KR101885098B1 - 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 모터는, 모터 하우징; 상기 모터 하우징 내측에 설치되며, 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어에 권취되는 코일 및 상기 코일의 끝단에 결합되는 코일 단자를 포함하는 스테이터; 상기 스테이터 중심에 회전 가능하게 설치되는 로터; 상기 로터 상측에 설치되어, 상기 로터의 위치를 감지하는 센싱 마그네트 모듈; 상기 센싱 마그네트 모듈의 자기력을 감지하도록 상기 센싱 마그네트 모듈과 마주보게 배치되는 자기소자; 및 상기 자기소자가 실장되는 센서층과 상기 코일에 공급되는 서로 다른 극성 별 전원이 각각 연결되는 복수 개의 전원층을 포함하는 멀티 레이어 인쇄회로기판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 {MOTOR}

본 발명은 버스 바(Busbar)가 생략된 모터에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향의 안정성을 보장하기 위한 장치로 별도의 동력으로 보조하는 조향장치가 사용된다. 기존에는 이와 같은 보조 조향장치를 유압을 이용한 장치로 사용하였으나, 최근에는 동력의 손실이 적고 정확성이 우수한 전동식 조향장치(Electronic Power Steering System: EPS)가 사용된다.

상기와 같은 전동식 조향장치(EPS)는 차속센서, 토크 앵글센서 및 토크센서 등에서 감지한 운행조건에 따라 전자제어장치(ECU, Electronic Control Unit)에서 모터를 구동하여 선회 안정성을 보장하고 신속한 복원력을 제공함으로써 운전자로 하여금 안전한 주행이 가능하도록 한다.

이러한 EPS시스템은 운전자가 조향을 하기 위해 핸들을 조작하는 토크를 모터가 보조하여 줌으로써, 보다 적은 힘으로 조향작업을 할 수 있도록 하는데, 상기 모터로는 BLDC모터가 사용된다.

일반적으로, 상기 BLDC 모터는 하우징과, 커버부재의 결합으로, 모터의 외관을 형성하고, 상기 하우징의 내주면에는 스테이터가 마련되고, 상기 스테이터 중앙에는 상기 스테이터와의 전자기적 상호작용에 따라 회전 가능하게 설치되는 로터가 마련된다. 상기 로터는 회전축에 의해 회전 가능하게 지지되는데, 상기 회전축의 상부에는 차량의 조향축이 연결되어, 상기한 바와 같이 조향을 보조하는 동력을 제공한다. 이와 같이 구성된 EPS 모터의 스테이터는 버스바를 통해 권선된 코일에 전원이 공급된다.

스테이터는 코어와 코어에 권선된 코일로 구성되는데, 일반적으로 차량에 사용되는 모터는 코일저항에 의한 손실 감소를 위해 복수의 코일을 병렬 연결한다. 따라서, 병렬 접속 시에는 코일을 입출력 단자까지 연장하고 단자에서 종합하여 접속하는 방식을 사용한다. 상기와 같이 병렬로 배치된 코일을 종합하여 접속하기 위해 스테이터의 상측에는 버스바(Busbar)가 결합되는데, 버스바를 결합하기 위해, 스테이터의 상측에 각각의 권선된 코일의 코일 단자가 배치되고, 상기 버스바는 상기 코일 단자에 연결된다.

상기 버스바에는 상기 코일 단자와 전기적으로 연결되는 복수의 금속 부재들이 인슐레이터에 의해 절연되면서 고정되어 배치된다. 상기 버스바는 대략 도넛 형상으로 스테이터의 상면과 대응되도록 이루어진다. 버스바의 외주면에는 코일 단자와 접속하기 위한 터미널들이 배치된다.

상기 버스바의 형상은 연결되는 전원에 따라 달라지는데, 일반적으로 EPS모터는 3상(3-phase) 회로를 통해, 각각의 입출력 터미널들이 버스바의 외주면에 순차적으로 배치된다.

그런데, 이와 같이 버스바를 이용하여 코일을 연결할 경우, 버스바에 코일을 연결하는 공정에 어려움이 있으며, 버스바의 높이만큼 EPS 모터의 높이가 높아지게 되므로, 모터 소형화에 어려움이 있다.

또한, 버스바를 제조하기 위해서는, 버스 터미널을 형성하여, 인슐레이터로 버스바 몸체를 몰딩 성형하는 등, 복잡한 공정을 필요로 하므로, 공정시간이 과도하게 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 버스바를 삭제하여 모터의 높이를 낮추어 제품 소형화가 가능하도록 구조가 개선된 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 버스바를 삭제하고, 기존의 인쇄회로기판의 구성을 개선하여, 부품수 감소 및 재료비 절감이 가능하도록 구조가 개선된 모터를 제공하는데 있다.

본 발명에 의한 모터는, 모터 하우징; 상기 모터 하우징 내측에 설치되며, 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어에 권취되는 코일 및 상기 코일의 끝단에 결합되는 코일 단자를 포함하는 스테이터; 상기 스테이터 중심에 회전 가능하게 설치되는 로터; 상기 로터 상측에 설치되어, 상기 로터의 위치를 감지하는 센싱 마그네트 모듈; 상기 센싱 마그네트 모듈의 자기력을 감지하도록 상기 센싱 마그네트 모듈과 마주보게 배치되는 자기소자; 및 상기 자기소자가 실장되는 센서층과 상기 코일에 공급되는 서로 다른 극성 별 전원이 각각 연결되는 복수 개의 전원층을 포함하는 멀티 레이어 인쇄회로기판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수 개의 전원층은, 3상 전원과 연결될 경우, 제 1 내지 제 3 전원층으로 마련되는 것이 바람직하다.

이를 위해, 상기 멀티 레이어 인쇄회로기판은, 상기 모터 하우징의 상측면 전체를 커버하는 것이 바람직하다.

상기 멀티 레이어 인쇄회로기판은, 상기 코일 단자가 관통 결합되는 단자공을 포함하며, 상기 단자공은, 상기 제 1 내지 제 3 전원층 중 하나와 통전 가능하게 연결되는 것이 좋다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 단자공은, 상기 멀티 레이어 인쇄회로기판의 원주면을 따라 18개가 관통 형성되며, 인접한 다른 단자공과 서로 다른 전원층과 연결되어, 상기 단자공에 결합된 코일 단자들이 근처의 다른 단자공에 결합된 코일 단자들과 서로 다른 극성의 전원을 인가 받는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 버스바를 대신하여, 기존에 로터 위치 파악을 위해 설치되는 인쇄회로기판에 복수 개의 버스 층을 형성하므로, 버스바의 높이만큼 모터의 높이를 낮출 수 있어, 소형화된 모터를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 버스바를 인쇄회로기판의 전원층으로 대체하므로, 부품수 감소에 따른 재료비 절감이 가능하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 모터의 평면도,
도 2는 도 1의 일부를 절개하여 도시한 측단면도, 그리고,
도 3은 도 2의 인쇄회로기판 부분을 확대하여 도시한 측단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 모터를 도면을 참고하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 모터의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 모터는 모터 하우징(100), 스테이터(110), 로터(120), 회전축(130), 센싱 마그네트 모듈(140), 자기소자(150) 및 멀티 레이어 인쇄회로기판(200)을 포함한다.

모터 하우징(100)은 대략 원통형상으로 마련되며, 상측에 개구부를 형성하고, 하측은 폐쇄된다. 상기 모터 하우징(100)의 내부에는 상기 스테이터(110)와 로터(120), 상기 로터(120)를 회전 가능하게 지지하는 회전축(130)들이 설치된다.

스테이터(110)는 스테이터 코어(111)와 코일(112) 및 코일 단자(113)를 포함한다. 상기 스테이터 코어(111)는 원주면을 따라 상기 코일(112)이 권선될 수 있도록 구성되며, 상기 코일(112)의 끝단은 상기 코일 단자(113)와 통전 가능하게 연결된다. 이때, 상기 코일 단자(113)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일정 지름과 길이를 가지는 원기둥 형상으로 마련된다.

로터(120)는 상기 스테이터(110)의 중앙에 회전 가능하게 설치되며, 로터 코어의 외주면에 복수 개의 마그네트가 장착되어 구성된다.

회전축(130)은 상기 로터(120)와 동축으로 설치되어, 일단은 상기 하우징(100)의 바닥면에 설치된 하측 베어링(131)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 그 타단은 미도시된 커버부재에 설치된 상측 베어링에 의해 지지된다.

센싱 마그네트 모듈(140)은 플레이트(141)와 센싱 마그네트(142)를 포함한다. 상기 플레이트(141)는 대략 디스크 형상으로 마련되며, 상측에 상기 센싱 마그네트(142)가 접착제 등을 이용하여 고정된다. 상기 센싱 마그네트(142)는 중앙에 통공을 가지는 도넛(donut) 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.

자기소자(150)는 상기 센싱 마그네트(142)의 자기장 변화를 감지하는 것으로, 상기 센싱 마그네트(142)와 마주보도록 설치된다.

멀티 레이어 인쇄회로기판(200)은 상기 로터(120) 및 센싱 마그네트 모듈(140)의 상측에 배치되며, 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모터 하우징(100)의 상측 개구부 전체를 폐쇄할 수 있도록, 대량 원판 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.

상기 멀티 레이어 인쇄회로기판(200)은, 상기 자기소자(150)가 실장되는 센서층(210)과, 상기 코일(112)에 공급되는 서로 다른 극성 별 전원이 연결되는 복수 개의 전원층(220)을 포함한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 전원층(220)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 3상 전원과 연결될 경우, 제 1 내지 제 3 전원층(221~223)으로 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 멀티 레이어 인쇄회로기판(200)은, 상기 코일 단자가 관통 결합되는 단자공(201)을 포함하며, 상기 단자공(201)에는 상기 코일(112)과 통전 가능하게 연결되는 코일 단자(113)가 관통 결합된다. 상기 코일 단자(113)와 통전 가능하게 연결되는 상기 단자공(201)은 상기 제 1 내지 제 3 전원층(221~223) 중 하나와 통전 가능하게 연결되는 것이 좋다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 단자공(201)은, 상기 멀티 레이어 인쇄회로기판(200)의 원주면을 따라 18개가 관통 형성되는 것이 좋으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 이는 모터의 크기와 용량에 따라 증감될 수 있다.

예컨대, 상기 제 1 전원층(221)에는, U 상의 전원이 인가되고, 제 2 전원층(222)에는 V상의 전원이 인가되며, 제 3 전원층(223)에는 W상의 전원이 인가된다고 하면, 멀티 레이어 인쇄회로기판(200) 상의 제 1 단자공(201a)이 제 1 전원층(221)과 통전 가능하게 연결될 경우, 상기 제 1 단자공(201a)은 상기 제 2 및 제 3 전원층(222)(223)과는 절연된다. 그리고, 상기 제 1 단자공(201a)과 이웃하는 제 2 단자공(201b)은 제 1 및 제 3 전원층(221)(223)과는 절연되고, 제 2 전원층(222)과 통전 가능하게 연결되고, 제 3 단자공(201c)은 제 1 및 제 2 전원층(221)(222)과는 절연되고, 제 3 전원층(223)과 통전 가능하게 연결된다. 따라서, 상기 단자공(201)에 관통 결합되는 코일 단자(113)는 삽입된 단자공(201)의 위치에 따라, 서로 다른 극성의 전원을 상기 코일(112) 측으로 인가하는 것이 가능하다.

또한, 상기 멀티 레이어 인쇄회로기판(200)의 가장 바깥쪽 면에는 상기 제 1 내지 제 3 전원층(221~223)과 각각 통전 가능하게 연결되는 전원 단자(202)가 마련되고, 상기 전원 단자(202)는 외부 전원이 연결되는 전원 터미널(205)과 연결된다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 멀티 레이어 인쇄회로기판(200)의 제 1 내지 제 3 전원층(221~223)은 기본 베이스는 수지재질과 같은 절연체로 구성되며, 통전이 필요한 부분만이 금속과 같은 통전성 재질로 패턴 형성된다. 따라서 인슐레이터 구성을 위한 몰딩 성형 공정을 수행할 필요 없이, 상기 제 1 내지 제 3 전원층(221~223) 각각에서, 극성 별로 전원 공급이 필요한 단자공(201)의 위치에 전원 공급 패턴을 형성하면 되므로, 종래의 버스바 제조에 비해 저렴하고 간단하게 상기 코일(112)에 극성이 다른 전원을 공급할 수 있다. 또한, 상기 전원층(220)을 센서층(210)과 함께 적층하여 하나의 멀티 레이어 인쇄회로기판(200)으로 형성할 수 있기 때문에, 상대적으로 얇은 두께로 모터를 제조하는 것이 가능하다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100; 모터 하우징 110; 스테이터
111; 스테이터 코어 112; 코일
120; 로터 130; 회전축
131; 베어링 140; 센싱 마그네트 모듈
141; 플레이트 142; 센싱 마그네트
150; 자기소자 200; 멀티 레이어 인쇄회로기판
210; 센서층 220; 전원층
221; 제 1 전원층 222; 제 2 전원층
223; 제 3 전원층

Claims (9)

1. 회전축;
   상기 회전축이 배치되는 홀을 포함하는 로터;
   상기 로터의 외측에 배치되며 코일이 권선된 스테이터;
   상기 로터의 상측에 배치되어 상기 로터의 위치를 감지하는 센싱 마그네트 모듈;
   상기 센싱 마그네트 모듈과 대향하여 배치되는 자기소자;
   상기 로터와 상기 스테이터를 수용하는 하우징; 및
   상기 자기소자가 실장되는 센서층과 상기 코일에 전원을 연결하는 복수 개의 전원층을 포함하는 멀티 레이어 인쇄회로기판; 을 포함하고
   상기 센싱 마그네트 모듈은 디스크 형상의 플레이트와 상기 플레이트 상측에 배치되는 센싱 마그네트를 포함하고,
   상기 센싱 마그네트는 상기 플레이트의 형상에 대응하여 중앙에 통공을 가지는 도넛(donut) 형상으로 형성되고,
   상기 스테이터는 상기 코일의 끝단이 통전 가능하게 연결되는 원기둥 형상의 코일단자를 포함하며,
   상기 멀티 레이어 인쇄회로기판은 원판 형상으로 형성되어 상기 로터 및 센싱 마그네트 모듈의 상측에 배치되고,
   상기 복수 개의 전원층은 상기 센서층 상에 적층 형성되되, 상기 센서층과 접촉하여 형성되는 제 1 전원층, 상기 제1 전원층 상에 적층되는 제 2 전원층 및, 상기 제2 전원층 상에 적층되는 제 3 전원층을 포함하며,
   상기 제 1 내지 제 3 전원층의 기본 베이스는 절연체로 구성되며, 통전이 필요한 부분만이 금속과 같은 통전성 재질로 패턴 형성되고,
   상기 제 1 내지 제 3 전원층의 통전성 재질로 연결된 부분에 단자공이 형성되고, 상기 단자공에 상기 코일단자가 연결되며,
   상기 멀티 레이어 인쇄회로기판의 가장 바깥쪽 면에는 상기 제 1 내지 제 3 전원층과 각각 통전 가능하게 연결되는 전원 단자가 구비되어 외부 전원과 연결되는 모터.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 멀티 레이어 인쇄회로기판은 상기 하우징의 상면 전체를 커버하는 모터.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 멀티 레이어 인쇄회로기판의 상기 제1 내지 제3 전원층은, 상기 코일 단자가 관통 결합되고, 상기 통전성 재질로 패턴이 형성된 영역과 연결되는 복수개의 단자공을 포함하는 모터.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 복수개의 단자공은 제 1 단자공, 제 2 단자공 및 제 3 단자공을 포함하고, 상기 제 1 내지 제 3 전원층 중 하나와 통전 가능하게 연결되는 모터.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 단자공이 상기 제 1 전원층과 통전 가능하게 연결되는 경우, 상기 제 1 단자공은 상기 제 2 전원층 및 상기 제 3 전원층과는 절연되는 모터.
   
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 복수개의 단자공은 상기 멀티 레이어 인쇄회로기판의 원주면을 따라 일정 간격으로 이격되어 18개가 관통 형성되는 모터.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 자기소자는 상기 플레이트에 고정된 상기 센싱 마그네트와 마주보도록 설치된 모터.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 센싱 마그네트는 접착제를 이용하여 상기 플레이트에 고정되는 모터.
   

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