KR102397192B1 - 센서 조립체 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

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Abstract

실시예는 일측에 형성된 제1삽입홈, 및 타측에 형성된 제2삽입홈을 포함하는 홀더; 상기 제1삽입홈에 배치되는 센싱 마그넷; 및 상기 센싱 마그넷을 커버하는 센서캡을 포함하는 센서 조립체, 및 이를 포함하는 모터를 개시한다.

Description

센서 조립체 및 이를 포함하는 모터{SENSOR ASSEMBLY AND MOTOR INCLUDING THE SAME}
실시예는 로터의 회전을 센싱할 수 있는 센서 조립체, 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.
일반적으로, 모터는 로터와 스테이터의 전자기적 상호작용에 의해 로터가 회전하게 된다. 이때, 로터에 삽입된 회전축도 회전하게 되어 회전 구동력을 발생시킨다.
또한, 모터의 내측에는 자기소자를 포함하는 검출부가 배치된다. 자기소자는 로터와 회전 연동 가능하게 설치된 센싱 마그넷의 자기력을 감지하여 로터의 현재위치를 파악한다.
일반적으로 센싱 마그넷은 접착제 등을 이용하여 회전축에 바로 고정될 수 있다. 그러나, 이러한 방식은 접착 공정의 관리가 정확하게 이루어지기가 힘들고 센싱 마그넷의 이탈 가능성이 있다.
실시예는 센싱 마그넷의 이탈을 방지할 수 있는 센서 조립체 및 모터를 제공한다.
또한, 로터의 회전을 정확하게 센싱할 수 있는 센서 조립체 및 모터를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 센서 조립체는, 일측에 형성된 제1삽입홈, 및 타측에 형성된 제2삽입홈을 포함하는 홀더; 상기 제1삽입홈에 배치되는 센싱 마그넷; 및 상기 센싱 마그넷을 커버하는 센서캡을 포함한다.
상기 제2삽입홈은 모터의 회전축과 결합하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 제1삽입홈의 깊이는 상기 센싱 마그넷의 두께보다 작을 수 있다.
상기 홀더는 둘레방향으로 형성된 요홈을 포함할 수 있다.
상기 홀더는 반경방향으로 돌출된 링 형상의 날개부를 포함할 수 있다.
상기 홀더와 센서캡은 비자성 재질을 포함할 수 있다.
상기 센서캡은 상기 센싱 마그넷의 일면과 접촉하는 바닥부, 및 상기 홀더의 측면에 결합하는 측부를 포함할 수 있다.
상기 센서캡은 상기 측부에 형성되어 상기 홀더와 결합하는 체결부를 포함할 수 있다.
상기 센서캡의 두께는 0.05mm 내지 0.3mm일 수 있다.
상기 센서캡은 상기 바닥부와 상기 측부를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는 곡률을 가질 수 있다.
상기 센서캡은 상기 바닥부에 형성되는 복수 개의 돌기를 포함할 수 있다.
상기 센서캡은 상기 바닥부의 중앙에 형성되는 중앙홀, 상기 바닥부의 외측에 형성되는 복수 개의 서브홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 모터는, 하우징; 상기 하우징에 배치되는 스테이터; 상기 스테이터의 내부에 배치되는 로터; 상기 로터와 일체로 회전하는 회전축; 및 전술한 센서 조립체의 구성 중 어느 하나를 포함한다.
상기 센싱 마그넷의 회전을 센싱하는 검출부를 포함할 수 있다.
상기 검출부는 상기 센서캡의 바닥부와 마주보는 자기소자, 및 상기 자기소자가 배치되는 인쇄회로기판을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 외부 환경에 의한 센싱 마그넷의 이탈 가능성이 감소하여 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 센싱 마그넷의 높이 조절이 용이하고, 센싱 감도가 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 개념도이고,
도 2는 도 1의 I-I 방향 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 조립체의 분해 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 조립체의 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 조립체의 개념도이고,
도 6a는 센서캡의 미장착시 자속을 측정한 시뮬레이션 결과이고,
도 6b는 센서캡 장착시 자속을 측정한 시뮬레이션 결과이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 개념도이고, 도 2는 도 1의 I-I 방향 단면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터는, 하우징(100)과, 하우징(100)에 수용되는 스테이터(300)와, 스테이터(300)에 회전 가능하게 배치된 로터(200)와, 로터(200)와 일체로 회전하는 회전축(400), 및 회전축(400)의 일측에 배치되는 센서 조립체(800)를 포함한다.
하우징(100)은 원통형상으로 형성되어 내부에 스테이터(300)와 로터(200)가 장착될 수 있는 공간이 마련된다. 이때, 하우징(100)의 형상이나 재질은 다양하게 변형될 수 있으나 고온에서도 잘 견딜 수 있는 금속재질이 선택될 수 있다.
하우징(100)은 커버(110)와 결합되어 스테이터(300)와 로터(200)를 외부와 차폐한다. 또한, 내부 열을 용이하게 배출할 수 있도록 냉각 구조(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다. 이러한 냉각 구조는 공냉 또는 수냉 구조가 선택될 수 있으며, 냉각 구조에 따라 하우징(100)의 형상은 적절히 변형될 수 있다.
커버(110)에는 외부 전원과 연결되는 커넥터(600)가 결합된다. 커넥터(600)는 외부 전원핀이 삽입되는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 손쉽게 외부 전원핀을 삽입하여 스터이터(300)에 전원을 공급할 수 있다.
스테이터(300)는 하우징(100)의 내부 공간에 삽입된다. 스테이터(300)는 스테이터 코어(320) 및 스테이터 코어(320)에 권선되는 코일(310)을 포함한다. 스테이터 코어(320)는 링 형상으로 형성된 일체형 코어이거나, 또는 복수 개의 분할 코어가 결합된 코어일 수도 있다.
스테이터(300)는 모터의 종류에 따라 적절히 변형될 수 있다. 예를 들면, DC 모터인 경우에는 일체형 스테이터 코어에 코일이 권선될 수 있으며, 3상 제어 모터인 경우에는 복수 개의 코일에 U, V, W 상이 각각 입력되도록 제작될 수도 있다. 이때, 커넥터(600)는 3개의 입력 단자로 제작될 수 있다.
로터(200)는 스테이터(300)의 내부에서 회전 가능하게 배치된다. 로터(200)는 로터 마그넷이 장착되어 스테이터(300)와의 전자기적 상호작용에 의해 회전한다.
로터(200)의 중앙부에는 회전축(400)이 결합된다. 회전축(400)은 로터(200)와 일체로 회전한다. 이때, 회전축(400)은 일측에 배치된 제1베어링(520)과 타측에 배치된 제2베어링(510)에 의해 지지된다.
센서 조립체(800)는 로터 및 회전축(400)과 같이 회전하므로 센서 조립체(800)의 회전을 감지하면 로터(200)의 회전을 감지할 수 있다. 이때, 센서 조립체(800)의 상단에 배치되어 회전을 감지하는 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 조립체의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 조립체의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 II-II 방향 단면도이다.
도 3 과 도 4를 참고하면, 센서 조립체는 회전축에 결합되는 홀더(810)와 홀더(810)에 배치되는 센싱 마그넷(820), 및 센서캡(830)을 포함한다.
홀더(810)는 일측에 형성되어 센싱 마그넷(820)이 배치되는 제1삽입홈(811)을 포함한다. 제1삽입홈(811)과 센싱 마그넷(820) 사이에는 접착제(미도시)가 도포될 수 있다. 따라서, 센싱 마그넷(820)이 제1삽입홈(811)에 견고히 고정될 수 있다.
센싱 마그넷(820)은 하나의 N극과 하나의 S극을 갖는 2극 마그넷일 수 있다. 일반적으로 자속은 공기 저항이 크기 때문에 자성체 방향으로 더 많이 흐르게 된다. 따라서, 홀더(810)가 자성체로 구성되면 자속은 홀더(810) 방향으로 더 많이 흐르게 된다. 그 결과, 센싱 마그넷의 상단에 배치되는 자기소자는 정확한 센싱이 어렵게 된다.
본 발명의 홀더(810)는 비자성체로 형성된다. 따라서, 홀더(810)에 의해 차폐되어 누설자속이 제거되므로 자기소자(720)의 센싱 감도가 높아지는 장점이 있다. 또한, 센싱 마그넷의 크기를 작게 하여도 기존과 동일한 센싱 감도를 유지할 수 있어 센싱 마그넷의 소형화가 가능해진다.
홀더(810)는 반경방향으로 돌출된 링 형상의 날개부(814)를 포함한다. 이러한 날개부(814)는 회전시 중심을 조절하는 동시에 누설자속을 차폐하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 센싱 감도가 증가한다.
센서캡(830)은 홀더(810)에 압입되어 센싱 마그넷(820)을 고정한다. 진동, 고온, 고습 등의 외부환경에 노출되는 경우, 센서캡(830)은 센싱 마그넷(820)이 홀더(810)로부터 이탈되거나 높이가 변화하는 것을 방지한다.
특히, 접착제의 도포가 불균일하여 센싱 마그넷(820)이 기울어진 경우, 센서캡(830)의 결합에 의해 높이를 균일하게 관리할 수 있는 장점이 있다. 즉, 센서캡(830)이 홀더(810)에 압입되면서 센싱 마그넷(820)의 상부면을 가압하므로, 별도의 공정 없이도 센싱 마그넷(820)의 수평도를 제어할 수 있다. 센서캡(830)은 서스(SUS)와 같은 비자성 재질을 프레스 성형하여 컵 형상으로 제작할 수 있다.
센서캡(830)은 센싱 마그넷(820)의 일면과 접촉하는 바닥부(831)와, 홀더(810)의 측면에 결합하는 측부(832), 및 바닥부(831)와 측부(832)를 연결하는 연결부(833)를 포함한다.
바닥부(831)는 제1삽입홈(811)으로부터 돌출된 센싱 마그넷(820)의 상부를 전체적으로 가압한다. 구체적으로 센서캡(830)이 홀더(810)의 외주면에 결합된 상태에서 센서캡의 측부(832)를 코킹(C)하는 경우, 센서캡의 바닥부(831)는 돌출된 센싱 마그넷(820)의 상부를 가압하게 된다. 이때, 바닥부(831)의 가압력은 코킹의 세기에 따라 달라질 수 있다.
코킹(C)은 홀더(810)의 요홈(813)에 해당하는 부분에서 형성될 수 있다. 따라서, 센서캡의 측부(832)에는 홀더(810)의 요홈(813)에 대응하는 체결부가 형성된다. 여기서 코킹은 센서캡(830)을 홀더(810)에 고정시키는 다양한 결합방식을 포함하는 개념일 수 있다. 일 예로 코킹은 펀칭 공정일 수도 있다.
바닥부(831)는 중앙에 형성되는 중앙홀(831a), 및 외측에 형성되는 복수 개의 서브홀(831b)을 포함할 수 있다. 중앙홀(831a)을 이용하여 센싱 마그넷(820)의 높이를 측정할 수 있으며, 서브홀(831b)을 이용하여 센싱 마그넷(820)의 본딩 여부를 육안으로 관찰할 수 있다.
바닥부(831)는 양각 또는 음각으로 형성된 복수 개의 돌기(831c)를 포함할 수 있다. 바닥부(831)는 복수 개의 돌기(831c)에 의해 평탄도를 유지할 수 있다. 돌기(831c)는 홀더(810)에 장착되기 전에 미리 형성되거나, 또는 홀더(810)에 압입된 후 형성될 수 있다.
연결부(833)는 바닥부(831)와 측부(832)를 연결하는 부분으로, 프레스 성형시 소정의 곡률을 가질 수 있다. 전술한 바와 같이 센서캡(830)은 비자성 재질로 제작되나, 연결부(833)가 임계치 이상의 곡률을 갖는 경우 자성을 가질 수 있다. 연결부(833)의 곡률반경(R)은 0.5mm 이하로 제어하는 경우 연결부(833)가 자성을 갖는 문제를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 조립체의 개념도이다.
도 5를 참고하면, 센서 조립체의 상단에는 검출부(700)가 배치되어 센싱 마그넷(820)의 회전을 감지할 수 있다.
검출부(700)는 센싱 마그넷(820)의 회전을 감지하는 자기소자(720)와 인쇄회로기판(710)을 포함한다. 자기소자(720)는 인쇄회로기판(710)의 일면에 실장되어 센서캡의 바닥부(831) 및 센싱 마그넷(820)과 마주보게 배치될 수 있다. 자기소자(720)는 홀 IC(Hall IC)일 수 있다.
홀더(810)는 일측에 형성되어 센싱 마그넷(820)이 배치되는 제1삽입홈(811)과, 타측에 형성되어 회전축(400)이 결합되는 제2삽입홈(812)을 포함한다.
제1삽입홈(811)의 바닥면(811a)에는 복수 개의 서브홈(811b)이 형성되어 과다하게 충진된 접착제가 수용된다.
제2삽입홈(812)은 회전축이 결합되는 정도의 폭과 깊이로 형성된다. 회전축의 직경은 모터의 구조에 따라 상이하므로 제2삽입홈(812)의 직경은 제1삽입홈(811)의 직경과 동일하거나 다를 수 있다.
제1삽입홈(811)의 깊이(d1)는 센싱 마그넷(820)의 두께(d2)보다 작게 형성된다. 즉, 센싱 마그넷(820)의 상부는 제1삽입홈(811)을 기준으로 축방향으로 돌출된다. 따라서, 센싱 마그넷(820)은 센서캡(830)의 바닥부(831)에 의해 가압되어 높이가 균일하게 제어된다. 이때, 높이는 센싱 마그넷(820)의 상부면과 자기소자(720)와의 거리로 정의할 수 있다.
센서캡(830)의 측부(832)는 홀더(810)의 요홈(813)에 결합되는 체결부(832a)가 형성된다. 전술한 바와 같이 체결부(832a)는 펀칭 또는 코킹(caulking)에 의해 형성될 수 있다.
센서캡(830)의 두께는 0.05mm 내지 0.3mm를 만족할 수 있다. 센서캡(830)의 두께가 0.05mm미만인 경우 너무 얇아 센싱 마그넷(820)을 가압 및 고정하는 효과를 갖기 어려우며, 두께가 0.3mm를 초과하는 경우 센싱 마그넷(820)의 자속이 차단되어 센싱 감도가 떨어지는 문제가 있다.
도 6a와 도 6b를 참고하면, 센서캡이 없는 센서 조립체와 0.15mm의 두께를 갖는 센서캡이 장착된 센서 조립체를 준비하고, 각각 자기소자와 약 0.28mm 이격시켜 자속밀도를 측정하였다.
측정 결과, 센서캡(830)의 유무와 관계없이 자속밀도의 표본 평균(sample mean)이 약 60으로 유사하고, 산포의 범위 역시 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다. 따라서, 센서캡의 두께가 0.05mm 내지 0.3mm인 경우 센싱 감도는 떨어뜨리지 않으면서 센싱 마그넷을 효과적으로 보호할 수 있음을 알 수 있다.
100: 하우징
200: 로터
300: 스테이터
400: 회전축
800: 센서 조립체
810: 홀더
820: 센싱 마그넷
830: 센서캡

Claims (15)

  1. 일측에 형성된 제1삽입홈, 타측에 형성된 제2삽입홈, 및 상기 제1삽입홈과 상기 제2삽입홈의 사이에 배치되는 차단영역을 포함하는 홀더;
    상기 제1삽입홈에 배치되는 센싱 마그넷;
    상기 센싱 마그넷을 커버하는 센서캡; 및
    상기 센싱 마그넷의 회전을 감지하는 검출부를 포함하고,
    상기 홀더는 반경방향으로 돌출된 링 형상의 날개부를 포함하고,
    상기 제1삽입홈의 깊이는 상기 센싱 마그넷의 두께보다 작고,
    상기 센서캡은 상기 센싱 마그넷의 일면과 접촉하는 바닥부, 및 상기 홀더의 측면에 결합하는 측부를 포함하고,
    상기 홀더는 상기 날개부에서 축방향으로 돌출된 돌출부를 포함하는 센서 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2삽입홈은 모터의 회전축과 결합하는 역할을 수행하는 센서 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서캡은 상기 바닥부와 상기 측부를 연결하는 연결부를 더 포함하고,
    상기 연결부는 곡률을 갖는 센서 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 홀더는 둘레방향으로 형성된 요홈을 포함하는 센서 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 날개부의 직경은 상기 홀더의 직경의 1.2배 이상인 센서 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홀더와 센서캡은 비자성 재질을 포함하는 센서 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 날개부는 상기 센싱 마그넷보다 하부에 배치되고,
    상기 제1삽입홈의 깊이는 상기 제2삽입홈의 깊이보다 작은 센서 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센서캡은 상기 측부에 형성되어 상기 홀더와 결합하는 체결부를 포함하는 센서 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서캡의 두께는 0.05mm 내지 0.3mm인 센서 조립체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 센서캡은 상기 바닥부와 상기 측부를 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 연결부는 곡률을 갖는 센서 조립체.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 센서캡은 상기 바닥부에 형성되는 복수 개의 돌기를 포함하는 센서 조립체.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 센서캡은 상기 바닥부의 중앙에 형성되는 중앙홀, 상기 바닥부의 외측에 형성되는 복수 개의 서브홀을 포함하는 센서 조립체.
  13. 하우징;
    상기 하우징에 배치되는 스테이터;
    상기 스테이터의 내부에 배치되는 로터;
    상기 로터와 일체로 회전하는 회전축;
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 센서 조립체를 포함하는 모터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센싱 마그넷의 회전을 센싱하는 검출부를 포함하는 모터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 센서캡의 바닥부와 마주보는 자기소자, 및 상기 자기소자가 배치되는 인쇄회로기판을 포함하는 모터.
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