KR101989161B1 - 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치 - Google Patents

오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기식 구동장치가 조종면 등을 회전시킬 때 원활한 제어를 위해 출력축의 회전각을 다수개가 동시에 측정하도록 설치하여, 오작동에 의해 비정상으로 판단되는 경우 비정상적인 측정값을 제외한 나머지 정상 측정값을 판단하여 정확한 측정값을 통해 출력축의 회전각을 제어할 수 있어 전기식 구동장치의 작동 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치에 관한 것이다.

Description

오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치{Electro-mechanical actuator with multiple sensors to prevent malfunction}
본 발명은 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기식 구동장치가 조종면 등을 회전시킬 때 원활한 제어를 위해 출력축의 회전각을 다수개가 동시에 측정하도록 설치하여, 오작동에 의해 비정상으로 판단되는 경우 비정상적인 측정값을 제외한 나머지 정상 측정값을 판단하여 정확한 측정값을 통해 출력축의 회전각을 제어할 수 있어 전기식 구동장치의 작동 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 구동장치는 기계, 계기 등을 작동시키는 장치로서, 특히 항공기의 구동장치(Actuation System)는 항공기 날개의 조종면인 에일러론(aileron), 러더(rudder) 및 플래퍼론(flaperon) 등을 동작시키기 위해 사용되고 있으며, 주로 유압식 구동장치가 사용되고 있다.
상기와 같은 유압식 구동장치는 작동을 위하여, 유압유, 유압펌프, 유압탱크, 유압실린더 및 배관 등과 같은 다수의 구성품이 필요하게 되고, 따라서 비행장치의 설계시에는 이러한 구성품을 안치시킬 공간확보와 장치들의 무게에 따른 하중의 증가를 고려해야 한다.
최근 기술이 발전함에 따라 유압식 구동장치는 미래항공기의 MEA(More Electric Aircraft)화와 중량 절감 및 시스템 신뢰도 향상에 기여할 수 있는 전기식 구동장치(Electric actuator)로 대체하여 사용되고 있으며, 특히, 전기식 구동장치는 무인항공기에서 각광받고 있는 실정이다.
무인항공기에 사용되는 전기식 구동장치의 일예로, 대한민국 등록특허 제1640489호는 구동모터의 동력을 출력축에 전달 및 차단하는 클러치를 이용하여 외부의 충격하중으로부터 기어 및 구동모터를 보호할 뿐만 아니라, 말단에 회전센서를 구비하는 입력축을 출력축의 타측에 일체로 형성하고, 회전센서를 감지하는 회전감지기를 이용하여 토크에 의해 회전되는 출력축의 회전각도를 측정함으로써, 출력축을 원활하게 제어할 수 있는 충격방지기능을 가지는 항공기용 전기식 구동장치에 관한 기술을 개시하고 있다.
구체적으로, 상기 등록특허는 출력축의 회전각도를 감지하기 위해 회전감지기 하나를 단일센서로 전기식 구동장치의 내부에 설치하여 작동명령에 따른 실제 출력축의 회전각도를 측정하여 외부에서 충격이 발생하여도 원활하게 출력축을 제어하고 있다.
그러나 상기 등록특허는 출력축의 회전각도를 감지하는 회전감지기가 비정상일 경우 제어부에 잘못 측정된 회전각도를 전달하게 되고, 이에 따라 제어부는 구동모터를 오작동시키게 됨으로써, 전기식 구동장치의 고장이 발생 되며, 항공기에 있어서는 전기식 구동장치의 고장은 치명적인 문제를 발생시킬 수 있다.
상기와 같은 문제점을 방지하기 위한 쉬운 방법으로써 전기식 구동장치는 출력축의 회전각을 감지하는 위치감지센서를 하나 이상 설치하는 방법이 있으나, 하나 이상의 위치감지센서를 설치하게 되면 전기식 구동장치의 생산 단가를 상승시키고, 부품증가에 따른 중량이 증가되며, 추가로 설치된 위치감지센서의 제어를 위한 회로의 추가 등의 부가적인 구성이 더 포함되어야 하는 문제점이 있다.
그리고 상기 등록특허 제1749134호는 위치감지센서와, 홀센서를 동시에 사용하여 출력축 및 구동모터를 측정할 수 있도록 구성하고 있으나, 홀센서의 측정값의 정확도가 정확하지 않아 측정시 정밀한 제어가 어려운 문제점이 있다.
즉, 상기 종래의 전기식 구동장치를 이용한 항공기는 상기 대상 플랜트를 정확하게 구동하기 위해 상기 정정된 구동명령에 의해 전기식 구동장치의 구동모터를 제어하지만, 전기식 구동장치의 구동모터를 포함한 구성들의 오작동에 따른 대상 플랜트의 정확하고 정밀한 제어가 어려울 뿐만 아니라 상기 대상플랜트의 작동을 감지하는 센서와 전기식 구동장치가 직접 연결되지 않아 상기 전기식 구동장치와 대상 플랜트간의 연결구조가 파손될 경우 센서의 고장인지 상기 연결구조 또는 전기식 구동장치의 어떠한 구성의 파손에 의한 것인지 확인이 어려운 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1640489호(2016.07.18.) 한국등록특허 제10-1749134호(2017.06.14)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 조종면의 구동명령에 따라 회전하는 출력축의 회전각을 측정하여 구동명령에 따른 회전각과 오차 발생시 오차를 보정하여 정확하게 조종면을 회전할 수 있는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 출력축의 회전각을 동시에 다수개의 센서를 통해 회전각을 측정하여 정밀하게 측정하며, 오작동되는 센서를 검출할 수 있는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 무인 또는 유인 항공기의 복합적인 요소에 따라 센서를 다수개 선택적으로 설치할 수 있는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력부에서 입력된 입력값을 통해 항공기 조종면을 조종하며, 오차범위를 측정하는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치에 있어서, 하우징의 외부로 노출된 출력축을 회전시키는 구동모터; 상기 하우징에 결합되며, 상기 출력축의 회전각을 측정하는 센서모듈; 입력부에서 전달된 항공기 조종면의 구동명령에 따라 상기 구동모터를 작동하며, 상기 센서모듈을 통해 측정된 측정값에 따라 상기 구동모터를 제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 센서모듈은, 3개가 직렬로 배치된 비접촉방식의 회전각센서로 이루어지되, 상기 회전각센서는 상기 출력축이 삽입되는 중공홀이 형성되며, 상기 중공홀에 삽입된 상기 출력축의 회전각을 각각 측정하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 센서모듈로부터 측정된 측정값과 상기 입력부에서 전달된 상기 조종면의 구동명령을 비교하여 구동모터를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 3개의 상기 회전각센서에서 각각의 상기 출력축의 측정값을 측정하며, 측정된 각각의 측정값의 중간값 및 평균값을 통해 각각의 상기 회전각센서의 오작동여부를 판단하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 3개의 상기 회전각센서 중 오작동으로 판단된 상기 회전각센서의 측정값을 제외하는 것이 바람직하다.
상기 하우징에는 상기 센서모듈이 결합되는 결합부가 형성되며, 상기 결합부는, 상시 센서모듈이 각각 결합되며, 상기 중공홀에 대응하는 위치에 상기 출력축이 삽입되는 삽입공과 측단에 다수개의 결합공이 형성된 다수개의 지지판과, 상기 지지판의 상기 결합공에 결합되어 상기 지지판을 직렬로 배치하는 다수개의 고정부재로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치에 따르면, 무인 또는 유인 항공기의 조종면의 회전각을 조절하기 위해 입력부에서 전달되는 구동명령에 따라 회전하는 출력축의 회전각을 측정하며, 측정된 측정값과 구동명령에서 입력된 입력값을 대비하여 회전각에서 오차 발생시 오차를 보정하여 정확하게 조종면을 회전할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 출력축의 회전각을 3개 이상의 회전각센서를 통해 동시에 측정하여 정밀한 측정값을 측정할 수 있으며, 측정 중 오작동되는 회전각센서를 검출하여 측정값을 제외할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 3개 이상의 회전각센서에 측정된 각각의 측정값을 중간값, 평균값 등을 판단하며, 오작동된 측정값을 제외하며, 오작동되는 회전각센서를 편리하게 검출하여 교체 및 유지보수할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 무인 또는 유인 항공기의 크기, 출력 등의 복합적인 요소에 따라 회전각센서를 선택적으로 다수개 설치하여 작동 중 고장 또는 오작동하여도 원활하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치의 결합관계를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 기계적 구조장치를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 내부를 개략적으로 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 결합부를 도시한 분해사시도,
도 5는 본 발명에 따른 구동제어를 개략적으로 도시한 순서도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 회전각센서의 오작동이 발생한 경우의 작동구성도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치에 관하여 첨부된 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치의 결합관계를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 기계적 구조장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 내부를 개략적으로 나타낸 개념도이며, 도 4는 본 발명에 따른 구동제어를 개략적으로 도시한 순서도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 회전각센서의 오작동이 발생한 경우의 작동구성도이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기식 구동장치가 조종면 등을 회전시킬 때 원활한 제어를 위해 출력축의 회전각을 다수개가 동시에 측정하도록 설치하여, 오작동에 의해 비정상으로 판단되는 경우 비정상적인 측정값을 제외한 나머지 정상 측정값을 판단하여 정확한 측정값을 통해 출력축의 회전각을 제어할 수 있어 전기식 구동장치의 작동 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 전기식 구동장치에 의서 회전하는 출력축의 회전각을 측정하여 조종면의 회전각을 제어할 수 있도록 구동모터(10), 센서모듈(20), 제어부(30)로 이루어진다.
이에 앞서 본 발명은 중량 절감 및 시스템 신뢰도가 높은 전기식 구동장치(1)로서, 항공기의 구동장치((Actuation System)에 사용되어 항공기 날개의 조종면(2)인 에일러론(aileron), 러더(rudder) 및 플래퍼론(flaperon)(이하, '조종면'으로 통칭한다.)등을 동작시키기 위해 사용되고, 특히, 무인항공기에 더욱더 효율적으로 사용이 가능하다.
이러한 상기 전기식 구동장치(1)에 대하여 설명하면 다음과 같이 이루어진다.
도 2에 도시되 바와 같이, 상기 출력축(11), 상기 구동모터(10), 상기 센서모듈(20) 및 상기 제어부(30)를 감싸 보호할 수 있는 하우징(1a)이 형성된다.
즉, 외형을 형성하는 하우징(1a)이 구비되고, 상기 하우징(1a)의 내부에 상기 출력축(11), 상기 구동모터(10), 상기 센서모듈(20) 및 상기 제어부(30)가 설치되되, 상기 출력축(11)은 일측이 상기 하우징(1a)의 외부로 노출되게 이루어진다.
그리고 상기 구동모터(10)와 상기 출력축(11) 사이에서 동력을 전달하도록 상기 하우징에는 기어박스(12)가 설치되어 상기 구동모터(10)에서 발생되는 회전력을 상기 출력축(11)에 전달한다.
여기서 상기 출력축(11)은 무인 또는 유인 항공기 날개의 조종면인 에일러론(aileron), 러더(rudder) 및 플래퍼론(flaperon)와 연결구조(링키지 등)로 유기적 연결되어 상기 조종면(2)을 회전시킨다.
다음으로는 본 발명에 따른 상기 구동모터(10), 상기 센서모듈(20) 및 상기 제어부(30)에 대하여 설명하기로 한다.
상기 구동모터(10)는 상기 하우징(1a)의 외부로 노출된 상기 출력축(11)을 회전시킨다.
상기 센서모듈(20)은 상기 하우징(1a)에 결합되며, 상기 출력축(11)의 회전각을 측정한다.
상기 제어부(30)는 입력부(31)에서 전달된 항공기 조종면(2)의 구동명령에 따라 상기 구동모터(10)를 작동하며, 상기 센서모듈(20)을 통해 측정된 측정값에 따라 상기 구동모터(10)를 제어한다.
즉, 상기 입력부(31)에서 전달되는 신호에 따라 상기 제어부(30)는 상기 구동모터(10)를 조정하되, 상기 센서모듈(20)에서 상기 출력축(11)의 회전각을 측정하여 상기 구동모터(10)를 오차를 제어할 수 있도록 구성된다.
이에 따라 상기 구동모터(10)에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같이 이루어진다.
상기 구동모터(10)는 상기 기재된 바와 같이 상기 하우징(1a)의 내부에 설치되며, 상기 제어부(30)에 의해 입력된 구동명령에 따라 상기 기어박스(12)를 통해 상기 출력축(11)을 회전시킨다.
이때, 상기 구동모터(10)와 연결된며, 상기 하우징(1a)의 내부에 설치된 상기 기어박스(12)를 통해 회전력을 상기 출력축(11)에 전달한다.
여기서 상기 하우징(1a)에는 상기 조종면(2)을 조작 및 제어에 필요한 이외에 구성이 추가적으로 결합되는 것이 바람직하다.
이러한 상기 기어박스(12)는 기어조립체의 기어비에 의해 회전력을 감소시켜 출력되는 것으로서, 일반적으로 감속기의 역활을 수행하며 일예로, 기어조립체의 구동축기어와 출력축기어의 기어비가 360:1이고 상기 출력축이 요구 정화도 범위가 ±0.5°이면, 구동축기어를 1회전 시킬 때, 상기 출력축을 1°도 회전시키게 되는 것이다.
즉, 상기 구동모터(10)는 상기 입력부(31)에서 작동명령을 입력하면 상기 제어부(30)에 의해 상기 구동모터(10)가 작동되어 상기 출력축(11)을 회전시킨다.
그리고 상기 출력축(11)은 일측이 상기 하우징(1a)의 외부로 노출되어 상기 조종면(2)과 연결되어 회전가능하게 상기 하우징(1a)에 설치되며, 상기 하우징 내에 위치하는 부분에서 상기 기어박스(12)와 연결되어 상기 구동모터(10)의 회전력에 의해 회전이 이루어진다.
여기서 상기 출력축(11)은 베어링 등의 부재를 통해 상기 하우징(1a)에서 자유롭게 회전되도록 설치되되, 베어링 이외에 자유롭게 회전가능하도록 다양한 부재로 변경이 가능하다.
또한, 상기 출력축(11)의 타측은 상기 하우징의 내부에서 돌출되어 상기 센서모듈(20)에 삽입되도록 이루어진다.
다음으로 상기 센서모듈(20)에 대하여 살펴보면 다음과 같이 이루어진다.
상기 센서모듈(20)은 상기 출력축(11)의 회전각을 측정할 수 있도록 다수개의 회전각센서(21)로 이루어지되, 상기 회전각센서(21)는 상기 결합부(22)를 통해 상기 하우징(1a)에 결합된다.
따라서, 상기 회전각센서(21)는 3개가 직렬로 배치된 비접촉방식으로 이루어지되, 상기 회전각센서(21)는 상기 출력축(11)이 삽입되는 중공홀(21a)이 형성되며, 상기 중공홀(21a)에 삽입된 상기 출력축(11)의 회전각을 각각 측정한다.
이를 통해 상기 센서모듈은 동일한 상기 회전각센서(21)가 다수개 구비되는 다중센서로 구성된다.
여기서 상기 중공홀(21a)은 상기 출력축(11)이 결합된 상태에서 상기 회전각센서(21) 내부가 비접촉방식으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 중공홀(21a)은 여기서 상기 중공홀(21a)은 상기 출력축(11)보다 상대적으로 크게 형성되어 비접촉상태를 유지할 수 있다.
따라서 상기 출력축(11)은 상기 중공홀(21a)에 결합되는 방법에 따라 상기 회전각센서(21)의 내부 또는 외부에서 비접촉방식을 유지하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 회전각센서(21)는 동일한 구성의 3개가 직렬로 배치되어 동일하게 상기 출력축(11)의 회전각을 측정할 수 있게 이루어진다.
그리고 상기 결합부(22)는 상기 센서모듈(20)를 상기 하우징(1a)에 결합하기 위해 지지판(23)과 고정부재(24)로 구성된다.
상기 지지판(23)은 상시 센서모듈(20)이 각각 결합되며, 상기 중공홀(21a)에 대응하는 위치에 상기 출력축(11)이 삽입되는 삽입공(23a)과 측단에 다수개의 결합공(23b)이 형성되어 다수개로 이루어진다.
여기서 상기 삽입공(23a)은 상기 중공홀(21a)과 동일한 크기로 이루어져 상기 출력축(11)이 접촉되지 않도록 이루어진다.
따라서 상기 지지판(23)은 다수개의 상기 회전각센서(21)가 각각 결합되도록 상기 회전각센서(21)의 갯수에 맞춰 구비된다.
이때, 다수개의 상기 지지판(23) 중 측단에 배치된 상기 지지판(23)은 상기 하우징(1a)에 나사결합을 통해 고정한다.
상기 고정부재(24)는 상기 지지판(23)의 상기 결합공(23b)에 결합되어 상기 지지판(23)을 직렬로 배치하록 다수개로 이루어진다.
여기서 상기 고정부재(24)는 일측면에 고정홈(24b)이 형성되고, 타측에는 상기 고정홈(24b)과 상기 결합공이 삽입되는 고정돌기(24a)가 형성된다.
이에 따라 상기 고정돌기(24a)는 일측이 상기 지지판(23)의 결합공(23b)에 삽입되어 고정한 상태에서 타측의 상기 고정돌기(24a)에 다른 상기 지지판(23)을 고정하여 직렬방향으로 배치된다.
이때, 상기 지지판(23)이 고정된 상기 고정돌기(24a)에는 다른 상기 고정부재(24)의 일측면에 형성된 상기 고정홈(24b)을 통해 결합하여 길이방향으로 다수개 배치할 수 있다.
이를 통해 상기 결합부(22)는 상기 회전각센서(21)가 상기 하우징(1a) 내의 공간확보 및 무게에 따른 하중등을 고려하여 최소 3개로 구성하여 상기 출력축(11)의 회전각을 측정하되, 필요에 따라 3개 이상 설치될 수 있다.
여기서 상기 회전각센서(21)의 갯수에 맞춰 상기 지지판(23)과 상기 고정부재(24)를 더 추가하여 연장할 수 있다.
이와 같이 상기 회전각센서(21)는 상기 지지판(23)에 고정된 상태에서 상기 고정부재(24)를 통해 상기 하우징(1a)에 고정된다.
따라서 상기 출력축(11)의 타측이 직렬로 배치된 다수개의 상기 회전각센서(21)의 상기 중공홀(21a)에 삽입되며, 비접촉방식을 통해 간섭없이 상기 출력축(11)의 회전각을 측정할 수 있다.
그리고 상기 센서모듈(20)은 상기 출력축(11)과 비접촉방식을 통해 간접이 발생하지 않아 전달되는 마찰력에 의한 에너지 손실없이 회전력을 원활하게 출력할 수 있으며, 이렇게 출력된 회전력에 의한 상기 출력축(11)의 회전각을 정확히 측정할 수 있다.
마지막으로 상기 제어부(30)에 대하여 살펴보면 다음과 같이 이루어진다.
상기 제어부(30)는 상기 입력부에서 입력된 구동명령에 따라 상기 구동모터(10)를 작동시키되, 상기 센서모듈(20)에서 측정된 측정값에 따라 상기 구동모터(10)를 제어하도록 이루어진다.
그리고 상기 제어부(30)는 상기 센서모듈(20)로부터 측정된 측정값과 상기 입력부(31)에서 전달된 상기 조종면(2)의 구동명령을 비교하여 구동모터(10)를 제어한다.
즉, 상기 제어부(30)는 상기 입력부(31)에서 입력된 구동명령에 따라 상기 구동모터(10)를 작동하되, 상기 출력축(11)에서 측정된 측정값을 통해 상기 구동도터(10)를 제어하여 회전력을 보정할 수 있도록 이루어진다.
또한, 상기 제어부(30)는 3개의 상기 회전각센서(21)에서 각각 상기 출력축(11)의 측정값을 측정하며, 측정된 각각의 측정값의 중간값 및 평균값을 통해 상기 출력축(11)의 회전각과 각각의 상기 회전각센서(21)의 오작동여부를 판단한다.
이때, 3개의 상기 회전각센서(21) 중 오작동으로 판단된 상기 회전각센서(21)의 측정값을 제외한다.
즉, 3개의 상기 회전각센서(21)에서 각각 측정된 측정값을 통해 3개일 경우는 중간값을 2개일 경우 평균값을 이용하여 회전각과 오작동여부를 판단할 수 있으며, 이는 상기 제어부(30)의 설정에 따라 판단할 수 있다.
여기서 기재된 상기 출력축(11)의 중간값과 평균값의 오차범위는 설정에 따라 변경이 가능하며, 자세하게는 ±1°범위 내에서 이루어져 정확성을 향상시킴에 따라 신뢰도를 확보할 수 있다.
이에 따라 상기 기재된 상기 구동모터(10), 상기 센서모듈(20) 및 상기 제어부(30)는 상기 입력부(31)에서 입력된 동장명령에 따라 상기 구동모터(10)를 작동시켜 상기 조종면(2)을 동작시키되, 상기 출력축(11)의 회전각을 측정하여 상기 조종면(2)의 오차범위 내에서 작동할 수 있도록 제어가 가능하다.
이에 따라 도 5 내지 도 7에 도시되 바와 같이 구동제어에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 상기 전기식 구동장치(1)는 상기 하우징(1a)의 내부에 상기 구동모터(10), 상기 출력축(11), 상기 제어부(30) 및 상기 기어박스(12)를 결합된 상태에서 상기 입력부(31)는 상기 제어부(30)와 연결되고, 상기 출력축(11)은 상기 조종면(2)에 연결구조를 통해 연결하여 제어할 수 있도록 설치한다.
여기서 상기 입력부(31)를 통해 구동명령을 상기 제어부(30)에 전달하면, 상기 제어부(30)는 상기 구동모터(10)를 작동하여 상기 출력축(11)을 회전하며, 상기 센서모듈(20)을 통해 상기 출력축(11)의 회전각을 측정하여 측정된 측정값은 상기 제어부(30)로 전달되어 구동명령과 대비하여 상기 구동모터(10)의 제어가 이루어진다.
이때, 상기 전기식 구동모터(10)가 사용되는 무인 또는 유인 항공기의 종류, 크기 등 복합적인 요소를 통해 상기 센서모듈은 다수개의 상기 회전각센서(21)의 갯수를 설정하며, 상기 결합부(22)를 통해 상기 하우징(1a)에 고정한다.
이와 같이 설치가 완료되면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 전기식 구동모터(10)에 전원을 인가한 후 초기화 셋팅을 통해 상기 조종면(2)의 각도를 설정한다.
이후 상기 입력부(31)를 통해 상기 조종면(2)을 조절하는 구동명령을 입력하면, 상기 제어부(30)는 구동명령에 따라 상기 구동모터(10)를 작동시킨다.
여기서 상기 구동모터(10)의 작동에 따라 전달되는 회전력은 상기 기어박스(12)에 의해 감속되어 상기 출력축(11)을 회전시킨다.
이때, 상기 기어박스(12)는 상기 기재된 바와 같이 상기 구동모터(10) 1회전시 상기 출력축(11)을 1°회전시켜 상기 조종면(2)이 회전한다.
이를 통해 상기 조종면(2)의 각도를 조절하며, 상기 출력축(11)은 상기 센서모듈(20)을 통해 회전각의 측정값을 측정한다.
이렇게 측정된 측정값은 상기 제어부(30)로 전송되어 상기 입력부(31)에서 입력된 구동명령에 맞춰 상기 조종면(2)을 정확하게 회전하기 위해 상기 구동모터(10)의 오차를 수정한다.
즉, 상기 센서모듈(20)에서 측정된 측정값을 통해 상기 구동모터(10)의 오차를 수정하기 위한 일예로 아래와 같이 이루어진다.
상기 입력부(31)에서 상기 조종면(2)의 각도를 5°변경하기 위한 구동명령을 입력되면, 상기 제어부(30)는 상기 구동모터(10)를 5회전시켜 상기 출력축을 5°의 회전각으로 회전하여 상기 조종면(2)의 각도로 변경한다.
이때, 상기 센서모듈(20)에서 측정된 상기 출력축(11)의 회전각이 4°로 측정되면, 측정된 측정값을 상기 제어부(30)에 전달하여 구동명령에 따른 상기 조종면(2)의 각도로 변경하기 위해 상기 구동모터(10)의 1회전을 더 실시하여 상기 조종면을 5°의 각도로 조절한다.
여기서 3개의 상기 회전각센서(21)를 통해 각각 측정할 경우 3개의 측정값 중 중간값 또는 동일한 측정값을 선정하며, 동일한 측정값을 우선적으로 선정하되, 오차범위 내에서 측정값이 다를 경우 중간값을 선정한다.
그리고 2개의 상기 회전각센서(21)를 통해 각각 측정할 경우 평균값을 선정한다.
이와 같이 상기 센서모듈(20)은 상기 출력축(11)의 회전되는 회전각을 측정하여 이를 통해 구동명령에 따른 정확하게 상기 조종면(2)의 각도 변경이 가능하다.
또한, 구동명령에 따라 상기 조종면(2)의 각도가 변경할 때, 상기 기어박스(12) 등에서 마찰력, 마모 등의 변수에 의해 정확한 각도로 회전되지 않은 경우 상기 출력축(11)의 회전각을 측정하여 측정된 측정값과 구동명령에 따른 회전각의 오차범위를 산출하며, 산출된 오차범위에 맞춰 추가적으로 상기 조종면(2)을 회전하여 정확한 조정이 가능한다.
그리고 상기 센서모듈(20)은 3개를 구비하여 상기 출력축(11)의 회전각의 측정하되, 측정 중 오작동하는 상기 회전각센서(21)를 검출하며, 검출된 오작동하는 상기 회전각센서(21)의 측정값을 제외할 수 있다.
이를 위해 3개의 상기 회전각센서(21)로 이루어진 상기 센서모듈(20)의 정상작동 및 오작동에 대한 판단은 다음과 같이 이루어진다.
이에 앞서, 상기 기재된 바와 같이 상기 회전각센서(21)는 필요에 따라 다수개로 설치가 가능하나, 최소 필요한 3개의 상기 회전각센서(21)가 필요하며 3개 이상의 상기 회전각센서(21)는 3개의 상기 회전각센서와 동일한 방법으로 판단하므로, 3개의 상기 회전각센서(21)를 기준으로 설명하기로 한다.
이때, 3개의 회전각센서(21)는 기재의 편의상 순차적으로 제1센서, 제2센서 및 제3센서로 각각 지칭하기로 한다.
상기 출력축(11)이 삽입된 제1센서, 제2센서 및 제3센서를 통해 상기 구동모터(10)에 의해 회전하는 상기 출력축(11)의 회전각을 각각 측정하여 측정값을 측정한다.
여기서 도 6에 도시된 바와 같이 제1센서, 제2센서 및 제3센서에서 측정된 각각의 측정값을 통해 측정된 측정값 중 중간값을 산정하여 중간값을 기준으로 오차범위 내에 위치할 경우 정상작동 센서로 판단하고, 오차범위를 벗어날 경우 오작동센서로 판단한다.
그리고 도 7에 도시된 바와 같이 제1센서, 제2센서 및 제3센서 중 어느 하나가 오작동으로 판단되면, 정상작동 하는 2개의 센서에서 측정된 평균값을 산정하여 평균값을 기준으로 오차범위 내에 위치할 경우 정상작동 센서로 판단하고, 오차범위를 벗어날 경우 오작동센서로 판단한다.
아울러 제1센서와 제2센서 모두 평균값을 기준으로 오차범위를 벗어날 경우, 이전 작동에서 상기 구동모듈에 입력된 구동명령에 따른 회전값과 제1센서와 제2센서의 측정값을 비교하여, 인접한 수치를 가지는 제1센서 또는 제2센서 중 어느 하나를 정상작동으로 판단하며, 정상작동으로 판단되지 않은 센서를 오작동센서로 판단한다.
여기서 오차범위는 상기 기재된 바와 같이 ±1°범위로 설정하는 것이 바람직하나, 항공기의 종류, 크기 및 정확도 등에 따라 오차범위를 변경할 수 있다.
즉, 제1센서, 제2센서 및 제3센서를 통해 각각 회전각을 측정 중 중간값을 통해 어느 하나의 센서(편의상 제3센서를 지칭)가 오작동 판단이 되면, 제3센서를 제외한 제1센서와 제2센서로 상기 출력축(11)의 회전각을 측정하다.
이 후 제1센서와 제2센서로 측정 중 평균값을 통해 2개의 센서 중 어느 하나의 센서(편의상 제2센서를 지칭)가 오작동 판단이 되면 제2센세를 제외한 제1센서로 상기 출력축(11)의 회전각을 측정한다.
이에 따라 3개의 센서를 통한 상기 센서모듈(20)에서 오작동하는 회전각센서를 판단하는 일예로 다음과 같이 이루어진다.
여기서 일예에 따라 상기 구동모터(10)의 회전값은 10°이며, 오차범위는 상황에 따라 변경된다.
도 6에 도시된 바와 같이 상기 출력축(11)의 회전각을 측정하며, 제1센서는 10°, 제2센서는 10°, 제3센서는 13°로 각각 측정되며, 설정된 오차범위는 ±1°일 경우 상기 제어부(30)는 제1센서, 제2센서 및 제3센서의 중간값인 10°를 기준으로 오차범위를 벗어난 제3센서를 오작동센서로 판단하고, 제1센서와 제2센서는 정상작동센서로 판단한다.
이를 통해 제1센서와 제2센서에서 측정된 측정값을 통해 상기 출력축(11)의 회전각을 보정할 수 있도록 상기 제어부(30)에서 인식하며, 제3센서는 측정된 측정값을 제외한다.
따라서, 상기 제어부(30)는 상기 제1센서와 제2센서의 측정값을 통해 상기 구동모터(10)에 입력된 구동명령에 맞춰 상기 조종면(2)을 회전할 수 있다.
여기서 제1센서와 제2센서의 측정값은 평균값을 기준으로 회전각을 산출한다.
그리고 도 7에 도시된 바와 같이 제1센서, 제2센서 및 제3센서 중 제3센서가 오작동 센서로 판단된 이후 제1센서 및 제2센서를 통해 상기 출력축의 회전각을 측정하며, 제1센서 10°, 제2센서는 14°로 각각 측정되며, 설정된 오차범위는 -2°~ +1°일 경우, 제1센서와 제2센서는 평균값인 12°를 기준으로 오차범위를 벗어나 제2센서는 오작동센서로 판단하고, 제1센서는 정상작동센서로 판단한다.
이를 통해 제1센서에서 측정된 측정값을 통해 상기 출력축(11)의 회전각을 보정할 수 있도록 상기 제어부(30)에서 인식하며, 제2센서는 측정된 측정값을 제외한다.
즉, 오차범위를 0을 기준으로 +와 -기준을 다르게 설정하며, 평균값과 오차범위를 비교하여 오작동센서를 판단할 수 있다.
그리고, 제1센서 10°, 제2센서는 14°측정되며, 설정된 오차범위를 ±1°로 동일하게 설정하면, 평균값 12°를 기준으로 제1센서와 제2센서가 모두 오차범위를 벗어나 제1센서와 제2센서가 오작동센서로 판단된다.
이때, 2개의 센서가 모두 오작동으로 판단되면, 상기 제어부(30)는 이전 구동명령으로 입력된 회전값 10°을 기준으로 오차범위 ±1°을 벗어난 제2센서를 오작동센서로 판단하고, 제1센서는 정상작동센서로 판단한다.
이를 통해 제1센서에서 측정된 측정값을 통해 상기 출력축(11)의 회전각을 보정할 수 있도록 상기 제어부(30)에서 인식하며, 제2센서는 측정된 측정값을 제외한다.
따라서 상기 제어부(30)는 상기 제1센서의 측정값을 통해 상기 구동모터(10)에 입력된 구동명령에 맞춰 상기 조종면(2)을 회전할 수 있다.
다만, 작동 중 상기 회전각센서(21)의 고정의 오작동이 발생한 경우 상기와 같이 오작동센서를 판단하여 제외하고 정상작동되는 센서를 통해 상기 출력축(11)을 측정하되, 작동이 끝난 후 상기 전기식 구동장치(1) 또는 상기 센서모듈(20)을 교체하는 것이 바람직하다.
즉, 3개 중 어느 하나의 센서가 오작동 판단을 받으면, 상기 센서모듈(20)을 점검 또는 교체하여 3개의 센서가 정상상태에서 주행하는 것이 바람직하다.
또한, 3개의 센서를 통해 상기 출력축(11)을 측정하여, 주행 중 또는 점검 중 오작동 여부를 손쉽게 판단할 수 있어 점검 및 유지보수가 용이하다.
이상에서와 같이 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
1: 전기식 구동장치 1a: 하우징
2: 조종면
10: 구동모터 11: 출력축 12: 기어박스
20: 센서모듈 21: 회전각센서 21a: 중공홀
22: 결합부 23: 지지판
23a: 삽입공 23b: 결합공
24: 고정부재 24a: 고정돌기
24b: 고정홈
30: 제어부 31: 입력부

Claims (6)

  1. 입력부에서 입력된 입력값을 통해 항공기 조종면을 조종하며, 오차범위를 측정하는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치에 있어서,
    하우징(1a)의 외부로 노출된 출력축(11)을 회전시키는 구동모터(10);
    상기 하우징(1a)에 결합되며, 상기 출력축(11)의 회전각을 측정하는 센서모듈(20);
    입력부(31)에서 전달된 항공기 조종면(2)의 구동명령에 따라 상기 구동모터(10)를 작동하며, 상기 센서모듈(20)을 통해 측정된 측정값에 따라 상기 구동모터(10)를 제어하는 제어부(30)로 이루어지되,
    상기 센서모듈(20)은,
    3개가 직렬로 배치된 비접촉방식의 회전각센서(21)로 이루어지되,
    상기 회전각센서(21)는 상기 출력축(11)이 삽입되는 중공홀(21a)이 형성되며, 상기 중공홀(21a)에 삽입된 상기 출력축(11)의 회전각을 각각 측정하는 것을 특징으로 하는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(30)는,
    상기 센서모듈(20)로부터 측정된 측정값과 상기 입력부(31)에서 전달된 상기 조종면의 구동명령을 비교하여 구동모터(10)를 제어하는 것을 특징으로 하는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(30)는,
    3개의 상기 회전각센서(21)에서 각각의 상기 출력축(11)의 측정값을 측정하며, 측정된 각각의 측정값의 중간값 및 평균값을 통해 각각의 상기 회전각센서(21)의 오작동여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부(30)는,
    3개의 상기 회전각센서(21) 중 오작동으로 판단된 상기 회전각센서(21)의 측정값을 제외하는 것을 특징으로 하는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징(1a)에는 상기 센서모듈(20)이 결합되는 결합부(22)가 형성되며,
    상기 결합부(22)는,
    상시 센서모듈(20)이 각각 결합되며, 상기 중공홀(21a)에 대응하는 위치에 상기 출력축(11)이 삽입되는 삽입공(23a)과 측단에 다수개의 결합공(23b)이 형성된 다수개의 지지판(23)과,
    상기 지지판(23)의 상기 결합공(23b)에 결합되어 상기 지지판(23)을 직렬로 배치하는 다수개의 고정부재(24)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오작동을 방지하는 다중센서가 구비된 항공기용 전기식 구동장치.
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