KR100424369B1 - 이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각각 1/2씩 N극과 S극으로 착자된 환형자석이 회전함에 따른 자기장의 변화에 의하여 발생되는 전류의 세기 또는 자기장의 세기를 검지하므로서 특정 물체의 회전각을 검출하는 이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서에 관한 것으로, N극과 S극이 각각 1/2씩 착자되고 전면으로 핀홀이 형성된 링형상의 환형자석; 그 내부에 환형자석이 삽입되어 안착되는 환형자석 안착홈이 형성되고, 환형자석의 핀홀을 거쳐 핀이 고정되도록 다른 핀홀이 형성된 환형자석 홀더로 이루어진 회전자; 환형자석이 회전함에 따른 자기장의 방향 변화에 의하여 발생되는 전류의 세기 또는 자기장의 세기를 검지하는 센서소자; 센서소자가 내부에 내장되고 센서소자 바디의 전방으로 돌출되며, 환형자석의 중심에 위치하는 센서소자 하우징; 센서소자 하우징이 일체형으로 고정되는 센서소자 바디로 이루어진 고정자로 구성되어 회전자가 고정자를 중심으로 회전할 때에 변화되는 자기력에 따라 그 회전각을 검출하는 것을 특징으로 한다.

Description

이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서{The non-contactive sensor utilizing anisotropic magnets}

본 발명은 각각 1/2씩 N극과 S극으로 착자된 환형자석이 회전함에 따른 자기장의 변화에 의하여 발생되는 전류의 세기 또는 자기장의 세기를 검지하므로서 특정 물체의 회전각을 검출하는 이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서에 관한 것으로, N극과 S극이 각각 1/2씩 착자되고 전면으로 핀홀이 형성된 링형상의 환형자석; 그 내부에 환형자석이 삽입되어 안착되는 환형자석 안착홈이 형성되고, 환형자석의 핀홀을 거쳐 핀이 고정되도록 다른 핀홀이 형성된 환형자석 홀더로 이루어진 회전자; 환형자석이 회전함에 따른 자기장의 방향 변화에 의하여 발생되는 전류의 세기 또는 자기장의 세기를 검지하는 센서소자; 센서소자가 내부에 내장되고 센서소자 바디의 전방으로 돌출되며, 환형자석의 중심에 위치하는 센서소자 하우징; 센서소자 하우징이 일체형으로 고정되는 센서소자 바디로 이루어진 고정자로 구성되어 회전자가 고정자를 중심으로 회전할 때에 변화되는 자기력에 따라 그 회전각을 검출하는 것을 특징으로 하는 이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서에 관한 것이다.

일반적으로 자기력을 이용한 마그네틱 센서(magnetic sensor)는 자기장의 크기를 측정하는 센서로서, 넓은 뜻으로는 자기헤드까지 포함하지만, 좁은 뜻으로는 자기장의 영향으로 여러 가지 물성량(物性量)이 변화하는 효과를 이용하는 것을 말한다.

예를 들면, 반도체에 흐르는 전류에 대해 수직으로 자기장을 걸면 전압이 발생하는 홀효과(Hall effect)나 자기장의 영향으로 전기저항이 증대하는 자기저항효과 등이 있다. 인듐, 안티몬 같은 금속간의 화합물은 이런 효과가 크다. 최근에는 조세프슨소자를 사용하여 매우 좋은 감도로 자기장을 측정하는 연구가 행해지고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 마그네틱 센서는 단순히 자기장의 크기만을 측정함으로, 그 기능이 단순하여 다양한 산업분야에 활용되지 못하는 문제점이 있었으며, 자석으로서 환형자석을 사용하므로서 구조가 간단해지고 회전각을 측정할 수 있는 센서에 관한 언급은 전혀 없는 상태이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 각각 1/2씩 N극과 S극으로 착자된 환형자석이 회전함에 따른 자기장의 변화에 의하여 발생되는 전류의 세기 또는 자기장의 세기를 검지하므로서 특정 물체의 회전각을 검출하며 구조가 간단하고 다양한 산업 분야에 적용 가능한 이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서의 바람직한 실시예를 나타낸 분해 사시도,

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 센서에 있어서, 고정자에 대한 회전자의 자기력선 방향 변화에 따른 전압 변화량을 나타낸 개념도,

도 3은 본 발명의 센서에 있어서, 자기장과 회전각 사이의 변위값을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 핀 120 : 환형자석

121 : 핀홀 130 : 환형자석 홀더

131 : 핀홀 132 : 환형자석 안착홈

140 : 센서소자 141 : 센서소자 하우징

142 : 센서소자 바디 100 : 회전자

200 : 고정자

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서는, N극과 S극이 각각 1/2씩 착자되고 전면으로 핀홀이 형성된 링형상의 환형자석; 그 내부에 환형자석이 삽입되어 안착되는 환형자석 안착홈이 형성되고, 환형자석의 핀홀을 거쳐 핀이 고정되도록 다른 핀홀이 형성된 환형자석 홀더로 이루어진 회전자; 환형자석이 회전함에 따른 자기장의 방향 변화에 의하여 발생되는 전류의 세기 또는 자기장의 세기를 검지하는 센서소자; 센서소자가 내부에 내장되고 센서소자 바디의 전방으로 돌출되며, 환형자석의 중심에 위치하는 센서소자 하우징; 센서소자 하우징이 일체형으로 고정되는 센서소자 바디로 이루어진 고정자로 구성되어 회전자가 고정자를 중심으로 회전할 때에 변화되는 자기력에 따라 그 회전각을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 환형자석은 Nd-Fe-B로 이루어진 것이 바람직하며, Nd-Fe-B의 조성 비율은 착자 후에 자속밀도, 자석의 강도 등을 고려하여 반복 실험을 통하여 결정될 수 있고, 내부의 자속밀도가 1000G(gauss)일 때 1 ∼ 5V가 변하므로 1000 G(gauss)로 착자되어 90°의 회전각을 검출할 수 있도록 하는 것이 효과적이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서의 바람직한 실시예를 나타낸 분해 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 회전자(100)와 고정자(200)로 구성되어 회전자(100)가 고정자(200)를 중심으로 회전할 때에 자기장의 방향 변화에 의하여 발생되는 전류의 세기 또는 자기장의 세기를 검지하여 회전자(200)의 회전각을 검출한다.

이를 위하여, 회전자(100)는 1/2씩 서로 다른 극성으로 착자되고 전면으로 핀홀(121)이 형성된 링형상의 환형자석(120); 내부에 환형자석(120)이 삽입되어 안착되는 환형자석 안착홈(132)이 형성되고, 환형자석(120)의 핀홀(121)을 거쳐 핀(110)이 고정되도록 다른 핀홀(131)이 형성된 환형자석 홀더(130)로 이루어진다.

또한, 고정자(200)는 센서소자 바디(142); 센서소자 바디(142)의 전방으로 돌출되며 그 내부에 센서소자(140)가 내장되어 환형자석(120) 중심으로 위치하는 센서소자 하우징(141)으로 이루어진다.

한편, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 센서에 있어서, 고정자에 대한 회전자의 자기력선 방향 변화에 따른 전압 변화량을 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명의 센서에 있어서, 환형자석 필드와 회전각 사이의 변위값을 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이 내부 자속밀도가 1000G 일 때 90°회전을 해야 1 ~ 5V가 변화하므로, 본 발명에서는 자속밀도를 1000G로 착자하여 90°의 회전각을 검출하는 것이 바람직하다.

여기서, 환형자석(120)에 의하여 발생하는 마그네틱 필드는 자석의 종류에 의하여 및/또는 자석의 내/외경, 두께에 의하여 영향을 받게 된다. 따라서, 본 발명에서는 환형자석(120)으로 Nd자석, 페라이트(Ferrite) 자석, Sm자석, AlNiCO 자석 등과 같이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 자석이 모두 사용 가능하지만, 자속 밀도, 자기력 등을 고려할 때 Nd-Fe-B로 이루어진 것이 가장 효과적이었으며, Nd-Fe-B의 조성 비율을 변화시켜 그 내부 자속밀도가 1000 G(gauss)가 되도록 착자한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

고정자(200)는 센서소자 바디(142), 센서소자 바디(142)의 전방으로 돌출되며 그 내부에 센서소자(140)가 내장되어 환형자석(120) 중심으로 위치하는 센서소자 하우징(141)에 의하여 특정 물체에 고정된다.

이후, 회전자(100)는 1/2씩 서로 다른 극성으로 착자되고 전면으로 핀홀(121)이 형성된 링형상의 환형자석(120), 그 내부에 환형자석(120)이 삽입되어 안착되는 환형자석 안착홈(132)이 형성되고, 환형자석(120)의 핀홀(121)을 거쳐 핀(110)이 고정되도록 다른 핀홀(131)이 형성된 환형자석 홀더(130)가 센서소자 하우징(141)에 회전 가능하게 결합된다.

따라서, 회전자(100)가 고정자(200)를 중심으로 회전하면, 도 2에 도시된 바와 같이 자기력이 변화하고, 이에 따라 센서소자(140)에서는 환형자석(120)의 회전각에 대응하는 각각의 전압을 검출할 수 있으므로, 이를 통하여 그 회전각을 검출하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 N극과 S극이 각각 1/2씩 착자되고 전면으로 핀홀이 형성된 링형상의 환형자석; 그 내부에 환형자석이 삽입되어 안착되는 환형자석 안착홈이 형성되고, 환형자석의 핀홀을 거쳐 핀이 고정되도록 다른 핀홀이 형성된 환형자석 홀더로 이루어진 회전자; 환형자석이 회전함에 따른 자기장의 방향 변화에 의하여 발생되는 전류의 세기 또는 자기장의 세기를 검지하는 센서소자; 센서소자가 내부에 내장되고 센서소자 바디의 전방으로 돌출되며, 환형자석의 중심에 위치하는 센서소자 하우징; 센서소자 하우징이 일체형으로 고정되는 센서소자 바디로 이루어진 고정자로 구성되어 회전자가 고정자를 중심으로 회전할 때에 변화되는 자기력에 따라 그 회전각을 검출할 뿐만 아니라 구조가 간단하고 다양한 산업 분야에 적용 가능한 이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서를 용이하게 얻을 수 있었다.

Claims (4)

1. 내부 자속밀도가 1000 G(gauss)가 되도록 착자되어지되 N극과 S극이 각각 1/2씩 착자되고 전면으로 핀홀(121)이 형성된 링형상으로 이루어진 Nd-Fe-B 성분의 환형자석(120);

   내부에 환형자석(120)이 삽입되어 안착되는 환형자석 안착홈(132)이 형성되고, 환형자석(120)의 핀홀(121)을 거쳐 핀(110)이 고정되도록 다른 핀홀(131)이 형성된 환형자석 홀더(130)로 이루어진 회전자(100);

   환형자석(120)이 회전함에 따른 자기장의 방향 변화에 의하여 발생되는 전류의 세기 또는 자기장의 세기를 검지하는 센서소자(140);

   센서소자(140)가 내부에 내장되고 센서소자 바디(142)의 전방으로 돌출되며, 환형자석(120)의 중심에 위치하는 센서소자 하우징(141); 및

   센서소자 하우징(141)이 일체형으로 고정되는 센서소자 바디(142)로 이루어진 고정자(200)로 구성되며,

   회전자(100)가 고정자(200)를 중심으로 회전할 때에 변화되는 자기력에 따라 그 회전각을 검출하는 것을 특징으로 하는 이방성 자석을 이용한 비접촉식 센서.
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