KR20070039385A

KR20070039385A - 리졸버

Info

Publication number: KR20070039385A
Application number: KR1020060017583A
Authority: KR
Inventors: 사토루 아쿠츠; 신스케 헴미; 슈지 이소노; 세이키 코다마
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2007-04-11
Also published as: JP2007101480A; DE102006010548A1; DE102006010548B4; CN1945959A; US7183952B1; JP4227132B2; CN100423442C; KR100788598B1

Abstract

과제

검출 전역에서 정확한 각도 검출이 가능한 리졸버를 얻는다.

해결 수단

본 발명에 관한 리졸버는, 전원에 의해 여자되는 1상의 여자 코일, 및 자속밀도의 변화를 전압으로서 출력하는 2상의 출력 코일을 갖는 리졸버 고정자와, 이 리졸버 고정자의 중심부에 마련되고, 회전에 수반하여, 상기 리졸버 고정자와의 사이의 갭 퍼미언스를 상기 리졸버 고정자와 협동하여 변화시키는 리졸버 회전자와, 상기 2상의 상기 출력 코일중 제 1의 출력 코일로부터 출력되는 출력 신호(Scos), 제 2의 출력 코일로부터 출력되는 출력 신호(Ssin) 각각의 진폭으로부터 얻어지는 원형의 리사주 파형에 있어서의 리사주 반경의 값을 이용하여, 리졸버의 각도 검출 오차를 보정하는 검출 오차 보정 수단을 구비하고 있다.

리졸버, 고정자, 회전자

Description

리졸버{RESOLVER}

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 브러시레스 모터를 도시한 측단면도.

도 2는 도 1의 리졸버 회전자의 정면도.

도 3은 도 3의 측면도.

도 4는 도 1에 도시된 리졸버의 리졸버 본체의 정면도.

도 5는 도 4의 측면도.

도 6은 도 4의 리졸버 본체의 내부를 도시한 정면도.

도 7은 도 6의 측면도.

도 8은 도 1의 모터와 ECU와의 관계를 도시한 도면.

도 9는 리사주 파형도.

도 10은 검출 오차 보정 수단에 의해 보정되기 전의, 회전자의 회전각과 검출 오차와의 관계를 도시한 도면.

도 11은 리졸버의 오차 진폭의 산출식을 산출하는 설명도.

도 12는 검출 오차 보정 수단에서 산출되고, 격납된, 회전자의 회전각과 보정되어야 할 오차와의 관계를 도시한 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1 : 브러시레스 모터 8 : 샤프트

10 : 회전자 18 : 리졸버 회전자

27 : 여자 코일 28a : 제 1의 출력 코일

28b : 제 2의 출력 코일 51 : ECU

52 : 검출 오차 보정 수단

기술 분야

본 발명은, 전원에 의해 여자되는 1상의 여자 코일, 및 자속밀도의 변화를 전압으로서 출력하는 2상의 출력 코일을 갖는 리졸버 고정자를 구비한 리졸버에 관한 것이다.

배경 기술

종래의 리졸버로서, 2상을 단락한 3상 모터에 소정의 전류를 흐르게 하여 3상 모터를 기준 위치에 정지시키고, 그때의 회전자의 회전각을 리졸버에 의해 검출하고, 회전자에 대한 리졸버의 기준 위치를 조정함으로써, 리졸버의 각도 검출 오차 보정을 행하고 있는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1]

특개2001-128484호 공보

그러나, 이 리졸버로는, 회전자의 기준 위치에서, 리졸버에 의해 검출된 회전자의 회전각의 오차가 0으로 될 뿐, 회전자의 기준 위치를 제외한 모든 회전각 영역(回轉角域)에서의 정확한 회전각을 검출할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 검출 전역(全域)에 있어서 정확한 각도 검출이 가능한 리졸버를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 리졸버는, 전원에 의해 여자되는 1상(相)의 여자 코일, 및 자속밀도의 변화를 전압으로서 출력하는 2상의 출력 코일을 갖는 리졸버 고정자와, 이 리졸버 고정자의 중심부에 마련되고, 회전에 수반하여, 상기 리졸버 고정자와의 사이의 갭 퍼미언스(permeance)를 상기 리졸버 고정자와 협동하여 변화시키는 리졸버 회전자와, 상기 2상의 상기 출력 코일중 다음 식으로 얻어지는 제 1의 출력 코일로부터 출력되는 출력 신호(Scos), 제 2의 출력 코일로부터 출력되는 출력 신호(Ssin) 각각의 진폭으로부터 얻어지는 원형(圓形)의 리사주(Lissajous) 파형에 있어서의 리사주 반경의 값을 이용하여, 리졸버의 각도 검출 오차를 보정하는 검출 오차 보정 수단을 구비하고 있다.

Scos=K·E·sinωt·cos(θ)

Ssin=K·E·sinωt·sin(θ)

(여기서, K는 변압비, E는 상기 전원에 의해 상기 여자 코일에 생기는 상기 여자 전압, ω는 상기 여자 코일을 상기 전원에 의해 여자하여 생긴 여자 신호의 각속도, t는 시간, θ는 전기각(電氣角)이다)

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해 도면에 의거하여 설명하지만, 각 도면에서 동일 또는 상당한 부재, 부위에 관해서는 동일 부호를 붙여서 설명한다.

실시의 형태 1

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 브러시레스 모터(1)(이하, 모터라고 약칭한다)를 도시한 측단면도이다.

도면에서, 이 모터(1)는, 전동 파워 스티어링 장치에 조립된 모터로서, 철판을 드로잉 가공한 바닥이 있는 원통형상의 프레임(2)과, 프레임(2)의 개구부를 덮어 고정된 알루미늄으로 이루어지는 하우징(3)을 갖고 있다.

하우징(3)의 중앙부에 형성된 창부(4)에는, 외륜부가 코킹되어 고정된 프런트 베어링(5)이 부착되어 있다.

또한, 프레임(2)의 바닥부에는, 오목 형상의 베어링 박스(6)가 마련되어 있고, 베어링 박스(6)에는 리어 베어링(7)이 압입되어 있다.

프런트 베어링(5) 및 리어 베어링(7)은, 자성체인 철로 이루어지는 샤프트(8)를 각각 회전자유롭게 지지하고 있다.

샤프트(8)의 일단부에는, 자계를 발생시키는 마그넷(9)이 부착되어 구성된 회전자(10)가 마련되어 있다. 마그넷(9)의 외주면에는, 마그넷(9)을 보호하는 도시하지 않은 보호 튜브가 덮여 있다.

프레임(2)의 내주면에는, 회전자(10)의 외주를 둘러싼 고정자(11)가 부착되어 있다.

고정자(11)는, 규소강판을 적층하여 형성된 고정자 철심(12)과, 수지제의 절연체(13)와, 절연체(13)에 권장(卷裝)된 모터 코일(14)을 갖고 있다. 모터 코일(14)은, U상 코일, V상 코일, W상 코일의 3상 코일로 이루어지고, 각각의 각 상(相) 코일은 스타 결선되어 있다.

하우징(3)의 반(反)회전자(10)측에서, 샤프트(8)에는 프런트 베어링(5)에 맞닿은 부시(16)가 압입되어 있다. 또한, 하우징(3)의 반회전자(10)측에서, 샤프트(8)의 단부에는 외부 기구와 스플라인 결합된 보스(15)가 압입되어 있다.

부시(16)와 보스(15) 사이에는, 양 단면이 각각 부시(16) 및 보스(15)에 맞닿은 리졸버 회전자(18)가 마련되어 있다. 이 리졸버 회전자(18)는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 규소강판을 적층한 타원형상으로 구성되고, 샤프트(8)에 압입되어 있다.

도 4는 리졸버 본체(22)의 정면도, 도 5는 도 4의 우측면도, 도 6은 도 4의 리졸버 본체(22)로부터 커버(19)를 제거한 때의 도면, 도 7은 도 6의 우측면도이다.

리졸버 회전자(18)와 함께 리졸버를 구성하는 리졸버 본체(22)는, 리졸버 회전자(18)의 외주를 둘러싸고 마련되어 있다. 리졸버 본체(22)는, 하우징(3)에 나사(도시 생략)로 고정되어 있다.

리졸버 본체(22)는, 리졸버 고정자(20)와, 리졸버 고정자(20)의 양 측면을 덮는 커버(19)와, 신호선 접속용의 수컷(male)측 커넥터(23)를 갖고 있다.

리졸버 고정자(20)는, 규소강판이 적층되고, 둘레 방향으로 등간격을 두고 형성된 복수의 티스(teeth)(24)를 갖는 적층체(25)와, 절연체(26)를 사이에 두고 티스(24)에 도선이 권장된 1상의 여자 코일(27)과, 2상의 제 1의 출력 코일(28a) 및 제 2의 출력 코일(28b)을 갖고 있다.

1상의 여자 코일(27)은, 인접하는 각각의 티스(24)에 연속적으로 전둘레에 걸쳐 도선이 권회(卷回)되어 구성되어 있다. 제 1의 출력 코일(28a)은, 인접하는 티스(24)를 건너뛰어 하나 걸러 여자 코일(27)상에 연속적으로 도선이 권회되어 구성되어 있다. 제 2의 출력 코일(28b)도 인접하는 티스(24)를 건너뛰어 하나 걸러서 여자 코일(27)상에 연속적으로 도선이 권회되어 구성되어 있다. 제 1의 출력 코일(28a) 및 제 2의 출력 코일(28b)은, 서로 인접한 위치 관계로 적층체(25)에 권장되어 있다.

하우징(3)의 인출구멍(53)에 끼워 부착된 그라밋(grommet)(32)에는, 모터 코일(14)에 접속되고 전력을 공급하는 모터 리드선(29U, 29V, 29W)이 관통하고 있다. 또한, 그라밋(32)에는, 암컷(female)측 커넥터(30)를 통하여 수컷측 커넥터(23)에 접속되고, 회전자(10)의 회전각(回轉角)에 관한 신호를 외부로 전송하는 센서 리드선(31)이 관통하고 있다.

도 8은 모터(1)와 ECU(51)(Electronic Control Unit)와의 접속 관계를 도시한 도면으로서, ECU(51)로부터의 여자 신호(R)는, 센서 리드선(31)을 통하여 모터(1)에 보내지고, 모터(1)의 리졸버의 제 1의 출력 코일(28a), 제 2의 출력 코일 (28b)로부터의 출력 신호(Scos 및 Ssin)는, 센서 리드선(31)을 통하여 ECU(51)에 보내진다. 또한, 모터(1)에는 ECU(51)로부터 구동 전류가 3개의 모터 리드선(29U, 29V, 29W)을 통하여 공급된다.

또한, 모터(1)의 구동을 제어하는 ECU(51)에는, 입력된 출력 신호(Scos) 및 출력 신호(Ssin)에 의거하여, 리졸버의 각도 검출 오차를 산출하고, 이 각도 검출 오차의 보정 데이터를 격납함과 함께, 이 보정 데이터에 의거하여 리졸버의 각도 검출 오차를 보정하는 검출 오차 보정 수단(52)이 내장되어 있다.

이하, 상기 구성의 모터(1)에 관한 동작을 설명한다.

리졸버 고정자(20)의 여자 코일(27)에는, ECU(51)로부터 10kHz, 5Vpp의 정현파 형상의 여자 신호(R)인 여자 전압이 인가된다. 여자 코일(27)에 여자 전압이 인가됨에 의해, 여자 코일(27)에 여자 전류가 흐르고, 리졸버 회전자(18)와 리졸버 고정자(20)의 공극(空隙) 부분에 자속이 발생한다.

또한, 모터 리드선(29U, 29V, 29W)으로부터 모터 코일(14)에 전력이 공급되고, 모터 코일(14)에 3상 교류 전압이 인가된다. 모터 코일(14)에 3상 교류 전압이 인가됨에 의해, 모터 코일(14)에 회전 자계가 발생하고, 회전자(10)가 회전한다.

회전자(10)의 회전과 함께, 리졸버 회전자(18)도 회전하고, 리졸버 회전자(18)와 리졸버 고정자(20) 사이의 갭 퍼미언스가 변화하고, 제 1의 출력 코일(28a)로부터의 출력 신호(Scos), 제 2의 출력 코일(28b)로부터의 출력 신호(Ssin)의 각각의 진폭, 및 여자 신호(R)에 대한 위상이 변화한다.

출력 신호(Scos), 출력 신호(Ssin)의 진폭 변화는 위상이 90도 어긋나 있고, 각각의 출력 신호(Scos) 및 출력 신호(Ssin)는, 센서 리드선(31)을 통하여 ECU(51)에 보내진다.

ECU(51)에 입력된 출력 신호(Scos) 및 출력 신호(Ssin)는, 미리 보정 데이터가 격납된 검출 오차 보정 수단(52)에서, 보정 데이터에 의거하여 보정되고, 정확한 회전자(10)의 회전각이 검출된다.

다음에, 상기 보정 데이터의 산출 방법에 관해 설명한다.

여자 신호(R)는, 다음 식 (1)로 표시된다.

R=E. sinωt … (1)

또한, 제 1의 출력 코일(28a)의 출력 신호(Scos), 제 2의 출력 코일(28b)의 출력 신호(Ssin)는, 다음 식 (2), (3)으로 표시된다.

Scos=K·E·sinωt·cos(θ) … (2)

Ssin=K·E·sinωt·sin(θ) … (3)

또한, E는 여자 전압, K는 리졸버의 변압비, w는 여자 신호의 각속도, t는 시간, θ는 리졸버의 전기각이다.

그리고, 리졸버의 전기각(θ)은 이하의 식으로 구하여진다.

θ=tan^-1(Ssin/Scos) … (4)

이때, 출력 신호(Scos), 출력 신호(Ssin)는 여자 신호(R)와 같이 10kHz의 정현파로 출력되기 때문에, 진폭치로서 검출하고, 출력의 부호는 여자 신호(R)와 출력 신호(Scos, Ssin)가 동상(同相)인 경우를 정, 역상인 경우를 부로 하여 계산한 다.

이때, 각도(角度) 계산에 이용한 출력 신호(Scos)를 횡축, 출력 신호(Ssin)를 종축으로 하여 플롯하면, 그래프는 도 9에 도시한 바와 같은 원형의 리사주 파형이 된다. 이 리사주 파형의 반경(R)은 이하의 식으로 구하여진다.

R=√((Scos)²+(Ssin)²) … (5)

그런데, 리졸버의 각도 검출 오차는, 일반적으로 도 10에 도시한 바와 같이 리졸버의 전기각 360도당 1주기의 변화를 하는 SIN파 형상으로 된다.

또한, 리졸버 전기각=기계각×리졸버 축배각(軸倍角)으로 표시된다. 여기서, 리졸버 축배각은, 기계각 360도당 리졸버의 검출 각도가 몇배 변화하는지의 값으로서, 통상은 모터(1)의 전기각과 리졸버의 전기각을 일치시키지만, 모터 전기각의 1/2, 1/4 등의 설정으로도 사용할 수 있다.

여기서, 각도 검출 오차의 오차 진폭(A), 오차 진폭(B), 오차 위상(C)은, 리사주 반경(R)의 MAX, MIN, 반경(R)의 MIN점의 각도(θm)로부터, 하기식에 의해 구해진다.

오차 진폭(A)=2sin^-1{(MAX-MIN)/(2×(MAX+MIN))} … (6)

오차 진폭(B)=2×sin^-1{(MAX-MIN)/(2×(MAX+MIN))} … (7)

오차 위상(C)=θm … (8)

상기 식 (6), (7)로부터 알 수 있는 바와 같이, 오차 진폭(A)과 오차 진폭(B)의 값은, 통상 같은 값으로 된다.

여기서, θm의 값은, 반경(R)의 MIN점의 Ssin, Scos의 값으로부터 (4)식에 의해 구하면 좋다.

도 11은 오차 진폭(A), 오차 진폭(B)의 값의 산출 설명도이다.

이론상의 중심점은, C0S 출력, SIN 출력이 0인 점이고, 각도 검출은, 이 이론상의 중심점을 기준으로 하여 행하여지기 때문에, 실제의 리사주의 중심이 어긋나 있으면, 검출 오차가 생기게 된다.

도 11에서, 리사주 파형의 중심점은, 이론상의 중심점으로부터 좌하로 (MAX-MIN)/2만큼 어긋나 있다. 그리고, MAX, MIN의 값은 이론상의 중심점으로부터의 거리이다.

MIN점 및 MAX점에서는 오차는 생기지 않고, 오차 최대점은, 이등변 삼각형의 정각(頂角)으로 되기 때문에, 그 정각이 오차 진폭(A, B)에 해당한다. 즉, 오차 진폭(A, B)은, 2×sin^-1{((MAX-MIN)/4)/((MAX+MIN)/2)}=2×sin^-1{(MAX-MIN)/(2×(MAX+MIN))}로 된다.

상기 식에 의해 얻어진, 오차 진폭(A), 오차 진폭(B), 오차 위상(C)의 값으로부터, 도 12에 도시한 보정 데이터가 작성된다.

이상 설명한 바와 같이, 이 리졸버에 의하면, 검출 오차 보정 수단(52)을 구비함으로써, 검출 전역에서 회전자(10)의 회전각을 정확하게 검출할 수 있다.

따라서, 리졸버의 각도 검출 오차가 있으면, 회전자(10)의 위치에 응한 올바른 전류를 흐르게 할 없고, 모터의 토오크 리플이 크게 되어 버리는 일이 생기지 만, 이것의 경우, 각도 검출 오차를 작게 할 수 있고, 토오크 리플이 작게 되어, 쾌적한 조타성을 얻을 수 있다.

또한, 이 검출 오차 보정 수단(52)은, 모터(1)를 구동 제어하는 ECU(51)에 조립되어 있고, 보정 데이터를 얻기 위해 각도 기준을 구비한 외부 기기를 필요로 하는, 예를 들면 특개평7-318369호 공보에 기재된 것과 비교하여, 저비용으로 끝난다.

또한, 보정 데이터는, 복수회 리사주 반경(R)의 MAX 값, MIN 값의 각각의 평균치로부터 구하여도 좋고, 1회의 데이터로부터 구하여도 좋다.

또한, 용도에 따라, 보정 데이터는 주위 온도마다 복수 준비하여도 좋고, 대표적인 온도만의 데이터라도 좋다.

본 발명에 의한 리졸버에 의하면, 검출 전역에서 정확한 각도 검출이 가능하다.

Claims

전원에 의해 여자되는 1상의 여자 코일, 및 자속밀도의 변화를 전압으로서 출력하는 2상의 출력 코일을 갖는 리졸버 고정자와,

이 리졸버 고정자의 중심부에 마련되고, 회전에 수반하여, 상기 리졸버 고정자와의 사이의 갭 퍼미언스를 상기 리졸버 고정자와 협동하여 변화시키는 리졸버 회전자와,

상기 2상의 상기 출력 코일중 다음 식, 즉,

Scos=K·E·sinωt·cos(θ)

Ssin=K·E·sinωt·sin(θ)

(여기서, K는 변압비, E는 상기 전원에 의해 상기 여자 코일에 생기는 상기 여자 전압, ω는 상기 여자 코일을 상기 전원에 의해 여자하여 생긴 여자 신호의 각속도, t는 시간, θ는 전기각)

으로 얻어지는 제 1의 출력 코일로부터 출력되는 출력 신호(Scos), 제 2의 출력 코일로부터 출력되는 출력 신호(Ssin) 각각의 진폭으로부터 얻어지는 원형의 리사주 파형에 있어서의 리사주 반경의 값을 이용하여, 리졸버의 각도 검출 오차를 보정하는 검출 오차 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 리졸버.
제 1항에 있어서,

상기 각도 검출 오차의 오차 진폭(A), 오차 진폭(B), 오차 위상(C)은 상기 리사주 반경의 최고치(MAX), 최저치(MIN), 리사주 반경의 최소치의 전기각(θm)으로 하여, 다음 식, 즉

오차 진폭(A)=2×sin^-1{(MAX-MIN)/(2×(MAX+MIN))}

오차 진폭(B)=2×sin^-1{(MAX-MIN)/(2×(MAX+MIN))}

오차 위상(C)=θm

으로 구하여지는 것을 특징으로 하는 리졸버.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 리졸버 회전자는, 전동 파워 스티어링 장치에 조립된 모터의 샤프트의 단부에 압입되는 것을 특징으로 하는 리졸버.
제 3항에 있어서,

상기 검출 오차 보정 수단은, 상기 모터의 구동을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit)에 마련되고, ECU에 입력된 상기 출력 신호(Scos) 및 상기 출력 신호(Ssin)에 의거하여, 상기 리졸버의 상기 각도 검출 오차를 산출하고, 이 각도 검출 오차의 보정 데이터를 격납함과 함께, 이 보정 데이터에 의거하여 상기 리졸버의 각도 검출 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 리졸버.