게 된다.

이렇게 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 사이에 자성 재료의 주입에 의해 형성되는 자성체(172,174)는 N극과 S극으로 구비되며, 도 9에서 보는 바와 같이 한 쌍의 N극 및 S극 자성체(172,174)가 회전축(110) 외곽에서 서로 마주보는 위치에 놓이도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 자성체(172,174)는 로터에 구비되는 극수에 따라 여러 가지 조합에 의해 구성하는 것이 가능하다.

그리고, 상기 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 사이에 몰딩된 자성체(172,174)로 인해 상기 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 사이는 고정상태를 유지하기 때문에 회전축(110)의 회전시 브러시(130)는 상기 회전축(110)과 일체가 되어 회전운동을 수행하게 된다.

이와 함께, 상기 자성체(172,174)의 실시간 위치를 검출하기 위해 구비되는 센서(180)로는 홀 효과(Hall effect)를 이용하여 자성체(172,174)의 위치를 센싱할 수 있는 홀 센서(Hall Sensor)가 구비될 수 있다.

이러한 센서(180)는 도 9에 나타낸 바와 같이 회전축(110)과 함께 연동하여 회전되는 자성체(172,174)의 위치검출이 가능하도록 홀더(160)의 내측부에 매립구조로 설치된다.

또한, 상기 센서(180)에 전원을 공급하는 와이어(미도시)는 아우터 슬립링(140)에 전류를 인가하는 와이어(150)와 함께 홀더(160) 내측에 일체로 배선함으로써, 복잡한 와이 배선이 없는 간단한 구조의 슬립링 및 브러시 구조를 구현할 수 있다.

이와 같이 계자권선형 모터의 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 사이에 자성체(172,174)를 설치하고, 홀더(160)에 상기 자성체(172,174)의 실시간 위치를 검출할 수 있는 센서(180)를 설치하여 하나의 콤팩트한 모듈 형태로 구현함으로써 로터의 위치검출을 위한 패키지를 간소화시킬 수 있고, 종래의 계자 전원공급장치 및 위치검출장치에 비하여 패키지 측면에서 효율적인 공간활용이 가능한 장점이 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 회전축 120 : 인너 슬립링
130 : 브러시 132 : 주름
140 : 아우터 슬립링 150 : 와이어
160 : 홀더 162 : 수용홈
164 : 이물질 토출구 166 : 핀 홈

Claims

모터의 회전축(110)에 결합되는 인너 슬립링(120);
상기 인너 슬립링(120)의 둘레에 배치되며, 상기 인너 슬립링(120)의 외주면과 접촉되는 다수의 주름(132)이 형성된 브러시(130);
상기 브러시(130)의 둘레에 배치되며, 상기 브러시(130)의 주름(132)과 접촉을 이루는 아우터 슬립링(140); 및
상기 아우터 슬립링(140)을 지지하는 홀더(160);를 포함하고,
상기 브러시의 주름은 원주 방향을 따라 등간격으로 배열되어 상기 인너 슬립링의 외주면 및 상기 아우터 슬립링의 내주면과 등간격의 복수의 접촉부를 형성하고, 상기 회전축의 반경 방향으로 상기 회전축에 댐핑힘을 제공하여, 상기 회전축을 상기 회전축의 반경 방향으로 사방에서 지지할 수 있는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조.
삭제
제1항에 있어서, 상기 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 및 아우터 슬립링(140)은 각각 상기 회전축(110)의 길이방향으로 복수 개 배열되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조
제1항에 있어서, 상기 홀더(160)에는 상기 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 및 아우터 슬립링(140)이 수용되는 수용홈(162)이 형성된 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조
제4항에 있어서, 상기 홀더(160)에는 상기 수용홈(162)과 연통되도록 축방향으로 관통된 이물질 토출구(164)가 형성된 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조
제5항에 있어서, 상기 모터에는 상기 이물질 토출구(164)를 통한 이물질의 강제 토출을 유도하는 팬이 설치되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조
제1항에 있어서, 상기 홀더(160)는 상기 모터 내에 압입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조
제7항에 있어서, 상기 홀더(160)에는 상기 모터 내에 압입된 홀더(160)의 위치를 고정시킬 수 있도록 핀이 압입될 수 있는 핀 홈(166)이 형성된 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조
제1항에 있어서, 상기 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 사이에는 자성체(172,174)가 설치되고, 상기 홀더(160)에는 상기 자성체(172,174)의 위치를 검출하기 위한 센서(180)가 설치되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조
제9항에 있어서, 상기 자성체(172,174)는 상기 인너 슬립링(120)과 브러시(130) 사이에 몰딩 가능한 자성재료의 주입을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조
제9항에 있어서, 상기 센서(180)는 홀 센서(Hall Sensor)인 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조
제9항에 있어서, 상기 아우터 슬립링(140)에 전류를 인가하는 와이어(150)를 더 포함하되,
상기 와이어(150)는 상기 센서(180)에 전원을 공급해주는 와이어와 함께 상기 홀더(160) 내에 일체로 배선되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터의 슬립링 및 브러시 구조
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