KR101147078B1 - 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치 - Google Patents

3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치에 관한 것이다.
본 발명은 고정 치구의 내부에 장착된 영구자석 상에 배치된 인쇄회로기판, 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들의 상부에 위치하도록 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 자속밀도들을 3축 성분별로 측정하여 3축 성분별 자속밀도들을 출력하는 홀 아이씨들 및 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 3축 성분별 자속밀도들을 상기 3축 성분별로 상호 비교하여 상기 영구자석의 착자 상태정보를 생성하여 출력하는 신호 처리부를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 종래에 사용되어 온 자속밀도의 크기만을 이용하여 자석의 착자 품질 및 감자 여부를 판단하지 않고, 자속밀도의 X, Y, Z축 방향 성분을 직접 이용하기 때문에, 정확한 감자 정도 및 미착자 정도를 벡터량으로 판단이 가능하다는 효과가 있다.

Description

3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치{MAGNETIZED STATUS ANALYSIS APPARATUS USING 3-AXIS MEASURING HALL IC}
본 발명은 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 영구자석의 착자 품질에 대한 분석 정보의 품질과 신뢰성이 크게 높일 수 있는 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치에 관한 것이다.
최근 영구자석형 전동기의 증가에 따라 자석의 착자 공정 및 착자 품질에 대한 중요성이 증대되고 있다.
착자는 자성을 가지고 있지 않은 비자성 상태의 자석 단품에 외부에서 강한 자성을 순간적으로 발생시켜 영구적인 자성을 띠도록 하는 공정이다. 착자된 자석의 품질을 결정하는 요소는 자석의 재질이나, 형상, 착자 조건에 의해 결정되고, 착자 품질은 착자 후의 자석 단품에 대한 측정 및 평가를 통해 반드시 확인되어야 한다.
종래에 적용되고 있는 착자 후의 자석 품질에 대한 확인 방식의 하나로, 가우스 미터(Gauss meter)와 전용 프로브를 이용하여 표면자속밀도를 직접 측정하는 방식이 있다. 그러나 이 방식에 따르면, 표면자속밀도의 크기만 측정이 가능할 뿐 착자가 완료된 자석으로부터 직접 발생하는 자속밀도의 X, Y, Z축 방향 성분을 각각 측정하는 것이 불가능하기 때문에, 부분 착자 불량 및 부분 감자에 대한 정확한 판단이 어렵다는 문제점이 있다.
종래에 적용되고 있는 착자 후의 자석 품질에 대한 확인 방식의 다른 예로, 자석을 모터 회전자에 삽입 또는 부착한 이후 회전자를 회전시켜 표면 자속밀도를 측정하는 방식이 있다. 그러나 이 방식에 따르면, 회전자에 삽입된 서브 조립체의 형태로 표면자속밀도를 측정하기 때문에, 자석의 미착자에 의한 영향 및 조립 공차에 의한 영향 등이 혼재되어 있어 역시 정확한 미착자 또는 감자 영향을 분석하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 영구자석의 착자 품질에 대한 분석 정보의 품질과 신뢰성을 높일 수 있는 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 종래와 같이 자속밀도의 크기만을 이용하여 자석의 착자 품질 및 감자 여부를 판단하지 않고, 자속밀도의 X, Y, Z축 방향 성분을 직접 이용하여, 정확한 감자 정도 및 미착자 정도를 벡터량으로 판단할 수 있게 하는 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치는 고정 치구의 내부에 장착된 영구자석 상에 배치된 인쇄회로기판, 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들의 상부에 위치하도록 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 자속밀도들을 3축 성분별로 측정하여 3축 성분별 자속밀도들을 출력하는 홀 아이씨들 및 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 3축 성분별 자속밀도들을 상기 3축 성분별로 상호 비교하여 상기 영구자석의 착자 상태정보를 생성하여 출력하는 신호 처리부를 포함하여 구성된다.
상기 홀 아이씨들은 상기 영구자석의 가장자리 영역들의 상부에 상호 대향하여 위치하도록 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 홀 아이씨들은 상기 영구자석의 가장자리들을 양분하는 지점들의 상부에 위치하도록 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 홀 아이씨들의 개수는 4개인 것을 특징으로 한다.
상기 신호 처리부는 상기 홀 아이씨들로부터 입력받은 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 3축 성분별 자속밀도들로부터 잡음을 제거하는 잡음 제거부 및 상기 잡음이 제거된 3축 성분별 자속밀도들을 상기 3축 성분별로 상호 비교하여 상기 3축 성분별로 상기 영구자석의 착자 상태정보를 생성하여 출력하는 비교/연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 비교/연산부는 상기 홀 아이씨들로부터 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 3축 성분별 자속밀도들을 입력받고, 상기 홀 아이씨들로부터 입력받은 상기 영구자석의 3축 성분별 자속밀도들에 상기 홀 아이씨들이 자체적으로 갖는 3축 성분별 초기치들을 더하여 상기 홀 아이씨들이 갖는 편차를 보정하고, 상기 편차가 제거된 3축 성분별 자속밀도들을 상기 3축 성분별로 상호 비교하여 상기 3축 성분별로 상기 영구자석의 착자 상태정보를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 영구자석의 착자 품질에 대한 분석 정보의 품질과 신뢰성이 크게 높일 수 있는 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치가 제공되는 효과가 있다.
보다 구체적으로 본 발명에 따르면, 종래에 사용되어 온 자속밀도의 크기만을 이용하여 자석의 착자 품질 및 감자 여부를 판단하지 않고, 자속밀도의 X, Y, Z축 방향 성분을 직접 이용하기 때문에, 정확한 감자 정도 및 미착자 정도를 벡터량으로 판단이 가능하다는 효과가 있다.
따라서 자석 단품에서 문제가 있는 부분에 대한 원인분석이 간단해지는 장점이 있으며 기존 방식과는 달리 홀 아이씨를 차동 형태로 배치하여 측정치의 차이값으로 적부 여부를 판별하기 때문에 측정 홀 아이씨의 위치 편차에 의한 영향이 상대적으로 작다는 장점이 있다.
특히 사이즈가 큰 대형 자석의 경우 사이즈에 맞게 홀 아이씨의 개수를 증가시켜 측정함으로써 신뢰성 높은 품질관리가 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치를 구조적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A-B 방향의 단면도이다.
도 3은 도 1의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치를 기능적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 3축 방향을 정의하기 위한 도면이다.
도 6과 도 7은 본 실시 예에서의 측정 대상이 되는 영구자석 및 이에 배치되는 홀 아이씨들의 배치 구조의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치의 구체적인 동작의 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치를 구조적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 A-B 방향의 단면도이고, 도 3은 도 1의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치를 기능적으로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치는 고정 치구(10), 인쇄회로기판(30), 홀 아이씨들(40) 및 신호 처리부(50)를 포함하여 구성된다.
고정 치구(10)의 내부에는 수용 홈이 형성되어 있으며, 착자 상태 분석의 대상이 되는 영구자석(20)은 이 수용 홈에 장착된다.
인쇄회로기판(30)은 고정 치구(10)의 내부에 장착된 영구자석(20) 상에 배치되며, 이 인쇄회로기판(30)에는 후술하는 홀 아이씨들(40)이 실장되어 있다.
홀 아이씨들(40)은 영구자석(20)의 서로 대향하는 가장자리 영역들의 상부에 위치하도록 인쇄회로기판(30)에 실장되어 있으며, 영구자석(20)의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 자속밀도들을 3축 성분별로 측정하여 3축 성분별 자속밀도들을 출력한다.
이하에서는 도 5를 추가적으로 참조하여 3축 방향을 정의한다.
도 5를 참조하면, 영구자석(20)의 자속밀도를 직교좌표계에 따라 표현하는 경우, 영구자석(20)의 자속밀도는 X축 성분, Y축 성분 및 Z축 성분으로 구분되며, X축은 영구자석(20)의 폭 방향으로 정의하고, Y축은 길이 방향으로 정의하고, Z축의 높이 방향으로 정의한다.
이 경우, 제1 홀 아이씨(Hall IC #1)가 출력하는 자속밀도는 B1이고, 제1 홀 아이씨가 출력하는 자속밀도의 X축 성분은 BX1이고, 제1 홀 아이씨(Hall IC #1)가 출력하는 자속밀도의 Y축 성분은 BY1이고, 제1 홀 아이씨(Hall IC #1)가 출력하는 자속밀도의 Z축 성분은 BZ1이다. 또한, 제1 홀 아이씨(Hall IC #1)와 상호 대향하는 지점에 위치해 있는 제4 홀 아이씨(Hall IC #4)가 출력하는 자속밀도는 B4이고, 제4 홀 아이씨(Hall IC #4)가 출력하는 자속밀도의 X축 성분은 BX4이고, 제4 홀 아이씨(Hall IC #4)가 출력하는 자속밀도의 Y축 성분은 BY4이고, 제4 홀 아이씨(Hall IC #4)가 출력하는 자속밀도의 Z축 성분은 BZ4이다.
또한, 제2 홀 아이씨(Hall IC #2)가 출력하는 자속밀도는 B2이고, 제2 홀 아이씨(Hall IC #2)가 출력하는 자속밀도의 X축 성분은 BX2이고, 제2 홀 아이씨(Hall IC #2)가 출력하는 자속밀도의 Y축 성분은 BY2이고, 제2 홀 아이씨(Hall IC #2)가 출력하는 자속밀도의 Z축 성분은 BZ2이다. 또한, 제2 홀 아이씨(Hall IC #2)와 상호 대향하는 지점에 위치해 있는 제3 홀 아이씨(Hall IC #3)가 출력하는 자속밀도는 B3이고, 제3 홀 아이씨(Hall IC #3)가 출력하는 자속밀도의 X축 성분은 BX3이고, 제3 홀 아이씨(Hall IC #3)가 출력하는 자속밀도의 Y축 성분은 BY3이고, 제3 홀 아이씨(Hall IC #3)가 출력하는 자속밀도의 Z축 성분은 BZ3이다.
도 6과 도 7은 본 실시 예에서의 측정 대상이 되는 영구자석 및 이에 배치되는 홀 아이씨들의 배치 구조의 예를 나타낸 도면이다.
먼저 도 6을 참조하면, 예를 들어, 영구자석(20)의 평면이 장방형을 갖는 구조인 경우, 제1 홀 아이씨(Hall IC #1)와 제8 홀 아이씨(Hall IC #8)를 영구자석(20)의 단변의 가운데 지점 상부에 위치하도록 인쇄회로기판(30)에 실장함으로써, 제1 홀 아이씨(Hall IC #1)와 제8 홀 아이씨(Hall IC #8)가 서로 대향하도록 한다. 또한, 영구자석(20)의 장변의 길이를 고려하여 적절한 수의 홀 아이씨들을 상호 대향시켜 영구자석(20)의 장변 상에 위치하도록 인쇄회로기판(30)에 실장한다.
다음으로 도 7을 참조하면, 본 실시 예에서 요구되는 최소 개수의 홀 아이씨 및 이를 적용한 구조가 개시되어 있다.
본 실시 예는 영구자석(20)의 가장자리에 상호 대향하도록 홀 아이씨들을 배치하고, 이 상호 대향하도록 배치되어 있는 한 쌍의 홀 아이씨들이 출력하는 자속밀도를 3축 성분별로 비교하고, 그 비교값이 미리 설정된 문턱값을 초과하는 경우 착자 불량 상태로 판단하는 방식이다. 따라서, 이를 위해서는 도 7에 개시된 바와 같이, 상호 대향하는 2쌍의 홀 아이씨가 요구된다. 도 7에 개시된 배치 구조는 제1 홀 아이씨(Hall IC #1)와 제4 홀 아이씨(Hall IC #4)가 상호 대향하고, 제2 홀 아이씨(Hall IC #2)와 제3 홀 아이씨(Hall IC #3)가 상호 대향하는 구조이다. 즉, 제1 내지 제 4 홀 아이씨들(Hall IC #1 - Hall IC #4)은 영구자석(20)의 가장자리들을 양분하는 지점들의 상부에 위치하도록 인쇄회로기판(30)에 실장되어 있다.
이하에서는, 신호 처리부(50)의 구체적인 동작을 도 7의 배치 구조를 기준으로 설명한다.
신호 처리부(50)는 영구자석(20)의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 3축 성분별 자속밀도들을 3축 성분별로 상호 비교하여 영구자석(20)의 착자 상태정보를 생성하여 출력하는 수단이다.
예를 들어, 신호 처리부(50)는 잡음 제거부(510) 및 비교/연산부(520)로 구성될 수 있다.
잡음 제거부(510)는 홀 아이씨들(40)로부터 입력받은 영구자석(20)의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 3축 성분별 자속밀도들로부터 잡음을 제거하는 기능을 수행한다.
비교/연산부(520)는 잡음이 제거된 3축 성분별 자속밀도들을 3축 성분별로 상호 비교하여 3축 성분별로 영구자석(20)의 착자 상태정보를 생성하여 출력하는 기능을 수행한다.
이러한 비교/연산부(520)의 구체적인 동작의 예를 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8을 참조하면, 먼저 단계 S10에서, 홀 아이씨들(40)이 자체적으로 갖는 3축 성분별 초기치들을 측정한다. 이 초기치는 홀 아이씨들(40)의 제조 과정상의 편차 등에 의해 발생하는 값이다. 각각의 홀 아이씨가 갖는 초기치도 3축 성분별로 측정하며, 도면부호 OFFXN은 초기치의 X축 성분이고, OFFYN은 초기치의 Y축 성분이고, OFFZN은 초기치의 Z축 성분이다.
다음으로 단계 S20에서, 비교/연산부(520)가 홀 아이씨들(40)로부터 영구자석(20)의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 3축 성분별 자속밀도들을 입력받는 과정이 수행된다. 3축 성분별 자속밀도들은 앞서 설명한 잡음 제거부(510)에 의해 잡음이 제거된 값이다.
다음으로 단계 S30에서는, 잡음 제거부(510)를 매개로 홀 아이씨들(40)로부터 입력받은 영구자석(20)의 3축 성분별 자속밀도들에 단계 S10에서 측정한 홀 아이씨들(40)이 자체적으로 갖는 3축 성분별 초기치들을 더하여 홀 아이씨들(40)이 갖는 편차를 보정하는 과정이 수행된다.
다음으로 단계 S40에서는, 편차가 제거된 3축 성분별 자속밀도들을 3축 성분별로 상호 비교하여, 그 비교값이 미리 설정된 문턱값을 초과하는지 여부를 판단함으로써, 3축 성분별로 영구자석(20)의 착자 상태정보를 생성하여 출력하는 과정이 수행된다. 즉, 비교값이 문턱값을 초과하는 경우, 해당 홀 아이씨가 위치한 자석 부분에 국부적인 감자 또는 착자 불량이 발생한 것으로 판단한다.
단계 S410은 서로 대향하는 지점에 위치해 있는 제1 홀 아이씨(Hall IC #1)와 제4 홀 아이씨(Hall IC #4)가 측정한 자속밀도의 Y축 방향 성분을 비교하는 과정이고, 단계 S420은 제1 홀 아이씨(Hall IC #1)와 제4 홀 아이씨(Hall IC #4)가 측정한 자속밀도의 Z축 방향 성분을 비교하는 과정이고, 단계 S430은 서로 대향하는 지점에 위치해 있는 제2 홀 아이씨(Hall IC #2)와 제3 홀 아이씨(Hall IC #3)가 측정한 자속밀도의 X축 방향 성분을 비교하는 과정이고, 단계 S440은 제2 홀 아이씨(Hall IC #2)와 제3 홀 아이씨(Hall IC #3)가 측정한 자속밀도의 Z축 방향 성분을 비교하는 과정이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 영구자석의 착자 품질에 대한 분석 정보의 품질과 신뢰성이 크게 높아지는 효과가 있다.
보다 구체적으로 본 발명에 따르면, 종래에 사용되어 온 자속밀도의 크기만을 이용하여 자석의 착자 품질 및 감자 여부를 판단하지 않고, 자속밀도의 X, Y, Z축 방향 성분을 직접 이용하기 때문에, 정확한 감자 정도 및 미착자 정도를 벡터량으로 판단이 가능하다. 따라서 자석 단품에서 문제가 있는 부분에 대한 원인분석이 간단해지는 장점이 있으며 기존 방식과는 달리 홀 아이씨를 차동 형태로 배치하여 측정치의 차이값으로 적부 여부를 판별하기 때문에 측정 홀 아이씨의 위치 편차에 의한 영향이 상대적으로 작다는 장점이 있다. 특히 사이즈가 큰 대형 자석의 경우 사이즈에 맞게 홀 아이씨의 개수를 증가시켜 측정함으로써 신뢰성 높은 품질관리가 가능하다는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 고정 치구
20: 영구자석
30: 인쇄회로기판
40: 홀 아이씨들
50: 신호 처리부
510: 잡음 제거부
520: 비교/연산부
Hall IC #1: 제1 홀 아이씨
Hall IC #2: 제2 홀 아이씨
Hall IC #3: 제3 홀 아이씨
Hall IC #4: 제4 홀 아이씨

Claims (6)

  1. 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치에 있어서,
    고정 치구의 내부에 장착된 영구자석 상에 배치된 인쇄회로기판;
    상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들의 상부에 위치하도록 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 자속밀도들을 3축 성분별로 측정하여 3축 성분별 자속밀도들을 출력하는 홀 아이씨들; 및
    상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 3축 성분별 자속밀도들을 상기 3축 성분별로 상호 비교하여 상기 영구자석의 착자 상태정보를 생성하여 출력하는 신호 처리부를 포함하고,
    상기 신호 처리부는
    상기 홀 아이씨들로부터 입력받은 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 3축 성분별 자속밀도들로부터 잡음을 제거하는 잡음 제거부; 및
    상기 잡음이 제거된 3축 성분별 자속밀도들을 상기 3축 성분별로 상호 비교하여 상기 3축 성분별로 상기 영구자석의 착자 상태정보를 생성하여 출력하는 비교/연산부를 포함하고,
    상기 비교/연산부는
    상기 홀 아이씨들로부터 상기 영구자석의 서로 대향하는 가장자리 영역들에서의 3축 성분별 자속밀도들을 입력받고,
    상기 홀 아이씨들로부터 입력받은 상기 영구자석의 3축 성분별 자속밀도들에 상기 홀 아이씨들이 자체적으로 갖는 3축 성분별 초기치들을 더하여 상기 홀 아이씨들이 갖는 편차를 보정하고,
    상기 편차가 제거된 3축 성분별 자속밀도들을 상기 3축 성분별로 상호 비교하여 상기 3축 성분별로 상기 영구자석의 착자 상태정보를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는, 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 홀 아이씨들은 상기 영구자석의 가장자리 영역들의 상부에 상호 대향하여 위치하도록 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있는 것을 특징으로 하는, 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 홀 아이씨들은 상기 영구자석의 가장자리들을 양분하는 지점들의 상부에 위치하도록 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있는 것을 특징으로 하는, 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 홀 아이씨들의 개수는 4개인 것을 특징으로 하는, 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
KR1020110028050A 2011-03-29 2011-03-29 3축 측정용 홀 아이씨를 이용한 영구자석 착자 상태 분석장치 KR101147078B1 (ko)

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KR100641525B1 (ko) 2004-03-17 2006-10-31 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 회전 상태 검출 장치 및 회전 상태 검출 방법
JP2010085338A (ja) 2008-10-02 2010-04-15 Ricoh Co Ltd センシング素子、センシング装置、方位検出装置及び情報機器

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