KR20030045980A

KR20030045980A - 인덕션 교류 서보모터의 구조

Info

Publication number: KR20030045980A
Application number: KR1020010075920A
Authority: KR
Inventors: 송태오
Original assignee: (주)티엠디바이스
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-12

Abstract

본 발명은 2개의 고정자를 사용하여 평판형으로 구조를 변경하여 소형화 및 고효율을 이루어 로봇팔 등을 포함한 산업용 기기에 적용할 수 있는 인덕션 교류 서보모터의 구조에 관한 것으로서,

샤프트(shaft)에 결합된 회전자(rotor)의 상하면에 상이 구분된 자극 마그네트가 배치되고, 상기 샤프트의 방향으로 회전자의 상하측에 각각 소정거리 이격되어 고정자(stator)가 배치되며, 상기 샤프트의 소정위치에 자극 마그네트의 자극의 위치를 검출하기 위한 위치 검출기(encoder)가 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 회전자의 상하측에서 대향되도록 2개의 고정자를 배치함으로써 권선량을 늘여서 발생되는 유도 기전력을 높임으로써 성능을 향상시킬 수 있으며, 회전자와 고정자에 많은 상을 형성하고, 서로 90도의 간격으로 대향되는 상이 존재하도록 함으로써 폭을 엷게함과 동시에 위치제어가 정밀하게 이루어지게 되는 효과가 있다.

Description

인덕션 교류 서보모터의 구조{STRUCTURE OF INDUCTION AC SERVO MOTOR}

본 발명은 인덕션 교류 서보모터의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2개의 고정자를 사용하여 평판형으로 구조를 변경하여 소형화 및 고효율을 이루어 로봇팔 등을 포함한 산업용 기기에 적용할 수 있는 인덕션 교류 서보모터의 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 인덕션 모터는 교류(AC) 모터의 일종으로서 회전 자계형에 속하는데, 그 구동 원리는 고정자에 발생하는 회전 자계와 회전자부에 생기는 유도자계와의 상호 작용으로 회전력을 얻는다. 단상 뿐 만 아니라 3상 유도 전도기, 3상 권선형 듀도 전동기 등이 있다.

상기 인덕션 모터는 교류(AC) 모터 중에서도 가장 사용하기 쉬운 모터의 하나로서 일반 가정의 전기 제품에 많이 사용되고 있다. 인덕션 모터는 부하에 대응하는 회전수로 회전하나 여기에는 어느 정도의 정속성이 있다. 따라서 별로 정속성을 요구하지 않는 동력용 모터로서도 많이 사용된다. 인덕션 모터에도 여러 가지 종류가 있으나 소형 중에서는 단상형의 콘덴서 모터가 가장 많이 보급되고 있다.

상기 인덕션 모터의 특징을 간략히 설명하면, " 1) 교류 동력용 모터에 적합하다. 2) 구조가 심플하고 튼튼하다. 3) 어느 정도의 정속성이 있다. 4) 수하 특성을 갖게 할 수 있다.(로터의 도체 저항을 올려 주면 된다.) 5) 수명이 길다. 6) 가격이 싸다. 7) 경부하에서의 효율은 일반적으로 낮다. " 등으로 설명할 수 있다.

도 1은 종래 기술이 적용된 서보모터의 구조를 나타내는 단면도이다.

상기 첨부도면 도 1을 참조하면, 참조번호 10은 회전자(rotor)를 나타내는데, 원통형의 샤프트(11)와, 상기 샤프트(11)에 결합된 로터코어(12)와, 상기 로터코어(12)의 외주면을 따라 형성된 자극 마그네트(13)를 포함한다. 또한, 참조번호 20은 고정자(stator)를 나타내는데, 상기 자극 마그네트(13)를 소정거리 이격되어 대향되면서 감싸도록 배치된 스테이터코어(21)와, 상기 스테이터코어(21)에 감겨진 전기자 권선(22)과, 상기 전기자 권선(22)에 전원을 공급하기 위한 리드선(23)을 포함한다.

또한, 참조번호 30은 위치 검출기(encoder)를 나타내는데, 자극의 위치를 검출하기 위한 다수의 슬릿이 형성된 회전디스크(31)와, 상기 회전디스크(31)와 소정거리 이격되도록 배치된 발광소자(32)와, 상기 회전디스크(31)를 사이에 두고 상기 발광소자(32)와 대향되는 수광소자(33)를 포함한다.

상기와 같은 구성을 갖는 서보모터의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 서보모터에서는 3상 권선으로 하고, 각 상의 전류를 구형 정현파의 교번 전류를 흘려 구동하게 된다. 첨부도면 도 2에서 (a), (b)는 3상 서보모터의 횡단면도이고, U+, U-, V+, V-, W+, W-는 각 권선의 끝이다.

상기 서보모터에 도 2의 (c)와 같은 3상 교류 정현파가 통전되고 있을 때, 시각 A점에 있어서 서보모터의 상을 보면, U상만이 정(+)이고, V상과 W상은 모두 부(-)이다. 그러므로 각 권선의 전류 방향은 도 2의 (a)와 같이 되고 전류에 의해 유기된 자속의 합성 벡터는 N에서 S로 향하는 방향으로 발생한다. 이때, 자속과 직각으로 교차하는 위치에 회전자의 자계가 있다고 하면 자석끼리의 반발력과 흡인력에 의해 회전자를 시계 방향으로 돌리는 토오크가 발생한다.

또한, 시각 B점에 대해서도 같은 모양으로 검토해 보면, 권선에 의한 자속은도 2의 (b)와 같이 회전 방향에 60°어긋난 위치에 발생한다. 이와 같이 고정자 권선에 3상 교류 즉, 정현파 혹은 구형파 전류를 흘림으로써 연속적인 회전 자계를 얻을 수 있다. 이 구동전류 위상을 회전자의 회전각에 대하여 항상 직교하는 형태로 맞출 수 있다면 매끄러운 토오크를 내면서 효율이 좋은 서보모터를 구성할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 서보모터에서 전류의 방향과 자속의 방향을 직교시키기 위해서는 자석의 위치를 정확히 파악하여야 한다. 도 3은 종래의 인크리멘탈 엔코더의 내주부에 자극 위치를 센싱할 수 있는 전용 슬릿이 추가된 인크리멘탈 인코더의 회전디스크를 보인다. 자극 검출신호 U, V, W채널 신호는 AC 서보모터의 극수에 맞춰 각각 전기각으로 120°어긋난 위상차를 갖고 있다. 따라서, 검출 신호수는 종래의 A, B, Z 채널 외에 U, V, W 채널이 합쳐져서 6개의 신호가 된다. 이것을 전송이 가능하도록 라인 드라이버로 출력하여 위치를 검출한다.

결국, 상기와 같은 종래 기술이 적용된 교류 서보모터에서는 원하는 성능을 발휘하도록 하기 위하여 권선량을 늘려야 하는데, 그에 따라 서보모터의 소형화가 어렵게 되기 때문에 산업용 기기에 적용하는 경우에 많은 공간이 필요하게 되고, 그에 따라 산업용 기기의 크기가 커지게 되는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 소형화를 위해 권선량을 줄이는 경우에는 발생되는 유도 기전력이 낮아져 성능이 저하되는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 회전자의 상하측에서 대향되도록 2개의 고정자를 배치함으로써 권선량을 늘여서 발생되는 유도기전력을 높임으로써 성능을 향상시킬 수 있는 인덕션 교류 서보모터의 구조를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 회전자에는 16개의 상을 형성하고, 고정자에는 각각 12개의 상을 형성하여 서로 90도의 간격으로 대향되는 상이 존재하도록 함으로써 위치제어가 정밀하게 이루어질 수 있도록 하는 인덕션 교류 서보모터의 구조를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 납작한 평판형으로 형성시킴으로써 소형화를 이룰 수 있는 동시에 고속회전과 고토크 정밀 위치제어가 가능하게 되는 인덕션 교류 서보모터의 구조를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 서보모터의 구조를 나타내는 단면도.

도 2는 종래 기술에 의한 서보모터의 동작원리를 설명하기 위한 도면.

도 3은 종래 기술에 의한 서보모터에서 위치검출을 위한 회전디스크의 형상을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 의한 유도형 서보모터의 구조를 나타내는 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 서보모터에 적용되는 회전자를 나타내는 사시도.

도 6은 본 발명에 의한 서보모터에 적용되는 고정자를 나타내는 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 회전자(rotor) 111 : 샤프트(shaft)

112 : 알루미늄 120 : 고정자(stator)

121 : 코일 130 : 위치 검출기(encoder)

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 샤프트(shaft)에 결합된 회전자(rotor)의 상하면에 상이 구분된 자극 마그네트가 배치되고, 상기 샤프트의 방향으로 회전자의 상하측에 각각 소정거리 이격되어 고정자(stator)가 배치되며, 상기 샤프트의 소정위치에 회전속도와 위치를 검출하기 위한 위치 검출기(encoder)가 결합되는 인덕션 교류 서보모터의 구조를 제공한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 회전자(rotor)의 상하면에 형성된 자극 마그네트에서의 상은 상하면이 지그재그(zigzag)형으로 형성되는 것이바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 회전자에는 16개의 상이 형성되고, 고정자에는 각각 12개의 상이 형성되어 서로 90도의 간격으로 대향되는 상이 존재하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 회전자에서는 다이캐스팅(diecasting)된 알루미늄에 의하여 상이 구분되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 회전자 및 고정자는 직경이 서로 다른 도우넛 타입의 철편들이 중심에서 직경방향으로 적층되어 철심을 이루는 것이 바람직하다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 유도형 서보모터의 구조를 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 서보모터에 적용되는 회전자를 나타내는 사시도이며, 도 6은 본 발명에 의한 서보모터에 적용되는 고정자를 나타내는 사시도이다.

상기 첨부도면 도 4 내지 도 6을 참조하면, 참조번호 110은 회전자(rotor)를 나타내고, 120은 고정자(stator)를 나타내며, 130은 위치 검출기(encoder)를 나타낸다.

상기에서, 상기 회전자(110)에는 회전 동력을 외부로 전달하기 위하여 샤프트(shaft)(111)가 결합된다. 또한, 상기 고정자(120)는 외부 케이스에 고정되는데, 그 외주면을 따라 회전자(110)와 대향되는 방향으로 코일(121)이 권선되기 위한 돌기부(122)가 형성된다. 또한, 상기 위치 검출기(130)는 종래 기술과 동일 내지 유사한 통상적인 구성으로 이루어진다.

결국, 본 발명에서는 1개의 회전자(110)와 2개의 고정자(120)가 결합되는 형태를 갖게 되고, 상기 샤프트(111)의 방향으로 회전자(110)의 상하측에 각각 소정거리 이격되어 고정자(120)가 배치된다.

이때, 상기 회전자(110) 및 고정자(120)는 직경이 서로 다른 도우넛 타입의 철편들이 중심에서 직경방향으로 적층되어 철심을 이루게 되는데, 작업의 편의성을 위하여 판형 부재를 말은 후, 상기 회전자(110)는 상 구분용 알루미늄(112)을 다이캐스팅(diecasting) 함으로써 고정시킬 수 있으며, 상기 고정자(120)는 코일(121)을 권선함으로써 고정시킬 수 있다.

한편, 상기 회전자(110)의 상하면에 형성된 자극 마그네트에서의 상은 상 구분용 알루미늄(112)에 의하여 상하면이 지그재그(zigzag)형으로 형성되는데, 상기 알루미늄(112)은 각 상의 공간을 충분히 확보하기 위하여 회전자(110)의 내측으로 가면서 휘어지게 다이캐스팅 된다.

또한, 상기 회전자(110)에는 16개의 상이 형성되고, 고정자(120)에는 각각 12개의 상이 형성되어 서로 90도의 간격으로 대향되는 상이 존재하게 된다.

결국, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명이 적용된 인덕션 교류 서보모터는 많은 상으로 인하여 정밀한 위치제어가 이루어지게 되고, 적은 양의 코아를 가지고도 원하는 성능을 발휘할 수 있게 된다. 또한, 2개의 고정자(120)를 이용함으로써 그에 권선되는 코일(121)의 권선량을 늘릴 수 있게 되어 유도 기전력을 높임으로써 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 인덕션 교류 서보모터의 구조를 적용하면, 회전자의 상하측에서 대향되도록 2개의 고정자를 배치함으로써 권선량을 늘여서 발생되는 유도 기전력을 높임으로써 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 회전자와 고정자에 많은 상을 형성하고, 서로 90도의 간격으로 대향되는 상이 존재하도록 함으로써 위치제어가 정밀하게 이루어지게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 회전자의 상하측에서 대향되도록 2개의 고정자를 배치하여 전체적으로 납작한 평판형으로 형성시킴으로써 고속회전 및 정밀제어가 가능한 동시에 소형화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

Claims

샤프트(shaft)에 결합된 회전자(rotor)의 상하면에 상이 구분된 자극 마그네트가 배치되고, 상기 샤프트의 방향으로 회전자의 상하측에 각각 소정거리 이격되어 고정자(stator)가 배치되며, 상기 샤프트의 소정위치에 자극 마그네트의 자극의 위치를 검출하기 위한 위치 검출기(encoder)가 결합되는 것을 특징으로 하는 인덕션 교류 서보모터의 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 회전자(rotor)의 상하면에 형성된 자극 마그네트에서의 상은 상하면이 지그재그(zigzag)형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인덕션 교류 서보모터의 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 회전자에는 16개의 상이 형성되고, 고정자에는 각각 12개의 상이 형성되어 서로 90도의 간격으로 대향되는 상이 존재하는 것을 특징으로 하는 인덕션 교류 서보모터의 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 회전자에서는 다이캐스팅(diecasting)된 알루미늄에 의하여 상이 구분되는 것을 특징으로 하는 인덕션 교류 서보모터의 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 회전자 및 고정자는 직경이 서로 다른 도우넛 타입의 철편들이 중심에서 직경방향으로 적층되어 철심을 이루는 것을 특징으로 하는 인덕션 교류 서보모터의 구조.