KR102555273B1 - 조향 제어 장치 - Google Patents

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KR102555273B1
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Abstract

본 개시는 조향 제어 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시에 따른 조향 제어 장치는 적어도 하나 이상의 소자가 배치되는 PCB(Printed Circuit Board), PCB 상에 위치하고, 모터의 회전 위치를 감지하는 모터 포지션 센서(MPS: Motor Postion Sensor) 및 각 상의 모터 단자가 제1 중성점을 기준으로 균등한 내각을 이루도록 PCB에 연결되는 모터를 포함한다.

Description

조향 제어 장치{STEERING CONTROL APPARATUS}
본 실시예들은 조향 제어 장치에 관한 것이다.
BLAC(Brushless AC) 타입의 모터는 제어를 위하여 회전 위치(Motor Position) 정보를 ECU(Electronic Control Unit)에 전달하여야 한다. 이를 위하여, 모터의 회전축 단부에 부착된 센서 마그넷이 자기 신호(Magnetic Flux)를 ECU의 MPS(Motor Position Sensor)에 비접촉식으로 전달한다.
이러한 경우, 모터 단자와 ECU의 PCB(Printed Circuit Board)에 대전류가 통전될 때 생성되는 자기장으로 인하여 MPS IC에 리플 형태의 자기장 외란이 인가될 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2017-0052980호
이러한 배경에서, 본 개시는 자기장이 최소화되는 모터 단자의 배치를 통해 모터와 모터 포지션 센서의 이격 거리를 해소하는 조향 제어 장치를 제공하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 일 측면에서, 본 개시는 적어도 하나 이상의 소자가 배치되는 PCB(Printed Circuit Board), PCB 상에 위치하고, 모터의 회전 위치를 감지하는 모터 포지션 센서(MPS: Motor Postion Sensor) 및 각 상의 모터 단자가 제1 중성점을 기준으로 균등한 내각을 이루도록 PCB에 연결되는 모터를 포함하는 조향 제어 장치를 제공한다.
본 개시에 의하면, 조향 제어 장치는 대전류 통전 간 MPS IC로의 표유 전자계(Stray Field)의 유입을 최소화하여 MPS Error를 최소화 하여 모터 회전각 검출 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 조향 제어 장치는 대전류 단자 및 패턴과 MPS IC 간 이격 거리 확보 제약을 받지 않도록 하여 최적 패키지 설계 구현에 따른 소형화/경량화를 구현할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 3상 모터가 PCB에 연결되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 듀얼 와인딩 3상 모터가 PCB에 연결되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 듀얼 와인딩 3상 모터가 PCB에 연결되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 복수의 중성점이 존재하는 경우, 모터와 PCB에 연결되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
이하에서는 조향 제어 장치(10)의 기능을 수행할 수 있고, 자차량의 조향을 제어하는 기능을 수행하는 조향 제어 시스템(1)의 일 실시예를 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치(10)를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치(10)를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치(10)는 PCB(Printed Circuit board)(110), 모터 포지션 센서(MPS: Motor Position Sensor)(120) 및 모터(130) 등을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치(10)는 자차량에 탑재되어 자차량의 주행에 도움을 주는 정보를 제공하거나, 운전자의 자차량 제어에 도움을 제공하는 ADAS(Advance Driver Assistance Systems)일 수 있다.
여기서 자차량은 원동기를 장착하여 그 동력으로 타이어를 굴려서 철길이나 가설된 선에 의하지 아니하고 땅 위를 움직이도록 만든 차를 의미할 수 있다. 또한, 자차량은 전기를 동력으로 하는 자동차로, 화석 연료의 연소로부터 구동 에너지를 얻는 것이 아닌 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 구동에너지를 얻는 전기차일 수 있다.
PCB(110)는 적어도 하나 이상의 소자가 배치될 수 있다. 예를 들면, 모터(130)를 제어하는 MCU(Micro Controller Unit), 모터(130)에 전원을 공급하기 위한 게이트 드라이버 및 인버터 등이 PCB(110)에 배치될 수 있다.
모터 포지션 센서(MPS: Motor Postion Sensor)(120)는 PCB(110) 상에 위치하고, 모터(130)의 회전 위치를 감지할 수 있다. 모터 포지션 센서(120)는 버스바에 의해 PCB(110)와 연결될 수 있다.
이를 위해, 모터(130)는 모터(130)의 회전축 단부에 센서 마그넷이 부착될 수 있다. 그리고, 모터 포지션 센서(120)는 센서 마그넷과 동일한 회전축 상에 배치될 수 있다. 즉, 모터 포지션 센서(120)는 모터(130)의 회전축 상에 배치될 수 있다.
모터(130)는 각 상의 모터 단자가 제1 중성점(310)을 기준으로 균등한 내각을 이루도록 PCB(110)에 연결될 수 있다.
일반적인 모터 포지션 센서(120)가 장착된 PCB(110)와 모터(130)의 연결은 모터(130)의 회전축 단부 또는 모터(130) 헤드에 센서 마그넷이 부착되면서 일정 거리를 유지하며 연결된다. 모터 단자와 PCB(110)에 대전류가 통전되게 되어 생성되는 자기장이 모터 포지션 센서(120)에 리플 형태의 자기장 외란이 인가될 수 있기 때문이다.
이에 따라, 전술한 바와 같이, 모터 포지션 센서(120) 장착된 PCB(110)와 모터(130)는 충분한 이격거리를 확보하며 연결되게 된다.
도 3은 일 실시예에 따른 3상 모터(130)가 PCB(110)에 연결되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 전술한 문제점을 해결하기 위해, 각 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)에서 통전됨으로써 생성되는 각 자기장이 모터 포지션 센서(120)가 있는 지점에서 상쇄되도록 모터(130)와 PCB(110)가 연결될 수 있다.
구체적으로, 도체에 전류가 Z축 방향으로 통전될 때, X-Y평면 방향으로 자기장이 생성된다. 그리고, 브러시 모터(130)(Brush Motor)로 예를 들면, 브러시 모터(130)가 구동할 때 한 상의 전류가 Z축을 기준으로 (+)방향인 경우, 다른 나머지 상의 전류의 방향은 Z축을 기준으로 (-)방향이 될 수 있다. 그리고, X-Y평면에서 발생하는 자기장은 합 벡터의 방향으로 인가되게 된다.
따라서, 모터 포지션 센서(120)의 외란을 최소화하기 위해, 모터(130)는 모터 포지션 센서(120)에서 자기장 외란이 최소화되도록 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3) 간에 내각을 균등 분할되도록 PCB(110)와 연결될 수 있다. 또한, 각 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)의 제1 중성점(310)은 모터 포지션 센서(120)의 중심으로 설정될 수 있다.
또한, 모터 단자 각각에서 발생되는 자기장을 상쇄시키기 위해, 각 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)는 중성점을 기준으로 동일한 거리를 갖도록 PCB(110)에 연결될 수 있다. 즉, 각 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)는 동일한 원주 상에 위치할 수 있다.
여기서, 각 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)는 3상 모터(130)인 경우, U, V, W상의 3개로 구성될 수 있다. 또한, 각 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)는 커넥터나 버스바를 통해 PCB(110)와 연결될 수 있다.
도 3을 참조하면, 3상 모터(130)는 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)가 3개로 구성되어, 중성점을 기준으로 각 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)가 이루는 내각을 균등하게 배치하게 되면 각 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)가 이루는 내각은 120도가 되도록 PCB(110)와 연결될 수 있다.
5상 모터(130)의 경우, 모터 단자(미도시됨)는 5개가 되며, 중성점을 기준으로 각 모터 단자가 이루는 내각을 균등하게 배치하게 되면, 각 모터 단자가 이루는 내각은 72도일 수 있다.
전술한 바에 의하면, 본 개시는 각 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)가 균등한 내각을 이루도록 PCB(110)에 연결됨으로써, 모터(130)와 모터 포지션 센서(120) 간에 이격 거리 제한을 해소할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 듀얼 와인딩 3상 모터가 PCB(110)에 연결되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 모터(130)가 듀얼 와인딩(Dual Winding) 3상 모터인 경우, 모터(130)는 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)들과 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(132-1, 132-2, 132-3)들이 제1 중성점(310)을 기준으로 균등한 내각을 이루도록 PCB(110)에 연결될 수 있다. 따라서, 중성점을 기준으로 균등한 내각을 갖는 총 6개의 모터 단자는 내각이 60도를 이루며 PCB(110)에 연결될 수 있다.
다른 예로, 모터(130)는 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)가 제1 중성점(310)을 기준으로 균일한 내각을 이루도록 PCB(110)와 연결되고, 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(132-1, 132-2, 132-3)가 제1 중성점(310)을 기준으로 균일한 내각을 이루도록 PCB(110)와 연결될 수 있다. 즉, 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)와 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(132-1, 132-2, 132-3)는 각각 120도를 이루며 PCB(110)에 연결될 수 있다.
또 다른 예로, 3상 듀얼 와인딩 모터인 경우, 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)들과 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(132-1, 132-2, 132-3)들이 제1 중성점을 기준으로 시계방향으로 번갈아가며 PCB에 연결될 수 있다.
전술한 바에 따르면 본 개시는 듀얼 와인딩 모터(130)의 경우에도 모터 포지션 센서(120)에 영향을 주는 자기장을 최소화함으로써, 모터(130)와 모터 포지션 센서(120) 간에 이격 거리 제한을 해소할 수 있다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 듀얼 와인딩 3상 모터가 PCB(110)에 연결되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 듀얼 와인딩 3상 모터의 경우, 모터(130)는 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)들이 제1 원주 상에 위치하고, 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(132-1, 132-2, 132-3)들이 제2 원주 상에 위치하도록 PCB(110)에 연결될 수 있다.
그리고, 제1 원주 및 제2 원주는 제1 중성점(310)에서 발생하는 자기장이 최소화될 수 있다면, 제1 중성점(310)까지의 거리는 특정 수치에 한정되지 않는다.
또한, 총 6개의 모터 단자가 균등한 내각을 이루며 PCB(110)와 연결된다면, 특정 방위나 특정 위상에 한정되지 않는다.
도 6은 일 실시예에 따른 복수의 중성점이 존재하는 경우, 모터(130)와 PCB(110)에 연결되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 모터(130)는 듀얼 와인딩 3상 모터고 중성점이 2개인 경우, 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)들이 제1 중성점(310)을 기준으로 균등한 내각을 이루고, 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(132-1, 132-2, 132-3)들이 제2 중성점(320)을 기준으로 균등한 내각을 이루도록 PCB(110)에 연결될 수 있다.
도 5의 경우와 마찬가지로, 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(131-1, 131-2, 131-3)는 제1 중성점(310)에 형성되는 제1 원주 상에 연결될 수 있고, 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자(132-1, 132-2, 132-3)는 제2 중성점(320)에 형성되는 제2 원주 상에 연결될 수 있다. 그리고, 제1 중성점(310) 및 제2 중성점(320)은 PCB(110)와 연결된 모터 단자에서 발생된 자기장이 모터 포지션 센서(120)에서 최소화되는 곳에 설정될 수 있다.
전술한 모터(130)는 중성점에서 자기장이 최소화될 수만 있다면 각 모터 단자 간 위치를 변경하여 PCB(110)와 연결될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 본 개시는 복수의 중성점을 기준으로 각 모터 단자가 PCB(110)와 연결되어도 각 모터 단자에서 발생되는 자기장이 모터 포지션 센서(120)에서 최소화됨으로써 모터(130)와 모터 포지션 센서(120) 간에 이격 거리 제한을 해소할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 개시에 의하면, 조향 제어 장치(10)는 자차량의 시동 오프 상태에서 운전자의 부주의에 의한 운전자의 상해를 예방할 수 있다.
조향 제어 장치(10)는 조향 제어 장치(10)는 대전류 통전 간 MPS IC로의 표유 전자계(Stray Field)의 유입을 최소화하여 MPS Error를 최소화 하여 모터(130) 회전각 검출 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 조향 제어 장치(10)는 대전류 단자 및 패턴과 MPS IC 간 이격 거리 확보 제약을 받지 않도록 하여 최적 패키지 설계 구현에 따른 소형화/경량화를 구현할 수 있다.
또한, 조향 제어 장치(10)는 모터 포지션 센서(120)의 에러로 인한 차량 핸들 진동 등의 품질 문제를 예방할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 조향 제어 장치 110: PCB
120: 모터 포지션 센서 130: 모터

Claims (8)

  1. 적어도 하나 이상의 소자가 배치되는 PCB(Printed Circuit Board);
    상기 PCB 상에 위치하고, 모터의 회전 위치를 감지하는 모터 포지션 센서(MPS: Motor Postion Sensor); 및
    각 상의 모터 단자가 제1 중성점을 기준으로 균등한 내각을 이루도록 상기 PCB에 연결되는 모터를 포함하고,
    상기 제1 중성점은,
    상기 모터의 회전축 선상에 배치되는 상기 모터 포지션 센서의 중심으로 설정되는 조향 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 각 상의 모터 단자가 상기 제1 중성점을 기준으로 동일한 거리를 갖도록 상기 PCB에 연결되는 조향 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터는,
    듀얼 와인딩(Dual Winding) 3상 모터인 경우, 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자들과 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자들이 상기 제1 중성점을 기준으로 균등한 내각을 이루도록 상기 PCB에 연결되는 조향 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자들과 상기 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자들이 상기 제1 중성점을 기준으로 시계방향으로 번갈아가며 상기 PCB에 연결되는 조향 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 중성점이 2개인 경우, 상기 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자들이 상기 제1 중성점을 기준으로 균등한 내각을 이루고, 상기 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자들이 제2 중성점을 기준으로 균등한 내각을 이루도록 상기 PCB에 연결되는 조향 제어 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 제1 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자들이 제1 원주 상에 위치하고, 상기 제2 U상, V상 및 W상과 대응되는 각 상의 모터 단자들이 제2 원주 상에 위치하도록 상기 PCB에 연결되는 조향 제어 장치.
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