KR101987206B1 - 스위치드 릴럭턴스 모터 - Google Patents

스위치드 릴럭턴스 모터 Download PDF

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KR101987206B1
KR101987206B1 KR1020170166352A KR20170166352A KR101987206B1 KR 101987206 B1 KR101987206 B1 KR 101987206B1 KR 1020170166352 A KR1020170166352 A KR 1020170166352A KR 20170166352 A KR20170166352 A KR 20170166352A KR 101987206 B1 KR101987206 B1 KR 101987206B1
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shaft
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장정철
양경식
김남윤
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뉴모텍(주)
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Abstract

본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 상부 하우징(11); 상기 상부 하우징에 결합되는 스테이터 코어(21)를 포함하는 스테이터 어셈블리(20); 상기 스테이터 어셈블리(20)의 내측에 위치하고 샤프트(32)와 함께 회전하는 로터 코어(31)를 포함하는 로터 어셈블리(30); 상기 스테이터 코어(21)의 하부에 결합되는 하부 하우징(12); 상기 샤프트(32)의 상부에 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전하는 센서 마그넷 어셈블리(40); 및 상기 상부 하우징(11)의 내측에 설치되고 상시 센서 마그넷 어셈블리(40)의 일측에 설치되는 홀센서 어셈블리(50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터{Switched Reluctance Motor}
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 로터의 회전을 검출하는 센서 마그넷의 새로운 결합 구조를 통해 모터의 안정적인 제어가 가능한 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것이다.
일반적으로 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM: switched reluctance motor)는 스테이터 코어에 권취된 코일에 공급되는 전원을 스위칭 소자를 통해 단속함으로 회전 토오크를 발생시킨다. 이러한 스위칭 소자에 입력 펄스 신호를 인가시킴에 따라 로터와 스테이터 간의 여자 상태를 순차적으로 가변시킴으로써 자기 흡인력에 의해 로터에 입력 펄스 신호에 대응하는 정방향 회전 토오크(rotating torque)를 발생시킬 수 있다. 또한, 특정 여자 상태를 가변시키지 않을 시에는 일정 위치에서 로터가 정지하도록 할 수 있으며, 최대 인턱턴스 형상을 기점으로 스위칭 소자에 인가되는 입력 펄스 신호의 위상을 제어함으로써 역회전력을 발생시킬 수도 있는 다양한 구동 제어가 가능하다. 따라서, 진공 청소기, 세탁기 등과 같이 다양한 방향의 제어가 필요한 가정용 전기 기구에 널리 사용되고 있다.
이러한 스위치드 릴러턴스 모터는 각 상의 여자 상태를 순차적으로 가변시키기 위해서 회전자의 위치를 감지해야 하는 것이 반드시 필요하다. 종래에는 회전축에 결합된 원판 형상의 센서 플레이트가 회전할 때, 센서 플레이트에 형성된 산과 골의 형상을 센서가 감지하여 로터의 위치를 감지하고 있다. 이러한 센서 플레이트 방식은 외부에서 침입된 먼지 등에 의해 센싱의 정확도가 저하되는 문제점이 있었다.
이에 중국 공개특허공보 제103868534호에서는 센서 마그넷을 회전축의 말단 쪽에 결합시켜, 샤프트가 회전할 때 함께 회전하는 센서 마그넷에 센서를 대향되도록 위치시킴으로써 종래의 센서 플레이트 방식의 문제점을 해결하고 있다. 그러나, 이 선행기술에서는 센서 마그넷이 케이스의 외측에 설치되어 있고, 센서 역시 케이스의 외측에 형성된 지지부재에 의해 지지되도록 설치되어 있다. 따라서, 센서가 외부로 노출되어 있기 때문에 외부에서 침투하는 습기에 노출되거나 센서가 안정적으로 지지되어 설치되지 않음으로 인해서 센싱 불량의 원인이 되기도 한다.
대한민국 공개특허공보 제10-1367064호에서는 홀센서가 인쇄회로기판에 고정되어 센서 마그넷의 하부에 위치하고 있는 구조에 대하여 개시하고 있다. 그런데, 인쇄회로기판은 스테이터 어셈블리의 인슐레이터 말단에 결합되어 있고, 중앙 부분에 샤프트가 관통하고 있기 때문에, 인쇄회로기판의 유연성에 의하여 홀센서의 정확한 위치가 보장되지 않는다. 따라서, 센싱의 정확도가 떨어지며 나아가 공기 중에 노출된 홀센서는 외부로부터 침투된 습기에 취약한 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 구조의 스위치드 릴럭턴스 모터를 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은 홀센서 어셈블리의 안정적인 위치를 제공함으로써 로터의 위치 검출의 신뢰성을 증대시킨 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 홀센서에 습기가 침투하는 방지할 수 있어 로터의 위치 검출의 신뢰성과 내구성을 향상시킬 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 내재되어 있는 목적은 아래 설명하는 본 발명에 의하여 모두 용이하게 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는
상부 하우징(11);
상기 상부 하우징에 결합되는 스테이터 코어(21)를 포함하는 스테이터 어셈블리(20);
상기 스테이터 어셈블리(20)의 내측에 위치하고 샤프트(32)와 함께 회전하는 로터 코어(31)를 포함하는 로터 어셈블리(30);
상기 스테이터 코어(21)의 하부에 결합되는 하부 하우징(12);
상기 샤프트(32)의 상부에 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전하는 센서 마그넷 어셈블리(40); 및
상기 상부 하우징(11)의 내측에 설치되고 상시 센서 마그넷 어셈블리(40)의 일측에 설치되는 홀센서 어셈블리(50);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 센서 마그넷 어셈블리(40)는 상기 샤프트(32)와 결합되는 축 결합부(41a)를 갖는 몰드 커버(41)와,
상기 몰드 커버(41)의 내측에 수납되는 링 마그넷(42);
을 포함하여도 좋다.
본 발명에서, 상기 몰드 커버(41)의 외주면에는 상기 링 마그넷(42)이 외부로 노출되도록 축 길이 방향으로 형성되고 상기 몰드 커버(41)의 하부 면 쪽으로 연장되어 형성된 복수 개의 L형 개방부(41b)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 홀센서 어셈블리(50)는 인쇄회로기판(52)이 수납되는 홀센서 케이스(51)를 포함하고,
상기 홀센서 케이스(51)의 하부로 돌출되어 형성된 홀IC 삽입부(51a)에는 상기 인쇄회로기판(52)에 실장된 홀IC(52a)가 삽입되며,
상기 홀IC 삽입부(51a)는 상기 센서 마그넷 어셈블리(40)의 일측에 위치하도록 하여도 좋다.
본 발명에서, 상기 홀센서 케이스(51)에 수납된 인쇄회로기판(52)은 실링재(54)에 의해 실링되는 것이 바람직하다.
본 발명은 홀센서 어셈블리의 안정적인 위치를 제공함으로써 로터의 위치 검출의 신뢰성을 증대시키고, 홀센서에 습기가 침투하는 방지할 수 있어 로터의 위치 검출의 신뢰성과 내구성을 향상시킬 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 로터 어셈블리를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 센서 마그넷 어셈블리를 상부에서 바라본 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 센서 마그넷 어셈블리를 하부에서 바라본 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터에서 상부 하우징과 홀센서 어셈블리를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 홀센서 어셈블리를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 나타낸 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 상부 하우징(11), 스테이터 어셈블리(20), 로터 어셈블리(30), 센서 마그넷 어셈블리(40) 및 홀센서 어셈블리(50)을 포함하여 이루어진다.
상부 하우징(11)의 중앙에는 샤프트가 관통하는 샤프트 관통홀(11a)이 형성되어 있다. 스테이터 어셈블리(20)는 스테이터 코어(21), 상부 인슐레이터(22), 하부 인슐레이터(23), 전원 리드 와이어 인출부(24), 전원 리드 와이어(25), 전원 커넥터(26) 및 코일(27)을 포함한다.
스테이터 코어(21)는 얇은 강판을 적층하여 이루어진다. 또한 스테이터 코어(21)는 내측으로 돌출된 복수 개의 티스를 가지며, 이 티스의 상부에는 상부 인슐레이터(22)가 결합되고, 티스의 하부에는 하부 인슐레이터(23)가 결합된다. 상부 및 하부 인슐레이터(22, 23)는 스테이터 코어(21)의 티스 부분에 권선되는 코일(27)과 스테이터 코어 부분을 절연하기 위한 것으로 절연성 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 스테이터 코어(21)의 상부에는 상부 하우징(11)이 결합되고, 스테이터 코어(21)의 하부에는 하부 하우징(12)이 결합된다. 상부 하우징(11), 하부 하우징(12) 및 스테이터 코어(21)의 결합은 볼트 등에 의해 결합될 수 있으나 반드시 이러한 볼트 결합에 한정되지 않는다.
전원 리드 와이어 인출부(24)는 스테이터 코어(21)의 티스 부분에 권선되는 코일에 외부 전원을 인가하기 위한 부분으로 일반적인 매그매이트(magmate)를 적용하여 코일과 리드 와이어의 결선이 용이하게 이루어지도록 하는 것이 좋다. 이러한 전원 리드 와이어 인출부(24)는 상부 인슐레이터(22)와 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 전원 리드 와이어 인출부(24)에서 인출된 전원 리드 와이어(25)는 전원 커넥터(26)와 전기적으로 연결되어 외부 전원을 인가받을 수 있도록 한다.
로터 어셈블리(30), 센서 마그넷 어셈블리(40) 및 홀센서 어셈블리(50)은 다른 도면을 함께 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 로터 어셈블리(30)를 분해하여 나타낸 사시도이다. 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 로터 어셈블리(30)는 로터 코어(31), 샤프트(32), 상부 베어링(33), 하부 베어링(34), 팬(35)을 포함한다.
로터 코어(31)는 중심부의 베이스(31a)와 방사상으로 돌출된 복수 개의 티스(31b)로 이루어진다. 베이스(31a)의 중심부에는 샤프트(32)가 결합 및 고정되어 로터 코어(31)와 샤프트(32)가 함께 회전한다. 티스(31b)는 도 2 및 도 3에서 6 개로 형성되어 있는 것으로 도시하고 있으나, 반드시 6 개에 한정되는 것은 아니다. 상부 베어링(33)은 상부 하우징(11) 내측의 중앙 부분에서 아래로 돌출되어 형성된 상부 베어링 삽입부(11b)에 결합되어, 샤프트(32)의 상부 쪽에서 샤프트의 회전을 지지한다. 하부 베어링(34)은 하부 하우징(12) 내측의 중앙 부분에서 위로 돌출되어 형성된 하부 베어링 삽입부(12a)에 결합되어, 샤프트(32)의 하부 쪽에서 샤프트의 회전을 지지한다. 팬(35)는 샤프트(32)의 하부 쪽에 결합되어 하부 하우징(12) 내측에 위치하는데, 팬(35)은 샤프트(32)와 함께 회전하면서 공기의 흐름을 만들어 모터 내부에서 발생하는 열을 냉각시켜 주는 역할을 한다.
한편, 샤프트(32)에 결합된 로터 코어(31)의 상부와 상부 베어링(33)의 하부에는 센서 마그넷 어셈블리(40)가 결합되고, 이 센서 마그넷 어셈블리(40)는 샤프트(32)와 함께 회전한다.
도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 센서 마그넷 어셈블리(40)를 상부에서 바라본 사시도이고, 도 5는 센서 마그넷 어셈블리를 하부에서 바라본 사시도이다.
도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 센서 마그넷 어셈블리(40)는 몰드 커버(41)와 링 마그넷(42)으로 이루어진다. 몰드 커버(41)는 바람직하게 샤프트(32)와 링 마그넷(42)를 사출 금형에 위치시킨 상태에서 인서트 사출 성형 방식에 의해 제조되는 것이 좋으나 반드시 이러한 방식에 의해 형성되는 것에 한정되지 아니한다. 몰드 커버(41)의 중앙 부분에는 샤프트(32)가 관통하여 고정되는 부분인 축 결합부(41a)가 형성되어 있다.
몰드 커버(41)의 외주면에는 복수 개의 L형 개방부(41b)가 형성되어 있다. L형 개방부(41b)는 몰드 커버(41)의 외주면에 길이 방향으로 형성되는 동시에, 몰드 커버(41)의 하면으로 연장되어 있어 마치 'L'자 형태로 형성되어 있다. 이러한 L형 개방부(41b)를 통해 링 마그넷(42)이 몰드 커버(41)로부터 외부로 노출되어 있다. 이러한 구조를 통해, 링 마그넷(42)의 노출된 부분을 확장하여 센서 마그넷 어셈블리(40)에 인접하여 위치한 홀센서 어셈블리(50)에서 위치 검출이 보다 정확하게 이루어질 수 있도록 한다. L형 개방부(41b)의 개수는 특별히 한정되지는 않으나 2 이상으로 적용하는 것이 좋다. L형 개방부(41b)의 위치 역시 특별히 한정되지는 않으나, 샤프트(32)를 중심으로 하여 대칭인 위치에 위치하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터에서 상부 하우징(11)과 홀센서 어셈블리(50)를 분해하여 나타낸 사시도이고, 도 7은 홀센서 어셈블리(50)를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 홀센서 어셈블리(50)는 홀센서 케이스(51), 인쇄회로기판(52), 와이어 고정부재(53), 실링재(54), 센서 리드 와이어(55) 및 센서 커넥터(56)를 포함하여 이루어진다.
홀센서 케이스(51)는 홀IC(52a)가 실장된 인쇄회로기판(52)을 수납하는 케이스이다. 인쇄회로기판(52)은 홀센서 케이스(51)의 내측 공간인 PCB 삽입 공간(51')에 수납된다. 홀IC 삽입부(51a)는 인쇄회로기판(52)에 실장된 홀IC(52a)가 수납되는 부분으로 홀센서 케이스(51)의 하부에 하부 쪽으로 돌출되어 형성되며, 그 내부 공간은 PCB 삽입 공간(51')으로부터 연장되어 있다. 홀센서 케이스(51)의 양측에는 케이스 고정부(51b)가 형성된다. 홀센서 케이스(51)는 상부 하우징(11)의 내측에서 상부 베어링 삽입부(11b)의 일측에 형성된 홀센서 케이스 결합부(11c)에 결합된다. 결합되는 방식은 케이스 고정부(51b)와 홀센서 케이스 결합부(11c) 사이를 볼트, 리벳, 압입, 후크 결합 방식 등 다양한 결합 수단 등을 적용할 수 있다.
인쇄회로기판(52)에는 하부 쪽으로 홀IC(52a)가 실장되어 있다. 홀IC(52a)의 개수는 특별히 한정되지는 않으나 모터의 상의 개수와 일치하도록 형성하는 것이 바람직하다. 인쇄회로기판(52)에는 센서 리드 와이어(55)가 전기적으로 연결된다. 인쇄회로기판(52)이 홀센서 케이스(51) 내측에 고정되면 센서 리드 와이어(55)는 제1 가이드홈(51c)과 제2 가이드홈(51d)에 의해 안내되어 홀센서 케이스(51)의 외부로 인출된다. 제1 가이드홈(51c)과 제2 가이드홈(51d) 사이에는 삽입 공간(51e)이 형성되어 있는데, 이 삽입 공간(51e)에는 와이어 고정부재(53)이 삽입된다. 와이어 고정부재(53)에는 제3 가이드홈(53a)이 형성되어 있어, 제1 가이드홈(51c)과 제2 가이드홈(51d) 사이에서 센서 리드 와이어(55)를 가이드하면서 견고하게 고정한다. 실링재(54)는 홀센서 케이스(51)에 인쇄회로기판(52)을 수납하고 남은 공간을 충진하여 실링하는 부재로, 바람직하게 실리콘 몰딩을 주입하여 형성한다. 이렇게 함으로써 인쇄회로기판(52)이나 홀IC(52a)에 습기가 침투되는 것을 방지한다. 센서 리드 와이어(55)의 다른 쪽 말단에는 센서 커넥터(56)가 연결되어 외부의 제어 회로와 전기적으로 연결될 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 나타낸 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터는 스테이터 코어(21)의 상부에는 상부 하우징(11)이 결합되고, 하부에는 하부 하우징(12)이 결합된다. 스테이터 코어(21)의 내측으로 돌출된 티스의 상부에는 상부 인슐레이터(22)가, 하부에는 하부 인슐레이터(23)가 결합된다. 상부 및 하부 인슐레이터(22, 23)의 티스 부분에는 코일(27)이 권선된다. 티스로부터 샤프트(32) 방향으로는 로터 코어(31)가 위치한다. 로터 코어(31)의 중심 부분에는 샤프트(32)가 관통하여 결합되어 있다. 샤프트(32)의 회전은 상부 및 하부 베어링(33, 34)에 의하여 지지되고 있다. 샤프트(32)에 결합된 상부 베어링(33)과 로터 코어(31) 사이에는 센서 마그넷 어셈블리(40)가 샤프트(32)에 결합되어 있다. 센서 마그넷 어셈블리(40)의 링 마그넷(42)의 일측에는 홀센서 케이스(51)의 홀IC 삽입부(51a)가 위치하여 로터 코어(31)의 회전을 홀IC(52a)에서 센싱한다. 홀센서 케이스(51)는 상부 하우징(11)의 내측에 상부 베어링(33)의 일측 부분에 설치된다.
이상에서 설명한 본 발명의 설명은 본 발명의 이해를 위하여 예를 들어 설명한 것에 불과할 뿐, 본 발명의 범위를 정하고자 하는 것이 아님을 유의하여야 한다. 본 발명의 설명은 아래 첨부된 특허청구범위에 의하여 정하여지며, 이 범위 내에서 본 발명의 단순한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
11: 상부 하우징 12: 하부 하우징
20: 스테이터 어셈블리 21: 스테이터 코어
22: 상부 인슐레이터 23: 하부 인슐레이터
24: 전원 리드 와이어 인출부 25: 전원 리드 와이어
26: 전원 커넥터 27: 코일
30: 로터 어셈블리 31: 로터 코어
32: 샤프트 33: 상부 베어링
34: 하부 베어링 35: 팬
40: 센서 마그넷 어셈블리 41: 몰드 커버
42: 링 마그넷 50: 홀센서 어셈블리
51: 홀센서 케이스 52: 인쇄회로기판
53: 와이어 고정부재 54: 실링재
55: 센서 리드 와이어 56: 센서 커넥터

Claims (5)

  1. 상부 하우징(11);
    상기 상부 하우징에 결합되는 스테이터 코어(21)를 포함하는 스테이터 어셈블리(20);
    상기 스테이터 어셈블리(20)의 내측에 위치하고 샤프트(32)와 함께 회전하는 로터 코어(31)를 포함하는 로터 어셈블리(30);
    상기 스테이터 코어(21)의 하부에 결합되는 하부 하우징(12);
    상기 샤프트(32)의 상부에 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전하는 센서 마그넷 어셈블리(40); 및
    상기 상부 하우징(11)의 내측에 설치되고 상시 센서 마그넷 어셈블리(40)의 일측에 설치되는 홀센서 어셈블리(50);
    를 포함하여 이루어지고,
    상기 센서 마그넷 어셈블리(40)는 상기 샤프트(32)와 결합되는 축 결합부(41a)를 갖는 몰드 커버(41)와, 상기 몰드 커버(41)의 내측에 수납되는 링 마그넷(42)을 포함하며,
    상기 몰드 커버(41)의 외주면에는 상기 링 마그넷(42)이 외부로 노출되도록 축 길이 방향으로 형성되고 상기 몰드 커버(41)의 하부 면 쪽으로 연장되어 형성된 복수 개의 L형 개방부(41b)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 홀센서 어셈블리(50)는 인쇄회로기판(52)이 수납되는 홀센서 케이스(51)를 포함하고,
    상기 홀센서 케이스(51)의 하부로 돌출되어 형성된 홀IC 삽입부(51a)에는 상기 인쇄회로기판(52)에 실장된 홀IC(52a)가 삽입되며,
    상기 홀IC 삽입부(51a)는 상기 센서 마그넷 어셈블리(40)의 일측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 홀센서 케이스(51)에 수납된 인쇄회로기판(52)은 실링재(54)에 의해 실링되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터.
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