KR20070093887A - 전기 기계 - Google Patents

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KR20070093887A
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Abstract

본 발명은 아마추어 코일을 수용하는 아마추어 슬롯(24)을 가진 아마추어(20), 정류자편(11)을 갖는 정류자(10), 스프링 레버(15)에 의해 슬라이딩 가능하게 정류자(10)에 접촉하는 제 1 및 제 2 해머 브러시(14)를 포함하는 전기 기계에 관한 것으로, 적어도 하나의 아마추어 코일은 2개의 부분 코일들(25, 26)로 형성되고, 상기 부분 코일들은 아마추어(20)의 회전 축선(21)에 대해서 서로 대칭으로 배치되고, 상기 부분 코일들(25, 26)은 정류자(10)의 2개의 인접한 정류자편(11)에 접속된다.
정류자, 스프링 레버, 아마추어, 부분 코일

Description

전기 기계{Electric machine}
도 1a는 신규 상태의 2개의 해머 브러시를 갖는 전기 기계.
도 1b는 수명이 다된 2개의 해머 브러시를 갖는 전기 기계.
도 2는 직렬 접속된 2개의 대칭 부분 코일을 갖는 아마추어 코일의 제 1 실시예.
도 3은 병렬 접속된 2개의 대칭 부분 코일을 갖는 아마추어 코일의 제 2 실시예.
도 4는 회전 방향으로 오프셋 되어 정류자에 배치된 3개의 해머 브러시의 배치를 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명 *
10 : 정류자 20 : 아마추어
11 : 정류자편 21 : 회전 축선
14 : 브러시 25, 26 : 부분 코어
15 : 스프링 레버 100 : 전기 기계
본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 전기 기계, 특히 직류 기계에 관한 것이다.
선행기술, 예컨대 WO 00/369729에 전기 기계의 정류자 브러시를 해머 브러시로서 형성하는 것이 공지되어 있다. 해머 브러시에 스프링 레버가 장착되고, 상기 스프링 레버는 정류자를 향해 예비 응력을 받는다. 하나의 레버 단부는 예컨대 브러시 홀더의 지지부에 고정되는 한편, 다른 레버 단부는 정류자 상에 놓이는 카본 브러시를 지지한다.
해머 브러시의 사용시, 수명에 걸쳐 브러시가 마모됨으로써 정류자와 브러시와의 접촉점들이 서로 변위되는 문제점이 나타난다. 이로써, 2개의 브러시의 정류 시점이 변경되므로, 2개의 브러시들은 더 이상 동시에 정류하지 않는다. 큰 모터 소음을 야기하는 방사방향 힘이 발생될 수 있다.
청구범위 제 1 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 전기 기계는, 브러시의 마모로 인해 정류자와 브러시와의 접촉점들이 변위됨으로써 야기되는 방사방향 힘이 대칭 권선부에 의해 보상되는 장점을 갖는다. 이는, 대칭 권선부의 2개의 부분 코일에서 단락 전류가 동시에 동일한 강도로 발생되어, 각각의 부분 코일의 방사방향 힘이 상호 보상되고 이로써 방사방향 합력이 아마추어에 작용하지 않게 한다. 따라서, 모터의 소음이 현저히 감소한다.
본 발명에 따라, 적어도 하나의 아마추어 코일은 아마추어의 회전 축선에 대해서 서로 대칭으로 배치된 2개의 부분 코일들로 형성되고, 부분 코일들은 정류자 의 2개의 인접한 정류자편에 접속된다. 즉, 아마추어 코일은, 각각 2개의 부분 코일들이 아마추어의 회전 축선에 대해서 서로 대칭으로 배치되도록 형성된다. 서로 대칭으로 배치된 2개의 부분 코일들은 정류자의 2개의 인접한 정류자편에 접속된다.
2개의 부분 코일들은 본 발명에 따라, 자계 내의 부분 코일에 전류 공급시 실질적으로 방사방향 힘이 아마추어에 작용하지 않도록 서로 대칭으로 배치된다. 2개의 부분 코일들은, 예컨대 인접한 정류자편에 접속됨으로써 동시에 정류 가능하다. 방사방향 합력은, 2개의 부분 코일들이 실질적으로 구조적으로 서로 평행하고 아마추어의 회전 축선에 대해서 동일한 간격으로 배치됨으로써 특히 양호하게 보상된다. 또한, 방사방향 힘은 2개의 부분 코일들이 동일한 다수의 권선을 포함함으로써 특히 양호하게 보상된다. 또한, 방사방향 힘은 2개의 부분 코일들이 서로 반대 방향으로 감김으로써 특히 양호하게 보상된다. 이것은 특히 2극 전기 권선부이다.
2개의 부분 코일들은 전기적으로 서로 직렬 또는 병렬로 접속될 수 있다. 직렬 접속시 2개의 부분 코일들은 2개의 단부를 갖고, 상기 단부들은 인접한 정류자편에 접속된다. 이와 달리, 병렬 접속시 2개의 부분 코일들은 각각 2개의 단부를 포함하고, 하나의 부분 코일의 단부들은 각각 인접한 정류자편에 접속된다.
바람직한 실시예에서 정류자는 짝수개의 정류자편을 갖는다. 또한, 정류자편의 개수는 바람직하게 아마추어 슬롯의 개수와 동일하다.
본 발명에 따른 전기 기계는 적어도 2개의 해머 브러시를 포함하고, 상기 해 머 브러시는 스프링 레버에 의해 슬라이드 가능하게 정류자에 접촉한다. 2개의 해머 브러시는 서로 마주 놓인다. 정류시 가능한 균일한 전류 흐름을 보장하기 위해, 브러시 폭은 정류자의 회전시 브러시가 각각 2개의 인접한 정류자편을 커버하여 이들을 단락시키도록 선택된다. 이로 인해, 브러시 방전이 현저히 감소한다.
전기 기계의 다른 실시예에서, 회전수 조절을 위해 제 3 해머 브러시가 제공될 수 있고, 상기 제 3 해머 브러시는 서로 마주 놓인 해머 브러시들(하기에서 제 1 및 제 2 해머브러시라고 함) 사이에 방사방향으로 배치된다. 따라서, 제 3 해머 브러시는 제 1 해머 브러시에 대해서 회전 방향으로 180˚보다 작은 특정 각도만큼, 예컨대 70˚ 오프셋 되어 배치된다. 낮은 회전수 단계에서 서로 마주 놓인 2개의 해머 브러시, 즉 제 1 및 제 2 해머 브러시에 전류가 공급되는 한편, 제 3 해머 브러시는 무전류 상태이다. 높은 회전수 단계에서 제 2 및 제 3 해머 브러시에 전류가 공급되는 반면, 제 1 해머 브러시는 무전류 상태이다. 따라서 제 2 해머 브러시는 공통 브러시를 형성하고, 상기 공통 브러시는 낮은 회전수에서는 제 1 해머 브러시와 협동하고 높은 회전수에서는 제 3 해머 브러시와 협동한다. 전류가 공급되지 않은 해머 브러시는 각각 2개의 인접한 정류자편을 접속한다. 이로써, 상기 브러시는 종래의 권선부의 경우 그 사이에 놓인 코일을 단락시키고, 공급 전류와 반대로 향하고 아마추어에 대해 방사방향 힘을 야기하는 단락 전류가 형성된다. 이러한 방사방향 힘은 본 발명에 따른 전기 기계의 경우 방지되는데, 그 이유는 코일 대신 대칭으로 배치된 2개의 부분 코일들이 인접한 정류자편에 접촉하기 때문이다. 2개의 인접한 정류자편들이 각각 전류가 공급되지 않은 해머 브러시를 통해 접속되면, 2개의 부분 코일들에서 단락 전류가 발생하므로, 2개의 부분 코일들의 방사방향 힘이 보상된다.
다른 바람직한 실시예에서, 대칭으로 배치된 부분 코일은 감소된, 예컨대 1/2의 코일 와이어 횡단면을 갖는 2층의 2중 권선부로서 형성된다. 이로써, 상승된 슬롯 충전 팩터가 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 전기 기계는 예컨대 윈드실드 와이퍼 모터, 윈도우 리프터 모터, 시트 조절 모터와 같은 차량 내의 가동 부품의 조절을 위한 예컨대 2극 직류 모터일 수 있다.
도 1의 개략도는 수명에 걸쳐 해머 브러시가 마모됨으로써 정류자와 브러시의 접촉점이 어떻게 변위 되는지를 도시한다. 도 1a에는 전기 기계(100)가 도시되고, 상기 전기 기계는 아마추어(20), 2개의 자극(30) 및 정류자편(11)을 가진 정류자(10)를 포함한다. 아마추어(20) 및 정류자(10)는 회전 축선(21)을 갖는 아마추어 샤프트(22)에 상대 회전 불가능하게 지지된다. 제 1 및 제 2 해머 브러시(14)는 스프링 레버(15)에 의해 슬라이드 가능하게 정류자(10)에 접촉한다. 2개의 해머 브러시(14)는 서로 마주 놓이므로, 브러시(14)가 새것인 상태에서 브러시 중앙(17)은 정류자 표면(16)에 180˚의 각도로 오프셋 되어 접촉한다. 도 1b는 브러시(14)의 수명이 다할 때쯤 정류자(10)와 서로 마주 놓인 2개의 해머 브러시(14)의 배치를 도시한다. 브러시 마모에 의해 브러시 중앙(17)은 정류자 표면(16)에 180˚이상의 각도로 접촉한다. 이로써, 2개의 해머 브러시(14)의 정류 시점은, 2개의 브러시(14)가 더 이상 동시에 정류하지 않고 원치않는 방사방향 힘이 아마추어에 작용하도록 변경된다.
도 2에 2개의 대칭 부분 코일을 갖는 아마추어 코일의 제 1 실시예의 전개도를 개략적으로 도시한다. 도시된 실시예에서 정류자(10)는 12개의 정류자편(11)을 갖고 아마추어(20)는 12개의 톱니(23) 및 12개의 아마추어 슬롯(24)을 포함한다. 아마추어 코일은 랩 와인딩(lap winding) 방식으로 단절 권선(fractional pitch winding)의 형태로 감겨 있다. 제 1 부분 코일(25)의 권선부는 제 1 및 제 2 톱니 사이의 제 1 아마추어 슬롯(24) 내에 및 제 6 및 제 7 톱니(23) 사이의 제 6 아마추어 슬롯(24) 내에 놓인다. 제 2 부분 코일(26)의 권선부는 제 12 및 제 1 톱니 사이의 제 12 아마추어 슬롯(24) 내에 및 제 7 및 제 8 톱니(23) 사이의 제 7 아마추어 슬롯(24) 내에 놓인다. 제 1 및 제 2 부분 코일들(25, 26)의 2개의 단부들은 인접한(이 경우 제 3 및 제 4) 정류자편(11)에 전기 접속된다. 따라서 2개의 부분 코일들(25, 26)은 직렬 접속된다. 제 1 및 제 6 아마추어 슬롯(24) 및 제 7 및 제 12 아마추어 슬롯(24)은 서로 마주 놓이므로, 2개의 부분 코일들(25, 26)은 아마추어(20)의 회전 축선(21)에 대해서 서로 대칭으로 배치되고, 따라서 이들은 서로 평행하게 연장되고, 2개의 부분 코일들(25, 26)은 반대 방향으로 감긴다. 도시된 실시예에서, 제 2 부분 코일(26)이 감기기 전에 먼저 제 1 부분 코일(25)이 감긴다. 그러나 대안으로서, 2개의 부분 코일들(25, 26)이 교대로 감길 수 있다.
도 3에 2개의 대칭 부분 코일을 갖는 아마추어 코일의 제 2 실시예의 전개도를 개략적으로 도시한다. 도시된 실시예에서, 정류자(10)는 12개의 정류자편(11) 을 갖고 아마추어(20)는 12개의 톱니(23)와 12개의 아마추어 슬롯(24)을 갖는다. 아마추어 코일도 랩 와인딩 방식으로 단절 권선의 형태로 감긴다. 제 1 부분 코일(25)의 권선부는 제 1 및 제 2 톱니(23) 사이의 제 1 아마추어 슬롯(24) 내에 및 제 6 및 제 7 톱니(23) 사이의 제 6 아마추어 슬롯(24) 내에 놓인다. 제 2 부분 코일(26)의 권선부는 제 12 및 제 1 톱니(23) 사이의 제 12 아마추어 슬롯(24) 내에 및 제 7 및 제 8 톱니(23) 사이의 제 7 아마추어 슬롯(24) 내에 놓인다. 각각의 부분 코일들(25, 26)의 2개의 단부들이 인접한 정류자편(11)에 전기 접속됨으로써 2개의 부분 코일들(25, 26)은 병렬로 접속된다.
도 2 및 도 3은 2개의 부분 코일(25, 26)의 직렬 접속 및 병렬 접속의 실시예를 각각 도시한다. 대칭으로 배치된 2개의 부분 코일(25, 26)의 권선부의 도시된 원리에 따라, 다수의 다른 권선부 설계가 구현될 수 있다.
도 4는 3개의 해머 브러시(14', 14", 14''')의 배치를 개략적으로 도시한다. 해머 브러시(14', 14", 14''')는 여기에서 블록으로 간단하게 도시된다. 제 1 해머 브러시(14') 및 제 2 해머 브러시(14")는 서로 마주 놓이게 배치된다. 제 3 해머 브러시(14''')는 제 1 및 제 2 해머 브러시(14', 14") 사이에 방사방향으로 배치된다. 즉, 제 3 해머 브러시(14''')는 제 1 해머 브러시(14')에 대해서 회전 방향으로 규정된 각도, 예컨대 이 경우 45˚의 각도만큼 오프셋 되어 배치된다. 낮은 회전수 단계에서는 서로 마주 놓인 2개의 해머 브러시, 즉 제 1 및 제 2 해머 브러시(14', 14")에 전류가 공급되고, 높은 회전수에서는 제 2 및 제 3 해머 브러시(14", 14''')에 전류가 공급된다. 따라서 제 2 해머 브러시(14")는 공통 브러시 를 형성하고, 낮은 회전수 단계에서는 제 1 해머 브러시(14')와 협동하고, 높은 회전수에서는 제 3 해머 브러시(14''')와 협동한다.
본 발명에 따라, 마모로 인해 정류자와 브러시와의 접촉점들이 변위 됨으로써 야기되는 방사방향 힘이 대칭 권선부에 의해 보상된다. 이는, 대칭 권선부의 2개의 부분 코일에서 단락 전류가 동시에 동일한 강도로 발생되어, 각각의 부분 코일의 방사방향 힘이 상호 보상되고 이로써 방사방향 합력이 아마추어에 작용하지 않게 한다. 띠라서 모터의 소음이 감소한다.

Claims (9)

  1. 전기 기계로서, 아마추어 코일을 수용하는 아마추어 슬롯(24)을 가진 아마추어(20), 정류자편(11)을 가진 정류자(10) 및, 제 1 및 제 2 해머 브러시(14)를 포함하고, 상기 해머 브러시는 각각 스프링 레버(15)에 의해 슬라이딩 가능하게 정류자(10)에 접촉하는 전기 기계에 있어서,
    적어도 하나의 아마추어 코일은 2개의 부분 코일들(25, 26)로 형성되고, 상기 부분 코일들은 상기 아마추어(20)의 회전 축선(21)에 대해서 서로 대칭으로 배치되고, 상기 부분 코일들(25, 26)은 상기 정류자(10)의 2개의 인접한 상기 정류자편(11)에 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 부분 코일들(25, 26)은 실질적으로 기하학적으로 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 2개의 부분 코일들(25, 26)은 동일한 다수의 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 부분 코일들(25, 26)은 반대 방향으로 감겨 있는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 부분 코일들(25, 26)은 전기적으로 직렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  6. 제 5 항에 있어서, 직렬로 접속된 상기 2개의 부분 코일들(25, 26)은 인접한 상기 정류자편(11)에 접속된 2개의 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 부분 코일들(25, 26)은 전기적으로 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  8. 제 7 항에 있어서, 병렬 접속된 상기 2개의 부분 코일들(25, 26)은 2개의 단부를 갖고, 하나의 부분 코일(25, 26)의 단부들은 각각 인접한 상기 정류자편(11)에 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 3 해머 브러시(14''')가 제공되고, 상기 제 1 및 제 2 해머 브러시(14', 14")는 서로 마주 놓이게 배치되고 제 1 회전수 단계에서 협동하고, 상기 제 3 해머 브러시(14''')는 상기 제 1 및 제 2 해머 브러시(14', 14") 사이에 방사방향으로 배치되고 제 2 회전수 단계에서 상기 제 2 해머 브러시(14'')와 협동하는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
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