KR20170006060A - 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체 - Google Patents

브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체 Download PDF

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KR20170006060A
KR20170006060A KR1020150096453A KR20150096453A KR20170006060A KR 20170006060 A KR20170006060 A KR 20170006060A KR 1020150096453 A KR1020150096453 A KR 1020150096453A KR 20150096453 A KR20150096453 A KR 20150096453A KR 20170006060 A KR20170006060 A KR 20170006060A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체는 로터에 자속을 발생시키도록 코일이 감겨져 있는 모터, 모터의 회전축에 관통되도록 중공이 형성되고 모터에 전류을 공급하는 로터리 트랜스포머, 로터리 트랜스포머 상부에 부착되어 위치 센싱하는 센서부, 로터리 트랜스포머 하부에 부착되어 로터리 트랜스포머에서 발생하는 교류전류를 직류전류로 변환하는 회로부를 포함한다.

Description

브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체{EXCITED METHOD BRUSHLESS FIELD WINDING MOTOR ASSEMBLY}
본 발명은 계자 권선 전동기에 대한 것으로써, 구체적으로는 계자권선용 모터의 슬리브링 및 브러쉬 구조를 대체하고, 위치 센서와 정류회로를 일체화한 로터리 트랜스포머를 적용한 브러쉬리스 계자 권선 전동기에 관한 것이다.
계자권선형 모터의 로터에는 자속을 발생하기 위해 코일이 감겨져 있고 전류를 인가 위해 브러쉬 및 슬립링이 모터 하우징 외부에 구비되어 있다. 슬립링 및 브러쉬는 로터 권선에 전류를 인가하기 위해 항상 기계적인 접촉을 하고 있다.
다만, 슬립링의 면적 대비, 전류 인가를 위한 슬립링 및 브러쉬의 접촉면적이 작다. 또한, 고전류 입력시 접촉저항이 증가하여 발열 및 손실이 발생한다.
또한, 초기 모터 작동시 문제는 없으나, 시간이 지날수록 기계적인 접촉으로 인해 접촉면이 마찰 및 마모가 발생한다. 이러한 마찰 및 마모는 금속가루 등의 이물질이 생겨나 모터에 수명에 영향을 줄 수 있고, 스파크 등이 발생할 수 있어 안전성에 문제가 발생할 수 있다.
또한, 요구되는 접촉면적을 확보하기 위해 접촉 면적이 넓어지고 이는 슬립링의 축방향 길이 증가로 인해 사이즈가 커지고 있다.
최근에는 슬립링 및 브로쉬를 리졸버 스테이터 및 리졸버 로터로 대체하여 문제를 해결하고 있다.
다만, 리졸버 로터의 두께가 일정하지 않아 로터 조립시 압입 면적이 불균일하여 제작성 및 조립성에 문제가 발생하거나, 리졸버 로터의 외경이 상대적으로 증대하여 고속 회전시 관성 증가로 인한 회전 불안정이 발생할 수도 있다.
하기 선행문헌은 회전자에 삽입되는 영구자석의 형상변화를 통해 유도전압의 파형이 정현파에 가깝게 되어 효율이 향상되고 진동 및 소음이 저감되는 브러쉬리스 직류 모터에 관한 것으로서 중공이 형성된 고정자, 중공내 회전가능하게 설치되는 회전자. 회전자 외주연을 따라 돌출되게 형성된 마그네트에 관련된 기술이 개시되어 있으며, 본 발명의 기술적 요지는 포함하고 있지 않다.
대한민국특허공개공보 10-2007-0071405
본 발명의 실시 예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
첫째, 종래의 슬립링 과 브러쉬 구조의 단점을 해결한 전동기를 제공하고자 한다.
둘째, 제작 및 조립이 용이한 로터리 트랜스포머가 설치된 전동기를 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정하지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체는 로터에 자속을 발생시키도록 코일이 감겨져 있는 모터, 모터의 회전축에 관통되도록 중공이 형성되고 모터에 전류을 공급하는 로터리 트랜스포머, 로터리 트랜스포머 상부에 부착되어 위치 센싱하는 센서부, 로터리 트랜스포머 하부에 부착되어 로터리 트랜스포머에서 발생하는 교류전류를 직류전류로 변환하는 회로부를 포함한다.
로터리 트랜스포머는 스테이터권선이 설치되고 링 형상으로 형성된 로터리 스테이터, 로터권선이 설치되고 로터리 스테이터 내측과 이격되도록 배치되고 상기 모터의 회전축이 관통되도록 중공이 형성되는 로터리로터를 포함한다.
센서부는 로터리로터 상단에 설치되는 센서마그넷, 센서마그넷에서 발생하는 자속을 감지하여 로터의 위치를 검출하는 센서칩, 로터리 스테이터 상부에 위치하고 센서칩이 실장되는 센서PCB를 포함한다.
로터리 스테이터는 링 형상으로 스테이터권선을 설치할 수 있도록 외주면의 내측으로 제1홈이 형성된 보빈부, 링 형상으로 형성되어 보빈부가 삽입하도록 내주면 내측으로 제2홈이 형성된 스테이터코어부, 스테이터코어부의 외부를 감싸도록 형성된 스테이터강화부를 포함한다.
스테이터코어부는 보빈부를 감싸며 조립할 수 있도록 상부인 제1코어 및 하부인 제2코어로 형성된다.
스테이터강화부는 제1코어 및 제2코어가 정렬되어 접합되도록 상부인 제1스테이터강화부 및 하부인 제2스테이터강화부로 형성된다.
제1스테이터강화부의 하단에는 제1단차가 형성되고, 제2스테이터강화부의 상단에는 제1단차에 대응되는 제2단차가 형성된다.
로터리 로터는 링 형상으로 로터리 스테이터의 상기 스테이터권선에 대응하는 위치에 상기 로터권선이 설치되도록 외주면의 내측으로 제3홈이 형성된 로터코어, 로터코어의 외부를 감싸도록 형성된 로터강화부를 포함한다.
로터강화부의 하부면에 내측으로 제4홈을 형성하여 회로부를 삽입할 수 있도록 회로삽입부가 형성된다.
회로부삽입부에 삽입되어진 회로부를 보호할 수 있게 로터리 강화부의 하부를 덮는 회로부커버를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기는 종래의 슬립링 및 브러쉬를 대신하여 로터리 트랜스포머를 구비하고 있어 슬립링 및 브러쉬에서 발생하는 단점들이 줄어든다.
또한, 압입 조립할 수 있도록 로터 리인포스먼트를 구비하고 있어 제작 및 조립에 용이하다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체를 나타내는 블럭도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 로터리스테이터를 나타내는 사시단면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 로터리로터를 나타내는 사시단면도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 로터리 트랜스포머를 나타내는 사시단면도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 로터리 트랜스포머를 나타내는 단면도이다.
도7은 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 로터리 트랜스포머를 나타내는 단면도이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 스테이터강화부를 나타내는 단면도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠다. 첨부한 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사항이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
1도 및 도5를 참조해보면 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체는 모터(10), 로터리 트랜스포머(20), 센서부(30), 회로부(40)를 포함한다.
모터(10)는 회전축(12), 로터 및 스테이터를 포함하고, 로터에는 자속을 발생시키도록 코일이 감겨져 있다.
또한, 모터(10)의 로터는 회전축에 부착되어 회전되게 형성된다.
로터리 트랜스포머(20)는 모터(10)의 회전축(12)에 관통되도록 중공이 형성되고 모터(10)에 전류을 공급한다.
센서부(30)는 로터리 트랜스포머(20) 상부에 부착되어 로터의 위치를 감지한다.
회로부(40)는 로터리 트랜스포머(20) 하부에 부착되어 로터리 트랜스포머(20)에서 발생하는 교류전류를 직류전류로 변환한다.
이와 같이 센서부(30)와 회로부(40)는 로터리 트랜스포머(10)와 일체로 형성되어 사이즈를 저감할 수 있다.
또한, 회로부(40)는 정류회로(Diode pcb)로 형성될 수 있다.
도3 및 도4를 참조해보면 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 로터리 트랜스포머(20)는 로터리스테이터(50), 로터리로터(60)를 포함할 수 있다.
로터리스테이터(50)는 내부에 스테이터권선(22)이 설치되고 링 형상으로 형성된다.
로터리로터(60)은 내부에 로터권선(24)이 설치되고 로터리 스테이터(22) 내측과 이격되도록 배치되고 상기 모터(10)의 회전축(12)이 관통되도록 중공이 형성된다.
결국, 도2에 개시된 바와 같이 로터리스테이터(RT stator)(50)에 교류 입력을 주면 회전하는 로터리로터(RT rotor)(60)에 교류전류가 유도되고, 이 교류전류는 정류회로을 통하여 직류전류로 변환되어 로터에 인가된다.
또한, 로터리로터(60)는 회전축(12)에 부착되므로 모터(10)의 로터와 동시에 회전한다.
도5을 참조해보면 본 발명의 일 실시 예에 따른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 센서부(30)는 센서마그넷(32), 센서칩(34), 센서PCB(36)을 포함할 수 있다.
센서마그넷(32)은 로터리로터(60) 상단에 설치된다.
센서칩(34)은 센서마그넷(32)에서 발생하는 자속을 감지하여 모터(10)의 로터 위치를 검출한다.
센서PCB(36)는 로터리스테이터(50) 상부에 위치하고 센서칩(34)이 실장된다.
회전축(12)에 의하여 로터리로터(60)와 모터(10)의 로터가 동시에 회전되므로, 로터리로터(60)가 회전시 센서마그넷의 자속과 센서칩에 기초하여 모터(10) 로터의 위치를 감지할 수 있다.
도6 및 도7을 참조해보면 본 발명의 일 실시 예에 다른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 로터리스테이터(50)는 보빈부(52), 스테이터코어부(54), 스테이터강화부(56)를 포함할 수 있다.
보빈부(52)는 링 형상으로 스테이터권선(22)을 설치할 수 있도록 외주면의 내측으로 제1홈이 형성된다.
스테이터코어부(54)는 링 형상으로 형성되어 보빈부(52)가 삽입되도록 내주면 내측으로 제2홈이 형성된다.
또한 스테이터코어부(54)에는 자속이 흐르도록 형성되어 있다.
스테이터강화부(56)는 스테이터코어부(54)의 외부를 감싸도록 형성된다.
따라서, 스테이터강화부(56)는 강성이 약한 스테이터코어부를 보호할 수 있게 금속으로 형성되고, 스테이터코어부(54) 소결시 소결 금형으로서의 역할을 하므로 금형비 및 가공비 절약에 장점이 있다.
또한, 스테이터강화부(56) 상단에 센서부(30)의 센서PCB(36)가 설치될 수 있다.
또한, 스테이터강화부(56) 상단에 돌출부(100)가 형성될 수 있다. 이 경우 센서PCB(36)는 돌출부(100) 상단에 설치될 수 있다.
도6 및 도7를 참조해보면 본 발명의 일 실시 예에 다른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 스테이터코어부(54)는 보빈부(52)를 감싸며 조립할 수 있도록 상부인 제1코어(70) 및 하부인 제2코어(72)로 형성될 수 있다.
따라서, 제1코어(70) 및 제2코어(72)로 형성되어 있어 용이하게 보빈부(52)를 감싸며 조립할 수 있다.
또한, 스테이터강화부(56)는 제1코어(70) 및 제2코어(72)가 정렬되어 접합되도록 상부인 제1스테이터강화부(74) 및 하부인 제2스테이터강화부(78)로 형성될 수 있다.
또한, 도8을 참조해보면 제1스테이터강화부(74)의 하단에는 제1단차(80)가 형성될 수 있고, 제2스테이터강화부(78)의 상단에는 제1단차(80)에 대응되는 제2단차(82)가 형성될 수 있다.
제1코어(70) 및 제2코어(72)로 나누어져 결합되므로 접합부가 어긋나지 않아야 자속 손실을 최소화할 수 있다.
결국 제1단차(80) 및 2제단차(82)는 제1스테이터강화부(74) 및 제2스테이터강화부(78)를 정밀 조립해주므로 제1코어 및 제2코어가 접합부가 어긋나지 않게 정렬하므로 자속의 손실을 최소화할 수 있다.
도6 및 도7을 참조해보면 본 발명의 일 실시 예에 다른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 로터리로터(60)는 로터코어(62), 로터강화부(64)를 포함할 수 있다.
로터코어(62)는 링 형상으로 로터리스테이터(50)의 스테이터권선(22)에 대응하는 위치에 로터권선(24)이 설치되도록 외주면의 내측으로 제3홈이 형성된다. 또한, 로터코어(62)에는 자속이 형성된다.
로터강화부(64) 로터코어(62)의 외부를 감싸도록 형성된다.
따라서, 강성이 약한 로터코어(62)를 금속재질로 형성된 로터강화부(64)로 보호할 수 있고, 압입조립이 가능해진다.
또한, 로터코어(62) 소결 시에 소결 금형으로서 역할을 하므로 금형비 및 가공비를 절약할 수 있다.
또한, 로터강화부(64)의 하부면에 내측으로 제4홈을 형성하여 회로부(40)를 삽입할 수 있도록 회로부삽입부(66)가 형성될 수 있다.
또한, 회로부삽입부(66)에 삽입되어진 회로부(40)를 보호할 수 있게 상기 로터리강화부(64)의 하부를 덮는 회로부커버(66)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 회로부(40)는 회로부삽입부(66) 형상에 대응되게 링 형상으로 형성될 수 있다.
또한 회로부커버(66)는 로터리강화부(64)의 형상에 대응하도록 링 형상으로 형성될 수 있다.
도6 및 도7을 참조해보면 본 발명의 일 실시 예에 다른 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체의 로터리 트랜스포머(10)에는 제1홀(102), 제2홀(104), 제3홀(106)이 형성될 수 있다.
제1홀(102)은 센서PCB(36), 스테이터강화부(56), 스테이터코어부(54), 보빈부(52)를 관통하여 외부전원이 들어올 수 있게 형성된다.
제2홀(104)은 로터코어(62)부터 회로부(40)까지 관통하여 형성된다.
제3홀(106)은 회로부(40)부터 회로부커버(68)를 관통하여 형성된다.
결국 제1홀(102)에 의하여 외부전원이 로터리스테이터(50)에 인가되어 로터리로터에 전류를 유도된다. 이후 제2홀(104)을 통하여 전류는 회로부(40)를 통과하게되고 직류로 전환되고 회로부(40)에 의하여 직류로 전환된 전류는 제3홀(106)을 통하여 모터(10)의 로터로 인가된다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 모터 12 : 회전축
20 : 로터리 트랜스포머 22 : 스테이터권선
24 : 로터권선 30 : 센서부
32 : 센서마그넷 34 : 센서칩
36 : 센서PCB 40 : 회로부
50 : 로터리스테이터 52 : 보빈부
54 : 스테이터코어부 56 : 스테이터강화부
60 : 로터리로터 62 : 로터코어
64 : 로터강화부 66 : 회로삽입부
68 : 회로부커버 70 : 제1코어
72 : 제2코어 74 : 제1스테이터강화부
78 : 제2스테이터강화부 80 : 제1단차
82 : 제2단차

Claims (10)

  1. 로터에 자속을 발생시키도록 코일이 감겨져 있는 모터(10);
    상기 모터(10)의 회전축(12)에 관통되도록 중공이 형성되고 상기 계자 권선 모터(10)에 전류을 공급하는 로터리 트랜스포머(20);
    상기 로터리 트랜스포머(20) 상부에 부착되어 위치 센싱하는 센서부(30);
    상기 로터리 트랜스포머(20) 하부에 부착되어 상기 로터리 트랜스포머(20)에서 발생하는 교류전류를 직류전류로 변환하는 회로부(40);
    를 포함하는 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 로터리 트랜스포머(20)는
    스테이터권선(22)이 설치되고 링 형상으로 형성된 로터리 스테이터(50);
    로터권선(24)이 설치되고 상기 로터리 스테이터(22) 내측과 이격되도록 배치되고 상기 모터(10)의 회전축(12)이 관통되도록 중공이 형성되는 로터리 로터(60);
    를 포함하는 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 센서부(30)는
    상기 로터리로터(60) 상단에 설치되는 센서마그넷(32);
    상기 센서마그넷(32)에서 발생하는 자속을 감지하여 상기 로터의 위치를 검출하는 센서칩(34);
    상기 로터리 스테이터 상부에 위치하고 상기 센서칩이 실장되는 센서PCB(36);
    를 포함하는 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 로터리스테이터(50)는
    링 형상으로 상기 스테이터권선(22)을 설치할 수 있도록 외주면의 내측으로 제1홈이 형성된 보빈부(52);
    링 형상으로 형성되어 상기 보빈부(52)가 삽입되도록 내주면 내측으로 제2홈이 형성된 스테이터코어부(54);
    상기 스테이터코어부(54)의 외부를 감싸도록 형성된 스테이터강화부(56);
    를 포함하는 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 스테이터코어부(54)는 상기 보빈부(52)를 감싸며 조립할 수 있도록 상부인 제1코어(70) 및 하부인 제2코어(72)로 형성되는 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스테이터강화부(56)는 상기 제1코어(70) 및 상기 제2코어(72)가 정렬되어 접합되도록 상부인 제1스테이터강화부(74) 및 하부인 제2스테이터강화부(78)로 형성되는 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1스테이터강화부(74)의 하단에는 제1단차(80)가 형성되고,
    제2스테이터강화부(78)의 상단에는 상기 제1단차(80)에 대응되는 제2단차(82)가 형성되는 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 로터리로터(60)는
    링 형상으로 상기 로터리 스테이터의 상기 스테이터권선에 대응하는 위치에 상기 로터권선(24)이 설치되도록 외주면의 내측으로 제3홈이 형성된 로터코어(62);
    상기 로터코어(62)의 외부를 감싸도록 형성된 로터강화부(64);
    를 포함하는 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 로터강화부(64)의 하부면에 내측으로 제4홈을 형성하여 상기 회로부(40)를 삽입할 수 있도록 회로삽입부(66)가 형성되는 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 회로부삽입부(66)에 삽입되어진 회로부(40)를 보호할 수 있게 상기 로터리 강화부(64)의 하부를 덮는 회로부커버(66)를 더 포함하는 브러쉬리스 여자 방식의 계자 권선 전동기 조립체.
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