KR20120113217A - 자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시 홀더, 브러시 홀더의 제조 방법 및 자동차 얼터네이터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 레귤레이터/브러시-홀더 조립체(10)는 마이크로와이어에 의해 트레이스 회로(6)에 연결된 조절 요소(5)를 포함하는 전기 회로(5, 6) 및 지지체(2)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 전기 회로는 조절 요소와 분리되고 마이크로와이어에 의해 트레이스 회로에 연결된 필터링 회로(10)를 더 포함한다. 한 가지 일 실시형태에 따르면, 필터링 회로는 절연 기판(11) 및 면실장 부품(C1, C2, S1, S2, V)을 포함한다. 트레이스 회로의 접지 회로에 접속하기 위해 접지면(19) 및/또는 하나 이상의 접지 패드가 제공될 수 있다. 필터링 회로의 필터링 주파수는 100kHz 내지 1GHz 사이다.

Description

자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시 홀더, 브러시 홀더의 제조 방법 및 자동차 얼터네이터{REGULATOR/BRUSH-HOLDER ASSEMBLY FOR A MOTOR-VEHICLE ALTERNATOR, MANUFACTURING PROCESS AND CORRESPONDING ALTERNATOR}

본 발명은 자동차 얼터네이터(alternator)용 레귤레이터/브러시 홀더(regulator/brush holder) 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 독특한 레귤레이터/브러시 홀더를 포함하는 얼터네이터에 관한 것이다.

현대의 자동차용 얼터네이터는 제어 장치 및 조절 장치(regulating devices)가 통합된 컴팩트한 부품편의 장비이다.

셀프(self) 및 커패시터 같은 다양한 항기생(anti-parasite) 수단뿐만 아니라, 얼터네이터에 의해 생성된 전류의 전력을 조절하기 위한 장치를 대부분의 경우에 지지하는 것은 회전자의 컬렉터(collector)와 관련된 브러시-홀더이다.

이들 능동형 또는 수동형 전자 구성요소들은 제조하기가 비교적 복잡한 보호 하우징에 의해 엔진의 보닛 하의 심한 작업 조건(온도, 진동, 먼지)으로부터 격리되어야 한다.

이런 단점을 제거하기 위해, VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR사의 유럽 특허 출원 공개 제 EP 0 750 388 A1 호는 직접적으로 구성요소 주위에 오버몰딩(over-moulding)함으로써 직접 항기생 커패시터를 보호하는 것을 제안한다.

동일 회사의 유럽 특허 출원 공개 제 EP 1 058 369 A1 호는 브러시-홀더가 받는 기계적 응력 및 열적 응력으로부터 제어부품을 격리시키는 이점을 갖는, 와이어본딩법을 실시함에 의한 브러시-홀더 내의 "ASIC" 타입의 반도체 제어부품의 배열체를 보여준다.

"LIN(Local Interconnect Network)" 타입의 직렬 버스와 인터페이스된 제어회로의 경우에, 제어라인은 동작 불량을 야기하는 라디오-전기 교란(radio-electric distubances)을 받을 수 있다.

예를 들어 입력 용량이 220pF인 판매되고 있는 타입의 레귤레이터에서는 동작 불량이 DPI(Direct RF Power Injection)에서 대략 10mW의 교란의 주입으로부터 시작되는 것이 발견되었다.

그러나 자동차 제조업자들은 얼터네이터가 무선주파수 장해에 대한 강한 저항성을 가짐과 함께 양호한 동작 신뢰도를 갖기를 요구한다.

병렬접속의 단일 필터링 커패시터가 사용되는 경우, 신뢰성은 비교적 양호하지만 저항성은 비교적 낮다.

유럽 특허 출원 공개 제 EP 0 750 388 A1 호에서 설명된 것 같이 하나 또는 세 개의 부품들이 오버몰딩법에 의해 일체화되는 경우, 저항성이 향상될 수 있지만, 그 부품들은 보호캡이 있더라도 주입 온도 및 압력에 대한 낮은 허용범위를 가져서 신뢰성이 손실된다.

최신 세대 기술 상태의 브러시-홀더에서, 구성부품들은 오버몰딩 후에 주입(implantation)되지만, 세 개 초과의 부품들의 주입은 실시하기가 어렵다.

따라서 무선주파수 교란에 대한 강한 저항성을 갖는 제어 및 조절 장치를 통합한 신세대 브러시-홀더, 및 양호한 동작 신뢰도를 보장하는 그 구조 및 제조 방법이 필요하다.

규모의 경제(economy of scale) 때문에, 기술적 해결법은 여러 타입의 레귤레이터 및 상이한 접속에 적합한 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은

- 지지체;

- 와이어본딩에 의해 트레이스 회로(trace circuit)에 연결된 조절 요소를 포함하는 전기 회로를 포함하는, 유럽 특허 출원 공개 제 EP 1 058 369 A1 호에 설명된 것 같은 타입의 자동차 얼터네이터의 레귤레이터/브러시-홀더에 관한 것이다.

전술한 필요에 따라서, 본 발명에 따른 브러시-홀더는, 전기 회로가 조절 요소(regulating element)로부터 분리되고 와이어본딩에 의해 트레이스 회로에 연결된 필터링 회로를 더 포함한다는 점에서 구별된다.

매우 유리하게도, 필터링 회로는 절연 기판 및 면실장 부품을 포함한다.

특정 실시형태에 따르면, 필터링 회로는 전기 회로의 제어입력의 제 1 트레이스와 조절 요소의 통신 입력의 제 2 트레이스 사이에 와이어본딩에 의해 직렬로 끼워진 로우패스(low-pass) 타입의 PI 필터다. 본 발명에 따르면, 용도의 필터링 요구 조건에 따라서 로우패스 이외의 타입의 필터를 사용할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

다른 특징에 따르면, 기판은 적어도 하나의 접지-전도성(ground-conducting) 패드를 포함하며, 유리하게는 필터의 전달 기능(function of transfer)에 기여하는 접지 루프(ground loop)를 갖는다.

다른 특징에 따르면, 본 발명에 따른 자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시 홀더의 필터링 회로는 적어도 하나의 배리스터(varistar)를 포함한다.

본 발명은 또한 특정한 신뢰도 및 규모경제의 목적을 달성할 수 있게 하는 전술한 브러시-홀더의 제조 방법에 관한 것이다.

이 방법은

- 제 1 단계에서 상기 지지체상에 미리 결정된 타입의 상기 조절 요소를 제 1 접착제로 1차 접착하고, 상기 트레이스 회로상에 가변 타입의 상기 필터링 회로를 제 2 접착제로 접착하는 단계;

- 제 2 단계에서 상기 제 1 및 제 2 접착제를 제 1 중합시키는 단계;

- 제 3 단계에서 상기 조절 요소 및 상기 필터링 회로를 와이어본딩하는 단계;

- 제 4 단계에서 상기 조절 요소 및 상기 필터링 회로를 중합될 수 있는 겔(gel)로 피복하는 단계;

- 제 5 단계에서 상기 겔을 제 2 중합시키는 단계;

- 제 6 단계에서 상기 조절 요소 및 상기 필터링 회로상에 캡을 제 3 접착제로 제 2 접착하는 단계; 및

- 제 7 단계에서 상기 제 3 접착제를 제 3 중합시키는 단계를 포함하는 점에서 구별된다.

제 1 접착제는 바람직하게는 전기적 및 열적으로 전도성이며, 제 2 접착제는 유리하게는 절연성이다.

새로운 자동차 얼터네이터에서 전술한 특징들을 갖는 브러시-홀더의 통합으로 이점이 유도된다는 것이 이해될 것이다.

이들 몇 가지 본질적인 사양은 종래기술과 비교하여 본 발명의 브러시-홀더에 의해 주어지는 이점이 당업자에게 명백하게 할 것이다.

본 발명의 상세한 사양은 첨부 도면과 관련하여 제공된 이후의 설명에 주어져 있다. 이들 도면은 설명의 문장을 예시하는 이외의 목적은 없으며, 본 발명의 범위를 절대 제한하지 않는다는 것을 알아야 한다.

도 1은 종래기술에 알려진 자동차용 브러시-홀더/레귤레이터를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명과 관련된 타입의 종래기술에 따른 PI 로우패스 필터의 배선도다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 브러시-홀더/레귤레이터를 도시하는 도면이다.
도 4는 필터링 회로의 와이어본딩을 보여주는 도 3의 본 발명에 따른 자동차용 브러시-홀더/레귤레이터의 부분도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 자동차용 브러시-홀더/레귤레이터의 필터링 회로의 변형 실시형태를 도시하는 도면이다.

본 발명과 관련된 타입의 브러시-홀더는 도 1에 도시되어 있다.

종래기술에서 알려져 있고 자동차의 얼터네이터용으로 설계된 브러시-홀더(1)는 돌출부 속의 개구를 갖는 지지체(2)를 포함하는데, 이 개구는 지지체를 기계의 하우징, 즉 하우징의 후면 베어링에 지지한다.

이들 돌출부는 얼터네이터의 위상(Ph1, Ph2)과 차량의 배터리(B+, B-)에 대한 전기적 접속부를 구비하고 있다.

브러시-홀더(1)는 회전자의 컬렉터와 접촉하도록 설계된 브러시를 담고 있는 브러시 케이지(4)를 포함한다.

브러시-홀더(1)는 "ASIC" 또는 하이브리드 타입의 반도체 제어 및 조절 부품(5)을 포함하는데, 이는 열전도성 접착제에 의해 리셉터클 내의 지지체(2)에 고정된다.

이 부품은 와이어본딩(도시하지 않음)에 의해 트레이스 회로(trace circuit)(6)에 연결된다.

부품(5)과 트레이스 회로(6)에 의해 형성된 전기 회로는 커넥터(7)에 의해 차량의 제어부와 통신한다.

이 커넥터는 특히 라디오-전기 교란을 받을 수 있는 LIN 통신 버스의 통신회선을 포함한다.

공지의 해결법에 따르면 이들 교란의 영향은 도 1에 명확히 도시한 바와 같이 통신회선(8) 및 접지 사이에 배치된 커패시터(9)에 의해 감쇠된다.

이 특정 실시형태에 있어서, 이 감쇠는 세 개 내지 다섯 개의 부품을 포함하는 PI 로우패스 필터를 사용함으로써 향상될 수 있는데, 그 배선도는 도 2에 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 특정 용도의 필터링 요구조건에 따라서 다른 타입의 필터, 로우패스에 한정되지 않는 예를 들어 R, L, C 필터("저항성분"은 R, "유도성분"은 L, "용량성분"은 C)를 포함한 Γ 타입 또는 T 타입 또는 L 타입의 필터가 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 일반적으로, 사용되는 필터는 바람직하게는 한 개 내지 다섯 개의 부품을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2의 필터에서, 필터의 입력(E)은 전기회로(5, 6)의 제어입력에 연결되며, 출력(S)은 조절 부품(5)의 통신 입력에 연결된다. 두 개의 커패시터(C1, C2)는 각각 필터의 입력(E) 및 출력(S)을 접지에 연결하는 반면, 셀프(S1)는 통신 입력에 직렬로 삽입된다.

선택적으로 제 1 셀프(S1)와 병렬로 결합된 제 2 셀프(S2)가 제공된다.

바람직하게, 변형부(variant)로서 입력(E)에 병렬로 된 배리스터(V)는 유리하게는 제어라인(8)에 존재하는 과전압의 피크를 잘라낸다.

본 발명자의 회사에서 실시한 시험은 도 2에 도시한 바와 같은 PI 필터가 5W 이하의 DPI 주입에 효과적이라는 것을 보여주었다.

도 3은 본 발명에 따른 브러시-홀더(1)에서 도 2의 배선도를 실시하는 필터링 회로(10)의 통합 상태를 보여준다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 필터링 회로(10)는 면실장 부품(CMS)을 지지하는 절연 기판(11)에 의해 구성된 모듈 형태이다. 이 특정 실시형태에 있어서, 도 3에 도시된 접지면(19)도 제공되는데, 이는 이 필터에 요구되는 성능의 결정에 관여한다.

접지면(19)이 없는 일 실시형태에 대하여 도 4에 분명하게 도시된 바와 같이, 이 경우에 기판(11)은 전도성 패드(12, 13)를 포함하는데, 이 전도성 패드는 먼저 필터링 회로(10)의 입력(E)을 전기회로(5, 6)의 제어 입력의 제 1 트레이스(15)에 와이어본딩하고 다음으로 조절 요소(5)의 통신 입력의 제 2 트레이스에 와이어본딩함으로써 접속을 가능하게 한다.

적어도 하나의 접지 패드(14)는 모듈(10)의 와이어본딩에 의해 전기 회로(5, 6)의 접지(M)에 접속되게 한다.

도 5a는 PI 필터를 구성하는데 필요한 세 개의 부품(C1, C2, S1)만을 포함하는 필터링 회로(10)를 보여준다.

도 5b는 배리스터(V)를 포함하는 변형부와 제 2 선택적 셀프(S2)를 포함하는 필터링 회로(10)를 보여준다.

도 5a 및 도 5b에 도시한 필터의 실시에 있어서, 기판(11)은 단일 접지 패드(14)만을 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 도 5c에 도시한 기판(11)은 트레이스의 두께에 따라서 필터의 전달 함수(transfer function)에 기여하는 접지 루프를 형성하는 두 개의 접지 패드(17, 18)를 포함한다.

기판(11)은 바람직하게는 대략 12.5mm x 5mm, 및 대략 0.8mm의 두께를 갖는 사각형 판이다.

100KHz 내지 1GHz에 포함된 주파수를 바람직하게 필터링 하기 위해, 커패시터(C1, C2)는 1pF 내지 100nF 사이의 커패시티를 가지고, 셀프(S1, S2)는 0.01μH 내지 100μH 사이의 인덕턴스를 갖는다.

조절 요소(5)와는 별개로 된 모듈 형태의 필터링 회로(10)의 구성은 미리 결정된 타입의 조절 요소를 보유할 수 있게 하고 레귤레이터/브러시-홀더(1)를 원하는 저항성의 제약에 맞출 수 있게 하는데, 특히 적절한 특성을 갖는 부품에 의해 이를 가변형의 필터링 회로(10)와 연결시킴으로써 가능하게 된다.

이는 규모의 경제(economy of scale) 및 경쟁력 있는 이점으로 귀결된다.

본 발명에 따른 브러시-홀더의 제조 방법은 이 구성과 호환될 수 있으며, 조립단계를 최소화시킨다.

제 1 단계에서는 조절 요소(5) 및 필터링 회로(10)를 고정하기 위해 동일한 중합 특성을 갖는 접착제를 사용하여 제 2 단계에서 (바람직하게는 온도를 점차 200℃까지 상승시킴으로써) 제 1 중합을 동시에 처리할 수 있도록 한다.

조절 요소(5)는 일반적으로 와이어본딩되기 때문에, 필터링 회로(10)는 용접도 브레이징도 되지 않고 단일 제 3 단계중에 와이어본딩된다.

본 발명에 따른 브러시-홀더(1)의 제조 방법은 조절 요소(5) 및 필터링 회로(10)로 구성된 조립체에,

일반적인 조절 및 제어 요소(5)를 통합하는 단계:

- 제 4 단계에서 중합될 수 있는 겔로 피복하는 단계;

- 제 5 단계에서, 바람직하게는 160℃에서 겔을 제 2 중합시키는 단계;

- 제 6 단계에서 캡을 접착시키는 단계;

- 제 7 단계에서 커버의 접착을 완성시키기 위해 제 3 중합(바람직하게는 160℃에서)시키는 단계를 적용함으로써 계속된다.

브러시-홀더(1)의 제조의 단순화뿐만 아니라, 필터링 회로(10)의 와이어본딩에 의한 접속 방법은 오버몰딩된 부품을 사용하는 공지의 결점들을 없앨 수 있다.

본 발명은 전술한 바람직한 실시형태에 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.

오히려 본 발명은 가능한 모든 변형 실시형태를 통합한다.

구체적으로, 필터링 회로(10)의 필터의 타입, 상기 설명에서 지정한 부품들의 개수 및 타입, 기판(11) 상의 그들의 배치, 및 지정된 용량 및 인덕턴스의 값은 절대 한정되는 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 브러시-홀더(1)의 특성들이 다음의 청구범위에 의해 정해지는 범위로부터 이탈하지 않는다는 조건하에서, 필터링될 주파수 범위에 따라서 L 필터, T 필터 또는 다수의 PI 필터셀이 브러시-홀더(1)에서 실현될 수 있다.

마지막으로 전술한 바와 같은 얼터네이터에서뿐만 아니라 전파-전기 교란를 받는 통신회선을 갖는 얼터네이터-스타터 및 그 외의 유사한 전기 기기에서도 본 발명에 따른 브러시-홀더(1)의 실현으로 이익이 얻어질 것이다.

Claims (10)

1. - 지지체(2);
   - 트레이스 회로(6)에 와이어본딩함으로써 접속되는 조절 요소(5)를 포함하는 전기 회로(5, 6)를 포함하는 타입의 자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시-홀더(1)에 있어서,
   상기 전기 회로(5, 6)는, 상기 조절 요소(5)로부터 분리되고 와이어본딩에 의해 상기 트레이스 회로(6)에 연결되는 필터링 회로(10)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시-홀더.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 필터링 회로(10)는 절연 기판(11)과 면실장(surface-mounted) 부품(C1, C2, S1, S2, V) 및/또는 접지면(19) 및/또는 상기 트레이스 회로(6)의 접지 트레이스(M)에 접속하기 위한 하나 또는 다수의 접지 패드(14, 17, 18)를 포함하는 것을 특징으로 하는
   자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시-홀더.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 필터링 회로(10)는 상기 전기 회로(5, 6)의 제어 입력의 제 1 트레이스(15)와 상기 조절 요소(5)의 통신 입력의 제 2 트레이스(16) 사이에 와이어본딩에 의해 직렬로 끼워진 로우패스 PI 필터인 것을 특징으로 하는
   자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시-홀더.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 기판(11)은 적어도 하나의 접지-전도성 패드(14, 16, 17)를 포함하는 것을 특징으로 하는
   자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시-홀더.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 기판(11)은 상기 필터의 전달 함수에 기여하는 접지 루프를 갖는 것을 특징으로 하는
   자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시-홀더.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 필터링 회로는 1pF 내지 100nF 사이의 용량을 갖는 커패시터(C1, C2) 및 0.01μH 내지 100μH 사이의 인덕턴스를 갖는 인덕턴스 셀프(S1, S2)를 포함하며, 상기 필터의 필터링 주파수는 100KHz 내지 1GHz 사이인 것을 특징으로 하는
   자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시-홀더.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 필터링 회로(10)는 적어도 하나의 배리스터(V)를 포함하는 것을 특징으로 하는
   자동차 얼터네이터용 레귤레이터/브러시-홀더.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 브러시-홀더(1)의 제조 방법에 있어서,
   - 제 1 단계에서 상기 지지체(2) 상에 미리 결정된 타입의 상기 조절 요소(5)를 제 1 접착제로 1차 접착하고, 상기 트레이스 회로(6)상에 가변 타입의 상기 필터링 회로(10)를 제 2 접착제로 접착하는 단계;
   - 제 2 단계 동안의 상기 제 1 및 제 2 접착제의 제 1 중합 단계;
   - 제 3 단계 동안의 상기 조절 요소(5) 및 상기 필터링 회로(10)의 와이어본딩 단계;
   - 제 4 단계 동안의 상기 조절 요소(5) 및 상기 필터링 회로(10)의 중합가능한 겔에 의한 피복 단계;
   - 제 5 단계 동안의 상기 겔의 제 2 중합 단계;
   - 제 6 단계 동안의 상기 조절 요소(5) 및 상기 필터링 회로(10)상에 제 3 접착제에 의한 캡의 제 2 접착 단계; 및
   - 제 7 단계 동안의 상기 제 3 접착제의 제 3 중합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
   브러시-홀더의 제조 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 1 접착제는 바람직하게는 전기적 및 열적으로 전도성이며, 상기 제 2 접착제는 절연성인 것을 특징으로 하는
   브러시-홀더의 제조 방법.
10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 브러시-홀더(1)를 포함하는
    자동차 얼터네이터.

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