KR100446190B1 - 차량시스템용전기작동기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전기작동기(14)는 전기모우터(28)로 구성되고 회전자조립체의 일부를 구성하는 자기수단의 통과를 감지하므로서 모우터(20)의 회전자조립체의 각위치, 즉 속도를 검출할 수 있도록 감지수단이 제공된다. 한 실시형태에서, 감지수단은 모우터의 회전자자석의 단부면 또는 오우버행 부분의 통과를 측정토록 되어 있다. 감지수단은 홀효과 또는 자기저항감지요소(62)로 구성되고 시일드조립체(65)가 원치않는 자계로부터 감지요소(62)를 보호하고 자기수단과 감지요소사이에 연결되는 자속을 증가시키도록 제공된다.

Description

차량시스템용 전기작동기

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 작동기의 제1 실시형태가 결합된 차량용 파워스티어링 시스템의 개요도.

도 2는 전기모터와 전기클러치조립체를 통한 종단면도를 포함하는 도 1의 시스템을 위한 전기작동기의 단면도.

도 3은 모터하우징에 고정된 감지기 동체의 한 실시형태의 부분단면도.

도 4는 도 3에서 보인 단면의 정단면도.

도 5는 전기작동 브레이크시스템에 결합된 작동기에서 회전자 위치를 감지하기 위한 제 2 의 구성을 보인 단면도.

도 6은 회전자 자석의 단부면으로부터 모터 회전자 위치를 직접 감지하기 위한 제3의 구성을 보인 단면도.

본 발명의 모터위치감지를 설명하기 위하여, 파워스티어링시스템에 전기작동기를 이용하는 예가 제공된다.

본 발명은 회전자와 변속기를 갖는 전기모터로 구성되는 적어도 두개의 구성요소 조립체의 조합으로 구성된 종류의 차량시스템용 전기작동기의 개선에 관한 것이다. 이러한 작동기는 예를 들어 파워 스티어링 시스템 또는 전기브레이크 조립체용 작동기로서 사용될 수 있다. 특히 본 발명은 회전자 위치와 모터의 속도를 검출하기 위하여 제공된 감지수단의 개선에 관한 것이다.

모터의 적절한 제어를 위하여 모터 회전자의 위치와 속도가 알려지거나 측정될 수 있는 것이 중요하다. 이러한 정보는 범용의 모터제어방법에 있어서 제어변수로서 이용될 수 있다.

모터의 출력축에 별도의 자기감지기 조립체를 착설하므로서 회전자 위치를 측정하는 것이 알려져 있다. 이러한 구성은 염가대량생산이 어렵고 작동기의 크기가 필요이상 증가하도록 한다.

본 발명의 제1관점에 따라서, 본 발명은 고정자조립체와 이 고정자조립체에 동심원을 이루고 공통축선을 중심으로 하여 회전할 수 있게 된 회전자조립체를 갖는 전기모터로 구성된 전기작동기를 제공하며, 회전자조립체는 자기수단으로 구성되고, 또한 전기작동기는 자기수단에 의하여 발생된 자계의 위치를 감지하므로서 축선을 중심으로 한 회전자의 각 위치를 감지할 수 있게된 감지수단으로 구성된 것에 있어서, 자기시일드 조립체가 감지수단과 자기수단을 포함하는 자기회로를 개선토록 제공됨을 특징으로 한다.

감지수단은 모터의 하우징에 대하여 고정된 감지동체에 제공될 수 있는 하나 이상의 홀효과감지요소 또는 자기저항감지요소로 구성되는 것이 좋다. 감지동체는 자기수단에 근접하여 감지수단을 지지할 수 있게 되어 있다. 3개의 감지요소가 제공되는 것이 좋다.

회전자조립체는 하나 이상의 회전자 자석으로 구성될 수 있다. 사용시에, 고정자조립체가 여기되면 자계가 발생되고 이는 회전자 자석의 자계와 상호작용하여 회전자조립체가 그 축선을 중심으로 하여 회전된다. 자기수단은 따라서 회전자 자석 자체로 구성되며, 이 경우 감지수단은 회전자 자석의 위치를 직접 검출한다.

다른 구성에 있어서, 회전자조립체는 회전자 자석에 부가하여 하나이 이상의 자기요소로 구성될 수 있다. 따라서, 자기요소는 이들 부가적인 자기요소만으로 구성되며, 이 경우에 감지수단은 회전자 자석의 위치를 검출하지 아니하고 대신에 자기요소의 위치를 검출할 것이다. 이로써 회전자 자석의 전체 길이가 최소한으로 유지될 수 있다.

가장 좋기로는 자기수단이 회전자 자석으로 구성되고 감지수단이 모터회전자코일을 넘어 연장된 회전자 자석의 오버행 부분의 위치를 측정할 수 있게 되는 것이다. 또한 감지수단은 회전자 자석의 단부면의 위치를 감지할 수 있다.

홀효과감지요소는 이들을 전환시킬 수 있도록 일정한 한계레벨 또는 자속밀도를 요구한다. 이러한 자속밀도는 통상적으로 특별히 강한 희토류 자석이 사용되거나 감지수단이 자석에 매우 근접하게 배치되는 것을 요구한다.

자기수단으로부터 감지수단으로 충분한 자속을 결합시키기 위한 조건이 용이하게 이행될 수 있도록 전기작동기에는 감지기와 자기수단사이의 자기회로를 개선토록 작용하는 자기시일드 조립체가 구비될 수 있다.

또한 자기시일드 조립체는 불필요한 자계로부터 감지수단을 차폐할수 있게 되어 있다. 자기시일드 조립체는 회전자코일 과/또는 외부자계에 의하여 발생된 자계로부터 감지요소를 보호한다. 자기시일드 조립체는 감지요소를 둘러싸도록 되어 있고 높은 투자율을 갖는 강철이나 기타 다른 물질로 구성될 수 있다.

감지요소는 감지요소사이의 간격이 기계각 60°또는 40°의 간격이 되게 회전자조립체의 둘레에 지지될 수 있다. 3극 모터의 경우에 감지기는 기계각 40°의 간격(전기각 120°)을 갖도록 착설되는 것이 좋다. 또는 기계각 20°의 간격이 사용될 수 있다.

4극 모터의 경우에 있어서, 유사한 간격의 감지기가 60°의 배수가 되는 간격이 되게 사용될 수 있다.

본 발명의 제2관점에 따라서, 본 발명은 모터의 회전자 자석에 의하여 발생된 자계의 통과를 감지할 수 있게된 감지수단을 제공하므로서 전기모우내에서 회전자조립체의 위치를 감지하는 방법을 제공한다.

도 1의 개요도에서 보인 시스템에서, 전자제어유니트(1)는 점화스위치(2), 차량속도신호수단(3), 진단수단(4), CAN인터페이스수단(5)과, 토크 감지기전자수단 (6)으로부터의 신호를 수신할 수 있게 되어 있다. 전자제어유니트(1)는 여러 신호로 작동하고 조향기구(10)에 작용하는 보조동력을 제어하는 여기전류를 방출한다.

도시된 바와 같이, 조향휠(11)은 컬럼축(12)을 통하여 조향연결부(13)의 작동을 제어한다. 컬럼축(12)에 가하여진 토크는 전자제어유니트(1)로부터의 여기전류의 제어하에 전기작동기(14)에 의하여 증대된다.

전기작동기(14)는 도 2에 상세히 도시되어 있으며, 전기모터(20), 전자클러치(21)와, 변속기(22)로 구성되는 3개 구성요소의 조립체로 구성된다.

도 2에서 보인 바와같이, 전기모터(20)는 코일구성의 고정자조립체(26)와 아마추어로 구성된 회전자조립체(27)를 수용하는 원통형 하우징(25)으로 구성된다. 변속기(22)로부터 원격한 하우징(25)의 단부는 환상요구(28)를 포함한다.

전자클러치(21)는 요구(28)내에 배치되는 환상코일(29)로 구성된다. 요구를 갖는 하우징(25)의 벽은 고정자조립체(26)와 코일(29)사이에 자기차폐가 이루어지도록 한다. 회전형 도그클러치부재(30)가 회전자조립체(27)의 인접한 단부에 형성된 다수의 간격을 둔 도그공(33)과 결합되는 결합구동수단을 형성하도록 벨리빌 또는 스프링 와샤(32)의 형태인 바이어스 스프링의 힘에 대항하여 클러치 아마추어 (31)의 축방향 운동에 따라서 축방향으로 이동할 수 있다.

구동축(40)이 클러치아마추어(31)를 둘러싸고 있으며 선택적으로 하우징(25)의 단부에서 벽에 분리가능하게 고정되는 커어버판(42)내에 수용된 베어링(41)에 일측단부가 회전가능하게 축설된다. 구동축(40)은 또한 그 길이의 중간지점에서 하우징(25)의 대향단부측의 벽에 형성된 개방부(44)내에 고정된 베어링(43)에 회전가능하게 축설되어 있다. 베어링(43)의 내부에서 구동축(40)의 일부는 회전자조립체 (27)가 축설되는 플레인 베어링(45)을 구성한다.

클러치부재(30)는 구동축(40)에 고정된 스플라인부재(46)상에서 구동축(40)에 고정되며, 클러치아마추어(31)는 리테이너(47)에 의하여 구동축(40)에 고정된다. 스플라인부분(46)이 형성된 축(48)의 부분이 단부구동부로 구성된다. 구동축 (40)은 베어링(43)을 지나 자유단부가 베어링(49)에 축설된 변속기(22)를 관통한다.

조향휠(11)이 작동될 때 토크 감지기전자수단(6)로부터의 신호가 전자제어신호에 의하여 인식되고 이는 고정자조립체(26)를 작동시키는 여기전류를 발생하여 회전자조립체(27)가 회전되도록 한다. 클러치(21)가 결합되어 있으므로 이러한 회전은 구동축(40)의 구동부(48)에 전달되고 구동축(40)의 전동부를 통하여 변속기 (22)에 전달되므로서 조향휠(11)로부터 수동으로 컬럼축(12)에 가하여진 토크를 증대시킨다.

도 2를 참조하여 상기 언급된 작동기는 본 발명에 따른 모터회전자의 각위치를 감지하는 감지기조립체(71)를 포함한다. 이러한 모터회전자 감지기조립체(71)가 도 3과 도 4에 상세히 도시되어 있다.

회전자조립체(27)의 각위치는 감지요소(62)에 감지기회로자체의 자로를 제공하는 한편 외부자계로부터의 효과로부터 감지기를 차폐하는 자기시일드 조립체(65)가 구비되어 있는 회전자 자석(63)의 오우버행부분을 통과하는 것을 검출하도록 배치된 모터회전자의 각위치를 감지하는 감지기조립체(71)를 이용하므로서 감지된다. 각위치를 측정하여 알려진 시간동안 여러 위치를 취하므로서 모터회전자속도가 계산될 수 있다.

도 3은 모터하우징(61)에 고정되고 그 내측면에 감지요소(62)를 갖는 연장부 (66)를 재가하는 감지기동체(60)를 보이고 있다. 감지기동체(60)와 연장부(66)는 감지요소(62)가 회전자 자석(63)에 근접하여 자기회로가 형성되는 작은 에어갭(64)을 제공할 수 있는 크기로 되어 있다. 스틸 백 플레이트의 자기시일드 조립체(65)가 회전자 자석(63)또는 모터의 자극과 협동하기 위한 적당한 자기회로를 갖는 감지요소를 제공토록 사용된다. 아울러 자기시일드 조립체(65)는 모터코일(67)에 의하여 발생된 자계로부터의 간섭효과로부터 감지요소(62)를 차폐한다.

작동에 있어서, 감지요소(62)는 매번 전환되어 모터의 자극 또는 회전자 자석(63)이 감지요소(62)를 통과할 때마다 자기회로가 형성되거나 형성되지 않게 된다. 이러한 스위칭신호는 연결부(도시하지 않았음)를 통하여 모터의 위치, 속도 및 방향을 제어하는데 사용되는 모터제어회로(도시하지 않았음)으로 보내어진다.

도 4는 도 3에서 보인 단면의 정단면을 보인 것으로 자기감지기형태인 감지기조립체(71)의 단면이 상세히 도시되어 있다. 회전자조립체(27)는 회전자슬리이브 (69)에 의하여 덮혀있는 그 주연둘레에 고정된 자석(63)을 갖는 스틸 백 슬리이브 (73)를 재가한다. 간극, 즉 에어갭(64)이 제공되어 회전자조립체(27)가 감지기조립체(71)와 모터고정자(도시하지 않았음)에 대하여 회전이동되도록한다.

감지기조립체(71)는 도 4에서 회전자조립체(27)의 외측원호부분을 둘러싸고 있는 것으로 도시되어 있다. 감지기조립체(71)내에서 감지요소(62)의 크기와 수효는 모터의 회전자자극편의 구성, 즉 회전자조립체(27)의 전주연을 덮는 회전자자극편의 구성에 따라 1 이상의 수효를 갖는다. 도면에서 3개의 감지요소가 도시되어 있다.

감지요소는 도 4에서 보인 바와 같이 간격이 전기각 120°(기계각 40°)의 간격을 두고 배열된다. 이는 3극 모터에 적용된다. 4극 모터의 경우에 유사한 구성이 이용될 수 있으나 이 경우에 전기각 120°의 간격은 기계각 60°의 간격과 같다.

감지기조립체(71)는 감지요소(62)를 지지하는 비자성체 감지기캐리어(72)로 구성된다. 이는 자기간섭을 전환하여 제거토록 하고 전형적으로 적당한 비자성체 감지기캐리어가 기계적인 강도가 낮은 것으로 만들어지는 물질로서 그 기계적인 강도가 우수한 감지기조립체(71)를 제공토록 감지요소(62)의 둘레에서 자계강도를 높이도록 작용하는 자기시일드 조립체(65)에 의하여 둘러싸여 있다.

모터회전자 위치감지기의 다른 실시형태가 도 5 에 도시되어 있다. 이 도면에서, 모터(20)는 전기디스크브레이크 조립체의 일부를 구성한다. 이 조립체의 작동은 본원 출원인의 선출원인 영국특허출원 제9519289.4호에 상세히 기술되어 있다. 이 실시형태에서, 감지요소(62)는 감지요소(62)가 회전자 자석의 상부면(즉, 회전축선으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 면)이 통과하는 것을 검출할 수 있게 정렬되어 있는 선행 실시형태와는 다르게 회전자조립체(27)의 회전자 자석(63)또는 회전자석들의 단부면(90)이 통과하는 것을 검출하도록 감지조립체(71)에 배열되어 있다. 이로써 오우버행부분이 없이 짧은 회전자조립체(27)가 사용될 수 있다. 그 밖에 감지조립체는 도 3과 도 4에 도시된 것과 동일하다.

도 6에서 본 발명의 최종실시형태가 도시되어 있다. 이 경우에 있어서, 회전자 자석(63)으로부터 직접 감지하는 대신에, 하나 이상의 별도 자기요소(100)가 회전자조립체(27)의 일체부분으로서 제공되고, 감지조립체(71)는 이것이 이들 자기요소(100)가 통과하는 것을 검출하도록 배열된다. 다시, 이는 작동기의 코스트를 줄이고, 필요로 하는 회전자 자석(63)의 크기를 줄이는데 도움이 된다.

이상의 설명으로부터 본 발명이 종래기술에 비하여 코스트를 최소화하거나 작동기 부피를 최소화하며 조립시간을 줄이도록 전기작동기에서 회전자의 위치를 검출하는 것의 개선에 있음을 이해할 것이다. 이는 회전자조립체에 의하여 발생된 자계의 통과를 검출하므로서 이루어질 수 있다.

Claims (13)

1. 고정자조립체(26)와 이 고정자조립체(26)와 동심원을 이루고 공통의 축선을 중심으로 하여 회전할 수 있게 된 회전자조립체(27)를 갖는 전기모터(20)로 구성되며 회전자조립체(27)가 자기수단으로 구성되고, 전기작동기가 또한 자기수단에 의하여 발생된 자계의 위치를 감지하므로서 공통축선을 중심으로 한 회전자조립체 (27)의 각위치를 감지할 수 있게 된 감지기조립체(71)로 구성된 전기작동기(14)에 있어서, 자기시일드 조립체가 감지수단과 자기수단을 포함하는 자기회로를 개선토록 제공됨을 특징으로 하는 전기작동기.
2. 제1항에 있어서, 감지수단이 하나 이상의 홀효과 또는 자지저항형 감지요소 (62)로 구성됨을 특징으로 하는 전기작동기.
3. 제2항에 있어서, 감지요소(62)가 모터의 하우징(25)에 대하여 고정된 감지동체(60)상에 제공됨을 특징으로 하는 전기작동기.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 감지기동체(60)가 자기수단에 근접하여 감지요소(62)를 지지할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 전기작동기.
5. 제1항에 있어서, 회전자조립체(27)가 하나 이상의 회전자 자석(63)으로 구성되고 자기수단이 회전자 자석(63)으로 구성됨을 특징으로 하는 전기작동기.
6. 제1항에 있어서, 회전자조립체(27)가 하나 이상의 회전자 자석에 부가하여 하나 이상의 자기요소(100)로 구성되고 감지기조리체(71)가 자기요소(100)의 위치를 검출할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 전기작동기.
7. 제5항에 있어서, 감지수단이 고정자조립체(26)를 넘어 연장된 회전자 자석 (65)의 오우버행부분의 위치를 측정할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 전기작동기.
8. 제5항에 있어서, 감지기조립체(71)이 회전자 자석의 단부면의 위치를 측정할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 전기작동기.
9. 제2항에 있어서, 자기시일드 조립체(65)가 감지요소(62)와 자기수단을 포함하는 자기회로를 개선토록 제공됨을 특징으로 하는 전기작동기.
10. 제1항에 있어서, 회전자(2)가 회전자슬리이브(69)에 덮이는 주연에 고정된 다수의 회전자 자석(63)을 갖는 스틸 백 슬리이브(73)로 구성됨을 특징으로 하는 전기작동기.
11. 제9항에 있어서, 자기시일드 조립체(65)가 원치 않는 자계로부터 감지요소 (62)를 차폐할수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 전기작동기.
12. 제1항에 있어서, 감지요소(62)가 감지요소(62)의 기계각 60°또는 40°또는 20°의 간격을 두고 지지됨을 특징으로 하는 전기작동기.
13. 전기모터(20)에서 회전자조립체(27)의 위치를 감지하는 방법에 있어서, 이 방법이 모터(20)의 회전자 자석(63)에 의하여 발생된 자계의 통과를 감지할 수 있게 된 감지수단과, 감지수단과 회전자 자석(63)을 포함하는 자기회로를 개선토록 제공된 자기시일드 조립체(65)를 제공하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 전기작동기의 회전자조립체위치감지방법.