KR101955845B1 - 회전 각도 검출 디바이스 및 회전 각도 검출 디바이스를 구비한 전기 모터 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 회전 각도 검출 디바이스 및 이를 구비한 전기 모터를 제공하는 것이며, 여기에서, 회전 각도 검출 디바이스는 전체 디바이스의 두께를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 회전축에 중심이 있는 전체 디바이스의 외경을 감소시키고, 이에 의해 소형의 전기 모터 등에 용이하게 고정할 수 있다.
회전 각도 검출 디바이스는, 여자 코일을 구비한 제1 시트 코일(21)가 고정체에 고정된 베이스(7)에 장착되고,
검출 코일을 구비한 제2 시트 코일(24)이 베이스를 마주보는 회전 플레이트(8)의 대향 표면에 장착되며, 회전 플레이트(8)는 회전축(5)에 고정되며,
회전 플레이트(8)를 통과하는 연결 수단(37)에 의해 검출 코일에 연결된 출력 변성기(25)의 1차 코일을 구비한 제3 시트 코일(27)이 커버에 대해 회전 플레이트(8)의 다른 대향 표면에 장착되며,
출력 변성기(25)의 2차 코일을 구비한 제4 시트 코일(29)이 회전 플레이트를 마주보는 커버(9)의 대향 표면에 장착되는 구성을 가진다.
회전 각도 검출 디바이스는, 여자 코일을 구비한 제1 시트 코일(21)가 고정체에 고정된 베이스(7)에 장착되고,
검출 코일을 구비한 제2 시트 코일(24)이 베이스를 마주보는 회전 플레이트(8)의 대향 표면에 장착되며, 회전 플레이트(8)는 회전축(5)에 고정되며,
회전 플레이트(8)를 통과하는 연결 수단(37)에 의해 검출 코일에 연결된 출력 변성기(25)의 1차 코일을 구비한 제3 시트 코일(27)이 커버에 대해 회전 플레이트(8)의 다른 대향 표면에 장착되며,
출력 변성기(25)의 2차 코일을 구비한 제4 시트 코일(29)이 회전 플레이트를 마주보는 커버(9)의 대향 표면에 장착되는 구성을 가진다.
Description
본 발명은 회전 각도 검출 디바이스, 및 상기 회전 각도 검출 디바이스를 구비한 전기 모터에 관한 것이다.
종래의 회전 각도 검출 디바이스는 링 형상 고정자 코어를 가지는 고정자와, 자성체로 만들어지고 고정자에 배치된 회전자를 포함하고, 고정자는 링 형상 고정자 코어로부터 구심력 방향으로 향한 복수의 돌극(salient pole)을 구비하고, 코일은 각각의 돌극의 둘레에 권취된다(특허 문헌 1 또는 2 참조).
그러나, 이러한 종래의 회전 각도 검출 디바이스는 코일이 회전자의 축 방향에 직각으로 향한 돌극들의 각각 둘레에 권취되기 때문에 회전자의 축 방향으로 큰 디바이스 두께를 가진다.
전체 회전 각도 검출 디바이스의의 두께를 감소시키는 목적을 위하여, 다른 종래의 회전 각도 검출 디바이스는, 시트 코일(sheet coil)이 고정자의 베이스 부분에 배치된 여자 코일(excitation coil) 및 여자 코일을 향하도록 회전자의 회전축에 고정된 회전 플레이트에 배치된 검출 코일(detecting coil)의 각각에 적용되며, 출력 변성기(output transformer)가 회전자의 외주 표면(outer peripheral surface)에 배치된 1차 코일, 및 1차 코일을 향하도록 고정자의 베이스 부분의 내주 표면(inner peripheral surface)에 에 배치된 2차 코일로 구성되는 구성을 가진다(특허 문헌 3 참조).
그러나, 이러한 시트 코일이 사용되는 디바이스가 가지는 문제는, 출력 변성기를 구성하는 1차 및 2차 코일들이 회전자의 외주 표면 및 고정자의 베이스 부분의 내주 표면에 각각 배치되기 때문에, 회전축에 중심이 있는 전체 회전 각도 검출 디바이스의 외경이 크고, 여자 코일 및 검출 코일이 서로 향하도록 출력 변성기의 외측에 또한 배열된다는 것이다.
본 발명자는 전체 회전 각도 검출 디바이스의 두께를 감소시키는 목적을 위한 디바이스를 제공하여, 여기에서, 디바이스는, 시트 코일이 특허 문헌 3의 출력 변성기를 구성하는 1차 및 2차 코일들의 각각에 적용되는 구성을 가지며, 이러한 시트 코일들의 각각이 고정자의 베이스 부분 및 각각의 다른 시트 코일로 각각 이루어진 여자 코일과 검출 코일의 내부에서 베이스 부분를 마주보는 회전 플레이트의 대향 표면(facing surface)의 각각에 배치되는 구성을 가진다(PCT/JP2015/82047, 및 일본 국내 단계에 진입된 출원:일본 특허 출원 제2016-509209호 참조).
특허 문헌 3 및 상기 PCT 출원의 각각의 상세한 설명 및 도면에 개시된 회전 각도 검출 디바이스는 전체 디바이스의 두께를 감소시킬 수 있다. 다른 한편으로, 출력 변성기를 구성하는 1차 및 2차 코일들의 쌍과 여자 코일 및 검출 코일의 다른 쌍이 회전축에 중심이 있는 내부 및 외부 이중 링의 형상으로 배열되기 때문에 회전축에 중심이 있는 전체 디바이스의 외경이 크다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 회전 각도 검출 디바이스 및 이를 구비한 전기 모터를 제공하는 것이며, 여기에서, 회전 각도 검출 디바이스는 전체 디바이스의 두께를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 회전축에 중심이 있는 전체 디바이스의 외경을 감소시키고, 이에 의해 소형의 전기 모터 등에 용이하게 고정할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 다른 목적은, 회전축이 통과하는 회전 플레이트의 각각의 측면에 배치된 시트 코일들을 용이하고 확실하게 연결하고, 여자 코일에서 발생된 노이즈를 상쇄하는 것에 의해 검출 정확도를 증가시키는 것이다.
상기 문제들은 다음과 같이 본 발명에 의해 해결된다.
(1) 고정체(fixed body)에 회전 가능하게 설치된 회전축의 회전 각도를 검출하기 위한 회전 각도 검출 디바이스로서, 디바이스는,
상기 회전축에 고정된 회전 플레이트;
상기 회전 플레이트를 향하도록 상기 고정체에 장착되는 베이스;
상기 회전 플레이트 위에 펴지도록 상기 고정체에 고정되는 커버;
상기 회전 플레이트를 마주보는 상기 베이스의 대향 표면에 장착되고, 여자 코일을 구비하는 제1 시트 코일;
상기 베이스를 마주보는 상기 회전 플레이트의 대향 표면에 장착되고, 상기 여자 코일을 마주보는 검출 코일을 구비하는 제2 시트 코일;
상기 커버를 마주보는 상기 회전 플레이트의 다른 대향 표면에 장착되고, 상기 회전 플레이트를 통과하는 연결 수단에 의해 상기 검출 코일에 연결된 출력 변성기의 1차 코일을 구비하는 제3 시트 코일; 및
상기 회전 플레이트를 마주보는 상기 커버의 대향 표면에 장착되고, 상기 출력 변성기의 상기 1차 코일을 마주보는 2차 코일을 구비하는 제4 시트 코일을 포함한다.
이러한 구성에 따라서: 출력 변성기를 구성하는 1차 및 2차 코일들의 쌍, 및 여자 코일 및 검출 코일의 다른 쌍이 회전축의 축 방향으로 정렬되기 때문에, 회전축에 중심이 있는 전체 디바이스의 외경이 감소되며; 모든 코일들이 시트 코일이기 때문에, 전체 디바이스는 얇게 만들어질 수 있다.
그러므로, 본 발명의 회전 각도 검출 디바이스는, 전기 모터 뿐만 아니라, 회전축과 베어링, 로봇의 관절 아암 부분의 사이의 일부 등과 같은 축에 의해 회전 또는 선회 지지되는 4개의 부재에 용이하게 고정될 수 있고, 디바이스는 축에 의해 회전 또는 선회 지지되는 이러한 부재의 회전 각도 또는 선회 각도를 정확하게 검출할 수 있다.
(2) 상기 항목 (1)에 관하여, 상기 연결 수단은, 상기 회전 플레이트를 통과하는 상기 회전축의 외부 표면에 배치되고 상기 회전 플레이트의 양쪽 좌우 측면 위에서 연장되도록 상기 회전축의 축 방향으로 배향되는 하나 이상의 전도성 스트립,
상기 전도성 스트립과 접촉하도록 상기 제2 시트 코일의 상기 검출 코일의 단자에 연결된 접촉기, 및
상기 전도성 스트립과 접촉하도록 상기 제3 시트 코일의 1차 코일의 단자에 연결되는 다른 접촉기를 포함한다.
이러한 구성에 따라서, 그 접촉기들이 회전축의 외주 표면에 배치된 전도성 스트립들의 위치에 각각 편성되도록 그 양쪽 측면들로부터 제2 및 제3 시트 코일들을 회전 플레이트에 고정하는 것에 의해, 접촉기들은 전도성 스트립들과 각각 접촉하고, 이에 의해, 전도성 스트립들을 통해 검출 코일을 1차 코일과 전기적으로 용이하고 확실하게 연결한다.
더욱이, 제2 및 제3 시트 코일들이 회전축에 가까운 부분에서 전기적으로 연결될 수 있기 때문에, 회전 플레이트의 주변부(peripheral part)에 연결되는 경우와 비교하여 동적 불균형(dynamic unbalance)이 거의 일어나지 않는다.
(3) 상기 항목 (1)에 관하여, 상기 회전 플레이트는 중앙 구멍을 가지는 디스크부(disk part)와, 상기 중앙 구멍에 끼워지는 원통축을 포함하며, 상기 연결 수단은,
상기 회전 플레이트를 통과한 상기 회전축의 외주 표면에 배치되며, 상기 회전 플레이트의 양쪽 좌우 측면 위에서 연장되도록 상기 회전축의 축 방향으로 배향된 하나 이상의 전도성 스트립,
상기 전도성 스트립과 접촉하도록 상기 제2 시트 코일의 상기 검출 코일의 단자에 연결된 접촉기, 및
상기 전도성 스트립과 접촉하도록 상기 제3 시트 코일의 상기 1차 코일의 단자에 연결된 다른 접촉기를 포함한다.
이러한 구성에 따라서, 상기 항목 (2)와 동일한 효과 뿐만 아니라, 전도성 스트립을 고정하기 위하여 회전축을 직접 처리함이 없이, 제2 및 제3 시트 코일들은 회전 플레이트에 연결될 수 있다.
(4) 상기 항목 (2) 또는 (3)에 관하여, 상기 각각의 접촉기는 상기 회전 플레이트의 축 방향으로 변형 가능한 탄성 설편(elastic tongue piece)으로 만들어진다.
이러한 구성에 따라서, 각각의 접촉기가 회전 플레이트의 축 방향으로 변형 가능한 탄성 설편이기 때문에, 각각의 접촉기는, 제2 및 제3 시트 코일들이 회전 플레이트의 각각의 측면에 고정되도록 각각 위치될 때, 전도성 스트립들의 각각에 자연적으로 압력 용접되도록 회전 플레이트의 축 방향으로 탄성 변형된다. 그러므로, 회전 플레이트에 제2 및 제3 시트 코일들을 고정하는 것이 용이하고, 각각의 전도성 스트립에 대한 접촉기들의 전기 연결은 접촉기들이 그 탄성 복원력에 의해 대응하는 전도성 스트립들에 압력 용접되기 때문에 단절되지 않는다.
(5) 상기 항목 (2) 내지 (4) 중 어느 하나에 관하여, 각각의 접촉기는 전도성 스트립에 고정된다.
이러한 구성에 따라서, 접촉기들과 대응하는 전도성 스트립들 사이의 전기적 연결이 강하게 만들어질 뿐만 아니라, 회전축에 대한 회전 플레이트의 축 방향의 위치 일탈(position aberration) 또는 회전 플레이트의 원통축에 대한 디스크의 위치 일탈이 방지될 수 있다. 그러므로, 회전축에 대한 회전 플레이트의 고정 수단 또는 회전 플레이트의 원통축에 대한 디스크부의 고정 수단이 생략될 수 있다.
(6) 상기 항목 (1)에 관하여, 상기 연결 수단은, 상기 회전 플레이트를 통과하는 것에 의하여 상기 제2 시트 코일의 검출 코일의 단자와 상기 제3 시트 코일의 1차 코일의 단자를 연결하는 전도성 와이어이다.
이러한 구성에 따라서, 연결 수단이 상당히 단순화될 수 있다.
(7) 상기 항목 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 관하여, 링 형상 코어는, 상기 베이스와 상기 제1 시트 코일의 사이, 상기 베이스를 마주보는 상기 회전 플레이트의 대향 표면과 상기 제2 시트 코일 사이, 상기 커버를 마주보는 상기 회전 플레이트의 대향 표면과 제3 시트 코일 사이, 및 상기 커버와 상기 제4 시트 코일 사이에 개재된다.
이러한 구성에 따라서, 각각의 코일을 통과하는 전류에 의해 발생된 각각의 자속 밀도가 검출 출력을 강화하도록 증가된다.
(8) 상기 항목 (7)에 관하여, 상기 여자 코일 및 상기 검출 코일은,
각각의 코일의 내경부들이 각각의 내부 아치형부(inner arcuate part)를 통해 복수의 반경 방향 지향부(radially directed part)의 내측 단부들 사이의 각각의 대응하는 갭을 결합하는 것에 의해 형성되고, 각각의 상기 코일들의 외경부들이 각각의 외부 아치형부를 통해 상기 반경 방향 지향부들의 외측 단부들 사이의 각각의 대응하는 갭을 결합하는 것에 의해 형성되고;
상기 베이스에 장착된 상기 코어의 내경이 상기 여자 코일의 내부 아치형부들에 의해 구성된 내경보다 크고;
상기 베이스에 장착된 상기 코어의 외경이 상기 여자 코일의 외부 아치형부들에 의해 구성된 외경보다 작고;
상기 베이스를 마주보는 상기 회전 플레이트의 대향 표면에 장착된 상기 코어의 내경이 상기 검출 코일의 내부 아치형부들에 의해 구성된 내경보다 크고;
상기 베이스를 마주보는 상기 회전 플레이트의 대향 표면에 장착된 상기 코어의 외경이 상기 검출 코일의 외부 아치형부들에 의해 구성된 외경보다 작도록 구성된다.
이러한 구성에 따라서, 자기장을 형성하는 각각의 코어는 여자 코일 및 검출 코일의 오직 대응하는 반경 방향 지향부들만을 향하고, 그러므로, 각각의 코일의 아치형부들에 의한 자기 영향을 제거하고 S/N 비, 즉 신호대 노이즈 비를 개선하는 것이 가능하다.
따라서, 전체 디바이스가 작게 만들어지도록 여자 전류를 감소시키고 각각의 코일을 더욱 작게 만드는 것이 가능하다.
(9) 상기 항목 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 관하여, 상기 여자 코일은, 그 각각의 전기각(electrical angle)의 위상이 서로 다르도록 절연 시트(insulation sheet)의 전방 및 후방 표면들에 각각 배치된 제1 및 제2 여자 코일들을 포함한다.
이러한 구성에 따라서, 검출 정확도가 향상되는 한편, 전체 디바이스의 소형화 및 박형화를 유지한다.
(10) 상기 항목 (9)에 관하여, 상기 제1 및 제2 여자 코일은 180°의 각도 위치에서 그 각각의 위상이 반전되는 극성 반전 여자 코일(polarity inversion excitation coil)들이다.
이러한 구성에 따라서, 여자 측면에서의 노이즈는 검출 정확도를 증가시키도록 상쇄될 수 있다.
(11) 그 회전축의 한쪽 단부가 모터 하우징의 한쪽 단부로부터 돌출하는 전기 모터, 및 상기 항목 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 따른 상기 회전 각도 검출 디바이스를 포함하는, 회전 각도 검출 디바이스를 구비한 전기 모터로서, 상기 베이스는 상기 모터 하우징에 고정되고, 상기 회전 플레이트는 상기 전기 모터의 회전축에 고정된다.
이러한 구성에 따라서, 회전 각도 검출 디바이스를 구비하는 소형 전기 모터를 제공하는 것이 가능하고, 전체 회전 각도 검출 디바이스는 소형화 및 박형화로 만들어진다.
본 발명에 따라서, 회전 각도 검출 디바이스 및 이러한 회전 각도 검출 디바이스를 구비한 전기 모터를 또한 제공할 수 있으며, 회전 각도 검출 디바이스는 전체 디바이스의 두께를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 회전축에 중심이 있는 전체 디바이스의 외경을 감소시킬 수 있으며, 이에 의해, 소형 전기 모터에 용이하게 고정된다.
더욱이, 회전축이 통과하는 회전 플레이트의 각각의 측면에 배치된 시트 코일들을 용이하고 확실하게 연결할 수 있다.
또한, 여자 코일에서 발생된 노이즈를 상쇄하는 것에 의해 검출 정확도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 회전 각도 검출 디바이스를 구비한 전기 모터를 형성하도록 디바이스가 전기 모터의 단부 부분에 고정된 상태에서의 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 수직 정단면도.
도 2는 제1 실시예의 회전 각도 검출 디바이스를 도시하는 분해 사시도.
도 3은 제1 실시예의 회전 각도 검출 디바이스의 제1 내지 제4 시트 코일들에 있는 코일들을 개략적으로 도시하는 분해 사시도.
도 4는 제1 실시예의 회전 각도 검출 디바이스의 제2 및 제3 시트 코일들의 코일들 사이의 연결부를 도시하는 확대 평단면도.
도 5는 제1 실시예의 컨트롤러의 블록도.
도 6은 회전 각도 검출 디바이스의 제2 실시예에서 도 4에 도시된 것에 대응하는 연결부를 도시하는 확대 평단면도.
도 2는 제1 실시예의 회전 각도 검출 디바이스를 도시하는 분해 사시도.
도 3은 제1 실시예의 회전 각도 검출 디바이스의 제1 내지 제4 시트 코일들에 있는 코일들을 개략적으로 도시하는 분해 사시도.
도 4는 제1 실시예의 회전 각도 검출 디바이스의 제2 및 제3 시트 코일들의 코일들 사이의 연결부를 도시하는 확대 평단면도.
도 5는 제1 실시예의 컨트롤러의 블록도.
도 6은 회전 각도 검출 디바이스의 제2 실시예에서 도 4에 도시된 것에 대응하는 연결부를 도시하는 확대 평단면도.
본 발명의 회전 각도 검출 디바이스, 및 회전 각도 검출 디바이스를 구비한 전기 모터의 제1 실시예가 도 1 내지 도 5를 이용하여 기술된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 회전 각도 검출 디바이스(1)를 구비하는전기 모터는 소형 DC 모터로서 도시된 전기 모터(2), 및 전기 모터(2)의 단부 부분에 설치된 회전 각도 검출 디바이스(3)를 포함한다.
전기 모터(2)는 수평의 원통형 모터 하우징(4)을 가진다. 이러한 하우징(4)은 그 단부에 형성된 축경부(reduced diameter part(4a)와, 축경부(4a)의 단부 개구를 폐쇄하는 단부 플레이트(4b), 및 단부 플레이트(4b)의 중앙에 형성된 보스부(boss part)(4c)를 포함한다. 회전축(5)은 회전축(5)의 단부 부분이 모터 하우징(4)으로부터 외측으로 돌출하도록 보스부(4c)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
전기 모터(2)의 다른 구성 요소들이 널리 공지된 소형 DC의 구성 요소들과 동일하고 본 발명과 직접적인 관련이 없기 때문에, 이러한 구성 요소들의 도면 및 상세한 설명은 생략된다.
회전 각도 검출 디바이스(3)는 전기 모터(2)의 고정체인 모터 하우징(4)에 대한 회전축(5)의 회전 각도를 검출한다. 이러한 디바이스(3)는 모터 하우징(4)의 축경부(4a)에 끼워지는 원통형 고정 받침대(cylindrical fixing pedestal)(6), 이러한 고정 받침대(6)의 외측 단부면에 고정된 링 형상 베이스(7), 베이스(7)를 향하도록 회전축(5)에 고정된 회전 플레이트(8), 및 회전 플레이트(8) 위에서 펴지도록 베이스(7)에 고정되는 수평 바닥의 원통형 커버(9)를 포함한다.
회전 플레이트(8)는 중앙 구멍(8b)을 가지는 디스크부(8a)와, 중앙 구멍(8b)을 통과하는 원통축(8c)을 포함한다. 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 디스크부(8a)의 양쪽 좌우 측면 위에서 연장되도록 축 방향으로 배향된 2개의 오목 그루브(10, 10)는 원통축(8c)의 외주 표면에 형성되고, 전도성 스트립(11)은 각각의 오목 그루브(10, 10)에 끼워진다. 이러한 전도성 스트립(11)은 전도성 와이어 또는 전도성 금속편일 수 있다.
회전 플레이트(8)는 원통축(8c)의 외주 표면의 오목 그루브(10, 10)들의 각각에 전도성 스트립(11)을 끼우고, 그런 다음 디스크부(8a)의 중앙 구멍(8b)을 원통축(8c)에 끼우는 것에 의해 형성된다. 회전 플레이트(8)는 필요에 따라 접착제 등으로 원통축(8c)의 중간 위치에 고정되는 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 나사공을 구비하는 캡(12)은 모터 하우징(4)의 보스부(4c)로부터 돌출하는 회전축(5)이 팁 부분에 고정되고, 캡(12)은 축(12a)을 포함하고, 상기 축의 베이스 단부 부분은 확경 플랜지(increased diameter flange)(12b)에 형성되며, 축 구멍(12d)(도 1 참조)은 회전축(5)의 팁 부분에 압입 끼움맞춤되도록 캡(12)의 베이스 단부 부분에 형성된다.
회전 플레이트(8)의 원통축(8c)은 나사공을 구비한 캡(12)의 축(12a)에 끼워지고, 볼트(14)의 수나사(14a)는 외측으로부터 와셔(13)를 개재시키는 것에 의해 나사공을 구비한 캡(12)의 나사공(12c) 내로 나사 결합되어 체결된다. 그러므로, 회전 플레이트(8)는 회전축(5)에 강하게 고정되도록 나사공을 구비한 캡(12)의 확경 플랜지(12b)와 와셔(13) 사이에서 압력 홀딩된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 얕고 원형의 시트 코일 홀딩 캐비티(15)와, 캐비티(15)보다 큰 지름이고 더욱 깊은 원형 코어 홀딩 캐비티(16)는 회전 플레이트(8)를 마주보는 베이스(7)의 대향 표면에 동심으로 형성된다.
복수의 위치 결정 돌기(18, 18)들은 회전 플레이트(8)를 마주보는 베이스(7)의 표면에서 시트 코일 홀딩 캐비티(15)의 형성과 동반되는 베이스(7)의 중앙에 형성된 짧은 보스부(17)의 외주 표면에 제공된다.
베이스부(17)의 외주 표면에 있는 두 위치 결정 돌기(18, 18)들 사이의 간격 각도는 한쪽 측면에서 170°, 다른쪽 측면에서 190°와 같이 180°와 다르게 설정된다. 그 이유는 후술하는 시트 코일이 시트 코일 홀딩 캐비티(15)에서 취해질 때 시트 코일의 전방 및 후방 측면들에 관해 잘못되는 것을 방지하기 위해서이다.
규소강과 같은 고투자율 자성 재료로 만들어진 링 형상 코어(19)와 여자 코일(20)(도 3 참조)을 구비한 제1 시트 코일(21)은 베이스(7)의 코어 홀딩 캐비티(16) 및 시트 코일 홀딩 캐비티(15)에 각각 장착되어서, 링 형상 코어(19)와 제1 시트 코일(21)은 회전 플레이트(8)를 대향한다.
위치 결정 중공부(22, 22)들은 베이스(7)의 위치 결정 돌기(18, 18)들의 위치에 대응하는 위치에서 제1 시트 코일(21)의 내부 원주 단부 부분에 형성된다. 위치 결정 돌기(18, 18)들과 이러한 위치 결정 중공부(22, 22)들을 결합하는 것에 의해, 제1 시트 코일(21)은 베이스의 전방 및 후방 측면들에 관해서 잘못됨이 없이 베이스(7)의 시트 코일 홀딩 캐비티(15)에서 정확하게 취해질 수 있다.
얕고 원형인 원형 시트 코일 홀딩 캐비티(15), 및 캐비티(15)보다 지름이 크고 더욱 깊은 원형 코어 홀딩 캐비티(16)는 각각 베이스와 커버를 대향하도록 회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)의 각각의 대향 표면들에 동심으로 형성되며, 회전 플레이트(8)를 마주보는 커버(9)의 대향 표면에 동심으로 형성되며, 이러한 캐비티(15, 16)들은 베이스(7)의 시트 코일 홀딩 캐비티(15) 및 코어 홀딩 캐비티(16)와 각각 동일하다.
시트 코일 홀딩 캐비티(15)들 사이 및 코어 홀딩 캐비티(16)들 사이에 약간의 형상 차이가 있을지라도, 시트 코일 홀딩 캐비티(15)들 및 코어 홀딩 캐비티(16)들은 설명을 단순화하기 위해 각각의 공통 도면 부호에 의해 각각 도시된다. 모두 도시되지 않은 위치 결정 돌기부(18, 18)들은 시트 코일 홀딩 캐비티(15)들의 각각의 내부 원주 단부 부분에 제공되며, 이것들은 베이스(7)의 시트 코일 홀딩 캐비티(15)의 내부 원주 단부 부분에 제공된 위치 결정 돌기(18, 18)들과 동일하며, 이것들은 공통의 도면 부호에 의해 또한 도시된다.
규소강 등으로 만들어진 링 형상 코어(19)는 각각의 코어 홀딩 캐비티(16)에 장착되고, 캐비티(16)는 베이스와 커브를 대향하도록 회전 플레이트의 디스크부(8a)의 대향 표면(8)들의 각각에 형성되고 회전 플레이트(8)를 마주보는 커버(9)의 대향 표면에 또한 형성되며, 이러한 링 형상 코어(19)들은 베이스(7)의 코어 홀딩 캐비티(16)에 장착된 것들과 동일하다. 높은 자성 투과율을 가지는 코어(19)가 회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)의 각각의 면들에 배치되기 때문에, 디스크부(8a)는 합성수지 재료, 알루미늄 경합금, 스테인리스 강 등과 같은 낮은 자성 투과율을 가지는 재료로 만들어질 수 있다.
여자 코일(20)을 마주보는 검출 코일(23)(도 3 참조)을 구비한 제2 시트 코일(24)은 베이스를 마주보는 회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)의 대향 표면에 형성된 시트 코일 홀딩 캐비티(15)에 장착된다. 출력 변성기(25)의 1차 코일(26)(도 3 참조)을 구비한 제3 시트 코일(27)은 커버를 마주보는 회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)의 대향 표면에 형성된 시트 코일 홀딩 캐비티(15)에 장착된다. 출력 변성기(25)의 1차 코일(26)을 대향하는 2차 코일(28)을 구비하는 제4 시트 코일(29)은 회전 플레이트(8)를 마주보는 커버(9)의 대향 표면에 형성된 시트 코일 홀딩 캐비티(15)에 장착된다.
위치 결정 중공부(22, 22)들은 제2 시트 코일(24), 제3 시트 코일(27) 및 제4 시트 코일(29)의 각각의 내부 원주 단부 부분에 형성되며, 이러한 중공부들은 제1 시트 코일(21)의 내부 원주 단부 부분에 형성된 위치 결정 중공부(22, 22)들과 동일하다. 대응하는 위치 결정 돌기(18, 18)들과 이러한 중공부(22, 22)들을 결합하는 것에 의해, 제2 시트 코일(24), 제3 시트 코일(27) 및 제4 시트 코일(29)은 이러한 것들의 전방 및 후방 측면들에 관해서 잘못됨이 없이 각각의 대응하는 시트 코일 홀딩 캐비티(15)에서 정확하게 취해질 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여 제1 내지 제4 시트 코일(21, 24, 27, 29)들에 있는 각각의 코일이 설명된다.
제1 시트 코일(21)의 여자 코일(20)은 그 전기각 위상들이 90°와 같이 서로 다르도록 프리프레그(prepreg) 등으로 만들어진 절연 시트(30)의 전방 및 후방 표면들에 각각 배치된 제1 및 제2 여자 코일(31, 32)들을 포함한다. 제1 및 제2 여자 코일(31, 32)들은 각각 180°의 각도 위치에서 그 각각의 위상이 반전되는 극성 반전 여자 코일들이다.
용이하게 이해하기 위하여 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이: 제1 여자 코일(31)은 스퍼어 기어의 프로파일이 추적되도록 내외측 방향으로 사행하는 불규칙한 패턴으로 형성된 환상 코일(annular coil)(31a), 및 각각 180°의 각도로 편심되도록 환상 코일(31a)의 전방 및 후방 측면들에 각각 연결되는 리드 와이어(31b, 31c)들을 포함하며; 제2 여자 코일(32)은 환상 코일(31a)과 동일한 형상을 가지는 환상 코일(32a), 및 각각 180°의 각도로 편심되도록 환상 코일(32a)의 상부 및 하부 측면들에 각각 리드 와이어(32b, 32c)들을 포함한다. 그러나, 제1 및 제2 여자 코일들의 형태는 이러한 패턴으로 제한되지 않는다. 실제로, 많은 패턴들이 형태를 위해 고려될 수 있다.
고주파 전압은 도 5에 도시된 컨트롤러(50)의 검출기 제어 회로(51)의 제1 여자 회로(52)에 의해 제1 여자 코일(31)의 리드 와이어(31b, 31c)들에 인가된다. 고주파 전압은 검출기 제어 회로(51)의 제2 여자 회로(53)에 의해 제2 여자 코일(32)의 리드 와이어(32b, 32c)들에 또한 인가된다.
제2 시트 코일(24)의 검출 코일(23)은 절연 시트(30)와 동일한 절연 시트(33)의 한쪽 측면에 배치되고, 검출 코일(23)은, 스퍼어 기어의 프로파일이 상기 제1 여자 코일(31)의 환상 코일(31a)과 동일한 방식으로 추적되도록 내외측 방향으로 사행하는 불규칙한 패턴으로 형성된 환상 코일(23a)의 전방 부분을 절단하는 것에 의해, 그리고 획득된 단자(23b, 23c)들을 수직으로 분리하는 것에 의해 형성된다. 검출 코일(23)이 절연 시트(33)의 각각의 측면에 배치되는 경우가 있다.
전도성 금속편으로 만들어진 탄성 설편으로 형상화된 접촉기(34)는 구심력 방향으로 향하도록 환상 코일(23a)의 각각의 단자(23b, 23c)에 연결된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 접촉기(34)는 각각의 전도성 스트립(11)에 압력 용접되도록 회전 플레이트(8)의 원통축(8c)의 축 방향으로 탄성 변형된다.
제3 시트 코일(27)의 1차 코일(26)은 절연 시트(33)와 동일한 절연 시트(35)의 한쪽 측면에 배치된 나선형 코일부(26a)를 가진다. 나선형 코일부(26a)가 절연 시트(35)의 각각의 측면에 배치되는 경우가 있다.
접촉기(34)와 동일한 전도성 금속편으로 만들어진 탄성 설편으로 형상화된 접촉기(36)는 구심력 방향으로 향하도록 나선형 코일부(26a)의 각각의 단자(26b, 26c)들에 연결된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 접촉기(36)는 역시 전도성 스트립(11)들의 각각에 압력 용접되도록 회전 플레이트(8)의 원통축(8c)의 축 방향으로 탄성 변형된다.
연결 수단(37)은, 그 각각이 회전 플레이트(8)의 원통축(8c)의 외주 표면에 제공된 오목 그루브(10)들의 각각에 끼워지는 전도성 스트립(11)들, 제2 시트 코일(24)의 접촉기(34)들, 및 제3 시트 코일(27)의 접촉기(36)들로 형성된다. 연결 수단(37)은 회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)를 통과하는 것에 의해 제2 시트 코일(24)의 검출 코일(23)과 제3 시트 코일(27)의 1차 코일(26)을 전기적으로 연결한다.
제2 시트 코일(24)의 접촉기(34)들 및 제3 시트 코일(27)의 접촉기(36)들은 바람직하게 납땜 등으로 원통축(8c)의 외주 표면에 배치된 전도성 스트립(11)들의 각각에 고정된다.
그러므로, 접촉기(34, 36)들과 대응하는 전도성 스트립(11)들 사이의 전기 연결이 강할 뿐만 아니라, 회전 플레이트(8)에서 원통축(8c)에 대한 디스크부(8a)의 위치 일탈이 방지될 수 있다. 그러므로, 회전 플레이트(8)에서 원통축(8c)에 대한 디스크부(8a)의 고정 수단이 생략될 수 있다.
더욱이, 접촉기(34, 36)들의 납땜부는 회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)로부터 외측으로 노출되며, 그러므로, 납땜부들은 외부로부터 시각적으로 인식되어, 납땜의 부주의의 위험이 방지될 수 있다.
제4 시트 코일(29)의 2차 코일(28)은 절연 시트(33)와 동일한 절연 시트(38)의 한쪽 측면에 배치된 나선형 코일부(28a)를 가진다. 나선형 코일부(28a)가 절연 시트(38)의 각각의 측면에 배치되는 경우가 있다.
나선형 코일부(28a)의 양 단자(28b, 28c)들은 도 5에 도시된 출력 처리 회로(54)에 연결된다.
도 3에서, 이해를 용이하게 하기 위하여, 제1 내지 제4 시트 코일(21, 24, 27, 29)들의 각각의 코일(20(31, 32), 23, 26, 28)은 코일들의 각각이 대응하는 절연 시트(30, 33, 35, 38)들로부터 이격되도록 개략적으로 도시되어 있다. 실제로 코일(20(31, 32), 23, 26, 28)들의 각각이 대응하는 절연 시트(30, 33, 35, 38)들에 인쇄 배선되기 때문에, 그 각각의 두께는 현저히 작다.
더욱이, 제1 내지 제4 시트 코일(21, 24, 27, 29)들의 각각의 코일(20(31, 32), 23, 26, 28)이 하나의 평면당 1 개씩 배열되기 때문에, 회전 각도 검출 디바이스(3)는 상당히 얇게 만들어질 수 있다. 각각의 코일(20(31, 32), 23, 26, 28)이 하나의 평면당 2개 이상 배열되는 경우가 있다.
상기 구성에서:
자기장은 베이스(7)에 장착된 코어(19)와 베이스를 마주보는 회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)의 대향 표면에 장착된 다른 코어(19) 사이에 형성되고, 각각의 코어(19)는 여자 코일(20)들을 구비하는 제1 시트 코일(21) 및 검출 코일(23)을 구비한 제2 시트 코일(24)의 쌍의 각각의 외부에 배치되며;
다른 자기장은 커버를 마주보는 회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)의 대향 표면에 장착된 코어(19)와 커버(9)에 장착된 다른 코어(19) 사이에 형성되고, 각각의 코어(19)는 또 다른 쌍의, 출력 변성기(25)의 1차 코일(26)을 구비한 제3 시트 코일(27) 및 출력 변성기(25)의 2차 코일(28)을 구비한 제4 시트 코일(29)의 또 다른 쌍의 각각의 외부에 배치되며;
회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)의 각각의 측면에 형성된 상기 두 자기장들사이의 상호 작용은 디스크부(8a)에 의해 절연된다.
그러므로, 제1 내지 제4 시트 코일(21, 24, 27, 29)들을 회전축(5)의 축 방향으로 정렬하는 것을 가능하게 할 수 있다.
제1 시트 코일(21)의 제1 및 제2 여자 코일(31, 32)들과 제2 시트 코일(24)의 검출 코일(23)은,
각각의 코일의 내경부들이 각각의 내부 아치형부를 통해 복수의 반경 방향 지향부의 내측 단부들 사이의 각각의 대응 갭을 결합하는 것에 의해 형성되고, 각각의 코일의 외경부들이 각각의 외부 아치형부를 통해 반경 방향 지향부의 외측 단부들 사이의 각각의 대응 갭을 결합하는 것에 의해 형성되고;
베이스(7)에 배치된 코어(19)의 내경이 제1 시트 코일(21)의 제1 여자 코일(31) 및 제2 여자 코일(32)의 대응하는 내부 아치형부들에 의해 구성된 각각의 내경보다 크고;
베이스(7)에 배치된 코어(19)의 외경이 제1 시트 코일(21)의 제1 여자 코일(31) 및 제2 여자 코일(32)의 대응하는 외부 아치형부들에 의해 구성된 각각의 외경보다 작고;
베이스를 마주보는 회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)의 대향 표면에 배치된 코어(19)의 내경이 제2 시트 코일(24)의 검출 코일(23)의 내부 아치형부들에 의해 구성된 내경보다 크고;
베이스를 마주보는 회전 플레이트(8)의 디스크부(8a)의 대향 표면에 배치된 코어(19)의 외경이 제2 시트 코일(24)의 검출 코일(23)의 외부 아치형부들에 의해 구성된 외경보다 작도록 구성되는 것이 바람직하다
이러한 구성에 따라서, 자기장을 형성하는 각각의 코어(19)는 제1 여자 코일(31), 제2 여자 코일(32), 및 검출 코일(23)의 대응하는 반경 방향 지향부으로만 대향하고, 그러므로, 각각의 코일의 반경 방향 지향부들 사이를 결합하는 아치형부들에 의한 자기 영향을 제거하고 S/N 비, 즉 신호대 노이즈 비를 향상시키는 것이 가능하다.
따라서, 전체 디바이스가 작게 만들어지도록 여자 전류를 감소시키고 각각의 코일을 더욱 작게 만드는 것이 가능하다.
다음에, 도 5에 도시된 블록도를 참조하여, 컨트롤러(50)의 구성 및 기능이 설명된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 회전 각도 검출 디바이스(3)에서 회전 플레이트(8)의 측면의 검출 코일(23) 및 출력 변성기(25)의 1차 코일(26)은 직렬로 결합되고, 연결 수단(37)을 통해 폐루프형 구조이도록 만들어진다.
회전 각도 검출 디바이스(3)의 고정자인 베이스(7)에 장착된 제1 및 제2 여자 코일(31, 32)들은 검출기 제어 회로(51)의 제1 및 제2 여자 회로(52, 53)들에 각각 결합된다. 변조 신호(S1)는 제1 여자 회로(52)로부터 제1 여자 코일(31)에 인가되고, 변조 신호(S1)는 고주파 신호를 진폭 변조하여(amplitude modulating) 얻어진다. 변조 신호(S2)는 제2 여자 회로(53)로부터 제2 여자 코일(32)에 인가되며, 변조 신호(S2)는 그 전기각이 예를 들어 90°인 변조 신호(S1)의 전기각과 구별되도록 고주파 신호를 진폭 변조하여 얻어진다.
제1 여자 코일(31)의 리드 와이어(31b, 31c)들에 공급되는 여자 전류와, 제1 여자 코일(32)의 리드 와이어(32b, 32c)들에 공급되는 여자 전류가 교류 전류이기 때문에, 전류 방향은 리드 와이어(31b) → 리드 와이어(31c), 리드 와이어(32b) → 리드 와이어(32c)의 조건과 리드 와이어(31b) ← 리드 와이어(31c), 리드 와이어(32b) ← 리드 와이어(32c)의 또 다른 조건 사이에서 주기적으로 변경된다.
이 예에서: 리드 와이어(31b, 31c, 32b, 32c)들의 배열이 전술한 바와 같이 제공되기 때문에; 리드 와이어(31b)가 + sin 위상 출력 신호를 출력하기 위한 + sin 위상 리드 와이어로 설정될 때, 리드 와이어(31c)는 - sin 위상 출력 신호를 출력하기 위하여 - sin 위상 리드 와이어로서 결정되고, 리드 와이어(32b)는 + cos 위상 출력 신호를 출력하기 위하여 + cos 위상 리드 와이어로 결정되고, 그런 다음 리드 와이어(32c)는 - cos 위상 출력 신호를 출력하기 위하여 - cos 위상 리드 와이어로 결정된다.
더욱이, 상기된 바와 같이, 제1 및 제2 여자 코일(31, 32)들은 그 각각의 위상이 180°의 각도 위치에서 반전되는 극성 반전 여자 코일들이다. 그러므로, 노이즈가 그 출력 신호의 임의의 것에서 발생하더라도, 코일들은 상호 노이즈를 상쇄시키도록 노이즈 상쇄 효과를 보일 수 있다.
그런데, 상기 특허 문헌 3(JP 3,047,231 B)은, 극성 반전 회로가 리졸버 제어 회로(resolver control circuit)에 제공되는 것을 기술한다. 다른 한편으로, 본 실시예에 따라서, 제1 및 제2 여자 코일(31, 32)들은 검출기 제어 회로(51)에서 극성 반전 회로를 제공함이 없이 노이즈 상쇄 효과를 보이도록 그 코일 패턴들에 의해 극성을 반전시킬 수 있다.
변조 신호(S1, S2)들이 제1 및 제2 여자 코일(31, 32)들에 각각 인가된 상태에서, 회전 플레이트(8)가 전기 모터(2)의 회전축(5)에 의해 회전될 때, 변조 신호(S1, S2)들에 의해 유도된 중첩 전압(composite voltage)이 출력 신호(S0)로서 검출 코일(23)에서 발생된다. 이러한 출력 신호(SO)는 1차 코일(26) 및 2차 코일(28)에 의해 구성된 출력 변성기(25)를 통해 출력 처리 회로(54)에 인가된다.
출력 처리 회로(54)에서, 출력 신호(SO)는 고주파 신호 분리 회로(도시되지 않음)에 의해 복조되고, 온도는 출력 신호(SO)가 각도 검출 신호(SA)로서 출력되도록 보상 회로(도시되지 않음)에 의해 보상된다. 각도 검출 신호(SA)는 A/D 변환기(55)를 통해 모터 제어 회로(56)의 각도 제어 회로(57)에 인가된다.
제1 및 제2 입력 회로(52, 53)들에서 변조 신호(S1, S2)들을 발생시키고 출력 처리 회로(54)에서 출력 신호(SO)를 복조 및 보상하기 위한 특정 장치 및 방법에 관하여; 이러한 것들이 상기 특허 문헌 3 등에서 널리 공지되고 본 발명과 직접 관련이 없기 때문에, 도면 및 상세한 설명은 생략된다.
모터 제어 회로(56)의 각도 제어 회로(57)에 의해, 각도 제어 신호(SAc)는 검출기 제어 회로(51)의 출력 처리 회로(54)로부터 인가된 각도 검출 신호(SA)에 기초하여 모터 작동 디바이스(58)에 의해 설정된 조건에 따라서 계산되고, 각도 제어 신호(SAc)는 모터 작동 회로(59)에 인가된다.
모터 작동 회로(59)는 모터 작동 디바이스(58)의 작동에 기초하여 전기 모터(2)를 켜고 끄며, 각도 제어 신호(SAc)에 따라 전기 모터(2)의 작동을 정지시키고 그 회전 속도를 변화시킨다.
상기된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따라서: 여자 코일(20) 및 검출 코일(23)의 쌍, 및 출력 변성기(25)를 구성하는 1차 및 2차 코일(26, 28)의 또 다른 쌍들이 회전축(5)의 축 방향으로 정렬되기 때문에, 회전축(5)에 중심이 있는 전체 디바이스의 외경은 감소되고; 모든 코일(20, 23, 26, 28)들이 시트 코일이기 때문에, 전체 디바이스는 얇게 만들어질 수 있다.
그러므로, 디바이스는 소형 전기 모터(2) 뿐만 아니라 회전축과 베어링 사이의 부분, 로봇의 관절된 아암부 등과 같은 축에 의해 회전 또는 선회 지지되는 부재에 고정될 수 있으며, 디바이스는 축에 의해 회전 또는 선회 지지되는 부재의 회전 각도 또는 선회 각도를 정확하게 검출할 수 있다.
연결 수단(37)은, 회전 플레이트(8)의 원통축(8c)의 외주 표면에 배치되고 회전 플레이트(8)의 양쪽 좌우 측면에 위에서 연장되도록 회전축(5)의 축 방향으로 배향되는 하나 이상의 전도성 스트립(11)들; 제2 시트 코일(24)의 검출 코일(23)의 대응하는 단자들에 연결되고 대응하는 전도성 스트립(11)들과 접촉되는 접촉기(34, 34)들; 및 제3 시트 코일(27)의 1차 코일(26)의 대응하는 단자들에 연결되고 대응하는 전도성 스트립(11)들과 접촉하는 접촉기(36, 36)들로 형성된다. 그러므로, 접촉기(34, 36)들이 원통축(8c)의 외주 표면에 배치된 전도성 스트립(11)들의 위치들에 각각 편성되도록 그 양쪽 측면들로부터 회전 플레이트(8)에 제2 및 제3 시트 코일(24, 27)들을 고정하는 것에 의해, 접촉기(34, 36)들은 각각 전도성 스트립(11)들과 접촉되고, 이에 의해 전도성 스트립(11)들을 통해 1차 코일(26)과 검출 코일(23)을 전기적으로 용이하고 확실하게 연결한다.
더욱이, 제2 및 제3 시트 코일(24, 27)들이 회전축(5)에 가까운 부분에서 전기적으로 연결될 수 있기 때문에, 이것들이 회전 플레이트의 외부 주변부에 연결되는 경우와 비교하여 동적 불균형이 거의 일어나지 않는다.
회전 플레이트(8)는 중앙 구멍(8b)을 가지는 디스크부(8a)와, 중앙 구멍(8b)을 통과하는 원통축(8c)를 포함하며; 연결 수단(37)은, 원통축(8c)의 외주 표면에 배치되고 디스크부(8a) 양쪽 좌우 측면 위에서 연장되도록 원통축(8c)의 축 방향으로 배향된 하나 이상의 전도성 스트립(11)들; 제2 시트 코일(24)의 검출 코일(23)의 대응하는 단자들에 연결되고 대응하는 전도성 스트립(11)들과 접촉되는 접촉기(34, 34)들; 및 제3 시트 코일(27)의 1차 코일(26)의 대응하는 단자들에 연결되고 대응하는 전도성 스트립(11)들과 접촉되는 접촉기(36, 36)들로 형성된다. 그러므로, 전도성 스트립들을 고정하기 위해 회전축(5)을 직접 처리함이 없이, 제2 및 제3 시트 코일(24, 27)들은 회전 플레이트(8)에서 연결될 수 있다.
각각의 접촉기(34, 36)가 회전 플레이트(8)의 축 방향으로 변형 가능한 탄성 설편으로 만들어지기 때문에, 각각의 접촉기(34, 36)는 제2 및 제3 시트 코일(24, 27)들이 회전 플레이트(8)의 각각의 측면에 고정되도록 각각 위치될 때 각각의 전도성 스트립(11)에 자연적으로 압력 용접되도록 회전 플레이트(8)의 축 방향으로 탄성 변형된다. 그러므로, 회전 플레이트(8)에 제2 및 제3 시트 코일(24, 27)들을 고정하는 것이 용이하고, 각각의 전도성 스트립(11)에 대한 접촉기(34, 36)들의 전기 연결은 접촉기(34, 36)들이 그 탄성 복원력에 의해 대응하는 전도성 스트립(11)들에 압력 용접되기 때문에 단절되지 않는다.
링 형상 코어(19)가 베이스(7)와 제1 시트 코일(21) 사이, 베이스로의 회전 플레이트(8)의 대향 표면과 제2 시트 코일(24) 사이, 커버를 마주보는 회전 플레이트(8)의 대향 표면과 제3 시트 코일(27) 사이, 및 커버(9)와 제4 시트 코일(29) 사이에 각각 배치되기 때문에; 각각의 코일(20, 23, 26, 28)을 통과하는 전류에 의해 발생된 각각의 자속 밀도는 검출 출력을 강화시키도록 증가된다.
여자 코일(20)이 그 전기각 위상이 서로 상이하도록 절연 시트(30)의 전방 및 후방 표면들에 각각 배치되는 제1 및 제2 여자 코일(31, 32)들을 포함하기 때문에, 전체 디바이스의 소형화 및 박형화를 유지하면서 검출 정확도가 증가된다.
제1 및 제2 여자 코일(31, 32)들이 180°의 각도 위치에서 각각의 위상이 반전되는 극성 반전 여자 코일들이기 때문에, 여자 측면의 노이즈는 검출 정확도를 증가시키도록 상쇄될 수 있다.
전기 모터(2)에 소형화 및 박형화가 가능한 회전 각도 검출 디바이스(3)를 고정하는 것에 의해 소형 전기 모터에 회전 각도 검출 디바이스(1)를 제공하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 회전 각도 검출 디바이스의 제2 실시예를 도시한다. 제1 실시예와 동일 또는 유사한 부재들은 각각 동일한 도면 부호로 도시되며, 도면 및 그 상세한 설명은 생략된다.
이러한 제2 실시예에서, 회전축(5)의 축 방향으로 배향된 하나 이상의 오목 그루브(10)들은 단지 디스크 형상으로 형성된 회전 플레이트(8)의 중앙 구멍(8b)을 통과하는 회전축(5)의 팁 부분의 외주 표면에 배치되고,
전도성 스트립(11)은 회전 플레이트(8)의 양쪽 좌우 측면 위에서 연장되도록 오목 그루브(10, 10)들의 각각에 끼워지며,
베이스를 마주보는 회전 플레이트(8)의 대향 표면에 배치된 제2 시트 코일(24)의 검출 코일(23)의 대응하는 단자들에 연결된 각각의 접촉기(34)는 납땜에 의해 대응하는 전도성 스트립(11)들에 압력 용접되어 고정되며, 커버를 마주보는 회전 플레이트(8)의 대향 표면에 배치된 제3 시트 코일(27)의 1차 코일(26)의 대응하는 단자들에 연결된 각각의 접촉기(36)는 납땜에 의해 대응하는 전도성 스트립(11)들에 압력 용접되어 고정된다.
즉, 제2 실시예에서: 연결 수단(37)은, 회전 플레이트(8)를 통과하는 회전축(5)의 외주 표면에 배치되고 회전 플레이트(8)의 양쪽 좌우 측면 위에서 연장되도록 회전축(5)의 축 방향으로 배향된 하나 이상의 전도성 스트립(11); 제2 시트 코일(24)의 검출 코일(23)의 대응하는 단자들에 연결되고 대응하는 전도성 스트립(11)들과 접촉되는 접촉기(34)들; 및 제3 시트 코일(27)의 1차 코일(26)의 대응하는 단자들에 연결되고 대응하는 전도성 스트립(11)들과 접촉되는 접촉기(36)들로 형성된다.
다른 구성 요소들은 제1 실시예와 동일하다.
이러한 제2 실시예에 따라서, 그 접촉기(34, 36)들이 회전축(5)의 외주 표면에 배치된 전도성 스트립(11)들의 위치들에 각각 편성되도록, 제2 및 제3 시트 코일(24, 27)들을 양쪽 측면들로부터 회전 플레이트(8)에 고정하는 것에 의해, 접촉기(34, 36)들은 전도성 스트립(11)과 각각 접촉되고, 이에 의해, 전도성 스트립(11)들을 통해 검출 코일(23)과 1차 코일(26)을 전기적으로 용이하고 확실하게 전기적으로 연결한다.
더욱이, 제2 및 제3 시트 코일(24, 27)들이 회전축(5)에 가까운 부분에서 전기적으로 연결될 수 있기 때문에, 이러한 것들이 회전 플레이트의 외주변부에 연결되는 경우와 비교하여 동적 불균형이 거의 일어나지 않는다.
더욱이, 제1 실시예에서의 회전 플레이트(8)가 디스크부(8a)와 원통축(8c)인 2개의 부재로 구성될지라도, 제2 실시예에서의 회전 플레이트(8)는 단지 디스크 형상으로 형성된 하나의 부재로 구성될 수 있다.
접촉기(34, 36)들을 대응하는 전도성 스트립(11)들에 고정하는 것에 의해, 접촉기(34, 36)들과 대응하는 전도성 스트립(11)들 사이의 전기 연결이 강하게 만들어질 뿐만 아니라, 회전축(5)에 대한 회전 플레이트(8)의 위치 일탈 및 상대 회전이 방지될 수 있다. 그러므로, 회전축(5)에 대한 회전 플레이트(8)의 고정 수단이 생략될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들로 한정되지 않고, 다음과 같은 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않으면, 다양한 변형들이 본 발명에 추가될 수 있다.
(1)베이스(7)와 커버(9)의 위치들이 서로 대체된다.
즉, 회전 각도 검출 디바이스(3)가 전기 모터(2)에 고정되는 한편 도 1에 도시된 디바이스의 측면 배향이 반전되도록, 베이스(7)가 커버(9)로 대체되고, 그 반대도 마찬가지이다.
(2) 연결 수단(37)은 회전 플레이트(8)를 통과하는 것에 의해, 제2 시트 코일(24)의 검출 코일(23)의 단자와 제3 시트 코일(27)의 1차 코일(26)의 단자를 연결하는 단지 전도성 와이어이다.
이러한 구성에 따라서, 연결 수단(37)을 대폭 단순화될 수 있다.
(3) 제1 실시예에서의 회전 플레이트(8)의 원통축(8c)은 직접 압입 끼워맞춤에 의해 회전축(5)에 고정된다.
산업상 이용 가능성
본 발명의 회전 각도 검출 디바이스는, 전기 모터 뿐만 아니라 회전축과 베어링 사이의 부분, 로봇의 관절 아암부 등의 축에 의해 회전 또는 선회 지지되는 부재에 용이하게 고정될 수 있으며, 디바이스는 축에 의해 회전 또는 선회 지지되는 이러한 부재의 회전 각도 또는 선회 각도를 정확하게 검출할 수 있다.
본 발명의 회전 각도 검출 디바이스를 구비하는 전기 모터는 소형화될 수 있다. 그러므로, 이러한 전기 모터가 로봇, 차량 등의 축에 의해 회전 또는 선회 지지되는 소형 부재의 구동에 적용될 때, 이러한 소형 부재의 각도를 정확하게 제어하는 것이 가능하다.
1 회전 각도 검출 디바이스를 구비한 전기 모터
2 전기 모터
3 회전 각도 검출 디바이스
4 모터 하우징
4a 축경부
4b 단부 플레이트
4c 보스부
5 회전축
6 고정 받침대
7 베이스
8 회전 플레이트
8a 디스크부
8b 중앙 구멍
8c 원통축
9 커버
10 오목 그루브
11 전도성 스트립
12 나사공을 구비한 캡
12a 축
12b 확경 플랜지
12c 나사공
12d 축 구멍
13 와셔
14 볼트
14a 수나사
15 시크 코일 홀딩 캐비티
16 코어 홀딩 캐비티
17 보스부
18 위치 결정 돌기
19 코어
20 여자 코일
21 제1 시트 코일
22 위치 결정 중공부
23 검출 코일
23a 환상 코일
23b, 23c 단자
24 제2 시트 코일
25 출력 변성기
26 1차 코일
26a 나선형 코일부
26b, 26c 단자
27 제3 시트 코일
28 2차 코일
28a 나선형 코일부
28b, 28c 단자
29 제4 시트 코일
30 절연 시트
31 제1 여자 코일
31a 환상 코일
31b, 31c 리드 와이어
32 제2 여자 코일
32a 환상 코일
32b, 32c 리드 와이어
33 절연 시트
34 접촉기
35 절연 시트
36 접촉기
37 연결 수단
38 절연 시트
50 컨트롤러
51 검출기 제어 회로
52 제1 여자 회로
53 제2 여자 회로
54 출력 처리 회로
55 A/D 변환기
56 모터 제어 회로
57 각도 제어 회로
58 모터 작동 디바이스
59 모터 작동 회로
S1, S2 변조 신호
SO 출력 신호
SA 각도 검출 신호
SAc 각도 제어 신호
2 전기 모터
3 회전 각도 검출 디바이스
4 모터 하우징
4a 축경부
4b 단부 플레이트
4c 보스부
5 회전축
6 고정 받침대
7 베이스
8 회전 플레이트
8a 디스크부
8b 중앙 구멍
8c 원통축
9 커버
10 오목 그루브
11 전도성 스트립
12 나사공을 구비한 캡
12a 축
12b 확경 플랜지
12c 나사공
12d 축 구멍
13 와셔
14 볼트
14a 수나사
15 시크 코일 홀딩 캐비티
16 코어 홀딩 캐비티
17 보스부
18 위치 결정 돌기
19 코어
20 여자 코일
21 제1 시트 코일
22 위치 결정 중공부
23 검출 코일
23a 환상 코일
23b, 23c 단자
24 제2 시트 코일
25 출력 변성기
26 1차 코일
26a 나선형 코일부
26b, 26c 단자
27 제3 시트 코일
28 2차 코일
28a 나선형 코일부
28b, 28c 단자
29 제4 시트 코일
30 절연 시트
31 제1 여자 코일
31a 환상 코일
31b, 31c 리드 와이어
32 제2 여자 코일
32a 환상 코일
32b, 32c 리드 와이어
33 절연 시트
34 접촉기
35 절연 시트
36 접촉기
37 연결 수단
38 절연 시트
50 컨트롤러
51 검출기 제어 회로
52 제1 여자 회로
53 제2 여자 회로
54 출력 처리 회로
55 A/D 변환기
56 모터 제어 회로
57 각도 제어 회로
58 모터 작동 디바이스
59 모터 작동 회로
S1, S2 변조 신호
SO 출력 신호
SA 각도 검출 신호
SAc 각도 제어 신호
Claims (11)
- 고정체에 회전 가능하게 설치된 회전축의 회전 각도를 검출하기 위한 회전 각도 검출 디바이스로서,
상기 회전축에 고정된 회전 플레이트;
상기 회전 플레이트를 향하도록 상기 고정체에 장착되는 베이스;
상기 회전 플레이트 위에 펴지도록 상기 고정체에 고정되는 커버;
상기 회전 플레이트를 마주보는 상기 베이스의 대향 표면에 장착되고, 여자 코일을 구비하는 제1 시트 코일;
상기 베이스를 마주보는 상기 회전 플레이트의 대향 표면에 장착되고, 상기 여자 코일을 마주보는 검출 코일을 구비하는 제2 시트 코일;
상기 커버를 마주보는 상기 회전 플레이트의 다른 대향 표면에 장착되고, 상기 회전 플레이트를 통과하는 연결 수단에 의해 상기 검출 코일에 연결된 출력 변성기의 1차 코일을 구비하는 제3 시트 코일; 및
상기 회전 플레이트를 마주보는 상기 커버의 대향 표면에 장착되고, 상기 출력 변성기의 상기 1차 코일을 마주보는 2차 코일을 구비하는 제4 시트 코일을 포함하는, 회전 각도 검출 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 연결 수단은,
상기 회전 플레이트를 통과하는 상기 회전축의 외부 표면에 배치되고 상기 회전 플레이트의 양쪽 좌우 측면 위에서 연장되도록 상기 회전축의 축 방향으로 배향되는 하나 이상의 전도성 스트립;
상기 전도성 스트립과 접촉하도록 상기 제2 시트 코일의 상기 검출 코일의 단자에 연결된 접촉기; 및
상기 전도성 스트립과 접촉하도록 상기 제3 시트 코일의 1차 코일의 단자에 연결되는 다른 접촉기를 포함하는, 회전 각도 검출 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 회전 플레이트는 중앙 구멍을 가지는 디스크부와, 상기 중앙 구멍에 끼워지는 원통축을 포함하며, 상기 연결 수단은,
상기 회전 플레이트를 통과한 상기 회전축의 외주 표면에 배치되며, 상기 회전 플레이트의 양쪽 좌우 측면 위에서 연장되도록 상기 회전축의 축 방향으로 배향된 하나 이상의 전도성 스트립;
상기 전도성 스트립과 접촉하도록 상기 제2 시트 코일의 상기 검출 코일의 단자에 연결된 접촉기; 및
상기 전도성 스트립과 접촉하도록 상기 제3 시트 코일의 상기 1차 코일의 단자에 연결된 다른 접촉기를 포함하는, 회전 각도 검출 디바이스. - 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 각각의 접촉기는 상기 회전 플레이트의 축 방향으로 변형 가능한 탄성 설편으로 만들어지는, 회전 각도 검출 디바이스.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 각각의 접촉기는 전도성 스트립에 고정되는, 회전 각도 검출 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 연결 수단은, 상기 회전 플레이트를 통과하는 것에 의하여 상기 제2 시트 코일의 검출 코일의 단자와 상기 제3 시트 코일의 1차 코일의 단자를 연결하는 전도성 와이어인, 회전 각도 검출 디바이스.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 링 형상 코어는, 상기 베이스와 상기 제1 시트 코일의 사이, 상기 베이스를 마주보는 상기 회전 플레이트의 대향 표면과 상기 제2 시트 코일 사이, 상기 커버를 마주보는 상기 회전 플레이트의 대향 표면과 제3 시트 코일 사이, 및 상기 커버와 상기 제4 시트 코일 사이에 각각 개재되는, 회전 각도 검출 디바이스.
- 제7항에 있어서, 상기 여자 코일 및 상기 검출 코일은,
각각의 코일의 내경부들이 각각의 내부 아치형부를 통해 복수의 반경 방향 지향부의 내측 단부들 사이의 각각의 대응하는 갭을 결합하는 것에 의해 형성되고, 각각의 상기 코일들의 외경부들이 각각의 외부 아치형부를 통해 상기 반경 방향 지향부들의 외측 단부들 사이의 각각의 대응하는 갭을 결합하는 것에 의해 형성되고;
상기 베이스에 장착된 상기 코어의 내경이 상기 여자 코일의 내부 아치형부들에 의해 구성된 내경보다 크고;
상기 베이스에 장착된 상기 코어의 외경이 상기 여자 코일의 외부 아치형부들에 의해 구성된 외경보다 작고;
상기 베이스를 마주보는 상기 회전 플레이트의 대향 표면에 장착된 상기 코어의 내경이 상기 검출 코일의 내부 아치형부들에 의해 구성된 내경보다 크고;
상기 베이스를 마주보는 상기 회전 플레이트의 대향 표면에 장착된 상기 코어의 외경이 상기 검출 코일의 외부 아치형부들에 의해 구성된 외경보다 작도록 구성되는, 회전 각도 검출 디바이스. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여자 코일은, 그 각각의 전기각(electrical angle)의 위상이 서로 다르도록 절연 시트의 전방 및 후방 표면들에 각각 배치된 제1 및 제2 여자 코일들을 포함하는, 회전 각도 검출 디바이스.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 여자 코일은 180°의 각도 위치에서 그 각각의 위상이 반전되는 극성 반전 여자 코일들인, 회전 각도 검출 디바이스.
- 그 회전축의 한쪽 단부가 모터 하우징의 한쪽 단부로부터 돌출하는 전기 모터, 및 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 상기 회전 각도 검출 디바이스를 포함하는, 회전 각도 디바이스를 구비한 전기 모터로서,
상기 베이스는 상기 모터 하우징에 고정되고, 상기 회전 플레이트는 상기 전기 모터의 회전축에 고정되는, 전기 모터.
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|---|---|---|---|
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