KR20170003733A - 영구 자석 동기식 모터 및 동력 보조 조향 시스템 - Google Patents

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KR20170003733A
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브로제 파르초이크타일레 게엠베하 운트 코. 콤만디트게젤샤프트 뷔르츠부르크
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Abstract

본 발명은 전기 전도성 재료로 형성된 적어도 하나의 권선부가 제공되어 있는 각각의 고정자 치형부들 사이에 개재되는 고정자 홈이 배치되는 고정자를 포함하며, 바퀴살 형태로 반경 방향으로 배치된 영구 자석이 내부에 마련된 회전자를 추가로 포함하는 영구 자석 동기식 모터, 특히, 3상 전기 모터에 관한 것이다. 상기 동기식 모터는 회전자의 사전 설정된 직경/길이 비율, 회전자 극의 개수 및 고정자 홈의 개수에 기초하여, 사전 설정되고 제한된 최대 제동 토크를 갖는다. 본 발명은 또한, 전력 보조 조향 시스템에 관한 것이다.

Description

영구 자석 동기식 모터 및 동력 보조 조향 시스템{PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR AND POWER-ASSISTED STEERING SYSTEM}
본 발명은 영구 자석 동기식 모터, 특히, 3상 전기 모터에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 자동차의 전력 보조 조향 시스템에 관한 것이다.
이러한 유형의 영구 자석 동기식 모터는, 예를 들어, 자동차의 구동 장치, 특히, 동력 보조 조향 시스템 등에 사용된다.
도 1에는 자동차용의 일반적으로 알려진 동력 보조 조향 시스템(100)의 기능 모드 및 구조가 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 동력 보조 조향 시스템은 조향 기어(101), 보다 상세히 지정되어 있지 않은 조향 휠을 갖춘 조향 샤프트(102), 그리고 제어 유닛(104)을 구비한 서보 구동부(103)를 포함한다. 트랙 로드(107)가 피니언(105)에 의해 조향 기어(101)와 협동한다. 조향 기어(101)는 여기서는 피니언(105)에 연결된 기어 랙(단지 이중 화살표로 상징적으로만 나타냄)을 구비한다. 피니언(105)은 조향 샤프트(102)에 의해 조향 휠에 회전 가능하게 결합된다. 트랙 로드(107)는 자동차의 조향 가능한 바퀴(106)와 협동한다.
서보 구동부(103)에는, 예를 들어, 3상 전기 모터가 장착되어 있으며, 여기서는 조향 휠과 조향 기어(101) 사이에 제어 유닛(104)이 부착된다. 서보 구동부(103)는 조향 작동 동안 기어 랙과 협동하는 보조 수단으로서 사용된다. 이를 위해, 서보 구동부(103)는 조향 컬럼(steering column)에 부착될 수 있다.
현재 서보 구동부(103)로서 사용되는 모터는 브러쉬리스 모터(brushless motor), 예를 들어, 영구 자석 동기식 모터 또는 비동기식 모터일 수도 있다. 예를 들어, 영구 자석 동기식 모터는 권선부가 배치되는 고정자 홈을 구비한 고정자, 그리고 영구 자석을 구비한 회전자를 포함한다. 영구 자석은, 예를 들어, 희토류 재료로 형성되며, 회전자 내부에 바퀴살 형태로 배치된다.
이러한 유형의 모터는 적어도 아래의 두 가지 주요 요건, 즉, 1) 성능 및 2) 안정성을 충족하여야 한다. 성능과 관련하여, 예를 들어, 전력 밀도, 최대 출력 토크, 토크 변동 또는 리플(ripple) 및 코깅(cogging) 토크 또는 맥동 토크와 같은 매개 변수가 중요하다. 안정성의 경우에는, 그 중에서도, 최대 제동 토크의 매개 변수가 위상 단락 시에 중요하며, 예를 들어, 위상의 완전 단락 시에 대략 0.6 Nm의 값으로 제한되어야 한다.
WO 2002/060740 A2 및 EP 1028047 B1은 전술한 문제에 대하여 예 또는 해결 방안을 제공한다.
자동차의 사용 조건, 특히, 가능한 한 작은 설치 용적, 저중량, 사용되는 개별 부품의 개수 감소, 및 동시에 고효율, 그리고 전술한 매개 변수에 관한 요건이 증가함에 따라, 이에 대응하는 개선된 영구 자석 동기식 모터의 제공에 대한 요구가 꾸준히 있어 왔다.
전술한 배경 기술과는 대조적으로, 본 발명은 개선된 영구 자석 동기식 모터를 제공한다는 목적에 기초한다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 1의 특징을 갖춘 영구 자석 동기식 모터에 의해 및/또는 청구항 10의 특징을 갖춘 동력 보조 조향 시스템에 의해 달성된다.
이에 따라, 전기 전도성 재료로 형성된 적어도 하나의 권선부가 제공되어 있는 각각의 고정자 치형부들 사이에 개재되는 고정자 홈이 배치되는 고정자; 및 바퀴살 형태로 반경 방향으로 배치된 영구 자석이 내부에 마련된 회전자를 포함하는 영구 자석 동기식 모터, 특히, 3상 전기 모터로서, 상기 회전자의 사전 설정된 직경/길이 비율, 회전자 극 개수 및 고정자 홈의 개수에 기초하여, 사전 설정되고 제한된 최대 제동 토크를 갖도록 구성되는 영구 자석 동기식 모터가 제공된다.
또한, 자동차의 동력 보조 조향 장치는 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터를 포함한다.
본 발명의 기초가 되는 사상은, 사전에 설정된 직경/길이 비율, 회전자 극 개수 및 고정자 홈 개수에 기초하여 영구 자석 동기식 모터의 최대 제동 토크가 미리 설정될 수 있다는 것이다. 따라서, 이러한 유형의 영구 자석 동기식 모터는 높은 전력 밀도 그리고 동시에 낮은 토크 리플 및 높은 허용 오차와 연동된 상당히 작은 코깅 토크를 장점으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터는, 종래 기술의 영구 자석 동기식 모터와 비교하여, 제동 토크가 비교적 낮다는 장점, 즉 제동 토크가 40% 더 낮을 수도 있다는 장점이 있다.
종래 기술의 영구 자석 동기식 모터와 비교하여, 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터는 또한 아래의 장점을 갖는다.
- 대략 10%의 성능 증가
- 대략 40% 더 낮은 제동 토크
- 감소된 코깅 토크
- 감소된 토크 리플
- 계전기(relay) 불필요
- 델타 연결 사용 가능
- 간소화된 고정자 구성.
회전자의 사전 설정된 직경/길이 비율은 회전자의 직경 및 회전자의 길이의 몫을 나타낸다. 따라서, 최대 제동 토크를 설정하기 위해서는 이해하기가 용이한 간단한 기하학적 매개 변수가 결정적이다.
전술한 영구 자석 동기식 모터는, 바람직하게는, 자동차의 동력 보조 조향 시스템의 구동 장치에 적당하다. 그러나, 예를 들어, 전기 주차 브레이크와 같은 다른 구동 장치에서의 다른 용례도 또한 고려 가능하다.
본 발명의 유리한 구성 및 개선점은 도면의 그림과 함께 아래의 설명을 읽음으로써 그리고 첨부된 특허청구범위에 의해 알 수 있을 것이다.
상기 영구 자석 동기식 모터는 9 개 또는 12 개의 고정자 홈을 구비한다. 상기 회전자의 회전자 극 개수는 바람직하게는 6 개, 8 개, 10 개 또는 14 개이다. 이 경우, 종래 기술의 표준 고정자 디자인이 사용될 수 있다.
놀랍게도 밝혀진 바에 따르면, 상기 회전자의 사전 설정된 직경/길이 비율, 회전자 극 개수 그리고 고정자 홈의 개수는 아래의 표에 따른 연관성을 갖는다.
회전자 극 개수(210-n) 고정자 홈(202)의 개수 DLV
6 9 >1.63
8 12 >1.55
10 12 >1.50
14 12 >1.42
다른 실시예에서, 상기 회전자는 적어도 하나의 회전자 패킷을 구비할 수도 있으며, 회전자 패킷 개수는 아래의 표에 따른 회전자 길이에 좌우된다.
회전자 길이(L)(mm) 회전자 패킷 개수(209-n)
L≤20 1
20≤L≤40 1 또는 2
40≤L≤60 2 또는 3
60≤L≤100 3 또는 4
또한, 회전자 패킷 개수가 1보다 큰 경우, 회전자 패킷은 회전자 축선을 중심으로 서로에 대해 상호 연결 각도만큼 회전된 상태로 배치될 수도 있다. 이 경우, 상호 연결 각도는 아래의 표에 따라 회전자의 직경/길이 비율에 의해 좌우될 수도 있다.
회전자 극 개수(210-n) 고정자 홈(202)의 개수 상호 연결 각도(γ)(°) DLV
6 9 9±2 >1.63
8 12 7.5±2 >1.55
10 12 6±2 >1.50
14 12 2±1 >1.42
또 다른 실시예에서, 고정자는 델타 연결(delta connection) 형태의 3상 권선부를 구비한다. 이러한 고정자는, 한편으로는, 단락의 경우에 위상을 분리하기 위해 이른바 성형 계전기(star relay)가 배제될 수 있다는 장점이 있다. 다른 한편으로는, 이에 따라 권선부의 제조가 용이하다는 장점이 있다.
그러나, 고정자가 성형 연결(star connection) 형태의 3상 권선부를 구비할 수도 있다. 이때도 단락 시에 위상을 분리하기 위한 성형 계전기가 또한 배제될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 회전자의 영구 자석은 페라이트 자석 및/또는 희토류로 이루어진 재료를 포함할 수도 있다. 직경/길이 비율이 미리 설정될 수 있으며 영구 자석이 저전력 단계에서 사용될 수 있도록 하기 위한 다른 매개 변수가 또한 고려 가능하기 때문에, 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터의 비용은 크게 감소될 수 있다.
본 발명의 전술한 구성 및 개선점은 임의의 원하는 방식으로 서로 조합될 수 있다.
본 발명의 영구 자석 동기식 모터는 대략 10%의 성능 증가, 대략 40% 더 낮은 제동 토크, 코깅 토크 감소, 토크 리플 감소, 계전기 배제, 델타 연결의 사용 허용, 및 고정자 구성 간소화 등의 효과를 갖는다.
본 발명은 도면의 개략적인 그림에 예시된 실시예의 도움을 받아 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 동력 보조 조향 시스템의 개략도이며;
도 2는 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터의 일 실시예의 개략적인 평면도이고;
도 3은 도 2에서의 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터의 회전자의 개략적인 사시도이며;
도 4는 도 2에서의 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터의 회전자의 개략적인 부분 측면도이고;
도 5 및 도 6은 도 2에서의 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터의 권선부의 회로도이며;
도 7은 도 2에서의 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터의 회전자의 직경/길이 비율에 따른 제동 토크를 도시한 그래프이다.
첨부 도면을 통해 본 발명의 실시예의 추가적인 이해가 가능하다. 도면은 실시예를 예시하기 위한 것으로서, 설명 내용과 함께 본 발명의 원리 및 개념을 설명하기 위해 사용되고 있다. 도면을 참조하면 다른 실시예 및 전술한 장점 중 다수가 이해될 것이다. 도면의 구성 요소가 서로에 대해 실제 크기로 도시되어야 하는 것은 아니다.
달리 언급되어 있지 않은 한, 동일하며 기능상으로도 동일하고 동일하게 작용하는 구성 요소, 특징 및 요소는 각각의 경우에 도면의 그림 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호로 지시되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터(200)의 일 실시예의 개략적인 평면도이다.
도 2의 영구 자석 동기식 모터(200)는 권선부(도시하지 않음)가 배치되는 고정자 홈(202)을 구비한 고정자(201); 그리고 회전자 코어(203) 및 회전자 코어(203)의 부분들 사이에 바퀴살 형태로, 여기서는 전기 모터의 반경 방향으로 배치되는 영구 자석(204)을 내부에 구비한 회전자(208)를 포함한다. 회전자(208)는 고정자(201)의 내측에 배치된다. 회전자 코어(203)의 일부와 영구 자석(204)이 회전자 몸체(206) 상에 체결되며, 회전자 몸체를 통해 회전자 축선(207)을 구비한 회전자 샤프트(206)가 연장된다. 회전자 축선(207)을 구비한 회전자 샤프트(206)는 여기서는 도면의 평면에 대해 수직 방향으로 연장된다. 회전자(208)는 고정자(201)의 내부에 배치되며 고정자는 공통의 회전자 축선을 갖추고, 다시 말해, 회전자(208)와 고정자(201)가 동축 관계이다. 영구 자석(204)은, 동일한 극이 항상 대향하게 위치하도록, 즉, N극이 N극과 대향하게 위치하며 S극과 S극이 대향하게 위치하도록 배치된다.
고정자(201)는, 직선형으로 또는 경사지게 형성될 수도 있는 12 개의 홈(202)과 12 개의 고정자 극을 구비하도록 구성되며, 다시 말해, 고정자 홈(202)은 회전자 축선(207)과 평행하게 또는 회전자 축선에 대해 경사지게 선형으로 연장된다. 반대로, 회전자(208)는 여기서는 10 개의 극을 갖춘 회전자이며, 다시 말해, 10 개의 영구 자석(204)을 구비한다. 영구 자석(204)은, 예를 들어, 페라이트 자석일 수도 있으며 및/또는 희토류 재료를 포함할 수도 있다.
도 3은 도 2에서의 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터(200)의 회전자(208)의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
여기서는 2 개의 회전자 패킷(209)이 회전자 샤프트(206)에 부착된다. 영구 자석(204)은 개개의 회전자 코어(203)의 부분들 사이에 바퀴살 형태로 반경 방향으로 배치된다. 회전자 코어(203)와 영구 자석(204)은, 더 상세히 도시하지는 않지만, 회전자 샤프트(206)에 체결된 회전자 몸체(205)에 연결된다.
회전자(208)는 회전자 직경(D)으로서 주어진 외경을 갖는다. 회전자 축선(207)에 평행한 종방향으로, 회전자는 회전자 길이(L)로 지시된 종방향 치수를 갖는다. 회전자 길이(L)는 여기서는 회전자 축선(207)의 방향으로 회전자 패킷(209)의 전체 길이의 평균을 취한다. 2 개의 회전자 패킷(209)은, 회전자 샤프트(206) 상의 회전자 축선(207)을 중심으로 상호 각도(γ)만큼 서로에 대해 회전된 상태로 배치된다.
놀랍게도 밝혀진 바와 같이, 영구 자석(204), 예를 들어, 페라이트 영구 자석과 조합하여 회전자(208)의 기하학적 치수의 특정 비율 그리고 회전자(208) 및 고정자(201)의 추가의 매개 변수가 영구 자석 동기식 모터(200)의 최대 제동 토크를 제한하는 데 결정적이다. 이러한 유형의 기하학적 비율은, 회전자 직경(D)과 회전자 길이(L) 사이의 직경/길이 비율(DLV), 다시 말해, 무차원의 몫이다.
Figure pat00001
추가적인 매개 변수는 고정자의 치형부의 개수 또는 극의 개수, 회전자(208)의 회전자 극 개수(210-n)(도 7 참조), 그리고 하나보다 많은 회전자 패킷 개수(209-n)에서부터의 회전자 패킷(209)의 상호 연결 각도(γ)이다. 이에 대해서는 아래에서 더 상세히 다루기로 한다.
상기 추가적인 매개 변수에 기초한 대응하는 경계 조건과 이러한 특정 길이/직경 비율(DLV)에 의해 영구 자석(204)을 이용한 높은 전력의 영구 자석 동기식 모터(200)를 저전력 단계에서 작동시키는 것이 가능하다. 또한, 위상의 단락 시에 작은 제동 토크가 생성된다.
도 4는 도 2에서의 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터(200)의 회전자(208)의 개략적인 부분 측면도이다.
회전자(208)는 여기서 하나의 회전자 패킷(209), 또는 그 밖에 도시된 2 개의 회전자 패킷(209)을 구비할 수도 있다. 여기서 각기 회전자 패킷 번호(209-1, 209-2, …, 209-n)로 도시된 복수 개의 회전자 패킷(209)이 제시된다. 회전자 패킷(209)은 서로에 대하여 상호 연결 각도(γ)를 가지며 회전자(208)의 축방향으로 회전자 축선(207) 상에 배치된다.
고정자(201)는 두 가지 상이한 유형의 권선부를 구비하도록 구성될 수도 있다. 도 5 및 도 6은 도 2에서의 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터(200)의 권선부의 회로도이다.
도 5에는 단자 지점(U, V, W) 및 중심점이나 성형 지점(301; star point)을 구비한 종래 기술의 성형 연결부(300)가 도시되어 있다. 그러나, 고정자에는 또한, 도 6에 따른 델타 연결부(302)가 제공될 수도 있다. 여기서, 이러한 델타 연결부는, 성형 연결부(300)의 성형 연결 또는 성형 단자(301)가 배제됨에 따라 단지 3 개의 단자 지점(U, V, W)만이 필요하다는 장점이 있다. 또한, 델타 연결 구성(302)의 권선부는 고정자(201)에 따라 제조의 관점에서 더 단순해질 수도 있으며 및/또는 더 신속하게 형성될 수도 있다.
종래 기술에 따른 영구 자석 동기식 모터에서, 성형 연결부(300)의 경우, 성형 계전기(도시하지는 않았지만 용이하게 상상할 수 있음)가 필요하며, 이러한 성형 계전기는 단락 발생 시에 제동 토크를 제한하거나 방지하기 위하여 성형 지점(301)에서의 성형 권선부(300)의 위상 단락 발생 시 개개의 단락 위상의 중단을 야기한다. 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터(200)에서는, 전술한 추가적인 매개 변수와 함께 특정 직경/길이 비율(DLV)로 인해, 이러한 유형의 계전기가 필요하지 않으며, 위상의 단락은 단지 영구 자석 동기식 모터(200)의 제한된 제동 토크를 야기할 수 있을 뿐이다. 이러한 이유로, 도 6에 도시된 델타 연결 구성(302)이 또한 실시될 수 있는 반면, 종래 기술에서는 계전기 없이 델타 연결 구성이 사용될 수 없거나 또는 단락 위상 분리를 위한 계전기로 인해 더 많은 경비 지출이 필요하다.
도 7은 도 2에서의 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터(200)의 회전자(208)의 직경/길이 비율(DLV)에 따라, 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터(200)의 제동 토크를 도시한 그래프이다.
영구 자석 동기식 모터(200)의 위상에 대한 제동 토크(MBT)(Nm)가 그래프의 세로축에 나타나 있다. 가로축은 회전자(208)의 직경/길이 비율(DLV)의 값을 나타낸다. 가로축에 평행한 점선은 여기서는 0.6 Nm의 신뢰성 있는 값을 갖는 최대 제동 토크(MBTMAX)를 나타낸다. 최대 제동 토크(MBTMAX)는, 서보 모터로서 영구 자석 동기식 모터(200)가 장착된 동력 보조 조향 시스템이 아직 차단되지 않았거나, 예를 들어, 위상의 단락 동안 여전히 기능을 발휘할 수 있도록 하는 제동 토크를 나타낸다.
회전자(208)의 상이한 회전자 극 개수(210-n)를 나타내는 4 개의 상이한 곡선이 그래프에 도시되어 있다. 이들 4 개의 곡선은 가로축에 평행한 최대 제동 토크(MBTMAX)의 점선으로 나타낸 직선과 교차한다. 각각의 경우에 대해 이들 교차점을 통과하는 세로축에 평행한 각 직선들은 회전자(208)의 연관된 직경/길이 비율(DLV1…4)을 가로축 상에 지시한다.
밝혀진 바와 같이, 도 2 및 도 3에 따라 영구 자석(204)이 바퀴살 형태로 배치되어 있는 회전자(208)를 구비한 영구 자석 동기식 모터(200)에 대한 최적의 직경/길이 비율(DLV)은 회전자 극 개수(210-n), 회전자 직경(D) 및 회전자 길이(L)에 의해 좌우된다.
따라서, 예를 들어, 9 개의 고정자 홈(202)을 갖는 고정자(201)와 6 개의 회전자 극의 회전자 극 개수(210-6)(n=6)를 갖는 회전자(208)에 대한 최적의 직경/길이 비율(DLV)은, 수치값(DLV1=1.63)보다 크다.
최적의 직경/길이 비율(DLV)과 매개 변수로서의 회전자 개수(210-n)의 상호 연관성이 아래의 표 4에 명확하게 도시되어 있다.
DLV 및 매개 변수로서의 회전자 극 개수(210-n)
번호 회전자 극 개수(210-n) 고정자 홈(202)의 개수 DLV
1 6 9 >1.63
2 8 12 >1.55
3 10 12 >1.50
4 14 12 >1.42
따라서, 이러한 시험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어, 동력 보조 조향 시스템에서의 가능한 오류 발생 시에, 너무 높은 제동 토크에 의해 조향 작동이 방해를 받는 일이 없다는 점에서, 최대 제동 토크(MBTMAX)보다 작은 제동 토크를 갖는 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터(200)는 종래 기술의 모터에 비해 높은 안정성을 제공한다.
직경/길이 비율(DLV)에 추가하여, 아래의 매개 변수가 고수되어야 한다. 이러한 추가적인 매개 변수는 소형 회전자 패킷의 회전자 패킷 개수(209-n)이다. 이에 대해서는 표 5에 제시되어 있다.
회전자 길이 및 회전자 패킷 개수
번호 회전자 길이(L)(mm) 회전자 패킷 개수(209-n)
1 L≤20 1
2 20≤L≤40 1 또는 2
3 40≤L≤60 2 또는 3
4 60≤L≤100 3 또는 4
20mm 미만의 능동적 축방향 회전자 길이(L)에 의해, n=1의 값을 갖는 회전자 패킷 개수(209-n)가 필요하다. 추가의 예(3)에 도시된 바와 같이, 회전자 패킷 개수(209-n)에 대해 회전자 길이(L)가 40mm 내지 60mm 범위인 경우, n=2의 값 또는 n=3의 값이 적용된다.
또한, 표 4는 추가적인 매개 변수인 상호 연결 각도(γ)에 의해 아래의 표 6으로 확장될 수 있다.
상호 연결 각도(γ)
번호 회전자 극 개수(210-n) 고정자 홈(202)의 개수 상호 연결 각도(γ)(°) DLV
1 6 9 9±2 >1.63
2 8 12 7.5±2 >1.55
3 10 12 6±2 >1.50
4 14 12 2±1 >1.42
회전자 극 개수(210-n)가 증가함에 따라, 직경/길이 비율(DLV) 및 상호 연결 각도(γ)가 감소함을 알 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예를 사용하여 설명되었지만, 본 발명이 이로써만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 주제로부터 벗어나지 않으면서 임의의 원하는 방식으로 수정될 수 있다.
회전자 패킷 개수(209-n)는 n이 도시된 실시예에서보다 큰 값을 갖는 것을 고려할 수 있다.
자동차의 동력 보조 조향 시스템(100)(도 1)에서의 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터(200)의 사용은, 대응하는 커플링에 의해 조향 기어(101)뿐만 아니라 조향 샤프트(102), 피니언(105) 또는 그 밖의 상이한 지점에서 이루어질 수 있다.
자동차의 구동 장치, 특히 여기서 자동차의 동력 보조 조향 시스템(100)의 서보 구동부(103)에 대한 본 발명에 따른 영구 자석 동기식 모터(200)의 사용은, 단지 예시로서 이해하여야 한다. 오히려, 본 발명은 임의의 전기 구동부에 사용되는 것이 유리할 수 있다.
전술한 수치 값은 실제로 바람직한 값으로서, 특정 용례로부터 취한 값이지만, 경우에 따라, 전문가의 작용 및 지식에 따라 더 큰 범위 또는 작은 범위로 변경될 수도 있다.
100: 동력 보조 조향 시스템 101: 조향 기어
102: 조향 샤프트 103: 서보 구동부
104: 제어부 105: 피니언
106: 바퀴 107: 트랙 로드
200: 영구 자석 동기식 모터 201: 고정자
202: 고정자 홈 203: 회전자 코어
204: 영구 자석 205: 회전자 몸체
206: 회전자 샤프트 207: 회전자 축선
208: 회전자 209: 회전자 패킷
209-n: 회전자 패킷 개수 210-n: 회전자 극 개수
300: 성형 연결 301: 성형 지점
302: 델타 연결 DLV, DLV1…4: 직경/길이 비율
D: 회전자 직경 L: 회전자 길이
MBT: 제동 토크 N, S: 자극
U, V, W: 단자 Y: 상호 연결 각도

Claims (10)

  1. 전기 전도성 재료로 형성된 적어도 하나의 권선부가 제공되어 있는 각각의 고정자 치형부들 사이에 개재된 고정자 홈(202)이 배치되는 고정자(201); 및 바퀴살 형태로 반경 방향으로 배치된 영구 자석(204)이 내부에 마련된 회전자(208)를 포함하는 영구 자석 동기식 모터(200)로서,
    상기 영구 자석 동기식 모터(200)는 상기 회전자(208)의 사전 설정된 직경/길이 비율(DLV), 회전자 극 개수(210-n) 및 고정자 홈(202)의 개수에 기초하여, 사전 설정되고 제한된 최대 제동 토크(MTMAX)를 갖도록 구성되고,
    상기 회전자(208)는 적어도 하나의 회전자 패킷(209)을 구비하며, 회전자 패킷 개수(209-n)는 아래의 표
    Figure pat00002

    에 따라 회전자 길이(L)에 의해 좌우되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기식 모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 영구 자석 동기식 모터(200)는 9 개의 고정자 홈(202) 또는 12 개의 고정자 홈(202)을 구비하며, 상기 회전자(208)의 회전자 극 개수(210-n)는 6 개, 8 개, 10 개 또는 14 개인 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기식 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 회전자(208)의 사전 설정된 직경/길이 비율(DLV), 회전자 극 개수(210-n), 그리고 고정자 홈(202)의 개수는 아래의 표
    Figure pat00003

    에 따른 연관성을 갖는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기식 모터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자 패킷 개수(209-n)는 1보다 크며, 회전자 패킷(209)은 회전자 축선(207)을 중심으로 서로에 대해 상호 연결 각도(γ)만큼 회전되어 배치되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기식 모터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 상호 연결 각도(γ)는 아래의 표
    Figure pat00004

    에 따라 회전자(208)의 직경/길이 비율(DLV)에 의해 좌우되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기식 모터.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고정자(201)는 델타 연결(302; delta connection) 형태의 3상 권선부를 구비하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기식 모터.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고정자(201)는 성형 연결(300; star connection) 형태의 3상 권선부를 구비하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기식 모터.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 회전자(208)의 영구 자석(204)은 페라이트 자석, 희토류로 이루어진 재료, 또는 양자 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기식 모터.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 적어도 하나의 영구 자석 동기식 모터(200)를 포함하는 자동차의 전력 보조 조향 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 영구 자석 동기식 모터는 3상 전기 모터인 것인 영구 자석 동기식 모터.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012213465A1 (de) * 2012-07-31 2014-02-06 Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Permanentmagnet-Synchronmotor und Servolenkungsanordnung
JP2021523671A (ja) * 2018-07-27 2021-09-02 広東美芝制冷設備有限公司 永久磁石モータ、圧縮機及び空気調和機
IT201800010638A1 (it) * 2018-11-28 2020-05-28 Nidec Sole Motor Corp S R L Motore elettrico con circuito magnetico perfezionato per macchine lavabiancheria

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2059518A (en) * 1934-11-19 1936-11-03 Thomas J Harley Magneto rotor
US3564314A (en) * 1969-07-11 1971-02-16 Tri Tech Rotor-stator capsule construction
JPS63140645A (ja) 1986-12-03 1988-06-13 Fuji Electric Co Ltd 永久磁石付回転子
JPS6464548A (en) * 1987-09-03 1989-03-10 Fanuc Ltd Rotor construction of synchronous motor
JP2574007B2 (ja) * 1988-08-02 1997-01-22 ファナック株式会社 同期電動機のロータ
JP2000197290A (ja) * 1998-12-25 2000-07-14 Hitachi Ltd 永久磁石式回転電機及びそれを用いた電動車両
GB9903308D0 (en) 1999-02-13 1999-04-07 Trw Lucas Varity Electric Improvements relating to electrical power assisted steering assemblies
US6597078B2 (en) 2000-12-04 2003-07-22 Emerson Electric Co. Electric power steering system including a permanent magnet motor
JP4270942B2 (ja) * 2003-05-29 2009-06-03 株式会社日立製作所 電動機
US7157827B2 (en) * 2004-09-21 2007-01-02 A. O. Smith Corporation Spoke permanent magnet rotor
JP4558478B2 (ja) * 2004-12-28 2010-10-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 回転機のロータ，その製造方法及び電動パワーステアリング用モータ
JP4172514B2 (ja) * 2006-10-10 2008-10-29 ダイキン工業株式会社 圧縮機
JP2008228390A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Jtekt Corp ブラシレスモータおよびそれを備えた電動パワーステアリング装置
DE102007029157A1 (de) * 2007-06-25 2009-01-08 Robert Bosch Gmbh Synchronmotor mit 12 Statorzähnen und 10 Rotorpolen
DE102008042100A1 (de) * 2008-09-15 2010-03-18 Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Permanentmagnet-Synchronmotor und elektrische Servolenkung
JP5329902B2 (ja) 2008-10-10 2013-10-30 アスモ株式会社 回転電機のロータ構造
DE102009000681A1 (de) 2009-02-06 2010-08-12 Robert Bosch Gmbh Synchronmaschine
EP4032538A3 (en) 2009-03-02 2022-10-26 Massachusetts Institute of Technology Methods and products for in vivo enzyme profiling
DE102012213465A1 (de) * 2012-07-31 2014-02-06 Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Permanentmagnet-Synchronmotor und Servolenkungsanordnung

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US20150207370A1 (en) 2015-07-23
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