KR20110069012A

KR20110069012A - ６극 직류 기계

Info

Publication number: KR20110069012A
Application number: KR1020117006152A
Authority: KR
Inventors: 게랄트 로스
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-06-22
Also published as: EP2327140A2; KR101616247B1; DE102008042156A1; WO2010031610A3; CN102160265B; US20110169370A1; EP2327140B1; WO2010031610A2; JP5506802B2; CN102160265A; JP2012503456A; US8816563B2

Abstract

본 발명은 6극 직류 기계, 특히 차량에서 사용하기 위한 직류 모터에 관한 것으로, 바람직하게 영구자석 여자식 고정자(16), 폴 하우징(12)에 회전 가능하게 지지되고 웨이브 와인딩(23)과 정류자(24)를 구비한 회전자(20), 및 브러시(26)와 바람직하게 다른 부품들(30, 31; 32)을 지지하기 위한 브러시 캐리어(28)를 포함한다. 브러시 장치는 완전 장착과 달리, 6개 이하의 브러시(26)를 포함하고, 상기 브러시들은 정류자(24)의 원주에서 서로 대략 60°의 각도 간격으로 배치된다. 이로써 한편으로는 회전자 전류의 리플, 토크 변화 및 소음 방출이 현저히 감소하고, 다른 한편으로는 브러시 캐리어 상에 간섭 부품들(30, 31; 32)의 장착을 위해 프리 스페이스가 제공된다.

Description

６극 직류 기계{Six-pole DC machine}

본 발명은 바람직하게 영구자석 여자식 고정자와, 폴 하우징에 회전 가능하게 지지되고 웨이브 와인딩을 구비한 회전자를 포함하는 6극 직류 기계, 특히 차량에서 사용하기 위한 6극 직류 모터에 관한 것이다. 상기와 같은 기계는 기본적으로, 예컨대 차량용 시동 모터의 용도로 공지되어 있다.

특허 출원 EP 0359603 A호에는 4개의 브러시를 통해 전류를 공급받는 회전자 와인딩을 구비한 6극 직류 기계가 공지되어 있고, 상기 직류 기계의 동일한 극의 브러시들은 바람직하게 120°의 각도로 배치되는 한편, 상이한 전위를 갖는 브러시들은 바람직하게 60°의 각도를 형성한다. 이 경우 2개의 브러시들은 정류자에 직경 방향으로 대향 배치되므로, 4개의 브러시의 배치에도 불구하고, 회전자 와인딩을 위해 2개의 정류 시점만 주어진다.

본 발명의 과제는 기계의 크기 감소 시 브러시 장치가 축소되고 기계 비용이 감소될 수 있는 6극 직류 기계를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 직류 기계에 의해 달성된다.

독립 청구항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 6극 직류 기계는, 6극의 구현에 의해 기계의 크기 감소 시 브러시 장치의 축소와 동시에 기계의 비용이 감소될 수 있는 장점을 제공하고, 이 경우 브러시들의 특수한 배치에 의해 모터 전류의 리플, 토크 변화 및 이로 인한 소음 발생과 전자기 장애가 현저히 감소하며, 동시에 기계의 내구성이 증가하는 장점을 제공한다.

기계의 정류자가 짝수 개, 특히 회전자 홈의 두 배 개수의 라멜라(lamella)를 포함하는 경우에 특히 바람직하다.

단 2개의 브러시 배치로 브러시 개수를 감소하면, 제조 비용 및 조립 공간 절약과 관련해서 최대 장점이 얻어진다. 3개 또는 4개의 브러시의 본 발명에 따른 배치에 의해 그리고 이로 인해 회전자 전류의 정류 시점이 3개로 증가함으로써 비교적 적은 추가 비용으로 브러시 장치의 완전한 장착에 비해 비용과 필요 공간이 현저히 감소하는 동시에 모터 전류의 리플이 더 감소하고, 6개의 브러시가 장착될 때의 모터 전류의 거의 최소 리플에 맞춰질 수 있다. 브러시 개수와 그 횡단면의 감소는 브러시의 전류 부하를 고려해야 한다.

구조적인 관점에서, 브러시 캐리어가 약 180°의 섹터 내에 브러시 홀더의 수용을 위한 4개의 지지부를 포함하는 경우에 바람직하고, 상기 브러시 홀더들에는 용도에 따라 선택적으로 2개, 3개 또는 4개의 브러시들이 장착될 수 있다. 이로써 브러시 캐리어를 하나만 구현함으로써 브러시 장착이 각각의 크기의 전류 부하에 맞춰질 수 있고 따라서 기계의 제조 시 부품 다양성이 감소할 수 있다. 바람직하게는 모든 브러시들이 브러시 캐리어의 제 1 섹터 내에 배치되고, 필요한 전기 간섭 억제 수단은 상기 섹터 외부에 배치되고, 이 경우 이미 간섭 억제된 전기 접속부는 브러시가 차지하는 브러시 캐리어의 섹터 외부에 안내되므로 간섭 억제된 라인 내로 간섭의 재삽입이 방지된다.

회전자의 형상과 관련해서, 상기 회전자는 10개의 개별 치형부들(21)로 형성되고, 회전자 와인딩은 개별 치형부 와인딩으로서 구현되는 경우가 바람직하다. 이로써 회전자 철이 양호하게 이용되고 기계의 효율이 개선된다.

본 발명의 다른 세부사항 및 실시예들은 청구범위 및 본 발명의 실시예의 설명에 제시된다.

본 발명의 실시예들이 도면에 도시되고 하기에서 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 직류 기계의 단면도.
도 2는 2개의 브러시를 통해 전류를 공급받는 회전자와 관련 전류 특성 곡선의 개략도.
도 3은 3개의 브러시를 통해 전류를 공급받는 회전자와 관련 전류 특성 곡선의 개략도.
도 4는 4개의 브러시를 통해 전류를 공급받는 회전자와 관련 전류 특성 곡선의 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 기계의, 3개의 브러시들 및 간섭 억제 부품들이 장착된 브러시 캐리어를 도시한 도면.

도 1에는 차량의 냉각 팬을 위한 구동 모터로서 구현된 6극 직류 기계가 도면부호 10으로 도시된다. 기계는 포트형 폴 하우징(12)을 갖고, 상기 폴 하우징은 베어링 커버(14)에 의해 한 측면이 폐쇄된다. 폴 하우징(12) 내에 고정자(16)가 6개의 영구자석들(18)로 형성되고, 상기 영구자석들은 폴 하우징(12) 내에 공지된 방식으로 고정된다. 개별 치형부(21)를 가진 기계의 회전자(20)는 샤프트(22) 상에 배치되고, 상기 샤프트는 한편으로는 폴 하우징(12) 내에, 다른 한편으로는 베어링 커버(14) 내에 회전 가능하게 지지된다.

또한, 회전자 샤프트(22)에 라멜라(25)와 슬롯(27)을 가진 정류자(24)가 배치되고, 상기 정류자에는 브러시(26)를 통해 웨이브 와인딩(23)의 개별 코일용 여자 전류가 공급된다.

브러시(26)와 다른 부품들, 특히 기계의 필수 간섭 억제 수단은 브러시 캐리어(28) 상에서 지지된다. 모터의 간섭 억제 수단 중에 도 1에는 2개의 간섭 억제 초크들(30, 31) 중 하나 및 커패시터(32)가 도시된다. 폴 하우징(12) 내에 브러시 캐리어(28)의 고정은 고정 플랜지(34)에 의해 이루어지고, 상기 고정 플랜지는 브러시 캐리어의 전체 원주에 걸쳐 연장되고, 기계의 장착이 완료된 상태에서 폴 하우징(12)과 베어링 커버(14) 사이에 고정된다. 상세히는 브러시 캐리어(28)의 구성과 브러시들의 배치는 이어지는 도면들을 참고로 설명되며, 도면들에서 동일한 부품들에는 동일한 도면부호가 사용된다.

도 2 내지 도 4는 브러시(26)와 정류자(24)를 구비한 본 발명에 따른 직류 기계의 브러시 캐리어(28)의 개략도를 도시한다. 3개의 모든 실시예에서, 브러시들(26)은 +/-5 °의 공차로 약 60 °각도 간격으로 배치된다. 정류자(24)로의 전류 공급은 도 2에서 2개의 브러시들을 통해 이루어지고, 도 3에서는 3개의 브러시들을 통해 이루어지고, 도 4에서는 4개의 브러시들을 통해 이루어진다. 브러시들(26)은 정류자 라멜라(1 내지 20)의 표면 폭보다 약간 더 좁은 폭(b)을 갖는다. 3개의 모든 실시예들은 회전자 톱니(21)가 10개일 때 동일하게 20개의 정류자 라멜라(25)를 갖는다. 본 발명에 따라, 브러시 개수는 6개의 브러시들이 완전히 장착된, 웨이브 와인딩을 갖는 6극 직류 기계에서보다 적다. 그러나 전류 리플 및 이로 인한 토크 변동과 소음 발생은 정류자에 직경 방향으로 대향 배치된 2개 또는 4개의 브러시들을 구비한 6극 기계의 공지된 장착 시보다 현저히 감소한다.

회전자 코일 내의 전류 변화가 도 2, 도 3 및 도 4의 브러시 장치의 우측 옆에 개략적으로 도시된다. 특성 곡선으로부터, 2개의 브러시들이 서로 60°의 각도로 배치된 도 2에 장치에서, 18°의 라멜라 분할 영역에서 두 번의 정류만 이루어지는 한편, 도 3 및 도 4에서 3개 또는 4개의 브러시의 사용 시 상기 영역에서, 정류자 원주에서 각각 6°간격으로 세 번의 정류가 이루어지는 것을 알 수 있다. 도 2에 따른 장치에서 전류의 빠진 반파는 파선으로 도시된다. 직경 방향으로 대향 배치되고 정류자 슬롯(27)에 대해 동일하게 위치 설정된 2개의 브러시들과 달리, 라멜라 분할 영역에서 한 번의 정류 대신 두 번의 정류가 이루어지기 때문에, 결과되는 전류 리플은 라멜라 분할 당 하나의 정류 시점을 갖고 직경 방향으로 배치된 공지된 2개의 브러시에 비해 현저히 감소한다.

도 3 및 도 4에 따른 본 발명에 따른 장치에서, 3개 또는 4개의 브러시들(26)은 서로 약 60°의 각도 간격으로 배치되고, 상기 브러시들은 정류자(24)의 원주에서 정류자 슬롯에 대해 3개의 상이한 위치들을 차지하므로, 하나의 라멜라 분할 영역에서 도 2에 따른 실시예에서보다 개선된 전류 리플 감소가 이루어지는 3개의 정류 시점이 제공된다. 또한, 도 4에 따라 4개의 브러시들을 갖는 장치에서, 정류 진행 영역에서 브러시(26) 내의 전류 부하가 각각 반감됨으로써, 브러시의 내구성이 높아진다.

또한, 도 2 내지 도 4에서 브러시들(26)을 위한 필요 공간이 현저히 감소함으로써 브러시 캐리어(26) 상에 간섭 억제 부품들(30, 31, 32)의 배치를 위한 자리가 형성된다.

도 5는 플라스틱으로 사출 성형된 브러시 캐리어(28)의 평면도가 도시된다. 도시되지 않은 직류 전압원의 전류 공급은 2개의 접속 라인들(36, 38)을 통해 이루어지고, 상기 접속 라인들은 한편으로는 직류 전압원의 + 극에 연결되고, 다른 한편으로는 -극에 연결되고, 간섭 억제 초크(30, 31)와도 연결된다. 동시에, 접속 라인(36)은 간섭 억제 커패시터(32)의 하나의 전극에 놓이고, 접속 라인(38)은 다른 전극에 놓인다. 도 5에는 브러시 캐리어(28) 상에 간섭 억제 부품들(30, 31, 32)의 배치가 도시된다. 브러시 홀더(64)용 장착 지지부(56)는, 브러시들(26)이 대략 베이스 플레이트(54)의 상부 절반부에 걸쳐 연장된 제 1 섹터 내에 놓이고, 전기 간섭 억제 수단들(30, 31, 32)이 베이스 플레이트(54)의 하부 절반부 상의 제 2 섹터 내에 놓이도록 베이스 플레이트(54) 상에 배치된다. 이러한 배치에 의해, 브러시들(26)이 차지하는 브러시 캐리어(28)의 상부 섹터 외부에서 초크(30, 31) 및 커패시터(32)에 대한 간섭 억제 전기 접속부가 연장되고, 브러시들의 길이방향 축들은 전기 접속부와 교차되지 않으며, 상기 전기 접속부는 전기 접속 라인(36, 38)과 간섭 억제 초크(30, 31) 사이에 놓인다. 따라서 이미 간섭 억제된, 브러시들의 전기 접속부 내로 간섭 신호가 유도되지 않으므로, 기계의 전자기적 호환성(EMC)이 현저히 개선되고, 기계 내의 조립 공간이 절감된다. 정류자(24)의 위치는 파선으로 표시된다.

12 폴 하우징
16 고정자
20 회전자
23 웨이브 와인딩
24 정류자
26 브러시
28 브러시 캐리어

Claims

6극 직류 기계, 특히 차량 내에서 사용하기 위한 직류 모터로서, 바람직하게 영구자석 여자식 고정자(16), 폴 하우징(12) 내에 회전 가능하게 지지되고 웨이브 와인딩(23)과 정류자(24)를 구비한 회전자(20), 및 브러시(26) 그리고 바람직하게는 다른 부품들(30, 31; 32)을 지지하기 위한 브러시 캐리어(28)를 포함하고, 브러시 장치는 6개 미만의 브러시들(26)을 포함하고, 상기 브러시들은 상기 정류자(24)의 원주에서 서로 약 60°의 각도 간격으로 배치되는 직류 기계.
제 1 항에 있어서, 상기 정류자(24)는 짝수 개의 라멜라(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 기계.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 브러시 장치는 2개의 브러시들(26)을 포함하고, 상기 브러시들은 상기 정류자(24)의 원주에서 정류자 슬롯(27)에 대해 상이한 위치를 차지하는 것을 특징으로 하는 직류 기계.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 브러시 장치는 3개 또는 4개의 브러시들(26)을 포함하고, 상기 브러시들은 상기 정류자(24)의 원주에서 정류자 슬롯(27)에 대해 3개의 상이한 위치를 차지하는 것을 특징으로 하는 직류 기계.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브러시 캐리어(28)는 원형으로 형성되고, 약 180°의 섹터 내에 브러시 홀더(64)를 수용하기 위한 4개의 지지부들(56)을 포함하고, 상기 브러시 홀더는 용도에 따라 상이하게 장착될 수 있는 것을 특징으로 하는 직류 기계.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브러시 캐리어(28)의 섹터 내에 2개 내지 4개의 브러시들(26)이 배치되고, 상기 섹터 외부에는 전기 간섭 억제 수단(30, 31; 32)이 배치되는 것을 특징으로 하는 직류 기계.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 브러시들이 차지하는 상기 브러시 캐리어(28)의 섹터 외부에 상기 브러시들(26)에 대한 간섭 억제 전기 접속부가 배치되는 것을 특징으로 하는 직류 기계.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브러시들(26)이 차지하는 상기 브러시 캐리어(28)의 섹터 외부에 적어도 2개의 간섭 억제 초크(30, 31), 적어도 하나의 간섭 억제 커패시터(32) 및 이들의 전기 접속 라인들(36, 38)이 배치되는 것을 특징으로 하는 직류 기계.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자(20)의 상기 웨이브 와인딩(23)은 개별 톱니 와인딩으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 직류 기계.