KR101987407B1

KR101987407B1 - 전동기

Info

Publication number: KR101987407B1
Application number: KR1020187003244A
Authority: KR
Inventors: 다이시 이와나가; 시게키 우치야마; 다케히데 오무라; 다쿠야 사이토; 다케히코 오시타
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2019-06-11
Also published as: WO2017030088A1; EP3340445B1; JP2017041970A; JP6304175B2; CN107925331B; CN107925331A; KR20180021193A; US20180248449A1; EP3340445A4; EP3340445A1; US10432067B2

Abstract

제어 회로(63)는 홀 센서(61a, 61b, 61c)의 검출값에 기초하여 인버터 회로(62)를 제어해서 로터(50)를 기동시킨다. 로터(50)의 기동 후에 제어 회로(63)는 홀 센서(61a)의 검출값에 기초하여 로터(50)의 회전 속도를 제어한다. 센서 핀(81)은 U상 권선(49a)의 바로감기부(46) 및 역감기부(47) 사이의 슬롯(48u) 내에 배치되어 있다. 센서 핀(83)은 V상 권선(49b)의 바로감기부(46) 및 역감기부(47) 사이의 슬롯(48v) 내에 배치되어 있다. 센서 핀(82)은 U상 권선(49a)의 역감기부(47)에 대하여 축선 방향 일측에 위치한다. 센서 핀(81, 83)은 각각 2개의 제 1 위치에 위치한다.

Description

전동기

본 발명은 전동기에 관한 것이다.

종래, 복수의 자극을 가지는 로터와, 이 로터에 대하여 직경 방향 내측에 배치되어 있는 스테이터 코일을 구비한 3상 동기 전동기가 알려져 있다.(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

이 3상 동기 전동기에 있어서, 스테이터 코일에 대하여 축선 방향 일측에 3개의 자기 센서가 배치되어 있다. 복수의 영구 자석과 3개의 자기 센서 사이에는 로터의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 3개의 자기 센서의 각각으로 유도하는 3개의 자기 유도 부재가 설치되어 있다. 이 때문에, 3개의 자기 센서는 로터의 회전 속도와 회전 방향을 검출하기 위해, 3개의 자기 유도 부재 중, 대응하는 자기 유도 부재에 의해 유도되는 자속을 검출하게 된다.

또한, 일반적인 3상 동기 전동기에서는 로터를 회전시키기 위해, 상기 특허 문헌 1에는 기재되어 있지 않은 인버터 회로 및 제어 회로가 이용된다. 인버터 회로는 로터를 회전시키기 위해, 스테이터 코일에 3상 교류 전류를 출력하여 스테이터 코일에 회전 자계를 발생시킨다.

제어 회로는 3개의 자기 센서의 검출 신호에 기초하여 로터의 위치를 검출하고, 이 검출 위치에 기초하여 인버터 회로를 제어해서 인버터 회로로부터 스테이터 코일로 3상 교류 전류를 출력시킨다. 이에 동반하여, 스테이터 코일이 3상 교류 전류에 기초해서 회전 자계를 로터의 복수의 자극에 부여한다. 이로부터, 로터가 회전 자계에 동기하여 회전하게 된다.

여기에서, 3개의 자기 센서는 회로 기판에 탑재되어 있다. 회로 기판은 스테이터 코일에 대하여 축선 방향 일측에 배치되어 있다. 3개의 자기 센서 및 3개의 자기 유도 부재는 기계각으로 120deg 내의 영역(각도 범위)에 배치되어 있다. 이로부터, 3개의 자기 센서를 작은 영역에 배치할 수 있다.

특허 문헌 1: 일본국 특허 공개공보 제2013―158069호 공보

상기 특허 문헌 1에 기재된 전동기에서는 제어 회로와 3개의 자기 센서 사이의 배선에 전자파 노이즈 등이 혼입되면, 제어 회로가 인버터 회로를 잘못 제어할 염려가 있다. 이 경우, 인버터 회로로부터 3상 스테이터 코일로 출력되는 3상 교류 전류에 기초하여 로터의 오동작을 발생시키는 경우가 있다.

그래서 본원의 발명자는 제어 회로와 3개의 자기 센서 사이의 배선에 전자파 노이즈 등이 혼입되는 것을 억제하는 것에 착안하여, 제어 회로와 3개의 자기 센서 사이의 배선의 길이를 짧게 하기 위해, 3개의 자기 센서를 보다 작은 영역에 배치하는 것을 검토했다.

본 발명은 상기 점을 감안하여, 3개의 자기 센서를 보다 작은 영역에 배치할 수 있도록 한 전동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시에 관련되는 전동기는 원주 방향으로 나열된 복수의 자극을 가지고, 또한 축선(S1)을 중심으로 하여 회전 가능하게 구성되어 있는 로터(50)와,

전선이 바로감기 방향으로 감겨 있는 바로감기부(46)와 전선이 바로감기 방향과 역방향으로 감겨 있는 역감기부(47)를 상(相)마다 구성하는 복수상의 상권선(49a, 49b, 49c)을 구비하고, 복수상의 바로감기부 및 역감기부가 원주 방향으로 나열되어 있는 스테이터 코일(49)과,

로터를 회전시키기 위해, 스테이터 코일로 교류 전류를 출력하여 스테이터 코일로부터 회전 자계를 복수의 자극으로 출력시키는 구동 회로(62)와, 구동 회로를 제어하는 제어 회로(63)와, 로터의 회전을 검출하기 위해, 복수의 자극으로부터의 자속을 검출하는 3개의 자기 센서(61a, 61b, 61c)를 탑재하여 이루어지는 기판(60)과,

복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 3개의 자기 센서로 각각 유도하는 3개의 유도 부재로서, 3개의 유도 부재 중, 적어도 1개의 유도 부재는 동상(同相)인 바로감기부 및 역감기부의 각각으로부터 발생하는 자속이 제거되는 위치인 제 1 위치에 배치되고, 3개의 유도 부재 중, 제 1 위치에 배치되어 있는 유도 부재 이외의 적어도 1개의 유도 부재는 제 1 위치와는 다른 제 2 위치에 배치되어 있는 3개의 유도 부재(81, 82, 83)를 구비하고,

제어 회로는 3개의 자기 센서의 검출값에 기초하여 구동 회로를 제어해서 로터를 기동하고, 로터의 기동 종료 후에 제어 회로는 3개의 자기 센서 중, 제 1 위치에 배치된 적어도 1개의 유도 부재에 의하여 유도되는 자속을 검출하는 적어도 1개의 자기 센서의 검출값에 기초해서 로터의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기의 구성에 따르면, 제어 회로는 로터의 회전 속도를 제어할 때에, 3개의 자기 센서 중, 제 1 위치에 배치된 적어도 1개의 유도 부재에 의하여 유도되는 자속을 검출하는 적어도 1개의 자기 센서의 검출값을 이용한다. 따라서, 로터의 회전 속도를 정확하게 제어할 수 있다. 또한, 3개의 유도 부재 중, 제 1 위치에 배치되어 있는 유도 부재 이외의 적어도 1개의 유도 부재는 제 1 위치와는 다른 제 2 위치에 배치되어 있다. 이 때문에, 3개의 유도 부재의 전체를 각각 3개의 제 1 위치에 배치하는 경우에 비하여, 3개의 유도 부재를 보다 작은 영역에 배치할 수 있다. 이 결과, 3개의 자기 센서를 보다 작은 영역에 배치할 수 있다.

이하, 기계각이란, 3개의 자기 센서 및 3개의 유도 부재를 로터의 축선 방향에서 본 경우에 있어서, 로터의 축선(S1)을 중심으로 하는 각도를 말한다. 축선 방향이란, 로터의 축선이 연장되는 방향이다. 축선 방향 일측이란, 로터의 축선 방향이 연장되는 방향 중, 일측을 말한다. 축선 방향 타측이란, 로터의 축선이 연장되는 방향 중, 타측을 말한다.

구체적으로, 실시 형태에서는 3개의 자기 센서 및 3개의 유도 부재는 기계각으로 60deg의 영역(각도 범위) 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 란(欄)에서 기재한 각 수단의 괄호 내의 부호는 후술하는 실시 형태에 기재된 구체적 수단과의 대응 관계를 나타낸다.

도 1은 제 1 실시 형태에 관련되는 차량 적재 전동기의 전체 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서의 Ⅱ―Ⅱ단면도이다.
도 3은 도 1에서의 Ⅲ―Ⅲ단면도이다.
도 4는 도 2에 있어서 3개의 센서 핀의 축선을 포함하는 단면도로서, 3개의 홀 센서 및 3개의 센서 핀의 배치 관계를 도시하고 있다.
도 5는 도 3에서의 Ⅴ―Ⅴ단면도이다.
도 6은 제 1 실시 형태에서의 홀 센서 및 제어 회로의 배치 관계를 도시한 모식도이다.
도 7은 제 1 실시 형태에 관련되는 차량 적재 전동기의 전기 회로 구성을 도시한 전기 회로도이다.
도 8은 도 7의 제어 회로가 실행하는 로터의 회전 속도 제어 처리를 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 형태에서의 홀 센서의 배치를 도시한 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시 형태에서의 홀 센서의 배치를 도시한 부분 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면에 기초해서 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태에 있어서, 동일 또는 균등한 부분에는 설명의 간략화를 도모하기 위해, 도면 중, 동일 부호를 붙이고 있다.

(제 1 실시 형태)

제 1 실시 형태에 관련되는 차량 적재 전동기(1)에 대하여, 도 1, 도 2 등을 참조해서 설명한다.

본 실시 형태에 관련되는 차량 적재 전동기(1)는 차량 적재 쿨링 모듈의 전동 팬을 구성하는 것이다. 차량 적재 쿨링 모듈은 자동차의 엔진룸 내에 탑재되어, 전동 팬으로부터의 송풍이나 주행풍에 의하여 콘덴서 및 라디에이터를 냉각하는 유닛이다.

차량 적재 전동기(1)는 3상 동기 전동기로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 받침대(10), 로터 샤프트(20), 베어링(30A, 30B), 스테이터(40), 로터(50), 회로 기판(60), 커넥터(70) 및 케이스(80)를 구비한다.

받침대(10)는 금속 재료에 의하여 판형상으로 형성되어 있다. 받침대(10)는 축선 방향으로 개구하는 개구부(11)를 형성하는 개구 형성부(12)를 구비한다. 받침대(10)는 로터 샤프트(20), 회로 기판(60) 및 커넥터(70)를 지지한다.

로터 샤프트(20)는 금속 재료에 의하여 막대 형상으로 형성되어 있다. 로터 샤프트(20)는 받침대(10)로부터 그 주면(主面)의 연신 방향에 직교하는 방향(도 1 중, 상부 방향)으로 연장 돌출하는 지지축이다. 로터 샤프트(20)는 받침대(10)에 의하여 지지되어 있다. 이하, 도 1 중, 하측을 로터 샤프트(20)의 축선 방향 일측으로 하고, 도 1 중, 상측을 로터 샤프트(20)의 축선 방향 타측으로 한다.

베어링(30A, 30B)은 로터 샤프트(20)의 축선 방향 타측 단부에 근접하여 배치되어 있다. 베어링(30A, 30B)은 축선 방향으로 나열되어 있다. 베어링(30A, 30B)은 로터 케이스(51)의 중앙 오목부(53) 내에 배치되어 있다. 베어링(30A, 30B)은 로터 샤프트(20)에 지지되어, 로터 케이스(51)의 중앙 오목부(53)의 내주면(53a)을 회전 가능하게 지지한다.

스테이터(40)는 받침대(10)에 대하여 축선 방향 타측에 배치되어 있다. 스테이터(40)는 받침대(10)에 지지되어 있다. 스테이터(40)는 도 2에 도시한 바와 같이, 스테이터 코어(41)를 구비한다.

스테이터 코어(41)는 환상부(42) 및 티스(teeth)부(43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f, 44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)를 구비한다.

환상부(42)는 로터 샤프트(20)의 축선을 중심으로 하는 링형상으로 형성되어 있다. 환상부(42)는 로터 샤프트(20)에 의하여 지지되어 있다.

티스부(43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f, 44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)는 환상부(42)로부터 직경 방향 외측으로 돌출하도록 형성되어 있다. 티스부(43a, 43b, ㆍㆍㆍ44f)는 각각 로터 샤프트(20)의 원주 방향으로 동일 간격으로 나열되어 있다.

즉, 티스부(43a, 43b, ㆍㆍㆍ44f)는 환상부(42)로부터 방사 형상으로 돌출하도록 형성되어 있다. 티스부(43a, 43b, ㆍㆍㆍ44f) 중, 이웃하는 2개의 티스 사이에는 1개의 슬롯(48)이 형성되어 있다. 본 실시 형태의 스테이터 코어(41)에는 합계 12개의 슬롯(48)이 형성되어 있다.

여기에서, 티스부(43a, 44a)는 원주 방향에 이웃하여 배치되어 있다. 원주 방향은 로터 샤프트(20)의 축선을 중심으로 하는 둘레 방향이다. 티스부(43b, 44b)는 원주 방향에 이웃하여 배치되어 있다. 티스부(43c, 44c)는 원주 방향에 이웃하여 배치되어 있다. 티스부(43d, 44d)는 원주 방향에 이웃하여 배치되어 있다. 티스부(43e, 44e)는 원주 방향에 이웃하여 배치되어 있다. 티스부(43f, 44f)는 원주 방향에 이웃하여 배치되어 있다.

티스부(43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f)에는 구리선(전선)으로 이루어지는 권선(45A∼45F)이 바로감기 방향(제 1 감기 방향)으로 감겨서 형성된 바로감기부(제 1 감기부)(46)가 설치되어 있다.

티스부(44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f)에는 구리선(전선)으로 이루어지는 권선(45A∼45F)이 역감기 방향(제 2 감기 방향)으로 감겨서 형성된 역감기부(제 2 감기부)(47)가 설치되어 있다.

본 실시 형태에서는 스테이터 코어(41)의 중심으로부터 티스부의 선단부를 향하여 우회전(시계 회전) 방향을 바로감기 방향으로 하고, 스테이터 코어(41)의 중심으로부터 티스부의 선단부를 향하여 좌회전(반시계 회전) 방향을 바로감기 방향과 역방향의 역감기 방향으로 한다. 바로감기부(46)와 역감기부(47)를 연결하는 권선(45A∼45F)의 부분은 연결선(도시 생략)을 구성하고 있다.

권선(45A, 45D)은 직렬 접속되어 U상 권선(49a)(도 7 참조)을 구성하고 있다. 권선(45B, 45E)은 직렬 접속되어 V상 권선(49b)을 구성하고 있다. 권선(45C, 45F)은 직렬 접속되어 W상 권선(49c)을 구성하고 있다.

즉, 권선(45A, 45D)이 감겨서 형성된 바로감기부(46)와 역감기부(47)가 U상 권선(49a)을 구성하고 있다. 권선(45B, 45E)이 감겨서 형성된 바로감기부(46)와 역감기부(47)가 V상 권선(49b)을 구성하고 있다. 권선(45C, 45F)이 감겨서 형성된 바로감기부(46)와 역감기부(47)가 W상 권선(49c)을 구성하고 있다.

이에 따라, U상의 바로감기부(46)와 역감기부(47)끼리가 원주 방향에 이웃하여 배치되어 있다. V상의 바로감기부(46)와 역감기부(47)끼리가 원주 방향에 이웃하여 배치되어 있다. W상의 바로감기부(46)와 역감기부(47)끼리가 원주 방향에 이웃하여 배치되어 있다.

이상에 의해, 동상(同相)의 바로감기부(46)와 역감기부(47)끼리가 원주 방향에 이웃하여 배치되어 있다.

본 실시 형태에서는 U상 권선(49a), V상 권선(49b) 및 W상 권선(49c)은 도 7에 도시한 바와 같이, 스타 결선(star connection)되어 스테이터 코일(49)을 구성하고 있다.

도 1의 로터(50)는 로터 케이스(51)를 구비한다. 로터 케이스(51)는 원통 형상으로 형성되어 있다. 로터 케이스(51)는, 그 축선이 로터 샤프트(20)의 축선(S1)에 일치하도록 형성되어 있다.

이 때문에, 로터 케이스(51)(즉, 로터(50))는 로터 샤프트(20)의 축선(S1)을 중심으로 하여 회전한다. 본 실시 형태의 로터 샤프트(20)의 축선(S1)은 본 발명의 로터의 축선에 상당해 있다. 로터 케이스(51)는 스테이터(40)를 수납하고 있다. 로터 케이스(51)에는 축선 방향 타측의 개구부를 막는 덮개부(52)가 설치되어 있다.

덮개부(52) 중, 직경 방향 중앙부에는 축선 방향 일측에 오목한 중앙 오목부(53)가 형성되어 있다. 중앙 오목부(53)의 저부에는 로터 샤프트(20)가 축선 방향으로 관통하고 있다. 중앙 오목부(53)의 내주면(53a)은 베어링(30A, 30B)을 통해 로터 샤프트(20)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있다.

로터 케이스(51)의 내주면에는 복수의 영구 자석(54)이 고정되어 있다. 복수의 영구 자석(54)은, 그 직경 방향 내측에 복수의 자극을 형성하고 있다. 복수의 영구 자석(54)은 S극→N극→S극→N극의 차례로 자극의 극성이 번갈아 바뀌도록 원주 방향으로 나열되어 있다. 이로부터, 로터(50)(즉, 로터 케이스(51)의 내주측)에는 원주 방향으로 나열되어 있는 복수의 자극이 형성되어 있게 된다. 본 실시 형태에서는 12개의 영구 자석(54)이 배치되어 있다.

회로 기판(60)은 받침대(10)에 대하여 축선 방향 일측(도 1 중, 하측)에 배치되어 있다. 회로 기판(60)은 받침대(10)에 지지되어 있다. 회로 기판(60)은 받침대(10)의 주면의 연신 방향으로 평행해지도록 배치되어 있다. 즉, 회로 기판(60)은, 그 주면의 연신 방향이 로터 샤프트(20)의 축선 방향에 직교해 있다.

차량 적재 전동기(1)에는 도 1 및 도 6에 도시한 바와 같이, 홀 센서(Hall-effect sensors)(61a, 61b, 61c), 인버터 회로(62) 및 제어 회로(63)가 설치되어 있다. 홀 센서(61a, 61b, 61c), 인버터 회로(62) 및 제어 회로(63)는 회로 기판(60)에 탑재되어 있다.

본 실시 형태에서는 회로 기판(60)의 축선 방향 일측의 주면(도 1에서의 하면)에 인버터 회로(62) 및 제어 회로(63)가 실장되어 있다. 회로 기판(60)의 축선 방향 타측의 주면(도 1에서의 상면)에 홀 센서(61a, 61b, 61c)가 실장되어 있다. 즉, 홀 센서(61a, 61b, 61c)는 회로 기판(60)의 스테이터 코일(49)측에 배치되어 있다.

커넥터(70)는 커넥터 하우징(71)과, 이 커넥터 하우징(71)에 수납되어 있는 복수개의 터미널(72)을 구비한다.

커넥터 하우징(71)은 받침대(10)에 의하여 지지되어 있다. 커넥터 하우징(71)은 커넥터 끼워맞춤부(71a) 및 커넥터 커버부(71b)로 구성되어 있다. 커넥터 끼워맞춤부(71a)는 회로 기판(60)의 주면의 연신 방향 일측(도 1 중, 좌측)에 배치되어 있다. 커넥터 끼워맞춤부(71a)는 다른 커넥터에 끼워맞춤 가능하게 구성되어 있다.

커넥터 커버부(71b)는 받침대(10)에 대하여 축선 방향 타측에 배치되어 있다. 커넥터 커버부(71b)는 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 받침대(10)의 개구부(11)를 축선 방향 타측으로부터 덮도록 형성되어 있다. 커넥터 커버부(71b)는 유도 부재로서의 센서 핀(81, 82, 83)을 축선 방향 타측으로부터 덮도록 형성되어 있다. 커넥터 커버부(71b)는 센서 핀(81, 82, 83)을 지지하고 있다.

센서 핀(81, 82, 83)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61a, 61b, 61c) 중, 대응하는 홀 센서로 유도한다. 구체적으로, 센서 핀(81)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61a)로 유도한다. 센서 핀(82)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61b)로 유도한다. 센서 핀(83)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61c)로 유도한다.

본 실시 형태의 커넥터 커버부(71b)와 받침대(10)의 개구 형성부(12) 사이에는 도 5에 도시한 바와 같이, 커넥터 커버부(71b)와 받침대(10)의 개구 형성부(12) 사이를 밀폐하는 시일(seal) 부재(90)가 설치되어 있다. 시일 부재(90)는 커넥터 커버부(71b)와 받침대(10) 사이에서 개구부(11)를 둘러싸도록 환상으로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서 시일 부재(90)로서는 예를 들면, 실리콘 등의 수지 재료를 이용할 수 있다.

본 실시 형태의 커넥터 끼워맞춤부(71a) 및 커넥터 커버부(71b)는 수지 재료에 의하여 일체로 형성되어 커넥터 하우징(71)을 구성하고 있다.

복수개의 터미널(72)은 각각 외부 장치 및 회로 기판(60) 사이를 전기적으로 접속하기 위한 것으로서, 커넥터 끼워맞춤부(71a) 및 커넥터 커버부(71b)를 관통하고 있다.

구체적으로, 복수개의 터미널(72)의 각각의 일단측은 커넥터 끼워맞춤부(71a) 내에 배치되어 있다. 복수개의 터미널(72)의 각각의 일단측은 커넥터 끼워맞춤부(71a) 내에서 다른 커넥터에 접속된다. 이로부터, 복수개의 터미널(72)의 각각의 일단측은 다른 커넥터를 통하여 외부 장치에 접속되게 된다. 복수개의 터미널(72)의 각각의 타단측은 받침대(10)의 개구부(11) 내에서 회로 기판(60)에 접속되어 있다.

본 실시 형태의 외부 장치로서는, 제어 회로(63)에 지령 신호를 부여하는 전자 제어 장치와, 인버터 회로(62)에 직류 전력을 공급하는 전지를 들 수 있다. 즉, 복수개의 터미널(72)은 전자 제어 장치 및 전지와 회로 기판(60) 사이를 전기적으로 접속하게 된다.

도 1의 케이스(80)는 받침대(10)에 대하여 축선 방향 일측(도 1 중, 하측)에 배치되어 있다. 케이스(80)는 회로 기판(60)을 축선 방향 일측으로부터 덮도록 형성되어 있다. 케이스(80)는 받침대(10)와 함께 회로 기판(60)을 수납하는 하우징을 형성하고 있다. 케이스(80)는 받침대(10)에 대하여 나사 등에 의해서 고정되어 있다. 본 실시 형태의 케이스(80)는 수지 재료에 의하여 구성되어 있다.

다음으로, 본 실시 형태의 센서 핀(81, 82, 83)의 상세에 대하여 설명한다.

본 실시 형태의 센서 핀(81, 82, 83)은 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이, 축선(S)을 중심으로 하는 원주 방향으로 오프셋하여 배치되어 있다. 홀 센서(61a, 61b, 61c)는 축선(S)을 중심으로 하는 원주 방향으로 오프셋하여 배치되어 있다. 또한, 도 2는 도 1 중, Ⅱ―Ⅱ단면도로서, 커넥터 커버부(71b) 및 받침대(10) 등을 생략하여, 스테이터 코일(49)에 대한 센서 핀(81, 82, 83)의 배치 관계를 도시하고 있다.

센서 핀(81, 82, 83)은 각각의 축선이 로터 샤프트(20)의 축선(S1)에 평행하게 되어 있다. 즉, 센서 핀(81, 82, 83)은 로터 샤프트(20)의 축선 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 센서 핀(81, 82, 83)은 홀 센서(61a, 61b, 61c)에 대하여 축선 방향 타측에 배치되어 있다. 센서 핀(81, 82, 83)의 각각 중, 축선 방향 타측은 복수의 영구 자석(54)에 대하여 직경 방향 내측에 배치되어 있다. 즉, 센서 핀(81, 82, 83)의 각각 중, 축선 방향 타측은 직경 방향 내측에서 보아, 복수의 영구 자석(54)에 대하여 겹치도록 배치되어 있다.

센서 핀(81)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61a)로 유도한다.

구체적으로, 센서 핀(81)은 티스부(43a, 44a) 사이의 슬롯(48)을 축선 방향에서 보았을 때에, 티스부(43a, 44a) 사이의 슬롯(48)에 겹치는 위치에 배치되어 있다. 티스부(43a)에 감기는 권선(45A)은 U상 권선(49a)의 바로감기부(46)를 구성한다. 티스부(44a)에 감기는 권선(45A)은 U상 권선(49a)의 역감기부(47)를 구성한다. 이하, 설명의 편의상, U상 권선(49a)의 바로감기부(46) 및 역감기부(47) 사이의 슬롯(48)을 슬롯(48u)이라 한다. 이 때문에, 센서 핀(81)은 슬롯(48u)을 축방향에서 보았을 때에, 슬롯(48u)에 겹치는 위치에 배치되게 된다. 이에 따라, U상 권선(49a)의 바로감기부(46)로부터 발생하는 자속과 역감기부(47)로부터 발생하는 자속이 제거되는 위치에 센서 핀(81)이 배치되게 된다. 이하, 바로감기부(46)로부터 발생하는 자속과 역감기부(47)로부터 발생하는 자속이 제거되는 위치를 제 1 위치라 한다.

센서 핀(81)의 축선 방향 일측은 홀 센서(61a)에 대하여 축선 방향 타측에 위치한다. 센서 핀(81)의 축선 방향 타측은 티스부(43a, 44a) 사이의 슬롯(48)에 대하여 축선 방향 일측에 위치한다. 따라서, 센서 핀(81)이 U상 권선(49a)으로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61a)로 유도하는 것을 억제할 수 있다.

센서 핀(82)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61b)로 유도한다.

구체적으로, 센서 핀(82)은 티스부(44a)의 선단측을 축선 방향에서 보았을 때에, 티스부(44a)의 선단측(직경 방향 외부단측)에 겹치는 위치에 배치되어 있다. 티스부(44a)에 감기는 권선(45A)은 U상 권선(49a)의 역감기부(47)를 구성하고 있다. 권선(45A)을 축선 방향에서 보았을 때에, 권선(45A)에 겹치는 위치를 권선 위치(49e)로 한 경우에 있어서, 센서 핀(82)은 권선 위치(49e)에 대하여 직경 방향에서의 로터(50)측(즉, 직경 방향 외측)의 제 2 위치(49d)에 위치하게 된다. 센서 핀(82)의 축선 방향 일측은 홀 센서(61b)에 대하여 축선 방향 타측에 위치한다. 센서 핀(82)의 축선 방향 타측은 티스부(44a)의 선단측에 대하여 축선 방향 일측에 위치한다. 이 때문에, 센서 핀(82)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속 이외에, U상 권선(49a)의 역감기부(47)로부터의 자속을 외란(外亂)으로서 홀 센서(61b)로 유도한다.

이와 같이, 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속 이외에, 3상 권선(49a, 49b, 49c) 중, 어느 1개의 권선에서의 바로감기부(46) 또는 역감기부(47)로부터 발생하는 자속을 홀 센서로 유도하는 위치를 제 2 위치라 한다. 즉, 제 2 위치는 제 1 위치와는 다른 위치로서, 상기 1개의 권선에서의 바로감기부(46) 또는 역감기부(47)로부터 발생하는 자속을 홀 센서로 유도하는 위치를 의미한다.

센서 핀(83)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61c)로 유도한다.

구체적으로, 센서 핀(83)은 티스부(43b, 44b) 사이의 슬롯(48)을 축선 방향에서 보았을 때에, 티스부(43b, 44b) 사이의 슬롯(48)에 겹치는 위치에 배치되어 있다. 티스부(43b)에 감기는 권선(45B)은 V상 권선(49b)의 바로감기부(46)를 구성하고 있다. 티스부(44b)에 감기는 권선(45B)은 V상 권선(49b)의 역감기부(47)를 구성하고 있다. 이하, 설명의 편의상, V상 권선(49b)의 바로감기부(46) 및 역감기부(47) 사이의 슬롯(48)을 슬롯(48v)이라 한다. 이 때문에, 센서 핀(83)은 슬롯(48v)을 축선 방향에서 보았을 때에, 슬롯(48v)에 겹치는 위치에 배치되어 있다.

센서 핀(83)의 축선 방향 일측은 홀 센서(61c)에 대하여 축선 방향 타측에 위치한다. 센서 핀(83)의 축선 방향 타측은 슬롯(48v)에 대하여 축선 방향 일측에 위치한다. 이 때문에, 센서 핀(83)은 슬롯(48v)에 대하여 축선 방향 일측에 위치하게 된다. 따라서, V상 권선(49c)의 바로감기부(46)로부터 발생하는 자속과 역감기부(47)로부터 발생하는 자속이 제거되는 제 1 위치에 센서 핀(83)이 배치되게 된다. 이 때문에, 센서 핀(83)이 V상 권선(49c)로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61c)로 유도하는 것을 억제할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 실시 형태의 센서 핀(81, 82, 83)은 기계각으로 60deg의 영역 내에 배치되어 있다. 따라서, 회로 기판(60)의 상측 주면에서 기계각으로 60deg의 영역 내에 홀 센서(61a, 61b, 61c)가 배치되게 된다. 다만, 기계각은 홀 센서(61a, 61b, 61c) 및 센서 핀(81, 82, 83)을 축선 방향에서 본 경우에 있어서, 로터(50)의 축선(S)(회전 중심선)을 중심으로 하는 각도이다(도 6 참조).

또한, 본 실시 형태의 센서 핀(81, 82, 83)은 철 등의 자성 재료로 구성되어 있다.

다음으로, 본 실시 형태의 차량 적재 전동기(1)의 전기 회로 구성에 대하여 설명한다.

인버터 회로(62)는 트랜지스터(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6) 및 환류 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)로 구성되는 주지의 구동 회로이다.

구체적으로, 트랜지스터(SW1, SW2, SW3)는 양극 모선(62a)에 접속되어 있다. 양극 모선(62a)에는 전원(Ba)의 양극 전극이 접속되어 있다. 트랜지스터(SW4, SW5, SW6)는 음극 모선(62b)에 접속되어 있다. 음극 모선(62b)에는 전원(Ba)의 음극 전극이 접속되어 있다. 양극 모선(62a) 및 음극 모선(62b)은 인버터 회로(62)에서의 2개의 전원 입력 전극을 구성하고 있다.

여기에서, 트랜지스터(SW1, SW4)는 양극 모선(62a) 및 음극 모선(62b) 사이에 직렬 접속되어 있다. 트랜지스터(SW2, SW5)는 양극 모선(62a) 및 음극 모선(62b) 사이에 직렬 접속되어 있다. 트랜지스터(SW3, SW6)는 양극 모선(62a) 및 음극 모선(62b) 사이에 직렬 접속되어 있다.

트랜지스터(SW1, SW4) 사이의 공통 접속 단자(T1)는 스테이터 코일(49)의 W상 권선(49c)에 접속되어 있다. 트랜지스터(SW2, SW5) 사이의 공통 접속 단자(T2)는 스테이터 코일(49)의 V상 권선(49b)에 접속되어 있다. 트랜지스터(SW3, SW6) 사이의 공통 접속 단자(T3)는 스테이터 코일(49)의 U상 권선(49a)에 접속되어 있다.

또한, 트랜지스터(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6)로서는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 각종 반도체 스위칭 소자가 이용된다.

제어 회로(63)는 마이크로컴퓨터나 메모리 등으로 구성되어, 메모리에 미리 기억되어 있는 컴퓨터 프로그램에 따라서 인버터 회로(62)를 통하여 회전 속도 제어 처리를 실행한다. 제어 회로(63)는 회전 속도 제어 처리를 실행할 때에, 홀 센서(61a, 61b, 61c)의 검출 신호에 기초하여 인버터 회로(62)를 통해서 로터(50)의 회전 속도 제어를 실시한다.

다음으로, 본 실시 형태의 제어 회로(63)의 회전 속도 제어 처리에 대하여 도 8을 참조해서 설명한다.

도 8은 회전 속도 제어 처리를 도시한 흐름도이다. 제어 회로(63)는 도 8의 흐름도에 따라서 회전 속도 제어 처리를 실행한다. 회전 속도 제어 처리의 실행은 전자 제어 장치로부터의 지령에 의하여 개시된다.

우선, 단계 100에 있어서, 인버터 회로(62)를 강제 전환 방식으로 제어하여 로터(50)를 기동시킨다.

구체적으로는, 인버터 회로(62)의 트랜지스터(SW1, ㆍㆍㆍSW6)를 스위칭 제어하여, 인버터 회로(62)로부터 3상 교류 전류를 스테이터 코일(49)로 출력시킨다. 이 때문에, 스테이터 코일(49)에 있어서, U상 권선(49a), V상 권선(49b), W상 권선(49c)이 각각 회전 자계를 로터(50)의 복수의 자극에 부여한다. 따라서, 로터(50)는 스테이터 코일(49)로부터 부여된 회전 자계에 동기하여 회전하기 시작한다.-

다음으로, 단계 110에 있어서, 홀 센서(61a, 61b, 61c)의 검출 신호에 기초하여 로터(50)의 회전 방향이 사전에 결정된 방향인지의 여부를 판정한다. 사전에 결정된 방향은 미리 결정된 방향이다. 이 때문에, 로터(50)의 회전 방향이 정상인지의 여부를 판정하게 된다.

로터(50)의 회전 방향이 사전에 결정된 방향에 일치한다고 판정했을 때에는 로터(50)의 회전 방향이 정상이라고 판정한다. 이 경우, 단계 110에서 예로 판정하여 다음의 단계 120으로 진행한다.

다음으로, 단계 120에 있어서, 인버터 회로(62)를 제어하여 로터(50)의 회전 속도를 사전에 결정된 회전 속도로 상승시킨다. 구체적으로는, 인버터 회로(62)를 제어하여 인버터 회로(62)로부터 스테이터 코일(49)로 출력되는 3상 교류 전류의 전류값을 상승시키고, 또한 3상 교류 전류의 각속도(ω)를 빠르게 한다. 이에 동반하여, 스테이터 코일(49)로부터 출력되는 회전 자계의 각속도(ω)가 빨라진다. 이 때문에, 로터(50)의 회전 속도는 회전 자계의 각속도(ω)에 추종하여 빨라진다.

다음으로, 단계 130에 있어서, 홀 센서(61a)의 검출 신호에 기초하여 로터(50)의 회전 속도가 일정 회전 속도 이상인지의 여부를 판정한다.

구체적으로는, 홀 센서(61a)의 검출 신호로부터 로터(50)의 위치 정보를 구하고, 또한 이 구한 로터(50)의 위치 정보를 시간으로 미분함으로써 로터(50)의 회전 속도를 구한다. 이 구해진 로터(50)의 회전 속도가 일정 회전 속도 이상인지의 여부를 판정한다.

이때, 로터(50)의 회전 속도가 일정 회전 속도 미만인 때에는 단계 130에서 아니오로 판정한다. 이에 동반하여, 단계 110으로 되돌아간다. 그 후, 로터(50)의 회전 방향이 사전에 결정된 방향이고, 또한 로터(50)의 회전 속도가 일정 회전 속도 미만인 상태를 유지하는 경우에는, 단계 110의 예 판정, 단계 120의 회전 속도 상승 처리 및 단계 130의 아니오 판정의 각각을 반복하게 된다.

그 후, 로터(50)의 회전 방향이 사전에 결정된 방향이고, 또한 로터(50)의 회전 속도가 일정 회전 속도 이상이 되면, 로터(50)의 기동이 종료되었다고 하여 단계 130에서 예로 판정한다. 즉, 강제 전환 방식의 로터(50)의 기동 제어가 종료된다.

다음으로, 단계 140에 있어서, 전자 제어 장치(도시 생략)로부터의 지령값에 기초하여 인버터 회로(62)의 트랜지스터(SW1, ㆍㆍㆍSW6)를 스위칭 제어해서 로터(50)의 회전 속도를 제어한다. 전자 제어 장치로부터의 지령값은 로터(50)의 목표 회전 속도를 나타내고 있다.

구체적으로는, 홀 센서(61a)의 검출 신호로부터 로터(50)의 위치 정보를 구하고, 또한 이 구한 로터(50)의 위치 정보에 기초하여 인버터 회로(62)의 트랜지스터(SW1, ㆍㆍㆍSW6)를 스위칭 제어해서 인버터 회로(62)로부터 3상 교류 전류를 스테이터 코일(49)로 출력시킨다.

이때, 홀 센서(61a)의 검출 신호로부터 로터(50)의 위치 정보를 구하고, 또한 이 구해진 위치 정보를 시간으로 미분하여 로터(50)의 회전 속도를 산출한다. 이에 추가하여, 이 산출한 회전 속도를 목표 회전 속도에 가깝도록 인버터 회로(62)를 제어한다.

이에 동반하여, 스테이터 코일(49)에 대하여 인버터 회로(62)로부터 출력되는 3상 교류 전류의 각속도(ω)가 목표 각속도(ωm)에 가까워지게 된다. 목표 각속도(ωm)는 목표 회전 속도에 대하여 일대일로 대응 관계로 되는 각속도이다.

이 때문에, 스테이터 코일(49)로부터 출력되는 회전 자계의 각속도(ω)가 목표 각속도(ωm)에 가까워지게 된다. 이때, 로터(50)는 스테이터 코일(49)로부터 부여된 회전 자계에 추종하여 회전한다. 이로부터, 로터(50)의 회전 속도가 목표 회전 속도에 가까워지게 된다. 즉, 전자 제어 장치로부터의 지령값에 따라서 로터(50)의 회전 속도를 제어할 수 있다.

또한, 상기한 단계 110에 있어서, 로터(50)의 회전 방향이 사전에 결정된 방향과 반대의 방향인 때에는, 로터(50)의 회전 방향이 이상이라고 하여 아니오로 판정한다. 그 후, 다시 회전 속도 제어 처리를 개시한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관련되는 차량 적재 전동기(1)에서 로터(50)는 원주 방향으로 나열되어 있는 복수의 자극을 가지고, 또한 그 축선(S)을 중심으로 하여 회전 가능하게 구성되어 있다. 스테이터 코일(49)은 상권선(49a, 49b, 49c)을 구비한다. 상권선(49a, 49b, 49c)은 각각 구리선이 바로감기 방향으로 감겨 있는 바로감기부(46)와 구리선이 바로감기 방향과 역방향으로 감겨 있는 역감기부(47)를 상마다 구성한다. 3상의 바로감기부(46) 및 역감기부(47)는 원주 방향으로 나열되고, 또한 로터(50)에 대하여 직경 방향 내측에 배치되어 있다. 동상인 바로감기부(46) 및 역감기부(47)가 원주 방향에 이웃하도록 배치되어 있다. 회로 기판(60)은 인버터 회로(62), 제어 회로(63), 홀 센서(61a, 61b, 61c)를 탑재하여 이루어진다. 인버터 회로(62)는 스테이터 코일(49)에 3상 교류 전류를 출력하여 스테이터 코일(49)로부터 회전 자계를 로터(50)로 출력함으로써 로터(50)를 회전시킨다. 제어 회로(63)는 인버터 회로(62)를 통하여 로터(50)의 회전 속도를 제어한다. 홀 센서(61a, 61b, 61c)는 로터(50)의 회전 속도와 회전 방향을 검출하기 위해, 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 검출한다. 센서 핀(81, 82, 83)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61a, 61b, 61c) 중, 대응하는 홀 센서로 유도한다.

제어 회로(63)는 홀 센서(61a, 61b, 61c)의 검출값에 기초하여 인버터 회로(62)를 제어해서 로터(50)를 기동시킨다. 로터(50)의 기동 종료 후에 제어 회로(63)는 홀 센서(61a)의 검출값에 기초하여 로터(50)의 회전 속도를 제어한다.

센서 핀(81)은 U상 권선(49a)의 바로감기부(46) 및 역감기부(47) 사이의 슬롯(48u)에 대하여 축선 방향에서 보아 겹치는 위치에 배치되어 있다. 센서 핀(83)은 V상 권선(49b)의 바로감기부(46) 및 역감기부(47) 사이의 슬롯(48v)에 대하여 축선 방향에서 보아 겹치는 위치에 배치되어 있다. 이로부터, 센서 핀(81, 83)은 각각 바로감기부(46)로부터의 자속과 역감기부(47)로부터의 자속이 제거되는 제 1 위치에 위치한다. 그리고 U상 권선(49a)의 역감기부(47)에 대하여 축선 방향에서 보아 겹치는 위치를 권선 위치(49e)로 했을 때, 센서 핀(82)은 권선 위치(49e)에 대하여 직경 방향 외측(즉, 직경 방향에서의 로터(50)측)에 위치한다. 이 때문에, 센서 핀(81, 82, 83)을 각각 3개의 제 1 위치에 배치하는 경우에 비하여 센서 핀(81, 82, 83)을 보다 작은 영역에 배치할 수 있다. 따라서, 센서 핀(81, 82, 83)을 기계각으로 60deg의 영역 내에 배치할 수 있다. 이에 따라, 홀 센서(61a, 61b, 61c)를 기계각으로 60deg의 영역 내에 배치할 수 있다. 따라서, 회로 기판(60)에서 홀 센서(61a, 61b, 61c)를 배치하는 영역을 보다 작게 할 수 있다.

본 실시 형태에서는 회로 기판(60)에 있어서, 제어 회로(63)측에 홀 센서(61a, 61b, 61c)가 배치되어 있다. 이 때문에, 홀 센서(61a, 61b, 61c)와 제어 회로(63) 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 이에 따라, 회로 기판(60)에 있어서, 홀 센서(61a, 61b, 61c)와 제어 회로(63) 사이의 배선을 짧게 할 수 있다.

이상에 의해, 홀 센서(61a, 61b, 61c)와 제어 회로(63) 사이의 배선에 전자파 노이즈가 혼입되기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 제어 회로(63)가 로터(50)의 회전 속도를 잘못하여 제어하는 것을 방지할 수 있다.

본 실시 형태에서는 상기와 같이, 홀 센서(61a, 61b, 61c)를 배치하는 영역을 보다 작게 할 수 있기 때문에 회로 기판(60) 사이즈를 작게 할 수 있다.

본 실시 형태에서 로터(50)의 회전 방향을 구하기 위해서는, 홀 센서(61a, 61b, 61c)의 검출 신호를 이용하고 있다. 홀 센서(61b)는 센서 핀(82)을 통하여 로터(50)의 복수의 자극으로부터의 자속을 검출한다. 그러나 센서 핀(82)은 제 1 위치로부터 벗어난 제 2 위치에 배치되어 있다. 이 때문에, 센서 핀(82)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터의 자속 이외에, 스테이터 코일(49)로부터의 자속을 외란으로서 홀 센서(61b)를 유도한다. 이 때문에, 홀 센서(61b)에서 로터(50)의 복수의 자극으로부터의 자속을 검출하는 정밀도는 낮은 것이지만, 로터(50)의 회전 방향을 구하기 위해 홀 센서(61b)의 검출 신호를 이용하는 것에는 문제가 발생하지 않는다.

본 실시 형태에서는 상기와 같이, 센서 핀(81, 82, 83)을 기계각으로 60deg의 영역 내에 배치할 수 있다. 이 때문에, 센서 핀(81, 82, 83)을 지지하는 커넥터 커버부(71b)를 소형화할 수 있다. 이에 따라, 커넥터 하우징(71)이 일체 성형에 의해 커넥터 커버부(71b)를 구성하는 것이 용이해진다. 따라서, 받침대(10) 및 커넥터 커버부(71b) 사이의 방수 구조도 용이하게 실시할 수 있다.

(제 2 실시 형태)

상기 제 1 실시 형태에서는 센서 핀(81)(또는 83)을 슬롯(48u)(또는 48v)에 대하여 축선 방향에서 겹치는 위치에 배치한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, 본 제 2 실시 형태에서는 도 9에 도시한 바와 같이, 센서 핀(81)을 배치해도 좋다.

즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 슬롯(48u)을 축선 방향에서 보았을 때에, 슬롯(48u)에 겹치는 위치를 U상 슬롯 위치(간극 위치)(481)로 한 경우에 있어서, U상 슬롯 위치(481)에 대하여 직경 방향 외측(즉, 로터(50)측)에 센서 핀(81)이 배치되어 있다.

바꾸어 말하면, 슬롯(48u)에 대하여 직경 방향 외측(즉, 로터(50)측)의 위치를 U상 로터측 위치(480)로 한 경우에 있어서, U상 로터측 위치(480)를 축선 방향에서 보았을 때, U상 로터측 위치(480)에 겹치는 위치에 센서 핀(81)이 배치되어 있게 된다. 이 때문에, U상 권선(49a)의 바로감기부(46)로부터 발생하는 자속과 역감기부(47)로부터 발생하는 자속이 제거되는 제 1 위치에 센서 핀(81)이 배치되게 된다.

마찬가지로, 슬롯(48v)을 축선 방향에서 보았을 때에, 슬롯(48v)에 겹치는 위치를 V상 슬롯 위치(도시 생략)로 한 경우에 있어서, V상 슬롯 위치에 대하여 직경 방향 외측(즉, 로터(50)측)에 센서 핀(83)을 배치해도 좋다.

이 경우, V상 권선(49b)의 바로감기부(46)로부터 발생하는 자속과 역감기부(47)로부터 발생하는 자속이 제거되는 제 1 위치에 센서 핀(83)이 배치되게 된다.

(제 3 실시 형태)

상기 제 1 실시 형태에서는 3개의 센서 핀(81, 82, 83) 중, 2개의 센서 핀(81, 83)을 제 1 위치에 배치한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, 3개의 센서 핀 중, 1개의 센서 핀(82)을 제 1 위치에 배치한 제 3 실시 형태에 대하여 도 10을 참조해서 설명한다.

본 제 3 실시 형태에서 센서 핀(82)은 U상 권선(49a)의 바로감기부(46) 및 역감기부(47) 사이의 슬롯(48u)을 축선 방향에서 보았을 때에, 슬롯(48u)에 겹치는 제 1 위치에 배치되어 있다. 이 때문에, U상 권선(49a)의 바로감기부(46)로부터 발생하는 자속과 역감기부(47)로부터 발생하는 자속이 제거되는 제 1 위치에 센서 핀(82)이 배치되게 된다.

센서 핀(81, 83)은 제 1 위치와는 다른 제 2 위치에 배치되어 있다. 구체적으로, 센서 핀(81)은 U상 권선(49a)의 바로감기부(46)(즉, 티스부(43a)에 감기는 권선(45A))를 축선 방향에서 보았을 때에, U상 권선(49a)의 바로감기부(46)에 겹치는 제 2 위치에 배치되어 있다. 이 때문에, 센서 핀(81)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속 이외에, U상 권선(49a)의 바로감기부(46)로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61a)로 유도한다.

센서 핀(83)은 U상 권선(49a)의 역감기부(47)를 축선 방향에서 보았을 때에 U상 권선(49a)의 역감기부(47)에 겹치는 제 2 위치에 배치되어 있다. 이 때문에, 센서 핀(83)은 로터(50)의 복수의 자극으로부터 발생하는 자속 이외에, U상 권선(49a)의 역감기부(47)로부터 발생하는 자속을 홀 센서(61c)로 유도한다.

이와 같이 구성되어 있는 본 실시 형태에서 제어 회로(63)는 센서 핀(82)에 의하여 유도되는 자속을 검출하는 홀 센서(61b)의 검출값에 기초해서 로터(50)의 위치 정보, 나아가서는 로터(50)의 회전 속도를 검출한다. 제어 회로(63)는 홀 센서(61a, 61b, 61c)의 검출값에 기초하여 로터(50)의 회전 방향을 구하고, 이 구한 회전 방향이 정상인지의 여부를 판정한다.

(다른 실시 형태)

(1) 상기 제 1, 제 2, 제 3 실시 형태에서는 본 발명에 관련되는 전동기를 차량 적재 전동기(1)로 한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, 본 발명에 관련되는 전동기를 자동차 이외의 기기에 적용해도 좋다. 즉, 본 발명에 관련되는 전동기를 자동차 이외의 수송기(비행기, 열차 등) 또는 설치형 장치에 적용해도 좋다. 본 발명에 관련되는 전동기를 전동 팬 이외의 기기에 적용해도 좋다.

(2) 상기 제 1, 제 2, 제 3 실시 형태에서는 로터(50)로부터 발생하는 자속을 검출하기 위해, 홀 센서(61a, 61b, 61c)를 이용한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, 홀 센서(61a, 61b, 61c) 이외의 각종 자기 센서를 이용해도 좋다.

(3) 상기 제 1 실시 형태에서는 홀 센서(61a, 61b, 61c) 중, 1개의 홀 센서(61a)의 검출값을 이용하여 로터(50)의 위치를 검출한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, 다음과 같이 해도 좋다.

즉, 홀 센서(61a, 61b, 61c) 중, 센서 핀(81, 83)에 의해 유도되는 자속을 검출하는 2개의 홀 센서(61a, 61c)의 검출값을 이용하여 로터(50)의 위치를 검출해도 좋다. 센서 핀(81, 83)은 상기와 같이, 제 1 위치에 배치되어 있다.

이 경우, 로터(50)의 기동 종료 후에 제어 회로(63)는 홀 센서(61a)의 검출 신호에 기초하여 로터(50)의 위치 정보를 검출하고, 또한 홀 센서(61c)의 검출 신호에 기초하여 로터(50)의 위치 정보를 검출한다. 이에 추가하여, 제어 회로(63)는 홀 센서(61a, 61c)의 각각의 검출 신호로부터 구해진 로터(50)의 위치 정보의 평균값을 이용하여 로터(50)의 회전 속도의 제어를 실시한다.

(4) 상기 제 1, 제 2, 제 3 실시 형태에서는 로터(50)를 스테이터(40)에 대하여 직경 방향 외측에 배치한 예에 대해서 설명했지만, 이에 대신하여, 로터(50)를 스테이터(40)에 대하여 직경 방향 내측에 배치해도 좋다.

(5) 상기 제 1, 제 2, 제 3 실시 형태에서는 U상 권선(49a), V상 권선(49b) 및 W상 권선(49c)을 스타 결선에 의해 스테이터 코일(49)을 구성한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, U상 권선(49a), V상 권선(49b) 및 W상 권선(49c)을 델타 결선에 의해 스테이터 코일(49)을 구성해도 좋다.

(6) 상기 제 1, 제 2, 제 3 실시 형태에서는 본 발명의 전동기를 3상 동기 전동기로 한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, N을 4 이상의 정수로 했을 때, N상 동기 전동기를 본 발명의 전동기로 해도 좋다. 또는 2상 동기 전동기를 본 발명의 전동기로 해도 좋다.

(7) 상기 제 1, 제 2, 제 3 실시 형태에서는 센서 핀(81, 82, 83)의 각각 중, 축선 방향 타측이 직경 방향 외측에서 보아 복수의 영구 자석(54)에 대하여 겹치도록 배치되어 있는 예에 대하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 다음과 같이 해도 좋다. 즉, 센서 핀(81, 82, 83)과 복수의 영구 자석(54)이 축선 방향으로 오프셋하여 배치되어도 좋다.

(8) 상기 제 1 실시 형태에서는 동상의 바로감기부(46) 및 역감기부(47) 사이의 슬롯(48(48u, 48v))을 축선 방향에서 보았을 때, 슬롯(48(48u, 48v))에 겹치는 위치에 2개의 센서 핀(81, 83)을 배치한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, 다음의 (a), (b)와 같이 해도 좋다.

여기에서, 설명의 편의상, 동상의 바로감기부(46) 및 역감기부(47) 사이의 슬롯(48(48u, 48v))을 축선 방향에서 보았을 때, 슬롯(48(48u, 48v))에 겹치는 위치를 이하, 동상 슬롯 위치라 한다. 또한, 동상 슬롯 위치에 대하여 직경 방향에서의 로터(50)측의 위치를 동상 슬롯 로터 위치라 한다.

(a) 2개의 센서 핀(81, 83) 중, 한쪽의 센서 핀을 동상 슬롯 위치에 배치하고, 나머지 센서 핀을 동상 슬롯 로터측 위치에 배치한다.

(b) 2개의 센서 핀(81, 83)의 각각을 동상 슬롯 로터측 위치에 배치한다.

(9) 상기 제 1 실시 형태에서는 센서 핀(82)을 권선 위치(49e)에 대하여 직경 방향에서의 로터(50)측의 제 2 위치(49d)(도 2 참조)에 배치한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, 다음과 같이 해도 좋다.

즉, 티스부(43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f, 44a, 44b, 44c, 44d, 44e, 44f) 중, 어느 1개의 티스부에 감기는 권선을 축선 방향에서 보았을 때에, 해당 권선에 겹치는 위치에 센서 핀(82)을 배치한다.

(10) 상기 제 3 실시 형태에서는 티스부(43aㆍㆍㆍ43f, 44a, ㆍㆍㆍ44f) 중, 어느 1개의 티스부에 감기는 권선을 축선 방향에서 보았을 때에, 해당 권선에 겹치는 위치에 센서 핀(81, 83)을 배치한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, 다음의 (c), (d)와 같이 해도 좋다.

여기에서, 설명의 편의상, 티스부(43aㆍㆍㆍ43f, 44a, ㆍㆍㆍ44f) 중, 어느 1개의 티스부에 감기는 권선을 축선 방향에서 보았을 때에, 해당 권선에 겹치는 위치를 이하, 권선 위치라 한다. 또한, 권선 위치에 대하여 직경 방향에서의 로터(50)측의 위치를 권선 로터측 위치라 한다.

(c) 센서 핀(81, 83) 중, 한쪽의 센서 핀을 권선 위치에 배치하고, 나머지 센서 핀을 권선 로터측 위치에 배치한다.

(d) 센서 핀(81, 83)의 각각을 권선 로터측 위치에 배치한다.

(11) 상기 제 3 실시 형태에서는 U상 권선(49a)의 바로감기부(46) 및 역감기부(47) 사이의 슬롯(48u)(도 10 참조)을 축선 방향에서 보았을 때, 슬롯(48u)에 겹치는 위치(이하, U상 슬롯 위치라 한다)에 센서 핀(82)을 배치한 예에 대하여 설명했지만, 이에 대신하여, U상 슬롯 위치에 대하여 직경 방향에서의 로터(50)측에 센서 핀(82)을 배치해도 좋다.

(12) 또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 변경이 가능하다. 또한, 상기 각 실시 형태는 서로 관계 없는 것은 아니고, 조합이 명백히 불가능한 경우를 제외하고, 적절히 조합이 가능하다. 또한, 상기 각 실시 형태에 있어서, 실시 형태를 구성하는 요소는 특별히 필수라고 명시한 경우 및 원리적으로 명백히 필수라고 생각되는 경우 등을 제외하고, 반드시 필수의 것이 아닌 것은 말할 것도 없다. 또한, 상기 각 실시 형태에 있어서, 실시 형태의 구성 요소의 갯수, 수치, 양, 범위 등의 수치가 언급되어 있는 경우, 특별히 필수라고 명시한 경우 및 원리적으로 명백히 특정한 수에 한정되는 경우 등을 제외하고, 그 특정한 수에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 각 실시 형태에 있어서, 구성 요소들의 형상, 위치 관계 등에 언급할 때에는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 특정한 형상, 위치 관계 등에 한정되는 경우 등을 제외하고, 그 형상, 위치 관계 등에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 본 발명의 각종 수단과 상기 각 실시 형태의 구성 요소의 대응 관계에 대하여 설명한다.

우선, 제 1 판정 수단이 단계 110에 대응하고, 제 2 판정 수단이 단계 130에 대응하고, 회전 속도 제어 수단이 단계 140에 대응한다.

1: 차량 적재 전동기(전동기)
10: 받침대(지지 부재)
11: 개구부
20: 로터 샤프트
40: 스테이터
41: 스테이터 코어
46: 바로감기부
47: 역감기부
48: 슬롯(간극)
49: 스테이터 코일
49a: U상 권선(상권선)
49b: V상 권선(상권선)
49c: W상 권선(상권선)
50: 로터
60: 회로 기판(기판)
61a, 61b, 61c: 홀 센서(자기 센서)
62: 인버터 회로(구동 회로)
63: 제어 회로
70: 커넥터
71: 커넥터 하우징
71b: 커넥터 커버부(커버 부재)
72: 터미널
81, 82, 83: 센서 핀(유도 부재)
90: 시일 부재

Claims

원주 방향으로 나열된 복수의 자극을 가지고, 또한 축선(S1)을 중심으로 하여 회전 가능하게 구성되어 있는 로터(50)와,
전선이 바로감기 방향으로 감겨 있는 바로감기부(46)와 상기 전선이 상기 바로감기 방향과 역방향으로 감겨 있는 역감기부(47)를 상마다 구성하는 복수상의 상권선(49a, 49b, 49c)을 구비하고, 상기 복수상의 상기 바로감기부 및 상기 역감기부가 상기 원주 방향으로 나열되어 있는 스테이터 코일(49)과,
상기 로터를 회전시키기 위해, 상기 스테이터 코일로 교류 전류를 출력하여 상기 스테이터 코일로부터 회전 자계를 상기 복수의 자극으로 출력시키는 구동 회로(62)와, 상기 구동 회로를 제어하는 제어 회로(63)와, 상기 로터의 회전을 검출하기 위해, 상기 복수의 자극으로부터의 자속을 검출하는 3개의 자기 센서(61a, 61b, 61c)를 탑재하여 이루어지는 기판(60)과,
상기 복수의 자극으로부터 발생하는 자속을 상기 3개의 자기 센서로 각각 유도하는 3개의 유도 부재로서, 상기 3개의 유도 부재 중, 적어도 1개의 유도 부재는 동상인 상기 바로감기부 및 상기 역감기부의 각각으로부터 발생하는 자속이 제거되는 위치인 제 1 위치에 배치되고, 상기 3개의 유도 부재 중, 상기 제 1 위치에 배치되어 있는 유도 부재 이외의 적어도 1개의 유도 부재는 상기 제 1 위치와는 다른 제 2 위치에 배치되어 있는 3개의 유도 부재(81, 82, 83)를 구비하고,
상기 제어 회로는 상기 3개의 자기 센서의 검출값에 기초하여 상기 구동 회로를 제어해서 상기 로터를 기동하고, 상기 로터의 기동 종료 후에 상기 제어 회로는 상기 3개의 자기 센서 중, 상기 제 1 위치에 배치된 상기 적어도 1개의 유도 부재에 의하여 유도되는 자속을 검출하는 적어도 1개의 자기 센서의 검출값에 기초하여 상기 로터의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는
전동기.
제1항에 있어서,
상기 3개의 자기 센서 및 상기 3개의 유도 부재는 기계각으로 60deg의 영역 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제 2 위치는 상기 복수상의 상기 바로감기부 및 상기 역감기부 중, 어느 1개의 감기부를 상기 로터의 축선 방향에서 보았을 때에, 상기 어느 1개의 감기부에 겹치는 위치인 것을 특징으로 하는
전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수상의 상기 바로감기부 및 상기 역감기부 중, 어느 1개의 감기부를 상기 로터의 축선 방향에서 보았을 때에, 상기 1개의 감기부에 겹치는 위치를 권선 위치(49e)로 한 경우에 있어서,
상기 제 2 위치는 상기 로터의 직경 방향에 있어서, 상기 권선 위치에 대하여 상기 로터측에 위치하는 것을 특징으로 하는
전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 3개의 자기 센서는 상기 로터의 축선 방향에 있어서, 상기 스테이터 코일의 일측에 배치되어 있고,
상기 3개의 유도 부재는 상기 로터의 축선 방향에 있어서, 상기 스테이터 코일과 상기 3개의 자기 센서 사이에 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동상인 바로감기부 및 역감기부는 간극(48)을 두고 상기 원주 방향으로 나열되어 있고,
상기 제 1 위치는 상기 로터의 축선 방향으로부터 상기 간극을 보았을 때에, 상기 간극에 겹치는 위치인 것을 특징으로 하는
전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동상인 바로감기부 및 역감기부는 간극(48)을 두고 상기 원주 방향으로 나열되어 있고,
상기 간극을 상기 로터의 축선 방향에서 보았을 때에, 상기 간극에 겹치는 위치를 간극 위치(481)로 한 경우에 있어서,
상기 제 1 위치는 상기 로터의 직경 방향에 있어서, 상기 간극 위치에 대하여 상기 로터측에 위치하는 것을 특징으로 하는
전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 3개의 유도 부재는 서로 상기 원주 방향으로 오프셋하여 배치되어 있고,
상기 제어 회로는,
상기 3개의 자기 센서의 검출값에 기초하여 상기 로터의 회전 방향이 사전에 결정된 방향인지의 여부를 판정하는 제 1 판정 수단(S110)과,
상기 3개의 자기 센서 중, 상기 제 1 위치에 배치된 상기 적어도 1개의 유도 부재에 의하여 유도되는 자속을 검출하는 상기 적어도 1개의 자기 센서의 검출값에 기초하여 상기 로터의 회전 속도가 사전에 결정된 회전 속도 이상인지의 여부를 판정하는 제 2 판정 수단(S130)과,
상기 로터의 회전 방향이 사전에 결정된 방향이라고 상기 제 1 판정 수단이 판정하고, 또한 상기 로터의 회전 속도가 사전에 결정된 회전 속도 이상이라고 상기 제 2 판정 수단이 판정한 경우에는, 상기 로터의 기동이 종료되었다고 판정하여, 상기 3개의 자기 센서 중, 상기 제 1 위치에 배치된 상기 적어도 1개의 유도 부재에 의하여 유도되는 자속을 검출하는 상기 적어도 1개의 자기 센서의 검출값에 기초하여 상기 로터의 회전 속도를 제어하는 회전 속도 제어 수단(S140)을 구비하는 것을 특징으로 하는
전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기판은 상기 로터의 축선 방향에 있어서, 상기 스테이터 코일의 일측에 배치되어 있고,
상기 3개의 자기 센서는 상기 기판의 상기 스테이터 코일측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
전동기.
제9항에 있어서,
상기 로터의 축선 방향에서 상기 기판과 상기 스테이터 코일 사이에 배치되어, 상기 3개의 유도 부재를 상기 스테이터 코일측으로부터 덮도록 형성되어 있는 커버 부재(71b)와,
상기 로터의 축선 방향에서 상기 커버 부재와 상기 기판 사이에 배치되어, 개구부(11)를 형성하는 개구 형성부(12)를 가지고, 또한 상기 기판과 상기 커버 부재를 지지하는 지지 부재(10)와,
상기 지지 부재와 상기 커버 부재 사이에서 상기 개구부를 둘러싸는 환상으로 형성되어, 상기 지지 부재의 상기 개구 형성부와 상기 커버 부재 사이를 밀폐하는 시일(seal) 부재(90)를 구비하고,
상기 3개의 유도 부재는 모두 상기 개구부 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
전동기.
제10항에 있어서,
일단측이 상기 기판에 접속되고, 타단측이 외부 장치에 접속되는 터미널(72)과, 상기 터미널을 수납하는 커넥터 하우징(71)을 가지는 커넥터(70)를 구비하고,
상기 커넥터 하우징은 상기 커버 부재를 구성하는 것을 특징으로 하는
전동기.