KR20150054895A - 일체형 전자기 간섭 쉴드를 구비한 가변 릴럭턴스 리졸버 및 그를 구비한 회전 전기 기계 - Google Patents

일체형 전자기 간섭 쉴드를 구비한 가변 릴럭턴스 리졸버 및 그를 구비한 회전 전기 기계 Download PDF

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Abstract

가변 릴럭턴스 리졸버(variable reluctance resolver)(60, 61)는, 축(22)을 둘러싸고 있는 환상 리졸버 고정자 철심(annular resolver stator core)(88)을 가지는 리졸버 고정자(resolver stator)(70), 리졸버 고정자(70)에 대해 축(22)을 중심으로 회전가능한 그리고 리졸버 고정자 철심(88)에 의해 둘러싸여 있는 리졸버 회전자(resolver rotor)(72), 및 리졸버 EMI 차폐물(resolver EMI shielding)(112, 114, 126, 128)을 포함한다. 리졸버 EMI 차폐물(112, 114, 126, 128)은 리졸버 고정자 철심(88)의 대향하는 축방향 측면들 상에 배치된 제1 리졸버 쉴드(resolver shield)들(112, 126) 및 제2 리졸버 쉴드들(114, 128)을 포함한다. 리졸버 차폐물(112, 114, 126, 128)은 적어도 약 50의 상대 투자율을 가진다. 또한, 전기 기계(20, 21)는 이러한 가변 릴럭턴스 리졸버(60, 61)를 가진다.

Description

일체형 전자기 간섭 쉴드를 구비한 가변 릴럭턴스 리졸버 및 그를 구비한 회전 전기 기계{VARIABLE RELUCTANCE RESOLVER HAVING INTEGRAL ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE SHIELD AND ROTARY ELECTRIC MACHINE HAVING SAME}
관련 출원(들)의 상호 참조
본 출원은 2012년 9월 7일자로 출원된, 발명의 명칭이 "일체형 전자기 간섭 쉴드를 가지는 가변 릴럭턴스 리졸버 및 그것을 갖는 회전 전기 기계(VARIABLE RELUCTANCE RESOLVER HAVING INTEGRAL ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE SHIELD AND ROTARY ELECTRIC MACHINE HAVING SAME)"인 미국 가특허 출원 제61/698,497호(대리인 문서 번호 22888-0054)를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 모터 및 발전기와 같은 회전 전기 기계에 관한 것으로서, 상세하게는 회전 전기 기계에 사용되는 가변 릴럭턴스 리졸버(variable reluctance resolver)에 관한 것이며, 보다 상세하게는 출력 전압에 대한 외부 자기(external magnetism)의 효과가 완화되는 가변 릴럭턴스 리졸버에 관한 것이다.
현대의 회전 전기 기계들은 전기 기계들의 동작을 제어하기 위해 리졸버와 같은 전자 제어 및 센서들을 점점 더 사용하고 있다. 회전 전기 기계들은 전형적으로, 서로에 대해 회전하고 전자기적으로 서로에 동작가능하게 결합되어 있는, 고정된 고정자(stator) 및 회전가능한 회전자(rotor)를 가진다. 이와 같이, 모터 및 발전기와 같은 회전 전기 기계들의 정상 동작은 전자기장을 생성한다. 전자 제어 및 센서 구성요소들 중 일부의 동작이 전기 기계의 동작에 의해 발생되는 전자기 간섭(electromagnetic interference)("EMI")에 의해 열화될 수 있다.
리졸버는 모터 또는 발전기와 같은 회전하는 전기 기계의 회전 위치를 검출하기 위한 한 유형의 디바이스이고, 기계 회전자(machine rotor)와 기계 고정자(machine stator) 사이의 상대 회전 속도를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 제조되고 있는 전기 기계의 적용 분야에 따라, 기계 회전자의 각도 위치(angular position), 그리고 따라서 그의 속도를 알기 위해 가변 릴럭턴스 리졸버와 기계 회전자를 동작가능하게 결합시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 리졸버들은 종종 회전 축의 회전 속도 및/또는 각도 위치를 결정하는 데 사용되고, 이들의 사용은 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 예를 들어, 하이브리드 차량에 대한 발전기/견인 모터(traction motor)에서, 리졸버들은 종종 회전자의 각도 위치를 결정하는 데 사용되고, 그로써 제어기는, 발전기/견인 모터와 동작가능하게 결합되어 있는 인버터(inverter)의 동작을 제어할 때, 이 정보를 이용할 수 있다.
리졸버들은, 홀 소자(Hall element) 또는 포토트랜지스터(phototransistor)를 갖춘 대안의 디바이스들과 비교하여, 보다 거친 환경에서 사용될 수 있는 비교적 더 나은 능력으로 인해, 열악한 조건들 하에서 사용되는 회전 기계에 대한 회전 위치 검출 디바이스로서 널리 사용되고 있다. 이러한 리졸버들은 전형적으로, 예를 들어, 기계 하우징 내에 배열되어 있는 모터들 또는 발전기들의 여자 권선(exciter winding)들에 인접한 위치들에 배치되어 있고, 이 권선들을 통해 흐르는 여자 전류(excitation current)에 의해 발생되는 전자기 잡음(electromagnetic noise)이 때때로 리졸버 고정자 여자 코일(excitation coil)들 또는 출력 코일(output coil)들에 첨가(superimpose)될 수 있다. 그 결과, 정확한 회전 위치 및 속도가 검출될 수 없다. 더욱이, 리졸버들은 전기 기계들에의 그의 설치 이전의 또는 그 동안의 취급 부주의로 인한 손상에 취약할 수 있다. 종종, 리졸버들은 리졸버의 정교한 또는 주요 기능 영역들을 취급 손상으로부터 보호하기 위해 구성요소 플라스틱 커버들을 이용한다.
리졸버는 전형적으로 내주(inner circumference)를 가지는 리졸버 고정자(resolver stator) 및 리졸버 고정자 내주(resolver stator inner circumference)로부터 방사상으로 안쪽으로 배열되어 있는 리졸버 회전자(resolver rotor)를 포함한다. 리졸버 고정자는 리졸버 회전자를 둘러싸고 있고, 기계 고정자에 대해 고정된 위치를 가진다. 리졸버 회전자는 기계 회전자와 동심원으로 배열되고, 기계 회전자와 연동하여(in uniformity with) 회전한다. 한 유형의 리졸버는 리졸버 고정자의 동일한 다수의 자극(magnetic pole)들에 감겨 있는 여자 코일들 및 출력 코일들을 가지는 가변 릴럭턴스 리졸버이다. 단일의 출력 코일 출력(output coil output)을 얻기 위해 다수의 고정자 자극 출력 코일(stator magnetic pole output coil)들이 직렬로 연결되어 있다. 이러한 가변 릴럭턴스 리졸버들은 리졸버 고정자 상의 다수의 자극들, 리졸버 회전자 상의 다수의 치부(tooth)들, 여자 코일, 회전자 X 방향 또는 사인 성분을 출력하는 제1 출력 코일, 및 회전자 Y 축 또는 코사인 성분을 출력하는 제2 출력 코일을 구비하고 있으며, 출력 코일들은 리졸버 고정자의 관련 자극들에 감겨져 있다.
리졸버 외부로부터 자기장이 인가될 때, 외부 자기장에 의해 야기된 자속(magnetic flux)이 상대적으로 회전하는 리졸버 회전자와 리졸버 고정자 사이의 상대 위치들을 나타내는 원하는 가변 자기장과 혼합되는 경우들이 빈번하다. 외부 자속은 가변 릴럭턴스 리졸버 고정자 출력 코일들 각각에 전압을 유도하여, 출력 코일에 부가의 유도 전압(induced voltage)을 발생시켜, 가변 릴럭턴스 리졸버의 정확도를 떨어뜨린다. 특히, 공간 제약조건들로 인해 리졸버가 EMI의 발생원(source)들에 아주 근접해 있어야만 하는 경우, 리졸버 신호들을 외부 간섭원(external interference source)으로부터 보호하기 위해 차폐물이 이용되어야만 한다.
종래의 전기 기계들의 EMI 쉴드들은 전기 전도성이 있고(electrically conductive) 투자성이 있는(magnetically permeable) 물질로 형성되고, 볼트(bolt) 및 스크류(screw)와 같은 고정 장치(fastener)들을 사용하여 제자리에 고정되는, 기계의 전형적으로 분리가능하게 조립된 구성요소들이다. 투자율(magnetic permeability)은 물질이 그 자체 내에서의 자기장의 형성을 지원할 수 있는 능력을 말한다. 투자성이 있는 물질은 인가된 자기장에 응답하여 자화(magnetization)를 나타낼 것이다. 투자율은 헨리/미터(henrys per meter) 또는 뉴턴/제곱 암페어(newtons per ampere squared)의 단위로 측정된다. 투자율 상수(permeability constant) μ0는 자유 공간(즉, 진공)의 투자율로서 정의된다. 물질의 상대 투자율(relative permeability)은 투자율 상수에 대한 그 물질의 투자율의 비이다. 높은 상대 투자율은 물질이 그 자체 내에서의 자기장의 형성을 지원할 수 있는 보다 큰 능력을 가진다는 것을 나타낸다. 공기는 약 1의 상대 투자율을 가진다. 알루미늄 및 스테인레스강은 일반적으로 비자성(non-magnetic)인 것으로 간주되고, 약 1부터 약 2까지의 범위에 속하는 상대 투자율을 가지며; 철금속(ferrous metal) 물질들은 일반적으로 그 자체 내에서의 자기장을 지원할 수 있는 능력을 가지며 보다 높은 상대 투자율을 가질 것이다. 예를 들어, 탄소강은 전형적으로 약 50 내지 100의 상대 투자율을 가진다. 고도로 자화가능한(highly magnetizable) 규소강(예컨대, 4% Si 강)은 종종 적어도 약 2,000의 상대 투자율을 가질 것이다. 전기강(electrical steel)은 전형적으로 약 3,000부터 약 8,000까지의 범위에 있는 상대 투자율을 가진다. 적어도 약 50의 상대 투자율을 가지는 탄소강은 일부 응용들에 대해 유리할 수 있는 EMI 차단 특성들을 갖는 투자성 쉴드(magnetically permeable shield)를 제공하는 데 이용될 수 있을 것이다. 그렇지만, 적어도 약 2,000의 상대 투자율을 가지는 규소강 또는 전기강의 사용은 보다 큰 EMI 차폐 특성들을 제공할 것이지만, 비교적 더 고가이다.
전기 기계들의 리졸버들에 대한 EMI 쉴드들은 전형적으로 전기강 스탬핑(electrical steel stamping)과 같은 철금속으로 형성된다. 이러한 쉴드들은 리졸버에 EMI로부터의 어느 정도의 격리(isolation)를 제공하고, 전형적으로 기계 회전자 철심(machine rotor core)의 축단면(axial end surface)들 중 하나에 근접하여 배치되고 그로부터 축방향으로 이격되어 있다. 구성요소 기계 쉴드(component machine shield) 자체 및 그와 연관된 고정 장치들의 변동비(variable cost)에 부가하여, 그들의 사용은 이 구성요소들의 설치 및 재고 관리와 연관된 부수적인 변동비 및 고정비(fixed cost)를 수반한다. 더욱이, 분리가능하게 설치된 구성요소 기계 쉴드들로 가변 릴럭턴스 리졸버를 차폐시키는 것은 전기 기계의 크기를 증가시킬 수 있다. 게다가, 이러한 EMI 차폐가 효과적이기 위해서는, 외부 자속의 방향을 아는 것 및 기계 쉴드를 그것이 효과적일 곳에 두는 것이 필요하지만, 가장 효과적인 쉴드 위치를 결정하는 것이 어려운 많은 경우들이 있다. 그에 부가하여, 보다 효과적인 차폐를 제공하는 것이 엄청난 비용이 들거나 기계 내에 이용가능하지 않은 패키지 공간을 필요로 할 수 있다.
전기 모터 내의 공간 요구사항들 또는 전기 모터의 크기를 증가시키는 일 없이 가질 수 있거나 기계 공간 요구사항들의 감소를 용이하게 하는 그리고 어쩌면 변동비 및 고정비를 감소시킬 수 있는 종래의 리졸버 EMI 차폐 유효성에 대한 개선들은 관련 기술 분야에서 바람직한 진보들을 제공할 것이다. 더욱이, 리졸버의 정교한 또는 주요 기능 영역들에 대한 보호를 제공하는 것과 관련하여 이러한 이점들을 달성하는 것은 종래의 리졸버들 및 그들을 이용하는 전기 기계들보다 부가의 장점들을 제공할 것이다.
본 개시 내용에 따른 리졸버를 포함하는 전기 기계, 및 리졸버 자체는 유익하게도 이러한 진보들 및 장점들을 달성한다. 본 명세서에 개시된 리졸버 EMI 차폐물(resolver EMI shielding)은 리졸버의 구성요소이고, 리졸버 어셈블리의 일체형 부분일 수 있으며; 그의 사용을 통해, 공간 및 어쩌면 비용이 절감될 수 있고, 보다 효과적인 리졸버 차폐물이 얻어질 수 있다. 더욱이, 리졸버를 기계에 설치하기 전에 또는 그 설치 동안 리졸버의 부분들을 취급 손상으로부터 보호하기 위한 보호 커버로서, 앞서 언급한 플라스틱 커버 대신에, 이러한 리졸버 차폐물을 이용하는 것은 종래의 리졸버들에서 사용되는 별도의 보호 커버를 필요없게 만들며, 비용 감소, 전기 기계 내에서의 공간 절감, 그리고 어쩌면 기계 자체의 크기의 감소를 더욱 용이하게 한다.
본 개시 내용에 따르면, 가변 릴럭턴스 리졸버는 저탄소강(low carbon steel) 또는 보다 높은 상대 투자율을 갖는 강철, 또는 EMI 차폐 능력을 갖는 플라스틱 유형 물질과 같은 물질로 이루어진 보호 커버를 가지며, 이 커버는 종래의 리졸버들에 비해 패키지 공간 요구사항들을 증가시키는 일 없이 개선된 EMI 차폐를 제공한다. 보호 커버로서 역할도 하는 구성요소 EMI 쉴드들을 가지는 리졸버는 조립 이전에 그리고 조립 동안 취급 손상으로부터 보호될 것이고, 종래의 리졸버들에 비해, 간섭하는 자기 또는 전기 신호들을 차단하거나 빼내는 부가의 능력을 제공받을 것이며, 그로써 리졸버 신호들과 결합하는 것으로 인한 잠재적인 간섭원들의 영향을 감소시키고 리졸버의 정확도를 향상시킨다.
게다가, 이러한 EMI 쉴드들을 리졸버 자체의 일체형 구성요소들로서 가짐으로써, 분리가능하게 설치된 기계 쉴드 구성요소(machine shield component)들을 위한 패키징 공간이 회피될 수 있다. 실제로, 이러한 기계 쉴드들 및 그들의 탑재 고정 장치들이 아마도 제거될 수 있고, 그로써 부수적인 리졸버 EMI 차폐 감소 없이 비용 및 공간 절감 기회들을 제공한다. 다른 대안으로서, 이미 존재하는 기계 쉴드 구성요소들이 남아 있을 수 있고, 구성요소 리졸버 차폐물에 의해 보완될 수 있다.
본 개시 내용에 따르면, 리졸버 고정자가, 부가의 구성요소들 없이, 그리고 종래의 리졸버들의 방사상 및/또는 축방향 패키징 치수들을 유지 및/또는 감소시키면서, 리졸버 EMI 격리를 향상시키면서, 전기 기계 하우징 내에 견고하게 고정되어 있다. 따라서, 본 개시 내용에 따른 전기 기계는 그를 위한 공간이 제한되고 개선된 EMI 차폐가 요망되는 응용들에서 사용하기에 적당하다.
본 개시 내용에 따르면, 전기 기계는 서로에 대해 회전가능한 기계 고정자(machine stator) 및 기계 회전자(machine rotor), 그리고 기계 고정자에 대한 기계 회전자의 각도 위치(angular position)를 결정하는 가변 릴럭턴스 리졸버(variable reluctance resolver) - 리졸버는 리졸버 고정자(resolver stator) 및 리졸버 회전자(resolver rotor)를 가짐 - 를 포함한다. 리졸버 고정자는 리졸버에 대한 취급 손상으로부터 보호하는 그리고 적어도 약 50의 상대 투자율을 가지는 투자성 물질(magnetically permeable material)의 구성요소 쉴드를 정의하는 보호 커버를 포함한다. 보호 커버는 따라서 EMI에 대비한 일체형 쉴드를 리졸버에 제공한다.
리졸버를 위한 EMI 차폐를 개선시키는 것에 부가하여, 일부 실시예들에서, 구성요소 보호 커버는 리졸버 자체의 일체형 부분, 구체적으로는 리졸버 고정자의 일체형 부분이고, 그로써 요구된 리졸버 패키징 공간의 축방향 치수가 최소화될 수 있게 하며, 이는 본 개시 내용에 따른 전기 기계가 종래의 기계들에 비해 적어도 하나의 감소된 치수를 가질 수 있게 한다.
본 개시 내용은 기계 고정자, 축을 중심으로 기계 고정자에 대해 상대 회전을 하도록 지지되는 기계 회전자, 및 가변 릴럭턴스 리졸버를 포함하는 전기 기계를 제공한다. 가변 릴럭턴스 리졸버는 기계 고정자에 대해 회전가능하게 고정된 그리고 축을 둘러싸고 있는 환상 리졸버 고정자 철심(annular resolver stator core)을 가지는 리졸버 고정자, 및 기계 회전자와 연동하여(in unison with) 회전가능한 그리고 리졸버 고정자 철심에 의해 둘러싸여 있는 리졸버 회전자를 포함한다. 기계는 리졸버 고정자 철심의 대향하는 축방향 측면들 상에 배치된 제1 및 제2 리졸버 쉴드(resolver shield)들을 가지는 리졸버 EMI 차폐물을 포함한다. 리졸버 차폐물은 적어도 약 50의 상대 투자율을 가진다.
전기 기계의 추가의 태양은 제1 및 제2 리졸버 쉴드들이 전기 기계의 분리가능하게 조립된 구성요소들인 것이다.
전기 기계의 추가의 태양은 제1 및 제2 리졸버 쉴드들이 가변 릴럭턴스 리졸버의 구성요소들인 것이다.
전기 기계의 다른 태양은 제1 및 제2 리졸버 쉴드들이 리졸버 고정자의 분리가능한 구성요소들인 것이다.
전기 기계의 다른 태양은 제1 및 제2 리졸버 쉴드들이 함께 일체형으로 형성되고 리졸버 고정자 철심을 통해 결합되는 것이다. 그에 따라, 제1 및 제2 리졸버 쉴드들은 리졸버 고정자의 분리 불가능하게 일체화된 구성요소들이다.
전기 기계의 추가의 태양은 리졸버 EMI 차폐물이 적어도 약 50의 상대 투자율을 가지는 플라스틱 유형 물질로 형성되고 제1 및 제2 리졸버 쉴드들이 함께 일체형으로 형성되고 리졸버 고정자 철심을 통해 결합되는 것이다.
전기 기계의 추가의 태양은 전기 기계가 또한 기계 회전자와 가변 릴럭턴스 리졸버 사이에 위치해 있는 기계 쉴드 - 기계 쉴드는 적어도 약 50의 상대 투자율을 가짐 - 포함하는 것이다. 그에 따라, 기계 쉴드에 의한 가변 릴럭턴스 리졸버의 EMI 차폐가 리졸버 EMI 차폐물에 의해 보완된다.
전기 기계의 추가의 태양은 전기 기계가 또한 기계 고정자, 기계 회전자, 및 가변 릴럭턴스 리졸버가 내부에 배치되어 있는 기계 하우징을 포함하고, 기계 하우징 및 기계 고정자가 서로에 대해 회전가능하게 고정되어 있으며, 리졸버 고정자 철심 및 리졸버 EMI 차폐물이 기계 하우징에 고정되어 있는 것이다.
전기 기계의 추가의 태양은 제1 및 제2 리졸버 쉴드들이 리졸버 고정자 철심의 대향하는 축방향 측면들 중 각자의 인접하는 측면과 중첩하는 플랜지(flange)들을 가지며, 리졸버 고정자 철심이 제1 및 제2 리졸버 쉴드들의 플랜지들 사이에 샌드위칭되는 것이다.
전기 기계의 추가의 태양은 리졸버 회전자가 내주부(inner perimeter) 및 리졸버 고정자 철심을 인터페이싱하는(interfacing) 그리고 내주부로부터 방사상으로 바깥쪽에 있는 외주부(outer perimeter)를 가지며, 제1 및 제2 리졸버 쉴드들 중 적어도 하나는 리졸버 회전자 외주부로부터 방사상으로 안쪽으로 원주면(circumference)을 가지는 것이다.
전기 기계의 추가의 태양은 리졸버 회전자가 제1 투자율을 가지는 리졸버 회전자 철심 및 리졸버 회전자 철심과 축 사이에 방사상으로 배치된 격리 슬리브(isolating sleeve)를 포함하고, 격리 슬리브가 제1 투자율보다 실질적으로 더 작은 제2 투자율을 가지는 것이다.
전기 기계의 다른 태양은 격리 슬리브의 상대 투자율이 약 2 이하인 것이다.
본 개시 내용은 또한 축을 둘러싸고 있는 환상 리졸버 고정자 철심을 가지는 리졸버 고정자, 리졸버 고정자에 대해 축을 중심으로 회전가능한 그리고 리졸버 고정자 철심에 의해 둘러싸여 있는 리졸버 회전자, 및 리졸버 EMI 차폐물을 포함하는 가변 릴럭턴스 리졸버를 제공한다. 리졸버 EMI 차폐물은 리졸버 고정자 철심의 대향하는 축방향 측면들 상에 배치된 제1 및 제2 리졸버 쉴드들을 포함한다. 리졸버 차폐물은 적어도 약 50의 상대 투자율을 가진다.
가변 릴럭턴스 리졸버의 추가의 태양은 제1 및 제2 리졸버 쉴드들이 리졸버 고정자의 분리가능한 구성요소들인 것이다.
가변 릴럭턴스 리졸버의 추가의 태양은 제1 및 제2 리졸버 쉴드들이 함께 일체형으로 형성되고 리졸버 고정자 철심을 통해 결합되는 것이다. 그에 따라, 제1 및 제2 리졸버 쉴드들은 리졸버 고정자의 분리 불가능하게 일체화된 구성요소들이다.
가변 릴럭턴스 리졸버의 추가의 태양은 리졸버 EMI 차폐물이 적어도 약 50의 상대 투자율을 가지는 플라스틱 유형 물질로 형성되고 제1 및 제2 리졸버 쉴드들이 함께 일체형으로 형성되고 리졸버 고정자 철심을 통해 결합되는 것이다.
가변 릴럭턴스 리졸버의 추가의 태양은 제1 및 제2 리졸버 쉴드들이 리졸버 고정자 철심의 대향하는 축방향 측면들 중 각자의 인접하는 측면과 중첩하는 플랜지들을 가지며, 리졸버 고정자 철심이 제1 및 제2 리졸버 쉴드들의 플랜지들 사이에 샌드위칭되는 것이다.
가변 릴럭턴스 리졸버의 추가의 태양은 리졸버 회전자가 내주부 및 리졸버 고정자 철심을 인터페이싱하는 그리고 내주부로부터 방사상으로 바깥쪽에 있는 외주부를 가지며, 제1 및 제2 리졸버 쉴드들 중 적어도 하나는 리졸버 회전자 외주부로부터 방사상으로 안쪽으로 원주면을 가지는 것이다.
가변 릴럭턴스 리졸버의 추가의 태양은 리졸버 회전자가 제1 투자율을 가지는 리졸버 회전자 철심 및 리졸버 회전자 철심과 축 사이에 방사상으로 배치된 격리 슬리브를 포함하는 것이다. 격리 슬리브는 제1 투자율보다 실질적으로 더 작은 제2 투자율을 가진다.
가변 릴럭턴스 리졸버의 다른 태양은 격리 슬리브의 상대 투자율이 약 2 이하인 것이다.
본 발명의 앞서 언급한 특징들 및 기타 특징들과 이들을 달성하는 방식이 보다 명백하게 될 것이고, 본 발명 자체는 첨부 도면들과 관련하여 기술된 본 발명의 실시예들의 이하의 설명을 참조하면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 제1 실시예의 리졸버를 포함하는 제1 실시예의 전기 기계의 부분 측단면도.
도 2는 제2 실시예의 리졸버를 포함하는 제2 실시예의 전기 기계의 부분 측단면도.
도 3은 도 2의 전기 기계에 포함된 리졸버의 측단면도.
도 4는 도 3의 리졸버의 정면도.
도 5는 도 3의 리졸버의 배면도.
도 6은 예시적인 제1 및 제2 실시예의 리졸버들에서 이용되는 예시적인 리졸버 고정자 및 리졸버 회전자 구조물들을 노출시키고 있는, 그의 일체형 후방 쉴드 부분이 생략되어 도시된 도 5의 리졸버의 수정된 배면도.
대응하는 참조 문자들은 몇몇 도면들에 걸쳐 대응하는 부분들을 나타낸다. 본 명세서에서 설명되는 각각의 예시가 본 발명의 일 실시예를 나타내고 있지만, 하나의 형태에서, 개시된 실시예들은 전수적이거나 본 발명의 범주를 개시된 정확한 형태들로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 더욱이, 도면들이 꼭 축척대로 또는 동일한 축척으로 되어 있지는 않으며, 본 개시 내용을 더 잘 예시하고 설명하기 위해 특정한 특징들이 과장되어 있을 수 있다.
이하의 설명에서, 각자의 부재들 및 방향들 간의 위치 관계들을 기술하기 위한 상부, 하부, 좌측, 우측, 상향, 하향, 상단 및 하단과 같은 단어들은 도면들에서 위치 관계 및 방향을 나타내는 것에 불과하다. 이러한 단어들은 실제의 장치에 탑재된 부재의 위치 관계들 및 방향들을 나타내지 않는다. 또한, 유의할 점은, 본 개시 내용의 이해가 용이하도록 이하의 실시예들의 설명에서 읽는 사람이 대응하는 구성요소들을 찾는 데 도움을 주기 위해 참조 번호들, 도면 번호들, 및 보충 설명들이 아래쪽에 도시되어 있다는 것이다. 유의할 점은, 이 표현들이 본 발명의 범주를 결코 제한하지 않는다는 것이다.
제1 및 제2 실시예들에 따른 전기 기계들(20, 21)이, 각각, 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 또한 유의할 점은, 도 1이 그래픽 명확함을 위해 간략화되어 있는 부분도이고 회전 축(22) 아래쪽에 있는 전기 기계(20)의 그 절반을 도시하고 있지 않으며 축(22) 위쪽에 있는 전기 기계의 부분들을 생략하고 있다는 것이다. 도 2는 축(22)을 제외한, 전기 기계(21)의 유사한 도면을 제공한다. 전기 기계들(20 및 21) 각각은 하우징(30) 내에 탑재되어 있는 기계 고정자 철심(26) 및 기계 고정자 권선들(28)을 가지는 기계 고정자(24)를 포함한다. 고정자(24)는 종래의 구조를 가지며, 고정자 철심(26)은 복수의 적층된 금속 박판(metal lamina)들(32)로 형성되고 권선들(28)을 수납하기 위한 일반적으로 축방향으로 뻗어 있는 슬롯들(34)을 가진다. 기계 고정자(24)는 통상의 기술자에게 공지된 종래의 기법들을 사용하여 제조된다. 고정자 철심(26)은 프로그레시브 다이 어셈블리(progressive die assembly)에서 시트 금속(sheet metal)으로부터 스탬핑(stamp)되는 전기강의 박판들(32)을 적층함으로써 형성될 수 있다. 코일들로 감겨 있는 와이어가 이어서 고정자 철심(26) 내의 슬롯들(34)에 삽입되어 권선들(28)을 형성한다.
전기 기계들(20 및 21) 각각은 또한 기계 고정자(24)에 대해 회전가능한 기계 회전자(36)를 포함한다. 기계 회전자(36)는 기계 회전자 철심(40)이 탑재되어 회전 고정(rotationally fixed)되어 있는 기계 회전자 허브(machine rotor hub)(38)를 포함한다. 회전자 허브(38)는 고경화능 기어강(high hardenability gear steel) 및 니켈강으로 형성된 용접물(weldment)일 수 있다. 회전자 철심(40)은 이하에 기술되는 방식으로 달성될 수 있는 회전자 허브(38)와 억지 끼워맞춤(interference fit)을 가지는 중앙 구멍(central bore)(42)을 가진다. 회전자 철심(40)은 종래의 구조를 가지며, 복수의 적층된 금속 박판들(44)에 의해 형성된다. 회전자 철심(40)의 대향하는 축방향 단부(axial end)들 상의 박판들(44)은 회전자 철심(40)의 대향하는 축방향 단면(axial end surface)들(46)(그 중 하나가 도시되어 있음)을 정의한다. 회전자 철심(40)은 회전자 철심(40)의 각각의 축방향 단면(46)에 개구부들(50)을 정의하는 복수의 축방향으로 뻗어 있는 슬롯들(48)을 정의한다. 기계 회전자(36)는 통상의 기술자에게 공지된 종래의 기술들을 사용하여 제조된다. 회전자 철심(40)을 형성하는 기법들은 고정자 철심(26)을 형성하는 데 사용되는 기법들과 유사할 수 있다. 예를 들어, 회전자 철심(40)은 프로그레시브 다이 어셈블리에서 스탬핑되고 적층되는 복수의 전기강 박판들(44)로 형성될 수 있다. 프로그레시브 다이 어셈블리는 회전자 철심(40)을 형성하는 데 사용되는 박판들(44) 각각에 슬롯 개구부들을 스탬핑하는 데 사용되고, 박판들(44)은 박판들(44)이 적층될 때 박판들(44)에서의 스탬핑된 개구부들이 축방향으로 뻗어 있는 슬롯들(48)을 형성하도록 정렬된다. 회전자 철심(40)의 대향하는 축방향 단면들(46)에서의 이 개구부들은 따라서 축방향으로 뻗어 있는 슬롯들(48)에 대한 개구부들(50)을 정의한다.
이와 같이, 전기 기계들(20, 21)의 고정자 철심(26) 및 회전자 철심(40)은 적층된 전기 기계 박판들(32, 44)로부터 형성된다. 전기강 박판들은 철 합금으로 형성되고, 전형적으로 약 6.5%까지의 범위에 있을 수 있지만 전형적으로 약 2% 내지 3.2% 이하인 양으로 규소를 포함한다. 마그네슘 및 알루미늄이 또한, 약 0.5%까지의 양으로, 전기강에서 사용될 수 있다. 전기강은 널리 이용가능하고 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 기계 고정자 철심(26) 및 기계 회전자 철심(40)을 형성하는 각자의 박판들(32, 44)은 용접, 접착제, 인접한 박판들에 있는 상호 계합되는 탭들 및 슬롯들에 의해, 또는 다른 적당한 방법들에 의해 서로 고정될 수 있다. 예를 들어, 박판들을 고정시키는 하나의 접착제 방법은 하나의 부분은 박판들 각각의 하부 표면에 도포되고 다른 부분은 박판들 각각의 상부 표면에 도포되는 이액형 에폭시(two part epoxy)의 사용을 포함한다. 적층되면, 2개의 부분들을 서로 접착시켜 본딩된 코어(32 또는 44)를 형성하기 위해 박판들이 가열된다.
회전자 철심(40)은 회전자 철심(40) 대 회전자 허브(38)에 열 에너지를 차분적으로 가하는 것에 의한 억지 끼워맞춤으로 회전자 허브(38) 상에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 회전자 철심의 열 팽창을 야기하고 그로써 허브(38)가 회전자 철심(40)의 중앙 개구부 내에 삽입될 수 있게 하기 위해 회전자 철심(40)이 가열될 수 있다. 회전자 철심(40)을 허브(38) 상에 탑재하는 것을 더욱 용이하게 하기 위해 허브(38)가 또한 냉각될 수 있다.
자석들(56)이 슬롯들(48)에 배치되고, 회전자 철심(40)에 설치될 때 영구 자석처럼 기능할 수 있는 물질로 이루어져 있다. 자석들(56)이 회전자 철심(40)에 설치되기 전에 자화될 수 있거나, 설치될 때 비자화되고 회전자 철심(40)에의 설치 후에 자기적 특성들이 그들에 부여될 수 있다. 자석들(56)은 유리하게도 네오디뮴 철 붕소(neodymium iron boron)로 형성될 수 있다. 자석들(56)을 형성할 때, 더 큰 온도 안정성을 제공하고 자성 물질이 자기(magnetism)의 손실에 보다 나은 내성을 갖게 할 수 있게 하기 위해, 디스프로슘이 포함될 수 있다. 리튬, 테르븀 및 사마륨과 같은 희토류 물질들을 비롯한 각종의 다른 물질들이 또한 자석들(56)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 전기 기계들에 사용하기 위한 영구 자석들을 형성하기 위해 이들 및 기타 자성 물질들을 사용하는 것은 통상의 기술자들에게 공지되어 있다. 자석들(56)은 또한 자석 상의 외측 코팅을 형성하는, 전기 도금에 의해 자성 물질 상에 형성되는 니켈의 층 또는 증기 확산(vapor diffusion)에 의해 형성되는 알루미늄의 층과 같은 외측 물질 층을 포함할 수 있다. 부식에 대한 내성을 향상시키기 위해 이러한 외측 코팅들이 사용될 수 있다. 자석들(56)은 회전자 철심(40)을 가열한 후에 슬롯들(48)에 설치되고 억지 끼워맞춤에 의해 그곳에 유지될 수 있다. 예를 들어, 회전자 철심(40) 및 슬롯들(48)의 크기를 열적으로 팽창시켜, 자석들(56)이 슬롯들(48)에 삽입되기에 충분한 간격(clearance)을 제공하기 위해 회전자 철심(40)이 가열될 수 있다. 자석들(56)이 또한 그들의 치수들을 감소시키기 위해 냉각될 수 있다. 회전자 철심(40) 및 자석들(56)이 이어서 주변 온도로 복귀할 수 있다. 회전자 철심(40) 및 자석들(56)은, 철심(40) 및 자석들(56)이 동일한 온도에 있을 때, 자석들(56)이 회전자 철심(40)에 의해 견고하게 계합되어 그 안에 고정되도록 하는 치수로 되어 있다. 허브(38), 회전자 철심(40), 및 자석(56)은, 회전자 철심(40)이 허브(38) 상에 배치되고 이 부분들이 주변 온도로 복귀하도록 허용된다면, 그들이 단단히 상호 계합(interengage)되고 서로 고정되도록 하는 치수로 되어 있을 수 있다. 다른 대안으로서, 자석들(56)이 접착제에 의해, 회전자 철심(40)과의 압입 계합(press-fit engagement)에 의해, 또는 다른 적당한 수단에 의해 슬롯들(48)에 유지될 수 있다.
예시된 바와 같이, 회전자 철심 슬롯들(48)은 회전자 철심(40)을 형성하는 물질에 의해 완전히 둘러싸여 있다. 다른 대안으로서, 슬롯들(48)은 회전자 철심(40)의 방사상 외주부(outer radial perimeter)로 바깥쪽으로 뻗어 있고 그로써 회전자 철심(40)의 방사상 외측 표면(outer radial surface)을 따라 축방향으로 뻗어 있는 개구부를 갖는 개방 단부형 슬롯(open-ended slot)들을 형성할 수 있다. 다른 대안으로서, 회전자(36)는, 축방향으로 뻗어 있는 슬롯들에 대신에, 회전자 철심(40)의 방사상 외측 표면에 부착되어 있는 자석들(56)을 포함할 수 있을 것이다.
기계(20, 21)는 하우징(30)에 고정되어 있는 그리고 회전축(22)에 병렬로 그리고 그를 중심으로 동심원으로 뻗어 있는 접지 슬리브(ground sleeve)(52)를 포함한다. 접지 슬리브(52) 주위에 배치된 베어링 어셈블리들(54)은 축(22)에 대해 방사상으로 그리고 축방향으로 회전자 허브(38)를 회전 지지하고, 기계 회전자(36)는 축(22)을 중심으로 하우징(30)에 대해 회전한다. 일부 응용들에서, 전기 기계(20, 21)가 견인 모터 또는 발전기로서 선택적으로 계합될 수 있도록, 회전자 허브(38)를 차량의 구동 시스템에 결합된 외부 샤프트(external shaft)(도시 생략)와 선택적으로 계합시키기 위해 클러치 어셈블리(도시 생략)가 사용된다.
제1 및 제2 실시예의 전기 기계들(20, 21)에서, 본 개시 내용에 따른 각자의 제1 또는 제2 실시예의 리졸버(60, 61)는 기계 회전자(36)와 동작가능하게 결합되어 있다. 제1 실시예의 리졸버(60)의 기본 구조는 도 1 및 도 6에 도시되어 있는 반면, 제2 실시예의 리졸버(61)의 기본 구조는 도 2 내지 도 6에 도시되어 있다. 회전자 허브(38)의 축방향 단부에 원통형 돌출부 또는 스터브(stub)(62)가 있다. 기계 동작 동안 기계 고정자(24)에 대한 기계 회전자의 위치 및 속도를 결정하기 위해, 리졸버(60, 61)가 회전자 허브 스터브(62) 및 하우징(30)과 결합되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 실시예의 전기 기계들(20 및 21) 각각은 기계 회전자(36)와 리졸버(60, 61) 사이에 배치된 기계 쉴드(machine shield)(64)를 포함한다. 앞서 논의한 바와 같이, 기계 쉴드(64)는 전형적으로 기계(20, 21)의 개별적으로 조립된 구성요소이고, 적어도 약 50의 상대 투자율을 가진다. 기계 쉴드(64)는 스크류들(66) 및 너트들(68)과 같은 고정 장치들에 의해 하우징(30)에 고정되어 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 기계 쉴드(64)가 전형적으로 종래의 리졸버들을 EMI로부터 차폐시키기 위해 종래의 전기 기계들에서 이용되지만, 본 개시 내용에 따르면, 기계들(20, 21)에서 리졸버들(60, 61)에 대해 쉴드(64)가 사용될 필요가 없을 수 있고, 쉴드(64)가 완전히 생략되거나 리졸버(60, 61)와 관련하여 사용될 수 있다. 이와 같이, 전기 기계들(20, 21)은 기계 쉴드(64)를 선택적으로 포함한다.
각각의 리졸버(60, 61)는 축(22)을 중심으로 배치된 그리고 하우징(30)의 내측 표면에 고정된 리졸버 고정자(70), 및 회전자 허브 스터브(62)에 고정된 리졸버 회전자(72)를 가진다. 리졸버 고정자(70)는 리졸버 회전자(72)와 동심원이고 그를 둘러싸고 있는 원형 링(circular ring)(74)을 정의한다. 리졸버 고정자(70) 및 리졸버 회전자(72)는 축(22)을 따라 축방향으로 실질적으로 동일 위치에 있다. 리졸버 회전자(72)는 환상이고, 리졸버 회전자(72)의 원형 내주부(84) 및 외주부(86)를 정의하는 적층된 전기강 박판들(82)로 형성되어 있다. 실질적으로 환상인 리졸버 고정자 링(74)은 적층된 전기강 박판들(76)로 형성된 철심(88)에 의해 정의된다. 철심(88)은 각각이 축(22)을 향해 방사상으로 안쪽으로 뻗어 있는 복수의(예컨대, 개시된 실시예들에서 12개) 원주상으로 일정 간격으로 있는 치부들(90)을 가지며, 각각의 치부(90)의 종단 단부(terminal end)는 방사상으로 인터페이싱하는 리졸버 회전자 외주부(86)와 간극(94)을 형성한다. 각각의 치부(90)는 리졸버 고정자 극(resolver stator pole)(80) - 그 주위에 리졸버 고정자 권선들(78)이 감겨져 있음 - 을 정의한다.
전기 기계 하우징(30)은 축(22) 주위에 배치된 편평한 원형의 내측 표면 부분(96)을 포함한다. 부분(96)은 축방향으로 돌출해 있는 하우징 보스(boss)들(100) 내로 뻗어 있는 구멍들(98)의 원형 어레이를 가진다. 구멍들(98)은 나사산(screw thread)들과 계합하기 위해 태핑(tap)되어 있을 수 있고, 그의 치부들(90)로부터 방사상으로 바깥쪽에 있는 위치들에서 리졸버 고정자 철심(88)을 통해 축방향으로 뻗어 있는 클리어런스 홀(clearance hole)들(102)의 원형 어레이와 정렬되어 있다. 헤드를 갖는 스크류(headed screw)들과 같은 적당한 고정 장치들(104)이 고정자 클리어런스 홀들(102)을 통해 뻗어 구멍들(98)과 계합함으로써, 리졸버 고정자 전면(clearance hole)(106)이 하우징 내측 표면 부분(96)과 중첩하도록 리졸버 고정자(70)를 기계 하우징(30)에 고정시킨다. 리졸버 고정자(70) 및 기계 고정자(24)의 위치들이, 개시된 실시예들에서, 고정 장치들(104) 및 정렬된 구멍들(98, 102)을 포함하는 보유 메커니즘(retaining mechanism)의 부분들을 통해 서로에 대해 이와 같이 고정된다.
기계 허브(38) 및 리졸버 회전자(72)는, 일부 전기 기계 실시예들에서, 리졸버 회전자(72)가 억지 끼워맞춤 - 리졸버 회전자 내주부(84)에 의해 정의되는 내부 직경(inner diameter) 치수를 확대시키기 위해 리졸버 회전자(72)를 가열하고 이어서 리졸버 회전자(72)를 기계 회전자 허브 스터브(62) 주위에 배치하며 이어서 리졸버 회전자(72)를 냉각시켜 내주부(84)를 수축시키는 것에 의해 달성될 수 있음 - 에 의해 회전자 허브(38) 상에 설치될 수 있도록 하는 치수로 되어 있을 수 있다. 리졸버 회전자(72) 및 기계 회전자 허브(38)는, 주변 온도로 똑같게 되면, 견고하게 상호 계합되고 서로 회전 고정된 채로 있다. 이 억지 끼워맞춤을 달성함에 있어서, 가열된 리졸버 회전자(72)를 회전자 허브(38) 주위에 배치할 때 추가의 간격을 제공하기 위해 회전자 허브(38)를 냉각시키는 것이 또한 바람직할 수 있다. 주목할 점은, 기계 회전자 철심(40) 및 리졸버 회전자(72) 둘 다를 회전자 허브(38)에 조립하는 것이 단일의 동작의 일부로서 행해질 수 있다는 것이다. 기계 회전자 철심(40) 및/또는 리졸버 회전자(72)를 기계 회전자 허브(38)에 고정시키는 대안의 방법들이 또한 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 어느 하나가 기계 회전자 허브(38)에 용접되거나 키 고정(key)될 수 있을 것이다. 예를 들어, 리졸버 회전자(72)는 리졸버 회전자 박판들(82)의 기계 회전자(36)에 대한 회전 미끄러짐(rotational slipping)을 방지하기 위해 회전자 허브(38)를 계합시키는 키(도시 생략)가 수납되는, 방사상으로 안쪽으로 뻗어 있는 키 홈(keyway)(110)을 포함할 수 있다.
그렇지만, 특정의 전기 기계 실시예들에서, 리졸버 회전자(72)가 회전자 허브 스터브(62)로부터 자기적으로 격리되는 것 및 그들 사이의 탑재 구조물이 실질적으로 비전도성이고 그리고/또는 낮은 상대 투자율(바람직하게는, 약 2 이하)을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 탑재 구조물은, 회전자 허브(38)와 리졸버 회전자 박판들(82) 간의 직접 접촉을 방지함으로써, 리졸버 회전자(72)를 허브(38)로부터 격리시킬 수 있다. 원통형 격리 슬리브(108)가 리졸버 회전자 박판들(82)과 회전자 허브 스터브(62) 사이에 배치되어, 리졸버 회전자 박판들(82)을 회전자 허브 스터브(62)로부터 실질적으로 자기적으로 격리시키는 데 사용될 수 있다. 격리 슬리브(108)는, 회전자 허브(38)로부터 리졸버 회전자(72)로의 자속의 전달을 억제하기 위해, 알루미늄 또는 스테인레스강과 같은 저 상대 투자율 물질로 형성될 수 있다. 격리 슬리브(108)는 리졸버 회전자(72)의 구성요소일 수 있고, 리졸버 회전자 박판들(82)은, 예를 들어, 리졸버 회전자 내주부(84)와 슬리브(108)의 방사상에서의 외측 원통형 표면 간의 압입 계합을 통해 격리 슬리브(108)에 고정되게 탑재되어 있다. 리졸버 회전자 박판들(82)은 바람직하게는, 리졸버(60, 61)의 동작 동안 리졸버 회전자(72) 내에 발생되는 자속을 왜곡시킬지로 모르는 응력을 리졸버 회전자(72)에 가하는 것을 피하기 위해, 가벼운 압입으로만 격리 슬리브(108) 상에 탑재된다. 리졸버 회전자(72)는 이어서, 그의 격리 슬리브(108)가 회전자 허브(38)에 대해 회전하거나 축방향으로 미끄러지지 않도록, 앞서 기술한 방식으로 회전자 허브(38)에 탑재될 수 있다. 바람직하게는, 회전자 박판들(82)이, 격리 슬리브(108)에 의해 또는 리졸버 회전자(72)를 회전자 허브 스터브(62)를 따라 축방향으로 움직이지 못하게 제약하는 것과 같은, 임의의 편리한 수단에 의해 실질적으로 투자성이 있는 경로를 통해 회전자 허브(38)와 축방향으로 접촉하지 못하게 된다.
리졸버 회전자 외주부(86)는 복수의(예를 들어, 개시된 실시예들에서 7개) 원주상으로 분포된 돌출부들 또는 피크들(92) - 이들 사이에 밸리(valley)들이 있음 - 을 정의하는 파형 형상을 가진다. 도 6을 참조하면, 기계(20, 21)의 동작 동안, 각각의 리졸버 고정자 극(80)과 리졸버 회전자 외주부(86) 사이의 방사상 거리들 또는 간극들(94)은, 리졸버 회전자 외주부(86)의 파형 피크들 및 밸리들의 근접성에 의존하여, 리졸버 회전자(72)의 회전 위치에 따라 변한다. 그 결과, 리졸버 고정자 권선(78)의 각자의 코일들에 유도되는 자속 및 전류는, 리졸버 회전자(72)가 리졸버 고정자(70)에 대해 움직일 때, 리졸버 회전자 외주부(86)와 리졸버 고정자 극들(80) 사이의 방사상 간극(94)의 변화에 따라 변한다.
리졸버 고정자 권선들(78)은, 앞서 기술한 바와 같이 또는 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 다른 방식으로, 모든 리졸버 고정자 극들(80) 주위에 감겨 있는 리졸버 여자 코일 및/또는 그 각자의 극들(80) 주위에 감겨 있는 X 및 Y 출력 코일들을 포함할 수 있다. 배선(도시 생략)은 리졸버 고정자 권선들(78)의 출력 코일들로부터 제어 유닛(도시 생략)으로 신호들을 전달한다. 기계(20, 21)의 동작 동안, 리졸버 회전자(72)와 리졸버 고정자 극들(80) 사이의 자속의 변동들은 권선들(78)에 전류 변동들을 유도하고, 이는 리졸버 고정자(70)에 대한 리졸버 회전자(72)의 회전 위치 그리고 따라서 속도가 제어 유닛에 의해 결정될 수 있게 한다. 제어 유닛은, 경우에 따라, 앞서 기술한 바와 같이 또는 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 다른 방식으로, 전기 기계의 출력 또는 입력을 조절한다. 리졸버(60, 61)는 따라서 전기 기계(20, 21)의 동작 제어를 용이하게 한다.
도 1을 참조하면, 리졸버 고정자(70)의 구성요소들일 수 있고 그와 함께 기계(20) 내에 설치될 수 있는 전방 및 후방 쉴드들(112, 114)을 갖는 제1 실시예의 리졸버(60)가 이용된다. 다른 대안으로서, 전방 및 후방 쉴드들(112, 114)은 기계(20)의 분리가능하게 조립된 구성요소들일 수 있다. 쉴드들(112, 114)은 그들의 플랜지 부분들(120, 122)에 클리어런스 홀들(116, 118)의 원형 어레이를, 각각, 구비하고 있다. 플랜지 부분들(120, 122)은 그들 사이에 리졸버 고정자 철심(88)을 샌드위칭하며, 클리어런스 홀들(116, 118)은 리졸버 고정자 철심(88)을 통해 뻗어 있는 클리어런스 홀들(102)과 정렬되어 있다. 쉴드들(112, 114)은 따라서 앞서 언급한 고정 장치들(104)로 리졸버 고정자 철심(88) 및 기계 하우징(30)에 대해 위치되어 있다. 고정 장치들(104)은 정렬된 쉴드 클리어런스 홀들(116, 118), 및 리졸버 고정자 철심 클리어런스 홀들(102)을 통해 뻗어 있고 기계 하우징 표면 부분(96)에 있는 태핑된 구멍들(98)에 계합할 수 있는, 헤드를 갖는 스크류들일 수 있다. 전방 쉴드 플랜지 부분(120)은 리졸버 고정자 철심(88)과 하우징 표면 부분(96) 사이에 끼여 있다. 후방 쉴드 플랜지 부분(122)은 리졸버 고정자 철심(88)과 스크류들(104)의 헤드들(124) 사이에 끼여 있다. 쉴드들(112, 114)은 적어도 50의 상대 투자율을 가지는 물질로 형성된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 적어도 50의 상대 투자율을 가지는 플라스틱 유형 물질로 함께 일체형으로 형성되고 리졸버 고정자 철심(88)을 통해 결합되는 쉴드들(126, 128)을 갖는 제2 실시예의 리졸버(61)가 이용된다. 전방 및 후방 쉴드들(126, 128)은 따라서 리졸버 고정자(70)의 분리 불가능하게 일체화된 구성요소들이고 따라서 리졸버(61)의 구성요소들이다. 제2 실시예의 리졸버(61)에서 쉴드들(126, 128)을 리졸버 고정자(70)에 일체화시키는 것은, 간극들(G 및 G')(도 1)이 제거되고 다른 모든 것들을 똑같기 때문에, 제1 실시예의 리졸버(60)에 비해 더 큰 콤팩트성(compactness)을 제공한다. 도 1 및 도 2를 비교하여 도시된 바와 같이, 축방향 패키징 치수들의 이러한 감소는 기계 쉴드(64)와 각자의 후방 쉴드(114, 128) 간의 간격을 C1으로부터 C2로 증가시킨다. 축방향 공간 감소는 또한 이 2개의 도면들에서 거리들 D1 및 D2의 비교에 의해 나타내어져 있다.
통상의 기술자라면, 제1 실시예의 리졸버(60)(도 1)에 의해 제공되는 간격 C1 및 거리 D1과 일치시키기 위해 제2 실시예의 리졸버(61)(도 2)에 의해 제공되는 간격 C2 및 거리 D2를 감소시키는 것이 제2 실시예의 전기 기계(21)에서의 하우징(30)의 축방향 길이의 가능한 감소를 용이하게 할 수 있고, 그로써 기계(21)가 기계(20)보다 축방향 치수에서 얼마간 더 짧게 될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 그렇지만, 제1 실시예의 리졸버(60) 또는 제2 실시예의 리졸버(61) 중 어느 하나에 의해, 구성요소 기계 쉴드(64)만을 구비하고 있는 종래의 전기 기계들에 비해, EMI로부터의 개선된 리졸버 차폐가 제공된다. 더욱이, 리졸버(60 또는 61)의 사용은, 그의 차폐물(112, 114 또는 126, 128)로 인해, 리졸버 EMI 차폐 유효성의 열화가 그다지 없이 쉴드(64)의 제거를 가능하게 할 수 있고, 이는 이와 유사하게 쉴드(64) 자체 및 그의 탑재용 고정 장치들(66, 68)의 제거와 연관된 부수적인 비용 감소들을 제공할 뿐만 아니라, 제1 실시예의 전기 기계(20) 또는 제2 실시예의 전기 기계(21)의 하우징(30)의 축방향 길이의 감소도 가능하게 할 수 있을 것이다. 더욱이, 그 각자의 리졸버들(60, 61)의 구성요소들로서, 전방 쉴드들(112, 126) 및 후방 쉴드들(114, 128)은 정교한 또는 기능상 중요한 영역들에 대한 취급 관련 손상으로부터 보호를 제공하여, 종래의 리졸버들을 이러한 손상으로부터 보호하는 데 사용되는 앞서 언급한 플라스틱 커버들과 같은 다른 보호 커버들이 필요없게 된다. 주목할 점은, 파선원이 후방 쉴드(114, 128)의 내주의 위치를 나타내고 있는 도 5 및 도 6을 참조하면 가장 잘 이해되는 바와 같이, 전방 쉴드들(112, 126) 및 후방 쉴드들(114, 128)은 리졸버 회전자 외주부(86)로부터 방사상으로 안쪽으로 뻗어 있다.
예시적인 실시예들이 본 명세서에서 앞서 개시되어 있지만, 본 개시 내용은 개시된 실시예들로 제한되지 않는다. 그 대신에, 본 출원은 본 발명의 일반 원리들을 사용하는 본 발명의 임의의 변동들, 용도들, 또는 개조들을 포함하기 위한 것이다. 게다가, 본 출원이 본 개시 내용이 관련된 기술 분야에서의 공지된 또는 통상의 실시 내에 속하고 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 속하는, 본 개시 내용으로부터의 이러한 벗어남을 포함하는 것으로 보아야 한다.

Claims (20)

  1. 전기 기계(20, 21)에 있어서,
    기계 고정자(machine stator)(24);
    축(22)을 중심으로 상기 기계 고정자(24)에 대한 상대 회전을 위해 지지되는 기계 회전자(machine rotor)(36);
    상기 기계 고정자(24)에 대해 회전가능하게 고정된 그리고 상기 축(22)을 둘러싸고 있는 환상 리졸버 고정자 철심(annular resolver stator core)(88)을 가지는 리졸버 고정자(resolver stator)(70), 및 상기 기계 회전자(36)와 연동하여(in unison with) 회전가능한 그리고 상기 리졸버 고정자 철심(88)에 의해 둘러싸이는 리졸버 회전자(resolver rotor)(72)를 포함하는 가변 릴럭턴스 리졸버(variable reluctance resolver)(60, 61); 및
    상기 리졸버 고정자 철심(88)의 대향하는 축방향 측면들 상에 배치된 제1 리졸버 쉴드(resolver shield)들(112, 126) 및 제2 리졸버 쉴드들(114, 128)을 포함하는 리졸버 EMI 차폐물(resolver EMI shielding)(112, 114, 126, 128)
    을 포함하며,
    상기 리졸버 차폐물(112, 114, 126, 128)은 적어도 약 50의 상대 투자율(relative permeability)을 갖는 것인, 전기 기계(20, 21).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리졸버 쉴드(112) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(114)는 상기 전기 기계(20)의 분리가능하게 조립된 구성요소들인 것인, 전기 기계(20).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리졸버 쉴드(112, 126) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(114, 128)는 상기 가변 릴럭턴스 리졸버(60, 61)의 구성요소들인 것인, 전기 기계(20, 21).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 리졸버 쉴드(112) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(114)는 상기 리졸버 고정자(70)의 분리가능한 구성요소들인 것인, 전기 기계(20).
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 리졸버 쉴드(126) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(128)는 함께 일체형으로 형성되고 상기 리졸버 고정자 철심(88)을 통해 결합되어, 상기 제1 리졸버 쉴드(126) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(128)가 상기 리졸버 고정자(70)의 분리 불가능하게 일체화된 구성요소들인 것인, 전기 기계(21).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 리졸버 EMI 차폐물(126, 128)은 적어도 약 50의 상대 투자율을 가지는 플라스틱 유형 물질로 형성되며, 상기 제1 리졸버 쉴드(126) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(128)는 함께 일체형으로 형성되고 상기 리졸버 고정자 철심(88)을 통해 결합되는 것인, 전기 기계(21).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기계 회전자(36)와 상기 가변 릴럭턴스 리졸버(60, 61) 사이에 위치된 기계 쉴드(64)를 더 포함하며, 상기 기계 쉴드(64)는 적어도 약 50의 상대 투자율을 가져, 상기 기계 쉴드(64)에 의한 상기 가변 릴럭턴스 리졸버(60, 61)의 EMI 차폐물이 상기 리졸버 EMI 차폐물(112, 114, 126, 128)에 의해 보완되는 것인, 전기 기계(20, 21).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기계 고정자(24), 상기 기계 회전자(36), 및 상기 가변 릴럭턴스 리졸버(60, 61)가 내부에 배치되는 기계 하우징(30)을 더 포함하며, 상기 기계 하우징(30) 및 상기 기계 고정자(24)는 서로에 대해 회전가능하게 고정되고, 상기 리졸버 고정자 철심(88) 및 상기 리졸버 EMI 차폐물(112, 114, 126, 128)은 상기 기계 하우징(30)에 고정되는 것인, 전기 기계(20, 21).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리졸버 쉴드(112) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(114)는 상기 리졸버 고정자 철심(88)의 상기 대향하는 축방향 측면들의 각자의 인접한 측면과 중첩하는 플랜지(flange)들(120, 122)을 가지며, 상기 리졸버 고정자 철심(88)은 상기 제1 리졸버 쉴드(112) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(114)의 상기 플랜지들(120, 122) 사이에 샌드위칭되는 것인, 전기 기계(20).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 리졸버 회전자(72)는 내주부(inner perimeter)(84) 및 상기 리졸버 고정자 철심(88)과 인터페이싱(interfacing)하는 그리고 상기 내주부(84)로부터 방사상으로 바깥쪽에 있는 외주부(outer perimeter)(86)를 가지며, 상기 제1 리졸버 쉴드들(112, 126) 및 상기 제2 리졸버 쉴드들(114, 128) 중 적어도 하나는 상기 리졸버 회전자 외주부(86)로부터 방사상으로 안쪽으로 원주면(circumference)을 가지는 것인, 전기 기계(20, 21).
  11. 제1항에 있어서,
    상기 리졸버 회전자(72)는 제1 투자율을 가지는 리졸버 회전자 철심(82) 및 상기 리졸버 회전자 철심(82)과 상기 축(22) 사이에 방사상으로 배치된 격리 슬리브(isolating sleeve)(108)를 포함하고, 상기 격리 슬리브(108)는 상기 제1 투자율보다 실질적으로 더 작은 제2 투자율을 가지는 것인, 전기 기계(20, 21).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 격리 슬리브(108)의 상대 투자율은 약 2 이하인 것인, 전기 기계(20, 21).
  13. 가변 릴럭턴스 리졸버(60, 61)에 있어서,
    축(22)을 둘러싸고 있는 환상 리졸버 고정자 철심(88)을 가지는 리졸버 고정자(70);
    상기 리졸버 고정자(70)에 대해 상기 축(22)을 중심으로 회전가능한 그리고 상기 리졸버 고정자 철심(88)에 의해 둘러싸여 있는 리졸버 회전자(72); 및
    상기 리졸버 고정자 철심(88)의 대향하는 축방향 측면들 상에 배치된 제1 리졸버 쉴드들(112, 126) 및 제2 리졸버 쉴드들(114, 128)을 포함하는 리졸버 EMI 차폐물(112, 114, 126, 128)
    을 포함하며,
    상기 리졸버 차폐물(112, 114, 126, 128)은 적어도 약 50의 상대 투자율을 갖는 것인, 가변 릴럭턴스 리졸버(60, 61).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 리졸버 쉴드(112) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(114)는 상기 리졸버 고정자(70)의 분리가능한 구성요소들인 것인, 가변 릴럭턴스 리졸버(60).
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 리졸버 쉴드(126) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(128)는 함께 일체형으로 형성되고 상기 리졸버 고정자 철심(88)을 통해 결합되어, 상기 제1 리졸버 쉴드(126) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(128)가 상기 리졸버 고정자(70)의 분리 불가능하게 일체화된 구성요소들인 것인, 가변 릴럭턴스 리졸버(61).
  16. 제13항에 있어서,
    상기 리졸버 EMI 차폐물(126, 128)은 적어도 약 50의 상대 투자율을 가지는 플라스틱 유형 물질로 형성되고, 상기 제1 리졸버 쉴드(126) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(128)는 함께 일체형으로 형성되고 상기 리졸버 고정자 철심(88)을 통해 결합되는 것인, 가변 릴럭턴스 리졸버(61).
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 리졸버 쉴드(112) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(114)는 상기 리졸버 고정자 철심(88)의 상기 대향하는 축방향 측면들의 각자의 인접한 측면과 중첩하는 플랜지들(120, 122)을 가지며, 상기 리졸버 고정자 철심(88)은 상기 제1 리졸버 쉴드(112) 및 상기 제2 리졸버 쉴드(114)의 상기 플랜지들(120, 122) 사이에 샌드위칭되는 것인, 가변 릴럭턴스 리졸버(60).
  18. 제13항에 있어서,
    상기 리졸버 회전자(72)는 내주부(84) 및 상기 리졸버 고정자 철심(88)과 인터페이싱하는 그리고 상기 내주부(84)로부터 방사상으로 바깥쪽에 있는 외주부(86)를 가지며, 상기 제1 리졸버 쉴드들(112, 126) 및 상기 제2 리졸버 쉴드들(114, 128) 중 적어도 하나는 상기 리졸버 회전자 외주부(86)로부터 방사상으로 안쪽으로 원주면을 가지는 것인, 가변 릴럭턴스 리졸버(60, 61).
  19. 제13항에 있어서,
    상기 리졸버 회전자(72)는 제1 투자율을 가지는 리졸버 회전자 철심(82) 및 상기 리졸버 회전자 철심(82)과 상기 축(22) 사이에 방사상으로 배치된 격리 슬리브(108)를 포함하고, 상기 격리 슬리브(108)는 상기 제1 투자율보다 실질적으로 더 작은 제2 투자율을 가지는 것인, 가변 릴럭턴스 리졸버(60, 61).
  20. 제19항에 있어서,
    상기 격리 슬리브(108)의 상대 투자율은 약 2 이하인 것인, 가변 릴럭턴스 리졸버(60, 61).
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