KR102606980B1 - 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중심축, 상기 중심축과 결합하는 센싱 플레이트 및 상기 센싱 플레이트 상에 배치되는 메인 마그넷과 서브 마그넷을 포함하는 센싱 마그넷 및 상기 센싱 마그넷의 상부에 배치되는 센서부를 포함하고, 상기 센서부는 기판, 상기 기판에 배치되고 상기 중심축을 중심으로 하는 가상원의 내측에 배치되는 복수개의 제1 홀센서 및 복수개의 제2 홀센서, 상기 기판에 배치되고 상기 가상원의 외측에 배치되는 복수개의 제3 홀센서 및 복수개의 제4 홀센서를 포함하고, 상기 복수개의 제1 홀센서와 상기 복수개의 제3 홀센서는 제1 그룹을 형성하고, 상기 복수개의 제2 홀센서와 상기 복수개의 제4 홀센서는 제2 그룹을 형성하고, 상기 제1 그룹 또는 상기 제2 그룹 중 일 그룹의 홀센서가 고장난 경우 타 그룹의 홀센서는 여전히 동작하는 모터를 제공하여, 제1 센서에 고장이 발생한 경우에도, 로터의 위치를 감지할 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

Description

로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터{DETECTING DEVICE FOR SENSING THE ROTOR POSITION AND MOTOR HAVING THE SAME}
실시예는 로터 위치 감지장치 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.
로터 위치 감지장치로서, 모터의 내측에는 자기소자를 포함하는 센서가 배치된다. 센서는 로터와 회전 연동 가능하게 설치된 센싱 마그넷의 자기력을 감지하여 로터의 현재 위치를 파악한다.
일반적으로, 3상 브러시리스(brushless) 모터의 경우, 이러한 센서가 최소 3개가 필요하다. U,V,W상의 정보를 얻는 3개의 센싱시그널이 필요하기 때문이다. 그러나, 3개의 센서 중 하나라도 고장이 나면 로터 위치 감지장치 전체가 구동이 불가한 문제점이 있다. 특히, 센서의 고장이 빈번한 점을 고려할 때, 하나의 센서 고장으로 인하여 로터 위치 감지장치 전체를 교체하여 하기 때문에 경제적 손실이 큰 문제점이 있다.
한편, 센싱 마그넷의 착자 정밀도의 한계로 인하여, 센싱시그널의 분해능이 낮기 때문에 로터의 현재 위치를 정밀하게 파악하기 힘든 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0101998호(2006.09.27.공개)
이에, 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일부 센서의 고장에도 구동이 가능한 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 특히, 기존의 별도의 추가 구조 없이 기존 PCB 상에서 구동이 가능한 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 실시예는, 센서의 추가 없이 센싱시그널의 분해능을 높일 수 있는 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 실시예는, 중심축, 상기 중심축과 결합하는 센싱 플레이트 및 상기 센싱 플레이트 상에 배치되는 메인 마그넷과 서브 마그넷을 포함하는 센싱 마그넷 및 상기 센싱 마그넷의 상부에 배치되는 센서부를 포함하고, 상기 센서부는 기판, 상기 기판에 배치되고 상기 중심축을 중심으로 하는 가상원의 내측에 배치되는 복수개의 제1 홀센서 및 복수개의 제2 홀센서, 상기 기판에 배치되고 상기 가상원의 외측에 배치되는 복수개의 제3 홀센서 및 복수개의 제4 홀센서를 포함하고, 상기 복수개의 제1 홀센서와 상기 복수개의 제3 홀센서는 제1 그룹을 형성하고, 상기 복수개의 제2 홀센서와 상기 복수개의 제4 홀센서는 제2 그룹을 형성하고, 상기 제1 그룹 또는 상기 제2 그룹 중 일 그룹의 홀센서가 고장난 경우 타 그룹의 홀센서는 여전히 동작하는 모터를 제공 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위?? 다른 실시예는, 중심축, 상기 중심축과 결합하는 센싱 플레이트 및 상기 센싱 플레이트 상에 배치되는 메인 마그넷과 서브 마그넷을 포함하는 센싱 마그넷 및 상기 센싱 마그넷의 상부에 배치되는 센서부를 포함하고, 상기 센서부는 기판, 상기 기판에 배치되고 복수개의 제1 홀센서, 복수개의 제2 홀센서, 복수개의 제3 홀센서, 복수개의 제4 홀센서를 포함하고, 상기 복수개의 제1 홀센서 및 상기 복수개의 제2 홀센서는 상기 메인 마그넷에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 복수개의 제3 홀센서 및 상기 복수개의 제4 홀센서는 상기 서브 마그넷에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 복수개의 제1 홀센서와 상기 복수개의 제3 홀센서는 제1 그룹을 형성하고, 상기 복수개의 제2 홀센서와 상기 복수개의 제4 홀센서는 제2 그룹을 형성하고, 상기 복수개의 제1 홀센서 중 가장 인접한 두 개의 제1 홀센서 각각의 중심과 상기 중심축을 연결하는 직선 사이의 각도 및 상기 복수개의 제2 홀센서 중 가장 인접한 두 개의 제2 홀센서 각각의 중심과 상기 중심축을 연결하는 직선 사이의 각도는 제1 각도이며, 상기 복수개의 제3 홀센서 중 가장 인접한 두 개의 제3 홀센서 각각의 중심과 상기 중심축을 연결하는 직선 사이의 각도 및 상기 복수개의 제4 홀센서 중 가장 인접한 두 개의 제4 홀센서 각각의 중심과 상기 중심축을 연결하는 직선 사이의 각도는 제3 각도인 모터를 제공 할 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 센서에 추가하여 제2 센서를 배치함으로써, 제1 센서에 고장이 발생한 경우에도, 로터의 위치를 감지할 수 있는 유리한 효과를 제공한다.
실시예에 따르면, 제2 센서의 위치를 제1 센서의 위치와 대응되는 위치에서, 분해능이 2배가 되도록 일정 각도만큼 시프트하여, 로터의 위치를 정밀하게 파악할 수 있는 유리한 효과를 제공한다.
도 1은 실시예에 따른 모터의 개념도,
도 2는 센싱 마그넷을 도시한 도면,
도 3은 센싱시그널을 도시한 도면,
도 4는 로터 위치 감지장치를 도시한 도면,
도 5는 메인 마그넷과 대응되는 제1 센서와 제2 센서의 배치에 대한 제1 실시예를 도시한 도면,
도 6은 서브 마그넷과 대응되는 제1 센서와 제2 센서의 배치에 대한 제1 실시예를 도시한 도면,
도 7은 메인 마그넷과 대응되는 제1 센서와 제2 센서의 배치에 대한 제2 실시예를 도시한 도면,
도 8은 서브 마그넷과 대응되는 제1 센서와 제2 센서의 배치에 대한 제2 실시예를 도시한 도면,
도 9는 메인 마그넷에 대해 분해능이 60°인 종래 센싱시그널과, 분해능이 30°로 높아진 센싱시그널을 비교하여 나타낸 그래프,
도 10은 서브 마그넷에 대해 분해능이 7.5°인 종래 센싱시그널과, 분해능이 3.75°로 높아진 센싱시그널을 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
도 1은 실시예에 따른 모터의 개념도이다. 도 1을 참고하면, 실시예에 따른 모터는 회전축(100)과, 로터(200)와, 스테이터(300)와, 로터 위치 감지장치(400)를 포함할 수 있다.
회전축(100)은 로터(200)에 결합될 수 있다. 전류 공급을 통해 로터(200)와 스테이터(300)에 전자기적 상호 작용이 발생하면 로터(200)가 회전하고 이에 연동하여 회전축(100)이 회전한다. 회전축(100)은 차량의 조향축과 연결되어 조향축에 동력을 전달할 수 있다. 회전축(100)은 베어링에 의해 지지될 수 있다.
로터(200)는 스테이터(300)와 전기적 상호 작용을 통해 회전한다.
로터(200)는 로터 코어(210)와, 마그넷(220)을 포함할 수 있다. 로터 코어(210)는 원형의 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 적층된 형상으로 실시되거나 또는 하나의 통 형태로 실시될 수 있다. 로터 코어(210)의 중심에는 회전축(100)이 결합하는 홀이 형성될 수 있다. 로터 코어(210)의 외주면에는 마그넷(220)을 가이드 하는 돌기가 돌출될 수 있다. 마그넷(220)은 로터 코어(210)의 외주면에 부착될 수 있다. 복수 개의 마그넷(220)은 일정 간격으로 로터 코어(210)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 로터(200)는 마그넷(220)을 둘러싸서 마그넷(220)이 로터 코어(210)에서 이탈되지 않도록 고정시키며 마그넷(220)이 노출되는 것을 막는 캔부재를 포함할 수 있다.
스테이터(300)는 로터(200)와 전기적 상호 작용을 유발하기 위해 코일이 감길 수 있다. 코일을 감긴 위한 스테이터(300)의 구체적인 구성은 다음과 같다. 스테이터(300)는 복수 개의 티스를 포함하는 스테이터 코어를 포함할 있다. 스테이터 코어는 환형의 요크 부분이 마련되고, 요크에서 중심방향으로 코일이 감기는 티스가 마련될 수 있다. 티스는 요크 부분의 외주면을 따라 일정한 간격으로 마련될 수 있다. 한편, 스테이터 코어는 얇은 강판 형태의 복수 개의 플레이트가 상호 적층되어 이루어질 수 있다. 또한, 스테이터 코어는 복수 개의 분할 코어가 상호 결합되거나 연결되어 이루어질 수 있다.
로터 위치 감지장치(400)는 센싱 마그넷(410)과 센서부(420)를 포함할 수 있다.
하우징(500)은 원통형상으로 형성되어 내부에 스테이터(300)와 로터(200)가 장착될 수 있는 공간이 마련된다. 이때, 하우징(500)의 형상이나 재질은 다양하게 변형될 수 있으나 고온에서도 잘 견딜 수 있는 금속재질이 선택될 수 있다. 하우징(500)의 개방된 상부는 커버(600)가 덮는다.
도 2는 센싱 마그넷을 도시한 도면이다
도 2를 참조하면, 센싱 마그넷(410)은 메인 마그넷(411)과, 서브 마그넷(412)과, 센싱 플레이트(413)을 포함할 수 있다. 센싱 마그넷(410)은 로터(200) 위에 배치되어, 로터(200)의 위치를 나타낸다.
센싱 플레이트(413)은 원판 형상으로 형성된다. 그리고, 센싱 플레이트(413)의 중심에 회전축(100)이 결합한다. 메인 마그넷(411)은 센싱 플레이트(413)의 중앙에 배치된다. 그리고, 서브 마그넷(412)은 메인 마그넷(411)의 외측에 배치되며, 센싱 플레이트(413)의 가장자리에 배치될 수 있다.
메인 마그넷(411)은 로터(200)의 마그넷(220)과 대응된다. 다시 말해서, 로터(200)의 마그넷(220)의 극수와 메인 마그넷(411)의 극수는 동일하다. 예를 들어, 로터(200)의 마그넷(220)이 6극인 경우, 메인 마그넷(411)도 6극이다. 또한, 로터(200)의 마그넷(220)과 메인 마그넷(411)은 극 분할 영역이 정렬되어 메인 마그넷(411)의 위치가 로터(200)의 마그넷(220)의 위치를 나타낼 수 있다. 이러한 메인 마그넷(411)은 로터(200)의 초기 위치를 파악하는데 이용된다.
서브 마그넷(412)은 로터(200)의 세부적인 위치를 정밀하게 파악하는데 이용된다. 예를 들어, 서브 마그넷(412)은 72극일 수 있다.
센서부(420)는 센싱 마그넷(410)의 회전에 따라, 메인 마그넷(411)과 서브 마그넷(412)에 의한 자속의 변화를 감지한다. 센서부(420)는 센싱 마그넷(410) 위에 배치될 수 있다.
도 3은 센싱시그널을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 센서부(420)는 메인 마그넷(411)의 N극과 S극의 변화를 감지하여 3개의 센싱시그널(T1,T2,T3)을 감지할 수 있다. 그리고 추가적으로, 센서부(420)는 서브 마그넷(412)의 자속의 변화를 감지하여 2개의 센싱시그널(E1,E2)를 감지할 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 메인 마그넷(411)은 로터(400)에 결합된 마그넷이 그대로 모사되어 있기 때문에, 메인 마그넷(411)을 기준으로 하는 자속 변화를 감지하여 로터(400)의 위치를 감지할 수 있다. 이러한 센싱시그널(T1,T2,T3)은 모터의 초기 구동에 사용될 수 있는 것으로, 각각 U,V,W상의 정보를 피드백 할 수 있다.
도 4는 로터 위치 감지장치를 도시한 도면이다.
도 4에서 도시한 바와 같이, 기판(421)의 형태는 메인 마그넷(411)과 서브 마그넷(412)의 배열에 대응하여 환형의 구현될 수 있다.
기판(421)은 제1 센서(S1,S3)와, 제2 센서(S2,S4)를 포함할 수 있다. 제1 센서(S1)와 제2 센서(S2)는 센싱 마그넷(410)의 중심(C)을 기준으로 동일한 제1 원형 궤도상에 배열될 수 있다. 제1 센서(S3)과 제2 센서(S4)는 센싱 마그넷(410)의 중심(C)를 기준으로 동일한 제2 원형 궤도상에 배열 될 수 있다. 제1 센서(S1,S3)는 이러한 원형 궤도 상에서 이웃하는 복수 개의 제1 홀센서(H1)를 포함할 수 있다. 그리고 제2 센서(S2,S4)는 이러한 원형 궤도 상에서 이웃하는 복수 개의 제2 홀센서(H2)를 포함할 수 있다.
상대적으로 내측에 위치한 제1 센서(S1) 및 제2 센서(S2)는 메인 마그넷(411)에 배치된 원형 궤도를 따라 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제1 센서(S1) 및 제2 센서(S2)는, 센싱 마그넷(410)의 반경 방향을 기준으로 메인 마그넷(411)과 대응되도록 배치될 수 있다. 상대적으로 외측에 배치된 제1 센서(S3) 및 제2 센서(S4)는 서브 마그넷(412)이 배치된 원형 궤도를 따라 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제1 센서(S3) 및 제2 센서(S4)는, 센싱 마그넷(410)의 반경 방향을 기준으로 서브 마그넷(412)과 대응되도록 배치될 수 있다.
제1 실시예
도 5는 메인 마그넷과 대응되는 제1 센서와 제2 센서의 배치에 대한 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 기판(421)의 내측에 배치된 제1 센서(S1)와 제2 센서(S2)는 메인 마그넷(411)에 의한 자속 변화를 각각 감지한다.
제1 센서(S1)는 3개의 제1 홀센서(H1)를 포함할 수 있다. 이러한 제1 센서(S1)는 메인 마그넷(411)의 회전에 대응하여 U,V,W 상의 연속된 센싱시그널을 생성할 수 있다. 3개의 제1 홀센서(H1)는 제1 각도(R1)만큼 떨어져 배치될 수 있다.
제2 센서(S2)는 3개의 제2 홀센서(H2)를 포함할 수 있다. 이러한 제2 센서(S2)도 메인 마그넷(411)의 회전에 대응하여 U,V,W 상의 연속된 센싱시그널을 추가로 생성할 수 있다. 따라서, 제1 센서(S1)의 어떤 제1 홀센서(H1)가 고장 난 경우에도, U,V,W 상의 연속된 센싱시그널을 생성할 수 있다. 3개의 제2 홀센서(H2)는 제1 홀센서(H1)와 동일하게 제1 각도(R1)만큼 떨어져 배치될 수 있다.
여기서, 제1 각도(R1)은 다음 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
여기서, R1은 제1 각도이며, R0는 전기각도이고, Nm은 메인 마그넷(411)의 극수이며, 상수 “3”은 U,V,W 상의 개수를 의미한다.
예를 들어, 로터(200)의 마그넷(220)이 6극인 경우, 메인 마그넷(411)의 극수는 6이다. 따라서, 해당 모터의 전기각도(R0)는 120°이다. 그 결과, 제1 각도(R1)는 40°로 산출될 수 있다. 여기서, 전기각도란, 360°를 기준으로 마그넷의 N극과 S극이 차지하는 마그넷의 물리적인 각도(기계각)를 나타낸다. 예를 들어, 로터(200)의 마그넷(220)이 8극인 경우, 해당 모터의 전기각도(R0)는 90°이다.
제2 센서(S2)는 센싱시그널의 분해능을 높이기 위하여, 제1 센서(S1)에 대응한 위치에서 시프트된 위치에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제1 센서(S1)와 제2 센서(S2)는 동일한 제1 원형 궤도상에서, 제1 각도(R1)와 상이한 제2 각도(R2)만큼 떨어져 배치될 수 있다. 즉, 이웃하는 제1 홀센서(H1a)와 제2 홀센서(H2a)는 원형 궤도상의 원주를 따라 제1 각도(R1)와 상이한 제2 각도(R2)만큼 떨어져 배치될 수 있다.
여기서, 제2 각도(R2)는 다음 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.
여기서, R2는 제2 각도이며, R1은 제1 각도이고, R0’는 시프트 되는 전기각도이며, Nm은 메인 마그넷(411)의 극수이다.
메인 마그넷(411)에 의한 센싱시그널의 분해능은 60°로 설정할 수 있는데, 이때, 분해능을 60°에서 30°로 2배 높이기 위해서, 전기각도 30°만큼 시프트가 필요한 경우, R1이 40°이면, 제2 각도(R2)는 30° 또는 50°로 산출될 수 있다.
도 6은 서브 마그넷과 대응되는 제1 센서와 제2 센서의 배치에 대한 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 기판(421)의 외측에 배치되는 제1 센서(S3)와 제2 센서(S4)는 서브 마그넷(412)에 의한 자속 변화를 각각 감지한다.
제1 센서(S3)는 2개의 제1 홀센서(H1)를 포함할 수 있다. 이러한 제1 센서(S3)는 서브 마그넷(412)의 회전에 대응하여 연속된 센싱시그널을 생성할 수 있다. 상기 제1 센서(S3)의 2개의 제1 홀센서(H1)는 제1 각도(R1)만큼 떨어져 배치될 수 있다.
제2 센서(S4)는 2개의 제2 홀센서(H2)를 포함할 수 있다. 이러한 제2 센서(S2)도 서브 마그넷(412)의 회전에 대응하여 연속된 센싱시그널을 추가로 생성할 수 있다. 따라서, 제1 센서(S3)의 어떤 제1 홀센서(H1)가 고장 난 경우에도, 연속된 센싱시그널을 생성할 수 있다. 상기 제2 센서(S4)의 2개의 제2 홀센서(H2)는 상기 제1 센서(S3)의 제1 홀센서(H1)와 동일하게 제1 각도(R1)만큼 떨어져 배치될 수 있다.
여기서, 제1 각도(R1)은 다음 수학식 3에 의해 산출될 수 있다.
여기서, R1은 제1 각도이며, R0는 전기각도이고, Q는 분해능 각도, Ns은 서브 마그넷(412)의 극수이다.
예를 들어, 서브 마그넷(412)의 극수가 72이고, 따라서, 해당 모터의 전기각도(R0)는 10°이다. Q가 90°이면 제1 각도(R1)는 10°*n+ 2.5°가 된다. 따라서 물리적으로, 2개의 제1 홀센서(H1)를 2.5°로 떨어져 배치시키는 것은 매우 힘들다. 따라서, 전기각도(R0)는 10°인 경우, 이와 위상차가 동일한 10°*n+ 2.5°를 제1 각도(R1)로 산출할 수 있다.
제2 센서(S4)는 센싱시그널의 분해능을 높이기 위하여, 제1 센서(S3)에 대응한 위치에서 시프트된 위치에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제1 센서(S3)와 제2 센서(S4)는 동일한 제2 원형 궤도상에서, 제1 각도(R1)와 상이한 제2 각도(R2)만큼 떨어져 배치될 수 있다. 즉, 이웃하는 제1 홀센서(H1a)와 제2 홀센서(H2a)는 제2 원형 궤도상의 원주를 따라 제1 각도(R1)와 상이한 제2 각도(R2)만큼 떨어져 배치될 수 있다.
여기서, 제2 각도(R2)는 다음 수학식 4에 의해 산출될 수 있다.
여기서, R2는 제2 각도이며, R1은 제1 각도이고, R0’는 시프트 되는 전기각도이며, Ns은 서브 마그넷(412)의 극수이다. 따라서, 시프트 되는 전기각도(R0’)가 45°이고 서브 마그넷(412)의 극수가 72이면, 제2 각도(R2)는 제1 각도(R1)인 10°*m+ 2.5°에 1.25°을 더하거나 뺀 값이다.
그 결과, 도 6에서 도시한 바와 같이, 이웃하는 제1 홀센서(H1a)와 제2 홀센서(H2a)를 제1 각도(R1)인 10°*n+ 2.5°에 1.25°을 더한 값만큼 떨어져 배치시키면, 센싱시그널의 분해능을 90°에서 45°로 높일 수 있다.
제2 실시예
도 7은 메인 마그넷과 대응되는 제1 센서와 제2 센서의 배치에 대한 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 기판(421)의 내측에 배치된 제1 센서(S1)와 제2 센서(S2)는 메인 마그넷(411)에 의한 자속 변화를 각각 감지한다.
제1 센서(S1)는 3개의 제1 홀센서(H1)를 포함할 수 있다. 이러한 제1 센서(S1)는 메인 마그넷(411)의 회전에 대응하여 U,V,W 상의 연속된 센싱시그널을 생성할 수 있다. 3개의 제1 홀센서(H1)는 제3 각도(R3)만큼 떨어져 배치될 수 있다.
제2 센서(S2)는 3개의 제2 홀센서(H2)를 포함할 수 있다. 이러한 제2 센서(S2)도 메인 마그넷(411)의 회전에 대응하여 U,V,W 상의 연속된 센싱시그널을 추가로 생성할 수 있다. 따라서, 제1 센서(S1)의 어떤 제1 홀센서(H1)가 고장 난 경우에도, U,V,W 상의 연속된 센싱시그널을 생성할 수 있다. 3개의 제2 홀센서(H2)는 제1 홀센서(H1)와 동일하게 제3 각도(R3)만큼 떨어져 배치될 수 있다.
여기서, 제3 각도(R3)는 아래 수학식 5에 의해 산출될 수 있다.
여기서, R3는 제3 각도이며, R0는 전기각도이고, Nm은 상기 메인 마그넷의 극수이다. 상수 “3”은 U,V,W 상의 개수를 의미한다.
예를 들어, 로터(200)의 마그넷(220)이 6극인 경우, 메인 마그넷(411)의 극수는 6이다. 따라서, 해당 모터의 전기각도(R0)는 120°이다. 그 결과, 제1 각도(R1)는 40°로 산출될 수 있다. 예를 들어, 로터(200)의 마그넷(220)이 8극인 경우, 해당 모터의 전기각도(R0)는 90°이다.
제2 센서(S2)는 센싱시그널의 분해능을 높이기 위하여, 제1 센서(S1)에 대응한 위치에서 시프트된 위치에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제1 센서(S1)의 각각의 제1 홀센서(H1)에 대해, 축 중심(C)를 지나는 기준선(CL)을 기준으로, 대칭된 위치를 도 7의 P1라 할 때, 도 7의 P1 에서 원주를 따라 제4 각도(R4)로 시프트된 위치에 제2 센서(S2)의 제2 홀센서(H2)들이 위치할 수 있다.
여기서, 상기 제4 각도는, 아래 수학식 6에 의해 산출될 수 있다
여기서, R4는 제4 각도이며, R0’는 시프트 되는 전기각도이며, Nm은 상기 메인 마그넷(411)의 극수이다.
메인 마그넷(411)에 의한 센싱시그널의 분해능은 60°로 설정할 수 있는데, 이때, 분해능을 60°에서 30°로 2배 높이기 위해서, 전기각도 30°만큼 시프트가 필요한 경우, 제4 각도(R4)는 10° 산출될 수 있다. 따라서, 메인 마그넷(411)의 극수가 6이면, 제2 센서(S2)들을 제1 센서(S1)에 비해 10°만큼 시계 방향 또는 반시계 방향으로 이동시켜 배치하면, 센싱시그널의 분해능을 60°에서 30°로 높일 수 있다.
도 8은 외측 센서를 기준으로 하는, 제1 센서(S3)와 제2센서(S4)를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 8을 참조하면, 기판(421)의 외측에 배치된 복수 개의 센서는 제1 센서(S3)와 제2 센서(S4)로 구분될 수 있다. 제1 센서(S3)와 제2 센서(S4)는 서브 마그넷(412)에 의한 자속 변화를 각각 감지한다.
제1 센서(S3)은 2개의 제1 홀센서(H1)를 포함할 수 있다. 이러한 제1 센서(S3)는 서브 마그넷(412)의 회전에 대응하여 연속된 센싱시그널을 생성할 수 있다. 2개의 제1 홀센서(H1)는 제3 각도(R3)만큼 떨어져 배치될 수 있다.
여기서, 제3 각도(R3)은 다음 수학식 7에 의해 산출될 수 있다.
여기서, R3은 제3 각도이며, R0는 전기각도이고, Q는 분해능 각도, Ns은 서브 마그넷(412)의 극수이다.
예를 들어, 서브 마그넷(412)의 극수가 72이고, 따라서, 해당 모터의 전기각도(R0)는 10°이다. Q가 90°이면 제3 각도(R3)는 10°*n+ 2.5°가 된다. 따라서 물리적으로, 2개의 제1 홀센서(H3)를 2.5° 떨어져 배치시키는 것은 매우 힘들다. 따라서, 전기각도(R0)는 10°인 경우, 이와 위상차가 동일한 10°*n+ 2.5°를 제3 각도(R3)로 산출할 수 있다.
제2 센서(S4)는 센싱시그널의 분해능을 높이기 위하여, 제1 센서(S3)에 대응한 위치에서 시프트된 위치에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제1 센서(S3)의 각각의 제1 홀센서(H1)에 대해, 축 중심(C)를 지나는 기준선(CL)을 기준으로, 대칭된 위치를 도 8의 P2라 할 때, 도 8의 P2에서 원주를 따라 제4 각도(R4)로 시프트된 위치에 제2 센서(S4)의 제2 홀센서(H2)들이 위치할 수 있다.
그리고 전기각도(R0)는 90°로 하였을 때, 전기각도 45°만큼 시프트가 필요한 경우, 제4 각도(R4)는 <수학식8>를 통해 1.25°로 산출될 수 있다.
여기서, R4는 제4 각도이며, R0’는 시프트 되는 전기각도이며, Ns은 상기 서브 마그넷(412)의 극수이다.
따라서, 서브 마그넷(412)의 극수가 72이면, 센싱시그널의 분해능을 90°로설정할 수 있는데, 제2 센서(S4)들을 제1 센서(S3)에 비해 1.25°만큼 시계 방향 또는 반시계 방향으로 이동시켜 배치하면, 센싱시그널의 분해능을 90°에서 45°로 높일 수 있다. 도 9는 메인 마그넷에 대해 분해능이 60°인 종래 센싱시그널과, 분해능이 30°로 높아진 센싱시그널을 비교하여 나타낸 그래프이다.
메인 마그넷(411)의 극수가 6이면, 도 9의 (a)에서 도시한 바와 같이, 제1 센서(S1)에 의해 센싱시그널의 분해능이 60°로 확인된다. 그러나, 도 9의 (b)에서 도시한 바와 같이, 제2 센서(S2)을 추가하고, 제2 센서(S2)의 제2 홀센서(H2)들의 위치를 제1 센서(S1)의 제1 홀센서(H1)에 비해 10°만큼 시계 방향으로 이동시켜 배치하면, 센싱시그널의 분해능을 60°에서 30°로 높일 수 있다. 따라서, 모터의 초기 구동위치를 보다 정밀하게 파악할 수 있다.
도 10은 서브 마그넷에 대해 분해능을 90°인 종래 센싱시그널과, 분해능이 45°로 높아진 센싱시그널을 비교하여 나타낸 그래프이다.
서브 마그넷(412)의 극수가 72이면, 도 10의 (a)에서 도시한 바와 같이, 제1 센서(S3)에 의해 센싱시그널의 분해능이 90°로 확인된다. 그러나, 도 10의 (b)에서 도시한 바와 같이, 제2 센서(S4)을 추가하고, 제2 센서(S4)의 제2 홀센서(H2)들의 위치를 제1 센서(S3)의 제1 홀센서(H1)에 비해 1.25°만큼 시계 방향으로 이동시켜 배치하면, 센싱시그널의 분해능을 90°에서 45°로 높일 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 회전축
200: 로터
210: 로터 코어
220: 마그넷
300: 스테이터
400: 로터 위치 감지장치
410: 센싱 마그넷
411: 메인 마그넷
412: 서브 마그넷
413: 센싱 플레이트
420: 센서부
S1: 제1 센서
S2: 제2 센서
H1: 제1 홀센서
H2: 제2 홀센서
421: 기판
500: 하우징

Claims (10)

  1. 중심축;
    상기 중심축과 결합하는 마그넷;
    상기 마그넷과 대응되도록 배치되는 센서부를 포함하고,
    상기 센서부는 기판, 상기 기판에 배치되는 제1 홀 센서와 제3 홀 센서를 포함하는 제1 그룹 및 제2 홀 센서와 제4 홀 센서를 포함하는 제2 그룹을 포함하고,
    상기 중심축을 기준으로 상기 제1 홀 센서와 상기 제3 홀 센서는 반경 방향으로 오버랩되도록 배치되고, 상기 중심축을 기준으로 상기 제2 홀 센서와 상기 제4 홀 센서는 반경 방향으로 오버랩되도록 배치되고,
    상기 제1 그룹은 제1 영역에 배치되고, 상기 제2 그룹은 상기 제1 영역과 이격된 제2 영역에 배치되고,
    상기 제1 홀 센서 및 상기 제2 홀 센서 각각은 상기 중심축을 기준으로 제1 원주 상에 적어도 3개씩 배치되고,
    상기 제3 홀 센서 및 상기 제4 홀 센서 각각은 상기 중심축을 기준으로 제2 원주상에 적어도 2개씩 배치되고,
    상기 중심축을 기준으로 상기 3개의 제1 홀 센서 중 적어도 하나는 상기 2개의 제3 홀 센서 중 적어도 하나와 반경 방향으로 오버랩되고,
    상기 중심축을 기준으로 상기 3개의 제2 홀 센서 중 적어도 하나는 상기 2개의 제4 홀 센서 중 적어도 하나와 반경 방향으로 오버랩되는 모터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 원주의 반지름은 제1 원주의 반지름 보다 큰 모터.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 원주 상에서 상기 3개의 제1 홀 센서 간 간격과 상기 3개의 제2 홀 센서 간 간격은 제1 거리이고,
    상기 제1 원주 상에서 상기 3개의 제1 홀 센서 중 상기 제2 그룹과 인접한 제1 홀 센서와 상기 3개의 제2 홀 센서 중 상기 제1 그룹과 인접한 제2 홀 센서 간 간격은 제2 거리이고,
    상기 제1 거리와 상기 제2 거리는 상이한 모터.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 마그넷은 상기 제1 원주와 대응되어 배치되는 메인 마그넷과 상기 제2 원주와 대응되어 배치되는 서브 마그넷을 포함하고,
    상기 3개의 제1 홀 센서와 상기 3개의 제2 홀 센서는 상기 메인 마그넷의 변화를 감지하고,
    상기 2개의 제3 홀 센서와 상기 2개의 제4 홀 센서는 상기 서브 마그넷의 변화를 감지하는 모터.
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