KR20070108386A - 리졸버 고정 구조 - Google Patents

리졸버 고정 구조 Download PDF

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KR20070108386A
KR20070108386A KR1020077019792A KR20077019792A KR20070108386A KR 20070108386 A KR20070108386 A KR 20070108386A KR 1020077019792 A KR1020077019792 A KR 1020077019792A KR 20077019792 A KR20077019792 A KR 20077019792A KR 20070108386 A KR20070108386 A KR 20070108386A
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히로유키 츠카시마
히로미 마키우치
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
타마가와 세이키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따르면, 리졸버 고정자의 디스토션을 유발하지 않는 리졸버고정구조가 제공된다. 상기 리졸버고정구조는 회전전기기계를 구성하는 고정자(302)의 코일 단부(301)들 사이에 배치된다. 상기 리졸버고정구조에는 구멍(310)을 구비한 베이스부재로서 링부(305), 및 상기 구멍(310)에 압입되는 리졸버 고정자(41)가 제공된다. 상기 리졸버 고정자(41)의 외주부에는, 차폐부재(242)가 상기 구멍(310)과 접촉하여 제공된다.

Description

리졸버 고정 구조{RESOLVER FIXING STRUCTURE}
본 발명은 리졸버고정구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전전기기계의 회전을 검출하는 리졸버고정구조에 관한 것이다.
종래의 리졸버들이 예컨대 일본특개평 제9-065617호(문헌 1)와 일본실개평 제1-171563호(문헌 2)에 개시되어 있다.
문헌 1은 리졸버의 코일을 커버하기 위하여 차폐 커버가 제공된 리졸버-탑재 모터를 개시하고 있다.
문헌 2는 코일 단부들 사이에 배치된 리졸버의 외주가 자기차폐판으로 커버된 구조체를 개시하고 있다.
리졸버가 압입(press-fitting)에 의해 고정되는 경우 상기 리졸버 자체가 직접 압입되면, 상기 리졸버의 고정자 코어에 디스토션(distortion)이 발생하여, 상기 리졸버의 검출 정확성이 저하되게 된다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하고자, 디스토션을 방지할 수 있는 리졸버고정구조를 제공한다.
회전전기기계를 구성하는 고정자의 코일 단부들 사이에 배치된 본 발명에 따른 리졸버고정구조는, 구멍을 구비한 베이스바디 및 상기 구멍에 압입되는 리졸버를 포함한다. 상기 리졸버의 외주부에는 상기 구멍과 접촉하게 되는 차폐부재가 제공된다.
상술된 바와 같이 구성된 리졸버고정구조에서는, 차폐부재가 그 사이에 개재되어 리졸버가 구멍 내에 압입되기 때문에, 압입으로 인한 리졸버고정자코어의 디스토션이 감소될 수 있다. 결과적으로는, 검출 정확성이 높은 리졸버가 제공될 수 있다.
상기 리졸버는 리졸버 고정자(resolver stator)를 포함하고, 상기 리졸버고정자에 제공된 3이상의 코일을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 리졸버고정자는 고정자 코어의 티스부 및 상기 고정자 코어의 상기 티스부를 고정하기 위한 고정자 코어의 백요크부(back yoke portion)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 차폐부재는, 접착제에 의해 또는 용접에 의해 상기 고정자 코어의 백요크부에 부착되는 것이 바람직하다.
상기 리졸버고정자는 모터 커버에 볼트로 부착되는 것이 바람직하다.
상기 차폐부재는 자성재료로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 검출 정확성이 높은 리졸버가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 리졸버가 사용되는 모터구동장치의 블럭도;
도 2는 리졸버의 개략도;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 리졸버 고정자의 사시도;
도 4는 회전전기기계에 통합된 리졸버의 단면도; 및
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 리졸버 고정자의 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부도면을 참조하여 설명하되, 후술하는 실시예들의 동일한 구성요소 또는 대응하는 구성요소들은 동일한 도면 부호로 표시되며, 그 설명을 반복하지는 않기로 한다.
(제1실시예)
도 1은 본 발명에 따른 리졸버가 사용되는 모터구동장치의 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 모터구동장치(100)는 직류(DC)전원(B), 인버터(10, 20), 캐패시터(30), 리졸버(40, 50), 전류센서(60, 70) 및 제어장치(80)를 포함한다.
인버터(10)는 U상아암(11), V상아암(12) 및 W상아암(13)을 포함한다. U상아암(11), V상아암(12) 및 W상아암(13)은 노드(N1) 및 노드(N2) 사이에 병렬로 연결된다.
U상아암(11)은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터(Q3, Q4)를 포함하고, V상아암(12)은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터(Q5, Q6)를 포함하며, W상아암(13)은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터(Q7, Q8)를 포함한다. 나아가, 각각의 NPN 트랜지스터(Q3 내지 Q8)의 콜렉터와 이미터 사이에는, 이미터측으로부터 콜렉터측으로 전류를 흐르게 하는 다이오드(D3 내지 D8)가 각각 연결되어 있다.
인버터(20)는 U상아암(21), V상아암(22) 및 W상아암(23)을 포함한다. U상아암(21), V상아암(22) 및 W상아암(23)은 노드(N1) 및 노드(N2) 사이에 병렬로 연결된다. U상아암(21)은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터(Q9, Q10)를 포함하고, V상아암(22)은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터(Q11, Q12)를 포함하며, W상아암(23)은 직렬 연결된 NPN 트랜지스터(Q13, Q14)를 포함한다. 더욱이, 각각의 NPN 트랜지스터(Q9 내지 Q14)의 콜렉터와 이미터 사이에는, 이미터측으로부터 콜렉터측으로 전류를 흐르게 하는 다이오드(D9 내지 D11)가 각각 연결되어 있다.
인버터(10)의 각각의 상아암(phase arm)의 중간지점은 교류(AC) 모터(M1)의 각각의 상코일의 각각의 상단부(phase end)에 연결되어 있다. 인버터(20)의 각각의 상아암의 중간지점은 AC 모터(M2)의 각각의 상코일의 각각의 상단부에 연결되어 있다. 다시 말해, AC 모터(M1, M2)는 3상영구자석모터로서, U상, V상 및 W상의 세 코일의 일 단부가 중립지점에 공통으로 연결되어 있다. 상기 AC 모터(M1)의 U상코일의 타 단부는 NPN 트랜지스터(Q3, Q4) 사이의 중간지점에 연결되고, 상기 V상코일의 타 단부는 NPN 트랜지스터(Q5, Q6) 사이의 중간지점에 연결되며, 상기 W상코일의 타 단부는 NPN 트랜지스터(Q7, Q8)의 중간지점에 연결되어 있다. 나아가, 상기 AC 모터(M2)의 U상코일의 타 단부는 NPN 트랜지스터(Q9, Q10) 사이의 중간지점에 연결되고, 상기 V상코일의 타 단부는 NPN 트랜지스터(Q11, Q12) 사이의 중간지점에 연결되며, 상기 W상코일의 타 단부는 NPN 트랜지스터(Q13, Q14)의 중간지점에 연결되어 있다.
캐패시터(30)는 노드(N1)와 노드(N2) 사이의 인버터(10, 20)와 병렬로 연결 된다.
DC 전원(B)은 니켈수소전지 또는 리튬-이온전지와 같은 2차전지를 포함한다. 제어장치(80)로부터의 구동 신호(DRV1)를 토대로, 인버터(10)는 캐패시터(30)로부터의 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 AC 모터(M1)를 구동하게 된다. 제어장치(80)로부터의 구동 신호(DRV2)를 토대로, 인버터(20)는 캐패시터(30)로부터의 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 AC 모터(M2)를 구동하게 된다.
캐패시터(30)는 DC 전원(B)으로부터의 DC 전압을 평활시키고, 상기 평활된 DC 전압을 인버터(10, 12)에 공급한다. AC 모터(M1)의 회전축에 부착되는 리졸버(40)는 AC 모터(M1)의 회전자의 회전각(θbn1)을 검출하여 그것을 제어장치(80)로 출력하게 된다. AC 모터(M2)의 회전축에 부착되는 리졸버(50)는 AC 모터(M2)의 회전자의 회전각(θbn2)을 검출하여 그것을 제어장치(80)로 출력하게 된다.
전류센서(60)는 AC 모터(M1)를 통과하는 모터 전류(MCRT1)를 검출하고, 상기 검출된 모터 전류(MCRT1)를 제어장치(80)로 출력한다. 전류센서(70)는 AC 모터(M2)를 통과하는 모터 전류(MCRT2)를 검출하고, 상기 검출된 모터 전류(MCRT2)를 제어장치(80)로 출력한다.
도 1에서는 전류센서(60, 70)의 각각의 개수가 3개이지만, 그 개수는 둘 이상일 수도 있음에 유의한다.
제어장치(80)는 인버터(10)의 NPN 트랜지스터(Q3 내지 Q8)를 구동하기 위한 구동 신호(DRV1)를 생성하기 위해 외부 ECU(전자제어유닛)로부터의 토크지령값(TR1) 및 보정된 회전각(θn1)을 이용하여, 상기 생성된 구동 신호(DRV1)를 NPN 트랜지스터(Q3 내지 Q8)로 출력한다.
제어장치(80)는 또한 인버터(20)의 NPN 트랜지스터(Q9 내지 Q14)를 구동하기 위한 구동 신호(DRV2)를 생성하기 위해 외부 ECU(전자제어유닛)로부터의 토크지령값(TR2) 및 보정된 회전각(θn2)을 이용하여, 상기 생성된 구동 신호(DRV2)를 NPN 트랜지스터(Q9 내지 Q14)로 출력한다.
도 2는 리졸버의 개략도이다. 도 2를 참조하면, 리졸버(40)는 회전센서로서, 모터 및 제너레이터의 고효율 제어를 제공하기 위해 높은 정확성으로 자석 위치를 검출하는 기능을 한다. 리졸버(40)는 리졸버고정자(41), 상기 리졸버고정자(41)의 중앙에 제공된 회전축(43), 및 회전축(43)의 외주 둘레에 부착되어 타원의 형상인 리졸버회전자(42)를 포함한다. 리졸버고정자(41)에는 3이상의 코일(44A, 44B, 44C)이 제공된다.
리졸버회전자(42)는 2극 리졸버(40)의 경우에 타원 형상을 가진다. 하지만, 2이상의 극을 갖는 리졸버(40)의 경우에는, 리졸버회전자(42)의 형상이 타원으로 제한되지 아니한다.
여자용 AC 전류는 코일(44A)에 공급되고, 이에 기초한 출력이 코일(44B, 44C)에서 검출된다.
2개의 출력 코일(44B, 44C)은 전기적으로 90°만큼 시프트된다. 리졸버회전자(42)는 타원 형상이므로, 리졸버회전자(42)의 회전이 리졸버고정자(41)와 리졸버회전자(42)간의 거리를 변경시킨다.
AC 전류가 코일(44A)에 공급되면, 리졸버회전자(42)의 위치에 따른 출력들이 코일(44B, 44C)에 생성된다. 이들 출력들간의 차이를 토대로, 절대 위치가 검출될 수 있다. 상기 리졸버는 또한 CPU(중앙처리유닛)에 의하여 계산되는 고정 주기의 시간 이내에 위치의 변화량을 둠으로써 회전센서로도 사용된다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 리졸버고정자의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 리졸버고정자(41)는 고정자코어의 티스부(243), 상기 고정자코어의 티스부(243)를 고정하기 위한 고정자코어의 백요크부(241) 및 상기 고정자코어의 백요크부(241)의 외주 둘레에 제공된 차폐부재(242)를 포함한다.
상기 고정자코어의 티스부(243)는 자성재료(철합금)로 제조되어, 복수의 돌출부를 형성한다. 도 2에 도시된 코일(44A 내지 44C)은 상기 고정자코어의 티스부(243) 둘레에 감겨 있다. 상기 고정자코어의 티스부(243)의 돌출부들은 서로 소정의 거리로 동심적으로 배치된다.
상기 고정자코어의 티스부(243)의 외주 상에는, 고정자코어의 백요크부(241)가 제공되는데, 이는 리졸버고정자(41)의 프레임워크로 사용된다. 상기 고정자코어의 티스부(243)는 고정자코어의 백요크부(241)의 내주면 상에 고정된다. 상기 고정자코어의 티스부(243) 및 고정자코어의 백요크부(241)는 동일한 재료 또는 상이한 재료로 제조될 수도 있다. 상기 고정자코어의 백요크부(241)는 리졸버고정자(41)의 프레임으로서, 원주 방향으로 연장되는 기다란 구멍 형상으로 복수의 구멍(244)이 각각 제공된다. 차폐부재(242)는 고정자코어의 백요크부(241)의 외주면 상에 고정된다. 차폐링으로 적격인 차폐부재(242)는 접착제 또는 용접에 의해 고정자코어의 백요크부(241)에 부착된다.
차폐부재(242)는 자성재료(전자기강판)로 제조된다. 모터의 코일단부로부터 생성되는 자기장은 차폐부재(242) 상에 자속이 집중되도록 하기 때문에, 상기 자기장이 메인 바디인 고정자코어의 티스부(243) 상에 덜 영향을 준다. 그 결과, 리졸버(40)가 고정확성의 각도 신호를 생성하여, 모터 제어 시의 차량 진동 및 토크 저감을 억제할 수 있게 된다.
도 4는 회전전기기계에 통합된 리졸버의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 리졸버고정자(41) 및 리졸버회전자(42)로 형성된 리졸버(40)를 통합한 회전전기기계(AC 모터(M1))는 회전축(43)의 일 단부를 지지하여 상기 회전전기기계의 메인 유닛을 수용하는 모터케이스(306), 및 모터케이스(306)에 부착되어 회전축(43)의 타 단부를 지지하는 모터커버(304)를 포함한다. 상기 리졸버는 회전전기기계의 코일 단부(301)들 사이에 통합되고, 리졸버회전자(42)는 회전축(43)에 부착되며, 리졸버고정자(41)는 볼트(3a) 등에 의해 모터커버(304)에 부착된다.
모터커버(304)는 플랜지의 형상으로 그 내부에 구멍이 제공되는 링부(305)를 포함한다. 차폐부재(242)는 테이퍼질 수도 있는 구멍(310)에 압입된다. 상기 고정자코어의 차폐부재(242) 및 백요크부(241)는 구멍(310)에 압입되므로, 리졸버고정자(41)가 구멍(310) 및 링부(305)의 방향으로부터 중앙을 향해 가압된다. 회전전기기계의 고정자(302) 둘레에 감긴 코일은 코일 단부(301)인 일 단부를 구비한다. 리졸버고정자(41)는 대향하는 코일 단부(301)들 사이에 배치된다. 코일(44)은 리졸버고정자(41) 둘레에 감긴다. 리졸버고정자(41)는 리졸버회전자(42)를 향한다.
회전전기기계를 구성하는 고정자(302)의 코일 단부(301)들 사이에 배치된 리 졸버(40)의 고정 구조인 본 발명에 따른 리졸버고정구조는 구멍(310)을 구비한 베이스바디로서 링부(305)와 구멍(310)에 압입되는 리졸버(40)를 포함한다. 구멍(310)과 접촉하게 되는 차폐부재(242)는 리졸버(40)를 구성하는 리졸버고정자(41)의 외주부에 제공된다.
즉, 고정자(302)의 코일 단부(301)들 사이에 배치된 리졸버고정구조에 따르면, 차폐부재(242)가 상기 리졸버고정자(41)의 외주부 상에 개재되면서, 메이팅재료(mating material)인 모터커버(304) 상에 압입시켜 리졸버고정자(41)가 고정된다. 이 경우, 차폐부재(242)를 통한 이러한 압입은 압입에 의해 야기되는 리졸버고정자(41)의 디스토션이 감소되도록 한다.
(제2실시예)
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 리졸버고정자의 사시도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 리졸버고정자(41)는 볼트를 삽입하기 위한 구멍이 제공되지 않는다는 점에서 상기 제1실시예에 따른 리졸버고정자(41)와 상이하다. 리졸버는 전통적으로 너트가 삽입되는 리졸버커버라고 불리우는 철판에 의해 고정되기 때문에, 볼트를 삽입하여 전기 제로점 위치를 조정하기 위하여 고정자부 내의 기다란 구멍이 제공되어야 한다. 이는 리졸버의 크기를 불필요하게 증가시키게 된다. 즉, 기다란 구멍에 대응하여 외경이 증가된다.
차폐부재(242)가 제공된 구조를 이용하는 제2실시예에서는, 리졸버를 고정하기 위해 차폐부재(242)가 압입되어, 볼트가 삽입되는 구멍이 필요하지 않게 된다. 나아가, 조정 핸들(248)이 차폐부재(242)에 부착되어, 고정자 내의 기다란 구멍부 의 제거를 가능하게 한다. 결과적으로, 리졸버고정자(41)의 크기가 줄어들 수 있게 되어, 모터 및 제너레이터의 크기 감소나 비용 절감을 가능하게 하는 이점을 제공한다.
지금까지 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 명세서에 기술된 실시예들은 다양하게 수정될 수 있다.
본 발명이 적용된 리졸버는 또한 모터와 제너레이터 및 모터/제너레이터에 적용될 수도 있다. 이러한 모터/제너레이터는 전기자동차 및 하이브리드자동차에 사용될 수 있다. 나아가, 본 발명은 차량 내에 통합된 모터/제너레이터 뿐만 아니라, 예컨대 차량 내에 포함되지 않는 제너레이터 또는 구동 기계와 같은 차량 내에 통합되지 않는 모터/제너레이터에도 적용가능하다.
본 실시예에서는, 리졸버고정자(41)가 모터커버(304)의 측면에 압입되지만, 본 실시예는 이것으로 국한되지 아니하고, 리졸버고정자(41)가 모터케이스(306)의 측면에 압입될 수도 있다. 모터케이스(306) 및 모터커버(304)는 알루미늄과 같은 금속 뿐만 아니라, 수지, 유기물질 및 무기물질과 같은 비금속으로 형성될 수도 있다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 예시적인 것으로 모든 실시형태에 있어 비제한적인 것임에 유의해야 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명이 아닌 청구범위에 의해 한정되며, 상기 청구범위와 등가인 범위와 기술적 사상 내에서 여하한의 수정예들을 포함하고자 한다.
본 발명에 따르면, 리졸버고정구조가 회전전기기계의 리졸버 분야에 사용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 회전전기기계를 구성하는 고정자의 코일 단부(301)들 사이에 배치된 리졸버고정구조에 있어서,
    구멍(310)을 구비한 베이스바디(305); 및
    상기 구멍(310)에 압입(press-fitted)되는 리졸버(40)를 포함하여 이루어지고,
    상기 리졸버(40)의 외주부에는 상기 구멍(310)과 접촉하게 되는 차폐부재(242)가 제공되는 것을 특징으로 하는 리졸버고정구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리졸버(40)는 리졸버고정자(41)를 포함하고, 상기 리졸버고정자(41)에 제공된 3이상의 코일(44A, 44B, 44C)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리졸버고정구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리졸버고정자(41)는 고정자 코어의 티스부(243) 및 상기 고정자 코어의 상기 티스부(243)를 고정하기 위한 고정자 코어의 백요크부(back yoke portion; 241)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리졸버고정구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차폐부재(242)는, 접착제에 의해 또는 용접에 의해 상기 고정자 코어의 백요크부(241)에 부착되는 것을 특징으로 하는 리졸버고정구조.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 리졸버고정자(41)는 모터 커버(304)에 볼트(3a)로 부착되는 것을 특징으로 하는 리졸버고정구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차폐부재(242)는 자성재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 리졸버고정구조.
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