KR101235413B1 - 위치 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

모터의 위치 검출 장치(1)는 리졸버(10), 증폭기(111, 112), 마이크로컴퓨터(113)를 포함한다. 마이크로컴퓨터(113)는 양극측과 음극측 둘 다 동일한 진폭을 가지도록 증폭된 sin 파 신호를 보정하며, 양극측과 음극측 둘 다 동일한 진폭을 가지도록 증폭된 cos 파 신호를 보정한다. 또한, 마이크로컴퓨터(113)는 보정된 sin 파 신호 또는 보정된 cos 파 신호가 그들 간에 동일한 진폭을 가지도록 보정한다. 증폭기(111, 112)이 상이한 동작 특성을 가지더라도, 동일한 진폭을 갖는 sin 파 신호 및 cos 파 신호에 기초하여 회전 위치가 정확하게 결정된다.
Figure R1020090029185
위치 검출 장치, 리졸버, 마이크로컴퓨터, 증폭기, 전자 신호 처리 유닛

Description

위치 검출 장치 및 방법 {POSITION DETECTING DEVICE AND METHOD}
본 발명은 리졸버(resolver)를 사용한 위치 검출 장치 및 위치 검출 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 물체에서 공급된 리졸버의 cos 파 신호 및 sin 파 신호를 증폭하여 물체의 위치를 검출하는 위치 검출 장치 및 위치 검출 방법에 관한 것이다.
종래의 몇몇 위치 검출 장치는 미국 특허 출원 제2003/0111974 A1호(일본 특허 공개 제2003-166803호)에 개시된 바와 같이, 마이크로컴퓨터 및 증폭 회로, 리졸버를 사용한다. 이러한 리졸버에 의해 생성된 sin 상(phase) 신호 및 cos 상 신호는 인터페이스 회로(interface circuit)에서의 증폭 회로에 의해 증폭되며, 마이크로컴퓨터로 인가된다. 이러한 마이크로컴퓨터는 I/F 회로에 의해 생성되는 증폭된 cos 상 신호와 증폭된 sin 상 신호의 이득(gain) 간의 차이를 연산하고, 연산된 차이에 따라 증폭 회로의 출력을 보정한다. 따라서, 증폭 회로의 출력에 대한 이득의 차이에 의해 야기된 검출 각도의 차이가 적어진다.
이러한 sin 상 신호 및 cos 상 신호가 증폭되는 경우, 이러한 증폭된 sin 상 신호 및 cos 상 신호 각각의 양과 음의 진폭이 서로 때때로 바뀐다. 그러므로, 증폭된 sin 상 신호 및 증폭된 cos 상 신호는 cos 상 신호와 sin 상 신호의 이득 차이에 기초해서 보정된다.
그러나, 이러한 sin 상 신호 또는 cos 상 신호의 양과 음의 진폭 간 차이는 고려되지 않는다. 따라서, 이러한 증폭된 sin 상 신호 또는 cos 상 신호의 양과 음의 진폭 간 차이에 의해 야기된, 각 위치(angular position)의 검출에 있어서 어떠한 오차도 줄어들 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 리졸버의 증폭된 sin 파 신호 및 증폭된 cos 파 신호의 양과 음의 진폭이 서로 다른 경우에도 물체의 위치를 정확하게 검출할 수 있는 위치 검출 장치 및 위치 검출 방법을 제공하는 것이다.
이러한 본 발명에 따르면, 모터와 같은 물체에 제공된 리졸버에 의해 생성된 제1 sin 파 신호 및 제1 cos 파 신호는 각각 제2 sin 파 신호 및 제2 cos 파 신호로 증폭되며, 이러한 물체의 위치는 제2 sin 파 신호 및 제2 cos 파 신호에 따라 결정된다. 제2 sin 파 신호와 제2 cos 파 신호 중 하나 이상이 보정되어, 제2 sin 파 신호 및 제2 cos 파 신호의 양과 음의 진폭 모두가 서로 동일하게 되어, 물체의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다.
하나의 대표적인 경우에서는, 제3 sin 파 신호를 생성하기 위하여 제2 sin 파 신호가 제2 sin 파 신호의 양과 음의 진폭을 비교한 것을 기초로 보정되며, 제3 cos 파 신호를 생성하기 위하여 제2 cos 파 신호가 제2 cos 파 신호의 양과 음의 진폭을 비교한 것을 기초하여 보정된다. 그 후, 제3 sin 파 신호와 제3 cos 파 신호 중 하나 이상은 제4 sin 파 신호와 제4 cos 파 신호를 생성하기 위하여 제3 sin 파 신호의 진폭과 제3 cos 파 신호의 진폭을 비교한 것에 기초해서 보정된다. 이러한 물체의 위치는 제4 sin 파 신호와 제4 cos 파 신호를 사용하여 결정된다.
이러한 본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조로 하여 이하의 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다.
상술한 구성에 의해, 리졸버의 증폭된 sin 파 신호 및 증폭된 cos 파 신호의 양과 음의 진폭이 서로 다른 경우에도 물체의 위치를 정확하게 검출할 수 있는 위치 검출 장치 및 위치 검출 방법을 제공할 수 있다.
도1을 참조하면, 위치 검출 장치(1)는 전자 신호 처리 유닛(11) 및 모터(M)(도시하지 않음)에 배치된 리졸버(10)를 포함한다.
이러한 리졸버(10)는 아날로그 여기(excitation) 신호가 인가될 때, 모터(M)의 회전축(rotor shaft)의 회전각 위치에 의하여 변하는 아날로그 파형에서 제1 sin 파 신호 및 제1 cos 파 신호를 생성하도록 구성된다. 특히, 여기 신호 Ksinωt가 인가될 때, 리졸버(10)는 회전각 θ에 의하여 변하는, 제1 sin 파 신호 Kcosθ sinωt 및 제1 cos 파 신호 Ksinθcosωt를 생성한다.
이러한 신호 처리 유닛(11)은 리졸버(10)용 여기 신호를 생성하도록 구성되며, 리졸버(10)에 의해 생성된 제1 sin 파 신호 및 제1 cos 파 신호에 기초하여 모터(M)의 위치(회전각 θ)를 연산한다. 이러한 신호 처리 유닛(11)은 여기 신호 발생 회로(여기 회로)(110), 아날로그 sin 파 신호 증폭 회로(sin 증폭기)(111), 아날로그 cos 파 신호 증폭 회로(cos 증폭기)(112) 그리고 마이크로컴퓨터(신호 처리 장치)(113)을 포함한다.
이러한 여기 회로(110)는 그 입력 단자는 마이크로컴퓨터(113)로 연결되며, 그 출력 단자는 리졸버(10)로 연결된다. 여기 회로(110)는 마이크로컴퓨터(113)의 명령에 대한 응답으로 여기 신호를 생성하며, 이것이 리졸버(10)로 인가된다.
이러한 sin 증폭기(111)는 입력 단자는 리졸버(10)로 연결되며, 출력 단자는 마이크로컴퓨터(113)로 연결된다. sin 증폭기(111)는 리졸버(10)로부터 생성된 제1 sin 파 신호를 증폭하며, 이렇게 증폭된 제1 sin 파 신호를 마이크로 컴퓨터(113)에 아날로그 전압 형태의 제2 sin 파 신호로 인가한다.
이러한 cos 증폭기(112)는 입력 단자는 리졸버(10)로 연결되며, 출력 단자는 마이크로컴퓨터(113)로 연결된다. cos 증폭기(112)는 리졸버(10)로부터 생성된 제1 cos 파 신호를 증폭하며, 이렇게 증폭된 제1 cos 파 신호를 마이크로컴퓨터(113)에 아날로그 전압 형태의 제2 cos 파 신호로 인가한다.
이러한 마이크로컴퓨터(113)는 여기 회로(110)가 반응하여 여기 신호를 생성하도록 여기 회로(110)를 제어하기 위하여 구성되며 프로그램된다. 또한, 마이크 로컴퓨터(113)는 각각 sin 증폭기(111)와 cos 증폭기(112)로부터 수신된 제2 sin 파 신호와 제2 cos 파 신호를 보정하도록 구성되며 프로그램되고, 이렇게 보정된 신호에 기초하여 모터(M)의 위치(회전각)를 연산한다.
이러한 위치 검출 장치(1)의 작동, 특히, 신호 처리 유닛(11)의 작동은 이후에서 도 2를 더 참조하여 설명된다.
신호 처리 유닛(11)은 전력이 공급되면 작동을 시작한다. 리졸버(10)는 여기 회로(110)로부터 인가된 여기 신호로, 모터 회전각 θ에 의해 변화하는 제1 sin 파 신호 및 제1 cos 파 신호를 생성한다. 증폭기(111 및 112)는 이러한 신호를 증폭하며, 제2 sin 파 신호 및 제2 cos 파 신호를 마이크로컴퓨터(113)로 인가한다.
모터 회전각 θ가 변화하지 않는 한, 제1 sin 파 신호 및 제1 cos 파 신호의 진폭은 서로 동일하다. 그러나, sin 증폭기(111)와 cos 증폭기(112)가 작동 특성의 변화를 가지면, 때때로 제2 sin 파 신호와 제2 cos 파 신호 사이에서 진폭이 달라질 수 있다. 또한, 제2 sin 파 신호 및 제2 cos 파 신호 각각의, 양의 진폭(양의 극측에서 전압 레벨) 및 음의 진폭(음의 극측에서 전압 레벨)이 때때로 상이해질 수도 있다.
따라서, 신호 처리에 있어서 제1 단계로서, 마이크로컴퓨터(113)는 상기 진폭을 측정하여, 그 비교 결과로서, 제2 sin 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 사이의 비(ratio)를 연산하고, 이러한 양의 진폭과 음의 진폭이 같아지도록, 연산 비에 따라 제2 sin 파 신호의 양의 진폭 및 음의 진폭 중 하나 이상을 보정한다. 이에 따라, 동일한 양과 음의 진폭을 가진 제3 sin 파 신호가 결정된다. 예를 들어, 이러한 제3 sin 파 신호는 미리 정해진 이득(gain)에 의해, 제2 sin 파 신호의 양의 진폭 또는 음의 진폭 중 하나를 증폭하여 결정될 수 있다.
유사하게도, 이러한 마이크로컴퓨터는 진폭을 측정하여, 비교 결과로서, 제2 cos 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 사이의 비를 연산하고, 이러한 양의 진폭과 음의 진폭이 같아지도록, 연산 비에 따라 제2 cos 파 신호의 양의 진폭 및 음의 진폭 중 하나 이상을 보정한다. 이에 따라, 동일한 양과 음의 진폭을 가진 제3 cos 파 신호가 결정된다. 예를 들어, 이러한 제3 cos 파 신호는 미리 정해진 이득에 의해, 제2 cos 파 신호의 양의 진폭 또는 음의 진폭 중 하나를 증폭하여 결정될 수 있다.
이러한 제2 cos 파 신호의 양의 진폭 및 음의 진폭이 서로 동일한 경우, 제3 sin 파 신호는 연산 비(R=1)에 대응한 이득(G=1)에 의해 제2 cos 파 신호를 증폭하여 결정될 수 있다. 즉, 제3 sin 파 신호가 제2 sin 파 신호와 같아지게 된다.
유사하게도, 제2 cos 파 신호의 양의 진폭 및 음의 진폭이 서로 동일한 경우, 제3 cos 파 신호는 연산 비(R=1)에 대응한 이득(G=1)에 의해 제2 cos 파 신호를 증폭하여 결정될 수 있다. 즉, 제3 cos 파 신호가 제2 cos 파 신호와 같아지게 된다.
신호 처리에 있어서 제2 단계로서, 마이크로컴퓨터(113)는 상기 제3 sin 파 신호의 진폭 및 제3 cos 파 신호의 진폭의 비(ratio)를 연산하여, 이러한 sin 파 신호 및 cos 파 신호의 진폭이 같아지도록, 연산 비에 따라 제3 sin 파 신호 및 제 3 음의 진폭 중 하나 이상을 보정한다. 이에 따라, 동일한 진폭을 가진 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호가 결정된다. 예를 들어, 이러한 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호는 미리 정해진 이득(gain)에 의해, 제3 sin 파 신호와 제3 cos 파 신호 중 하나만을 증폭하고, 두 개의 제3 파 신호 중 다른 것을 유지함으로써 결정될 수 있다. 또한, 동일한 진폭을 가진 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호를 결정하기 위하여, 상이한 이득의 제3 sin 파 신호 및 제3 cos 파 신호 모두를 증폭하는 것이 가능하다.
이러한 제3 sin 파 신호 및 제3 cos 파 신호의 진폭이 서로 동일한 경우, 이득(G=1)에 의해 제3 sin 파 신호 및 제3 cos 파 신호를 변환하여, 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호를 결정할 수 있다.
따라서, 이러한 마이크로컴퓨터(113)는 공지된 방식으로 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호에 기초하여 모터(M)의 회전각을 결정한다. 이렇게 결정된 회전각은 공지된 방식으로 모터(M)의 동작을 제어하는데 이용될 수 있다.
이러한 동작은 제2 sin 파 신호의 음의 진폭이 제2 sin 파 신호의 양의 진폭보다 작은 예시적인 경우를 참조하여 더 자세하게 설명된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 sin 파 신호의 음의 진폭 A가 제2 sin 파 신호의 양의 진폭 B보다 작은 경우, 마이크로컴퓨터(113)는 진폭 A 및 B를 측정하고, A와 B 사이의 진폭 비를 연산하며, 도 2에 실선으로 도시된 바와 같이 이득(G=B/A)에 의해 음의 신호 부분만을 증폭한다. 이에 따라, 동일한 진폭 B를 가지는 제3 sin 파 신호가 결정된다.
또한, 이러한 마이크로컴퓨터(113)는 제2 cos 파 신호의 양의 진폭 및 음의 진폭을 측정하고, 측정된 진폭들을 비교한다. 제2 cos 파 신호의 진폭들 C가 서로 동일하고, 제2 sin 파 신호의 진폭들 A와 B 보다 큰 경우, 이러한 제2 cos 파 신호는 제3 cos 파 신호와 같이 이용된다.
그리고 나서, 이러한 마이크로컴퓨터(113)는 진폭 B와 C의 비를 연산하고, 양과 음의 신호 부분 둘 다에서 진폭 C를 가진 제4 sin 파 신호를 결정하기 위해 이득(G=C/B)에 의해 제3 sin 파 신호만을 증폭한다. 이 경우, 양과 음의 신호 부분 둘 다 도 2의 실선에 의해 도시된 바와 같이 증폭된다. 양과 음의 신호 부분 둘 다 진폭 C를 가진 제3 cos 파 신호는 제4 cos 파 신호와 같이 이용된다. 따라서, 동일한 진폭을 가지는 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호가 결정된다.
그리고 나서, 이러한 마이크로컴퓨터(113)는 동일한 진폭 C를 가진 두가지 제4 신호에 기초하여 모터(M)의 회전각을 연산한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전 위치를 결정하는데 사용된 최종(제4) sin 파 신호 및 최종(제4) cos 파 신호는 각각의 최종 파 신호의 양극 및 음극 양쪽 모두 및 그들 사이에서 동일한 진폭을 가지도록 보정되므로, 리졸버(10)의 sin 파 신호 및 cos 파 신호가 상이한 작동 특성을 가진 증폭기(111 및 112)에 의해 증폭되는 경우에도, 이러한 회전 위치가 정확하게 결정될 수 있다.
또한, 각각의 증폭된(제2) 파 신호는 양극 및 음극 진폭의 비를 사용하여 양의 진폭 및 음의 진폭 둘 다 동일한 진폭을 가지도록 보정되므로, 양의 진폭 및 음의 진폭의 변화가 확실하게 억제될 수 있다.
또한, 최종(제4) sin 파 신호 및 최종(제4) cos 파 신호는, 이전(preceding) 파 신호의 크기의 비에 따라 이전(제3) 파 신호 중 어느 하나를 보정하여, 최종(제4) sin 파 신호와 최종(제4) cos 파 신호 간에 동일한 진폭을 가지도록 결정되므로, sin 파 신호와 cos 파 신호 간의 크기 변화가 확실하게 억제될 수 있다.
본 발명의 실시예는 아래와 같이 변형될 수 있다.
제2 sin 파 신호는 양의 진폭이 진폭 A가 되도록, 비(B/A)에 의해 음의 신호 부분을 보정하는 대신, 비(A/B)에 의해 양의 신호 부분을 보정함으로써 보정을 수행할 수 있다. 대안으로서, 제2 sin 파 신호는, 얻어진 양의 진폭 및 음의 진폭이 같아지는 한, 서로 간의 이득 차에 의해 양의 신호 부분 및 음의 신호 부분 둘 다 보정하여 보정될 수 있다.
제3 sin 파 신호가 진폭 C를 가지도록 보정하는 대신, 진폭 C를 가진 제3 cos 파 신호가 제3 sin 파 신호의 진폭 B와 같아지도록 보정될 수 있다. 대안으로서, 제3 sin 파 신호 및 제3 cos 파 신호 둘 다, 진폭 B와 C 중 어느 것과도 동일한 진폭 차이를 가지도록 보정될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 위치 검출 장치를 도시한 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 위치 검출 장치의 동작을 도시한 파형도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
1 : 위치 검출 장치
10 : 리졸버
11 : 전자 신호 처리 유닛
111 : sin 증폭기
112 : cos 증폭기
113 : 마이크로컴퓨터

Claims (8)

  1. 위치 검출 장치이며,
    여기 신호가 인가될 때 물체의 위치에 따라 변하는 제1 sin 파 신호 및 제1 cos 파 신호를 생성하는 리졸버(10)와,
    제1 sin 파 신호를 증폭하고, 증폭된 제1 sin 파 신호를 제2 sin 파 신호로 생성하는 sin 파 신호 증폭 회로(111)와,
    제1 cos 파 신호를 증폭하고, 증폭된 제1 cos 파 신호를 제2 cos 파 신호로 생성하는 cos 파 신호 증폭 회로(112)와,
    제2 sin 파 신호 및 제2 cos 파 신호에 따라 물체의 위치를 결정하는 컴퓨터(113)를 포함하는, 위치 검출 장치에 있어서,
    상기 컴퓨터(113)는 제3 sin 파 신호를 생성하기 위하여 제2 sin 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 비교를 기초로 제2 sin 파 신호를 보정하고, 제3 cos 파 신호를 생성하기 위하여 제2 cos 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 비교를 기초로 제2 cos 파 신호를 보정하며, 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호를 생성하기 위하여 제3 sin 파 신호 및 제3 cos 파 신호의 진폭 비교를 기초로 제3 sin 파 신호 및 제3 cos 파 신호 중 하나 이상을 보정하고, 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호에 기초하여 물체의 위치를 결정하도록 구성되며,
    상기 컴퓨터(113)는, 제3 sin 파 신호가 동일한 양의 진폭과 음의 진폭을 갖도록, 제2 sin 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 사이의 비(ratio)에 기초하여 제2 sin 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 중 하나 이상을 보정하고, 제3 cos 파 신호가 동일한 양의 진폭과 음의 진폭을 갖도록, 제2 cos 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 사이의 비(ratio)에 기초하여 제2 cos 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 중 하나 이상을 보정하도록 구성되며,
    상기 컴퓨터(113)는 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호가 동일한 진폭을 가지도록, 제3 sin 파 신호의 진폭과 제3 cos 파 신호의 진폭 사이의 비에 기초하여 제3 sin 파 신호 및 제3 cos 파 신호 중 하나 이상을 보정하도록 구성된, 위치 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 리졸버(10)는 모터의 회전각에 대응하는 제1 sin 파 신호 및 제1 cos 파 신호를 생성하기 위해 모터에 배치된, 위치 검출 장치.
  5. 물체의 위치를 결정하기 위한 위치 검출 방법에 있어서,
    물체에 배치된 리졸버에 의해 생성된 제1 sin 파 신호 및 제1 cos 파 신호를 각각 제2 sin 파 신호 및 제2 cos 파 신호로 증폭하는 단계와, 상기 제2 sin 파 신호 및 제2 cos 파 신호에 따라 물체의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 물체의 위치를 결정하기 위한 위치 검출 방법에 있어서,
    상기 제2 sin 파 신호 및 제2 cos 파 신호의 양의 진폭 및 음의 진폭 모두가 서로 동일해지고 물체의 위치를 결정하는데 사용되도록, 제2 sin 파 신호 및 제2 cos 파 신호 중 하나 이상을 보정하는 단계를 포함하며,
    상기 보정하는 단계는, 제3 sin 파 신호를 생성하기 위하여 제2 sin 파 신호의 양의 진폭 및 음의 진폭 비교에 기초하여 제2 sin 파 신호를 보정하고, 제3 cos 파 신호를 생성하기 위하여 제2 cos 파 신호의 양의 진폭 및 음의 진폭 비교에 기초하여 제2 cos 파 신호를 보정하는 제1 단계와, 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호를 생성하기 위하여 제3 sin 파 신호의 진폭과 제3 cos 파 신호의 진폭 비교에 기초하여 제3 sin 파 신호와 제3 cos 파 신호 중 하나 이상을 보정하는 제2 단계를 포함하며,
    상기 결정하는 단계는 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호를 사용하고,
    상기 제1 단계는 제3 sin 파 신호가 동일한 양의 진폭 및 음의 진폭을 가지도록, 제2 sin 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 사이의 비에 기초하여 제2 sin 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 중 하나 이상을 보정하고, 제3 cos 파 신호가 동일한 양의 진폭 및 음의 진폭을 가지도록, 제2 cos 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 사이의 비에 기초하여 제2 cos 파 신호의 양의 진폭과 음의 진폭 중 하나 이상을 보정하며,
    상기 제2 단계는 제4 sin 파 신호 및 제4 cos 파 신호가 동일한 진폭을 가지도록, 제3 sin 파 신호의 진폭과 제3 cos 파 신호의 진폭 사이의 비에 기초하여 제3 sin 파 신호와 제3 cos 파 신호 중 하나 이상을 보정하는, 위치 검출 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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