KR20040023063A - Apparatus for detecting abrasion of brush in direct current motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 직류 모터의 브러시 마모 감지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직류모터의 브러시가 일정 길이 이상 마모되면 이를 감지하여 경보하는 직류모터의 브러시 마모 감지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a brush wear detection device of a DC motor, and more particularly to a brush wear detection device of a DC motor to detect and alert when the brush of the DC motor wears over a certain length.
일반적으로, 전기 모터는, 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 장치로 전기적인 입력을 주게되면 그것에 대응하는 기계적인 출력을 내도록 되어 있다.In general, an electric motor is a device that converts electrical energy into mechanical energy, and when an electric input is given to the electric motor, a mechanical output corresponding thereto is provided.
상기한 전기 모터는, 구동전류의 형태에 따라 직류모터와 교류모터로 대별되고, 상기 교류모터는 작동전원의 주파수와 회전수가 일치하는 동기 모터와 작동전원의 주파수와 회전수가 일치하지 않는 유도 모터로 세분된다.The electric motor is roughly classified into a DC motor and an AC motor according to the type of the driving current, and the AC motor is an induction motor in which the frequency and the rotational frequency of the operating power supply and the synchronous motor are the same. Subdivided.
이중 직류모터는, 크게 계자(界磁)와 전기자(電氣子), 정류자(整流子) 및 브러시(brush)로 구성되어 있는데, 상기 계자는 전기자에 자력을 인가함과 더불어 전기자에서 발생하는 전자기력과 함께 회전력을 발생하고, 상기 전기자는 정류자로부터 인가되는 전류에 의해 전자기력을 발생하고 계자에서 발생된 자력과 함께 회전력을 발생한다.The DC motor is composed of a field, an armature, a commutator, and a brush. The field field applies magnetic force to the armature as well as the electromagnetic force generated from the armature. Together, the rotational force is generated, and the armature generates an electromagnetic force by the current applied from the commutator, and generates a rotational force together with the magnetic force generated in the field.
상기 정류자는 다수개의 정류자 편으로 구성되어 있고 브러시로부터 인가되는 전류를 전기자의 각 권선에 인가하며, 상기 브러시는 정류자 면에 접촉하여 전류를 인가한다.The commutator consists of a plurality of commutator pieces and applies current from the brush to each winding of the armature, and the brush contacts the commutator face to apply the current.
상기 브러시(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 브러시 홀더(brush holder)(2)에 수용되어 있는데, 이 브러시 홀더(2)의 내부에는 브러시(1)를 탄발 지지하여 브러시(1)를 정류자(3)의 외주면에 압착하는 지지 스프링(4)이 설치되어 있다.As shown in FIG. 1, the brush 1 is accommodated in a brush holder 2, in which the brush 1 is elastically supported to support the brush 1. The support spring 4 which presses on the outer peripheral surface of the commutator 3 is provided.
여기서, 정류자(3)는 전기자의 회전축에 연결되어 고속으로 회전하기 때문에, 정류자(3)에 밀착되어 있는 브러시(1)는 정류자(3)와의 마찰에 의해 마모된다.Here, since the commutator 3 is connected to the rotating shaft of the armature and rotates at high speed, the brush 1 in close contact with the commutator 3 wears out by friction with the commutator 3.
브러시(1)가 마모되면 그 길이가 짧아지게 되지만, 도 2를 참조하면 알 수 있듯이, 브러시 홀더(2) 내에 설치되어 있는 지지 스프링(4)이 브러시(1)를 정류자(3) 쪽으로 밀어주게 되므로, 일정한 마모 범위 내에서는 브러시(1)와 정류자(3) 간의 접촉부위가 헐거워지지 않고 밀착상태가 유지된다.As the brush 1 wears, its length becomes shorter, but as can be seen in FIG. 2, the support spring 4 installed in the brush holder 2 pushes the brush 1 toward the commutator 3. Therefore, the contact area between the brush 1 and the commutator 3 is not loosened within a certain wear range, and the close contact state is maintained.
그런데, 마모로 인해 브러시가 일정 길이 이내로 짧아지면, 지지 스프링에 의한 탄발력이 약해지면서 브러시와 정류자 면간의 밀착력이 저하되고 이로 인해 브러시와 정류자 간의 연결부위에 저항이 증가되어 모터의 구동 효율이 저하되므로, 이 시점이 되면 브러시를 교체할 필요가 있다.However, when the brush is shortened within a certain length due to abrasion, the elasticity caused by the support spring is weakened and the adhesion between the brush and the commutator is lowered, thereby increasing the resistance at the connection portion between the brush and the commutator, thereby reducing the driving efficiency of the motor. At this point, the brush needs to be replaced.
그러나, 종래에는 상기와 같은 브러시의 마모를 감지하여 교체시기를 경고해주는 장치가 없었기 때문에, 브러시가 사용 수명을 다했음에도 이를 인지하지 못하고 구동 효율이 현저히 저하된 모터를 계속 사용하게 되는 문제점이 있었다.However, in the related art, since there was no device that detects the wear of the brush and warns the replacement time, there is a problem in that the brush continues to use a motor which is not recognized even though the brush has reached the end of its service life and the driving efficiency is significantly reduced.
특히, 자동차의 래디에이터를 냉각시키는 팬 모터로 직류 모터가 주로 사용되는데, 마모로 인해 팬 모터의 브러시가 한계 수명을 다한 상태에서도 이를 쉽게 확인할 수 없어 구동 효율이 심각하게 저하된 상태의 팬 모터를 계속 사용하게 되고 이로 인해 엔진의 냉각성능이 저하되어 냉각계통에 트러블이 발생하는 문제점이 있었다.In particular, a DC motor is mainly used as a fan motor to cool the radiator of an automobile.As a result, the fan motor cannot be easily checked even when the brush of the fan motor reaches its end of life due to abrasion. Continued use and this caused a problem that the cooling performance of the engine is lowered causing trouble in the cooling system.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로, 직류모터의 브러시가 일정 길이 이상 마모되면 이를 감지하여 경보할 수 있는 직류 모터의 브러시 마모 감지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide a brush wear detection device of the DC motor that can detect and alarm when the brush of the DC motor wears over a certain length. have.
도 1 및 도 2는 종래의 일반적인 직류모터의 정류자와 브러시간의 접촉 구조를 설명하기 위한 개략도,1 and 2 are schematic views for explaining the contact structure between the commutator and the brush of a conventional general DC motor,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직류 모터의 브러시 마모 감지장치를 도시한 개략도,Figure 3 is a schematic diagram showing a brush wear detection device of a DC motor according to an embodiment of the present invention,
도 4는 도 3에서 브러시가 마모된 상태를 도시한 도면,4 is a view illustrating a state in which a brush is worn in FIG. 3;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류 모터의 브러시 마모 감지장치를 도시한 개략도,5 is a schematic view showing a brush wear detection apparatus of a DC motor according to another embodiment of the present invention;
도 6은 도 5에 도시된 원통형 도전체의 사시도,6 is a perspective view of the cylindrical conductor shown in FIG. 5, FIG.
도 7은 도 5에서 브러시가 마모된 상태를 도시한 도면.FIG. 7 is a view illustrating a state in which a brush is worn in FIG. 5. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 브러시 20: 브러시 홀더10: brush 20: brush holder
30: 정류자 40: 지지 스프링30: commutator 40: support spring
50: 도전체 스프링 60: 고정접점부재50: conductor spring 60: fixed contact member
70: 제어부 80: 경고등70: control unit 80: warning light
100: 원통형 도전체100: cylindrical conductor
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 모터의 브러시 마모 감지장치는, 정류자와 이 정류자의 외주면에 접촉하여 전류를 인가하는 브러시와 이 브러시를 수용하는 브러시 홀더와 이 브러시 홀더의 내부에 설치되어 상기 브러시를 상기 정류자 측으로 탄발 지지하는 지지 스프링을 포함하여 구성되어 있는 직류모터에 있어서, 상기 브러시 홀더와 상기 지지 스프링은 비 도전체로 이루어지고, 상기 브러시 홀더 내에 상기 브러시와는 반대방향의 종단에 고정되어 있고 상기 지지 스프링의 신축방향으로 제1 설정 길이만큼 접점부가 길게 형성되어 있는 도전체로 이루어진 고정접점부재와, 상기 브러시와 상기 스프링의 사이에 설치되어 일단은 상기 브러시에 접촉되고 타단은 상기 지지 스프링에 의해 탄발 지지되며 일면이 상기 고정접점부재의 접점부에 접촉한 채로 상기 지지 스프링의 신축방향을 따라 이동 가능하게 설치되어 있되 상기 브러시의 마모에 따라 상기 지지 스프링이 제2 설정 길이 이상 신장하면 상기 고정접점부재와의 접촉이 해제되는 가동접점부재와, 상기 고정접점부재로부터 전류가 감지되지 않으면 경보를 행하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Brush wear detection apparatus of a DC motor according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, the brush and the brush holder for receiving the current in contact with the commutator and the outer peripheral surface of the commutator and the brush holder and In the direct-current motor configured to include a support spring installed therein to support the brush to the commutator side, the brush holder and the support spring is made of a non-conductive, in the brush holder in the opposite direction to the brush A fixed contact member made of a conductor fixed to an end of the support spring and extending in a stretchable direction of the support spring by a first set length, and installed between the brush and the spring and having one end contacting the brush and the other end Is elastically supported by the support spring and one side While the support spring is movable along the stretching direction of the support spring while being in contact with the contact portion of the fixed contact member, and the support spring extends beyond the second set length according to the wear of the brush, the contact with the fixed contact member is lost. It is characterized in that it comprises a movable contact member which is released and a control means for generating an alarm if a current is not detected from the fixed contact member.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직류 모터의 브러시 마모 감지장치를 도시한 개략도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명의 일실시예에 따른 직류 모터의 브러시 마모 감지장치는, 브러시(10)가 브러시 홀더(20)에 수용되어 정류자(30)의 외주면에 접촉되고, 브러시 홀더(20)의 내부에 브러시(10)를 탄발 지지하도록 지지 스프링(40)이 설치되어 있다. 여기서, 브러시 홀더(20)와 지지 스프링(40)은 비(非) 도전체(導電體)인 재질로 이루어진다.3 is a schematic view showing a brush wear detection device of a DC motor according to an embodiment of the present invention, as can be seen with reference to the same figure, the brush wear detection device of a DC motor according to an embodiment of the present invention, The brush 10 is accommodated in the brush holder 20 to be in contact with the outer circumferential surface of the commutator 30, and the support spring 40 is installed to support the brush 10 in the brush holder 20. Here, the brush holder 20 and the support spring 40 are made of a non-conductive material.
그리고, 브러시(10)와 지지 스프링(40)의 사이에는 도전체 재질로 이루어진 도전체 스프링(50)이 설치되는 바, 브러시(10)는 지지 스프링(40)과 도전체 스프링(50)에 의해 탄발 지지된다.In addition, a conductor spring 50 made of a conductor material is installed between the brush 10 and the support spring 40, and the brush 10 is formed by the support spring 40 and the conductor spring 50. Ammo is supported.
또한, 브러시 홀더(20)의 내부에는, 브러시(10)와는 반대방향의 종단에 도전체로 이루어진 고정접점부(60)가 고정되어 있는데, 이 고정접점부(60)는 각 스프링(40, 50)의 신축방향으로 길게 절곡 형성되어 있고 일정 거리(Δℓ)내에서 도전체 스프링(50)에 면 접촉하도록 되어 있는 한쌍의 접점부(60a, 60b)를 포함한다.In addition, a fixed contact portion 60 made of a conductor is fixed to the end of the brush holder 20 in a direction opposite to the brush 10, and the fixed contact portion 60 is each spring 40, 50. It includes a pair of contact portions (60a, 60b) is formed to be bent in the stretch direction of the elongated and is in surface contact with the conductor spring 50 within a certain distance (ΔL).
여기서, 한쌍의 접점부(60a, 60b) 사이의 거리를 설정함에 따라 고정접점부(60)의 한쌍의 접점부(60a, 60b)가 도전체 스프링(50)의 내주면 또는 외주면에 접촉하도록 구성되나, 지지 스프링(40) 및 도전체 스프링(50)이 브러시 홀더(20)의 내주면을 따라 가이드되는 것을 감안할 때, 고정접점부(60)의 한쌍의 접점부(60a, 60b)가 도전체 스프링(50)의 내주면에 접촉하도록 구성하는 것이 바람직하다.Here, the pair of contact portions 60a, 60b of the fixed contact portion 60 is configured to contact the inner circumferential surface or the outer circumferential surface of the conductor spring 50 by setting the distance between the pair of contact portions 60a, 60b. In view of the fact that the support spring 40 and the conductor spring 50 are guided along the inner circumferential surface of the brush holder 20, the pair of contact portions 60a and 60b of the fixed contact portion 60 may include a conductor spring ( It is preferable to comprise so that it may contact with the inner peripheral surface of 50).
그리고, 상기 고정접점부(60)에는 제어부(70)가 연결되어 있고, 이 제어부(70)는 고정접점부(60)에 흐르는 전류치를 감지하여 감지된 전류치가 설정값 미만이면 경고등(80)을 점등한다.The controller 70 is connected to the fixed contact unit 60, and the controller 70 detects a current value flowing through the fixed contact unit 60, and if the detected current value is less than a set value, the warning lamp 80 is provided. Lights up.
이제 상기와 같이 구성된 본 발명의 동작예를 설명하기로 한다.An operation example of the present invention configured as described above will now be described.
도 3에 도시된 바와 같이, 브러시(10)의 마모도가 크지 않은 상태에서는, 도전체 스프링(50)이 고정접점부(60)의 한쌍의 접점부(60a, 60b)에 접촉되어 있으므로, 브러시(10)에 인가되는 전류가 도전체 스프링(50)을 통해 고정접점부(60)로 흐른다.As shown in FIG. 3, in the state where the wear rate of the brush 10 is not large, the conductor spring 50 is in contact with the pair of contact portions 60a and 60b of the fixed contact portion 60. Current applied to 10 flows through the conductor spring 50 to the fixed contact portion 60.
상기 고정접점부(60)로 흐르는 전류의 전류치는 제어부(70)에 의해 감지되며, 제어부(70)는 설정값 이상의 전류가 감지됨에 따라 경고등(80)을 소등상태로 유지한다.The current value of the current flowing through the fixed contact unit 60 is sensed by the controller 70, and the controller 70 maintains the warning lamp 80 in an unlit state as a current above a set value is detected.
만약, 도 4에 도시된 바와 같이, 브러시(10)의 마모도가 커져서 브러시(10)의 길이가 일정 길이 미만으로 짧아진 상태에서는, 도전체 스프링(50)이 고정접점부(60)의 한쌍의 접점부(60a, 60b)에 접촉되지 않으므로, 브러시(10)에 인가되는 전류가 고정접점부(60)로 흐르지 않는다.If, as shown in FIG. 4, the wear of the brush 10 is increased and the length of the brush 10 is shortened to less than a certain length, the conductor spring 50 is connected to the pair of fixed contact portions 60. Since it is not in contact with the contact portions 60a and 60b, current applied to the brush 10 does not flow to the fixed contact portion 60.
이때, 제어부(70)에서는 고정접점부(60)에 흐르는 전류가 감지되지 않음에 따라 경고등(80)을 점등하여, 브러시(10)의 교체시기가 되었음을 경고한다.At this time, the controller 70 turns on the warning lamp 80 as the current flowing through the fixed contact unit 60 is not detected, thereby warning that the brush 10 has been replaced.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류 모터의 브러시 마모 감지장치는,도 5에 도시된 바와 같으며, 도 3에 도시된 일실시예에 따른 직류 모터의 브러시 마모 감지장치와 비교할 때, 도전체 스프링(50)을 대신해서 도 6에 도시된 바와 같이 형성된 원통형 도전체(100)를 사용하였으며, 이를 제외한 다른 구성요소는 동일하다.On the other hand, the brush wear detection device of the DC motor according to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 5, compared to the brush wear detection device of the DC motor according to an embodiment shown in Figure 3, Instead of the sieve spring 50, a cylindrical conductor 100 formed as shown in FIG. 6 was used, except for the other components being the same.
상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류 모터의 브러시 마모 감지장치에 대한 동작예를 설명하기로 한다.An example of the operation of the brush wear detection apparatus of a DC motor according to another embodiment of the present invention configured as described above will be described.
도 5에 도시된 바와 같이, 브러시(10)의 마모도가 크지 않은 상태에서는, 원통형 도전체(100)가 고정접점부(60)의 한쌍의 접점부(60a, 60b)에 접촉되어 있으므로, 브러시(10)에 인가되는 전류가 원통형 도전체(100)을 통해 고정접점부(60)로 흐른다.As shown in FIG. 5, in the state where the wear degree of the brush 10 is not large, the cylindrical conductor 100 is in contact with the pair of contact portions 60a and 60b of the fixed contact portion 60. Current applied to 10 flows through the cylindrical conductor 100 to the fixed contact portion 60.
상기 고정접점부(60)로 흐르는 전류의 전류치는 제어부(70)에 의해 감지되며, 제어부(70)는 설정값 이상의 전류가 감지됨에 따라 경고등(80)을 소등상태로 유지한다.The current value of the current flowing through the fixed contact unit 60 is sensed by the controller 70, and the controller 70 maintains the warning lamp 80 in an unlit state as a current above a set value is detected.
만약, 도 7에 도시된 바와 같이, 브러시(10)의 마모도가 커져서 브러시(10)의 길이가 일정 길이 미만으로 짧아진 상태에서는, 원통형 도전체(100)가 고정접점부(60)의 한쌍의 접점부(60a, 60b)에 접촉되지 않으므로, 브러시(10)에 인가되는 전류가 고정접점부(60)로 흐르지 않는다.As shown in FIG. 7, in a state in which the wear degree of the brush 10 is increased so that the length of the brush 10 is shortened to less than a predetermined length, the cylindrical conductor 100 is formed by a pair of fixed contact portions 60. Since it is not in contact with the contact portions 60a and 60b, current applied to the brush 10 does not flow to the fixed contact portion 60.
이때, 제어부(70)에서는 고정접점부(60)에 흐르는 전류가 감지되지 않음에 따라 경고등(80)을 점등하여, 브러시(10)의 교체시기가 되었음을 경고한다.At this time, the controller 70 turns on the warning lamp 80 as the current flowing through the fixed contact unit 60 is not detected, thereby warning that the brush 10 has been replaced.
상기에서 본 발명은 특정 실시예를 예시하여 설명하지만 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명에 대한 다양한 변형, 수정을 용이하게 만들 수 있으며, 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.The present invention is described above by illustrating specific embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Those skilled in the art can easily make various changes and modifications to the present invention, and it should be noted that such variations or modifications are included within the scope of the present invention as long as the features of the present invention are used.
상술한 바와 같이 본 발명은, 직류모터의 브러시가 일정 길이 이상 마모되면 이를 감지하여 경보를 행함으로써, 마모로 인해 브러시가 한계 수명을 다한 경우 이용자가 이를 신속히 인지하여 교체할 수 있도록 도움을 줄 수 있다. 따라서, 본 발명을 이용하면, 브러시가 마모된 상태를 방치하여 구동효율이 저하된 상태의 모터를 운용하게 되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention, by detecting the alarm when the brush of the DC motor is worn over a certain length, it can help the user to quickly recognize and replace when the brush has reached its end of life due to wear. have. Therefore, by using the present invention, it is possible to prevent the operation of the motor in a state in which the driving efficiency is reduced by leaving the brush worn out.
특히, 본 발명을, 자동차의 팬 모터에 적용할 경우, 브러시가 마모된 팬 모터에 의해 엔진의 냉각 효율이 저하되는 것과 이로 인해 냉각계통이 트러블이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 일일이 자동차의 후드를 열어 모터를 점검하는 수고를 덜어 자동차의 유지 관리를 간단하게 할 수 있는 효과가 있다.In particular, when the present invention is applied to a fan motor of an automobile, the cooling efficiency of the engine is lowered by the fan motor in which the brush is worn, and thus, the cooling system can be prevented from occurring in advance. This can simplify the maintenance of the car by eliminating the trouble of opening the hood to check the motor.
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