KR20010050733A - 자기 투자율을 이용한 위치 검출기 - Google Patents

Abstract

기준부재(2)에 대한 위치, 속도 및 변위속도를 검출하기 위한 장치에 관한 것으로, 본 발명은 기준부재(2)를 대면하도록 치(10A)(10B)가 구비된 자성 판재로 구성된 한 쌍의 제1극서치부재(1A) 및 제2극서치부재(1B)로 구성되게 된다. 또한, 상기 극서치부재는 기설정된 전류가 인가되면, 자기장을 발생시킬 수 있는 권선(3A)(3B)이 구비된다. 코일에 발생한 전압값은 극서치부재(1A)(1B)에의해 측정된 투자율의 함수가 되며, 이는 한 쌍의 극서치부재의 치 사이에 상대적인 위치의 함수가 된다. 코일 전압을 측정하여, 기준부재 및 한 쌍의 극서치부재의 치의 상대적 변위속도와 방향을 식별할 수 있는 장치를 이용함으로써, 위치, 방향, 및 변위속도를 알 수가 있게 된다. 본 발명의 다른 특징으로는 90도의 위상차이를 갖는 두 개의 싸인(sine)파형의 신호를 비교하는 검출시스템의 활용에 관한 것이다.

Description

자기 투자율을 이용한 위치 검출기{Magnetic permeability position detector}

본 발명은 위치, 속도, 및 방향 검출기에 관한 것으로, 특히 상대적으로 회전운동 또는 선형운동을 하는 두 요소들 사이에 절대적 위치, 속도, 및 방향을 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.

종래에 당업자에 공지된 바와 같이, 종래의 시스템은 리솔버(resolver) 또는 엔코더(encoder)와 같은, 광학 또는 자기적 절대 위치 검출기를 사용하여 파라메터들을 측정하고 제어하였다.

그러나, 상기와 같은 장치들은 여러 기기들에서 발생하는 신호들을 해석하기 위하여 복잡하며 고가의 전자회로와 같은 장치들을 필요로 하기 때문에 종래에 검출기는 고비용을 요구하는 단점이 있다.

종래의 검출기의 또 다른 단점은 격렬한 작업조건 하에서 필요한 정도의 견고성을 갖지 못한다는 것이다.

본 발명의 목적은 간단하게 구성될 수가 있으며, 저렴한 제어회로로 달성될 수 있는 저렴한 위치, 속도, 및 방향검출기를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 간단하면서도 견고한 구조를 갖는 저렴한 위치, 속도, 방향검출기를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은, 메카트로닉스(mechatronics)에 용이하게 접목시킬 수가 있는 용도의 장치를 제공함으로써 유지가 용이하며, 견고함, 및 높은 정밀도를 확보할 수가 있으며, 특히 회전자 치(teeth)또는 극(pole)의 장치와 같은 기계적인 기하학적 형태를 채용하고 있음으로써 그 응용에 있어서 보다 간단하게 적용될 수가 있다.

이와 같은 본 발명의 목적 및 장점은, 기기에 의해 측정되는 자기 투자율을 감시 및 제어하여, 서로 상대적인 운동을 하는 두 부재들 사이에 위치, 속도, 및 방향을 검출하는 장치로써 달성될 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 검출기의 기준부재가 원통형인 경우의 제1실시예를

보여주는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 검출기의 기준부재가 원통형인 경우의 제2실시예를

보여주는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 검출기의 기준부재가 선형인 경우의 제3실시예를

보여주는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 검출기의 기준부재가 선형인 경우의 제4실시예를

보여주는 도면,

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 검출기에서 극서치부재(1A)(1B)에 구비된

각각에 권선의 전압파형을 보여주는 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1A, 1B : 극서치부재 2 : 기준부재

3A, 3B : 권선 4A, 4B : 전류원

5A, 5B : 리딩코일 10A, 10B : 치

21 : 치

본 발명의 장치는, 최소한 한 쌍의 극(polar)서치부재와 기준부재가 구비되어, 상기 극서치부재는 측정하고자 하는 장비의 일측에 부착이 되며, 상기 기준부재는 측정하고자 하는 장비의 타측에 부착이 되게 된다.

한쌍의 극서치부재는 기준부재와 대면하도록 구비된 최소한 두 개의 길이 방향의 치를 가지며, 구동코일이 감긴 강자성을 갖는 판재로 이루어진 코어로 구성된다.

극부재는, 기준부재의 치 사이의 홈 및 폭과 동일한 홈 및 폭을 갖도록 형성되게 된다.

상기 극부재들는 전기적 또는 자기적으로 완전히 분리된 상태지만, 상호 기계적으로 결합된 관계로써, 극부재의 치의 중심선이 기준부재의 치의 중앙선과 완전히 일치하게 되는 경우에는, 다른 극부재의 치의 중심선은 기준부재의 치의 중심선으로부터 정확히 치의 폭의 반만큼 위치가 달리 구성되게 된다.

각각의 극서치부재는 최소한 하나의 구동코일로 구성된 권선으로 감겨있게 된다.

상기 구동코일의 각각에는 기설정된 고주파수의 전류원이 구비되어 자기장을 발생시킬 수가 있다. 이 구동코일에 발생된 전압은 극서치부재에서 측정된 투자율의 함수가 된다.

하나 이상의 코일을 구비하여, 전류원이 인가되지 않는 코일은 리딩(reading)코일로 사용할 수가 있으며, 여기에 발생한 전압은 극서치부재에 의해 측정되는 투자율의 함수가 된다.

상술한 바와 같은 기준부재은 기계의 필수구성 부분이 되며, 한쌍의 극부재와 대면하도록 치가 일정하게 형성된 강자성의 판재로 구성된 코어가 차례로 구비되게 된다.

기준부재의 치 사이에 거리는 치 폭의 약 2.5배정도되어야 한다.

기준부재가 측정하고자 하는 장치의 구동부 일측에 부착되게 되면, 한쌍의 극부재는 장치의 타측부, 바람직하게는 장치의 비구동부에 부착되어, 극부재의 일측 치의 중심선과 기준부재의 치의 중심선과 완전히 일치하게 되면, 다른 극부재의 치의 중심선은 기준부재의 치의 중심선과의 관계에 있어서, 정확히 치 폭의 반만큼 어긋나게 위치하여야만 한다.

도 1은 구동원으로 작용하는 권선(3A)(3B)이 감긴 한쌍의 극서치부재(1A)(1B)와, 권선에 전류를 인가하기 위한 전류원(4A)(4B)과, 기준부재(2)로 구성된 본 발명에 의한 위치검출장치를 보여주는 측면도이며, 도 2는 구동코일로 작용하는 권선(3A)(3B)과 전압값을 측정하기 위한 리딩코일(5A)(5B)이 감긴 극서치부재(1A)(1B)의 다른 형태를 보여주는 도면이다. 도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2의 기준부재가 선형인 경우의 실시예를 보여주는 도면이며, 도 5 및 도 6은 제1극서치부재(1A) 및 제2극서치부재(1B)의 권선 종단에서의 전압파형을 보여주는 그래프이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자기저항 검출기는 한쌍의 제1극서치부재(1A) 및 제2극서치부재(1B)로 이루어지며, 각각의 서치부재는 기준부재(2)와 대향하도록 형성된 각각의 치(10A)(10B)와, 권선(3A)(3B)이 수용될 수 있는 홈이 구비된 강자성을 갖는 판재의 코어로 제공된다.

상기 권선(3A)(3B)은, 한 쌍의 자성 재질의 극서치부재(1A)(1B)를 감는 다수의 코일로 이루어지며, 권선에 전류가 인가되게 되면, 한쌍의 극서치부재에 형성된 치의 외측표면에 수직한 자기장을 형성할 수가 있게 된다.

상기 기준부재(2)는 자기저항 검출기의 필수구성요소으로써, 한쌍의 극서치부재(1A)(1B)에 대향하여 위치하며, 표면을 따라 일정하게 분포된 치(21)가 형성된 강자성을 갖는 판재의 코어로 제공되며, 상기 치(21)는, 한쌍의 극서치부재에 형성된 치의 폭 및 홈과, 동일한 크기의 폭 및 홈을 갖는다. 상기 기준부재(2)는 회전, 속도 및 방향과 같이 측정하고자 하는 구동부의 근처에 설치되게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 한쌍의 극서치부재와 선형의 기준부재로 구성된 자기저항 검출기의 동작을 상세히 설명한다.

이하 기본적인 작용에 대한 설명에서, 기준부재(2)는 회전의 방향과 각속도 또는 선속도를 측정 및 결정하고자 하는 구동부에 부착되게 된다. 극서치부재는 반대로 고정된 기준구조물에 부착되게 된다. 예를 들어, 모터의 회전속도 및 방향을 결정하기 위하여 본 발명의 검출기를 적용하게 되면, 기준부재(2)는 회전자에 부착이 되며, 서치부재는 모터 케이싱 상에 기준부재와 동일 평면상에 위치하도록 부착이 되게 된다.

도 3을 참고하면, 기준부재(2)의 치(21)와, 한쌍의 제1극서치부재(1A) 및 제2극서치부재(1B)중에 일측에 구비된 치(10A)와 정렬되어 있게 된다. 또한, 기준부재(2)의 치(21)의 중심선과, 한쌍의 극서치부재(1A)(1B)중에 다른 일측에 구비된 치(10B)의 중심선과는 치의 폭의 반만큼 서로 어긋나게 구성되게 된다.

이와 같은 위치에서, 권선(3A)(3B)에 전류가 인가되게 되면, 자기장이 기준부재와 극서치부재 사이에 폐루프를 이루는 자로를 형성하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1극서치부재의 권선(3A)에 발생되는 전압이 최대값(가로축 2)이 되면, 도 6에 도시된 바와 같이 제2극서치부재에 구비된 권선(3B)에 발생되는 전압은 최대값과 최소값의 중간값(가로축 2)임을 알 수가 있다.

기준부재의 치가 이동하게 되면, 두개의 권선(3A)(3B)에 발생하는 전압값은 극서치부재의 치에 감지되는 투자율에 비례하여 달라지게 된다.

측정된 전압값은 기준부재의 치의 각각 홈마다 주기적으로 반복되게 된다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1극서치부재 및 제2극서치부재의 권선(3A)(3B)에 발생하는 한 쌍의 전압값 각각은 극서치부재의 치와, 기준부재의 치 사이의 상대적인 유일한 위치에 해당이 되게 된다.

기준부재의 치에서 하나의 홈 이하로 트랙에서 구한 2개의 연속적인 전압값의 차이를 통하여, 상술한 부재의 변위의 방향을 알 수가 있다.

이와 같이 차이값을 구하게 되면, 두 개의 측정값 사이에 시간을 결정함으로써, 당업자에게 알려진 바와 같은 수식적인 산술작업을 통하여 기준부재의 선속도 또는 각속도를 구할 수가 있으므로 기준부재가 부착되는 구동부, 즉 전기모터의 회전자 또는 내연소 엔진의 크랭크축 등의 각속도를 알 수가 있게 된다.

이상과 같이 부동기(sub-synchronous) 자기저항 검출기에 대하여 설명하였으나, 본 발명에 있어서 한쌍의 극서치부재(1A)(1B)에 구비되는 서치코일인 권선(3A)(3B) 또는 리딩코일(5A)(5B)인 급전선은 그 형태나 종류에 있어서 제한되지 않는다.

이상과 같은 본 발명의 자기 투자율을 이용한 위치검출기는, 위치, 속도, 및 방향을 감지하는 장치에 있어 간단한 제어회로만으로 구성될 수가 있으므로 적용에 있어서 구성 및 설치가 간단하면서도 견고한 구조를 제공할 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims (8)

1. 기준부재(2)와;

   최소한 두개의 제1극서치부재(1A) 및 제2극서치부재(1B)로 구성되어,

   상기 각각의 극서치부재는, 자성 판재로 구성된 코어로 제공되며, 돌출된 치가 구비되며, 권선(3A)(3B)이 구비될 수 있는 다수의 홈이 구비되며,

   상기 권선은 한 쌍의 극서치부재의 자성 재질 주위를 균일하게 감는 코일로 구비되는 것을 특징으로 하는 자기 투자율을 이용한 위치 검출기.
2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 극서치부재(1A)(1B)의 권선(3A)(3B)은, 하나의 서치코일로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 투자율을 이용한 위치 검출기.
3. 제1항에 있어서, 상기 각각의 극서치부재(1A)(1B)의 권선(3A)(3B)은, 하나의 서치코일 및 하나의 리딩코일로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 투자율을 이용한 위치 검출기.
4. 제 1항에 있어서, 극서치부재(1A)(1B)와 기준부재(2) 사이에 상대적 위치의 결정은, 각각의 권선(3A)(3B)의 상대적인 전압을 측정하게 되며,

   극서치부재와 기준부재 사이에 상대적 변위속도의 결정은, 일련의 두 시점의 시간을 측정하여 결정하는 것을 특징으로 하는 자기 투자율을 이용한 위치 검출기.
5. 제1항에 있어서, 상기 극서치부재(1A)(1B)의 치(10A)(10B)의 크기 및 간격은 기준부재(2)의 치의 크기 및 간격과 동일한 것을 특징으로 하는 자기 투자율을 이용한 위치 검출기.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1극서치부재(1A)는 제2극서치부재(1B)와의 관계에서 어긋나도록 형성된 것을 특징으로 하는 자기 투자율을 이용한 위치 검출기.
7. 제1항에 있어서, 상기 기준부재는 원형인 것을 특징으로 하는 자기 투자율을 이용한 위치 검출기.
8. 제1항에 있어서, 상기 기준부재는 선형인 것을 특징으로 하는 자기 투자율을 이용한 위치 검출기.