KR102211317B1 - 차량용 영구자석 전기모터 - Google Patents

차량용 영구자석 전기모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 영구자석 전기모터를 개시한다. 개시된 차량용 영구자석 전기모터는, 철심 코어에 3상의 코일이 권선되어 구성되며, 차량의 너클과 연결되는 고정자와, 하우징의 내부에 결합되는 영구자석이 고정자의 외측에 위치하도록 고정자에 회전 가능하게 결합되며, 차량의 타이어 휠에 결합되는 회전자와, 회전자의 회전에 따른 영구자석의 N극과 S극의 자극 변화를 감지하도록 고정자에 복수개 구비되며, 어느 하나가 영구자석의 N극을 감지하면 다른 하나가 영구자석의 S극을 감지하는 자석감지 홀센서부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 영구자석의 자극을 감지하는 홀센서를 S극과 N극을 각각 감지하도록 고정자에 적어도 2개 이상 연속되게 배치하여 홀센서의 오작동과 파손에 의한 불량률을 현저하게 감소시킬 수 있다.

Description

차량용 영구자석 전기모터{Permanent Magnet Electric Motors Of Vehicle}
본 발명은 차량용 영구자석 전기모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영구자석의 자극을 감지하는 홀센서를 S극과 N극을 각각 감지하도록 고정자에 적어도 2개 이상 연속되게 배치하여 홀센서의 오작동과 파손에 의한 불량률을 현저하게 감소시킬 수 있도록 하는 차량용 영구자석 전기모터에 관한 것이다.
일반적으로, 화석연료가 고갈되어 감에 따라 휘발유, 경유 등과 같은 화석연료를 사용하는 차량 대신에 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동하는 전기 자동차의 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있다.
통상의 전기 자동차는, 충전 배터리에 저장된 전기 에너지만을 이용하여 모터를 구동하는 순수 전기 차량, 광전지를 이용하여 모터를 구동하는 태양전지 차량, 수소연료를 사용하는 연료전지를 이용하여 모터를 구동하는 연료전지 차량, 화석연료를 이용하여 엔진을 구동하고 전기를 이용하여 모터를 구동함으로써 엔진과 모터를 병용하는 하이브리드 차량 등으로 구분된다.
이처럼 전기 자동차가 점차 상용화되고 있음에 따라 전기모터에 대한 활용도가 더욱 높아지고 있는 추세이다.
전기모터는 고정자와 회전자로 이루어지며, 코어와 코일로 이루어지는 고정자가 안전상의 이유로 절연처리된다.
전기모터는 통상 회전자(ROTATOR)와 고정자(STATOR)로 구성되며, 회전자는 코어에 결합되는 영구자석(Magnet)이 고정자의 외측에 위치하도록 배치되고, 고정자는 원주방향을 따라 일정간격으로 돌출 형성되어 있는 철심에 출력용 3상 코일이 각각 권선된다. 그리고, 고정자에 구비되는 홀센서를 이용하여 회전자의 회전을 감지하게 된다.
이와 같은 전기모터는 회전자가 회전함에 따라 홀센서에서 온 또는 오프의 디지털 신호를 발생하여 회전자의 위치 정보를 출력하고, 이 위치 정보를 기반으로 일련의 구동제어(모터속도 계산 등)가 실행될 수 있다.
그런데, 상기와 같은 종래 기술의 차량용 전기모터는 홀센서의 단선과 같은 파손으로 인하여 홀센서 감지 오류가 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
한편, 국내 등록특허 제10-1604917호(등록일:2016.03.14)에는 "전기적 접속 신뢰성이 향상된 홀센서 어셈블리를 갖는 모터의 스테이터 어셈블리"가 개시되어 있고, 등록특허 제10-1482939호(등록일:2015.01.06)에는 "BLDC모터의 홀센서 체결구조"이 개시되어 있고, 등록특허 제10-1655537호(등록일:2016.09.01)에는 "홀센서를 이용한 모터의 위치 검출 및 속도 계산 방법"이 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 영구자석의 자극을 감지하는 홀센서를 S극과 N극을 각각 감지하도록 고정자에 적어도 2개 이상 연속되게 배치함으로써, 홀센서의 오작동과 파손에 의한 불량률을 현저하게 줄일 수 있는 차량용 영구자석 전기모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 차량용 영구자석 전기모터는, 철심 코어에 3상의 코일이 권선되어 구성되며, 차량의 너클과 연결되는 고정자와, 하우징의 내부에 결합되는 영구자석이 상기 고정자의 외측에 위치하도록 상기 고정자에 회전 가능하게 결합되며, 차량의 타이어 휠에 결합되는 회전자와, 상기 회전자의 회전에 따른 상기 영구자석의 N극과 S극의 자극 변화를 감지하도록 상기 고정자에 복수개 구비되며, 어느 하나가 상기 영구자석의 N극을 감지하면 다른 하나가 상기 영구자석의 S극을 감지하는 자석감지 홀센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 자석감지 홀센서부는, 상기 영구자석의 N극을 감지하는 제1홀센서가 적어도 3개 이상 연속되게 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 자석감지 홀센서부는, 상기 영구자석의 S극을 각각 감지하는 제2홀센서가 적어도 3개 이상 연속되게 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 자석감지 홀센서부는, 상기 제1홀센서가 N극을 감지하면 하이신호 또는 로우신호를 출력하고, 상기 제2홀센서가 S극을 감지하면 상기 제1홀센서와 다른 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 고정자는, 상기 너클과 결합되며, 외면에 상기 철심 코어가 결합되는 고정허브와, 상기 고정허브의 중앙부에 결합되어 상기 회전자의 회전을 지지하는 고정축부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 회전자는, 베어링을 통해 상기 고정축부재에 회전가능하게 결합되며, 볼트부재를 통해 상기 타이어 휠과 결합되는 브레이크유닛과, 내면에 상기 영구자석이 결합되며, 상기 영구자석이 상기 철심 코어의 외측에 위치하도록 상기 브레이크유닛에 결합되어 상기 브레이크유닛을 회전시키는 하우징 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 영구자석 전기모터는 종래기술과는 달리 영구자석의 자극을 감지하는 홀센서를 S극과 N극을 각각 감지하도록 고정자에 적어도 2개 이상 연속되게 배치됨은 물론 홀센서가 S극과 N극을 감지할 때 서로 다른 신호를 출력하므로, 어느 하나의 홀센서의 오작동과 파손을 용이하게 감지하여 의한 불량률을 현저하게 줄일 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 영구자석 전기모터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 영구자석 전기모터를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 영구자석 전기모터를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자석감지 홀센서부의 장착구조를 설명하기 위한 요부확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자석감지 홀센서부의 배치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자석감지 홀센서부의 다른 배치 형태를 설명하기 위한 요부 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자석감지 홀센서부의 또 다른 배치 형태를 설명하기 위한 요부 확대도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 영구자석 전기모터의 바람직한 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 영구자석 전기모터를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 영구자석 전기모터를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 영구자석 전기모터를 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자석감지 홀센서부의 장착구조를 설명하기 위한 요부확대 사시도이다.
또한, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자석감지 홀센서부의 배치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자석감지 홀센서부의 다른 배치 형태를 설명하기 위한 요부 확대도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자석감지 홀센서부의 또 다른 배치 형태를 설명하기 위한 요부 확대도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 영구자석 전기모터(100)는 차량의 서스펜션(도시생략)과 연결되는 고정자(110)와, 차량의 타이어 휠(10)에 결합되는 회전자(120)와, 회전자(120)의 회전을 감지하도록 고정자(110)에 구비되는 자석감지 홀센서부(130)를 포함한다.
이러한 본 실시 예에 따른 차량용 영구자석 전기모터(100)는 자석감지 홀센서부(130)를 통해 회전자(120)의 회전을 정확하고 안정되게 감지할 수 있으며, 자석감지 홀센서부(130)의 오동작 및 파손을 효율적으로 확인할 수 있다.
고정자(110)는 차량의 너클(20)과 결합되는 고정허브(111)와, 고정허브(111)의 외면에 결합되는 철심 코어(113)와, 고정허브(111)의 중앙부에 결합되는 고정축부재(115)를 포함한다.
고정허브(111)는 철심 코어(113)의 결합을 위하여 원통 형상으로 형성되며, 내면에 고정축부재(115)의 결합을 위한 축결합 플랜지(111a)가 형성된다. 축결합 플랜지(111a)에는 고정축부재(115)가 결합되도록 중앙부에 축결합공이 형성되고, 일측에 고정축부재(115)의 지지를 위한 체인저블록(111b)이 결합된다. 체인저블록(111b)에는 너클(20)이 볼트에 의해 고정된다.
철심 코어(113)에 고정허브(111)의 외면에 결합되며, 회전자(120)와의 전자기력 발생을 위한 코일이 권선된다. 이때, 철심 코어(113)에 권선되는 코일을 3상으로 권선된다. 이러한 철심 코어(113)는 복수의 철판이 복수개 적층되어 형성되며, 자석감지 홀센서부(130)가 결합된다. 이때, 철심 코어(113)는 자석감지 홀센서부(130)의 안정되고 견고하게 고정하기 위하여 센서고정홈(113a)이 형성된다.
고정축부재(115)는 고정허브(111)의 축결합 플랜지(111a) 및 체인저블록(111b)에 축결합되며, 일단부에 회전자(120)가 회전가능하게 결합된다.
회전자(120)는 고정자(110)와의 전자기력에 의해 고정축부재(115)를 중심으로 회전하면서 차량의 타이어(도시생략)를 회전시킨다. 이를 위하여 회전자(120)는 차량의 타이어 휠(10)에 결합된다.
구체적으로, 회전자(120)는 베어링을 통해 고정축부재(115)에 회전가능하게 결합되는 브레이크유닛(121)과, 고정자(110)와의 전자기력 발생을 위한 하우징 유닛(123)을 포함한다.
브레이크유닛(121)은 베어링을 통해 고정축부재(115)에 회전가능하게 결합되는 브레이크드럼(121a)과, 브레이크드럼(121a)의 회전을 선택적으로 조절하기 위한 브레이크 플레이트(121b)를 구비한다. 이때, 브레이크드럼(121a)과 브레이크 플레이트(121b) 사이에는 브레이크드럼(121a)의 회전을 조절할 수 있는 브레이크 시스템이 구비될 수 있다.
브레이크드럼(121a)은 고정허브(111)의 내부에 위치하도록 고정축부재(115)에 결합되며, 타이어 휠(10)이 고정되는 휠고정볼트(121c)를 복수개 구비한다.
브레이크 플레이트(121b)는 고정자(110)의 축결합 플랜지(111a)에 고정된다.
브레이크드럼(121a)을 회전시키는 하우징 유닛(123)은 고정자(110)에 의해 발생하는 전자기력을 통해 고정자(110)에서 회전하게 된다. 이러한 하우징 유닛(123)은 고정자(110)와의 전자기력 발생을 위하여 영구자석(125)을 구비하며, 브레이크드럼(121a)을 회전시키게 된다.
구체적으로 하우징 유닛(123)은 브레이크드럼(121a)에 결합되는 외측커버(123a)와, 영구자석(125)이 결합되는 하우징(123b)과, 하우징(123b)을 커버하는 내측커버(123c)를 포함한다.
하우징(123b)은 원통 형상으로 형성되어 철심 코어(113)의 외측에 위치하며, 내면을 따라 영구자석(125)이 접합된다. 그리고 회전자(120)의 회전은 자석감지 홀센서부(130)에 의해 감지된다.
자석감지 홀센서부(130)는 회전자(120)의 회전에 따른 영구자석(125)의 N극과 S극의 자극 변화를 감지하도록 고정자(110)의 철심 코어(113)에 복수개 구비된다. 이러한 자석감지 홀센서부(130)는 영구자석(125)의 N극을 감지하여 선택적으로 신호를 발생하는 제1홀센서(131)와, 영구자석(125)의 S극을 감지하여 선택적으로 신호를 발생하는 제2홀센서(133)를 포함한다.
예를 들어 본 실시 예에 따른 자석감지 홀센서부(130)는, 제1홀센서(131)가 N극을 감지하면 하이신호 또는 로우신호를 출력하고, 제2홀센서(133)가 S극을 감지하면 제1홀센서(131)와 다른 신호를 출력한다. 예를 들어 제1홀센서(131)가 하이신호를 출력하면 제2홀센서(133)가 로우신호를 출력한다.
또한, 자석감지 홀센서부(130)는 영구자석(125)의 안정적인 감지와 정확한 신호 발생을 위하여 제1홀센서(131)와 제2홀센서(133)가 적어도 3개 이상 각각 구비된다.
예를 들어 자석감지 홀센서부(130)는 제1홀센서(131)가 영구자석(125)의 N극을 감지하여 신호를 발생할 때 제2홀센서(133)가 영구자석(125)의 S극을 감지하여 신호를 발생한다. 즉, 제1홀센서(131)와 제2홀센서(133)는 영구자석(125)의 N극과 S극을 동시에 각각 감지하여 감지신호를 발생하게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 자석감지 홀센서부(130)는 제1홀센서(131)가 철심 코어(113)의 일측에 3개 결합되고, 제2홀센서(133)가 철심 코어(113)의 타측에 3개 결합된다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 자석감지 홀센서부(130)는 제1홀센서(131)가 철심 코어(113)의 일측에 3개 연속되게 배치되고, 제2홀센서(133)가 제1홀센서(131)와 특정거리 예를 들어 영구자석(125) 폭보다 넓게 이격되어 3개가 연속되게 배치된다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 자석감지 홀센서부(130)는 제1홀센서(131) 및 제2홀센서(133)가 철심 코어(113)에 연속되게 3개씩 결합된다.
본 실시 예에 따른 차량용 영구자석 전기모터(100)는 철심 코어(113)에 센서고정홈이 형성되고, 센서고정홈에 자석감지 홀센서부(130)가 삽입되어 고정되므로, 크기를 줄일 수 있게 된다. 이를 통해 제조원가를 절감할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 차량용 영구자석 전기모터(100)는 영구자석(125)의 회전을 감지하는 자석감지 홀센서부(130)가 N극과 S극을 동시에 감지하므로, 감지 오류를 방지할 수 있음은 물론, N극과 S극 각각을 복수의 제1홀센서(131) 및 제2홀센서(133)를 이용하여 감지하므로, 홀센서의 비정상적인 제어로 인한 모터의 파손을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 차량용 영구자석 전기모터 10 : 타이어 휠
20 : 너클 110 : 고정자
111 : 고정허브 111a : 축결합 플랜지
111b : 체인저블록 113 : 철심 코어
115 : 고정축부재 120 : 회전자
121 : 브레이크유닛 123 : 하우징 유닛
125 : 영구자석 130 : 자석감지 홀센서부
131 : 제1홀센서 133 : 제2홀센서

Claims (3)

  1. 철심 코어에 3상의 코일이 권선되어 구성되며, 차량의 너클과 연결되는 고정자; 하우징의 내부에 결합되는 영구자석이 상기 고정자의 외측에 위치하도록 상기 고정자에 회전 가능하게 결합되며, 차량의 타이어 휠에 결합되는 회전자; 및 상기 회전자의 회전에 따른 상기 영구자석의 N극과 S극의 자극 변화를 감지하도록 상기 고정자에 복수개 구비되며, 어느 하나가 상기 영구자석의 N극을 감지하면 다른 하나가 상기 영구자석의 S극을 감지하는 자석감지 홀센서부;를 포함하며,
    상기 고정자는, 상기 너클과 결합되며, 외면에 상기 철심 코어가 결합되는 고정허브; 및 상기 고정허브의 중앙부에 결합되어 상기 회전자의 회전을 지지하는 고정축부재;를 더 포함하며,
    상기 회전자는, 베어링을 통해 상기 고정축부재에 회전가능하게 결합되며, 볼트부재를 통해 상기 타이어 휠과 결합되는 브레이크유닛; 및 내면에 상기 영구자석이 결합되며, 상기 영구자석이 상기 철심 코어의 외측에 위치하도록 상기 브레이크유닛에 결합되어 상기 브레이크유닛을 회전시키는 하우징 유닛;을 포함하고,
    상기 브레이크유닛은 베어링을 통해 상기 고정축부재에 회전가능하게 결합되는 브레이크드럼과, 상기 브레이크드럼의 회전을 선택적으로 조절하기 위한 브레이크 플레이트;를 구비하고,
    상기 하우징 유닛은 상기 브레이크드럼에 결합되는 외측커버와, 상기 영구자석이 결합되는 상기 하우징을 커버하는 내측커버를 포함하며,
    상기 자석감지 홀센서부는, 상기 영구자석의 N극을 감지하는 제1홀센서가 적어도 3개 이상 연속되게 배열되고, 상기 영구자석의 S극을 각각 감지하는 제2홀센서가 적어도 3개 이상 연속되게 배열되며,
    상기 철심 코어는 상기 자석감지 홀센서부를 고정하기 위하여 센서고정홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 영구자석 전기모터.
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