KR20140026065A - 이중단자 모터 및 이를 이용한 모터 구동 조향보조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 권선이 감긴 스테이터; 스테이터의 내부에 회전가능하게 마련되는 로터; 권선의 단부에 연결되어 마련되는 제1 모터 단자; 및 권선의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련되는 제2 모터 단자를 포함하는 이중단자 모터을 제공하여, 모터의 스테이터에 감기는 권선수가 상호 다르도록 모터의 단자를 이중으로 마련하여 각각의 모터 단자에서 서로 다른 출력특성을 갖도록 함으로써 출력 요구 사양에 따른 모터를 소형화하고 경량화하여 설계할 수 있는 효과가 있다.

Description

이중단자 모터 및 이를 이용한 모터 구동 조향보조 시스템{Motor having double layered terminal and Motor driven power steering system using the motor}

본 발명은 이중단자 모터 및 이를 이용한 모터 구동 조향보조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 모터에서 스테이터에 감기는 권선수를 이중으로 마련하여 필요에 따라 서로 다른 출력특성을 나타낼 수 있는 이중단자 모터 및 이를 이용한 모터 구동 조향보조 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 모터 구동 조향보조 시스템(MDPS system, Motor Driven Power Steering system)은 전기모터를 이용하여 조향력을 향상시킬 수 있는 전동 보조 조향 배력 장치이다. MDPS는 기존의 유압식과는 달리 주행조건에 따라 전기모터가 자동으로 제어기능을 발휘함으로써 조향의 성능은 물론 주행 감각적인 측면에서도 향상을 가져온다.

이러한 MDPS 시스템에서는 운전자가 조향을 하기 위해 핸들을 조작하는 토크를 전동식 모터가 보조하여 줌으로써 보다 적은 힘으로 조향 구동을 할 수 있도록 한다.

도 1은 MDPS 시스템에서 모터의 요구 출력을 나타낸 그래프이다.

도 1을 참조하여 살펴보면, MDPS 시스템에 사용되는 모터는 차량정차 시 끝부분에서(포인트 A) 최대토크가 요구되며, 중간 구간(포인트 B)에서는 저토크에서 높은 RPM이 요구된다.

MDPS 시스템에서는 이 두 가지 요구를 모두 만족하기 위한 모터를 사용하여야 하며, 이에 따라 더 큰 출력을 요하는 어느 하나의 요구 사양에 맞추어 모터가 설계된다.

따라서, MDPS 시스템에 사용되는 모터는 어느 정도의 마진(margin)을 갖도록 설계되고, 이에 따라 모터의 크기가 증대되어 경량화가 어려운 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모터의 스테이터에 감기는 권선수를 이중으로 마련하여 서로 다른 출력특성을 갖는 이중단자 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 이중단자 모터를 사용하여 출력 요구에 따라 모터의 출력 특성을 제어하는 모터 구동 조향보조 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 권선이 감긴 스테이터; 상기 스테이터의 내부에 회전가능하게 마련되는 로터; 상기 권선의 단부에 연결되어 마련되는 제1 모터 단자; 및 상기 권선의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련되는 제2 모터 단자를 포함하는 이중단자 모터를 제공한다.

바람직하게는, 상기 제2 모터 단자는 상기 스테이터에 감긴 권선수가 상기 이중단자 모터의 고속 저토크 출력 요구사양에 따라 가변될 수 있도록 상기 권선의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련될 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 권선이 감긴 스테이터와 상기 스테이터의 내부에서 회전하는 로터를 가지며, 상기 권선의 단부에 연결되어 마련되는 제1 모터 단자와 상기 권선의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련되는 제2 모터 단자를 포함하는 이중단자 모터; 및 저속 고토크 영역에서는 상기 제1 모터 단자와 전원이 연결되도록 스위칭하고, 고속 저토크 영역에서는 상기 제2 모터 단자와 전원이 연결되도록 스위칭하는 전자제어유닛을 포함하는 모터 구동 조향보조 시스템을 제공한다.

바람직하게는, 상기 제2 모터 단자는 상기 스테이터에 감긴 권선수가 상기 이중단자 모터의 고속 저토크 출력 요구사양에 따라 가변될 수 있도록 상기 권선의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련될 수 있다.

본 발명의 이중단자 모터에 따르면, 모터의 스테이터에 감기는 권선수가 상호 다르도록 모터의 단자를 이중으로 마련하여 각각의 단자에서 서로 다른 출력특성을 갖도록 함으로써 출력 요구 사양에 따른 모터를 소형화하고 경량화하여 설계할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 모터 구동 조향보조 시스템에 따르면, 이중단자 모터를 사용하여 출력 요구에 따라 모터의 출력 특성을 제어함으로써 출력 요구 사양에 따른 모터를 소형화하고 경량화하여 설계할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 MDPS 시스템에서 모터의 요구 출력을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중단자 모터의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 스테이터를 나타낸 사시도이다.
도 4는 종래에 하나의 모터 단자만을 가질 때의 권선도이다.
도 5는 도 3의 스테이터의 권선도이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 권선도에 따른 모터 출력 특성곡선을 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중단자 모터의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 스테이터를 나타낸 사시도이고, 도 4는 종래에 하나의 모터 단자만을 가질 때의 권선도이며, 도 5는 도 3의 스테이터의 권선도이고, 도 6은 도 4 및 도 5의 권선도에 따른 모터 출력 특성곡선을 나타낸 그래프이다.

이러한 도 2 내지 도 6은, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

도 2, 3, 5를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중단자 모터(100)는, 원통형상으로 마련되는 하우징(130)과, 하우징(130) 내측면에 마련되며 권선(111)이 감긴 스테이터(110)와, 스테이터(110)의 내부에 회전가능하게 마련되는 로터(120)와, 권선(111)의 단부에 연결되어 마련되는 제1 모터 단자(111a)와, 권선(111)의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련되는 제2 모터 단자(111b)를 포함한다.

도 4는 종래의 3상 제어전원을 사용하는 모터의 스테이터 권선도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중단자 모터의 스테이터 권선도를 나타낸 도면이다. 각 모터 단자에 연결되는 저항은 권선(111)을 단순화하여 표현한 것이다.

도 5를 참조하면, 제1 모터 단자(111a)는 스테이터(110)에 감기는 권선(111)의 끝선으로부터 인출되어, 제1 모터 단자(111a)에 전원이 연결되는 경우 권선(111)이 감긴 횟수에 따른 모터의 출력특성을 나타내게 된다. 또한 제2 모터 단자(111b)는 스테이터(110)에 감기는 권선(111)의 중간 부분으로부터 인출되어, 제2 모터 단자(111b)에 전원이 연결되는 경우 스테이터(110)에 권선(111)이 감긴 횟수가 변경되어 제1 모터 단자(111a)에 전원이 연결되었을 때와 다른 형태의 출력 특성을 나타내게 된다.

예를 들면, 이중단자 모터(100)의 스테이터(110)에 감긴 권선수가 10회이고 제2 모터 단자(111b)가 연결되는 부분으로부터 스테이터(110)에 감긴 권선수가 8회인 경우, 전원이 제1 모터 단자(111a)에 연결되면 이중단자 모터(100)는 권선수 10회에 해당되는 출력 특성을 나타내지만, 제2 모터 단자(111b)에 연결되면 이중단자 모터(100)는 권선수 8회에 해당하는 출력 특성을 나타내게 된다. 제2 모터 단자(111b)가 연결되는 부분은 스테이터(110)에 감기는 권선수가 이중단자 모터(100)의 고속 저토크 출력 요구 사항에 맞추어지도록 설계된다.

일반적으로 모터의 출력에 있어서 토크의 크기와 회전 속도는 반비례 관계에 있다. 즉, 토크의 크기를 증대시키려면 로터(120)의 회전 속도는 감소하게 되고, 로터(120)의 회전속도를 빠르게 하려면 토크의 크기는 감소된다.

일정 크기의 로터(120)를 사용할 경우, 스테이터(110)에 감긴 권선수가 증가할수록 로터(120)의 토크는 증가되며 회전 속도는 감소하는 특징이 나타난다.

도 6은 도 4 및 도 5의 권선도에 따른 모터 출력 특성곡선을 나타낸 그래프이다.

먼저, 도 6에서 A점과 B점은 모터 구동 조향보조 시스템((MDPS system, Motor Driven Power Steering system)에서 MDPS 모터가 출력하여야 하는 각 부하(토크)지점에서의 회전 속도 요구 사양을 나타낸다.

도 6에서 1번 곡선은 모터 단자가 하나만 마련되는 경우인 도 4의 권선도에 따른 모터의 출력 특성 곡선을 나타낸다. 1번 곡선은, A점과 B점의 요구 출력 사양을 모두 만족시키기 위하여 B점의 요구 출력 사양에 맞추어 모터의 출력 사양을 설계하게 되는 종래의 모터 출력 특성 곡선이다. 그 결과, 고토크 영역(A점)에서는 마진(margin)이 존재하며, 이렇게 B점의 요구 출력 사양에 맞추어 설계된 모터의 크기는 A점의 요구 출력 사양에 따른 모터의 크기보다 크게 설계될 수 밖에 없다.

한편, 도 6에서 2번 곡선은 본 실시예의 제1 모터 단자(111a)에 전원이 연결된 경우의 출력 특성을 나타낸 곡선이고, 3번 곡선은 제2 모터 단자(111b)에 전원이 연결된 경우의 출력 특성을 나타낸 곡선이다.

본 실시예의 이중단자 모터(100)에서는 기본적으로 A점의 요구 출력을 만족시키기 위하여 모터의 크기를 설정한다. 즉, A점의 요구 출력을 만족시키기 위해서는 제1 모터 단자(111a)에 전원을 연결하여 로터(120)를 구동시킨다.

B점의 요구 출력을 만족시키기 위해서는 제2 모터 단자(111b)에 전원을 연결하여 3번 곡선에 따르는 출력 특성을 갖게 함으로써, B점의 요구 출력을 만족시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 A점의 요구 출력을 만족시키기 위하여 설계되는 모터의 크기는 B점의 요구 출력을 만족시키기 위하여 설계되는 모터의 크기보다 작으므로, 본 실시예의 이중단자 모터(100)는 종래의 모터 크기보다 소형화, 경량화 설계가 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 이중단자 모터(100)에 의하면, 스테이터(110)에 감기는 권선수가 상호 다르도록 모터의 단자를 이중으로 마련하여 각각의 단자에서 서로 다른 출력 특성을 갖도록 함으로써 출력 요구 사양에 따른 모터를 소형화하고 경량화하여 설계할 수 있는 효과가 있다.

한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 조향보조 시스템을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중단자 모터(100)에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 조향보조 시스템은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중단자 모터(100)와, 저속 고토크 영역에서는 제1 모터 단자(111a)와 전원이 연결되도록 스위칭하고, 고속 저토크 영역에서는 제2 모터 단자(111b)와 전원이 연결되도록 스위칭하는 전자제어유닛(미도시)을 포함한다.

본 실시예의 모터 구동 조향보조 시스템에서는 운전자의 조향 입력에 따른 보조 조향력을 생성시키기 위한 MDPS 모터로 본 발명의 일 실시예에 따른 이중단자 모터(100)를 사용한다.

이중단자 모터(100)의 제2 모터 단자(111b)는 스테이터(110)에 감긴 권선수가 이중단자 모터(100)의 고속 저토크 출력 요구사양에 따라 가변될 수 있도록 권선(111)의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련된다.

전자제어유닛(미도시)은 모터 구동 조향보조 시스템이 작동할 때에, 도 6에 도시된 바와 같이, A 지점의 출력이 요구되는 경우에는 경우에는 이중단자 모터(100)의 제1 모터 단자(111a)에 전원을 연결하도록 스위칭 하고, B 지점의 출력이 요구되는 경우에는 이중단자 보터의 제2 모터 단자(111b)에 전원을 연결하도록 스위칭 한다.

즉, 전자제어유닛에 의하여 이중단자 모터(100)는 도 6의 2번 및 3번 곡선의 실선을 따라 구동되는 특성을 나타내게 된다. 이에 따라, A점 및 B점의 요구 출력을 모두 만족시키기 위한 최적 크기로 이중단자 모터(100)가 설계될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 모터 구동 조향보조 시스템에 의하면, 이중단자 모터(100)를 사용하여 출력 요구에 따라 모터의 출력 특성을 제어함으로써 출력 요구 사양에 따른 모터를 소형화하고 경량화하여 설계할 수 있는 효과가 있다.

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 : 이중단자 모터
110 : 스테이터
111 : 권선
111a : 제1 모터 단자
111b : 제2 모터 단자
120 : 로터
130 : 하우징

Claims (4)

1. 권선이 감긴 스테이터;
   상기 스테이터의 내부에 회전가능하게 마련되는 로터;
   상기 권선의 단부에 연결되어 마련되는 제1 모터 단자; 및
   상기 권선의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련되는 제2 모터 단자를 포함하는 이중단자 모터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 모터 단자는 상기 스테이터에 감긴 권선수가 상기 이중단자 모터의 고속 저토크 출력 요구사양에 따라 가변될 수 있도록 상기 권선의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련되는 것을 특징으로 하는 이중단자 모터.
3. 권선이 감긴 스테이터와 상기 스테이터의 내부에서 회전하는 로터를 가지며, 상기 권선의 단부에 연결되어 마련되는 제1 모터 단자와 상기 권선의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련되는 제2 모터 단자를 포함하는 이중단자 모터; 및
   저속 고토크 영역에서는 상기 제1 모터 단자와 전원이 연결되도록 스위칭하고, 고속 저토크 영역에서는 상기 제2 모터 단자와 전원이 연결되도록 스위칭하는 전자제어유닛을 포함하는 모터 구동 조향보조 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 모터 단자는 상기 스테이터에 감긴 권선수가 상기 이중단자 모터의 고속 저토크 출력 요구사양에 따라 가변될 수 있도록 상기 권선의 중간 부분으로부터 전기적으로 연결되어 마련되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 조향보조 시스템.
   

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