KR101867906B1 - 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기 및 그 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기 및 그 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법에 관한 것으로, 회전 샤프트의 베어링 결합부에 요철부를 형성하고, 회전 샤프트 전체에 질화 처리하여 TiN/TICN/TIAlN 이온 플레이팅 코팅 처리를 하며, 베어링 결합부에 다시 베어링의 압입 공차를 고려하여 테프론 절연 층을 재차 형성함으로써, 베어링 결합부의 전식을 효과적으로 방지하고, 이중코팅 및 X자형 요철부의 방열구조를 가지므로, 베어링 밀림방지, 샤프트 내마모, 내열성, 내수성, 내화학성이 탁월함은 물론 회전 샤프트의 양 끝단에 아연 나사가 체결되어 베어링에 흐르는 미소 전류를 회전 샤프트의 양 끝단으로 유도하여 분산시킬 수 있다. 따라서, 회전 샤프트 구조 형상 및 재료조성 등으로 조립되는 모터 및 BLDC 모터 특성 개선을 통하여 전식 및 방식 효과적으로 수행하며, 회전 샤프트 구조의 내마모성, 화학약품 및 사용 분위기에 의한 내화학성, 통전에 의한 전식 방지 등으로 모터의 성능 및 사용수명 향상을 기대할 수 있다.
Description
본 발명은 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 회전 샤프트의 베어링 결합부에 요철부를 형성하고, 회전 샤프트 전체 표면에 질화 처리하여 TiN/TICN/TIAlN 이온 플레이팅 코팅 처리를 하며, 회전 샤프트의 베어링 결합부에 다시 베어링의 압입 공차를 고려하여 테프론 절연 층을 이중으로 형성함으로써, 베어링 결합부의 전식 현상을 효과적으로 방지하고, 이중코팅 및 요철부의 방열구조, 베어링의 밀림방지, 회전 샤프트 내마모, 내열성, 내수성, 내화학성이 탁월함은 물론 회전 샤프트의 양 끝단에 아연 나사가 체결되거나 도금코팅 또는 부착되어 베어링에 흐르는 미소 전류를 회전 샤프트의 양 끝단으로 유도하여 분산시킬 수 있는 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기 및 그 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동기에서 영구자석을 이용한 전동기는 브러시(Brushed) DC 전동기와 브러시 리스(Brushless) DC 전동기가 있다.
흔히, BLDC 전동기라 불리는 브러시 리스 직류 전동기(Brush less Direct Current Motor)는 브러시 DC 전동기와는 달리 전동기의 내부에 브러시가 없는 전동기를 말한다.
브러시 리스 직류 전동기는 직류 전동기나 동기 전동기의 기계적인 정류자(슬립 링)를 전기적 스위칭으로 구현한 전동기로서, 회전하는 축에 전류를 공급할 필요가 없으므로 정류자 또는 슬립 링과 브러시가 필요 없고, 기계적 마찰이 없으므로 낮은 소음과 유지보수가 용이하다는 장점이 있다.
최근, 대형 전동기 응용 시스템에서부터 소형 서보 시스템에 이르기까지 브러시 리스 직류 전동기(brush less direct current motor : BLDCM)가 아주 광범위하게 사용되고 있다.
브러시 리스 직류 전동기는 순시 토크 대 정격 토크의 비가 매우 높아서 동적 응답 특성이 우수하고, 넓은 운전 영역에 걸쳐서 높은 효율을 유지하기 때문에 가변속 운전과 제어에 이점이 있다.
또한, 기계적인 브러시와 정류자가 없기 때문에 유지 및 보수비용이 적게 들고 사용 환경의 제약이 적은 특징이 있어 최근에는 드론용 모터로 많이 사용되고 있다.
브러시 리스 직류 전동기는 회전자가 내측에 위치하는 내전형과, 회전자가 외측에 위치하는 외전형으로 구분되는데, 본 발명의 설명은 외전형 브러시 리스 직류 전동기에 대하여 설명하기로 한다.
브러시 리스 직류 전동기의 회전자는 영구자석을 이용하여 제조되며, 몇 쌍의 N극/S극으로 이루어졌는지에 따라 2극, 4극, 6극, 8극 등으로 불린다.
참고로, 1쌍의 자석 즉, 1개의 N극과 1개의 S극으로 구성되어 있으면 2극(Pole) 전동기라 불린다.
브러시 리스 직류 전동기의 고정자는 다수의 철심을 코일이 감싸고 있는 구조로 3개의 권선을 가지고 구성된다.
회전자에는 영구자석, 고정자에는 전기자 코어를 설치하고 센서(홀 센서, Photo Diode)를 이용하여 코어의 전류방향 및 회전각을 결정함으로써, 브러시형과 같은 특성을 구비한다.
전기자 코어에서 발생하는 자계의 자극이 회전자에 설치된 고정자극과 항상 90°가 되도록 전기자의 전류를 흘린다. 일반적으로 전류의 방향전환은 3 상 또는 4 상 인버터(Inverter)를 이용하고 있는데, 보통 3 상을 많이 사용한다.
도 1은 종래 외전형 브러시 리스 직류 전동기를 도시한 분리 사시도이고, 도 2는 종래 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 회전자 조립체를 도시한 결합 사시도이며, 도 3은 종래 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 회전자 조립체를 도시한 절개 사시도이고, 도 4는 종래 베어링을 보인 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 종래 외전형 브러시 리스 직류 전동기(1)는 크게 고정자 조립체(stator assembly)(10)와, 회전자 조립체(rotary assembly)(20)로 구성된다.
고정자 조립체(10)는 다수의 철심에 코일이 권선된 전기자 코어(11)와, 코어(11) 사이에 위치하는 인슐레이터(12)와, 전기자 코어(11)를 고정 지지하는 홀더(13)로 구성된다.
홀더(13)의 센터에 수직으로 형성된 베어링 하우징(14)은 전기자 코어(11)의 센터를 관통하여 설치되고, 전기자 코어(11)의 상부와 하부에는 각각 상부 베어링(15)과 하부 베어링(16)이 설치된다. 상부 베어링(15)과 하부 베어링(16)은 베어링 내,외륜과 베어링 볼을 구비한다.
회전자 조립체(20)는 회전 샤프트(22)가 압입 고정되는 로터 하우징(21)과, 로터 하우징(21)의 내주에 결합하는 로터 링(23)과, 로터 링(23) 내측에 환형으로 실장되는 다수의 N극/S극의 영구자석(24)으로 구성된다.
회전 샤프트(22)는 상부 베어링(15)과 하부 베어링(16)의 센터를 관통하여 설치되며, 상부 베어링(15)과 하부 베어링(16)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
영구자석(24)의 배열은 몇 쌍의 N극/S극으로 이루어졌는지에 따라서 2극, 4극, 6극, 8극 등으로 불린다. 참고로 1쌍의 자석 즉, 1개의 N극과 1개의 S극으로 구성되어 있으면 2극(Pole) 전동기라 불린다. 전기자 코어에 흐르는 권선의 전류 방향과 영구자석(24)의 위치 및, 센서(홀 센서, Photo Diode)를 이용하여 회전자 조립체(20)의 회전이 이루어진다.
종래에는 회전자 조립체(20)에 유동하는 전하와 고정자 조립체(10)에 유기되는 전압에 의해 구동되는 베어링 볼에 갑작스런 서지 전압이 가해져서 베어링 볼과 오일과의 통전(通電)에 의하여 방전(放電)이 반복되어 전식(電飾, Electric Corrosion)이 발생할 수 있다.
전식은 모터 회전중 베어링의 내륜과 회전 샤프트와의 접촉부분에 전류가 흐르는 경우, 얇은 윤활 유막을 통해 스파크를 일으켜서 그 회전 샤프트 표면이 국부적으로 용융하여 요철(凹凸)되는 현상을 말한다.
전식의 원인은 베어링 내, 외륜 간의 전위차(電位差) 때문에 발생하는 것으로 알려져 있는데, 전식을 방지하기 위해서는 베어링에 전류가 흐르지 않도록 별도의 전기회로를 설치하거나 베어링을 절연(絶緣)해야 한다.
도 5의 (a)는 테이퍼 롤러 베어링의 내륜 궤도면에 생성된 줄무늬 모양의 전식을 보인 사진이고, 도 5의 (b)는 테이퍼 롤러 전동면에 생성된 줄무늬 모양의 전식을 보인 사진이며, 도 5의 (c)는 베어링의 볼 전동면 전체에 어두운 색상을 생성한 전식을 보인 사진이다.
위 도면을 참조하면, 종래 외전형 브러시 리스 직류 전동기는 회전 샤프트의 회전중에 배 껍질형태, 줄무늬 모양의 요철 형태의 전식 현상이 발생하고, 회전 조립체의 정전하/정전기 축적에 의한 회전 샤프트로의 대전, 베어링 내, 외륜을 타고 들어와 베어링 볼 접촉점에 스폿을 발생시켜서 회전 샤프트 표면에 국부적 요철(凹凸) 현상, 전식 현상을 발생시켜 모터 성능을 떨어뜨리고 사용수명을 단축시키는 문제가 있다.
본 발명은 회전 샤프트의 베어링 결합부에 요철부를 형성하고, 회전 샤프트 전체 표면에 질화 처리하여 TiN/TICN/TIAlN 이온 플레이팅 코팅 처리를 하며, 베어링 결합부에 다시 베어링의 압입 공차를 고려하여 테프론 절연 층을 이중으로 형성함으로써, 베어링 결합부의 전식을 효과적으로 방지하고, 이중코팅 및 요철부의 방열구조, 베어링의 밀림방지, 샤프트 내마모, 내열성, 내수성, 내화학성이 탁월함은 물론 회전 샤프트의 양 끝단에 아연 나사가 체결되거나 도금코팅 또는 부착되어 베어링에 흐르는 미소 전류를 회전 샤프트의 양 끝단으로 유도하여 분산시킬 수 있는 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기 및 그 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기 및 그 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법을 제공한다.
본 발명은 다수의 철심에 코일이 권선된 전기자 코어와, 상기 코어 사이에 위치하는 인슐레이터와, 상기 전기자 코어를 고정 지지하며 센터에 수직으로 형성된 베어링 하우징이 구비되는 홀더를 구비하는 고정자 조립체; 상기 베어링 하우징에 설치되며, 베어링 내, 외륜과 베어링 볼을 구비하는 복수 개의 베어링; 및 회전 샤프트가 압입 고정되는 로터 하우징과, 상기 로터 하우징의 내주에 결합하는 로터 링과, 상기 로터 링 내측에 환형으로 실장되는 다수의 N극/S극의 영구자석으로 구성된 회전자 조립체를 포함하는 외전형 브러시 리스 직류 전동기에서, 상기 회전 샤프트는 상기 베어링의 센터를 관통하여 설치되며, 상기 베어링에 의해 회전 가능하게 지지 되되, 전식 방지를 위해서 상기 베어링의 상기 베어링 내륜과 접촉하게 되는 상기 회전 샤프트의 베어링 결합부에는 상기 회전 샤프트에 요철부가 형성되며, 상기 회전 샤프트 전체 표면에는 질화 열처리하여 질화물 코팅층이 형성되고, 상기 베어링 결합부에는 절연 코팅층(테프론 코팅층)이 더 형성된다.
상기 회전 샤프트의 상기 베어링 결합부에는 상기 회전 샤프트 표면보다 낮게 단차가 지도록 형성되고, 상기 절연 코팅층(테프론 코팅층)은 상기 회전 샤프트 표면과 동일한 높이(level)로 형성된다.
상기 베어링의 베어링 내, 외륜 표면에 절연 코팅층(테프론 코팅층)이 추가로 형성될 수 있다.
상기 베어링에 흐르는 미소 전류를 상기 회전 샤프트의 양 끝단으로 유도하여 분산시킬 수 있도록 상기 회전 샤프트의 양 끝단에 아연 나사가 체결되거나 도금코팅 또는 부착될 수 있다.
한편, 본 발명은 회전자 조립체와, 고정자 조립체와, 상기 회전자 조립체의 회전 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링을 구비하는 외전형 브러시 리스 직류 전동기에서, 전식 방지를 위한 방법으로서, 상기 회전 샤프트의 베어링 결합부를 상기 회전 샤프트 표면보다 낮게 단차 지도록 상기 회전 샤프트를 제조하는 제1단계; 상기 회전 샤프트의 상기 베어링 결합부에 요철부를 형성하여 내 충격 전압에 견디고, 베어링의 밀림을 방지하며, 및 방열특성 구조를 갖도록 하는 제2단계; 상기 회전 샤프트 전체 표면에 질화 열처리하여 질화물 코팅층을 형성하는 제3단계; 및 상기 베어링 결합부에 절연 코팅층(테프론 코팅층)을 형성하는 제4단계; 상기 베어링의 베어링 내, 외륜 표면에 테프론 코팅층을 형성하는 제5단계; 상기 회전 샤프트의 양단에 스틸보다 활성화된(Active) 아연 나사가 체결되거나 도금코팅 또는 부착하여 희생금속을 통한 갈바닉 현상을 유도하여 전식을 억제하는 제6단계를 포함한다.
상기 제2단계에서, 회전 샤프트의 베어링 결합부에, -200~300 DPI 돌출 도트(DOT)의 요철부를 형성시켜 방열과 베어링의 밀림 방지 특성을 가지도록 한다.
상기 제3단계에서, 내마모성, 내열성을 향상시킨 질화물 코팅층은 표면 TiN/TICN/TIAlN 이온 플레이팅 코팅 가공에 의해서 형성되어 전기 저항율 및 절연성을 증가시킨다.
상기 제4단계에서는, 테프론 계열의 열경화성 페놀수지인 PFA(Per Fluoro Alkoxy)를 0.1~1mm 코팅하여 기계가공을 통한 상기 회전 샤프트와의 단차를 해소하며, 절연성, 강도, 내구성, 내열성, 내화학성, 내수성, 비점착성, 및 비유성 특성이 있도록 한다.
상기 제5단계에서는, 상기 베어링 내, 외륜 표면에 1~5㎛ 열경화성 수지 SF 저온 절연코팅층을 형성하여 상기 베어링에 전달되는 미소전류에 의한 베어링 볼과 오일과의 전위차로 인한 스팟 발생을 사전에 차단하여 소착, 침식, 전식 현상을 효과적으로 방지하도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 회전 샤프트의 베어링 결합부에 요철부를 형성하고, 회전 샤프트 전체에 질화 처리하여 TiN/TICN/TIAlN 이온 플레이팅 코팅 처리를 하며, 베어링 결합부에 다시 베어링의 압입 공차를 고려하여 테프론 절연 층을 재차 형성함으로써, 베어링 결합부의 전식 현상을 효과적으로 방지하고, 이중코팅 및 요철부의 방열구조, 베어링 밀림방지, 샤프트 내마모, 내열성, 내수성, 내화학성이 탁월함은 물론 회전 샤프트의 양 끝단에 아연 나사가 체결되거나 도금코팅 또는 부착되어 베어링에 흐르는 미소 전류를 회전 샤프트의 양 끝단으로 유도하여 분산시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 회전 샤프트 구조 형상 및 재료조성 등으로 조립되는 모터 및 BLDC 모터 특성 개선을 통하여 전식 및 방식 효과적으로 수행하며, 회전 샤프트 구조의 내마모성, 화학약품 및 사용 분위기에 의한 내화학성, 통전에 의한 전식 방지 등으로 모터의 성능 및 사용수명 향상을 기대할 수 있다.
또한, 베어링 결합부 표면에 요철부를 형성시켜서 베어링의 밀림을 방지하고 방열효율을 높이고, 미소전류에 의한 베어링 볼과 오일 간의 전위차로 소착 발생 및 마찰과 충돌로 인한 소음 문제점을 개선하고, 전기 절연을 통하여 전식 발생 방지 및 사전 억제하며, 재료, 표면처리, 절연코팅 기술을 적용하여 전식 방지는 물론 내마모, 내열성, 내화학성, 내구성, 마찰계수, 전기절연저항 개선 또는 강화하여 회전 샤프트 수명 증가 효과와 더 나아가 모터의 수명 연장을 기대할 수 있다.
또한, 회전 샤프트 양단에 희생 양극인 아연 나사가 체결되거나 도금코팅 또는 부착하여 갈바닉 현상을 유도하여 회전 샤프트 방식 및 베어링 결합부의 간접 절연 효과를 기대할 수 있다.
또한, 로터 하우징 내부에 영구자석이 부착되었으나, 누설 자속이 많아 효율성이 저하되던 종래 모터와는 달리, 누설 자속이 감소하며, 자석부착이 용이한 효과가 있다.
또한, 로터 하우징과 자석 라이닝이 일체형으로 코어를 제작하므로, 조립이 간단하고, 경량 알루미늄 하우징으로 효율적 경량화를 실현할 수 있다.
도 1은 일반적인 외전형 브러시 리스 직류 전동기를 도시한 분리 사시도
도 2는 일반적인 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 회전자 조립체를 도시한 결합 사시도
도 3은 일반적인 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 회전자 조립체를 도시한 절개 사시도
도 4는 종래 베어링을 보인 사시도
도 5의 (a)는 테이퍼 롤러 베어링 내륜의 궤도면에 생성된 줄무늬 모양의 전식을 보인 사진이고, 도 5의 (b)는 테이퍼 롤러의 전동면에 생성된 줄무늬 모양의 전식을 보인 사진이며, 도 5의 (c)는 베어링 볼의 전동면 전체에 어두운 색상을 생성한 전식을 보인 사진
도 6은 본 발명의 본 발명의 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기를 도시한 종단면도
도 7은 본 발명의 회전 샤프트와 베어링을 도시한 실제 사진
도 8은 본 발명의 회전 샤프트를 도시한 정면도
도 9는 본 발명의 회전 샤프트를 도시한 개념도
도 10은 본 발명의 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법을 설명하는 블록도
도 2는 일반적인 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 회전자 조립체를 도시한 결합 사시도
도 3은 일반적인 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 회전자 조립체를 도시한 절개 사시도
도 4는 종래 베어링을 보인 사시도
도 5의 (a)는 테이퍼 롤러 베어링 내륜의 궤도면에 생성된 줄무늬 모양의 전식을 보인 사진이고, 도 5의 (b)는 테이퍼 롤러의 전동면에 생성된 줄무늬 모양의 전식을 보인 사진이며, 도 5의 (c)는 베어링 볼의 전동면 전체에 어두운 색상을 생성한 전식을 보인 사진
도 6은 본 발명의 본 발명의 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기를 도시한 종단면도
도 7은 본 발명의 회전 샤프트와 베어링을 도시한 실제 사진
도 8은 본 발명의 회전 샤프트를 도시한 정면도
도 9는 본 발명의 회전 샤프트를 도시한 개념도
도 10은 본 발명의 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법을 설명하는 블록도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기 및 그 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법에 대하여 상세하게 설명한다. 동 도면에서는 종래 구성과 동일한 구성에 대해서는 종래와 동일한 도면번호를 부여하고, 그에 대한 설명은 종래 도면을 참조하기로 한다.
도 6은 본 발명의 본 발명의 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기를 도시한 종단면도이고, 도 7은 본 발명의 회전 샤프트와 베어링을 도시한 실제 사진이며, 도 8은 본 발명의 회전 샤프트를 도시한 정면도이고, 도 9는 본 발명의 회전 샤프트를 도시한 개념도이다.
위 도면을 참조하면, 본 발명의 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기는 고정자 조립체(10), 회전자 조립체(20), 복수 개의 베어링(115,116)을 구비한다.
고정자 조립체(10)는 다수의 철심에 코일이 권선된 전기자 코어(11)와, 코어(11) 사이에 위치하는 인슐레이터(12)와, 전기자 코어(11)를 고정 지지하며 센터에 수직으로 형성된 베어링 하우징(14)이 구비되는 홀더(13)를 구비한다.
회전자 조립체(20)는 회전 샤프트(122)가 압입 고정되는 로터 하우징(21)과, 로터 하우징(21)의 내주에 결합하는 로터 링(23)과, 로터 링(23) 내측에 환형으로 실장되는 다수의 N극/S극의 영구자석(24)으로 구성된다.
복수 개의 베어링(115,116)은 상하로 구성되어 베어링 하우징(14)에 설치되며, 베어링 내, 외륜과 베어링 볼을 구비한다.
회전 샤프트(122)는 베어링(115,116)의 센터를 관통하여 설치되며, 베어링(115,116)에 의해 회전 가능하게 지지가 된다. 회전 샤프트(122)는 일반강재(SM45C-탄소강)에 침탄과 질화 처리하여 원가를 절감하도록 한다.
본 발명의 기술적 특징으로서, 전식 방지를 위해서 베어링(115,116)의 베어링 내륜과 접촉하게 되는 회전 샤프트(122)의 베어링 결합부에는 회전 샤프트(122)에 요철부(110)가 형성된다. 요철부(110)는 다이아몬드 널링 요철을 통한 방열구조, 수직 라인 및 빗살무늬 등을 형성할 수 있다.
요철부(110)는 아래 표1과 같이 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
| 요철부 | 형상 | 가공방법 |
| X자형 | X | X(엑스)자 널링, 돌출 |
| +자형 | + | +(십자형)자 널링, 돌출 |
| V자형, 역 V자형 | ∨,∧ | ∨,∧자 널링, 돌출 |
| W자형 | W | W형 널링, 돌출 |
| 사다리꼴 |
 |
사다리꼴 3차원 가공, 돌출 |
| 다각형 | □ | 다각형 3차원 가공, 돌출 |
| O형 | ○ | ○형 널링, 돌출 |
| 도넛 형 | ◎ | ◎형 널링, 돌출 |
또한, 회전 샤프트(122) 전체 표면에는 질화 열처리하여 질화물 코팅층(120)이 형성된다.
또한, 베어링 결합부에는 절연 코팅층(테프론 코팅층)(130)이 더 형성될 수 있다.
전술한 회전 샤프트(122)의 베어링 결합부는 회전 샤프트(122) 표면보다 낮게 단차 지도록 형성되고, 절연 코팅층(테프론 코팅층)(130)은 회전 샤프트(122) 표면과 동일한 높이(level)로 형성된다. 즉, 절연 코팅층(130) 형성 이후에는 단차없이 동일한 면이 형성된다.
한편, 베어링(115,116)의 베어링 내, 외륜 표면에 절연 코팅층(테프론 코팅층)이 추가로 형성될 수 있다. 베어링 내륜의 볼과 오일, 전기 접점부 소착으로 인한 스팟 형성, 침식(Erosion: 에로젼), 시간에 따라 부식(Corrosion: 코로젼) 가속으로 전식 현상이 발생하는바, 베어링 내외부 표면 전식 방지를 위하여 내륜 표면과 외륜 표면에 1~5 마이크로 SF코팅 기술을 적용하며, 베어링 외륜을 절연재의 베어링 하우징이 둘러감싸는 형태로 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 스틸 소재의 회전 샤프트(122)의 베어링 안착부에 200 DPI 이상의 요철부(110)를 갖도록 가공 후, 질화 처리를 진행한다. 절삭공구 코팅에 적용되고 있는 TIN/TICN을 500℃ 이하에서 이온 플레이팅 코팅하여 기존 스틸 샤프트에 비하여 내마모, 마찰계수, 전기절연저항, 내열성을 개선하도록 한다.
요철부(110)의 표면 상부에는 열경화성 테프론(Teflon; PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene) 계열 페놀 수지 절연재인 PFA(테프론 계열; PerFluoroAlkoxy: 퍼플루오로알콕시: 연속사용 온도 260℃, PTFE, FEP보다 내구성, 내화학성 우수)를 외장 코팅하여 베어링과 접촉되는 베어링 결합부의 전식 현상을 효과적으로 방지하고, 이중코팅 및 요철부의 방열구조, 베어링의 밀림방지, 회전 샤프트 내마모, 내열성, 내수성, 내화학성이 탁월하다.
또한, 베어링(115,116)에 흐르는 미소 전류를 회전 샤프트(122)의 양 끝단으로 유도하여 분산시킬 수 있도록 회전 샤프트(122)의 양 끝단에 아연 나사(140)의 체결 또는 도금코팅이나 부착이 가능하다.
한편, 본 발명은 회전자 조립체(20)와, 고정자 조립체(10)와, 상기 회전자 조립체(20)의 회전 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링(115,116)을 구비하는 외전형 브러시 리스 직류 전동기에서, 전식 현상 방지를 위한 방법으로서, 다음과 같은 단계를 포함한다.
도 10은 본 발명의 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법을 설명하는 블록도이다.
위 도면을 참조하면, 본 발명의 전식 방지 방법은 상기 회전 샤프트(122)의 베어링 결합부를 상기 회전 샤프트(122) 표면보다 낮게 단차 지도록 상기 회전 샤프트(122)를 제조하는 제1단계(S10); 상기 회전 샤프트(122)의 상기 베어링 결합부에 요철부(110)를 형성하여 내 충격 전압에 견디고, 베어링 밀림을 방지하며, 및 방열특성 구조를 갖도록 하는 제2단계(S20); 상기 회전 샤프트(122) 전체 표면에 질화 열처리하여 질화물 코팅층(120)을 형성하는 제3단계(S30); 상기 베어링 결합부에 절연 코팅층(테프론 코팅층)(130)을 형성하는 제4단계(S40); 상기 베어링(115,116)의 베어링 내, 외륜 표면에 테프론 코팅층을 형성하는 제5단계(S50); 및 상기 회전 샤프트(122)의 양단에 스틸보다 활성화된(Active) 아연 나사(140)를 체결하거나 도금코팅 또는 부착하여 희생금속을 통한 갈바닉 현상을 유도하여 전식을 억제하는 제6단계(S60); 를 포함한다.
부연 설명하면, 제1단계(S10)에서는, 회전 샤프트(122)의 베어링 결합부를 회전 샤프트(122) 표면보다 낮게 단차 지도록 회전 샤프트(122)를 제조한다.
제2단계(S20)에서는, -200~300 DPI의 돌출 도트(DOT)의 요철부(110)를 형성시켜 방열과 밀림방지 특성이 구비되도록 한다.
제3단계(S30)에서는, 내마모성, 내열성을 향상시킨 질화물 코팅층(120)은 표면 TiN/TICN/TIAlN 이온 플레이팅 코팅 가공에 의해서 형성되어 전기 저항율 및 절연성을 증가시킨다.
제4단계(S40)에서는, 테프론 계열의 열경화성 페놀수지인 PFA(Per Fluoro Alkoxy)를 0.1~1mm 코팅하여 기계가공을 통한 회전 샤프트(122)와의 단차를 해소하며, 절연성, 강도, 내구성, 내열성, 내화학성, 내수성, 비점착성, 및 비유성 특성이 있도록 한다.
제5단계(S50)에서는, 베어링 내, 외륜 표면에 1~5㎛ 열경화성 수지 SF 저온 절연코팅층을 형성하여 베어링(115,116)에 전달되는 미소전류에 의한 베어링 볼과 오일과의 전위차로 인한 스파크 발생을 사전에 차단하여 소착, 침식, 전식 현상을 방지하도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 회전 샤프트의 베어링 결합부에 요철부를 형성하고, 회전 샤프트 전체에 질화 처리하여 내마모, 내화학적, 내열성, 전기절연 저항 감소를 위하여 표면 TiN/TICN/TIAlN 이온 플레이팅 코팅 처리를 하며, 베어링 결합부에 다시 베어링의 압입 공차를 고려하여 테프론 절연 층을 재차 형성함으로써, 베어링 결합부의 전식 현상을 효과적으로 방지하고, 이중코팅 및 요철부의 방열구조를 가지므로, 베어링 밀림방지, 샤프트 내마모, 내열성, 내수성, 내화학성이 탁월함은 물론 회전 샤프트의 양 끝단에 아연 나사가 체결되거나 도금코팅 또는 부착되어 베어링에 흐르는 미소 전류를 회전 샤프트의 양 끝단으로 유도하여 분산시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 회전 샤프트 구조 형상 및 재료조성 등으로 조립되는 모터 및 BLDC 모터 특성 개선을 통하여 전식 현상을 효과적으로 방지하며, 회전 샤프트 구조의 내마모성, 화학약품 및 사용 분위기에 의한 내화학성, 통전에 의한 전식 방지 등으로 모터의 수명 향상을 기대할 수 있다.
또한, 베어링 결합부 표면에 돌출 DOT의 요철부를 형성시켜서 밀림방지 및 방열구조 형성하며, 미소전류에 의한 베어링 볼과 오일 간의 전위차로 소착 발생하고, 마찰과 충돌로 인한 소음 발생 문제점을 개선하고, 전기 절연을 통하여 전식 발생 방지 및 사전 억제하며, 재료, 표면처리, 절연코팅 기술을 적용하여 전식 방지는 물론 내마모, 내열성, 내화학성, 내구성, 마찰계수, 전기절연 저항을 개선하거나 또는 강화하여 회전 샤프트 수명 증가 효과와 더 나아가 모터의 수명 연장을 기대할 수 있다.
또한, 회전 샤프트 양단에 희생 양극인 아연 나사를 체결하거나 도금코팅하거나 부착하여 갈바닉 현상을 유도하여 회전 샤프트 방식 및 베어링 결합부의 간접 절연 효과를 기대할 수 있다.
또한, 로터 하우징 내부에 영구자석이 부착되었으나, 누설 자속이 많아 효율성이 저하되던 종래 모터와는 달리, 누설 자속이 감소하며, 자석부착이 용이한 효과가 있다.
또한, 로터 하우징과 자석 라이닝이 일체형으로 코어를 제작하므로, 조립이 간단하고, 경량 알루미늄 하우징으로 효율적 경량화를 실현할 수 있다.
110: 요철부
115, 116: 베어링
120: 질화물 코팅층
122: 회전 샤프트
130: 절연 코팅층(테프론 코팅층)
140: 아연 나사
115, 116: 베어링
120: 질화물 코팅층
122: 회전 샤프트
130: 절연 코팅층(테프론 코팅층)
140: 아연 나사
Claims (8)
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- 회전자 조립체(20)와, 고정자 조립체(10)와, 상기 회전자 조립체(20)의 회전 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링(115,116)을 구비하는 외전형 브러시 리스 직류 전동기에서, 전식 방지를 위한 방법으로서,
상기 회전 샤프트(122)의 베어링 결합부를 상기 회전 샤프트(122) 표면보다 낮게 단차 지도록 상기 회전 샤프트(122)를 제조하는 제1단계(S10);
상기 회전 샤프트(122)의 상기 베어링 결합부에 요철부(110)를 형성하여 내 충격 전압에 견디고, 베어링 밀림을 방지하며, 및 방열특성 구조를 갖도록 하는 제2단계(S20);
상기 회전 샤프트(122) 전체 표면에 질화 열처리하여 질화물 코팅층(120)을 형성하는 제3단계(S30);
상기 베어링 결합부에 절연 코팅층(130)을 형성하는 제4단계(S40); 및
상기 베어링(115,116)의 베어링 내, 외륜 표면에 테프론 코팅층(130)을 형성하는 제5단계(S50); 를 포함하되,
상기 제2단계(S20)에서는, -200~300 DPI 돌출 도트(DOT)의 요철부(110)를 형성시켜 방열과 밀림 방지 특성을 가지도록 하며,
상기 제3단계(S30)에서는, 내마모성, 내열성을 향상시킨 질화물 코팅층(120)은 표면 TiN/TICN/TIAlN 이온 플레이팅 코팅 가공에 의해서 형성되어 전기 저항율 및 절연성을 증가시키며,
상기 제4단계(S40)에서는, 테프론 계열의 열경화성 페놀수지인 PFA(Per Fluoro Alkoxy)를 0.1~1mm 코팅하여 기계가공을 통한 상기 회전 샤프트(122)와의 단차를 해소하며,
상기 제5단계(S50)에서는, 상기 베어링 내, 외륜 표면에 1~5㎛ 열경화성 수지 SF 저온 절연코팅층을 형성하여 상기 베어링(115,116)에 전달되는 미소전류에 의한 베어링 볼과 오일과의 전위차로 인한 스파크 발생을 사전에 차단하여 소착, 침식, 전식 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법. - 삭제
- 삭제
- 청구항 5에 있어서,
상기 회전 샤프트(122)의 양단에 스틸보다 활성화된(Active) 아연 나사(140)를 체결하여 희생금속을 통한 갈바닉 현상 유도하여 전식을 억제하는 제6단계(S60)를 더 포함하는 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020170019460A KR101867906B1 (ko) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기 및 그 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170019460A KR101867906B1 (ko) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기 및 그 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법 |
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| KR101867906B1 true KR101867906B1 (ko) | 2018-06-18 |
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|---|---|---|---|
| KR1020170019460A Active KR101867906B1 (ko) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | 전식 방지를 위한 외전형 브러시 리스 직류 전동기 및 그 외전형 브러시 리스 직류 전동기의 전식 방지방법 |
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| KR (1) | KR101867906B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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