KR20200058646A - 차폐성능을 갖는 전기 모터 서브부품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차폐성능을 갖는 전기 모터 서브부품에 관한 것으로, 보다 구체적으로 레졸버 및 샤프트에 관한 것이다. 레졸버 고정자 및 레졸버 회전자로 구성되는 레졸버를 포함하되, 레졸버 고정자에 환형의 절연재가 포함되는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 모터 프레임 및 레졸버 고정자를 통해 유입되는 스위칭 노이즈를 차단할 수 있다. 한편, 모터 회전자 및 레졸버 사이에 위치하되 샤프트와 일체로 형성된 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 코일 자계의 영향으로 발생하는 자계 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있다.
Description
본 발명은 차폐성능을 갖는 전기 모터 서브부품에 관한 것으로, 보다 구체적으로 레졸버 및 샤프트에 관한 것이다.
환경보호를 위한 각국의 배기가스 배출 규제가 엄격해지면서 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV) 및 전기 자동차(EV)와 같은 친환경 자동차에 소비자들의 관심이 증가하고 있으며 이에 발을 맞추어 PE(Power-Electronics) 부품들의 출력밀도 및 에너지밀도를 개선하려는 연구개발 또한 이루어지고 있다.
특히, 모터의 동력성능을 극대화하려는 연구가 활발히 진행되고 있는데 설계요소 관점에서 성능 증대 및 원가절감을 가장 고려해야 하지만, 제어 관점에서 MCU(Motor Control Unit)가 전기 모터에 정확한 전류를 인가하도록 제어하는 것이 해당 모터의 성능을 극대화할 수 있다는 측면에서 매우 중요하다.
도 1은 종래 전기 모터의 서브부품 및 전기 모터를 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 종래 전기 모터의 서브부품은 모터 프레임(10), 레졸버 고정자(11), 레졸버 회전자(12), 샤프트(13) 및 볼트(111)를 포함하며, 전기 모터는 모터 고정자(14) 및 모터 회전자(15)로 구성된다. 레졸버(11,12)는 모터의 속도정보와 위상을 검출하여 모터 회전자(15)의 위치정보를 MCU(미도시)에 제공하며 MCU는 이에 기초하여 토크지령 및 속도지령을 생성한다.
레졸버가 모터 회전자의 위치정보를 정확히 검출하기 위해서는 스위칭 노이즈(N1) 및 자계(magnetic field) 노이즈(N2)에 의한 레졸버 출력신호의 외란을 최소화할 필요가 있다. 스위칭 노이즈(N1)는 MCU를 구성하는 인버터의 스위칭에 의해 발생하며 모터 프레임(10) 및 레졸버 고정자(11)를 통하여 모터 시스템 내부로 유입되며, 자계 노이즈(N2)는 토크 인가 시 모터 고정자(14)의 코일에서 발생하는 자계의 영향으로 발생하며 레졸버의 인덕턴스 성분을 교란시켜 고조파를 발생시킨다.
두 노이즈는 레졸버의 출력신호에 직간접적으로 영향을 주어 모터 회전자의 위치추정에 오차를 발생시키며 전류인가를 위한 좌표계를 정확히 형성하지 못하도록 방해한다. 또한, 입력에너지 대비 작은 출력을 냄으로써 효율 저하를 가져오며 진동을 유발시켜 차량의 NVH 성능을 저해할 수 있다. 해당이슈를 개선하기 위하여 전자기 차폐재를 모터에 추가설치하고 있지만 개선 효과가 크지 않으며 또한 추가비용이 발생하게 된다.
본 발명은 레졸버 출력신호의 왜곡을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레졸버 고정자 및 레졸버 회전자로 구성되는 레졸버를 포함하되 레졸버 고정자에 환형의 절연재가 포함될 수 있다.
바람직하게, 절연재는 플라스틱 소재일 수 있다.
바람직하게, 플라스틱 소재는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지일 수 있다.
바람직하게, 모터 회전자 및 레졸버 사이에 위치하되 샤프트와 일체로 형성된 플레이트를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 플레이트의 표면에 자성분말로 구성된 코팅층을 포함할 수 있다.
바람직하게, 플레이트는 원형일 수 있다.
바람직하게, 플레이트의 직경은 레졸버의 외경과 동일하거나 작을 수 있다.
본 발명은 레졸버 출력신호의 왜곡을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래 전기 모터의 서브부품 및 전기 모터를 나타낸 모식도이다.
도 2는 레졸버 출력신호를 FFT 분석법을 이용하여 주파수 분석한 자료이다. 도 2(a)는 스위칭 신호 off 및 토크 미인가 시의 분석자료이며 도 2(b)는 스위칭 신호 on 및 토크 인가 시 분석자료이다.
도 3은 도 2와 동일한 조건에서의 레졸버 리샤주 왜곡현상을 나타낸다.
도 4는 본 발명인 전기 모터의 서브부품 및 전기 모터를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레졸버 고정부를 나타내며 도 5(a)는 레졸버 고정부의 정면도이며 도 5(b)는 레졸버 고정부의 측 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 본 발명의 작용 및 효과를 나타낸다.
도 2는 레졸버 출력신호를 FFT 분석법을 이용하여 주파수 분석한 자료이다. 도 2(a)는 스위칭 신호 off 및 토크 미인가 시의 분석자료이며 도 2(b)는 스위칭 신호 on 및 토크 인가 시 분석자료이다.
도 3은 도 2와 동일한 조건에서의 레졸버 리샤주 왜곡현상을 나타낸다.
도 4는 본 발명인 전기 모터의 서브부품 및 전기 모터를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레졸버 고정부를 나타내며 도 5(a)는 레졸버 고정부의 정면도이며 도 5(b)는 레졸버 고정부의 측 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 본 발명의 작용 및 효과를 나타낸다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 레졸버 출력신호를 FFT 분석법을 이용하여 주파수 분석한 자료로서 도 2(a)는 스위칭 신호 off 및 토크 미인가 시 분석자료이며 도 2(b)는 스위칭 신호 on 및 토크 인가 시 분석자료이다. 도 3은 도 2와 동일한 조건에서의 레졸버 리샤주 왜곡현상의 발생 여부를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 스위칭 신호 on 및 토크 인가 시 스위칭 노이즈 및 자계 노이즈들이 유입됨을 확인할 수 있다. 도 3을 참조하면, 해당신호의 왜곡은 레졸버의 RDC(Resolver-Digital Conversion)에서 각 추정 시 오차를 유발하게 되며 레졸버 자동옵셋 편차를 허용범위 이상으로 발생시키므로 전류지령의 정확성을 저해하는 요인으로 작용한다. 따라서, 모터의 동력성능을 극대화하기 위해서는 스위칭 노이즈 및 자계 노이즈에 의한 왜곡을 최소화할 필요가 있다.
도 4는 본 발명인 전기 모터의 서브부품 및 전기 모터를 나타낸 모식도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레졸버 고정부를 나타내며 도 5(a)는 레졸버 고정부의 정면도이며 도 5(b)는 레졸버 고정부의 측 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명인 서브부품은 모터 프레임(10), 레졸버 고정자(11), 레졸버 회전자(12), 샤프트(13) 및 볼트(111)를 포함하며 전기 모터는 모터 고정자(14) 및 모터 회전자(15)를 포함한다. 본 발명의 특징은 레졸버 고정자(11) 및 레졸버 회전자(12)로 구성되는 레졸버를 포함하되, 레졸버 고정자(11)에 환형의 절연재(112)가 포함되는 것에 있다. 레졸버 고정자의 소재는 자기장 형성이 우수한 모터용 자성재료 (전기강판, Fe-Si3~4%)로 구성될 수 있다.
절연재는 내열성 및 내마모성을 갖는 플라스틱 소재일 수 있으며, 바람직하게 플라스틱 소재는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지일 수 있다. 절연재로 사용할 수 있는 에폭시 수지 및 아크릴 수지의 종류에는 특별한 제한이 없다.
한편, 레졸버 고정자 제작 시 금형을 통하여 몰딩함으로써 모터 제작 시 소요되는 추가 비용 및 시간을 절감할 수 있다. 본 발명인 레졸버 고정자의 제작은 레졸버 고정자를 몰딩소재가 들어갈 수 있는 치수를 비워둔 채, 두 부분으로 나누어 금형에 적층하는 단계, 적정두께로 적층한 후 고정자를 일정 두께로 형성한 다음 빈 공간을 몰딩 소재로 채워넣는 단계 및 몰딩 후 표면을 폴리싱하여 마감처리하는 단계로 진행될 수 있다. 몰딩소재가 들어갈 수 있는 치수는 레졸버 고정자의 두께 방향으로 레졸버 고정자의 두께와 동일하거나 더 클 수 있다.
본 발명에 따르면, 모터 회전자(15) 및 레졸버(11,12) 사이에 위치하되 샤프트(13)와 일체로 형성된 플레이트(131)를 더 포함할 수 있다. 플레이트의 위치는 특별히 제한받지 않으나 모터의 작동 및 코일의 자계에 부정적인 효과를 미치지 않으면서 레졸버의 모터 회전자의 위치정보 검출에 방해되지 않는 곳으로 정하는 것이 바람직하다. 샤프트 및 플레이트의 재질은 자성체이며 샤프트의 내구성을 증대시키기 위하여 침탄법을 적용할 수 있다.
플레이트의 표면에 자성분말로 구성된 코팅층을 포함할 수 있다. 플레이트의 차폐성능 즉 자기파의 흡수능력을 증대시키기 위함이며 자성분말은 Fe-Ni 하이플럭스(High Flux) 분말, Fe-Si 메가플럭스(Mega Flux), Fe-Al-Si 센더스트(Sendust) 분말 등을 사용하는 것이 바람직하다.
다른 구성과의 간섭을 제거하기 위해 플레이트는 원형일 수 있으며 플레이트가 원형인 경우 플레이트의 직경은 레졸버의 외경과 동일하거나 작을 수 있다.
도 6은 본 발명의 작용 및 효과를 나타낸다. 도 6에 기초하되 종래 전기 모터의 서브부품 등을 도시한 도 1 및 레졸버 고정부를 도시한 도 5를 함께 참조하여 본 발명의 작용 및 효과에 대해서 설명하기로 한다.
MCU를 구성하는 인버터의 스위칭으로부터 발생하되 모터 프레임(10) 및 레졸버 고정자(11)를 통하여 모터 시스템 내부로 유입되는 스위칭 노이즈(N1)는 레졸버 고정자(11)에 포함되는 절연재(12)에 의하여 차단되어 모터 시스템 내부로 유입되지 못한다.
샤프트(13)는 물론 레졸버 회전자(12)를 기준으로 방사형으로 절연재(12)가 위치함으로써 즉 절연재의 형상이 환형을 취함으로써 스위칭 노이즈(N1)의 유입 방향에 관계없이 스위칭 노이즈(N1)를 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 절연재(112)의 두께는 레졸버 고정자(11)의 두께와 동일하거나 클 수 있으므로 절연재(121)는 절연재(121)의 외주면과 접하고 있는 레졸버 고정자(11)의 어느 면으로 스위칭 노이즈(N1)가 유입되든지 이를 차단시킬 수 있다.
토크 인가 시 모터 고정자(14)의 코일에서 발생하는 자계의 영향으로 발생하는 자계 노이즈(N2)는 레졸버의 인덕턴스 성분을 교란시켜 고조파를 발생시키나, 모터 회전자(15) 및 레졸버(11, 12) 사이에 샤프트(13)와 일체로 형성된 플레이트(131)가 위치함에 따라 자계 노이즈(N2)를 차폐함으로써 모터 고정자(14) 내지 자계의 반대편에 위치하는 레졸버 고정자(11)에 이르지 못하게 됨으로써 자계 노이즈(N2)를 효과적으로 차단시킬 수 있다.
스위칭 노이즈(전기 노이즈)의 영향은 스위칭 속도에 비례해서 유입되며 그 크기는 모터의 기생 캐퍼시터 성분에 비례한다. 또한, 자기 노이즈(자계 노이즈)의 영향은 토크 인가 시 도통되는 전류의 크기에 비례한다. 전기차의 고성능화에 대응하기 위하여 모터의 기생 캐피시터, 스위칭 주파수 및 모터 속도의 증가에 의하여 스위칭 노이즈의 영향 또한 커지고 있다. 또한, 최대 토크 및 모터 용량이 함께 증가하는 추세에 있어 최대 전류량이 증가함에 따라 자기장의 영향 또한 커지고 있다. 본 발명에 따르면 전기차의 고성능화, 보다 구체적으로 모터의 동력 극대화를 이룰 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
10: 모터 프레임
11: 레졸버 고정자
111: 볼트 12: 레졸버 회전자
13: 샤프트 14: 모터 고정자
15: 모터 회전자 N1: 스위칭 노이즈
N2: 자계 노이즈 112: 절연재
131: 플레이트
111: 볼트 12: 레졸버 회전자
13: 샤프트 14: 모터 고정자
15: 모터 회전자 N1: 스위칭 노이즈
N2: 자계 노이즈 112: 절연재
131: 플레이트
Claims (7)
- 레졸버 고정자 및 레졸버 회전자로 구성되는 레졸버를 포함하되,
상기 레졸버 고정자에 환형의 절연재가 포함되는 것을 특징으로 하는 차폐성능을 갖는 전기 모터 서브부품.
- 제 1항에 있어서,
상기 절연재는 플라스틱 소재인 것을 특징으로 하는 차폐성능을 갖는 전기 모터 서브부품.
- 제 2항에 있어서,
상기 플라스틱 소재는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 차폐성능을 갖는 전기 모터 서브부품.
- 제 1항에 있어서,
모터 회전자 및 상기 레졸버 사이에 위치하되,
샤프트와 일체로 형성된 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차폐성능을 갖는 전기 모터 서브부품.
- 제 4항에 있어서,
상기 플레이트의 표면에 자성분말로 구성된 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 차폐성능을 갖는 전기 모터 서브부품.
- 제 4항에 있어서,
상기 플레이트는 원형인 것을 특징으로 하는 차폐성능을 갖는 전기 모터 서브부품.
- 제 6항에 있어서,
상기 플레이트의 직경은 상기 레졸버의 외경과 동일하거나 작은 것을 특징으로 하는 차폐성능을 갖는 전기 모터 서브부품.
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|---|---|---|---|---|
| KR20230078205A (ko) * | 2021-11-26 | 2023-06-02 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 차폐부 및 이를 포함하는 구동 장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101339239B1 (ko) | 2011-11-29 | 2013-12-09 | 기아자동차 주식회사 | 모터를 구비한 차량의 제어방법 |
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- 2018-11-19 KR KR1020180142542A patent/KR20200058646A/ko not_active Application Discontinuation
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Legal Events
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