KR20160063283A

KR20160063283A - 브러시리스 직류 전기 모터 및 전동 파워 스티어링 시스템

Info

Publication number: KR20160063283A
Application number: KR1020150166330A
Authority: KR
Inventors: 루이 펭 퀸; 츄앙 유; 닝 순; 카이 우
Original assignee: 존슨 일렉트릭 에스.에이.
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2016-06-03
Also published as: JP2016111921A; CN105634225A; DE102015120373A1; US20160149476A1; BR102015029516A2; US10560008B2; CN105634225B; BR102015029516B1; MX2015016360A; MX364363B; JP6677488B2

Abstract

브러시리스 직류 전기 모터는 제1 서브-모터 및 제2 서브-모터를 포함한다. 제1 서브-모터 및 제2 서브-모터는 공통 회전자를 공유하고, 각각은 독립 고정자를 포함한다. 각 서브-모터의 고정자는 복수개의 티쓰 및 복수개의 권선을 포함한다. 제1 서브-모터의 티쓰 및 제2 서브-모터의 티쓰는 원주 방향으로 인터리빙식으로 배치되거나 또는 축방향으로 나란히 배치된다. 제1 서브-모터 및 제2 서브-모터는 정규 파워를 출력하기 위하여 단일 전기 모터처럼 협력하여 동작하도록 구성된다. 서브-모터 중 하나가 고장하는 경우, 다른 서브-모터가 브러시리스 직류 전기 모터의 신뢰성 및 안전성을 강화하도록 독립적으로 동작될 수 있다.

Description

브러시리스 직류 전기 모터 및 전동 스티어링 시스템{Brushless Direct Current Electric Motor and Electric Power Steering System}

본 발명은 전기 모터에 관한 것으로, 특히 브러시리스 직류 전기 모터 및 브러시리스 직류 전기 모터를 이용하는 전동 스티어링 시스템에 관한 것이다.

브러시리스 직류 전기 모터(BLDC 모터)는 권선을 구비한 고정자, 영구 자석을 구비한 회전자 및 상기 고정자에 전력을 공급하도록 구성된 제어기를 포함한다. 공지된 BLDC 모터의 고정자는 고정자 코어 및 상기 고장자 코어 주변에 권선된 권선을 포함한다. 권선은 M 위상 권선을 포함하며, 각각의 위상 권선은 복수개의 병렬 브랜치를 포함한다. 한 위상 권선의 하나의 브랜치가 결선되는 경우, 그 위상 권선과 다른 위상 권선 사이에 불균형이 발생하고, 이는 전기 모터의 높은 토크 리플을 초래하여, 높은 진동이 발생하게 된다. 특히, 차량을 스티어링하기 위한 동력 스티어링 시스템의 브러시리스 직류 전기 모터가 고장인 경우, 운전자가 스티어링 휠을 돌리는 경우, 권선은 단락 회로가 되어 단락 회로 전류를 생성할 수 있어서, 스티어링 휠의 회전을 방해하는 지연 토크를 생성하게 된다. 그러므로, 공지된 BLDC 모터는 잠재적인 안전 위험 요소를 갖는다.

그러므로, 특히 전력 스티어링 시스템에 적합한 개선된 브러시리스 직류 전기 모터에 대한 필요성이 있다.

따라서, 본 발명은 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터를 포함하는 BLDC 모터를 제공한다. 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터는 공통 회전자를 공유하며, 각각은 독립적인 고정자를 포함하며, 이는 함께 결합된 고정자를 형성한다. 제1 서브 모터의 고정자는 복수개의 티쓰 및 권선을 포함하며, 제2 서브 모터의 고정자는 복수개의 티쓰 및 권선을 포함한다. 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터는 단일 모터로 함께 작동하거나 또는 독립적으로 작동할 수 있다. 제1 서브 모터의 티쓰 및 제2 서브 모터의 티쓰는 원주 방향으로 인터리빙 방식으로 배치되거나 또는 축 방향으로 나란히 배치된다.

바람직하게는, BLDC 모터는 Np 회전자 극 및 고정자의 Ns 슬롯을 갖는 2상 전기 모터이고, 여기서 Np 및 Ns는 짝수이며,

이다.

다르게는, BLDC 모터는 Np 회전자 극 및 고정자 Ns의 Ns 슬롯을 갖는 3상 전기 모터이고,

이며, 여기서 Np는 짝수이고, Ns=6k, k=1,2,3...이다.

바람직하게는, 제1 서브 모터의 티쓰 및 제2 서브 모터의 티쓰는 원주 방향을 따라 인터리빙 방식으로 균일하게 배치된다. 예를 들면, 모터의 결합된 고정자의 슬롯의 수는 12개이고, 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터 각각은 6개의 티쓰를 포함한다. 6개의 티쓰는 2개의 U 위상 티쓰, 2개의 V 위상 티쓰 및 2개의 W 위상 티쓰로 분할되고, 동일한 위상을 갖는 두 티쓰는 대칭적으로 배치되고 180° 이격된다. 다르게는, 동일 위상을 갖는 각각의 2개의 티쓰는 90°이격된다.

바람직하게는, 제1 서브 모터의 티쓰 및 제2 서브 모터의 티쓰는 원주 방향을 따라 인터리빙 방식으로 및 비균일하게 배치된다. 예를 들면, 결합된 고정자의 슬롯의 수는 12개이고, 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 각각은 6개의 티쓰를 포함하며, 6개의 티쓰는 2개의 U 위상 티쓰, 2개의 V 위상 티쓰, 및 2개의 W 위상 티쓰로 분할된다. 2개의 U 위상 티쓰는 180° 이격되고, 2개의 V 위상 티쓰는 180° 이격되며, 2개의 W 위상 티쓰는 90° 이격된다. 다르게는, 2개의 U 위상 티쓰는 180°이격되고, 2개의 V 위상 티쓰는 90° 이격되며, 2개의 W 위상 티쓰는 90°이격된다.

다르게는, 제1 서브 모터의 티쓰는 서로 인접하게 배치되며, 실질적으로 환형의 절반을 형성하며, 제2 서브 모터의 티쓰는 서로에 대해 인접하게 배치되며, 실질적으로 환형의 다른 절반을 형성한다. 바람직하게는, 브러시리스 직류 전기 모터의 고정자의 슬롯의 수는 12개이며, 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터 각각은 6개의 티쓰를 포함하며, 6개의 티쓰는 2개의 U 위상 티쓰, 2개의 V 위상 티쓰, 및 2개의 W 위상 티쓰로 분할되며, 동일 위상의 모든 2개의 티쓰는 90° 이격된다.

다르게는, 상기 제1 서브 모터의 티쓰는 이격된 티쓰의 2개의 세트로 분할되고, 각각의 세트의 티쓰는 서로 원주 방향으로 인접하게 배치되며, 상기 제2 서브 모터의 티쓰는 이격된 티쓰의 2개의 세트로 분할되고, 각각의 세트의 티쓰는 서로 원주 방향으로 인접하게 배치된다. 바람직하게는, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터의 티쓰의 각각의 세트는 U 위상 투쓰, V 위상 투쓰, 및 W 위상 투쓰를 갖는다.

바람직하게는, 상기 제2 서브 모터의 토크의 n-차 고조파 파형은 상기 제1 서브 모터의 토크의 n-차 고조파 파형에 대해 (2k+1)/2 주기 만큼 이동되며, 여기서 k= 0,±1,±2,±3 ... 이다.

바람직하게는, 상기 제2 서브 모터의 표준 위치는 상기 제2 서브 모터에 의해 생성되는 토크 리플이 상기 제1 서브 모터에 의해 생성되는 토크 리플과 동일한 경우에 상기 제1 서브 모터에 대한 상기 제2 서브 모터의 위치로서 규정되며, 상기 제2 서브 모터는 상기 전기 모터의 토크 리플을 감소하기 위하여 상기 표준 위치에 대해 원주 방향으로 기계적 각도(Δθ) 만큼 회전된다.

바람직하게는, 각도

이며, 여기서 n은 개선될 고조파 파형의 차수를 나타내고, m은 전기 모터의 위상의 수를 나타낸다.

바람직하게는, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터는 단일 제어기에 의해 제어된다.

바람직하게는, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터는 각각이 2개의 제어기에 의해 제어된다. 상기 2개의 서브 모터의 전류는 위상차를 가져서, 상기 제2 서브 모터의 토크의 n-차 고조파 파형이 상기 제1 서브 모터의 토크의 n 차 고조파 파형에 대해 (2k+1)/2 주기 만큼 이동되며, 여기서 k= 0,±1,±2,±3 ... 이다.

본 발명은 상술한 브러시리스 직류 전기 모터를 이용하는 전동 스티어링 시스템을 더 제공한다.

상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터는 이들이 단일 모터로 협력하여 동작하여 정규 동력을 출력하도록 구성된다. 서브 모터 중 하나가 고장나는 경우, 다른 서브 모터가 독립적으로 동작할 수 있고, 따라서 브러시리스 직류 전기 모터의 신뢰성 및 안전성이 크게 강화된다.

본 발명의 양호한 실시예가 첨부된 도면을 참조로 단지 예로서 설명될 것이다. 도면에서, 하나 이상의 도면에 보여지는 동일한 구조, 구성 요소 또는 부품은 일반적으로 이들이 보이는 전체 도면에서 동일한 참조 번호가 매겨진다. 도면에서 도시되는 부품 및 특징부의 치수는 일반적으로 편의상 및 표현의 간결을 위하여 선택되며, 반드시 원래 크기 그대로 도시되지는 않는다. 도면은 아래와 같다.
도 1은 본 발명의 브러시리스 직류 전기 모터의 투시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 BLDC 모터의 고정자의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 BLDC 모터의 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 권선 회로들 사이의 연결을 도시하는 개략적 배선도이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 BLDC 모터의 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 고정자의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 BLDC 모터의 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 고정자의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 브러시리스 직류 전기 모터의 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 고정자의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예의 BLDC 모터의 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 고정자의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예의 BLDC 모터의 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 고정자의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예의 BLDC 모터의 고정자의 개략도이다.
도 10은 하나의 제어기에 의해 제어되는 본 발명의 실시예의 브러시리스 직류 전기 모터의 블럭도이다.
도 11은 2개의 제어기에 의해 제어되는 본 발명의 실시예의 브러시리스 직류 전기 모터의 블럭도이다.
도 12a 및 도 12b는 도 2의 브러시리스 직류 전기 모터의 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 토크의 1차 고조파 파형이다.
도 12c는 도 12a 및 도 12b의 토크 파형의 합성 파형이다.
도 13a 및 도 13b는 다른 실시예의 브러시리스 직류 전기 모터의 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 토크의 1차 고조파 파형이다.
도 13c는 도 13a 및 도 13b의 토크 파형의 합성 파형이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예의 브러시리스 직류 전기 모터의 고정자의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예의 브러시리스 직류 전기 모터의 고정자의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 전기 모터를 이용하는 전동 스티어링 시스템의 개략도이다.

본 발명에 따른 BLDC 모터는 2개의 서브 모터를 포함한다. 2개의 서브 모터는 공통 회전자를 공유하고, 각각은 독립적인 고정자 및 독립적인 입력 단자를 포함한다. 전기 모터의 정상 동작 동안, 2개의 서브 모터는 단일 전기 모터로서 함께 작동한다. 2개의 서브 모터 중 하나가 고장나는 경우, 다른 서브 모터가 독립적으로 작동하여 전기 모터의 신뢰성 및 안정성을 보장한다. 본 발명에 따른 전기 모터는 특히 차량 스티어링을 위한 전동 스티어링 시스템에 적합하나, 이러한 특정 응용에 국한되지는 않는다.

도 1 및 도 2를 참조로, 실시예에 따른 전기 모터(10)는 하우징(12), 및 하우징(12) 내에 수용되는 제1 서브 모터(20) 및 제2 서브 모터(30)를 포함한다. 제1 서브 모터(20) 및 제2 서브 모터(30)는 하나의 회전자(40)를 공유한다. 제1 서브 모터(20)는 수개의 티쓰 및 각각이 수개의 티쓰 주위에 권선된 복수개의 권선을 포함한다. 제2 서브 모터(30)는 수개의 티스 및 각각의 수개의 티쓰 주위에 권선된 복수개의 권선을 포함한다. 제1 서브 모터(20)의 티쓰 및 제2 서브 모터(30)의 티쓰는 전기 모터(10)의 원주 방향으로 교대로 배치되며, 총괄하여 전기 모터(10)의 고정자를 구성한다.

실시예에서, 제1 서브 모터(20) 및 제2 서브 모터(30)는 둘다 3상 전기 모터이다. 제1 서브 모터(20)의 티쓰 및 권선 각각은 U 위상, V 위상, 및 W 위상에 대응하는 티쓰 및 권선으로 분할된다. 구체적으로, 제1 서브 모터(20)는 U 위상 티쓰(Tu1 및 Tu2), V 위상 티쓰(Tv1 및 Tv2), W 위상 티쓰(Tw1, Tw2) 및 대응하는 U 위상 권선(Cu1 및 Cu2), V 위상 권선(Cv1 및 Cv2), 및 W 위상 권선(Cw1 및 Cw2)을 포함한다. 유사하게, 제2 서브 모터(30)의 티쓰 및 권선 각각은 U 위상, V 위상, 및 W 위상에 대응하는 티쓰 및 권선으로 분할된다. 구체적으로, 제2 서브 모터(30)는 U 위상 티쓰(T'u1 및 T'u2), V 위상 티쓰(T'v1 및 T'v2), W 위상 티쓰(T'w1, T'w2) 및 대응하는 U 위상 권선(C'u1 및 C'u2), V 위상 권선(C'v1 및 C'v2), 및 W 위상 권선(C'w1 및 C'w2)을 포함한다.

제1 서브 모터(20)의 동일 위상의 티쓰는 180°이격되어 대칭적으로 배치된다. 제2 서브 모터(30)의 동일 위상의 티쓰는 또한 180°이격되어 대칭적으로 배치된다. 제1 서브 모터(20)의 티쓰 각각과 제2 서브 모터(30)의 티쓰 각각은 교대로 배치된다, 즉 제1 서브 모터(20)의 각각의 티쓰는 제2 서브 모터(30)의 2개의 티쓰 사이에 배치되며, 제2 서브 모터(30)의 각각의 티쓰는 제1 서브 모터(20)의 2개의 티쓰 사이에 배치된다.

도 3을 참조로, 제1 서브 모터는 3개의 입력 단자 즉, U1, V1 및 W1을 구비한다. 제2 서브 모터 또한 3개의 입력 단자 즉, U2, V2 및 W2를 구비한다. 제1 서브 모터의 입력 단자 및 제2 서브 모터의 입력 단자는 서로 독립적이다. 그러므로, 제1 서브 모터(20) 및 제2 서브 모터(30)는 단일 전기 모터(10)로 함께 작동하거나 또는 독립적으로 작동할 수 있다. 전기 모터(10)의 정규 동작 동안, 제1 서브 모터(20) 및 제2 서브 모터(30)는 동시에 작동한다. 하나의 서브 모터가 고장나는 경우, 예를 들면, 하나의 권선이 단락 회로 또는 개방 회로가 되게 되고, 제어기는 고장난 서브 모터로의 전력을 차단하여 고장난 서브 모터를 중지시킨다. 이때, 다른 서브 모터는 작동을 계속하고 부하를 구동한다. 더욱이, 고장난 서브 모터의 전력이 차단되고 고장난 서브 모터가 작동을 중지하므로, 고장난 전기 모터의 구동으로 인한 큰 토크 리플 및 지연 토크가 방지될 수 있다.

상술한 실시예에서, 제1 서브 모터(20)의 동일 위상의 티쓰가 180°의 각도 간격으로 분포된다. 제2 서브 모터(30)의 동일 위상의 티쓰 또한 180°의 각도로 분포된다. 도 4에 도시된 다른 실시예에서, 제1 서브 모터의 동일 위상의 티쓰가 90°의 각도 간격으로 위치된다. 제2 서브 모터의 동일 위상의 티쓰 또한 90°의 각도 간격으로 위치된다.

도 5에 도시된 다른 실시예에서, 제1 서브 모터의 2개의 U 위상 티쓰가 180° 이격된다. 제1 서브 모터의 2개의 V 위상 티쓰가 180° 이격된다. 제1 서브 모터의 2개의 W 위상 티쓰가 90°이격된다. 제2 서브 모터의 2개의 U 위상 티쓰가 180° 이격된다. 제2 서브 모터의 2개의 V 위상 티쓰가 180° 이격된다. 제2 서브 모터의 2개의 W 위상 티쓰가 90°이격된다.

도 6에 도시된 다른 실시예에서, 제1 서브 모터의 2개의 U 위상 티쓰가 180° 이격된다. 제1 서브 모터의 2개의 V 위상 티쓰가 90° 이격된다. 제1 서브 모터의 2개의 W 위상 티쓰가 90°이격된다. 제2 서브 모터의 2개의 U 위상 티쓰가 180° 이격된다. 제2 서브 모터의 2개의 V 위상 티쓰가 90° 이격된다. 제2 서브 모터의 2개의 W 위상 티쓰가 90°이격된다.

도 7에 도시된 다른 실시예에서, 제1 서브 모터의 6개의 티쓰는 서로에 대해 원주 방향으로 인접하게 배치되고 환형의 대체로 절반을 형성한다. 제1 서브 모터의 동일 위상의 모든 2개의 티쓰는 90°이격된다. 제2 서브 모터의 6개의 티쓰는 서로에 대해 원주방향으로 인접하게 배치되고, 환형의 대체로 나머지 절반을 형성한다. 제2 서브 모터의 동일 위상의 모든 2개의 티쓰 또한 90°이격된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 제1 서브 모터는 2 세트의 티쓰를 포함하며, 각 티쓰의 세트는 서로 원주 방향으로 인접하게 배치된 U 위상 투쓰, V 위상 투쓰 및 W 위상 투쓰를 포함한다. 제1 서브 모터의 2 세트의 티쓰는 이격된다. 제1 서브 모터의 동일 위상의 2개의 티쓰는 180°이격된다. 제2 서브 모터는 2 세트의 티쓰를 포함하며, 각 티쓰의 세트는 서로 원주 방향으로 인접하게 배치된 U 위상 투쓰, V 위상 투쓰 및 W 위상 투쓰를 포함한다. 제2 서브 모터의 2 세트의 티쓰는 이격된다. 제2 서브 모터의 동일 위상의 2개의 티쓰 또한 180°이격된다.

상술한 실시예에서, 제1 서브 모터의 티쓰 및 제2 서브 모터의 티쓰가 원주 방향으로 정렬된다. 도 9의 실시예에 따른 전기 모터에서, 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터는 축방향으로 나란히 배치된다. 제1 서브 모터는 12개의 티쓰(Tu1-Tu4, Tv1-Tv4, Tw1-Tw4) 및 티쓰 주위로 각각 권선된 12개의 권선을 포함한다. 제2 서브 모터는 12개의 티쓰(Tu1-Tu4, Tv1-Tv4, Tw1-Tw4) 및 티쓰 주위로 각각 권선된 12개의 권선을 포함한다. 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터는 축방향으로 나란히 동축으로 배치된다.

도 10 및 도 11을 참조로, 본 발명에 따른 전기 모터의 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터는 단일 제어기(50)(도 10에 도시된 것처럼)에 의해 제어될 수 있다. 이 경우, 제어기(50)의 각각의 출력 단자는 2개의 스위치를 통해 제1 서브 모터(20) 및 제2 서브 모터(30)의 대응하는 입력 단자에 전기적으로 연결된다. 다른 해결책에서, 전기 모터(10)의 제1 서브 모터(20) 및 제2 서브 모터(30)는 또한 2개의 제어기(51, 52)(도 9에 도시된 것처럼) 각각에 의해 제어될 수 있다. 이 경우, 2개의 제어기(51, 52)의 각각의 출력 단자는 하나의 서브 모터의 대응하는 입력 단자에 각각 연결된다.

상기 실시예가 3상 전기 모터를 참조하여 설명되었지만, 이하의 수식이 만족하는 한 다른 유형의 브러시리스 직류 전기 모터가 이행될 수도 있다.

2상 전기 모터에 대해, 이하의 수식이 만족된다,

, 여기서 Np는 회전자 극의 수를 나타내고, Ns는 고정자의 슬롯의 수를 나타내고, Np 및 Ns는 둘다 짝수이다.

3상 전기 모터에 대해, 이하의 수식이 만족된다,

, 여기서 Np는 회전자 극의 수를 나타내고, Ns는 고장자의 슬롯의 수를 나타내고, 여기서 Ns = 6k, k=1, 2, 3... 이다.

도 1 내지 도 7의 실시예에서, 제1 서브 모터의 권선과 동일 위상을 갖는 제2 서브 모터의 권선 사이의 기계적 각도차는 90°의 정수배이다. 그러므로, 전기적 각도차는 기계적 각도차에 극 쌍의 개수를 곱한 것과 같다 즉, 360°의 정수배이다. 그러므로, 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 역 EMF(기전력) 파형은 동일하다. 하나의 제어기가 하나의 전기 모터로서 동시에 작동하는 2개의 서브 모터를 제어하는 경우에, 제어기에 의해 2개의 서브 모터에 공급되는 전류는 동일하다. 그러므로, 2개의 서브 모터의 토크 파형은 동일하다. 도 12a 및 도 12b는 각각이 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 토크의 1차 고조파 파형(기본 파형)을 도시한다. 도 12c는 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 합성 토크의 1차 고조파 파형 즉, 전기 모터(10)의 토크의 1차 고조파 파형을 도시한다. 도 12c는 전기 모터(10)의 토크 리플이 상대적으로 높다는 것을 보인다.

전기 모터(10)의 토크의 특정 차수 고조파의 파형을 개선하고, 구동하는 전기 모터(10)의 토크 리플을 감소하고, 구동하는 전기 모터(10)의 안정성을 증대하기 위하여, 본 발명은 제1 서브 모터의 토크의 차수 고조파에 대한 제2 서브 모터의 토크의 차수 고조파를 (2k+1)/2 주기, 여기서 k= 0,±1,±2,±3 ... , 만큼 이동시킬 것을 제안하여, 2개의 서브 모터가 하나의 전기 모터로서 협력하여 작동하는 경우에, 2개의 서브 모터의 토크의 동일 차수 고조파가 중첩하여 평탄선(flat line)을 형성하고 토크 리플을 최소화하여, 전기 모터(10)를 보다 안정적으로 동작하도록 한다. 도 13a 및 도 13b 각각은 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 토크의 1차 고조파 파형(즉, 베이스 파)을 도시한다. 도 13c는 개선된 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 합성 토크의 1차 고조파 파형 즉, 개선된 전기 모터(10)의 토크의 1차 고조파 파형을 도시한다. 도 13c에서 알 수 있듯이, 개선된 전기 모터(10)의 토크의 1차 고조파는 평탄하고, 토크 리플은 최소화된다.

구체적으로, 도 14에 도시된 실시예는 도 2에 도시된 전기 모터에 대한 개선이다. 도 2의 제1 서브 모터에 대한 제2 서브 모터의 위치 즉, 제2 서브 모터에 의해 생성된 토크 리플이 제1 서브 모터에 의해 생성되는 토크 리플과 동일한 위치가 표준 위치로 규정되는 경우, 본 실시예의 제2 서브 모터의 위치는 표준 위치에 대한 기계적 각도(Δθ)가 회전되어, 제2 서브 모터에 의해 생성되는 n-차 고조파는 제1 서브 모터에 의해 생성되는 토크의 동일 차수 고조파에 대해 (2k+1)/2 주기 만큼 이동된다. 구체적으로,

, 여기서 k= 0,±1,±2,±3 ..., n은 개선될 고조파의 차수를 나타내고, m은 전기 모터(10)의 위상수를 나타내고, Np는 회전자 극의 개수를 나타낸다. 구체적으로, 3 상 및 8 극 전기 모터(10)에 대해, 전기 모터(10)의 토크의 1차 고조파 파형이 개선되려는 경우,

이 만족되어야 한다.

도 15에 도시된 실시예는 도 9에 도시된 전기 모터에 대한 개선이다. 도 9의 제1 서브 모터에 대한 제2 서브 모터의 위치 즉, 제2 서브 모터에 의해 생성되는 토크 리플이 제1 서브 모터에 의해 생성되는 토크 리플과 동일한 위치가 표준 위치로서 규정되는 경우, 본 실시예의 제2 서브 모터의 위치는 표준 위치에 대해 원주 방향으로 기계적 각도(Δθ) 만큼 회전된다. 제2 서브 모터의 표준 위치가 제1 서브 모터와 축방향으로 나란하므로, 이 실시예는 제2 서브 모터의 위치가 제1 서브 모터에 대해 원주 방향으로 각도(Δθ) 만큼 회전되는 것으로 간주될 수 있다. 결과적으로, 제2 서브 모터에 의해 생성되는 토크의 n-차 고조파가 제1 서브 모터의 토크의 동일 차수의 고조파에 대해 (2k+1)/2 만큼 이동된다. 구체적으로,

, 여기서 k= 0,±1,±2,±3 ..., n은 개선될 고조파의 차수를 나타내고, m은 전기 모터(10)의 위상의 개수를 나타내고, Np는 회전자 극의 개수를 나타낸다.

실제로, 도 14 및 도 15에 따른 실시예에서, 제2 서브 모터의 역 EMF 파형은 제2 서브 모터의 위치를 변경함에 의해 변경되어, 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터의 합성 토크 파형을 조정한다. 제1 서브 모터 및 제2 서브 모터가 2개의 제어기 각각에 의해 제어되는 경우, 이들은 두 서브 모터의 역 EMF의 동일 위상을 보장하면서 두 서브 모터의 전류의 (2k+1)/2 주기의 위상차를 달성하도록 제어될 수 있어서, 이에 따라 두 서브 모터의 합성 토크의 특정 차수 고조파를 개선하고 따라서 전기 모터를 보다 안정적으로 구동하도록 한다.

도 16은 본 발명의 전기 모터(10)를 이용하는 전동 스티어링 시스템(60)의 개략도이다. 전동 스티어링 시스템(60)은 스티어링 휠(61), 스티어링 휠(61)에 고정된 스티어링 컬럼(62), 및 스티어링 컬럼(62)에 동축으로 고정된 스티어링 기어(63)를 포함한다. 전기 모터(10)의 회전 샤프트는 전기 모터(10)이 토크를 출력하기 위한 구동 기어(16)에 구동식으로 연결된다. 구동 기어(16)는 스티어링 랙(64)을 경유하여 스티어링 기어(63)에 구동식으로 연결된다. 그러므로, 전기 모터(10)가 동작하는 경우, 구동 기어(16)는 운전자가 차량을 스티어링하기 위하여 스티어링 랙(64)을 이동시키는 것을 돕도록 회전한다. 운전자에 의한 스티어링 휠의 움직임은 전기 모터(10)의 동작을 제어하기 위하여 제어기(50)로 입력된다. 전동 스티어링 시스템(60)은 스티어링 휠(61)의 토크의 양 및 방향을 나타내는 신호를 감지하고 이 신호를 제어기(50)에 전달하도록 구성된 스티어링 휠 각도 센서(66) 및 스티어링 토크 트랜스듀서(65)를 더 포함한다. 제어기(50)는 이 신호에 따라 대응하는 명령을 전기 모터(10)에 전송하여, 전기 모터(10)가 대응하는 양 및 방향을 갖는 스티어링 토크를 출력하도록 하여, 보조 전력을 생성하게 된다. 이것이 실제로 이행되는 경우, 전기 모터(10)과 구동 기어(16) 사이에 감소 메카니즘이 제공될 수 있어서, 출력 토크를 증가시킨다.

일 실시예에서, 스티어링 시스템은 스티어링 휠 및 스티어링 컬럼을 경유하여 스티어링 랙을 이동시키기 위하여 운전자에 의해 필요한 힘을 감소시키기 위한 보조 토크를 제공함에 의해 운전자가 차량을 스티어링하는 것을 보조하도록 배치된다. 다른 실시예에서, 운전자는 운전자 입력에 따라 스티어링 랙을 구동하기 위하여 전기 모터를 동작하도록 제어기에 스티어링 방향을 입력하기 위한 스티어링 휠을 이용한다.

본 출원의 상세한 설명 및 청구 범위에서, 동사인 "포함하다(comprise)", "포함하다(include)", "함유하다(contain)", 및 "가지다(have)"와 그 변형은 포괄적 개념으로 이용되어, 상술한 항목들의 존재를 규명하는 것이나, 추가 항목 또는 특징들의 존재를 배제하려는 의도는 아니다.

명확을 기하기 위하여 개별 실시예들의 문맥으로 설명되는 본 발명의 특정 특징은 단일 실시예들의 조합으로도 제공될 수 있음이 명백하다. 반대로, 간략을 기하기 위하여 단일 실시예의 문맥으로 설명되는 본 발명의 각종 특징들은 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위-조합으로도 제공될 수 있다.

상술한 실시예가 단지 예로서 제공되며, 당업자에게는 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 다른 개조가 명백할 것이다.

Claims

브러시리스 직류 전기 모터로서:
제1 서브 모터; 및
제2 서브 모터를 포함하며,
상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터는 공통 회전자를 공유하며, 각각은 상기 전기 모터의 결합된 고정자를 함께 형성하는 독립적인 고정자를 포함하며, 상기 제1 서브 모터의 고정자는 복수개의 티쓰 및 복수개의 권선을 포함하며, 상기 제2 서브 모터의 고정자는 복수개의 티쓰 및 복수개의 권선을 포함하며, 상기 제1 서브 모터의 티쓰 및 상기 제2 서브 모터의 티쓰는 원주 방향으로 인터리빙 방식으로 배치되거나 또는 축 방향으로 나란히 배치되며, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터는 정규 동력을 출력하기 위하여 단일 전기 모터로서 작동하도록 구성되며; 2개의 서브 모터 중 하나가 고장나는 경우, 다른 서브 모터가 독립적으로 작동할 수 있는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 브러시리스 직류 전기 모터는 2상 전기 모터이고, 이하의 수식

이 만족되며: 여기서 Np는 회전자 극의 수를 나타내고, Ns는 결합된 고정자의 슬롯의 수를 나타내며, Np 및 Ns는 짝수인, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 브러시리스 직류 전기 모터는 3상 전기 모터이고, 이하의 수식

이 만족되며, 여기서 Np는 회전자 극의 수를 나타내고 짝수이며, 또한 Ns는 결합된 고정자의 슬롯의 수를 나타내며, Ns=6k, k=1,2,3...인, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 서브 모터의 티쓰 및 상기 제2 서브 모터의 티쓰는 원주 방향을 따라 인터리빙 방식으로 균일하게 배치되는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 4에 있어서, 상기 결합된 고정자는 12개의 슬롯을 가지며, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터 각각은 6개의 티쓰를 포함하며, 상기 6개의 티쓰는 2개의 U 위상 티쓰, 2개의 V 위상 티쓰 및 2개의 W 위상 티쓰로 분할되고, 동일한 위상의 2개의 티쓰는 대칭적으로 배치되고 180° 이격되는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 4에 있어서, 상기 결합된 고정자는 12개의 슬롯을 가지며, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터의 각각은 6개의 티쓰를 포함하며, 상기 6개의 티쓰는 2개의 U 위상 티쓰, 2개의 V 위상 티쓰, 및 2개의 W 위상 티쓰로 분할되며, 동일 위상의 2개의 티쓰는 90° 이격되는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 서브 모터의 티쓰는 서로 인접하게 배치되며, 실질적으로 환형의 절반을 형성하며, 상기 제2 서브 모터의 티쓰는 서로에 대해 인접하게 배치되며, 실질적으로 환형의 다른 절반을 형성하는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 7에 있어서, 상기 결합된 고정자는 12개의 슬롯을 가지며, 상기 제1 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터 각각은 6개의 티쓰를 포함하며, 상기 6개의 티쓰는 2개의 U 위상 티쓰, 2개의 V 위상 티쓰, 및 2개의 W 위상 티쓰로 분할되며, 동일 위상의 상기 2개의 티쓰는 90°이격된, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 서브 모터의 티쓰는 원주 방향으로 이격된 티쓰의 2개의 세트로 분할되고, 각각의 세트의 티쓰는 서로 원주 방향으로 인접하게 배치되며, 상기 제2 서브 모터의 티쓰는 원주 방향으로 이격된 티쓰의 2개의 세트로 분할되고, 각각의 세트의 티쓰는 서로 원주 방향으로 인접하게 배치되는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 9에 있어서, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터의 티쓰의 각각의 세트는 U 위상 투쓰, V 위상 투쓰, 및 W 위상 투쓰를 포함하는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 서브 모터의 티쓰 및 상기 제2 서브 모터의 티쓰는 원주 방향으로 인터리빙 방식으로 비균일하게 배치되는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 11에 있어서, 상기 결합된 고정자는 12개의 슬롯을 가지고, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터 각각은 6개의 티쓰를 포함하며, 상기 6개의 티쓰는 2개의 U 위상 티쓰, 2개의 V 위상 티쓰, 및 2개의 W 위상 티쓰로 분할되며, 상기 2개의 U 위상 티쓰는 180°이격되고, 상기 2개의 V 위상 티쓰는 180°이격되고, 상기 2개의 W 위상 티쓰는 90°이격되는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 11에 있어서, 상기 결합된 고정자는 12개의 슬롯을 가지고, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터 각각은 6개의 티쓰를 포함하며, 상기 6개의 티쓰는 2개의 U 위상 티쓰, 2개의 V 위상 티쓰, 및 2개의 W 위상 티쓰로 분할되며, 상기 2개의 U 위상 티쓰는 180°이격되고, 상기 2개의 V 위상 티쓰는 90°이격되고, 상기 2개의 W 위상 티쓰는 90°이격되는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 서브 모터의 토크의 n-차 고조파 파형은 상기 제1 서브 모터의 토크의 n-차 고조파 파형에 대해 (2k+1)/2 주기 만큼 이동되며, 여기서 k= 0,±1,±2,±3 ... 인, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 14에 있어서, 상기 제2 서브 모터의 표준 위치는 상기 제2 서브 모터에 의해 생성되는 토크 리플이 상기 제1 서브 모터에 의해 생성되는 토크 리플과 동일한 경우에 상기 제1 서브 모터에 대한 상기 제2 서브 모터의 위치로서 규정되며, 상기 제2 서브 모터는 상기 전기 모터의 토크 리플을 감소하기 위하여 상기 표준 위치에 대해 원주 방향으로 기계적 각도(Δθ) 만큼 회전되는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 15에 있어서,

, 여기서 k= 0,±1,±2,±3 ... 이며, n은 개선될 고조파의 차수를 나타내고, m은 전기 모터의 위상의 수를 나타내는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터는 단일 제어기에 의해 제어되는, 브러시리스 직류 전기 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 서브 모터 및 상기 제2 서브 모터는 각각이 2개의 제어기에 의해 제어되며, 상기 2개의 서브 모터의 전류는 위상차를 가져서, 상기 제2 서브 모터의 토크의 n-차 고조파 파형이 상기 제1 서브 모터의 토크의 n 차 고조파 파형에 대해 (2k+1)/2 주기 만큼 이동되며, 여기서 k= 0,±1,±2,±3 ... 인, 브러시리스 직류 전기 모터.
전동 스티어링 시스템으로서:
스티어링 휠;
상기 스티어링 휠에 고정된 스티어링 컬럼;
상기 스티어링 컬럼에 고정된 스티어링 기어; 및
상기 스티어링 기어에 구동식으로 연결된 전기 모터
를 포함하되, 상기 전기 모터는 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 기재된 브러시리스 직류 전기 모터인, 전동 스티어링 시스템.
차량용 전동 스티어링 시스템으로서:
스티어링 휠;
상기 차량을 스티어링하기 위하여 배치된 스티어링 메카니즘;
상기 스티어링 메카니즘에 구동식으로 연결된 전기 모터; 및
상기 전기 모터를 제어하기 위한 적어도 하나의 제어기
를 포함하되, 상기 스티어링 휠은 적어도 하나의 제어기에 입력을 제공하며, 상기 전기 모터는 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 기재된 브러시리스 직류 전기 모터인, 차량용 전동 스티어링 시스템.