KR101677196B1 - In-wheel motor and Method for gain-tunning the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인휠 모터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 모바일 로봇의 구동부를 구성하는 인휠 모터에서 저속 및/또는 정속 제어가 가능한 바퀴, 모터, 감속기 및 제어기를 일체화한 인휠 모터에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 위치 검출 센서를 내장한 위치 검출 PCB(Printed Circuit Board)를 고정축(샤프트) 내부에 배치함으로써 저속 정속 제어가 가능하다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-wheel motor, and more particularly, to an in-wheel motor incorporating a wheel, a motor, a speed reducer, and a controller capable of low speed and / or constant speed control in an in-wheel motor constituting a driving unit of a mobile robot.
According to the present invention, a low speed constant speed control is possible by disposing a position detection PCB (Printed Circuit Board) incorporating a position detection sensor inside a fixed shaft (shaft).

Description

인휠 모터 및 이의 게인 튜닝 방법{In-wheel motor and Method for gain-tunning the same}In-wheel motor and method for tuning the same

본 발명은 인휠 모터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 모바일 로봇의 구동부를 구성하는 인휠 모터에서 저속 및/또는 정속 제어가 가능한 바퀴, 모터, 감속기 및 제어기를 일체화한 인휠 모터에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-wheel motor, and more particularly, to an in-wheel motor incorporating a wheel, a motor, a speed reducer, and a controller capable of low speed and / or constant speed control in an in-wheel motor constituting a driving unit of a mobile robot.

또한, 본 발명은 이러한 인휠 모터를 적용하여 인휠 모터를 외부 상위 제어기로 제어하여 튜닝하는 게인 튜닝 방법에 대한 것이다.The present invention also relates to a gain tuning method for controlling an in-wheel motor controlled by an external host controller by using such an in-wheel motor.

일반적으로 모터 활용 모바일 로봇 구성시 모터, 감속기, 모터 드라이버, 동력 전달을 위한 벨트, 폴리 등의 부품들이 요구된다. 이 경우, 이러한 다양한 부품들이 구성되므로 인해 기구적으로 복잡하며 동력 전달 손실이 발생하는 문제점이 있었다.Generally, when configuring a mobile robot using a motor, parts such as a motor, a reducer, a motor driver, a belt for power transmission, and a poly are required. In this case, there is a problem that the various components are constituted, resulting in mechanical complexity and power transmission loss.

이러한 문제점을 해소하고자 인휠 모터를 활용하여 구동부를 구성함으로써 기구적으로 단순화시키면서, 동력 전달 효율을 제고할 수 있어 전기 자동차, 전동 자전거 등에 적용되었다.In order to solve these problems, it is possible to simplify the mechanical structure by constructing the driving unit by using the in-wheel motor, and to improve the power transmission efficiency, and it is applied to electric automobile, electric bicycle and the like.

그런데, 이러한 인휠 모터가 자동차에 적용되는 경우, 엔진-미션-구동축을 통한 동력전달에 의해 바퀴가 회전구동하는 방식과는 달리, 휠 림 내부에 모터를 내장시켜 이 모터에 의해 휠에 직접 동력이 전달되도록 하여 자동차를 달리게 하는 직접구동(Direct Dirve) 모터 방식이였다.However, when such an in-wheel motor is applied to an automobile, unlike a method in which the wheels are rotated by the power transmission through the engine-mission-drive shaft, a motor is built in the wheel rim, (Direct-drive) motor type that allows the vehicle to run.

이러한 인휠 모터는 엔진, 변속기나 차동기어와 같은 구동 및 동력전달장치를 생략할 수 있기 때문에 차량의 무게를 감소시킬 수 있으며, 동력전달과정에서의 에너지 손실을 저감시킬 수 있어 전기자동차 및 하이브리드 자동차용 모터로 각광받고 있다.Such an in-wheel motor can reduce the weight of the vehicle and reduce the energy loss during the power transmission process because the drive and power transmission devices such as the engine, the transmission, and the differential gear can be omitted, Motor.

또한, 상기 인휠 모터가 장착된 자동차는 차체 내부공간 확보로 작업과 조립이 쉽고 주행 중 유지보수 및 교환이 용이하며 비상 운전이 가능하다는 점 등 다양한 장점이 있다.In addition, the automobile equipped with the in-wheel motor has various advantages such as easy operation and assembly due to securing the internal space of the vehicle body, easy maintenance and replacement during traveling, and emergency operation.

도 1은 일반적인 인휠 모터 차량의 구동력 제어 시스템을 도시한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 인휠 모터(100)는 하우징(110)의 외측에 브레이크 디스크 및 바퀴(200)의 림 휠(210)이 결합고정되고, 바퀴(200)의 타이어(220)는 림 휠(210)의 외부 둘레를 따라 위치된다.1 is a conceptual diagram showing a driving force control system of a general in-wheel motor vehicle. 1, the in-wheel motor 100 has a brake disk and a rim wheel 210 of a wheel 200 coupled to the outside of the housing 110, and a tire 220 of the wheel 200 is connected to a rim wheel 210, respectively.

이러한 인휠 모터는 도시되지는 않았지만, 크게 스테이터(미도시), 코일(미도시), 및 로터(미도시) 등으로 구성된다. 여기서 스테이터와 로터는 회전축을 중심으로 차폭방향으로 소정간격 이격되어 배치된 원반형상을 이룬 스테이터 브래킷 및 로터 브래킷에 각각 고정되어 지지되는 것으로, 상기 스테이터 브래킷은 차체에 고정되어 회전이 불가능하고, 로터 브래킷은 림 휠, 디스크 브레이크의 각 회전중심이 회전축에 일치시키도록 하여 체결함으로써 동시에 회전 가능하게 결합하였다.Such an in-wheel motor is mainly composed of a stator (not shown), a coil (not shown), and a rotor (not shown). Wherein the stator and the rotor are fixedly supported on a disk-shaped stator bracket and a rotor bracket spaced apart from each other by a predetermined distance in the vehicle width direction about a rotating shaft, the stator bracket is fixed to the vehicle body and is not rotatable, Is rotatably engaged at the same time by fastening each of the rotation centers of the rim wheel and the disk brake so as to coincide with the rotation axis.

그러나 이러한 차량에 장착되는 인휠 모터는 모바일 로봇에서 필요한 저속 정속 제어 기능을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.However, the in-wheel motor mounted on such a vehicle has a problem in that it can not provide the low-speed constant-speed control function required by the mobile robot.

1. 한국공개특허번호 제10-2012-0024170호1. Korean Patent Publication No. 10-2012-0024170 2. 한국등록특허번호 제10-1127736호2. Korean Patent No. 10-1127736 3. 한국공개특허번호 제10-2010-0085647호3. Korean Patent Publication No. 10-2010-0085647

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 초속 1cm/s 내지 200cm/s 범위내에서 저속 정속 제어가 가능한 바퀴, 모터, 감속기 및 제어기가 일체화된 인휠 모터 및 이의 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems, and provides an in-wheel motor in which wheels, a motor, a speed reducer, and a controller capable of controlling a low speed constant speed within a range of 1 cm / s to 200 cm / The purpose is to provide.

또한, 본 발명은 내장 제어기 내부에 정속, 정전류, PWM(Pulse Width Modulation) 모드 지원과 각종 파라미터 설정 및 자동 게인 튜닝이 가능한 스마트 기능을 탑재한 인휠 모터 및 이의 게인 튜닝 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide an in-wheel motor and a gain tuning method of the in-wheel motor equipped with a smart function capable of constant speed, constant current, PWM (Pulse Width Modulation) mode support and various parameter setting and automatic gain tuning in a built- .

또한, 본 발명은 외부 상위 제어기와 CAN(Controller Area Network) 통신을 통한 버스 형태의 시스템 구성이 가능하며 RS232를 추가적으로 지원하여 하드웨어 호환성을 높이는 인휠 모터 및 이의 게인 튜닝 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an in-wheel motor and a gain tuning method thereof, which are capable of configuring a bus type system through CAN (Controller Area Network) communication with an external host controller and further supporting RS232 to enhance hardware compatibility .

또한, 본 발명은 통신 라인을 통해 내부의 상태 정보(속도, 전류, 전압, 온도)를 전송하는 것을 가능하게 하는 인휠 모터 및 이의 게인 튜닝 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide an in-wheel motor and a gain tuning method thereof that enable transmission of internal state information (speed, current, voltage, temperature) through a communication line.

또한, 본 발명은 기구적으로 복잡하지 않으면서도 공간을 컴팩트하게 구성하는 인휠 모터 및 이의 게인 튜닝 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.It is a further object of the present invention to provide an in-wheel motor and a method of tuning the gain of the in-wheel motor, which make the space compact not mechanically complicated.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 초속 1cm/s 내지 200cm/s 범위내에서 저속 정속 제어가 가능한 바퀴, 모터, 감속기 및 제어기가 일체화된 인휠 모터를 제공한다.The present invention provides an in-wheel motor in which a wheel, a motor, a speed reducer, and a controller capable of controlling a low speed constant speed within a range of 1 cm / s to 200 cm / s are integrated.

상기 인휠 모터는, 바퀴와, 상기 바퀴의 내측에 설치되는 모터와, 상기 모터와 조립되는 기어 박스와, 상기 기어 박스의 상단에 조립되는 샤프트를 갖는 인휠 모터에 있어서,The in-wheel motor includes an in-wheel motor having a wheel, a motor provided inside the wheel, a gear box assembled with the motor, and a shaft assembled to the upper end of the gear box,

상기 모터의 모터 회전축에 부착되는 위치 검출 센서; 및A position detection sensor attached to a motor rotation shaft of the motor; And

상기 위치 검출 센서를 지지하는 홀더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터이다.And a holder for supporting the position detecting sensor.

이때, 상기 샤프트의 내측에 배치되어 상기 위치 검출 센서의 위치에 따른 상기 모터의 회전량을 검출하는 위치 검출 회로 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The position detecting circuit board may further include a position detecting circuit board disposed inside the shaft for detecting a rotation amount of the motor according to the position of the position detecting sensor.

또한, 상기 위치 검출 센서는 광센서 방식 또는 마그네틱 방식인 것을 특징으로 할 수 있다.The position detection sensor may be an optical sensor or a magnetic sensor.

또한, 상기 샤프트에 배치되어 상기 위치 검출 회로 기판과 전기적으로 연결되는 제어기 회로 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The controller may further include a controller circuit board disposed on the shaft and electrically connected to the position detecting circuit board.

또한, 상기 제어기 회로 기판은 CAN 통신을 이용하여 외부 상위 제어기와 통신하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the controller circuit board communicates with an external host controller using CAN communication.

또한, 상기 제어기 회로 기판은 정속 제어 모드, 정전류 제어 모드, 및 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 모드 중 어느 하나를 실행하는 것을 특징으로 할 수 있다.The controller circuit board may be configured to perform one of a constant speed control mode, a constant current control mode, and a PWM (Pulse Width Modulation) control mode.

또한, 상기 제어기 회로 기판은 부하조건에 따라 게인의 초기값을 자동으로 탐색할 수 있는 오토 게인 튜닝(Auto Gain Tunning)을 실행하는 것을 특징으로 할 수 있다.The controller circuit board may be configured to perform auto gain tuning to automatically detect an initial value of a gain according to a load condition.

또한, 상기 제어기 회로 기판은 추가적으로 RS232 통신을 이용하여 외부 상위 제어기와 통신하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the controller circuit board may further be configured to communicate with an external host controller using RS232 communication.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 인휠모터가 특정 대상물에 설치됨에 따라 상위 제어기가 부하조건을 확인하는 단계; 부하조건이 확인됨에 따라 상기 상위 제어기가 게인 튜닝 시작 명령을 상기 인휠 모터에 송신하는 단계; 상기 인휠 모터가 미리 설정된 시간 동안 초기 게인값을 탐색하는 오토 게인 튜닝을 수행하는 단계; 상기 인휠 모터가 게인 튜닝이 완료됨에 따라 게인 튜닝 완료 시그널을 상기 상위 제어기에 송신하는 단계; 및 상기 인휠 모터가 탐색된 초기 게인값을 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터의 게인 튜닝 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention is a method of controlling an in-wheel motor, the method comprising: an upper-level controller confirming a load condition as an in-wheel motor is installed in a specific object; Transmitting the gain tuning start command to the in-wheel motor as the host controller confirms the load condition; Performing an auto gain tuning in which the in-wheel motor searches an initial gain value for a predetermined time; Transmitting a gain tuning completion signal to the host controller when the in-wheel motor completes gain tuning; And setting an initial gain value for which the in-wheel motor is searched for. The present invention provides a method for tuning an in-wheel motor gain.

이때, 상기 상위 제어기는 정속 제어 모드, 정전류 제어 모드, 및 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 모드 중 어느 하나로 상기 인휠 모터를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the host controller controls the in-wheel motor in any one of a constant speed control mode, a constant current control mode, and a PWM (Pulse Width Modulation) control mode.

본 발명에 따르면, 위치 검출 센서를 내장한 위치 검출 PCB(Printed Circuit Board)를 고정축(샤프트) 내부에 배치함으로써 저속 정속 제어가 가능하다.According to the present invention, a low speed constant speed control is possible by disposing a position detection PCB (Printed Circuit Board) incorporating a position detection sensor inside a fixed shaft (shaft).

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 외부 상위 제어기와 CAN(Controller Area Network) 통신 및 RS232 통신이 가능하므로 하드웨어 호환성을 높일 수 있으며 내부의 상태정보를 전송할 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that it is possible to increase hardware compatibility and transmit internal state information because CAN (Controller Area Network) communication and RS232 communication can be performed with an external host controller.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 내장 제어기를 인휠 모터에 구성함으로써 정속, 정전류, PWM 모드 지원, 각종 파라미터 설정 및 자동 게인 튜닝이 가능하는 스마트 기능이 구현될 수 있다는 점을 들 수 있다.Another advantage of the present invention is that a built-in controller can be implemented in an in-wheel motor to implement a constant speed, constant current, PWM mode support, various parameter settings, and a smart function capable of automatic gain tuning.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 바퀴, 모터, 감속기 및 제어기가 일체화되므로 인휠 모터가 적용되는 장치를 기구적으로 복잡하지 않으면서도 공간을 컴팩트하게 구성하는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, since the wheels, the motor, the speed reducer, and the controller are integrated with each other, the apparatus to which the in-wheel motor is applied is not complicated mechanically, but the space can be compact.

도 1은 일반적인 인휠 모터 차량의 구동력 제어 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인휠 모터(200)의 분해 사시도이다.
도 3은 도 3에 도시된 인휠 모터(200)의 구성중 위치 검출 마그넷(250), 위치 검출 회로기판(253), 샤프트(231) 및 제어기 회로기판(260) 부분을 확대하여 보여주는 부분 확대 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 인휠 모터(200)가 조립된 상태의 외관 사시도이다.
도 5는 도 4에서 인휠 모터(200)를 X-X'축으로 절개한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 오토 게인 튜닝(Auto Gain Tunning)의 개념을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 상위 제어기(610)에 따른 제어 모드를 나타내는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인휠 모터(200)의 오토 게인 튜닝 과정을 보여주는 순서도이다.
1 is a conceptual diagram showing a driving force control system of a general in-wheel motor vehicle.
2 is an exploded perspective view of an in-wheel motor 200 according to an embodiment of the present invention.
3 is a partially enlarged perspective view showing an enlarged portion of the position detecting magnet 250, the position detecting circuit board 253, the shaft 231 and the controller circuit board 260 in the configuration of the in-wheel motor 200 shown in FIG. to be.
4 is an external perspective view of the in-wheel motor 200 shown in FIG. 3 assembled.
5 is a cross-sectional view of the in-wheel motor 200 taken along the line X-X 'in FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a concept of auto gain tuning according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a control mode according to the host controller 610 shown in FIG.
8 is a flowchart showing an auto gain tuning process of the in-wheel motor 200 according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be construed as ideal or overly formal in meaning unless explicitly defined in the present application Should not.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 인휠 모터 및 이의 제어 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, an in-wheel motor according to an embodiment of the present invention and its control device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인휠 모터(200)의 분해 사시도이다. 도 2를 참조하면, 상기 인휠 모터(200)는, 대분류로 보면, 바퀴(210), 상기 바퀴(210)의 내측에 설치되는 모터(240), 상기 모터(240)와 조립되는 기어 박스(230), 상기 기어 박스(230)의 상단에 조립되는 샤프트(231) 등을 포함하여 구성된다.2 is an exploded perspective view of an in-wheel motor 200 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the in-wheel motor 200 includes a wheel 210, a motor 240 installed inside the wheel 210, a gear box 230 assembled with the motor 240, A shaft 231 assembled to the upper end of the gear box 230, and the like.

바퀴(210)측에는 바퀴(210)의 바깥쪽을 덮는 바깥 바퀴 커버(211)와, 바퀴(210)의 안쪽을 덮는 안쪽 바퀴 커버(213), 바퀴(210)의 바깥쪽에 설치되는 제 1 베어링(220), 바퀴(210)의 안쪽에 설치되는 제 2 베어링(270), 이러한 제 2 베어링(270)을 덮는 베어링 커버(271) 등이 구성된다.An outer wheel cover 211 covering the outer side of the wheel 210, an inner wheel cover 213 covering the inside of the wheel 210, a first bearing (not shown) provided outside the wheel 210, A second bearing 270 installed inside the wheel 210, a bearing cover 271 covering the second bearing 270, and the like.

모터(240)는 기어 박스(230)와 직접 연결되어 모터(240)의 구동에 따라 기어박스(230)가 구동하여 바퀴(210)를 회전시키게 된다. 이를 위해, 모터(240)에는 모터(240)의 회전력을 출력하는 모터 회전축(240-1)이 구비되고, 기어 박스(230)에는 기어박스(230)의 회전력을 출력하는 출력 회전축(230-1)이 구비된다. 일반적으로 모터(240)는 DC(Direct Current) 모터가 주로 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 교류 유도형 모터, 교류 동기형 모터 등도 가능하다.The motor 240 is directly connected to the gear box 230 so that the gear box 230 is driven by the motor 240 to rotate the wheel 210. The motor 240 is provided with a motor rotation shaft 240-1 for outputting the rotational force of the motor 240 and an output rotation shaft 230-1 for outputting the rotational force of the gear box 230 is connected to the gear box 230. [ . In general, a DC (direct current) motor is mainly used as the motor 240, but the present invention is not limited thereto, and alternating induction type motors, AC synchronous type motors, and the like are also possible.

물론, 기어 박스(230)는 모터(240)의 모터 회전축(240-1)에 결합되며, 이 모터 회전축(240-1)에 위치 검출 마그넷(250)이 부착되며, 이러한 위치 검출 마그넷(250)이 모터 회전축(240-1)에 고정 지지되도록 홀더(251)가 구성된다. 이 홀더(251)는 기어 박스(230)의 상단면 중앙에 설치된다.Of course, the gear box 230 is coupled to the motor rotation shaft 240-1 of the motor 240, the position detection magnet 250 is attached to the motor rotation shaft 240-1, The holder 251 is configured to be fixedly supported on the motor rotary shaft 240-1. The holder 251 is installed at the center of the upper surface of the gear box 230.

도 2에서는 위치 검출 마그넷(250)이 사용되는 것으로 도시하였으나, 이러한 마그네틱 방식에 한정되는 것은 아니며, 광센서 방식 등도 가능하다.Although the position detecting magnet 250 is shown in FIG. 2, the present invention is not limited to the magnetic sensing method.

이러한 위치 검출 마그넷(250)의 위치를 검출하기 위해 위치 검출 회로 기판(253)이 구성된다. 이 위치 검출 회로 기판(253)은 샤프트(231)의 하단면 내측 일측에 배치되므로 별도의 공간을 추가하지 않고도 모터 위치 검출 시스템을 구성하는 것도 가능하다. A position detection circuit board 253 is configured to detect the position of the position detection magnet 250. Since the position detecting circuit board 253 is disposed on the inner side of the lower end surface of the shaft 231, it is possible to configure the motor position detecting system without adding any additional space.

위치 검출 회로 기판(253)에는 위치 검출 센서(미도시)가 탑재되며, 위치 검출 마그넷(250)이 회전함에 따라 모터(240)의 회전량을 검출하는 기능을 수행한다.A position detection sensor (not shown) is mounted on the position detection circuit board 253 and detects the rotation amount of the motor 240 as the position detection magnet 250 rotates.

위치 검출 회로 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.And a position detection circuit board.

이러한 샤프트(231)는 기어 박스(230)의 상단 중앙부(230-2)와 체결 조립된다. 또한, 이 샤프트(231)에는 제어기 회로 기판(260)이 조립 체결된다.The shaft 231 is fastened and assembled to the upper center portion 230-2 of the gear box 230. Further, the controller circuit board 260 is assembled to the shaft 231.

제어기 회로 기판(260)에는 정속, 정전류, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 모드 지원, 각종 파라미터 설정 및/또는 자동 게인 튜닝 등의 스마트 기능이 탑재될 수 있다.The controller circuit board 260 may be equipped with smart functions such as constant speed, constant current, PWM (Pulse Width Modulation) control mode support, various parameter setting and / or automatic gain tuning.

또한, 제어기 회로 기판(260)에는 통신 회로(미도시)가 구성되어, 외부 상위 제어기와 CAN(Controller Area Network) 통신을 통한 버스 형태의 시스템 구성이 가능하다. 또한, RS232 통신을 추가적으로 지원하여 하드웨어 호환성을 높인다. 부연하면, 일반적인 CAN 통신 기반의 모터 드라이버의 경우 정속, 정전류는 대부분 지원 하지만 PWM 모드를 지원하지 못한다. 따라서, RS232를 사용함으로써 PWM 모드를 지원하여 상위 제어기에서 정속 또는 정전류 제어가 가능하게 된다.In addition, a communication circuit (not shown) is formed in the controller circuit board 260, and a system configuration of a bus type through CAN (Controller Area Network) communication with an external host controller is possible. In addition, it supports RS232 communication to enhance hardware compatibility. In other words, motor driver based on CAN communication usually supports constant speed and constant current but does not support PWM mode. Therefore, by using RS232, PWM mode is supported, so that constant speed or constant current control is possible in host controller.

물론, 이러한 통신 라인을 통하여 제어기 회로 기판(260)은 내부의 상태 정보(속도, 전류, 전압, 온도 등을 들 수 있음)를 상위 제어기(미도시)에 전송하고, 상위 제어기로부터 제어 신호 및 데이터 등을 송신받을 수 있다. 또한, 모터(240)의 구동을 제어한다.Of course, through the communication line, the controller circuit board 260 transmits internal state information (including speed, current, voltage, temperature, etc.) to an upper controller (not shown) And so on. Further, it controls the driving of the motor 240.

또한, 제어기 회로 기판(260)은 공장값 초기화를 위한 리셋 기능을 갖는다. 공장값 초기화를 위한 리셋은 제어기 회로 기판(260)에서 소프트웨어적으로 실행될 수 있고, 특정 버튼 또는 스위치를 구성하여 구현하는 것도 가능하다.In addition, the controller circuit board 260 has a reset function for factory value initialization. Reset for factory value initialization may be performed in software on the controller circuit board 260 and may be implemented by configuring a particular button or switch.

또한, 상기 제어기 회로 기판(260)은 부하조건에 따라 게인의 초기값을 자동으로 탐색할 수 있는 오토 게인 튜닝(Auto Gain tunning)을 실행한다.In addition, the controller circuit board 260 performs auto gain tuning to automatically detect an initial value of a gain according to a load condition.

물론, 이를 위해 제어기 회로 기판(260)에는 마이크로프로세서, 메모리 등이 구성되어 오토 게인 튜닝을 실행하는 알고리즘을 위한 프로그램, 데이터 등이 저장된다.Of course, a microprocessor, a memory, and the like are configured in the controller circuit board 260 to store a program, data, and the like for an algorithm for performing automatic gain tuning.

기어 박스(230) 측에는 기어(233)가 구성되며, 이 기어(233)는 샤프트(231)를 외삽하여 기어 박스(230)의 출력 회전축(230-1)과 조립된다. A gear 233 is formed on the side of the gear box 230. The gear 233 is assembled with the output rotation shaft 230-1 of the gear box 230 by extrapolating the shaft 231. [

도 3은 도 2에 도시된 인휠 모터(200)의 구성중 위치 검출 마그넷(250), 홀더(251), 위치 검출 회로기판(253), 샤프트(231) 및 제어기 회로 기판(260) 부분을 확대하여 보여주는 부분 확대 사시도이다. 도시된 바와 같이, 기어 박스(230)의 상단면으로 노출된 모터 회전축(240-1)과 출력 회전축(230-1)은 서로 이격된 상태로 위치되고, 샤프트(231)는 모터(240)의 모터 회전축(240-1)을 감싼 상태로 기어 박스(230)의 상단 중앙부(230-2)에 결합된다. 그러므로, 위치 검출 마그넷(250)과 홀더(251) 및 위치 검출 회로기판(253)이 샤프트(231)로 가려지며, 제어기 회로 기판(260)이 샤프트(231)의 외부로 위치된다.3 is an enlarged view of the position detecting magnet 250, the holder 251, the position detecting circuit board 253, the shaft 231 and the controller circuit board 260 in the configuration of the in-wheel motor 200 shown in Fig. FIG. The motor rotation shaft 240-1 and the output rotation shaft 230-1 are spaced apart from each other and the shaft 231 is exposed to the upper surface of the gear box 230, And is coupled to the upper center portion 230-2 of the gear box 230 while surrounding the motor rotation shaft 240-1. The position detecting magnet 250 and the holder 251 and the position detecting circuit board 253 are covered by the shaft 231 and the controller circuit board 260 is positioned outside the shaft 231. [

도 4는 도 3에 도시된 인휠 모터(200)가 조립된 상태의 외관 사시도이다. 도시된 바와 같이, 샤프트(231)는 바퀴(210)의 중앙부위로 노출되고, 베어링 커버(271)와 결합된 안쪽 바퀴 커버(213)가 고정부재(280)를 매개로 바퀴(210)와 결합된다. 그러므로, 안쪽 바퀴 커버(213)는 기어 박스(230)와 모터(240)의 외부 노출을 가려준다.4 is an external perspective view of the in-wheel motor 200 shown in FIG. 3 assembled. The shaft 231 is exposed on the center of the wheel 210 and the inner wheel cover 213 coupled with the bearing cover 271 is coupled to the wheel 210 via the fixing member 280 . Therefore, the inner wheel cover 213 covers the outside of the gear box 230 and the motor 240.

도 5는 도 4에서 인휠 모터(200)를 X-X'축으로 절개한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 모터(240)의 모터 회전축(240-1)이 바퀴(210)의 중앙으로 위치되는 반면 기어 박스(230)의 출력 회전축(230-1)은 모터 회전축(240-1)에서 이격되어 위치된다. 그러므로, 기어 박스(230)는 그 내부에서 모터(240)의 모터 회전축(240-1)과 결합되어 회전됨으로써 출력 회전축(230-1)이 회전되며, 이러한 회전 관계는 기어 박스(230)와 모터(240)의 통상적인 구성을 통해 이루어진다. 또한, 모터(240)의 모터 회전축(240-1)에는 샤프트(231)가 위치되고, 기어 박스(230)의 출력 회전축(230-1)에는 샤프트(231)에 외삽된 기어(233)가 맞물린다. 그 결과, 모터(240)의 구동으로 회전된 기어박스(230)의 출력 회전축(230-1)은 샤프트(231)에 외삽된 기어(233)를 회전시켜주고, 기어(233)의 회전은 안쪽 바퀴 커버(213)로 전달됨으로써 고정부재(280)를 매개로 안쪽 바퀴 커버(213)와 결합된 바퀴(210)가 회전된다. 그리고, 모터(240)의 구동으로 회전되는 모터 회전축(240-1)은 홀더(251)를 매개로 고정된 위치 검출 마그넷(250)을 회전시켜준다. 그 결과, 모터 회전축(240-1)과 홀더(251) 및 위치 검출 마그넷(250)을 감싼 샤프트(231)에 내장된 위치 검출 회로기판(253)이 위치 검출 마그넷(250)의 회전상태를 검출한다.5 is a cross-sectional view of the in-wheel motor 200 taken along the line X-X 'in FIG. The motor rotation axis 240-1 of the motor 240 is positioned at the center of the wheel 210 while the output rotation axis 230-1 of the gear box 230 is positioned at the center of the motor rotation axis 240-1 Respectively. Therefore, the gear box 230 is coupled with the motor rotation shaft 240-1 of the motor 240 to rotate the output rotation shaft 230-1, and this rotation relationship is established between the gear box 230 and the motor Lt; RTI ID = 0.0 > 240 < / RTI > A shaft 231 is positioned on the motor rotation shaft 240-1 of the motor 240 and a gear 233 extruded on the shaft 231 is engaged with the output rotation shaft 230-1 of the gear box 230 All. As a result, the output rotation shaft 230-1 of the gear box 230 rotated by the driving of the motor 240 rotates the gear 233 extrapolated to the shaft 231, and the rotation of the gear 233 rotates inside The wheels 210 coupled to the inner wheel cover 213 are rotated via the fixing member 280 by being transmitted to the wheel cover 213. The motor rotation shaft 240-1, which is rotated by driving the motor 240, rotates the position detection magnet 250 fixed via the holder 251. As a result, the position detection circuit board 253 incorporated in the shaft 231 surrounding the motor rotation shaft 240-1 and the holder 251 and the position detection magnet 250 detects the rotation state of the position detection magnet 250 do.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 오토 게인 튜닝(Auto Gain Tunning)의 개념을 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 로봇(600)의 제 1 바퀴 구동부(601)에 인휠 모터(200)가 설치된 상태에서, 변경된 제 2 바퀴 구동부(602)에 인휠 모터(200)가 설치된 상태를 보여준다. 물론, 인휠 모터(200)와 상위 제어기(610)는 통신 라인(620)으로 연결된다.FIG. 6 is a diagram illustrating a concept of auto gain tuning according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6 shows a state in which the in-wheel motor 200 is installed in the modified second wheel drive unit 602 in a state that the in-wheel motor 200 is installed in the first wheel drive unit 601 of the robot 600. FIG. Of course, the in-wheel motor 200 and the host controller 610 are connected to the communication line 620.

도 6에서는 로봇(600)을 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 전기 자동차, 전기 자전거, 청소기, 전동 휠체어 등에도 인휠 모터(200)가 적용될 수 있다.Although the robot 600 is illustrated in FIG. 6, the present invention is not limited thereto. The in-wheel motor 200 may be applied to an electric vehicle, an electric bicycle, a cleaner, an electric wheelchair,

도 6에 도시된 바와 같이 부하 조건이 다른 설치 대상에 인휠 모터(200)를 설치하는 경우 부하 조건에 따라 적절하게 정속 및/또는 정전류를 위한 게인(gain)을 튜닝해야 한다.As shown in FIG. 6, when the in-wheel motor 200 is installed in an installation subject to a different load condition, the gain for constant speed and / or constant current should be tuned appropriately according to the load condition.

부연하면, 인휠 모터(200)가 부착되는 시스템의 하중이나 적용 환경에 따른 부하조건에 따라 적절한 게인의 초기값을 자동으로 탐색할 수 있는 Auto gain tunning 기능이 내장된다. 이러한 오토 게인 튜닝 기능은 PC 프로그램 없이 단독으로도 작동이 가능하다.In addition, an auto gain tuning function is provided to automatically detect the initial value of the appropriate gain according to the load of the system to which the in-wheel motor 200 is attached or the load condition depending on the application environment. This auto gain tuning function can be operated independently without a PC program.

도 7은 도 6에 도시된 상위 제어기(610)에 따른 제어 모드를 나타내는 개념도이다. 도 7을 참조하면, 상위 제어기(610)는 외부 상위 제어기로서, 3가지 제어 모드(710,720,730)를 제공한다. 3가지 제어 모드는 다음과 같다.FIG. 7 is a conceptual diagram showing a control mode according to the host controller 610 shown in FIG. Referring to FIG. 7, the host controller 610, as an external host controller, provides three control modes 710, 720, and 730. The three control modes are as follows.

① 정속도 제어 모드: 최저 1cm/sec ~ 최대 200cm/sec로 제어 가능① Constant speed control mode: Controllable from minimum 1cm / sec to maximum 200cm / sec

② 정전류 제어 모드: 최대 10A까지 오차 0.1A 이내 전류 제어 가능② Constant current control mode: Up to 10A Error Control within 0.1A

③ PWM 제어 모드 : 내부 제어 기능을 사용하지 않고 외부 제어기를 사용하는 경우 제어기 회로 기판(도 2의 260)을 모터 드라이버처럼 활용할 수 있음.
③ PWM control mode: When the external controller is used without using the internal control function, the controller circuit board (260 in Figure 2) can be used like a motor driver.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인휠 모터(200)의 오토 게인 튜닝 과정을 보여주는 순서도이다. 도 8을 참조하면, 인휠 모터(200)가 특정 대상물에 설치됨에 따라 상위 제어기(610)가 부하조건을 확인한다(단계 S810).8 is a flowchart showing an auto gain tuning process of the in-wheel motor 200 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, as the in-wheel motor 200 is installed on a specific object, the host controller 610 confirms the load condition (step S810).

부하조건이 변동된 것으로 확인됨에 따라 상기 상위 제어기(610)가 게인 튜닝 시작 명령을 상기 인휠 모터(200)에 송신한다(단계 S820).The host controller 610 transmits a gain tuning start command to the in-wheel motor 200 (step S820).

게인 튜닝 시작 명령을 수신함에 따라 상기 인휠 모터(200)가 미리 설정된 시간 동안 초기 게인값을 탐색하는 오토 게인 튜닝을 수행한다(단계 S830).Upon receiving the gain tuning start command, the in-wheel motor 200 performs auto gain tuning for searching an initial gain value for a preset time (step S830).

상기 인휠 모터(200)가 게인 튜닝이 완료됨에 따라 게인 튜닝 완료 시그널을 상기 상위 제어기(610)에 송신하고, 상기 인휠 모터(200)가 탐색된 초기 게인값을 설정한다(단계 S840,S850).Upon completion of the gain tuning, the in-wheel motor 200 transmits a gain tuning completion signal to the host controller 610, and the in-wheel motor 200 sets the found initial gain value (steps S840 and S850).

200: 인휠 모터 210: 바퀴
211: 바깥 바퀴 커버 213: 안쪽 바퀴 커버
220: 제 1 베어링 230: 기어 박스
231: 샤프트 240: 모터
250: 위치 검출 마그넷 251: 홀더
253: 위치 검출 회로 기판 260: 제어기 회로 기판
270: 제 2 베어링
601: 제 1 바퀴 구동부 602: 제 2 바퀴 구동부
620: 통신 라인
200: In-wheel motor 210: Wheel
211: outer wheel cover 213: inner wheel cover
220: first bearing 230: gear box
231: shaft 240: motor
250: Position detecting magnet 251: Holder
253: Position detecting circuit board 260: Controller circuit board
270: Second bearing
601: first wheel drive unit 602: second wheel drive unit
620: communication line

Claims (10)

바퀴와, 상기 바퀴의 내측에 설치되는 모터와, 상기 모터의 모터 회전축으로 회전되어 상기 바퀴의 회전력으로 전달하는 출력회전축을 구비한 기어 박스와, 상기 기어 박스의 상단에 조립되는 샤프트를 갖는 인휠 모터에 있어서,
상기 출력 회전축은 상기 바퀴의 중앙에 위치된 상기 모터 회전축과 이격되며;
상기 샤프트는 상기 모터 회전축의 축방향으로 부착되는 위치 검출 센서와 상기 위치 검출 센서를 지지하는 홀더가 하단면 내측으로 위치되도록 상기 모터 회전축을 감싸고, 상기 하단면 내측에 배치된 위치 검출 회로 기판을 구비하여 상기 위치 검출 센서의 위치 검출로 상기 모터의 회전량을 검출하고;
상기 모터의 구동에 의한 상기 모터 회전축의 회전으로 상기 기어박스가 구동되면, 상기 바퀴의 회전력은 고정부재를 매개로 결합된 안쪽 바퀴 커버에서 전달되고, 상기 안쪽 바퀴 커버의 회전력은 기어에서 전달되며, 상기 기어의 회전력은 상기 출력회전축에서 전달되고, 상기 기어는 상기 기어 박스의 상단에 형성된 상단 중앙부와 체결 조립된 상기 샤프트에 외삽된
것을 특징으로 하는 인휠 모터.
A gear box having a wheel, a motor provided inside the wheel, an output rotary shaft rotated by a rotation shaft of the motor, and an output rotary shaft, and an in-wheel motor In this case,
The output rotation axis being spaced apart from the motor rotation axis located at the center of the wheel;
The shaft includes a position detection circuit board that surrounds the motor rotation axis so that the position detection sensor attached in the axial direction of the motor rotation shaft and the holder supporting the position detection sensor are located inside the lower end face, Detecting the rotation amount of the motor by the position detection of the position detection sensor;
When the gear box is driven by rotation of the motor rotation shaft by driving the motor, the rotational force of the wheels is transmitted from the inner wheel cover coupled via the fixing member, the rotational force of the inner wheel cover is transmitted from the gear, The rotational force of the gear is transmitted from the output rotary shaft, and the gear is extrapolated to the shaft, which is fastened and assembled with the upper center portion formed at the upper end of the gear box
Wherein the in-wheel motor is an in-wheel motor.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 위치 검출 센서는 광센서 방식 또는 마그네틱 방식인 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
The method according to claim 1,
Wherein the position detection sensor is an optical sensor type or a magnetic type.
제 1 항에 있어서,
상기 샤프트에 배치되어 상기 위치 검출 회로 기판과 전기적으로 연결되는 제어기 회로 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
The method according to claim 1,
And a controller circuit board disposed on the shaft and electrically connected to the position detecting circuit board.
제 4 항에 있어서,
상기 제어기 회로 기판은 CAN 통신을 이용하여 외부 상위 제어기와 통신하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
5. The method of claim 4,
Wherein the controller circuit board communicates with an external host controller using CAN communication.
제 4 항에 있어서,
상기 제어기 회로 기판은 정속 제어 모드, 정전류 제어 모드, 및 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 모드 중 어느 하나를 실행하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
5. The method of claim 4,
Wherein the controller circuit board executes one of a constant speed control mode, a constant current control mode, and a PWM (Pulse Width Modulation) control mode.
제 4 항에 있어서,
상기 제어기 회로 기판은 부하조건에 따라 게인의 초기값을 자동으로 탐색할 수 있는 오토 게인 튜닝(Auto Gain tunning)을 실행하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
5. The method of claim 4,
Wherein the controller circuit board performs auto gain tuning to automatically detect an initial value of a gain according to a load condition.
제 4 항에 있어서,
상기 제어기 회로 기판은 추가적으로 RS232 통신을 이용하여 외부 상위 제어기와 통신하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터.
5. The method of claim 4,
Wherein the controller circuit board further communicates with an external host controller using RS232 communication.
청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 8중 어느 한 항에 의한 구성요소를 포함한 인휠 모터의 게인 튜닝 방법에 있어서,
상기 인휠모터가 특정 대상물에 설치됨에 따라 상위 제어기가 부하조건을 확인하는 단계;
부하조건이 확인됨에 따라 상기 상위 제어기가 게인 튜닝 시작 명령을 상기 인휠 모터에 송신하는 단계;
상기 인휠 모터가 미리 설정된 시간 동안 초기 게인값을 탐색하는 오토 게인 튜닝을 수행하는 단계;
상기 인휠 모터가 게인 튜닝이 완료됨에 따라 게인 튜닝 완료 시그널을 상기 상위 제어기에 송신하는 단계; 및
상기 인휠 모터가 탐색된 초기 게인값을 설정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터의 게인 튜닝 방법.
A gain tuning method of an in-wheel motor including components according to any one of claims 1 and 3 to 8,
Confirming a load condition by an upper controller as the in-wheel motor is installed on a specific object;
Transmitting the gain tuning start command to the in-wheel motor as the host controller confirms the load condition;
Performing an auto gain tuning in which the in-wheel motor searches an initial gain value for a predetermined time;
Transmitting a gain tuning completion signal to the host controller when the in-wheel motor completes gain tuning; And
Setting an initial gain value of the found in-wheel motor;
Wherein the gain of the in-wheel motor is set to a predetermined value.
제 9 항에 있어서,
상기 상위 제어기는 정속 제어 모드, 정전류 제어 모드, 및 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 모드 중 어느 하나로 상기 인휠 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터의 게인 튜닝 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the host controller controls the in-wheel motor in any one of a constant speed control mode, a constant current control mode, and a PWM (Pulse Width Modulation) control mode.
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