[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR102419301B1 - 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법 - Google Patents

회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102419301B1
KR102419301B1 KR1020200087939A KR20200087939A KR102419301B1 KR 102419301 B1 KR102419301 B1 KR 102419301B1 KR 1020200087939 A KR1020200087939 A KR 1020200087939A KR 20200087939 A KR20200087939 A KR 20200087939A KR 102419301 B1 KR102419301 B1 KR 102419301B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hall sensor
rotating body
absolute position
row magnet
row
Prior art date
Application number
KR1020200087939A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220009585A (ko
Inventor
최준혁
박준성
김진홍
현병조
노용수
주동명
Original Assignee
한국전자기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자기술연구원 filed Critical 한국전자기술연구원
Priority to KR1020200087939A priority Critical patent/KR102419301B1/ko
Priority to US17/136,624 priority patent/US11512980B2/en
Publication of KR20220009585A publication Critical patent/KR20220009585A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102419301B1 publication Critical patent/KR102419301B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
    • G01D5/2497—Absolute encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G01D5/2452—Incremental encoders incorporating two or more tracks having an (n, n+1, ...) relationship
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

본 발명은 절대위치 검출이 가능하여 다양한 분야에 응용할 수 있는 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로, 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n개의 극쌍을 갖는 1열 자석, 상기 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는 2열 자석, 상기 1열 자석과 인접하게 설치되어 상기 1열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 제1홀센서, 상기 2열 자석과 인접하게 설치되어 상기 2열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 제2홀센서 및 상기 제1홀센서와 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호를 이용해 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법{Absolute position detection device and detection method of rotating body}
본 발명은 회전체의 절대위치를 검출할 수 있는 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 복수열의 자석을 이용해 모터 또는 자동차 휠과 같은 회전체의 절대위치를 검출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
엔코더(Encoder)는 회전운동이나 직선운동을 하는 물체의 위치와 속도의 정보를 전기적으로 출력하는 센서를 말한다. 엔코더의 종류 중 회전 운동하는 물체의 위치 또는 속도의 정보를 전기적으로 출력하는 엔코더를 로터리 엔코더라고 하며, 검출센서에 따라 광학식인 옵티컬 엔코더(Optical Encoder) 및 자기식인 마그네틱 엔코더(Magnetic Encoder)로 분류할 수 있다.
한편, 휠 베어링은 차량의 바퀴를 고정하고 마찰 손실을 최소화하여 원활한 회전을 가능하게 함과 동시에 차량의 무게를 지지하는 핵심 부품이다. 엔코더는 휠 베어링에 사용되는 ABS(Anti-lock Brake System)의 핵심 부품이며, ABS ECU에 사각파 속도 신호(Square Wave Speed Signal)을 발생시켜 타이어의 회전속도와 회전가속도 등의 신호 정보를 제공한다.
도 1은 일반적인 휠 베어링에 적용되는 마그네틱 엔코더를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마그네틱 엔코더는, 회전축에 결합되어 회전체(예를 들어 휠)와 함께 회전하는 자석(10)과, 자석(10)과 인접하게 설치되어 자석(10)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하는 회전감지수단(20)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 자석(10)은 반복되어 교차 배열되는 다수개의 N극과 S극으로 이루어지며, 회전감지수단(20)은 홀 센서를 포함하되, 자석(10)과 달리 회전하지 않으면서, 회전하는 자석(10)에 의한 자성의 변화를 감지하여 회전체의 회전방향 및 회전속도와 같은 정보를 제공한다. 종래 이와 같은 마그네틱 엔코더는 분해능을 높이기 위하여 다극의 자석을 2열로 구성하는 등의 변형된 마그네틱 엔코더 또한 소개되고 있으나, 이와 같은 방법으로는 회전체의 절대위치를 검출할 수 없어, 응용분야의 적용이 한정적인 등의 문제점이 있었다.
한국 공개특허공보 제10-2013-0094953호("차량용 휠 베어링의 내륜에 접촉되며 페라이트자성체가 표면에 형성된 엔코더, 베어링의 외륜에 접촉되는 외륜씰 및 엔코더와 외륜씰의 결합으로 이루어지는 엔코더씰 제조장치", 공개일 2013.08.27.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법의 목적은 절대위치 검출이 가능하여 다양한 분야에 응용할 수 있는 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 회전체의 절대위치 검출장치는, 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n개의 극쌍을 갖는 1열 자석, 상기 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는 2열 자석, 상기 1열 자석과 인접하게 설치되어 상기 1열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 제1홀센서, 상기 2열 자석과 인접하게 설치되어 상기 2열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 제2홀센서 및 상기 제1홀센서와 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호를 이용해 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하여, 상기 1차 고조파의 값에 따라 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값들 중, 적어도 두 개 이상의 값을 이용해 상기 1차 고조파를 추정하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n+2개의 극쌍을 갖는 3열 자석, 상기 3열 자석과 인접하게 설치되어 상기 3열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하는 제3홀센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1홀센서, 상기 제2홀센서 및 상기 제3홀센서 중 적어도 두 개의 홀센서에서 감지되는 신호를 이용하여 상기 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값과, 상기 제3홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1열 자석과 상기 2열 자석은 상기 회전체의 회전축을 중심으로 축 방향으로 인접하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1열 자석과 상기 2열 자석은 상기 회전체의 회전축을 중심으로 외주 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 회전체의 절대위치 검출방법은, 회전체와 결합되어 회전하는 1열 자석 및 2열 자석을 이용한 회전체의 절대위치 검출방법에 있어서, a) 제1홀센서에서 자연수 n개의 극쌍을 갖는 상기 1열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하고, 제2홀센서에서 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는 상기 2열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 단계 및 b) 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 b) 단계는 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값들 중, 적어도 두 개 이상의 값을 이용해 상기 1차 고조파를 추정하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출방법은, 회전체와 결합되어 회전하는 1열 자석, 2열 자석 및 3열 자석을 이용한 회전체의 절대위치 검출방법에 있어서, a) 제1홀센서에서 자연수 n개의 극쌍을 갖는 상기 1열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하고, 제2홀센서에서 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는 상기 2열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하며, 제3홀센서에서 자연수 n+2개의 극쌍을 갖는 상기 3열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 단계 및 b) 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하거나, 상기 제3홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치 및 방법에 의하면, 1열 자석, 2열 자석, 제1홀센서 및 제2홀센서를 이용해 회전체의 회전속도와 가속도를 검출할 수 있을 뿐 아니라, 극쌍의 차이로 검출되는 1차 고조파를 이용하여 회전체의 회전한 각도를 검출할 수 있으므로, 본 발명에 의한 회전체의 절대위치 검출장치 및 방법을 다양한 분야에 응용할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 1열 자석과 2열 자석을 동시에 사용함으로써 분해능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 1열 자석과 2열 자석 중 일부분이 손상되더라도 제1홀센서와 제2홀센서에서 출력되는 신호를 이용하여 전체적인 1차 고조파의 형상을 추정할 수 있기 때문에, 자석의 손상시에도 회전체의 절대위치를 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 마그네틱 엔코더의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치의 제1홀센서와 제2홀센서에서 출력되는 신호와, 이를 통해 검출되는 1차 고조파의 그래프.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치의 개략도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치의 사시도와 본 발명의 제3실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치의 사시도.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 회전체의 절대위치 검출장치의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
[제1실시예]
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치를 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치는, 배경기술에서 설명한 바와 같이, 자동차의 휠 베어링 등에 적용될 수 있으며, 이하 설명하는 회전체는 차량의 휠을 비롯한 다양한 종류의 회전하는 장치일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치는, 1열 자석(100), 2열 자석(200), 제1홀센서(410) 및 제2홀센서(420)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 1열 자석(100)은 회전축(C)을 중심으로 회전하되, 자연수 n개의 극쌍(Pole-pair)을 갖는다. 보다 상세히, 본 실시예에서 1열 자석(100)은 회전축(C)을 중심으로 한 가상의 원주를 따라 N극과 S극 자석이 번갈아가면서 배치된 형태이다. 1열 자석(100)에서 1개의 N극과 해당 N극에서 인접하게 배치된 1개의 S극 자석 한 쌍을 1개의 극쌍이라 한다. 통상의 엔코더에서는 회전체와 결합되는 자석은 24개의 극쌍, 즉 48개의 극을 가질 수 있으며, 본 발명의 1열 자석(100) 또한 24개의 극쌍을 가질 수 있다. 그러나 본 발명의 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 1열 자석(100)은 9개의 극쌍을 가지는 것으로 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 2열 자석(200) 또한 회전축(C)을 중심으로 회전하되, 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는다. 즉, 2열 자석(200)은 1열 자석(100)보다 하나의 극쌍을 더 갖는다. 2열 자석(200)은 회전축(C)을 중심으로 1열 자석(100)의 외주방향 외측에 배치될 수 있다. 일반적으로 분해능을 높이기 위한 마그네틱 엔코더에서 2열로 자석이 배치되는 경우, 두 개의 열 모두 동일한 개수의 극쌍을 가진다. 그러나 본 발명에서는 1열 자석(100)과 2열 자석(200)의 극쌍을 다르게 함으로써, 이를 회전체의 절대위치를 측정하는데 사용한다. 본 발명에 의한 회전체의 절대위치 검출장치를 구현할 때, 2열 자석(200) 25개의 극쌍을 가질 수 있으나, 본 발명의 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 2열 자석(200)은 10개의 극쌍을 가지는 것으로 설명한다. 즉, 본 출원 명세서의 제1실시예에서 자연수 n은 9이다.
상술한 1열 자석(100)과 2열 자석(200)은 소정형상의 보조부재에 결합되어, 회전체의 회전축에 결합되어 상기 회전축과 함께 회전할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1홀센서(410)는 1열 자석(100)과 인접하게 설치되어 1열 자석(100)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지한다. 제1홀센서(410)는 1열 자석(100)과 함께 회전하지 않고, 1열 자석(100)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호로 출력한다. 제1홀센서(410)에서 감지되는 신호는 1열 자석(100)에 포함되는 극쌍의 회전이동에 따라 사인파 형태로 나타난다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2홀센서(420)는 2열 자석(200)과 인접하게 설치되어 2열 자석(200)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지한다. 제2홀센서(420) 또한 제1홀센서(410)와 마찬가지로, 2열 자석(200)과 함께 회전하지 않고, 2열 자석(200)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호로 출력한다. 제2홀센서(420)에서 감지되는 신호 또한 2열 자석(200)에 포함되는 극쌍의 회전이동에 따라 사인파 형태로 나타난다.
도 2에서 상세히 도시되어 있진 않지만, 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420)는 각각 1열 자석(100) 및 2열 자석(200)과 회전축 방향으로 이격 설치되어, 1열 자석(100) 및 2열 자석(200)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지할 수 있다. 본 실시예는 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420)가 표면에 설치되는 플레이트를 더 포함할 수 있으며, 플레이트에는 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호를 전송하기 위한 회로가 인쇄되거나 전선이 연결될 수 있다.
단, 본 발명은 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420)가 설치되는 방향을 1열 자석(100) 및 2열 자석(200)과 회전축 방향으로 이격되는 위치로 한정하는 것은 아니며, 제1홀센서(410)는 1열 자석(100)에서 회전축 방향으로 이격되고, 제2홀센서(420)는 2열 자석(200)에서 회전축 외측 방향에 위치하는 등의 실시예가 있을 수 있다. 즉, 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420)는 각각 1열 자석(100) 및 2열 자석(200)에 이격되어 1열 자석(100) 및 2열 자석(200)의 회전에 의한 자성의 변화를 감지하여 출력할 수 있으면, 홀센서가 설치되는 위치를 한정하지는 않는다.
도 3은 1열 자석(100)이 9개의 극쌍을 포함하고, 2열 자석(200)이 10개의 극쌍을 포함할 때, 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420)에서 각각 출력되는 신호를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 신호들 중, 제1홀센서(410)에서 출력되는 신호는 파란색으로 도시되어 있으며, 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호는 빨간색으로 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 1열 자석(100)이 9개의 극쌍을 포함할 때, 제1홀센서(410)에서 출력되는 신호는 소정 주기의 사인파 형태를 나타내고, 2열 자석(200)이 10개의 극쌍을 포함할 때, 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호 또한 소정 주기의 사인파 형태를 나타나되, 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호의 주기가 제1홀센서(410)에서 출력되는 신호의 주기보다 짧다.
도 3에 도시된 파란색 및 빨간색 신호의 1주기는 1개의 극쌍에 해당하는 자석의 일부분이 홀센서를 통과할 때 발생하는 것으로, 제1홀센서(410)에서 출력되는 신호가 9주기가 반복될 때(20파이) 9개의 극쌍이 회전한 것이기 때문에 회전체가 1회전한 것으로 볼 수 있으며, 마찬가지로 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호가 10주기가 반복될 때(20파이) 10개의 극쌍이 회전한 것이기 때문에 회전체가 1회전한 것으로 볼 수 있다. 따라서 본 발명에서는 제1홀센서(410)에서 출력되는 신호가 소정 시간동안 몇 번 반복 출력되는지 측정함으로써 회전체의 속도를 측정할 수 있으며, 측정된 회전체의 속도를 이용하여 회전체의 가속도 또한 측정할 수 있다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치는 제어부를 더 포함할 수 있다. 제어부는 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420) 각각에서 감지되는 신호를 이용해, 절대위치를 측정한다. 제어부는 신호처리를 위한 구성이므로, 마이크로프로세서와 같이 연산이 가능한 장치 또는 부품으로 구현될 수 있으며, 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호를 수신하기 위해서 홀센서들과 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부에서 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호를 이용해 절대위치를 측정하는 방법에 관해 설명한다. 도 3을 참조하면, 제어부는 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호의 일정 주기마다 제1홀센서(410)에서 출력되는 값을 센싱한다. 본 실시예에서 일정 주기란 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호가 양에서 음으로 변화하는 제로 크로싱 포인트일 수 있으며, 1파이, 3파이, 5파이와 같이 홀수번 파이일 수 있다. 단, 본 발명은 일정 주기를 이에 한정하지는 않는다. 홀수번 파이에서 제1홀센서(410)에서 출력되는 신호의 값은 도 2에 도시된 검은색 원으로 표시되어 있으며, 검은색 원을 서로 잇게 되면, 1열 자석(100) 및 2열 자석(200)이 1회전하는 시간을 주기로 하는 1차 고조파가 나타난다. 도 3에서 1차 고조파는 초록색으로 도시되어 있다. 설명의 편의를 위해, 도 3에 도시된 검은색 원을 교점이라 하며, 도 3에서는 총 10개의 교점(제1교점(P1)~제10교점(P10))이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 1차 고조파는 주기가 20파이로, 해당 주기는 본 실시예에 의한 회전체의 절대위치 측정장치 포함되는 회전체가 1회전하는데 소요되는 시간과 동일하다. 즉, 1차 고조파는 주기가 20파이인 사인파 형태가 되므로, 제어부는 측정 시점에서의 1차 고조파의 값을 통해 회전체의 절대위치를 측정할 수 있다.
제어부는 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420) 각각에서 출력되는 값들을 이용하여, 1차 고조파를 추정할 수 있다. 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420) 각각에서 출력되는 값을 이용한 1차 고조파의 주기는 회전체가 1회전하는데 걸리는 시간과 동일하며 회전체가 1회전하는데 걸리는 시간은 제1홀센서(410) 및 제2홀센서(420) 중 어느 하나를 이용하여 측정할 수 있고, 1차 고조파의 진폭은 제1홀센서(410)에서 출력되는 신호의 최대값을 넘지 않는다. 따라서 연속된 서로 다른 두 개의 교점과 정상적인 구간에서 제1홀센서 및 제2홀센서 각각에서 출력되는 신호를 이용해 1차 고조파의 전체적인 형태를 추정할 수 있다. 보다 상세히, 연속된 서로 다른 두 개의 교점이 양의 값인지, 음의 값인지와, 증가하는 형태인지 또는 감소하는 형태인지에 따라서, 1차 고조파의 전체적인 형태를 추정할 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명은 자석 중 일부분이 파손되더라도 회전체의 절대위치를 검출할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 회전체의 절대위치 검출장치는, 2열의 자석을 포함함으로써 분해능을 높일 수 있음과 동시에, 홀 센서 이외에 별도의 장치 추가 없이도 1차 고조파를 이용하여 회전체의 절대위치를 검출할 수 있는 효과가 있으므로, 다양한 분야에 적용할 수 있다.
[제2실시예]
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치는 1열 자석(100) 및 2열 자석(200) 이외에, 3열 자석(300)과 제3홀센서(430)를 더 포함할 수 있다. 3열 자석(300)은 회전축을 중심으로 2열 자석(200)의 외측에 설치되며, 자연수 n+2의 극쌍을 갖는다. 도 4에 도시된 본 실시예에서 1열 자석(100)은 9개의 극쌍을 가지므로, 3열 자석(300)은 11개의 극쌍을 가진다. 단, 앞서 설명했듯 일반적인 엔코더는 이보다 더 많은 수의 극쌍을 가지는 자석을 포함할 수 있으며, 1열 자석은 24개의 극쌍을, 2열 자석은 25개의 극쌍을, 3열 자석은 26개의 극쌍을 가지는 실시예가 있을 수 있다.
제3홀센서(430)는 3열 자석(300)과 인접하게 설치되어, 회전하는 3열 자석(300)에 따른 자성의 변화를 감지하고, 이를 신호로 출력한다. 2열 자석(200)과 3열 자석(300)은 서로 1개의 극쌍이 차이나기 때문에, 제어부는 제2홀센서(420)와 제3홀센서(430)에서 출력되는 신호를 이용하여 1차 고조파를 만들 수 있고, 제1홀센서(410)와 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호를 이용하여 또 다른 1차 고조파를 만들 수 있다. 제어부는 서로 다른 1차 고조파를 비교해, 회전체의의 회전속도를 측정하거나 절대위치를 검출하는데 있어서, 보다 정확하게 측정할 수 있다.
[제3실시예]
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치와, 본 발명의 제3실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치를 각각 도시한 것이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치는 1열 자석(100)과 2열 자석(200)이 회전축을 중심으로 외주방향으로 연달아 배치된다. 이에 반해, 도 5b에 도시된 본 발명의 제3실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치는 1열 자석(100)과 2열 자석(200)이 동일한 직경을 가지며, 회전축 방향으로 연달아 배치될 수 있다. 이 경우, 제1홀센서와 제2홀센서는 1열 자석(100) 및 2열 자석(200)의 회전축 방향 양측에 각각 설치되거나, 1열 자석(100) 및 2열 자석(200)의 외주 방향에 각각 설치되어, 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지할 수 있다.
이하 본 발명에 의한 회전체의 절대위치 검출방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출방법은 상술한 본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출장치를 통해 수행될 수 있으며, 회전체의 절대위치 검출장치는 1열 자석(100), 2열 자석(200), 제1홀센서(410), 제2홀센서(420) 및 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출방법은 a) 단계와 b) 단계를 포함할 수 있다.
a) 단계는 제1홀센서(410)에서 자연수 n개의 극쌍을 갖는 1열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하고, 제2홀센서(420)에서 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는 2열 자석(200)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력한다. a) 단계는 제1홀센서(410), 제2홀센서(420) 및 제어부에 의해 수행될 수 있다.
b) 단계는 제2홀센서(420) 출력되는 신호의 일정 주기마다 제1홀센서(410)에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하여 회전체의 절대위치를 측정한다. 특히, b) 단계는 제2홀센서(420)에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 제1홀센서(410)에서 출력되는 신호의 값들 중, 서로 연속되는 적어도 두 개 이상의 값을 이용해 1차 고조파를 추정하여, 회전체의 절대위치를 측정할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 의한 회전체의 절대위치 검출방법은, 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 의한 절대위치 검출이 가능한 회전체를 통해 수행될 수 있으며, a) 단계와 b) 단계를 포함할 수 있다.
a) 단계는 제1홀센서(410)에서 자연수 n개의 극쌍을 갖는 1열 자석(100)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하고, 제2홀센서(420)에서 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는 2열 자석(200)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하며, 제3홀센서(430)에서 자연수 n+2개의 극쌍을 갖는 3열 자석(300)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력한다. 상기 a) 단계는 제1홀센서(410), 제2홀센서(420), 제3홀센서(430) 및 제어부에 의해 수행될 수 있다.
b) 단계는 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하거나, 상기 제3홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하여, 회전체의 절대위치를 측정한다. 특히. b) 단계는 서로 다르게 검출되는 두 개의 1차 고조파를 이용해, 회전체의 절대위치를 측정하는데 있어서 측정값을 서로 보완하여, 보다 정확한 회전체의 절대위치를 측정할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 자석
20 : 회전감지수단
100 : 1열 자석
200 : 2열 자석
300 : 3열 자석
410 : 제1홀센서
420 : 제2홀센서
430 : 제3홀센서
C : 회전축
P1 ~ P10 : 제1교점 ~ 제10교점

Claims (10)

  1. 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n개의 극쌍(Pole-pair)을 갖는 1열 자석;
    상기 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는 2열 자석;
    상기 1열 자석과 인접하게 설치되어 상기 1열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 제1홀센서;
    상기 2열 자석과 인접하게 설치되어 상기 2열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 제2홀센서; 및
    상기 제1홀센서와 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호를 이용해 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 제어부;
    를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하여, 상기 1차 고조파의 값에 따라 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 회전체의 절대위치 검출장치.
  2. 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n개의 극쌍(Pole-pair)을 갖는 1열 자석;
    상기 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는 2열 자석;
    상기 1열 자석과 인접하게 설치되어 상기 1열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 제1홀센서;
    상기 2열 자석과 인접하게 설치되어 상기 2열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 제2홀센서; 및
    상기 제1홀센서와 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호를 이용해 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 제어부;
    를 포함하되,
    상기 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n+2개의 극쌍을 갖는 3열 자석;
    상기 3열 자석과 인접하게 설치되어 상기 3열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하는 제3홀센서;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1홀센서, 상기 제2홀센서 및 상기 제3홀센서 중 적어도 두 개의 홀센서에서 감지되는 신호를 이용하여 상기 절대위치를 측정하며,
    상기 제어부는, 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값과, 상기 제3홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 회전체의 절대위치 검출장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값들 중, 적어도 두 개 이상의 값을 이용해 상기 1차 고조파를 추정하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 회전체의 절대위치 검출장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 1열 자석과 상기 2열 자석은 상기 회전체의 회전축 방향으로 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 회전체의 절대위치 검출장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 1열 자석과 상기 2열 자석은 상기 회전체의 회전축을 중심으로 외주 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전체의 절대위치 검출장치.
  8. 회전체와 결합되어 회전하는 1열 자석 및 2열 자석을 이용한 회전체의 절대위치 검출방법에 있어서,
    a) 제1홀센서에서 자연수 n개의 극쌍을 갖는 상기 1열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하고, 제2홀센서에서 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는 상기 2열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 단계; 및
    b) 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 절대위치 검출방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 b) 단계는 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다의 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값들 중, 적어도 두 개 이상의 값을 이용해 상기 1차 고조파를 추정하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 회전체의 절대위치 검출방법.
  10. 회전체와 결합되어 회전하는 1열 자석, 2열 자석 및 3열 자석을 이용한 회전체의 절대위치 검출방법에 있어서,
    a) 제1홀센서에서 자연수 n개의 극쌍을 갖는 상기 1열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하고, 제2홀센서에서 자연수 n+1개의 극쌍을 갖는 상기 2열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하며, 제3홀센서에서 자연수 n+2개의 극쌍을 갖는 상기 3열 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 단계; 및
    b) 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하거나, 상기 제3홀센서에서 출력되는 신호의 일정 주기마다 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호의 값을 이용해 1차 고조파를 검출하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체의 절대위치 검출방법.
KR1020200087939A 2020-07-16 2020-07-16 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법 KR102419301B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200087939A KR102419301B1 (ko) 2020-07-16 2020-07-16 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법
US17/136,624 US11512980B2 (en) 2020-07-16 2020-12-29 Absolute position detection device and detection method of rotating body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200087939A KR102419301B1 (ko) 2020-07-16 2020-07-16 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220009585A KR20220009585A (ko) 2022-01-25
KR102419301B1 true KR102419301B1 (ko) 2022-07-12

Family

ID=79292169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200087939A KR102419301B1 (ko) 2020-07-16 2020-07-16 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11512980B2 (ko)
KR (1) KR102419301B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005134238A (ja) * 2003-10-30 2005-05-26 Nsk Ltd 車両用走行状態安定化装置
JP2008046104A (ja) * 2006-07-21 2008-02-28 Nidec Sankyo Corp 磁気エンコーダおよび磁気スケールの製造方法
JP2008233069A (ja) * 2007-02-23 2008-10-02 Ntn Corp 回転検出装置および回転検出装置付き軸受
JP2011252826A (ja) * 2010-06-03 2011-12-15 Ntn Corp 磁気エンコーダ
JP2012042353A (ja) * 2010-08-19 2012-03-01 Tdk Corp 回転角・トルクセンサ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2965347B1 (fr) 2010-09-29 2015-04-03 Moving Magnet Tech Capteur de position ameliore
KR101310768B1 (ko) 2012-02-17 2013-09-25 선진기술 주식회사 차량용 휠 베어링의 내륜에 접촉되며 페라이트자성체가 표면에 형성된 엔코더, 베어링의 외륜에 접촉되는 외륜씰 및 엔코더와 외륜씰의 결합으로 이루어지는 엔코더씰 제조장치
JP5893134B2 (ja) 2012-05-22 2016-03-23 三菱電機株式会社 磁気式回転角検出器
US10393499B2 (en) * 2016-05-04 2019-08-27 Fastech Co., Ltd. Angle determinating method using encoder signal with noise suppression, adjusting method for output signal of encoder and absolute encoder
JP7203485B2 (ja) * 2017-02-02 2023-01-13 Ntn株式会社 検出装置およびその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005134238A (ja) * 2003-10-30 2005-05-26 Nsk Ltd 車両用走行状態安定化装置
JP2008046104A (ja) * 2006-07-21 2008-02-28 Nidec Sankyo Corp 磁気エンコーダおよび磁気スケールの製造方法
JP2008233069A (ja) * 2007-02-23 2008-10-02 Ntn Corp 回転検出装置および回転検出装置付き軸受
JP2011252826A (ja) * 2010-06-03 2011-12-15 Ntn Corp 磁気エンコーダ
JP2012042353A (ja) * 2010-08-19 2012-03-01 Tdk Corp 回転角・トルクセンサ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220009585A (ko) 2022-01-25
US20220018684A1 (en) 2022-01-20
US11512980B2 (en) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6077675B2 (ja) 回転部材の少なくとも１つの回転特性を決定するためのセンサ装置
US8988068B2 (en) Sensor arrangement
CN101400971A (zh) 通过差分比较检测绝对角位置的系统、滚动轴承和旋转机械
CN1748091A (zh) 带传感器的滚动轴承单元
JP4275444B2 (ja) アブソリュートエンコーダ付軸受
JP2006194884A (ja) 不平衡デューティー比を備えた位置センサー
JP2008045881A (ja) 回転角度位置検出装置
JP4957412B2 (ja) 転がり軸受ユニットの状態量測定装置の検査方法
CN105683762B (zh) 具有带线性化磁场的磁极转子的用于转速测量的传感器系统
KR102419301B1 (ko) 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법
JP2017160974A (ja) センサ付軸受装置
KR101271828B1 (ko) 차량 조향각 감지 장치를 이용한 조향각 산출 방법
JP2004333436A (ja) 回転速度検出装置及び回転速度検出センサ付転がり軸受
CN105890833B (zh) 轴向通量聚焦型小直径低成本转矩传感器
KR20230160215A (ko) 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법
JP4218361B2 (ja) センサ付き転がり軸受ユニット
JP4393783B2 (ja) 回転センサ付軸受
JP2001506755A (ja) 渦電流測定機構
JP2020153980A (ja) 回転部材の少なくとも１つの回転パラメータを決定するシステム
JP2004020548A (ja) 回転状態検出装置付転がり軸受
JP4882403B2 (ja) エンコーダ及び状態量測定装置
JP5200898B2 (ja) 転がり軸受ユニットの状態量測定装置の検査方法及び検査装置
US11525706B1 (en) Rotational speed and position sensor arrangement with two sensors and an axial face disc target
JP5458498B2 (ja) 転がり軸受ユニットの状態量測定装置
JP5151634B2 (ja) エンコーダの着磁方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant