KR101819714B1 - A device for measuring angular displacement of crank shaft of slider crank mechanism and a method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬라이더 크랭크 장치에 있어서 크랭크축의 회전각도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 슬라이더의 직선 운동을 유발하는 모터의 회전 각도 변위를 측정하고, 모터의 회전 각도와 크랭크축의 회전 각도 간의 동역학적 관계를 이용하여 크랭크축의 회전 각도를 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the angle of rotation of a crankshaft in a slider crank device, and more particularly, to a device and a method for measuring the angle of rotation of a motor causing linear motion of a slider, And more particularly, to an apparatus and a method for calculating a rotation angle of a crankshaft using a dynamic relationship between rotational angles.

Description

슬라이더 크랭크 장치의 크랭크축 회전각도 측정 장치 및 방법{A device for measuring angular displacement of crank shaft of slider crank mechanism and a method thereof}Technical Field The present invention relates to a device for measuring a crankshaft rotational angle of a slider crank device,

본 발명은 슬라이더 크랭크 장치에 있어서 크랭크축의 회전각도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 슬라이더의 직선 운동을 유발하는 모터의 회전 각도 변위를 측정하고, 모터의 회전 각도와 크랭크축의 회전 각도 간의 동역학적 관계를 이용하여 크랭크축의 회전 각도를 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the angle of rotation of a crankshaft in a slider crank device, and more particularly, to a device and a method for measuring the angle of rotation of a motor causing linear motion of a slider, And more particularly, to an apparatus and a method for calculating a rotation angle of a crankshaft using a dynamic relationship between rotational angles.

링크 장치는 동력 전달을 위한 기계 요소 중 하나 이다. 본 발명은 링크 장치 중 4절 링크 장치의 한 가지 종류인 슬라이더 크랭크 장치에 관한 것이다. 슬라이더 크랭크 장치는 슬라이더의 직선운동을 크랭크의 회전운동으로 변환하여 전달하거나, 또는 그 반대로 크랭크의 회전운동을 슬라이더의 직선운동으로 변환하여 전달하는데 사용된다. 슬라이더 크랭크 장치는 로봇, 자동차 엔진 등을 비롯한 다양한 기계장치에 사용되고 있다. The link device is one of the mechanical components for power transmission. The present invention relates to a slider crank device, which is one type of four-bar linkage device among link devices. The slider crank device is used to convert the linear motion of the slider into a rotational motion of the crank and to transmit the rotational motion, or vice versa, to convert the rotational motion of the crank into a linear motion of the slider. The slider crank device is used in various mechanical devices including a robot, an automobile engine, and the like.

도1은 종래 많이 사용되고 있는 슬라이더 크랭크 장치의 일 예를 도시한 도면이다. 이를 참조하면, 슬라이더 크랭크 장치(100)는 슬라이더(101), 크랭크(102) 및 이 둘을 서로 연결하는 연결링크(103)를 포함한다. 슬라이더(101)는 볼스크류(104)에 연결되어 볼스크류(104)의 회전을 따라 직선운동하게 된다. 볼스크류(104)는 이를 구동하여 회전 운동을 일으키는 모터(105)에 연결된다. 이러한 슬라이더 크랭크 장치(100)의 작동을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 슬라이더 크랭크 장치(100)의 운동을 유발하는 동력은 모터(105)가 제공한다. 모터(105)는 그에 연결되어 있는 볼스크류(104)를 양방향으로 회전시킨다. 볼스크류(104)는 모터(105) 회전축에 직결되어 있거나 또는 기어 혹은 벨트 같은 동력 전달 기계 요소에 의해 연결되어 있을 수 있다. 볼스크류(104)의 회전 운동은 이에 연결되어 있는 슬라이더(101)의 직선운동으로 변환된다. 볼스크류(104)의 회전 방향에 의존하여 슬라이더(101) 직선운동의 방향도 결정된다. 슬라이더(101)의 직선운동은 연결링크(103)를 통해 크랭크(102)에 전달되어 크랭크(102)의 회전운동을 일으킨다. 크랭크(102)는 그 끝단부가 위치 고정된 상태에서 회전운동만 가능하도록 구성되어 있으며, 이러한 고정단부에 크랭크축(111)이 연결된다. 결과적으로 모터(105)의 구동은 볼스크류(104), 슬라이더(101), 연결링크(103), 크랭크(102)로 순차로 전달되어 최종적으로 크랭크축(111)의 회전운동으로 나타난다. 1 is a view showing an example of a conventional slider crank device. Referring to this, the slider crank device 100 includes a slider 101, a crank 102, and a connecting link 103 connecting the two. The slider 101 is connected to the ball screw 104 and linearly moves along the rotation of the ball screw 104. The ball screw 104 is connected to a motor 105 that drives the ball screw 104 to rotate. The operation of the slider crank device 100 will be described in more detail as follows. The motor 105 provides the motive power for causing the slider crank device 100 to move. The motor 105 rotates the ball screw 104 connected thereto in both directions. The ball screw 104 may be directly connected to the rotation axis of the motor 105 or may be connected by a power transmission mechanical element such as a gear or a belt. The rotational motion of the ball screw 104 is converted into a linear motion of the slider 101 connected thereto. The direction of the linear movement of the slider 101 is also determined depending on the rotational direction of the ball screw 104. [ The linear movement of the slider 101 is transmitted to the crank 102 via the connecting link 103 to cause the crank 102 to rotate. A crankshaft (111) is connected to the fixed end of the crank (102). As a result, the driving of the motor 105 is sequentially transmitted to the ball screw 104, the slider 101, the connecting link 103, and the crank 102 and finally appears as a rotational motion of the crankshaft 111.

이러한 종래의 슬라이더 크랭크 장치(100)에 있어서 최종단인 크랭크축(111)의 회전 각도를 제어하기 위해서는 크랭크축(111)에 각도 센서를 부가하여 이를 통해 검출되는 회전 각도 값을 이용해 모터(105)를 피드백 제어하는 방식이 많이 이용되었다. 이러한 제어 방식은 크랭크축(111)의 회전 각도를 정확하게 검출할 수 있는 장점은 있으나, 통상적으로 동력 전달 요소의 최종단인 크랭크축(111) 부분은 온도, 압력 등의 작동 환경이 가혹한 경우가 많고, 공간이나 중량의 제약으로 인하여 각도 센서를 설치하기 어려운 경우가 많았다. In order to control the rotation angle of the crankshaft 111, which is the final stage of the conventional slider crank device 100, an angle sensor is added to the crankshaft 111 and the motor 105 is rotated, Feedback control is often used. Such a control method has an advantage in that the rotation angle of the crankshaft 111 can be accurately detected. However, the operating environment of the crankshaft 111, which is the final stage of the power transmitting element, , It is often difficult to install an angle sensor due to space or weight restrictions.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 슬라이더 크랭크 장치에 있어서 크랭크축에 부가되는 각도 센서 없이도 크랭크축의 회전 각도를 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for measuring the rotation angle of a crankshaft without using an angle sensor attached to the crankshaft in a slider crank device.

또한, 크랭크축에 부가되는 각도 센서 없이도 크랭크축의 회전 각도를 제어할 수 있도록 함으로써 동력 전달 요소의 최종단인 크랭크축의 공간이나 중량의 제약으로부터 자유롭고 가혹한 환경에서 사용이 가능한 슬라이더 크랭크 장치를 제공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. Further, it is possible to provide a slider crank device which is free from restriction of the space or weight of the crankshaft which is the final stage of the power transmitting element and which can be used in a harsh environment by controlling the rotation angle of the crankshaft without an angle sensor attached to the crankshaft .

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 슬라이더, 크랭크, 연결링크, 상기 슬라이더에 연결되는 볼스크류 및 상기 볼스크류를 구동하는 모터를 포함하는 슬라이더 크랭크 장치의 크랭크축 위치 측정장치에 있어서, To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided an apparatus for measuring a crankshaft position of a slider crank device including a slider, a crank, a connecting link, a ball screw connected to the slider,

상기 모터의 위치를 센싱하는 모터 센서로부터 모터의 위치를 검출하는 검출부와, A detector for detecting the position of the motor from a motor sensor for sensing the position of the motor,

상기 검출부에서 검출된 모터의 위치로부터 상기 슬라이더 크랭크 장치의 기구학적 관계를 이용하여 상기 크랭크축의 위치를 산출하는 변환부를 포함하고, And a converting section for calculating the position of the crankshaft based on the mechanical relationship of the slider crank device from the position of the motor detected by the detecting section,

상기 변환부는 상기 크랭크의 길이 L1, 상기 연결링크의 길이 L2, 상기 크랭크축 중심에서 상기 슬라이더 중심까지의 수평거리 L3, 상기 크랭크축 중심과 상기 슬라이더 직선운동축 사이의 수직거리 L0, 상기 크랭크가 상기 슬라이더의 직선 운동과 평행한 수평축에 대하여 이루는 각도 θ1, 상기 연결링크가 상기 슬라이더의 직선 운동과 평행한 수평축에 대하여 이루는 각도 θ2 사이의 다음 관계식에 의해 크랭크 축의 위치를 산출하는 것을 특징으로 한다. The converter comprises a vertical distance between the horizontal distance L 3, the crankshaft center and the sliding linear motion axis of the length L 2, the crank shaft center of the coupling length of the crank L 1, linked to the slider center L 0, An angle? 1 formed by the crank with respect to a horizontal axis parallel to the linear motion of the slider, and an angle? 2 formed by the connecting link with respect to a horizontal axis parallel to the linear motion of the slider The position of the crankshaft is calculated by the following relational expression.

Figure 112016041555067-pat00001
Figure 112016041555067-pat00001

또한, 상기 변환부는 상기 슬라이더의 선속도가 VB일 때 아래 식에 의해 크랭크 축의 속도를 산출하는 것을 특징으로 한다. Further, the conversion unit calculates the velocity of the crankshaft by the following equation when the linear velocity of the slider is V B.

Figure 112016041555067-pat00002
Figure 112016041555067-pat00002

또한, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 슬라이더, 크랭크, 연결링크, 상기 슬라이더에 연결되는 볼스크류 및 상기 볼스크류를 구동하는 모터를 포함하는 슬라이더 크랭크 장치의 크랭크축 위치 측정 방법에 있어서, According to another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a crankshaft position of a slider crank device including a slider, a crank, a connecting link, a ball screw connected to the slider, and a motor for driving the ball screw,

상기 모터의 위치를 센싱하는 모터 센서로부터 모터의 위치를 검출하는 검출단계와, A detecting step of detecting a position of the motor from a motor sensor which senses the position of the motor;

상기 검출단계에서 검출된 모터의 위치로부터 상기 슬라이더 크랭크 장치의 기구학적 관계를 이용하여 상기 크랭크축의 위치를 산출하는 변환단계를 포함하고, And a converting step of calculating a position of the crankshaft based on the mechanical relationship of the slider crank device from the position of the motor detected in the detecting step,

상기 변환단계는 상기 크랭크의 길이 L1, 상기 연결링크의 길이 L2, 상기 크랭크축 중심에서 상기 슬라이더 중심까지의 수평거리 L3, 상기 크랭크축 중심과 상기 슬라이더 직선운동축 사이의 수직거리 L0, 상기 크랭크가 상기 슬라이더의 직선 운동과 평행한 수평축에 대하여 이루는 각도 θ1, 상기 연결링크가 상기 슬라이더의 직선 운동과 평행한 수평축에 대하여 이루는 각도 θ2 사이의 다음 관계식에 의해 크랭크 축의 위치를 산출하는 것을 특징으로 한다. The converting step is the vertical distance L 0 between the horizontal distance L 3, the crankshaft center and the sliding linear motion axis of the length L 2, the crank shaft center of the length L 1, the connecting link of the crank to the slider center An angle θ 1 formed by the crank with respect to a horizontal axis parallel to the linear motion of the slider, and an angle θ 2 formed by the connecting link with respect to a horizontal axis parallel to the linear motion of the slider The position of the crankshaft is calculated by the following relational expression.

Figure 112016041555067-pat00003
Figure 112016041555067-pat00003

또한, 상기 변환단계는 상기 슬라이더의 선속도가 VB일 때 아래 식에 의해 크랭크 축의 속도를 산출하는 것을 특징으로 한다. Further, the converting step calculates the velocity of the crankshaft by the following equation when the linear velocity of the slider is V B.

Figure 112016041555067-pat00004
Figure 112016041555067-pat00004

이러한 본 발명의 크랭크축 회전각도 측정 장치 및 방법을 이용하면 크랭크축에 부가되는 각도 센서 없이도 크랭크축의 회전 각도를 측정할 수 있다. 따라서 동력 전달 요소의 최종단인 크랭크축의 공간이나 중량의 제약으로부터 자유로우면서도 가혹한 환경에서 사용이 가능한 슬라이더 크랭크 장치를 제공할 수 있다. By using the apparatus and method for measuring the crankshaft rotation angle of the present invention, the rotation angle of the crankshaft can be measured without an angle sensor attached to the crankshaft. Therefore, it is possible to provide a slider crank device which is free from restriction of the space or weight of the crankshaft, which is the final stage of the power transmission element, and which can be used in harsh environments.

도1은 종래 슬라이더 크랭크 장치의 일 예를 도시한 도면
도2는 본 발명에 따른 슬라이더 크랭크 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 슬라이더 크랭크 장치의 크랭크축 회전각도 측정 장치를 도시한 도면
도4는 본 발명의 슬라이더 크랭크 장치의 기구학적 모델을 도시한 도면
도5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 슬라이더 크랭크 장치의 크랭크축 회전각도 측정 방법를 도시한 순서도1 is a view showing an example of a conventional slider crank device
2 is a view showing a schematic configuration of a slider crank device according to the present invention.
3 is a view showing an apparatus for measuring the rotation angle of a crankshaft of a slider crank device according to a preferred embodiment of the present invention
4 is a view showing a kinematic model of the slider crank device of the present invention
5 is a flowchart showing a method of measuring a crankshaft rotation angle of a slider crank device according to a preferred embodiment of the present invention

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 슬라이더 크랭크 장치의 크랭크축 회전각도 측정 장치 및 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, an apparatus and method for measuring a crankshaft rotation angle of a slider crank device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도2를 참조하면, 본 발명의 슬라이더 크랭크 장치(200)는 앞서 도1에서 언급한 바와 같은 슬라이더(201), 크랭크(202), 연결링크(203), 볼스크류(204), 모터(205), 크랭크축(211)을 포함하여 구성된다. 이러한 기구적인 구성은 통상의 슬라이더 크랭크 장치와 동일하다. 그러나 본 발명의 슬라이더 크랭크 장치(200)는 모터(205)의 회전각을 측정할 수 있는 모터 센서(221)를 더 포함한다. 모터 센서(221)는 모터(205) 회전자의 회전 각도를 측정할 수 있는 센서로써, 예를 들어 홀센서(Hall sensor), 엔코더(Encoder), 리졸버(Resolver)등 일 수 있다. 2, the slider crank device 200 of the present invention includes a slider 201, a crank 202, a connecting link 203, a ball screw 204, a motor 205, And a crankshaft 211, as shown in Fig. Such a mechanical structure is the same as that of a conventional slider crank device. However, the slider crank device 200 of the present invention further includes a motor sensor 221 capable of measuring a rotation angle of the motor 205. [ The motor sensor 221 is a sensor capable of measuring the rotation angle of the rotor of the motor 205 and may be, for example, a Hall sensor, an encoder, a resolver, or the like.

다음은 이러한 슬라이더 크랭크 장치(200)에 있어서 크랭크축(211)의 회전각도를 측정하기 위한 장치를 설명한다. 도3을 참조하면, 크랭크축 회전각도 측정 장치(230)는 모터센서(221)로부터 모터(205)의 위치(회전각도)를 검출하는 검출부(231)와 검출된 모터(205)의 위치로부터 크랭크축(211)의 위치를 산출하는 연산부(232)를 포함한다. 연산부(232)는 슬라이더 크랭크 장치(200)의 기구학적인 관계를 이용하여 모터(205)의 위치를 크랭크축(211)의 위치(회전각도)로 변환한다. 도4를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 슬라이더 크랭크 장치(200)는 도시된 바와 같이 기구학적 모델로 나타낼 수 있다. 여기서 L1은 크랭크(202)의 길이, L2는 연결링크(203)의 길이, L3는 크랭크축(211) 중심에서 슬라이더(201) 중심(연결링크(203)와 슬라이더(201)사이의 상대 회전 운동축 중심)까지의 수평거리(슬라이더(201)의 직선운동 축에 대한 수평거리), L0는 크랭크축(211) 중심과 슬라이더(201) 직선운동축 사이의 수직거리, θ1은 크랭크(202)가 수평축(슬라이더(201)의 직선 운동과 평행한 축)에 대하여 이루는 각도, θ2는 연결링크(203)가 수평축(슬라이더(201)의 직선 운동과 평행한 축)에 대하여 이루는 각도이다. Next, an apparatus for measuring the rotation angle of the crankshaft 211 in the slider crank device 200 will be described. 3, the crankshaft rotation angle measurement device 230 includes a detection unit 231 for detecting the position (rotation angle) of the motor 205 from the motor sensor 221, And an operation unit 232 for calculating the position of the shaft 211. The calculating unit 232 converts the position of the motor 205 to the position (rotational angle) of the crankshaft 211 by using the kinematic relationship of the slider crank device 200. [ 4, the slider crank device 200 may be represented by a kinematic model as shown. Wherein between the L 1 is the length of the crank (202), L 2 is the length, L 3 of the connecting link 203 is the crankshaft 211, the slider 201 in the center-to-center (the connecting link 203 and the slider 201 the vertical distance between the relative rotation axis) horizontal distance, horizontal distance of the linear movement axis of the (slider 201), L 0 is the crank shaft 211, the center and the slider 201, the linear motion axes to, θ 1 is The angle formed by the crank 202 with respect to the horizontal axis (the axis parallel to the linear motion of the slider 201),? 2 is the angle formed by the connecting link 203 with respect to the horizontal axis (axis parallel to the linear motion of the slider 201) It is an angle.

이때, 크랭크축(211)의 위치(angular position) θ1, 및 그 각속도 ω1은 다음 관계식에 의해 계산될 수 있다. At this time, the angular position? 1 of the crankshaft 211 and its angular velocity? 1 can be calculated by the following relational expression.

Figure 112016041555067-pat00005
식(1)
Figure 112016041555067-pat00005
Equation (1)

Figure 112016041555067-pat00006
, (VB 는 슬라이더(201)의 선속도) 식(2)
Figure 112016041555067-pat00006
(V B is the linear velocity of the slider 201)

L3는 모터(205)의 위치(angular position)에 의해 정해지므로, 모터(205)의 위치를 검출하면 위의 식(1) 및 식(2)에 의해 크랭크축(211)의 위치(angular position) θ1, 및 그 각속도 ω1가 산출된다. L 3 is determined by the angular position of the motor 205. When the position of the motor 205 is detected, the angular position of the crankshaft 211 is determined by the above equations (1) and (2) ) &thetas; 1 , and the angular velocity omega 1 thereof are calculated.

따라서 이러한 본 발명의 크랭크축 회전각도 측정 장치(230)를 이용하면 종래 크랭크축의 위치를 측정하기 위한 각도 센서 없이도 크랭크축(211)의 위치(회전각도)와 속도를 측정할 수 있다. Therefore, by using the crankshaft rotation angle measuring device 230 of the present invention, the position (rotation angle) and speed of the crankshaft 211 can be measured without an angle sensor for measuring the position of the conventional crankshaft.

이렇게 산출된 크랭크축(211)의 위치 및 속도 정보는 슬라이더 크랭크 장치(200)를 제어하는 제어부(240)에 전달되고, 제어부(240)는 이러한 정보를 이용하여 모터(205)의 위치를 제어할 수 있다. The position and speed information of the crankshaft 211 thus calculated is transmitted to the control unit 240 that controls the slider crank device 200 and the control unit 240 controls the position of the motor 205 using this information .

다음은 이러한 크랭크축 회전각도 측정 장치(230)를 이용한 크랭크축 회전각도 측정 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 크랭크축 회전 각도 측정 방법은 도5에 도시된 바와 같이 모터(205)의 위치를 검출하는 검출단계(S110)와 검출단계(S110)에서 검출된 모터(205)의 위치 정보를 이용하여 크랭크축(211)의 위치를 산출하는 연산단계(S120)를 포함한다. 연산단계(S120)에서는 전술한 관계식(1), (2)에 의해 크랭크축(211)의 위치를 계산해 낸다. 또한 본 발명의 크랭크축 회전 각도 측정 방법은 크랭크축(211)의 위치정보를 이용하여 모터(205) 구동을 제어하는 제어 단계(S130)를 포함한다. Next, a method of measuring the crankshaft rotation angle using the crankshaft rotation angle measurement device 230 will be described. The crankshaft rotation angle measuring method of the present invention is a method of measuring the rotation angle of a crankshaft using the position information of the motor 205 detected in the detecting step S110 and the detecting step S110, And a calculating step (S120) of calculating the position of the crankshaft 211. [ In the calculating step S120, the position of the crankshaft 211 is calculated by the above-mentioned relational expressions (1) and (2). The crankshaft rotation angle measuring method of the present invention includes a control step (S130) of controlling the drive of the motor 205 using the position information of the crankshaft 211. [

한편, 본 발명의 슬라이더 크랭크 장치(200)에 사용되는 모터(205)는 BLDC 모터이고, 모터센서(221)은 선형 홀 센서 일 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, BLDC 모터 내에 설치되는 세 개의 선형 홀 센서는 120°(도) 위상차를 갖는 정현파 형태의 출력을 갖는다. 모터 회전자의 각도 변위량은 세 개의 홀 신호(hA, hB, hC) 중 A상의 좌표값(x1, y1)과 B상의 좌표값(x2, y2)의 합인 P(x1+x2, y1+y2)가 x축과 이루는 각(θ)의 변위량으로 나타낼 수 있다. 즉,Meanwhile, the motor 205 used in the slider crank device 200 of the present invention may be a BLDC motor, and the motor sensor 221 may be a linear hall sensor. More specifically, the three linear Hall sensors installed in the BLDC motor have a sinusoidal output having a phase difference of 120 degrees. The sum of the motor rotation angle displacement of the electron is the coordinate value of the A phase of the three-hole signal (h A, h B, h C) (x 1, y 1) and the coordinates (x 2, y 2) on B P (x 1 + x 2 , y 1 + y 2 ) with the x-axis. In other words,

Figure 112016041555067-pat00007
(
Figure 112016041555067-pat00008
) 식(3)
Figure 112016041555067-pat00007
(
Figure 112016041555067-pat00008
) Equation (3)

위 식(3)으로 산출되는 각도(θ)에 의해 모터(205)의 위치를 산출할 수 있다. 이러한 선형 홀 센서를 이용한 BLCD모터의 위치 측정 방법은 본 출원의 발명자인 송치영이 대한민국 특허 공개 제10-2008-0097732("선형 홀 센서를 이용한 브러시리스 DC 모터 및 이 모터 속도 신호 구현 방법”)로 제안했던 바 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. The position of the motor 205 can be calculated by the angle? Calculated by the above formula (3). A method for measuring the position of a BLCD motor using such a linear hall sensor is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2008-0097732 ("Brushless DC motor using a linear Hall sensor and method for implementing the motor speed signal " Detailed description of the proposed bar is omitted.

이러한 본 발명의 크랭크축 회전각도 측정 장치 및 방법을 이용하면 크랭크축에 부가되는 각도 센서 없이도 크랭크축의 회전 각도를 측정할 수 있다. 따라서 동력 전달 요소의 최종단인 크랭크축의 공간이나 중량의 제약으로부터 자유로우면서도 가혹한 환경에서 사용이 가능한 슬라이더 크랭크 장치를 제공할 수 있다. By using the apparatus and method for measuring the crankshaft rotation angle of the present invention, the rotation angle of the crankshaft can be measured without an angle sensor attached to the crankshaft. Therefore, it is possible to provide a slider crank device which is free from restriction of the space or weight of the crankshaft, which is the final stage of the power transmission element, and which can be used in harsh environments.

200 : 슬라이더 크랭크 장치
201 : 슬라이더
202 : 크랭크
203 : 연결링크
204 : 볼스크류
205 : 모터
211 : 크랭크축
221 : 모터센서
230 : 크랭크축 회전각도 측정 장치
231 : 검출부
232 : 변환부
240 : 제어부200: Slider crank device
201: Slider
202: Crank
203: connection link
204: Ball Screw
205: Motor
211: Crankshaft
221: Motor sensor
230: Crankshaft rotation angle measuring device
231:
232:
240:

Claims (7)

슬라이더, 크랭크, 연결링크, 상기 슬라이더에 연결되는 볼스크류 및 상기 볼스크류를 구동하는 모터를 포함하는 슬라이더 크랭크 장치의 크랭크축 위치 측정장치에 있어서,
상기 모터는 BLDC모터이고, 상기 모터의 위치를 센싱하는 모터 센서는 120°(도) 위상차를 갖는 정현파를 출력하는 세 개의 선형 홀 센서를 포함하여, 상기 세 개의 선형 홀 센서에서 수신되는 세 개의 홀 신호(hA, hB, hC) 중 A상의 좌표값(x1, y1)과 B상의 좌표값(x2, y2)의 합인 P(x1+x2, y1+y2)가 x축과 이루는 각(θ)의 변위량에 의해 상기 모터의 위치를 검출하는 검출부와,
상기 검출부에서 검출된 모터의 위치로부터 상기 슬라이더 크랭크 장치의 기구학적 관계를 이용하여 상기 크랭크축의 위치를 산출하는 변환부를 포함하고,
상기 변환부는 상기 크랭크의 길이 L1, 상기 연결링크의 길이 L2, 상기 크랭크축 중심에서 상기 슬라이더 중심까지의 수평거리 L3, 상기 크랭크축 중심과 상기 슬라이더 직선운동축 사이의 수직거리 L0, 상기 크랭크가 상기 슬라이더의 직선 운동과 평행한 수평축에 대하여 이루는 각도 θ1, 상기 연결링크가 상기 슬라이더의 직선 운동과 평행한 수평축에 대하여 이루는 각도 θ2 를 이용하여
다음 관계식에 의해 상기 크랭크 축의 위치 θ1 (angular position) 및 각속도 ω1를 산출하는 크랭크축 위치 측정 장치
Figure 112017086327109-pat00009

Figure 112017086327109-pat00010
, (VB는 상기 슬라이더의 선속도).An apparatus for measuring a crankshaft position of a slider crank device including a slider, a crank, a connecting link, a ball screw connected to the slider, and a motor for driving the ball screw,
Wherein the motor is a BLDC motor, and the motor sensor for sensing the position of the motor includes three linear hall sensors for outputting a sinusoidal wave having a phase difference of 120 DEG, wherein three holes signal (h a, h B, h C) coordinate value on of a (x 1, y 1) and the sum of the coordinates (x 2, y 2) on B P (x 1 + x 2 , y 1 + y 2 ) Detecting the position of the motor by a displacement amount of an angle (?
And a converting section for calculating the position of the crankshaft based on the mechanical relationship of the slider crank device from the position of the motor detected by the detecting section,
The converter comprises a vertical distance between the horizontal distance L 3, the crankshaft center and the sliding linear motion axis of the length L 2, the crank shaft center of the coupling length of the crank L 1, linked to the slider center L 0, The angle? 1 formed by the crank with respect to the horizontal axis parallel to the linear motion of the slider, and the angle? 2 formed by the connecting link with respect to the horizontal axis parallel to the linear motion of the slider
A crankshaft position measuring device for calculating a position? 1 (angular position) and an angular velocity? 1 of the crankshaft by the following relational expression
Figure 112017086327109-pat00009

Figure 112017086327109-pat00010
, Where V B is the linear velocity of the slider. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 슬라이더, 크랭크, 연결링크, 상기 슬라이더에 연결되는 볼스크류 및 상기 볼스크류를 구동하는 모터를 포함하고, 상기 모터는 BLDC모터이고, 상기 모터의 위치를 센싱하는 모터 센서는 120°(도) 위상차를 갖는 정현파를 출력하는 세 개의 선형 홀 센서를 포함하는 슬라이더 크랭크 장치의 크랭크축 위치를 측정하기 위한 크랭크축 위치 측정 방법에 있어서,
상기 세 개의 선형 홀 센서에서 수신되는 세 개의 홀 신호(hA, hB, hC) 중 A상의 좌표값(x1, y1)과 B상의 좌표값(x2, y2)의 합인 P(x1+x2, y1+y2)가 x축과 이루는 각(θ)의 변위량에 의해 상기 모터의 위치를 검출하는 검출단계와,
상기 검출단계에서 검출된 모터의 위치로부터 상기 슬라이더 크랭크 장치의 기구학적 관계를 이용하여 상기 크랭크축의 위치를 산출하는 변환단계를 포함하고,
상기 변환단계는 상기 크랭크의 길이 L1, 상기 연결링크의 길이 L2, 상기 크랭크축 중심에서 상기 슬라이더 중심까지의 수평거리 L3, 상기 크랭크축 중심과 상기 슬라이더 직선운동축 사이의 수직거리 L0, 상기 크랭크가 상기 슬라이더의 직선 운동과 평행한 수평축에 대하여 이루는 각도 θ1, 상기 연결링크가 상기 슬라이더의 직선 운동과 평행한 수평축에 대하여 이루는 각도 θ2 를 이용하여
다음 관계식에 의해 상기 크랭크 축의 위치 θ1 (angular position) 및 각속도 ω1를 산출하는 크랭크축 위치 측정 방법
Figure 112017086327109-pat00011

Figure 112017086327109-pat00012
, (VB는 상기 슬라이더의 선속도).A slider, a crank, a connecting link, a ball screw connected to the slider, and a motor for driving the ball screw, wherein the motor is a BLDC motor, and the motor sensor for sensing the position of the motor has a phase difference of 120 ° A crankshaft position measuring method for measuring a crankshaft position of a slider crank device including three linear hall sensors for outputting a sinusoidal wave having a sinusoidal wave,
(X 1 , y 1 ) of the A phase and the B phase coordinate (x 2 , y 2 ) among the three hall signals (h A , h B , h C ) received from the three linear hall sensors (x 1 + x 2, y 1 + y 2) a detection step of detecting a position of the motor by the amount of displacement of each (θ) forms with the x-axis and,
And a converting step of calculating a position of the crankshaft based on the mechanical relationship of the slider crank device from the position of the motor detected in the detecting step,
The converting step is the vertical distance L 0 between the horizontal distance L 3, the crankshaft center and the sliding linear motion axis of the length L 2, the crank shaft center of the length L 1, the connecting link of the crank to the slider center , An angle? 1 formed by the crank with respect to a horizontal axis parallel to the linear motion of the slider, and an angle? 2 formed by the connecting link with respect to a horizontal axis parallel to the linear motion of the slider
A crankshaft position measurement method for calculating a position? 1 (angular position) and an angular velocity? 1 of the crankshaft by the following relational expression
Figure 112017086327109-pat00011

Figure 112017086327109-pat00012
, Where V B is the linear velocity of the slider. 삭제delete 삭제delete
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