KR102374805B1 - 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치 - Google Patents

멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기식 구동장치에서 발생된 동력에 의해 조종면의 회전시, 전기식 구동장치에서 출력된 회전수와 조종면에 전달하는 출력축에 전달하는 기어비를 계산하여 출력축의 회전각을 정확히 측정할 수 있는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치에 관한 것이다.

Description

멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치{Electromechanical actuator capable of recognizing and controlling multi-turns}
본 발명은 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기식 구동장치에서 발생된 동력에 의해 조종면의 회전시, 전기식 구동장치에서 출력된 회전수와 조종면에 전달하는 출력축에 전달하는 기어비를 계산하여 출력축의 회전각을 정확히 측정할 수 있는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 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) 등과, 프로펠러 방식인 틸트로터(tilt rotor) 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.
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 출력축으로 전달되는 동력이 기어박스 등을 통해 기어비의 변환 시, 정확한 회전각을 측정할 수 없는 문제가 있다.
즉, 동력축에서 발생된 동력은 기어박스 등의 부가적인 구성을 통해 기어비를 조정하여 동력축에서 발생된 동력을 감속시켜 출력축에 전달하여 정밀한 제어가 이루어진다.
이때, 단일센서는 동력축의 회전각을 측정할 수 있으나, 기어비에 의해 변환된 출력축의 정확한 회전각을 측정할 수 없는 문제가 있다.
또한, 조종면의 넓은 회전범위가 필요한 경우, 동력축과 출력축은 기어비에 따라 1회전 이상 회전수가 증가하여 회전수를 측정하기 위한 별도의 센서 또는 장치가 필요하다.
따라서 회전수를 측정하기 위한 센서 또는 장치의 추가시 부피 및 하중의 증가를 고려해야 하는 문제가 발생한다.
또한, 부가적으로 추가되는 회전수를 측정하기 위한 센서는 시장수요가 많지 않아 그 종류가 제한적이며, 가격도 상대적으로 비싸 가격상승의 증가하는 비용적인 문제가 발생하고 기계적 마찰이 수반될 경우, 내구성 및 신뢰성에 하락하는 문제가 발생한다.
한국등록특허 제10-1640489호(2016.07.18.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 항공기 조종면의 회전시 동력이 발생되는 동력축의 회전수 및 회전각을 측정하여 조종면을 제어하는 최종 출력축의 회전각 정확히 측정하고 조종면의 현재위치를 통해 정밀한 제어가 가능한 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 외부로 노출된 별도의 장치 없이 동력축을 측정하여 부피 및 무게의 증가 없이 용이하게 사용할 수 있는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 조종면의 최대/최소 회전각에 맞춰 안정적으로 작동할 수 있도록 제어가능한 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기어비에 따른 동력축의 다회전을 통해 출력축을 제어하여 동력축의 특정지점에 가해지는 피로, 부하를 방지하여 장기간 안정적으로 사용할 수 있는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 조종면의 회전각을 저장하여 초기작동시 조종면의 위치를 확인하여 정확한 제어가 가능한 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 출력축의 일방향 또는 양방향에 선택적으로 배치되어, 다양한 에일러론, 러더, 플래퍼론 등의 일방향에서 조종되는 조종면과, 틸트로터 등의 양방향에서 조종되는 조종면에 다양하게 사용할 수 있는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력부에서 입력된 입력값을 통해 항공기 조종면을 조종하며, 조종면에 동력을 전달하는 출력축의 회전각을 측정하는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치에 있어서, 하우징의 외부로 노출된 동력축을 통해 동력을 출력하는 구동장치; 상기 동력축과 연결되며, 기어비를 통해 동력의 회전력을 제어하여 전달하는 기어박스; 상기 기어박스와 연결되며, 전달된 동력을 통해 상기 조종면을 조종하는 출력축; 상기 구동장치에서 상기 동력축의 회전수와 회전각을 측정하는 측정수단; 상기 측정수단에서 측정된 회전수와 상기 기어박스의 기어비를 통해 입력된 입력값에 맞춰 상기 출력축의 회전각을 제어하는 멀티턴제어부;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기어박스는, 상기 하우징에 체결되는 케이스와, 상기 동력축과 연결되도록 상기 케이스의 내부에 배치되며, 제1기어가 형성된 구동축과, 상기 케이스의 내부에 배치되어 상기 제1기어와 맞물리는 제2기어가 형성되며, 상기 출력축과 연결되어 동력을 전달하는 종동축으로 이루어지되, 상기 제1기어와 상기 제2기어는 서로 다른 기어비로 형성되어 상기 동력축에서 전달된 회전력을 제어하여 상기 출력축에 전달하는 것이 바람직하다.
상기 멀티턴제어부는, 상기 입력부에서 입력된 입력값을 상기 조종면의 회전가능한 회전범위 내에서 동작하도록 입력값을 도출하며, 입력값에 맞춰 상기 구동장치의 회전속도를 조절하는 프로파일생성부와, 상기 프로파일생성부에서 도출된 입력값, 상기 조종면의 실제위치값 및 상기 기어박스의 기어비를 분석하여 상기 구동장치의 제어명령값을 산출하는 각도산출부와, 상기 각도산출부에서 산출된 제어명령값을 상기 조종면의 회전가능한 회전범위 내에서 동작하도록 보정하여 상기 구동장치를 제어하는 모터신호발생부와, 상기 모터신호발생부의 제어명령값에 맞춰 작동하는 상기 동력축의 회전수 및 회전각을 상기 측정수단을 통해 측정하는 엔코더부와, 상기 엔코더부에서 측정된 회전수 및 회전각과 상기 기어박스의 기어비를 대비하여 산출된 상기 조종면의 실제위치값 상기 각도산출부에 전달하는 위치정보생성부;로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 구동장치의 내부에서 입력값에 의해 작동하는 구동모터와 연결된 축의 출력신호를 측정하는 홀센서가 포함되며, 상기 위치정보생성부는 상기 홀센서에서 측정된 출력신호를 전달받아 상기 기어박스의 기어비와 대비하여 상기 조종면의 실제위치값을 산출되며, 상기 엔코더부의 신호와 상기 홀센서의 신호를 감지하여 상기 엔코더부의 신호를 우선선택하되, 상기 엔코더부의 신호가 입력되지 않으면 상기 홀센서의 출력신호로 산출된 실제위치값을 상기 각도산출부에 전달하는 입력신호선택부가 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 위치정보생성부에 산출된 상기 조종면의 실제위치값을 저장하여 상기 구동장치의 작동시 상기 조종면의 최종위치정보를 제공하는 저장부가 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 출력축은 상기 기어박스에서 일방향 또는 양방향으로 돌출되어 상기 조종면과 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치에 따르면, 항공기 조종면의 회전시 동력축의 회전수 및 회전각을 측정하여 조종면을 제어하는 최종 출력축의 회전각을 산출하여 조종면의 현재위치 판단하고 조종면의 회전범위 내에서 정밀한 제어가 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 외부에 별도의 센서 등의 부가되는 장치 없이 구동장치 내, 또는 동력축에 설치하여 측정이 가능하여 무게 및 부피의 증가를 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 입력된 신호가 조종면의 회전범위 내에서 안정적으로 작동할 수 있도록 조종면의 회전각을 제어할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 조종면의 최종 회전정보를 저장하여 구동장치의 on/off 시 최종정보를 통해 조종면의 위치를 용이하게 판단하여 제어할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 기어비에 따른 동력축의 다회전을 통해 출력축의 정밀한 제어가 가능하며, 동력축의 회전시 외면이 고르게 밀착됨에 따라 특정지점에 가해지는 부하 및 피로 집중도를 고르게 분산하여 내구성을 향상시키고 장기간 용이하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 측정수단의 고장, 오작동에 따른 비상상황 발생 시 동력축의 출력신호를 측정하는 홀센서로릍 통해 조종면의 현재위치를 판단하여 비상제어가 가능한 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 출력축은 기어박스의 일방향 또는 양방향으로 돌출되어 일방향에서 조종되는 에일러론, 러더, 플래퍼론 등의 조종면과 양방향에서 조종되는 틸트로터 등의 조종면과 같은 다양한 방식에 맞춰 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 구동장치를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 구동장치의 내부구성을 도시한 단면도,
도 4는 본 발명에 다른 기어박스를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 출력축의 체결상태를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 멀티턴제어부를 도시한 블록도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치에 관하여 첨부된 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 구동장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 구동장치의 내부구성을 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명에 다른 기어박스를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 출력축의 체결상태를 도시한 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 멀티턴제어부를 도시한 블록도이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기식 구동장치에서 발생된 동력에 의해 조종면의 회전시, 전기식 구동장치에서 출력된 회전수와 조종면에 전달하는 출력축에 전달하는 기어비를 계산하여 출력축의 회전각을 정확히 측정할 수 있는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 입력부에서 입력된 입력값을 통해 항공기 조종면(1)을 조종하며, 조종면(1)에 동력을 전달하는 출력축(30)의 회전각을 측정하여 측정된 정보를 토대로 조종면(1)의 회전범위 내에서 회전각을 제어할 수 있도록 구동장치(10), 기어박스(20), 출력축(30), 측정수단(40) 및 멀티턴제어부(50)로 구성된다.
상기 구동장치(10)는 하우징(10a)의 외부로 노출된 동력축(11)을 통해 동력을 출력한다.
상기 기어박스(20)는 상기 동력축(11)과 연결되며, 기어비를 통해 동력의 회전력을 제어하여 전달한다.
상기 출력축(30)은 상기 기어박스(20)와 연결되며, 전달된 동력을 통해 상기 조종면(1)을 조종한다.
상기 측정수단(40)은 상기 구동장치(10)의 상기 동력축(11)의 회전수와 회전각을 측정한다.
상기 멀티턴제어부(50)는 상기 측정수단(40)에서 측정된 회전수와 상기 기어박스(20)의 기어비를 통해 입력된 입력값에 맞춰 상기 출력축(30)의 회전각을 제어한다.
이를 통해 상기 구동장치(10)를 통해 회전각을 조종할 때, 상기 기어박스(20)의 기어비 및 상기 측정수단(40)을 통해 측정된 정보를 상기 멀티턴제어부(50)에 전달하며, 상기 멀티턴제어부(50)는 입력된 정보를 통해 상기 출력축(30)의 회전각을 산출할 수 있다.
이를 위한 각 구성에 대하여 자세히 살펴보기로 한다.
먼저, 상기 구동장치(10)는 입력된 입력값을 통해 항공기의 조종면(1)을 조정하기 위한 전기적 방식으로 이루어진다.
이러한 상기 구동장치(10)는 중량 절감 및 시스템 신뢰도가 높은 전기식 구동장치로서, 항공기의 구동장치((Actuation System)에 사용되어 항공기 날개의 조종면인 에일러론(aileron), 러더(rudder), 플래퍼론(flaperon) 및 틸트로터(tilt rotor)(이하, '조종면'으로 통칭한다.)등을 동작시키기 위해 사용되고, 특히, 무인항공기에 더욱더 효율적으로 사용이 가능하다.
따라서 상기 구동장치(10)는 전기적 구동장치를 지칭하며, 상기 구동장치(10)는 도 2에 도시되 바와 같이, 상기 동력축(11), 상기 구동모터(12) 및 상기 제어시스템(14)을 감싸 보호할 수 있는 하우징(10a)이 형성된다.
즉, 외형을 형성하는 하우징(10a)이 구비되고, 상기 하우징(10a)의 내부에 상기 동력축(11), 상기 구동모터(12) 및 상기 제어시스템(14)이 설치되되, 상기 동력축(11)은 일측이 상기 하우징(10a)의 외부로 노출되게 이루어진다.
그리고 상기 구동모터(12)와 상기 동력축(11) 사이에서 동력을 전달하도록 상기 하우징(10a)에는 동력전달수단(13)이 설치되어 상기 구동모터(12)에서 발생되는 회전력을 상기 동력축(11)에 전달한다.
여기서 상기 동력축(11)은 무인 또는 유인 항공기 날개의 조종면인 에일러론(aileron), 러더(rudder) 및 플래퍼론(flaperon)와 연결구조(링키지 등)로 유기적 연결되어 상기 조종면(1)을 회전시킨다
또한, 상기 제어시스템(14)은 상기 구동장치(10)의 작동을 제어한다.
아울러 상기 동력축(11)은 상기 조종면(1)과 직접연결이 가능하나, 본 발명에서는, 동력축(11)에 사이 기어박스(20)를 설치하여 기어비에 따른 회전속도를 감속시킨 후, 사기 조종면(1)에 설치된 상기 출력축(30)을 통해 회전력을 전달한다.
다음으로 상기 기어박스(20)는 상기 구동장치(10)에 외면에 설치되며, 상기 동력축(11)을 통해 전달된 회전력을 기어비를 통해 감속하여 상기 출력축(30)에 전달한다.
이러한 상기 기어박스(20)는 케이스(21), 구동축(22) 및 종동축(23)으로 이루어진다.
상기 케이스(21)는 상기 하우징(10a)에 체결된다.
또한, 상기 케이스(21)의 내부에는 공간을 형성하며, 상기 구동축(22) 및 상기 종동축(23)이 배치된다.
아울러 상기 케이스(21)는 상기 구동장치(10)의 상기 하우징(10a)에 끼움, 볼트 등 다양한 방식을 통해 고정 설치한다.
상기 구동축(22)은 상기 동력축(11)과 연결되도록 상기 케이스(21)의 내부에 배치되며, 제1기어(22a)가 형성된다.
이때, 상기 구동축(22)의 끝단은 상기 케이스(21)의 외부로 노출되어 상기 동력축(11)과 연결시켜 회전력을 전달받는다.
그리고 상기 제1기어(22a)는 상기 케이스(21)의 내부에 배치되며, 스퍼기어 등의 구성을 통해 상기 구동축(22)에서 전달된 회전력에 의해 회전한다.
상기 종동축(23)은 상기 케이스(21)의 내부에 배치되어 상기 제1기어(22a)와 맞물리는 제2기어(23a)가 형성되며, 상기 출력축(30)과 연결되어 동력을 전달한다.
따라서 상기 종동축(23)은 끝단이 상기 케이스(21)의 외부로 노출되어 상기 출력축(30)과 연결시켜 회전력을 전달한다.
또한, 상기 제2기어(23a)는 상기 케이스(21)의 내부에 배치되며, 상기 제1기어(22a)와 맞물려 회전력을 전달받아 회전이 이루어진다.
여기서 상기 제1기어(22a)와 상기 제2기어(23a)는 서로 다른 기어비로 형성되어 상기 동력축(11)에서 전달된 회전력을 감속하여 상기 출력축(30)에 전달한다.
즉, 상기 제1기어(22a)와 상기 제2기어(23a)는 서로 다른 규격을 통해 기어비를 조절하여 회전력을 감소 또는 상승시킬 수 있으나, 본 발명의 상기 기어박스는 상기 동력축에서 전달된 회전력을 감소시켜 상기 출력축에 전달하는 것이 바람직하다.
이를 통해 상기 구동장치(10)에서 발생된 회전력을 감소시켜, 상기 출력축(30)에 전달하여 상기 조종면(1)의 정교한 제어가 가능하게 이루어진다.
또한, 상기 기어박스(20)의 기어비에 의해 상기 동력축(11)은 연속적인 회전을 통해 상기 출력축(30)의 회전각 제어가 가능하다.
이는 상기 동력축(11)과 상기 출력축(30)의 1:1 기어비로 작동시 상기 조종면(1)의 회전범위내에 위치한 상기 동력축(11)의 특정 위치에서 반복작동이 이루어짐에 따라 특정 위치의 기어에 피로 및 부하가 집중적으로 누적되어 파손 등이 발생할 수 있으나,
따라서 상기 동력축(11)과 상기 출력축(30)의 기어비를 다르게 하여 n회전 시 상기 출력축의 n°회전하여 상기 동력축(11)의 전체범위가 고르게 회전하여 피로, 부하를 분산시켜 파손 등의 문제를 예방할 수 있다.
다음으로 상기 출력축(30)은 상기 기어박스(20)와 연결되며, 전달된 동력을 통해 상기 조종면(1)을 조종한다.
이러한 상기 출력축(30)은 상기 조종면(1)과 연결되며, 상기 기어박스(20)에서 출력되는 회전력에 맞춰 회전하여 상기 조종면(1)의 회전각을 제어한다.
따라서 상기 출력축(30)은 상기 조종면(1)에 회전력을 전달하는 샤프트 등으로 이루어진다.
그리고 상기 출력축(30)은 상기 기어박스(20)에서 일방향 또는 양방향으로 돌출되어 상기 조종면(1)과 연결된다.
즉, 상기 출력축(30)은 상기 기어박스(20)에 체결되어 회전력을 전달받되, 상기 기어박스(20)의 일면으로 단독 돌출되어 상기 조종면(1)과 연결되거나, 상기 기어박스(20)의 양면에서 양측으로 돌출되어 상기 조종면(1)과 연결된다.
따라서 상기 출력축(30)은 일측 끝단이 상기 기어박스(20)와 체결되어 일방향으로 돌출되거나, 또는 상기 출력축(30)은 중앙부분이 상기 기어박스(20)에 체결 양방향으로 돌출되거나, 끝단이 상기 기어박스(20)에 체결되도록 양측에 각각 배치되어 양방향으로 돌출되는 다양한 방법으로 이루어진다.
아울러, 상기 출력축(30)은 양방향으로 돌출되어 동일한 동력을 전달받아 회전하는 것이 바람직하다.
이러한 상기 출력축(30)은 에일러론, 러더, 플래퍼론 등의 구조를 가지는 조종면(1)의 경우, 일방향으로 돌출되어 동력을 전달하며, 틸트로터 등의 구조를 가지는 조종면(1)의 경우, 양측방향으로 돌출되어 동력을 전달한다.
이를 통해, 항공기의 비행을 제어하는 에일러론, 러더, 플래퍼론 및 필트로터 등을 통해 조향, 회전 등에 다양하게 적용할 수 있다.
다음으로 상기 측정수단(40)은 상기 구동장치(10)에서 상기 동력축(11)의 회전수와 회전각을 측정한다.
여기서 상기 측정수단(40)은 상기 동력축(11)의 1회전을 카운트하여 연속적인 멀티턴의 회전수와, 0° ~ 360°범위 내에서 회전하는 회전각을 측정하는 엔코더 및 센서 등으로 이루어진다.
즉, 상기 측정수단(40)은 상기 동력축(11)이 0° ~ 360°이상 회전 시, 1회전을 카운트하고, 0° ~ 360° 내에서 회전시 회전각을 측정하여, 1회전을 카운트하여 회전수를 측정하고, 0° ~ 360°내의 회전각의 측정한다.
이를 통해 상기 동력축(11)의 회전시 회전수 및 회전각을 동시에 측정할 수 있다.
아울러, 상기 기어박스(20)는 상기 구동장치(10)의 외부에 설치하는 것이 바람직하나, 상기 구동장치(10) 내에 배치된 상기 동력전달수단(13)에서 기어비를 조정하여 동력축(11)과 출력축(30)의 회전력을 제어하는 기어박스(20)의 구성을 적용할 수 있다.
이때, 상기 측정수단(40)은 상기 구동모터(12)에서 노출된 축의 회전력을 측정하여, 상기 구동장치(10) 외부로 노출된 축의 회전각을 측정할 수 있다.
따라서, 상기 구동모터(12)에서 발생된 회전력은 상기 기어박스(20)의 기어비에 따라 출력되는 회전력의 회전각을 정확히 측정할 수 있다.
이는, 상기 구동장치(10)를 통해 상기 조종면(1)을 제어할 때 다양한 방식의 구조 및 결합관계에 맞춰 상기 구동모터(12)에서 발생된 동력이 상기 조종면을 제어하는 최종 출력축의 회전각을 측정할 수 있도록 다양한 설계변경이 가능하다.
다음으로 상기 멀티턴제어부(50)는 상기 측정수단(40)의 측정정보와 상기 기어박스(20)의 기어비를 대비하여 상기 출력축(30)의 회전각을 제어할 수 있도록 프로파일생성부(51), 각도산출부(52), 모터신호발생부(53), 엔코더부(54) 및 위치정보생성부(55)로 구성된다.
상기 프로파일생성부(51)는 상기 입력부(2)에서 입력된 입력값을 상기 조종면(1)의 회전가능한 회전범위 내에서 동작하도록 입력값을 도출하며, 입력값에 맞춰 상기 구동장치(10)의 회전속도를 조절한다.
즉, 상기 프로파일생성부(51)는 상기 입력부(2)에 입력된 입력값이 상기 조종면(1)의 회전범위에 따른 회전각의 최대값과 최소값 내에 위치하는지 판단한다.
여기서 입력값이 상기 조종면(1) 회전각의 최대값 및 최소값 내에 위치하면 정상작동을 수행하고, 최대값 및 최소값을 벗어나면 입력값의 범위를 최대값 및 최소값 내에서 작동이 가능하도록 입력값을 수정하여 도출한다.
또한, 상기 프로파일생성부(51)는 설정된 회전속도에 맞춰 상기 구동장치(10)가 작동되도록 이루어진다.
이를 통해 상기 프로파일생성부(51)는 상기 입력부(2)에서 입력된 입력값이 조종면의 회전범위를 벗어나는 오작동을 방지한다.
상기 각도산출부(52)는 상기 프로파일생성부(51)에서 도출된 입력값, 상기 조종면(1)의 실제위치값 및 상기 기어박스(20)의 기어비를 분석하여 상기 구동장치(10)의 제어명령값을 산출한다.
따라서 상기 각도산출부(52)는 상기 프로파일생성부(51)에서 상기 조종면(1)의 회전각에 맞춰 도출된 입력값을 통해 상기 제어명령값을 산출한다.
이를 위해, 상기 각도산출부(52)는 상기 조종면(1)의 실제위치값에 따른 실제위치를 판단한 후, 입력값과 기어비를 대입하여 상기 출력축(30)의 회전각을 산출한다.
즉, 입력값에 따른 상기 조종면(1)의 이동위치와 실제위치값에 따른 상기 조종면의 현위치 사이의 회전각을 통해 상기 출력축(30)의 회전각을 도출하며, 도출된 회전각에 맞춰 상기 출력축(30)을 회전시키기 위해 상기 기어박스(20)의 기어비와 상기 동력축(11)의 회전각을 계산하여 제어명령값을 산출한다.
상기 모터신호발생부(53)는 상기 각도산출부(52)에서 산출된 제어명령값을 상기 조종면(1)의 회전가능한 회전범위 내에서 동작하도록 보정하여 상기 구동장치(10)를 제어한다.
따라서 상기 모터신호발생부(53)는 제어명령값에 맞춰 상기 구동장치(10)를 제어하는 신호를 전달한다.
아울러 상기 모터신호발생부(53)는 상기 제어명령값이 상기 조종면(1) 회전각의 최대값과 최소값 내에 위치하는지 판단한다.
즉, 제어명령값에 의해 상기 구동장치(10)에 의해 회전하는 상기 조종면(1)의 회전범위 내에서 회전이 이루어지는지 판단한다.
이를 위해 상기 모터신호발생부(53)는 상기 프로파일생성부(51)와 같이 제어명령값을 검사한 후, 회전각 범위 내에서는 정상작동을 수행하고, 회전각의 최대값 및 최소값을 벗어나면 최대값과 최소값 범위내에서 상기 구동장치(10)가 작동할 수 있도록 제어명령을 수정하여 도출한다.
이러게 산출된 제어명령값은 상기 제어시스템(14)으로 전달하여 상기 구동장치(10)를 제어한다.
이를 통해 상기 구동장치(10)의 오작동을 방지하며, 상기 조종면(1)은 회전범위 내에서 원활한 회전이 이루어져, 과부하 및 오작동 등의 다양한 문제를 방지할 수 있다.
상기 엔코더부(54)는 상기 모터신호발생부(53)의 제어명령값에 맞춰 작동하는 상기 동력축(11)의 회전수 및 회전각을 상기 측정수단(40)을 통해 측정한다.
즉, 상기 엔코더부(54)는 상기 측정수단(40)을 통해 상기 동력축(11)의 회전수, 회전각을 측정하여 측정값을 도출한다.
상기 위치정보생성부(55)는 상기 엔코더부(54)에서 측정된 회전수 및 회전각과 상기 기어박스(20)의 기어비를 대비하여 산출된 상기 조종면(1)의 실제위치값 상기 각도산출부(52)에 전달한다.
따라서 상기 위치정보생성부(55)는 상기 구동장치(10)에 의해 작동된 상기 조종면(1)의 실제 회전각을 산출한다.
이러한 상기 위치정보생성부(55)는 상기 엔코더부(54)에 의해 측정된 회전수 및 회전각에 상기 기어박스(20)의 기어비를 대입하여 상기 출력축(30)의 회전각을 특정한다.
이를 통해 제어명령값에 의해 작동한 상기 구동장치(10)의 실제 회전각을 측정할 수 있다.
이렇게 측정된 실제위치값은 상기 각도산출부(52)에 정보를 제공하여 상기 조종면(1)의 현재 회전각 상태를 확인할 수 있다.
그리고 상기 구동장치(10)의 내부에서 입력값에 의해 작동하는 구동모터(12)와 연결된 축의 출력신호를 측정하는 홀센서(15)가 포함된다.
또한, 상기 위치정보생성부(55)는 상기 홀센서(15)에서 측정된 출력신호를 전달받아 상기 기어박스(20)의 기어비와 대비하여 상기 조종면(1)의 실제위치값을 산출된다.
마지막으로 상기 엔코더부(54)의 신호와 상기 홀센서(15)의 신호를 감지하여 상기 엔코더부(54)의 신호를 우선선택하되, 상기 엔코더부(54)의 신호가 입력되지 않으면 상기 홀센서(15)의 출력신호로 산출된 실제위치값을 상기 각도산출부(52)에 전달하는 입력신호선택부(56)가 더 포함된다.
여기서 상기 홀센서(15)는 상기 구동장치(10) 내에 설치되며, 상기 구동모터(12)와 연결된 축의 회전시 전류, 자기장 등의 일반적인 구성을 통해 축의 출력신호를 측정한다.
이렇게 측정된 출력신호는 상기 위치정보생성부(55)에 입력되며, 입력된 정보를 통해 상기 출력축(30)의 회전각을 산출한다.
즉, 상기 위치정보생성부(55)는 상기 엔코더부(54)의 회전수 및 회전각과 상기 홀센서(15)의 출력신호를 통해 각각의 실제위치값을 산출할 수 있다.
이렇게 각각 산출된 실제위치값은 상기 입력신호선택부(56)를 통해 선택적으로 정보제공이 가능하다.
따라서 상기 입력신호선택부(56)는 정확도가 높은 상기 엔코더부(54)에서 측정된 회전수 및 회전각을 통해 실제위치값을 전달하되, 상기 엔코더부(54)의 오작동, 고장 등에 의해 회전각 및 회전수의 정보가 입력되지 않으면, 상기 홀센서(15)에서 측정된 출력신호를 통해 실제위치값을 산출하여 전달한다.
즉, 상기 홀센서(15)는 상기 엔코더부(54)의 오작동, 고장 등의 문제 발생시 출력신호를 통해 실제위치값을 산출된 정보를 상기 각도산출부(52)에 전달한다.
이를 통해 상기 엔코더부(54)의 문제가 발생한 비상상황 발생시, 상기 홀센서(15)를 통해 상기 조종면(1)의 회전각을 산출하여 제공이 가능하다.
그리고 상기 위치정보생성부(55)에 산출된 상기 조종면(1)의 실제위치값을 저장하여 상기 구동장치(10)의 작동시 상기 조종면(1)의 최종위치정보를 제공하는 저장부(57)가 더 포함된다.
이러한 상기 저장부(57)는 상기 위치정보생성부(55)에서 산출된 상기 조종면(1)의 실제위치값을 저장한다.
이때, 상기 모터신호발생부(53)에서 마지막으로 전달된 제어명령값에 맞춰 작동된 상기 조종면(1)의 실제위치값을 저장하는 것이 바람직하다.
이렇게 저장된 실제위치값은 상기 구동장치(10)의 on/off 시 정보를 제공하여 상기 조종면(1)의 최종 상태를 제공하여 원활한 구동 및 재구동이 가능하게 이루어진다.
다음으로는 본 발명에 따른 작동상태에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 구동장치(10)에 상기 기어박스(20) 및 상기 출력축(30)을 결합하여 상기 조종면(1)의 회전각을 제어한다.
이때, 상기 측정수단(40)을 통해 상기 동력축(11)의 회전수 및 회전각을 측정하며, 측정된 측정값과 상기 기어박스(20)의 기어비를 통해 상기 출력축(30)의 회전각을 상기 멀티턴제어부(50)를 통해 산출하여 정확한 회전각을 제공한다.
이러한 상기 멀티턴제어부(50)는 입력된 신호와 상기 조종면(1)의 현재 회전각 상태에 맞춰 회전범위 내에서 정상작동이 가능하게 이루어짐에 따라, 상기 조종면(1)의 과도한 회전 및 부하를 방지하고 안정적인 제어가 가능하다.
그리고 상기 동력축(11)은 다수번 회전함에 따라 특정부분에 부하 및 피로가 발생하는 것을 방지하여 장기간 사용이 가능하다.
이에 따른 상기 멀티턴제어부(50)가 형성된 상기 구동장치(10)의 제어상태는 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 상기 입력부(2)를 통해 상기 조종면(1)의 회전각을 제거하기 위해 입력된 입력값을 통해 상기 구동장치(10)가 작동한다.
이때, 입력된 입력값은 상기 멀티턴제어부(50)를 통해 상기 구동장치(10)가 원활한 작동이 가능하도록 제어가 이루어진다.
즉, 프로파일생성부(51)를 통해 입력된 입력값이 상기 조종면(1)의 회전가능한 최대값 및 최소값 내에 위치하는지 판단하며, 최대값 및 최소값을 벗어나는 경우, 최대값 및 최소값에 맞춰 회전각을 보정한다.
또한, 상기 프로파일생성부(51)는 설정된 상기 구동장치(10)의 회전속도에 맞춰 작동할 수 있도록 제어가 이루어진다.
이렇게 보정된 입력값은 상기 각도산출부(52)를 통해 상기 구동장치(10)의 제어에 맞는 제어명령값을 산출한다.
이때, 제어명령값은 상기 조종면(1)의 현재 회전각 상태와 입력값 및 상기 기어박스의 기어비를 대입하여, 상기 동력축(11)의 n회전에 따른 출력축(30)의 회전각을 제어하여 상기 조종면(1)의 회전각을 조정한다.
그리고 산출된 제어명령값은 상기 모터신호발생부(53)에 의해 한번더 상기 조종면(1)의 회전각에 따른 최대값 및 최소값에 따른 명령을 상기 기재된 내용과 같이 검출한 후, 상기 구동장치(10)에 전달한다.
이에 따라 상기 구동장치(10)는 제어명령값에 맞춰 동력을 발생시켜 상기 조종면(1)의 회전각을 조정한다.
그리고 상기 엔코더부(54)를 통해 상기 동력축(11)의 회전에 따른 회전수 및 회전각을 측정한다.
이렇게 측정된 회전수 및 회전각은 상기 위치정보생성부(55)로 전달되며, 기어비와 함께 상기 출력축(30)의 회전각을 도출하여 상기 조종면(1)의 회전상태를 판단할 수 있으며, 상기 각도산출부(52)로 정보를 전달하여 제어명령값을 산출하기 위한 정보를 제공한다.
이를 통해 상기 멀티턴제어부(50)에 의해 상기 조종면(1)의 현재상태와 작동상태에 따른 회전각 조정범위를 산출하여 원활한 제어가 이루어진다.
또한, 상기 조종면(1)이 과도하게 회전되는 것을 방지하여 무리한 회전에 의한 조종면(1)의 부하, 마찰 등을 방지할 수 있다.
그리고 상기 멀티턴제어부(50)는 상기 홀센서(15) 및 상기 입력신호선택부(56)가 포함되어, 상기 엔코더부(54)의 고장, 이상발생 시 상기 조종면의 회전각을 안정적으로 측정하여 비상제어가 가능하게 이루어진다.
즉, 상기 홀센서(15)는 상기 구동장치(10) 내에 부가된 상태에서 측정된 출력신호를 통해 상기 출력축(30)의 회전각을 측정하여 정보를 제공할 수 있다.
또한, 상기 입력신호선택부(56)를 통해 정확성이 높은 엔코더부(54)의 실제위치값을 사용하되, 상기 엔코더부(54)의 입력신호가 없는 경우, 상기 홀센서(15)의 출력신호를 사용하여 유기적인 제어가 가능하게 이루어진다.
그리고 상기 멀티턴제어부(50)에 상기 저장부가 포함되며, 상기 저장되는 상기 조종면(1)의 마지막에 작동한 회전각을 저장 및 제공하여 상기 구동장치(10)의 on/off에 따른 상기 조종면(1)의 회전각 정보를 전달하여 용이하게 작동할 수 있도록 이루어진다.
이러한 작동에 따른 일예로,
상기 조종면(1)은 ±80°회전범위를 가지는 경우, 상기 조종면(1)의 최대값은 +80° 최소값은 -80°로 측정이 이루어진다.
그리고 상기 기어박스(20)의 상기 구동축(22)과 종동축(23)의 기어비는 1:20인 경우, 상기 구동축(22)의 1회전시 상기 종동축(23)은 18°회전각이 발생한다.
따라서 상기 조종면(1)의 초기 위치가 20°로 측정된 상태에서 상기 입력값에 의해 상기 조종면(1)이 -25°로 회전각이 조절되는 경우,
상기 입력값은 상기 조종면(1)을 -25°로 입력되면, 상기 멀티턴제어부(50)는,
상기 프로파일생성부(51)를 통해 입력된 입력값의 회전각 범위가 상기 조종면(1)의 최대값 및 최소값 내에 위치한 것을 판단하여 설정된 회전속도에 맞춰 상기 구동장치(10)가 회전할 수 있도록 제어한다.
이렇게 확인된 입력값은 상기 각도산출부(52)를 통해 상기 조종면(1)의 회전각을 산출한다.
즉, 입력값인 -25°와 실제위치값 20° 기어비 1:20을 통해 상기 출력축(30)의 회전각은 -45°도출한 후, 기어비를 대입하여 상기 구동축(22)이 역방향으로 2.5 회전이 이루어지도록 제어명령값을 산출한다.
이렇게 산출된 제어명령값은 상기 모터신호발생부(53)를 통해 상기 조종면(1)의 회전범위에 따른 최대값 및 최소값 내에 위치하는 것을 확인한 후 상기 구동장치(10)를 동작한다.
따라서 상기 구동장치(10)의 상기 동력축(11)은 역방향으로 2.5회전하여 상기 출력축이 -45°회전을 통해 상기 조종면(1)의 제어가 이루어진다.
그리고 상기 엔코더부(54)는 상기 동력축(11)의 회전수인 2회전과 회전각인 180°를 측정하여 상기 위치정보생성부(55)로 전달한다.
따라서 상기 위치정보생성부(55)는 회전수와 회전각 및 기어비를 대비하여, 상기 출력축(30)이 -45°회전하여 상기 조종면이 -20°인 것을 측정하여 상기 조종면(1)의 실제위치값을 도출한다.
또한, 상기 홀센서(15) 또한, 상기 출력신호를 통해 실제위치값을 도출할 수 있다.
이렇게 도출된 실제위치값은 상기 저장부(57)에 저장되며, 상기 구동장치(10)가 off 상태에서 on상태로 변환시 상기 조종면(1)의 현재 위치정보를 제공한다.
이를 통해 상기 조종면(1)의 정확한 제어가 가능하며, 회전범위내에서 안정적인 작동을 통해 과부하, 오작동 등을 방지할 수 있다.
또한, 최종 회전된 상기 조종면(1)의 회전각을 확인하여 재 작동시 정확한 제어가 가능하다.
그리고 상기 동력축(11)은 다수번 회전을 통해 상기 출력축(30)을 일정각도 제어하여 상기 동력축(11)의 특정부분에 가해지는 피로 및 부하를 분산시켜 용이하게 사용할 수 있다.
마지막으로, 상기 구동장치(10)에 별도의 부가적인 장치 없이 상기 측정수단(40)을 통해 측정된 측정값을 통해 상기 출력축(30)의 회전각을 도출할 수 있어 부피 및 무게의 증가 없이 사용할 수 있다.
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: 조종면 2: 입력부
10: 구동장치 10a: 하우징 11: 동력축
12: 구동모터 13: 동력전달수단
14: 제어시스템 15: 홀센서
20: 기어박스 21: 케이스 22: 구동축
22a: 제1기어 23: 종동축
23a: 제2기어
30: 출력축
40: 측정수단
50: 멀티턴제어부 51: 프로파일생성부 52: 각도산출부
53: 모터신호발생부 54: 엔코더부
55: 위치정보생성부 56: 입력신호선택부
57: 저장부

Claims (6)

  1. 입력부에서 입력된 입력값을 통해 항공기 조종면을 조종하며, 조종면에 동력을 전달하는 출력축의 회전각을 측정하는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치에 있어서,
    하우징(10a)의 외부로 노출된 동력축(11)을 통해 동력을 출력하는 구동장치(10);
    상기 동력축(11)과 연결되며, 기어비를 통해 동력의 회전력을 제어하여 전달하는 기어박스(20);
    상기 기어박스(20)와 연결되며, 전달된 동력을 통해 상기 조종면(1)을 조종하는 출력축(30);
    상기 구동장치(10)에서 상기 동력축(11)의 회전수와 회전각을 측정하는 측정수단(40);
    상기 측정수단(40)에서 측정된 회전수와 상기 기어박스(20)의 기어비를 통해 입력된 입력값에 맞춰 상기 출력축(30)의 회전각을 제어하는 멀티턴제어부(50);로 이루어지되,
    상기 멀티턴제어부(50)는,
    상기 입력부(2)에서 입력된 입력값을 상기 조종면(1)의 회전가능한 회전범위 내에서 동작하도록 입력값을 도출하며, 입력값에 맞춰 상기 구동장치(10)의 회전속도를 조절하는 프로파일생성부(51)와,
    상기 프로파일생성부(51)에서 도출된 입력값, 상기 조종면(1)의 실제위치값 및 상기 기어박스(20)의 기어비를 분석하여 상기 구동장치(10)의 제어명령값을 산출하는 각도산출부(52)와,
    상기 각도산출부(52)에서 산출된 제어명령값을 상기 조종면(1)의 회전가능한 회전범위 내에서 동작하도록 보정하여 상기 구동장치(10)를 제어하는 모터신호발생부(53)와,
    상기 모터신호발생부(53)의 제어명령값에 맞춰 작동하는 상기 동력축(11)의 회전수 및 회전각을 상기 측정수단(40)을 통해 측정하는 엔코더부(54)와,
    상기 엔코더부(54)에서 측정된 회전수 및 회전각과 상기 기어박스(20)의 기어비를 대비하여 산출된 상기 조종면(1)의 실제위치값 상기 각도산출부(52)에 전달하는 위치정보생성부(55);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기어박스(20)는,
    상기 하우징(10a)에 체결되는 케이스(21)와,
    상기 동력축(11)과 연결되도록 상기 케이스(21)의 내부에 배치되며, 제1기어(22a)가 형성된 구동축(22)과,
    상기 케이스(21)의 내부에 배치되어 상기 제1기어(22a)와 맞물리는 제2기어(23a)가 형성되며, 상기 출력축(30)과 연결되어 동력을 전달하는 종동축(23)으로 이루어지되,
    상기 제1기어(22a)와 상기 제2기어(23a)는 서로 다른 기어비로 형성되어 상기 동력축(11)에서 전달된 회전력을 제어하여 상기 출력축(30)에 전달하는 것을 특징으로 하는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 구동장치(10)의 내부에서 입력값에 의해 작동하는 구동모터(12)와 연결된 축의 출력신호를 측정하는 홀센서(15)가 포함되며,
    상기 위치정보생성부(55)는 상기 홀센서(15)에서 측정된 출력신호를 전달받아 상기 기어박스(20)의 기어비와 대비하여 상기 조종면(1)의 실제위치값을 산출하며,
    상기 엔코더부(54)의 신호와 상기 홀센서(15)의 신호를 감지하여 상기 엔코더부(54)의 신호를 우선선택하되, 상기 엔코더부(54)의 신호가 입력되지 않으면 상기 홀센서(15)의 출력신호로 산출된 실제위치값을 상기 각도산출부(52)에 전달하는 입력신호선택부(56)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 위치정보생성부(55)에 산출된 상기 조종면(1)의 실제위치값을 저장하여 상기 구동장치(10)의 작동시 상기 조종면(1)의 최종위치정보를 제공하는 저장부(57)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 출력축(30)은 상기 기어박스(20)에서 일방향 또는 양방향으로 돌출되어 상기 조종면(1)과 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치.

KR1020210108483A 2021-08-18 2021-08-18 멀티 턴 회전각 인식이 가능한 전기식 구동장치 KR102374805B1 (ko)

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KR102448398B1 (ko) * 2022-05-17 2022-09-29 주식회사 컨트로맥스 항공기용 전기식 구동장치의 출력제어용 기어장치
KR102541400B1 (ko) 2022-12-23 2023-06-14 주식회사 컨트로맥스 멀티 턴 회전각의 초기 위치 인식이 가능한 전기식 구동장치

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