KR101981296B1 - 단락권선을 이용한 회전자 코어와 이를 이용한 권선형 리졸버 - Google Patents

Abstract

단락권선을 이용한 회전자 코어와 이를 이용한 권선형 리졸버는 복수의 제1 마그넷 와이어를 일방향으로 각각의 슬롯에 감아서 권선시키고, 상기 각각의 제1 마그넷 와이어에 수직 방향으로 제2 마그넷 와이어를 각각의 슬롯에 감아서 복수개 권선시킨 후, 상기 제2 마그넷 와이어를 단락시켜 단락권선을 형성하면 왜곡자속에 의한 출력 신호의 왜곡을 방지하는 효과가 있다.

Description

단락권선을 이용한 회전자 코어와 이를 이용한 권선형 리졸버{Rotater Core Using Short Line and Winding Type Resolver Using the Same}

본 발명은 권선형 리졸버에 관한 것으로서, 특히 복수의 제1 마그넷 와이어를 일방향으로 각각의 슬롯에 감아서 권선시키고, 상기 각각의 제1 마그넷 와이어에 수직 방향으로 제2 마그넷 와이어를 각각의 슬롯에 감아서 복수개 권선시킨 후, 상기 제2 마그넷 와이어를 단락시켜 단락권선을 형성하면 왜곡자속에 의한 출력 신호의 왜곡을 방지하는 단락권선을 이용한 회전자 코어와 이를 이용한 권선형 리졸버에 관한 것이다.

리졸버는 변압기의 원리를 이용한 회전형 변압기의 구조를 가짐으로써 기계각도를 전기신호로 변환하는 일종의 각도센서를 말하는 것으로서, 서보모터, 로봇, 공작기계, 반도체 제조장치 등에 피드백센서로서 폭넓게 도입되고 있다.

이러한 리졸버는 크게 릴럭턴스형 리졸버와 권선형 리졸버로 분류할 수 있다. 권선형 리졸버는 릴럭턴스 리졸버에 비해 제작이 어렵지만, 높은 정확도와 높은 내환경성을 가지는 장점이 있다.

그러나 리졸버는 많은 어플리케이션이 소형화, 고성능화 되며 권선형 리졸버의 정확도 역시 더 높은 정확도를 요구하게 되었다.

권선형 리졸버는 장착되는 축의 뒤틀림이나 리졸버 자체의 미세한 기구적 뒤틀림, 코어 슬롯 내 권선의 기울어짐 등으로 인해 회전자 측에서 설계 상의 주자속에 수직 벡터 성분을 가지는 왜곡자속을 발생시키게 되며, 이로 인해 왜곡된 출력 신호로부터 각도 오차 또는 위치 오차가 도출된다.

이를 해결하기 위하여 리졸버 출력 신호에 위치 오차의 보상 알고리즘을 적용하는 방법이 하기의 선행문헌과 같이 공지되어 있다.

그러나 이는 리졸버 단품의 정확도 향상이 아니며, 리졸버 출력 신호에 따라 위치 오차를 보정하는 기술이기 때문에 리졸버의 출력 신호를 디지털 신호로 출력하는 과정에 있어 기존의 방법에 비해 더 많은 연산처리 시간을 소요하게 되어 피드백 센서로서 응답 속도가 낮아지는 문제점이 있다.

한국 등록특허번호 제10-1610473호("발명의 명칭: 레졸버 위치 오차를 보상하기 위한 장치 및 방법")

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 제1 마그넷 와이어를 일방향으로 각각의 슬롯에 감아서 권선시키고, 상기 각각의 제1 마그넷 와이어에 수직 방향으로 제2 마그넷 와이어를 각각의 슬롯에 감아서 복수개 권선시킨 후, 상기 제2 마그넷 와이어를 단락시켜 단락권선을 형성하면 왜곡자속에 의한 출력 신호의 왜곡을 방지하는 단락권선을 이용한 회전자 코어와 이를 이용한 권선형 리졸버를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 단락권선을 이용한 회전자 코어(200)은,

원주 방향을 따라 상하 방향으로 관통되고 서로 일정 간격마다 이격되어 형성된 복수의 슬롯(201);

상기 각각의 슬롯(201)에 일방향으로 감아서 권선시키는 복수의 제1 마그넷 와이어(210);

상기 각각의 제1 마그넷 와이어(210)에 수직 방향으로 제2 마그넷 와이어(220)를 상기 각각의 슬롯(201)에 감아서 복수개 권선시킨 후, 상기 제2 마그넷 와이어(220)를 단락시켜 단락권선을 형성하고, 상기 각각의 제1 마그넷 와이어(210)와 상기 각각의 제2 마그넷 와이어(220)가 서로 상호 간에 직각을 이루며 교차하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징에 따른 권선형 리졸버(100)은,

원주 방향을 따라 상하 방향으로 관통되고 서로 일정 간격마다 이격되어 형성된 복수의 슬롯(201)과, 상기 각각의 슬롯(201)에 일방향으로 감아서 권선시키는 복수의 제1 마그넷 와이어(210)와, 상기 각각의 제1 마그넷 와이어(210)에 수직 방향으로 제2 마그넷 와이어(220)를 상기 각각의 슬롯(201)에 감아서 복수개 권선시킨 후, 상기 제2 마그넷 와이어(220)를 단락시켜 단락권선을 형성하며, 상기 각각의 제1 마그넷 와이어(210)와 상기 각각의 제2 마그넷 와이어(220)가 서로 상호 간에 직각을 이루며 교차하는 회전자 코어(200);

상기 회전자 코어(200)의 중심 부분의 중공부에 삽입되는 회전자축(106);

상기 회전자축(106)의 상부에 결합되는 회전자 덮개(105);

상기 회전자 덮개(105)의 상부에 결합되는 고정자 덮개(104); 및

상기 고정자 덮개(104)의 상부에 결합되는 고정자 코어(103)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 회전자 코어에서 발생하는 왜곡자속을 상쇄시키는 보정자속을 발생시켜 왜곡자속에 의한 출력 신호의 왜곡을 방지하는 효과가 있다.

본 발명은 단락권선 공정 시 권선형 리졸버의 권선 설비를 그대로 사용할 수 있어 공정 추가 비용과 시간이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 리졸버의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3은 일반적인 권선형 리졸버의 회전자 코어의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단락권선을 이용한 고정확도 권선형 리졸버의 회전자 코어의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전자 코어의 권선 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 회전자 코어의 권선 구조를 나타낸 사시도이다.
도 7은 종래의 회전자 코어의 권선 구조와 본 발명의 회전자 코어의 권선 구조를 비교한 도면이다.
도 8은 일반적인 권선형 리졸버에서 측정한 각도 오차를 회전 각도에 따라 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 권선형 리졸버에서 측정한 각도 오차를 회전 각도에 따라 나타낸 그래프이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 권선형 리졸버는 각도 오차 또는 위치 오차의 원인이 되는 회전자 코어의 왜곡자속을 상쇄하여 리졸버의 정확도를 향상시키는데 목적이 있다.

도 1은 일반적인 권선형 리졸버의 구조를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2 및 도 3은 일반적인 권선형 리졸버의 회전자 코어의 구조를 나타내는 개념도이다.

리졸버(100)는 제1 고정자 덮개(101), 고정자 하우징(102), 고정자 코어(103), 제2 고정자 덮개(104), 제1 회전자 덮개(105), 회전자축(106), 회전자 코어(200) 및 제2 회전자 덮개(107)로 구성된다.

리졸버(100)는 상기 회전자 코어(200)의 중심 부분의 중공부에 삽입되는 회전자축(106)과, 상기 회전자축(106)의 상부에 결합되는 회전자 덮개(105)와, 상기 회전자 덮개(105)의 상부에 결합되는 고정자 덮개(104)와, 상기 고정자 덮개(104)의 상부에 결합되는 고정자 코어(103)와, 상기 고정자 코어(103)의 상부에 결합되는 고정자 하우징(102)과, 상기 고정자 하우징(102)의 상부에 결합되는 제1 고정자 덮개(101)와, 상기 회전자 코어(200)의 하부면에 제2 회전자 덮개(107)가 결합된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 회전자 코어(200)는 권선된 제1 마그넷 와이어(210)에 전류 I가 흐를 때, 전자기 법칙에 의해 주자속

가 발생하게 된다.

이때, 이상적으로 발생한 주자속

에는 권선이 감긴 방향에 평행한 자속 성분으로 권선 중심축을 기준으로 직교하므로 주자속의 직교 방향의 자속

의 순수 자속량이 0이 된다.

따라서, 회전자 코어(200)는 권선이 감긴 방향의 평행한 성분인 주자속

만 남게 된다.

그러나 도 3에 도시된 바와 같이, 권선형 리졸버는 권선의 비틀림, 회전자 코어(200)의 비틀림, 축의 비틀림 등에 의해 권선의 감긴 방향에 수직 방향의 왜곡자속

가 발생하며, 이로 인한 출력 신호의 왜곡이 발생하게 된다.

이러한 왜곡자속은 정현적으로 발생되어야 하는 리졸버의 출력부 역기전력 신호의 대칭성을 왜곡하며, 이로 인하여 리졸버의 정확도를 감소시킨다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단락권선을 이용한 고정확도 권선형 리졸버의 회전자 코어의 구조를 나타낸 개념도이다.

본 발명의 실시예에 따른 회전자 코어(200)는 제1 마그넷 와이어(210)를 일방향으로 감아서 권선시키고, 상기 권선된 제1 마그넷 와이어(210)에 수직 방향으로 제2 마그넷 와이어(220)를 감아서 권선시킨 후, 상기 제2 마그넷 와이어(220)를 단락시켜 단락권선(220)을 형성한다.

복수의 제1 마그넷 와이어(210)와 복수의 제2 마그넷 와이어(220)는 서로 상호 간에 직각을 이루며 교차하게 된다.

회전자 코어(200)는 권선된 제1 마그넷 와이어(210)에 전류 I가 흐를 때, 주자속

가 발생하게 되며, 이에 더하여 권선의 비틀림, 회전자 코어(200)의 비틀림, 축의 비틀림 등에 의해 왜곡자속

가 발생한다.

주자속

는 단락권선(220)에 평행하므로 단락권선(220)의 내부에 유도전류를 발생시키지 않지만, 주자속에 수직 방향의 왜곡자속

이 패러데이의 전자기유도법칙에 의해 단락권선(220)에 유도전류

를 발생시킨다.

단락권선(220)은 왜곡자속

에 의해 유도전류

가 흐르면, 패러데이 전자기유도법칙에 의해 왜곡자속

을 상쇄시키는 방향으로 보정자속 -

이 발생되어 왜곡자속

을 상쇄시킨다.

다시 말해, 단락권선(220)은 전류 I를 권선된 제1 마그넷 와이어(210)에 흘려 주면, 왜곡자속에 의해 유도전류가 자동으로 흐르게 되고, 상기 유도전류에 의해 왜곡자속을 상쇄할만큼 보정자속이 발생된다.

보정자속은 도 4에 도시된 바와 같이, 왜곡자속이 발생되는 방향과 반대 방향으로 발생되는 상쇄 자속이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전자 코어의 권선 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 회전자 코어의 권선 구조를 나타낸 사시도이며, 도 7은 종래의 회전자 코어의 권선 구조와 본 발명의 회전자 코어의 권선 구조를 비교한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 회전자 코어(200)는 제1 마그넷 와이어(210)를 각각의 슬롯(201)에 일방향으로 감아서 권선시키고, 상기 권선된 제1 마그넷 와이어(210)에 수직 방향으로 제2 마그넷 와이어(220)를 각각의 슬롯(201)에 감아서 권선시킨 후, 상기 제2 마그넷 와이어(220)를 단락시켜 단락권선(220)을 형성한다.

본 발명의 회전자 코어(200)는 원주 방향을 따라 상하 방향으로 관통되고 서로 일정 간격마다 이격되어 형성된 복수의 슬롯(201)과, 중심 부분에 관통된 중공부가 형성되어 있는 구조이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회전자 코어(200)의 권선 구조를 쉽게 파악하기 위한 도면이다.

도 5의 상부 그림은 각각의 제1 마그넷 와이어(210)가 각각의 슬롯(201)에 감겨서 권선된 것이며, 도 5의 하부 그림은 각각의 제2 마그넷 와이어(220)가 각각의 슬롯(201)에 감겨서 권선된 것이다.

이와 같이, 도 5의 권선 구조를 합치면 도 6과 같이, 본 발명의 회전자 코어(200)는 복수의 제1 마그넷 와이어(210)와 복수의 제2 마그넷 와이어(220)는 서로 상호 간에 직각을 이루며 교차하게 된다(도 6 및 도 7의 하부 그림).

본 발명의 회전자 코어(200)는 권선된 제1 마그넷 와이어(210)에 전류 I가 흐를 때, 주자속

가 발생하게 되고, 여러가지 원인으로 왜곡자속

이 발생되면, 패러데이 법칙에 따라 왜곡자속에

의해 단락권선(220)에 전류

가 흐르게 되며, 이와 함께 패러데이 법칙에 따라 보정자속 -

가 발생되어 왜곡자속을 상쇄시킨다.

유도전류는 왜곡자속을 상쇄시키는 방향으로 보정자속을 발생하여 왜곡자속이 크게 줄어들게 되는 것이다.

특히, 일반적으로 kHz 이상의 높은 주파수에서 동작하는 리졸버(100)의 특성상 주파수가 높을수록 왜곡자속의 상쇄량이 크게 되어 대부분의 왜곡자속 성분이 상쇄되어 사라진다.

이로 인하여 회전자 코어(200)에서 발생하는 자속은 주자속

만 남게 되어 왜곡자속

에 의한 출력 신호의 왜곡이 발생하지 않게 된다.

위와 같은 단락권선(220)에 사용되는 제2 마그넷 와이어의 권선 공정은 권선형 리졸버(100)의 권선 설비를 그대로 사용할 수 있어 공정 추가 비용과 시간을 크게 절감할 수 있다.

도 8은 일반적인 권선형 리졸버에서 측정한 각도 오차를 회전 각도에 따라 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 권선형 리졸버에서 측정한 각도 오차를 회전 각도에 따라 나타낸 그래프이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 기존의 권선형 리졸버는 최대 19arcmin 수준의 각도 오차를 보였으나, 본 발명의 단락권선(220)을 이용한 권선형 리졸버(100)는 최대 4arcmin 수준의 각도 오차를 보이는 것으로 확인되었다.

이는 본 발명의 단락권선(220)을 이용한 권선형 리졸버(100)는 단락권선(220)의 기능으로 인하여 기존의 권선형 리졸버에 비해 정확도가 향상된 것을 볼 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 권선형 리졸버 101: 제1 고정자 덮개
102: 고정자 하우징 103: 고정자코어
104: 제2 고정자 덮개 105: 제1 회전자 덮개
106: 회전자축 107: 제2 회전자 덮개
200: 회전자 코어 201: 슬롯
210: 제1 마그넷 와이어 220: 제2 마그넷 와이어, 단락권선

Claims (4)

1. 원주 방향을 따라 상하 방향으로 관통되고 서로 일정 간격마다 이격되어 형성된 복수의 슬롯(201); 및
   상기 각각의 슬롯(201)에 일방향으로 감아서 권선시키는 복수의 제1 마그넷 와이어(210)를 포함하고,
   상기 각각의 제1 마그넷 와이어(210)에 수직 방향으로 제2 마그넷 와이어(220)를 상기 각각의 슬롯(201)에 감아서 복수개 권선시킨 후, 상기 제2 마그넷 와이어(220)를 단락시켜 단락권선을 형성하고, 상기 각각의 제1 마그넷 와이어(210)와 상기 각각의 제2 마그넷 와이어(220)가 서로 상호 간에 직각을 이루어 교차하며,
   상기 제1 마그넷 와이어(210)에 전류를 인가하면 상기 제1 마그넷 와이어(210)에 주자속이 발생하고, 이에 더하여 왜곡자속이 발생하는 경우, 상기 왜곡자속에 의해 상기 제2 마그넷 와이어(220)에 유도전류가 흐르게 되고, 상기 유도전류에 의한 보정자속이 상기 왜곡자속을 상쇄시키는 방향으로 발생하여 상기 왜곡자속을 상쇄하는 것을 특징으로 하는 단락권선을 이용한 회전자 코어.
2. 삭제
3. 원주 방향을 따라 상하 방향으로 관통되고 서로 일정 간격마다 이격되어 형성된 복수의 슬롯(201)과, 상기 각각의 슬롯(201)에 일방향으로 감아서 권선시키는 복수의 제1 마그넷 와이어(210)와, 상기 각각의 제1 마그넷 와이어(210)에 수직 방향으로 제2 마그넷 와이어(220)를 상기 각각의 슬롯(201)에 감아서 복수개 권선시킨 후, 상기 제2 마그넷 와이어(220)를 단락시켜 단락권선을 형성하며, 상기 각각의 제1 마그넷 와이어(210)와 상기 각각의 제2 마그넷 와이어(220)가 서로 상호 간에 직각을 이루며 교차하는 회전자 코어(200);
   상기 회전자 코어(200)의 중심 부분의 중공부에 삽입되는 회전자축(106);
   상기 회전자축(106)의 상부에 결합되는 회전자 덮개(105);
   상기 회전자 덮개(105)의 상부에 결합되는 고정자 덮개(104); 및
   상기 고정자 덮개(104)의 상부에 결합되는 고정자 코어(103)를 포함하며,
   상기 제1 마그넷 와이어(210)에 전류를 인가하면 상기 제1 마그넷 와이어(210)에 주자속이 발생하고, 이에 더하여 왜곡자속이 발생하는 경우, 상기 왜곡자속에 의해 상기 제2 마그넷 와이어(220)에 유도전류가 흐르게 되고, 상기 유도전류에 의한 보정자속이 상기 왜곡자속을 상쇄시키는 방향으로 발생하여 상기 왜곡자속을 상쇄하는 것을 특징으로 하는 권선형 리졸버.
4. 삭제

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