KR20060043579A - 혼신억제장치를 구비한 전기모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기모터에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전기모터는, 고정자와 일체로 설치되며 브러시(120)를 구비하는 정류자 하우징(100)과, 상기 브러시들(120)을 쌍으로 연결하는 혼신억제필터(110)와; 회전자 축과 일체로 설치된 지지링(11)을 구비하며, 상기 지지링(11)의 원주 둘레에 배열된 다수의 금속 세그먼트들 및 인접한 두 금속 정류자 세그먼트들 사이에 각기 연결되는 다수의 캐패시터(20)를 구비한 정류자(10)를 포함하여 이루어진다.

정류자 및 정류자 하우징 상에서 직접 이들 두 혼신억제장치를 결합함으로써 의사신호 방출이 최대로 감소되고 가장 엄격한 전자기 노이즈 등급 요건이 충족된다.

전기모터, 정류자, 혼신, 혼신억제

Description

혼신억제장치를 구비한 전기모터{ELECTRIC MOTOR WITH INTERFERENCE SUPPRESSOR}

도 1은 상술한 바와 같이 종래 기술에 따른 정류자 하우징을 도시한다.

도 2는 본 발명에 따른 전기모터에 사용된 정류자를 도시한다.

도 3a는 상술한 바와 같이 도 1의 정류자 하우징에 대하여 무선전기 노이즈 레벨을 주파수의 함수로서 도시한 그래프이다.

도 3b는 도 2의 정류자에 대하여 무선전기 노이즈 레벨을 주파수의 함수로서 나타낸 그래프이다.

도 3c는 본 발명에 따른 전기모터에 대하여 무선전기 노이즈 레벨을 주파수의 함수로서 나타낸다.

본 발명은 혼신억제장치를 구비한 전기모터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 예를 들어 윈도우 레귤레이터, 선루프 또는 시트 조작 모터 등의 차량용 장치들을 구동하도록 설계된 전기모터에 적용된다.

전기모터는 일반적으로 고정자(stator) 프레임과 고정자에 회전가능하게 장 착된 회전자(rotor)를 포함한다. 모터는 회전자 축과 일체화된 권선들을 또한 포함하며, 각 권선은 정류자(commutator)의 정반대로 마주보는 두 세그먼트들에 전기적으로 연결된다. 통상적으로 정류자는 일련의 전도성 세그먼트들을 갖는 고리를 그 원주 둘레에 구비하며, 정류자 고리는 회전자 축에 일체화되어 장착되도록 설계된다.

일반적으로 정류자는 고정자와 일체화되어 있는 정류자 하우징 내에 장착된다. 이러한 하우징은 중앙 개구를 갖는 지지부를 구비하며, 상기 중앙 개구는 정류자를 수용하고 또한 회전자 축이 하우징 지지부를 통과할 수 있게 하도록 설계된다. 상기 지지부는 절연재료, 예를 들어 플라스틱 재료로 만들어진다.

정류자 하우징은, 정류자에 대하여 정반대로 마주보며, 정류자가 회전자 축과 일체로 회전하는 동안 정류자의 상기 세그먼트들과 접촉하도록 설계되는 적어도 한 쌍의 브러시를 또한 포함한다. 브러시는 전류공급원에 전기적으로 연결된다.

모터 작동시에는, 알려진 바와 같이, 브러시는 정류자 세그먼트들에 대하여 눌려져서, 정류자가 회전자와 함께 회전하는 동안, 정반대로 마주보는 여러 쌍의 세그먼트들에 대응하는 여러 권선들에 연달아 전류를 공급한다.

따라서, 모터 작동시에, 브러시는 회전하는 여러 정류자 세그먼트들과 연달아 접촉한다. 브러시가 하나의 세그먼트로부터 그 다음 세그먼트로 움직일 때, 앞서 브러시와 전기적으로 접촉하고 있던 세그먼트와 브러시 사이에 전기 아크(arc)가 발생될 수 있다. 전기 아크의 발생은 전류가 통과하고 있는 스위치를 개방하는 경우에 알려져 있는 현상이다. 지금의 경우, 전기 아크는 브러시에 의해 앞서 전 력이 공급됐던 권선의 유도 효과에 기인한다.

정류자 세그먼트들과 브러시 사이에 발생된 전기 아크 또는 전압 스파이크(spike)는, 첫째로, 상기 구성요소들을 손상시킬 수 있고, 둘째로, 모터의 다른 장치들 또는 차량의 다른 장치들과 혼신을 일으킬 수 있는 의사신호(擬似信號)의 공급원이 될 수 있다.

더욱이, 무선 혼신(radio interference)에 대한 기준들은 장치의 한 부분으로부터 다른 부분으로의 의사신호 전파(傳播)에 대해 제한을 둔다. 따라서 무선 혼신에 대한 국제특별위원회(International Special Committee on Radio Interference; CISPR) 또는 다른 단체들은 다양한 수준의 혼신에 대응하는 여러 등급들을 정의하였다. 차량 범위에 따라서, 차량 제조자들은 설정된 수준의 전자기적 혼신을 초과하지 않도록 강제된다.

유도된 의사신호를 감소시키기 위하여, 필터가 정류자 하우징에 설치된다. 도 1은 혼신 필터(110)가 배치되는 지지부(105)를 지닌 정류자 하우징(100)을 도시한다. 정류자 하우징(100)은 정류자 세그먼트들과 접촉하게 되도록 설계된 두 개의 브러시(120)를 포함하며, 함몰부(130)가 구비되어, 정류자를 수용하고 또한 회전자 축이 정류자 하우징(100)의 지지부를 통과할 수 있게 한다.

혼신 필터(110)는 LC형(인덕턴스-캐패시턴스형) 회로에 의해 구성되며, 이 회로는 정류자 하우징의 두 전류공급 브러시(120)를 연결하고, 정류자 세그먼트들에 대해 정류를 행하는 브러시에 의해 발생되는 혼신을 부분적으로 걸러낼 수 있게 한다.

이러한 LC필터는 유도된 의사신호를 충분히 걸러낼 수 있도록 하지는 못하므로, 이러한 장치를 구비한 모터는 가장 높은 무선전기(radioelectric) 혼신 기준을 충족시키지 못하는 결과를 낳는다.

도 3a의 그래프는 모터에 의해 유도되는 무선전기 노이즈를 주파수의 함수로 나타낸다. 그래프는 순전히 예시적인 것이며, X축과 Y축상의 수치값은 전형적인 값들이다. 특정 주파수에 있어서는, 이러한 방법으로는 가장 엄격한 승인 조건들을 충족시킬 수 없음을 알게 될 것이다.

프랑스 특허 제2,814,868호는 간소화된 혼신억제장치를 갖는 전기모터 정류자를 개시한다. 회전자 축에 슬리브 형태로 설치된 고리 모양의 인쇄회로기판 상에 방전회로들이 구비된다. 인접한 정류자 세그먼트들의 각 쌍은 정류자 고리와 일체화되어 있는 인쇄회로의 RC(저항-캐패시턴스) 회로에 의해 이와 같이 연결된다. 이 방전회로들은 대부분의 전기 아크 현상을 방지하고 또한 전압 스파이크를 제한할 수 있게 한다.

그렇지만, 이러한 혼신억제장치는 인쇄회로의 생산 및 설치를 필요로 한다. 더욱이, 제대로 작동시키기 위해서는, 인쇄회로 영역을 정류자 세그먼트들과 접촉상태로 영구적으로 유지하기 위한 압박부재를 구비할 필요가 있다.

이 종래 기술의 방법은 결과적으로 제조비용의 증가를 가져오고 접촉불량 때문에 부적절하게 작동할 위험을 초래한다.

게다가, 이 방법은 가장 엄격한 승인 조건들을 충족시킬 수가 없다.

그러므로, 높은 수준의 혼신억제를 달성하는 동시에 안정적인 설치와 작동을 보장할 수 있는 정류자 하우징에 대한 필요성이 있다.

이를 달성하기 위하여, 본 발명은, 고정자와 일체로 설치되며, 정류자와 접촉하게 되도록 설계된 적어도 두 개의 브러시와 브러시들을 쌍으로 연결하는 혼신억제필터를 구비한 정류자 하우징과; 회전자 축과 일체로 설치된 지지링을 구비하며, 상기 지지링의 원주 둘레에 배열된 다수의 금속 세그먼트들 및 인접한 두 금속 정류자 세그먼트들 사이에 각기 연결되는 다수의 캐패시터를 구비한 정류자를 포함하여 이루어지는 전기모터를 제공한다.

바람직하게는, 캐패시터들은 지지링과 정류자의 금속 세그먼트들과의 사이에 배열된다.

각 캐패시터는 정류자의 인접한 두 세그먼트들에 각각 결합된 두 개의 전기 단자를 가지는 것이 바람직하다.

다수의 캐패시터가 정류자의 상기 인접한 세그먼트들의 한 쌍 사이에 병렬로 연결될 수 있다.

정류자 하우징의 혼신억제필터는 적어도 하나의 코일(L)과 적어도 하나의 캐패시터(C)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부도면을 참조하여 단지 예시로서 주어진 본 발명의 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명확하게 알 수 있다.

본 발명에 따른 모터는 혼신억제필터가 설치된 정류자 하우징과, 정류자 하우징에 장착된 혼신억제장치를 구비하는 정류자를 포함한다.

정류자 하우징은 고정자와 일체로 설치되고, 정류자와 접촉하게 되도록 설계되는 적어도 두 개의 브러시와 브러시들을 쌍으로 연결하는 혼신억제필터를 포함한다.

더욱이, 정류자는 회전자 축과 일체로 설치된 지지링과, 지지링의 원주 둘레에 배열된 다수의 금속 세그먼트들, 그리고 지지링과 금속 세그먼트들 사이에 배열된 다수의 캐패시터들을 포함한다. 각 캐패시터는 인접한 두 금속 세그먼트들 사이에 연결된다. 각 세그먼트 사이에 연결된 캐패시터들은 발생된 전기 아크들을 잘 방전시킨다.

덧붙여, 이러한 정류자는 정류자에 배치된 캐패시터들의 필터링 기능을 보완하는 혼신억제필터를 지닌 하우징 상에 설치된다.

정류자 및 정류자 하우징 상에서 직접 이들 두 혼신억제장치를 결합함으로써 의사신호 방출이 최대로 감소되고 알려진 최고의 노이즈 등급 요건이 충족된다.

본 발명에 따른 전기모터에 사용된 정류자에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.

정류자는 일반적으로 플라스틱 재질인 지지링(11)을 포함하고, 지지링(11)의 원주 둘레에 배열된 다수의 금속 세그먼트들(12)을 갖는다. 세그먼트들(12)은 일반적으로 지지링(11)의 노치(notch)들에 배치되며, 이로써 플라스틱 리브들(ribs)(14)에 의해 서로로부터 절연된다. 금속 세그먼트들(12)은 각 세그먼트의 일 단부에서 기계가공된 갈고리부재들(13)을 또한 포함한다. 이들 갈고리부재들은 정류자 세그먼트들을 곧이어 회전자 권선들에 결합할 수 있게 한다.

캐패시터들(20)이 지지링(11)과 정류자 세그먼트들(12) 사이에 직접 배치된다. 각 캐패시터(20)는 인접한 두 세그먼트들(12)에 각각 결합된 두 개의 전기 단자(21, 22)를 갖는다.

이렇게 해서 다수의 캐패시터(20)가 본 발명에 사용되는 정류자에 배치되며, 각 캐패시터(20)는 인접한 두 금속 세그먼트들(12) 사이에 연결된다.

사용된 캐패시터는 SMD(surface mount device; 표면실장소자) 형식의 것이며, 이러한 표면실장소자는 컴팩트하고 저렴한 해결방안을 제공한다. 캐패시터들은 예를 들어 470 ㎋ 부근의 작은 값을 가진다. 이러한 부품들은 적은 비용으로 시장에서 쉽게 구할 수 있다.

일 응용예에서, 다수의 캐패시터(20)는 상기 인접한 세그먼트들(12)의 한 쌍에 결합되어 병렬로 배치될 수 있다. 이렇게 하면 작은 값의 캐패시터들을 사용하면서도 정류자 세그먼트들 사이의 방전용량을 증가시킬 수 있게 된다.

도 3b의 그래프는 도 2의 정류자를 포함하는 모터에 의해 유도된 무선전기 노이즈를 주파수의 함수로서 나타낸다. 이 그래프 또한 순전히 예시를 위한 것이며 X축 및 Y축상의 수치값들은 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 종래 기술의 정류자 하우징 상에 간단한 혼선억제장치를 포함하는 모터에 의해 유도된 노이즈를 나타내는 도 3a의 그래프와 비교할 때, 유도된 무선전기 노이즈는 감소되었음을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 가장 엄격한 승인 조건들은 여전히 충족되지 못하고 있다.

도 2의 정류자(10)는 전기모터가 조립될 때 도 1에 나타낸 바와 같은 정류자 하우징(100) 내부에 배치되도록 설계된다. 이러한 하우징은 전기모터의 고정자 내에 배치된다(도시되지 않았지만 그 자체는 알려진 것임).

여러 부품들의 조립은 다음과 같이 수행될 수 있다.

정류자(10)의 지지링(11)이 회전자 축 외측으로 미끄러져 끼워진다. 회전자 축은 통상적인 권선들을 지닌다. 다음으로 권선들 각각이 정면으로 대향하는 두 개의 정류자 세그먼트들에 각각 연결된다. 회전자 권선들과의 이러한 연결은 각 세그먼트(12)의 단부에 구비된 갈고리부재(13)를 필요로 할 수 있다.

지지링(11)이 미끄러져 끼워진 회전자 축이 고정자 내에 놓여지고 정류자 하우징(100)의 개구(130)를 통과한다. 이렇게 해서, 캐패시터들(20)을 구비한 정류자(10)는 혼신억제필터(110)를 지닌 정류자 하우징(100)의 지지부(105)에 위치된다.

임의의 유형의 혼신억제필터(110)(R-L-C)가 본 발명의 구성에 사용될 수 있다. 정류자 하우징(100)의 혼신억제필터(110)는 선택적으로 간소화될 수도 있는데, 이는 정류자(10)의 캐패시터들(28)이 이미 비교적 효과적인(도 3b의 그래프 참조) 혼신억제기능을 제공하고 있기 때문이다.

본 출원인은 이와 같이, 고정자와 일체로 설치되고 혼신억제필터를 지닌 정류자 하우징과, 회전자 축과 일체로 설치되고 인접한 금속 세그먼트들의 쌍들 사이에 연결되는 다수의 캐패시터들로 이루어지는 혼신억제장치를 또한 지닌 정류자를 포함하는 전기모터를 제공하였다.

도 3c의 그래프는 본 발명의 모터에 의해 유도되는 무선전기 노이즈를 나타낸다. 도 3a 및 도 3b의 그래프들과 비교할 때, 유도된 무선전기 노이즈가 감소되었음을 알 수 있다. 특히, 가장 엄격한 승인 조건들이 모든 주파수에 대하여 충족된다.

본 발명이 예로서 설명한 실시예들에 한정되지 않음을 명백하다. 따라서, 정류자(10)에 캐패시터들(20)을 배치하는 것과 정류자 하우징(100)에 혼신억제필터(110)를 배치하는 것은 전기모터의 다양한 모델에 맞게 적용될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전기모터에 의하면, 높은 수준의 혼신억제기능을 달성하는 동시에 안정적인 설치와 작동을 보장할 수 있다.

Claims (5)

1. 고정자와 일체로 설치되며, 정류자와 접촉하게 되도록 설계된 적어도 두 개의 브러시(120)와 브러시들(120)을 쌍으로 연결하는 혼신억제필터(110)를 구비한 정류자 하우징(100)과;

   회전자 축과 일체로 설치된 지지링(11)을 구비하며, 상기 지지링(11)의 원주 둘레에 배열된 다수의 금속 세그먼트들 및 인접한 두 금속 정류자 세그먼트들(12) 사이에 각기 연결되는 다수의 캐패시터(20)를 구비한 정류자(10)를 포함하여 이루어지는 전기모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 캐패시터들(20)이 상기 지지링(11)과 상기 정류자(10)의 금속 세그먼트들(12)과의 사이에 배열됨을 특징으로 하는 전기모터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 캐패시터(20)가 상기 정류자(10)의 인접한 두 세그먼트들(12)에 각각 결합된 두 개의 전기 단자(21, 22)를 가지는 것을 특징으로 하는 전기모터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 캐패시터(20)가 상기 정류자(10)의 상기 인접한 세그먼트들(12)의 한 쌍 사이에 병렬로 연결됨을 특징으로 하는 전기모터.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류자 하우징(100)의 혼신억제필터(110)가 적어도 하나의 코일(L)과 적어도 하나의 캐패시터(C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기모터.

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