JP7028548B2 - センサ組立体及びこれを含むモータ - Google Patents

Description

実施形態は、センサ組立体及びこれを含むモータ（ＳＥＮＳＯＲ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＡＮＤ ＭＯＴＯＲ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ）に関する。

一般に、モータは、ロータとステータとの電磁気的相互作用によりロータが回転するようになる。この場合、ロータに挿入された回転軸も回転することで回転駆動力を発生させる。

さらに、モータの内側には、磁気素子を含む検出部が配置される。磁気素子は、ロータと共に回転するセンサマグネットの磁気力を検知する。よって、センサマグネットが検知した磁気力を利用することで、ロータの現在位置を把握することができる。

一般に、センサマグネットは、接着剤などを用いて回転軸にそのまま固定させることができる。しかしながら、これらの方式は、接着工程の管理を正確に行うことが困難であると共に、センサマグネットの離脱可能性がある。

実施形態は、センサマグネットの離脱を防止するセンサ組立体及びモータを提供する。

また、ロータの回転を正確にセンシングすることができるセンサ組立体及びモータを提供する。

本発明の一特徴によるセンサ組立体は、一側に形成された第１挿入溝、及び他側に形成された第２挿入溝を含むホルダと、前記第１挿入溝に配置されるセンサマグネットと、前記センサマグネットをカバーするセンサキャップと、を含む。

前記第２挿入溝は、モータの回転軸と結合する役割をすることができる。

前記第１挿入溝の深さは、前記センサマグネットの厚さよりも小さくてもよい。

前記ホルダは、周方向に形成した凹溝を含んでいてもよい。

前記ホルダは、半径方向に突出したリング状の羽根部を含んでいてもよい。

前記ホルダとセンサキャップは、非磁性材質を含んでいてもよい。

前記センサキャップは、前記センサマグネットの一面と接触する底部と、前記ホルダの側面に結合する側部と、を含んでいてもよい。

前記センサキャップは、前記側部に形成されて前記ホルダと結合する締結部を含んでいてもよい。

前記センサキャップの厚さは、０．０５～０．３ｍｍであってもよい。

前記センサキャップは、前記底部と前記側部とを連結する連結部を含み、該連結部は曲率を有していてもよい。

前記センサキャップは、前記底部に形成される複数個の突起を含んでいてもよい。

前記センサキャップは、前記底部の中央に形成される中央孔、前記底部の外側に形成される複数個のサブ孔を含んでいてもよい。

本発明の一特徴によるモータは、ハウジングと、該ハウジングに配置されるステータと、該ステータの内部に配置されるロータと、該ロータと一体に回転する回転軸と、前記センサ組立体の構成のいずれか１つと、を含む。

前記センサマグネットの回転をセンシングする検出部を含んでいてもよい。

前記検出部は、前記センサキャップの底部と対向する磁気素子と、該磁気素子が配置される印刷回路基板と、を含んでいてもよい。

実施形態によれば、外部環境によるセンサマグネットの離脱可能性が減少し、信頼性を確保することができる。

また、センサマグネットの高さ調節が容易であって、センシング感度が向上する。

本発明の一実施形態に係るモータの概念図である。 図１のＩ－Ｉ方向の断面図である。 本発明の一実施形態に係るセンシング組立体の分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るセンシング組立体の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るセンサ組立体の概念図である。 センサキャップ未装着時の磁束を測定したシミュレーション結果である。 センサキャップ装着時の磁束を測定したシミュレーション結果である。

本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な実施形態を有することができるので、特定の実施形態を図面に例示してここに詳しく説明する。

しかし、これが本発明を特定の実施形態について限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解すべきである。

本発明において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載した特徴、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の存在を指定しようとするものであって、１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可能性を予め排除しないものと理解すべきである。

また、本発明における添付図面は、説明の便宜上、拡大または縮小して図示したものと理解すべきである。

まずは、本発明について図面を参考しながら詳細に説明し、図面符号と関係なく同一または対応する構成要素は、同一参照番号を付してその重複説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータの概念図であり、図２は、図１のＩ－Ｉ方向の断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係るモータは、回転軸４００、前記回転軸４００が挿入される孔を含むロータ２００、前記ロータ２００の外側に配置されるステータ３００、前記ロータ２００とステータ３００を収容するハウジング１００、及び前記ロータ２００の回転を検知するセンサ組立体８００を含む。

ハウジング１００は円筒状に形成され、内部にステータ３００とロータ２００が装着される空間が設けられている。この場合、ハウジング１００の形状や材質は多様に変形できるが、高温でもよく耐えられる金属材質が選択され得る。

ハウジング１００はカバー１１０と結合され、ステータ３００とロータ２００を収容することができる。ハウジング１００は、内部熱を排出し易くするため冷却構造（図示せず）をさらに含んでいてもよい。このような冷却構造としては、空冷または水冷構造を選択することができ、冷却構造に応じてハウジング１００の形状も適切に変形され得る。

カバー１１０には、外部電源と接続するコネクタ６００が結合される。コネクタ６００は、外部電源ピンが挿入可能な構造を有していてもよい。そのため、容易に外部電源ピンを挿入してステータ３００に電源を供給することができる。

ステータ３００は、ハウジング１００の内部空間に挿入される。ステータ３００は、ステータコア３２０及びステータコア３２０に巻線されるコイル３１０を含む。ステータコア３２０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構造であってもよい。

ステータ３００は、モータの種類によって適切に変形され得る。例えば、ＤＣモータの場合には、一体型ステータコアにコイルが巻線され、３相モータの場合には、複数個のコイルに、Ｕ、Ｖ、Ｗ相がそれぞれ入力できるように製作され得る。この場合、コネクタ６００は、３つの入力端子に製作され得る。図１及び図２は、３相モータを図示したものである。したがって、コネクタ６００は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相にそれぞれ接続できるように３つが備えられる。

ロータ２００は、ステータ３００の内部に回転可能に配置される。ロータ２００はロータマグネットが装着されてステータ３００との電磁気的相互作用により回転する。

ロータ２００の中央部には回転軸４００が結合される。回転軸４００は、ロータ２００と一体に回転する。この場合、回転軸４００は、一側に配置された第１軸受５２０と他側に配置された第２軸受５１０により支持される。

センサ組立体８００は、ロータ及び回転軸４００と一緒に回転するので、センサ組立体８００の回転を検知することで、ロータ２００の回転を検知することができる。この場合、センサ組立体８００の上端に配置されて回転を検知する検出部（図示せず）をさらに含んでいてもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係るセンシング組立体の分解斜視図であり、図４は、本発明の一実施形態に係るセンシング組立体の斜視図であり、図５は、本発明の一実施形態に係るセンサ組立体の概念図である。

図３及び図４に示すように、センサ組立体は、回転軸に結合されるホルダ８１０とホルダ８１０に配置されるセンサマグネット８２０、及びセンサキャップ８３０を含む。

ホルダ８１０は一側に形成されてセンサマグネット８２０が配置される第１挿入溝８１１を含む。第１挿入溝８１１とセンサマグネット８２０との間には接着剤（図示せず）が塗布され得る。よって、センサマグネット８２０は、第１挿入溝８１１に堅く固定され得る。

センサマグネット８２０は、１つのＮ極と１つのＳ極を有する２極マグネットであってもよい。

ホルダ８１０は、非磁性体材質から製作され得る。一般に、磁束は空気抵抗が大きいため、磁性体方向により多く流れることになる。そのため、ホルダ８１０を磁性体で構成すると、磁束はホルダ８１０方向により多く流れることになる。その結果、センサマグネットの上端に配置された磁気素子は正確なセンシングができない。

実施形態によれば、ホルダ８１０により外部に漏洩される磁束が遮断されるので、磁気素子７２０のセンシング感度が向上する長所がある。また、センサマグネットのサイズを小さくしても従来と同じくセンシング感度を維持することができ、センサマグネットの小型化が可能となる。

ホルダ８１０は、半径方向に突出したリング状の羽根部８１４を含む。このような羽根部８１４は、回転時に中心調節と共に漏洩磁束を遮蔽する役割をすることができる。これで、センシング感度が増加する。

センサキャップ８３０は、ホルダ８１０に圧入されてセンサマグネット８２０を固定する。振動、高温、高湿などの外部環境に露出する場合、センサキャップ８３０は、センサマグネット８２０がホルダ８１０から離脱したり高さが変化したりすることを防止する。

特に、接着剤の塗布不均一によりセンサマグネット８２０が傾く場合、センサキャップ８３０の結合により高さを均一に管理できる長所がある。すなわち、センサキャップ８３０がホルダ８１０に圧入されることでセンサマグネット８２０の上部面を加圧するので、特別な工程なしでもセンサマグネット８２０の水平度を制御することができる。センサキャップ８３０は、ステンレス（ＳＵＳ）のような非磁性材質をプレス成形してカップ状に製作することができる。

センサキャップ８３０は、センサマグネット８２０の一面と接触する底部８３１と、ホルダ８１０の側面に結合する側部８３２、及び底部８３１と側部８３２とを連結する連結部８３３を含む。

底部８３１は、第１挿入溝８１１から突出したセンサマグネット８２０の上部を全体的に加圧する。具体的に、センサキャップ８３０がホルダ８１０の外周面に結合された状態でセンサキャップの側部８３２をコーキング（Ｃ）する場合、センサキャップの底部８３１は突出したセンサマグネット８２０の上部を加圧することになる。この場合、底部８３１の加圧力は、コーキング強度によって異なる。

コーキング（Ｃ）は、ホルダ８１０の凹溝８１３に相当する部分に形成され得る。よって、センサキャップの側部８３２には、ホルダ８１０の凹溝８１３に対応する締結部が形成される。ここで、コーキングは、センサキャップ８３０をホルダ８１０に固定させる多様な結合方式を含む概念であってもよい。一例として、コーキングはパンチング工程であってもよい。しかし、センサキャップ８３０をホルダ８１０に固定する方法は必ずしもこれに限定されない。例示的に、センサキャップ８３０は、ホルダ８１０にねじ結合されていてもよい。この場合、センサキャップ８３０の内周面とホルダ８１０の外周面にはねじ山が形成され得る。

底部８３１は、中央に形成される中央孔８３１ａ、及び外側に形成される複数個のサブ孔８３１ｂを含んでいてもよい。中央孔８３１ａを用いてセンサマグネット８２０の高さを測定することができ、サブ孔８３１ｂを用いてセンサマグネット８２０のボンディング可否を肉眼で観察することができる。

底部８３１は、陽刻または陰刻に形成された複数個の突起８３１ｃを含んでいてもよい。底部８３１は、複数個の突起８３１ｃによって平坦度を維持することができる。突起８３１ｃは、ホルダ８１０に装着される前に予め形成されるか、またはホルダ８１０に圧入された後に形成され得る。

連結部８３３は、底部８３１と側部８３２とを連結する部分であって、プレス成形時に所定曲率を有していてもよい。前述のように、センサキャップ８３０は非磁性材質で製作されるが、連結部８３３が閾値以上の曲率を有する場合、磁性を有していてもよい。連結部８３３の曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以下に制御する場合、連結部８３３が磁性を有する現象を効果的に抑制することができる。

図５は、本発明の一実施形態に係るセンサ組立体の概念図である。

図５に示すように、センサ組立体の上端には、検出部７００が配置されてセンサマグネット８２０の回転を検知することができる。

検出部７００は、センサマグネット８２０の回転を検知する磁気素子７２０と印刷回路基板７１０を含む。磁気素子７２０は、印刷回路基板７１０の一面に実装されてセンサキャップの底部８３１及びセンサマグネット８２０と対向可能に配置され得る。磁気素子７２０は、ホールＩＣ（Ｈａｌｌ ＩＣ）であってもよい。

ホルダ８１０は、一側に形成されてセンサマグネット８２０が配置される第１挿入溝８１１と、他側に形成されて回転軸４００が結合される第２挿入溝８１２を含む。

第１挿入溝８１１の底面８１１ａには、複数個のサブ溝８１１ｂが形成されて過多に充填された接着剤が収容され得る。

第２挿入溝８１２は、回転軸が結合される程度の幅と深さに形成される。回転軸の直径はモータ構造によって相違するが、第２挿入溝８１２の直径は第１挿入溝８１１の直径と同一であるか、または異なってもよい。

第１挿入溝８１１の深さｄ１は、センサマグネット８２０の厚さｄ２よりも小さく形成される。すなわち、センサマグネット８２０の上部は、第１挿入溝８１１を基準として軸方向に突出される。よって、センサマグネット８２０は、センサキャップ８３０の底部８３１により加圧されて高さが均一に制御される。このとき、高さは、センサマグネット８２０の上部面と磁気素子７２０との距離によって定義される。

センサキャップ８３０の側部８３２には、ホルダ８１０の凹溝８１３に結合される締結部８３２ａが形成される。前述のように、締結部８３２ａは、パンチングまたはコーキング（ｃａｕｌｋｉｎｇ）によって形成され得る。

センサキャップ８３０の厚さは０．０５～０．３ｍｍを満たすことができる。センサキャップ８３０の厚さが０．０５ｍｍ未満の場合、薄すぎてセンサマグネット８２０を加圧及び固定する効果を有することができず、厚さが０．３ｍｍを超える場合はセンサマグネット８２０の磁束が遮断されてセンシング感度が低減する問題がある。

ホルダ８１０は、半径方向に突出したリング状の羽根部８１４を含む。羽根部８１４の直径Ｗ４は、ホルダ８１０の直径Ｗ３の１．２倍以上、２．０倍以下であってもよい。１．２倍未満の場合は漏洩磁束を遮蔽する機能が低減し、２．０倍を超える場合は直径が大きすぎて高速回転に不利となる。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、センサキャップのないセンサ組立体と、０．１５ｍｍの厚さを有するセンサキャップが装着されたセンサ組立体を準備し、それぞれ磁気素子と約０．２８ｍｍ離隔させて磁束密度を測定した。

測定の結果、センサキャップ８３０の有無と関係なく、磁束密度の標本平均（ｓａｍｐｌｅ ｍｅａｎ）が約６０と類似し、散布範囲においても大きな差がないことがわかった。したがって、センサキャップの厚さを０．０５～０．３ｍｍに制御する場合、センシング感度はそのまま維持しながらセンサマグネットを効果的に保護できることがわかった。

１００ ハウジング、
２００ ロータ、
３００ ステータ、
４００ 回転軸、
８００ センサ組立体、
８１０ ホルダ、
８２０ センサマグネット、
８３０ センサキャップ。

Claims (7)

1. 一側に形成された第１挿入溝を含むホルダと、
   前記第１挿入溝に配置されるセンサマグネットと、
   前記センサマグネットをカバーするセンサキャップを含み、
   前記ホルダは、他側に形成された第２挿入溝を含み、
   前記第２挿入溝は、モータの回転軸と結合する役割をして、
   前記ホルダは、半径方向に突出したリング状の羽根部を含み、
   前記第１挿入溝と前記回転軸が挿入される前記第２挿入溝が軸方向に離隔されており、
   前記ホルダと前記センサキャップは、非磁性材質を含み、
   前記ホルダは、周方向に形成した凹溝を含み、
   前記センサキャップは、前記センサマグネットの一面と対向する底部及び前記ホルダの側面に結合する側部を含み、
   前記センサキャップの底面と前記側面との間の連結部分は曲率半径が０．５ｍｍ以下であり、
   前記第２挿入溝の深さは前記第１挿入溝の深さおよび前記センサマグネットの厚さより大きく、
   前記第１挿入溝の深さは前記センサマグネットの厚さより小さく形成されて前記センサキャップの底面は前記センサマグネットの上面と接触し、前記ホルダの上面部と離隔し、
   前記羽根部は前記センサマグネットより下部に配置される、センサ組立体。
2. 前記センサキャップは、前記側部に形成されて前記ホルダと結合する締結部を含む、請求項１に記載のセンサ組立体。
3. 前記センサキャップは、前記底部に形成される複数個の突起を含む、請求項１に記載のセンサ組立体。
4. 前記センサキャップは、前記底部の中央に形成される中央孔、前記底部の外側に形成される複数個のサブ孔を含む、請求項１に記載のセンサ組立体。
5. ハウジングと、
   前記ハウジングに配置されるステータと、
   前記ステータの内部に配置されるロータと、
   前記ロータと一体に回転する回転軸と、
   請求項１～４のいずれか一項によるセンサ組立体と、を含む、モータ。
6. 前記センサマグネットの回転をセンシングする検出部を含む、請求項５に記載のモータ。
7. 前記検出部は、前記センサキャップの底部と対向する磁気素子及び前記磁気素子が配置される印刷回路基板を含む、請求項６に記載のモータ。

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