KR102337453B1 - 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기에 관한 것으로, 센싱용 영구자석의 인서트 사출 제조시 형성되는 금형 가이드 핀 삽입구 형상이 선접촉 구조를 가져 센싱용 영구자석 노출을 상대적으로 감소시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기{DC motor for minimizing exposure of magnet for sensing RPM}

본 발명은 직류 전동기에 관련한 것으로, 특히 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기에 관한 것이다.

직류 전동기(DC Motor)는 차량 및 가전기기, 산업용 기기 등 회전 또는 직선 운동의 동력이 필요한 경우, 가장 널리 쓰이는 전동기 타입이다. 이러한 직류 전동기에서 있어, 전기 에너지를 받아서 회전 및 직선 운동과 같은 물리적 에너지로 변환하는 전기자는 전동기 부품에서 가장 중요한 부분을 차지한다.

브러쉬 타입의 영구자석 직류 전동기(Brushed PMDCM; Permanent Magnet DC Motor)의 구조는 크게 철심에 구리 전선을 감아 기자력을(EMF; Electro Magnetic Force) 발생하면서 회전하는 전기자(Armature)와, 영구자석이 부착되어 공극으로 자속(Flux)을 발생시키는 계자(Field)로 구분할 수 있다.

그 이외에 교류를 직류로 변환하는 정류 작용을 하는 정류자(commutator)와, 교류 전류 유입을 위한 브러쉬(Brush)가 있으며, 이는 에너지 전달에 기여하나 직접적인 힘을 발생하지는 않는다. 이 구조에 추가적으로 동력을 전달할 수 있는 기어와 같은 동력 전달 장치와, 회전 샤프트의 회전을 위한 베어링 등이 더해지게 된다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0082079호(2005.08.22)에서 다수의 홀센서를 설치하고, 홀센서들에 의한 검출신호를 바탕으로 전동기의 속도를 제어하는 것을 기재하고 있다. 전동기의 정확한 제어를 위해서는 모터 회전을 정확히 인식하는 것이 필요하다. 전동기의 회전 속도 검출 및 제어를 위해서 일반적으로 홀 효과(Hall Effect)를 이용해 전동기의 회전수를 검출하는 홀 IC 센서가 사용된다.

도 1 은 종래의 직류 전동기의 금형 가이드 핀 삽입구 형상을 예시한 도면이다. 센싱용 영구자석은 사출 장비(도면 도시 생략)의 금형 내에서 인서트 사출(Insert Injection) 제작된다.

인서트 사출시 센싱용 영구자석이 유동되지 않도록 사출 장비의 금형 가이드 핀(도면 도시 생략)을 통해 센싱용 영구자석(10)을 잡아서 고정하는데, 종래의 금형 가이드 핀은 센싱용 영구자석을 잡는 부위가 접촉 면적이 큰 사각 형상의 면접촉 구조이므로, 도 1 에 도시한 바와 같이 센싱용 영구자석을 감싸는 몰딩부(11) 외연을 따라 큰 사각 형상의 금형 가이드 핀 삽입구(11a)가 형성된다.

그런데, 이러한 종래의 센싱용 영구자석의 인서트 사출 구조에서는 인서트 사출 제조시 형성되는 큰 사각 형상의 금형 가이드 핀 삽입구에 의해 센싱용 영구자석이 외부에 많이 노출된다. 센싱용 영구자석이 외부에 많이 노출된다는 것은 그 만큼 전동기에 외부 충격이 가해졌을 때 센싱용 영구자석이 파손될 가능성이 높다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명자는 센싱용 영구자석의 인서트 사출 제조시 형성되는 금형 가이드 핀 삽입구 형상이 선접촉 구조를 가져 센싱용 영구자석 노출을 상대적으로 감소시킴으로써 외부 충격에 강인한 전동기에 대한 연구를 하였다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0082079호(2005.08.22)

본 발명은 센싱용 영구자석의 인서트 사출 제조시 형성되는 금형 가이드 핀 삽입구 형상이 선접촉 구조를 가져 센싱용 영구자석 노출을 상대적으로 감소시킬 수 있는 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기가 회전축인 회전 샤프트(Rotating Shaft)와, 회전 샤프트에 축설되어 회전하는 회전자 철심(Rotor Core)과, 회전자 철심에 권선되어 기자력(Magnetomotive Force)을 발생시키면서 회전하는 코일(Coil)을 포함하는 전기자(Armature)와; 전기자 외주연을 따라 전기자와는 이격된 상태로 배열되는 요크(Yoke)와, 요크 내주연에 특정 간격으로 부착되어 전기자와 이격된 공극으로 자속(Flux)을 발생시키는 다수의 영구자석(PM : Permanent Magnet)들을 포함하는 계자(Field)와; 회전 샤프트에 축설되어 회전하되, 서로 다른 극성으로 다수의 자석들이 교번 배치되는 센싱용 영구자석과; 센싱용 영구자석 회전에 따른 극성 변화를 검출하여 전기자의 회전수를 계산하는 적어도 하나의 홀 IC 센서(Hall IC sensor)를 포함하되, 센싱용 영구자석이 인서트 사출(Insert Injection) 제작되되, 센싱용 영구자석을 감싸는 몰딩부 외연에, 전체가 절개되지 않고 중앙 부위 일부만 절개되어 센싱용 영구자석 노출을 상대적으로 감소시키는 다수의 금형 가이드 핀 삽입구가 형성된다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 금형 가이드 핀 삽입구가 중앙 부위 일부만 절개된 라운드 형상을 가진다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기가 인가되는 교류에 따라 전기자의 회전자 철심에 권선된 코일에 흐르는 전류의 방향을 주기적으로 변환시키는 정류자(Commutator)와; 공급되는 직류 전원을 교류로 변환하여 정류자에 인가하는 브러쉬(Brush)를 더 포함한다.

본 발명은 센싱용 영구자석의 인서트 사출 제조시 형성되는 금형 가이드 핀 삽입구 형상이 선접촉 구조를 가져 센싱용 영구자석 노출을 상대적으로 감소시킬 수 있으므로, 외부 충격에 강인한 전동기를 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래의 직류 전동기의 센싱용 영구자석을 감싸는 몰딩부 외연에 형성되는 금형 가이드 핀 삽입구 형상을 예시한 도면이다.
도 2 는 직류 전동기의 계자(Field) 구조를 예시한 도면이다.
도 3 은 직류 전동기의 전기자(Armature) 구조를 예시한 도면이다.
도 4 는 직류 전동기의 센싱용 영구자석과 홀 IC 센서 구조를 예시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기의 센싱용 영구자석을 감싸는 몰딩부 외연에 형성되는 금형 가이드 핀 삽입구 구조의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

도 2 는 직류 전동기의 계자(Field) 구조를 예시한 도면이고, 도 3 은 직류 전동기의 전기자(Armature) 구조를 예시한 도면이다. 도 2 및 도 3 에 도시한 바와 같이, 직류 전동기(100)는 전기자(Armature)(110)와, 계자(Field)(120)와, 정류자(Commutator)(130)와, 브러쉬(Brush)(140)를 포함한다.

전기자(Armature)(110)는 회전축인 회전 샤프트(Rotating Shaft)(111)와, 회전 샤프트에 축설되어 회전하는 회전자 철심(Rotor Core)(112)과, 회전자 철심에 권선되어 기자력(Magnetomotive Force)을 발생시키면서 회전하는 코일(Coil)(113)을 포함한다.

계자(Field)(120)는 전기자(110) 외주연을 따라 전기자와는 이격된 상태로 배열되는 요크(Yoke)(121)와, 요크 내주연에 특정 간격으로 부착되어 전기자(110)와 이격된 공극으로 자속(Flux)을 발생시키는 다수의 영구자석(PM : Permanent Magnet)(122)들을 포함한다.

정류자(Commutator)(130)는 인가되는 교류에 따라 전기자(110)의 회전자 철심(Rotor Core)(112)에 권선된 코일(Coil)(113)에 흐르는 전류의 방향을 주기적으로 변환시킨다.

브러쉬(Brush)(140)는 배터리 등과 같은 직류 전원 공급 장치(도면 도시 생략)로부터 공급되는 직류 전원을 교류로 변환하여 정류자(130)에 인가한다.

정류자(130)에 의해 회전자 철심(Rotor Core)(112)에 권선된 코일(Coil)(113)에 흐르는 전류의 방향이 주기적으로 변환되면, 전자석 역할을 하는 회전자 철심(112)의 극성이 주기적으로 바뀌고, 계자(120)의 요크(121) 내주연에 부착되는 다수의 영구자석(122)들과의 상호적인 인력 및 척력에 의해 전기자(110)가 요크(Yoke)(121) 내부에서 회전하게 된다.

도 4 는 직류 전동기의 센싱용 영구자석과 홀 IC 센서 구조를 예시한 도면이다. 도 4 에 도시한 바와 같이, 직류 전동기(100)는 센싱용 영구자석(150)과, 적어도 하나의 홀 IC 센서(Hall IC sensor)(160)를 포함한다.

센싱용 영구자석(150)은 회전 샤프트(111)에 축설되어 회전하되, 서로 다른 극성으로 다수의 자석들이 교번 배치된다. 도 4 에는 서로 다른 극성으로 다수의 자석들이 교번 배치되어 센싱용 영구자석(150)을 이루고 있음을 볼 수 있다.

적어도 하나의 홀 IC 센서(Hall IC sensor)(160)는 센싱용 영구자석(150) 회전에 따른 극성 변화를 검출하여 전기자(110)의 회전수를 계산한다. 홀 IC 센서(160)에 의해 검출되는 회전수로부터 모터의 회전 여부와 회전 속도를 알 수 있다.

도 5 는 본 발명에 따른 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기의 센싱용 영구자석을 감싸는 몰딩부 외연에 형성되는 금형 가이드 핀 삽입구 구조의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.

센싱용 영구자석(150)은 인서트 사출(Insert Injection) 제작되되, 도 5 에 도시한 바와 같이 센싱용 영구자석을 감싸는 몰딩부(151) 외연에, 전체가 절개되지 않고 중앙 부위 일부만 절개되어 센싱용 영구자석 노출을 상대적으로 감소시키는 다수의 금형 가이드 핀 삽입구(151a)가 형성된다. 예컨대, 금형 가이드 핀 삽입구(151a)가 중앙 부위 일부만 절개된 라운드 형상을 가지도록 구현될 수 있다.

센싱용 영구자석(150)을 인서트 사출시, 센싱용 영구자석(150)이 유동되지 않도록 사출 장비의 금형 가이드 핀(도면 도시 생략)을 통해 센싱용 영구자석(150)을 잡아서 고정하는데, 이 센싱용 영구자석(150)을 잡아 고정하는 부위가 금형 가이드 핀 삽입구(151a)가 형성되는 부위이다.

사출 장비의 금형 가이드 핀은 금형 가이드 핀 삽입구(151a) 형상을 가져 센싱용 영구자석(150)을 잡을 때 선접촉 방식으로 센싱용 영구자석(150)을 고정한다. 선접촉 방식으로 센싱용 영구자석(150)을 고정할 경우, 센싱용 영구자석(150)은 면접촉 방식에 비해 상대적으로 접촉 면적이 작으므로 더 적은 압력을 받게 되고, 상대적으로 영구자석 이탈 및 동심도 불량 가능성이 낮아진다.

이 상태에서 플라스틱 재질 등의 물질로 인서트 몰딩하여 영구자석을 감싸는 몰딩부(151)를 형성하면, 몰딩부(151) 외연에 전체가 절개되지 않고 중앙 부위 일부만 절개되어 센싱용 영구자석 노출을 상대적으로 감소시키는 다수의 금형 가이드 핀 삽입구(151a)가 형성된다.

종래의 금형 가이드 핀은 센싱용 영구자석을 잡는 부위가 접촉 면적이 큰 사각 형상의 면접촉 구조이므로, 센싱용 영구자석을 감싸는 몰딩부 외연을 따라 큰 사각 형상의 금형 가이드 핀 삽입구가 형성되기 때문에 인서트 사출 제조시 형성되는 큰 사각 형상의 금형 가이드 핀 삽입구에 의해 센싱용 영구자석이 외부에 많이 노출되어 외부 충격이 가해졌을 때 센싱용 영구자석이 파손될 가능성이 높았다.

그러나, 본원발명은 인서트 사출 제조시 형성되는 다수의 금형 가이드 핀 삽입구(151a)가 전체가 절개되지 않고 중앙 부위 일부만 절개되므로, 센싱용 영구자석 노출을 상대적으로 감소되어 외부 충격이 가해졌을 때 센싱용 영구자석이 파손될 가능성이 낮아지게 되고, 이로인해 불량품 발생을 최소화할 수 있다.

이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 센싱용 영구자석의 인서트 사출 제조시 형성되는 금형 가이드 핀 삽입구 형상이 선접촉 구조를 가져 센싱용 영구자석 노출을 상대적으로 감소시킬 수 있으므로, 외부 충격에 강인한 전동기를 제조할 수 있다.

본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 직류 전동기 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.

100 : 직류 전동기
110 : 전기자
111 : 회전 샤프트
112 : 회전자 철심
113 : 코일
120 : 계자
121 : 요크
122 : 영구자석
130 : 정류자
140 : 브러쉬
150 : 센싱용 영구자석
151 : 몰딩부
151a : 금형 가이드 핀 삽입구
160 : 홀 IC 센서

Claims (3)

1. 회전축인 회전 샤프트(Rotating Shaft)와, 회전 샤프트에 축설되어 회전하는 회전자 철심(Rotor Core)과, 회전자 철심에 권선되어 기자력(Magnetomotive Force)을 발생시키면서 회전하는 코일(Coil)을 포함하는 전기자(Armature)와;
   전기자 외주연을 따라 전기자와는 이격된 상태로 배열되는 요크(Yoke)와, 요크 내주연에 특정 간격으로 부착되어 전기자와 이격된 공극으로 자속(Flux)을 발생시키는 다수의 영구자석(PM : Permanent Magnet)들을 포함하는 계자(Field)와;
   회전 샤프트에 축설되어 회전하되, 서로 다른 극성으로 다수의 자석들이 교번 배치되는 센싱용 영구자석과;
   센싱용 영구자석 회전에 따른 극성 변화를 검출하여 전기자의 회전수를 계산하는 적어도 하나의 홀 IC 센서(Hall IC sensor)를;
   포함하되,
   센싱용 영구자석이;
   인서트 사출(Insert Injection) 제작되되, 센싱용 영구자석을 감싸는 몰딩부 외연에, 전체가 절개되지 않고 중앙 부위 일부만 절개되어 센싱용 영구자석 노출을 상대적으로 감소시키는 선접촉 구조의 다수의 금형 가이드 핀 삽입구가 형성되는 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기.
2. 제 1 항에 있어서,
   금형 가이드 핀 삽입구가;
   중앙 부위 일부만 절개된 라운드 형상을 가지는 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기가;
   인가되는 교류에 따라 전기자의 회전자 철심에 권선된 코일에 흐르는 전류의 방향을 주기적으로 변환시키는 정류자(Commutator)와;
   공급되는 직류 전원을 교류로 변환하여 정류자에 인가하는 브러쉬(Brush)를;
   더 포함하는 센싱용 영구자석 노출을 최소화한 직류 전동기.

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