KR100832134B1

KR100832134B1 - 스큐자석의 스큐각도 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR100832134B1
Application number: KR1020070006246A
Authority: KR
Inventors: 경 완 김
Original assignee: 에스앤티대우(주)
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-05-27

Abstract

본 발명은 스큐 형상의 자석을 사용하는 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터에 사용하는 스큐 형상의 자석을 원형 로터에 부착한 후 자석의 스큐 가공면에 점접촉하여 로터의 축방향으로 움직일 수 있도록 한 인디게이터를 설치하여 변위측정센서로 인디게이터의 이동거리를 측정하고, 상기 인디게이터가 이동하는 동안 로터를 회전하도록 하여 그 회전각을 측정하고, 이들을 비교함으로써 스큐자석의 스큐각도를 자석의 길이 방향에 따라 스큐가공면이 연속적으로 정확히 형성되었는지를 측정할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 스큐자석의 스큐각도를 측정하기 위하여 모터에 사용하는 스큐자석이 로터에 부착되어 있는 상태에서 스큐각도가 연속적으로 정확히 형성되었는지 검사하는 장치에 있어서, 회전가능하도록 베어링이 설치된 로터에 부착한 스큐자석과; 상기 스큐자석의 스큐가공면에 점접촉되도록 설치되어 스큐가공면을 따라 로터의 축방향으로 이동하도록 한 뾰족한 모양의 인디게이터와; 상기 인디게이터의 전면 방향에 설치되어 인디게이터의 이동거리를 측정하는 변위측정센서와; 상기 로터의 축방향의 일측 선단에 연결되며 추를 달아 로터가 회전하도록 하는 캔틸레버; 및 상기 로터의 축방향의 다른 일측 전방에 설치하여 상기 로터의 회전각도를 측정하는 엔코더;를 포함하여 구성한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 스큐자석의 스큐각도 측정장치 및 방법은 브러쉬리스 모터의 코깅토크를 감소시키기 위하여 자석에 스큐를 형성할 시에 스큐가 형성된 스큐자석의 길이 방향 즉 로터의 축방향에 대한 스큐각도가 연속적으로 정확히 형성되었는지 검사할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 효과가 있다.

스큐, 스큐자석, 인디게이터, 스큐각도, 회전각도, 모터.

Description

스큐자석의 스큐각도 측정장치 및 방법{SKEW ANGLE MEASUREMENT APPARATUS AND METHOD OF A SKEW MAGNET}

도 1은 본 발명에 따른 스큐자석의 스큐각도를 측정하는 방법을 보여주는 설명도,

도 2는 본 발명에 따른 스큐자석의 스큐각도를 측정하기 위한 측정장치의 구성을 보여주는 구성도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 스큐자석 11 : 스큐가공면

20 : 인디게이터 30 : 변위측정센서

40 : 엔코더 50 : 캔틸레버

100 : 로터 110 : 베어링

120 : 지지대

본 발명은 스큐 형상의 자석을 사용하는 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터에 사용하는 스큐 형상의 자석을 원형 로터에 부착한 후 자석의 스큐 가 공면에 점접촉하여 로터의 축방향으로 움직일 수 있도록 한 인디게이터를 설치하여 변위측정센서로 인디게이터의 이동거리를 측정하고, 상기 인디게이터가 이동하는 동안 로터를 회전하도록 하여 그 회전각을 측정하고, 이들을 비교함으로써 스큐자석의 스큐각도를 자석의 길이 방향에 따라 스큐가공면이 연속적으로 정확히 형성되었는지를 측정할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.

브러쉬리스 모터는 회전자와 고정자 간에 위치가 변하면서 생기는 자속의 변화에 따라 발생하는 변동량, 즉 코깅토크(Cogging torque)로 인하여 브러쉬리스 모터의 소음과 진동에 대한 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 자속밀도 분포를 사인파가 되게 하거나 고조파(harmonics) 성분이 섞이게 하여 코깅토크를 감소시킬 수 있다.

이를 기구적으로 스큐(skew)를 가함으로써 구현할 수 있는데, 브러쉬리스 모터의 코깅토크를 감소시키기 위하여 모터의 고정자에 스큐가 주어지면 모터가 회전함에 따라 고정자의 자기저항(reluctance)을 일정하게 유지시켜 자기저항 변화 및 코깅토크가 발생하지 않는다.

그러나, 이와 같은 브러쉬리스 모터의 코깅토크를 감소시키기 위하여 자석을 길이 방향으로 스큐를 형성할 시에 자석의 길이 방향에 대한 스큐 각도가 연속적으로 정확히 형성되었는지 검사하는 장치 및 방법이 없었다.

본 발명에 따른 스큐자석의 스큐각도 측정방법은, 브러쉬리스 모터의 코깅토크를 감소시키기 위하여 사용하는 자석을 길이 방향으로 스큐를 형성할 시에 자석 의 길이 방향으로 형성한 스큐각도가 연속적으로 정확히 형성되었는지 검사하는 방법을 제공하기 위함이다.

또한, 본 발명은 스큐자석의 스큐각도가 연속적으로 정확히 형성되었는지를 측정하여 검사하기 위한 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명에 따른 스큐자석의 스큐각도 측정방법은, 스큐자석을 부착한 로터의 축방향에 대한 일측 선단에 캔틸레버를 연결하여 그 팔에 무게가 있는 추를 달아 상기 로터가 회전가능하도록 하고, 상기 로터의 축방향의 다른 일측 전방에는 회전하는 로터의 회전각을 측정하는 엔코더를 설치하고, 상기 로터에 부착된 스큐자석의 스큐가공면에 점접촉되게 설치되어 스큐가공면을 따라 로터의 축방향으로 이동할 수 있도록 한 뾰족한 모양의 인디게이터를 설치하고, 상기 인디게이터의 전면 방향에 인디게이터의 이동거리를 측정하는 LVDT 센서를 설치하여 구성한 스큐자석의 스큐각도를 측정하는 장치를 이용하여 모터에 사용하는 스큐자석의 스큐각도가 연속적으로 정확히 형성되었는지 검사하는 방법에 있어서, 상기 엔코더를 사용하여 상기 스큐자석을 부착한 로터의 회전에 대한 기준점을 측정하는 단계; 상기 인디게이터의 기준위치에 대하여 LVDT 센서의 기준점을 세팅하는 단계; 상기 인디게이터가 스큐가공면을 따라 로터의 축방향으로 이동하는 경우에 상기 LVDT 센서에 의한 인디게이터의 이동거리를 측정하는 단계; 상기 엔코더를 사용하여 상기 인디게이터가 이동하는 동안에 회전하는 로터의 회전각도를 측정하는 단계; 및 상기 로터의 중심축 방향의 스큐자석 길이에 대한 상기 로터의 최대회전각의 비와 상기 로터의 축방향으로 인디게이터의 미세이동거리에 대한 상기 로터의 회전각의 비를 비교하는 단계;를 포함하여 로터의 축방향에 대한 상기 스큐자석의 스큐각도가 정확히 형성되었는지를 연속적으로 측정할 수 있도록 하는데 특징이 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 스큐자석의 스큐각도 측정장치 및 방법의 구성 및 기능과 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스큐자석의 스큐각도를 측정하는 방법을 보여주는 설명도이다.

도시한 바와 같이 로터(100)에 스큐가공면(11)을 가진 스큐자석(10)이 부착되어 있는 상태에서 상기 로터(100)의 중심축(O - O')의 O 방향에 연결되어 있는 캔틸레버(50, 미도시)에 매달린 추가 중력방향으로 움직임으로 인하여 상기 로 터(100)가 한 방향으로 회전하게 되고 최대회전각(θ_L)을 갖는다. 이때, 상기 로터(100)의 중심축(O - O')의 O' 방향에 설치된 엔코더(40)를 사용하여 로터(100)의 회전각도(Δθ_L)를 측정한다.

또한, 상기 스큐자석(10)의 스큐가공면(11)에 점접촉하게 설치하되, 상기 로터(100)의 중심축(O - O')에 평행하도록 설치하고 그 중심축에만 평행하게 움직이도록 설치한 인디게이터(20, 미도시)는 최대이동거리(L)를 갖는다.

이때, 상기 인디게이터(20)는 로터(100)에 부착된 스큐자석(10)의 스큐가공면(11)에 점접촉되어 있으면서 로터(100)의 중심축(O - O')에 평행하게 움직이므로 상기 로터(100)의 회전에 따른 상기 인디게이터(20)의 미세이동거리(ΔL)는 인디게이터(20)의 전면 방향에 위치한 변위측정센서(30, 예로 LVDT 센서)에 의하여 측정된다.

스큐자석(10)의 스큐각도(θ_S)에 대하여

가 성립한다.

즉, 스큐각도(θ_S)의 tangent값은 상기 인디게이터(20)의 최대이동거리(L)에 대한 로터(100)의 최대회전각(θ_L)에 비례한다.

또한, 상기 스큐자석(10)의 스큐각도(θ_S)의 tangent값은 상기 인디게이터(20)의 미세이동거리(ΔＬ)에 대한 로터(100)의 회전각(Δθ_L)에 비례하므로,

가 성립한다.

따라서, 상기 인디게이터(20)가 로터(100)의 중심축방향으로 미세하게 이동한 거리(ΔＬ)에 대한 로터(100)의 회전각(Δθ_L)의 비는 스큐각도(θ_S)의 tangent값과 같다.

따라서, 상기의 두 식에서

또는,

이 성립한다.

그러므로, 다음의 관계식이 성립함을 알 수 있다.

즉, 전체 스큐자석(10)의 길이(Ｌ)에 대하여 상기 로터(100)가 회전할 수 있는 최대회전각(θ_L)의 비는 상기 인디게이터(20)가 로터(100)의 중심축방향으로 미세하게 이동한 거리(ΔＬ) 에 대하여 상기 인디게이터(20)가 미세하게 이동하는 동안에 로터(100)의 회전각(Δθ_L)의 비와 같다.

이상에서,

ΔＬ : 인디게이터의 미세이동거리

Ｌ : 로터의 중심축 방향의 스큐자석 길이(또는 인디게이터의 최대이동거리)

Δθ_L : 인디게이터가 미세 이동하는 동안 로터의 회전각

θ_L : 인디게이터의 최대이동거리에 대한 로터의 최대회전각

θ_S : 스큐각도

Ｒ : 로터의 반경

ℓ : 로터 최대회전각에 대한 호의 길이

Δℓ : 로터 회전각에 대한 호의 길이

이다.

이때, 위 식에서 상기 로터(100)의 최대회전각(θ_L)과 상기 인디게이터(20) 의 최대이동거리(Ｌ)는 정해진 값이므로 스큐각도(θ_S)는 일정한 값을 갖게 된다.

그러므로, 이러한 일정한 스큐각(θ_S)에 대하여 상기 인디게이터(20)가 미세하게 이동한 거리(ΔＬ)에 대한 로터(100)의 회전각(Δθ_L)을 측정하여, 그 측정한 값의 비가 일정하다면 상기 로터(100)에 부착된 스큐자석(10)의 길이 방향으로 스큐를 형성함으로써 갖는 스큐각도(θ_S)가 연속적으로 정확히 형성되었음을 확인하게 한다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 스큐자석(10)의 스큐각도를 측정하기 위한 측정장치는, 스큐자석(10)을 원형의 로터(100)에 부착한 후 로터(100)가 회전할 수 있도록 베어링(110)을 양쪽에 설치하여 외부에 지지대(120)로 지지시키고, 상기 로터(100)의 중심축의 일측 선단에 연결되며 추를 매달아 로터(100)가 회전하도록 하는 외팔보 모양의 캔틸레버(50)를 연결하고, 상기 스큐자석(10)의 스큐가공면(11)에 점접촉하여 상기 로터(100)의 중심축방향으로만 이동가능한 뾰족한 모양의 인디게이터(20)를 설치하고, 상기 인디게이터(20)의 전면 방향에 인디게이터(20)의 이동거리를 측정하는 변위측정센서(30, LVDT 센서)를 설치하고, 상기 로터(100)의 중심축의 다른 일측 전방에 상기 로터(100)의 회전각도를 측정하는 엔코더(40)를 설치하여 구성한다.

상기의 구성은 브러쉬리스 모터에 사용하는 스큐자석(10)이 로터(100)에 부 착되어 있는 상태에서 스큐각도가 연속적으로 정확히 형성되었는지 검사하기 위한 것으로, 상기 인디게이터(20)를 스큐자석(10)의 가공면을 따라 일측으로 가져가 인디게이터(20)의 이동거리를 측정하는 변위측정센서(30, LVDT 센서)를 '0'으로 세팅하고 난 후 상기 인디게이터(20)의 이동거리를 측정하게 한다.

그리고, 상기 스큐자석(10)의 스큐각도는 인디게이터(20)가 움직이는 방향과 평행하지 않으므로 상기 인디게이터(20)가 캔틸레버(50)의 방향으로 로터(100)의 중심축방향에 평행으로 움직임에 따라 로터(100)는 회전을 하게 되고, 상기 엔코더(40)는 로터(100)의 회전각도를 측정하게 된다.

그러나 본 발명의 권리범위는 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 본 발명의 권리범위는 이후에서 기재하는 특허청구범위에 기재된 사항에 따라서 해석되어야 할 것이다.

Claims

모터에 사용하는 스큐자석이 로터에 부착되어 있는 상태에서 스큐각도가 연속적으로 정확히 형성되었는지 검사하는 장치에 있어서,

회전가능하도록 베어링이 설치된 로터에 부착한 스큐자석과;

상기 스큐자석의 스큐가공면에 점접촉되도록 설치되어 스큐가공면을 따라 로터의 축방향으로 이동하도록 한 뾰족한 모양의 인디게이터와;

상기 인디게이터의 전면 방향에 설치되어 인디게이터의 이동거리를 측정하는 변위측정센서와;

상기 로터의 축방향의 일측 선단에 연결되며 추를 달아 로터가 회전하도록 하는 캔틸레버; 및

상기 로터의 축방향의 다른 일측 전방에 설치하여 상기 로터의 회전각도를 측정하는 엔코더;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 스큐자석의 스큐각도 측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 변위측정센서는 자기 센서인 LVDT를 사용하여 구성하는 것을 특징으로 하는 스큐자석의 스큐각도 측정장치.
스큐자석을 부착한 로터의 축방향에 대한 일측 선단에 캔틸레버를 설치하고, 그 선단에 무게가 있는 추를 달아서 상기 로터가 회전가능하도록 하고, 상기 로터의 축방향의 다른 일측 전방에는 회전하는 로터의 회전각을 측정하는 엔코더를 설치하고, 상기 로터에 부착된 스큐자석의 스큐가공면에 점접촉되게 설치되어 스큐가공면을 따라 로터의 축방향으로 이동할 수 있도록 한 뾰족한 모양의 인디게이터를 설치하고, 상기 인디게이터의 전면 방향에 인디게이터의 이동거리를 측정하는 LVDT 센서를 설치하여 구성한 스큐자석의 스큐각도를 측정하는 장치를 이용하여 모터에 사용하는 스큐자석의 스큐각도가 연속적으로 정확히 형성되었는지 검사하는 방법에 있어서,

상기 엔코더를 사용하여 상기 스큐자석을 부착한 로터의 회전에 대한 기준점을 측정하는 단계;

상기 인디게이터의 기준위치에 대하여 LVDT 센서의 기준점을 세팅하는 단계;

상기 인디게이터가 스큐가공면을 따라 로터의 축방향으로 이동하는 경우에 상기 LVDT 센서에 의한 인디게이터의 이동거리를 측정하는 단계;

상기 엔코더를 사용하여 상기 인디게이터가 이동하는 동안에 회전하는 로터의 회전각도를 측정하는 단계; 및

상기 로터의 중심축 방향의 스큐자석 길이에 대한 상기 로터의 최대회전각의 비와 상기 로터의 축방향으로 인디게이터의 미세이동거리에 대한 상기 로터의 회전각의 비를 비교하는 단계;를 포함하여 로터의 축방향에 대한 상기 스큐자석의 스큐각도가 정확히 형성되었는지를 연속적으로 측정할 수 있도록 하는 스큐자석의 스큐각도 측정방법.