KR100226055B1 - 회전각도 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전각도 검출장치에 관한 것으로, 종래에는 1회전 이상의 회전각도를 검출하기 위해서는 회전축을 기준으로 중심에 가까운 쪽에 위치한 내측 저항 패턴과 외측 저항 패턴의 길이가 상이함에 따라 저항값 출력 특성상 직선성(Linearity)가 좋지 못한 결과가 초래되는 문제점이 있었던바, 본 발명의 회전각도 검출장치는 나선형의 습동홈부가 길게 형성되는 회전부재와, 상기 회전부재가 삽입되는 커버부재와, 상기 회전부재의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 회전각도를 측정할 수 있도록 상기 커버부재에 설치되는 포텐쇼미터로 구성됨으로써, 회전각에 대한 최적의 회전비를 얻을 수 있도록 함과 동시에 회전축의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 습동자의 짧은 직선변위량으로 회전각도를 정확히 검출할 수 있어 저항 패턴의 길이를 수십배 정도 짧게 하는 것이 가능할 뿐 아니라 장치의 내구성이 향상되고 제조 공정의 불량 감소 및 장치의 제조 원가 절감으로 대외 경쟁력 확보를 할 수 있게 한 것이다.

Description

회전각도 검출장치

본 발명은 회전각도 검출장치에 관한 것으로, 특히 1회전 이상의 회전각도를 간단한 구조에 의해서 측정이 가능하도록 한 회전각도 검출장치에 관한 것이다.

회전각도 측정용 센서로 가장 일반적으로 알려진 것은 접촉식 포텐쇼미터(POTENTIOMETER) 방식이다.

이 접촉식 포텐쇼미터 방식은 가격이 저렴하고 응용이 쉬운 잇점이 있기 때문에 현재 가전분야를 비롯한 각종 산업 및 자동차 분야의 기계적인 회전각도 측정용 센서로도 많이 이용되고 있는 실정이다.

상기 포텐쇼미터 방식의 센서를 이용하여 회전각도를 측정하고자 할 때 회전각도 범위가 1회전(360°)이상인 경우에는 기어나 벨트 또는 다른 기계적 장치를 부가하면 적절한 회전비를 얻을 수 있고, 그에 따른 회전각도 측정이 가능하기 때문에 대다수의 접촉식 포템쇼미터 방식의 회전각도 센서가 이러한 구조를 취하고 있다.

종래의 회전각도 검출장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 회전축(1)과, 이 회전축(1)이 중앙에 삽입되어 회전축(1)의 회전에 따라 회전할 수 있도록 결합되는 원판형의 회전판(2)과, 이 회전판(2)의 상부에 결합되는 상측 커버(3)와, 상기 회전판(2)의 하부에 결합되는 인쇄저항판(4)으로 구성된다.

상기 회전판(2)의 일측에는 반지름 방향으로 직선형의 습동홈(5)이 길게 형성되어 있고, 이 습동홈(5)에 삽입되어 미끄럼 운동을 하도록 위치가변형 습동자(6)가 상기 습동홈(5)에 끼워진다.

상기 상측 커버(3)의 하면에는 상기 회전축(1)의 회전각도에 따라 습동자(6)의 위치를 가이드 할 수 있는 나선형 홈(7)이 형성되고, 상기 인쇄저항판(4)의 상면에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 나선형 홈(7)과 동일한 형상의 저항 패턴(4a)이 형성되어 있다.

또한, 상기 습동자(6)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 그 상면에 상기 나선형 홈(7)에 끼워질 수 있는 노브(8)가 형성되고, 하면에는 상기 저항 패턴(4a)에 접촉하는 콘택터(9)가 부착되어 있다.

상기와 같은 구성의 종래의 회전각도 검출장치의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

회전축(1)이 회전하면 이와 결합된 회전판(2)이 회전하게 된다.

회전판(2)의 회전에 따라 상기 습동자(6)는 습동홈(5)에 삽입된 상태에서 직선 운동을 함과 동시에 습동자(6)의 상부에 형성된 노브(8)가 상측 커버(3)의 하면에 형성된 나선형 홈(7)에 끼워져 나선형 홈(7)을 따라 움직이게 된다.

상기 회전판(2)의 회전에 따른 습동자(6)의 직선운동은 회전축(1)의 각도변화에 따른 습동자(6)의 회전반경을 결정짓는 중요한 역할을 하게 된다.

상기 습동자(6)는 그 하면에 부착된 콘택터(9)가 인쇄저항판(4)의 저항 패턴(4a)에 접촉하고 있으므로, 습동자(6)의 회전 경로에 따라 저항 패턴(4a) 위를 따라 가면서 도체와 저항체를 접촉시켜 저항값이 변하도록 한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 회전각도 검출장치는 상기 저항 패턴(4a)의 길이가 회전각도에 비례하게 되므로 원하는 회전각도를 검출하려면 검출 회전수 만큼의 충분한 길이의 저항 패턴(4a)이 요구되어 장치의 크기가 검출각도와 비례적으로 커져야하는 결과를 초래할 뿐 아니라, 1회전 이상의 회전각도 검출장치라고 가정할 때 회전축을 기준으로 중심에 가까운 쪽에 위치한 내측 저항 패턴과 외측 저항 패턴의 길이가 상이함에 따라 저항값 출력 특성상 직선성(Linearity)가 좋지 못한 결과가 초래된다.

이와 같이 직선성을 개선하기 위해 중심축에 가까운 내측 저항 패턴과 외측 저항 패턴을 서로 다르게 설계하여 제작하는 방법도 있으나, 이는 결국 센서의 외형 사이즈를 크게 만드는 것이기 때문에 검출 회전각도가 큰 장치에는 적용에 한계가 있고, 이와 같이 제작된 회전각도 검출장치는 검출하고자 하는 회전각도만큼 저항 패턴(4a)을 설계하어야 하기 때문에 제조 공정상 인쇄 불량율이 대단히 높으며, 패턴(4a)이 길기 때문에 트리밍 가공 등의 작업이 너무 까다로워 정밀한 검출장치의 제작이 어려우며 이로 인해 제작원가가 높아져 경쟁력이 떨어진다.

또한, 저항 패턴(4a)의 길이와 관련하여 원하는 각도만큼 검출을 행하고자 할 경우 습동자(6)의 이동거리도 발명의 길이에 비례하여 작동하게 되므로 습동자(6)의 하면에 부착된 콘택터(9)의 마모가 심해져 장치의 내구성 향상에 커다란 저해요소가 되는 문제점이 있었던바, 이에 대한 보완이 요구되어 왔다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 회전판의 상면에 나선형의 홈을 형성하고, 이 홈에 삽입가능한 습동자가 설치되어 회전판의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 회전각도를 측정할 수 있도록 포텐쇼미터를 상판 커버에 설치함으로써, 회전각에 대한 최적의 회전비를 얻을 수 있도록 함과 동시에 회전축의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 습동자의 짧은 직선변위량으로 회전각도를 정확히 검출할 수 있기 때문에 실제로 저항 패턴의 길이를 수십배 정도 짧게 하는 것이 가능할 뿐 아니라 장치의 내구성이 향상되고, 제조 공정의 불량 감소 및 직선성 향상을 통해 장치의 제조 원가 절감 및 대외 경쟁력 확보를 할 수 있는 회전각도 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 회전각도 검출장치를 도시한 분해 사시도,

도 2는 종래의 회전각도 검출장치를 도시한 종단면도,

도 3은 종래의 저항 패턴이 형성된 인쇄 저항판을 도시한 사시도,

도 4는 본 발명의 회전각도 검출장치를 도시한 분해 사시도,

도 5는 본 발명의 회전각도 검출장치를 도시한 종단면도,

도 6은 본 발명의 인쇄저항판의 저항패턴을 상세하게 도시한 종단면도,

도 7은 본 발명의 포텐쇼미터의 내부 회로도,

도 8은 본 발명의 검출장치의 회전각도에 대한 저항값 변화 특성을 도시한 그래프.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10; 회전축 20; 회전판

21; 습동홈부30; 상측 커버

40; 하측 커버50; 포텐쇼미터

51; 저항 패턴52; 인쇄 저항판

53; 콘택터54; 노브

55; 습동자

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 나선형의 습동홈부가 길게 형성되는 회전부재와, 상기 회전부재가 삽입되는 커버부재와, 상기 회전부재의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 회전각도를 측정할 수 있도록 상기 커버부재에 설치되는 포텐쇼미터로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전각도 검출장치가 제공된다.

특히, 상기 포텐쇼미터는 저항 패턴이 형성된 인쇄 저항판과, 상기 습동홈부에 삽입가능한 노브가 일측에 형성되고 타측에는 상기 저항 패턴과 접촉하여 도체와 저항체를 접촉시켜 저항값이 변하도록 하는 콘택터가 부착된 습동자로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 회전각도 검출장치의 일실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 회전각도 검출장치는, 도 4에 도시한 바와 같이, 회전축(10)과, 이 회전축(10)이 중앙에 삽입되어 회전축(10)의 회전에 따라 회전할 수 있도록 결합되는 원판형의 회전판(20)과, 이 회전판(20)의 상부에 결합되는 상측 커버(30)와, 상기 회전판(20)의 하부에 결합되는 하측 커버(40)로 구성된다.

상기 회전판(20)에는 나선형의 습동홈부(21)가 길게 형성되어 있고, 상기 상측 커버(30)에는 상기 회전판(20)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 회전각도를 측정할 수 있는 포텐쇼미터(50)가 설치된다.

상기 포텐쇼미터(50)는, 도 5 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 저항 패턴(51)이 형성된 인쇄 저항판(52)이 상부에 설치되고, 상기 저항 패턴(51)에 접촉가능한 콘택터(53)가 일측에 설치되고 그 타측에는 상기 습동홈부(21)에 삽입가능한 노브(54)가 형성된 습동자(55)로 구성된다.

상기 콘택터(53)는 상기 회전축(10)의 회전에 따라 저항 패턴(51)에 접촉하여 도체와 저항체를 접촉시켜 저항값이 변하도록 한다.

상기와 같은 구성의 회전각도 검출장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

회전축(10)이 회전할 때 이와 일체로 되어있는 회전판(20)은 회전축(10)의 회전방향에 따라 회전각도만큼 좌측 또는 우측으로 회전하게 된다.

상기와 같이 회전판(20)이 회전하면 상기 회전판(20)의 상면에 형성되어 있는 나선형의 습동홈부(21)에 끼워져 있는 습동자(55)는 습동홈부(21)의 회전각도에 비례하는 직선운동을 하게 된다.

상기 습동자(55)의 타측에는 콘택터(53)가 부착되어 있고, 상기 콘택터(53)는 포텐쇼미터(50) 내부의 인쇄 저항판(52)의 저항 패턴(51)에 접촉하고 있으므로 회전축의 회전각도에 상당하는 출력을 저항값 변화량으로 검출이 가능하게 된다.

첨부한 도 6은 본 발명의 인쇄저항판의 저항패턴을 상세하게 도시한 종단면도로서, 일반적인 포텐쇼미터(50)의 내부 구조를 취하고 있음을 나타낸다.

A(L),A(R),A(0)는 입·출력 단자이며, 그 내부회로는 도 7에 도시한 바와 같다.

첨부한 도 8은 회전각도에 대한 저항값 변화특성을 도시해 놓은 것으로서, 저항변화 특성을 이용하여 전류-전압 변환회로를 적절히 구성함에 따라 회전각도에 대한 절대값을 정확히 얻어낼 수 있다.

첨부한 도 7의 A(L)과 A(R) 양단에 직류 전원을 연결하고 A(0)에서 출력을 읽어내는 방식으로 회로를 간단히 구성하면, 도 8과 같은 검출장치의 회전각도에 비례하는 출력특성을 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 다른 실시예로서 회전판의 하면에 나선형의 습동홈부를 형성하고 상기 습동홈부에 습동자가 끼워져 회전각도를 검출할 수 있도록 포텐쇼미터를 하측 커버에 설치하면 동일한 결과를 얻어낼 수 있다.

또한, 습동자와 직선형 인쇄저항판으로 구성된 포텐쇼미터 대신 홀 이팩트(HALL EFFECT)를 이용한 센싱소자 또는 MR 방식의 센싱소자를 교체하여 이용하면 다회전 각도 검출이 가능한 회전각도 검출장치를 제작할 수 있다.

본 발명의 회전각도 검출장치에 의하면 회전각도에 대한 최적의 회전비를 얻을 수 있도록 함과 동시에 회전축의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 습동자의 짧은 직선 변위량을 측정하여 회전각도를 정확히 검출할 수 있기 때문에 실제로 저항인쇄 패턴의 길이를 수십배 정도 짧게 하는 것이 가능하게 된다.

결국 습동자의 이동거리를 짧게 하면서 넓은 범위의 각도측정이 가능해져 장치의 내구성이 대폭 향상될 수 있을 뿐 아니라 제조 공정의 불량 감소 및 직선성 향상을 통해 장치의 제조 원가 절감과 대외 경쟁력 확보를 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 나선형의 습동홈부가 길게 형성되는 회전부재와, 상기 회전부재가 삽입되는 커버부재와, 상기 회전부재의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 회전각도를 측정할 수 있도록 상기 커버부재에 설치되는 포텐쇼미터로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전각도 검출장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 포텐쇼미터는 저항 패턴이 형성된 인쇄 저항판과, 상기 습동홈부에 삽입가능한 노브가 일측에 형성되고 타측에는 상기 저항 패턴과 접촉하여 도체와 저항체를 접촉시켜 저항값이 변하도록 하는 콘택터가 부착된 습동자로 구성된 것을 특징으로 하는 회전각도 검출장치.

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