KR20220009310A

KR20220009310A - 직류모터

Info

Publication number: KR20220009310A
Application number: KR1020200178562A
Authority: KR
Inventors: 김헬렌; 고현진; 고재용
Original assignee: 김헬렌
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-01-24

Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 직류모터는, 코일 및 포트를 포함하는 고정자, 영구자석 및 샤프트를 포함하고 고정자 내측에 수용되어 샤프트를 중심으로 축 회전 가능한 회전자를 포함하고, 코일은 회전자를 감싸도록 배치되고, 포트는 전원과 연결된 복수의 전선 단부를 포함하는 전원 포트 및 코일의 양 단부를 포함하는 코일 포트를 포함하고, 회전자의 외면과 인접한 고정자의 내측에 배치되고, 회전자의 외면에는 회전자가 축 회전함에 따라 전원 포트 중 적어도 어느 하나 및 코일 포트 중 적어도 어느 하나와 접하거나 이격되는 커넥터가 형성되고, 커넥터가 포트와 접하는 구조에 대응하여 코일에 흐르는 전류의 방향이 제어된다.

Description

직류모터{DC MOTOR}

본 개시는 직류모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전류 제어가 가능한 직류모터에 관한 것이다.

직류모터는 사용 전원을 직류로 하는 전동기를 의미한다. 일반적으로, 직류모터는 자속을 발생시키는 고정자와, 이 자속과의 상호작용에 의해 회전력이 생기는 회전자로 구성된다. 직류모터는 속도 제어용 모터로써 우수한 특성을 나타내며 속도 제어가 쉽고 속도 제어 범위가 넓은 것이 특징이다. 일반적으로, 직류모터는 과거부터 광범위한 속도 제어가 필요한 자동차, 항공기 분야 등에서 많이 사용되어 왔다.

직류모터는 크게 브러시 모터(brushed DC motor)와 브러시리스 모터(brushless DC motor)로 구분될 수 있다. 브러시 모터는 직류 전원에서 작동하도록 설계된 내부 정류 전기 모터이다. 브러시 모터는 작동 전압이나 자기장의 강도를 변경하여 속도를 변경할 수 있다. 필드와 전원 공급 장치의 연결에 따라 브러시 모터의 속도 및 토크 특성을 변경하여 일정한 속도를 제공하거나 기계적 부하에 반비례하는 속도를 제공할 수 있다. 하지만, 브러시 모터는 브러시(brush) 및 정류자(commutator) 등 기계적 접점을 가지므로 마모 등이 발생하고 정밀한 속도 제어가 어렵다는 문제가 있다.

브러시리스 모터는 기존 브러시 모터의 기계적 브러시 및 정류자 없이 작동하는 직류모터로서, 직류전동기와 비슷한 출력 특성을 가진　동기전동기의 일종이다. 도선이 맞닿아 있지 않아도 토크를 만들어내고, 더욱 쉽고 편하게 소프트웨어적인 제어가 가능하다. 브러시리스 모터는 BLDC 또는 BL 모터라고도 하며, 전자 정류 모터(ECM, EC 모터) 또는 동기식 DC 모터가 이에 포함된다.

브러시리스 모터의 회전자는 영구자석, 고정자는 코일(전자석)이다. 코일은 마주보고 있는 코일들끼리 함께 전류가 통한다. 마주보고 있는 한 쌍의 코일은 전류가 같은 방향으로 흐르면서 N극, S극을 만들어낸다. 이때 회전자의 N극, S극이 고정자에 의해 끌려오게 되고, 옆에서는 고정자가 반대 방향의 자기장을 만들어주어 회전자를 밀어낸다. 하지만, 브러시리스 모터는 브러시 모터에서 회전자가 브러시와 접촉하면서 자동으로 발생하는 극성 전환 과정이 없기 때문에 직류전원을 연결하는 것만으로는 회전하지 않는다. 따라서, 직류전원을 사용해서 회전을 시키려면 전류를 제어해줄 전자 변속기(ESC)가 필요하다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 기계적인 구조 설계를 통해 코일에 흐르는 전류 제어가 가능한 직류모터를 제공한다.

일 실시예에 따르면, 회전자는 상측과 하측으로 샤프트의 일부가 돌출된 구의 형상을 가지고, 돌출된 샤프트 일부의 외면에 커넥터가 형성된다.

일 실시예에 따르면, 회전자는 상측과 하측으로 샤프트의 일부가 돌출된 원기둥의 형상을 가지고, 돌출된 샤프트 일부의 외면에 커넥터가 형성된다.

일 실시예에 따르면, 코일은 1상 통전된 코일에 해당하고, 포트는 직류모터의 상(phase)의 개수와 동일한 개수로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 샤프트의 회전 축을 중심으로 포트 간의 이격 각도는 180도를 상의 개수로 나눈 값에 해당한다.

일 실시예에 따르면, 코일은 2상 통전된 코일에 해당하고, 포트는 직류모터의 상의 개수보다 2배 많은 개수로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 포트는 리미트 스위치(limit switch)를 포함하고, 커넥터는 회전자로부터 돌출된 요철을 포함하고, 요철은 회전자가 축 회전함에 따라 리미트 스위치 중 적어도 하나와 접하거나 이격됨으로써 리미트 스위치를 개폐한다.

일 실시예에 따르면, 포트는 푸시 버튼 스위치(push button switch)를 포함하고, 커넥터는 회전자로부터 돌출된 요철을 포함하고, 요철은 회전자가 축 회전함에 따라 푸시 버튼 스위치 중 적어도 하나를 누른다.

일 실시예에 따르면, 회전자는 원기둥 형상을 가지고, 요철은 회전자로부터 부채꼴 기둥 형상으로 돌출된다.

일 실시예에 따르면, 포트는 리드 스위치(reed switch)를 포함하고, 커넥터는 커넥터 자석을 포함하고, 커넥터 자석은 회전자가 축 회전함에 따라 리드 스위치에 가까워지거나 멀어짐으로써 리드 스위치를 개폐한다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 고정자에 포함된 포트와 회전자에 포함된 커넥터를 이용함으로써, 복잡한 센싱 회로를 사용하지 않고도 모터의 연결 구조를 통해 고정자 코일의 전류 흐름을 제어할 수 있다.

또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 종래 직류모터의 도체 정류자에서 발생하는 전기적인 접촉이 없으므로 도체 정류자가 회전함에 따라 전기 저항이 회전 속도에 비례하여 커지는 현상이 방지될 수 있다.

또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 두 개의 브러시에서 접촉 저항이 일어나 전기 손실(loss)이 큰 종래 직류모터와 달리 전기 접점의 개수가 1개로 줄어 접촉저항이 작아질 수 있다.

또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 포트 스위치의 구성과 배치를 통해 종래 BLDC 모터에서의 스위칭과 동일한 스위칭을 구현할 수 있다.

본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 직류모터 일부의 평면도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 직류모터와 복합 전원이 연결된 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 포트와 커넥터의 사시도이다.
도 4는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 포트의 평면도이다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 직류모터 일부의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 직류모터의 상면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 포트-커넥터 연결 구조를 포함하는 단일상 통전된 3상 모터의 분해 상면도이다.
도 8은 시간 순서에 따라 도 7에 도시된 3상 직류모터가 구동하는 방법을 나타내는 예시도이다.
도 9는 본 개시의 다른 실시예에 따른 포트-커넥터 연결 구조를 포함하는 2상 통전된 3상 모터의 분해 상면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 스위치의 평면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 3상 직류모터의 구동 방법을 나타낸다.
도 12는 복합 전원과 연결된 3상 모터의 평면도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 도 12에 도시된 각 스위치를 나타낸다.
도 14는 본 개시의 다른 실시예에 따른 3상 코일을 포함하는 모터의 평면도이다.

이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응되는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.

본 개시에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

본 개시에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다.

본 개시에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

본 개시에서, 도면의 위쪽은 그 도면에 도시된 구성의 "상부" 또는 "상측", 그 아래쪽은 "하부" 또는 "하측"이라고 지칭할 수 있다. 또한, 도면에 있어서 도시된 구성의 상부와 하부의 사이 또는 상부와 하부를 제외한 나머지 부분은 "측부" 또는 "측면"이라고 지칭할 수 있다. 이러한 "상부", "상측" 등과 같은 상대적인 용어는, 도면에 도시된 구성들 간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 개시는 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.

본 개시에서, 한 구조물의 내부 공간으로 향하는 방향을 "내측", 개방된 외부 공간으로 돌출된 방향을 "외측"이라고 지칭할 수 있다. 이러한 "내측", "외측" 등과 같은 상대적인 용어는, 도면에 도시된 구성들 간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 개시는 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.

본 개시에서 "A 및/또는 B"의 기재는 A, 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.

본 개시에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

본 개시에서 코일은 단일 권선의 코일 뿐만 아니라 같은 방향으로 감긴 복수의 코일을 포함한다.

본 개시에서 스위치는 기계적인 접촉과 누름에 의한 누름 스위치 외에도 자석 근접에 의한 리드(reed) 스위치 또는 스위치에 자석을 구비하여 자력에 의해 개폐되는 스위치 등이 다양하게 사용될 수 있다.

본 개시에서 누름 스위치는 눌렸을 때 통전이 되고 누름이 해제되었을 때 전기적인 연결이 끊기는 것으로 기술되었으나, 누름이 해제되었을 때 통전이 되고 눌렸을 때 전기적 연결이 끊기게 구현하는 등 기구적 설계에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 통상의 기술자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 직류모터 일부의 평면도이다. 구체적으로, 도 1의 (a) 및 (b)는 정면도, (c)는 상면도이다.

일 실시예에서, 직류모터는 고정자와 회전자를 포함할 수 있다. 도 1에서는, 직류모터 구조의 보다 명확한 이해를 위해 고정자(110)의 구성 중 코일과 포트를 제외한 나머지 구성이 생략되었다.

고정자(110)는 직류모터의 고정된 부분으로서, 회전자(120)가 하나의 축으로 회전하도록 고정자(110)의 내측에서 지지 및 고정하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 고정자(110)는 내측에서 회전자(120)의 샤프트(124) 양 단부를 지지함으로써 회전자(120)를 지지 및 고정할 수 있다. 고정자(110)는 회전자(120)가 회전할 수 있도록 자기장을 생성할 수 있다. 이를 위해 고정자(110)에는 전류가 흐르면 자기장이 유도되는 전자석의 일종인 코일(112) 권선을 포함할 수 있다. 또한, 고정자(110)는 포트(130)를 포함할 수 있다.

코일(112)은 회전자(120)를 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고정자(110) 내측에 수용된 회전자(120)의 인접 둘레를 따라 코일(112)이 권선될 수 있다.

포트(130)는 전원(미도시)과 연결된 복수의 전선(152, 154) 및/또는 고정자 코일(112)의 단부 또는 그 집합에 해당할 수 있다. 전원 포트(131, 133, 135)는 전원과 연결된 복수의 전선(152, 154)의 단부의 집합에 해당할 수 있다. 코일 포트(132, 134)는 고정자 코일(112)의 단부의 집합에 해당할 수 있다.

일 실시예에서, 포트(130)는 제1 포트(131) 내지 제5 포트(135)로 구성될 수 있다. 제1 포트(131), 제3 포트(133) 및 제5 포트(135)는 전원 포트로서, 전원으로부터 전류를 공급받도록 전원의 +극, -극, 및/또는 접지와 연결된 전선의 끝단에 형성될 수 있다. 제2 포트(132) 및 제4 포트(134)는 코일 포트로서, 코일(112)에 전류가 공급되도록 코일(112)의 양 끝단에 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 포트(130)는 회전자(120)의 외면과 인접한 고정자(110)의 내측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 포트(130)는 회전자 샤프트(124)의 외면의 일부와 인접하도록 배치될 수 있다. 포트(130)는 회전자 샤프트(124)의 외면에 인접하도록 배치됨으로써, 회전자(120)가 회전함에 따라 회전자(120)에 포함된 커넥터(140)와 접하거나 이격될 수 있다.

일 실시예에서, 포트(130)는 코일(112) 및/또는 전원과 직접 연결될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 포트(130)는 코일(112) 및/또는 전원 간을 단속하는 트랜지스터(transistor) 등과 같이 회로 소자를 온/오프(on/off) 하는 제어선(예를 들어, 게이트(gate) 또는 베이스(base))일 수 있다.

회전자(120)는 고정자(110) 내측에 수용되어 샤프트(124)를 중심으로 축 회전할 수 있다. 회전자(120)는 영구자석(122) 및 샤프트(124)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 회전자(120)는 상측과 하측으로 샤프트(124)의 일부가 돌출된 구의 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 회전자(120)는 상측과 하측으로 샤프트(124)의 일부가 돌출되고 수평 자화(magnetization)된 원기둥의 형상을 가질 수 있다.

영구자석(122)은 고정자 코일(112)에 흐르는 전류의 방향에 따라 유도된 자기장으로부터 인력 및/또는 척력을 받아 회전자(120)에 토크를 발생시킬 수 있다.

샤프트(124)는 회전자(120)의 회전 축에 해당할 수 있다. 일 실시예에서, 샤프트(124)는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 샤프트(124)의 양 단부는 고정자(110)와 결합함으로써, 회전자(120)는 고정자(110)의 내측 공간에 지지 및 고정될 수 있다.

회전자(120)는 커넥터(140)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 커넥터(140)는 회전자(120)의 외면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 커넥터(140)는 회전자(120)의 상측과 하측으로 부분적으로 돌출된 샤프트(124)의 외면에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 커넥터(140)는 회전자(120)의 회전 축을 기준으로 각도에 따라 샤프트(124)의 외면 상에 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.

커넥터(140)는 회전자(120)가 축 회전함에 따라 전원 포트(131, 133, 135) 중 적어도 어느 하나 및 코일 포트(132, 134) 중 적어도 어느 하나와 접하거나 이격되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 커넥터(140)는 180도 회전할 때마다 샤프트(124) 상에 다른 패턴으로 형성됨으로써, 회전자(120)의 회전 각도에 따라 포트(130)와 접하거나 이격될 수 있다. 따라서, 커넥터(140)는 브러시 직류 모터의 정류자와 달리 고정자(110)에서 회전자(120) 측으로 자기장을 발생시킬 전기 에너지를 전달하지 않고도, 고정자 코일(112)과 전원 사이를 전기적으로 연결하거나 끊어주는 역할을 할 수 있다. 즉, 커넥터(140)는 포트(130) 간의 연결을 제어하는 스위치 역할을 할 수 있다.

커넥터(140)는 포트(130)와 접하였을 때 포트(130) 간에 전기적으로 연결될 수 있도록 도체로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 샤프트(124)(또는 회전자의 샤프트와 기어로 연결되어 회전하는 별개의 샤프트)의 표면이 부도체인 경우, 커넥터(140)는 샤프트(124)의 표면에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 샤프트(124) 표면이 모두 도체인 경우, 커넥터(140)는 샤프트(124) 표면으로부터 돌출되도록 형성될 수 있다.

일반적으로, 종래의 모터는 회전자에 지속적인 회전력을 부여하기 위해, 고정자의 코일에 흐르는 전류를 단속하거나 전류 방향을 바꿀 수 있다. 예를 들어, 브러시리스 모터(brushless DC motor, 이하 'BLDC 모터'라 한다)는 회전자와는 별개의 복잡한 센싱 회로(예를 들어, hall 센서 또는 back-EMF detector)를 사용하여 고정자 코일에 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 반면, 본 개시의 일 실시예에 따른 직류모터는 회전자(120)의 회전에 따라 포트(130)와 커넥터(140)가 물리적으로 접하거나 이격됨으로써, 고정자 코일(112)에 흐르는 전류를 단속하거나 전류 방향을 바꿀 수 있다.

일 실시예에서, 회전자(120)의 회전에 따라 포트(130)와 커넥터(140)가 물리적으로 접하거나 이격되는 방식은 다음과 같다.

우선, 도 1의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 회전자(120)가 고정자(110)에 대해 0도 내지 180도의 회전각을 형성하는 경우, 커넥터(140)는 제2 포트(132)와 전원의 +극과 연결된 제3 포트(133)를 연결시키고, 제4 포트(134)와 전원의 -극과 연결된 제5 포트(135)를 연결시킬 수 있다. 따라서, 영구자석(122)의 극과 전류 방향에 의해 유도된 고정자 코일(112)의 극이 서로 반발하여 회전자(120)에 회전 토크가 발생할 수 있다.

다음으로, 도 1의 (a) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 회전자(120)가 고정자(110)에 대해 180도 내지 360도의 회전각을 형성하는 경우, 커넥터(140)는 제2 포트(132)와 전원의 -극과 연결된 제1 포트(131)를 연결시키고, 제4 포트(134)와 전원의 +극과 연결된 제3 포트(133)를 연결시킬 수 있다. 따라서, 회전자(120)가 반 바퀴 회전한 후에는 코일(112)에 흐르는 전류 방향이 역전되고 코일(112)의 유도 자기장의 극도 바뀜으로써, 회전자(120)에 동일한 회전 토크가 지속될 수 있다. 결과적으로, 회전자(120)는 전류가 코일(112)에 공급되는 동안 같은 방향으로 회전할 수 있다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 직류모터(210)와 복합 전원(220)이 연결된 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 직류모터(210)는 복합 전원(220)을 사용하여 포트(230)와 커넥터(240)의 수를 줄일 수 있다.

일 실시예에서, 코일(212)의 일측 단부는 중성선(Neutral)을 통해 복합 전원(220) 측에 연결되고, 코일(212)의 타측 단부는 커넥터(240)를 통해 복합 전원(220)의 극(+극 또는 -극)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 코일(212)의 타측 단부는 회전자가 고정자에 대해 0도 내지 180도의 회전각을 형성하는 경우 +극에 연결되고, 회전자가 고정자에 대해 180도 내지 360도의 회전각을 형성하는 경우 -극에 연결될 수 있다. 따라서, 회전자가 반 바퀴 회전할 때마다 코일(212)에 흐르는 전류 방향, 즉 유도 자기장의 극성이 역전될 수 있다. 따라서, 회전자가 지속적으로 회전할 수 있는 토크가 발생될 수 있다.

도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 포트(310)와 커넥터(320)의 사시도이다. 도 1 및 도 2에서 상술한 바와 같이 포트와 커넥터의 연결 구조를 형성하기 위해, 포트는 코일 및/또는 전선의 끝단에 해당하고 커넥터는 샤프트 외면 상에 형성된 도체에 해당할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 포트와 커넥터의 연결 구조를 형성하기 위해 리미트 스위치(limit switch)와 요철 또는 리드 스위치(reed switch)와 자석 등이 사용될 수도 있다.

일 실시예에서 도 3에 도시된 바와 같이, 포트(310)는 리미트 스위치(312)로 형성되고, 커넥터(320)는 샤프트(330)의 측면으로부터 돌출된 요철(322)로 형성될 수 있다. 따라서, 회전자가 회전함에 따라 샤프트(330) 측면으로부터 돌출된 요철(322)이 리미트 스위치(312)를 누르면 코일과 전원이 전기적으로 연결되고, 요철(322)이 리미트 스위치(312)를 누르지 않으면 코일과 전원은 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.

도 4는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 포트(400)의 평면도이다. 도 3에 도시된 포트(도 3의 310)는 리미트 스위치로 형성되었으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 포트(400)는 눌림에 의해 동작하는 푸시 버튼 스위치(push button switch)로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 푸시 버튼 스위치는 단순한 구조로 구성됨으로써 스위치의 원가를 줄이고 모터의 수명을 늘릴 수 있다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 포트(400)의 푸시 버튼 스위치는 하우징 없이 기저면에 고정되어 외부 힘이 작용하지 않을 경우 서로 이격되어 있는 두 도체 조각(410, 420)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 두 도체 조각 중 하측 도체(410)는 형상 복원이 가능한 도체일 수 있다. 하측 도체(410)는 하측에서 상측으로 외력이 작용하면 상측 도체(420)와 접촉이 일어나고, 외력이 제거되면 상측 도체(420)와 분리될 수 있다.

도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 직류모터 일부의 사시도이다. 도 5에 도시된 구성 중 도 1에 도시된 구성과 대응되는 것에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

도시된 바와 같이, 고정자는 단일 코일이 아닌 2개의 코일(512, 514)을 포함하므로, 모터는 2상(2-phase) 모터에 해당할 수 있다. 모터에는 상술한 바와 같은 포트(530, 540)와 커넥터(도 6의 650)의 연결 구조가 형성됨으로써 코일(510, 520)에 흐르는 전류가 제어될 수 있다. 도 1 내지 도 4와 달리, 도 5에 도시된 커넥터(도 6의 650)는 회전자(520)의 측면이 아닌 상면(또는 하면)에 위치할 수 있다. 제1 코일(512)과 제2 코일(514)은 고정자(510)에 고정되며, 코일 간에 이격된 각도는 90도일 수 있다. 두 코일의 일측 단부는 중성선과 연결되고, 타측 단부는 포트(530, 540)와 연결될 수 있다. 도 5에 도시된 포트(530, 540)와 커넥터(도 6의 650)의 연결 구조에 대한 자세한 설명은 도 6에서 후술한다.

도 6은 도 5에 도시된 직류모터의 상면도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 포트는 제1 포트(530)와 제2 포트(540)로 구성되며, 제1 포트(530)는 0도에, 제2 포트(540)는 90도에 위치할 수 있다. 이경우, 제1 포트(530)는 제1 코일(512)의 일측 단부(532), 전원의 +극/-극과 연결된 전선의 단부(534, 536)와 연결되고, 제2 포트(540)는 제2 코일(514)의 일측 단부(542), 전원의 +극/-극과 연결된 전선의 단부(544, 546)와 연결될 수 있다. 전원 포트(534, 536, 544, 546)는 코일 포트(532, 542)와 인접한 위치에 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 커넥터(650)는 회전자(520) 상면에서 상이한 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 커넥터(650)는 회전자(520) 상면의 1사분면 외측과 3사분면 내측에 형성될 수 있다. 따라서, 도 6의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 회전자(520)가 고정자(510)에 대해 0도 내지 90도를 형성하는 경우 코일 포트(542)가 +극 포트(544)와 연결되고, 90도 내지 180도를 형성하는 경우 코일 포트(532)가 -극 포트(536)와 연결되고, 180도 내지 270도를 형성하는 경우 코일 포트(542)가 -극 포트(546)와 연결되고, 270도 내지 360도를 형성하는 경우 코일 포트(532)가 +극 포트(534)와 연결될 수 있다. 회전자(520)가 회전함에 따라 포트(530, 540)가 커넥터(650)와 접하거나 이격됨으로써 고정자 코일(512, 514)에 흐르는 전류 방향에 따라 자기장이 유도되고, 회전자(520)는 도 6의 (a) 내지 (d) 순으로 반시계 방향으로 회전할 수 있다.

도 1 내지 도 6은 단일 코일 또는 이중 코일에 의한 1상 또는 2상 직류모터에서의 포트-커넥터 연결 구조를 도시하나, 이러한 구조는 3상 이상의 모터에도 적용될 수 있다. 이경우, 복수의 포트 간의 이격 각도는 180도를 상의 개수로 나눈 값으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 도 6에서와 같이 2상 모터인 경우, 제1 포트와 제2 포트의 이격 각도는 180도를 2로 나눈 90도에 해당할 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 6에 도시된 모터에서는 코일 권선의 내측에 회전자의 샤프트가 위치하는 것으로 설명되었으나, 본 발명에 따른 포트-커넥터 연결 구조는 종래의 BLDC모터, 즉 한 쌍의 코일이 회전자 샤프트 외측의 대향하는 위치에 형성되는 모터의 경우에서도 동일하게 코일 유도(coil induction) 제어 수단으로 사용될 수 있다.

뿐만 아니라, 종래의 BLDC 모터에서 3개의 상 중 2개의 상에 전류가 흐름에 따라 각 시점에서 회전자를 밀고 끄는 2상 통전 구조의 경우에도 본 발명에 따른 포트-커넥터 연결 구조가 적용될 수 있다.

이하, 도 7 및 도 8에서는 본 발명의 포트-커넥터 연결 구조가 단일상 통전된 3상 모터에 적용된 예시를 기술하고, 도 9 내지 도 14은 2상 통전된 3상 모터에 적용된 예시를 기술한다.

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 포트-커넥터 연결 구조를 포함하는 단일상 통전된 3상 모터의 분해 상면도이다. 도 7에서는, 직류모터 구조의 보다 명확한 이해를 위해 고정자(710)의 구성 중 코일과 포트를 제외한 나머지 구성이 생략되었다. 도 7에 도시된 구성 중 도 1에 도시된 구성과 대응되는 것에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

일 실시예에서, 모터는 단일상 통전된 3상 모터에 해당하고, 고정자(710)와 회전자(720)를 포함할 수 있다. 고정자(710)는 단일상 통전된 3개의 코일(712, 714, 716) 및 3개의 포트(732, 734, 736)를 포함할 수 있다. 회전자(720)는 영구자석(722), 샤프트(724), 및 커넥터(726)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 포트(732, 734, 736)는 스위치(SW1, SW2, SW3)로 형성될 수 있고, 커넥터(726)는 요철로 형성될 수 있다.

코일은 제1 코일(712), 제2 코일(714) 및 제3 코일(716)로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 코일 권선은, 샤프트(724)의 축을 기준으로 회전자(720) 외측의 대향하는 위치에 한 쌍으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 제1 코일(712)은 한 쌍의 대향하는 위치에서 C1, C1'로 형성되고, 제2 코일(714)은 한 쌍의 대향하는 위치에서 C2, C2'로 형성되고, 제3 코일(716)은 한 쌍의 대향하는 위치에 C3, C3'로 형성될 수 있다. 이경우, C1, C2, C3는 상호간에 120도씩 이격되고, C1', C2', C3'는 상호간에 120도씩 이격될 수 있다. 코일의 양 끝단은 각각 전원의 +극과 -극과 연결될 수 있다.

스위치(SW1, SW2, SW3)는 각 코일(712, 714, 716)의 중간에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 스위치(SW1, SW2, SW3)는 기계적으로 개폐되는 누름 스위치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 스위치(SW1, SW2, SW3)는 도 4에 도시된 단일 접점 푸시 스위치에 해당할 수 있다. 스위치(SW1, SW2, SW3)는 회전자(720)와 인접한 고정자(710)의 내측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 스위치(SW1, SW2, SW3)는 고정자(710)의 내측 동일 평면 상에서 120도 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 스위치(SW1, SW2, SW3)는 회전자(720)가 회전함에 따라 커넥터(726)와 접하거나 이격되면서 코일(712, 714, 716)에 흐르는 전류를 제어할 수 있다.

커넥터(726)는 요철의 형상으로 회전자(720)의 외면에 배치될 수 있다. 구체적으로, 커넥터(726)는 샤프트(724) 표면으로부터 120도 범위로 돌출된 요철에 해당할 수 있다. 커넥터(726)는 회전자(720)가 회전함에 따라 120도 단위로 스위치(SW1, SW2, SW3)를 개폐시킬 수 있다.

도 7에 도시된 3상 직류모터에 따르면, 종래 직류모터의 회전자에 형성된 도체 정류자에서 발생하는 전기적인 접촉이 없으므로, 종래 직류모터의 도체 정류자가 회전함에 따라 전기 저항이 회전 속도에 비례하여 커지는 현상이 방지되고 접촉 저항이 작아질 수 있다. 또한, 종래 직류모터에서는 두 개의 브러시에서 접촉 저항이 일어나 전기 손실이 컸으나, 도 7에 도시된 3상 직류모터는 전기 접점의 개수가 1개로 줄어 접촉저항이 작아질 수 있다.

도 8은 시간 순서에 따라 도 7에 도시된 3상 직류모터가 구동하는 방법을 나타내는 예시도이다. 도 8에서는 직류 모터 구조의 보다 명확한 이해를 위해 전류가 흐르지 않는 코일이 생략되었다.

도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 회전자(720)가 고정자(710)에 대하여 0도보다 크거나 같고 120도 보다 작은 각도로 형성되는 경우, 커넥터(726)는 고정자(710)의 0도에 위치한 스위치 SW1만을 누름으로써 코일 C1, C1'에 전류가 흐르고 자기장이 유도될 수 있다. 예를 들어, 코일 C1은 회전자(720) 부근에 S극을 형성하고, C1'는 회전자(720) 부근에 N극을 형성할 수 있다. 이에 따라, 회전자(720)는 C1에 유도된 자기장에 의해 밀리고 C1'에 유도된 자기장에 의해 끌려 0도 내지 120도 구간 동안 회전할 수 있다.

도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 회전자(720)가 120도 위치에 오면 커넥터(726)는 스위치 SW2만 누름으로써 코일 C2, C2'에 전류가 흐르고 자기장이 유도될 수 있다. 이에 따라 회전자(720)는 120도 내지 240도 구간 동안 회전할 수 있다.

도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 회전자(720)가 240도 위치에 오면 커넥터(726)는 스위치 SW3만을 누름으로써 코일 C3, C3'에 전류가 흐르고 자기장이 유도될 수 있다. 이에 따라 회전자(720)가 다시 120도를 회전하여 360도 즉 원점 0도까지 회전할 수 있다. 외부로부터 모터로 전원이 공급되는 동안 회전자(720)의 이러한 회전이 지속될 수 있다.

도 9는 본 개시의 다른 실시예에 따른 포트-커넥터 연결 구조를 포함하는 2상 통전된 3상 모터의 분해 상면도이다. 도 9에서는, 직류모터 구조의 보다 명확한 이해를 위해 고정자(910)의 구성 중 코일과 포트를 제외한 나머지 구성이 생략되었다. 도 9에 도시된 구성 중 도 1 및 도 7에 도시된 구성과 대응되는 것에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

일 실시예에서, 모터는 2상 통전된 3상 모터에 해당하고, 고정자(910)와 회전자(920)를 포함할 수 있다. 고정자(910)는 2상 통전된 코일(912, 914, 916) 및 포트를 포함할 수 있다. 회전자(920)는 영구자석(922), 샤프트(924), 및 커넥터(926)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 포트는 스위치(SW1 내지 SW6)로 형성될 수 있고, 커넥터(926)는 요철로 형성될 수 있다.

스위치(SW1 내지 SW6)는 각 코일(912, 914, 916)의 중간에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 스위치(SW1 내지 SW6)는 기계적으로 개폐되는 누름 스위치에 해당할 수 있다. 스위치(SW1 내지 SW6)는 회전자(920)와 인접한 고정자(910)의 내측에 배치될 수 있다. 스위치(SW1 내지 SW6) 각각은 회전자(920)의 회전 축을 중심으로 대향하는 위치에 배치되며 총 12개의 스위치로 구성될 수 있다. 스위치(SW1 내지 SW6)는 인접한 스위치와 30도 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 스위치(SW1 내지 SW6)는 회전자(920)가 회전함에 따라 커넥터(926)와 접하거나 이격되면서 코일(912, 914, 916)에 흐르는 전류를 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 스위치 SW1이 커넥터(926)에 의해 눌릴 경우, ux와 전원 +극이 연결되고, uy와 전원 -극이 연결됨으로써 제1 코일에서 회전자 측으로 N극이 유도될 수 있다. 스위치 SW2가 커넥터 요철에 의해 눌릴 경우, ux와 전원 -극이 연결되고, uy와 전원 +극이 연결됨으로써 제1 코일에서 회전자 측으로 S극이 유도될 수 있다. 마찬가지로, 스위치 SW3이 커넥터 요철에 의해 눌릴 경우 제2 코일에서 회전자 측으로 N극이 유도되고, 스위치 SW4가 커넥터 요철에 의해 눌릴 경우 제2 코일에서 회전자 측으로 S극이 유도될 수 있다. 또한, 스위치 SW5가 커넥터 요철에 의해 눌릴 경우 제3 코일에서 회전자 측으로 N극이 유도되고, 스위치 SW6가 커넥터 요철에 의해 눌릴 경우 제3 코일에서 회전자 측으로 S극이 유도될 수 있다.

영구자석(922)은 종래의 BLDC 모터에서 사용되는 십자형 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 영구자석(922)은 90도마다 N극과 S극이 형성되도록 구성될 수 있다.

커넥터(926)는 샤프트(924) 표면으로부터 돌출된 요철에 해당할 수 있다. 일 실시예에서, 고정자(910)의 12시 방향으로부터 회전자(920)의 기준점(921)의 각도가 α인 경우, 커넥터(926)는 샤프트(924) 표면으로부터 α-30도 내지 α+30도 각도로 돌출될 수 있다. 보다 상세하게는, 스위치(SW1 내지 SW6) 중 하나가 차지하는 각도를 감안할 경우, 커넥터(926)는 α-30도보다 크거나 같고 α+30도보다 작은 각도로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 커넥터(926)의 각도는 α-30도 내지 α+27도에 해당할 수 있다. 따라서, 스위치(SW1 내지 SW6) 중 α-30도보다 크거나 같고 α+30도보다 작은 각도 상에 위치한 스위치는 커넥터(926)에 의해 눌릴 수 있다.

도 10은 도 9에 도시된 스위치(SW1 내지 SW6)의 평면도이다. 구체적으로, 각 스위치(SW1 내지 SW6)는 전원과 연결된 전선 및/또는 코일과 연결될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(SW1) 내지 제6 스위치(SW6) 각각은 2개의 누름 스위치를 포함하며, 커넥터(도 9의 926)에 의해 2개의 누름 스위치가 동시에 눌리거나 누름 해제가 될 수 있다.

도 11은 도 9에 도시된 3상 직류모터의 구동 방법을 나타낸다. 도 11에 도시된 회로 중 3상 코일의 가운데에 위치한 M은 서로 전기적으로 단락되어 있음을 의미할 수 있다.

도시된 바와 같이 도 11의 (a)부터 (f)까지 회전자가 0도부터 180도까지 회전하는 경우, 회전자 기준점(921)의 각도 α가 30도만큼 이동할 때마다 고정자(910) 상의 스위치(SW1 내지 SW6)가 개폐될 수 있다.

일 실시예에서 회전자 기준점(921)의 각도 α가 30도인 경우, 고정자(910) 상에서 0도보다 크고 60도보다 작거나 같은 각도에 위치한 스위치들이 커넥터(926)에 의해 눌릴 수 있다. 예를 들어, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 SW1과 SW4가 눌림으로써, 제1 코일(912)에서 회전자(920) 측으로 N극이 유도되고 제2 코일(914)에서 회전자(920) 측으로 S극이 유도될 수 있다.

마찬가지로, 회전자 기준점(921)의 각도 α가 60도인 경우 SW1과 SW6이 커넥터(926)에 의해 눌림으로써 제1 코일(912)에서 N극, 제3 코일(916)에서 S극이 회전자(920) 측으로 유도될 수 있다. 또한, 회전자 기준점(921)의 각도 α가 90도인 경우 SW3과 SW6가 눌림으로써 제2 코일(914)에 N극, 제3 코일(916)에 S극이 유도되고, 회전자 기준점(921)의 각도 α가 120도인 경우 SW2과 SW3가 눌림으로써 제1 코일(912)에 S극, 제2 코일(914)에 N극이 유도될 수 있다. 또한, 회전자 기준점(921)의 각도 α가 150도인 경우 SW2과 SW5가 눌림으로써 제1 코일(912)에 S극, 제3 코일(916)에 N극이 유도되고, 회전자 기준점(921)의 각도 α가 180도인 경우 SW4과 SW5가 눌림으로써 제2 코일(914)에 S극, 제3 코일(916)에 N극이 유도될 수 있다.

도 11의 (a) 내지 (f)에 도시된 바와 같이, 회전자(920)의 영구자석(922)의 극과 전류 방향에 의해 유도된 고정자 코일(912, 914, 916)의 극이 서로 반발하거나 당김으로써 회전자(920)에 지속적인 회전 토크가 발생하여 회전자(920)에는 반시계 방향으로 토크가 작용할 수 있다.

회전자(920)가 180도부터 360도까지 회전하는 경우, 회전자 기준점(921)의 각도 α가 30도만큼 이동할 때마다 고정자(910) 상의 스위치(SW1 내지 SW6)가 개폐될 수 있다. 이경우, 도 11의 (a) 내지 (f)와 동일한 패턴으로 회전자 기준점(921)의 각도 α가 30도씩 이동할 때마다 고정자(910) 상의 스위치(SW1 내지 SW6)가 개폐될 수 있다. 즉, 회전자(920)가 0도부터 360도까지 회전하는 경우, 도 11의 (a) 내지 (f)의 사이클이 두 번 반복될 수 있다. 따라서, 회전자(920)는 지속적으로 토크를 받음으로써 계속 회전할 수 있다.

도 9 내지 도 11에 도시된 본 발명의 직류모터는, 모터와 내부구조가 동일한 발전기 용도로도 사용될 수 있다. 풍력 터빈 등 코일이 외측에 설치되는 많은 발전기의 경우, 교류가 코일의 양 끝에서 생성되므로, 복잡하고 전력 손실을 감수해야 하는 인버터(inverter)를 사용해야 한다. 하지만, 도 9 내지 도 11에 도시된 구조의 직류모터 사용하고, 모터의 회전자를 기체, 액체, 증기의 흐름 등으로 돌리면 교류가 아닌 직류에 가까운 전류가 생성되므로, 간단한 회로를 이용하여 직류 변환을 하거나 전기 에너지로 저장할 수 있다.

도 12는 복합 전원(1240)과 연결된 3상 모터의 평면도이다. 모터는 복수 개의 상(phase)이 통전되어 있는 상태일 수 있다. 도 12에서는, 직류모터 구조의 보다 명확한 이해를 위해 고정자(1210)의 구성 중 코일과 포트를 제외한 나머지 구성이 생략되었다. 도 12에 도시된 구성 중 도 1, 도 7 및 도 9에 도시된 구성과 대응되는 것에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 도 12에 도시된 3상 모터는 고정자(1210) 및 회전자(120)를 포함할 수 있다.

도 9 내지 도 11에 도시된 실시예는 복수 개의 상(phase) 통전을 위해 본 발명의 모터에서 각 코일(1212)의 양 끝단에 스위치(SW1 내지 SW6)를 연결하여 코일 1개에 대해 2개의 스위치가 사용될 수 있다. 반면, 도 12에 도시된 모터의 경우, 도 2에 기술한 복합 전원(1240)이 사용됨으로써 각 코일(1212)마다 사용되는 스위치(SW1 내지 SW6)의 개수를 1개로 줄일 수 있다. 구체적으로, 도 12에 보인 바와 같이 각 코일(1212)의 일측 끝단을 스위치(SW1 내지 SW6)에 연결하지 않고 복합 전원(1240)의 접지에 연결함으로써 코일(1212) 각각에 사용되는 스위치(SW1 내지 SW6)를 1개로 줄일 수 있다. 이에 따라 접촉 저항과 모터 고장율을 모두 줄일 수 있다.

도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 도 12에 도시된 각 스위치(SW1 내지 SW6)를 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 코일(도 12의 1212)은 일측 끝단이 복합 전원(도 12의 1240)의 접지에 연결되고, 타측 끝단이 스위치(SW1 내지 SW6) 중 어느 하나와 연결될 수 있다. 이경우, 스위치(SW1 내지 SW6)는 도 13에 도시된 바와 같이, 도 10의 스위치와 달리 단일 누름 스위치만으로 구성될 수 있다.

도 14는 본 개시의 다른 실시예에 따른 3상 코일을 포함하는 모터의 평면도이다. 도 14에 도시된 구성 중 도 1, 도 7 및 도 9에 도시된 구성과 대응되는 것에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 도 14에 도시된 모터는 고정자(1410) 및 회전자(1420)를 포함할 수 있다.

도 14에 도시된 모터는 복합 전원이 아닌 단일 전원을 사용하되, 종래 BLDC 모터와 같이 3상 코일(1412)의 일측 단부가 모두 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 모터는 2상 통전되는 코일(1412) 중 2개가 전원에 직렬 연결될 수 있다. 이를 위해, 도 14에 도시된 모터는 도 14에서 각 코일(1412)의 일측 단부(도 14에서 common으로 표시됨)를 모두 전기적으로 단락시킬 수 있다. 이경우, 모터는 도 11에 도시된 모터와 동일한 스위치 배치를 가지되, 도 13에 도시된 스위치와 마찬가지로 스위치(SW1 내지 SW6) 각각이 단일 누름 스위치로 구성될 수 있다. 따라서, 도 13의 스위치(SW1 내지 SW6)와 동일한 구성의 스위치를 사용하면, 종래 BLDC 모터에서의 스위칭과 동일한 스위칭을 구현할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 코일의 스위치에는 병렬로 다이오드가 연결될 수 있다. 구체적으로, 스위치가 눌릴 때(on 되었을 때) 전류가 흐르는 방향과 반대 방향의 다이오드를 코일의 스위치와 병렬로 연결함으로써, 스위치가 눌리지 않는 동안(off 되어 있는 동안) 다이오드를 통하여 코일에 저장된 자기에너지가 전원 측으로 빠르게 회수되어 회전자에 대해 역방향의 토크가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 일 실시예에서, 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌지 않는 도 12 내지 도 14에 도시된 모터 또는 단일상 통전된 도 1 및 도 7에 도시된 모터의 경우, 코일의 전류와 반대 방향의 다이오드는 코일의 양단에 설치될 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

110: 고정자
112: 코일
120: 회전자
122: 영구자석
124: 샤프트
130: 포트
140: 커넥터
152, 154: 복수의 전선

Claims

직류모터로서,
코일 및 포트를 포함하는 고정자; 및
영구자석 및 샤프트를 포함하고, 상기 고정자 내측에 수용되어 상기 샤프트를 중심으로 축 회전 가능한 회전자
를 포함하고,
상기 코일은 상기 회전자를 감싸도록 배치되고,
상기 포트는, 전원과 연결된 복수의 전선 단부를 포함하는 전원 포트 및 상기 코일의 양 단부를 포함하는 코일 포트를 포함하고, 상기 회전자의 외면과 인접한 상기 고정자의 내측에 배치되고,
상기 회전자의 외면에는, 상기 회전자가 축 회전함에 따라 상기 전원 포트 중 적어도 어느 하나 및 상기 코일 포트 중 적어도 어느 하나와 접하거나 이격되는 커넥터가 형성되고,
상기 커넥터가 상기 포트와 접하는 구조에 대응하여 상기 코일에 흐르는 전류의 방향이 제어되는, 직류모터.
제1항에 있어서,
상기 회전자는 상측과 하측으로 상기 샤프트의 일부가 돌출된 구의 형상을 가지고,
상기 돌출된 샤프트 일부의 외면에 상기 커넥터가 형성되는, 직류모터.
제1항에 있어서,
상기 회전자는 상측과 하측으로 상기 샤프트의 일부가 돌출된 원기둥의 형상을 가지고,
상기 돌출된 샤프트 일부의 외면에 상기 커넥터가 형성되는, 직류모터.
제1항에 있어서,
상기 코일은 1상 통전된 코일에 해당하고,
상기 포트는 상기 직류모터의 상(phase)의 개수와 동일한 개수로 형성되는, 직류모터.
제4항에 있어서,
상기 샤프트의 회전 축을 중심으로 상기 포트 간의 이격 각도는 180도를 상의 개수로 나눈 값에 해당하는, 직류 모터.
제1항에 있어서,
상기 코일은 2상 통전된 코일에 해당하고,
상기 포트는 상기 직류모터의 상의 개수보다 2배 많은 개수로 형성되는, 직류모터.
제1항에 있어서,
상기 포트는 리미트 스위치(limit switch)를 포함하고,
상기 커넥터는 상기 회전자로부터 돌출된 요철을 포함하고,
상기 요철은 상기 회전자가 축 회전함에 따라 상기 리미트 스위치 중 적어도 하나와 접하거나 이격됨으로써 상기 리미트 스위치를 개폐하는, 직류모터.
제1항에 있어서,
상기 포트는 푸시 버튼 스위치(push button switch)를 포함하고,
상기 커넥터는 상기 회전자로부터 돌출된 요철을 포함하고,
상기 요철은 상기 회전자가 축 회전함에 따라 상기 푸시 버튼 스위치 중 적어도 하나를 누르는, 직류모터.
제8항에 있어서,
상기 회전자는 원기둥 형상을 가지고,
상기 요철은 상기 회전자로부터 부채꼴 기둥 형상으로 돌출되는, 직류모터.
제1항에 있어서,
상기 포트는 리드 스위치(reed switch)를 포함하고,
상기 커넥터는 커넥터 자석을 포함하고,
상기 커넥터 자석은 상기 회전자가 축 회전함에 따라 상기 리드 스위치에 가까워지거나 멀어짐으로써 상기 리드 스위치를 개폐하는, 직류모터.