KR100368748B1 - 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 외부의 회전체를 이용하여 엔코더 기능을 수행할 수 있도록 하는 엔코더 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 휠의 가장자리 부근에서 소정 간격으로 배열된 격자를 구비한 수단을 갖고, 격자의 방향을 회전체의 축방향과 평행하도록 배치시킨 모터 외부의 회전체, 격자 면에 대하여 광을 입사시키도록 배치된 발광소자, 및 격자 면으로 입사되어 격자 사이의 슬릿을 투과한 광을 검출하도록 배치되거나, 격자 면으로 입사되어 격자 면에서 반사되는 광을 검출하도록 배치되는 수광소자를 포함한다. 따라서, 모터 제작시 엔코더를 위한 공간을 확보하고 부가적인 부착물을 설치함이 없이 각종 모터의 축에 부착시키는 회전체를 이용하여 엔코딩 기능을 구현할 수 있다.

Description

모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템{AN ENCODER SYSTEM USING A BODY OF REVOLUTION OUTSIDE A MOTOR}

본 발명은 엔코더에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 예를 들면 모터 외부의 회전체를 이용하여 엔코더의 기능을 수행할 수 있도록 하는 엔코더 시스템에 관한 것이다.

엔코더 라함은 입력축에 주어진 물리적 변위량 (기계적인 이동량, 회전량) 을 전기적 디지탈 신호로 변환하는 광센서로서 로봇 아암의 각도 조절, 수치 제어 공작 기계, 사무 자동화 기기 등 정밀 제어용 기기에 필수적인 요소이다. 또한, 제어계의 회전 위치나 속도가 디지털 신호로 나타나므로 디지털 회로에서의 인터페이스가 용이하며, 그 용도가 점차 확대되고 있다.

이러한 엔코더 시스템이 적용된 종래 기술을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 은 서보 모터에 광학식 엔코더 (1) 가 일체로 구현된 종래 기술의 일예를 도시하는 도면이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 서보 모터 (1) 는 전동부 (2) 와 서보 모터의 축의 말단에 접속되어 형성되는 엔코더 (3) 로 이루어지며, 엔코더 (3) 는 일반적으로 모터 뒤쪽에 접속된다. 이와 같은 종래의 엔코더 시스템은 모터 (1) 가 구동되면 회전축에 접속되는 회전격자 (5) 도 함께 구동되고, 이와 함께 발광소자 (4) 에서 광을 발광시키고, 발광소자 (4) 에서 나오는 광은 회전격자 (5) 와 고정격자 (6) 를 통과하고 수광소자 (7) 에서 검출한다. 회전격자 (5) 는 유리로 된 원판에 등간격으로 분할되어 있다. 분할의 개수는 모터의 명판에 있는 펄스로 알 수 있다. 예를 들면, 2000, 2500, 3000, 6000 펄스 등이 많이 사용된다.

이와 같은 엔코더는 정밀모터 제어를 위해서는 필수적인 기술이나, 모터 내부에 엔코더를 설치하여야 하기 때문에, 최조 기구 설계시부터 엔코더를 위한 공간을 확보해 두어야 하며, 엔코더 설치 시 원형의 회전 격자나 고정 격자를 만들어 부착해야 한다는 단점이 있다.

또한, 종래의 엔코더 시스템은 정밀도에 따라서 가격이 다르고 고가라는 문제점이 있다,

따라서, 본 발명의 목적은 모터 내에 엔코더를 위한 공간을 확보하고 부가적인 부착물을 설치함이 없이 각종 모터의 축에 부착시키는 회전체를 이용하여 엔코딩 기능을 구현할 수 있는 엔코더 시스템을 제공하는데 있다.

도 1 은 서보 모터의 내부에 광학식 엔코더가 일체로 구현된 종래 기술의 일예를 도시하는 도.

도 2 는 본 발명에 따른 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템의 일실시예를 도시한 도.

도 3a 는 본 발명에 따른 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템의 다른 실시예를 도시한 도이고, 도 3b 는 반사형 센서의 확대도.

도 4 는 본 발명에 따른 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템의 또다른 실시예를 도시한 도,

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 서보 모터 2 : 전동부

3 : 엔코더 4, 13, 18 : 발광소자

5 : 회전격자 6 : 고정격자

7, 14, 19 : 수광소자 10 : 바퀴

11 : 모터 12 : 모터축

15 : 격자 17 : 광센서

20 : 원형의 림부 21 : 광흡수제의 접착부

본 발명은, 휠의 가장자리 부근에서 소정 간격으로 배열된 격자를 구비한 수단을 갖고, 격자의 방향을 회전체의 축방향과 평행하도록 배치시킨 모터 외부의 회전체, 격자 면에 대하여 광을 입사시키도록 배치된 발광소자, 및 격자 면으로 입사되어 격자사이의 슬릿을 투과한 광을 검출 할수 하도록 배치되는 수광소자를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 의하면, 휠의 가장자리 부근에서 소정 간격으로 배열된 격자를 구비한 수단을 갖고, 격자의 방향을 회전체의 축방향과 평행하도록 배치시킨 모터 외부의 회전체, 격자 면에 대하여 광을 입사시키도록 배치되는 발광소자, 및 격자면으로 입사되어 격자 면에서 반사되는 광을 검출할 수 있도록 배치되는 수광소자를 포함한다.

본 발명은 회전체에 구비된 슬릿의 간격에 따라 속도 제어와 위치 제어의 정밀도를 정할 수 있도록 제작된다.

본 발명의 또다른 태양에 의하면, 휠의 가장자리 부근에 소정 간격으로 광흡수제를 부착하고, 광흡수제 접착부의 방향을 회전체의 축방향과 평행하도록 배치시킨 원형의 림부를 구비한 수단을 갖는 모터 외부의 회전체, 광흡수제가 부착된 림부면에 대하여 광을 입사시키도록 배치된 발광소자, 및 림부면으로 입사되어 림부면에서 반사되는 광을 검출할 수 있도록 배치되는 수광소자를 포함한다.

본 발명은, 그 림부에 광흡수제가 부착된 면의 간격에 따라 속도 제어와 위치 제어의 정밀도를 정할 수 있도록 제작된다.

여기서, 회전체는 원형, 타원형 또는 캐터필러형의 형태가 될 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템의 일실시예를 도시한 도이다. 구체적으로는 예를 들어 모형 자동차와 같은 장난감의 앞 바퀴 부근에 투과형 센서가 부착되는 경우의 형태를 확대하여 개략적으로 도시한 격자를 구비한 바퀴 엔코더 시스템의 측면분해도이다.

여기서, 바퀴 (10) 의 내측부에는 바퀴 휠의 가장자리 부근에서 소정 간격으로 배열된 격자 (15) 를 가지면서, 격자 (15) 의 방향을 바퀴의 축방향과 평행하도록 배치시킨다. 격자 (15) 는 소정의 등간격으로 분할되어 배치된다. 이 경우 좀 더 정밀한 제어를 위해서는, 격자 (15) 사이의 슬릿의 수를 확대하여 조정할 수 있다.

여기서 바퀴 (10) 는 크기에 관계없이 적용 가능하며 원형과 타원형 등과 같은 바퀴의 모양에 관계없이 적용이 가능하다.

또한, 격자를 구비한 바퀴는 바퀴제작이 가능한 재료나 소재라면 어떠한 재료나 소재에도 그 적용이 가능하다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 바퀴 (10) 는 모터의 구동축 (12) 에 부착되며, 바퀴 회전시 격자 (15) 사이의 슬릿을 통하여 입사된 광을 검출 할 수 있도록 하기 위하여, 격자 면에 광을 입사시키는 발광소자 (13) 가 격자 면 외부의 위쪽에 설치되어 있고, 이와 같이 입사하여 투과되는 광을 검출할 수 있도록 수광소자 (14) 가 격자 면 내부에서 입사된 광을 검출할 수 있도록 설치되어 있다. 여기서 발광소자 (13) 와 수광소자 (14) 의 위치가 서로 바뀌도록 설치되어도 무방하다, 또한, 발광소자 (13) 와 수광소자 (14) 사이의 간격을 넓게 설치할 수 있는 공간이 확보된다면 타원 형상의 바퀴 등에도 적용이 가능하다.

모형 자동차에 부착된 구동 스위치를 온하는 경우, 이에 의하여 모터가 구동하여 바퀴가 회전하게 되고, 이와 함께 발광 소자에서 나오는 광은 도 2 의 바퀴의 단면도에 도시된 바와 같은 격자의 외부면에 수직으로 입사하게 되고, 입사되는 광중 격자로 입사되는 광은 반사되지만 격자 사이에 형성되는 슬릿으로 입사되는 광은 투과되어 수광소자 (14) 에서 검출하게 되며, 이와 같은 검출 정보, 예를 들면, 단위 시간당 검출되는 반사광의 수를 이용하여 모터의 속도 제어와 위치 검출이 되도록 할 수 있다. 이 경우 입사되는 광이 반드시 수직으로 입사될 필요는 없으며, 투과되는 광을 검출할 수 있으면 각도에 관계없이 적용가능하다.

도 3a 는 본 발명에 따른 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템의 다른 실시예를 도시한 도이다. 구체적으로는 전술한 장난감 자동차의 앞 바퀴에 반사형 센서 (17) 가 부착되는 경우의 형태를 확대하여 개략적으로 도시한 격자를 구비한 바퀴를 이용한 엔코더 시스템의 측면분해도이다. 도 3b 는 3a 에 도시된 격자를 구비한 바퀴를 이용한 엔코더 시스템의 반사형 센서 (13) 의 확대도이다.

도 3b 에 도시된 바와 같이, 반사형 센서 (17) 는 발광소자 (18) 와 수광소자 (19) 가 함께 위치하고 있으며, 발광소자 (18) 에서 광을 격자 (15) 의 외부 면에 수직으로 입사시키면, 격자 (15) 외부면에서 반사되는 광을 수광소자 (19) 에서 검출하게 되며, 이와 같이 검출된 정보에 의하여 모터의 속도 제어와 위치 검출이 가능하게 된다. 이 경우에도 발광소자 (18) 와 수광소자 (19) 의 위치는 서로 바뀌어도 무방하다, 또한, 입사되는 광은 반드시 수직일 필요는 없고, 이와 같은 경우에는 수광소자 (19) 를 분리하여 격자 외부면에서 반사되는 광이 검출될 수 있는 위치에 설치하면 된다.

도 4 는 본 발명에 따른 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템의 또다른 실시예를 도시한 도이다. 구체적으로는 전술한 장난감 자동차의 앞 바퀴에 반사형 센서 (17) 가 부착되는 경우의 형태을 확대하여 개략적으로 도시한 원형의 림부 (20) 를 구비한 바퀴를 이용한 엔코더 시스템의 측면분해도이다,

도 4 에 도시된 바와 같이, 바퀴에는 원형의 림부 (20) 가 구비되어 있고, 이와 같은 원형의 림부 (20) 는 광흡수제를 바퀴의 축에 평행한 방향으로 원형의 림부 (20) 의 외부면에 접착시킨 광흡수제 접착부 (21) 를 구비하고, 반사형 광센서 (17) 를 원형의 림부 (20) 의 외부 면에 수직하게 위치시킨다. 이 경우에도 발광소자(18) 와 수광소자 (19) 의 위치는 서로 바뀌어도 무방하다. 또한 수광소자 (19) 를 분리하여 림부 면에서 반사되는 광을 검출할 수 있도록만 위치시킬 수 있다면, 반드시 반사형 광센서 (17) 를 수직으로 위치시킬 필요는 없다. 발광소자 (18) 에서 광을 원형의 림부 (19) 의 외부면에 수직하게 입사시키면 광흡수제가 접착되지 않은 부분에 입사된 광은 반사되고, 반사된 광은 발광소자 (18) 의 바로 옆에 위치한 수광소자 (19) 에서 검출하게 되며, 이와 같이 검출된 정보에 의하여 모터의 속도 제어와 위치 검출이 가능하게 된다.

여기서, 광흡수제는 입사광을 흡수할 수 있는 재료라면 어느 것도 무방하다.

도 4 에서는 원형의 림부 (20) 를 구비한 바퀴에 대해서 도시를 하였지만 격자를 구비한 바퀴에서와 마찬가지로 그 형태는 타원형, 캐터필러형 등과 같이 그 형태에 구애됨이 없이 사용할 수 있다.

원형의 림부를 구비한 바퀴는 바퀴제작이 가능한 재료나 소재라면 어떠한 재료나 소재에도 그 적용이 가능하다.

또한, 전술한 엔코더는 교육용 로봇부터 반도체 장비, 장난감에 이르기 까지 다양하게 적용될 수 있다.

본 발명은 상기의 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 이는 예시를 위하여 사용된 것이며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 첨부된 청구범위에서 정의된 것처럼 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 다양한 수정을 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 모터 제작시 엔코더를 위한 공간을 확보해두고 이에 적합한 회전격자 등을 구비할 필요없이, 바퀴에 격자나 광흡수제를 접착한 원형의 림부를 구비시켜 이에 의하여 엔코더 기능을 수행할 수 있게 함으로써 모터 제작에 있어서 제작 공정을 줄여서 모터의 제조 단가를 절감할 수 있고, 모터에 필요한 공간을 줄여서 보다 공간 확보에 효과적이다.

따라서, 본 발명은 저가이면서도 정밀도가 유지되는 모터용 엔코더 시스템으로서 이를 이용하여 보다 정밀한 저가의 구동 제어 제품을 개발할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 휠의 가장자리 부근에 소정 간격으로 배열된 격자를 구비한 수단을 갖고, 상기 격자의 방향이 회전체의 축방향과 평행하도록 배치된 모터 외부의 회전체;

   상기 격자 면에 대하여 광을 입사시키도록 배치된 발광소자; 및

   상기 격자 면으로 입사되어 상기 격자 사이의 슬릿을 투과한 상기 광을 검출할 수 있도록 배치된 수광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템.
2. 휠의 가장자리 부근에서 소정 간격으로 배열된 격자를 구비한 수단을 갖고, 상기 격자의 방향이 회전체의 축방향과 평행하도록 배치된 모터 외부의 회전체;

   상기 격자면에 대하여 광을 입사시키도록 배치된 발광소자; 및

   상기 격자면으로 입사되어 상기 격자면에서 반사되는 상기 광을 검출할 수 있도록 배치된 수광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 회전체에 구비된 상기 슬릿의 간격에 따라 속도 제어와 위치 제어의 정밀도를 정할 수 있도록 제작되는 것을 특징으로 하는 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 회전체는 원형, 타원형 또는 캐터필러형의 형태인 것을 특징으로 하는 모터 외부의 회전체를 이용한 엔코더 시스템.