JP6914940B2 - モーターおよびこれを含む電動式操向装置 - Google Patents

Description

実施例はモーターとこれを含む電動式操向装置に関するものである。

一般に、モーターはローターとステーターの電磁的相互作用によってローターが回転するようになる。この時、ローターに挿入された回転軸も回転するようになって回転駆動力を発生させる。

ローター位置感知装置として、モーターの内側には磁気素子を含むセンサが配置される。センサは，ローターと回転連動可能に設置されたセンシングマグネットの磁気力を感知してローターの現在位置を把握する。

センサは複数個の磁気素子で構成され得る。この時、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の情報をフィードバックするための３個の磁気素子の他に、モーターの回転方向とより精密な回転角を把握するために、２個の磁気素子がさらに設置される。２個の磁気素子は、センシングマグネットの円周方向に沿って一定の間隔で離れて配置される。それにより、２個の磁気素子で検出されたセンシングシグナルは位相差を有するようになり、これを通じてモーターの回転方向および回転角を細密に把握するようになる。

前記磁気素子は印刷回路基板に実装されてモーターのハウジングの内部に配置され得、電磁波（ＥＭＩ）に脆弱な構造であるため、ＥＭＩ試験時、電磁波不良の可能性が高い。

それに伴い、静電気（ＥＳＤ）の試験時に前記磁気素子の不良可能性が高くなる問題がある。

本発明が達成しようとする技術的課題は前記した問題点を解決するためのものであって、基板にホールＩＣ（ＩＣ）に対応するグラウンドパターンを形成することによって電磁波または静電気による不良可能性を減少させる、モーターおよびこれを含む電動式操向装置を提供する。

実施例が解決しようとする課題は以上で言及された課題に限定されず、ここで言及されなかったさらに他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

前記課題は実施例により、内部に収容空間と一側に開口が形成されたハウジング；前記ハウジングの前記開口を覆うように配置されるブラケット；前記収容空間に配置されるステーター；前記ステーターの内部に配置されるローター；前記ローターに結合するシャフト；前記ローター上に配置されるセンシングマグネットアセンブリー；および前記センシングマグネットアセンブリーの磁束の変化を感知するローター位置感知装置を含み、前記ローター位置感知装置は、基板；前記基板に実装されるホールシグナル磁気素子；前記基板に実装されるエンコーダーシグナル磁気素子；および前記基板に形成された第１グラウンドパターンを含み、前記第１グラウンドパターンは前記ホールシグナル磁気素子と電気的に連結されるモーターによって達成される。

前記第１グラウンドパターンは、前記基板の円周方向に沿って中央を通る仮想線Ｃを基準として前記基板の内側に配置され得る。

そして、前記エンコーダーシグナル磁気素子に電気的に連結されるものの、前記基板の円周方向に沿って中央を通る仮想線Ｃを基準として前記基板の外側の縁に形成された第２グラウンドパターンをさらに含むことができる。

ここで、前記ブラケットは、ブラケット本体；前記ブラケット本体の中央に形成されて前記シャフトが配置される結合孔；前記結合孔の周辺に前記ローターに向かって凹んで形成された載置部；および前記ブラケット本体の下面に突出して形成された結合部を含むことができる。

また、固定部材によって前記第２グラウンドパターンは前記結合部の一側に接触するように固定され得る。

また、前記第２グラウンドパターンが前記固定部材によって前記結合部に接触されることによって、前記第１グラウンドパターンは前記載置部の一側に接触することができる。

一方、前記センシングマグネットアセンブリーは、センシングプレート；および前記センシングプレートに載置されるセンシングマグネットを含み、前記センシングプレートは前記シャフトに結合されて回転することができる。

好ましくは、前記センシングマグネットは、前記センシングプレートの中央に配置されるメインマグネット；および前記センシングプレートの縁に配置されるサブマグネットを含み、前記ホールシグナル磁気素子は前記メインマグネットの磁束の変化を感知し、前記エンコーダーシグナル磁気素子は前記サブマグネットの磁束の変化を感知することができる。

そして、前記基板の円周方向に沿って中央を通る仮想線Ｃを基準として、前記ホールシグナル磁気素子は前記基板の内側に配置され、前記エンコーダーシグナル磁気素子は前記基板の外側に配置され得る。

また、前記メインマグネットは複数個の分割マグネットで形成され、前記分割マグネットの個数は前記ローターのマグネットの個数と同じであり得る。

前記課題は実施例により、操向軸；前記操向軸に連結されるモーターを含み、前記モーターは上述されたモーターで提供される電動式操向装置によって達成される。

前記のような構成を有する実施例に係るローター位置感知装置は、ホールＩＣによるモーターの電磁波（ＥＭＩ）不良可能性を減少させることができる。

また、前記ローター位置感知装置は、モーターの静電気に対する不良可能性を減少させることができる。

実施例に係るモーターを示す斜視図。 実施例に係るモーターを示す分解斜視図。 図１のＡ−Ａ線による実施例に係るモーターの断面を示す図面。 実施例に係るモーターのブラケットを示す斜視図。 実施例に係るモーターのブラケットを示す底面斜視図。 実施例に係るモーターのセンシングマグネットアセンブリーを示す図面。 実施例に係るモーターのローター位置感知装置を示す図面。 基準例との比較を通じて実施例に係るモーターのＥＭＩの改善を示す図面。 実施例に係る電動式操向装置を示す図面。

本発明は多様な変更を加えることができ、多様な実施例を有することができるところ、特定の実施例を図面に例示して説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。

第２、第１等のように序数を含む用語は、多様な構成要素の説明に使われ得るが、前記構成要素は前記用語によって限定されはしない。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目的でのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく第２構成要素は第１構成要素と命名され得、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名され得る。および／またはこれという用語は、複数の関連した記載された項目の組み合わせまたは複数の関連した記載された項目のうちいずれかの項目を含む。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」あるとか「接続されて」あると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されているかまたは接続されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもあると理解されるべきである。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」あるとか「直接接続されて」あると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されるべきである。

実施例の説明において、いずれか一つの構成要素が他の構成要素の「上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合において、「上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」は二つの構成要素が互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触するか一つ以上の他の構成要素が前記二つの構成要素の間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されることをすべて含む。また「上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」と表現される場合、一つの構成要素を基準として上方向だけでなく下方向の意味も含み得る。

本出願で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、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しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、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の可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。

異なって定義されない限り、技術的であるか科学的な用語を含んでここで使わ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って一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使われる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味と解釈されない。

以下、添付された図面を参照して実施例を詳細に説明するものの、図面符号にかかわらず同一であるか対応する構成要素は同じ参照番号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。

本発明の実施例に係るモーターは基板にホールＩＣ（ＩＣ）に対応するグラウンドパターンを形成することによって電磁波または静電気による不良可能性を減少させることができる。

図１〜図９を参照して詳察すると、本発明の実施例に係るモーター１は、ハウジング１００、ブラケット２００、ハウジング１００の内側に配置されたステーター３００、ステーター３００に回転可能に配置されたローター４００、ローター４００に貫通挿入されて連動回転するシャフト５００、ベアリング６００、センシングマグネットアセンブリー７００、ローター位置感知装置８００およびバスバー９００を含むことができる。

また、前記モーター１は、シャフト５００の回転を支持するように配置される下部ベアリング６１０、シャフト５００の一側端部に配置されるカプラー６２０、バスバー電源線９１）等をさらに含むことができる。

ハウジング１００は筒状に形成され得る。そしてハウジング１００の内部には、ステーター３００、ローター４００およびバスバー９００が装着され得る収容空間Ｓが設けられる。

図１に図示された通り、ハウジング１００は円筒状に形成され得、一側に形成された開口と前記開口と連通するように形成された収容空間Ｓを含むことができる。この時、ハウジング１００の形状や材質は多様に変形され得るが高温でもよく耐え得る金属材質が選択され得る。

ハウジング１００は、前記開口を覆うように配置されるブラケット２００と結合してステーター３００とローター４００とを外部と遮蔽する。また、内部の熱を容易に排出できるように、冷却構造（図示されず）がさらに含まれ得る。このような冷却構造は空冷または水冷構造が選択され得、冷却構造によりハウジング１００の形状は適切に変形され得る。

図４および図５を参照して詳察すると、ブラケット２００は、板状のブラケット本体２１０、ブラケット本体２１０の中央に形成された結合孔２２０、結合孔２２０の周辺に凹んだ形状に形成された載置部２３０および結合部２４０を含むことができる。

ブラケット本体２１０はハウジング１００の前記開口を覆うように配置され得る。

載置部２３０は、図４に図示された通り、ブラケット本体２１０の上面２１１を基準としてローター４００に向かって中央に凹んだ溝の形状に形成され得る。そして、載置部２３０の中央にはシャフト５００が配置されるように結合孔２２０が形成され得る。

それにより、載置部２３０の載置面２３１にはベアリング６００がシャフト５００を回転可能に支持するように配置され得る。

結合部２４０は、図５に図示された通り、ブラケット本体２１０の下面２１２に突出して形成され得る。この時、結合部２４０は載置部２３０と離隔して配置され得る。

そして、結合部２４０には、ボルト、ねじなどのような固定部材１０によってローター位置感知装置８００の一側が接触するように固定され得る。より詳細には、ローター位置感知装置８００の第２グラウンドパターン８５０が固定部材１０によって結合部２４０の接触面２４１に接触するように固定され得る。

そして、第２グラウンドパターン８５０が固定部材１０により結合部２４０の接触面２４１に接触するように固定されることによって、第１グラウンドパターン８４０は載置部２３０の接触面２３２に密着して配置され得る。

ステーター３００はハウジング１００の収容空間Ｓに挿入される。ステーター３００は、ステーターコア３１０およびステーターコア３１０に巻き取られるコイル３２０を含むことができる。ステーターコア３１０は、リング状に形成された一体型コアであるかまたは複数個の分割コアが結合されたコアでもよい。

ステーター３００はモーターの種類によって適切に変形され得る。例えば、ＤＣモーターである場合には一体型ステーターコアにコイルが巻き取られ得、３相制御モーターである場合には複数個のコイルにＵ、Ｖ、Ｗ相がそれぞれ入力されるように製作されてもよい。

ステーター３００の上側にはバスバー（Ｂｕｓｂａｒ）９００が配置され得、ステーター３００のコイル３２０はバスバー９００に連結され得る。この時、バスバー９００にはコイル３２０と電気的に連結される複数の金属部材（ターミナル）がインシュレーターによって絶縁されつつ固定されるように配置され得る。

ローター４００はステーター３００と回転可能に配置される。ローター４００にはマグネットが配置され、ステーター３００との電磁的相互作用によってローター４００は回転することができる。

ローター４００の中央部にはシャフト５００が結合される。したがって、ローター４００が回転する場合、シャフト５００も一緒に回転する。この時、シャフト５００はベアリング６００により回転可能に支持され得る。

シャフト５００は外部機構物と結合されて動力を提供する。一例として、前記モーター１がＥＰＳモーターとして利用される場合、シャフト５００は車両の操向軸に連結されて操向を補助する動力を提供することができる。

本発明の一実施例に係るローター位置感知装置８００は、シャフト５００と連動回転するセンシングマグネットアセンブリー７００の磁束の変化を検出することによってローター４００の回転位置を検出する。

図６を参照して詳察すると、センシングマグネットアセンブリー７００は、センシングプレート７１０およびセンシングプレート７１０に載置されるセンシングマグネット７２０を含むことができる。センシングプレート７１０はシャフト５００に結合して回転することができる。

センシングマグネット７２０は円板状に形成され、センシングプレート７１０の中央に配置されるメインマグネット７１１と、センシングプレート７１０の縁に配置されるサブマグネット７１２を含むことができる。メインマグネット７１１は分割リング状に形成された複数個の分割マグネットを含む。メインマグネット７１１の分割マグネットの個数（極数）はローターマグネットの個数（極数）と同一に配置されてローターの回転を検出できるように構成される。

サブマグネット７１２は円板の縁に配置され、メインマグネット７１１よりも多い個数（極数）の分割マグネットを含む。これに伴い、メインマグネット７１１の一つの極（分割マグネット）をさらに細分化して分解する。したがって、回転量の検出をさらに精密に測定するように測定することができる。ここで、サブマグネット７１２は円周方向に沿ってＮ極の分割マグネットとＳ極の分割マグネットとが交互に配置され得る。

図７を参照して詳察すると、前記ローター位置感知装置８００は、基板８１０、基板８１０に所定の間隔で離隔して配置される複数個のホールシグナル磁気素子８２０、基板８１０に所定の間隔で離隔して配置される複数個のエンコーダーシグナル磁気素子８３０、ホールシグナル磁気素子８２０と電気的に連結された第１グラウンドパターン８４０、エンコーダーシグナル磁気素子８３０と電気的に連結された第２グラウンドパターン８５０および固定孔８６０を含むことができる。

基板８１０に配置された磁気素子８２０、８３０は、センシングマグネットアセンブリー７００と離隔配置されて磁束の変化による回転角度を計算することができる。ここで、磁気素子８２０、８３０はホールＩＣ（Ｈａｌｌ ＩＣ）であり得、図７に図示された通り、磁気素子８２０、８３０のそれぞれは、ＶｃｃおよびグラウンドＧＮＤが分離された構造に形成され得る。

図７を参照して詳察すると、基板８１０は弧状のプレートに形成され得る。そして、基板８１０の円周方向に沿って基板８１０の中央に図示された仮想線Ｃを基準として内側にはホールシグナル磁気素子８２０と第１グラウンドパターン８４０が配置され得る。

ここで、「外側」とはシャフト５００の回転中心から半径方向に仮想線Ｃを基準として外側を意味し、「内側」とはシャフト５００の回転中心から半径方向に仮想線Ｃを基準として内側を意味する。

第１グラウンドパターン８４０は弧状に形成され得、基板８１０の内側の縁に配置され得る。そして、第１グラウンドパターン８４０はホールシグナル磁気素子８２０のグラウンドＧＮＤと電気的に連結され得る。

そして、第１グラウンドパターン８４０はブラケット２００の一側に密着して配置され得る。例えば、第１グラウンドパターン８４０はブラケット２００の載置面２３１の反対側に位置する接触面２３２に密着して配置され得る。

したがって、ホールシグナル磁気素子８２０のグラウンドＧＮＤ面積が相対的に増加するようになり、それに伴い、ホールシグナル磁気素子８２０による前記モーター１の電磁波（ＥＭＩ）不良可能性または静電気に対する不良可能性が減少され得る。

一方、基板８１０の円周方向に沿って図示された仮想線Ｃを基準として外側には、エンコーダーシグナル磁気素子８３０と第２グラウンドパターン８５０が配置され得る。

ここで、第２グラウンドパターン８５０は弧状に形成され得、基板８１０の外側の縁に配置され得る。そして、第２グラウンドパターン８５０はエンコーダーシグナル磁気素子８３０のグラウンドＧＮＤと電気的に連結され得る。

そして、第２グラウンドパターン８５０はブラケット２００の結合部２４０に密着して配置され得る。すなわち、固定孔８６０を貫通して配置される固定部材１０により第２グラウンドパターン８５０は結合部２４０に密着して配置されながらも固定され得る。

また、固定部材１０の端部が結合部２４０と結合されることによって、第１グラウンドパターン８４０も接触面２３２に密着して配置され得る。

図８は、本発明の一実施例に係るモーターのＥＭＩの改善を示す図面である。すなわち、図８の（ａ）は前記ローター位置感知装置８００で第１グラウンドパターン８４０がない場合（基準例）を示す図面であり、図８の（ｂ）は基準例と前記モーター１のＥＭＩの改善を比較したグラフである。

図８の（ｂ）に図示された通り、第１グラウンドパターン８４０によって、前記モーター１は基準例よりも約１６０％ＥＭＩが改善したことを確認することができる。

以下、ローター位置感知装置８００とセンシングマグネットアセンブリー７００を利用してローター４００の位置を感知する動作について詳察する。

ローター位置感知装置８００は、このようなセンシングマグネットアセンブリー７００の回転による磁束の変化を感知してローター４００の位置を感知する複数個の磁気素子８２０、８３０を含むことができる。

センシングマグネットアセンブリー７００のメインマグネット７１１は、ローター４００のマグネットと対応するように設けられるため、ローター４００の位置を感知するためにはメインマグネット７１１の磁束の変化を感知しなければならない。

ローター位置感知装置８００は、ホールシグナル磁気素子８２０を通じてメインマグネット７１１の磁束の変化を感知して３個のセンシングシグナルを感知することができる。そして、追加的に、エンコーダーシグナル磁気素子８３０を通じてサブマグネット７１２の磁束の変化を感知して２個のセンシングシグナルを感知することができる。ここで、２個のセンシングシグナルを通じてモーターの回転方向および細部的な回転角を算出することができる。

一方、本発明の一実施例に係る電動式操向装置（ＥＰＳ、２）は前記モーター１を含むことができる。

図９を参照して詳察すると、前記電動式操向装置２は、前記モーター１、操向ホイール３、操向軸４、操向角センサ５および電子制御装置（ＥＣＵ、６）を含むことができる。

操向ホイール３は、一般にハンドルと呼ばれるものであって、運転者が自動車の方向を転換するために回転させる。操向ホイール３は操向軸４と連結されるように配置され得、運転者が操向ホイール３を回転させると、操向軸４は前記操向ホイール３の回転に連動して同一方向に回転する。

前記モーター１は、運転者が操向をするために操向ホイール３を操作するトルクを補助するためのモーターであって、運転者がより手軽に自動車の操向作業ができるように補助する。

前記モーター１の一端には減速機とトルクセンサ（図示されず）が結合され得る。前記トルクセンサは、操向ホイール３の回転による入力軸および出力軸の相対回転の変位を感知した電気的な信号を生成した後、この信号を前記電子制御装置６に伝送する。

操向角センサ５は、前記操向ホイール３付近に設置され、運転者の操作によって回転する操向ホイール３の回転角度を直接測定する。そして、操向角センサ５は測定された回転角度に対する信号を前記電子制御装置６に伝送する。

前記電子制御装置６は、図示されていない自動車速度感知センサと、前記トルクおよび操向角センサ５の情報に基づいて、前記モーター１を含む電動式操向装置の各種駆動源を電子制御することができる。

ここで、前記モーター１は電動式操向装置２の操向軸に連結され得る。

前記では本発明の実施例を参照して説明したが、該当技術分野の通常の知識を有する者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更させることができることが理解できるはずである。そして、このような修正と変更に関係した差異点も添付された特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１：モーター
２：電動式操向装置
３：操向ホイール
４：操向軸
５：操向角センサ
６：電子制御装置
１００：ハウジング
２００：ブラケット
３００：ステーター
４００：ローター
５００：シャフト
６００：ベアリング
７００：センシングマグネットアセンブリー
８００：ローター位置感知装置
９００：バスバー

Claims (11)

1. ローター；
   前記ローターに対応して配置されるシャフト；
   前記ローター上に配置されるセンシングマグネットアセンブリー；および
   前記センシングマグネットアセンブリー上の感知装置を含み、
   前記感知装置は、
   基板；
   前記基板に実装されるホールシグナル磁気素子；
   前記基板に実装されるエンコーダーシグナル磁気素子；
   前記基板に形成された第１グラウンドパターン；および
   前記基板に形成された第２グラウンドパターンを含み、
   前記第１グラウンドパターンは前記ホールシグナル磁気素子と電気的に連結され、
   前記第２グラウンドパターンは前記エンコーダーシグナル磁気素子と電気的に連結され、
   前記第１グラウンドパターン及び前記第２グラウンドパターンは互いに分離されている、モーター。
2. 前記第１グラウンドパターンは、前記基板の円周方向に沿って中央を通る仮想線（Ｃ）を基準として前記基板の内側に配置される、請求項１に記載のモーター。
3. 前記第２グラウンドパターンは、前記基板の円周方向に沿って中央を通る仮想線（Ｃ）を基準として前記基板の外側の縁に配置される、請求項２に記載のモーター。
4. 前記基板と結合するブラケットを更に含み、
   前記ブラケットは、
   ブラケット本体；
   前記ブラケット本体の中央に形成される結合孔；
   前記結合孔の周辺に前記ローターに向かって凹んで形成された載置部；および
   前記ブラケット本体の下面に突出して形成された結合部を含む、請求項３に記載のモーター。
5. 固定部材によって前記第２グラウンドパターンは前記結合部の一側に接触するように固定される、請求項４に記載のモーター。
6. 前記第２グラウンドパターンが前記固定部材によって前記結合部に接触されることによって、前記第１グラウンドパターンは前記載置部の一側に接触する、請求項５に記載のモーター。
7. 前記センシングマグネットアセンブリーは、
   センシングプレート；および
   前記センシングプレートに載置されるセンシングマグネットを含み、
   前記センシングプレートは前記シャフトに結合されて回転し、 前記センシングマグネットは、
   前記センシングプレートの中央に配置されるメインマグネット；および
   前記センシングプレートの縁に配置されるサブマグネットを含み、
   前記ホールシグナル磁気素子は前記メインマグネットの磁束の変化を感知し、前記エンコーダーシグナル磁気素子は前記サブマグネットの磁束の変化を感知する、請求項１に記載のモーター。
8. 前記基板の円周方向に沿って中央を通る仮想線（Ｃ）を基準として、前記ホールシグナル磁気素子は前記基板の内側に配置され、前記エンコーダーシグナル磁気素子は前記基板の外側に配置される、請求項７に記載のモーター。
9. 前記メインマグネットは複数個の分割マグネットで形成され、前記分割マグネットの個数は前記ローターのマグネットの個数と同じである、請求項７に記載のモーター。
10. 前記感知装置は、更に、第１感知磁気素子と連結された第１パワーターミナル（Vcc 2）と、第２感知磁気素子と連結された第２パワーターミナル（Vcc 1）と、を含み、
    前記第１パワーターミナル（Vcc 2）及び前記第２パワーターミナル（Vcc 1）は、前記基板において電気的に分離されている、
    請求項１に記載のモーター。
11. 操向軸；
    前記操向軸に連結されるモーターを含み、
    前記モーターは請求項１〜請求項１０の少なくともいずれか一項に記載されたモーターで提供される、電動式操向装置。

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