KR101226134B1 - 축유격 방지구조를 지닌 전동모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진블록(10)에 장착되어 웜기어(36)를 구동하는 전동모터에 있어서: 상기 엔진블록(10)에 결합되고, 방열 구조를 지니는 어댑터 어셈블리(20); 상기 어댑터 어셈블리(20)에 베어링(15)을 개재하여 지지되고, 어댑터 어셈블리(20) 내부에 정류자(34)를 수용하는 아마추어 어셈블리(30); 상기 아마추어 어셈블리(30) 내부에서 정류자(34)에 접촉하는 브러시(45)를 지니는 브러시카드 어셈블리(40); 및 상기 아마추어 어셈블리(30)의 베어링(15)의 유동을 억제하도록 설치되는 멈춤구(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 웜기어의 동력전달에 따라 모터 축에 인가되는 추력 및 고온의 환경조건에서 모터의 발열에 대한 기계적ㆍ열적 특성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

축유격 방지구조를 지닌 전동모터{Driving motor having axial gap preventing construction}

본 발명은 자동차 엔진에 장착되는 웜기어 일체형 전동모터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웜기어의 동력전달에 따라 모터 축에 인가되는 추력 및 고온의 환경조건에서 모터의 발열에 대한 기계적ㆍ열적 특성을 향상시키는 축유격 방지구조를 지닌 전동모터에 관한 것이다.

근래 들어 엔진의 회전속도와 부하에 의해 구분되는 엔진의 운전영역에 따라 밸브의 개도율이나 개폐시기를 변화시켜 혼합기 유입량과 연소가스의 배출효율을 최적화함으로써 연비나 출력과 같은 엔진의 성능을 향상시킬 수 있고 배출가스의 양은 저감할 수 있는 가변밸브 기구들이 개발되어 엔진에 적용되고 있다. 이러한 자동차 엔진용 가변밸브 기구는 밸브의 개폐시기를 가변시키는 가변밸브 타이밍 기구, 밸브의 개도량을 가변시키는 가변밸브 리프트 기구, 밸브의 작동각을 변화시키는 가변밸브 작동각 기구 등으로 이루어진다. 이외에 가변밸브 기구의 구동력을 제공하기 위해 워엄기어를 탑재한 전동모터가 사용되는데, 특히 추력의 변동이 심한 환경에서 축유동 방지에 의한 작동신뢰성과 내구성 유지가 관건이다.

선행특허의 일예로, 한국 공개특허공보 제2001-0064183호의 "아마추어 조립체의 축방향 유동 방지구조"는 외형을 이루는 부분인 하우징과, 하우징내에 회전 가능하게 장착되는 아마추어 샤프트와, 이 아마추어 샤프트의 외주면에 감겨져 있는 전기자와, 하우징의 내측면에 부착된 마그네트와, 브러시를 통해 전달되는 외부 전원을 정류자를 개재하여 전기자로 공급하기 위한 슬립와셔를 포함하는 DC모터에 있어서, 상기 슬립와셔와 상기 정류자간에는 상기 제 1축수부와 상기 슬립와셔사이의 갭을 없애기 위한 셀프 어저스팅 수단이 구비된 구성을 제안한다. 이에 따라, 아마추어 샤프트의 원활한 회전을 가능케 함과 동시에, 축방향 유동으로 인한 진동 및 소음을 줄일 수 있는 효과를 기대한다.

선행특허의 다른 예로, 한국 등록실용신안공보 제0265834호의 "자동차용 모터의 회전자 유동방지 구조"는 커버판과 단턱부를 가지는 원통형의 하우징과, 상기 하우징의 내주면에 부착된 고정자 마그네트와, 회전 가능한 아마츄어 어셈브리로 이루어진 자동차용 모터에 있어서, 상기한 고정자 마그네트와 하우징의 단턱부 사이에 간격 유지용 원형링을 개입시켜 마그네트의 중심높이가 아마츄어 코일의 중심 높이 보다 더 낮게 하여 회전할 때와 정지했을 때, 아마츄어의 높이가 달라지지 않도록 하는 구성을 제안한다. 이에 따라, 회전시 하측으로 자기장이 작용하여 유동이 없고, 고정시에는 자중에 의해 유동이 발생하지 않아 진동 소음을 예방하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행특허는 웜기어를 탑재한 전동모터에서 발생하는 스러스트 반복하중을 효율적으로 지탱하기 곤란하기 때문에 소음, 진동, 발열과 함께 제반 성능을 저하시키는 단점을 보인다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 웜기어의 동력전달에 따라 모터 축에 인가되는 추력 및 고온의 환경조건에서 모터의 발열에 대한 기계적ㆍ열적 특성을 향상시키는 축유격 방지구조를 지닌 전동모터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 엔진블록에 장착되어 웜기어를 구동하는 전동모터에 있어서: 상기 엔진블록에 결합되고, 방열 구조를 지니는 어댑터 어셈블리; 상기 어댑터 어셈블리에 베어링을 개재하여 지지되고, 어댑터 어셈블리 내부에 정류자를 수용하는 아마추어 어셈블리; 상기 아마추어 어셈블리 내부에서 정류자에 접촉하는 브러시를 지니는 브러시카드 어셈블리; 및 상기 아마추어 어셈블리의 베어링의 유동을 억제하도록 설치되는 멈춤구;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 어댑터 어셈블리는 외면의 다수의 지점에서 방열면적을 증가시키는 주름홈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 어댑터 어셈블리는 내측과 외측에 각각 가스켓을 긴밀하게 지지하기 위한 안착면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 어댑터 어셈블리는 베어링의 장착 위치에 인접하여 걸림홈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 멈춤구는 베어링의 장착 위치를 결정하여 유격을 억제하도록 스냅링을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 웜기어의 동력전달에 따라 모터 축에 인가되는 추력 및 고온의 환경조건에서 모터의 발열에 대한 기계적ㆍ열적 특성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전동모터를 분해하여 나타내는 사시도
도 2는 본 발명에 따른 전동모터의 장착상태를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 전동모터의 요부를 확대하여 나타내는 구성도
도 4는 도 3에 의한 멈춤구의 작용을 도식적으로 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 엔진블록(10)에 장착되어 웜기어(36)를 구동하는 전동모터에 관련된다. 본 발명은 자동차 흡배기 시스템의 가변밸브 기구를 구동하는 웜기어(36) 탑재형 전동모터에 관하여 도시하고 설명하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니고 여타의 일반적인 전동모터에도 적용될 수도 있다. 가변밸브 기구의 전동모터는 외함(11)과 어댑터 어셈블리(20)에 의해 형성되는 내부 공간상에 다수의 자석을 지닌 요크 어셈블리(12), 로터를 지닌 아마추어 어셈블리(30), 브러시카드 어셈블리(40) 등을 구비한다.

본 발명에 따른 어댑터 어셈블리(20)는 방열 구조를 지니고 상기 엔진블록(10)에 결합된다. 방열 구조의 중요한 특징의 하나로서 어댑터 어셈블리(20)는 알루미늄 합금과 같이 열전도율이 높은 금속을 사용한다. 알루미늄 합금은 성형성이 용이하여 높은 형상자유도를 구현할 수 있다. 강도와 열전도율의 밸런스를 고려하는 측면에서 6000계를 사용하는 것이 좋다. 어댑터 어셈블리(20)의 세부적인 구성과 작용은 후술한다.

또, 본 발명에 따른 아마추어 어셈블리(30)는 상기 어댑터 어셈블리(20)에 베어링(15)을 개재하여 지지되면서 어댑터 어셈블리(20) 내부에 정류자(34)를 수용하는 구조이다. 아마추어 어셈블리(30)는 로터축(32) 상에 로터, 정류자(34), 웜기어(36)를 구비하는 것으로서, 브러시카드 어셈블리(40)를 통해 공급받은 전류에 의하여 자화되어 회전력을 발생한다. 본 발명에 있어서 정류자(34)는 외함(11)의 내부가 아닌 어댑터 어셈블리(20)의 내부에 위치하는 것이 방열에 의한 냉각 상태를 유지하는 측면에서 바람직하다. 아마추어 어셈블리(30)의 일단은 어댑터 어셈블리(20)에서 베어링(15)에 지지되고 타단은 외함(11)의 내부에서 또 다른 베어링(도시 생략)에 지지된다.

또, 본 발명에 따른 브러시카드 어셈블리(40)는 상기 아마추어 어셈블리(30) 내부에서 정류자(34)에 접촉하는 브러시(45)를 지닌다. 브러시카드 어셈블리(40)는 외부에서 인가된 전류를 아마추어 어셈블리(30)의 로터에 전달하는 것으로서, 브러시(45)가 정류자(34)에 접촉하도록 어댑터 어셈블리(20)의 내부에 위치한다. 이는 가장 발열이 심한 정류자(34)와 브러시(45)를 어댑터 어셈블리(20)에 인접시켜 원활한 냉각을 수행하기 위함이다.

종래의 전동모터는 축유격(스러스트) 발생 문제를 개선하기 위하여 강제인 폴하우징(Pole housing)을 이용하여 엔진블록(10)에 장착하는 구조를 취하기도 하는데, 이로 인하여 전동모터의 주요 발열원인 브러시(45)의 위치가 엔진블록(10)에서 멀리 이격되어 방열특성을 저하시키는 또 다른 문제를 초래한다.

본 발명의 세부구성으로서, 상기 어댑터 어셈블리(20)는 외면의 다수의 지점에서 방열면적을 증가시키는 주름홈(22)을 구비한다. 어댑터 어셈블리(20)의 주름홈(22)은 주변의 부품과 간섭을 초래하지 않는 한도 내에서 최대한의 영역에 형성한다. 6000계 알루미늄 합금을 사용하면 다수의 주름홈(22)을 포함하여 높은 형상자유도를 구현할 수 있다. 물론 어댑터 어셈블리(20)의 외면이란 엔진블록(10)에 결합시 노출되는 면을 의미하지만, 브러시(45)가 수용되는 내면에도 주름홈(22)을 형성하는 것이 좋다.

본 발명의 세부구성으로서, 상기 어댑터 어셈블리(20)는 내측과 외측에 각각 가스켓(16)(17)을 긴밀하게 지지하기 위한 안착면(26)(27)을 구비한다. 어댑터 어셈블리(20)는 브러시카드 어셈블리(40)를 보호한 상태로 내측에서 외함(11)과 결합되고 외측에서 엔진블록(10)과 결합된다. 내측의 안착면(26)은 내측의 가스켓(16)을 지지하고, 외측의 안착면(27)은 외측의 가스켓(17)을 지지한다. 어댑터 어셈블리(20)의 안착면(26)(27)은 연마가공을 통하여 표면조도를 높인다.

본 발명의 세부구성으로서, 상기 어댑터 어셈블리(20)는 베어링(15)의 장착 위치에 인접하여 걸림홈(24)을 구비한다. 걸림홈(24)은 "ㄷ자형"단면의 상면에 구배를 형성하여 경사면으로 한다. 이는 후술하는 멈춤구(50)의 장탈착을 용이하게 하고 방열을 위한 전열면적을 증대하는 측면에서 유리하다.

한편, 엔진블록(10) 내부의 오일이 전동모터 내부로 침투하는 것을 방지하도록 어댑터 어셈블리(20)에 오일씰(18)을 설치한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 아마추어 어셈블리(30)의 베어링(15)의 유동을 억제하도록 멈춤구(50)가 설치된다. 멈춤구(50)는 전동모터의 웜기어(36)를 통하여 작용하는 반복적인 스러스트 하중에 의하여 로터축(32)이 유동하는 것을 억제한다. 전동모터에서 로터축(32)의 불필요한 유동은 진동ㆍ소음을 유발함은 물론 발열에 의한 성능저하를 초래한다.

이때, 상기 멈춤구(50)는 베어링(15)의 장착 위치를 결정하여 유격을 억제하도록 스냅링을 사용하는 것이 좋다. 종래의 경우 어댑터 어셈블리(20)에서 베어링(15)을 수용하는 포켓을 콕킹 등으로 소성변형시키는 바, 전동모터의 발열과 주변 온도의 상승에 따라 콕킹소재의 열팽창에 기인하여 틈새가 발생하므로 반복하중의 작용시 축유격이 심화된다. 본 발명은 멈춤구(50)로서 구멍용 스냅링을 사용하는 것이 좋으며, 전술한 걸림홈(24)에 부분적으로 접촉을 유지한 상태로 긴밀하게 수용한다. 통상적인 방식으로 스냅링을 적용하는 경우에는 초기상태에서 필연적으로 축유격이 존재하기 때문에 축방향으로 반복하중의 작용에 의한 성능 및 내구성저하를 피할 수 없다.

도 4에서, 아마추어 어셈블리(30)의 로터축(32)과 베어링(15)을 통하여 반복적인 추력(F)이 발생하면, 걸림홈(24)에 수용된 멈춤구(50)가 상측으로 경사면에 접하여 분력(F1)(F2)을 형성하고, 분력(F1)(F2)에 의하여 작동소음과 진동을 축소하고, 브러시(45)와 베어링(15)의 발열은 어댑터 어셈블리(20)를 통하여 엔진블록(10) 측으로 분산된다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 엔진블록 12: 요크 어셈블리
15: 베어링 16, 17: 가스켓
20: 어댑터 어셈블리 22: 주름홈
24: 걸림홈 26, 27: 안착면
30: 아마추어 어셈블리 32: 로터축
34: 정류자 36: 웜기어
40: 브러시카드 어셈블리 45: 브러시
50: 멈춤구

Claims (5)

1. 엔진블록(10)에 장착되어 웜기어(36)를 구동하는 전동모터에 있어서:
   상기 엔진블록(10)에 결합되고, 방열 구조를 지니는 어댑터 어셈블리(20);
   상기 어댑터 어셈블리(20)에 베어링(15)을 개재하여 지지되고, 어댑터 어셈블리(20) 내부에 정류자(34)를 수용하는 아마추어 어셈블리(30);
   상기 아마추어 어셈블리(30) 내부에서 정류자(34)에 접촉하는 브러시(45)를 지니는 브러시카드 어셈블리(40); 및
   상기 아마추어 어셈블리(30)의 베어링(15)의 유동을 억제하도록 설치되는 멈춤구(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 축유격 방지구조를 지닌 전동모터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 어댑터 어셈블리(20)는 외면의 다수의 지점에서 방열면적을 증가시키는 주름홈(22)을 구비하는 것을 특징으로 하는 축유격 방지구조를 지닌 전동모터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 어댑터 어셈블리(20)는 내측과 외측에 각각 가스켓(16)(17)을 긴밀하게 지지하기 위한 안착면(26)(27)을 구비하는 것을 특징으로 하는 축유격 방지구조를 지닌 전동모터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 어댑터 어셈블리(20)는 베어링(15)의 장착 위치에 인접하여 걸림홈(24)을 구비하는 것을 특징으로 하는 축유격 방지구조를 지닌 전동모터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 멈춤구(50)는 베어링(15)의 장착 위치를 결정하여 유격을 억제하도록 스냅링을 사용하는 것을 특징으로 하는 축유격 방지구조를 지닌 전동모터.

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