KR20060101999A - Method of compensating for sensor signal of magnetic encoder - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법에 관한 것으로 리니어 홀센서의 조립오차로 인해 리니어 홀센서로부터 입력되는 감지신호의 크기에 오차 발생시 이를 보정하여 보다 정확한 회전각을 검출 할 수 있도록 한 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for compensating detection signals of a rotor position sensing device of an AC motor. When an error occurs in the magnitude of a detection signal input from the linear hall sensor due to an assembly error of the linear hall sensor, the more accurate rotation angle can be detected. It relates to a detection signal compensation method of the rotor position sensing device of the AC motor.
본 발명의 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법은 모터의 회전자 하단에 구비되며, 중심축을 기준으로 두개의 극이 형성된 영구자석 및 상기 영구자석의 중심을 벗어난 위치에 상기 영구자석면으로부터 소정 간격만큼 떨어져 90도 각도를 이루며 설치된 2개의 리니어 홀센서를 포함하여 이루어진 교류모터의 로터위치 감지장치에서, (a) 상기 각각의 리니어 홀센서로부터 각각 진폭 a와 b를 갖는 감지신호 , 를 입력 받는 단계; (b) 상기 감지신호 , 를 에 대해 연산하여 회전각 검출 신호 θa 를 산출하는 단계; (c) 상기 감지신호를 변환행렬 에 의해 축변환하여 축변환 신호 (단, ) 를 산출하는 단계; (d) 상기 회전각 검출 신호 θa 가간격마다 확인되는 상기 축변환 신호값 α= a 및 α=b를 산출하여 일시 저장하는 단계; (e) 상기 감지신호 에 상기 일시저장된 α=b를 상기 감지신호 에 상기 일시저장된 α= a를 곱하여 두 감지신호의 크기를 ab로 동일하게 보상하는 단계 및 (f) 상기 보상된 감지신호를 에 대해 연산하여 회전각 검출 신호 θa를 산출하여 회전각을 확인하는 단계를 포함하여 이루어진다.The detection signal compensation method of the rotor position sensing device of the AC motor of the present invention is provided at the bottom of the rotor of the motor, the permanent magnet formed with two poles with respect to the center axis and the permanent magnet surface in the position off the center of the permanent magnet In the rotor position sensing apparatus of an AC motor comprising two linear Hall sensors installed at an angle of 90 degrees apart from the predetermined distance from the sensor, (a) a sensing signal having amplitudes a and b from the respective linear Hall sensors, respectively. , Receiving an input; (b) the detection signal , To Calculating a rotation angle detection signal [theta] a by operating on; (c) converting the detected signal into a matrix Axis conversion signal by axis conversion by (only, Calculating; (d) The rotation angle detection signal θa is Calculating and temporarily storing the axis transform signal values α = a and α = b which are checked at intervals; (e) the detection signal The detected signal is stored in Compensating the magnitudes of the two detection signals equally to ab by multiplying the temporarily stored α = a by (b) correcting the compensated detection signals. Calculating the rotation angle detection signal θa to confirm the rotation angle.
교류모터, EPS, 자기식 엔코더, 홀센서 AC motor, EPS, magnetic encoder, hall sensor
Description
도 1은 자기식 엔코더를 개략적으로 보인 사시도,1 is a perspective view schematically showing a magnetic encoder,
도 2는 자기식 엔코더가 구비된 모터를 개략적으로 보인 단면도,2 is a schematic cross-sectional view of a motor having a magnetic encoder;
도 3a 및 도 3b는 조립오차가 없는 리니어 홀센서로부터 입력되는 감지신호 및 감지신호를 가공한 출력신호 그래프,3A and 3B are graphs of a sensing signal and a sensing signal inputted from a linear Hall sensor without assembly error;
도 3c 및 도 3d는 조립오차가 있는 리니어 홀센서로부터 입력되는 감지신호 및 감지신호를 가공한 출력신호 그래프,3C and 3D are graphs of a sensed signal inputted from a linear hall sensor having an assembly error and an output signal processed from the sensed signal;
도 4는 본 발명에 따른 자기식 엔코더의 감지신호 보상을 위한 전기적인 블록도4 is an electrical block diagram for sensing signal compensation of a magnetic encoder according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 축변환을 설명하기 위한 그래프,5 is a graph illustrating an axis transformation according to the present invention;
도 6a 및 도 6b는 본 발명 적용 전과 후의 α축 및 β축 신호 그래프,6A and 6B are graphs of α- and β-axis signals before and after applying the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법의 흐름도이다.7 is a flowchart of a sensing signal compensation method of the rotor position sensing apparatus of the AC motor according to the present invention.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
100 : 모터 110 : 자기식 엔코더100: motor 110: magnetic encoder
111 : 영구자석 113, 115 : 리니어 홀센서111:
120 : 회전자 130 : 고정자120: rotor 130: stator
210 : 회전각 검출 220 : 축변환210: rotation angle detection 220: axis conversion
230 : 샘플링230: sampling
본 발명은 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법에 관한 것으로, 특히 리니어 홀센서의 조립오차로 인해 리니어 홀센서로부터 입력되는 감지신호의 크기에 오차 발생시 이를 보정하여 보다 정확한 회전각 검출을 할 수 있도록 한 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for compensating detection signals of a rotor position sensing device of an AC motor. In particular, when an error occurs in a magnitude of a detection signal input from a linear hall sensor due to an assembly error of the linear hall sensor, the detection of a more accurate rotation angle is detected. It relates to a detection signal compensation method of the rotor position sensing device of the AC motor.
전동식 조향 장치(Electric Power Steering, 이하 EPS)는 운전자가 원하는 방향으로 조향을 하고자 할 때, 모터의 힘을 이용하여 조향력을 보조하는 시스템으로 운전자는 적은 힘으로도 손쉽게 조향을 할 수 있게 하는 장치이다. EPS에 사용되는 모터는 과거에 대부분 DC 모터를 사용하였지만, 현재는 대부분 AC 모터를 사용하는 추세이다. AC 모터는 특성상 모터 내부에서 회전하는 회전자의 절대 위치를 감지하는 엔코더를 구비하여야 하며, 엔코더는 주로 자기식 SINCOS 엔코더가 사용된다.Electric Power Steering (EPS) is a system that assists steering power by using the power of the motor when the driver wants to steer in the desired direction. The device enables the driver to easily steer with a small force. . Most of the motors used in EPS have used DC motors in the past, but most of them use AC motors. AC motors should have an encoder that senses the absolute position of the rotor that rotates inside the motor. The encoder is mainly a magnetic SINCOS encoder.
도 1은 자기식 엔코더를 개략적으로 보인 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a magnetic encoder.
도 1에 도시된 바와 같이, 자기식 엔코더(110)는 모터(100)의 회전자(120)축에 설치된 영구자석(111) 및 영구자석(111)으로부터 소정 위치만큼 이격되어 설치 되며, 서로 90도 위상차가 발생하도록 설치된 2개의 리니어홀센서(113),(115)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, the
따라서 회전자(120)가 회전함에 따라 영구자석(111)도 회전하며, 영구자석(111)의 회전으로 인해 변화되는 자기장을 2개의 리니어 홀센서(113),(115)가 감지하여 선형적인 신호로 출력함으로써, 회전자(120)의 절대위치를 감지하게 된다.Accordingly, as the
한편, 자기식 엔코더(110)는 리니어 홀센서(113),(115)의 검출위치의 정확도에 따라 각 측정의 정밀성이 달라지는바, 자기식 엔코더 조립시 리니어 홀센서(113),(115)의 위치에 오차 발생하는 경우 두 리니어 홀센서(113),(115)에서 측정되는 자기장의 크기가 달라지게되며, 이로 인해 정확한 회전각 측정이 불가능 하게 된다.On the other hand, the
도 2는 자기식 엔코더가 구비된 모터를 개략적으로 보인 단면도인바, 리니어 홀센서 조립오차가 발생한 경우를 도시하고 있다.2 is a cross-sectional view schematically illustrating a motor having a magnetic encoder, and illustrates a case in which a linear hall sensor assembly error occurs.
도 2에 도시된 바와 같이, 회전자(120)와 고정자(130)가 구비된 모터(110)의 회전자(120) 일면엔 영구자석(111)이 부착되며, 영구자석(111)으로부터 소정간격으로 이격되어 설치된 리니어 홀센서(113),(115)는 조립시 오차가 발생될 수 있다.As shown in FIG. 2, a
이렇듯, 종래 자기식 엔코더(110)에 따르면, 가격이 매우 저렴하고 내구 및 내환경성이 강하다는 장점이 있는 반면에 리니어 홀센서(113),(115)의 검출위치의 정확도에 따라 회전각 측정의 정밀성이 달라지게되는 문제점이 있었다.As such, according to the conventional
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 리니어 홀센 서의 조립오차로 인해 감지신호의 크기에 오차 발생시 이를 보정하여 보다 정확한 회전각 검출을 할 수 있도록 한 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the rotor position detection apparatus of the AC motor to correct the rotation angle by correcting the error when the size of the detection signal due to the assembly error of the linear Hall sensor It is an object of the present invention to provide a sensing signal compensation method.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법은 모터의 회전자 하단에 구비되며, 중심축을 기준으로 두개의 극이 형성된 영구자석 및 상기 영구자석의 중심을 벗어난 위치에 상기 영구자석면으로부터 소정 간격만큼 떨어져 90도 각도를 이루며 설치된 2개의 리니어 홀센서를 포함하여 이루어진 교류모터의 로터위치 감지장치에서, (a) 상기 각각의 리니어 홀센서로부터 각각 진폭 a와 b를 갖는 감지신호 , 를 입력 받는 단계; (b) 상기 감지신호 , 를 에 대해 연산하여 회전각 검출 신호 θa 를 산출하는 단계; (c) 상기 감지신호를 변환행렬 에 의해 축변환하여 축변환 신호 (단, ) 를 산출하는 단계; (d) 상기 회전각 검출 신호 θa 가간격마다 확인되는 상기 축변환 신호값 α= a 및 α=b를 산출하여 일시 저장하는 단계; (e) 상기 감지신호 에 상기 일시저장된 α=b를 상기 감지신호 에 상기 일시저장된 α= a를 곱하여 두 감지 신호의 크기를 ab로 동일하게 보상하는 단계 및 (f) 상기 보상된 감지신호를 에 대해 연산하여 회전각 검출 신호 θa를 산출하여 회전각을 확인하는 단계를 포함하여 이루어진 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법을 제공한다.The detection signal compensation method of the rotor position sensing device of the AC motor of the present invention for achieving the above object is provided at the bottom of the rotor of the motor, the center of the permanent magnet and two permanent magnets formed with two poles based on the central axis In the rotor position sensing device of an AC motor comprising two linear Hall sensors installed at an off position at an angle of 90 degrees away from the permanent magnet surface by a predetermined distance, (a) the amplitude a and the respective from each linear Hall sensor. sensing signal with b , Receiving an input; (b) the detection signal , To Calculating a rotation angle detection signal [theta] a by operating on; (c) converting the detected signal into a matrix Axis conversion signal by axis conversion by (only, Calculating; (d) The rotation angle detection signal θa is Calculating and temporarily storing the axis transform signal values α = a and α = b which are checked at intervals; (e) the detection signal The detected signal is stored in Multiplying the temporarily stored α = a by and equally compensating the magnitudes of the two sensed signals with ab and (f) correcting the compensated sensed signals. Comprising the step of calculating the rotation angle detection signal θa to determine the rotation angle provides a sensing signal compensation method of the rotor position sensing apparatus of the AC motor.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기식 엔코더의 출력신호 보상 방법에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, an output signal compensation method of a magnetic encoder according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 및 도 3b는 조립오차가 없는 리니어 홀센서(113),(115)로부터 입력되는 감지신호 및 감지신호를 가공한 출력신호 그래프인바, 도 3a는 감지신호를 나타내며, 도 3b는 출력신호를 낸다.3A and 3B are graphs of sensing signals inputted from the
도 3a에 도시된 바와 같이 오차가 없는 감지신호는 크기 및 주기가 동일한 두개의 신호가 90°의 위상차를 보이며, 이 감지신호를 가공 즉, ADC 컨버팅하여 arctan을 취하면, 도 3b와 같이 리플이 없는 출력신호 즉, 회전각 검출 신호로 변환된다.As shown in FIG. 3A, two signals having the same magnitude and period show a phase difference of 90 °, and when the sense signal is processed, that is, ADC conversion is taken and arctan is used, the ripple is reduced as shown in FIG. 3B. The output signal is omitted, that is, the rotation angle detection signal is converted.
도 3c 및 도 3d는 조립오차가 있는 리니어 홀센서로부터 입력되는 감지신호 및 감지신호를 가공한 출력신호 그래프인바, 도 3c는 감지신호를 나타내며, 도 3d는 출력신호를 나타낸다.3C and 3D are graphs of a sensing signal inputted from a linear hall sensor having an assembly error and an output signal, and FIG. 3C shows a sensing signal, and FIG. 3D shows an output signal.
도 3c에 도시된 바와 같이 오차가 있는 감지신호는 주기는 동일하지만 크기는 다른 두개의 신호가 90°의 위상차를 보이며, 이 감지신호를 가공 즉, ADC 컨버터하여 arctan을 취하면, 도 3d와 같이 리플이 있는 출력신호 즉, 회전각 검출 신 호로 변환된다.As shown in FIG. 3C, two signals having the same period but different in magnitude have a phase difference of 90 °, and when the sense signals are processed, that is, ADC converter takes arctan, as shown in FIG. 3D. The ripple output signal is converted into a rotation angle detection signal.
따라서 도 3c와 같이 리니어 홀센서로부터 입력되는 감지신호에 크기오차가 있는 경우, 도 3b와 같이 리플이 없는 출력신호로 변환하기 위해서는 감지신호를 축변환 한 후 특정 각도에서의 축변환된 값을 샘플링하여 샘플링 한 값을 감지신호에 곱해주는 크기오차 보상 과정이 추가되어야 하는바, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.Therefore, when there is a magnitude error in the detection signal input from the linear Hall sensor as shown in FIG. 3c, in order to convert to the output signal without ripple as shown in FIG. The size error compensation process of multiplying the sampled value by the sensing signal should be added, which will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
도 4는 본 발명에 따른 자기식 엔코더의 감지신호 보상을 위한 전기적인 블록도이다.4 is an electrical block diagram for sensing signal compensation of a magnetic encoder according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자기식 엔코더(110)의 감지신호 보상을 위한 블록도는 감지신호를 ADC 및 arctan하여 회전각 검출 신호를 생성하는 회전각 검출 블록(210), 감지신호를 축변환하여 축변환 신호를 생성하는 축변환 블록(220) 및 회전각 검출 신호를 근거로 축변환 신호를 샘플링 한 후 일시 저장 하는 샘플링 블록(230)을 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 4, a block diagram for compensating the detection signal of the
따라서 각각의 리니어 홀센서(113),(115)에서 출력된 감지신호 x, y는 회전각 검출 블록(210) 및 축변환 블록(220)으로 입력되어 회전각 검출 블록(210)에서는 감지신호가 출력신호로 가공되어 샘플링 블록(230)으로 출력되며, 축변환 블록(220)에서는 감지신호가 축변환 신호로 변환되어 샘플링 블록(230)으로 출력된다. 축변환 블록(220)과 회전각 검출 블록으로부터 축변환(220) 신호와 출력신호를 입력받은 샘플링 블록(230)은 출력신호의0°와 90°를 판별하여 0°및 90°에 상응하는 축변환 신호의 값을 각각 일시 저장한 후 저장된 값을 감지신호인 x, y에 곱하 여 보정된 두 감지신호의 크기가 같도록 함으로써, 리플이 없는 출력신호 즉, 회전각 검출 신호를 맘들 수 있게 된다.Therefore, the detection signals x and y output from the respective
한편, 도 5는 본 발명에 따른 축변환을 설명하기 위한 그래프인바, 두 리니어 홀센서(113),(115)의 감지신호에 각각 a와 b 만큼의 크기 오차가 발생한 경우 각각의 입력신호는 , 라 할 수 있으며, x, y를 두 축으로 하여 각각의 입력신호에 제곱을 취해주고 정리하면,On the other hand, Figure 5 is a graph for explaining the axis conversion in accordance with the present invention, when the magnitude error of a and b occurs in each of the detection signals of the two
, ,
, ,
이와 같은 x, y 평면상의 두 입력신호의 축변환 궤적(g1)이 만들어진다.The axis transformation trace g1 of the two input signals on the x and y planes is created.
이때, 변수를 수학식 1과 같이 정의하고,In this case, the variable is defined as in
축 두 파형을 한번 더 축변환 하면, 수학식2와 같은 가상 축 α, β를 얻을 수 있다. When the axis two waveforms are converted once again, the virtual axes α and β as shown in
여기서 의 관계에 있으며 수학식1 및 수학식2에 의해 β축은 항상 0이 되고 본 발명에서 이용하는 일 경우에 한해 α축을 다음과 같이 전개할 수 있다. here The β axis is always 0 by the equations (1) and (2). In one case, the α-axis can be developed as follows.
수학식3에 를 각각 집어넣고 정리하면, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.In equation (3) Putting each in and organizing them gives us the following conclusions:
이 값들은 α축의 최대 및 최소값이며, 각 축의 크기 오차 값과 같다. 따라서 이 값들을 이용하여 x축에 를 곱하고, y축에 을 곱하면, 두 축의 사인파의 크기가 a x b로 동일하게 되어 감지신호의 크기 오차를 보상할 수 있게 된다.These values are the maximum and minimum values of the α axis and are equal to the magnitude error values of each axis. So we can use these values on the x axis Multiply by the y-axis When multiplying by, the magnitude of the sine wave of the two axes is equal to axb to compensate for the magnitude error of the detection signal.
이와 같이 크기 오차가 보상되어 두 축 감지신호의 크기에 차이가 없어지면, α축은 도 6b와 같이 a x b의 값을 가지는 직선으로 나타나고, β축은 여전히 0을 출력하는바, 회전각 검출 블록으로 입력되는 감지신호는 크기가 보상된 상태가 유지되게 된다.When the magnitude error is compensated and there is no difference in the magnitudes of the two axis detection signals, the α axis appears as a straight line having axb as shown in FIG. 6B, and the β axis still outputs 0, so that the detection input to the rotation angle detection block is performed. The signal remains in a size compensated state.
도 6a는 본 발명 적용 전의 리플이 있는 α축 및 0값을 갖는 β축 신호를 나타내며, 도 6b는 본 발명 적용 후의 리플이 사라진 α축 및 0값을 갖는 β축 신호를 나타내는바, 본 발명이 적용된 후에는 α값 즉, a x b가 1인 것을 확인 할 수 있다.Fig. 6a shows a r-axis signal with ripple and a zero value before application of the present invention, and Fig. 6b shows a β-axis signal with a r-axis and zero value with ripple after application of the present invention. After application, it can be confirmed that α value, that is, axb is 1.
도 7은 본 발명에 따른 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법의 흐름도이다.7 is a flowchart of a sensing signal compensation method of the rotor position sensing apparatus of the AC motor according to the present invention.
단계 S11은 각각의 리니어 홀센서로부터 감지신호 , 를 입력 받는 단계이며, 단계 S13은 입력받은 감지신호 , 를 에 대해 연산하여 회전각 검출 신호 θa 를 산출하고, 감지신호를 변환행렬 에 의해 축변환하여 축변환 신호 (단, ) 를 산출하는 단계이다.Step S11 is a detection signal from each linear hall sensor , Is a step of receiving an input, and step S13 is an input detection signal. , To Compute the rotation angle detection signal θa by converting Axis conversion signal by axis conversion by (only, ) Is calculated.
다음 단계 S15는 상기 회전각 검출 신호 θa 가간격마다 확인되는 상기 축변환 신호값 즉, θa 가 0 및 일 때의 축변환 신호값 α=a 및 α=b를 산출하여 일시 저장하는 단계 이며, 단계 S17은 감지신호 에 상기 일시저장된 α=b를 감지신호 에 상기 일시저장된 α=a를 곱하여 두 감지신호의 크기를 ab로 동일하게 보상하는 단계이다.Next step S15 is that the rotation angle detection signal θa is The axis transform signal value checked every interval, i.e., θa is 0 and Is a step of calculating and temporarily storing the axis converted signal values α = a and α = b at step S17. Detects the temporarily stored α = b at Multiplying the temporarily stored α = a by to equally compensate the magnitude of the two detection signals with ab.
마지막으로 단계 S19는 보상된 감지신호를 에 대해 연산하여 회전각 검출 신호 θa 를 산출하여 회전각을 확인하는 단계이다.Finally, in step S19, the compensated detection signal is Calculating a rotation angle detection signal θa to confirm the rotation angle.
한편 단계 S15에서 θa 로부터 a값확인시 θa 를 0 및 이외에 값의 배수 간격을 갖는 두 신호면 어떠한 값이든 허용될 수 있다.On the other hand, when checking the a value from θa in step S15, θa is 0 and besides Any value can be allowed if the two signals have multiple intervals of the value.
본 발명의 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법은 전술한 실시예에 국한 되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The detection signal compensation method of the rotor position sensing apparatus of the AC motor of the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be modified in various ways within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 교류모터의 로터위치 감지장치의 감지신호 보상 방법에 따르면, 리니어 홀센서의 조립오차로 인해 리니어 홀센서로부터 입력되는 감지신호의 크기에 오차 발생시 이를 소프트웨어로 보정하여 별도의 추가되는 장치 없이 보다 정확한 회전각을 검출 할 수 있는 효과가 있다.According to the detection signal compensation method of the rotor position detection device of the AC motor of the present invention as described above, when an error occurs in the magnitude of the detection signal input from the linear Hall sensor due to the assembly error of the linear Hall sensor, it is separately corrected by software. There is an effect that can detect a more accurate rotation angle without the added device of.
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2005
- 2005-03-22 KR KR1020050023692A patent/KR20060101999A/en not_active Application Discontinuation
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