KR100891922B1 - 정전용량의 변화를 이용한 회전체의 회전속도 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전용량의 변화를 이용하여 회전체의 회전속도 검출하는 장치에 관한 것으로, 회전체의 회전속도를 보다 정확하게 검출 할 수 있게 되고, 이로 인해 차량의 제동 안정성 및 주행 안정성을 한층 더 향상시킬 수 있도록 된 것이다.

정전용량, 회전속도, 톤휠 센서

Description

정전용량의 변화를 이용한 회전체의 회전속도 검출장치{Rotation speed detection apparatus}

본 발명의 정전용량의 변화를 이용하여 회전체의 회전속도를 검출하기 위한 장치에 관한 기술이다.

일반적으로, 차량에는 드라이브 샤프트(drive shaft) 또는 바퀴(wheel) 등과 같은 다수의 회전체가 구비되어 있다.

일례로, 톤휠(tone wheel)은 회전체에 설치되어지는 부품이고, 톤휠 주변의 고정체에는 회전체의 회전속도를 검출하기 위한 장치로서 톤휠 센서(tone wheel sensor)가 장착된다.

상기 톤휠 센서는 회전체와 함께 톤휠이 회전을 할 때 톤휠에서 발생되는 펄스를 감지하여 차량에 탑재된 콘트롤러(제어장치)로 전송하게 되며, 상기 콘트롤러(제어장치)는 톤휠 센서로부터 전달된 펄스를 분석하여 회전체의 회전 속도를 실시간으로 파악하게 된다.

상기와 같은 톤휠과 톤휠 센서는 제어장치와 함께 ABS(Anti-Lock Brake System), TCS(Traction Control System) 및 VDC(Vehicle Dynamic Control System) 등에 필수적인 구성요소로 사용되고 있다.

한편, 도 1에는 현재 널리 사용되고 있는 영구자석을 내장한 홀(Hall) 소자 방식의 회전속도 검출장치가 도시되어 있다.

종래의 회전속도 검출장치(10)는 도시된 바와 같이, 자기력선을 발생시키는 영구자석(11)과, 상기 영구자석(11)의 자기력선을 검출하는 홀 소자(13)와, 상기 홀 소자(13)와 콘트롤러(제어장치)간 신호교류를 위한 인터페이스 회로(미도시) 등을 포함하여 구성된다.

또한, 종래의 회전속도 검출장치(10)는 홀 소자(13)에 의해 유기되는 전류에 의해 온-오프(On-Off)되는 도시하지 않은 스위칭 소자를 함께 포함하여 구성될 수도 있음은 물론이다.

상기 회전속도 검출장치(10)의 주변에는 회전체가 있고, 상기 회전체에는 바깥 둘레의 원주방향을 따라 돌기(21)와 홈(23)이 연속적으로 형성된 로터(20)가 설치된다.

이러한 종래의 회전속도 검출장치(10)는 영구자석(1)에서 발생한 자기력선이 로터(20)의 돌기(21)에 집중되느냐 혹은 홀 소자(13)에 집중되느냐에 따라 회전체의 속도을 검출하게 된다.

즉, 영구자석(11)에서 발생한 자기력선은 로터(20)의 돌기(21)가 홀 소자(13) 가까이 오면 로터(20)의 돌기(21)에 집중하고, 로터(20)의 돌기(21)가 홀 소자(13)에서 멀어지면 홀 소자(13)에 집중하게 된다.

그리고, 홀 소자(13)는 자기력선이 로터(20)의 돌기(21)에 집중하면 그에 따 라 자기력선에 의해 유기되는 전류가 증가 및 감소함으로써 스위칭 소자를 온 또는 오프시키며, 자기력선이 홀 소자(13)에 집중하면 그에 따라 자기력선에 의해 유기되는 전류가 증가 및 감소함으로써 스위칭 소자를 오프 또는 온시킨다.

즉, 홀 소자(13)에 유기되는 전류가 증가 및 감소함으로써 종래의 회전속도 검출장치(10)는 도 2와 같은 구형파를 출력하며, 구형파의 주기를 이용하여 회전체의 회전속도를 검출하게 되는 것이다.

일례로, 자기력선이 로터(20)의 돌기(21)에 집중하면 스위칭 소자는 온되고, 반대로 자기력선이 홀 소자(13)에 집중하면 스위칭 소자를 오프된다.

하지만, 종래의 회전속도 검출장치(10)는 영구자석(11)이 온도에 따라 세기가 다른 자기력선을 발생함으로써 온-오프 스위칭 소자의 성능이 달라진다는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 회전속도 검출장치(10)는 자기력선을 발생하는 영구자석(11)에 쇠조각 및 자성체 등의 이물질이 쉽게 부착되며, 이와 같이 부착된 이물질에 의해 회전체의 정확한 회전속도의 검출에 오류가 발생하는 문제점도 있었다.

상기와 같은 문제점들은 일례로 운전자의 차량 제동시 차축의 제동량을 정확하게 제어하지 못하게 하는 원인이 되며, 이로 인해 ABS 작동이 안되어 제동 안정성의 확보가 어렵게 되는 문제로 발전하게 된다.

이에 본 발명은, 회전체의 회전속도 측정시에 측정 오류를 일으킬 수 있는 원인을 없앨 수 있도록 한 새로운 구성의 회전속도 검출장치를 제공토록 하여, 보다 정확한 회전체의 회전속도를 검출 할 수 있도록 하고, 이로 인해 차량의 제동 안정성 및 주행 안정성을 향상시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 회전속도 검출장치는, 로터의 돌기와 마주 대하는 방향으로 배치되어 전원 인가시 ＋전하가 형성되는 극판을 포함하는 LC 발진회로와; 상기 LC 발진회로에서 발생하는 고주파의 진폭 변화를 검출하는 검파회로와; 상기 검파회로에서 검출된 교류신호를 직류로 변환하는 적분회로와; 상기 적분회로에서 출력된 직류 자속의 크기에 대응하는 전압 또는 전류를 출력하는 출력회로;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 정전용량의 변화를 이용하여 회전체의 회전속도 검출할 수 있게 됨으로써, 회전체의 회전속도를 보다 정확하게 검출 할 수 있게 되고, 이로 인해 차량의 제동 안정성 및 주행 안정성이 향상되는 효과가 있다.

이하, 본 발명 실시예에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

발명에 따라 정전용량의 변화를 이용하여 회전체의 회전속도를 검출하는 장치(50)는 도 3에 도시된 바와 같이 바깥 둘레의 원주방향을 따라 돌기(21)와 홈(23)이 연속적으로 형성된 로터(20)를 대향하여 설치된다.

상기 로터(20)는 회전체에 장착되어 회전체와 함께 회전하는 것이고, 본 발 명에 따른 회전속도 검출장치(50)는 회전체에 인접한 고정체에서 로터(20)에 대향하도록 고정 설치되는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 정전용량의 변화를 이용한 회전체의 회전속도 검출장치(50)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 로터(20)의 돌기(21)와 마주 대하는 방향으로 배치되어 전원 인가시 ＋전하가 형성되는 극판(51a)을 포함하는 LC 발진회로(51)와, 상기 LC 발진회로(51)에서 발생하는 고주파의 진폭 변화를 검출하는 검파회로(52)와, 상기 검파회로(52)에서 검출된 교류신호를 직류로 변환하는 적분회로(53)와, 상기 적분회로(53)에서 출력된 직류 자속의 크기에 대응하는 전압 또는 전류를 출력하는 출력회로(54)를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 회전속도 검출장치(50)는, 상기 적분회로(53)에서 출력된 직류 자속을 증폭하고 증폭한 직류 자속의 크기가 온 신호에 해당하는 신호인지 오프 신호에 해당하는 신호인지를 비교하며 비교 결과에 해당하는 신호를 출력하는 증폭 및 비교회로(55)를 더 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 출력회로(54)는, 상기 증폭 및 비교회로(55)에서 출력한 신호에 대응하여 온 신호 또는 오프 신호에 해당하는 전압 또는 전류로 변환하여 출력하게 된다.

이하, 본 발명 실시예의 작용에 대해 설명한다.

먼저, 회전체와 함께 회전하던 로터(20)의 돌기(21)가 회전속도 검출장치(50)의 극판(51a)에 가까이 오면 상기 로터(20)의 돌기(21)에는 －전하가 발생하게 된다.

상기 로터(20)의 돌기(21)에 －전하가 발생하면 상기 LC 발진회로(51)에서 발생되는 고주파의 진폭은 상기 극판(51a)과 로터(20)사이의 분극현상으로 인해 변하게 된다.

상기 LC 발진회로(51)의 진폭이 변하면 이때의 신호를 검파회로(52)가 검출하게 되고, 적분회로(53)는 상기 검파회로(52)에서 검출된 교류신호를 직류로 변환하게 된다.

증폭 및 비교회로(55)는 적분회로(53)에서 출력된 작은 직류를 증폭하고, 증폭한 직류 자속의 크기가 온 신호에 해당하는 신호인지 또는 오프 신호에 해당하는 신호인지를 비교하여, 비교 결과에 해당하는 신호를 출력하게 된다.

출력회로(54)는 상기 적분회로(53)에서 출력된 신호에 의해 온(ON) 신호에 해당하는 전압 또는 전류를 출력하게 된다.

그리고, 로터(20)의 돌기(21)가 극판(51a)에서 멀어지고 동시에 로터(20)의 홈(23)이 상기 극판(51a)에 가까이 오면, 상기 LC 발진회로(51)에서 발생되는 고주파는 진폭의 변화가 없게 된다.

이때 검파회로(52)는 진폭의 변화가 없는 고주파의 신호를 검출하게 되고, 적분회로(53)는 상기 검파회로(52)에서 검출된 교류신호를 직류로 변환하게 된다.

증폭 및 비교회로(55)는 적분회로(53)에서 출력된 작은 직류를 증폭하고, 증폭한 직류 자속의 크기가 온 신호에 해당하는 신호인지 또는 오프 신호에 해당하는 신호인지를 비교하여, 비교 결과에 해당하는 신호를 출력하게 된다.

출력회로(54)는 상기 적분회로(53)에서 출력된 신호에 의해 오프(OFF) 신호 에 해당하는 전압 또는 전류를 출력하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 정전용량의 변화를 이용한 회전체의 회전속도 검출장치(50)는 도 5와 같은 구형파(a)를 출력하게 되고, 이 결과 구형파(a)의 주기를 이용하여 회전체의 회전속도를 검출할 수 있게 된다.

상기와 같이 정전용량의 변화를 이용하여 회전체의 회전속도를 측정하는 본 발명 실시예의 회전속도 검출장치(50)는, 도 1과 도 2를 참조로 전술한 영구자석을 내장한 홀(Hall) 소자 방식의 종래 회전속도 검출장치(10)의 단점을 없앨 수 있게 된다.

또한, 본 발명 실시예의 회전속도 검출장치(50)는 운전자의 차량 제동시 차축의 제동량을 보다 정확하게 제어할 수 있게 됨으로써 원활한 ABS 작동을 유도할 수 있게 되고, 이 결과 차량의 제동 안정성 및 주행 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명 실시예에 따른 정전용량 변화를 이용한 회전체의 회전속도 검출장치는 차량의 바퀴, 드라이브 샤프트, 크랭크 샤프트, 캠 사프트 및 트랜스 미션 등의 회전속도를 측정하는 데에도 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 종래 회전속도 검출장치의 일례를 개념적으로 도시한 도면,

도 2는 종래 회전속도 검출장치의 출력 파형을 도시한 도면,

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 정전용량의 변화를 이용한 회전체의 회전속도 검출장치를 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명의 회전속도 검출장치가 출력하는 출력신호의 일례를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 - 로터 21 - 돌기

23 - 홈 50 - 회전속도 검출장치

51 - LC 발진회로 51a - 극판

52 - 검파회로 53 - 적분회로

54 - 출력회로 55 - 증폭 및 비교회로

Claims (3)

1. 로터(20)의 돌기(21)와 마주 대하는 방향으로 배치되어 전원 인가시 ＋전하가 형성되는 극판(51a)을 포함하는 LC 발진회로(51)와;

   상기 LC 발진회로(51)에서 발생하는 고주파의 진폭 변화를 검출하는 검파회로(52)와;

   상기 검파회로(52)에서 검출된 교류신호를 직류로 변환하는 적분회로(53)와;

   상기 적분회로(53)에서 출력된 직류 자속의 크기에 대응하는 전압 또는 전류를 출력하는 출력회로(54)와;

   상기 적분회로(53)에서 출력된 직류 자속을 증폭하고, 증폭한 직류 자속의 크기가 온 신호에 해당하는 신호인지 오프 신호에 해당하는 신호인지를 비교하며, 비교 결과에 해당하는 신호를 출력하는 증폭 및 비교회로(55)를 포함하여 구성됨과 더불어;

   상기 출력회로(54)는, 상기 증폭 및 비교회로(55)에서 출력한 신호에 대응하여 온 신호 또는 오프 신호에 해당하는 전압 또는 전류로 변환하여 출력하는 것;

   을 특징으로 하는 정전용량의 변화를 이용한 회전체의 회전속도 검출장치.
2. 삭제
3. 삭제

Images