KR20230015486A - 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3개의 센싱시그널에 기초하여 로터 위치 감지장치로서, 센싱마그넷의 궤도에 정렬되어 일정 간격으로 배치되어 상기 센싱마그넷의 의 회전에 따른 자속 변화를 검출하는 복수 개의 센서 중 적어도 1개의 임의의 센서를 제외한 나머지 센서 중 연속하여 인접하는 3개의 센서로 이루어지는 서브센서군을 포함하는 센서부및 상기 센서부에서 검출된 센싱시그널에 기초하여 로터의 위치를 감지하는 제어부를 포함하는 로터 위치 감지장치를 제공하여, 연속하여 인접하는 3개의 센서로 이루어지는 서브센서군을 포함하는 센서부를 통해 어느 센서에 고장이 발생한 경우에도, 로터의 위치를 감지할 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

Description

로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터{DETECTING DEVICE FOR SENSING THE ROTOR POSITION AND MOTOR HAVING THE SAME}
본 발명은 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 센싱마그넷을 포함하는 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.
일반적으로, 모터는 로터와 스테이터의 전자기적 상호작용에 의해 로터가 회전하게 된다. 이때, 로터에 삽입된 회전축도 회전하게 되어 회전 구동력을 발생시킨다.
로터 위치 감지장치로서, 모터의 내측에는 자기소자를 포함하는 센서가 배치된다. 센서는 로터와 회전 연동 가능하게 설치된 센싱마그넷의 자기력을 감지하여 로터의 현재 위치를 파악한다.
일반적으로, 3상 브러시리스(brushless) 모터의 경우, 이러한 센서가 최소 3개가 필요하다. U,V,W상의 정보를 얻는 3개의 센싱시그널이 필요하기 때문이다. 그러나. 3개의 센서 중 하나라도 고장이 나면 로터 위치 감지장치 전체가 구동이 불가한 문제점이 있다. 특히, 센서의 고장이 빈번한 점을 고려할 때, 하나의 센서 고장으로 인하여 로터 위치 감지장치 전체를 교체하여 하기 때문에 경제적 손실이 큰 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일부 센서의 고장에도 구동이 가능한 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 특히, 기존의 별도의 추가 구조 없이 기존 PCB 상에서 구동이 가능한 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 3개의 센싱시그널에 기초하여 로터 위치 감지장치로서, 센싱마그넷의 궤도에 정렬되어 일정 간격으로 배치되어 상기 센싱마그넷의 의 회전에 따른 자속 변화를 검출하는 복수 개의 센서 중 적어도 1개의 임의의 센서를 제외한 나머지 센서 중 연속하여 인접하는 3개의 센서로 이루어지는 서브센서군을 포함하는 센서부 및 상기 센서부에서 검출된 센싱시그널에 기초하여 로터의 위치를 감지하는 제어부를 포함하는 로터 위치 감지장치를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 복수 개의 센서 중 임의의 적어도 1개의 센서가 고장인 경우, 상기 서브센서군에 검출된 센싱시그널에 기초하여 로터의 위치를 감지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 서브센서군은 상기 복수 개의 센서 중 적어도 2개의 임의의 센서를 제외한 나머지 센서 중 연속하여 인접하는 3개의 센서로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 복수 개의 센서 중 임의의 2개의 센서가 고장인 경우, 상기 서브센서군에 검출된 센싱시그널에 기초하여 로터의 위치를 감지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서부는 7개의 상기 센서로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 복수 개의 센서 중 임의의 2개의 센서가 고장인 경우, 상기 서브센서군에 검출된 센싱시그널에 기초하여 로터의 위치를 감지할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 발명은, 하우징과, 상기 하우징에 배치되는 스테이터와, 상기 스테이터 내부에 배치되는 로터와, 상기 로터에 결합하는 샤프트와, 상기 로터 위에 배치되는 센싱마그넷 및 상기 센싱마그넷에 인접하여 배치되고, 상기 센싱마그넷의 궤도에 정렬되어 일정 간격으로 배치되어 상기 센싱마그넷의 의 회전에 따른 자속 변화를 검출하는 복수 개의 센서 중 적어도 1개의 임의의 센서를 제외한 나머지 센서 중 연속하여 인접하는 3개의 센서로 이루어지는 서브센서군을 포함하는 센서부 및, 상기 센서부에서 검출된 센싱시그널에 기초하여 로터의 위치를 감지하는 제어부를 포함하는 로터 위치 감지장치를 포함하는 모터를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 모터로서, 상기 서브센서군은 상기 복수 개의 센서 중 적어도 2개의 임의의 센서를 제외한 나머지 센서 중 연속하여 인접하는 3개의 센서로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 모터로서, 상기 제어부는 상기 복수 개의 센서 중 임의의 2개의 센서가 고장인 경우, 상기 서브센서군에 검출된 센싱시그널에 기초하여 로터의 위치를 감지할 수 있다.
바람직하게는, 모터로서, 상기 센서부는 7개의 상기 센서로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연속하여 인접하는 3개의 센서로 이루어지는 서브센서군을 포함하는 센서부를 통해 어느 센서에 고장이 발생한 경우에도, 로터의 위치를 감지할 수 있는 유리한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 서브센서군을 포함하는 7개의 센서로 이루어지는 센서부를 구비하여, 구동 안정성을 크게 향상시킨 유리한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존 PCB 상에 센서를 추가하여 서브센서군 구현함으로써, 구조를 단수화하고, 제조 비용을 크게 줄이는 유리한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 개념도,
도 2는 센싱마그넷을 도시한 도면,
도 3은 센싱시그널을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 로터 위치 감지장치를 도시한 도면,
도 5는 센싱마그넷에 정렬된 센서를 도시한 도면,
도 6은 서브센서군을 도시한 도면,
도 7은 서브센서군의 다른례를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 개념도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 로터 위치 감지장치(100)와, 하우징(200)과, 하우징(200)의 내측에 배치된 스테이터(300)와, 스테이터(300)에 회전 가능하게 배치된 로터(400), 및 로터(400)에 관통 삽입되어 연동 회전하는 샤프트(500)와, 센싱마그넷(600)을 포함할 수 있다.
하우징(200)은 원통형상으로 형성되어 내부에 스테이터(300)와 로터(400)가 장착될 수 있는 공간이 마련된다. 이때, 하우징(200)의 형상이나 재질은 다양하게 변형될 수 있으나 고온에서도 잘 견딜 수 있는 금속재질이 선택될 수 있다.
하우징(200)은 커버(110)와 결합되어 스테이터(300)와 로터(400)를 외부와 차폐한다. 또한, 내부 열을 용이하게 배출할 수 있도록 냉각 구조(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다. 이러한 냉각 구조는 공냉 또는 수냉 구조가 선택될 수 있으며, 냉각 구조에 따라 하우징(200)의 형상은 적절히 변형될 수 있다.
스테이터(300)는 하우징(200)의 내부 공간에 삽입된다. 스테이터(300)는 스테이터 코어(210) 및 스테이터 코어(210)에 권취되는 코일(220)을 포함할 수 있다. 스테이터 코어(210)는 링 형상으로 형성된 일체형 코어이거나, 또는 공개특허 복수 개의 분할 코어가 결합된 코어일 수도 있다.
스테이터(300)는 모터의 종류에 따라 적절히 변형될 수 있다. 예를 들면, DC 모터인 경우에는 일체형 스테이터 코어에 코일이 권취될 수 있으며, 3상 제어 모터인 경우에는 복수 개의 코일에 U, V, W 상이 각각 입력되도록 제작될 수도 있다.
로터(400)는 스테이터(300)와 회전 가능하게 배치된다. 로터(400)는 마그넷이 장착되어 스테이터(300)와의 전자기적 상호작용에 의해 회전한다.
로터(400)의 중앙부에는 샤프트(500)이 결합된다. 따라서, 로터(400)가 회전하는 경우 샤프트(500)도 같이 회전한다. 이때, 샤프트(500)은 베어링에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
샤프트(500)은 외부 기구물과 결합되어 동력을 제공한다. 일 예로 EPS 모터인 경우 샤프트(500)은 차량의 조향축에 연결되어 조향을 보조하는 동력을 제공할 수 있다.
로터 위치 감지장치(100)는 샤프트(500)과 연동 회전하는 센싱마그넷(600)의 자속 변화를 검출함으로써 로터(400)의 회전 위치를 검출한다. 인쇄회로기판에 배치된 센서(610)는 센싱마그넷(600)과 이격 배치되어 자속 변화에 따른 회전각도를 계산할 수 있다. 센서(610)는 홀 IC(Hall IC)일 수 있다.
도 2는 센싱마그넷을 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 센싱마그넷(600)은 센싱플레이트(700)에 안착될 수 있다. 센싱플레이트(700)는 샤프트(500)에 결합하여 회전한다.
센싱마그넷(600)은 원판 형상으로 형성되고, 그 중앙에 배치되는 메인마그넷(611)과, 가장자리에 배치되는 서브마그넷(612)을 포함할 수 있다. 메인마그넷(611)은 분할 링 형상으로 형성된 복수 개의 분할마그넷(611a)을 포함한다. 분할 마그넷(611a)의 개수(극수)는 로터 마그넷의 개수(극수)와 동일하게 배치되어 로터의 회전을 검출할 수 있도록 구성된다.
서브마그넷(612)은 원판의 가장자리에 배치되며 메인마그넷(611)보다 많은 개수(극수)를 포함한다. 이에 따라 메인마그넷(611)의 하나의 극(분할 마그넷)을 더 세분화하여 분해한다. 따라서, 회전량의 검출을 더욱 정밀하게 측정하게 측정할 수 있다.
로터 위치 감지장치(100)는 이러한 센싱마그넷(600)의 회전에 따른 자속의 변화를 감지하여 로터(400)의 위치를 감지하는 복수 개의 센서(610)를 포함할 수 있다.
센싱마그넷(600)의 메인마그넷(611)은 로터(400)의 마그넷과 대응되게 마련되기 때문에 로터(400)의 위치를 감지하기 위해서는 메인마그넷(611)의 자속의 변화를 감지하여야 한다. 이를 위해 로터 위치 감지장치(100)는 메인마그넷(611)의 자속을 감지하는 센서(610)가 마련될 수 있다.
도 3은 센싱시그널을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 로터 위치 감지장치(100)에서는 메인마그넷(611)의 자속의 변화를 감지하여 3개의 센싱시그널(S1,S2,S3)을 감지할 수 있다. 그리고 추가적으로, 서브마그넷(612)의 자속을 변화를 감지하여 2개의 센싱시그널(E1,E2)를 감지할 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 메인마그넷(611)은 로터(400)에 결합된 마그넷이 그대로 모사되어 있기 때문에, 메인마그넷(611)을 기준으로 하는 자속 변화를 감지하여 로터(400)의 위치를 감지할 수 있다. 이러한 센싱시그널(S1,S2,S3)은 모터의 초기 구동에 사용될 수 있는 것으로, 각각 U,V,W상의 정보를 피드백 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 로터 위치 감지장치를 도시한 도면이고, 도 5는 센싱마그넷에 정렬된 센서를 도시한 도면이다.
이러한, 도 4 및 도 5는 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 4를 참조하면, 로터 위치 감지장치는, 센서부(110)와 제어부(120)를 포함할 수 있다.
센서부(110)는 복수 개의 센서(111)를 포함한다. 센서(111)는 메인마그넷(611)의 N극과 S극의 변화를 감지하여 센싱시그널을 생성한다. 제어부(120)는 센서부(110)에서 생성된 센싱시그널에 기초하여 로터(400)의 위치를 감지한다.
이러한 센서부(110)와 제어부(120)는 PCB(S)에 실장될 수 있다.
도 5에서 도시한 바와 같이, PCB(S)의 형태는 센싱마그넷(600)의 배열에 대응하여 환형의 구현될 수 있다. 센서부(110)의 복수 개의 센서(111)는 메인마그넷(611)의 배열에 정렬되어 메인마그넷(611)의 궤도상에 일정 간격마다 배치될 수 있다.
도 6은 서브센서군을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 센서부(110)는 서브센서군(P)을 포함할 수 있다. 서브센서군(P)이란, 센서부(110)의 복수 개의 센서(111) 중 적어도 임의의 1개의 센서를 제외한 나머지 센서 중 메인마그넷(611)의 궤도 상에서 연속하여 인접하는 3개의 센서를 의미한다.
이러한 서브센서군(P)은 어떤 센서가 고장 난 경우에도, U,V,W 상의 연속된 센싱시그널을 생성할 수 있고, 제어부(120)는 이러한 센싱시그널에 기초하여 로터 위치 감지장치를 구동시키는 역할을 한다.
도 6에서 도시한 바와 같이, 센서부(110)는 모두 7개의 센서(111)를 포함할 수 있다. 7개의 센서(111) 중 상호 인접하는 2개의 센서(111a,111b)가 고장인 경우, 연속하여 인접하는 3개의 센서로 이루어진 서브센서군(P)에는 U,V,W 상의 연속된 센싱시그널을 생성할 수 있다. 동일한 PCB(S) 상에서 2개의 센서(111a,111b)가 고장인 경우는 매우 드물기 때문에 7개의 센서(111)로 센서부(110)를 구성한 경우, 매우 안정적으로 로터 위치 감지장치를 구동시킬 수 있다.
제어부(120)는 2개의 센서(111a,111b)가 고장인 경우에도, 서브센서군(P)에 생성된 3개의 센싱시그널에 기초하여 로터(400)의 위치를 감지할 수 있다.
도 7은 서브센서군의 다른례를 도시한 도면이다.
도 7에서 도시한 바와 같이, 센서부(110)는 모두 7개의 센서(111)를 포함할 수 있으며, 7개의 센서(111) 중 상호 떨어져 있는 2개의 센서(111a,111b)가 고장인 경우에도, 연속하여 인접하는 3개의 센서로 이루어진 서브센서군(P)에서 U,V,W 상의 연속된 센싱시그널을 생성할 수 있다.
즉, 7개의 센서(111) 중 2개 이하의 어느 센서가 고장이더라도, 제어부(120)는 서브센서군(P)을 통해 로터(400)의 위치를 감지할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 로터 위치 감지장치 및 이를 포함하는 모터에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
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: 로터 위치 감지장치
110: 센서부
111: 센서
120: 제어부
200: 하우징
300: 스테이터
400: 로터
500: 샤프트
600: 센싱마그넷
611: 메인마그넷
612: 서브마그넷
700: 센싱플레이트

Claims (10)

  1. 스테이터;
    상기 스테이터 내부에 배치되는 로터;
    상기 로터에 결합하는 샤프트;
    상기 샤프트에 결합되어 로터 위에 배치되는 센싱마그넷; 및
    상기 센싱마그넷에 인접하여 배치되는 센싱부를 포함하고,
    상기 센싱부는 기판과 상기 기판 상에 배치되는 복수의 센서를 포함하고,
    상기 복수 개의 센서는 원주 방향으로 제1 간격으로 연속하여 배치된 3개의 센서로 각각 구성된 제1 센서군과 제2 센서군을 포함하고,
    상기 제1 센서군 중 어느 하나의 센서가 동작 불능시 제2 센서군의 3개의 센서로 센싱시그널을 생성하고,
    상기 제2 센서군 중 어느 하나의 센서가 동작 불능시 제1 센서군의 3개의 센서로 센싱시그널을 생성하는 모터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 호형의 내측 에지와, 반경방향을 기준으로 상기 내측 에지의 외측에 배치되는 호형의 외측 에지를 포함하고,
    상기 제1 센서군 및 상기 제2 센서군은 반경방향으로 기준으로 상기 외측 에지보다 상기 내측 에지에 가깝게 배치되는 모터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 센서군과 상기 기판의 에지의 원주방향 최단 간격과 상기 제2 센서군과 상기 기판의 에지의 원주방향 최단 간격이 상이한 모터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 센서는 동일한 원주 상에 배치되는 모터.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 센싱마그넷은 메인마그넷과 상기 메인마그넷의 외측에 배치되는 서브마그넷을 포함하고,
    상기 복수 개의 센서는 상기 메인마그넷에 정렬되어 상기 메인마그넷의 궤도상에 배치되는 모터.
  6. 스테이터;
    상기 스테이터 내부에 배치되는 로터;
    상기 로터에 결합하는 샤프트;
    상기 샤프트에 결합되어 로터 위에 배치되는 센싱마그넷; 및
    상기 센싱마그넷에 인접하여 배치되는 센싱부를 포함하고,
    상기 센싱부는 기판과 상기 기판 상에 배치되는 복수의 센서를 포함하고,
    상기 복수 개의 센서는 원주 방향으로 제1 간격으로 연속하여 배치된 3개의 센서로 각각 구성된 제1 센서군과 제2 센서군을 포함하고,
    상기 제1센서군과 상기 제2 센서군의 원주 방향의 최단 간격이 상기 제1 간격보다 큰 모터.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 기판은 호형의 내측 에지와, 반경방향을 기준으로 상기 내측 에지의 외측에 배치되는 호형의 외측 에지를 포함하고,
    상기 제1 센서군 및 상기 제2 센서군은 반경방향으로 기준으로 상기 외측 에지보다 상기 내측 에지에 가깝게 배치되는 모터.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 센서군과 상기 기판의 에지의 원주방향 최단 간격과 상기 제2 센서군과 상기 기판의 에지의 원주방향 최단 간격이 상이한 모터.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 복수 개의 센서는 동일한 원주 상에 배치되는 모터.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 센싱마그넷은 메인마그넷과 상기 메인마그넷의 외측에 배치되는 서브마그넷을 포함하고,
    상기 복수 개의 센서는 상기 메인마그넷에 정렬되어 상기 메인마그넷의 궤도상에 배치되는 모터.
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