KR102632407B1 - Sensor module, and motor having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전동기 이동자의 위치검출에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고정자에 대한 이동자의 이동위치를 검출하기 위한 센서모듈 및 그를 가지는 전동기에 관한 것이다.
본 발명은, 길이방향을 따라서 주기적인 치슬롯구조(110)를 갖는 고정자(100)와; 상기 고정자(100)의 상부에 위치하여 종자속에 의하여 상기 고정자(100)의 길이방향을 따라서 선형이동되는 이동자(200)와; 하나 이상의 쌍의 센서모듈(400)을 구비하여 상기 고정자(100)에 대한 상기 이동자(200)의 상대위치(P)를 검출하는 위치 검출용 센서시스템을 포함하는 선형 전동기 또는 대구경 회전 전동기 또는 이와 같은 구조의 전동기의 센서모듈(400)로서, 판상의 영구자석(410)과; 상기 영구자석(410)의 양면 중 상기 고정자(100)를 향하는 제1면의 양단에 간격을 두고 결합되는 한 쌍의 자성체 코어(420)들과; 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들 사이에 위치되어 상기 고정자(100)와의 상호작용에 의한 자속밀도변화를 검출하는 홀센서(431)를 포함하는 센서조립체(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서모듈을 개시한다.The present invention relates to detecting the position of an electric motor mover, and more specifically, to a sensor module for detecting the moving position of a mover with respect to a stator and an electric motor having the same.
The present invention includes a stator (100) having a periodic tooth slot structure (110) along the longitudinal direction; a mover (200) located on the upper part of the stator (100) and linearly moved along the longitudinal direction of the stator (100) by the seed; A linear electric motor or large-diameter rotary electric motor or the like including a position detection sensor system equipped with one or more pairs of sensor modules 400 to detect the relative position (P) of the mover 200 with respect to the stator 100. The sensor module 400 of the electric motor is structured to include a plate-shaped permanent magnet 410; A pair of magnetic cores 420 coupled at intervals to both ends of the first side facing the stator 100 among both sides of the permanent magnet 410; Characterized in that it includes a sensor assembly 430 including a Hall sensor 431 located between the pair of magnetic cores 420 and detecting a change in magnetic flux density due to interaction with the stator 100. Start the sensor module.
Description
본 발명은, 전동기 이동자의 위치검출에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고정자에 대한 이동자의 이동위치를 검출하기 위한 센서모듈 및 그를 가지는 전동기에 관한 것이다.The present invention relates to detecting the position of an electric motor mover, and more specifically, to a sensor module for detecting the moving position of a mover with respect to a stator and an electric motor having the same.
전동기 이동자의 운동방향이 회전형인지 선형인지에 따라 회전형 전동기와 선형전동기로 나눌 수 있다. 개념적으로 회전형 전동기를 직선형으로 펼쳐서 구동하는 방식을 선형 전동기라고 하며 그 중에서도 자속이 만드는 평면과 이동하는 방향이 같은 평면상에 있으면 종자속 전동기, 자속이 만드는 평면과 이동하는 방향이 수직이면 횡자속 전동기라고 한다.Depending on whether the direction of movement of the motor mover is rotary or linear, it can be divided into rotary motors and linear motors. Conceptually, a method of driving a rotary motor by unfolding it in a straight line is called a linear motor. Among them, if the plane created by the magnetic flux and the moving direction are on the same plane, it is a seed flux motor, and if the plane created by the magnetic flux and the moving direction are perpendicular, it is a transverse magnetic flux motor. It is called an electric motor.
전동기 이동자의 위치를 검출하는 방법은 광학식 또는 자기식 엔코더, 바코더, 홀센서 등을 이용할 수 있는데, 회전형 전동기에 비해 선형 전동기는 위치검출 센서가 상대적으로 제약적이고 고가이다. Methods for detecting the position of an electric motor mover can use optical or magnetic encoders, barcoders, Hall sensors, etc. However, compared to rotary motors, linear motors have relatively limited and expensive position detection sensors.
회전형 전동기의 직경이 1m에 다다르거나 그 이상이 되는 대구경의 경우에는 일반적인 회전형 엔코더를 사용하기 어려우므로, 선형전동기에서 사용하는 위치검출과 같은 방법을 사용해야 한다. 따라서 앞으로 언급되는 '전동기'는 회전형과 선형을 모두 포함한다. In the case of large diameter rotary motors reaching 1m or more, it is difficult to use a general rotary encoder, so the same method of position detection used in linear motors must be used. Therefore, the 'electric motor' mentioned from now on includes both rotary and linear types.
선형전동기 이동자의 위치검출을 위해 영구자석과 코어 및 홀센서로 구성된 '자기 센서'를 이용하여 전동기 이동자의 이동 시 고정자 치 슬롯 또는 이와 같은 구조에 의해 발생하는 누설자속의 변화분을 검출하는 방법이 존재한다.((특허문헌 1) KR10-2010-0043803 A) To detect the position of a linear motor mover, a 'magnetic sensor' consisting of a permanent magnet, a core, and a Hall sensor is used to detect the change in leakage flux generated by the stator tooth slot or similar structure when the motor mover moves. It exists. ((Patent Document 1) KR10-2010-0043803 A)
그러나, 종래기술은 종자속 전동기가 자석의 흐름과 이동자의 이동방향이 평행하여 기존의 위치 검출용 자기센서를 이용하게 되면 이동자로부터 생성되는 누설자속이 위치 검출용 자기센서에 영향을 미치게 되어 누설자속의 변화분을 검출하는데 정확도와 신뢰도가 떨어지는 문제점을 고려하지 않았다.However, in the prior art, the flow of the magnet and the movement direction of the mover are parallel to the seed motor, so when an existing magnetic sensor for position detection is used, the leakage magnetic flux generated from the mover affects the magnetic sensor for position detection, thereby reducing the leakage magnetic flux. The problem of low accuracy and reliability in detecting changes in was not considered.
또한, 홀센서를 위치 검출용 자기센서의 코어 사이에 위치시키기 위한 구체적인 제작 방법과 이동자와 고정자의 상호간에 발생되는 종자속이 홀센서에 주는 영향을 최소화할 수 있는 홀센서의 위치에 대한 제한이 존재하지 않았다.In addition, there are specific manufacturing methods for positioning the Hall sensor between the cores of the magnetic sensor for position detection, and limitations on the location of the Hall sensor that can minimize the influence of seed flux generated between the mover and the stator on the Hall sensor. Did not do it.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종자속 전동기 이동자에서 발생한 누설자속이 위치 검출용 자기센서에 미치는 영향을 최소화하여 위치검출에 대한 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 센서모듈 및 그를 가지는 전동기를 제공하는데 있다. The purpose of the present invention is to solve the problems described above, and to provide a sensor module and The purpose is to provide an electric motor having it.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 길이방향을 따라서 주기적인 치슬롯형태(110)를 갖는 고정자(100)와; 상기 고정자(100)의 상부에 위치하여 종자속에 의하여 상기 고정자(100)의 길이방향을 따라서 선형이동되는 이동자(200)와; 하나 이상의 쌍의 센서모듈(400)을 구비하여 상기 고정자(100)에 대한 상기 이동자(200)의 상대위치(P)를 검출하는 위치 검출용 센서시스템을 포함하는 전동기의 센서모듈(400)로서, 판상의 영구자석(410)과; 상기 영구자석(410)의 양면 중 상기 고정자(100)를 향하는 제1면의 양단에 간격을 두고 결합되는 한 쌍의 자성체 코어(420)들과; 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들 사이에 위치되어 상기 고정자(100)와의 상호작용에 의한 자속밀도변화를 검출하는 홀센서(431)와, 상기 홀센서(431)와 전기적으로 연결되는 PCB부재(433)를 포함하는 센서조립체(430)와; 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들이 외부로 노출되도록 상기 센서조립체(430)가 삽입설치되는 하우징(450)을 포함하며, 상기 PCB부재(433)는 상기 제1면에 수직한 방향으로 상기 하우징(450)에 설치되어 상기 홀센서(431)를 지지하는 것을 특징으로 하는 센서모듈을 개시한다.The present invention was created to achieve the object of the present invention as described above, and the present invention includes a stator (100) having periodic tooth slots (110) along the longitudinal direction; a mover (200) located on the upper part of the stator (100) and linearly moved along the longitudinal direction of the stator (100) by the seed; A sensor module 400 of an electric motor including a position detection sensor system that includes one or more pairs of sensor modules 400 to detect the relative position P of the mover 200 with respect to the stator 100, A plate-shaped permanent magnet (410); A pair of magnetic cores 420 coupled at intervals to both ends of the first side facing the stator 100 among both sides of the permanent magnet 410; A Hall sensor 431 located between the pair of magnetic cores 420 to detect changes in magnetic flux density due to interaction with the stator 100, and a PCB member electrically connected to the Hall sensor 431. A sensor assembly 430 including (433); It includes a housing 450 into which the sensor assembly 430 is installed so that the pair of magnetic cores 420 are exposed to the outside, and the PCB member 433 is disposed in the housing in a direction perpendicular to the first surface. Disclosed is a sensor module installed in (450) to support the Hall sensor (431).
상기 센서모듈은, 비자성체 재질을 가지며 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들과 결합되도록 설치되어 상기 홀센서(431)를 지지하는 하나 이상의 홀센서지지부(432)를 추가로 포함할 수 있다.The sensor module may further include one or more Hall sensor supports 432 made of a non-magnetic material and installed to be coupled to the pair of magnetic cores 420 to support the Hall sensor 431.
상기 홀센서(431)는, 상기 영구자석(410)의 제1면에 접하도록 설치될 수 있다.The Hall sensor 431 may be installed to contact the first surface of the permanent magnet 410.
상기 센서모듈은, 상기 영구자석(410)의 제1면의 반대면인 제2면에, 상기 이동자(200) 및 상기 고정자(100) 상호 간에 발생되는 종자속이 상기 홀센서(431)에 영향을 미치는 것을 방지하도록 자성체 커버부재(440)를 추가로 포함할 수 있다.The sensor module has a second surface opposite to the first surface of the permanent magnet 410, where seed flux generated between the mover 200 and the stator 100 affects the Hall sensor 431. A magnetic cover member 440 may be additionally included to prevent damage.
상기 센서모듈은, 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들이 외부로 노출되도록 상기 센서조립체(430)가 삽입설치되는 하우징(450)을 추가로 포함할 수 있다.The sensor module may further include a housing 450 into which the sensor assembly 430 is installed so that the pair of magnetic cores 420 are exposed to the outside.
상기 하우징(450)은, 상기 홀센서(431)와 전기적으로 연결되는 PCB부재(433)가 상기 센서조립체(430)의 일측에 설치될 수 있다.In the housing 450, a PCB member 433 electrically connected to the Hall sensor 431 may be installed on one side of the sensor assembly 430.
본 발명은 또한, 길이방향을 따라서 주기적인 치차(110)를 갖는 고정자(100)와; 상기 고정자(100)의 상부에 위치하여 종자속에 의하여 상기 고정자(100)의 길이방향을 따라서 이동되는 이동자(200)와; 상기 고정자(100)에 대한 상기 이동자(200)의 상대위치(P)를 검출하는 위치 검출용 센서시스템을 포함하며, 상기 위치 검출용 센서시스템은, 상기 이동자(200)와 함께 이동되도록 설치되며 상기 고정자(100)의 일측에 상호간에 90°위상차가 나도록 상기 고정자의 길이방향을 따라서 배치되며 각각 사인파와 코사인파를 출력하는 하나 이상의 쌍의 센서모듈로서, 상기와 같은 구성을 가지는 하나 이상의 쌍의 센서모듈(400)과; 상기 이동자(200)에 설치되어 상기 이동자(200) 및 상기 고정자(100) 상호간에 발생되는 종자속이 상기 한 쌍의 센서모듈(400)에 영향을 주는 것을 차단하는 자기차폐 플레이트(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기를 개시한다.
본 발명은 또한, 길이방향을 따라서 주기적인 치차(110)를 갖는 고정자(100)와; 코일(210)과 영구자석(220)을 포함하며, 상기 고정자(100)의 상부에 위치하여 상기 코일(210)과 상기 영구자석(220)에 의한 종자속에 의하여 상기 고정자(100)의 길이방향을 따라서 선형이동되는 이동자(200)와; 상기 고정자(100)에 대한 상기 이동자(200)의 상대위치(P)를 검출하는 위치 검출용 센서시스템을 포함하며, 상기 위치 검출용 센서시스템은, 상기 이동자(200)와 함께 이동되도록 설치되며 상기 고정자(100)의 일측에 상호간에 90°위상차가 나도록 상기 고정자의 길이방향을 따라서 배치되며 각각 사인파와 코사인파를 출력하는 하나 이상의 쌍의 센서모듈(400)과; 상기 이동자(200) 및 상기 센서모듈(400)의 사이에 설치되어 상기 이동자(200) 및 상기 고정자(100) 상호간에 발생되는 종자속이 상기 센서모듈(400)에 영향을 주는 것을 차단하는 자기차폐 플레이트(300)를 포함하며, 상기 자기차폐 플레이트(300)는, 판상의 형태로 상기 이동자(200)의 이동방향에 수직으로 결합되는 것을 특징으로 하는 선형 전동기를 개시한다.The present invention also includes a stator (100) having periodic gears (110) along the longitudinal direction; a mover (200) located on the upper part of the stator (100) and moved along the longitudinal direction of the stator (100) by the seed; It includes a position detection sensor system that detects the relative position (P) of the mover 200 with respect to the stator 100, and the position detection sensor system is installed to move together with the mover 200. One or more pairs of sensor modules arranged on one side of the stator 100 along the longitudinal direction of the stator so that there is a 90° phase difference between them, and each outputting a sine wave and a cosine wave, and one or more pairs of sensors having the same configuration as above. module 400; A magnetic shield plate 300 installed on the mover 200 to block seed flux generated between the mover 200 and the stator 100 from affecting the pair of sensor modules 400. Disclosed is an electric motor characterized in that:
The present invention also includes a stator (100) having periodic gears (110) along the longitudinal direction; It includes a coil 210 and a permanent magnet 220, and is located on the upper part of the stator 100 to move the longitudinal direction of the stator 100 by the seed flux generated by the coil 210 and the permanent magnet 220. Accordingly, the mover 200 is linearly moved; It includes a position detection sensor system that detects the relative position (P) of the mover 200 with respect to the stator 100, and the position detection sensor system is installed to move together with the mover 200. One or more pairs of sensor modules 400 arranged on one side of the stator 100 along the longitudinal direction of the stator so that there is a 90° phase difference between them, and each pair of sensor modules 400 output sine waves and cosine waves; A magnetic shielding plate installed between the mover 200 and the sensor module 400 to block seed flux generated between the mover 200 and the stator 100 from affecting the sensor module 400. Disclosed is a linear electric motor comprising (300), wherein the magnetic shield plate (300) is coupled perpendicularly to the moving direction of the mover (200) in the form of a plate.
본 발명에 따른 센서모듈 및 전동기는, 이동자 및 고정자 상호 간에 발생되는 종자속이 위치 검출용 자기센서를 구성하는 홀센서에 미치는 영향을 최소화하여, 즉 전고조파왜곡률(Total Harmonic Distortion, THD)이 가장 낮게 함으로써 위치 검출 결과에 대한 정확도를 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.The sensor module and electric motor according to the present invention minimize the influence of seed flux generated between the mover and the stator on the Hall sensor constituting the magnetic sensor for position detection, that is, have the lowest Total Harmonic Distortion (THD). This has the advantage of greatly improving the accuracy of the location detection results.
특히, 종자속 전동기의 경우 발생할 수 있었던 이동자의 이동방향에 대한 누설자속 등의 홀센서에 영향을 미치는 요소들을 자기차폐 플레이트를 통해 차단함으로써 센서의 정확도와 신뢰도를 향상시킬 수 있다.In particular, the accuracy and reliability of the sensor can be improved by blocking factors affecting the Hall sensor, such as leakage flux in the moving direction of the mover, which can occur in the case of a seed motor, through a magnetic shielding plate.
또한, 센서모듈 내에 이동자 및 고정자 상호간에 발생되는 종자속이 센서모듈에 영향을 주는 것을 차단하기 위해 자성체 커버를 추가로 포함함으로써 홀센서에 대한 종자속의 영향을 차단할 수 있다.In addition, in order to block the seed flux generated between the mover and the stator within the sensor module from affecting the sensor module, the effect of the seed flux on the Hall sensor can be blocked by additionally including a magnetic cover.
또한, 센서모듈에서 자성체 코어 사이의 홀센서 위치에 따라 위치검출에 영향을 줄 수 있는 바, 가장 정확도가 높은 정중앙에 홀센서를 위치시킬 수 있도록 홀센서지지부를 추가로 포함함으로써 위치 검출의 정확도를 높일 수 있다.In addition, position detection may be affected depending on the position of the Hall sensor between the magnetic core in the sensor module, so the accuracy of position detection is improved by additionally including a Hall sensor support part so that the Hall sensor can be located in the exact center with the highest accuracy. It can be raised.
또한, PCB부재를 포함하는 하우징을 이용하여 홀센서를 고정시킴으로써 위치검출에 대한 정확도를 높일 수 있음과 동시에 제작이 용이하여 생산성이 향상시킬 수 있다.In addition, by fixing the Hall sensor using a housing including a PCB member, the accuracy of position detection can be increased and productivity can be improved by making it easy to manufacture.
도 1a 및 도 1b는, 각각 고정자의 종류에 따른 종자속 전동기의 예들을 보여주는 사시도이다.
도 2는, 도 1a에 도시된 전동기의 이동자의 이동방향에 대하여 발생하는 누설자속을 보여주는 개요도이다.
도 3a 및 도 3b는, 본 발명에 따른 전동기의 예들을 보여주는 평면도 및 사시도이다.
도 4는, 도 3a의 전동기의 센서모듈의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 5는, 도 3a의 전동기의 센서모듈의 다른 예를 보여주는 평면도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는, 도 3a의 전동기의 센서모듈의 다른 예를 보여주는 도면들로서, 도 6a는, 사시도, 도 6b는 저면도, 도 6c는 평면도이다.1A and 1B are perspective views showing examples of seed motors according to the type of stator, respectively.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the leakage magnetic flux occurring in the moving direction of the mover of the electric motor shown in FIG. 1A.
3A and 3B are plan and perspective views showing examples of electric motors according to the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing an example of a sensor module of the electric motor of FIG. 3A.
Figure 5 is a plan view showing another example of the sensor module of the electric motor of Figure 3a.
FIGS. 6A, 6B, and 6C are diagrams showing another example of the sensor module of the electric motor of FIG. 3A, where FIG. 6A is a perspective view, FIG. 6B is a bottom view, and FIG. 6C is a top view.
이하 본 발명에 따른 센서모듈 및 전동기에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the sensor module and electric motor according to the present invention will be described with reference to the attached drawings.
본 발명에 따른 전동기는, 길이방향을 따라서 주기적인 치차(110)를 갖는 고정자(100)와; 고정자(100)의 상부에 위치하여 종자속에 의하여 고정자(100)의 길이방향을 따라서 선형이동되는 이동자(200)와; 고정자(100)에 대한 이동자(200)의 상대위치(P)를 검출하는 위치 검출용 센서시스템을 포함한다.The electric motor according to the present invention includes a stator (100) having periodic gears (110) along the longitudinal direction; A mover 200 located on the upper part of the stator 100 and linearly moved along the longitudinal direction of the stator 100 by the seed seed; It includes a position detection sensor system that detects the relative position (P) of the mover 200 with respect to the stator 100.
여기서 본 발명에 따른 구조를 가지는 전동기는, 선형 전동기, 대구경 회전 전동기 또는 이와 같은 구조를 가지는 전동기이면 모두 적용이 가능하다.Here, the electric motor having the structure according to the present invention can be applied as long as it is a linear electric motor, a large-diameter rotary electric motor, or an electric motor having the same structure.
상기 고정자(100)는, 길이방향-회전 전동기의 경우 원주방향-을 따라서 주기적인 치차(110)를 갖는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The stator 100 has periodic gears 110 along the longitudinal direction - the circumferential direction in the case of a rotary motor - and can be configured in various ways.
또한, 상기 고정자(100)의 치차(110)는 고정자(100)의 일측 또는 양측에 배치될 수 있으며, 치차(110)를 자성체로 구성하고 비자성체로 치차(110)의 빈 부분을 구성하여 외관상으로는 평편한 형태의 고정자(100)를 형성할 수 있다.In addition, the gear 110 of the stator 100 may be placed on one or both sides of the stator 100, and the gear 110 is made of a magnetic material and the empty part of the gear 110 is made of a non-magnetic material to improve the appearance. It is possible to form a stator 100 in a flat shape.
상기 이동자(200)는, 고정자(100)의 상부에 위치하여 코일(210)과 영구자석(220)에 의한 종자속에 의하여 고정자(100)의 길이방향을 따라서 선형이동되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The mover 200 is located on the upper part of the stator 100 and moves linearly along the longitudinal direction of the stator 100 by the seed force of the coil 210 and the permanent magnet 220, and various configurations are possible. .
예로서, 상기 이동자(200)는, 고정자(100)와 대응되도록 도 1a 또는 도 1b와 같이 일측 또는 양측에 배치될 수 있으며, 단상이나 2상뿐만 아니라 다상의 이동자일 수도 있다. For example, the mover 200 may be placed on one or both sides to correspond to the stator 100 as shown in FIG. 1A or 1B, and may be a single-phase or two-phase mover as well as a multi-phase mover.
상기 위치 검출용 센서시스템은, 고정자(100)에 대한 이동자(200)의 상대위치(P)를 검출하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The sensor system for position detection detects the relative position (P) of the mover 200 with respect to the stator 100 and can have various configurations.
자기센서의 영구자석에서 발생하는 자속의 크기와 방향은 자기센서와 치차 구조를 갖는 고정자의 상대 위치에 따라 자기저항이 변하기 때문에 이를 이용하여 고정자(100)에 대한 이동자(200)의 상대위치(P)를 검출하여 이동자(200)의 정확한 위치를 얻을 수 있다.Since the magnitude and direction of the magnetic flux generated from the permanent magnet of the magnetic sensor changes in magnetic resistance depending on the relative position of the magnetic sensor and the stator having a gear structure, this is used to determine the relative position (P) of the mover 200 with respect to the stator 100. ) can be detected to obtain the exact location of the mover 200.
상기 위치 검출용 센서시스템은, 이동자(200)와 함께 이동되도록 설치되며 고정자(100)의 일측에 상호간에 90°위상차가 나도록 고정자의 길이방향을 따라서 배치되며 각각 사인파와 코사인파를 출력하는 하나 이상의 쌍의 센서모듈(400)을 포함하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The sensor system for position detection is installed to move with the mover 200 and is arranged on one side of the stator 100 along the longitudinal direction of the stator so that there is a 90° phase difference between each other, and is one or more units that output sine waves and cosine waves, respectively. Various configurations are possible with a configuration including a pair of sensor modules 400.
정현파를 이용하여 정확도가 높은 위치를 검출하기 위하여 상기 센서모듈(400)이 한 쌍으로 이루어지고 각각 사인파와 코사인파를 출력함에 따라 고정자(100)에 대한 이동자(200)의 상대위치(P)를 검출할 수 있다.In order to detect the position with high accuracy using a sine wave, the sensor module 400 is formed as a pair and each outputs a sine wave and a cosine wave to determine the relative position (P) of the mover 200 with respect to the stator 100. It can be detected.
예로서, 상기 센서모듈(400)은, 도 4와 같이 자기차폐 플레이트(300)를 사이에 두고 이동자(200)와 나란히 결합하여 이동자(200)와 함께 이동하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.For example, the sensor module 400 is coupled to the mover 200 in parallel with the magnetic shield plate 300 in between as shown in FIG. 4 and moves together with the mover 200, and various configurations are possible.
특히, 위치 검출의 오차를 줄이기 위해 상기 센서모듈(400)의 위치를 고정자(100)의 표면에서의 누설자속이 0.1mT 이하인 위치에 배치하도록 할 수 있다. In particular, in order to reduce errors in position detection, the sensor module 400 can be placed at a location where the leakage magnetic flux on the surface of the stator 100 is 0.1 mT or less.
상기 센서모듈(400)은, 판상의 영구자석(410)과 영구자석(410)의 양면 중 고정자(100)를 향하는 제1면의 양단에 간격을 두고 결합되는 한 쌍의 자성체 코어(420)들과 한 쌍의 자성체 코어(420)들 사이에 위치되어 고정자(100)와의 상호작용에 의한 자속밀도변화를 검출하는 홀센서(431)를 포함하는 센서조립체(430)를 포함하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The sensor module 400 includes a plate-shaped permanent magnet 410 and a pair of magnetic cores 420 coupled at intervals to both ends of the first side of the two sides of the permanent magnet 410 facing the stator 100. It has various configurations including a sensor assembly 430 including a Hall sensor 431 located between a pair of magnetic cores 420 and detecting changes in magnetic flux density due to interaction with the stator 100. possible.
상기 영구자석(410)에서 발생하는 자속의 크기와 방향이 자기센서와 치차(110) 구조를 갖는 고정자(100)의 상대 위치에 따라 변함에 따라 전동기의 위치를 검출할 수 있는 것인바, 상기 영구자석(410)은 판상의 구조로서 다양한 구성이 가능하다.The position of the electric motor can be detected as the size and direction of the magnetic flux generated from the permanent magnet 410 changes depending on the relative position of the magnetic sensor and the stator 100 having a gear 110 structure. The magnet 410 has a plate-shaped structure and can be configured in various ways.
예로서, 직육면체 형태의 영구자석(410)을 이용하면 제작이 용이하고, 센서모듈의 다른 구성들과의 결합에 용이할 수 있다.For example, using a permanent magnet 410 in the form of a rectangular parallelepiped can be easy to manufacture and can be easily combined with other components of the sensor module.
상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들은, 영구자석(410)의 양면 중 고정자(100)를 향하는 제1면에 배치되는 구조로 다양한 구성이 가능하다.The pair of magnetic cores 420 are disposed on the first side of the two sides of the permanent magnet 410 facing the stator 100 and can be configured in various ways.
예로서, 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들은, 사각기둥의 형태로 영구자석(410)의 제1면에 결합되어 형성될 수 있고, 영구자석(410)의 양단에 맞추어 나란히 배치될 수 있다.For example, the pair of magnetic cores 420 may be formed by being coupled to the first surface of the permanent magnet 410 in the form of a square pillar, and may be arranged side by side at both ends of the permanent magnet 410. .
특히, 영구자석(410)의 양단에 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들이 맞춰지지 않고, 이를 초과하는 너비를 가지게 되면 이로 인해 홀센서에서 검출되어야 할 자속밀도 값이 낮아질 수 있으므로 영구자석(410)의 양단에 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들이 맞춰지도록 배치되는 것이 바람직하다.In particular, if the pair of magnetic cores 420 are not aligned at both ends of the permanent magnet 410 and have a width exceeding this, the magnetic flux density value to be detected by the Hall sensor may be lowered, so the permanent magnet 410 ) is preferably arranged so that the pair of magnetic cores 420 are aligned at both ends.
상기 홀센서(431)는, 자기장의 세기에 따라 전압이 변하는 소자로서 한 쌍의 자성체 코어(420)들 사이에 위치하는 것으로 다양한 구성이 가능하다.The Hall sensor 431 is an element whose voltage changes depending on the strength of the magnetic field and is located between a pair of magnetic cores 420, so it can be configured in various ways.
상기 센서조립체(430)는, 영구자석(410), 한 쌍의 자성체 코어(420)들 및 홀센서(431)을 포함하고 그 외에 홀센서(431)를 지지하는 비자성체로 이루어진 홀센서지지부(432)를 포함하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The sensor assembly 430 includes a permanent magnet 410, a pair of magnetic cores 420, and a Hall sensor 431, and in addition, a Hall sensor support portion made of a non-magnetic material supporting the Hall sensor 431 ( 432), various configurations are possible.
상기 홀센서지지부(432)는, 비자성체 재질을 가지며 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들과 결합되도록 설치되어 상기 홀센서(431)를 지지하는 하나 이상의 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The Hall sensor support part 432 is made of a non-magnetic material and is installed to be coupled to the pair of magnetic cores 420, so that it can be configured in one or more ways to support the Hall sensor 431.
예로서 홀센서(431)를 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들의 사이에 위치하도록 하고, 홀센서(431)의 흔들림으로 인한 위치 검출의 오차를 줄이기 위해 홀센서(431)와 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들 사이의 비어있는 공간을 비자성 필러를 이용하여 메움으로써 구성될 수 있다.As an example, the Hall sensor 431 is placed between the pair of magnetic cores 420, and in order to reduce the error in position detection due to shaking of the Hall sensor 431, the Hall sensor 431 and the pair of magnetic cores 420 are positioned between the Hall sensor 431 and the pair of magnetic cores 420. It can be configured by filling the empty space between the magnetic cores 420 using a non-magnetic filler.
구체적으로, 도 5와 같이, 상기 비자성 필러는 종이, 플라스틱 및 PC(Polycarbonate) 등으로 이루어질 수 있고, 홀센서(431)를 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들의 정중앙에 위치시키는 것이 가장 오차를 줄이는 방법이지만 제작이 용이하면서도 전고조파왜곡률을 최소화할 수 있도록 영구자석(410)의 제1면에 접하는 구성을 가질 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 5, the non-magnetic filler may be made of paper, plastic, and polycarbonate (PC), and positioning the Hall sensor 431 at the exact center of the pair of magnetic cores 420 minimizes the error. It is a method of reducing, but it can be configured to be in contact with the first surface of the permanent magnet 410 so that it is easy to manufacture and minimize the total harmonic distortion.
이런 경우, 정중앙에 위치하지 않음으로써 생기는 신호 오프셋은 신호처리 소자 또는 알고리즘을 통해 처리하는 것이 바람직하다.In this case, it is desirable to process the signal offset caused by not being located in the exact center through a signal processing element or algorithm.
한편, 상기 센서조립체(430)는, 영구자석(410), 한 쌍의 자성체 코어(420)들 및 홀센서(431)을 포함하는 구성으로 그 외에 이동자(200) 및 고정자(100) 상호간에 발생되는 종자속이 홀센서(431)에 영향을 미치는 것을 방지하도록 차폐 자성체 커버부재(440)를 포함하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.Meanwhile, the sensor assembly 430 includes a permanent magnet 410, a pair of magnetic cores 420, and a Hall sensor 431, and in addition, the sensor assembly 430 includes a permanent magnet 410, a pair of magnetic cores 420, and a Hall sensor 431. Various configurations are possible, including a shielding magnetic cover member 440 to prevent the seeds from affecting the Hall sensor 431.
상기 자성체 커버부재(440)는, 영구자석(410)의 제1면의 반대면인 제2면에 이동자(200) 및 고정자(100) 상호간에 발생되는 종자속이 홀센서(431)에 영향을 미치는 것을 방지하도록 배치되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.The magnetic cover member 440 prevents the seed flux generated between the mover 200 and the stator 100 from affecting the Hall sensor 431 on the second side, which is opposite to the first side of the permanent magnet 410. Various configurations are possible with configurations arranged to prevent this.
예로서, 상기 자성체 커버부재(440)는 판상의 영구자석(410)의 제2면의 소정의 면적과 동일한 판상의 자성체로 이루어질 수 있으며, 자성체인 물질은 모두 자성체 커버부재(440)로 활용될 수 있으나 그 중에서도 강자성체인 철이나 니켈 등을 활용할 수 있다.For example, the magnetic cover member 440 may be made of a plate-shaped magnetic material equal to the predetermined area of the second surface of the plate-shaped permanent magnet 410, and all magnetic materials can be used as the magnetic cover member 440. However, among them, ferromagnetic materials such as iron or nickel can be used.
한편, 상기 센서모듈(400)은, 한 쌍의 자성체 코어(420)들이 외부로 노출되도록 센서조립체(430)가 삽입설치되는 하우징(450)을 포함하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.Meanwhile, the sensor module 400 can be configured in various ways by including a housing 450 into which the sensor assembly 430 is inserted and installed so that the pair of magnetic cores 420 are exposed to the outside.
예로서, 상기 하우징(450)은, 홀센서(431)의 위치 검출에 영향을 주지 않기 위해서 비자성체로 구성될 수 있고, 홀센서(431)가 상기 하우징(450)에 의해 위치 검출하는 데 영향을 받지 않기 위해 고정자(100)와 마주하는 자성체 코어(420)들의 면은 외부로 노출되어 있는 것이 바람직하다.For example, the housing 450 may be made of a non-magnetic material so as not to affect the position detection of the Hall sensor 431, and the Hall sensor 431 may not affect the position detection by the housing 450. In order not to receive damage, it is preferable that the surface of the magnetic cores 420 facing the stator 100 is exposed to the outside.
또한, 상기 하우징(450)은, PCB부재(433)가 설치되어 상기 홀센서(431)를 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들 사이에 고정시키는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.In addition, the housing 450 is configured to have a PCB member 433 installed to fix the Hall sensor 431 between the pair of magnetic cores 420, and various configurations are possible.
예로서, 도 6a, 도 6b 및 도 6c와 같이 PCB부재(433)는 홀센서(431)과 전기적으로 연결되어 설치되는 것으로 PCB부재(433)의 형태는 직사각형의 판이나, 반원형의 판 등의 형태를 가질 수 있으며, 하우징(450)에 흔들림이 없도록 결합된 PCB부재(433)에 홀센서(431)를 고정하여 홀센서(431)가 가장 정확도가 높은 위치인 자성체 코어(420)들 사이의 정중앙에 위치할 수 있다.For example, as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, the PCB member 433 is installed by being electrically connected to the Hall sensor 431. The shape of the PCB member 433 is a rectangular plate, a semicircular plate, etc. It can have a shape, and the Hall sensor 431 is fixed to the PCB member 433 coupled to the housing 450 so as not to shake, so that the Hall sensor 431 is positioned between the magnetic cores 420, which is the position with the highest accuracy. It can be located in the exact center.
구체적으로, 상기 하우징(450)에 PCB부재(433)를 결합한 후, 홀센서(431)와 자성체 코어(420)들 사이의 비어있는 공간에 비자성체 필러 등을 채워 넣음으로써 홀센서(431)를 보다 단단하게 결합할 수 있다.Specifically, after coupling the PCB member 433 to the housing 450, the Hall sensor 431 is formed by filling the empty space between the Hall sensor 431 and the magnetic cores 420 with a non-magnetic filler, etc. It can be combined more tightly.
홀센서를 코어 사이에 정중앙에 위치시키기 힘들 경우, 코어 한측에 밀착해서 붙인후 필러 등을 채워 단단히 고정시킬 수 있다. 이 경우 신호는 일정 DC값을 가지는 것처럼 offset되므로, 제어적으로 신호처리 과정에서 상쇄시킬 수 있다.If it is difficult to place the Hall sensor in the exact center between the cores, you can attach it in close contact with one side of the core and then fill it with filler to secure it. In this case, the signal is offset as if it has a certain DC value, so it can be controlled and offset during signal processing.
한편, 상기 위치 검출용 센서시스템은, 상기 이동자(200)에 설치되어 상기 이동자(200) 및 상기 고정자(100) 상호간에 발생되는 종자속이 상기 한 쌍의 센서모듈(400)에 영향을 주는 것을 차단하는 자기차폐 플레이트(300)를 포함하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.Meanwhile, the sensor system for position detection is installed on the mover 200 to block seed flux generated between the mover 200 and the stator 100 from affecting the pair of sensor modules 400. Various configurations are possible by including a magnetic shielding plate 300.
상기 자기차폐 플레이트(300)는, 이동자(200)에 결합되어 이동자(200) 및 고정자(100) 상호간에 발생되는 종자속이 한 쌍의 센서모듈(400)에 영향을 주는 것을 차단하는 역할을 하는 것으로 그 형태와 종류를 다양하게 할 수 있다.The magnetic shield plate 300 is coupled to the mover 200 and serves to block the seed flux generated between the mover 200 and the stator 100 from affecting the pair of sensor modules 400. It can be of various shapes and types.
예로서, 상기 자기차폐 플레이트(300)는, 도 3a 및 도 3b와 같이 판상의 형태로 이동자(200)의 이동방향에 수직으로 결합되며, 자성체인 철, 니켈 등으로 구성될 수 있다.For example, the magnetic shielding plate 300 is coupled perpendicular to the moving direction of the mover 200 in the form of a plate as shown in FIGS. 3A and 3B, and may be made of magnetic materials such as iron or nickel.
구체적으로, 전동기에서 이동자(200)는 고정자(100)의 길이방향을 따라 방향을 바꾸어 이동할 수 있으므로 상기 자기차폐 플레이트(300)는 이동자(200)의 이동방향의 앞뒤로 결합되어 배치되는 것이 바람직하다.Specifically, since the mover 200 in an electric motor can change direction and move along the longitudinal direction of the stator 100, the magnetic shield plate 300 is preferably disposed in combination with the front and rear of the moving direction of the mover 200.
또한, 상기 자기차폐 플레이트(300)는, 이동자(200)에 결합되어 함께 이동하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.In addition, the magnetic shield plate 300 is coupled to the mover 200 and moves together, so various configurations are possible.
예로서, 상기 자기차폐 플레이트(300)는, 이동자(200)와 결합함에 있어서 커플러 등의 별도의 부재에 의하여 이동자(200)와 결합되는 등 다양항 방식에 의하여 결합될 수 있다.For example, the magnetic shield plate 300 may be coupled to the mover 200 in various ways, such as being coupled to the mover 200 by a separate member such as a coupler.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.Since the above is only a description of some of the preferred embodiments that can be implemented by the present invention, as is well known, the scope of the present invention should not be construed as limited to the above embodiments, and the scope of the present invention described above Both the technical idea and the technical idea underlying it will be said to be included in the scope of the present invention.
100 : 고정자 200 : 이동자
300 : 자기차폐 플레이트 400 : 센서모듈
410 : 영구자석 420 : 자성체 코어
430 : 센서조립체 431 : 홀센서100: stator 200: mover
300: magnetic shielding plate 400: sensor module
410: Permanent magnet 420: Magnetic core
430: Sensor assembly 431: Hall sensor
Claims (10)
판상의 영구자석(410)과;
상기 영구자석(410)의 양면 중 상기 고정자(100)를 향하는 제1면의 양단에 간격을 두고 결합되는 한 쌍의 자성체 코어(420)들과;
상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들 사이에 위치되어 상기 고정자(100)와의 상호작용에 의한 자속밀도변화를 검출하는 홀센서(431)와, 상기 홀센서(431)와 전기적으로 연결되는 PCB부재(433)를 포함하는 센서조립체(430)와;
상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들이 외부로 노출되도록 상기 센서조립체(430)가 삽입설치되는 하우징(450)을 포함하며,
상기 PCB부재(433)는 상기 한 쌍의 자성체 코어(320)들이 결합되는 상기 제1면에 수직한 방향으로 상기 하우징(450)에 설치되어 상기 홀센서(431)를 지지하며,
상기 PCB부재(433)는, 직사각형의 판의 형태를 가지며,
상기 하우징(450)에 흔들림이 없도록 결합된 PCB부재(433)에 상기 홀센서(431)를 고정하여 상기 홀센서(431)가 상기 자성체 코어(420)들 사이의 정중앙에 위치되며,
상기 하우징(450)에 상기 PCB부재(433)를 결합한 후, 상기 홀센서(431)와 상기 자성체 코어(420)들 사이의 비어있는 공간에 비자성체 필러를 채워 넣음으로써 싱기 홀센서(431)를 결합하는 것을 특징으로 하는 센서모듈.A stator (100) having a periodic tooth slot structure (110) along the longitudinal direction; a mover (200) located on the upper part of the stator (100) and linearly moved along the longitudinal direction of the stator (100) by the seed; A sensor module 400 of an electric motor including a position detection sensor system that includes one or more pairs of sensor modules 400 to detect the relative position P of the mover 200 with respect to the stator 100,
A plate-shaped permanent magnet (410);
A pair of magnetic cores 420 coupled at intervals to both ends of the first side facing the stator 100 among both sides of the permanent magnet 410;
A Hall sensor 431 located between the pair of magnetic cores 420 to detect changes in magnetic flux density due to interaction with the stator 100, and a PCB member electrically connected to the Hall sensor 431. A sensor assembly 430 including (433);
It includes a housing 450 into which the sensor assembly 430 is installed so that the pair of magnetic cores 420 are exposed to the outside,
The PCB member 433 is installed in the housing 450 in a direction perpendicular to the first surface where the pair of magnetic cores 320 are coupled to support the Hall sensor 431,
The PCB member 433 has the shape of a rectangular plate,
The Hall sensor 431 is fixed to the PCB member 433 coupled to the housing 450 so as not to shake, so that the Hall sensor 431 is located at the exact center between the magnetic cores 420,
After coupling the PCB member 433 to the housing 450, a single Hall sensor 431 is created by filling the empty space between the Hall sensor 431 and the magnetic cores 420 with a non-magnetic filler. to combine Featured sensor module.
비자성체 재질을 가지며 상기 한 쌍의 자성체 코어(420)들과 결합되도록 설치되어 상기 홀센서(431)를 지지하는 하나 이상의 홀센서지지부(432)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 센서모듈.In claim 1,
The sensor module is made of a non-magnetic material and is installed to be coupled to the pair of magnetic cores 420, and further includes one or more Hall sensor supports 432 that support the Hall sensor 431.
상기 홀센서(431)는, 상기 영구자석(410)의 제1면에 접하도록 설치된 것을 특징으로 하는 센서모듈.In claim 1,
The sensor module is characterized in that the Hall sensor 431 is installed to contact the first surface of the permanent magnet 410.
상기 영구자석(410)의 제1면의 반대면인 제2면은, 상기 이동자(200) 및 상기 고정자(100) 상호 간에 발생되는 종자속이 상기 홀센서(431)에 영향을 미치는 것을 방지하도록 자성체 커버부재(440)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 센서모듈.The method of any one of claims 1 to 3,
The second surface, which is opposite to the first surface of the permanent magnet 410, is made of a magnetic material to prevent seed flux generated between the mover 200 and the stator 100 from affecting the Hall sensor 431. A sensor module characterized in that it additionally includes a cover member (440).
상기 고정자(100)의 상부에 위치하여 종자속에 의하여 상기 고정자(100)의 길이방향을 따라서 선형이동되는 이동자(200)와;
상기 고정자(100)에 대한 상기 이동자(200)의 상대위치(P)를 검출하는 위치 검출용 센서시스템을 포함하며,
상기 위치 검출용 센서시스템은,
상기 이동자(200)와 함께 이동되도록 설치되며 상기 고정자(100)의 일측에 상호간에 90°위상차가 나도록 상기 고정자의 길이방향을 따라서 배치되며 각각 사인파와 코사인파를 출력하는 하나 이상의 쌍의 센서모듈로서, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 따른 하나 이상의 쌍의 센서모듈(400)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전동기.A stator (100) having periodic gears (110) along the longitudinal direction;
a mover (200) located on the upper part of the stator (100) and linearly moved along the longitudinal direction of the stator (100) by the seed;
It includes a position detection sensor system that detects the relative position (P) of the mover (200) with respect to the stator (100),
The sensor system for position detection is,
One or more pairs of sensor modules that are installed to move together with the mover 200 and are arranged along the longitudinal direction of the stator on one side of the stator 100 so that there is a 90° phase difference between them, and each output a sine wave and a cosine wave. , A linear electric motor comprising one or more pairs of sensor modules (400) according to any one of claims 1 to 3.
상기 영구자석(410)의 제1면의 반대면인 제2면은, 상기 이동자(200) 및 상기 고정자(100) 상호 간에 발생되는 종자속이 상기 홀센서(431)에 영향을 미치는 것을 방지하도록 자성체 커버부재(440)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전동기.In claim 7,
The second surface, which is opposite to the first surface of the permanent magnet 410, is made of a magnetic material to prevent seed flux generated between the mover 200 and the stator 100 from affecting the Hall sensor 431. A linear electric motor, characterized in that it additionally includes a cover member (440).
코일(210)과 영구자석(220)을 포함하며, 상기 고정자(100)의 상부에 위치하여 상기 코일(210)과 상기 영구자석(220)에 의한 종자속에 의하여 상기 고정자(100)의 길이방향을 따라서 선형이동되는 이동자(200)와;
상기 고정자(100)에 대한 상기 이동자(200)의 상대위치(P)를 검출하는 위치 검출용 센서시스템을 포함하며,
상기 위치 검출용 센서시스템은,
상기 이동자(200)와 함께 이동되도록 설치되며 상기 고정자(100)의 일측에 상호간에 90°위상차가 나도록 상기 고정자의 길이방향을 따라서 배치되며 각각 사인파와 코사인파를 출력하는 하나 이상의 쌍의 센서모듈(400)과;
상기 이동자(200) 및 상기 센서모듈(400)의 사이에 설치되어 상기 이동자(200) 및 상기 고정자(100) 상호간에 발생되는 종자속이 상기 센서모듈(400)에 영향을 주는 것을 차단하는 자기차폐 플레이트(300)를 포함하며,
상기 자기차폐 플레이트(300)는, 판상의 형태로 상기 이동자(200)의 이동방향에 수직으로 결합되며,
상기 센서모듈(400)은, 청구항 1에 따른 센서모듈인 것을 특징으로 하는 선형 전동기.A stator (100) having periodic gears (110) along the longitudinal direction;
It includes a coil 210 and a permanent magnet 220, and is located on the upper part of the stator 100 to move the longitudinal direction of the stator 100 by the seed flux generated by the coil 210 and the permanent magnet 220. Accordingly, the mover 200 is linearly moved;
It includes a position detection sensor system that detects the relative position (P) of the mover (200) with respect to the stator (100),
The sensor system for position detection is,
It is installed to move with the mover 200 and is arranged along the longitudinal direction of the stator so that there is a 90° phase difference between each other on one side of the stator 100, and one or more pairs of sensor modules ( 400) and;
A magnetic shielding plate installed between the mover 200 and the sensor module 400 to block seed flux generated between the mover 200 and the stator 100 from affecting the sensor module 400. Contains (300),
The magnetic shield plate 300 is coupled perpendicularly to the moving direction of the mover 200 in the form of a plate,
The sensor module 400 is a linear electric motor, characterized in that the sensor module according to claim 1.
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