KR101471338B1 - 레졸버용 스테이터 및 이를 포함하는 레졸버 - Google Patents

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 제1 출력코일은 동일한 권선수로 상기 다수의 슬롯의 원주 순번에 따라 2개의 슬롯씩 권선 방향을 교변하여 권선되고, 상기 제2 출력코일은 동일한 권선수로 상기 다수의 슬롯의 원주 순번에 따라 2개의 슬롯씩 권선 방향을 교변하여 권선되고, 상기 여자코일은 2개 이상의 슬롯씩 권선 방향을 교번하는 방식으로, 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖고서 권선될 수 있다.

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.

종래기술은 도 5a에 도시한 바와 같은 권선 패턴으로 상기 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일을 구성하였다. 그런데, 이러한 종래기술을 따라 레졸버용 스테이터를 제작하는 경우, 소정의 변압비를 얻기 위한 총 턴수가 증대되어 제작 비용이 증가하였으며, 출력신호의 분석이 복잡하다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 제작 비용 또는 제작 공정을 절감할 수 있는 레졸버용 스테이터 및 이를 포함하는 레졸버를 제공하는데 있다.

또는, 본 발명의 목적은 출력신호의 분석이 용이한 레졸버용 스테이터 및 이를 포함하는 레졸버를 제공하는데 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 스테이터에 있어서, 상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수(동일한 방향으로 권선이 상기 다수의 슬롯의 원주순번을 기준으로 연속되는 회수)는 4회 이상이고, 상기 여자코일의 동일방향권선 연속회수는, 상기 제1 출력코일 또는 제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수의 2배 이상의 배수를 가지며, 상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 권선 형태는 4 슬롯을 주기로 하고, 상기 여자코일의 권선 형태는 20 슬롯을 주기로 하며, 상기 여자코일의 입력 총 턴수와 극수를 곱한 값이 상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 총 턴수와 극수를 곱한 값보다 작은 값을 가지게 된다.

여기서, 상기 제1 출력 코일 및 제2 출력 코일은 90도의 위상차를 가질 수 있다.

여기서, 상기 제1 출력 코일 또는 제2 출력 코일의 총 턴수는 상기 여자 코일의 총 턴수의 2배 이상 3배 이하일 수 있다.

삭제

여기서, 상기 여자코일은 10 개의 슬롯들에 대해 양의 방향으로 권선되고, 나머지 10 개의 슬롯들에 대해 음의 방향으로 권선될 수 있다.

여기서, 상기 제1 출력코일 또는 제2 출력코일은, 각 슬롯에서의 권선 회수가 동일할 수 있다.

여기서, 상기 제1 출력코일 또는 제2 출력코일은, 각 슬롯에서의 권선 회수가 정현파 형태를 가질 수 있다.

여기서, 상기 제1 출력코일 또는 제2 출력코일은, 각 슬롯에서의 권선 회수가 정현파 또는 구형파 형태를 가질 수 있다.

그리고, 전술한 레졸버용 스테이터를 포함하는 레졸버를 제공할 수 있다.

상기 구성에 따른 본 발명의 레졸버를 실시하면, 제작 비용 또는 제작 공정을 절감할 수 있는 이점이 있다.

또는, 본 발명은 레졸버 스테이터의 출력신호의 분석이 용이한 이점이 있다.

도 1은 레졸버용 스테이터의 부분 사시도.
도 2는 도 1의 레졸버용 스테이터에 대한 코일 권선에 따른 코일 적층 구조를 설명하기 위한 개략도.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 레졸버용 스테이터의 슬롯마다 권선되는 코일의 권선수를 도시한 그래프.
도 3b는 도 3a의 레졸버용 스테이터의 여자코일 및 제1/제2 출력코일의 입력 턴수 및 출력 턴수에 관련된 총 턴수 및 극수를 나타낸 테이블.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레졸버용 스테이터의 슬롯마다 권선되는 코일의 권선수를 도시한 그래프.
도 4b는 도 4a의 레졸버용 스테이터의 여자코일 및 제1/제2 출력코일의 입력 턴수 및 출력 턴수에 관련된 총 턴수 및 극수를 나타낸 테이블.
도 5a는 종래 기술에 따른 레졸버용 스테이터의 슬롯마다 권선되는 코일의 권선수를 도시한 그래프.
도 5b는 도 5a의 레졸버용 스테이터의 여자코일 및 제1/제2 출력코일의 입력 턴수 및 출력 턴수에 관련된 총 턴수 및 극수를 나타낸 테이블.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하겠다.

(실시예 1)

본 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, 권선방법 및 상기 권선방법에 따라 권선된 형태에 있어 특징이 존재한다.

도 3a는 본 실시예에 따른 레졸버용 스테이터의 권선 패턴을 나타낸 그래프이며, 도 3b는 본 실시예에 따른 레졸버용 스테이터의 권선의 극수 및 총 턴수를 나타낸 표이다.

본 실시예의 레졸버용 스테이터는, 원주방향으로 일정 간격으로 다수의 슬롯이 형성되고 상기 다수의 슬롯에 각각 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 권선되는 레졸버용 스테이터에 있어서, 상기 제1 출력코일은 동일한 권선수로 상기 다수의 슬롯의 원주 순번에 따라 2개의 슬롯씩 권선 방향을 교변하여 권선되고, 상기 제2 출력코일은 동일한 권선수로 상기 다수의 슬롯의 원주 순번에 따라 2개의 슬롯씩 권선 방향을 교변하여 권선되고, 상기 여자코일은 4개 이상의 슬롯씩 권선 방향을 교번하는 방식으로, 상기 다수의 슬롯의 원주방향 순번에 따라 정현파적으로 변화하는 권선수를 갖고서 권선되는 것을 특징으로 한다.

도시한 권선 구조에서, 상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 권선 형태는 4슬롯을 하나의 주기로 하고, 상기 여자코일의 권선 형태는 전체 슬롯의 개수인 20 슬롯을 하나의 주기로 하고 있다.

여자코일은 10개의 슬롯들에 대해서는 양의 방향으로 권선되고 나머지 10개의 슬롯들에 대해서는 음의 방향으로 권선되는데, 그 권선수가 정현파 형태를 이루도록 원주방향으로 권선수가 증가하다가 정점 이후 감소하는 형태를 가진다.

여자코일에 보다 주기가 긴 정현파 형태의 권선을 수행하고, 제1/제2 출력코일은 동일 권선수의 상술한 형태의 권선을 수행함에 따라 다음과 같은 이점이 있다.

먼저, 입력턴수를 SIN WAVE(정현파)와 같이 분포시켜 공극의 기자력 분포를 SIN 형상으로 분포시키면, 출력턴수를 사각형으로 분포시킬 수 있어, 출력단이 일정하게 자계의 세기를 받을 수 있게 되는 이점이 있다.

또한, 비교적 권선회수가 작은 여자코일에 정현파 형태를 부여하고, 권선회수가 많은 제1/제2 출력코일은 동일한 회수로 권선함으로써, 전체적으로 각 슬롯의 권선 두께를 균일하게 완화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 여자코일의 권선 형태에 대응하여, 여자코일에 입력하는 신호의 형태 및 위상을 다양하게 적용하여, 레졸버의 다양한 효과를 달설할 수 있고, 다양한 분야에 적용을 용이하게 한다.

한편, 비록 동일한 권선수를 가지지만 정현파 형태로 관측하였을 때, 상기 제2 출력 코일은 제1 출력 코일보다 위상이 90도 앞서는 형태를 가짐을 알 수 있다.

이에 따라, 최종적으로 회전축의 회전 속도 및 회전각을 계산하는데 보다 편리한 출력신호들을 얻을 수 있다.

도 3b에서 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 총 턴수는 각각 1220이며, 여자코일의 총 턴수는 524이며, 이는 변압비 0.27을 만족시키기 위한 것이다. 상기 관계에서, 여자코일의 입력 총 턴수과 극수를 곱한 값이, 제1/제2 출력코일의 총 턴수와 극수를 곱한 값보다 훨씬 작은 값을 가지게 되는데(즉, 입력 턴수 극수 ≪ 출력 턴수 극수), 이는 기존 보다 작은 턴수로 변압비를 극대화 할 수 있는 이점이 있다.

동일한 변압비 0.27을 얻기 위한 종래기술에서의 레졸버용 스테이터의 여자코일 및 제1/제2 출력코일의 입력 턴수 및 출력 턴수에 관련된 총 턴수 및 극수를 나타낸 테이블인 도 5b의 경우와 비교하면, 상술한 이점을 확인할 수 있다.

본 실시예의 상기 제1 출력 코일 또는 제2 출력 코일의 총 턴수는 상기 여자 코일의 총 턴수의 2배 이상 3배 이하인 것이 바람직하다. 이는 널리 사용되는 변압비를 얻을 수 있으면서, 레졸버 검출의 안정적인 동작을 보장하면서도, 전체 턴수를 절감할 수 있는 이점이 있다.

도시한 레졸버용 스테이터의 경우, 상기 제1 출력코일 및 제2 출력 코일의 동일방향권선 연속회수(동일한 방향으로 권선이 상기 다수의 슬롯의 원주순번을 기준으로 연속되는 회수)는 2회이며, 상기 여자코일의 동일방향권선 연속회수는, 10회이다. 그러나, 다른 구현에서는, 상기 제1/제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수는 3회 이상일 수 있으며, 상기 여자코일의 동일방향권선 연속회수는, 상기 제1 출력코일 또는 제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수의 2배 이상의 개수를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제1/제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수가 3회라면, 상기 여자코일의 동일방향권선 연속회수는 6회 이상의 회수일 수 있다.

또한, 본 실시예의 사상에 따른 정현파적으로 변하는 권선수를 가지는 여자 코일의 특징 및/또는 동일 권선수로 펄스 형태로 변화는 패턴을 가지는 제1/제2 출력 코일의 권선 순서의 특징을 가지는 스테이터의 경우, 슬롯의 개수를 18개 이상, 바람직하게는 20개 이상으로 적용할 때, 본 발명의 특징들에 따른 상술한 효과들이 보다 향상되는 것을 확인하였다.

(실시예 2)

본 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 권선되며, 이들 코일(12, 13, 14)의 권선방법이 상기 제1 실시예의 경우와 유사하나, 제1/제2 출력코일의 권선 패턴이 정현파 형태를 따르는 것에 구별되는 특징이 있다.

도 4a는 본 실시예에 따른 레졸버용 스테이터의 권선 패턴을 나타낸 그래프이며, 도 4b는 본 실시예에 따른 레졸버용 스테이터의 권선의 극수 및 총 턴수를 나타낸 표이다.

본 실시예의 레졸버용 스테이터는, 원주방향으로 일정 간격으로 다수의 슬롯이 형성되고 상기 다수의 슬롯에 각각 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 권선되는 레졸버용 스테이터에 있어서, 상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수(동일한 방향으로 권선이 상기 다수의 슬롯의 원주순번을 기준으로 연속되는 회수)는 3회 이상이며, 상기 여자코일의 동일방향권선 연속회수는, 상기 제1 출력코일 또는 제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수의 2배 이상의 배수를 가지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 권선 패턴은 정현파 형태를 가질 수 있다. 도시한 레졸버용 스테이터의 경우, 상기 제1 출력코일 및 제2 출력 코일의 동일방향권선 연속회수(동일한 방향으로 권선이 상기 다수의 슬롯의 원주순번을 기준으로 연속되는 회수)는 3회이며, 상기 여자코일의 동일방향권선 연속회수는, 9회인 바, 상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 권선 패턴이 정현파 형태를 가지기 위해, 동일방향권선되는 3개의 슬롯들 중 가운데 슬롯의 권선 회수가 가장 많고, 양쪽 슬롯의 권선 회수를 서로 동일하게 구현될 수 있다.

한편, 다른 구현에서는, 상기 제1/제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수는 4회 이상일 수 있으며, 상기 여자코일의 동일방향권선 연속회수는, 상기 제1 출력코일 또는 제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수의 2배 이상의 배수의 개수를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제1/제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수가 4회라면, 상기 여자코일의 동일방향권선 연속회수는 8회 이상의 4의 배수의 회수일 수 있다.

도 4a에서, 상기 제1/제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수는 4회이며, 상기 여자코일의 동일방향권선 연속회수는 12회이다. 스테이터의 전체 슬롯수는 24개이며, 상기 제1/제2 출력코일의 극수는 6이며, 상기 여자코일의 극수는 2이다.

상술한 구성의 본 실시예의 레졸버용 스테이터는, 보다 긴 주기의 정현파 형태의 권선 패턴을 가지는 여자코일과, 보다 짧은 주기의 정현파 형태의 권선 패턴을 가지는 제1/제2 출력코일 상호간의 유도 현상에 의해, 회전축의 회전속도 및 회전각을 산출하기 위한 신호를 검출할 수 있다.

이에 따라, 상기 실시예 1과 비교하여, 제작 과정은 다소 복잡할 수 있으나여자코일 및 출력코일의 정현파 권선 패턴으로, 레졸버의 위상 검출 신호의 구별성을 강화할 수 있는 이점이 있다.

*한편, 도면에서 서로 동일한 주기의 정현파 형태의 권선 패턴을 가지는 제1/제2 출력코일의 관계에 있어, 상기 제2 출력 코일은 제1 출력 코일보다 위상이 90도 앞서는 형태를 가짐을 알 수 있다.

이에 따라, 최종적으로 회전축의 회전 속도 및 회전각을 계산하는데 보다 편리한 출력신호들을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예의 사상에 따른 정현파적으로 변하는 권선수를 가지는 여자 코일의 특징 및/또는 제1/제2 출력 코일의 권선 순서의 특징을 가지는 스테이터의 경우, 슬롯의 개수를 18개 이상으로 적용할 때, 본 발명의 특징들에 따른 효과가 보다 향상되는 것을 발견하였다. 또한, 슬롯의 개수가 18개 이상인 바람직하게는 24개 이상인 것이 상기 여자코일 및 제1/제2 출력코일이 정현파적으로 권선수가 변하는 것을 보다 충실히 구현할 수 있다.

상술한 실시예 1 및 실시예 2에서는 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 (6)

1. 원주방향으로 일정 간격으로 다수의 슬롯이 형성되고 상기 다수의 슬롯에 각각 여자코일, 제1 출력코일 및 제2 출력코일이 권선되는 레졸버용 스테이터에 있어서,
   상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수(동일한 방향으로 권선이 상기 다수의 슬롯의 원주순번을 기준으로 연속되는 회수)는 4회 이상이고,
   상기 여자코일의 동일방향권선 연속회수는, 상기 제1 출력코일 또는 제2 출력코일의 동일방향권선 연속회수의 2배 이상의 배수를 가지며,
   상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 권선 형태는 4 슬롯을 주기로 하고, 상기 여자코일의 권선 형태는 20 슬롯을 주기로 하며,
   상기 여자코일의 입력 총 턴수와 극수를 곱한 값이 상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일의 총 턴수와 극수를 곱한 값보다 작은 값을 가지는
   것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 출력 코일 및 제2 출력 코일은 90도의 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 출력 코일 또는 제2 출력 코일의 총 턴수는 상기 여자 코일의 총 턴수의 2배 이상 3배 이하인 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 여자코일은 10 개의 슬롯들에 대해 양의 방향으로 권선되고, 나머지 10 개의 슬롯들에 대해 음의 방향으로 권선되는 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 출력코일 및 제2 출력코일은, 각 슬롯에서의 권선 회수가 동일한 것을 특징으로 하는 레졸버용 스테이터.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 레졸버용 스테이터를 포함하는 레졸버.
   

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