KR102615045B1 - 브러시 어셈블리 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전도성 재료, 하우징, 전선 및 단자를 포함하는 전기기계용 전동기에서 사용되는 브러시 및 이를 활용한 브러시 어셈블리에 있어서, 전도성 재료로 탄소섬유 필라멘트 여러 가닥을 뭉친 탄소섬유를 하우징에 압착하여 고정함으로써, 전기기계용 전동기의 정류자에 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 브러시에 관한 것이다.

Description

브러시 어셈블리 및 이의 제조방법{BRUSH ASSEMBLY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 새로운 형태의 브러시, 브러시 어셈블리 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

전기기계용 전동기에는 브러시(brush)가 사용되는데, 최근 생산되는 전동기는 소형화 및 고성능화가 진행되고 있어, 전동기에 사용되는 브러시는 소형이면서 저항손실 작고 마모가 적은 브러시가 요구된다.

현재 슬립링이나 저전압의 전동기에 사용되고 있는 브러시에는 지금까지 흑연 분말과 금속 분말 등을 혼합 소결시킨 혼합물 재질의 것이 사용되고 있는데, 브러시에서의 저항 손실을 낮추기 위해 금속의 함유량을 많게 하면 윤활성이나 아크성에 대한 성능이 나빠지고, 마모량이 커진다는 문제점이 있다.

또한, 교류정류자 전동기에서는 저항 손실을 작게 하기 위해, 저항이 작은 재질을 이용하면 정류가 나빠지고 마모가 증가한다는 문제가 있다.

반대로, 저항이 큰 재질을 사용한 경우에는, 큰 전류를 흘리면 저항발열에 의해 브러시의 온도가 상승한다.

전통적인 브러시는 리드선을 구리 분말 등으로 메워 넣어 압축, 접합하고 전류를 공급하는데, 브러시의 온도가 높으면 코킹 부분의 구리분말이나 리드선이 산화되어 통전이 나빠지고, 결국에는 전동기가 정지한다는 문제가 발생할 기능성이 있다.

또한, 교류정류자 전동기 중에서도 전기 청소기용 등과 같이 회전수가 높은 전동기에서는 고 회전 시에도 정류가 양호하고, 또한 청소기 본체의 사용기간 중 브러시 교환을 하지 않아도 좋도록, 수명을 매우 길게 하는 브러시가 요구되고 있다.

문헌 1 발명을 보면, 표면이 개질된 탄소 분말을 이용한 모터용 탄소 브러시를 개시하고 있고, 실란커플링제로 표면이 개질된 그래파이트(흑연) 분말과 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징을 하나, 흑연을 주재료로 이용한 이러한 브러시는 탄력성이 떨어지면서 쉽게 닳아 회전체에 대한 접촉성이 나빠지고, 분진이 생기는 문제점이 있다.

<배경기술문헌>

(문헌 1) 등록특허공보 제10-2098193호

본 발명은 상기 배경기술의 문제점을 해결하고자, 고속으로 회전하는 전기기계용 전동기에 적용하더라도 분진이 거의 발생하지 않는 브러시를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 연속 사용시간을 늘림으로써 기존의 브러시를 자주 교체해야 하는 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 고유 저항값이 종래의 브러시에 비교하여 월등히 작은 브러시를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 쉽게 마모되지 않음으로 인하여 도전성 회전체에 설치 시 스프링이 필요하지 않는 브러시를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 슬립링에 적용 시 소음(노이즈)이 발생하지 않는 브러시를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 직류(DC) 모터의 정류자가 마찰 등으로 손상되지 않는 브러시를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 종래의 브러시 어셈블리에서 사용되는 절연판이 없는 새로운 형태의 브러시 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 새로운 형태의 브러시를 고분자 수지 재질의 케이스 압착 결합시켜 브러시 하우징 자체가 절연체 역할을 하는 복잡하지 않고 단순한 형태의 브러시 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전도성 재료, 하우징, 전선 및 단자를 포함하는 전기기계용 전동기에서 사용되는 브러시에 있어서, 전도성 재료로 탄소섬유 필라멘트 여러 가닥을 뭉친 탄소섬유를 하우징에 압착하여 고정함으로써, 전기기계용 전동기의 정류자에 전류를 공급하는 브러시인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다양한 구성은 아래의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용인 실시예를 통하여 자세히 설명한다.

본 발명은 위와 같은 구성을 취함으로서 기존의 브러시 및 브러시 어셈블리에서 발생하는 문제를 모두 해결하여 앞에서 설명한 발명의 목적한 바와 같은 효과를 발생시킨다.

본 발명의 다양한 효과는 다음에서 설명하는 실시예를 통하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 나타내는 그림이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 나타내는 그림이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 나타내는 그림이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 나타내는 그림이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 나타내는 그림이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 나타내는 그림이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 나타내는 그림이다.
도 8은 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 나타내는 그림이다.
도 9는 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 나타내는 그림이다.
도 10은 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 나타내는 그림이다.
도 11은 본 발명이 쓰이는 전동기의 예를 나타낸 사진 그림이다.
도 12는 본 발명과 관련된 현행 종래 전동기의 구조를 나타낸 사진 그림이다.
도 13은 본 발명과 관련된 현행 종래 전동기의 구조를 나타낸 사진 그림이다.
도 14는 본 발명과 관련된 현행 종래 전동기의 커버를 나타낸 사진 그림이다.
도 15는 본 발명과 관련된 현행 종래 전동기의 커버 쪽 브러시 어셈블리를 나타낸 사진 그림이다.
도 16은 본 발명과 관련된 현행 종래 전동기의 커버 쪽 브러시 어셈블리를 나타낸 사진 그림이다.
도 17은 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 찍은 사진을 나타내는 그림이다.
도 18은 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 찍은 사진을 나타내는 그림이다.
도 19는 본 발명에 따른 실시예 중 하나를 찍은 사진을 나타내는 그림이다.
<부호의 설명>
100: 브러시
101: 탄소섬유, 탄소섬유 가닥 102: 하우징 103: 전선 104: 단자
200: 브러시 유닛
201: 단위 브러시 202: 브러시 유닛 케이스 203: 케이스 뚜껑
301: 종래 브러시 302: 정류자 303: 회전축 304: 전기자
305: 공기입구 306: 공기출구 307: 전동기 커버 308: 스프링
401: 절연판

이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다.

본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다.

여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환이 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

즉, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

나아가 본 발명의 실시예들에 기재된 물건을 생산하는 방법에 관한 특허권의 권리범위는 그 방법에 의하여 생산한 물건을 실시하는 경우에도 미쳐서 권리범위가 제한되지 않는다.

본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명한다.

도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다.

따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다.

즉, 본 발명의 다양한 양상들, 특징들, 실시예들 또는 구현예들은 단독으로 또는 다양한 조합들로 사용될 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 청구범위에 의해서 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 하고, 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한 통상의 기술을 가진 사람에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 종래기술(공지기술)에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 단자 및 브러시 유닛 케이스에서 전기적으로 연결되는 전선 등 각종 구성은 종래의 기술과 차이가 없고 그대로 이용할 수 있으므로, 아래 본 발명 실시예들에서 특별히 해당 부분을 설명하지 않으면, 당업계 종래의 기술을 통상의 기술자가 사용하는 것으로 이해하여야 한다.

아래에서는 본 발명의 실시예 중 하나를 설명한다.

브러시(brush)는 전기기계용 전동기(電動機)의 움직이는 부분에 연결되어 전류를 공급하는 기본적인 장치 또는 부품이다.

즉, 브러시는 전동기 등의 회전체(정류자,정류환) 위에 결합되지 않는 채 살짝 눌러 붙어진 상태로 접촉 부착되어 고정부(정지체) 사이에서 전류를 전달하는 역할을 한다.

현재 브러시는 전도성 재료로 흑연(黑鉛,그래파이트,graphite)을 주로 사용하고 있다.

흑연을 주된 성분으로 하고 전도성 금속인 구리나 은 등과 혼합한 재료를 이용하는 도 15 및 도 16의 종래 브러시(301)는 흑연이 전기전도성이 우수하고 내열성을 가지므로 기존의 전기기계용 전동기에서 사용하는 것에 큰 문제가 없었으나, 결국 종래 브러시는 사용 기간이 길어지면 마모되어 분진이 발생하고, 나아가 브러시를 정류자에 접촉하게 해 주는 힘을 주는 스프링의 압력이 약화되어 정류 불꽃이 발생하고, 정류자의 손실이 생기게 되는 단점이 있다.

이러한 단점을 갖는 종래 기술의 브러시 구조는 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같은 전체적인 구조에서 잘 알 수 있다.

그리하여 본 출원의 발명자는 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 브러시에 사용되는 주된 전도성 재료로 흑연 대신 전도성 재료로 전도성 섬유인 탄소섬유(炭素纖維,carbon fiber)를 사용하여 본 결과, 흑연을 주된 전도성 재료로 사용하는 기존의 브러시의 단점을 모두 해소하는 것을 확인하고, 이에 본 발명을 완성하고 출원하게 되었다.

본 발명을 구체적으로 설명하면 아래와 같다.

본 발명은 도 1 내지 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 전도성 재료인 전도성 섬유로 탄소섬유(101) 또는 탄소섬유 가닥(101), 하우징(102), 전선(103) 및 단자(104)를 주요 구성으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 탄소섬유를 하우징에 결합하여 구성하므로 기존의 흑연을 주된 재료로 하는 브러시와는 전혀 다른 구조를 갖게 된다.

즉, 본 발명은 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 전도성 재료로 탄소섬유 필라멘트 여러 가닥을 뭉친 탄소섬유(101)를 하우징(102)에 고정함으로써, 뭉쳐진 탄소섬유 부분이 자체적으로 탄성(彈性)을 가지게 되고, 이러한 탄성을 가지는 브러시로 인하여 기존의 브러시에서 사용되는 도 15 및 도 16의 스프링(308)과 같은 부속품이 전혀 필요 없게 되는 장점을 가지게 된다.

본 발명의 설명 기재에서 사용되는 용어인 탄소섬유(1) 또는 탄소섬유 가닥(1)은 특별한 사정이 없는 한, 탄소섬유 필라멘트와 같은 가느다란 형태가 아니라, 아래에서 설명하는 바와 같은 탄소섬유 필라멘트가 여러 개 뭉쳐진 형태를 의미한다.

본 발명의 탄소섬유는 그 자체가 큰 내마모성을 가져 반영구적으로 브러시의 역할을 수행하게 되므로, 흑연을 주된 재료로 하는 기존의 브러시와 대비하여 훨씬 더 적은 수의 부품으로 기존의 브러시의 기능을 수행하면서, 더욱 더 향상된 효과를 가지게 되는 특징이 있다.

본 발명의 브러시를 생산하는 방법은 아래와 같다.

도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 기본적인 형태의 브러시를 설명하여 보면, 먼저 탄소섬유 필라멘트를 여러 개 뭉친 한 탄소섬유를 준비한다.

탄소섬유 필라멘트 1개 가닥은 머리카락보다 가는 실과 같아 탄성을 가지기 어려우므로, 탄소섬유 필라멘트 여러 개를 접착제 등을 이용하여 결합시킨다.

본 발명에서는 접착제로 에폭시 수지(epoxy resin)와 같은 액상 합성수지가 사용되나, 이것을 하나의 접착제의 예시에 지나지 않고 접착제 성분은 이에 한정되지 않는다.

상기 다수개의 탄소섬유 필라멘트는 접착제에 함침 됨으로써, 일시적으로 1개의 가닥으로 고정되어 소정의 길이로 절단되어도 접착제에 의하여 다수개의 탄소섬유 필라멘트로 풀어지지 않게 되므로, 본 발명의 탄소섬유는 자동화 설비를 이용하여 제조될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 탄소섬유는 수많은 탄소 원자가 결정 구조를 이루어 길게 늘어선 분자 사슬로 이루어진 섬유로, 가늘지만 인장강도와 강성도가 높고 고온과 화학물질에 대한 내성이 우수하며, 열팽창이 적은 특징을 가지고 있다.

본 발명에서 사용되는 탄소섬유는 5Ω 이상의 저항을 가지며, 12,000개 이상의 필라멘트가 앞서 설명된 접착제에 함침 되어, 5㎛ 이상의 직경을 갖는 1개의 가닥으로 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 탄소섬유는 5 내지 30Ω의 저항을 가지며, 12,000 내지 24,000개의 필라멘트가 상기 접착제에 함침 되어, 5 내지 40㎛의 직경을 갖는 1개의 가닥으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.

다수개의 필라멘트가 1개의 가닥으로 형성된 탄소섬유는 상기 접착제에 함침 되어 일시적으로 고정된 1개의 가닥이 소정의 길이로 촙(chop)으로 절단하여 다수개가 사용될 수 있다.

상기 촙은 10mm 이상의 길이로 형성될 수 있으며, 바람직하게 10 내지 20mm의 길이로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않음은 물론이다.

다음으로 탄소섬유가 결합되어 고정되는 하우징에 대하여 설명한다.

본 발명에서 하우징은 도 1 또는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 탄소섬유가 들어갈 수 있는 공간부를 구비한 형태를 만든 다음 탄소섬유를 하우징 내부로 넣은 다음 압착(코킹)하여 고정시켜 이탈을 방지시킨다.

하우징의 제조방법으로는 다양한 방법이 있으나 원형 파이프 구조로 된 원재료를 평면으로 누르는 방법으로 탄소섬유가 들어갈 공간부 구조를 만들고, 이 공간부에 탄소섬유를 넣은 후 압착하여 탄소섬유의 이탈을 방지시키는 방법을 사용할 수 있다.

이 때 전선(103)과 단자(104)가 같이 결합되어 압착되어야 하므로 탄소섬유를 하우징 내부로 넣어 압착할 때 전선과 단자가 같이 연결되고 압착되어 브러시 전체 구조를 완성시킨다.

위와 같은 구조를 취함으로써 탄소섬유와 전선 및 단자가 서로 연결되어 통전(通電) 구조를 가져 전류(電流)가 흐르게 된다.

본 발명에서 탄소섬유, 하우징, 전선 및 단자는 도 1 및 도 2와 같은 구조를 취하는 것이 일반적이나 브러시의 용도에 따라서 전선 및 단자는 다양한 위치에 형성될 수 있고, 나아가 그 크기나 구조도 도면에 개시된 것에 제한되지 않는다.

하우징의 재료는 알루미늄이나 구리 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않고, 하우징 형태의 제작 방법으로는 압출 외 다양한 방법으로 제작할 수 있음은 물론이다.

본 발명에서 사용되는 또 다른 하우징의 재료로 알루미늄이나 구리 등의 재료 외에 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 우레탄 수지 재료 중 어느 하나의 재료를 사용할 수도 있다.

이러한 합성수지 계열의 재료를 사용하면 하우징을 제조할 때 대량으로 빠르게 제조할 수 있는 장점을 가지며, 나아가 압착하여 브러시 완성품을 제조할 때에도 압착 공정 등이 쉬워지는 장점이 있다.

이와 같은 수지 재료는 단독으로 하우징을 구성할 수 있고, 알루미늄이나 구리 등의 재료 외부에 덧씌우는 등 복합적으로 하우징의 구조를 구성할 수도 있다.

위와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 브러시는 탄소섬유 부분이 자체적으로 반영구적인 탄성을 가지므로, 기존의 브러시에서 사용되는 스프링이 필요 없게 되고, 나아가 전기기계용 전동기 장치에서 브러시를 볼트 등으로 고정하여 설치할 수도 있으므로 종래 브러시에서 찾아볼 수 없는 장점을 가지게 된다.

본 발명에 따른 브러시는 내구성이 있는 반영구적인 성질을 가지므로 마모되어 분진 등이 발생하지 않아야 하는 청정 등이 필요한 환경에서 사용할 수 있어 BLDC(Brushless DC) 모터를 사용하여야 하는 상황의 전기기계용 전동기에 적용하여 사용할 수도 있어, 종래의 브러시에 비하여 많은 분야에서 장점을 갖는다.

본 발명에 따른 브러시는 20,000RPM 이상에서도 적용될 수 있으므로 고속으로 작동되는 제품의 전동기에 활용될 수 있는 장점이 있다. 반면에 종래 흑연 사용 브러시는 8,000RPM 이상의 고속으로 작동되는 제품의 전동기에는 적용이 어렵다.

본 발명에 따른 브러시의 고유 저항값을 보면 10 내지 60μΩ㎟/m로 종래 흑연 사용 브러시의 고유 저항값인 12 내지 200μΩ㎟/m에 비하여 낮은 물성치를 보이는 장점이 있다.

아래에서는 본 발명의 실시예 중 또 다른 하나를 설명한다.

본 발명의 브러시는 도 1 및 도 3과 같은 기본적인 형태의 탄소섬유와 하우징 결합체 구조와 더불어 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 다양한 목적을 위하여 탄소섬유 가닥을 많이 하우징에 넣어 압착함으로 브러시의 탄성을 더욱 높이고 전류밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 브러시는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 목적에 맞게 많은 양의 탄소섬유를 하우징에 넣고 압착하여 고정시킴으로써 원하는 성능의 브러시를 제조할 수 있다.

도 2를 보면, 본 발명을 실시하여 제조한 브러시 중 하나를 나타낸 사진인데, 이와 같은 형태로 제조하여 브러시의 탄성을 더욱 높이면 고속으로 회전하는 회전체에서도 효과적으로 전류를 공급할 수 있다.

기존의 브러시는 오랜 기간 사용하면 접촉면이 마모되고 결국은 회전하는 정류자와 접촉되는 면이 고르지 않게 되어 불꽃(스파크)이 발생하고, 진동이 유발되며, 소음(노이즈)이 발생하는 문제가 있으나, 본 발명의 브러시를 사용하면 많은 수의 탄소섬유가 탄성을 가지면서 기존의 브러시보다 훨씬 많은 접지점(접촉점)을 가지고 정류자에 접지되어 전류를 공급함으로써 종래 브러시의 모든 문제점을 해결할 수 있게 된다.

도 2와 같은 구조의 브러시를 제조할 때에는 탄소섬유 부분을 길게 하면 오히려 탄성이 떨어지거나 전류 손실이 발생할 수 있으므로 저항을 줄이기 위해서도 가급적 형태를 유지하면서 너무 길어지지 않게 제조하는 것도 중요하다.

본 발명에 따른 브러시는 적용되는 전동기의 회전수에 따라 적절히 탄소섬유의 길이를 조절하여 제조할 수 있다.

아래에서는 본 발명의 실시예 중 또 다른 하나를 설명한다.

본 발명의 브러시는 그 형태를 변형하여 접촉식 슬립링(slip ring)에도 적용할 수 있는 특징을 가지고 있다.

즉, 기존의 접촉식 슬립링에는 브러시 블록이 브러시 와이어를 통하여 슬립링과 접촉 연결되어 작동되는데, 이 장치의 브러시 와이어는 구리선 등으로 되는 것이 대부분이다.

그러나 본 발명과 같은 구조의 브러시를 변형하여 슬립링과 접촉되는 선을 구리선 등이 아닌 탄소섬유로 바꿈으로서 앞의 실시예에서 설명한 바와 같은 기존 재질의 단점을 극복하고 새로운 장점으로 나타나는 작용과 효과를 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 탄소섬유를 브러시 와이어로 활용하는 브러시 제품 구조를 슬립링에 적용하면 탄소섬유가 전류를 공급하고 전기신호(정보)를 전달하는 역할을 하므로 종래 슬립링과 같은 기능을 수행 하면서 탄소섬유를 이용하는 본 발명 브러시의 장점이 그대로 나타나는 효과를 가지게 된다.

아래에서는 본 발명의 실시예 중 또 다른 하나를 설명한다.

앞의 실시예에서 설명한 탄소섬유 필라멘트를 이용한 브러시는 단위 부품으로서 도 11과 같은 회전축(303)을 포함하는 전동기에서 사용된다.

본 발명에서는 앞에서 설명한 브러시(100)를 1개만을 사용하는 것이 아니라 도 8에서 볼 수 있듯이 2개 이상 적층하는 구조로 할 수 있는 단위 브러시(201)로 만들어 사용할 수 있다.

도 4, 도 5 및 도 8을 보면 브러시(100)를 1개 사용하는 것뿐만 아니라, 2개 이상을 사용하여 단위 브러시(201)를 만들고, 이를 브러시 유닛 케이스(202)에 넣고 케이스 뚜껑(203)을 닫고, 합성수지 필름을 브러시 유닛 케이스와 케이스 뚜껑 사이에 넣고 압착 방식을 통해 브러시 유닛(200)을 구성한다.

위와 같은 구성을 실시한 시제품에 관한 모습을 도 17 내지 도 19에서 볼 수 있다.

본 발명에 따른 브러시 유닛은 단위 브러시를 1개 또는 2개 이상 사용하고, 필요에 의하여 3 내지 10개 사용할 수도 있으므로, 그 개수는 특별히 제한되지 않는 것을 특징으로 한다.

도 4 및 도 5를 보면, 이렇게 조립된 브러시 유닛(200)은 절연판(絶緣板,insulating plate)(401)을 사이에 두고 전동기 커버(307)에 결합되는 본 발명의 실시예를 볼 수 있다.

본 발명에 따른 브러시 유닛은 도 4 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 전동기 커버에 나사 또는 리벳 등의 부품에 의하여 결합되고, 이 전동기 커버를 전동기 몸체와 결합함으로써, 본 발명의 브러시 어셈블리를 포함하는 전동기를 제조할 수 있다.

브러시는 플러스와 마이너스 전기를 공급하여야 하므로 도 4 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 브러시 어셈블리는 원주(圓周) 둘레에서 서로 마주보고 있는 형태로 배치된다.

브러시 유닛 케이스는 알루미늄이나 구리, 기타 금속의 재료를 사용할 수 있고, 고분자 수지 재료를 사용하여 케이스를 구성할 수 있으며, 금속 재료의 케이스에 고분자 수지 재료를 코팅하는 구조로 만들 수도 있다.

본 발명의 브러시 어셈블리에서 절연판은 현행 종래 전동기에서 사용하는 절연판을 사용할 수 있으며, 그 재질이나 형태는 크게 제한되지 않는다.

보통 전동기 부품으로서 절연판은 에폭시 수지 또는 페놀 수지로 된 것을 많이 사용하므로, 본 발명에서도 이들 수지로 된 절연판을 사용할 수 있다.

위와 같이 본 발명에 따른 브러시와 이 브러시를 포함하는 브러시 유닛을 이용하여 구성한 브러시 어셈블리는 종래의 흑연을 주된 재료로 하는 브러시 어셈블리와 대비하여 반영구적으로 사용할 수 있음은 물론, 도 15 및 도 16에서 볼 수 있는 스프링 구조가 제거되고, 종래의 흑연을 주된 재료로 하는 브러시 어셈블리와 대비하여 크기(사이즈)가 현저하게 줄어들게 되어 전동기의 소형화(小型化)에 크게 기여할 수 있는 획기적인 발명이다.

아래에서는 본 발명의 실시예 중 또 다른 하나를 설명한다.

종래의 브러시 어셈블리는 브러시와 전동기 커버 사이의 절연을 위하여 절연판(401)을 배치하여 왔다.

그러나 이러한 절연판의 배치는 전동기 전체의 크기를 크게 하는 단점이 있고, 나아가 전동기 생산 원가를 높이는 원인이 된다.

따라서 전동기에서 브러시 어셈블리 역할을 수행하면서 절연판을 없앤 새로운 형태의 기술적 사상이 필요하다.

본 발명에 따른 실시예 중 하나는 앞에서 설명한 브러시 어셈블리에서 절연판을 없애고, 이 절연판이 없음으로 인해서 발생되는 브러시와 알루미늄이나 철로 된 전동기 커버의 통전(通電) 문제를 본 발명의 브러시 유닛 케이스의 소재 변경을 통해 해결하는 것을 특징으로 한다.

도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 브러시 어셈블리에서 가장 중요한 역할을 하는 것은 본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 브러시인데, 이 탄소섬유를 포함하는 브러시 유닛(200)에서 브러시 유닛 케이스(202)가 절연성을 갖는 재료라면 굳이 종래 브러시 어셈블리에서의 절연판(401)과 같은 부속품을 가질 필요가 없다는 점에 착안하여 본 발명의 새로운 형태의 실시예를 완성한 것이다.

도 6 및 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 브러시 유닛(200)에서 빗금친 부분(해치된 부분)은 본 발명에 따른 브러시(100) 또는 단위 브러시(201)를 나타낸 것이다.

이 브러시 또는 단위 브러시는 전기가 통하므로 도 8의 브러시 유닛의 단면도에서 빗금 친 부분에서 볼 수 있는 바와 같이 단위 브러시(201)를 감싸는 브러시 유닛 케이스(202) 및 케이스 뚜껑(203)의 재료를 알루미늄이나 구리와 같은 금속 재질이 아니라, 고분자 재질의 재료를 사용하여 구성함으로서 브러시/단위브러시와 전동기 커버와 전기가 통하는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.

본 발명의 위와 같은 실시예에서 고분자 재질 재료는 성형성을 고려하여 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지 또는 아크릴로니트릴/부타디엔/스타이렌(ABS) 수지를 사용할 수 있으며, 절연성을 갖는 고분자 재료라면 그 종류에 크게 한정되지 않는다.

본 발명의 브러시 유닛 케이스와 케이스 뚜껑은 사출 성형 등을 통해서 대량으로 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 위 실시예에서 브러시 유닛 케이스와 케이스 뚜껑은 고분자 재질이므로 열을 이용한 압착 공정으로 원하는 브러시 유닛을 만들 수 있으며, 고분자 재료를 이용하여 브러시 유닛을 만드는 방법은 이러한 방법에 한정되지 않고 다양한 방법으로 만들 수 있음은 물론이다.

도 9를 보면, 본 발명에 따른 절연판이 없는 구조의 브러시 어셈블리(도 9의 (B))를 절연판이 있는 브러시 어셈블리(도 9의 (A))와 대비하여 볼 수 있고, 이러한 구조는 종래 구조의 브러시 어셈블리나, 앞에서 설명한 절연판을 가지고 있는 본 발명의 실시예 형태와 대비하여 훨씬 더 작고 간단한 형태를 갖추게 됨을 도 10을 통해서 알 수 있다.

위와 같이 본 발명에 따른 도 10과 같은 브러시 어셈블리를 갖는 전동기 커버를 전동기 몸체와 결합함으로써 앞에서 설명한 탄소섬유를 이용한 브러시를 이용한 브러시의 장점이 모두 구현되는 새로운 형태의 전동기를 실현할 수 있다.

나아가 본 발명의 실시예에서 위와 같이 절연판이 없는 구조의 브러시 유닛 케이스를 활용한 브러시 유닛이 구성 된다면, 도 8 내지 도 10과 같은 종래 브러시 유닛 케이스와 같은 모양에 한정될 필요가 없다.

따라서 원주 둘레에 배치되어 서로 마주 보고 있는 형태의 브러시 유닛을 구성하면 브러시 역할을 충분히 하면서 전동기를 작동시키므로, 위와 같이 절연판이 없는 구조의 브러시 유닛은 도 8 내지 도 10에 예시된 형태에 구애받지 않고 다양하게 케이스 커버와 결합되어 브러시 역할을 수행할 수 있다.

아래에서는 본 발명의 실시예 중 또 다른 하나를 설명한다.

앞의 실시예에서 설명한 탄소섬유 필라멘트 여러 가닥을 접착제 등을 이용하여 결합시키는 방법에 대하여 설명한다.

먼저 보빈(bobbin)에 감긴 탄소섬유 필라멘트를 풀어 앞에서 설명된 접착제가 포함된 챔버(chamber)를 통과하여 상기 탄소섬유 필라멘트를 접착제에 함침시킨다.

예를 들면, 보빈에 감긴 12,000 내지 24,000개의 필라멘트가 포함된 탄소섬유를 풀어 앞서 설명된 접착제가 포함된 챔버를 통과하여 상기 탄소섬유가 접착제에 함침 될 수 있다.

다음으로, 접착제에 함침 된 탄소섬유 필라멘트는 탄소섬유 1개 가닥으로 변형되기 위하여 열풍 건조가 수행된다.

예를 들면, 접착제에 함침 된 탄소섬유는 12,000 내지 24,000개의 필라멘트가 포함된 탄소섬유가 1개의 가닥으로 변형되기 위하여, 열풍 건조가 수행될 수 있다.

이때, 열풍 건조는 12,000 내지 24,000개의 필라멘트가 포함된 탄소섬유가 집속성을 갖기 위하여, 90 내지 120℃의 온도에서 건조가 수행될 수 있다.

예를 들어, 90℃ 미만의 온도에서 건조가 수행될 경우에는 휘발속도가 느려져 건조 효율이 떨어질 수 있고, 120℃ 초과의 온도에서 건조가 수행될 경우에는 접착제가 용융되어 다수개의 필라멘트가 포함된 탄소섬유가 1개의 가닥으로 변형되기 어려울 수 있다.

다음으로, 1개의 가닥으로 변형된 탄소섬유는 권선기를 통과하여 권선 처리될 수 있다.

이후, 권선 처리된 탄소섬유는 컷팅기를 통과하여 앞서 설명된 바와 같이 전기기계용 전동기에 적용되는 브러시가 요구하는 적절한 길이를 갖도록 절단된다.

그런 다음, 미리 제작된 하우징에 다수 개 또는 많은 양의 탄소섬유 가닥을 넣은 후 하우징을 압착하여 본 발명의 브러시를 제조할 수 있다.

본 발명은 브러시, 브러시 어셈블리 및 이의 제조방법으로 산업상 이용가능한 발명이다.

Claims (8)

1. 탄소섬유 필라멘트 여러 가닥을 뭉치게 하기 위하여 접착제로 에폭시 수지를 사용하며, 탄소섬유 필라멘트는 12,000 내지 24,000개가 뭉쳐진 것을 특징으로 하고, 탄소섬유는 5 내지 30Ω의 저항과 5 내지 40㎛의 직경을 가지며, 10 내지 20mm의 길이로 촙(chop)으로 절단되어 형성된 전도성 재료로 탄소섬유 필라멘트 여러 가닥을 뭉친 탄소섬유(101)를 알루미늄이나 구리 중 어느 하나의 재료인 하우징에 압착하여 고정하여 단위 브러시(201)를 구성하고, 상기 단위 브러시(201)를 브러시 유닛 케이스(202)에 넣고 케이스 뚜껑(203)을 닫아 브러시 유닛(200)을 구성하는 것을 특징으로 하는 브러시 어셈블리.
2. 청구항 1에 있어서, 유닛 케이스는 알루미늄이나 구리 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 브러시 어셈블리.
3. 청구항 1에 있어서, 케이스 뚜껑은 알루미늄이나 구리 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 브러시 어셈블리.
4. 청구항 1에 있어서, 유닛 케이스는 고분자 수지 재료인 것을 특징으로 하는 브러시 어셈블리.
5. 청구항 1에 있어서, 케이스 뚜껑은 고분자 수지 재료인 것을 특징으로 하는 브러시 어셈블리.
6. 청구항 4 또는 5 중 어느 한 항에 있어서, 고분자 수지 재료는 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지 또는 아크릴로니트릴/부타디엔/스타이렌(ABS) 수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 브러시 어셈블리.
7. 청구항 1에 있어서, 단위 브러시(201)는 1개 내지 10개 사용되는 것을 특징으로 하는 브러시 어셈블리.
8. 청구항 1의 브러시 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.