KR20000055857A - 무정류자 전동기의 보조마그네트 장착구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무정류자 전동기의 보조마그네트 장착구조를 개시한다.

본 발명은, 하우징과, 하우징 내주면에 고정되는 고정자 코어와, 고정자 코어에 권선되어 전류 인가시 전자력을 발생하는 코일과, 하우징에 의해 회전 가능하게 지지되는 회전축과, 회전축과 일체로 결합되며 그 외주면에 영구자석이 부착되어 고정자 코어의 내측에서 영구자석과 전자력과의 반발력에 의해 축과 함께 회전하는 회전자 코어와, 회전축에 고정되는 보조마그네트 및 하우징에 고정되어 축의 회전에 따른 보조마그네트의 자극을 검출하는 센서로 이루어지는 무정류자 전동기에 있어서, 그 내주면에 암나사부를 가지며, 외주면에는 폭 방향으로 단차부가 형성되어 이 단차부에 보조마그네트가 접착 고정되는 링형의 커플러가 구비되고; 회전축의 선단에는 커플러의 암나사부에 대응하는 수나사부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 보조마그네트의 분해장착에 따른 공정이 개선됨으로써 전동기의 조립성이 향상되며, 보조마그네트의 극간 간격을 일정하게 유지할 수 있게 되어 전류 인가시점의 정확한 제어를 가능하게 함으로써 성능 향상의 효과를 얻을 수 있다.

Description

무정류자 전동기의 보조마그네트 장착구조{STRUCTURE FOR FIXING A SUPPORT MAGNET OF BRUSHLESS DIRECT CURRENT MOTOR}

본 발명은 무정류자 전동기(Brushless Direct Current motor)에 관한 것으로, 회전자 코어와 함께 회전축에 설치되어 축과 동일한 속도로 회전함으로써 회전자 코어에 부착된 영구자석의 상대적인 회전위치를 검출할 수 있게 하는 보조마그네트의 장착구조에 관한 것이다.

영구자석형 동기전동기(Permanent magnetic synchronous motor)의 일반적인 작동원리는 고정자에 3상으로 권선되어 있는 코일에 전류를 인가하여 전자력을 발생시켜 회전자의 영구자석과의 반발력에 의해 회전토크가 얻어질 수 있게 하는 것이다. 이때, 회전자에 설치된 영구자석은 회전에 의해 극성의 위치가 계속적으로 변화하게 되고 그에 따라 전류의 인가시점이 결정되어야 하므로, 회전자와 같이 회전하도록 회전축상에 슬립링(Slip ring)을 설치하고 이 슬립링과 마찰하면서 코일에 전류를 공급할 수 있도록 정류자(Brush)를 하우징 또는 브래킷에 고정 설치하여, 코일에 형성되는 전자석의 극성이 일정한 간격으로 자동적으로 전환되게 하고 있다. 따라서, 종래의 영구자석형 동기전동기는 고정된 정류자가 회전하는 슬립링과 기계적인 마찰을 일으켜 스파크(Spark) 및 마모에 의한 분진 등이 발생하고, 마모가 진행된 후에는 이를 교체해주어야 하는 단점이 있다.

무정류자 전동기는 센서를 이용하여 회전에 따른 영구자석의 극성의 위치변화를 감지하고, 제어기에서 센서로부터 발생한 신호를 전달받아 전류의 인가시점을 제어하게 한 것으로서, 정류자에 의한 직접적인 접촉방식에 비해 스파크로 인한 가스 폭발의 위험도 없고 비마모성으로 수명도 영구적인 장점이 있다.

도 1은 이와 같은 무정류자 전동기의 구조를 나타낸 것으로, 원통형의 하우징(1) 내주면에 3상으로 코일(4)이 권선된 고정자 코어(3)가 고정되고, 하우징(1)의 중심을 관통하는 회전축(5)에 회전자 코어(6)가 일체로 결합되어 고정자 코어(3)와 일정한 간격을 유지하면서 둘러싸인 형태로 이루어져 있다.

회전축(5)은 하우징(1) 전면과 리어 브래킷(2)에 베어링(8)을 통해 각각 회전 가능하게 지지되고, 회전자 코어(6)의 바깥 둘레면에는 N극과, S극이 교대하는 형태로 영구자석(7)이 부착되어 있다.

한편, 리어 브래킷(2)을 관통하여 하우징(1) 후측으로 돌출된 회전축(5)의 둘레를 따라 회전축(5)과 동일한 회전속도로 회전하도록 보조마그네트(9)가 설치되고, 이 보조마그네트(9)의 극성배열은 영구자석(7)과 동일한 형태로 이루어져 있다. 그리고, 회전에 의한 보조마그네트(9)의 위치변화를 감지하여 영구자석(7)의 상대위치에 따라 코일(4)에 인가되는 전류의 인가시점을 결정하기 위한 센서(10)가 리어 브래킷(2)을 통해 설치되어 있다. 이때, 센서(10)는 주로 홀소자(Hall element) 또는 광센서(Photo sensor)가 사용되며, 보조마그네트(9)와 대향 설치된 상태에서 리어 브래킷(2)에 고정된 센서기판(11)을 통해 제어기(도시되지 않음)에 연결된다.

보조마그네트(9)의 자극 검출은 회전축(5)이 회전하면서 보조마그네트(9)의 N극과 S극에서 교대로 발생하는 자계신호를 고정된 센서(10)에서 검출하여 하이시그널(High signal)과 로우시그널(Low signal)로 변환하여 제어기(도시되지 않음)로 전달한다.

이와 같은 무정류자 전동기는 조립시, 영구자석(7)과 회전자 코어(6) 및 회전축(5) 등으로 되어있는 회전자를 하우징(1)에 결합시키고, 베어링(8)이 압입되어 있는 리어 브래킷(2)을 하우징(1)에 조립한 뒤, 보조마그네트(9)를 회전축(5)에 부착하고 센서(10)가 부착된 센서기판(11)을 리어 브래킷(2)에 조립하는 순서로 진행된다. 분해는 조립의 역순으로 진행되는데 회전자를 분해하려면 축(5)에 접착된 보조그네트(9)를 떼어내어야하며 조립시 다시 축(5)에 부착시켜야 한다. 따라서, 전동기의 분해조립이 빈번한 경우 반복되는 보조마그네트(9)의 분리 접착 작업에 의해 작업성이 크게 저하되는 단점이 있다.

또한, 보조마그네트(9)는 통상 고무자석을 사용하는데 전동기의 조립이 완료된 후 부착하게 되므로 극간길이를 정확히 일치시키기 어려우며, 이와 같이 극간길이가 균일하지 못한 경우 전류가 편중되어 과도하게 흐르는 등의 문제점이 발생하게 됨으로써 전동기의 성능저하 및 안정성을 해치는 원인으로 작용하였다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 보조마그네트를 보다 간편하게 회전축에 고정시킬 수 있게 함과 동시에 빈번한 분해 조립에 따른 극간길이 불균일의 문제점을 해결할 수 있는 무정류자 전동기의 보조마그네트 장착구조를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징과, 하우징 내주면에 고정되는 고정자 코어와, 고정자 코어에 권선되어 전류 인가시 전자력을 발생하는 코일과, 하우징에 의해 회전 가능하게 지지되는 회전축과, 회전축과 일체로 결합되며 그 외주면에 영구자석이 부착되어 고정자 코어의 내측에서 영구자석과 코일에 형성된 전자력과의 반발력에 의해 회전축과 함께 회전하는 회전자 코어와, 회전축에 고정되는 보조마그네트 및 하우징에 고정되어 축과 함께 회전하는 보조마그네트의 자극을 검출하는 센서로 이루어지는 무정류자 전동기에 있어서, 그 내주면에 암나사부를 가지며, 외주면에는 폭 방향으로 단차부가 형성되어 이 단차부에 보조마그네트가 접착 고정되는 링형의 커플러가 구비되고; 회전축의 선단에는 커플러의 암나사부에 대응하는 수나사부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 커플러의 단차부에 보조마그네트를 접착시켜 커플러와 보조마그네트를 먼저 조립한 뒤, 커플러의 암나사부와 회전축의 수나사부를 체결하여 고정시킨다. 이때, 커플러의 반경방향으로 나사를 체결함으로써 나사부의 풀림을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 무정류자 전동기의 구조를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 무정류자 전동기의 구조를 나타낸 단면도,

도 3은 커플러와 보조마그네트의 분해 조립도,

도 4는 커플러와 회전축의 결합도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 ; 전동기 하우징(Motor housing) 2 ; 브래킷(Rear bracket)

3 ; 고정자 코어(Stator core) 4 ; 코일(Coil)

5 ; 회전축 5a ; 수나사부

6 ; 회전자 코어(Rotor core) 7 ; 영구자석(Magnet)

8 ; 베어링(Bearing) 10 ; 센서(Sensor)

20 ; 보조마그네트 30 ; 커플러(Coupler)

31 ; 단차부 32 ; 암나사부

이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 후술하는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 무정류자 전동기를 나타낸 것으로, 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일 번호를 부여하였다.

도시된 바와 같이, 원통형의 하우징(1) 내주면에 고정자 코어(3)가 고정되고, 고정자 코어(3)에는 코일(4)이 3상으로 권선되어 전류 인가시 전자력을 발생하게 된다. 회전축(5)은 베어링(8)이 압입 설치된 하우징(1) 전측과 하우징(1) 후측에 조립되는 리어 브래킷(2)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 이 회전축(5)에는 외주면에 영구자석(7)이 부착된 회전자 코어(6)가 일체로 결합되어 고정자 코어(3)의 내측에 위치된다. 따라서, 코일(4)에 형성되는 전자력과 영구자석(7)의 반발력에 의해 회전축(5)과 함께 회전하게 된다.

한편, 하우징(1) 후측에는 하우징(1) 내부를 밀폐함과 동시에 회전축(5)을 지지하도록 리어 브래킷(2)이 조립되고, 하우징(1) 내측으로부터 리어 브래킷(2)을 관통하여 외부로 돌출된 회전축(5) 선단에는 축(5)과 동일한 속도로 회전하도록 보조마그네트(20)가 링형의 커플러(30)를 통해 장착된다. 그리고, 회전축(5)에 인접하여 센서기판(11)이 브래킷(2)에 부착되고, 회전축(5)에 고정된 보조마그네트(20)에 인접하여 그 자계 방향에 대향하도록 리드선을 통해 센서(10)가 설치된다. 이 센서(10)는 축(5)의 회전에 따라 위치 변화하는 보조마그네트(20)의 자극검출을 목적으로 하는 것으로, 센서(10)에서 발생된 위치정보는 센서기판(11)을 통해 연결된 제어기(도시되지 않음)로 전달된다.

따라서, 코일(4)에 전류가 인가되면 이로부터 발생된 전자력과 회전자 코어(6)에 부착된 영구자석(7)의 반발력에 의해 회전축(5)이 회전하게 되고, 축(5)의 회전에 의해 바뀌는 보조마그네트(20)의 자극 위치를 센서(10)에서 감지하여 그 위치정보를 제어기로 전달함으로써 코일(4)에 인가되는 전류의 인가 시점을 정확하게 제어할 수 있게 된다.

도 3, 도 4는 본 발명에 따른 보조마그네트 장착구조를 나타낸 것으로, 본 발명에서는 보조마그네트(20)를 커플러(30)에 먼저 고정시킨 뒤, 커플러(30)를 회전축(5)에 결합하는 방식으로 회전축(5)에 보조마그네트(20)가 설치된다.

이와 같은 본 발명에 따라 커플러(30)는 회전축(5)을 그 안쪽으로 삽입하는 링 형상으로 이루어져 내주면에 축(5)과의 결합을 위한 암나사부(32)가 형성되고, 외주면은 폭 방향으로 단차를 지니도록 형성되어 안쪽의 단차부(31)에 보조마그네트(20)가 위치 고정된다. 그리고, 회전축(5)의 선단에는 커플러(30)의 암나사부(32)에 대응하여 수나사부(5a)가 형성된다.

그러므로, 전동기 조립시에는 보조마그네트(20)를 커플러(30)에 먼저 접착 고정시킨 뒤, 커플러(30)의 암나사부(32)와 회전축(5)의 수나사부(5a)를 체결하여 고정하며, 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 커플러(30)의 반경방향으로 나사(33)를 체결함으로써 커플러(30)의 풀림을 방지할 수 있다. 또한, 전동기 분해시 회전축(5)과 커플러(30)를 결합하는 나사(33)를 풀고 커플러(30)를 회전시켜 보조마그네트(20)를 축(5)으로부터 분리시킨다.

따라서, 본 발명에 의하면 회전축(5)으로부터 커플러(30)만을 분리하게 되므로 보조마그네트(20)의 재조립에 따른 번거로움을 줄일 수 있으며, 보조마그네트(20)를 회전축(5)에 직접 부착하지 않고 외부에서 조립함으로써 극간 간격을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전동기의 분해 조립시 보조마그네트의 분해장착에 따른 공정이 개선됨으로써 조립성이 향상되며, 보조마그네트의 극간 간격을 일정하게 유지할 수 있게 되어 전류 인가시점의 정확한 제어를 가능하게 함으로써 성능 향상의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 하우징과, 상기 하우징 내주면에 고정되는 고정자 코어와, 상기 고정자 코어에 권선되어 전류 인가시 전자력을 발생하는 코일과, 상기 하우징에 의해 회전 가능하게 지지되는 회전축과, 상기 회전축과 일체로 결합되며 그 외주면에 영구자석이 부착되어 상기 고정자 코어의 내측에서 상기 영구자석과 상기 코일에 형성된 전자력과의 반발력에 의해 상기 회전축과 함께 회전하는 회전자 코어와, 상기 회전축에 고정되는 보조마그네트 및 상기 하우징에 고정되어 축과 함께 회전하는 상기 보조마그네트의 자극을 검출하는 센서로 이루어지는 무정류자 전동기에 있어서,

   그 내주면에 암나사부(32)를 가지며, 외주면에는 폭 방향으로 단차부(31)가 형성되어 상기 단차부(31)에 상기 보조마그네트(20)가 접착 고정되는 링형의 커플러(30)가 구비되고;

   상기 회전축(5)의 선단에 상기 커플러(30)의 암나사부(32)에 대응하는 수나사부(5a)가 형성되는 것을 특징으로 하는 무정류자 전동기의 보조마그네트 장착구조.