KR100458375B1 - Non-contact type rotary positioning sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서로 다른 지점에 위치하는 2개의 센싱바에 의해 검출된 자성의 크기를 1개의 홀 소자로 검지함으로써, 회전체의 편심으로 인해 발생할 수 있는 자성의 불균형을 해소하여 회전체의 회전에 따른 자성의 크기를 정확히 측정할 수 있는 비접촉식 회전변위센서에 관한 것으로, 이 회전변위센서는 바닥면에 안착시트(32)가 형성된 하우징(30)과, 상기 하우징(30)을 덮는 것으로 센서 장착공(22) 및 관통공(24)을 지닌 커버(20)와, 일단은 상기 하우징(30)의 안착시트(32)에 안착되고 중간의 결합 플랜지(44)는 상기 커버(20)의 관통공(24)둘레에 결합되어 상기 하우징(30)내에 회전 가능하게 지지되며 상단에는 결합홈(42a)이 형성된 회전체(40)와, 일단은 상기 결합홈(42a)에 삽입되는 결합돌출부(12)에 의해서 상기 회전체(40)와 연결되고 타단은 측정하고자 하는 회전대상물체와 연결되는 회전 샤프트(10)와, 상기 회전체(40)의 베이스부(46)에 삽입되는 영구자석(50)과, 상기 회전체(40)의 베이스부(46)를 둘러싸고 평행하게 배치되어 상기 영구자석(50)의 위치를 감지하는 센싱바(60), (62)와, 홀 소자(72)를 개재하여 상기 센싱바(60), (62)와 연결된 상태로 상기 하우징(30)내에 배치되는 PCB(70)로 구성된다.The present invention detects the magnitude of the magnetism detected by two sensing bars located at different points with one Hall element, thereby eliminating the imbalance of the magnetism that may be caused by the eccentricity of the rotating body, thereby causing the magnetic body to rotate. It relates to a non-contact rotational displacement sensor that can accurately measure the size of the sensor, the rotational displacement sensor is a sensor mounting hole 22 by covering the housing 30 and the housing 30, the seating seat 32 is formed on the bottom surface 22 And a cover 20 having a through hole 24, one end of which is seated on a seating sheet 32 of the housing 30, and an intermediate coupling flange 44 is a through hole 24 of the cover 20. Is coupled to the circumference is rotatably supported in the housing 30, the upper end of the rotating body 40 is formed with a coupling groove (42a), one end by the coupling protrusion 12 is inserted into the coupling groove (42a) Is connected to the rotating body 40 and the other end to be measured The rotating shaft 10 connected to the object, the permanent magnet 50 inserted into the base portion 46 of the rotating body 40, and the base portion 46 of the rotating body 40 in parallel and in parallel Arranged to detect the position of the permanent magnet 50, the sensing bar 60, 62, and through the Hall element 72 connected to the sensing bar 60, 62 in the state of the housing 30 It is composed of a PCB 70 disposed in).
Description
1. 발명이 속하는 기술분야1. Field of invention
본 발명은 비접촉식 회전변위센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 서로 다른 지점에 위치하는 2개의 센싱바에 의해 검출된 자성의 크기를 1개의 홀 소자로써 검지하여, 회전체의 편심으로 인해 발생할 수 있는 자성의 불균형을 해소하여 회전체의 회전에 따른 자성의 크기를 정확히 측정할 수 있는 비접촉식 회전변위센서에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact rotational displacement sensor, and more particularly, by detecting the magnitude of the magnetism detected by two sensing bars located at different points with one Hall element, which may occur due to the eccentricity of the rotating body. The present invention relates to a non-contact rotational displacement sensor capable of accurately measuring the magnitude of magnetism according to the rotation of a rotating body by eliminating magnetic imbalance.
2. 발명분야의 종래기술2. Prior art in the field of invention
통상, 회전변위센서는 연속적으로 변화하는 회전체의 물리적 변화량을 전기적 회로에서 응용하기 위해 사용하는 것으로, 전기적 신호 출력기능이 구비되어 있는 회전위치 변위센서의 경우에는 산업의 각 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 일예로서, 운송차량의 엔진 스로틀 밸브의 개도량 제어나 스티어링 샤프트의 회전각제어, 전자식 가속페달의 답량제어, 중장비와 농기계의 위치제어 및 유체 이송밸브의 개폐 측정 등에 사용되고 있다.In general, the rotation displacement sensor is used to apply the physical variation of the rotating body continuously changing in the electrical circuit, the rotation position displacement sensor equipped with the electrical signal output function is used in various fields of the industry have. For example, it is used to control the opening amount of the engine throttle valve of the transportation vehicle, the control of the rotation angle of the steering shaft, the control of the electronic accelerator pedal, the position control of heavy equipment and agricultural machinery, and the opening and closing measurement of the fluid transfer valve.
회전 변위를 측정하는 방법으로는 전기저항식(potentiometric), 암호판식 엔코더식(coded disk shaft encoder), 홀센서식(hall element), 자기식(magneto-resistive), 자력식(inductive sensing) 등이 있으며, 실제 사용시에는 상용차량이나 중장비 등의 험악한 운전조건에서 요구하는 섭씨 -40℃ 내지 +70℃에서 작동이 가능하며 먼지와 진동 등의 환경조건에서 요구하는 최소 내구수명 약500만회의 내구성능과 ±2%정도를 유지할 수 있어야 한다.Methods of measuring rotational displacement include potentiometric, coded disk shaft encoders, hall elements, magneto-resistive, and inductive sensing. In actual use, it can operate at -40 ℃ to + 70 ℃, which is required in harsh operating conditions such as commercial vehicles or heavy equipment, and it has durability of ± 5 million times of durability and ± minimum durability life required by environmental conditions such as dust and vibration. It should be able to maintain about 2%.
그러나, 전기저항식 회전변위센서는 PCB기판 떠는 세라믹기판에 저항 트랙을 가공한 것으로, 온도에 따른 전기적 특성의 변화와 브러시 마모에 의한 내구수명과 측정정도의 한계와 같은 단점들을 지니고 있다.However, the electric resistance rotational displacement sensor is a resistance track processed on a ceramic substrate floating on the PCB substrate, and has disadvantages such as a change in electrical characteristics with temperature and a limitation of durability life and measurement accuracy due to brush wear.
예를 들면, 첫째, 전기저항의 일반적인 특성인 온도변화에 따른 저항특성값의 광범위한 변화량 때문에 각 엔진의 특성에 따라 공장에서 조절된 초기값이 사용중에 그 제한값을 벗어나는 경우가 발생한다.For example, first, due to the wide variation of resistance characteristic values with temperature change, which is a general characteristic of electrical resistance, an initial value adjusted at the factory according to the characteristics of each engine may be out of the limit value during use.
둘째, 전기 저항트랙과 브러시의 회전마모 접촉 구조를 가지므로, 주변 전기장치에 기인하는 전기적인 노이즈, 가혹한 운전조건(먼지, 습기, 진동, 온도)에서 오는 내구 신뢰성의 변화와 정확도의 결여 등의 결함이 있다.Second, since it has the contact resistance structure of the electric resistance track and the brush, there is a lack of accuracy and the reliability of the durability due to the electric noise caused by the surrounding electric devices, harsh operating conditions (dust, moisture, vibration, temperature), etc. It is defective.
셋째, 전기 저항트랙과 브러시의 회전접촉에 의한 기계적 구조를 지니므로, 전기적인 특성을 변화시키기 위해서는 별도의 금형과 기계적 성능시험을 하여야 하며, 그에 따른 시간적 경제적 비용이 많이 소요되는 문제가 있다. 가령, 정격용량의 한계(상용차량은 0.5와트 정격, 중장비는 1.5와트 정격), 저항값의 변화(2.5kΩ, 5kΩ, 싱글트랙, 더블트랙).Third, because of the mechanical structure of the electrical resistance track and the rotational contact of the brush, in order to change the electrical characteristics, a separate mold and mechanical performance test must be performed, resulting in a time-consuming and costly problem. For example, the limit of rated capacity (0.5 watt rating for commercial vehicles, 1.5 watt rating for heavy equipment), change in resistance value (2.5 kΩ, 5 kΩ, single track, double track).
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제][Technical problem to be achieved]
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 서로 상위한 지점에 위치하는 2개의 센싱바에 의해서 검출된 자성의 크기를 1개의 홀 소자에 인식시킴으로써, 회전체의 편심으로 인해 발생할 수 있는 자성의 불균형량을 소거하여 회전에 따른 자성의 크기를 정확히 측정할 수 있는 비접촉식 회전변위센서를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve this problem, the present invention recognizes the magnitude of the magnetism detected by the two sensing bars positioned at mutually different points in one hall element, thereby detecting an unbalance amount of the magnetism generated by the eccentricity of the rotating body. It is an object of the present invention to provide a non-contact rotational displacement sensor that can accurately measure the magnitude of magnetism by rotation.
본 발명의 다른 목적은 자성의 크기에 따라 홀 소자에 의해 검출된 전류의 변화량을 전압의 변화로써 측정하여 센서의 출력신호로 이용함과 동시에, 검출된 신호를 아날로그 디지털 변환기를 사용하여 고 분해능의 디지털 신호로 변화하여 현재의 위치를 디지털 검출하는 방식을 채용함으로써, 회전체의 각 위치를 정량적으로 검출할 수 있는 비접촉식 회전변위센서를 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to measure the amount of change in the current detected by the Hall element according to the size of the magnet as a change in voltage and to use it as an output signal of the sensor. It is an object of the present invention to provide a non-contact rotational displacement sensor capable of quantitatively detecting each position of a rotating body by adopting a method of digitally detecting a current position by changing into a signal.
본 발명의 또 다른 목적은 리미트 스위치와 같은 기계적 구조의 접촉식 스위치를 비접촉식 포토 커플러로 대체함으로써, 기계적 마모로 인해 발생할 수 있는 한계수명과 전기적 스파크 현상을 제거하고 부품수 및 크기를 줄일 수 있으며, 제작비용을 절감할 수 있는 비접촉식 회전변위센서를 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to replace the contact switch of the mechanical structure, such as limit switch with a non-contact photo coupler, to eliminate the limit life and electrical spark phenomenon that can be caused by mechanical wear, and to reduce the number and size of parts, The purpose is to provide a non-contact rotational displacement sensor that can reduce the manufacturing cost.
본 발명의 또 다른 목적은 온도변화를 비롯하여, 전원 노이즈, 증폭에 의한 노이즈, 전기모터, 콤프레샤, 먼지, 습기, 진동 등의 가혹한 운전조건에서 오는 불안정한 진폭이나, 진앙레벨을 안정화시킴으로써, 출력신호의 높은 직선형도와 낮은 히스테리시스를 갖는 정확한 출력값을 얻을 수 있는 비접촉식 회전변위센서를 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to stabilize the output signal by stabilizing unstable amplitude or epicenter level resulting from harsh operating conditions such as temperature change, power supply noise, amplification noise, electric motor, compressor, dust, moisture, and vibration. It is an object of the present invention to provide a non-contact rotational displacement sensor capable of obtaining accurate output values with high linearity and low hysteresis.
본 발명의 또 다른 목적은 센서의 외관을 변형시키지 않고도 마이크로프로세서의 알고리즘을 수정함으로써, 동일한 제품으로 아날로그, 디지털 신호를 출력할수 있으며, 다양한 회전위치에서 2개 이상의 신호 스위치를 작동시킬 수 있는 비접촉식 회전변위센서를 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to modify the algorithm of the microprocessor without modifying the appearance of the sensor, it is possible to output analog and digital signals with the same product, non-contact rotation that can operate two or more signal switches in various rotation positions The object is to provide a displacement sensor.
도 1은 본 발명에 따른 회전변위센서의 조립상태를 보인 사시도,1 is a perspective view showing an assembled state of a rotation displacement sensor according to the present invention,
도 2는 도 1에 도시한 회전체의 결합구조를 보인 분리 사시도.Figure 2 is an exploded perspective view showing a coupling structure of the rotating body shown in FIG.
도 3은 본 발명에 따른 회전변위센서의 분해상태를 평면 사시도.Figure 3 is a plan perspective view of an exploded state of the rotational displacement sensor according to the present invention.
도 4는 본 발명의 센싱바와 영구자석의 배치상태를 보인 개략도.Figure 4 is a schematic view showing the arrangement of the sensing bar and the permanent magnet of the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 회전변위센서에서의 전압과 회전각도의 관계를 보인그래프,5 is a graph showing the relationship between the voltage and the rotation angle in the rotation displacement sensor according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 회전변위센서의 처리과정을 보인 플로우차트,6 is a flow chart showing the processing of the rotational displacement sensor according to the present invention,
도 7은 본 발명에 따른 PCB의 블록도7 is a block diagram of a PCB according to the present invention.
♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣♣ Explanation of symbols for main part of drawing ♣
1:회전변위센서 10:회전 샤프트1: rotary displacement sensor 10: rotary shaft
12:결합돌출부 20:커버12: coupling protrusion 20: cover
22:센서 장착공 26:접착제 주입공22: Sensor mounting hole 26: Adhesive injection hole
30:하우징 40:회전체30: housing 40: rotating body
42a:결합홈 50:영구자석42a: combining groove 50: permanent magnet
60, 62:센싱바 70:PCB60, 62: sensing bar 70: PCB
72:홀 소자 80:오-링72: Hall element 80: O-ring
[발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명]Detailed Description of the Preferred Embodiments of the Invention
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비접촉식 회전변위센서는 바닥면에안착시트가 형성된 하우징과, 상기 하우징을 덮는 것으로 센서 장착공 및 관통공을 지닌 커버와, 일단은 상기 하우징의 안착시트에 안착되고 중간의 플랜지는 상기 커버의 관통공 둘레에 결합되어 상기 하우징내에 회전 가능하게 지지되며 상단에는 결합홈이 형성된 회전체와, 일단은 상기 결합홈에 삽입되는 결합돌출부에 의해서 상기 회전체와 연결되고 타단은 측정하고자 하는 회전대상물체와 연결되는 회전 샤프트와, 상기 회전체의 베이스부에 삽입되는 영구자석과, 상기 회전체의 베이스부를 둘러싸고 평행하게 배치되어 상기 영구자석의 위치를 감지하는 센싱바와, 홀 소자를 개재하여 상기 센싱바와 연결된 상태로 상기 하우징내에 배치되는 PCB로 이루어진 것을 특징으로 한다.The contactless rotational displacement sensor of the present invention for achieving the above object is a housing having a seating sheet formed on the bottom surface, a cover having a sensor mounting hole and a through hole to cover the housing, and one end is seated on the seating sheet of the housing The intermediate flange is coupled around the through hole of the cover to be rotatably supported in the housing, the upper end of which is connected to the rotating body by a rotating body having a coupling groove formed at one end thereof and a coupling protrusion inserted into the coupling groove. The other end of the rotating shaft connected to the object to be rotated to be measured, the permanent magnet inserted into the base portion of the rotating body, the sensing bar is disposed in parallel surrounding the base of the rotating body to sense the position of the permanent magnet; It is made of a PCB disposed in the housing in the state connected to the sensing bar via a Hall element It shall be.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉식 회전변위센서에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a non-contact rotary displacement sensor according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 회전변위센서의 조립상태를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 회전체의 결합구조를 보인 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 회전변위센서의 분해상태를 평면 사시도이다,First, Figure 1 is a perspective view showing the assembled state of the rotational displacement sensor according to the invention, Figure 2 is an exploded perspective view showing a coupling structure of the rotating body shown in Figure 1, Figure 3 is a rotational displacement sensor of the present invention The disassembled state is a flat perspective view,
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비접촉식 회전변위센서(1)에는 엔진이나 모터 프레임 또는 페달 스커트와 같은 피측정물과의 결합을 위한 스플라인이 형성된 회전 샤프트(10)가 구비되어 있으며, 회전 샤프트(10)는 하우징(30)상에 회전 가능하게 장착되어 있다. 하우징(30)의 상부에는 커버(20)가 씌워져 있으며, 하우징(30)의 후방에는 다수의 와이어가 돌출되어 있다. 이들 와이어(74)의 끝단에는 도시하지 않은 여러 가지 형태의 터미널이 끼워져 있어 도시하지 않은 커넥터 또는 와이어하네스와 접속된다. 커버(20)에는 본 발명의 회전변위센서를 피측정물에 결합시키기 위하여 하우징(30)을 관통하는 센서 장착공(22)이 형성되어 있으며, 일단에는 와이어(74)의 유동을 막기 위해 실리콘 등의 접착제를 주입하는 접착제 주입공(26)이 형성되어 있다.First, as shown in Figure 1, the non-contact rotational displacement sensor 1 according to the present invention is provided with a rotary shaft 10 is formed with a spline for coupling with the object to be measured, such as an engine or a motor frame or a pedal skirt The rotating shaft 10 is rotatably mounted on the housing 30. The cover 20 is covered with an upper portion of the housing 30, and a plurality of wires protrude from the rear of the housing 30. Various types of terminals (not shown) are fitted at the ends of these wires 74 to be connected to connectors or wire harnesses not shown. The cover 20 is formed with a sensor mounting hole 22 penetrating the housing 30 to couple the rotational displacement sensor of the present invention to the object to be measured, and at one end, silicon, etc., to prevent the flow of the wire 74. An adhesive injection hole 26 for injecting an adhesive is formed.
다음에 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 샤프트(10)는 하부의 결합돌출부(12)를 통해서 회전체(40)에 결합되며, 회전체(40)의 둘레에는 2개의 센싱바(60), (62)가 배이된다. 회전체(40)의 하단 베이스부(46)에는 영구자석(50)이 끼워져 있으며, 상기 센싱바(60), (62)는 회전 샤프트(10)를 통해서 전달되는 영구자석(50)의 위치변위를 감지하여 인쇄회로기판(printed circuit board; 이하, PCB라함)(70)으로 전달한다. 영구자석(50)은 회전체(40)의 플라스틱 사출시 미리 삽입되어, 회전체(40)에 견고하게 고정되며, 회전체(40) 및 리턴 스프링(82)의 작용으로 정역 방향으로 대략 90°의 각도로 왕복 회전한다.Next, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the rotary shaft 10 is coupled to the rotary body 40 through the lower coupling protrusion 12, and two sensing bars are formed around the rotary body 40. 60, 62 are doubled. Permanent magnet 50 is fitted to the lower base portion 46 of the rotating body 40, the sensing bar (60), 62 is the position displacement of the permanent magnet 50 is transmitted through the rotary shaft 10 Detects and transfers the printed circuit board (hereinafter referred to as PCB) 70. The permanent magnet 50 is inserted in advance during the plastic injection of the rotating body 40, is firmly fixed to the rotating body 40, approximately 90 degrees in the forward and reverse direction by the action of the rotating body 40 and the return spring 82 Rotate reciprocally at an angle of
여기에서, 회전체(40)의 상단 헤드부(42)에는 회전 샤프트(10)의 결합돌출부(12)가 삽입되는 결합홈(42a)이 형성되어 있으므로, 결합돌출부(12)를 이 결합홈(42a)에 삽입하여 고정하면 회전 샤프트(10)의 회전력이 회전체(40)로 정확하게 전달된다. 또한, 회전체(40)의 중간에는 결합 플랜지(44)가 형성되어 있다. 따라서, 조립시에 회전체(40)의 상단 헤드부(42)가 커버(20)의 관통공(24)에 삽입됨과 동시에, 결합 플랜지(44)는 관통공(24)의 하단 둘레와 센서 장착공(22)사이에 적정 간격을 가지고 결합됨으로써 회전체(40)를 상기 하우징(30)내에 회전 가능하게 지지하는 것이 가능하다. 관통공(24)의 상부 둘레에는 톱니부(24a)가 형성되어 있다. 회전체(40)의 하단 베이스부(46)에는 영구자석(50)이 삽입되어 있으며, 이 베이스부(46)와 결합 플랜지(44)사이에는 회전 샤프트(10)에 의해 회전된 회전체(40)를 원래의 위치로 복귀시키기 위한 리턴 스프링(82)이 감겨져 있다.Here, since the coupling groove 42a into which the coupling protrusion 12 of the rotary shaft 10 is inserted is formed in the upper head portion 42 of the rotating body 40, the coupling protrusion 12 is formed in the coupling groove ( When inserted into and fixed to 42a), the rotational force of the rotary shaft 10 is accurately transmitted to the rotor 40. In addition, a coupling flange 44 is formed in the middle of the rotating body 40. Therefore, at the time of assembly, the upper head portion 42 of the rotating body 40 is inserted into the through hole 24 of the cover 20, and the coupling flange 44 is mounted around the bottom of the through hole 24 and the sensor. By being coupled at appropriate intervals between the balls 22, it is possible to rotatably support the rotor 40 in the housing 30. A tooth part 24a is formed in the upper circumference of the through hole 24. The permanent magnet 50 is inserted into the lower base portion 46 of the rotor 40, and the rotor 40 rotated by the rotary shaft 10 between the base 46 and the coupling flange 44. ), A return spring 82 is wound up to return the back to its original position.
영구자석(50)의 양단에 소정의 간격을 두고 대향으로 배치되는 센싱바(60), (62)는 상기 회전체(40)의 베이스부(46)를 감싼 상태로 평행하게 배치된다. 또한, 센싱바(60), (62)의 일단에는 수직 방향으로 연장되는 연장부(60a), (62a)가 각각 형성되어 있으며, 이 연장부(60a), (62a)의 사이에는 홀 소자(72)가 배치된다. 이 홀 소자(72)는 PCB(70)에 결합되어 있어, 센싱바(60), (62)를 통해서 감지한 영구자석(50)의 변위량을 PCB(70)로 전달하는 역할을 한다.Sensing bars (60) and (62) disposed opposite to each other at predetermined intervals at both ends of the permanent magnet (50) are arranged in parallel to the base portion 46 of the rotating body (40). In addition, extensions 60a and 62a extending in the vertical direction are formed at one end of the sensing bars 60 and 62, respectively, and between the extensions 60a and 62a, a Hall element ( 72 is disposed. The Hall element 72 is coupled to the PCB 70, and serves to transfer the displacement amount of the permanent magnet 50 sensed through the sensing bars 60, 62 to the PCB 70.
회전변이센서(1)의 외형을 이루고 있는 하우징(30)에는 상기 센싱바(60), (62)가 삽입되는 2개의 장홈(34)이 길이방향으로 길게 형성되어 있으며, 이 장홈(34)의 사이에는 회전체(40)의 베이스부(46)에 형성된 안착돌기(48)가 회전 가능하게 안착되는 안착시트(32)가 형성되어 있다. 또한, 하우징(30)의 바닥에는 PCB(70)의 고정을 위한 고정홀(36)이 형성되어 있으며, 후단에는 커버(20)의 하단에 형성된 상부 압착단부(28)와 함께 와이어(74)를 압착하여 유동되지 않도록 하는 하부압착단부(38)가 형성되어 있다.Two long grooves 34 into which the sensing bars 60 and 62 are inserted are elongated in the longitudinal direction in the housing 30 constituting the outer shape of the rotational shift sensor 1. A seating sheet 32 in which the seating protrusion 48 formed on the base 46 of the rotating body 40 is rotatably seated is formed therebetween. In addition, a fixing hole 36 for fixing the PCB 70 is formed at the bottom of the housing 30, and at the rear end thereof, the wire 74 is joined together with the upper crimped end portion 28 formed at the lower end of the cover 20. The lower compression end 38 is formed so as not to be compressed and flow.
조립시에는 먼저, 2개의 센싱바(60), (62)를 하우징(30)의 장홈(34)에 배치한 다음, 이들 센싱바(60), (62)의 연장부(60a), (62a)사이에 홀 소자(72)를 위치시킨 상태에서 하우징(30)의 바닥면에 PCB(70)를 배치한다. 이때, 홀 소자(72)는 용접 등의 방법으로 하우징(30)의 바닥면에 움직이지 않도록 고정시킨다. 다음에,영구자석(50)이 삽입되어 있는 회전체(40)의 베이스부(46)를 하우징(30)의 안착시트(32)상에 위치시킨다. 이때, 회전체(40)의 결합 플랜지(44)와 베이스부(46)사이에는 미리 리턴 스프링(82)이 감겨져 있으며, 리턴 스프링(82)의 일단은 결합 플랜지(44)에 고정되고 타단은 하우징(30)의 내벽에 의해 지지된다.In assembling, first, the two sensing bars 60 and 62 are disposed in the long groove 34 of the housing 30, and then the extensions 60a and 62a of the sensing bars 60 and 62 are arranged. The PCB 70 is disposed on the bottom surface of the housing 30 in a state where the Hall element 72 is positioned between the holes. At this time, the hall element 72 is fixed to the bottom surface of the housing 30 by welding or the like. Next, the base portion 46 of the rotating body 40 into which the permanent magnet 50 is inserted is placed on the seating sheet 32 of the housing 30. At this time, the return spring 82 is wound in advance between the coupling flange 44 and the base portion 46 of the rotating body 40, one end of the return spring 82 is fixed to the coupling flange 44 and the other end is the housing. It is supported by the inner wall of 30.
다음에, 외부로부터 물이나 이물질이 유입되지 않도록 회전체(40)의 상단 헤드부(42)에 고무재의 오-링(80)을 끼운 상태에서, 커버(20)를 하우징(30)의 상부에 덮어서 결합시킨다. 이 과정에서, PCB(70)후단에 접속된 와이어(74)는 커버(20)의 상부 압착단부(28)와 하우징(30)의 하부 압착단부(38)사이에 넣고 압착시킨 다음, 접착제 주입공(26)을 통해서 실리콘 등의 접착제를 주입하여 결합시킨다.Next, the cover 20 is placed on the upper portion of the housing 30 while the rubber O-ring 80 is inserted into the upper head portion 42 of the rotating body 40 so that water or foreign matter does not flow from the outside. Cover and combine. In this process, the wire 74 connected to the rear end of the PCB 70 is sandwiched between the upper crimped end portion 28 of the cover 20 and the lower crimped end portion 38 of the housing 30 and compressed, and then the adhesive injection hole Through (26), the adhesive such as silicone is injected and bonded.
이렇게 조립된 상태에서 회전체(40)의 상단 헤드부(42)에 형성된 결합홈(42a)에 회전 샤프트(10)의 결합돌출부(12)를 결합시켜 조립을 완료한 다음, 센서장착공(22)을 통해서 피측정물에 본 발명의 회전변위센서(1)를 장착한다. 이때, 회전 샤프트(10)는 피측정물의 회전부위와 일체로 회전할 수 있도록 결합된다.In this assembled state, the coupling protrusion 12 of the rotary shaft 10 is coupled to the coupling groove 42a formed in the upper head portion 42 of the rotating body 40 to complete the assembly, and then the sensor mounting hole 22 Mount the rotation displacement sensor (1) of the present invention to the object to be measured through). At this time, the rotary shaft 10 is coupled to rotate integrally with the rotating part of the object to be measured.
다음에, 도 4는 본 발명의 센싱바와 영구자석의 배치상태를 보인 개략도로, 여기에 도시된 바와 같이, 한쌍의 센싱바(60), (62)는 각각, 영구자석(50)의 양단과 일직선상에 위치할 때에, 그 양단과 소정의 간격(에어 갭)을 두고서 대향되게 배치되어 있음을 알 수 있다. 또한, 센싱바(60), (62)의 양단에 대향으로 형성된 상, 하 연장부(60a), (62a)사이에 홀 소자(72)가 배치됨으로써, 회전 샤프트(10)및 회전체(40)를 통해서 전달되는 영구자석(50)의 양단과의 거리변화에 따른 자력장의 세기가 홀 소자(72)로 전달될 수 있게 된다.Next, Figure 4 is a schematic view showing the arrangement of the sensing bar and the permanent magnet of the present invention, as shown here, the pair of sensing bars 60, 62, respectively, and both ends of the permanent magnet 50 and When it is located in a straight line, it turns out that it is arrange | positioned so that it may oppose the both ends and predetermined space | interval (air gap). In addition, the Hall element 72 is disposed between the upper and lower extension portions 60a and 62a formed opposite to the ends of the sensing bars 60 and 62, thereby rotating the shaft 10 and the rotating body 40. The intensity of the magnetic field according to the distance change with the both ends of the permanent magnet 50 is transmitted through the) can be transmitted to the Hall element 72.
이와 같이, 영구자석(50)을 감싸고 있는 센싱바(60), (62)의 양끝단은 1개의 홀 소자(72)에 1개의 동일 영구자석(50)의 자장강도를 동일시점에 전달하도록 배치되어 있으므로, 회전체(40)와 센싱바(60), (62)간의 이격거리(에어 갭) 불일치에서 오는 자력선의 불균형을 보상할 수 있게 된다. 홀 소자(72)에서 검지된 전기적 신호는 PCB(70)에 의해서 디지털 신호로 처리된 다음, 출력신호 및 스위치신호로써 출력된다.As such, both ends of the sensing bars 60 and 62 surrounding the permanent magnet 50 are arranged to transmit the magnetic field strength of the same permanent magnet 50 to one hole element 72 at the same time. Therefore, it is possible to compensate the imbalance of the magnetic force line resulting from the disparity (air gap) inconsistency between the rotating body 40 and the sensing bars 60, 62. The electrical signal detected by the hall element 72 is processed into a digital signal by the PCB 70 and then output as an output signal and a switch signal.
다음에, 도 5는 본 발명에 따른 회전변위센서에서의 전압과 회전각도의 관계를 보인 그래프이다. 이 그래프에서 가로축은 영구자석의 회전각도(θ)를 나타내며 세로출은 출력전압(Vref)를 나타내는 것으로, 센서(1)로부터 출력되는 시그널을 이들 회전각도(θ)와 출력전압(Vref)간의 그래프로 나타내었다.Next, Figure 5 is a graph showing the relationship between the voltage and the rotation angle in the rotation displacement sensor according to the present invention. In this graph, the horizontal axis represents the rotation angle ( θ ) of the permanent magnet and the vertical output represents the output voltage (Vref), and the signal output from the sensor 1 is a graph between these rotation angles ( θ ) and the output voltage (Vref). Represented by.
여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전변위센서(1)에서는 회전각도(θ)에 비례하여 출력전압(Vref)이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 출력 시그널의 2개 이상의 특정 전압전위에서 최소한 2개의 단락 스위치 신호가 얻어지도록 설계되어 있다. 이때, 단락 신호의 온/오프 상태는 필요에 따라 적절히 변경하는 것이 가능하다(즉, 항시 온이나 항시 오프로 하여 연결 및 절연상태로 항상 유지하는 것도 가능하다).As shown here, it can be seen that in the rotation displacement sensor 1 according to the present invention, the output voltage Vref is obtained in proportion to the rotation angle θ . It is also designed so that at least two shorted switch signals are obtained at two or more specified voltage potentials of the output signal. At this time, the on / off state of the short signal can be appropriately changed as necessary (that is, it is always possible to be always on or always off and kept in the connected and insulated state).
다음에, 도 6은 본 발명에 따른 회전변위센서의 스위치신호 처리과정을 보인플로우차트이다. 이것은 아날로그 디지털 변환기(98)에서 디지털 신호로 변환된 시그널과 프로그램에 설정되어 있는 스위치값(W)을 비교 연산하여 입출력(I/O)포트 출력신호를 내보내는 프로그래머블 신호처리 프로세서(94)에서의 처리 과정을 나타낸 플로우차트이다.Next, Figure 6 is a flow chart showing a switch signal processing of the rotational displacement sensor according to the present invention. This is performed by the programmable signal processing processor 94 which compares the signal converted into a digital signal in the analog-to-digital converter 98 with the switch value W set in the program and sends out an input / output port output signal. A flowchart showing the process.
도시된 바와 같이, 단계 S10과 단계 S12에서 차례대로 워치독 타이머와 마이크로프로세서가 작동하고, 아날로그 디지털 변환기(98)로부터 디지털화된 신호가 입력되면(단계 S14), 가장 먼저, 제 3스위치(SW3)값이 디지털신호값(W)보다 작은지의 여부를 판정하여, 디지털신호값(W)보다 제 3스위치(SW3)값이 작은 경우(단계 S15에서 예)에는 제 2스위치(SW2)와 제 3스위치(SW3)를 온시키고, 제 1스위치(SW1)을 오프시킨다(단계 S16). 반면에, 디지털신호값(W)보다 제 3스위치(SW3)값이 큰경우(단계 S15에서 아니오)에는 제 2스위치(SW2)값을 디지털신호값(W)과 비교 판단한다(단계 S18).As shown, when the watchdog timer and the microprocessor operate in sequence in steps S10 and S12, and a digitized signal is input from the analog-to-digital converter 98 (step S14), firstly, the third switch SW3. It is determined whether the value is smaller than the digital signal value W, and when the value of the third switch SW3 is smaller than the digital signal value W (YES in step S15), the second switch SW2 and the third switch (SW3) is turned on, and the first switch SW1 is turned off (step S16). On the other hand, when the value of the third switch SW3 is larger than the digital signal value W (NO in step S15), the value of the second switch SW2 is compared with the digital signal value W (step S18).
즉, 제 2스위치(SW2)값이 디지털신호값(W)보다 작은 경우(단계 S18에서 예)에는 제 2스위치(SW2)를 온시키고 제 1스위치(SW1)과 제 3스위치(SW3)는 오프시키며(단계 S20), 제 2스위치(SW2)값이 디지털신호값(W)보다 큰 경우(단계 S18에서 아니오)에는 제 1스위치(SW1)값을 디지털신호값(W)과 비교 판단한다(단계 S22).That is, when the value of the second switch SW2 is smaller than the digital signal value W (YES in step S18), the second switch SW2 is turned on and the first switch SW1 and the third switch SW3 are turned off. If the value of the second switch SW2 is greater than the digital signal value W (NO in step S18), the value of the first switch SW1 is compared with the digital signal value W (step S20). S22).
제 1스위치(SW1)값이 디지털신호값(W)보다 큰 경우(단계 S22에서 아니오)에는 제 1스위치(SW1)를 온시키고 제 2스위치(SW2), 제 3스위치(SW3)는 오프시키며 (단계24), 제 1스위치(SW1)값이 디지털신호값(W)보다 작은 경우(단계 S22에서 예)에는 전체 스위치(SW1~SW3)를 오프시킨다(단계 S26).If the value of the first switch SW1 is larger than the digital signal value W (NO in step S22), the first switch SW1 is turned on, the second switch SW2 is turned off, and the third switch SW3 is turned off ( In step 24), when the value of the first switch SW1 is smaller than the digital signal value W (YES in step S22), all the switches SW1 to SW3 are turned off (step S26).
도 7은 본 발명에 따른 PCB의 블록도이다. 상술한 바와 같이, 회전 샤프트(10)에 의해 회전체(40)와 함께 회전하는 영구자석(50)으로부터 발생되는 자장의 변화는 한쌍의 센싱바(60), (62)에 의해서 검지되며, 센싱바(60), (62)에서검지된 합성 자계량은 PCB(70)의 일측부로부터 일방향으로 소정 길이만큼 돌출되어 조립된 상태에서 한쌍의 센싱바(60), (62)의 연장부(60a), (62a)사이에 배치하는 홀 소자(72)에 의해서 PCB(70)로 전달됨으로써, 회전체(40)의 편심으로 인해 생기는 자계의 불균형을 보상하게 된다. 이때, 영구자석(50)의 매 회전각도에 따라 비례적으로 검지된 순간 자계량은 증폭기(AMP)(90)를 통해서 고준위 전압량으로 증폭된 후에, 보상회로(91)를 거쳐 회전변위센서(1)의 출력신호로서 와이어(74)를 통해서 제공된다.7 is a block diagram of a PCB according to the present invention. As described above, the change of the magnetic field generated from the permanent magnet 50 rotating together with the rotor 40 by the rotary shaft 10 is detected by a pair of sensing bars 60, 62, sensing The combined magnetic field detected by the bars 60 and 62 is an extension part 60a of the pair of sensing bars 60 and 62 in a state of being protruded by a predetermined length in one direction from one side of the PCB 70 and assembled. By being transferred to the PCB 70 by the Hall element 72 disposed between the and 62a, the magnetic field imbalance caused by the eccentricity of the rotating body 40 is compensated for. At this time, the instantaneous magnetic field detected proportionally according to each rotation angle of the permanent magnet 50 is amplified to a high level voltage through the amplifier (AMP) 90, and then through the compensation circuit 91 through the rotation displacement sensor ( It is provided through the wire 74 as an output signal of 1).
입력전압(Vcef)의 선단에 위치하는 필터(92)는 RC회로로 구성되어 있으며, 엔진 또는 전기모터와 같은 피측정물의 전자제어장치에서 공급되는 공급전압을 ±0.1%범위 이내로 안정시켜서 홀 소자(72) 집적회로와 프로그래머를 신호처리 프로세서(94)에 안정적으로 공급함으로써, 공급전원의 불안정시에도 안정된 출력신호을 보장할 수 있다.The filter 92 positioned at the tip of the input voltage Vcef is composed of an RC circuit, and stabilizes the supply voltage supplied from the electronic control device of the object under test such as an engine or an electric motor to within a range of ± 0.1%. 72) By stably supplying the integrated circuit and the programmer to the signal processing processor 94, it is possible to ensure a stable output signal even when the power supply is unstable.
고준위 전압으로 증폭된 시그널은 비휘발성 메모리(EEP ROM)(100)이 내장된 프로그래머블 신호처리 프로세서(94)내의 아날로드 디지털 변환기(ADC)(98)에서 디지털로 변환된 후, 프로세서(94)에 미리 입력되어 있는 전압의 범위내에서 동작되도록 선별 처리된다.The signal amplified to a high level voltage is converted to digital by an analog digital converter (ADC) 98 in a programmable signal processing processor 94 in which a nonvolatile memory (EEP ROM) 100 is embedded, and then to the processor 94. The screening process is performed so as to operate within the range of the pre-input voltage.
한편, 별도로 독립되어 PCB(70)에 장착되어 있는 오실레이터(OSC)(96)는 프로그래머블 신호처리 프로세서(94)가 시간 순차적으로 동작할 수 있도록 표준 시각단위로 신호를 제공된다. 별도로 독립되어 PCB(70)에 장착되어 있는 워치독 타이머(WDT)(102)는 프로그래머블 신호처리 프로세서(94)의 오동작을 방지하기 위해 설치한 것으로, 프로그래머블 신호처리 프로세서(94)가 일정루프를 동작하고 나면 자동적으로 프로그래머블 신호처리 프로세서(94)는 워치독 타이머(102)의 신호에 의해 동작되어 프로그램이 초기화된다.On the other hand, the oscillator (OSC) 96 separately mounted on the PCB 70 provides a signal in a standard time unit so that the programmable signal processing processor 94 can operate sequentially in time. The watchdog timer (WDT) 102 separately installed on the PCB 70 is installed to prevent a malfunction of the programmable signal processor 94. The programmable signal processor 94 operates a predetermined loop. Afterwards, the programmable signal processing processor 94 is operated by the signal of the watchdog timer 102 to initialize the program.
프로그래머블 신호처리 프로세서(94)는 입력된 출력신호가 2개 이상으로 설정된 특정 전압 준위를 지날 때 신호를 발생하여 10Vdc이사의 고 전압영역에 위치한 비접촉식 릴레이 스위치로서의 포토 커플러(104)를 동작시킨다. 포토 커플러(104)에는 제 1 내지 제 3스위치(SW1, SW2, SW3)가 내장되어 있다.The programmable signal processing processor 94 generates a signal when the input output signal passes a specific voltage level set to two or more to operate the photo coupler 104 as a non-contact relay switch located in a high voltage region of 10Vdc. The first to third switches SW1, SW2, and SW3 are built in the photo coupler 104.
PCB(70)는 포토 커플러(104)가 홀 소자(72)와는 별도의 고전압 공급전원의 단락스위치로서 동작할 수 있도록 독립된 전류회로로서 구비되어 있다.The PCB 70 is provided as an independent current circuit so that the photo coupler 104 can operate as a short switch of a high voltage supply power source separate from the hall element 72.
[발명의 효과][Effects of the Invention]
이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 영구자석이 삽입되어 있는 회전체의 움직임에 따라 자기력의 세기를 인식하는 비접촉식 회전변위 측정방법과 얻어진 자성의 세기를 프로그래머블 신호처리 프로세서가 내장된 전자회로를 이용하여 전기적 및 디지털 신호로 변환하여 기계적 변경이 없이 스위치의 위치변환이 가능한 스위치 기능을 첨가할 수 있으므로, 1000만회 이상의 내구성능 수명을 유지할 수 있으며, ±1% 범위내의 정확한 측정오차범위를 유지하면서 차량과 농기계 등의 험악한 운전조건에서도 원활하게 동작할 수 있는 반영구적인 센서를 제공하는 것이 가능하다.According to the present invention described above, the non-contact rotation displacement measuring method for recognizing the strength of the magnetic force in accordance with the movement of the rotating body in which the permanent magnet is inserted and the obtained magnetic strength by using an electronic circuit with a programmable signal processing processor It can be converted into digital signal and add switch function that can change the position of the switch without mechanical change, so it can maintain the durability performance of more than 10 million times and maintain accurate measurement error range within ± 1% range. It is possible to provide a semi-permanent sensor that can operate smoothly even in harsh driving conditions.
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