JP6316581B2 - モータ及びそのセンシングマグネット - Google Patents

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Description

本発明は、モータ及びそのセンシングマグネットに関し、より詳細には、ステアリングモータ及びそのセンシングマグネット構造に関する。
ステアリングシステム(Ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ)は、自動車の操向安全性を保障するための装置として、別途の動力で操向を補助する機能を実行する。
最近には、油圧を利用した補助ステアリングシステムの代わりに動力の損失が少なくて正確性が優れた電動式ステアリングシステム(ＥＰＳ Ｓｙｓｔｅｍ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ)が主に使用されている。ＥＰＳは、速度センサ(ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ)、トルクアングルセンサ(Ｔｏｒｑｕｅ Ａｎｇｌｅ Ｓｅｎｓｏｒ)及びトルクセンサ(ｔｏｒｑｕｅ ｓｅｎｓｏｒ)などを含む。
電子制御装置(ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ)は、電動式ステアリングシステム(ＥＰＳ)に含まれたセンサを通じて運行条件を感知し、感知した運行条件に応じてモータを駆動する。これによって、旋回安全性が保障されて且つ迅速な復元力が提供されて運転者は安全に走行することが可能となる。
ＥＰＳシステムでは、運転者がより少ない力で操向作業ができるようにモータ(以下、「ＥＰＳモータ」という)がハンドルを操作するトルクを補助する。ＥＰＳモータでは、ＢＬＤＣ(ＢｒｕｓｈＬｅｓｓ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ)モータなどを使用することができる。ＢＬＤＣモータは、ブラッシュ(ｂｒｕｓｈ)、整流子(ｃｏｍｍｕｔａｔｏｒ)などの機械的な接触部を除いて電子的な整流機構を設置した直流モータ(ＤＣ ｍｏｔｏｒ)を意味する。
ＥＰＳモータは、操向を補助するためにモータの回転量を検出するためのセンシングマグネット(ｓｅｎｓｉｎｇ ｍａｇｎｅｔ)とセンサを含む。
センシングマグネットは、円盤状からなり、内側に形成されるメイン(ｍａｉｎ)マグネットと、外周側に形成されるサブ(ｓｕｂ)マグネットと、を含む。
メインマグネットは、ＥＰＳモータでロータ(ｒｏｔｏｒ)に挿入されたマグネットと同一に配列される複数の極からなり、センサと対向するように配置される。センサは、メインマグネットの回転による磁束変化を感知し、感知信号をＥＣＵに伝達することでＥＣＵはロータの回転を算出する。
サブマグネットは、メインマグネットより多い極からなり、メインマグネットの一つの極を細分化して極を配置する。すなわち、サブマグネットは、メインマグネットの一つの極に対応して複数の極を配置する。これによって、回転角度を一層細密に分割して測定することが可能であり、ＥＰＳモータの駆動をよりスムーズにすることができる。
メインマグネットとサブマグネットとの間には、メインマグネットとサブマグネットの間の磁速干渉を最小化し、且つメインマグネットとサブマグネットの順次な着磁のためにダミートラック(ｄｕｍｍｙ ｔｒａｃｋ)が配置される。
上述のように、センシングマグネットがメインマグネットとサブマグネットで構成されることで、メインマグネットを含む内輪部とサブマグネットを含む外輪部が所定の間隔を置いて順次に着磁される。これによって、二回の着磁工程が所定間隔で進行されて着磁時間が長くなる問題点がある。
また、メインマグネットとサブマグネットとの間に使わないダミートラックが存在して材料費が増加する問題点がある。
また、メインマグネットとサブマグネットとの間の磁速干渉が発生してセンサから出力されるＦＧ(Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ)信号のデューティー(ｄｕｔｙ)不均一をもたらしてセンシング精密度が低下する問題点がある。
したがって、前記のような従来の諸問題点を解消するために提案されたものであって、本発明の様々な実施形態により、センシングマグネットの着磁(Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ)工程を簡素化するモータ及びそのセンシングマグネットを提供する。
本発明の一実施形態によるモータは、回転軸と、前記回転軸に結合されるプレートと、前記プレートに結合され、前記回転軸が貫通する貫通ホール及び外周軸に沿って形成される複数の極を含むセンシングマグネットと、を含み、前記複数の極は、第１の極と、前記第１の極より貫通ホール方向に延長形成される第２の極と、を含む。
本発明の一実施形態よるセンシングマグネットは、中心部に位置する貫通ホールと、外周軸に沿って形成される複数の極と、を含み、前記複数の極は、第１の極と、前記第１の極より貫通ホール方向に延長形成される第２の極と、を含む。
本発明の実施形態によれば、別途のメインマグネットを着磁する必要なしにサブマグネット機能を実行する極の中で一部極を延長してメインマグネットで使用することができる。これによって、メインマグネットと、メインマグネット及びサブマグネットの間に位置するダミートラックを形成するために使われるマグネットの使用量が減少して材料費が節減される効果がある。
また、センシングマグネットの着磁時、メインマグネットに該当する内輪部とサブマグネットに該当する外輪部を二回にわたって着磁する必要なしに着磁工程を一回で減らすことで、着磁工程を簡素化することができる。
また、メインマグネットを削除することで、メインマグネットによるＦＧ歪曲発生を防止する効果がある。
図１は、本発明の一実施形態によるモータを示した断面図である。 図２は、本発明の一実施形態によるホールＩＣの動作を説明するための図である。 図３は、本発明の一実施形態によるセンシングマグネットを示した斜視図である。
本発明は、多様に変更可能であり、さまざまな実施形態を有することができる。ここでは、特定の実施形態を図面に例示して詳細に説明する。しかし、これは本発明の好ましい実施態様に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面内容に基づいてなされた均等な変更および付加は、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
第１、第２などの用語は、多様な構成要素を説明するために使用することができるが、前記構成要素は前記用語により限定されものではない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するための目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲を脱しない範囲で、第１の構成要素は第２の構成要素と命名することができ、同様に第２の構成要素も第１の構成要素と命名することができる。及び/またはとの用語は、複数の関連された記載された項目の組み合わせまたは複数の関連された記載された項目の中のいずれか一項目を含む。
いかなる構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるかあるいは「接続されて」いるとの用語は、ある構成要素が他の構成要素に直接的に連結されるかあるいは接続されることもできるが、中間に他の構成要素が介在することもできることを意味する。一方に、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるかあるいは「直接接続されて」いるとの用語は、中間に他の構成要素が存在しないことを意味する。
本明細書で使用した用語は、但し、特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明はこれに限定されるものではない。単数の表現は、文脈上明白に相違に記載しない限り複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するのであって、一つまたはその以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除することではない。
特定しない限り、技術的や科学的な用語を含んでここで使用されるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により一般的に理解される意味と同一な意味を有する。一般的に使用される辞典に定義された用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致することと解でき、本出願において明白に定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味を有することで解釈できない。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明するが、図面符号に関係なく同一であるか対応する構成要素には同一な参照番号を付与し、その重複説明は省略する。
図１は、本発明の一実施形態によるＥＰＳモータを示した斜視図である。また、図２は、本発明の一実施形態によるホールＩＣ(ｈａｌｌ ＩＣ)の動作を説明するための図である。また、図３は、本発明の一実施形態によるセンシングマグネットをセンシングマグネット側から見た斜視図である。
図１を参照すれば、ＥＰＳモータは、円筒状で上部が開放された形状のハウジング(ｈｏｕｓｉｎｇ)１０と、ハウジング１０の上部に結合するブラケット(ｂｒａｃｋｅｔ)２０と、がその外形を形成する。
ハウジング１０とブラケット２０には、回転軸(ｓｈａｆｔ)３０が回転可能に支持される。
回転軸３０の上部には、車両のステアリングコラム(ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｃｏｌｕｍｎ)が連結されて上述したように操向を補助する動力を提供する。
回転軸３０の外周面には、複数のマグネットが挿入されたロータ(ｒｏｔｏｒ)５０が結合される。また、ハウジング１０の内周面には、コア(ｃｏｒｅ)とコイル(ｃｏｉｌ)からなったステータ(ｓｔａｔｏｒ)４０が結合されてロータ５０の外周面から電磁気力を提供する。
ステータ４０は、ハウジング１０の内周面に配置され、ステータコアとステータコアに巻取されるコイル及び絶縁紙で構成される。
ロータ５０は、回転軸３０の外周面に結合する。ロータ５０の外周面はステータ４０と対向される。ロータ５０は、ロータコア及びマグネットで構成される。
ステータ４０に電流が印加されると、ステータ４０とロータ５０の電磁気的相互作用によりロータ５０が回転し、これによって、回転軸３０がロータ５０の回転に連動して回転する。
回転軸３０は、減速ギア(図示せず)を通じて自動車の操向軸と連結されるので、回転軸３０の回転により操向軸も一緒に回転することができる。したがって、ＥＰＳモータは運転者のステアリングホイールの回転に連動して回転する操向軸の回転を補助するようになる。
ブラケット２０の上面には、印刷回路基板８０が結合される。
印刷回路基板(ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ)８０の上面にはセンサ９１、９２が配置される。センサ９１、９２は、位置によってメインセンサ９１とサブセンサ９２に区分することができる。
メインセンサ９１は、サブセンサ９２に比べて回転軸３０に隣接して位置することができる。
メインセンサ９１は、後述するセンシングマグネット７０の極性または磁速変化を感知して、ロータ５０の回転角度を算出するために使われるセンシング信号を出力する。
サブセンサ９２は、後述するセンシングマグネット７０の磁速変化を感知してＦＧ(Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ)用センシング信号を出力する。サブセンサ９２から出力されるＦＧ用センシング信号を通じてメインセンサ９１から出力されるセンシング信号に比べてより細密に回転角度を算出することができる。
各センサ９１、９２は、ホール(ｈａｌｌ)ＩＣで具現することができる。
ホールＩＣは、ラッチタイプ(ｌａｔｃｈ ｔｙｐｅ)として、Ｎ極が近接する場合には第１の信号を出力し、Ｓ極が近接する場合には第１の信号と異なる第２の信号を出力する。また、Ｎ極(またはＳ極)が近接すれば、第１の信号(または第２の信号)を出力し、Ｓ極(またはＮ極)が近接する前まで磁速がなくても第１の信号(または第２の信号)を持続的に出力することができる。
ホールＩＣから出力される第１の信号及び第２の信号は、大きさがお互いに違う信号であってもよい。例えば、第１の信号は、５Ｖ(または０Ｖ)であり、第２の信号は、０Ｖ(または５Ｖ)である。
ホールＩＣから出力される第１の信号及び第２の信号は、極性がお互いに違う信号であってもよい。例えば、第１の信号は、極性が正(＋)(または負(−))の信号であり、第２の信号は、極性が負(−)(または正(＋))の信号である。
図２を参照すれば、ホールＩＣは、センシングマグネット７０のＮ極が近接することによって５Ｖの信号(ｓｅｎｓｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ)を出力する(ステップＳ１)。以後、ホールＩＣは、センシングマグネット７０のＮ極が遠くなっても５Ｖの出力を維持してから(ステップＳ２)、センシングマグネット７０のＳ極が近接することによって０Ｖの信号を出力する(ステップＳ３)。以後、ホールＩＣは、センシングマグネット７０のＳ極が遠くなっても０Ｖを維持してから(ステップＳ４、ステップＳ５)、次にＮ極がホールＩＣに近接すれば、５Ｖに出力電圧を変更する。
さらに、図１を参照すれば、印刷回路基板８０の上側には、プレート(ｐｌａｔｅ)６０が印刷回路基板８０から所定間隔が離隔されて印刷回路基板８０に対向して配置される。プレート６０は、回転軸３０と共に回転するように結合する。
プレート６０の下側には、印刷回路基板８０の上面に配置されたセンサ９１、９２に対向してセンシングマグネット７０が配置される。センシングマグネット７０は、回転軸３０に結合されて回転軸３０によって回転する。各センサ９１、９２は、上述のように、センシングマグネット７０の回転による極性または磁速変化を感知する。センサ９１、９２を通じて感知された回転による磁束変化は、回転軸３０の回転角度を計算するために使用される。
ＥＰＳモータは、上述のように計算した回転軸３０の回転角度によって適切な電流をステータ４０に印加して回転軸３０を回転させることで操向トルクを補助することができる。
図３を参照すれば、センシングマグネット７０は、プレート６０の形状に対応する円盤状で形成される。
センシングマグネット７０の中心部には、回転軸３０が貫通するように貫通ホール７１が形成される。
センシングマグネット７０は、外周に沿って相互に配列される複数のＮ極７２１と複数のＳ極７２２を含む。これによって、センシングマグネット７０が回転軸３０に結合されて回転すれば、Ｎ極７２１とＳ極７２２が相互にセンサ９１、９２を経るようになる。また、センサ９１、９２は、それによる極性変化または磁速変化を感知してセンシング信号を出力する。
センシングマグネット７０を形成する複数の極７２は、ロータ５０に挿入された各マグネットの位置によって複数のグループに分けられる。また、各グループに含まれた極の中で他のグループとの境界に配置された二つの極７２１、７２３が残り極７２２に比べて中心に形成された貫通ホール７１の方向に延長形成される。
センシングマグネット７０を形成する全ての極７２は、サブセンサ９２がロータ５０の回転による磁束変化を細密に感知できるように使用することができる。そのために、センシングマグネット７０を形成する全ての極７２はサブセンサ９２に対向する位置８２をカバーするように形成される。
センシングマグネット７０を形成する極の中で貫通ホール７１方向に延長形成される極７２１、７２３は、メインセンサ９１でロータ５０の回転による磁速変化を感知するためにも使用することができる。そのために、延長形成される極７２１、７２３は、メインセンサ９１に対向する位置８１までカバーするように延長形成される。すなわち、各グループの境界に配置される極７２１、７２３は、一般的なサブマグネットの機能だけではなくメインマグネットとしての機能も実行する。
これによって、各グループで貫通ホール７１方向に延長形成される極７２１、７２３は、ロータ５０に挿入された各マグネットの位置によって極性が決定される。すなわち、各グループは、該当グループに対応するロータ５０のマグネットの極性と同一な極性である極が境界部分に配列されるように極を配列して形成することができる。例えば、ロータ５０に挿入されたＮ極のマグネットに対応するグループの場合、Ｎ極がグループの境界部分に配列されるようにＮ極とＳ極を交互に配置する。
上述のように、ホールＩＣで具現されたメインセンサ９１は、ラッチで動作するので、各グループの境界でＮ極(またはＳ極)を感知すれば、磁速がなくてもＳ極(またはＮ極)を感知する前までＮ極に対応するセンシング信号を持続的に出力する。これによって、センシングマグネット７０は、別途のメインマグネットを着磁する必要なしにメイン極が変化する境界部分に位置する極をメインセンサ９１に対向する位置まで延長してメインマグネットで使用することができる。
上述の本発明の一実施形態によれば、別途のメインマグネットを着磁する必要なしにサブマグネット機能を実行する極の中で一部極を延長してメインマグネットで使用することができる。これによって、メインマグネットと、メインマグネット及びサブマグネットの間に位置するダミートラックを形成するために使われるマグネット使用量が減少して材料費が節減される効果がある。
また、センシングマグネットの着磁時、メインマグネットに該当する内輪部とサブマグネットに該当する外輪部を二回にわたって着磁する必要なくて着磁工程を一回で減らすことができるので、着磁工程を簡素化することが可能である。
また、メインマグネットを削除することでメインマグネットによるＦＧ歪曲発生を防止する効果がある。
以上、添付した図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施形態及び添付された図面に限定されるものではない。
６０：プレート
７０：センシングマグネット
７２：極
８０：印刷回路基板
９１、９２：センサ

Claims (5)

  1. 回転軸と、
    前記回転軸に結合されるプレートと、
    前記プレート上に配置され、前記回転軸が貫通する貫通ホールと外周軸に沿って形成される複数の極を含むセンシングマグネットを含み、
    前記複数の極は、前記プレート上に円周方向に沿って配置される第１の極と第２の極を含み、
    前記第１の極と前記第２の極は、前記プレートの外周縁から半径方向に前記貫通ホールに向かって延長され、前記貫通ホールの中心から前記第２の極の内周縁までの距離は前記第１の極の内周縁までの距離よりも短く、前記複数の極は、複数のグループに区分され、それぞれの前記グループは、境界に配置される２つの第２の極を含み、前記２つの第２の極の間には、複数の第１の極が配置され、前記複数のグループのいずれかのグループに含まれた前記２つの第２の極の極性は、互いに同じであり、前記いずれかのグループに含まれた前記第２の極の極性は、前記いずれかのグループと隣接する前記グループに含まれる前記第２の極の極性と、異なるモータ。
  2. 前記回転軸に結合するロータと、
    前記プレートと対向して配置される印刷回路基板と、
    前記印刷回路基板の上面に配置される第１及び第２のセンサを含み、
    前記第１及び第２のセンサは、お互いに違う位置に配置され、前記回転軸の回転による前記センシングマグネットの磁束変化を感知する請求項１に記載のモータ。
  3. 前記第１のセンサは、前記第１及び第２の極に対向する位置に配置され、
    前記第２のセンサは、前記第２の極に対向する位置に配置され、前記貫通ホールの中心から前記第２のセンサまでの距離は、前記貫通ホールの中心から前記第１のセンサまでの距離よりも短い請求項２に記載のモータ。
  4. 前記貫通ホールの中心を基準に円周方向に沿って前記第１のセンサと前記第２のセンサが整列する請求項３に記載のモータ。
  5. 前記第２の極は、同じ数のＮ極とＳ極を含む請求項１に記載のモータ。
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