KR100382410B1 - 차량 모터용 홀센서 결합구조 - Google Patents

차량 모터용 홀센서 결합구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 동작 전원 공급과 신호전달을 겸한 6핀 커넥터와 홀센서를 실장한 인쇄회로기판을 장착하여 간결한 전선 처리를 통해 보다 콤팩트한 차량 모터를 제작할 수 있도록 한 차량 모터용 홀센서 결합구조를 제공함에 있다.
본 발명의 차량 모터용 홀센서 결합구조는 차량 모터(10)의 폴하우징(Pole Housing)과 기어박스(11)의 사이에 개재되되, 폴하우징(Pole Housing)에 고정되고, 커넥터부(110)로부터 길이방향으로 연장된 어댑터부의 하부에 브러시(130, 131)들을 장착한 브러시 설치부(120)를 일체형으로 형성한 커넥터 겸용 브러시 홀더(100)와, 커넥터 겸용 브러시 홀더(100)의 상면에 고정되며, 다수개의 홀센서(210, 211)들을 축심을 기준으로 서로 직각이 되게 배치시킨 인쇄회로기판(200)을 포함하고, 홀센서(210, 211)들은 차량 모터(10)의 회전 속도와 회전 방향의 제어에 필요한 90°위상차(f)의 출력 파형 신호를 발생시키고, 커넥터 겸용 브러시 홀더(100)는 발생된 출력 파형 신호와 모터 동작에 필요한 전원을 단일의 커넥터 연결을 통해서 모터 제어용 컨트롤러로 전달한다.

Description

차량 모터용 홀센서 결합구조{HALL SENSOR ASSEMBLY STRUCTURE FOR VEHICLE MOTOR}
본 발명은 자동차용 파워 윈도우 모터로 사용되는 것으로서, 브러시 홀더에 홀센서가 배설된 인쇄회로기판을 실장하여 모터의 회전속도 및 방향을 감지하는 차량 모터용 홀센서 결합구조에 관한 것이다.
일반적인 차량 모터는 내측에 영구자석이 고정되는 폴하우징에 아마추어(Amateur)가 조립되고, 이 아마추어는 신터드 베어링(Sintered bearing)에 지지된 중심축에 축착되어 함께 회전할 수 있도록 되어 있고, 아마추어의 일측에는 정류자가 일체로 고정되어 있으며, 정류자의 외주면에는 브러시들이 밀착되어 있어, 이 브러시에 의해 전류를 유기 받도록 구성되어 있다.
상기한 중심축에는 나일론계 스토퍼와 고무 와셔와 슬립와셔 및 신터드 베어링을 지지하는 홀더 플레이트 등이 조립되어 있어 충격 흡수는 물론 오일 비산이 예방되도록 되어 있다.
종래 기술에 따른 차량 모터는 1994년 대한민국 공개 실용신안공보 제4452호에 개재되어 있는 바와 같이, 전원을 공급하는 브러시들의 사이에 회로적으로 구성되어 전원을 공급받는 브러시를 구비하여 모터의 회전을 가속시켜주고 있다.
그러나, 종래의 기술은 차량의 유리창과 창문 틀 사이에 신체 일부 또는 물체가 낄 경우, 모터 회전 속도 변화를 감지하여 유리를 자동으로 하강하게 하는 시스템에 부적합한 단점이 있다.
이런 점을 극복하기 위해서 종래에는 광전자 셀(Photoelectric cell)과 같은 홀센서(Hall sensor)들을 모터 조립체의 외부 또는 기타 장소에 장착하여, 모터 신호를 검출하였다.
즉, 종래에는 기어 하우징(Gear housing) 등과 같이 외부에 홀센서를 부착하여, 이 홀센서에 리드 와이어를 연결 후 단자를 통해 모터 제어용 컨트롤러로 센서 신호를 전달하였다.
그러나, 이 또한 콤팩트한 설계로 제작된 차량 모터에 홀센서를 장착함에 있어서, 난해한 조립작업은 물론이고, 센서를 전기적으로 접속시키기 위한 부가적인 리드 와이어와 단자 등이 지저분하게 외부로 표출되는 문제점이 상존하였다. 이와 함께, 모터 회전시 발생하는 진동으로 인하여, 정확한 모터 속도와 회전 방향을 검출하는 센싱 효율상의 문제점이 발생되고, 별도의 전원 공급 회로를 설계하여야 하는 제작상의 문제점이 있었다.
상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 본 발명의 목적은 브러시 홀더 위에 인쇄회로기판(PCB)을 실장하고, 이 인쇄회로기판에 홀센서(Hall IC)를 장착하며, 모터 동작 전원 공급과 신호전달을 겸한 6핀 커넥터를 일체형으로 형성함으로써, 제작 및 유지 보수가 간편한 하나의 커넥터 연결이 가능하고, 간결한 전선 처리를 통해 보다 콤팩트한 차량 모터를 제작할 수 있도록 한 차량 모터용 홀센서 결합구조를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 자동차 유리 안전 시스템의 구성시 필요한 모터의 속도 변화 및 회전 방향 감지를 위해 필요한 홀센서를 모터 내부에 설치할 수 있는 차량 모터용 홀센서 결합구조를 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 차량 모터용 홀센서 결합구조의 구성을 설명하기 위한 차량 모터의 단면도,
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 차량 모터용 홀센서 결합구조의 결합관계를 설명하기 위한 도면들,
도 3a와 도 3b는 도 2a에 도시된 차량 모터용 홀센서 결합구조의 중요부위를 설명하기 위한 측면도 및 배면도,
도 4a는 본 발명의 차량 모터용 홀센서 회로의 구성을 설명하기 위한 회로도,
도 4b는 본 발명의 차량 모터용 홀센서 회로의 시그널 신호 특성을 설명하기 위한 그래프.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣
10 : 차량 모터 11 : 기어박스
12 : 아마추어 16 : 중심축
17 : 링 마그네트 100 : 커넥터 겸용 브러시 홀더
110 : 커넥터부 120 : 브러시 설치부
130, 131 : 브러시 200 : 인쇄회로기판
210, 211 : 홀센서 220, 221 : 저항
f : 위상차
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량 모터의 폴하우징(Pole Housing)과 기어박스의 사이에 개재되되, 폴하우징(Pole Housing)에 고정되고, 커넥터부로부터 길이방향으로 연장된 어댑터부의 하부에 브러시들을 장착한 브러시 설치부를 일체형으로 형성한 커넥터 겸용 브러시 홀더와, 커넥터 겸용 브러시 홀더의 상면에 고정되며, 다수개의 홀센서들을 축심을 기준으로 서로 직각이 되게 배치시킨 인쇄회로기판을 포함하고, 홀센서들은 아마추어의 회전에 따라 중심축에 체결된 링 마그네트가 교번된 자기장을 발생시킬 경우, 차량 모터의 회전 속도와 회전 방향의 제어에 필요한 90°위상차를 갖는 출력 파형 신호를 발생시키고, 커넥터 겸용 브러시 홀더는 발생된 출력 파형 신호와 모터 동작에 필요한 전원을 단일의 커넥터 연결을 통해서 모터 제어용 컨트롤러로 전달하는 것을 특징으로 하는 차량 모터용 홀센서 결합구조에 의해 달성된다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면에서, 도 1은 본 발명의 차량 모터용 홀센서 결합구조의 구성을 설명하기 위한 차량 모터의 단면도이고, 도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 차량 모터용 홀센서 결합구조의 결합관계를 설명하기 위한 도면들이다. 또한, 도 3a와 도 3b는 도 2a에 도시된 차량 모터용 홀센서 결합구조의 중요부위를 설명하기 위한 측면도 및 배면도이다. 그리고, 도 4a는 본 발명의 차량 모터용 홀센서 회로의 구성을 설명하기 위한 회로도이고, 도 4b는 본 발명의 차량 모터용 홀센서 회로의 시그널 신호 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 통상의 웜 기어(15)에 의해 피동축(18)을 회전시키는 기어박스(11)를 구비한 차량 모터(10)의 회전 속도와 방향을 검출하도록 한 홀센서 결합구조이다. 점선으로 표시한 원 A에 도시한 단일의 커넥터 겸용 브러시 홀더(100)는 모터폴하우징(Pole Housing)과 기어박스(11)의 사이에 개재되어, 볼트조립에 의해서 고정되어 있다.
커넥터 겸용 브러시 홀더(100)는 영구 자석(13)을 갖는 모터폴하우징(Pole Housing)의 축심에서 원주방향으로 회전하도록 중심축(16)을 갖는 아마추어(12)의 정류자(14)에 브러시를 접촉시킬 수 있게 결합된다.
이렇게 결합된 커넥터 겸용 브러시 홀더(100)는 별도의 리드 와이어 또는 단자를 필요로 하지 않고 하나의 커넥터 연결을 통해 모터 동작 동작에 필요한 전원을 공급하고, 모터에서 나오는 신호를 터미널 하우징(도시 안됨)을 통해서 모터 제어용 컨트롤러(도시 안됨)로 보내는 역할을 한다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 커넥터 겸용 브러시 홀더(100)는 절연체 재질로서, 커넥터부(110)로부터 길이방향으로 연장된 어댑터부의 하부에 브러시(130, 131)들을 장착하기 위한 브러시 설치부(120)를 일체형으로 형성한 것이다.
특히, 커넥터부(110)는 외부 전원 및 신호 인출용 소켓(도시 안됨)을 원터치식으로 체결시, 소켓을 고정시키는 역할을 하는 후크(111)와 형성되어 있으며, 함몰된 부위에 번호 1∼6으로 표시된 단자(112)들을 핀형태로 각각 인서트 몰딩시키고 있다. 이런 단자(112)들 중에서 실예를들면 번호 1번 핀은 제1홀센서의 (+)전원 연결용으로 사용되고, 번호 3번 핀은 제1홀센서의 채널 아웃풋으로 사용된다. 또한, 번호 2번과 번호 5번 핀들은 모터의 전원 공급용으로 사용되며, 번호 4번 핀과 번호 6번 핀들은 각각 제2홀센서의 (-)전원 연결과 채널 아웃풋으로 사용된다.
이런 커넥터부(110)는 각각의 단자(112)들과 전기적으로 접속된 전선을 내부로 통과시켜서 브러시 설치부(120)까지 연장하고 있다. 즉, 단자(112)들 중 모터전원 핀2번과 5번핀 2개는 브러시(130, 131)들과 전기적으로 접속되며, 다른 1번핀과 3번핀 두 개는 제1홀센서와 접속되어 센서 입력 신호를 모터 제어용 컨트롤러에 전송하기 위한 것이며, 나머지 4번핀과 6번핀 두 개는 제2홀센서와 전기적으로 접속된다. 그러나 도2a에 이러한 전기접속은 정확히 도시되어 있지않으나 이후 기술되는 인쇄회로기판(200)상에서 배선패턴에 의하여 달성될 수 있다.
또한, 브러시 설치부(120)는 한쪽 평면에 외곽벽을 형성하여, 모터 폴하우징(Pole Housing)에 삽입될 수 있게 형성되어 있으며, 다른쪽 평면에 인쇄회로기판(200)을 나사(201)들로 고정시킬 수 있도록 안착부위를 형성하고 있다.
특히, 인쇄회로기판(200)은 통상의 PCB와 동일하게 에폭시 수지나 페놀 수지의 절연 기판에 구리 박막의 배선 패턴(134)을 형성하고 있는 것이다.
도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(200)에는 두 개의 저항(220, 221)과 제1홀센서(210) 및 제2홀센서(211)들을 배설시키기 위한 다수의 단자 삽입구멍(202, 203, 204, 205)들이 형성되어 있다.
또한, 인쇄회로기판(200)의 사이즈는 앞서 설명한 브러시 설치부(120)에 안착될 수 있는 형상으로서, 그 중심에 모터의 중심축에 설치된 링 마그네트(ring magnet)의 직경에 대응한 축 관통용 구멍(215)이 형성되고, 브러시 설치부(120)에 나사 결합될 수 있게 다수의 장착구멍들이 형성되어 있다.
이런 인쇄회로기판(200)은 도 4a에 도시된 바와 같은 회로 구성을 갖는다.
도면 부호 230과 231은 홀센서(210, 211)들의 (+)전원과 (-)전원 단자이고, 232는 제1홀센서(210)의 제1채널 아웃풋 단자이며, 233은 제2홀센서(211)의 제2채널 아웃풋 단자이다. 제1저항(220)과 제2저항(221)은 각각 병렬로 (+)전원(230)과 제1, 제2채널 아웃풋 단자에 접속되어 전류를 제한한다.
특히, 제1홀센서(210)와 제2홀센서(211)는 90°의 각도로 인쇄회로기판(200)에 실장되어 있다. 또한, 아마추어의 중심축(16)에는 홀센서(210, 211)들이 실장되어 있는 곳에 N극과 S극을 갖는 링 마그네트(17)가 설치되어 있다.
이때, 모터의 아마추어가 회전시 중심축(16)이 회전하기 때문에, 중심축(16)의 링 마그네트(17)가 회전하면서 링 마그네트(17)의 자장이 N극화 S극이 교번하여 홀센서(210, 211)들에 인가된다.
따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 홀센서(210, 211)들은 출력 파형인 구형파들을 각각 검지하고, 이렇게 검지된 신호는 모터 제어용 컨트롤러에 전달됨으로써, 원하는 제어의 센서 입력 신호로 사용할 수 있게 한다.
즉, 홀센서(210, 211)들의 출력 파형 신호는 90°간격의 위상차(f)를 갖고 있어서, 아마추어의 회전방향을 감지할 수 있으며, 샘플링한 기준 파형과 비교하는 방식으로 아마추어의 회전속도를 감지할 수 있음은 물론이다.
본 발명은 2001년부터 생산되는 차량 중 오토업(AUTO UP) 기능이 장착된 파워 윈도우 모터에 적용된다. 즉, 본 발명은 차량의 유리창과 창문 틀 사이에 신체 일부 또는 물체가 낄 경우, 100N의 힘 미만에서 유리창이 자동으로 하강되어야 한다는 한국 자동차 안전규격에 필요한 센서내장형 차량 모터 시스템에 사용된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 차량 모터용 홀센서 결합구조는 홀센서를 모터에 내장하고, 커넥터 겸용 브러시 홀더를 통해서 신호 출력을 함과 동시에 모터에 공급되는 전원을 접속시키는 역할을 함으로써, 센서 내장형 차량 모터의 제작을 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 홀센서들을 전기적으로 접속시키기 위한 부가적인 리드 와이어와 단자 등이 지저분하게 외부로 표출되는 문제점을 완전히 해소하였으며, 이로 인하여 콤팩트한 구성을 실현하였다.
또한, 본 발명은 분해 조립이 용이한 커넥터 겸용 브러시 홀더를 통해서, 홀센서의 유지보수가 간편한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 아마추어 중심축의 링 마그네트에 의해 교번하는 자장을 근접한 위치에서 직접 검출함으로써, 상대적으로 측정 오차가 낮고, 정확한 모터 속도와 회전 방향을 검지 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 한국 자동차 안전규격에 맞게 설계 및 제작된 것으로서, 차량은 물론이고, 이와 유사한 안전 장치의 구동 모터에 널리 적용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 콤팩트한 모터 설계를 가능케 하여, 매우 협소한 장소에도 모터를 설치할 수 있게 하는 부수적인 효과가 있다.
또한, 본 발명은 모듈화된 인쇄회로기판에 홀센서들을 실장함으로써, 배선 구조를 매우 단순화하여, 비용 절감을 기대할 수 있고, 용이한 유지 보수는 물론 제작 및 조립작업을 상대적으로 간소화시켜 제작비용과 시간을 절감시킬 수 있는 획기적이고 경제적인 발명인 것이다.
또한, 본 발명은 커넥터 겸용 브러시 홀더를 통해서 용이한 전원 연결 및 신호 접속 수단을 제공하는 효과적인 발명인 것이다.

Claims (5)

  1. 차량 모터(10)의 폴하우징(Pole Housing)과 기어박스(11)의 사이에 개재된 차량모터용 홀센서 결합구조에 있어서,
    상기 폴하우징(Pole Housing)에 고정되고, 커넥터부(110)로부터 길이방향으로 연장된 어댑터부의 하부에 브러시(130, 131)들을 장착한 브러시 설치부(120)를 일체형으로 형성한 커넥터 겸용 브러시 홀더(100)와, 상기 브러쉬 설치부(120)의 안착부위에 나사(201)들로 고정되며, 다수개의 홀센서(210, 211)들을 축심을 기준으로 서로 직각이 되게 배치시킨 인쇄회로기판(200)을 포함하고,
    상기 홀센서(210, 211)들은 아마추어(12)의 회전에 따라 교번된 자기장을 발생시키도록 중심축(16) 둘레에 N 및 S극이 대향하도록 설치된 링 마그네트(17)를 구비하여, 상기 차량 모터(10)의 회전 속도와 회전 방향의 제어에 필요한 90°위상차(f)를 갖는 출력 파형 신호를 발생시키고, 상기 커넥터 겸용 브러시 홀더(100)는 상기 홀센서 (210), (211)로 부터 출력 파형 신호와 모터 동작에 필요한 전원을 인쇄회로기판(120)과 전기적 배선이 이루어지게 한 단일의 커넥터부(110)를 경유하여 모터 제어용 컨트롤러로 모터작동신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 차량 모터용 홀센서 결합구조.
  2. 제1항에 있어서,
    인출용 소켓과 원터치식으로 체결되도록, 후크(111)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 모터용 홀센서 결합구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터부(110)의 함몰된 부위에는 번호 1∼6으로 표시된 단자(112)들을 핀형태로 각각 인서트 몰딩시키고 있는 것을 특징으로 하는 차량 모터용 홀센서 결합구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(200)에는 다수의 저항(220, 221) 및 상기 홀센서(210, 211)들을 배설시키기 위한 다수의 단자 삽입구멍(202, 203, 204, 205)과 배선패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 모터용 홀센서 결합구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(200)은 상기 브러시 설치부(120)에 안착될 수 있는 사이즈와 형상을 갖고, 상기 차량 모터(10)의 중심축(16)에 설치된 링 마그네트(17)의 직경에 대응한 축 관통용 구멍(215)이 형성되어 있고, 상기 브러시 설치부(120)와 나사 결합하기 위한 다수의 장착구멍들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 모터용 홀센서 결합구조.
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