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KR100803816B1 - 인쇄 회로 기판이 모터 외부의 커넥터에 오버 몰딩된 영구자석 ｄｃ 모터의 전자파 장해 제거 장치 - Google Patents

인쇄 회로 기판이 모터 외부의 커넥터에 오버 몰딩된 영구자석 ｄｃ 모터의 전자파 장해 제거 장치 Download PDF

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KR100803816B1
KR100803816B1 KR1020057021620A KR20057021620A KR100803816B1 KR 100803816 B1 KR100803816 B1 KR 100803816B1 KR 1020057021620 A KR1020057021620 A KR 1020057021620A KR 20057021620 A KR20057021620 A KR 20057021620A KR 100803816 B1 KR100803816 B1 KR 100803816B1
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케네스 스코트 톰슨
로버트 에프 벤트
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지멘스 비디오 오토모티브 코포레이션
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Abstract

전자파 장해(EMI) 제거 장치를 구비한 영구 자석 DC 모터(10)는 금속 모터 하우징(12)과 브러시 카드 조립체(34)를 포함한다. 브러시 카드 조립체는, 브러시(20)와, 모터의 전력 공급을 위해 전력 공급원에 연결되도록 구성되어 배치되는 도선(24)을 포함한다. 브러시 카드 하우징(14)은, 브러시를 내장하는 제1 부분(18)과, 그 제1 부분과 일체로 형성되며 도선을 내장하는 제2 부분(22)을 구비한다. 인쇄 회로 기판(26)은 하우징의 제2 부분에 대해 장착되며, 모터에 의해 발생된 전자파 장해(EMI)를 제거하도록 구성되어 배치되는 적어도 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품(30)을 구비한다. 도선은 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결되어, 그 인쇄 회로 기판을 통해서 전류가 브러시로 통할 수 있게 한다. 접촉 부재(40)가 인쇄 회로 기판과 금속 모터 하우징 사이에 전기적으로 연결되어, 적어도 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품이 브러시를 금속 모터 하우징에 결합시킴으로써, 금속 모터 하우징이 AC 접지부와 전자파 장해(EMI) 차폐부가 되도록 한다.
영구 자석 DC 모터, 전자파 장해 제거 장치, 커넥터, 인쇄 회로 기판

Description

인쇄 회로 기판이 모터 외부의 커넥터에 오버 몰딩된 영구 자석 ＤＣ 모터의 전자파 장해 제거 장치{EMI SUPPRESSION IN PERMANENT MAGNET DC MOTORS HAVING PCB OUTSIDE MOTOR IN CONNECTOR AND OVERMOLDED}
본 출원은 2003년 5월 20일자로 출원된 미국 특허 가출원 제60/471,989호의 우선권을 주장하는 출원이다.
본 발명은 차량 분야에 적용되는 영구 자석 DC 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 외부에 위치된 커넥터에 장착되는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board: PCB)을 사용하는 DC 모터의 전자파 장해(Electro-Magnetic Interference: EMI) 제거 장치에 관한 것이다.
차량은 해마다 새로운 모델이 출시될 때마다 보다 많은 수의 전기 모터를 포함하여 출시된다. DC 모터는 윈드실드 와이퍼(windshield wiper), 파워 윈도우, 파워 선루프 및 파워 시트 조절 장치를 제어하는 기능과 같은 여러 가지 다양한 기능을 위해 사용되고 있다. 차량에서 이러한 모터의 사용이 급속히 증가하고 있으며, 보다 민감한 전자 장치가 차량 내에 혹은 차량 주변에 설치되거나 사용되고 있다. DC 브러시 모터는 상당량의 전자파 장해(EMI)를 유발시킨다. 탑재 시스템 및 내장 컨트롤러와 같은 차량 내의 전자 장치와, 이동 전화 및 여타 다른 무선 장치와 같 은 차량 주변의 전자 장치는 DC 브러시 모터에 의해 유발된 전자파 장해(EMI)에 민감하다. 차량 제조 업체들은 보다 넓은 주파수 범위에서 보다 낮은 전자파 장해(EMI) 발생률을 갖는 차량용 모터를 필요로 하고 있다. 이와 동시에, 모터 제조 업체들은 모터 가격을 낮추어야 하는 부담을 지속적으로 받고 있다.
따라서, 향상된 전자파 장해(EMI) 제거 장치를 구비하고, 그 제거 장치를 구비한 모터의 비용도 낮출 수 있는 DC 모터를 제공할 필요가 있다.
본 발명은 이러한 필요성을 충족시키는 데 목적을 두고 있다. 이러한 목적은, 본 발명의 원리에 따르면, 전자파 장해(EMI) 제거 장치를 구비한 영구 자석 DC 모터로서, 금속 모터 하우징과 브러시 카드 조립체(brush card assembly)를 포함하는 영구 자석 DC 모터를 제공함으로써 달성된다. 브러시 카드 조립체는, 브러시와, 모터의 전력 공급을 위해 전력 공급원과 결합되도록 구성되어 배치되는 도선(lead)을 포함한다. 브러시 카드 하우징은, 브러시를 내장하는 제1 부분과, 그 제1 부분과 일체로 형성되며 도선을 내장하는 제2 부분을 구비한다. 인쇄 회로 기판이 브러시 카드 하우징의 제2 부분에 대해 장착되며, 모터에 의해 발생된 전자파 장해(EMI)를 제거하도록 구성되어 배치되는 적어도 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품을 구비한다. 도선은 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결되어, 그 인쇄 회로 기판을 통해서 전류가 브러시로 통할 수 있도록 한다. 접촉 부재가 인쇄 회로 기판과 금속 모터 하우징 사이에 전기적으로 연결되어, 적어도 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품이 브러시를 금속 모터 하우징에 결합시킴으로써, 금속 모터 하우징이 AC 접지부와 전자파 장해(EMI) 차폐부가 되도록 한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 영구 자석 DC 브러시 모터의 전자파 장해(EMI)를 제거하는 방법으로서,
금속 모터 하우징과, 브러시와, 금속 모터 하우징의 외부에서 연장되며 모터의 전력 공급을 위해 도선을 내장하는 커넥터 구조체를 구비하는 영구 자석 DC 모터를 마련하는 단계와,
모터의 전자파 장해(EMI) 제거를 위한 적어도 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품을 구비하는 인쇄 회로 기판을 커넥터 구조체 내에 장착시키는 단계와,
도선을 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결시켜 인쇄 회로 기판을 통해서 전류를 브러시로 통하게 하는 단계와,
인쇄 회로 기판과 금속 모터 하우징 사이에 전기적으로 연결되는 접촉 부재를 마련하여, 적어도 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품이 브러시를 금속 모터 하우징에 연결시키도록 함으로써, 금속 모터 하우징을 AC 접지부와 전자파 장해(EMI) 차폐부가 되게 하는 단계와,
인쇄 회로 기판의 보호를 위해 그 인쇄 회로 기판 위에 플라스틱 재료를 몰딩하는 단계를 포함하는 영구 자석 DC 브러시 모터의 전자파 장해 제거 방법이 제공된다.
본 발명의 여타 다른 목적들, 특징들 및 특성들과, 구성 요소의 작동 방법 및 기능 방법과, 구성 요소의 조합체 및 제조 관련 경제성은, 모두 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들을 참고하여 이하의 상세한 설명과 특허청구범위로부터 명확하게 파악할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 전자파 장해(EMI) 제거 장치를 구비한 영구 자석 DC 브러시 모터의 전방 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모터의 브러시 카드 하우징을 도시한 확대 사시도로서, 인쇄 회로 기판(PCB)이 브러시 카드 하우징의 상부 내에 삽입되는 상태를 도시한 확대 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 모터의 브러시 카드 하우징을 도시한 단면도로서, 브러시 카드 하우징 내에 설치된 브러시, 인쇄 회로 기판(PCB) 및 도선을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 브러시 카드 하우징, 접촉 핀, 도선, 인쇄 회로 기판(PCB) 및 오버 몰딩된 커버의 분해도이다.
본 발명은, 하네스(harness)와 직접 연결부에 의해 리드 프레임(lead-frame)에 연결되는 커넥터에서, 표면 실장 부품(Surface Mounted Device: SMD)인 전자파 적합성(Electromagnetic Compatibility: EMC) 부품을 모터 케이스/브러시 카드 조립체 외부의 인쇄 회로 기판(PCB)에 장착시키는 것에 관한 것이다. 이어서, 인쇄 회로 기판(PCB)은 기존의 공정을 이용하여 오버 몰딩된다.
본 발명의 원리에 따른 전자파 장해(EMI) 제거 장치를 구비한 영구 자석 DC 모터가 도 1에 도면 부호 10으로 표기되어 도시되어 있다. DC 모터(10)는, 종래의 영구 자석, 정류자, 전기자, 샤프트 및 권선부(모두 미도시)를 포함한 금속 모터 하우징(12)과, 종래의 브러시(20) 및 모터 도선(lead)(24)(도 3 참조)을 포함한 브러시 카드 하우징(brush card housing)(14)을 포함한다. 도시된 실시예에 따르면, 모터(10)는 차량의 창(window)을 이동시키는 창 승강용 모터이며, 파워 윈도우를 작동시키는 적절한 기어 장치를 포함하여 금속 모터 하우징(12)과 연결되는 기어 하우징을 포함한다. 본 발명은 임의의 영구 자석 DC 브러시 모터에 적용될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 보면, 브러시 카드 하우징(14)은, 종래 브러시(20)를 포함한 제1 부분(18)과 커넥터 구조체(22)를 형성하는 제2 부분을 포함한다. 커넥터 구조체(22)는, 바람직하게는 제1 부분(18)과 일체로 형성되며 모터의 전력 공급용 도선(24)을 내장하는 커넥터 본체(23)를 포함한다. 모터가 조립되면, 커넥터 구조체(22)는 브러시 카드 하우징(14)의 제1 부분(18)으로부터 이격되어 금속 모터 하우징(12)의 외부에 배치되며, 그 기능에 대해서는 이하에서 설명한다. 브러시 카드 하우징(14)의 제1 부분(18)은 금속 모터 하우징(12)의 개방 단부(21) 내에 수용되어, 브러시(20)가 모터의 정류자(미도시)와 작동가능하게 결합된다. 본 발명의 태양에 따르면, 브러시 카드 하우징(14)의 제1 부분(18)은 금속 모터 하우징(12)의 일부일 수 있다.
도시된 실시예에 따르면, 인쇄 회로 기판(PCB)(26)이 브러시 카드 하우징(14)의 커넥터 구조체(22)에 형성된 홈(28) 내에 장착된다. 인쇄 회로 기판(PCB)(26)은 모터(10)에 의해 발생된 전자파 장해(EMI)를 제거하도록 구성되어 배치된 전자파 장해(EMI) 제거 부품(30)(도 3과 도 4)을 구비한다. 예를 들어, 인쇄 회로 기판(PCB)(26)은 바람직하게는 그 인쇄 회로 기판(PCB)에 장착된 배리스터(varistor), 저항기, 커패시터와 같은 부품(30)을 포함할 수 있다. 도 4를 보면, 인쇄 회로 기판(PCB)(26)의 개구(38)를 형성하는 표면에 도선(24)의 단부(36)가 납땜되어, 전류가 인쇄 회로 기판(PCB)(26)을 통해서 브러시(20)로 통하게 된다. 또한, 인쇄 회로 기판(PCB)(26)의 개구(44)를 형성하는 표면에 모터 접촉 부재 혹은 핀(40)의 일단부(42)가 납땜된다. 접촉 핀(40)의 타단부(46)는, 조립 중에 브러시 카드 하우징(14)의 제1 부분(18)이 금속 모터 하우징(12)의 개방 단부(21) 내로 삽입될 때 금속 모터 하우징(12)의 내부 표면과 접촉된다. 따라서, 접촉 핀(40)은 전자파 장해(EMI) 제거 인쇄 회로 기판(PCB)(26)을 금속 모터 하우징(12)과 연결시킨다. 인쇄 회로 기판(PCB)(26)의 커패시터(30)는 브러시(20)를 금속 모터 하우징(12)에 결합시켜, 금속 모터 하우징(12)이 AC '접지부'와 전자파 장해(EMI) 차폐부가 되도록 한다.
커넥터 구조체(22)는 도선(24)(이를테면 배선 하네스와 같이 전원에 연결됨)이 인쇄 회로 기판(PCB)(26)에 대해 교차하여 연장되도록 형성되어 배치된다.
바람직하게는 플라스틱 재료로 제조된 커버 구조체(48)가 인쇄 회로 기판(PCB)(26) 위로 몰딩되어 홈(28)을 충진시킴으로써 인쇄 회로 기판(PCB)(26)을 보호하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 부품[일례로 브러시(20), 도선(24), 인쇄 회로 기판(PCB)(26)]이 장착된 브러시 카드 하우징(14)은 모터(10)의 단일 브러시 카드 조립체(34)를 형성한다.
따라서, 인쇄 회로 기판(PCB)(26)을 커넥터 구조체(22)에 마련하게 되면, 전자파 장해(EMI) 제거 장치의 기능이 향상되고, 그 전자파 장해 제거 장치를 포함한 DC 브러시 모터의 제조 비용이 절감된다. 본 실시예에 의하면, 차량 분야에 현재 공통적으로 사용되고 있는 종래 방식보다 높은 주파수의 전자파 장해를 제거시킬 수 있으며, 전자파 장해 제거 부품을 설치하는 데 필요한 제조 단계 수를 저감시킬 수 있게 된다.
본 실시예는 다음의 이점들을 제공한다.
1. 모터의 장착 '외장'을 변경시키지 않고서(이미 존재하는 공간을 활용하여) 소형 인쇄 회로 기판(PCB)을 사용할 수 있다.
2. 종래에는, 전자파 장해(EMI) 제거 부품의 추가 수단으로서 인쇄 회로 기판(PCB)을 활용하는 방안은 여러 가지 이유들로 인해 비용 효율적인 방안이 되지 못하였다. 인쇄 회로 기판(PCB)이 브러시 홀더 내부에 장착되면, 인쇄 회로 기판(PCB) 조립체가 모터 전기자 부근에 위치되기 때문에 고온에 노출되게 된다. 이는 보다 높은 내열 등급을 갖는 부품이 사용되어야 함을 의미한다. 또한, 브러시 홀더 내부에서 인쇄 회로 기판(PCB) 조립체는 브러시 먼지와 잔류 습기에 노출될 수 있다. 인쇄 회로 기판(PCB) 조립체를 보호하기 위해서, 등각 코팅재(conformal coating)나 래커(lacquer)가 필요하게 되며, 이는 또 다른 고가의 처리 공정을 필요로 한다. 인쇄 회로 기판(PCB)을 커넥터 구조체(22)에 장착하고, 처리 공정 중에 이미 제위치에 위치한 조립체를 오버 몰딩하게 되면, 등각 코팅재와 보다 높은 내열 등급의 부품이 필요 없게 된다.
3. 인쇄 회로 기판(PCB)은 현재까지 대부분의 모터에 사용되고 있는 종래의 도선 부품보다 높은 주파수에서 작동되는 표면 실장 부품(SMD)인 전자파 장해 제거 장치를 사용할 수 있도록 한다. 표면 실장 부품(SMD)은, 브러시 카드 하우징(14)에 장착하기 위해 도선 부품에 소요되었던 특정 도선 형상체를 필요로 하지 않는다. 브러시 카드 하우징(14)은 도선 부품용 유지 부재를 필요로 하지 않기 때문에 간단하게 구성될 수 있게 된다. 본 실시예의 구조를 보면, 종래의 도선 부품용 굽힘 도선, 절단 도선 및 용접 도선을 장착하는 데 필요한 여러 가지 단계들 대신에, 모든 전자파 장해(EMI) 제거 부품들이 한 공정 단계[인쇄 회로 기판(PCB)에 납땜하는 단계]에서 장착된다. 또한, 브러시 홀더 조립 공정을 변경시키지 않고서 단순히 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 납땜되는 부품을 변경시킴으로써 각기 다른 전자파 장해(EMI) 제거 장치의 구성이 가능하며, 전자파 장해(EMI) 제거 장치를 필요로 하지 않는 모터의 경우에는 단순히 인쇄 회로 기판(PCB)을 장착하지 않으면 된다.
도선(24)의 레그(leg)(25)에 근접하고 평행한 인쇄 회로 기판(PCB)(26)의 지점은 이미 존재하는 활용가능한 공간에 위치되고, 그 지점에서 인쇄 회로 기판(PCB)(26)이 직접 도선 단부(36)에 납땜되어, 전자파 장해(EMI) 제거 부품의 효율을 상당히 향상시키게 된다. 또한, 금속 모터 하우징(12)에 이웃한 인쇄 회로 기판(PCB)의 지점에서는, 인쇄 회로 기판(PCB) 조립체로부터 금속 모터 하우징까지 매우 짧은 도선이 형성되게 되어, 모터(10)의 전자파 장해(EMI) 제거 기능을 향상시키게 된다.
이상의 바람직한 실시예들은, 본 발명의 기능 원리들을 설명하고 그 바람직한 실시예들을 채택한 방법들을 설명하기 위해서 도시되고 개시되었으며, 본 발명의 원리로부터 벗어나지 않고서 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명은 하기 특허청구범위의 사상에 포함되는 모든 변형예들을 포함한다.

Claims (17)

  1. 전자파 장해(EMI) 제거 장치를 구비한 영구 자석 DC 모터(10)로서,
    a) 금속 모터 하우징(12)과;
    b) 브러시(20)를 포함하며, 상기 모터(10)의 전력 공급을 위해 전력 공급원에 연결되도록 구성되어 배치되는 도선(24)을 포함하는, 브러시 카드 조립체(34)와;
    c) 상기 브러시(20)를 내장하며 금속 모터 하우징(12)에 작동가능하게 결합되는 제1 부분(18)과 상기 제1 부분(18)과 일체로 형성되며 도선(24)을 내장하는 제2 부분(22)을 구비하며, 상기 제2 부분(22)이 홈(28)을 포함하고, 상기 홈(28) 내에 인쇄 회로 기판(26)이 장착되는, 브러시 카드 하우징(14)과;
    d) 상기 브러시 카드 하우징(14)의 제2 부분(22)에 대해 장착되며, 상기 모터(10)에 의해 발생되는 전자파 장해(EMI)를 제거하도록 구성되어 배치되는 최소한 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품(30)을 구비하고, 상기 브러시(20)로 전류를 통하게 할 수 있도록 도선(24)과 전기적으로 연결되는, 인쇄 회로 기판(26)과;
    e) 상기 최소한 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품(30)이 브러시(20)를 금속 모터 하우징(12)에 결합시켜 상기 금속 모터 하우징(12)이 AC 접지부와 전자파 장해(EMI) 차폐부가 되게 할 수 있도록 상기 인쇄 회로 기판(26)과 금속 모터 하우징(12) 사이에 전기적으로 연결되는 접촉 부재(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 DC 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    최소한 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품(30)은 표면 실장 부품인 것을 특징으로 하는 영구 자석 DC 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    최소한 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품(30)은 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 DC 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    도선(24)은 인쇄 회로 기판(26)에 납땜되는 단부(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 DC 모터.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    커버 구조체(48)를 추가로 포함하고, 상기 커버 구조체(48)는, 홈(28)을 충진시키고 인쇄 회로 기판(26)을 덮을 수 있도록 구성되어 배치되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 DC 모터.
  15. 제1항에 있어서,
    도선(24) 각각의 최소한 일부는 인쇄 회로 기판(26)에 대해 교차되어 연장되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 DC 모터.
  16. 제1항에 있어서,
    금속 모터 하우징(12)은 개방 단부(21)를 구비하고, 브러시 카드 하우징(14)의 제1 부분(18)은 접촉 부재(40)의 최소한 일부(46)가 금속 모터 하우징(12)의 내부 표면과 접촉되도록 상기 개방 단부(21) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 DC 모터.
  17. 영구 자석 DC 브러시 모터(10)의 전자파 장해(EMI)를 제거하는 방법으로서,
    a) 금속 모터 하우징(12)과, 브러시(20)와, 상기 금속 모터 하우징(12)의 외부에서 연장되며 상기 모터(10)의 전력 공급을 위해 도선(24)을 내장하는 커넥터 구조체(22)를 구비하는 영구 자석 DC 모터(10)를 마련하는 단계와;
    b) 상기 모터(10)의 전자파 장해(EMI) 제거를 위한 최소한 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품(30)을 구비하는 인쇄 회로 기판(26)을 커넥터 구조체(22)의 홈(28) 내에 장착시키는 단계와;
    c) 상기 도선(24)을 인쇄 회로 기판(26)에 전기적으로 연결시켜 상기 인쇄 회로 기판(26)을 통해서 전류를 브러시(20)로 통하게 하는 단계와;
    d) 상기 인쇄 회로 기판(26)과 금속 모터 하우징(12) 사이에 전기적으로 연결되는 접촉 부재(40)를 마련하여 상기 최소한 하나의 전자파 장해(EMI) 제거 부품(30)이 브러시(20)를 금속 모터 하우징(12)에 연결시키도록 함으로써 상기 금속 모터 하우징(12)을 AC 접지부와 전자파 장해(EMI) 차폐부가 되게 하는 단계와;
    e) 상기 인쇄 회로 기판(26)의 보호를 위해 그 인쇄 회로 기판(26) 위에 플라스틱 재료(48)를 몰딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 DC 브러시 모터의 전자파 장해 제거 방법.
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