KR20140081647A

KR20140081647A - 무접점 슬립링 모터

Info

Publication number: KR20140081647A
Application number: KR1020130043847A
Authority: KR
Inventors: 이우용
Original assignee: 동아전장주식회사
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-07-01
Also published as: KR101433763B1

Abstract

무접점 슬립링 모터에 대한 발명이 개시된다. 개시된 발명은: 공급되는 전류의 극성에 따라 극성이 변화되면서 회전되는 회전자부와; 회전자부의 회전에 연동되어 회전되는 구동축부와; 구동축부의 회전에 연동되어 회전되며, 회전자부와 전기적으로 연결되는 연결부; 및 연결부와 전기적으로 연결되며, 연결부의 위치가 회전자부의 위치에 연동되도록 연결부를 지지하는 슬립링유닛을 포함하고, 슬립링유닛은, 공간부가 형성되는 케이스부와; 공간부에 수용되어 연결부와 전기적으로 연결되며, 공간부에 수용부가 형성되도록 공간부를 구획하는 회전구획부; 및 수용부에 수용되어 회전구획부와 전기적으로 연결되는 전도부; 및 전도부의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함한다.

Description

무접점 슬립링 모터{NON-CONTACT SLIP-RING TYPE MOTOR}

본 발명은 무접점 슬립링 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계 장치에 동력을 제공하는 무접점 슬립링 모터에 관한 것이다.

일반적으로, 전동기는 전기 에너지를 공급받아 운동에너지로 변환하여 기계 장치에 동력을 제공하는 역할을 한다.

이러한 전동기는 슬립링을 통해 회전자에 전기가 공급되고, 회전자는 슬립링을 통해 전달되는 전류의 극성에 따라 회전자와 고정자 간에 발생되는 자력의 반발 및 흡인력에 의해 회전되어 로터축을 회전시키는 형태로 구비된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개실용신안공보 제1999-0024042호(1999년 7월 5일 공개, 고안의 명칭 : 모터 아마츄어 샤프트 베어링 고정구조)에 개시되어 있다.

본 발명은 구동 성능이 개선된 무접점 슬립링 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 무접점 슬립링 모터는: 공급되는 전류의 극성에 따라 극성이 변화되면서 회전되는 회전자부와; 상기 회전자부의 회전에 연동되어 회전되는 구동축부와; 상기 구동축부의 회전에 연동되어 회전되며, 상기 회전자부와 전기적으로 연결되는 연결부; 및 상기 연결부와 전기적으로 연결되며, 상기 연결부의 위치가 상기 회전자부의 위치에 연동되도록 상기 연결부를 지지하는 슬립링유닛을 포함하고, 상기 슬립링유닛은, 공간부가 형성되는 케이스부와; 상기 공간부에 수용되어 상기 연결부와 전기적으로 연결되며, 상기 공간부에 수용부가 형성되도록 상기 공간부를 구획하는 회전구획부와; 상기 수용부에 수용되어 상기 회전구획부와 전기적으로 연결되는 전도부; 및 상기 전도부의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함한다.

또한, 상기 전도부는, 전도성 물질의 유체와, 전도성 페이스트 및 전도성 분말 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬립링유닛은, 상기 케이스부에 관통되게 형성되어 상기 수용부를 상기 케이스부의 외부와 연통시키는 주입부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬립링유닛은, 외부 전원과 전기적으로 연결되며, 상기 주입부를 통해 상기 수용부로 삽입되어 상기 전도부와 전기적으로 연결되는 전극부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전극부는, 상기 주입부를 개폐하도록 구비되어 상기 외부 전원과 전기적으로 연결되는 외부전극부; 및 상기 주입부를 통해 상기 수용부로 삽입되도록 상기 외부전극부로부터 연장되어 상기 전도부와 전기적으로 연결되는 삽입전극부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전구획부는, 상기 연결부가 설치되며, 상기 연결부의 위치가 상기 회전자부의 위치에 연동되도록 상기 구동축부의 회전에 연동되어 회전되는 결합축부와; 상기 결합축부에 의해 상기 구동축부의 회전에 연동되어 회전되며, 상기 수용부가 형성되도록 상기 공간부를 구획하는 구획부; 및 상기 구획부에 의해 상기 구동축부의 회전에 연동되어 회전되며, 상기 수용부에 수용된 전도부와 상기 연결부를 전기적으로 연결하는 회전전극부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬립링유닛은, 상기 케이스부와 상기 회전구획부 사이에 구비되어 상기 수용부를 밀폐시키는 슬립링실링부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬립링실링부는, 상기 수용부가 내부에 수용되도록 상기 구획부와 상기 케이스부 사이에 구비되는 실링케이스부; 및 상기 구획부와 상기 실링케이스부 간의 접점을 실링하는 실링링부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 결합축부는, 상기 구동축부에 결합되는 본체부 및 상기 구동축부의 길이 방향을 따라 상기 본체부에 관통되게 형성되는 관통홀부를 포함하고; 상기 연결부는, 상기 관통홀부를 통과하도록 상기 결합축부에 설치되어 상기 회전전극부와 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 온도조절부는, 상기 결합축부의 내부에 삽입되어 발열되는 가열부재를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전구획부는, 상기 구동축부의 길이 방향을 따라 복수 개가 배치되고; 복수 개의 상기 회전구획부는, 상기 수용부에 상기 구동축부의 길이 방향을 따라 복수 개의 상기 수용부가 형성되도록 상기 공간부를 구획하는 것이 바람직하다.

또한, 복수 개의 상기 회전구획부는, 각각의 상기 구획부가 상기 구동축부의 길이 방향으로 서로 이격되게 배치되도록 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구획부는 상기 결합축부의 타측에 구비되고; 상기 구획부에는, 상기 결합축부의 타측에 결합되는 다른 상기 결합축부가 끼움 결합되는 끼움부가 형성되며; 상기 끼움부는, 상기 결합축부의 타측이 다른 상기 결합축부의 일측을 향해 노출되도록 상기 구획부의 내측에 관통되게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬립링유닛은, 두 개의 상기 결합축부 간의 결합 부분에 구비되어 상기 결합축부 간의 결합 부분을 실링하는 결합축실링부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 무접점 슬립링 모터에 따르면, 슬립링유닛 내부에서의 마찰 발생이 현저히 감소되므로, 구동축부의 회전력이 슬립링유닛 내부에서 발생되는 마찰로 인해 감소되는 것을 효과적으로 억제함으로써, 그 구동 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 브러쉬 없이 회전자부에 전류를 공급할 수 있으므로, 정류자와 브러쉬 간에 발생되는 스파크에 의한 노이즈 발생이 방지될 뿐 아니라, 브러쉬 마모로 인한 모터 수명 한계를 극복할 수 있다.

또한, 본 발명은 브러쉬 마모에 의한 카본 입자가 발생되지 않으므로, 고전압용 모터에 적용될 경우에도 쇼트가 발생될 우려가 없으며, 카본 입자에 의해 베어링부가 손상될 우려가 없는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 전도부와 접촉되어 회전되는 회전구획부와 같은 회전 구조체의 회전력이 균일하게 유지되도록 함으로써 모터 구동의 불균일을 방지하고, 회전구획부 및 전극부와 같이 전도부와 접촉되는 구조체가 전도부와의 접촉으로 인해 마모되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 슬립링 모터의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링 유닛의 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링 유닛의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 회전구획부의 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 회전구획부의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 주입부의 개방 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 슬립링 모터의 작동상태를 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬립링 유닛의 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 슬립링 유닛의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 10은 도 8에 도시된 온도조절부의 배치 구조를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 무접점 슬립링 모터의 일 실시예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 슬립링 모터의 구조를 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링 유닛의 구조를 보여주는 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링 유닛의 구조를 보여주는 단면도이다. 또한, 도 4는 도 3에 도시된 회전구획부의 구조를 보여주는 분해 사시도이고, 도 5는 도 3에 도시된 회전구획부의 구조를 보여주는 단면도이며, 도 6은 도 3에 도시된 주입부의 개방 상태를 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 슬립링 모터(500)는, 회전자부(100)와, 구동축부(200)와, 연결부(300) 및 슬립링유닛(400)을 포함한다.

회전자부(100)는 모터용 케이스(10)에 내장된다. 모터용 케이스(10)에는 고정자부(20)가 구비되며, 고정자부(20)는 모터용 케이스(10)의 내벽에 고정 설치된다. 고정자부(20)는 서로 다른 극성의 자력을 형성하도록 서로 이격되게 배치되는 복수 개의 영구자석을 포함하여 이루어진다.

회전자부(100)는 고정자부(20)의 내측으로 배치되고, 전류가 공급되면 자력을 형성하되, 공급되는 전류의 극성에 따라 다른 극성의 자력을 형성한다. 이러한 회전자부(100)는 고정자부(20)의 자력과 회전자부(100)의 자력 간에 발생되는 반발 및 흡인력에 의해 회전된다.

구동축부(200)는 회전자부(100)에 결합된다. 이러한 구동축부(200)는 회전자부(100)의 회전에 연동되어 그 길이 방향 축을 중심으로 회전된다.

연결부(300)는 회전자부(100)와 전기적으로 연결된다. 본 실시예에서, 연결부(300)는 전류가 흐르도록 구비되는 케이블인 것으로 예시된다. 연결부(300)는 일측이 회전자부(100)의 각 극(부호생략)과 전기적으로 연결되고, 타측이 후술할 슬립링유닛(400)의 회전구획부(430,440)와 전기적으로 연결된다.

연결부(300)는 구동축부(200)의 회전에 연동되어 회전된다. 이에 따라 연결부(300)는 연결된 회전자부(100)의 해당 극의 위치에 연동되도록 그 위치가 변화된다. 이러한 연결부(300)는, 회전에 의해 그 위치가 계속해서 변화되는 회전자부(100)의 해당 극을 따라 회전하면서 회전자부(100)와의 연결이 유지될 수 있도록 한다.

슬립링유닛(400)은 연결부(300)와 전기적으로 연결된다. 이러한 슬립링유닛(400)은 연결부(300)의 위치가 회전자부(100)의 위치에 연동되도록 연결부(300)를 지지한다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 슬립링유닛(400)은 케이스부(410)와, 회전구획부(430,440)와, 전도부(450)와, 슬립링실링부(460) 및 온도조절부(470)를 포함한다.

케이스부(410)는 슬립링유닛(400)의 외관을 형성하며, 회전구획부(430,440) 및 전도부(450)를 내부에 수용한다. 이러한 케이스부(410)의 내부에는 회전구획부(430,440) 및 전도부(450)가 수용되는 공간부(부호생략)가 형성된다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 회전구획부(430,440)는 케이스부(410) 내부의 공간부에 수용되어 연결부(300)와 전기적으로 연결되며, 공간부에 수용부(A)가 형성되도록 공간부를 구획한다.

본 실시예에서, 회전구획부(430,440)는 구동축부(200)의 길이 방향을 따라 복수 개가 배치되는 것으로 예시된다. 이에 따르면, 복수 개의 회전구획부(430,440)는 구동축부(200)의 길이 방향을 따라 복수 개의 수용부(A)가 형성되도록 공간부를 구획하게 된다. 각각의 회전구획부(430,440)는 결합축부(431,441)와, 구획부(433,443) 및 회전전극부(435,445)를 포함한다.

결합축부(431,441)에는 연결부(300)가 설치된다. 결합축부(431,441)는 연결부(300)의 위치가 회전자부(100)의 위치에 연동되도록 구동축부(200)의 회전에 연동되어 회전된다. 이러한 결합축부(431,441)는 본체부(431a,441a) 및 관통홀부(431b,441b)를 포함한다.

본체부(431a,441a)는 구동축부(200)에 결합되어 구동축부(200)의 회전에 따라 회전된다. 관통홀부(431b,441b)는 본체부(431a,441a)에 관통되게 형성되되, 구동축부(200)의 길이 방향을 따라 본체부(431a,441a)의 내부에 관통되게 형성된다. 연결부(300)는 이러한 관통홀부(431b,441b)를 통과하도록 결합축부(431,441)에 설치되어 회전전극부(435,445)와 연결된다.

본 실시예에서는, 본체부(431a,441a)에 복수 개의 관통홀부(431b,441b)가 형성되는 것으로 예시된다. 이에 따르면, 회전자부(100; 도 1 참조)의 각 극과 연결되는 각각의 연결부(300)는 복수 개의 관통홀부(431b,441b)를 각각 독립적으로 관통하며 결합축부(431,441)에 설치된다.

구획부(433,443)는 결합축부(431,441)에 의해 구동축부(200)의 회전에 연동되어 회전된다. 구획부(433,443)는 결합축부(431,441)의 타측에 배치되며, 결합축부(431,441)의 외측으로 연장되게 형성된다. 본 실시예에서, 구획부(432,442)는 외주면의 형상이 케이스부(410)의 내주면의 형상에 대응되는 원판 형상으로 형성되는 것으로 예시된다.

상기와 같은 구획부(433,443)는 수용부(A)가 형성되도록 공간부를 구획한다. 즉, 구획부(433,443)는 구동축부(200)의 길이 방향과 직교되는 방향으로 공간부를 구획함으로써, 수용부(A)에 해당되는 영역이 공간부의 내부에 구획되도록 한다.

복수 개의 회전구획부(430,440)에 구비되는 각각의 구획부(433,443)는 구동축부(200)의 길이 방향으로 서로 이격되게 배치되며, 수용부(A)는 이와 같이 이격된 구획부(433)와 구획부(443) 사이의 공간에 형성된다.

상기와 같이 형성되는 수용부(A)에는 전도부(450)가 수용된다. 전도부(450)는 수용부(A)에 수용되어 회전구획부(430,440)와 전기적으로 연결된다. 전도부(450)는 전도성 물질의 유체나, 합성수지와 같은 바인더 성분에 은, 구리, 니켈 등과 같은 전도성 물질의 분말을 분산시켜 제조된 전도성 페이스트, 또는 카본 블랙, 흑연, 은, 구리, 니켈 등과 같은 전도성 물질의 분말로 이루어진 전도성 분말 중 적어도 어느 하나를 포함하는 형태로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서는, 전도부(450)가 전도성 물질의 유체, 예를 들면 상온에서 액체 상태로 유지되는 전도성 금속을 포함하는 형태로 이루어지는 것으로 예시된다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 전도부(450)는 전도성 페이스트를 포함하는 형태로 이루어질 수도 있고, 전도성 분말을 포함하는 형태로 이루어질 수도 있으며, 전도성 유체, 전도성 페이스트 및 전도성 분말 중 둘 이상을 포함하는 형태로 이루어질 수도 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.

본 실시예에 따르면, 슬립링유닛(400)에는 구동축부(200)의 길이 방향을 따라 복수 개의 수용부(A)가 형성되며, 이러한 수용부(A)에 수용되는 전도부(450)도 수용부(A)의 위치에 대응되는 위치에 수용부(A)의 개수만큼 복수 개가 형성된다.

또한, 각 전도부(450) 간을 구획하는 각각의 회전구획부(430,440)는 절연성 재질로 형성된다. 이에 따라 각 전도부(450) 사이는 회전구획부(430,440)에 의해 절연된다.

슬립링실링부(460)는 케이스부(410)와 회전구획부(430,440) 사이에 구비되어 수용부(A)를 밀폐시킨다. 이러한 슬립링실링부(460)는 실링케이스부(461) 및 실링링부(465)를 포함한다.

실링케이스부(461)는 케이스부(410)의 공간부에 수용되되, 구획부(433,443), 즉 수용부(A)가 내부에 수용되도록 구획부(433,443)와 케이스부(410) 사이에 구비된다. 실링케이스부(461)는 중공이 형성된 원통 형상으로 형성되는 것으로 형성된다. 이러한 실링케이스부(461)의 외주면은 케이스부(410)의 내주면에 결합되며, 실링케이스부(461)의 내부에는 회전구획부(430,440)가 수용된다.

실링링부(465)는 구획부(433,443)의 외주면과 실링케이스부(461)의 내주면 사이에 설치되어 구획부(433,443)와 실링케이스부(461) 간의 접점을 실링(Sealing)한다. 바람직하게는, 실링링부(465)는 그 외주면이 실링케이스부(461)의 내주면에 근접되도록 설치되되, 실링링부(465)와 실링케이스부(461)가 서로 밀착 내지 접촉되지 않도록 설치된다.

본 실시예에서, 실링케이스부(461)와 실링링부(465)는 다공성의 세라믹(Ceramic) 재질로 형성되는 것으로 예시된다. 이처럼 다공성의 세라믹 재질로 형성되는 실링케이스부(461) 및 실링링부(465)는, 전도부(450)를 형성하는 액체 상태의 금속에 대해 매우 낮은 흡수성을 가지며, 그 표면에 형성된 다수의 공극으로 인해 넓은 표면적을 갖는다.

상기와 같은 실링케이스부(461) 및 실링링부(465)는, 그 내부로 전도부(450)를 이루는 액체 상태의 금속이 흡수되지 않도록 함으로써, 한 영역의 수용부(A)에 수용된 전도부(450)가 슬립링실링부(460)에 흡수된 후 인접한 다른 영역의 수용부(A) 측으로 침투되는 것을 방지할 수 있다.

또한 실링케이스부(461) 및 실링링부(465)는, 넓은 표면적을 갖도록 다공성 세라믹 재질로 형성되어 실링케이스부(461) 및 실링링부(465)에서 전도부(450)를 이루는 액체 상태의 금속의 표면장력이 작용되는 면적이 확장되도록 함으로써, 실링케이스부(461)와 실링링부(465) 간의 틈을 통해 전도부(450)가 유출되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

상기와 같은 실링케이스부(461) 및 실링링부(465)를 포함하는 슬립링실링부(460)는, 한 영역의 수용부(A)에 수용된 전도부(450)가 다른 영역의 수용부(A) 측으로 유출되는 것을 효과적으로 억제함으로써, 전도부(450)의 유출로 인한 쇼트 발생을 방지할 수 있다.

또한 슬립링실링부(460)는, 케이스부(410)와 케이스부(410) 내부를 회전하는 회전체인 회전구획부(430,440) 간의 마모가 발생되지 않도록 함은 물론, 실링케이스부(461) 및 실링링부(465) 간의 마모를 발생시키지 않으므로, 슬립링유닛(400)의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 구획부(433,443)에는 끼움부(432,442)가 형성된다. 끼움부(432,442)는 결합축부(431,441)의 타측이 다른 결합축부(441,431)의 일측을 향해 노출되도록 구획부(433,443)의 내측에 관통되게 형성된다. 이러한 끼움부(432,442)에는 결합축부(431,441)의 타측에 결합되는 다른 결합축부(441,431)가 끼움 결합된다.

이에 따르면, 어느 하나의 결합축부(431)와 그에 인접한 다른 하나의 결합축부(441) 간의 결합은, 어느 하나의 본체부(431a)의 일측이 다른 회전구획부(440)의 구획부(443)에 형성된 끼움부(442)에 끼움 결합되면서 구획부(443)를 관통하고, 이 결합축부(431)의 일측이 끼움부(442)를 통해 노출된 본체부(441a)의 타측에 결합됨으로써 이루어진다.

아울러, 본 실시예의 슬립링유닛(400)은 결합축실링부(439)를 더 포함할 수 있다. 결합축실링부(439)는 상기한 두 개의 결합축부(431,441) 간의 결합 부분에 구비되어 결합축부(431,441) 간의 결합 부분을 실링한다.

이러한 결합축실링부(439)는 전도부(450)가 결합축부(431,441) 간의 결합 부분을 통해 결합축부(431,441)의 내부로 침투되는 것을 차단함으로써, 전도부(450)가 결합축부(431,441)의 내부를 관통하는 연결부(300)와 접촉되는 것을 방지할 수 있다.

회전전극부(435,445)는 구획부(433,443)에 설치되되, 수용부(A)의 내부에 배치되며, 구획부(433,443)에 의해 구동축부(200)의 회전에 연동되어 회전된다. 이러한 회전전극부(435,445)는 수용부(A)에 수용된 전도부(450)와 연결부(300)를 전기적으로 연결한다.

본 실시예에 따르면, 복수 개의 회전구획부(430,440)에 각각 구비된 각각의 회전전극부(435,445)는, 회전구획부(430,440)에 의해 수용부(A)의 내부에 절연된 전도부(450)를 연결부(300)와 전기적으로 연결하는 유일한 연결 수단이 된다.

이러한 각각의 회전전극부(435,445)는, 회전자부(100)의 각 극과 개별적으로 연결된다. 즉, 회전자부(100)의 한 극과 하나의 회전전극부(435,445)는 하나의 연결부(300)에 의해 개별적으로 연결되며, 회전자부(100)의 각 극은 그에 대응되는 개수의 연결부(300)에 의해 각 회전전극부(435,445)와 개별적으로 연결된다.

온도조절부(470)는 전도부(450)의 온도를 조절하도록 구비된다. 이러한 온도조절부(470)는 케이스부(410)에 설치되어 발열되는 가열부재(부호생략)를 포함한다. 본 실시예에서, 가열부재는 에너지 소모가 적고 열효율이 높은 탄소섬유 재질로 형성되는 것으로 예시된다. 이러한 가열부재를 포함하는 온도조절부(470)는, 케이스부(410)의 벽면에 삽입되는 형태로 설치될 수도 있고, 케이스부(410)의 내주면에 부착되는 형태로 설치될 수도 있다.

상기와 같이 구비되는 온도조절부(470)는 필요에 따라 발열되어 케이스부(410) 내부의 온도를 상승시킴으로써, 케이스부(410) 내부에 수용된 전도부(450)의 온도를 조절하는 역할을 한다.

즉 온도조절부(470)는, 기온 저하시에도 전도부(450)의 온도가 일정 수준을 유지하도록 전도부(450)의 온도를 조절함으로써, 기온 저하시에도 전도부(450)의 점도가 일정 수준으로 유지되도록 하고, 전도부(450)를 형성하는 액체 금속이 기온 저하로 인해 고체화되는 것을 방지한다.

이처럼 온도조절부(470)는, 기온 변화와 무관하게 전도부(450)의 점도가 일정 수준으로 유지되도록 함으로써, 전도부(450)와 접촉되어 회전되는 회전구획부(430,440)와 같은 회전 구조체의 회전력이 균일하게 유지되도록 한다.

또한 온도조절부(470)는, 전도부(450)를 형성하는 액체 금속의 고체화를 방지함으로써, 회전구획부(430,440) 및 후술할 전극부(480)와 같이 전도부(450)와 접촉되는 구조체가 전도부(450)와의 접촉으로 인해 마모되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 미설명된 부호 490은 회전구획부(430,440) 및 구동축부(200)를 회전 가능하게 지지하는 베어링부를 지칭한다. 베어링부(490)에는 결합축부(431,441)가 회전 가능하게 끼움 결합되며, 베어링부(490)는 이러한 결합축부(431,441)를 회전 가능하게 지지함으로써, 결합축부(431,441)에 결합된 구동축부(200)를 회전 가능하게 지지한다.

한편, 도 3 및 도 6을 참조하면, 본 실시예의 슬립링유닛(400)은 전극부(480)를 더 포함한다. 또한, 케이스부(410)는 주입부(420)를 더 포함한다.

본 실시예에서, 주입부(420)는 케이스부(410)의 상부에 배치되는 것으로 예시된다. 주입부(420)는 케이스부(410)에 관통되게 형성되어 수용부(A)를 케이스부(410)의 외부와 연통시킨다. 이러한 주입부(420)는 전도부(450)를 형성하는 액체 상태의 전도성 금속을 수용부(A)를 수용부(A)의 내부로 주입시키기 위한 통로를 형성한다. 본 실시예에서, 주입부(420)는 수용부(A)의 개수에 대응되는 복수 개가 구비되는 것으로 예시된다.

전극부(480)는 본 실시예의 무접점 슬립링 모터(500)를 구동시키기 위한 전류를 공급하는 외부 전원(미도시)과 전기적으로 연결된다. 전극부(480)는 주입부(420)를 통해 수용부(A)로 삽입되어 전도부(450)와 전기적으로 연결된다. 이러한 전극부(480)는 외부전극부(481)와 삽입전극부(483)를 포함한다.

외부전극부(481)는 주입부(420)를 개폐하도록 구비된다. 이러한 외부전극부(481)는 주입부(420)의 상부에 얹혀지는 형태로 주입부(420) 상에 결합되어 외부 전원과 전기적으로 연결된다.

삽입전극부(483)는 주입부(420)를 통해 수용부(A)로 삽입되도록 외부전극부(481)로부터 연장된다. 이러한 삽입전극부(483)는 수용부(A)에서 전도부(450)와 접촉하여 전도부(450)와 전기적으로 연결된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 슬립링 모터의 작동상태를 보여주는 단면도이다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 실시예에 따른 무접점 슬립링 모터의 작용, 효과에 대하여 설명한다.

도 6을 참조하면, 주입부(420)는 전극부(480)가 주입부(420)에서 분리됨에 따라 개방되며, 전도부(450)를 형성하기 위한 액체 상태의 전도성 금속은 이처럼 개방된 주입부(420)를 통해 수용부(A)의 내부로 주입된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 액체 상태의 전도성 금속의 주입이 완료되어 수용부(A)의 내부에 전도부(450)가 형성되고, 전극부(480)가 전도부(450)와 전기적으로 연결되도록 주입부(420) 상에 설치되면, 본 실시예의 무접점 슬립링 모터(500)의 작동이 가능한 상태가 된다.

이러한 상태에서, 전류가 외부 전원(미도시)으로부터 전선(미도시)을 통해 공급되면, 이 전류는 전선을 매개로 외부 전원과 연결된 전극부(480)로 전달된다. 이처럼 전극부(480)로 전달되는 전류는, 전극부(480)와 전기적으로 연결된 전도부(450)로 전달된다.

본 실시예에 따르면, 전도부(450)는 회전자부(100)에 구비된 극의 개수에 대응되는 개수가 구비된다. 본 실시예에서는 회전자부(100)에 구비된 극의 개수와 전도부(450)의 개수가 3개인 것으로 예시되나. 이에 한정되는 것은 아니다.

각 전극부(480)와 개별적으로 연결된 전선을 통해 각 전극부(480)로 흐르는 전류는, 각 전극부(480)와 연결된 전도부(450)에 개별적으로 전달된다. 그리고, 각 전도부(450)로 전달된 전류는 각각 해당 전도부(450)와 연결된 회전전극부(435,445) 및 이와 연결된 각 연결부(300)를 통해 회전자부(100)의 각 극으로 개별적으로 전달된다.

이와 같이 전류가 전달되는 회전자부(100)의 각 극에는, 공급되는 전류의 극성에 따라 다른 극성의 자력이 형성된다. 이에 따라 회전자부(100)는 고정자부(20)의 자력과 회전자부(100)의 자력 간에 발생되는 반발 및 흡인력에 의해 회전된다. 이때, 회전자부(100)의 각 극으로 전달되는 전류의 극성이 적절히 변화되도록 조절하면, 회전자부(100)의 회전 성능 및 무접점 슬립링 모터(500)의 구동 성능을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.

한편, 상기와 같이 회전되는 회전자부(100)는 구동축부(200)를 회전시킨다. 이처럼 회전되는 구동축부(200)는, 구동축부(200)와 연결된 기계 장치(미도시)를 구동시키는 회전력을 제공하는 한편, 슬립링유닛(400)의 회전구획부(430,440)를 회전시키게 된다.

이처럼 구동축부(200)에 의해 회전되는 회전구획부(430,440)는, 회전자부(100)와 동일한 방향 및 속도로 회전하면서, 연결부(300)의 위치가 회전자부(100)의 위치에 연동되도록 연결부(300)를 지지한다. 이러한 회전구획부(430,440)는, 전도부(450)로 전달된 전류를 회전 중인 회전자부(100)로 안정적으로 전달하기 위한 매개체 역할을 한다.

또한, 상기와 같이 회전되는 회전구획부(430,440)는, 전도부(450)와 회전전극부(435,445) 간의 접촉을 매개로 전도부(450)와 전기적으로 연결된다. 본 실시예에 따르면, 전도부(450)는 상온에서 액체 상태로 유지되는 전도성 금속, 전도성 페이스트 및 전도성 분말 중 적어도 어느 하나가 수용부(A)에 채워짐에 따라 형성되는 형태이므로, 결국 전극부(480)와 회전구획부(430,440) 간의 전기적 연결은 액체 상태의 전도성 금속이나 페이스트 또는 분말을 통해 이루어지는 것이 된다.

상기와 같이 전극부(480)와 회전구획부(430,440) 간을 전기적으로 연결하는 전도부(450)는, 전류를 안정적으로 전달하면서도 슬립링유닛(400)의 내부에서의 마찰 발생을 현저히 감소시킬 수 있다.

즉, 전도부(450)는 전도성 액체로 형성되어 케이스부(410)의 내부에서 구동축부(200) 및 회전구획부(430,440)의 회전으로부터 자유롭도록 구비되므로, 회전 상태의 회전구획부(430,440)와의 전기적인 연결을 안정적으로 유지하면서도, 케이스부(410)의 내주면과의 마찰을 발생시키기 않는다.

이러한 전도부(450)는, 회전 상태의 회전자부(100)에 전류를 전달하기 위해 슬립링유닛(400)의 내부에 구비되는 회전 구조체와 케이스부(410)의 내벽 간의 마찰 면적이 현저히 감소되도록 한다.

이러한 구조에 의해 슬립링유닛(400)은 그 내부에서의 마찰 발생이 현저히 감소되므로, 구동축부(200)의 회전력이 슬립링유닛(400) 내부에서 발생되는 마찰로 인해 감소되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

이와 같은 슬립링유닛(400)을 구비하는 본 실시예의 무접점 슬립링 모터(500)는, 구동축부(200)의 회전력이 마찰로 인해 감소되는 것을 억제함으로써, 그 구동 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예의 무접점 슬립링 모터(500)는, 브러쉬 없이 회전자부(100)에 전류를 공급할 수 있으므로, 정류자와 브러쉬 간에 발생되는 스파크에 의한 노이즈 발생이 방지될 뿐 아니라, 브러쉬 마모로 인한 모터 수명 한계를 극복할 수 있다.

또한, 본 실시예의 무접점 슬립링 모터(500)는, 브러쉬 마모에 의한 카본 입자가 발생되지 않으므로, 고전압용 모터에 적용될 경우에도 쇼트가 발생될 우려가 없으며, 카본 입자에 의해 베어링부(490)가 손상될 우려가 없는 이점이 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬립링 유닛의 구조를 보여주는 분해 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 슬립링 유닛의 구조를 보여주는 단면도이며, 도 10은 도 8에 도시된 온도조절부의 배치 구조를 보여주는 도면이다.

참고로, 도 8 내지 도 10에서는 연결부(300; 도 3 참조)의 도시가 생략되어 있음을 밝혀둔다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬립링유닛(400')은 전도부(450)의 온도를 조절하는 온도조절부(470')를 포함하며, 이 온도조절부(470')는 결합축부(431,441)의 내부에 삽입되어 발열되는 가열부재를 포함한다. 본 실시예에서, 가열부재는 에너지 소모가 적고 열 효율이 높은 탄소나노튜브(Carbon nanotube; CNT)인 것으로 예시된다.

본 실시예에 따르면, 결합축부(431,441)에는 삽입홀부(431c,441c)가 형성된다. 삽입홀부(431c,441c)는 본체부(431a,441a)에 관통되게 형성되되, 구동축부(200)의 길이 방향을 따라, 즉 관통홀부(431b,441b)와 나란한 방향으로 본체부(431a,441a)의 내부에 관통되게 형성된다. 온도조절부(470')는 이러한 관통홀부(431b,441b)에 삽입되도록 결합축부(431,441)에 설치된다.

본 실시예에서는, 본체부(431a,441a)에는 복수 개의 삽입홀부(431c,441c)가 형성되고, 온도조절부(470')는 삽입홀부(431c,441c)의 개수에 대응되는 복수 개가 구비되는 것으로 예시된다.

상기와 같은 본 실시예의 온도조절부(470')는, 전도부(450)와 접촉되어 회전되는 회전구획부(430,440)와 같은 회전 구조체의 회전력이 균일하게 유지되도록 함으로써 모터 구동의 불균일을 방지하고, 회전구획부(430,440) 및 전극부(480)와 같이 전도부(450)와 접촉되는 구조체가 전도부(450)와의 접촉으로 인해 마모되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예의 온도조절부(470')는, 결합축부(431,441)의 내부, 즉 전도부(450)의 내측에서 발열되도록 구비되므로, 온도조절부(470')의 발열에 의해 발생된 열이 손실되지 않고 전도부(450)로 전달될 수 있도록 하여 열 효율을 증대시킬 수 있다.

그 뿐 아니라, 본 실시예의 온도조절부(470')는, 슬립링유닛(400)을 이루는 다른 구성들에 의해 보호될 수 있는 내부에 설치되므로, 외력에 의한 변형, 파손이 방지될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100 : 회전자부 200 : 구동축부
300 : 연결부 400,400' : 슬립링유닛
410 : 케이스부 420 : 주입부
430,440 : 회전구획부 431,441 : 결합축부
431a,441a : 본체부 431b,441b : 관통홀부
431c,441c : 결합돌기부 431d,441d : 결합홈부
432,442 : 끼움부 433,443 : 구획부
435,445 : 회전전극부 439 : 결합축실링부
450 : 전도부 460 : 슬립링실링부
461 : 실링케이스부 465 : 실링링부
470,470' : 온도조절부 480 : 전극부
490 : 베어링 500 : 무접점 슬립링 모터

Claims

공급되는 전류의 극성에 따라 극성이 변화되면서 회전되는 회전자부;
상기 회전자부의 회전에 연동되어 회전되는 구동축부;
상기 구동축부의 회전에 연동되어 회전되며, 상기 회전자부와 전기적으로 연결되는 연결부; 및
상기 연결부와 전기적으로 연결되며, 상기 연결부의 위치가 상기 회전자부의 위치에 연동되도록 상기 연결부를 지지하는 슬립링유닛을 포함하고,
상기 슬립링유닛은,
공간부가 형성되는 케이스부;
상기 공간부에 수용되어 상기 연결부와 전기적으로 연결되며, 상기 공간부에 수용부가 형성되도록 상기 공간부를 구획하는 회전구획부;
상기 수용부에 수용되어 상기 회전구획부와 전기적으로 연결되는 전도부; 및
상기 전도부의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제1항에 있어서,
상기 전도부는, 전도성 물질의 유체와, 전도성 페이스트 및 전도성 분말 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 케이스부에 관통되게 형성되어 상기 수용부를 상기 케이스부의 외부와 연통시키는 주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제3항에 있어서,
외부 전원과 전기적으로 연결되며, 상기 주입부를 통해 상기 수용부로 삽입되어 상기 전도부와 전기적으로 연결되는 전극부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제4항에 있어서, 상기 전극부는,
상기 주입부를 개폐하도록 구비되어 상기 외부 전원과 전기적으로 연결되는 외부전극부; 및
상기 주입부를 통해 상기 수용부로 삽입되도록 상기 외부전극부로부터 연장되어 상기 전도부와 전기적으로 연결되는 삽입전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전구획부는,
상기 연결부가 설치되며, 상기 연결부의 위치가 상기 회전자부의 위치에 연동되도록 상기 구동축부의 회전에 연동되어 회전되는 결합축부;
상기 결합축부에 의해 상기 구동축부의 회전에 연동되어 회전되며, 상기 수용부가 형성되도록 상기 공간부를 구획하는 구획부; 및
상기 구획부에 의해 상기 구동축부의 회전에 연동되어 회전되며, 상기 수용부에 수용된 전도부와 상기 연결부를 전기적으로 연결하는 회전전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제6항에 있어서,
상기 슬립링유닛은, 상기 케이스부와 상기 회전구획부 사이에 구비되어 상기 수용부를 밀폐시키는 슬립링실링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제7항에 있어서, 상기 슬립링실링부는,
상기 수용부가 내부에 수용되도록 상기 구획부와 상기 케이스부 사이에 구비되는 실링케이스부; 및
상기 구획부와 상기 실링케이스부 간의 접점을 실링하는 실링링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제8항에 있어서,
상기 결합축부는, 상기 구동축부에 결합되는 본체부 및 상기 구동축부의 길이 방향을 따라 상기 본체부에 관통되게 형성되는 관통홀부를 포함하고;
상기 연결부는, 상기 관통홀부를 통과하도록 상기 결합축부에 설치되어 상기 회전전극부와 연결되는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제6항에 있어서,
상기 온도조절부는, 상기 결합축부의 내부에 삽입되어 발열되는 가열부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제6항에 있어서,
상기 회전구획부는, 상기 구동축부의 길이 방향을 따라 복수 개가 배치되고;
복수 개의 상기 회전구획부는, 상기 수용부에 상기 구동축부의 길이 방향을 따라 복수 개의 상기 수용부가 형성되도록 상기 공간부를 구획하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제11항에 있어서,
복수 개의 상기 회전구획부는, 각각의 상기 구획부가 상기 구동축부의 길이 방향으로 서로 이격되게 배치되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제11항에 있어서,
상기 구획부는 상기 결합축부의 타측에 구비되고;
상기 구획부에는, 상기 결합축부의 타측에 결합되는 다른 상기 결합축부가 끼움 결합되는 끼움부가 형성되며;
상기 끼움부는, 상기 결합축부의 타측이 다른 상기 결합축부의 일측을 향해 노출되도록 상기 구획부의 내측에 관통되게 형성되는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.
제11항에 있어서,
상기 슬립링유닛은, 두 개의 상기 결합축부 간의 결합 부분에 구비되어 상기 결합축부 간의 결합 부분을 실링하는 결합축실링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 슬립링 모터.