KR20080014828A

KR20080014828A - 직류 모터

Info

Publication number: KR20080014828A
Application number: KR1020077028284A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 요코야마; 요우이치 후지타; 소츠오 미요시; 나오히로 오케타니
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-02-14
Also published as: JPWO2007122767A1; WO2007122767A1; US20090091207A1; DE112006003837T5; KR100960192B1; US7728479B2; JP4780103B2

Abstract

과제

정류자를 마련한 원판의 외형을 크게 하는 일 없이, 제 1의 브러시의 접촉 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 제어 응답성이 양호한 채로, 제 1의 브러시의 내마모성의 향상을 가능하게 할 수 있을뿐만 아니라, 동시에 축방향의 길이 치수를 대폭적으로 단축하여, 소형화를 가능하게 할 수 있는 직류 모터를 얻는다.

해결 수단

제 1의 브러시(14)를 정류자(11)에 대해 지름 방향에서 접촉시킴과 함께, 제 2의 브러시(15)를 이 정류자(11)의 내주측에 형성되는 슬립 링(12)에 대해 축방향에서 접촉시킨다.

직류 모터

Description

직류 모터{DC MOTOR}

본 발명은, 전원으로부터 공급되는 직류 전류를 정류자에 의해 전류(轉流)하여, 전류된 각 전류(電流)를 슬립 링에 의해 여자 코일에 통전하는 직류 모터에 관한 것이다.

일반적으로, 직류 모터의 정류자는, 전원으로부터 제 1의 브러시를 통하여 공급되는 직류를 전류(轉流)하기 위해, 다분할(多分割)되어 있다.

종래의 직류 모터의 제 1의 타입은, 상기 정류자에 대해, 제 1의 브러시를 축방향에서 접촉시킴과 함께, 그 정류자의 외주측에 3분할되어 형성되는 슬립 링에 대해, 제 2의 브러시를 축방향에서 접촉시키는 구성으로 하고 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조).

또한, 종래의 직류 모터의 제 2의 타입은, 상기 정류자에 대해, 제 1의 브러시를 지름 방향에서 접촉시킴과 함께, 그 정류자의 동축상에 3분할되어 형성되는 슬립 링에 대해, 제 2의 브러시를 지름 방향에서 접촉시키는 구성으로 하고 있다.(예를 들면 특허 문헌 1 참조).

또한, 종래의 직류 모터의 제 3의 타입은, 상기 정류자에 대해, 제 1의 브러시를 지름 방향에서 접촉시킴과 함께, 그 정류자의 축방향 외주측에 3분할되어 형 성되는 슬립 링에 대해, 제 2의 브러시를 축방향에서 접촉시키는 구성으로 하고 있다.(예를 들면 특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 1 : 일본국 특개2000-230657호 공보(도 1, 도 5)

특허 문헌 2 : 국제공개2001-05018호 공보(도 6)

상기 제 1의 타입의 직류 모터에서는, 제 1의 브러시는 정류자에 접촉하여 활주하고 있기 때문에, 제 1의 브러시는 시간의 경과와 함께 마모하여 간다. 그에 대해, 제 1의 브러시에 흐르는 전류의 전류 밀도를 내림에 의해, 제 1의 브러시에 대한 전기적 마모가 저감되고, 내마모성의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 그러나, 그를 위해서는, 제 1의 브러시의 정류자에 대한 접촉 면적을 크게 할 것이 필요하다. 제 1의 브러시의 정류자에 대한 접촉 면적이 커지면, 제 1의 브러시에 접촉하고 있는 정류자도 크게 할 것이 필요하다. 그 결과로서, 정류자를 마련한 원판의 외경이 크게 되어 버린다. 원판의 외경이 커지면, 신성 모멘트가 커지고, 또한, 정류자 도시 제 1의 브러시 사이에 작용하는 활주 마찰 저항도 커지기 때문에, 그 결과, 직류 모터의 제어 응답성이 나빠져 버린다는 결점이 있다.

또한, 제 1의 타입의 직류 모터에서는, 특허 문헌 1에서는 제 1의 브러시와 제 2의 브러시의 전체 길이가 개략 동일하게 기재되어 있지만, 실제의 직류 모터에서는 제 1의 브러시는 정류자와 접촉하기 때문에, 제 1의 브러시의 선단의 극성이 빈번하게 전환되어 전기적 마모가 생긴다. 그래서, 제 1의 브러시는, 제 2의 브러시보다도 전체 길이가 긴 것을 사용하고 있다. 즉, 제 2의 브러시보다도 전체 길이가 긴 제 1의 브러시가, 정류자에 대해 축방향에서 접촉하도록 하고 있기 때문에, 축방향의 치수가 크게 되어 버리고, 소형화를 할 수가 없다는 결점도 있다.

또한, 상기 제 2의 타입의 직류 모터에서는, 제 1의 브러시가 정류자에 대해 지름 방향에서 접촉하도록 되어 있기 때문에, 제 1의 브러시의 접촉 면적을 크게 할 때에, 정류자를 마련한 원판의 외경을 크게 할 것이 필요하지 않게 된다. 그 때문에, 직류 모터의 제어 응답성이 양호한 채로 접촉 면적을 크게 할 수 있고, 제 1의 브러시의 내마모성을 향상할 수 있다.

그러나, 제 2의 브러시는, 정류자와 동축상에 배설된 슬립 링에 대해, 지름 방향에서 접촉하도록 되어 있고, 3 개의 슬립 링이 축방향으로 겹쳐서 배설되어 있기 때문에, 축방향의 치수가 크게 되어 버리고, 소형화를 할 수가 없다는 결점이 있다.

또한, 상기 제 3의 타입의 직류 모터에서는, 제 1의 브러시가 정류자에 대해 지름 방향에서 접촉하도록 되어 있기 때문에, 제 2의 타입의 직류 모터와 마찬가지로, 직류 모터의 제어 응답성이 양호한 채로 접촉 면적을 크게 할 수 있고, 제 1의 브러시의 내마모성을 향상할 수 있다.

그러나, 정류자는 슬립 링의 내주측에 배설되어 있기 때문에, 제 1의 브러시가 정류자에 대해 지름 방향에서 접촉하기 위해서는, 정류자는 원판의 중앙부에 축방향으로 돌출한 형상으로 마련될 필요가 있고, 축방향의 치수가 크게 되어 버려서, 소형화를 할 수가 없다는 결점이 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 정류자를 마련한 원판의 외형을 크게 하는 일 없이, 제 1의 브러시의 접촉 면적을 크게 하는 것을 목적으로 한다. 즉, 제어 응답성이 양호한 채로 제 1의 브러시의 내마모성의 향상을 가능하게 하여, 축방향의 길이 치수가 대폭적으로 단축되고, 소형화를 가능하게 할 수 있는 직류 모터를 얻는 것이다.

본 발명에 관한 직류 모터에서는, 복수의 코일이 배설되는 스테이터와, 이 스테이터의 내주에 대향하여 배설되고, 복수의 자극을 갖는 로터와, 이 로터의 일단에 마련되고, 전원으로부터 공급된 전류를, 전류(轉流)하여 스테이터의 코일에 주는 통전부를 구비한 직류 모터에 있어서, 통전부는, 로터와 일체적으로 회전하는 원판으로 구성되고, 원판의 지름 방향 외주부 및 축방향 단부(端部)에 각각 통전 부위를 갖는 것이다.

본 발명은, 제어 응답성이 양호한 채로, 브러시의 내마모성의 향상을 가능하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 소형화를 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 직류 모터의 구성을 도시하는 단면도.

도 2는 도 1에 도시하는 직류 모터의 통전부의 전류의 흐름을 도시하고, (A)는 평면도, (B)는 측면도.

도 3은 도 1에 도시하는 직류 모터에서의 정류자 및 슬립 링의 구성을 도시하는 사시도.

도 4는 1에 도시하는 직류 모터에서의 스테이터의 제조 방법을 도시하는 평 면도.

(부호의 설명)

2 : 스테이터

3 : 스테이터 코어

4 : 코일

8 : 로터

9 : 영구자석 자극

10 : 원판

11 : 정류자

11a : 정류자편

12 : 슬립 링

14 : 제 1의 브러시

15 : 제 2의 브러시

실시의 형태 1

이하에서는, 본 발명의 실시의 형태가, 도에 의거하여 설명된다.

도 1은, 본 발명에 관한 직류 모터의 실시의 형태 1에서의 직류 모터의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2는, 도 1에서의 직류 모터의 통전부의 전류의 흐름을 도시하고, (A)는 평면도, (B)는 측면도이다. 도 3은, 도 1에 도시하는 정류자 및 슬립 링의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 4는, 도 1에서의 스테이터의 제조 방법 을 도시하는 평면도이다.

도 1에서, 1은 수지 재료로 형성된 모터 케이스, 2는 이 모터 케이스(1)와 수지 몰드에 의해 일체 성형된 스테이터이다. 도 4(A)에 도시하는 바와 같이, 코어편(3b)에는, 자극 티스(3a)가, 각각 돌설되어 있다. 이 코어편(3b)이 박육부(3c)를 통하여 연결된 자성(磁性) 재료가, 소정의 매수 적층됨에 의해, 스테이터 코어(3)는, 형성된다. 권선성(卷線性)을 좋게 하기 위해, 이 상태에서 권선기(도시 생략)에 의해 각 자극 티스(3a)에 각각 코일(4)를 시행한다. 그 후, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, 스테이터(2)는, 각 박육부(3c)를 절곡시킴에 의해 고리형상으로 형성되어 구성되어 있다.

5는 모터 케이스(1)의 일단측에 장착되는 플랜지 부재로, 그 중앙부에 축받이(6)를 지지하는 보스부(5a)가 돌설하여 형성되어 있다. 7은 축받이(6)와 동축상에 배설된 축받이이다. 8은 양 축받이(6, 7)에 의해 양단이 지지되고, 그 외주부에는 스테이터(2)의 코일(4)에 대응하는 위치에 복수의 영구자석 자극(9)이 배설된 로터이다. 로터(8)는, 축받이(6)에 지승(支承)된 일단측으로부터 모터 축(8a)이 돌출하여 형성되어 있다.

10은 도 3에 도시하는 바와 같이, 로터(8)의 타단측에 고착되고 로터(8)와 함께 회전하는 원판이다. 11은 이 원판(10)의 외주부를 둘레 방향으로 다분할하여 형성된 정류자이다. 이 정류자(11)의 접촉면은, 지름 방향으로 형성되어 있다. 12는 이 정류자(11)의 내주측에 동심원 고리형상으로 n분할(도면에서는 3분할)하여 형성된 슬립 링이다. 이 슬립 링(12)의 접촉면은, 축방향으로 형성되어 있다. 13은 모터 케이스(1)의 타단측에 장착되는 브래킷이다.

14는 이 브래킷(13)에 절연 지지되고, 선단측이 정류자(11)의 각 분할부, 즉 정류자편(11a)의 접촉면에 소정의 압력을 통하여 활주 가능하게 접촉하는 한 쌍의 제 1의 브러시이다. 제 1의 브러시(14)는, 정류자편(11a)에 대해, 지름 방향에서 접촉되어 있다. 15는 브래킷(13)에 절연 지지되고, 선단이 각 슬립 링(12)의 접촉면에 소정의 압력을 통하여 활주 가능하게 접촉하는 3개의 제 2의 브러시이다. 제 2의 브러시(15)는, 각 슬립 링(12)에 대해, 축방향에서 접촉시켜저 있다.

또한, 제 1의 브러시(14)는 정류자편(11a)에 접촉하기 때문에, 제 1의 브러시(14)의 선단의 극성이 빈번하게 전환된다. 그 때문에, 제 1의 브러시(14)에는, 정류자편(11a)와 접촉함에 의해 생기는 기계적 마모에 더하여, 선단의 극성이 빈번하게 전환됨에 의해, 전기적 마모도 생긴다. 이에 대해, 제 2의 브러시(15)는 제 1의 브러시(14)와 같이 선단의 극성이 빈번하게 전환되는 것이 아니기 때문에, 전기적 마모는 거의 생기지 않는다. 그 때문에, 제 1의 브러시(14)는, 제 2의 브러시(15)보다도 마모가 크기 때문에, 제 2의 브러시(15)보다도 전체 길이가 긴 것을 사용하고 있다. 또한, 통전부(16)는, 원판(10) 내지 슬립 링(12)으로 구성되어 있다.

다음에, 상기한 바와 같이 구성된 실시의 형태 1에서의 직류 모터의 동작에 관해 설명한다.

우선, 전원(도시 생략)으로부터 직류 전류가 한쪽의 제 1의 브러시(14)를 통하여 유입하면, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 정류자(11)에서 정류되어 슬립 링(12)에 흐르고, 제 2의 브러시(15)를 통하여 스테이터(2)측에 공급된다. 그 직류 전류는, 코일(4)을 흐른 후, 재차 제 2의 브러시(15), 슬립 링(12) 및 정류자(11)를 흘러서, 다른쪽의 제 1의 브러시(14)를 통하여 전원측으로 유출된다.

그러면, 전류가 흐르는 코일(4)에서 발생하는 자속과, 로터(8)의 영구자석 자극(9)의 작용으로 로터(8)에 회전력이 발생한다. 이 회전력에 의해 원판(10)도 회전하기 때문에, 제 1의 브러시(14)와 접촉하는 정류자편(11a)과의 조합이 전환되어, 전류가 흐르는 코일(4)도 순차적으로 전환되어 가기 때문에, 로터(8)는 연속 회전을 시작한다.

이와 같이 구성된 직류 모터에 의하면, 제 1의 브러시(14)가 정류자(11)에 대해 지름 방향에서 접촉함과 함께, 제 2의 브러시가 이 정류자(11)의 내주측에 형성되는 슬립 링(12)에 대해 축방향에서 접촉하는 구성으로 하고 있다. 따라서, 제 1의 브러시(14)의 내마모성을 향상시키기 위해 제 1의 브러시(14)의 정류자(11)에 대한 접촉 면적을 크게 한 경우에도, 정류자(11)가 지름 방향으로 배설되어 있기 때문에, 정류자(11)를 마련한 원판(10)의 지름 방향의 크기는 변하지 않는다. 즉, 제 1의 브러시(14)의 정류자(11)에 대한 접촉 면적을 크게 하여도 관성 모멘트의 증대나 정류자(11)와 제 1의 브러시(14) 사이에 작용하는 활주 마찰 저항의 증대가 생기지 않기 때문에, 직류 모터의 제어 응답성이 양호한 채로, 제 1의 브러시의 내마모성의 향상을 가능하게 할 수 있다.

또한, 종래의 제 1의 타입의 직류 모터와 비교하여, 본 발명의 직류 모터에서는, 제 2의 브러시(15)보다도 전체 길이가 긴 제 1의 브러시(14)를 정류자(11)에 대해 지름 방향에서 접촉시키고 있다. 따라서, 제 1의 브러시(14)와 제 2의 브러시(15)의 전체 길이의 차만큼 축방향의 전체 길이를 내릴 수 있기 때문에, 제 1의 타입의 직류 모터보다도 축방향의 길이 치수를 단축할 수 있고, 소형화를 가능하게 할 수 있다.

또한, 종래의 제 2의 타입의 직류 모터와 비교하여도, 본 발명의 직류 모터에서는, 제 2의 브러시(15)가 슬립 링(12)에 대해 축방향에서 접촉하도록 하고 있기 때문에, 슬립 링(12)를 동일 평면상에 배설할 수 있다. 따라서, 제 2의 타입의 직류 모터와 같이, 슬립 링(12)을 정류자(11)의 상부에 축방향으로 3개 겹쳐서 배설할 필요가 없어지기 때문에, 축방향에 치수를 단축할 수 있고, 소형화를 가능하게 할 수 있다.

또한, 종래의 제 3의 타입의 직류 모터와 비교하여도, 본 발명의 직류 모터에서는, 정류자(11)가 슬립 링(12)의 외주측에 마련되어 있기 때문에, 제 1의 브러시(14)를 정류자(11)에 대해 지름 방향에서 접촉시킬 때에 제 3의 타입의 직류 모터와 같이 정류자(11)를 축방향으로 돌출시켜서 마련할 필요가 없다. 따라서, 축방향의 길이 치수를 단축할 수 있고, 소형화를 가능하게 할 수 있다.

즉, 상기 실시의 형태 1에 관한 직류 모터는, 제어 응답성이 양호한 채로 제 1의 브러시(14)의 내마모성의 향상을 가능하게 할 뿐만 아니라, 소형화를 가능하게 할 수 있는 것이다.

또한, 실시의 형태 1에서는, 로터(8)와 통전부(16)의 관계에 관해 상세히 기재하지 않지만, 로터(8)와 통전부(16)가 수지로 일체 성형한 것이라도 좋다.

로터(8)와 통전부(16)를 일체 성형한 것인 경우, 일체 성형함에 의해 로터(8)와 통전부(16)의 강도가 강해진다. 그 결과, 축과의 동축성을 강하게 하기 위해, 제 1의 브러시(14)가 접촉하는 통전부(16)의 측면을 표면 절삭할 때에, 로터(8)와 통전부(16)의 강도 부족을 때문에 양자가 분리하여 버리는 일 없이, 표면 절삭을 행할 수가 있다.

또한, 로터(8)와 통전부(16)를 수지로 일체 성형함에 의해, 별도 부재의 것에 비하여 작업 공정이 적어지기 때문에, 저비용화도 가능하게 할 수 있다.

또한, 상술한 수지는 열가소성 수지면 더욱 좋다. 일반적으로, 열가소성 수지는 열경화성 수지와 비교하여, 생산성이 높기 때문에, 직류 모터와 같이 대량으로 양산하는 것에서는, 열경화성 수지보다도 열가소성 수지의 쪽이 바람직한 것이다.

본 발명의 직류 모터에서는, 제 1의 브러시(14)를 정류자(11)에 대해 지름 방향에서 접촉시킴과 함께, 제 2의 브러시(15)를 이 정류자(11)의 내주측에 형성되는 슬립 링(12)에 대해 축방향에서 접촉시키는 것이다. 따라서, 제 1의 브러시(14)의 정류자(11)에 대한 접촉 면적을 크게 할 때에, 정류자(11)가 지름 방향으로 배설되어 있기 때문에, 원판(11)의 외경을 크게 하는 일 없이, 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 즉 직류 모터의 제어 응답성이 양호한 채로 접촉 면적을 크게 할 수 있다.

제 1의 브러시(14)의 정류자(11)에 대한 접촉 면적을 크게 함으로써, 제 1의 브러시(14)에 흐르는 전류의 전류 밀도를 작게 할 수 있기 때문에, 제 1의 브러 시(14)와 정류자(11) 사이에 생기는 불꽃을 저감할 수 있다. 즉, 제 1의 브러시(14)와 정류자(11) 사이에 생기는 열을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 직류 모터에서는, 로터(8)가 코일(4)이 아니라 영구자석 자극(9)으로 구성되어 있기 때문에, 용접 등의 공정을 생략할 수 있기 때문에 용접에 의해 생기는 열이 생기지 않는다. 그 때문에, 수지에 열가소성 수지를 이용하여 성형하는 것이 가능해진다. 수지를 열가소성 수지에 함에 의해, 직류 모터의 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 직류 모터는, 특히 자동차의 엔진에 배기 가스의 일부를 흡기계로 재순환시켜서, 불활성 가스의 발생을 억제하면서, 양호한 연료 소비율을 얻는 배기 가스 재순환 장치에 이용되는 것이 바람직하다.

이것은, 입력 블록인 블록(11)의 화상 데이터의 값과, 참조 블록의 화상 데이터의 값이 근사(近似)한 것을 나타내고 있다. 즉, 블록(11)과 참조 블록의 화상 내용이 근사한다고 생각하는 것이 가능하다.

배기 가스 재순환 장치는, 배기로(도시 생략)와 흡기로(도시 생략) 사이를 개방, 폐색한 밸브 부재(도시 생략)를 축방향으로 직동(直動)시킴에 의해, 배기 가스의 일부를 흡기로에 재순환시켜서, 양호한 연료 소비율을 얻을 수 있는 것이다. 이 배기 가스 재순환 장치에서는, 밸브 부재를 축방향으로 직동시키기 위해 본원 발명의 직류 모터를 이용하고 있다.

구체적으로 설명하면, 본원 발명의 직류 모터의 로터(8)에 발생하는 회전력을, 모터 축(8a)을 축방향으로 직동시키는 직동력으로 변환한다. 그리고, 이 직동 력에 의해, 배기로와 흡기로 사이를 개방, 폐색하는 밸브 부재(도시 생략)를 직동시킨다.

이 배기 가스 재순환 장치는, 자동차의 엔진 룸에 부착된다. 근래, 자동차의 엔진에서 고성능·소형화가 진행되고 있고, 배기 가스 재순환 장치에서도 소형화는 달성하여야 할 자동차 메이커로부터의 요구이다. 자동차의 엔진 레이아웃상, 배기 가스 재순환 장치의 특히 축방향의 길이 단축을 자동차 메이커로부터 요구된 일이 많다.

본 발명의 직류 모터에서는, 제 1의 브러시(14)를 정류자(11)에 대해 지름 방향에서 접촉시키고 있기 때문에, 축방향 치수를 단축할 수 있고, 소형화할 수 있다.

또한, 배기 가스 재순환 장치는 양호한 연료 소비율을 얻기 위한 장치이기 때문에, 높은 제어 응답성이 요구되어 있다. 본 발명의 직류 모터에서는, 제 1의 브러시(14)의 정류자(11)에 대한 접촉 면적을 크게 한 경우에도 원판(10)의 외경이 커지지 않는다. 따라서, 관성 모멘트의 증대나 정류자(11)와 제 1의 브러시(14) 사이에 작용하는 활주 마찰 저항의 증대가 생기지 않기 때문에, 양호한 제어를 하는 것이 가능하다.

즉, 본 발명의 직류 모터는, 축방향 치수의 소형화를 가능하게 하는 동시에 양호한 제어 응답성도 확보할 수 있기 때문에, 자동차용의 배기 가스 재순환 장치로서 최적이다.

Claims

복수의 코일이 배설되는 스테이터와,

이 스테이터의 내주에 대향하여 배설되고, 복수의 자극을 갖는 로터와,

이 로터의 일단에 마련되고, 전원으로부터 공급된 전류를, 전류(轉流)하여 상기 스테이터의 코일에 주는 통전부를 구비한 직류 모터에 있어서,

상기 통전부는, 상기 로터와 일체적으로 회전하는 원판으로 구성되고, 상기 원판의 지름 방향 외주부 및 축방향 단부에 각각 통전 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 직류 모터.
제 1항에 있어서,

원판의 지름 방향 외주부에 마련된 통전 부위는, 둘레 방향으로 다분할 된 정류자이고,

원판의 축방향 단부에 마련된 통전 부위는, n상으로 분할된 슬립 링인 것을 특징으로 하는 직류 모터.
제 2항에 있어서,

정류자는, 제 1의 브러시를 통하여 공급되는 전류를 전류(轉流)하고,

슬립 링은, 상기 정류자에 의해 n상으로 전류(轉流)된 상기 전류를, 제 2의 브러시를 통하여 스테이터의 코일에 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 직류 모터.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

로터와 통전부를, 수지로 일체 성형한 것을 특징으로 하는 직류 모터.
제 4항에 있어서,

수지는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 직류 모터.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

직류 모터는 배기 가스 재순환 장치용인 것을 특징으로 하는 직류 모터.