KR101417416B1

KR101417416B1 - 레졸버용 스테이터 및 이를 포함하는 레졸버

Info

Publication number: KR101417416B1
Application number: KR1020120131094A
Authority: KR
Inventors: 나병철; 이원용
Original assignee: 대성전기공업 주식회사
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-07-08
Also published as: KR20140064125A

Abstract

본 발명의 레졸버용 스테이터는, 원주방향으로 일정 간격으로 다수의 슬롯이 형성되고 상기 다수의 슬롯에 각각 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 권선되는 레졸버용 스테이터로서, 상기 여자코일은 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖고서 권선되고, 상기 제1 출력코일의 전체 권선수를 일정 비율로 나눈 권선수가 권선된 후, 상기 제2 출력코일이 권선되고, 다시 상기 제1 출력 코일의 나머지가 권선되는 것을 특징으로 한다.

Description

레졸버용 스테이터 및 이를 포함하는 레졸버{STATOR FOR RESOLVER AND RESOLVER COMPRISING THE SAME}

본 발명은 비접촉식 회전검출수단인 레졸버(Resolver)에 관한 것으로서, 특히 다수의 슬롯에 코일이 권선되는 방식이 개선된 레졸버용 스테이터에 관한 것이다.

본 발명은, 환형의 내주면에 형성된 다수 개의 슬롯에 여자권선과 출력권선이 수납되는 고정자와 상기 고정자의 내주면과 소정의 간극을 갖도록 배치되는 회전자를 포함하는 가변자기저항형 레졸버에 관한 것이다.

레졸버(resolver)는 모터의 회전속도 및 회전각을 정밀하게 측정하기 위한 센서의 일종으로서, 특히 본 발명이 속하는 가변자기저항형 레졸버(variable reluctance type resolver)는 코일권선이 고정자에 위치하고 타원 또는 다극의 돌극을 갖는 회전자가 상기 고정자의 내측에 소정 간격으로 이격되게 배치되는 구조를 갖는다.

종래의 레졸버는 도 1에 도시된 바와 같은 스테이터(stator, 10)를 포함한다. 스테이터(10)는 고정자라고도 칭하며, 내주면으로 다수의 슬롯(11)이 원주방향으로 일정 간격으로 돌출 형성된다.

이들 슬롯(11)에는 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 각기 권선되는데, 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이, 슬롯(11)의 코어부(11a) 외주면으로 여자코일(12), 제1 출력코일(13) 및 제2 출력코일(14)을 단순히 순차 권선하는 방법을 취하였다.

이로 인해, 제2 출력코일(14)의 경우, 제1 출력코일(13)과 동일한 권선수로 감더라도 제1 출력코일(13)의 권선작업 후 적층된 두께에 따라 더 많은 코일이 소요되었으며, 결과적으로 제1 출력코일(13)과 제2 출력코일(14) 간에는 임피던스(Impedence) 차가 발생한다는 문제가 있었다.

또한, 종래의 레졸버는, 고조파 영향이 민감하며 외부자기장 환경하에서 정밀도에 미치는 영향이 크다는 문제점도 있었다.

본 발명의 고조파 영향이 민감도를 떨어뜨려, 외부자기장 환경의 변화에도 정밀도를 유지할 수 있는 레졸버용 스테이터 및 이를 포함하는 레졸버를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 레졸버용 스테이터는, 원주방향으로 일정 간격으로 다수의 슬롯이 형성되고 상기 다수의 슬롯에 각각 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 권선되는 레졸버용 스테이터로서, 상기 여자코일은 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖고서 권선되고, 상기 제1 출력코일의 전체 권선수를 일정 비율로 나눈 권선수가 권선된 후, 상기 제2 출력코일이 권선되고, 다시 상기 제1 출력 코일의 나머지가 권선되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 레졸버용 스테이터는, 원주방향으로 일정 간격으로 다수의 슬롯이 형성되고 상기 다수의 슬롯에 각각 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 권선되는 레졸버용 스테이터로서, 상기 제1 출력코일의 전체 권선수를 일정 비율로 나눈 권선수가 권선된 후, 상기 제2 출력코일이 권선되고, 다시 상기 제1 출력 코일의 나머지가 권선되며, 상기 다수의 슬롯은 다수의 짝수개로 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 레졸버용 스테이터는, 원주방향으로 일정 간격으로 다수의 슬롯이 형성되고 상기 다수의 슬롯에 각각 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 권선되는 레졸버용 스테이터로서, 상기 여자코일은 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖고서 권선되고, 상기 다수의 슬롯은 다수의 짝수개로 구비되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 출력코일의 전체 권선수의 절반 회수가 권선된 후, 상기 제2 출력코일이 권선되고, 다시 상기 제1 출력 코일의 나머지가 권선될 수 있다.

여기서, 상기 다수의 슬롯은 적어도 20개 이상으로 구비될 수 있다.

여기서, 상기 제1 출력 코일 또는 제2 출력 코일은, 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 소정 개수씩 교변하여 권선 방향이 바뀔 수 있다.

여기서, 상기 여자코일은 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖고서 권선되고, 상기 제1 출력코일은 상기 여자코일에 대한 정현파에 +90도의 위상을 가지는 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖도록 권선되고, 상기 제2 출력코일은 상기 여자코일에 대한 정현파에 -90도의 위상을 가지는 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖도록 권선될 수 있다.

상기 구성에 따른 본 발명의 레졸버를 실시하면, 고조파 영향이 민감도를 떨어뜨려, 외부자기장 환경의 변화에도 정밀도를 유지할 수 있는 이점이 있다.

또는, 본 발명에 의해, 스테이터의 형상 개선을 통한 레졸버의 성능 개선 및 고 신뢰성을 확보할 수 있다.

도 1은 레졸버용 스테이터의 부분 사시도.
도 2는 도 1의 레졸버용 스테이터에 대한 코일 권선에 따른 코일 적층 구조를 설명하기 위한 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레졸버용 스테이터의 슬롯마다 권선되는 코일의 권선수를 도시한 그래프.
도 4는 도 3의 그래프 값에 절대치를 적용하여 얻어지는 그래프.
도 5a 및 5b는 본 발명의 사상에 따른 여자 코일과 제1/제2 출력 코일의 권선하는 방법을 예시하기 위한 다른 실시예의 권선 방법을 도시한 개념도.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 스테이터를 구비한 레졸버가 높은 자기장이 존재하는 환경에서 사용되는 것을 모의실험하는 개념 및 모의실험의 결과로서 자속 분포를 나타낸 것 개념도.
도 7a 및 7b는 본 발명의 스테이터에 대한 도 6a의 모의 실험에서 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호의 FFT 분석에 따른 THD factor 결과를 도시한 그래프.
도 8a 및 8b는 종래 기술의 스테이터에 대한 도 6a의 모의 실험에서 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호의 FFT 분석에 따른 THD factor 결과를 도시한 그래프.

본 발명의 실시예에 따른 레졸버용 스테이터는 기본적으로 도 1에 도시된 것과 같은 구조를 가지며, 여기에는 도 2에서와 마찬가지로 여자코일(12), 제1 출력코일(13) 및 제2 출력코일(14)이 권선된다.

다만, 이들 코일(12, 13, 14)의 권선방법이 상이한 바, 권선방법에 있어 하기 2가지의 특징이 존재한다.

첫번째 특징은, 여자코일(12)에 관한 것으로서, 상기 여자코일(12)은 도 3에 도시된 그래프 값에 따라 권선되는 방식을 취한다. 그래프에서 가로축은 슬롯의 순번이고 세로축은 각 슬롯에 대한 여자코일의 권선수를 나타낸다. 그래프 상에서 가로축의 슬롯 순번마다 그래프 상의 점으로 표시된 세로값, 즉 권선수만큼 해당 코일(12)이 권선된다.

도시한 그래프에서 나타낸 실시예의 스테이터의 슬롯(11)은 20개를 구비하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 여자코일(12)은 모두 슬롯의 순번(1~20)에 따라 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖고서 권선됨을 알 수 있다. 즉, 여자코일(12)은 사인파(Sine wave) 또는 코사인파(Cosine wave)적으로 변화하는 권선수로 권선됨으로써 권선수로 정현파 형태를 띠게 된다. 도 3에서 음(-)의 값을 그래프 상의 권선수는 권선되는 방향이 반대방향으로 바뀜을 나타낸다.

도 4는 상기 여자코일(12)의 권선되는 방향에 관계없이 권선수만을 확인하기 위해 각 그래프의 절대값을 취하여 수정한 그래프를 나타낸다.

도 5a 및 5b는 본 발명의 사상에 따른 여자 코일(12)과 제1/제2 출력 코일(13, 14)의 권선하는 방법을 예시하기 위한 다른 실시예의 권선 방법을 도시한다. 도시한 스테이터는 24개의 슬롯을 가지고 있으며, 6개의 슬롯이 여자 코일(24)에 대한 정현파 1 사이클을 구성한다.

한편, 여자코일 이후로 권선되는 제1 출력코일(13)과 제2 출력코일(14)의 경우에는, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 제1 출력코일의 전체 권선수의 절반 회수가 권선된 후, 상기 제2 출력코일이 권선되고, 다시 상기 제1 출력 코일의 나머지가 권선되는 방식으로 권선된다. 이때, 반드시 전체 권선수의 절반 회수가 권선될 필요는 없으며 일정 비율로 나눈 권선수를 적용할 수 있다.

상기 특징에 따라, 상기 제1 출력 코일은, 50%씩 2부분으로 구분되어, 일부는 먼저 권선되고, 나머지는 상기 제2 출력 코일이 권선된 다음에 권선된다. 이 순서 관계를 나타낸 것이 도 5b의 개념도이며, 상기 2부분으로 나누는 규칙은 다양하게 적용될 수 있다. 예컨대, 모든 슬롯에 대하여 각각 그 권선수를 절반으로 나누어, 모든 슬롯에 대하여 절반을 먼저 권선하고, 다음 제2 출력 코일을 모든 슬롯들에 대하여 권선한 후, 다시 모든 슬롯에 대하여 나머지 절반을 권선할 수 있다. 다른 구현에서는, 모든 슬롯들의 절반의 제1 출력 코일을 먼저 권선하고, 다음 제2 출력 코일을 모든 슬롯들에 대하여 권선한 후, 나머지 슬롯들의 제1 출력 코일을 권선할 수 있다.(예컨대, 상기 제2 출력 코일 전에 제1 출력 코일이 권선되는 슬롯과 상기 제2 출력 코일 후에 제1 출력 코일이 권선되는 슬롯은, 하나씩 서로 교번하도록 구현할 수 있다)

상기 제1 출력 코일 및 제2 출력 코일의 권선 규칙을 따르는 형태로, 다양한 방법으로 상기 제1 출력 코일 및 제2 출력 코일을 권선할 수 있다.

예컨대, 상기 제1 출력 코일은, 각 슬롯의 권선수는 동수로 권선하되, 상기 여자 코일의 정현파 형태에서 +90도의 위상차를 가지는 정현파 형태의 권선 방향(즉, 상기 정현파 형태에서 +/-만 적용함)을 가지도록 권선하고, 상기 제2 출력 코일은, 각 슬롯의 권선수는 동수로 권선하되, 상기 여자 코일의 정현파 형태에서 -90도의 위상차를 가지는 정현파 형태의 권선 방향(즉, 상기 정현파 형태에서 +/-만 적용함)을 가지도록 권선할 수 있다.

또는, 상기 제1 출력 코일은 상기 여자 코일의 정현파 형태에서 +90도의 위상차를 가지는 정현파 형태의 권선 방향 및 권선 개수를 가지고록 권선하고, 상기 제2 출력 코일은, 상기 여자 코일의 정현파 형태에서 +90도의 위상차를 가지는 정현파 형태의 권선 방향 및 권선 개수를 가지도록 권선할 수 있다.

또는, 상기 제1 출력코일(13)과 제2 출력코일(14)은 매 슬롯(11)마다 교대로 순서를 바꾸어 권선될 수도 있으며, 또는 2 이상의 슬롯(11)을 단위로 하여 교대로 순서를 바꾸어 권선될 수도 있다.

상술한 제1 출력코일(13)과 제2 출력코일(14)의 권선에 대한 모든 방식 순서는 예시적일 뿐이며, 공지 또는 실시 중인 다양한 방법을 적용할 수 있다.

도 6a는 본 발명에 따른 스테이터를 구비한 레졸버가 높은 자기장이 존재하는 환경에서 사용되는 것을 모의실험하는 개념을 나타낸 것이며, 도 6b는 모의실험의 결과로서 자속 분포를 나타낸 것이다. 도시한 모의실험에서는 본 발명의 레졸버 바로 옆에 300 가우스의 높은 자기장 물체를 배치하고, 레졸버의 동작에 따른 스테이터의 자속 변화를 관찰한 바, 본 발명에 따른 경우가 외부 자기장 물체로부터 유발되는 자속 변화가 적음을 알 수 있다.

제1 출력 코일의 제1 출력 신호 및 제2 출력 코일의 제2 출력 신호를 관찰하였다.

도 7a는 본 발명에 따른 스테이터를 구비한 레졸버에 대한 도 6a의 모의 실험에서 제1 출력 신호의 FFT 분석에 따른 THD factor 결과를 도시한 것이며, 도 7b는 본 발명에 따른 스테이터를 구비한 레졸버에 대한 도 6a의 모의 실험에서 제2 출력 신호의 FFT 분석에 따른 THD factor 결과를 도시한 것이다.

한편, 도 8a는 종래 기술에 따른 스테이터를 구비한 레졸버에 대한 도 6a의 모의 실험에서 제1 출력 신호의 FFT 분석에 따른 THD factor 결과를 도시한 것이며, 도 8b는 종래 기술에 따른 스테이터를 구비한 레졸버에 대한 도 6a의 모의 실험에서 제2 출력 신호의 FFT 분석에 따른 THD factor 결과를 도시한 것이다.

상기 도 7a 내지 도 8b의 THD factor 결과들을 살펴보면, 외부 자기장 영향에 대하여 본 발명에 따른 경우 최대 THD factor는 0.49이고, 종래기술의 경우 최대 THD는 0.72인 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 레졸버가 외부 자기장에 대한 강건도(robust)가 더 우수함을 나타내고 있다.

또한, 상기 도 6a의 실험에서, 본 발명의 사상에 따른 정현파적으로 변하는 권선수를 가지는 여자 코일의 특징 및/또는 제1/제2 출력 코일의 권선 순서의 특징을 가지는 스테이터의 경우, 슬롯의 개수를 20개 이상으로 적용할 때, 본 발명의 특징들에 따른 효과가 보다 향상되는 것을 발견하였다. 또한, 슬롯의 개수가 20개 이상인 것이 정현파적으로 권선수가 변하는 것을 보다 충실히 구현할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 여자코일(12)이 제1 출력코일(13)과 제2 출력코일(14)에 앞서 슬롯(11)에 권선되는 것으로 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 여자코일(12)은 제1 출력코일(13)과 제2 출력코일(14)이 권선된 후 마지막으로 슬롯(11)에 권선되는 경우에도 동일하게 적용된다.

나아가, 이상에서 설명된 레졸버용 스테이터 및 이를 포함하는 레졸버는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 상기 설명된 바에 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.

10: 레졸버용 스테이터 11: 슬롯
11a: 코어 12: 여자코일
13: 제1 출력코일 14: 제2 출력코일

Claims

원주방향으로 일정 간격으로 다수의 슬롯이 형성되고 상기 다수의 슬롯에 각각 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 권선되는 레졸버용 스테이터에 있어서,
상기 여자코일은 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 단일 정현파 함수를 따르는 불연속적인 값으로 변화하는 권선수를 갖고서 권선되고, 상기 제1 출력코일의 전체 권선수를 일정 비율로 나눈 권선수가 권선된 후, 상기 제2 출력코일이 권선되고, 다시 상기 제1 출력 코일의 나머지가 권선되는 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
원주방향으로 일정 간격으로 다수의 슬롯이 형성되고 상기 다수의 슬롯에 각각 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 권선되는 레졸버용 스테이터에 있어서,
상기 제1 출력코일의 전체 권선수를 일정 비율로 나눈 권선수가 권선된 후, 상기 제2 출력코일이 권선되고, 다시 상기 제1 출력 코일의 나머지가 권선되며, 상기 다수의 슬롯은 다수의 짝수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
원주방향으로 일정 간격으로 다수의 슬롯이 형성되고 상기 다수의 슬롯에 각각 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 권선되는 레졸버용 스테이터에 있어서,
상기 여자코일은 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 단일 정현파 함수를 따르는 불연속적인 값으로 변화하는 권선수를 갖고서 권선되고, 상기 다수의 슬롯은 다수의 짝수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 출력코일의 전체 권선수의 절반 회수가 권선된 후, 상기 제2 출력코일이 권선되고, 다시 상기 제1 출력 코일의 나머지가 권선되는 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다수의 슬롯은 적어도 20개 이상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 출력 코일 또는 제2 출력 코일은 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 소정 개수씩 교변하여 권선 방향이 바뀌는 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여자코일은 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 단일 정현파 함수를 따르는 불연속적인 값으로 변화하는 권선수를 갖고서 권선되고,
상기 제1 출력코일은 상기 여자코일에 대한 정현파에 +90도의 위상을 가지는 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖도록 권선되고,
상기 제2 출력코일은 상기 여자코일에 대한 정현파에 -90도의 위상을 가지는 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖도록 권선되는 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 레졸버용 스테이터를 포함하는 레졸버.