KR19980070832A - 회전 검출기 - Google Patents

Abstract

소형 영구자석 직류전동기(20)를 위해 제공되는 회전 검출기(10)는 전동기용 자속 환(15)의 주위를 감는 유도 코일(11)을 구비한다. 이 자속 환(15)은 상기 코일(11)을 감도록 하는 계단부(18)를 구비한다. 이 코일(11)은 전동기의 회전자에 의해 고정자의 자계가 변화함에 따라 전기 신호를 발생시킨다.

Description

회전 검출기

본 발명은 전기 전동기를 위해 사용되는 회전 검출기에 관한 것으로서, 특히, 소형의 영구 자석형 직류(PMDC) 전동기에 관한 것이다.

영구 자석형 직류 전동기는 전동기의 속도 및 전동기 회전축의 회전수가 검출될 것을 요구한다. 종래에 이 검출은 축에 장착된 자석 및 홀(Hall) 센서를 사용하거나 또는 광 센서와 함께 축에 장착되는 엔코더를 사용하여 이루어지기도 한다.

상대적으로 고가인 부품을 사용하는 이러한 방법에 따르면, 장비의 조립에 소요되는 시간이 증가하며, 이를 손상을 입기 쉬운 전동기의 외부에 설치하거나 또는 전동기의 내부에 설치하여 전동기의 크기를 증가시키게 되거나 어느 경우에도 설치를 위해 상당한 공간을 차지하므로, 전동기의 설계에서도 이러한 부품을 안전하게 설치할 수 있도록 하는 고려가 있어야 한다.

최근에는, 전동기의 회전에 따라 전동기의 자속의 변화를 검출하는 유도 코일을 사용하는 회전 검출기가 개발되고 있다. 예를 들면, EP A0626748인데, 여기서는 베어링 보스에 압축 조립되어서 전동기의 비-구동 단부에 배치되는 분리 외장에 인덕터/커패시터가 설치된다. 이러한 배치에서, 코일은 누설 자속을 검출하며, 한편, 효율적인 전동기를 위해서는 자속의 누설을 최소화해서 효율성을 증가시키는 것이 바람직하므로 이러한 유형의 검출기의 신뢰성 및 감응성을 감소시키게 된다. 또한 EP-A-0529131 역시 전동기의 내부에 설치된 코일을 사용한다.

감응성이 뛰어난 검출기를 제공하기 위하여, 본 발명에 따른 회전 검출기는 전동기의 고정자를 위한 자속 귀환 경로를 제공하기에 적합한 자속 안내 수단(Conducting Means)의 둘레에 감겨진 유도 코일을 사용한다. 이상적으로, 이 자속 안내 수단은 전동기의 외장에 설치되는 자속 환(Flux ring)이며, 전동기 외장의 일부일 수도 있다. 자속 환은 일반적으로 고정자의 자석 폴(magnetic pole)들 사이에서 낮은 저항의 자속 귀환 경로를 제공하는 데 일반적으로 사용된다. 자속 환의 사용으로 자속을 집중시키고 자속의 누설을 감소시킬 수 있다. 한편, 전동기의 외장은 자속 경로가 포화될 위험 없는 얇은 물질로 만들어진다.

자속 환의 둘레에 유도 코일을 감는 것에 의해, 자속 환은 코일을 위한 코어로 기능하며, 코일의 형성을 단순히 하는 반면, 자속이 코일을 통과하는 것을 확실히 하고 회전 검출 회로로 강한 신호를 보내도록 한다. 동시에, 이 자속 환의 실시예는 검출회로에 아무 영향을 주지 않고 전동기가 변환 될 수 있도록 한다. 사실상, 회전 검출기는 상기의 자속 환을 적절하게 개조하는 것에 의해 어떤 전동기에나 장착될 수 있으며, 또한 전동기내에 설치되는 특별한 구조물을 요구하는 것도 아니다.

본 발명의 목적은 유도 코일을 사용하는 영구 자석 직류 전동기를 위한 새로운 회전 검출기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 회전 검출기를 도시한 도면,

도 2는 평평한 외면을 가진 전동기에 도 1의 회전 검출기를 장착한 상태를 도시한 도면,

도 3은 도 2에 유사한 도면으로, 둥근 외면을 가진 전동기에 회전 검출기를 장착한 상태를 도시한 도면,

도 4는 다른 실시예에 따른 회전 검출기를 전동기에 장착한 상태를 도시한 도면,

도 5는 변형된 실시예에 따른 회전 검출기를 전동기에 장착한 상태를 도시한 도면,

도 6은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit board :PCB)에 장착된 도 5에 따른 회전 검출기의 장착 상태를 도시한 도면, 그리고

도 7은 또 다른 실시예에 따른 회전 검출기를 도시한 도면이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 회전 검출기 11: 코일

15, 16, 17, 28 : 자속 안내 수단 20 : 전동기

23 : 영구 자석 30 : 인쇄 회로 기판(PCB)

32 : 회로 소자

회전 검출 회로는 종래의 잘 알려진 것으로, 본 발명의 일부분을 형성하는 것은 아니므로 이하에서 설명을 하지는 않을 것이다. 그러나, 회전 검출기로부터의 신호는 회전 검출 회로로 공급되어 속도 제어, 위치 제어, 과부하 검출 및 작동의 장애 등의 고장 조건을 포함하는 바람직한 기능을 수행하는 용도로 사용된다는 사실을 주지하여야 할 것이다.

따라서, 본 발명은 영구 자석 고정자를 내장하는 외장을 구비하는 직류 전동기와 함께 사용되는 회전 검출기에 있어서, 고정자를 위한 자속 귀환 경로를 제공하기 위하여 개선된 자속 안내 수단과; 상기 자속 안내 수단의 주위에 감겨진 코일을 포함하여 전동기의 자속에서의 변화가 상기 코일 내에서 전기 신호를 발생시키도록 하는 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 검출기를 제공한다.

바람직하기로, 상기의 자속 안내 수단은 전동기 외장과 결합되어 설치되도록 한다.

또한, 상기 자속 안내 수단은 전동기의 외장의 최소한 일부를 구성할 수도 있다.

바람직하기로, 상기의 자속 안내 수단은 인쇄 회로 기판에 끼워지며, 상기의 코일은 인쇄 회로 기판의 단자들 위에서 종지되고, 인쇄 회로 기판은 전동기의 암 단자(female terminals)와 짝이 맞게 배치되는 수 단자(mail terminals)를 구비한다.

바람직하기로, 상기의 인쇄 회로 기판은 상기의 코일로부터의 신호를 평가하기 위한 회로 소자를 구비한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 제 1 실시예의 회전 검출기(10)에서, 자속 안내 수단은 자속 환(15)이며, 코일(11)은 이 자속 환의 둘레를 감고 있다. 자속 환(15)은 완전한 껍질 형식이며, 사용상태에서 이 환은 전동기 외장을 본질적으로 감싸는 의미를 갖는다. 실제에 있어서, 풀려진 상태에서 자속 환의 내경은 전동기 외장의 직경보다 작아서, 자속 환(15)을 전동기 외장에 확고히 결합시키는 데 유용한 탄성 정도로 자속 환(15)이 전동기 외장에 꽉 끼워지도록 한다.

자속 경로에 의한 저항을 최소화하기 위해서, 환의 형상은 본질적으로 전동기 외장의 형상과 잘 어울리도록 형성되어 전동기 외장과 환 사이에서 양호한 접촉상태를 부여하도록 한다.

도시된 전동기(20)는 편편한 외측면을 가진 전동기로서, 그 외장은 서로 평행하게 놓인 두 개의 직선형 부분에 의해 연결되는 두 개의 호(弧) 형상, 또는 부분 원(圓)의 형상을 가진 부분으로 구성된다.

고정자는 전동기 외장의 원형 부분에 끼워지는 두 개의 원호형 영구자석(23)을 갖는다. 자속 환(15)은 고정자 자석의 폴들을 통해 지나가는 평면의 해당 위치에 절개부(19)를 갖도록 형성된다.

코일(11)은 상기 자속 환의 직선 부분 중 한 곳을 감도록 한다. 작동 중에는 이곳이 자속이 최대로 집중되는 지역이다. 자속 환(15)은 계단형으로 변형되어 코일을 감을 수 있는 공간부를 자속 환과 전동기 외장 사이에 형성되도록 계단부(18)를 구비하며, 나머지 부분은 전동기 외장과 밀착된다. 코일은 도 1에 도시된 것처럼 자속 환(15)에 끼워지는 단말(12) 위에서 종지될 수 있으며, 또한 도 2에 도시된 것처럼 고정되지 않은 도선의 형태를 가지고 바로 검출회로로 연결될 수도 있다.

도 3은 둥근 외형의 전동기(20)(원형의 단면을 가지는 외장의 전동기)에 장착된 유사한 회전 검출기(10)를 도시한 것이다. 멈춤쇠(미도시됨)는, 전동기 외장(22)에 고정자의 자석 폴을 통해 지나가는 평면과 일치되도록 배치되는 절개부(19)를 가지며 자속 환(15)(또한 원형의 단면을 가진다)이 전동기의 외장에 끼워지도록 하며, 또한 인접하는 두 개의 고정자 폴 사이에 위치하는 계단부(18)위에 코일(11)이 위치한다. 일반적으로 이러한 전동기는 두 개 이상의 폴을 가지며 형성된 두 개의 개별적인 원호 형상의 영구 자석 또는 환형 고무 자석을 갖는다.

도 4에는 도 1 및 도 2에 도시된 회전 검출기의 구성과 유사한 회전 검출기(10)가 도시되며, 도 4에 도시된 회전 검출기(10)는, 자속 안내 수단이 마치 껍질 반쪽과 같은 형상으로 전동기 외장(22)을 단지 절반만 감싸며 연장되는 자석 환(16)을 구비하도록 변형된 것이다. 실제로, 자속 환(16)은 절반보다는 조금 더 연장되어, 상기의 전동기 외장 위에서 자체 지지하는 손잡이를 제공하도록 한다. 나머지의 모든 관점에서는 전술한 도 1의 실시예와 동일하다.

도 5에는 도 2 및 도 4에 도시된 회전 검출기와 유사한 형상의 회전 검출기(10)가 도시되며, 이 도면에는 4분의 1 정도 크기의 껍질모양으로 된 자속 환(17)이 자속 안내 수단으로 제시된다. 4분의 1 조각 껍질모양의 자속 환(17)은 전동기 외장의 평평한 면을 따라 자석들 사이에 연장되며, 전동기 외장에 의해 제공되는 자속 경로를 보충한다. 또한, 자속 환(17)은 복수 개의 폴 사이 또는 자석 사이의 위치에 계단부(17)를 구비하여 그 곳에 코일을 감을 수 있도록 한다.

4분의 1 껍질 모양의 자속 환(17)은 도 6에 도시된 것과 같이, 자속 환(17)이 인쇄 회로 기판(PCB)(30)에 끼워진 재미있는 배치를 가질 수 있다. 이 PCB(30)는 기판(30)을 전동기용 전원 측에 기판을 접속하고 전동기를 작동하는 제어신호를 공급하기 위한 접속기(33)를 구비한다. 이 PCB(30)는 또한, 회전 검출기(10)로부터의 신호를 평가하고, 입력 제어 신호들과 회전 검출기로부터의 신호에 응답하여 전동기(20)를 제어하기 위한 전자 회로 소자(32)를 구비한다. 이 제어신호는 단순한 온/오프 신호일 수도 있고, 속도나 위치를 유지하기 위해 조건을 지시하는 보다 복잡한 신호일 수도 있다. 도시된 실시예에서, 전동기는 암 단자(미도시)를 가지며, 이 PCB(30)는 수 단자(31)를 구비하여 전동기의 암 단자와 끼워 질 수 있도록 한다. 비록 대부분의 응용예에서, 진동이나 녹킹에 기인하여 PCB(30)에 대한 전동기(20)의 상대 위치가 변하게 되는 현상을 예방하도록 전동기 외장(22)을 자속 링(17)에 잡아주는 부가적인 지지수단이 요구되지만, 수 단자(31) 역시, 위치 고정을 보조하고 지지를 보조하는 역할을 제공한다.

이상과 같이 평면의 측면부를 가지는 전동기에 적용된 경우를 살펴보았지만, 둥근 모양의 전동기에서도, 상기의 4분의 1 껍질 모양의 자속 환은 응용될 수 있으며, 이때, 고정자의 폴들과 자속 환의 배치를 바로 잡을 수 있도록 주의를 기울여야한다.

도 7의 실시예는 분리된 자속 환을 도시하고 있으며, 전동기 외장을 자속 안내 수단으로 사용하고 있다. 외장은 평평한 측면을 구비하는 형식으로 두 개의 반쪽(25, 26)이 도브테일(Dovetail) 결합부(27)에 의해 하나로 결합된다. 이 결합부(27)는 외장의 직선 면인 측면부를 따라 형성되며, 고정자를 구성하는 한 쌍의 자석들 사이에 위치한다. 분리된 각각의 절반부에는 단일한 원호형의 자석이 놓이게 된다.

결합부들 중 하나는, 제 1의 절반부(25)에 형성된 곧게 뻗은 돌출부(Finger)(28)를 구비하여, 그 돌출부가 다른 절반부(26) 내의 잘라낸 오목부(29)와 결합되도록 한다. 이 돌출부(28)의 주변에는, 유도 코일(11)이 놓여지거나 또는 감겨져서 회전자가 회전함에 따라 발생하는 자계의 변화를 감시한다. 코일(11)은 코일을 감은 보빈(bobbin)일 수도 있으며, 코일 단자(12)를 지지하도록 보조할 수도 있는 한편, 바람직하기로는 최소한의 차원을 가지고 단단히, 안정되게, 그리고 절연되는 코일을 제공하도록 에폭시 또는 수지 등으로 캡슐에 싸 넣을 수도 있다.

또한, 전동기의 외장은, 코일이 끼워지는 잘라져 올려진 부분을 가지며 또한 볼록부를 통과하는 자속 경로의 자기 저항을 최소로 만들도록 잘라져 형성된 오목부의 가장자리에 밀접히 인접하는 첨단을 가지는 볼록부를 만들어서 형성되는 오목부 안쪽으로 뒤로 변형되거나 굽혀지는 볼록부를 가지는 많이 늘여진 깡통 형상일 수도 있다.

전술한 바와 같은 유도 코일을 사용하는 영구 자석 직류 전동기를 위한 새로운 회전 검출기를 제공하는 것에 의하여, 신뢰성 및 검출 능력이 뛰어난는 회전 검출기를 얻을 수 있게 되었다.

지금까지 본 발명과 관련된 다양한 실시예를 구체적으로 설명하였다, 그러나, 본 발명의 기술 사상은 전술한 것에 제한되지 않으며, 오히려 본 발명의 기술분야에서 전문적인 지식을 가진 자라면, 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형 또는 개선된 상태로 실시할 수 있을 것이고 따라서 이러한 변형 및 개선 역시 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것이다.

Claims (7)

1. 영구 자석 고정자를 내장하는 외장을 구비하는 직류 전동기와 함께 사용되는 회전 검출기에 있어서,

   자속 안내 수단(15, 16, 17, 28) 및 상기의 자속 안내 수단의 주위에 감겨진 검출 코일(11)을 구비하며, 상기 자속 안내 수단(15, 16, 17, 28)은 고정자를 위한 자속 귀환 경로를 제공하도록 설비되어 전동기의 자속에서의 변화에 의해 상기 검출 코일(11)내에서 전기 신호가 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 회전 검출기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 자속 안내 수단은(28) 전동기 외장(25, 26)의 최소한 일부를 구성하는 것을 특징으로 하는 회전 검출기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 자속 안내 수단(15, 16, 17)은 전동기 외장(22)과 결합되어 설치되는 것을 특징으로 하는 회전 검출기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 자속 안내 수단(17)은 인쇄 회로 기판(30)에 끼워지며, 상기 인쇄 회로 기판(30)은 전동기의 암 단자(20)와 짝이 맞게 배치되는 수 단자(31)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전검출기.
5. 제 4항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판(30)은 상기 코일(11)로부터의 신호를 평가하고 이러한 신호에 따라 상기 전동기(20)를 제어하기 위한 회로 소자(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전검출기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 자속 안내 수단(15, 16, 17)은 전동기 외장에 끼워지는 자속 환인 것을 특징으로 하는 회전 검출기.
7. 제 6항에 있어서, 상기의 자속 환(15, 16, 17)은 상기의 코일 권선을 설치하는 계단부(18)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 검출기.