KR102023509B1 - 모터 및 그의 센싱 마그네트 - Google Patents

Abstract

모터 및 그의 센싱 마그네트가 개시된다. 상기 센싱 마그네트는 중심부에 위치하는 관통홀, 그리고 외주축을 따라 형성되는 복수의 극을 포함하며, 상기 복수의 극은 제1극과, 상기 제1극보다 관통홀 방향으로 연장되어 형성되는 제2극을 포함한다.

Description

모터 및 그의 센싱 마그네트{MOTOR AND sensing magnet of THE SAME}

본 발명은 모터 및 그의 센싱 마그네트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조향 모터 및 그의 센싱 마그네트 구조에 관한 것이다.

조향장치는 자동차의 조향 안정성을 보장하기 위한 장치로서 별도의 동력으로 조향을 보조하는 기능을 수행한다.

최근에는 유압을 이용한 보조 조향장치 대신 동력의 손실이 적고 정확성이 우수한 전동식 조향장치(Electronic Power Streering system, EPS System)가 주로 사용된다. 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 토크 앵글센서 및 토크센서 등을 포함하며, 전자제어장치(Electronic Control Unit, ECU)는 이를 통해 감지한 운행조건에 따라 모터를 구동함으로써 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공하여 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다.

이러한 EPS시스템은, 운전자가 보다 적은 힘으로 조향작업을 할 수 있도록 운전자가 조향을 하기 위해 핸들을 조작하는 토크를 모터가 보조한다. 이러한 기능을 수행하는 EPS 모터로는 BLDC(BrushLess Direct Current) 모터 등이 사용될 수 있다. BLDC모터는 직류 모터에서 브러쉬, 정류자 등의 기계적인 접촉부를 제외하고 전자적인 정류 기구를 설치한 직류모터를 의미한다.

EPS 모터는 조향 보조를 위해 모터의 회전량을 검출하기 위한 센싱 마그네트(sensing magnet)와 센서를 포함한다.

센싱 마그네트는 원반 형상으로 이루어지며, 내측에 형성되는 메인(main) 마그네트와 외주측으로 형성되는 서브(sub) 마그네트를 포함한다.

메인 마그네트는 EPS 모터의 로터에 삽입된 마그네트와 동일하게 배열되는 복수의 극으로 이루어지며, 센서와 대향되게 배치된다. 센서는 메인 마그네트의 회전에 따른 자속 변화를 감지하고, 감지 신호를 ECU로 전달함으로써 로터의 회전을 산출하도록 한다.

서브 마그네트는 메인 마그네트보다 많은 극으로 이루어져, 메인 마그네트의 하나의 극을 더욱 세분화하여 분해한다. 즉, 서브 마그네트는 메인 마그네트의 하나의 극에 대응하여 복수의 극을 배치한다. 이에 따라, 회전 각도를 더욱 세밀하게 분할하여 측정하는 것이 가능하여, EPS 모터의 구동을 더 부드럽게 할 수 있도록 한다.

메인 마그네트와 서브 마그네트 사이에는 메인 마그네트와 서브 마그네트 간의 자속 간섭을 최소화하고, 메인 마그네트와 서브 마그네트의 순차적인 착자를 위해 더미 트랙(dummy track) 이 배치된다.

전술한 바와 같이, 센싱 마그네트가 메인 마그네트와 서브 마그네트로 구성됨에 따라, 메인 마그네트를 포함하는 내륜부와 서브 마그네트를 포함하는 외륜부가 소정의 간격을 두고 순차적으로 착자된다. 이에 따라, 두 번의 착자 공정이 소정 간격으로 진행되어 착자 시간이 길어지는 문제가 있다.

또한, 메인 마그네트와 서브 마그네트 사이에 사용하지 않는 더미 트랙이 존재하여 재료비가 상승하는 효과가 있다.

또한, 메인 마그네트와 서브 마그네트 간의 자속 간섭이 발생하여 센서에서 출력되는 FG(Frequency Generator) 신호의 듀티(duty) 불균일을 초래하여 센싱 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 센싱 마그네트의 착자 공정을 간소화하는 모터 및 그의 센싱 마그네트를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 모터는, 회전축과, 상기 회전축에 결합되는 플레이트, 그리고 상기 플레이트에 결합되며, 상기 회전축이 관통하는 관통홀 및 외주축을 따라 형성되는 복수의 극을 포함하는 센싱 마그네트를 포함하며, 상기 복수의 극은 제1극과, 상기 제1극보다 관통홀 방향으로 연장되어 형성되는 제2 극을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 마그네트는, 중심부에 위치하는 관통홀, 그리고 외주축을 따라 형성되는 복수의 극을 포함하며, 상기 복수의 극은 제1극과, 상기 제1극보다 관통홀 방향으로 연장되어 형성되는 제2극을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 메인 마그네트를 착자할 필요 없이 서브 마그네트 기능을 수행하는 극들 중 일부 극을 연장하여 메인 마그네트로 사용할 수 있다. 이에 따라, 메인 마그네트와, 메인 마그네트 및 서브 마그네트 사이에 위치하는 더미 트랙을 형성하는데 사용되는 마그네트 소요량이 감소하여 재료비가 절감되는 효과가 있다.

또한, 센싱 마그네트의 착자 시 메인 마그네트에 해당하는 내륜부와 서브 마그네트에 해당하는 외륜부를 두 번에 걸쳐 착자할 필요 없이, 착자 공정을 한 번으로 줄이는 것이 가능하여 착자 공정을 간소화하는 것이 가능하다.

또한, 메인 마그네트를 삭제함으로써, 메인 마그네트에 의한 FG 왜곡 발생을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 홀 IC의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 마그네트를 도시한 사시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 EPS 모터를 도시한 사시도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 홀 IC(hall IC)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 마그네트를 센싱 마그네트측에서 바라본 사시도이다.

도 1을 참조하면, EPS 모터는 대략 원통 형상으로 상부가 개방된 형상의 하우징(10)과, 하우징(10)의 상부에 결합하는 브라켓(20)이 그 외형을 이룬다.

하우징(10)과 브라켓(2)에는 회전축(shaft)(30)이 회전 가능하게 지지된다.

회전축(30)의 상부에는 차량의 조향축이 연결되어 상기한 바와 같이 조향을 보조하는 동력을 제공하게 된다.

회전축(30)의 외주면에는 복수의 마그네트가 삽입된 로터(rotor)(50)가 결합되고, 하우징(10)의 내주면에는 코어와 코일로 이루어진 스테이터(stator)(40)가 결합되어 로터(50)의 외주면에서 전자기력을 제공한다.

스테이터(40)는 하우징(10)의 내주면에 배치되며, 스테이터 코어와 스테이터 코어에 권취되는 코일 및 절연지로 구성된다.

로터(50)는 회전축(30)의 외주면에 결합되며, 스테이터(40)와 대응되는 면에 배치된다. 로터(50)는 로터 코어 및 마그네트로 구성된다.

스테이터(40)에 전류가 인가되면 스테이터(40)와 로터(50)의 전자기적 상호작용에 의하여 로터(50)가 회전하고, 이에 따라, 회전축(30)이 로터(50)의 회전에 연동하여 회전한다. 회전축(30)은 미도시된 감속기어를 통해 자동차의 조향축과 연결되므로, 회전축(30)의 회전에 의해 조향축도 함께 회전할 수 있다. 따라서, EPS 모터는 운전자의 조향휠 회전에 연동하여 회전하는 조향축의 회전을 보조하게 된다.

브라켓(20)의 상면에는 인쇄회로기판(80)이 결합된다.

인쇄회로기판(80)의 상면에는 센서(91, 92)가 배치된다. 센서(91, 92)는 위치에 따라 메인 센서(91)와 서브 센서(92)로 구분된다. 예를 들어, 메인 센서(91)는 서브 센서(92)에 비해 회전축(30)에 인접하게 위치할 수 있다.

메인 센서(91)는 후술하는 센싱 마그네트(70)의 극성 또는 자속 변화를 감지하여 로터(50)의 회전 각도를 산출하는데 사용되는 센싱 신호를 출력한다.

서브 센서(92)는 후술하는 센싱 마그네트(70)의 자속 변화를 감지하여 FG(Frequency Generator)용 센싱 신호를 출력한다. 서브 센서(92)로부터 출력되는 FG용 센싱 신호는 메인 센서(91)로부터 출력되는 센싱 신호에 비해 더욱 세밀하기 회전 각도를 산출하는데 사용될 수 있다.

각 센서(91, 92)는 홀 IC로 구현될 수 있다.

홀 IC는 래치 타입(latch type)으로 N극이 근접하면 5V(또는 0V)의 신호를 출력하고, S극이 근접하면 0V(또는 5V) 신호를 출력한다. 또한, N극이 근접하면 5V(또는 0V)의 신호를 출력하고 S극이 근접하기 전까지 자속이 없다고 하더라도 5V(또는 0V)의 신호를 지속적으로 출력한다.

도 2를 참조하면, 홀 IC는 센싱 마그네트(70)의N극이 근접함에 따라 5V의 신호(sensing signal)를 출력한다. 이후, 홀 IC는 센싱 마그네트(70)의 N극이 멀어지더라도 5V의 출력을 유지하다가, 센싱 마그네트(70)의 S극이 근접함에 따라 0V의 신호를 출력한다. 이후, 홀 IC는 센싱 마그네트(70)의 S극이 멀어지더라도 0V를 유지하다가 다음 번 N극이 홀 IC에 근접하면 5V로 출력 전압을 변경한다.

인쇄회로기판(80)의 상측에는 플레이트(plate)(60)가 소정 간격 이격되어 인쇄회로기판(80)에 대향하여 배치된다. 플레이트(60)는 회전축(30)과 함께 회전하도록 결합한다.

플레이트(60)의 하측에는 인쇄회로기판(80)의 상면에 배치된 센서(91, 92)에 대향하여 센싱 마그네트(70)가 배치된다. 센싱 마그네트(70)는 회전축(30)에 결합되어 회전축(30)을 따라서 회전한다. 각 센서(91, 92)는 전술한 바와 같이, 센싱 마그네트(70)의 회전에 따른 극성 또는 자속 변화를 감지하며, 센서(91, 92)를 통해 감지된 회전에 따른 자속 변화는 회전축(30)의 회전각도를 계산하는데 사용된다.

EPS 모터는 전술한 바와 같이 계산한 회전축(30)의 회전각도에 따라 적절한 전류를 스테이터(40)에 인가하여 회전축(30)을 회전시킴으로써, 조향토크를 보조할 수 있다.

도 3을 참조하면, 센싱 마그네트(70)는 플레이트(60)의 형상에 대응하는 원반 형상으로 이루어진다.

센싱 마그네트(70)의 중심부에는 회전축(30)이 관통할 수 있도록 관통홀(71)이 형성된다.

센싱 마그네트(70)는 외주측을 따라 N극(721)과 S극(722)이 교대로 배열되어 형성된다. 이에 따라, 센싱 마그네트(70)가 회전축(30)에 결합되어 회전하는 경우, N극(721)과 S극(722)이 교대로 센서(91, 92)를 지나게 되고, 센서(91, 92)는 이에 따른 극성 변화 또는 자속 변화를 감지하여 센싱 신호를 출력하게 된다.

센싱 마그네트(70)를 형성하는 복수의 극(72)은 로터(50)에 삽입된 각 마그네트의 위치에 따라서 복수의 그룹으로 나누어 진다. 또한, 각 그룹에 포함된 극들 중 다른 그룹과의 경계에 배치된 두 개의 극(721, 723)이 나머지 극(722)들에 비해 관통홀(71) 방향으로 연장되어 형성된다.

센싱 마그네트(70)를 형성하는 모든 극(72)들은 서브 센서(92)에서 로터(50)의 회전에 따른 자속 변화를 세밀하게 감지하는데 사용되며, 이를 위해 서브 센서(92)에 대향하는 위치(82)를 커버하도록 형성된다.

센싱 마그네트(70)를 형성하는 극들 중 관통홀(71) 방향으로 연장되어 형성되는 극들(721, 723)은 메인 센서(91)에서 로터(50)의 회전에 따른 자속 변화를 감지하기 위해서도 사용된다. 이를 위해, 연장 형성되는 극들(721, 723)은 메인 센서(91)에 대향하는 위치(81)까지 커버하도록 연장 형성된다. 즉, 각 그룹의 경계에 배치되는 극들(721, 723)은 일반적인 서브 마그네트의 기능뿐만 아니라 메인 마그네트의 기능 또한 수행한다.

또한, 각 그룹에서 관통홀(71) 방향으로 연장되어 형성되는 극들(721, 723)은 메인 마그네트의 기능을 수행하기 위해, 로터(50)에 삽입된 각 마그네트의 위치에 따라서 극성이 결정된다. 즉, 각 그룹은 해당 그룹에 대응하는 로터(50)의 마그네트의 극성과 동일한 극성인 극이 경계부분에 배열되도록 극들을 배열하여 형성된다. 예를 들어, 로터(50)에 삽입된 N극의 마그네트에 대응하는 그룹의 경우, N극이 그룹의 경계부분에 배열되도록 N극과 S극을 번갈아 배치한다.

전술한 바와 같이, 홀 IC로 구현된 메인 센서(91)는 래치로 동작하여, 각 그룹의 경계에서 N극(또는 S극)을 감지하면, 자속이 없더라도 S극(또는 N극)을 감지하기 전까지 N극에 대응하는 센싱 신호를 지속적으로 출력한다. 이에 따라, 센싱 마그네트(70)는 별도의 메인 마그네트를 착자할 필요 없이. 메인 극이 변화하는 경계 부분에 위치하는 극들을 메인 센서(91)에 대향하는 위치까지 연장하여 메인 마그네트로 사용할 수 있다.

전술한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 별도의 메인 마그네트를 착자할 필요 없이 서브 마그네트 기능을 수행하는 극들 중 일부 극을 연장하여 메인 마그네트로 사용할 수 있다. 이에 따라, 메인 마그네트와, 메인 마그네트 및 서브 마그네트 사이에 위치하는 더미 트랙을 형성하는데 사용되는 마그네트 소요량이 감소하여 재료비가 절감되는 효과가 있다.

또한, 센싱 마그네트의 착자 시 메인 마그네트에 해당하는 내륜부와 서브 마그네트에 해당하는 외륜부를 두 번에 걸쳐 착자할 필요 없이, 착자 공정을 한 번으로 줄이는 것이 가능하여 착자 공정을 간소화하는 것이 가능하다.

또한, 메인 마그네트를 삭제함으로써, 메인 마그네트에 의한 FG 왜곡 발생을 방지하는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

60: 플레이트
70: 센싱 마그네트
72: 극
80: 인쇄회로기판
91, 92: 센서

Claims (7)

1. 회전축과,
   상기 회전축에 결합되는 플레이트, 그리고
   상기 플레이트에 결합되며, 상기 회전축이 관통하는 관통홀 및 외주축을 따라 형성되는 복수의 극을 포함하는 센싱 마그네트를 포함하며,
   상기 복수의 극은 상기 센싱 마그네트의 원주 방향을 따라 배치되는 제1극과 제2극을 포함하고,
   상기 관통홀의 중심에서 상기 제2극의 내주면까지의 거리는, 상기 관통홀의 중심에서 상기 제1극의 내주면까지의 거리보다 작고, 상기 복수의 극은 복수의 그룹으로 구분되고, 각각의 상기 그룹은 경계에 배치되는 2개의 상기 제2극을 포함하고, 상기 2개의 제2극 사이에는 복수의 상기 제1극이 배치되고,
   상기 복수의 그룹 중 어느 하나의 그룹에 포함된 상기 2개의 제2 극의 극성은 서로 동일하고, 상기 하나의 그룹에 포함된 상기 제2극의 극성은 상기 하나의 그룹과 인접한 그룹에 포함된 상기 제2극의 극성과 상이한 모터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전축에 결합하는 로터와,
   상기 플레이트와 대향하여 배치되는 인쇄회로기판과,
   상기 인쇄회로기판의 상면에 배치되는 메인 센서 및 서브 센서를 더 포함하고,
   상기 메인 센서 및 상기 서브 센서는 서로 다른 위치에 배치되며, 상기 회전축의 회전에 따른 상기 센싱 마그네트의 자속 변화를 감지하는 모터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 메인 센서는 상기 제1극 및 상기 제2극에 대향하는 위치에 배치되고,
   상기 서브 센서는 상기 제2극에 대향하는 위치에 배치되고,
   상기 메인 센서는 상기 서브 센서보다 회전축에 가깝게 배치되는 모터.
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