KR101333798B1 - 차량용 모터 구동장치 및 이를 이용한 차량용 워터펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 모터구동회로를 하나의 반도체 칩(chip)에 집적하여 구현함에 의해 인쇄회로기판(PCB)의 사용을 배제할 수 있어 부품 단순화, 조립 단순화, 내구성 향상 및 비용절감을 도모할 수 있는 차량용 모터 구동장치 및 이를 이용한 차량용 워터펌프에 관한 것이다.
본 발명은 모터구동회로가 집적된 반도체 칩을 절연성 수지로 둘러싸는 몸체; 상기 모터구동회로로부터 몸체의 일측 외부로 연장되는 다수의 입력 단자; 및 상기 모터구동회로로부터 몸체의 타측 외부로 연장되는 다수의 출력 단자;를 포함하며, 상기 입력 단자는 한쌍의 전원단자와 한쌍의 CAN 통신 단자에 연결되고, 상기 출력 단자는 모터의 스테이터에 권선된 구동코일과 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 모터 구동장치 및 이를 이용한 차량용 워터펌프{MOTOR DRIVE APPARATUS FOR VEHICLE AND WATER PUMP USING THE SAME}

본 발명은 차량용 모터 구동장치 및 이를 이용한 차량용 워터펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 차량용 모터구동회로를 하나의 반도체 칩(chip)에 집적하여 구현함에 의해 인쇄회로기판(PCB)의 사용을 배제할 수 있어 부품 단순화, 조립 단순화, 내구성 향상 및 비용절감을 도모할 수 있는 차량용 모터 구동장치 및 이를 이용한 차량용 워터펌프에 관한 것이다.

최근 들어, 브러쉬레스 직류 모터(Brushless DC Motor)는 동기 모터의 구조에 직류모터와 유사한 전류 대 토크, 속도 대 전압의 특성을 가지며, 고효율, 높은 전력 밀도 때문에 가전용 기기로부터 산업용 기기에 이르기까지 활용분야가 점점 확대되고 있는 추세이다.

브러쉬레스 직류 모터는 무정류자 모터(commutatorless motor)라고도 하며, 통상 직류 모터의 중요한 부품인 브러쉬와 정류자 대신 인버터를 구성하는 전력 스위칭 반도체 소자(예를 들어, 트랜지스터, FET, IGBT 등)에 의한 스위칭을 통해 고정자 권선에 흐르는 전류를 절환하여 토크를 발생시켜 구동한다. 이러한 브러쉬레스 직류 모터는 주로 3상(U상,W상,V상)으로 구동되어 단상에 비해 토크 제어가 용이하며 효율이 높고 소음이 거의 없다.

3상 구동방식 브러쉬레스 직류 모터는 3개의 스테이터 코일을 전기적으로 120도의 위상차를 갖도록 스테이터 코어에 권선한 스테이터(stator)를 다수의 N극 및 S극 영구자석이 부착된 로터(rotor)에 대향하여 배치하며, 스위칭 소자를 통해 각 상의 코일들에 선택적으로 전원을 인가함에 따라 자화되는 스테이터 코어와 영구자석 상호간에 작용하는 자기력에 의하여 로터를 회전시킨다. 이때, 브러쉬레스 직류 모터는 홀 센서(Hall sensor) 등의 위치인식장치로부터 확인된 로터와 스테이터 상호간의 위치정보를 디지털 신호처리장치(DSP)와 같은 신호처리장치에서 신호처리하여 인버터를 제어함에 의해 스테이터 코일에 적절한 구동전압을 인가한다.

한편, 최근의 자동차는 변속제어장치(TCU), 브레이크 잠김 방지장치(ABS), 전자식 스로틀 제어장치(ETC) 등과 같이 전기적 제어 방식으로 구동되고 있다. 이때, TCU, ABS, ETC 등의 전자 제어장치는, 캔(Controller Area Neteork: CAN) 통신 방식을 통해 엔진 제어장치(Engine Control Unit: ECU)와 통신하여 자동차의 운행 정보 등을 제공받는다. 여기서, 캔 통신 방식은 하이 통신 라인 및 로우 통신 라인에 의해 자동차의 전자 제어장치들 간에 디지털 직렬 통신을 제공하기 위한 차량용 네트워크 시스템을 나타낸다.

일반적으로, 브러쉬레스 직류(BLDC) 모터를 구동하는 데 필요한 차량용 모터 구동장치는, 6개의 전력 스위칭 반도체 소자를 이용한 전압형 인버터를 구비한다. 이때, 인버터는 CAN 통신부를 통하여 엔진 제어장치(ECU)로부터의 자동차 운행 정보와 로터의 위치정보를 수신하여 신호처리하는 신호처리장치에 의해 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 구동방법으로 제어된다. 이러한 PWM 구동방법은 전압을 일정하게 유지하면서 전류를 펄스방식으로 인가하여 평균전류를 제어하는 것으로서, 펄스 폭의 비율을 제어하는 방식이다.

전술한 바와 같이, 차량용 모터 구동장치는 신호처리장치에 의해 인버터를 구성하는 3쌍의 전력 스위칭 반도체 소자를 선택적으로 펄스 폭 변조(PWM) 구동방법으로 고속 스위칭(ON/OFF)하여 3상(U상,W상,V상) 코일에 대한 구동 전류를 순차적으로 인가하여 모터를 제어한다.

또한, 차량용 모터 구동장치는 자동차의 밧데리로부터 직류(DC)전원을 수신하여 신호처리장치와 게이트 드라이버를 포함하는 인버터에 공급전원(Vcc)을 인가하기 위한 전원장치로서 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)를 구비하고 있다.

상기한 바와 같이, 차량용 모터 구동장치는 전원장치, CAN 통신부, 신호처리장치, 게이트 드라이버, 및 전력 스위칭 반도체 소자로 이루어진 인버터 등을 포함하고 있으며, 로터의 위치정보를 센싱하기 위한 홀 센서(Hall sensor)를 더 포함하거나 로터 위치정보를 수신하고 있다. 상기 모터 구동장치의 회로를 구성하는 다수의 IC 칩과 수동소자들은 인쇄회로기판(PCB)에 실장되며, 모터(즉, 스테이터)에 근접하여 배치된다.

상기 인쇄회로기판(PCB)에 다수의 부품이 실장되어 구성되는 차량용 모터 구동장치는 포장도로 및 비포장도로를 주행하는 차량의 속성상 항시 진동과 충격 상태에 놓여 있게 된다. 또한, 엔진을 수냉시키기 위해 냉각수를 순환시키는 전기 워터펌프(EWP)용 구동모터인 경우 엔진룸의 엔진에 부착되어 설치될 수 있으며, 외부환경에 따라 고온, 다습, 극한, 또는 사막 지역을 주행할 수 있으므로, 이러한 외부요인으로부터 영향을 받지 않는 높은 신뢰성을 갖기 위해서는 사용되는 부품의 수를 최소화하고 실링상태를 유지하는 것이 바람직하다.

더욱이, 상기와 같이 다수의 부품을 인쇄회로기판(PCB)에 실장하여 이루어지는 종래의 차량용 모터 구동장치는 조립생산성이 낮아서 제조비용의 상승과, 부피의 증가를 막을 수 없어 슬림화를 도모하기 어렵다.

또한, 대형 자동차인 경우 순환되어야 할 엔진 냉각수의 부담이 더욱 증가하게 되며, 장치의 소형화 및 경량화에 따라 소형의 구조이면서도 고용량의 구동 능력을 구비하는 것이 요구된다. 이 경우, 300W의 대용량 전기 워터펌프(EWP)용 구동모터인 경우 전력 스위칭 반도체 소자로 이루어진 인버터로부터 발생되는 열을 방열시키기 위한 방열장치를 구비하는 것이 요구되므로, 모터 구동장치의 소형화를 도모하는 데 애로사항이 있다.

한편, 공개특허공보 제2007-55409호에는 3상 모터를 구동하는 6개의 스위칭소자와, 3상 모터 코일의 3단자 각각에 출력전압을 인가하는 3개의 출력단자와, 6개의 스위칭소자를 구동하는 구동회로와, 3상 모터의 회전자의 자극위치 신호를 입력하는 적어도 1개 이상의 입력단자를 구비한 원 패키지 모터 구동용 반도체장치로서, 6개의 스위칭소자와, 구동회로와, 전류극성 검출회로의 일부 또는 전체를 하나의 반도체 칩에 집적한 모터 구동용 반도체 칩과, 제어용 반도체 칩의 2 칩을 구비한 기술이 개시되어 있다.

상기한 공개특허공보 제2007-55409호에는 모터 구동에 필요한 모든 부품들을 원칩화한 것이 아니므로 여전히 인쇄회로기판(PCB)에 전원장치, CAN 통신부, 신호처리장치 및 상기한 모터 구동용 반도체 칩을 실장하는 데 따른 다수의 문제점을 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 그 목적은 차량용 모터구동회로를 하나의 반도체 칩(chip)에 집적하여 구현함에 의해 부품 단순화, 조립 단순화, 내구성 향상 및 비용절감을 도모할 수 있는 차량용 모터 구동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 로터의 위치를 자기방식 센서를 사용하여 감지하지 않고 스테이터 코일에 흐르는 기전력(EMF: Electromotive Force) 값에 기초하여 감지함에 의해 모터 구동장치를 쉽게 원칩화할 수 있는 차량용 모터 구동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 출력구동부의 다수의 파워 스위칭 소자를 출력측으로 몰아서 배치함에 의해 다른 부품에 열손상이 발생하는 것을 차단하고 대전류인 경우 노이즈에 의해 다른 부품에 영향을 미치는 것을 최소화하며, 파워 스위칭 소자를 출력측 표면에 구비된 방열판과 접촉하여 열방출 효율을 높일 수 있는 차량용 모터 구동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 차량용 모터구동회로를 하나의 반도체 칩(chip)에 집적시킴과 동시에, 반도체 칩을 수지밀봉한 몸체의 외부로 입력 및 출력 단자만이 노출되어 외부로부터 입력 및 출력 단자와 직접 연결시켜 사용 가능함에 따라 별도의 인쇄회로기판(PCB)을 필요로 하지 않는 차량용 모터 구동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 펌프 바디에 스테이터, 지지프레임 및 커넥터를 일체형 구조로 성형하고, 상단에 로터 챔버와 하단에 드라이버 챔버의 일부 구조를 독립적으로 형성하여, 드라이버 챔버에 일체형 모터 구동장치를 간단하게 조립할 수 있는 차량용 모터 구동장치 및 이를 이용한 차량용 워터펌프를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 차량용 모터 구동장치는 모터구동회로가 집적된 반도체 칩을 절연성 수지로 둘러싸는 몸체; 상기 모터구동회로로부터 몸체의 일측 외부로 연장되는 다수의 입력 단자; 및 상기 모터구동회로로부터 몸체의 타측 외부로 연장되는 다수의 출력 단자;를 포함하며, 상기 입력 단자는 한쌍의 전원단자와 한쌍의 CAN 통신 단자에 연결되고, 상기 출력 단자는 모터의 스테이터에 권선된 구동코일과 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 모터구동회로는 3상 또는 2상 구동방식으로 모터를 제어하며, 3쌍 또는 2쌍의 스위칭 소자가 각각 토템폴 구조로 접속되고 3상 또는 2상 출력 단자로부터 모터에 대한 3상 또는 2상 구동신호를 발생하는 인버터; 및 상기 CAN 통신에 의해 자동차의 운행 정보와 모터의 로터 위치정보에 기초하여 상기 인버터의 한쌍의 스위칭 소자를 선택적으로 구동시키기 위한 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 모터 구동장치에서 상기 인버터를 구성하는 스위칭 소자는 출력측에 배치되고, 상기 몸체의 출력측 상부면과 하부면 중 적어도 하나에 내측이 스위칭 소자와 접촉되고, 외측이 몸체의 외부로 노출되어 스위칭 소자로부터 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 적어도 하나의 방열판을 더 포함할 수 있다.

상기 방열판은 모터 구동장치를 수용함과 동시에 열전달 특성이 우수한 금속 케이스에 밀착되어 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 모터구동회로는 자동차의 운행 정보를 포함하는 캔(CAN) 신호를 캔 통신 방식을 통해 수신할 때 디지털 신호로 변환하여 제어부에 전달하는 캔(CAN) 통신부; 자동차에 내장된 메인 전원으로부터 인가되는 DC 전원을 받아서 후단으로 전달하는 전원입력부; 및 상기 전원입력부로부터의 DC 전원을 수신하여 제어부를 구동하는 데 필요한 전압으로 다운된 디지털 구동전원을 생성하는 전원회로를 더 포함하는 것이 바람직하다.

더욱이, 상기 제어부는 인버터의 스위칭 소자로 흐르는 평균전류를 제어하기 위해 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 구동방법으로 인버터를 구동하는 것이 바람직하다

상기 모터의 로터 위치정보는 스테이터의 구동코일에 흐르는 기전력(EMF: Electromotive Force) 값에 기초하여 감지하거나 홀센서를 사용하여 감지할 수 있다.

또한 상기 몸체에는 제어부에 프로그램을 라이팅하기 위한 프로그램 라이팅 단자를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 차량용 모터 구동장치는, 상기 몸체의 측면으로부터 연장된 다수의 지지대; 및 상기 다수의 지지대와 결합되는 다수의 고정부가 내주부에 돌출되어 상기 몸체를 안정되게 지지하는 지지프레임을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 지지프레임에 고정되며, 몸체의 입력 단자와 연결되는 다수의 외부 터미널을 포함하는 커넥터를 더 포함할 수 있다.

상기 모터 구동장치는 단일체로 이루어지므로, 구조가 단순하여 조립이 용이하게 된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 로터와 스테이터를 구비한 모터를 구동하기 위한 모터 구동장치에 있어서, 모터구동회로가 집적된 단일의 반도체 칩; 상기 반도체 칩을 둘러싸며 절연성 수지로 이루어지는 몸체; 상기 모터구동회로에 인가되는 직류(DC) 전원과 자동차의 운행 정보를 수신하는 입력 단자; 및 상기 모터구동회로로부터 스테이터의 제1 내지 제3 구동코일에 대한 구동신호를 출력하는 제1 내지 제3 출력 단자; 및 상기 몸체로부터 돌출되어 지지프레임에 지지시키기 위한 다수의 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동장치를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 스테이터, 지지프레임 및 커넥터를 일체형 구조로 성형하고, 상단에 로터 챔버와 하단에 드라이버 챔버의 일부 구조를 독립적으로 형성하며, 상단부가 엔진 블록 하단의 볼루트 챔버에 결합되어 냉각수 순환유로를 형성하기 위한 펌프 바디; 상기 로터 챔버에 회전 가능하게 설치되어 상기 스테이터로부터 발생되는 회전자계에 의해 회전 구동되는 로터; 상기 로터의 중앙부에 결합되어 로터 회전에 따라 회전되는 회전축; 상기 볼루트 챔버로 연장된 회전축의 선단부에 결합되어 상기 냉각수 순환유로로 유입된 냉각수를 라디에이터로 유출시키기 위한 임펠러; 및 입력 단자가 상기 커넥터에 연결되고, 출력단자가 상기 스테이터의 코일에 연결되며 스테이터의 코일에 회전 자계를 발생시키기 위한 구동신호를 발생하는 일체형 모터 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 워터 펌프를 제공한다.

이 경우, 상기 모터 구동장치는 모터구동회로가 집적된 반도체 칩을 절연성 수지로 둘러싸는 몸체와 입/출력 단자가 단일체로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 모터구동회로는 스테이터의 코일에 회전 자계를 발생시키기 위해 선택적으로 구동되는 다수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 다수의 스위칭 소자의 출력은 스테이터의 코일과 연결되고, 상기 몸체의 출력측 상부면과 하부면 중 적어도 하나에 내측이 스위칭 소자와 접촉되고, 외측이 몸체의 외부로 노출되어 스위칭 소자로부터 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 적어도 하나의 방열판을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스테이터는, 스테이터 코어의 외주부가 펌프 바디의 외부로 연장되며, 고정용 볼트에 의해 엔진 블록에 고정될 수 있다.

더욱이, 상기 펌프 바디는, 폴리페닐렌 설파이드(PolyPhenylene Sulfide: PPS) 또는 BMC의 단일 재질을 이용하여 인서트 몰딩으로 성형하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 펌프 바디에 직접 결합하여 냉각수 흐름을 안내하고, 상기 임펠러의 회전에 의해 냉각수를 가압하는 볼루트 챔버를 형성하는 펌프 커버를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 차량용 모터구동회로를 형성하는 전원장치, CAN 통신부, 신호처리부(제어부), 출력구동부를 하나의 반도체 칩(chip)으로 집적하여 구현함에 의해 부품 단순화, 조립 단순화, 내구성 향상 및 비용절감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 로터의 위치를 자기방식 센서를 사용하여 감지하지 않고 스테이터 코일에 흐르는 EMF 값으로 감지함에 의해 모터 구동장치를 쉽게 원칩화할 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 출력구동부의 다수의 전력 스위칭 소자를 출력측으로 몰아서 배치함에 의해 다른 부품에 열손상이 발생하는 것을 차단하고 대전류인 경우 노이즈에 의해 다른 부품에 영향을 미치는 것을 최소화하며, 전력 스위칭 소자를 출력측 표면에 구비된 방열장치와 접촉하여 열방출 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 차량용 모터구동회로를 하나의 반도체 칩(chip)에 집적시킴과 동시에, 반도체 칩을 수지밀봉한 몸체의 외부로 입력 및 출력 단자만이 노출되어 외부로부터 입력 및 출력 단자와 직접 연결시켜 사용 가능함에 따라 별도의 인쇄회로기판(PCB)을 필요로 하지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치를 나타낸 저면도,
도 2는 도 1의 모터 구동장치에서 지지 프레임을 제거한 상태를 나타낸 대한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 모터 구동장치의 배면도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치에 사용되는 모터구동회로를 나타낸 개략 블록도,
도 5는 도 4의 모터구동회로에 적용 가능한 인버터를 나타낸 회로도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치를 차량용 워터펌프 모터에 적용한 구조를 나타낸 축방향 단면도이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치를 나타낸 저면도, 도 2는 도 1의 모터 구동장치에서 지지 프레임을 제거한 상태를 나타낸 대한 도면, 도 3은 도 2에 도시된 모터 구동장치의 배면도, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치에 사용되는 모터구동회로를 나타낸 개략 블록도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치(10)는, 내부에 도 4에 도시된 모터구동회로가 집적된 반도체 칩이 내장되고, 외부가 대략 직육면체 형상으로 이루어지며 절연용 수지로 몰딩된 몸체(11)를 구비하고 있다. 상기 몸체(11)의 일력측에는 4개의 입력단자(12), 즉 자동차 전원(37)으로부터 DC 전원이 인가되는 한쌍의 전원단자(12a,12b)와 자동차 내부의 엔진 제어장치(Engine Control Unit: ECU) 또는 전자제어장치(Electronic Control Unit: ECU)와 캔(Controller Area Neteork: CAN) 통신 방식을 통해 통신하여 자동차의 운행 정보 등을 제공받기 위한 한쌍의 CAN 통신단자(12c,12d)가 연장되어 있고, 타측에는 모터(40; M)에 대한 3상 구동신호(Su,Su,Sw)를 인가하기 위한 3개의 출력단자(13a-13c: 13)가 연장되어 있다.

또한, 상기 몸체(11)의 출력측에는 상부면과 하부면에는 각각 반도체 칩에 포함된 인버터(33)(도 4 참조)에 대한 방열을 수행하기 위한 한쌍의 방열판(14a,14b)이 외부로 노출된 상태로 몸체(11)를 절연용 수지로 몰딩할 때 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성된다. 상기 실시예에서는 인버터(33)에 대한 방열을 수행하기 위해 한쌍의 방열판(14a,14b)이 몸체(11)의 상부면과 하부면에 각각 구비되어 있으나, 몸체(11)의 하부면에 단지 하나의 방열판(14b)을 구비하는 것으로 설계될 수 있다.

더욱이, 상기 몸체(11)의 하부면에는 예를 들어, 4개의 프로그램 라이팅 단자(15)가 노출되어 있으며, 프로그램 라이팅 단자(15)를 통하여 모터구동회로에 디지털 신호처리장치(DSP) 또는 마이콤 등으로 구성되는 제어부에 프로그램을 라이팅할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치(10)는, 몸체(11)를 링 형상의 지지프레임(20)에 지지하도록 예를 들어, 3개의 지지대(16a-16c)가 몸체(11)의 3측면으로부터 연장되어 있으며, 지지프레임(20)에는 3개의 지지대(16a-16c)에 대응하는 3개의 고정부(23)가 환형 몸체(21)의 내주면으로부터 돌출되어 있다. 상기 3개의 지지대(16a-16c)와 3개의 고정부(23)에는 각각 관통구멍이 형성되어 있어, 고정용 나사를 체결함에 의해 몸체(11)를 지지프레임(20)에 고정할 수 있다.

상기 몸체(11)와 지지프레임(20)에는 각각 3개의 지지대(16a-16c)와 3개의 고정부(23)를 구비한 것을 예시하고 있으나, 이는 당업자가 필요에 따라 그 수를 2 또는 4개로 변경하는 것도 가능하다.

또한, 지지프레임(20)은 모터 구동장치(10)가 적용되는 모터의 형상에 따라 동일한 형상으로 결정되는 것이 바람직하며, 일반적으로 모터는 원통형상으로 이루어짐에 따라 지지프레임(20)은 링 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나, 지지프레임(20)은 이에 제한되지 않고 링 형상 이외에 4각형과 같은 다각형으로 이루어질 수 있다.

지지프레임(20)에는 필요에 따라 지지프레임(20)을 모터구동장치(10)가 사용되는 모터(40)나, 모터(40)가 적용되는 본체의 하우징 등에 고정하는 데 필요한 적어도 2 이상의 결합용 돌출부(22)를 구비하고 있다.

또한, 지지프레임(20)에는 입력측에 커넥터(24)가 나사체결에 의해 결합되어 있으며, 커넥터(24)에는 그의 후단부에 한쌍의 전원단자(12a,12b) 및 한쌍의 CAN 통신단자(12c,12d)와 마주보는 4개의 외부 터미널(24a)이 커넥터(24)로부터 연장되어 있다. 이 경우, 4개의 외부 터미널(24a)과 한쌍의 전원단자(12a,12b) 및 한쌍의 CAN 통신단자(12c,12d)는 각각 선단부가 직각으로 절곡되어 있으며, 레이져 또는 퓨징 용접에 의해 상호 연결된다.

또한, 상기 몸체(11)의 타측으로 연장된 3개의 출력 단자(13a-13c)는 모터(40; M)에 대한 3상 구동신호(U,V,W)를 인가하도록 스테이터의 3상 구동코일과 용접에 의해 상호 연결되어 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 차량용 모터 구동장치(10)는, 내부에 모터구동회로가 집적된 반도체 칩이 내장되고, 외부가 절연용 수지로 몰딩되어 몸체(11)를 형성하며, 단지 몸체(11)의 입력측에 한쌍의 전원단자(12a,12b)와 한쌍의 CAN 통신단자(12c,12d)로 이루어진 4개의 입력단자(12)를 구비하고, 몸체(11)의 출력측에 모터(40; M)에 대한 3상 구동신호(Su,Su,Sw)를 인가하기 위한 출력 단자(13a-13c)를 구비하고 있다. 그 결과, 본 발명의 차량용 모터 구동장치(10)는 1칩형 구조로 구현됨에 따라 주변회로 부품이나 집적회로(IC)를 실장하기 위한 인쇄회로기판(PCB)을 별도로 필요로 하지 않아 조립공정이 매우 간단하게 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치(10)는, 몸체(11) 내부에 내장된 반도체 칩(도시되지 않음)에 도 4에 도시된 바와 같이, 전원입력부(31), 게이트 드라이버(32), 인버터(33), 전원회로(34), 제어부(35) 및 CAN 통신부(36)를 포함하는 모터구동회로가 집적되어 있다.

또한, 상기 인버터(33)는 도 5에 도시된 바와 같이, 모터(40)의 U상, V상 및 W상 구동코일(L1-L3)에 대해 3상 구동신호(Su,Su,Sw)를 인가하기 위해, 3쌍의 전력 스위칭 소자(Q1,Q2;Q3,Q4;Q5,Q6)를 포함하고 있다.

상기 본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치(10)는 브러쉬레스 직류(BLDC) 모터를 구동하는 데 사용된다.

상기 모터구동회로에 의해 구동되는 모터(40: M)는 서로 대향하여 배치되는 스테이터(stator)와 로터(rotor)를 구비하고 있다. 스테이터(stator)와 로터(rotor)는 레이디얼 방식으로 배치되거나 엑시얼 방식으로 배치될 수 있으며, 코어를 구비하거나 코어레스 방식으로 스테이터가 이루어질 수 있다.

스테이터는 코어 타입인 경우 백요크로부터 돌출된 다수의 코어 티스에, 3상 구동방식인 경우 3개, 또는 2상 구동방식인 경우 2개의 코일이 교대로 권선되어 있고, 로터에는 N극 및 S극 자석이 백요크에 배치되어 있으며 중앙부에 회전축이 결합되어 있다.

상기 모터(40)는 3상 구동방식인 경우 3개의 U상, V상 및 W상 구동코일(L1-L3)을 포함하며, 2상 구동방식인 경우 2개의 구동코일을 포함한다. 본 발명의 실시예 설명에서는 모터(40)가 3상 구동방식으로서 3개의 구동코일(L1-L3)을 포함하는 것을 예를 들어, 설명하나, 본 발명은 2상 구동방식에도 적용될 수 있다.

상기 전원입력부(31)는 자동차에 내장된 메인 전원으로부터 인가되는 9V-16V의 DC 전원을 받아서 후단으로 전달하는 역할을 하며, 입력된 전원에 포함된 고주파 노이즈를 제거하여 균일하게 하기 위한 커패시터, EMC(Electromagnetic compatibility) 또는 EMI(electro magnetic interference) 대책용 필터 등을 구비하고 있다.

전원회로(34)는 전원입력부(31)로부터의 12V 전원을 수신하여 디지털 신호처리장치(DSP)를 구동하는 데 필요한 전압, 즉 5V로 다운시켜서 디지털 신호처리장치(DSP) 또는 마이콤 등으로 구성되는 제어부(35)에 대한 디지털 구동전원(V⁺,V^-)으로 0.7~5V의 전압을 인가함과 동시에 전압검출회로 또는 전류검출회로를 구비하고 과전압과 과전류를 검출하는 역할을 한다. 상기 전원회로(34)는 각종 보호회로를 구비하고 있으며, 레귤레이터(Regulator)를 사용하여 구현될 수 도 있다.

전원회로(34)는 바람직하게는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 방식의 전원장치를 사용할 수 있으며, DC-DC 컨버터의 일종이다.

CAN 통신부(36)는 자동차 내부의 자동차 CAN통신부(38)를 통하여 엔진 제어장치(Engine Control Unit: ECU)와 캔(CAN) 통신 방식을 통해, 자동차의 운행 정보 등을 포함하는 CAN 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어부(35)에 명령을 전달하고, 모터의 동작상태를 CAN 통신 언어로 변환하여 엔진 제어장치(ECU)로 전달하는 역할을 한다.

여기서, 캔 통신 방식은 하이 통신 라인 및 로우 통신 라인에 의해 자동차의 전자 제어장치들 간에 디지털 직렬 통신을 제공하기 위한 차량용 네트워크 시스템을 나타낸다.

상기 제어부(35)는 디지털 신호처리장치(DSP) 또는 마이콤 등으로 구성될 수 있으며 전원회로(34)로부터 인가되는 0.7~5V 범위의 디지털 구동전원에 의해 동작이 이루어지며 CAN 통신부(36)를 통하여 엔진 제어장치(ECU)로부터의 자동차 운행 정보와 로터의 위치정보를 수신하여 신호처리한 후 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 구동방법으로 인버터(33)를 구동하기 위한 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력한다.

이러한 PWM 구동방법은 예를 들어, 전압을 일정하게 유지하면서 전류를 펄스방식으로 인가할 때 펄스 폭의 비율을 제어함에 의해 평균전류를 제어하는 방식을 사용할 수 있다.

제어부(35)는 CAN 통신부(36)를 통하여 수신된 자동차 운행 정보에 따라 가변되는 제어전압에 기초하여 구동코일(L1-L3)에 인가되는 통전시간이 결정되는 PWM 신호를 출력한다.

상기한 제어부(35)의 PWM 구동방법은 이에 제한되지 않고 주지된 다른 방법을 적용하는 것도 가능하다.

상기 인버터(33)는 도 5에 도시된 바와 같이, 모터(40)에 대해 3상 구동신호(Su,Su,Sw)를 인가하기 위해, 3쌍의 스위칭 소자(Q1,Q2;Q3,Q4;Q5,Q6)를 포함하고 있다. 각 쌍의 스위칭 소자(Q1,Q2;Q3,Q4;Q5,Q6)는 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5)와 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)가 토템폴 구조로 접속되고 각각의 접속점(Pu,Pv,Pw)이 모터(40)의 스테이터에 권선된 U상, V상 및 W상 구동코일(L1-L3)에 연결되는 구조를 가지고 있다.

상기 스위칭 소자(Q1,Q2;Q3,Q4;Q5,Q6)는 MOSFET, BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 전력 스위칭 반도체 소자를 사용할 수 있으며, 상용 제품으로 페어챠일드사의 스마트 파워 모듈(Smart Power Module: SPM)을 사용하여 구현할 수 있다.

또한, 상기 인버터(33)의 전단에는 제어부(35)로부터 PWM 구동신호를 수신하여 예비 증폭하는 게이트 드라이버(32)를 구비하고 있다.

상기 차량용 모터 구동장치는 제어부(35)가 CAN 통신부(36)를 통하여 엔진 제어장치(ECU)로부터의 자동차 운행 정보와 로터의 위치정보를 수신하여 신호처리한 후 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 구동방법으로 인버터(33)의 전력 스위칭 소자(Q1-Q6)를 선택적으로 구동하도록 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 게이트 드라이버(32)로 출력한다. 이 경우, 로터 위치의 검출은 스테이터 코일에 흐르는 EMF(Electromotive Force) 값을 신호 처리하여 감지하는 것으로 주지된 기술을 이용한다.

제어부(35)는 U상, V상 및 W상 구동코일(L1-L3)로 3상 구동신호(Su,Su,Sw)를 선택적으로 인가하도록 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5)와 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)의 한쌍을 순차적으로 턴-온시키기 위한 스위칭 신호(UH,VH,WH,UL,VL,WL)를 하이레벨로 발생하여 U상, V상 및 W상 구동코일(L1-L3)로부터 회전자계를 발생시킨다.

예를 들어, 하나의 상부 스위칭 소자(Q1)와 하나의 하부 스위칭 소자(Q6)를 턴-온시키기 위한 스위칭 신호(UH, WL)를 하이레벨로 발생하면, 나머지 스위칭 소자(Q2-Q5)는 턴-오프 상태에 있게 된다. 이 경우, 전류는 상부 스위칭 소자(Q1)로부터 접속점(Pu), U상 구동코일(L1), 중성점(NP), W상 구동코일(L3) 및 하부 스위칭 소자(Q6)를 통하여 흐르게 된다.

이어서, 제어부(35)가 상부 스위칭 소자(Q1)는 턴-온 상태를 유지한 상태로 하부 스위칭 소자(Q6)를 턴-오프시키고, 하부 스위칭 소자(Q4)를 턴-온시키기 위한 스위칭 신호(UH, VL)를 발생하면, 나머지 스위칭 소자(Q2,Q3,Q5,Q6)는 턴-오프 상태에 있게 된다. 이 경우, 전류는 상부 스위칭 소자(Q1)로부터 접속점(Pu), U상 구동코일(L1), 중성점(NP), V상 구동코일(L2) 및 하부 스위칭 소자(Q4)를 통하여 흐르게 된다.

계속하여, 순차적으로 전류가 W상 구동코일(L3)에서 V상 구동코일(L2)로, 이어서 W상 구동코일(L3)에서 U상 구동코일(L1)로, V상 구동코일(L2)에서 U상 구동코일(L1)로, V상 구동코일(L2)에서 W상 구동코일(L3)로 전류가 흐르도록 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5)와 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)를 선택적으로 턴-온시키면, 스테이터의 U상, V상 및 W상 구동코일(L1-L3)로부터 발생하는 회전 자계에 의해 N극 및 S극이 교대로 배치된 다극 구조의 로터는 계속하여 회전이 이루어지게 된다.

상기한 U상, V상 및 W상 구동코일(L1-L3)로부터 회전 자계를 발생시키는 구동방법은 상기한 구동방법 이외에도 다른 구동방법이 있으며, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다른 구동방법을 적용하는 것도 물론 가능하다.

또한, 상기한 실시예 설명에서는 로터 위치를 검출하기 위하여 스테이터 코일에 흐르는 EMF 값으로 감지함에 의해 모터 구동장치를 외부출력단자를 최소화할 수 있고 쉽게 원칩화할 수 있는 구조를 예시하고 있으나, 로터의 위치를 주지된 Hall IC 등의 자기방식 센서를 사용하여 감지하는 경우에도 Hall IC 등의 자기방식 센서를 제외한 나머지 회로를 몸체(11)에 내장된 반도체 칩에 집적하고, 몸체(11)로부터 Hall IC와 연결용 단자를 추가하여 연장 형성하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명의 차량용 모터 구동장치(10)는 6개의 스위칭 소자(Q1-Q6)를 MOSFET, BJT, IGBT 등의 전력 스위칭 반도체 소자를 사용하여 반도체 칩에 집적할 때 이로부터 발생되는 다량의 열을 외부로 쉽게 방출하는 구조를 채택하고 있다.

즉, 본 발명에서는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체(11)의 타측(즉, 출력측)에는 모터(40; M)에 대한 3상 구동신호(Su,Su,Sw)를 인가하기 위한 3개의 출력 단자(13a-13c)가 3쌍의 스위칭 소자(Q1,Q2;Q3,Q4;Q5,Q6)의 접속점(Pu,Pv,Pw)으로부터 연장되어 배치되고, 그 내측에 인버터(33)를 형성하는 6개의 스위칭 소자(Q1-Q6)가 배치됨과 동시에 출력측의 상부면과 하부면에 각각 내측이 스위칭 소자(Q1-Q6)와 접촉되고, 외측이 몸체(11)의 외부로 노출된 한쌍의 방열판(14a,14b)이 배치되어 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 차량용 모터 구동장치(10)를 형성하는 전원입력부(31)와 전원회로(34)를 포함하는 전원장치, CAN 통신부(36), 제어부(35), 게이트 드라이버(32)와 인버터(33)를 포함하는 출력구동부를 하나의 반도체 칩(chip)으로 집적하여 구현함에 의해 부품 단순화, 조립 단순화, 내구성 향상 및 비용절감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 로터의 위치를 자기방식 센서를 사용하여 감지하지 않고 스테이터 구동코일(L1-L3)에 흐르는 EMF 값으로 감지함에 의해 입력 및 출력 단자를 최소화하고 모터 구동장치를 쉽게 원칩화할 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 출력구동부의 다수의 스위칭 소자(Q1-Q6)를 출력측으로 몰아서 배치함에 의해 다른 부품에 열손상이 발생하는 것을 차단하고 대전류인 경우 노이즈에 의해 다른 부품에 영향을 미치는 것을 최소화하며, 전력 스위칭 소자(Q1-Q6)를 출력측의 상측 및 하측 표면에 노출된 방열판(14a,14b)과 접촉하여 열방출 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 차량용 모터 구동장치(10)를 형성하는 모든 회로를 하나의 반도체 칩(chip)에 집적시킴과 동시에, 반도체 칩을 수지밀봉한 몸체(11)의 외부로 입력 및 출력 단자(12a-12b, 13a-13c)만이 노출되어 외부로부터 입력 및 출력 단자와 직접 연결시켜 사용 가능함에 따라 별도의 인쇄회로기판(PCB)을 필요로 하지 않는다. 그 결과 조립이 쉽고 단순하게 이루어질 수 있고, 비용을 절감할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치를 차량용 워터펌프 모터에 적용한 구조를 나타낸 축방향 단면도이다.

본 발명에 따른 차량용 모터 구동장치를 적용한 차량용 워터 펌프는, 펌프 바디(pump body,105), 드라이버 커버(driver cover,103), 스테이터(stator,110), 로터(rotor,120), 임펠러(140), 모터 구동장치(driver,10)를 포함한다.

워터 펌프는 기본적으로 캔드 커버(canned cover)가 삽입되지 않는 방수 구조를 가지면서, 스테이터(110)와 커넥터(24)를 인서트 몰딩(insert molding)을 통해 단일 재질[일례로, 폴리페닐렌 설파이드(PolyPhenylene Sulfide: PPS), BMC 등]의 펌프 바디(105)에 일체형 구조로 성형한 방수 구조를 구현한다. 이때, 워터 펌프는 단일 재질로 구성된 펌프 바디(105)에 엔진 블록(100)을 소정의 연결관을 통해 연결하지 않고 직접 결합한다. 여기서, 폴리페닐렌 설파이드(PPS)는 일종의 열가소성 수지로서, 내열성, 내약품성, 난연성, 전기적 특성이 우수하며, 무기질과도 친화성이 좋은 특징이 있다.

펌프 바디(105)는 상하단 개방 구조이지만, 상하단에 형성된 영역이 서로 관통하지 않고 독립된 공간으로서 로터 챔버(rotor chamber,RC)와 드라이버 챔버(driver chamber,DC)의 일부를 각각 형성한다. 이때, 펌프 바디(105)는 추가 작업으로 하단에 기존의 드라이버 케이스를 결합한 후 드라이버 커버를 조립함으로써 일련의 스테이터 챔버, 로터 챔버(RC) 및 드라이버 챔버(DC)를 형성하는 것이 아니라, 전술한 바와 같이 단일 재질 단일 구성의 성형 공정에 따른 결과로서 챔버 구성을 위한 일부 구조를 일체형으로 형성한다.

즉, 펌프 바디(105)는 스테이터 챔버의 경우에 스테이터(110)를 인서트 몰딩을 통해 일체로 성형하여 별도로 형성하지 않고, 로터 챔버(RC)의 경우에 상단의 개방구에 챔버 구성을 위한 일부 구조를 형성하며, 드라이버 챔버(DC)의 경우에 하단의 개방구에 챔버 구성을 위한 일부 구조를 형성한다.

여기서, 로터 챔버(RC) 및 드라이버 챔버(DC)는 각각 펌프 바디(105)의 상하단에 독립된 공간으로 형성됨에 따라, 드라이버 챔버(DC)는 로터 챔버(RC)에 냉각수가 유입되더라도 로터 챔버(RC)로부터 냉각수가 누수되지 않는 차폐성이 보장된다. 특히, 로터 챔버(RC)는 캔드 커버를 삽입하지 않더라도, 펌프 바디(105)의 성형에 따른 결과로 로터(120)의 외곽에 박스를 형성해 로터(120)를 냉각수에 잠기도록 실링할 수 있는 캔드 커버에 해당하는 구조를 형성한다.

로터 챔버(RC)는 로터(120)를 수용하고, 드라이버 챔버(DC)는 모터 구동장치(10)를 수용한다. 특히, 펌프바디(105)는 모터 구동장치(10)의 커넥터(24)를 인서트 몰딩을 통해 일체형 구조로 성형한다.

이때, 모터 구동장치(10)는 몸체(11)로부터 연장된 입력단자(12)가 커넥터(24)의 외부 터미널(24a)과 용접에 의해 상호 연결되고, 출력단자(13)는 스테이터(110)의 U상, V상 및 W상 구동코일(L1-L3)과 용접에 의해 상호 연결된다.

또한, 모터 구동장치(10)는 커넥터(24) 및 구동코일(L1-L3)과의 연결상태를 안정되게 유지할 수 있도록 링 형상의 지지프레임(20)을 이용하여 몸체(11)로부터 연장된 지지대(16a-16c)를 지지프레임(20)의 고정부(23)에 고정용 나사를 체결함에 의해 몸체(11)를 지지프레임(20)에 고정할 수 있다.

이와 같이, 지지프레임(20)을 이용하여 모터 구동장치(10)를 안정되게 지지하고자 하는 경우는 커넥터(24)를 인서트 몰딩을 통해 펌프바디(105)와 일체형 구조로 성형할 때 지지프레임(20)도 함께 인서트 몰딩에 의해 펌프바디(105)의 하측에 형성하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 모터 구동장치(10)가 모터구동회로를 형성하는 각종 부품이 실장된 인쇄회로기판을 사용하는 것이 아니고 단지 하나의 부품으로 이루어진 것을 커넥터(24) 및 구동코일(L1-L3)과 연결시킴에 의해 간단히 조립이 이루어진다.

한편, 펌프 바디(105)는 로터 챔버(RC)에 로터(120)를 수용한 후 스테이터 코어(111)로부터 연장된 플랜지에 볼트(104)를 체결하여 엔진 블록(100)과 결합한다.

아울러, 펌프 바디(105)는 드라이버 챔버(DC)에 모터 구동장치(10)를 조립한 후 하단에서 드라이버 커버(103)를 결합한다. 일례로, 펌프 바디(105)는 스냅결합이나 나사 또는 볼트를 이용하여 드라이버 커버(103)와 결합한다. 여기서, 드라이버 커버(103)는 모터 구동장치(10)로부터 발생된 열을 외부로 방열하기 위해 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 모터 구동장치(10)의 방열을 수행하기 위한 한쌍의 방열판(14a,14b) 중 하나의 방열판(14b)이 드라이버 커버(103)의 내측면에 밀착시켜 조립함에 따라 효과적인 방열을 유도할 수 있다.

또한, 드라이버 커버(103)에는 펌프 바디(105)와 실링을 위한 Ｏ-링을 배치하기 위해 트렌치 구조의 Ｏ-링홈이 연장 형성되는 것이 바람직하다.

엔진 블록(100)의 상단에 입구(101)를 형성하여 냉각수가 엔진으로부터 유입되고, 라디에이터에 연결되는 출구(102)를 측단에 형성하여 임펠러(impeller,140)의 회전에 의해 가압된 냉각수를 출구(102)를 통하여 라디에이터로 유출한다.

상기한 실시예에서는 펌프 바디(105)의 상부가 엔진 블록(100) 하단의 볼루트 챔버(volute chamber, VC)에 결합되어, 엔진 블록(100)의 상단에 위치한 입구(101)로부터 볼루트 챔버(volute chamber, VC)를 거쳐 측단의 출구(102)로 연통되는 냉각수 순환유로를 형성한다. 또한, 상기 냉각수 순환유로에는 냉각수의 유로 기능을 담당하여 엔진(engine)으로부터 라디에이터(radiator)로 냉각수의 흐름을 안내하도록 엔진에 연결되는 펌프 커버 입구와 라디에이터와 연결되는 펌프 커버 출구를 소정의 길이로 연장 형성한 펌프 커버를 펌프 바디(105)의 상부에 구비하는 것도 물론 가능하다.

스테이터(110)는 펌프 바디(105)에 내장되어 일체로 성형됨에 따라 별도의 스테이터 챔버에 장착되지 않을 뿐만 아니라 냉각수 누수에 대한 차폐성이 보장된다. 이때, 스테이터(110)는 스테이터 코어(stator core,111), 보빈(bobbin,112) 및 코일(coil,113)을 포함한다.

스테이터(110)는 자성재료로 이루어진 다수의 박판이 적층되어 형성된 스테이터 코어(111)를 절연성 수지로 이루어진 보빈(112)으로 결합한 후, 보빈(112)의 외주에 코일(113)을 권선하여 형성한다. 여기서, 보빈(112)은 상부 및 하부 보빈이 결합된 구조를 이루거나 스테이터 코어(111)를 인서트 몰딩하여 외주면에 일체로 형성할 수 있다.

로터(120)는 백요크(back yoke,121), 영구자석(magnet,122), 로터커버(rotor cover,123) 및 로터 케이스(rotor case,124)를 포함한다. 이때, 로터(120)는 회전축(130)에 고정된 백요크(121)의 외주면에 다수의 N극 및 S극의 영구자석(122)을 교대로 장착한다. 이때, 백요크(121)의 외주면에는 길이방향으로 복수개의 홈(도면에 미도시)이 형성되어 영구자석(122)이 삽입되어 장착된다.

아울러, 로터 커버(123)는 백요크(121)에 영구자석(122)을 삽입 장착한 상태에서 상단과 하단에 각각 압입하여 백요크(121)와 영구자석(122)을 1차적으로 고정한다. 이때, 로터 커버(123)는 비중이 큰 동이나 스테인리스강으로 이루어지며, 로터(120)의 회전에 의해 작용하는 외력과 균형을 잡기 위한 평형추(balance weight)의 기능이 고려되어 제작된다. 또한, 로터 케이스(124)는 백요크(121)와 영구자석(122)의 상하단에 로터 커버(123)의 압입 상태에서 외주면을 감싸 2차적으로 고정한다. 여기서, 로터 케이스(124)는 저수축재인 칼륨계를 포함하는 복합원료로서 BMC(Bulk Mold Compound)에 의한 인서트 몰딩으로 제작된다. 이는 백요크(121)와 영구자석(122)을 고정할 뿐만 아니라, 로터(120)의 냉각수에 대한 실링 기능도 담당한다.

이상과 같이, 로터(120)는 백요크(121)와 영구자석(122)을 로터 커버(123)와 로터 케이스(124)에 의해 이중으로 고정함으로써, 백요크(121)로부터 영구자석(122)의 이탈을 방지할 수 있다. 더욱이, 로터(120)는 회전함에 따라 발열하는 특성이 있는데, 로터 챔버(RC)에 유입된 냉각수에 의해 지속적으로 냉각될 수 있다.

상기 실시예에서는 분할편 구조의 영구자석(122)을 사용한 것을 예시하였으나, 다수의 N극 및 S극이 분할 착자된 링 형상의 영구자석을 사용하는 것도 가능하다.

회전축(130)의 외주에는 로터(120)가 결합되고, 볼루트 챔버(VC)로 연장된 선단부에는 임펠러(140)가 조립되어, 스테이터(110)에 대향하는 로터(120)의 회전으로 인해 회전축(130)에 고정된 임펠러(140)가 함께 회전한다.

회전축(130)은 펌프 바디(105)의 로터 챔버(RC)에 조립될 때, 회전축(130)의 회전을 원활히 하고 지지하기 위한 제1 및 제2 베어링(131,132)이 결합된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 워터 펌프는 로터 챔버(RC)와 드라이버 챔버(DC)의 영역을 형성하고 스테이터(110) 및 커넥터(24)를 인서트 몰딩 방식으로 일체형 펌프 바디(105)를 구현함과 동시에, 단지 하나의 부품으로 이루어진 모터 구동장치(10)를 사용하여 커넥터(24) 및 구동코일(L1-L3)과 연결시킴에 의해 간단히 조립됨에 따라, 방수 성능을 향상하고 조립 구조의 단순화를 통해 조립성이 향상된다.

또한, 상기 실시예 설명에서는 본 발명의 모터 구동장치가 자동차용 워터 펌프에 적용되는 것을 예시하였으나, 본 발명은 워터 펌프 이외에 예를 들어, 라디에이터 냉각장치, 전동식 조향장치 등과 같이 구동 모터를 구비하는 다른 자동차용 부품에 적용될 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

본 발명은 차량용 모터 구동장치에 관한 것으로, 차량용 모터구동회로를 하나의 반도체 칩(chip)에 집적하여 구현함에 의해 인쇄회로기판(PCB)의 사용을 배제할 수 있는 것으로 예를 들어, 차량용 워터펌프와 같은 임펠러나 팬을 구동하는 각종 차량용 모터의 모터 구동장치에 적용 가능하다.

10: 모터 구동장치 11: 몸체
12: 입력단자 12a,12b: 전원단자
12c,12d: CAN 통신단자 13,13a-13c: 출력단자
14a,14b: 방열판 15: 프로그램 라이팅 단자
16a-16c: 지지대 20: 지지프레임
21: 몸체 22: 돌출부
23: 고정부 24: 콘넥터
24a: 외부 터미널 31: 전원입력부
32: 게이트 드라이버 33: 인버터
34: 전원회로 35: 제어부
36: CAN 통신부 37: 자동차 전원
38: 자동차 CAN 통신부 40: 모터
100: 엔진 블록 101: 입구
102: 출구 103: 드라이버 커버
104: 볼트 105: 펌프커버
110: 스테이터 111: 스테이터 코어
112: 보빈 113: 코일
120: 로터 121: 백요크
122: 영구자석 123: 로터 커버
124: 로터 케이스 130: 회전축
131,132: 베어링 140: 임펠러

Claims (18)

1. 모터구동회로가 집적된 반도체 칩을 절연성 수지로 둘러싸는 몸체;
   상기 모터구동회로로부터 몸체의 일측 외부로 연장되는 다수의 입력 단자;
   상기 모터구동회로로부터 몸체의 타측 외부로 연장되는 다수의 출력 단자;
   상기 몸체의 측면으로부터 연장된 다수의 지지대;
   상기 다수의 지지대와 결합되는 다수의 고정부가 내주부에 돌출되어 상기 몸체를 안정되게 지지하는 지지프레임; 및
   상기 지지프레임에 고정되며, 몸체의 입력 단자와 연결되는 다수의 외부 터미널을 포함하는 커넥터를 포함하며,
   상기 지지프레임 및 커넥터는 모터의 스테이터와 함께 일체형 구조로 성형되고,
   상기 입력 단자는 한쌍의 전원단자와 한쌍의 CAN 통신 단자에 연결되고, 상기 출력 단자는 모터의 스테이터에 권선된 구동코일과 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 모터구동회로는 3상 또는 2상 구동방식으로 모터를 제어하며,
   3쌍 또는 2쌍의 스위칭 소자가 각각 토템폴 구조로 접속되고 3상 또는 2상 출력 단자로부터 모터에 대한 3상 또는 2상 구동신호를 발생하는 인버터; 및
   상기 CAN 통신에 의해 자동차의 운행 정보와 모터의 로터 위치정보에 기초하여 상기 인버터의 한쌍의 스위칭 소자를 선택적으로 구동시키기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 인버터를 구성하는 스위칭 소자는 출력측에 배치되고,
   상기 몸체의 출력측 상부면과 하부면 중 적어도 하나에 내측이 스위칭 소자와 접촉되고, 외측이 몸체의 외부로 노출되어 스위칭 소자로부터 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 적어도 하나의 방열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 방열판은 모터 구동장치를 수용함과 동시에 열전달 특성이 우수한 금속 케이스에 밀착되어 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 모터구동회로는
   자동차의 운행 정보를 포함하는 캔(CAN) 신호를 캔 통신 방식을 통해 수신할 때 디지털 신호로 변환하여 제어부에 전달하는 캔(CAN) 통신부;
   자동차에 내장된 메인 전원으로부터 인가되는 DC 전원을 받아서 후단으로 전달하는 전원입력부; 및
   상기 전원입력부로부터의 DC 전원을 수신하여 제어부를 구동하는 데 필요한 전압으로 다운된 디지털 구동전원을 생성하는 전원회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 모터의 로터 위치정보는 스테이터의 구동코일에 흐르는 기전력(EMF: Electromotive Force) 값에 기초하여 감지하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동장치.
7. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 인버터의 스위칭 소자로 흐르는 평균전류를 제어하기 위해 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 구동방법으로 인버터를 구동하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 몸체에는 제어부에 프로그램을 라이팅하기 위한 프로그램 라이팅 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항에 있어서, 상기 모터 구동장치는 단일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 모터 구동장치.
12. 삭제
13. 스테이터, 지지프레임 및 커넥터를 일체형 구조로 성형하고, 상단에 로터 챔버와 하단에 드라이버 챔버의 일부 구조를 독립적으로 형성하며, 상단부가 엔진 블록 하단의 볼루트 챔버에 결합되어 냉각수 순환유로를 형성하기 위한 펌프 바디;
    상기 로터 챔버에 회전 가능하게 설치되어 상기 스테이터로부터 발생되는 회전자계에 의해 회전 구동되는 로터;
    상기 로터의 중앙부에 결합되어 로터 회전에 따라 회전되는 회전축;
    상기 볼루트 챔버로 연장된 회전축의 선단부에 결합되어 상기 냉각수 순환유로로 유입된 냉각수를 라디에이터로 유출시키기 위한 임펠러; 및
    상기 지지프레임에 몸체가 고정되고, 입력 단자가 상기 커넥터에 연결되며, 출력단자가 상기 스테이터의 코일에 연결되어, 스테이터의 코일에 회전 자계를 발생시키기 위한 구동신호를 발생하는 일체형 모터 구동장치를 포함하며,
    상기 스테이터는, 스테이터 코어의 외주부가 펌프 바디의 외부로 연장되며, 고정용 볼트에 의해 엔진 블록에 고정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 워터 펌프.
14. 제13항에 있어서, 상기 모터 구동장치는 모터구동회로가 집적된 반도체 칩을 절연성 수지로 둘러싸는 몸체와 입/출력 단자가 단일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 워터 펌프.
15. 제14항에 있어서, 상기 모터구동회로는 스테이터의 코일에 회전 자계를 발생시키기 위해 선택적으로 구동되는 다수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 다수의 스위칭 소자의 출력은 스테이터의 코일과 연결되고,
    상기 몸체의 출력측 상부면과 하부면 중 적어도 하나에 내측이 스위칭 소자와 접촉되고, 외측이 몸체의 외부로 노출되어 스위칭 소자로부터 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 적어도 하나의 방열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 워터 펌프.
16. 삭제
17. 제13항에 있어서, 상기 펌프 바디는, 폴리페닐렌 설파이드(PolyPhenylene Sulfide: PPS) 또는 BMC의 단일 재질을 이용하여 인서트 몰딩으로 성형하는 것을 특징으로 하는 자동차용 워터 펌프.
18. 제13항에 있어서, 상기 펌프 바디에 직접 결합하여 냉각수 흐름을 안내하고, 상기 임펠러의 회전에 의해 냉각수를 가압하는 볼루트 챔버를 형성하는 펌프 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 워터 펌프.

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