KR20180014991A - 계자권선형 모터 전원공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계자권선형 모터 전원공급장치에 관한 것으로써, 브러시와 슬립링이 수용된 홀더에 형성된 분진배출부를 개폐하여, 외부로부터 수분을 비롯한 이물질의 유입을 방지하고, 브러시의 마모로 인해 발생되는 분진을 외부로 배출할 수 있는 계자권선형 모터 전원공급장치에 관한 것이다. 본 발명은 브러쉬-슬립링을 이용한 계자권선형 모터 전원공급장치에 있어서, 상기 브러쉬와 상기 슬립링이 내부에 수용된 홀더와, 상기 홀더의 일측면에 형성된 분진배출부와, 상기 분진배출부를 개폐하는 솔레노이드부를 포함한다.

Description

계자권선형 모터 전원공급장치{POWER SUPPLY APPARATUS OF WOUND ROTOR SYNCHRONOUS MOTOR}
본 발명은 계자권선형 모터 전원공급장치에 관한 것으로써, 브러시와 슬립링이 수용된 홀더에 형성된 분진배출부를 개폐하여, 외부로부터 수분을 비롯한 이물질의 유입을 방지하고, 브러시의 마모로 인해 발생되는 분진을 외부로 배출할 수 있는 계자권선형 모터 전원공급장치에 관한 것이다.
친환경 자동차로 언급되고 있는 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동된다.
보다 구체적으로, 일반적인 전기 자동차는 전기모터의 회전력을 동력으로 이용하여 주행되며, 하이브리드 자동차는 전기모터의 동력만을 이용하는 EV(Electric Vehicle)모드로 주행되거나, 엔진과 전기모터의 회전력을 모두 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)모드로 주행된다.
이와 같이 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 전기모터로써, 계자권선형(WRSM, Wound Rotor Synchronous Motor) 모터에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다.
상기 계자권선형 모터는 로터(rotor)에 코일이 권선되어 있고, 코일에 전류를 인가하여 로터에 자속을 발생시키기 위하여 모터 하우징 외부에 브러시 및 슬립링이 구비된 전원공급장치가 설치되어 있다.
코일에 전류를 인가하기 위하여 브러시는 슬립링의 외주면에 기계적인 접촉을 유지하게 되며, 이에 따른 브러쉬의 마찰 및 마모에 의해 금속가루 등과 같은 분진이 발생하게 된다.
이러한 분진이 브러시가 수용된 홀더의 내부에 쌓일 경우, 브러시와 슬립링의 서로 다른 극성 간 연결이 발생되고, 이는 전원공급장치의 고장원인이 된다.
종래에는 브러쉬가 수용된 홀더에 배출공을 형성하여, 배출공을 통해 분진을 모터의 외부로 배출하였으나, 배출공을 통해서 외부로부터 수분을 비롯한 이물질이 홀더의 내부로 유입되어 전술된 고장원인이 해소되지 않게 되었다.
또한, 일반적인 전기모터와는 달리, EV모드와 HEV모드로 제어되는 하이브리드 자동차에 사용되는 전기모터의 경우, 운전성능을 보조하는 기능을 포함하기 때문에 정밀한 전류 제어 및 내구성의 확보가 중요하다.
따라서, 발생된 분진을 홀더의 외부로 배출함과 동시에, 외부로부터 홀더의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있고, 모터의 토크가 발생되는 기본적인 구성인 계자에 안정적으로 전류가 공급되도록 브러쉬의 위치가 제어될 수 있는 전원공급장치가 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0357995호(2002.10.25.공고)
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 브러시와 슬립링이 수용된 홀더에 형성된 분진배출부를 개폐하여, 외부로부터 수분을 비롯한 이물질의 유입을 방지하고, 브러시의 마모로 인해 발생되는 분진을 외부로 배출할 수 있는 계자권선형 모터 전원공급장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 브러쉬-슬립링을 이용한 계자권선형 모터 전원공급장치에 있어서, 상기 브러쉬와 상기 슬립링이 내부에 수용된 홀더와, 상기 홀더의 일측면에 형성된 분진배출부와, 상기 분진배출부를 개폐하는 솔레노이드부를 포함한다.
본 발명에서 상기 브러쉬와 상기 슬립링은 일정간격 이격배치된 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 솔레노이드부에 의해 상기 브러쉬가 이동되어 상기 슬립링과 밀착 또는 분리되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 솔레노이드부는 상기 브러쉬의 일측 단부에 설치되고, 상기 홀더의 내측면을 따라 이동되어 상기 분진배출부를 개폐하는 아마추어와 상기 홀더의 외측에 설치되고, 상기 아마추어를 이동시키는 솔레노이드코일을 포함한다.
본 발명에서 상기 솔레노이드부는 상기 브러쉬를 감싸도록 설치되고, 이동된 상기 아마추어를 원위치로 복귀시키는 리턴스프링을 더 포함한다.
본 발명에서 상기 솔레노이드코일에 전류 인가 시, 상기 아마추어에 의해 상기 리턴스프링이 압축변형되며, 상기 아마추어가 일정간격 이동되어 상기 분진배출부를 폐쇄하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 솔레노이드코일에 인가된 전류 해지 시, 일정간격 이동된 상기 아마추어가 상기 리턴스프링의 복원력에 의해 원위치로 복귀되어 상기 분진배출부를 개방하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 계자권선형 모터 전원공급장치는 솔레노이드부에 의해 아마추어가 일정 간격 선형 이동되고, 아마추어의 선형 이동에 의해 분진배출부가 개폐됨으로써, 외부 이물질 및 분진에 의해 브러시와 슬립링이 서로 다른 극성 간 연결되어 발생되는 전원공급장치의 고장을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 아마추어의 선형 운동을 통해 브러쉬가 슬립링으로부터 안정적으로 밀착 또는 분리됨으로써, 로터에 권선된 코일에 전류가 안정적으로 공급되어 정밀한 전류제어가 가능할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 계자권선형 모터 전원공급장치가 설치된 모터(10)의 계략단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 계자권선형 모터 전원공급장치(1000)에서 솔레노이드코일(320)에 전류가 미인가된 상태 또는 인가된 전류가 해지된 상태를 나타내는 도이다.
도 3은 도 1에 도시된 계자권선형 모터 전원공급장치(1000)에서 솔레노이드코일(320)에 전류가 인가된 상태를 나타내는 도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 구체적인 설명에 앞서 후술되는 내용에 표현된 방향에 있어서, “상부”의 상(上)은 도 2에 도시된 분진배출부(210)을 기준하여 아마추어(310) 측으로 향한 방향이며, “하부”의 하(下)는 아마추어(310)를 기준하여 분진배출부(210) 측으로 향한 방향으로 정의한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 계자권선형 모터 전원공급장치에 대하여 설명하도록 한다.
도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 계자권선형 모터 전원공급장치가 설치된 모터(10)의 계략단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 계자권선형 모터 전원공급장치(1000)에서 솔레노이드코일(320)에 전류가 미인가된 상태 또는 인가된 전류가 해지된 상태를 나타내는 도이다.
도 3은 도 1에 도시된 계자권선형 모터 전원공급장치(1000)에서 솔레노이드코일(320)에 전류가 인가된 상태를 나타내는 도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 계자권선형 모터 전원공급장치(1000)(이하 ‘전원공급장치’라 함.)는 모터(10)의 회전축(12)에 설치된 슬립링(20)과, 상기 슬립링(20)에 밀착된 브러쉬(100)를 통해 상기 모터(10)의 로터(11)에 권선된 코일에 전류를 인가하여 상기 로터(11)에 자속을 발생시키기 위한 장치로써, 홀더(200), 분진배출부(210), 솔레노이드부(300)를 포함한다.
상기 슬립링(20)은 상기 로터(11)에 권선된 코일에 전류를 인가하기 위한 전류전달 매개체로써, 한 쌍인 제 1 슬립링(21)과 제 2 슬립링(22)으로 구성된다.
상기 제 1 슬립링(21)과 상기 제 2 슬립링(22)은 상기 회전축(12)의 일측 단부에 설치되며, 보다 구체적으로 상기 회전축(12)의 길이 방향을 따라 상호 이격된 상태로 상기 회전축(12)의 외주면에 압입, 고정되어 있다.
상기 제 1 슬립링(21)과 상기 제 2 슬립링(22)은 상기 로터(11)에 권선된 코일의 (+)극 및 (-)극에 연결되며, 상기 회전축(12)의 회전에 따라 연동되어 회전된다.
상기 브러쉬(100)는 한 쌍의 제 1 브러쉬(110)와 제 2 브러쉬(120)로 구성되며, 상기 제 1 브러쉬(110)와 상기 제 2 브러쉬(120)의 단부가 각각 상기 제 1 슬립링(21)과 상기 제 2 슬립링(22)의 외주면에 접촉되도록 상기 회전축(12)의 수직방향을 따라 배치되어 있다.
상기 브러쉬(100)와 상기 슬립링(20)은 일정 간격(d) 이격배치되어 있으며, 후술되는 솔레노이드부(300)에 의해 상호 밀착 또는 분리가 제어됨으로써 상기 로터(11)에 권선된 코일에 전류가 인가되거나, 인가된 전류가 해지된다.
상기 홀더(200)는 상기 브러쉬(100)와 상기 슬립링(20)이 내부에 수용되어 있으며, 상기 분진배출부(210)는 상기 홀더(200)의 일측면에 관통 형성되어 있다.
상기 솔레노이드부(300)는 상기 브러쉬(100)와 상기 슬립링(20)간 밀착 또는 분리 외에, 상기 브러쉬(100)의 마모에 의해 발생되는 분진이 상기 모터(10)의 외부로 배출되도록 상기 분진배출부(210)를 개폐한다.
상기 솔레노이드부(300)는 아마추어(310), 솔레노이드코일(320), 리턴스프링(330)을 포함한다.
상기 아마추어(310)는 상기 브러쉬(100)의 일측 단부, 보다 구체적으로 상기 슬립링(20)에 밀착되는 단부의 반대편에 설치되어 있으며, 상기 솔레노이드코일(320)은 상기 홀더(200)의 외측에 설치되어 있고, 상기 리턴스프링(330)은 상기 브러쉬(100)의 외측을 감싸도록 설치되어 있다.
보다 구체적으로, 상기 홀더(200)의 상면은 내부로 하방 돌출된 지지부(220)가 형성되어 있으며, 상기 리턴스프링(330)의 양측 단부가 상기 아마추어(310)의 측면과 상기 지지부(220)에 각각 밀착, 배치되어 있다.
즉, 상기 리턴스프링(330)이 상기 아마추어(310)와 상기 지지부(220)에 밀착, 배치되어 상기 아마추어(310)와 상기 지지부(220)에 예하중을 가해줌으로써, 상기 브러쉬(100)가 상기 슬립링(20)으로부터 일정간격(d) 이격된 상태를 유지할 수 있다.
상기 아마추어(310)는 상기 분진배출부(210)를 개폐하기 위한 개폐부(311)가 형성되어 있으며, 보다 구체적으로 상기 개폐부(311)는 상기 홀더(200)의 저면의 내측에 밀착되도록 상기 아마추어(310)의 하부에 하방 돌출되어 있다.
그리고 도 3을 참조하면, 상기 솔레노이드코일(320)에 전류가 인가된 상태를 기준으로 하여, 상기 분진배출부(210)는 상기 홀더(200)의 일측면, 보다 구체적으로 상기 홀더(200)의 저면에서 상기 개폐부(311)가 배치된 위치에 관통형성되어 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 도 1에 도시된 상기 전원공급장치(1000)의 작동상태에 대하여 설명하도록 한다.
설명에 앞서, 상기 전원공급장치(1000)에서 상기 브러쉬(100)와 상기 솔레노이드코일(320)은 동일 회로로 연결되어 있다.
즉, 후술되는 상기 솔레노이드코일(320)에 전류가 인가 또는 미인가된 상태인 경우, 동일하게 상기 브러쉬(100) 또한 전류가 인가 또는 미인가된 상태이다.
도 2를 참조하면, 상기 솔레노이드코일(320)에 전류 미인가 시, 상기 리턴스프링(330)이 상기 아마추어(310)와 상기 지지부(220)에 예하중을 가하여 상기 브러쉬(100)가 상기 슬립링(20)으로부터 일정간격(d) 이격되며, 상기 분진배출부(210)는 상기 개폐부(311)로부터 개방된 상태로 유지된다.
도 3을 참조하면, 상기 솔레노이드코일(320)에 전류 인가 시, 발생된 자성에 의하여 상기 아마추어(310)가 상기 홀더(200)의 내측면을 따라 선형운동을 하게 되고, 상기 아마추어(310)의 운동에너지에 의하여 상기 리턴스프링(330)이 압축변형된다.
그리고 상기 아마추어(310)의 선형운동에 의하여 상기 브러쉬(100)가 일정간격(d)(도 2 도시) 이동되어 상기 슬립링(20)에 밀착됨으로써, 상기 로터(11)(도 1 도시)에 권선된 코일에 전류가 인가된다.
또한, 상기 브러쉬(100)가 이동된 일정간격(d)(도 2 도시)만큼 상기 개폐부(311)가 상기 홀더(200)의 내측면을 따라 이동되어 상기 분진배출부(210)를 폐쇄한다.
따라서, 상기 분진배출부(210)를 통해 외부로부터 수분을 비롯한 이물질이 상기 홀더(200)의 내부로 유입되는 것이 방지되어, 외부 이물질에 의해 상기 브러시(100)와 상기 슬립링(20)이 서로 다른 극성 간 연결되어 발생되는 상기 전원공급장치(1000)의 고장을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기 로터(11)(도 1 도시)에 권선된 코일에 인가된 전류를 해지하기 위하여, 상기 솔레노이드코일(320)에 인가된 전류를 해지함으로써 상기 전원공급장치(1000)는 도 2에 도시된 상태로 복귀된다.
즉, 상기 솔레노이드코일(320)에 인가된 전류 해지 시, 발생된 자성이 소멸되고 상기 리턴스프링(330)의 복원력에 의하여 상기 아마추어(310)와, 상기 아마추어(310)에 형성된 개폐부(311)가 원위치로 복귀된다.
상기 아마추어(310)와 상기 개폐부(311)가 원위치로 복귀되어 상기 브러쉬(100)가 상기 슬립링(20)으로부터 분리됨으로써, 상기 로터(11)(도 1 도시)에 권선된 코일에 인가된 전류가 해지되고 상기 개폐부(311)에 의해 폐쇄된 상기 분진배출부(210)가 개방된다.
따라서, 상기 브러쉬(100)의 마모로 인해 발생된 분진이 상기 분진배출부(210)를 통해 상기 홀더(200)의 내부로부터 외부로 배출되어, 상기 분진에 의해 상기 브러시(100)와 상기 슬립링(20)이 서로 다른 극성 간 연결되어 발생되는 상기 전원공급장치(1000)의 고장을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 전원공급장치(1000)는 상기 솔레노이드부(300)에 의해 상기 아마추어(310)가 일정 간격(d) 선형 이동되고, 상기 아마추어(310)의 선형 이동에 의해 상기 분진배출부(210)가 개폐됨으로써, 외부 이물질 및 분진에 의해 상기 브러시(100)와 상기 슬립링(20)이 서로 다른 극성 간 연결되어 발생되는 상기 전원공급장치(1000)의 고장을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 아마추어(310)의 선형 운동을 통해 상기 브러쉬(100)가 상기 슬립링(20)으로부터 안정적으로 밀착 또는 분리됨으로써, 상기 로터(11)에 권선된 코일에 전류가 안정적으로 공급되어 정밀한 전류제어가 가능할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 모터 11 : 로터
12 : 회전축 20 : 슬립링
21 : 제 1 슬립링 22 : 제 2 슬립링
1000 : 전원공급장치 100 : 브러시
110 : 제 1 브러시 120 : 제 2 브러시
200 : 홀더 210 : 분진배출부
220 : 지지부 300 : 솔레노이드부
310 : 아마추어 311 : 개폐부
320 : 코일 330 : 리턴스프링

Claims (7)

  1. 브러쉬-슬립링을 이용한 계자권선형 모터 전원공급장치에 있어서,
    상기 브러쉬와 상기 슬립링이 내부에 수용된 홀더;
    상기 홀더의 일측면에 형성된 분진배출부; 및
    상기 분진배출부를 개폐하는 솔레노이드부;
    를 포함하는 계자권선형 모터 전원공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 브러쉬와 상기 슬립링은
    일정간격 이격배치된 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터 전원공급장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔레노이드부에 의해 상기 브러쉬가 이동되어 상기 슬립링과 밀착 또는 분리되는 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터 전원공급장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔레노이드부는
    상기 브러쉬의 일측 단부에 설치되고, 상기 홀더의 내측면을 따라 이동되어 상기 분진배출부를 개폐하는 아마추어; 및
    상기 홀더의 외측에 설치되고, 상기 아마추어를 선형이동시키는 솔레노이드코일;
    을 포함하는 계자권선형 모터 전원공급장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 솔레노이드부는
    상기 브러쉬를 감싸도록 설치되고, 이동된 상기 아마추어를 원위치로 복귀시키는 리턴스프링을 더 포함하는 계자권선형 모터 전원공급장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 솔레노이드코일에 전류 인가 시,
    상기 아마추어에 의해 상기 리턴스프링이 압축변형되며, 상기 아마추어가 일정간격 이동되어 상기 분진배출부를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터 전원공급장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 솔레노이드코일에 인가된 전류 해지 시,
    일정간격 이동된 상기 아마추어가 상기 리턴스프링의 복원력에 의해 원위치로 복귀되어 상기 분진배출부를 개방하는 것을 특징으로 하는 계자권선형 모터 전원공급장치.
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