Resolver란? 회전자 위치 검출 원리

2026년 9월 6일 읽는 시간 약 8분

Resolver란 회전자의 각도에 따라 변하는 아날로그 교류신호를 이용해 회전축 위치를 검출하는 센서입니다. 여자신호와 SIN·COS 출력의 원리, Encoder와의 차이를 알아봅니다.

Resolver란 무엇이며 어떤 역할을 할까?

Resolver는 Motor나 기계의 회전축이 어느 각도에 위치하는지를 아날로그 전기신호로 검출하는 Rotary Position Sensor입니다. 외형과 전자기적인 구조는 소형 회전변압기(Rotary Transformer)와 유사하며 회전자(Rotor)와 고정자(Stator)의 자기결합이 회전각에 따라 변하는 원리를 이용합니다. 일반적인 Resolver에는 AC Excitation 또는 Reference Signal을 공급하는 권선과 서로 약 90°의 공간적인 관계를 갖는 SIN·COS 출력권선이 구성됩니다. Rotor가 회전하면 두 출력신호의 Amplitude가 회전각에 따라 달라지고 제어기는 이를 이용해 Shaft의 Absolute Angular Position을 계산합니다. Resolver 자체는 일반적으로 Digital Pulse를 직접 발생시키는 Encoder와 달리 연속적인 Analog AC Signal을 출력한다는 특징이 있습니다. 높은 온도와 진동, 충격, 먼지와 같은 가혹한 환경에 적합한 구조로 설계할 수 있어 Servo Motor, 산업용 Motor, Robot, 항공·방산장비 및 자동차의 Electric Drive System 등에서 회전자 위치 Feedback Sensor로 활용됩니다.

여자신호가 SIN·COS 신호로 변하는 원리는 무엇일까?

Resolver의 동작을 이해하려면 Transformer의 전자유도 원리를 생각하면 쉽습니다. Resolver의 Excitation Winding에 일정한 주파수의 AC Reference Voltage를 공급하면 내부에 교번 Magnetic Flux가 형성됩니다. 이 자기장은 Rotor의 각도에 따라 Stator의 SIN Winding과 COS Winding에 서로 다른 크기로 결합됩니다. 이상적인 Resolver에서는 한 출력의 Amplitude가 회전각 θ의 sinθ에 비례하고 다른 출력은 cosθ에 비례하는 형태로 나타납니다. 즉 회전하면서 SIN Signal과 COS Signal의 크기가 연속적으로 변화하기 때문에 두 신호를 함께 분석하면 0~360° 범위의 회전위치를 결정할 수 있습니다. 실제 출력은 단순한 DC 형태가 아니라 Excitation Carrier가 회전각에 따라 변조된 AC Signal입니다. 따라서 Controller는 이 신호를 Demodulation하고 각도를 계산하는 Signal Processing 과정이 필요합니다. 또한 Resolver의 정확도는 권선구조와 자기회로, Excitation 조건, 설치상태와 신호처리 회로의 특성 등에 영향을 받습니다.

Resolver 신호는 어떻게 회전각으로 변환될까?

Resolver의 SIN·COS Analog Signal을 Servo Drive나 Controller에서 직접 사용하려면 각도정보로 변환하는 과정이 필요합니다. 이 기능을 수행하는 대표적인 회로가 RDC(Resolver-to-Digital Converter)입니다. RDC는 Excitation Reference와 SIN·COS 신호를 입력받아 회전각을 Digital Position Data로 변환합니다. 이상적인 조건에서는 SIN과 COS의 비율과 사분면 정보를 이용해 θ를 계산할 수 있지만 실제 산업용 RDC는 신호의 위상과 진폭을 추적하는 Closed Loop 방식 등을 사용하여 연속적인 위치와 속도를 추정하기도 합니다. Servo Motor에서는 이 Rotor Position 정보를 이용하여 Motor의 전류와 자속을 적절한 전기각에 맞춰 제어합니다. 특히 PMSM과 같은 동기모터에서는 회전자의 Permanent Magnet 위치를 정확하게 알아야 효율적인 Vector Control을 수행할 수 있습니다. Resolver는 회전축의 Absolute Position 정보를 제공할 수 있으므로 전원이 다시 인가된 후에도 현재 기계각을 직접 판독할 수 있습니다. 다만 다회전 위치정보까지 필요한 경우에는 별도의 Multi-turn 측정구조가 필요할 수 있습니다.

Resolver와 Rotary Encoder는 무엇이 다를까?

Resolver와 Rotary Encoder는 모두 회전축의 위치를 측정하지만 신호생성 방식과 구조가 다릅니다. Optical Encoder는 Code Disk와 Light Source, Photodetector 등을 이용하여 Pulse나 Digital Code를 생성하고 Magnetic Encoder는 자기패턴을 전자적으로 판독합니다. Resolver는 Transformer와 유사한 권선 및 자기결합을 이용하여 회전각에 대응하는 SIN·COS Analog AC Signal을 생성합니다. 광학식 Encoder는 높은 Resolution의 Digital Position 정보를 직접 제공하도록 설계할 수 있는 반면 Resolver는 RDC의 Resolution과 신호품질에 따라 Digital Angle로 변환됩니다. Resolver는 광학 Disk가 필요하지 않고 비교적 단순하고 견고한 전자기 구조로 제작할 수 있어 높은 온도와 진동, 오염이 존재하는 환경에서 장점을 갖습니다. 반면 Excitation Circuit과 RDC 같은 별도의 Signal Processing이 필요해 시스템 구성이 복잡해질 수 있습니다. 따라서 단순히 어느 방식이 더 우수하다고 보기보다 필요한 Accuracy, Speed, 환경조건과 Drive Interface에 따라 적절한 Feedback Device를 선택해야 합니다.

Resolver를 사용할 때 무엇을 확인해야 할까?

Resolver를 선정하고 적용할 때는 Transformation Ratio, Excitation Voltage와 Frequency, Accuracy, Maximum Speed, Pole Pair 또는 Speed Ratio 등의 사양을 확인해야 합니다. Servo System에서는 Motor의 전기적 기준위치와 Resolver의 Mechanical Zero가 정확하게 맞아야 하므로 조립 후 Offset Calibration이 중요할 수 있습니다. SIN·COS 신호는 Analog Signal이므로 Motor Power Cable이나 VFD Switching Noise의 영향을 줄이기 위해 Shielded Twisted Pair와 적절한 Grounding을 적용해야 합니다. 케이블의 길이와 Capacitance도 신호의 Amplitude와 Phase에 영향을 줄 수 있으므로 Drive 제조사가 지정한 배선조건을 따르는 것이 중요합니다. 또한 Resolver 자체가 견고하더라도 Shaft Alignment와 Bearing 구조 등 기계적인 설치조건을 무시해서는 안 됩니다. 신호 이상이 발생하면 Excitation Signal, SIN·COS Amplitude, Wiring, Shield와 Connector 상태를 함께 점검해야 합니다. 결국 Resolver는 회전각에 따라 달라지는 전자기 결합을 SIN·COS 아날로그 신호로 변환하여 Motor와 회전축의 위치를 안정적으로 검출하는 대표적인 회전 위치센서입니다.