KR20000064845A - 전동기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서, 특히 속도 센서를 포함하는 전동기에 관한 것이다. 이 센서는 신호 발생기로서 하나 이상의 자계 생성 수단(20)을 포함하며, 신호 수신기로서 하나 이상의 자계 센서(28, 30)를 포함하고, 신호 전달 수단(22, 24, 26)을 포함한다. 신호 전달 수단(22, 24, 26)은 자기를 전달하는 재료를 포함하며, 하나 이상의 자계 생성 수단(20)의 신호를 하나 이상의 자계 센서(28, 30)에 전달한다. 하나 이상의 전류 전달 수단(40, 42, 44)은 주로 신호 전달 수단(22, 24, 26)을 따라 배치된다.

Description

전동기
신호 발생기로서 전동기 전기자상에 비틀리지 않도록 배치된 마그넷 휠(magnet wheel)을 포함하며, 케이스에 고정된 상기 신호 수신기를 포함하는 전동기에 관해서는 이미 공지이다. 신호 발생기와 신호 수신기가 센서로서 협동하여, 전동기 전기자의 회전 방향, 회전수, 속도 및, 전동기 작동에 관한 기타 매개변수를 파악하도록 되어 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 전동기의 일부를 절단한 단면도.
도 1b는 도 1의 전동기의 브러시 홀더를 도 1a와 비교해 180°회전시킨 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 전동기의 브러시 홀더의 평면도.
도 3a는 신호 전달 수단을 따라 배치된 전류 전달 수단의 제 1 실시예의 평면도.
도 3b는 제 1 실시예의 측면도.
도 4a는 신호 전달 수단과 전류 전달 수단의 제 2 실시예의 평면도.
도 4b는 제 2 실시예의 측면도.
이에 비해 주(主)청구항의 특징을 갖는 전동기는 자계 센서(magnetic-field sensor)를 자계를 생성하는 수단과 멀리 배치하였음에도 불구하고, 자계 생성 수단의 자계를 확실하게 검출한다는 장점이 있다. 신호 전달 수단을 주로 전류 전달 수단을 따라 배치함으로써, 유효 자화 방향(direction of active magnetization), 즉, 자계 생성 수단에서 기인된 자화가 신호 전달 수단을 따라 진행될 경우, 자계 센서로 전달되는 장(field)이 전류 전달 수단 내부에 흐르는 전류의 자계에 의해 전혀 또는 거의 영향을 받지 않는다. 실시한 실험을 통해 예를 들면 시판되고 있는 소형 전동기를 전류 전달 수단 안에서 약 30 A의 전류로 작동시키는 동안 전류를 동반하는 자계의 자속 밀도(magnetic flux density)는 20 mT 임이 증명되었다. 특히 전동기에 스위치를 넣을 때 이 방해장(disturbing field)으로 인해 자계 센서에서 측정 오류가 발생할 수 있다. 본 발명에 따른 배치를 통해 이같은 측정 오류가 방지된다.
본 발명의 한 형태에 따르면 전류 전달 수단과 신호 전달 수단이 각각 독자적인 구성 소자를 형성한다. 이 두 구성 소자는 샌드위치 구조 등으로 배치할 수 있다. 전류 전달 수단을 주로 신호 전달 수단을 따라 배치하기 때문에, 전류를 동반하는 장의 자력선(field line)이 유효 자화 방향에 수직으로 진행한다. 그 결과 자계 센서를 적절하게 선택, 배치하면 방해 자계가 중첩됨 없이 유효 자계를 분석할 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 형태에 따르면 전류 전달 수단을 신호 전달 수단의 표면 위에 배치한다. 전류 전달 수단이 신호 전달 수단을 거의 완전히 둘러싸기 때문에, 신호 전달 수단의 내부에는 전속을 동반하는 자계가 극미하다(패러디 상자 효과(Faraday cage effect)). 따라서 신호 전달 수단 내부의 유효 자계가 거의 방해를 받지 않게 된다.
본 발명을 유리하게 개선, 발전시킨 그 외의 형태에 관해서는 하위 청구항과 실시예를 참조한다.
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 전동기(1)를 도시한 것으로, 이 전동기(1)는 종속된 기어(3)와 전자 케이스(5)를 포함한다. 전동기 전기자(6)는 기어(3)의 내부로 연장되어 있다. 전동기 프레임(7)과 기어 박스(9) 사이에 브러시 홀더(10)가 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같이 브러시 홀더(10) 위에 도면에는 도시되지 않은 탄소 브러시(carbon brush)를 위한 삽입물(12)(일목요연하게 보여주기 위해 실제 두 개의 삽입물 중 하나만 도시함)이 배치된다. 이 삽입물(12)은 전동기 전기자 위에 배치된 정류자(11)와 전기 접촉을 한다. 브러시 홀더(10)는 브러시 부분(14)과 전자 부분(16)으로 구성되고, 전자 부분(16)은 전자 보드(17)를 포함한다. 브러시 부분(14)은 전동기 프레임(7)과 기어 박스(9) 사이에 배치되는 반면, 전자 부분(16)은 전동기 프레임(7)으로 부터 튀어나와 전자 케이스(5) 내부를 향해 돌출된다. 전자 보드(17) 위에는 전동기 출력 제어를 위한 전자 장치(19)가 통합된다.
전동기 전기자(6) 위에는 자극 링(magnetic pole ring)(20)이 배치된다. 자극 링(20)은 반 쪽 씩 각각 북극과 남극으로 이루어진다. 브러시 홀더(10)에는 세 개의 자기 도체(magnetic conductor)(22, 24, 26)가 배치되며, 이 도체들(22, 24, 26)은 브러시 부분(14)으로 부터 전자 부분(16)에 까지 이른다. 브러시 홀더(10)의 전자 부분(16) 위에는 집적 회로 형태를 갖는 두 개의 홀 센서(hall sensor)(28, 30)가 자계 센서로서 배치된다.
자기 도체(22, 24, 26)는 자계 생성 수단으로서 자극 링(20)의 신호를 수신하는 탭(34, 36, 38)을 포함한다. 자기 도체(22, 24)의 경우 각 탭이 한 쪽 단부에 위치되며, 자기 도체(26)의 경우 이 구성 소자의 대략 중앙에 위치된다. 자기 도체(22 내지 24)의 다른 쪽 단부(35 내지 37)에 있는 돌기부(46 내지 48)는 전자 보드(17) 위에 홀 센서(28 내지 30) 앞에 배치된다. 자기 도체(26)의 두 단부(39, 39')는 홀 센서(28 내지 30) 아래에 있는 전자 보드(17)의 구멍들과 맞물리며, 단부(39, 39')의 정면은 홀 센서(28, 30)의 아랫면에 직접 배치된다. 이와 같은 배치를 통해 자기 도체(22와 26 및 24와 26)가 각기 하나의 거의 폐쇄된 자기 회로를 형성하게 되며, 홀 센서(28, 30)는 자극 링(20)에서 기인한 유효 자속에 의해 거의 완전히 관통된다.
자극 링(20)으로 부터 홀 센서(28, 30)로 자기 신호(magnetic signals)가 전달되는 것에 관해서는 자기 도체(22)의 예에서 설명할 것이다. 자극 링(20)에서 탭(34)과 공간적으로 가장 근접한 세그먼트의 자계가 탭(34)과 자기 도체 전체를 자화한다. 그 결과 자계가 탭(20)과 마주 보는, 자기 도체(22)의 단부(35)로 전달된다. 이 자기 도체(22)의 단부(35)가 전자 보드(17) 위의 홀 센서(28) 앞에 직접 배치되어 있기 때문에, 자극 링(20)과 공간적으로 멀리 떨어져 있는 홀 센서(28)가 자극 링(20)의 자계를 파악할 수 있게 된다.
홀 센서(28, 30)는 자기 도체(22, 24, 26)를 통해 전달된 신호들을 디지털 신호로 전환한다. 전자 전동기 제어 장치(19)는 디지털 신호를 해석해서, 프로그램 제어 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컨트롤러를 이용해 전동기 전기자의 회전수와 회전 방향, 가속을 비롯해 그 외의 매개변수들을 규정한다.
자기 도체(22, 24)를 따라 각 하나의 전류 전달 수단(40, 42)이 배치되며, 전류 전달 수단(40, 42)은 주로 자기 도체(22 내지 24)에 평행하게 뻗어 있다.
도 3a와 도 3b는 도 1a와 도 1b 및, 도 2에 따른 배치에서 구현된 제 1 실시예로서, 이 경우 전류 전달 수단(40)이 자기 전달 수단(22) 위에 입혀져 있다. 자기 전달 수단(22)은 가령 DIN ST1203에 따른 강과 같이 투과성이 높은 연자성강(soft magnetic steel)으로 제조된다. 이 실시예에서는 구리로 된 전류 전달 수단(40)을 자기 전달 수단 위에 전착시켰다. 그러나 진공 증착을 하거나, 또는 그밖의 과정을 거쳐 자기 전달 수단의 표면 위에 배치할 수도 있다. 전도성을 높이기 위해 비교적 얇은 두께로 전착된 구리층 위에, 전류 전달 수단(40)의 저항이 전기자 권선의 저항에 비해 작을 정도의 강도를 갖는 아연층을 입힌다.
물론 반대의 배치도 가능하며, 다시 말해 자기 전달 수단(22)을 전류 전달 수단의 표면 위에 배치할 수 있다.
전류 전달 수단(40)은 브러시 홀더(10)의 제 1 브러시와, 그리고 전류 전달 수단(42)은 브러시 홀더(10)의 제 2 브러시와 도전성을 갖는 상태로 연결되어 있다.
전류 전달 수단(40, 42)에서 브러시와 각기 다른 단부를 향하는 단부(50 내지 52)는 전자 보드(17) 위의 전자 전동기 출력 제어 장치로 이어진다. 그 결과 제 1, 2 브러시가 전류 전달 수단(40 내지 42)을 거쳐 전류를 공급받게 된다.
자기 도체(26) 역시 전류 전달 수단(44)으로 둘러싸여 있다. 전류 전달 수단(44)은 전동기 접지부와 전기 접촉됨으로써, 외부로 부터 오는 교란 신호(disturb signal)에 대해 자기 도체(26)를 차폐시킨다.
전류 전달 수단 및 자기 도체의 제 2 실시예는 도 4a와 도 4b에서 보다 상세히 설명된다. 전류 전달 수단(140)과 자기 전달 수단(122)은 각각 독자적인 구성 소자이다. 전기 절연을 위해 두 구성 소자 사이에 플라스틱으로 된 분사막을 삽입하며, 이 분사막은 브러시 홀더를 제작할 때 주입된다. 전류 전달 수단(140)은 전체가 구리로 제조되지만, 황동과 같이 전도성이 뛰어난 다른 물질로도 제조할 수 있다. 자기 도체는 제 1 실시예에서와 같이 강으로 이루어진다. 두 구성 소자는 스탬핑 가공을 하여 제작하며, 스탬핑 가공 후 도 4a와 도 4b에 도시된 형태로 굽힌다.

Claims (14)

  1. 신호 발생기로서 자계를 생성하는 하나 이상의 수단(20)을 가지며, 신호 수신기로서 하나 이상의 자계 센서(28, 30)를 가지며, 신호 전달 수단(22, 24, 26)을 갖는 센서, 특히 속도 센서를 포함하는 전동기에 있어서,
    신호 전달 수단(22, 24, 26)은 자기를 전달하는 재료를 포함하며, 자계를 생성하는 하나 이상의 수단(20)의 신호를 하나 이상의 자계 센서(28, 30)에 전달하며,
    하나 이상의 전류 전달 수단(40, 42, 44)은 주로 신호 전달 수단(22, 24, 26)을 따라 배치된 것을 특징으로 하는 전동기.
  2. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 전류 전달 수단(140)은 하나 이상의 신호 전달 수단(122)과 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 전동기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 하나 이상의 전류 전달 수단(140)은 하나 이상의 신호 전달 수단(122)과 간격 없이 나란히 배치된 것을 특징으로 하는 전동기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 전달 수단과 신호 전달 수단 사이에 하나 이상의 전기 절연 매체가 배치된 것을 특징으로 하는 전동기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 전달 수단(140)과 신호 전달 수단(122)은 각각 독자적인 구성 소자를 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서, 전류 전달 수단(40, 42, 44)은 신호 전달 수단(22, 24, 26)의 표면 위에 입혀진 것을 특징으로 하는 전동기.
  7. 제 6 항에 있어서, 전류 전달 수단(40, 42, 44)은 신호 전달 수단(22, 24, 26) 위에 전착된 것을 특징으로 하는 전동기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 전달 수단(40, 140)은 구리로, 그리고 신호 전달 수단(22, 122)은 자기를 전달하는 강으로 제조된 것을 특징으로 하는 전동기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전류 전달 수단(40, 42)은 전동기(1)의 작동 전류를 안내하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  10. 제 9 항에 있어서, 하나 이상의 전류 전달 수단(40, 42)은 전동기(1)의 브러시와 연결된 것을 특징으로 하는 전동기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 신호 수신기가 배치된 브러시 홀더(10)를 갖는 것을 특징으로 하는 전동기.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 신호 수신기로서의 홀 센서(28, 30)를 갖는 것을 특징으로 하는 전동기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 자계 센서(28, 30)는 장을 생성하는 수단(20)과 공간적으로 분리, 배치된 것을 특징으로 하는 전동기.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 자계 센서(28, 30)는 전자 보드(17) 위에 배치된 것을 특징으로 하는 전동기.
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