KR20170070584A - 모터 위치센서 마운팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 위치센서 마운팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 위치센서인 레졸버를 전자기 노이즈를 개선하기 위한 구조로 장착할 수 있도록 한 모터 위치센서 마운팅 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 레졸버를 포함하는 레졸버 스테이터를 모터 하우징에 고정시키기 위하여 별도의 고정 플레이트를 적용함으로써, 모터 스테이터와 레졸버 스테이터 간의 축방향(Axial) 자기절연(쉴드) 거리를 증대시킬 수 있고, 그에 따라 레졸버 스테이터로 자속 성분이 누설되는 현상을 방지하여 모터 위치센서인 레졸버의 영구자석 절대위치에 대한 검출이 정확하게 이루어질 수 있도록 한 모터 위치센서 마운팅 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

모터 위치센서 마운팅 장치{Device for mounting motor position sensor}

본 발명은 모터 위치센서 마운팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 위치센서인 레졸버를 전자기 노이즈를 개선하기 위한 구조로 장착할 수 있도록 한 모터 위치센서 마운팅 장치에 관한 것이다.

전기자동차 및 하이브리드 자동차 등과 같은 친환경 차량에 탑재되는 주행용 구동모터는 대부분 영구자석형 동기모터(PMSM)가 적용되고 있다.

상기 영구자석형 동기모터는 자석의 위치에 따라 IPM(Interior Permanent Magnet, 매입형 영구자석)과 SPM(Surface-mounted Permanent Magnet, 표면부착형 영구자석)으로 분류되고, 마그넷/릴럭턴스 토크를 적절히 이용하여 차량을 구동시킨다.

이러한 영구자석형 동기모터는 토크를 발생시키기 위해서 모터의 회전자가 회전하는 매 순간마다 영구자석에 대한 절대위치 검출이 절대적으로 필요하고, 이 절대 위치를 검출하는 센서를 레졸버라 한다.

상기 레졸버는 구동모터용 위치센서로서 주된 기능은 모터의 영구자석 절대위치를 검출하는데 있고, 그 작동원리는 기본적으로 변압기 원리이며, 구체적으로는 가변 릴럭턴스(VR Type)형 로터리 트랜스포머(Rotary Transformer)이다.

상기 레졸버 신호는 입력 1상 및 출력 2상으로 구성되고, AC 입력전원이 인가되면 로터 형상에 의해 결정되는 스테이터-로터간 갭 퍼미언스(Gap Permeance) 변화에 의해 정형파 진폭변조 형태로 출력신호가 유기된다.

이때, 상기 레졸버의 출력신호의 진폭(Amplitude) 및 내부 캐리어(Carrier) 신호의 입/출력간 동상, 역상 변화를 이용하여 모터 영구자석 절대위치를 검출하게 된다.

여기서, 종래의 레졸버 장착 구조를 살펴보면 다음과 같다.

친환경 차량 등에 탑재되는 구동모터의 효율적인 제어를 위해 레졸버에 의한 정밀한 영구자석 위치검출은 필수적이다.

첨부한 도 1은 모터 내 레졸버 배치도 및 자기 노이즈 유입경로(쉴드거리)를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2 및 도 3은 종래의 레졸버 스테이터 형상 및 그 장착 방법을 나타내며, 도 4는 종래의 레졸버 스테이터가 장착된 상태의 단면도를 나타낸다.

도 1에서 보듯이, 상기 레졸버(10)는 레졸버 노이즈 소스인 구동모터의 스테이터(20)와의 자기절연(쉴드) 거리를 유지하여 장착되어야 한다.

도 2에서 보듯이, 상기 레졸버(10)는 레졸버 장착을 위한 골격체인 레졸버 스테이터(12)에 일체로 부착되고, 이 레졸버 스테이터(12)에는 여러개의 볼트체결홀(14)이 형성된다.

따라서, 도 3 및 도 4에서 보듯이 상기 레졸버 스테이터(12)를 모터 하우징(16)의 안착부에 밀착시킨 다음, 레졸버 스테이터(12)의 볼트 체결홀(14)과 모터 하우징(16)의 안착부(17, 레졸버 스테이터가 장착되기 위하여 밀착되는 표면)에 형성된 볼트 체결홀(15)에 볼트(18)를 체결함으로써, 레졸버 스테이터(12)가 하우징(16)에 체결되는 상태가 된다.

이때, 도 4에서 보듯이 상기 레졸버 스테이터(12)에 일체로 부착된 레졸버(10)는 레졸버 노이즈 소스인 구동모터의 스테이터(20)와의 자기절연(쉴드) 거리로서 약 28mm를 유지하게 된다.

그러나, 1차(입력)측 전원에 의해 발생하는 자속의 변화에 의해 2차(출력)측 전압을 만드는 레졸버 특성상 외부에서 자기 노이즈 유입시, 레졸버 출력신호는 왜곡되고, 그에 따라 영구자석 위치검출 정밀도는 떨어지는 문제점이 있다.

이렇게 자기 노이즈 유입에 따라 영구자석 위치검출 정밀도가 떨어지는 이유는 첫째, 차량 엔진룸내 파워트레인에 장착되는 구동모터는 장착 패키지 조건이 제한적이고, 제한된 공간에 모터 내부 부품을 배치해야 하기 때문에 레졸버 노이즈 소스(구동모터 스테이터)와의 자기절연(쉴드) 거리를 원하는 만큼 확보하는 것이 어렵기 때문이다.

둘째, 상기 레졸버는 스테이터와 로터로 구분되는데, 레졸버 스테이터의 사이즈(Size)는 레졸버 로터의 내경을 결정짓는 샤프트 사이즈(Size)에 의해 결정되기 때문이다.

즉, 종래의 레졸버는 로터와 스테이터를 포함하여 반경 방향으로 보통 27~32mm의 사이즈를 필요로 하며, 예를들어 레졸버 로터 외경(샤프트 외경)이 Φ55mm면 레졸버 스테이터의 외경은 120mm 수준이 되어야 하므로, 이렇게 레졸버 스테이터의 사이즈가 결정된 상태에서는 레졸버와 자기 노이즈 소스(구동모터 스테이터) 간의 자기절연(쉴드) 거리를 원하는 만큼 증대시키는 것이 어렵기 때문이다.

더욱이, 도 3 및 도 4에서 보듯이 상기 레졸버 스테이터(12)의 외경 사이즈는 모터 하우징(16)의 안착부(17, 볼트체결홀이 형성된 부분)의 외경 궤적과 맞아야만, 레졸버 스테이터(12)를 하우징의 안착부(17)에 밀착시켜 볼팅할 수 있으므로, 레졸버 스테이터의 사이즈가 결정된 상태에서 레졸버와 자기 노이즈 소스(구동모터 스테이터) 간의 자기절연(쉴드) 거리를 원하는 만큼 증대시킬 수 없다.

따라서, 종래의 레졸버 장착 구조에서는 모터 스테이터 인가전류에 의해 발생되는 자속 성분이 레졸버 스테이터로 누설되어, 레졸버 출력신호를 왜곡시킴으로써, 레졸버의 영구자석 절대위치 검출의 정밀도 저하를 초래하고, 결국 레졸버 위치검출 정밀도 저하시 구동모터 제어불가 및 제어성능 저하로 인하여 모터(차량) 운전성 및 효율 저하, 연비 저하 등의 문제점이 따르게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 레졸버를 포함하는 레졸버 스테이터를 모터 하우징에 고정시키기 위하여 별도의 고정 플레이트를 적용함으로써, 모터 스테이터와 레졸버 스테이터 간의 축방향(Axial) 자기절연(쉴드) 거리를 증대시킬 수 있고, 그에 따라 레졸버 스테이터로 자속 성분이 누설되는 현상을 방지하여 모터 위치센서인 레졸버의 영구자석 절대위치에 대한 검출이 정확하게 이루어질 수 있도록 한 모터 위치센서 마운팅 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 모터 하우징의 안착부 외경 궤적과 일치하는 외경을 가짐과 함께 원주방향을 따라 볼트체결홀이 형성된 고정플레이트를 구비하고, 상기 모터 하우징의 안착부와 고정플레이트 사이에 레졸버 스테이터를 밀착 배치하여, 상기 고정플레이트의 볼트체결홀과 상기 모터 하우징의 안착부에 형성된 볼트체결홀에 볼트를 체결하여서 된 것을 특징으로 하는 모터 위치센서 마운팅 장치를 제공한다.

특히, 상기 레졸버 스테이터는 모터 하우징의 안착부 외경 궤적에 비하여 작은 외경으로 구비되어, 레졸버 스테이터에 일체로 부착된 레졸버와 구동모터 스테이터 간의 자기절연 거리가 증대되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고정플레이트는 비자성 재료로 성형된 것임을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 고정플레이트는 서스(SUS) 재질로 성형된 것임을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 레졸버 스테이터를 모터 하우징에 고정시키기 위하여 별도의 고정 플레이트를 사용함으로써, 모터 스테이터와 레졸버 스테이터 간의 축방향(Axial) 자기절연(쉴드) 거리를 증대시킬 수 있다.

둘째, 자기 노이즈 소스인 모터 스테이터와 레졸버 스테이터 간의 축방향(Axial) 자기절연(쉴드) 거리를 증대시킴으로써, 레졸버 스테이터로 자속 성분이 누설되는 현상을 방지할 수 있고, 그에 따라 모터 위치센서인 레졸버의 제 기능으로서 영구자석 절대위치에 대한 검출이 정확하게 이루어질 수 있다.

도 1은 모터 내 레졸버 배치도 및 자기 노이즈 유입경로(쉴드거리)를 설명하기 위한 개념도,
도 2는 종래의 레졸버 스테이터 형상을 나타낸 사시도,
도 3은 종래의 레졸버 스테이터가 장착된 상태를 나타낸 사시도,
도 4는 종래의 레졸버 스테이터가 장착된 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 레졸버 스테이터를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 레졸버 스테이터 장착용 고정플레이트를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 레졸버 스테이터 장착 과정을 도시한 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 레졸버 스테이터 장착 상태를 도시한 단면도.
도 9는 종래의 레졸버 스테이터 장착 상태에서의 레졸버 입출력 파형과, 본 발명의 레졸버 스테이터 장착 상태에서의 레졸버 입출력 파형을 비교한 파형도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 레졸버 스테이터를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 레졸버 스테이터 장착용 고정플레이트를 도시한 사시도이다.

도 5에서 보듯이, 본 발명에 따른 레졸버 스테이터(12)는 원형 링 타입 형상으로 형성되고, 소정 위치에 레졸버(10)가 일체로 부착된 구조로 구비된다.

본 발명의 레졸버 스테이터(12)는 기존의 레졸버 스테이터 구조와 비교하여 볼트체결홀이 삭제된 구조이면서 보다 작은 직경으로 구비되고, 또한 모터 하우징의 안착부 외경 궤적에 비하여 보다 작은 직경으로 구비된다.

도 6에서 보듯이, 본 발명의 레졸버 스테이터(12)를 장착 고정시키기 위한 수단으로서, 별도의 고정플레이트(30)가 원형 링 형상의 판체 구조로 성형 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 고정플레이트(30)는 모터 하우징의 안착부 외경 궤적과 일치하는 외경을 가짐과 함께 원주방향을 따라 볼트체결홀(32)이 관통 형성된 구조로 구비된다.

여기서, 상기 고정플레이트를 이용한 레졸버 스테이터의 장착 과정을 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 7은 본 발명에 따른 레졸버 스테이터 장착 과정을 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 레졸버 스테이터 장착 상태를 도시한 단면도이다.

먼저, 모터 하우징(16)에 형성된 안착부(17) 안쪽에 레졸버 스테이터(12)를 안착시킨다.

이때, 본 발명의 레졸버 스테이터(12)는 기존의 레졸버 스테이터 구조와 비교하여 볼트체결홀이 삭제된 구조이고, 또한 모터 하우징(16)의 볼트 체결홀(15)을 갖는 안착부(17) 외경 궤적에 비하여 보다 작은 직경으로 구비되어, 도 7에서 보듯이 안착부(17) 안쪽에 안착된다.

이어서, 상기 레졸버 스테이터(12)를 장착 고정시키기 위한 수단인 고정플레이트(30)를 레졸버 스테이터(12)를 커버링하면서 모터 하우징(16)의 안착부(17)에 안착시킨다.

이때, 도 7에서 볼 수 있듯이 상기 고정플레이트(30)는 모터 하우징(16)의 볼트체결홀(15)을 갖는 안착부(17) 외경 궤적과 일치하는 외경을 가지고, 원주방향을 따라 안착부(17)의 볼트 체결홀(15)과 일치하는 볼트체결홀(32)이 관통 형성되며, 또한 레졸버 스테이터(12)의 외주 영역을 커버링하며 가압하는 크기로 구비된다.

이에, 상기 레졸버 스테이터(12)는 모터 하우징(16)과 고정플레이트(30) 사이에 밀착 배치된 상태가 된다.

한편, 상기 고정플레이트(30)는 레졸버 노이즈 소스인 구동모터의 스테이터(20)로부터 자기 노이즈가 유입되더라도, 자기 노이즈에 영향을 받지 않는 비자성 재료로 성형 구비되며, 예를 들어 비자성 재료인 서스(SUS) 재질로 구비된다.

다음으로, 상기 고정플레이트(30)의 볼트체결홀(32)과 상기 모터 하우징(16)의 안착부(17)에 형성된 볼트체결홀(15)에 볼트(18)를 체결함으로써, 상기 레졸버 스테이터(12)가 모터 하우징(16)과 고정플레이트(30) 사이에 밀착 고정되는 상태가 된다.

따라서, 상기 모터 하우징(16)과 고정플레이트(30) 사이에 밀착 고정된 레졸버 스테이터(12)는 모터 하우징(16)의 안착부(17) 외경 궤적에 비하여 작은 외경으로 구비되어, 첨부한 도 8에서 보듯이 레졸버 스테이터(12)에 일체로 부착된 레졸버(10)와 구동모터의 스테이터(20) 간의 자기절연 거리가 기존 약 28mm 에서 약 35mm로 증대될 수 있다.

본 발명의 시험예로서, 종래의 레졸버 스테이터 장착 상태에서의 레졸버 입출력 파형과, 본 발명의 레졸버 스테이터 장착 상태에서의 레졸버 입출력 파형을 비교하였는 바, 그 결과는 첨부한 도 9의 파형도에 도시한 바와 같다.

도 9에서 보듯이, 종래의 레졸버 스테이터 장착 상태에서의 레졸버 입출력 파형에는 레졸버 스테이터로 유입되는 자기 노이즈에 의하여 노이즈가 발생하였지만, 고정플레이트를 이용한 본 발명의 레졸버 스테이터 장착 상태에서는 레졸버 입출력 파형에 노이즈가 미발생됨을 알 수 있었다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 레졸버 스테이터(12)를 모터 하우징(16)에 고정시키기 위하여 별도의 고정 플레이트(30)를 사용함으로써, 모터 스테이터(20)와 레졸버 스테이터(12) 간의 축방향(Axial) 자기절연(쉴드) 거리를 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 모터 스테이터로부터 레졸버 스테이터로 자속 성분이 누설되는 현상을 방지할 수 있고, 그에 따라 모터 위치센서인 레졸버의 제 기능으로서 영구자석 절대위치에 대한 검출이 항상 정확하게 이루어질 수 있다.

10 : 레졸버
12 : 레졸버 스테이터
14 : 볼트체결홀
15 : 볼트체결홀
16 : 모터 하우징
17 : 안착부
18 : 볼트
20 : 구동모터의 스테이터
30 : 고정플레이트
32 : 볼트체결홀

Claims (4)

1. 모터 하우징의 안착부 외경 궤적과 일치하는 외경을 가짐과 함께 원주방향을 따라 볼트체결홀이 형성된 고정플레이트를 구비하고, 상기 모터 하우징의 안착부와 고정플레이트 사이에 레졸버 스테이터를 밀착 배치하여, 상기 고정플레이트의 볼트체결홀과 상기 모터 하우징의 안착부에 형성된 볼트체결홀에 볼트를 체결하여서 된 것을 특징으로 하는 모터 위치센서 마운팅 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 레졸버 스테이터는 모터 하우징의 안착부 외경 궤적에 비하여 작은 외경으로 구비되어, 레졸버 스테이터에 일체로 부착된 레졸버와 구동모터 스테이터 간의 자기절연 거리가 증대되는 것을 특징으로 하는 모터 위치센서 마운팅 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정플레이트는 비자성 재료로 성형된 것임을 특징으로 하는 모터 위치센서 마운팅 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정플레이트는 서스(SUS) 재질로 성형된 것임을 특징으로 하는 모터 위치센서 마운팅 장치.

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