KR102116859B1 - 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템 - Google Patents

항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기식 구동장치가 조종면을 회전시킬 때 발생되는 동력을 감지하여 미세한 제어를 통해 진동 및 소음을 방지할 수 있는 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템에 관한 것이다.

Description

항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템{Jitter prevention system of Electro-mechanical actuator}
본 발명은 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기식 구동장치가 조종면을 회전시킬 때 발생되는 동력을 감지하여 미세한 제어를 통해 진동 및 소음을 방지할 수 있는 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템에 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, 등록특허는 출력축을 제어할 수 있으나, 구동장치의 축력을 전달하기 위해 다수개의 기어가 맞물려 설치됨에 따라 지터(jittering) 현상이 발생하여 구동장치 및 기어의 반복적인 피로를 발생시키고, 모터를 반복 회전시키는 전자회로 칩(chip)의 수명을 단축시키며, 반복 회전하는 모터에 과도한 열을 발생시켜 모터의 수면을 단축시키는 문제가 있다.
즉, 출력을 발생시키는 BLDC 모터는 장착된 자석의 회전을 120°로 배치된 홀센서를 통해 측정하며, 기어비가 200:1이고 모터의 자석이 2극인 경우 0.6°(±0.3°)의 오차범위 내에서 측정이 이루어져 일예로 구동장치의 최종 출력축의 제어 정밀도가 0.3°인 경우 이를 제어하기 위해 BLDC 모터는 계속 반복회전을 하게 되어 지터(jittering)이 발생하게 된다.
이와 같은 기존의 전기식 구동장치의 동력을 전달하는 구조는 지터현상이 발생하는 구조로 되어 있어 동작 시 내부 진동 및 소음이 항시 발생되는 문제점이 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, 출력축에 결합된 조종면을 회전시키는 구동모터를 측정하여 조종면, 구동수단의 메커니즘에서 발생하는 지터현상을 방지 및 감소시킬 수 있는 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 회전축에 발생되는 떨림을 측정하여 출력된 신호를 아날로그 파형으로 전환하여 PID제어를 통해 정밀한 제어가 가능한 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 지터현상을 방지 및 감소시켜 출력을 전달하는 메커니즘 및 구동모터에 발생하는 피로, 열, 부하 등을 감소시킬 수 있는 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력부에서 입력된 입력값을 통해 항공기 조종면을 조종하는 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템에 있어서, 상기 하우징의 외부로 노출된 출력축에 동력을 전달하는 회전축이 형성된 구동모터; 상기 회전축에서 발생하는 회전력을 상기 출력축으로 전달하는 기어부; 상기 구동모터에 설치되어 상기 회전축의 출력신호를 측정하는 홀센서; 상기 홀센서에 측정된 출력신호의 패턴을 분석하여 상기 구동모터의 회전을 제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 구동모터는 자기장에 의해 작동하는 BLDC 모터로 이루어지며, 상기 홀센서는 상기 회전축의 둘레에 일정한 간격으로 다수개 배치된 아날로그 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 기어부는, 상기 회전축에 결합된 구동기어와, 상기 구동기어에서 전달되는 출력을 감속시켜 전달하는 감속기어와, 상기 감속기어에서 전달된 출력을 이용하여 상기 출력축을 회전시키는 종동기어로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 홀센서에서 측정된 출력신호에 의해 출력된 파형을 감지하여 PID 제어를 통해 상기 입력부에서 입력된 입력값을 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
상기 출력축에 출력신호를 측정하여 상기 제어부에 전달하는 센서부가 더 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템에 따르면, 출력축에 결합된 조종면을 회전시키는 구동모터를 측정하여 조종면, 구동수단의 메커니즘에서 발생하는 지터현상을 방지 및 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 아날로그방식의 홀센서를 통해 외란에 의해 회전축에 발생되는 떨림을 측정하여 출력된 신호를 아날로그 파형으로 전환하여 PID제어를 통해 정밀한 제어를 통해 지터현상을 방지 및 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 지터현상을 방지 및 감소시켜 구동모터의 출력을 전달하는 메커니즘 및 구동모터에 발생하피로, 열, 부하 등을 감소시켜 안정적으로 사용하며, 진동 및 소음을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 다수개의 홀센서를 통해 동시에 회전축의 떨림을 측정하여 오작동을 방지하고, 정확한 측정이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 회전축가 출력축에서 각각 발생된 파형을 대비하여 내부 구조의 오작동을 파악할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템의 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 구동모터를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 구동제어를 개략적으로 도시한 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 구동모터의 파형을 도시한 개념도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템에 관하여 첨부된 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기용 전기식 구동장치의 짙어 현상 방지 시스템의 결합관계를 개략적으로 나타낸 사시 도이며, 도 2는 본 발명에 따른 기계적 구조장치를 도시한 사시 도이고, 도 3은 본 발명에 따른 내부를 개략적으로 나타낸 개념도 이며, 도 4는 본 발명에 따른 구동모터를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 구동제어를 개략적으로 도시한 개념도 이며, 도 6은 본 발명에 따른 구동모터의 파형을 도시한 개념도이다.
도 1 내지도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 항공기용 전기식 구동장치의 짙어 현상 방지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기식 구동장치가 조종 면을 회전시킬 때 발생하는 동력을 감지하여 미세한 제어를 통해 진동 및 소음을 방지할 수 있는 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 전기식 구동장치는 입력부에서 입력된 입력 값을 통해 항공기 조종면을 조정할 수 있도록 출력을 전달시에 발생하는 진동 및 소음을 제어할 수 있도록 구동모터(10), 기어부(20), 홀센서(15) 및 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(1b), 상기 구동모터(10), 상기 기어부(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(1b), 상기 구동모터(10), 기어부(20) 및 상기 제어부(30)가 설치되되, 상기 출력축(1b)은 일측이 상기 하우징(1a)의 외부로 노출되게 이루어진다.
따라서 상기 제어부(30)에 의해 작동하는 상기 구동모터(10)의 출력은 상기 기어부(20)를 통해 출력을 조절하여 상기 출력축(1b)으로 전달한다.
여기서 상기 출력축(1b)은 무인 또는 유인 항공기 날개의 조종면(2)인 에일러론(aileron), 러더(rudder) 및 플래퍼론(flaperon)와 연결구조(링키지 등)로 유기적 연결되어 상기 조종면(2)을 회전시킨다.
다음으로는 본 발명에 따른 구동모터(10), 기어부(20), 홀센서(15) 및 제어부(30)에 대하여 설명하기로 한다.
상기 구동모터(10)는 상기 하우징(1a)의 외부로 노출된 출력축(1b)에 동력을 전달하는 회전축(11)이 형성된다.
상기 기어부(20)는 상기 회전축(11)에서 발생하는 회전력을 상기 출력축(1b)으로 전달한다.
상기 홀센서(15)는 상기 구동모터(10)에 설치되어 상기 회전축(11)의 출력신호를 측정한다.
상기 제어부(30)는 상기 홀센서(15)에 측정된 출력신호의 패턴을 분석하여 상기 구동모터(10)의 회전을 제어한다.
즉, 상기 홀센서(15)에서 측정된 출력신호를 통해 작동되는 상기 회전축(11)을 정밀하게 제어하여 외부의 가진현상(Vibration)이나 자유회전(freeplay) 등으로부터 상기 구동모터(10)의 회전을 방지하여 지터현상(jittering)을 방지하여 진동 및 소음을 저감 할 수 있다.
이에 따른 상기 구동모터(10)에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같이 이루어진다.
상기 구동모터(10)는 자기장에 의해 작동하는 BLDC 모터로 이루어진다.
이러한 BLCD모터는 커버(12), 회전축(11), 마그네틱(13), 코일(14)로 이루어진다.
상기 커버(12)는 내부에 상기 회전축(11), 상기 마그네틱(13) 및 상기 코일(14)이 배치된다.
그리고 상기 커버(12)의 일측에는 상기 홀센서(15)가 일정한 간격으로 설치될 수 있도록 공간이 형성된다.
상기 회전축(11)은 상기 커버(12)의 일측으로 일부가 노출되어 회전가능하게 설치된다.
상기 마그네틱(13)은 상기 커버(12)의 내부에 배치된 상기 회전축(11)에 결합된다.
상기 코일(14)은 상기 커버에 설치되어 상기 마그네틱(13)에 자기장을 제공할 수 있도록 위치한다.
이를 통해 상기 구동모터(10)는 외부에서 인가된 전원을 통해 상기 회전축(11)을 회전시켜 출력을 발생한다.
그리고 상기 홀센서(15)는 상기 회전축(11)의 둘레에 일정한 간격으로 다수개 배치된 아날로그 방식으로 이루어진다.
따라서 상기 홀센서(15)는 상기 회전축(11)과 일정간격 이격되도록 상기 커버(12)에 설치되며, 3개소가 120°간격으로 배치된다.
이때, 상기 홀센서(15)는 상기 회전축(11)을 측정하여 아날로그 방식의 파형을 출력한다.
그리고 상기 기어부(20)는 상기 구동모터(10)에서 발생하는 출력을 상기 출력축(1b)에 전달할 수 있도록 구동기어(21), 감속기어(22) 및 종동기어(23)로 이루어진다.
상기 구동기어(21)는 상기 회전축(11)에 결합되어 출력을 전달한다.
상기 감속기어(22)는 상기 구동기어(21)와 맞물려 발생된 출력을 감소시켜 전달한다.
상기 종동기어(23)는 상기 감속기어(22)에서 전달되는 출력을 통해 상기 출력축(1b)을 회전시킨다.
즉, 상기 기어부(20)는 상기 구동모터(10)에서 발생되는 출력을 전달하여 상기 출력축(1b)을 회전시킨다.
이때, 상기 기어부(20)는 기어비를 통해 전달되는 출력을 감속시킬 수 있다.
따라서 기어비에 따라 상기 출력축(1b)의 회전을 정밀하게 조절할 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 제어부(30)는 상기 홀센서(15)에서 측정된 출력신호에 의해 출력된 파형을 감지하여 PID 제어를 통해 상기 입력부(31)에서 입력된 입력값을 제어한다.
따라서 상기 제어부(30)는 상기 홀센서(15)의 출력신호에 의해 발생된 파형을 통해 상기 구동모터(10)을 제어한다.
이때, 상기 제어부(30)는 PID 제어 방식을 통해 비례 동작(Proportional Action), 적분 동작(Integral Action), 미분 동작(Derivative Action) 등 3가지 동작을 적절히 적용하여 오차에 비례해서 제어가 이루어진다.
이와 같이 상기 제어부(30)는 상기 홀센서(15)에 의해 출력된 파형은 PID 제어 방식을 이용하여 COMMUTATION LOGIC을 통해 상기 입력부(31)의 입력값을 제어한다.
따라서 상기 출력축(1b) 및 상기 기어부(20)에서 전달되는 진동, 떨림과, 상기 회전축(11)에서 발생되는 진동 및 떨림 등을 감소시켜 소음 발생을 억제하고 모터 및 기어부(20)에서 발생하는 피로를 감소시켜 파손 및 고장을 방지할 수 있다.
다음으로는 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 구동제어에 대하여 상세히 설명하면 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 기어부(20)를 통해 상기 출력축(1b)을 회전시킨다.
이때, 상기 구동모터(10)와 연결된며, 상기 하우징(1a)의 내부에 설치된 상기 기어부를 통해 회전력을 상기 출력축(1b)에 전달한다.
여기서 상기 하우징(1a)에는 상기 조종면(2)을 조작 및 제어에 필요한 이외에 구성이 추가적으로 결합되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 기어부(20)는 기어비에 의해 회전력을 감소시켜 출력되는 것으로서, 일반적으로 감속기의 역할을 수행하며 일예로, 기어조립체의 구동축기어와 출력축기어의 기어비가 360:1이고 상기 출력축이 요구 정확도 범위가 ±0.5°이면, 구동축기어를 1회전 시킬 때, 상기 출력축을 1° 회전시키게 되는 것이다.
그리고 기어비가 200:1일 때 상기 출력축은 요구 정확도 범위가 ±0.5°이면, 상기 출력축은 1.8°회전이 이루어진다.
즉, 상기 구동모터(10)는 상기 입력부(31)에서 작동명령을 입력하면 상기 제어부(30)에 의해 상기 구동모터(10)가 작동되어 상기 출력축(1b)을 회전시킨다.
그리고 상기 출력축(1b)은 일측이 상기 하우징(1a)의 외부로 노출되어 상기 조종면(2)과 연결되어 회전가능하게 상기 하우징(1a)에 설치되며, 상기 하우징(1a) 내에 위치하는 부분에서 상기 기어부(20)와 연결되어 상기 구동모터(10)의 회전력에 의해 회전이 이루어진다.
여기서 상기 출력축(1b)은 베어링 등의 부재를 통해 상기 하우징(1a)에서 자유롭게 회전되도록 설치되되, 베어링 이외에 자유롭게 회전가능하도록 다양한 부재로 변경이 가능하다.
그리고 상기 출력축(1b)의 출력신호를 측정하여 상기 제어부(30)에 전달하는 센서부(40)가 더 포함된다.
따라서 상기 출력축(1b)은 상기 하우징(1a)의 내부에 배치된 타측단에 상기 센서부(40)를 통해 출력신호를 측정하여 파형을 생성할 수 있도록 마그네틱 및 코일이 형성된다.
이때, 상기 마그네틱과 상기 코일은 상기 구동모터()와 동일한 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 상기 마그네틱은 상기 출력축(1b)의 타측단에 회전 결합되며, 상기 코일은 상기 출력축(1b)의 회전시 상기 마그네틱에 의해 자기장을 발생하도록 상기 하우징(1a)에 설치된다.
그리고 상기 센서부(40)는 상기 홀센서(15)와 동일한 아날로그방식으로 다수개가 상기 출력축(1b)의 측정하여 파형을 출력할 수 있도록 상기 하우징(1a)에 설치된다.
따라서 상기 센서부(40)는 상기 출력축(1b)에 120°간격으로 3개소가 설치되는 것이 바람직하다.
이를 통해 상기 출력축(1b)의 파형은 상기 제어부(30)로 정보를 전달한 후 상기 회전축(11)의 정보와 대비하여 지터현상에 의한 오작동을 방지할 수 있다.
따라서 상기 제어부(30)는 상기 홀센서(15)에서 출력된 파형을 통해 상기 구동모터()를 제어하여 지터현상을 방지하되, 상기 센서부(40)에서 출력된 파형을 상기 홀센서(15)의 파형과 대비하여 상기 출력축(1b)의 오작동을 판단할 수 있다.
다음으로는 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상기와 같이 작동 시 발생하는 지터현상을 방지하기 위해 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 조종면(2)의 제어가 이루어진다.
상기 전기식 구동장치(1)는 상기 하우징(1a)의 내부에 상기 홀센서(15)가 설치된 상기 구동모터(10), 상기 기어부(20), 상기 제어부(30) 및 상기 출력축(1b)이 결합되며, 상기 입력부(31)는 상기 제어부(30)와 연결되고 상기 출력축(1b)은 상기 조종면(2)에 연결구조를 통해 연결하여 제어할 수 있도록 설치한다.
따라서 상기 입력부(31)에 의해 전달된 입력값은 상기 제어부(30)로 전달되면 상기 마그네틱(13)과 상기 코일(14)에서 생성된 자기장을 통해 상기 회전축(11)을 회동시켜 상기 구동모터(10)를 작동시킨다.
이렇게 작동된 상기 구동모터(10)의 출력은 상기 기어부(20)를 통해 기어비에 따라 출력속도를 조절하여 상기 출력축(1b)을 회전시키며, 상기 출력축(1b)은 회전에 의해 상기 조종면(2)의 조작이 이루어진다.
이때, 상기 홀센서(15)는 상기 커버(12)의 공간에 120°간격으로 3개소가 설치되어 상기 회전축(11) 또는 상기 마그네틱(13)의 출력신호를 측정한다.
이러한 상기 홀센서(15)는 아날로그방식을 통해 상기 회전축(11)을 측정하여 출력된 출력신호를 상기 제어부에 전달하며, 상기 제어부(30)는 상기 출력신호를 파형으로 생성하여 감지할 수 있다.
따라서 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제어부(30)는 상기 홀센서(15)를 통해 상기 회전축의 파형을 출력한다.
이렇게 출력된 파형은 상기 제어부(30)에서 PID제어 및 COMMUTATION LOGIC를 통해 제어가 이루어진다.
따라서 3개의 상기 홀센서(15)는 각각의 파형을 생성하며, 생성된 3개의 파형을 동시 또는 개별적으로 PID제어를 통해 상기 회전축의 지터현상을 파악 및 제어할 수 있다.
여기서 지터(jittering)현상은, 전기식 구동장치(1)의 상기 출력축(1b)을 기준으로 위치각 제어를 수행하기 위해 제어정밀도를 맞추기 위해 BLDC 모터를 제어 시 위치각 명령에 대하여 제어정밀도 범위 이내에 들어오게 되면 제어 게인(gain)을 줄여 위치각 명령을 수행하기 위해 발생하고 있다.
또한, 상기 조종면(2)에서 기류 및 특정 주파수에 의해 전달되는 진동에 의해 발생하게 된다.
즉, 외란(Disturbance), 조종면과 구동모터 사이의 메카니즘, 백래시, 등의 다양한 요소들과 제어정밀도를 위한 구동모터의 알고리즘 등의 복합적인 가진현상(vibration)이 발생시켜 상기 구동모터의 일정 회전각도 범위 내에서 반복적으로 회전하여 조종면이 지터현상 등이 발생된다.
이와 같은 지터현상을 제어할 수 있도록 더욱 정밀한 상기 구동모터의 제어정밀도를 통해 외부의 가진현상이나 자유회전 등으로부터 모터의 회전을 방지 또는 최소화 하여 진동 및 소음을 감소시킬 수 있다.
다음으로는 3개의 상기 홀센서(15)에서 출력된 파형을 통해 구동모터(10)를 제어한다.
3개의 상기 홀센서(15)는 상기 구동모터(10)에 120°간격으로 배치되어 상기 회전축(11) 또는 상기 마그네틱(13)을 측정한 출력신호를 통해 각각의 파형을 형성된다.
여기서 출력되는 출력신호는 일예로 3개가 홀센서가 120°로 배치되며, 상기 기어부(20)는 200:1의 기어비를 가질 때 0.6도의 회전각 범위 내에서 정밀측정이 가능하다.
즉, 3개의 상기 홀센서(15)를 통해 출력된 각각의 출력신호를 A,B,C의 3개의 파형으로 생성되며, 생성된 파형은 120°내에서 40°의 간격으로 A,B,C 파형이 배치되어 아날로그 방식을 통해 선형그래프 형태의 파형을 출력할 수 있다.
이렇게 출력된 파형은 COMMUTATION LOGIC을 통해 개별 또는 합쳐서 PID제어가 이루어질 수 있도록 정보를 제공한다.
이러한 PID제어는 3개의 아날로그 파형이 합쳐진 파형을 통해 정밀 제어가 이루어지되, 상기 홀센서(15)의 오작동 발생시 이를 판단하여 나머지 아날로그 파형을 통해 정밀 제어가 이루어진다.
이와 같은 구동모터(10)를 제어하기 위해 상기 제어부(30)는 출력된 파형을 통해 다음과 같이 제어가 이루어진다.
이에 앞서, 상기 홀센서(15)는 필요에 따라 다수개 설치가 가능하며, 편의상 순차적으로 A홀센서, B홀센서, C홀센서로 지칭하며 이에 따른 파형을 A파형, B파형, C파형으로 각각 지칭하기로 한다.
상기 홀센서(15)는 상기 기재된 바와 같이 상기 구동모터(10)의 상기 회전축(11) 또는 상기 마그네틱(13)을 통해 A, B, C 3개의 파형을 출력한다.
즉, A홀센서는 A형을, B홀센서는 B파형을 C홀센서는 C파형을 출력하되, A, B, C 홀센서는 120°각도로 배치됨에 따라 40°간격으로 A, B, C 파형이 출력된다.
이러한 파형은 상기 회전축(11)의 반복적인 회전 및 역회전시 상기 조종면(2)과 상기 기어부(20)의 메카니즘과 백래시 등에 의해 발생하는 진동을 파형으로 출력한다.
이렇게 출력된 3개의 파형은 하나로 합친 후 상기 제어부(30)로 정보를 전달하여 PID제어를 통해 정밀하게 제어하여 상기 회전축(11)의 떨림을 방지할 수 있도록 제어가 이루어진다.
따라서 PID제어는 아날로그 파형을 통해 비례 동작(Proportional Action), 적분 동작(Integral Action), 미분 동작(Derivative Action) 등 3가지 동작을 적절히 사용하며, 비례 동작은 기준 입력과 출력 결과의 오차에 비례해서 제어하는 방법이며, 이러한 P제어로 유연하게 목표값에 접근시킬 수 있다. 그리고 이때 미세한 오차를 없애기 위해 적분 동작이 쓰인다. 적분 동작은 미세한 오차들을 누적하다가 일정한 값을 넘어서게 되면 제어를 시작하게 된다.
이를 통해 상기 회전축(11)은 입력값에 맞춰 제어가 이루어지되, 상기 조종면(2)과 상기 기어부(20)의 메카니즘과 백래시에서 발생하는 외란(Disturbance)을 출력하여 상기 입력값을 제어할 수 있다.
그리고 3개의 홀센서(15) 중 어느 하나가 오작동이 발생하면, 각각 출력된 아날로그 파형 중 오작동이 발생한 파형을 제외한 파형을 통해 PID제어가 이루어진다.
따라서 3개의 A, B, C 홀센서에서 측정된 A, B, C 3개의 파형은 상호 대비하여 다른 하나가 발생하면 오작동으로 판단한다.
즉 A 파형과 B 파형은 동일하고 C파형이 다르게 출력될 경우 C파형을 출력하는 C홀센서를 오작동으로 판단하여 C 파형의 출력정보를 제외한다.
이를 통해 3개의 홀센서를 혼합하여 정확한 제어가 가능하며, 이 중 하나의 홀센서가 오작동이 발생한 경우 파형을 통해 이를 감지하여 출력신호를 제외할 수 있다.
이렇게 오작동을 제외한 나머지 파형을 통해 합쳐진 파형과 동일한 방식의 PID제어를 통해 회전축의 떨림현상을 방지할 수 있다.
이와 같이 상기와 같이 구동모터(10)는 입력값에 의해 작동하되, 상기 홀센서(15)에서 측정된 출력신호의 파형을 통해 상기 회전축(11)의 지터현상을 감지하여 상기 제어부(30)에 의해 제어가 이루어진다.
그리고 상기 센서부(40)는 상기와 같이 제어되는 상기 구동모터(10)에서 전달된 출력을 통해 회전하는 상기 출력축(1b)을 출력신호의 파형을 측정한다.
이렇게 상기 출력축(1b)에서 출력된 파형은 상기 회전축(11)에서 출력된 파형과 대비할 수 있도록 상기 제어부(30)로 전달되며, 상기 제어부(30)는 상기 회전축(11)과 상기 출력축(1b)의 각각의 파형을 대비하여 상기 구동모터(10)를 제어한다.
이러한 상기 제어부(30)는 상기 회전축(11)에서 출력된 파형을 통해 상기 구동모터(10)를 제어하며, 상기 출력축(1b)에서 출력된 파형과 상기 회전축(11)에서 출력된 파형과 대비하여 상기 출력축(1b)의 지터현상을 감지한다.
이때, 상기 제어부(30)에는 상기 회전축(11)과 상기 출력축(1b)의 파형의 오차범위 설정하되, 오차범위는 ±5% 이내로 설정이 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 제어부(30)는 상기 회전축(11)의 지터현상을 방지할 수 있도록 제어가 이루어며, 전달되는 출력에 의해 상기 출력축(1b)의 지터현상이 오차범위를 벗어난 경우 상기 회전축(11), 상기 기어부(20) 및 상기 출력축(1b)을 정비할 수 있도록 경고 등을 발생한다.
이를 통해 상기 전기식 구동장치(1)는 상기 조종면(2)과 상기 구동모터(10) 사이의 메카니즘에서 발생된 문제를 파악하여 유지보수가 가능하다.
이를 통해, 상기 회전축(11)은 정확한 제어가 이루어짐에 따라 상기 구동모터(10)에서 출력된 출력을 통해 상기 조종면(2)의 정확한 범위 내에서 작동이 이루어질 수 있다.
또한, 지터현상을 방지 또는 감소시켜 상기 구동모터(10)의 출력에 의해 기어부(20)에 발생하는 피로를 제어하고, 모터의 과도한 열의 발생을 저하시킬 수 있어 상기 전기식 구동장치(1)를 장기간 안정적으로 사용할 수 있다.
아울러, 상기 회전축(11) 및 상기 출력축(1b)에서 발생하는 진동 감소에 따라 소음을 감소시킬 수 있다.
또한, 출력이 전달되는 과정에서 발생한 문제를 용이하게 파악하여 유지보수가 가능하다.
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 1b: 출력축
2: 조종면
10: 구동모터 11: 회전축 12: 커버
13: 마그네틱 14: 코일
15: 홀센서
20: 기어부 21: 구동기어 22: 감속기어
23: 종동기어
30: 제어부 31: 입력부
40: 센서부

Claims (5)

  1. 입력부에서 입력된 입력값을 통해 항공기 조종면을 조종하는 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템에 있어서,
    외형을 형성하는 하우징(1a)의 외부로 노출된 출력축(1b)에 동력을 전달하는 회전축(11)이 형성된 구동모터(10);
    상기 회전축(11)에서 발생하는 회전력을 상기 출력축(1b)으로 전달하는 기어부(20);
    상기 구동모터(10)에 설치되어 상기 회전축(11)의 출력신호를 측정하는 홀센서(15);
    상기 홀센서(15)에 측정된 출력신호의 패턴을 분석하여 상기 구동모터(10)의 회전을 제어하는 제어부(30)로 이루어지되,
    상기 구동모터(10)는 자기장에 의해 작동하는 BLDC 모터로 이루어지며,
    상기 홀센서(15)는 상기 회전축(11)의 둘레에 일정한 간격으로 다수개 배치되고, 아날로그 방식으로 측정이 이루어지며,
    상기 출력축(1b)에 출력신호를 측정하여 상기 제어부(30)에 전달하는 센서부(40)가 더 포함되고,
    상기 센서부(40)는 상기 출력축(1b)에 일정한 간격으로 다수개 배치되고, 아날로그 방식으로 측정이 이루어지며,
    상기 제어부(30)는 상기 홀센서(15)에서 출력된 파형을 통해 상기 구동모터(10)를 제어하고, 상기 센서부(40)에서 출력된 파형을 상기 홀센서(15)에서 출력된 파형과 대비하는 것을 특징으로 하는 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기어부(20)는,
    상기 회전축(11)에 결합된 구동기어(21)와,
    상기 구동기어(21)에서 전달되는 출력을 감속시켜 전달하는 감속기어(22)와,
    상기 감속기어(22)에서 전달된 출력을 이용하여 상기 출력축(1b)을 회전시키는 종동기어(23)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(30)는,
    상기 홀센서(15)에서 측정된 출력신호에 의해 출력된 파형을 감지하여 PID 제어를 통해 상기 입력부에서 입력된 입력값을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 항공기용 전기식 구동장치의 지터현상 방지 시스템.
  5. 삭제
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