KR20060114516A - 모터의 회전자 절대위치 획득장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자에 구비된 영구자석 주위 소정공간에 이격된 채로 설치되며, 회전자가 회전할 때 사인파 형태로 변화되는 자기장의 최대, 최소 및 중간값을 근거로 직선형태의 근사화된 감지신호를 출력하는 2개의 3상태 리니어홀센서를 이용하여 회전자의 절대위치를 획득하는 모터의 회전자 절대위치 획득장치에 관한 것이다.

본 발명의 모터의 회전자 절대위치 획득장치는 모터의 회전자 하단에 구비되며, 중심선을 기준으로 극이 나뉜 영구자석; 상기 영구자석의 중심을 벗어난 위치에 영구자석면으로부터 소정 간격만큼 떨어져 90도 각도를 이룬 채 설치되며, 상기 자성체의 회전에 의해 사인파형태로 변화되는 자기장의 최고, 최저 및 중간 값을 근거로 직선형태의 근사화된 감지신호를 출력하는 2개의 3상태 리니어홀센서 및 상기 2개의 3상태 리니어홀센서와 연결되며, 상기 근사화된 감지신호를 입력받아 미리정해진 아크탄젠트 알고리즘에 적용하여 회전자의 절대위치를 획득하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

교류모터, EPS, 엔코더, 리니어홀센서, 3상태 리니어홀센서

Description

모터의 회전자 절대위치 획득장치{apparatus for detecting absolute position of rotator in moter}

도 1은 본 발명에 따른 모터의 절대위치 획득장치를 개략적으로 보인 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 영구자석의 회전에 의해 3상태 리니어홀센서에서 출력되는 신호그래프,

도 3은 본 발명에 따른 90도 각도로 설치된 2개의 3상태 리니어홀센서로부터 출력되는 신호그래프,

도 4는 본 발명에 따라 도 3의 신호를 미리 정해진 아크탄젠트 알고리즘에 적용한 결과를 도시한 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 모터의 회전자 절대위치 획득방법의 흐름도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

110 : 절대위치 획득장치 111, 112 : 영구자석

113, 115 : 리니어 홀센서 120 : 회전자

130 : 고정자

본 발명은 모터의 회전자 절대위치 획득장치에 관한 것으로, 특히 회전자에 구비된 영구자석과 90도 각도를 이루는 2개의 리니어홀센서를 이용하여 회전자의 절대위치를 획득 할 수 있는 모터의 회전자 절대위치 획득장치에 관한 것이다.

전동식 조향 장치(Electric Power Steering, 이하 EPS)는 운전자가 원하는 방향으로 조향을 하고자 할 때, 모터의 힘을 이용하여 조향력을 보조하는 시스템으로 운전자가 적은 힘으로도 손쉽게 조향 할 수 있도록 보조하는 장치이다. 이때 모터의 제어를 위해서는 모터 회전자의 절대위치 검출이 필요한바, 회전자의 절대위치 검출은 회전자 절대위치 감지장치에 의해 달성된다.

회전자 절대위치 감지장치(엔코더;encoder)에는 광학식, 자기식, 레졸버 및 리니어홀센서를 이용한 방식 등이 있다.

먼저, 광학식엔코더는 회전자와 연동하여 회전하는 원판의 외곽을 소정 간격마다 소정크기로 반복하여 천공하고, 원판의 회전시 천공된 위치가 이루는 동심원 상에 소정 간격을 두고 광학소자를 구비시킴으로써, 원판이 회전할 때, 발광부에서 발광한 빛이 원판의 천공된 부위에서는 수광부로 집광되며, 천공되지 않은 부위에서는 집광되지 않도록 하여 회전자의 위치를 검출하는 방식이다. 이러한 광학식엔코더는 간단한 구조로 회전자의 위치를 검출 할 수 있다는 장점이 있으나 광학소자의 특성상 온도조건에 예민한 문제점이 있다.

다음 자기식엔코더는 회전자와 연동하여 회전하는 원판의 외곽에 자석을 순서대로 배열하고 원판이 회전할 때, 자석이 이루는 동심원 상에 소정간격을 두고 설치된 홀센서를 이용하여 자석이 홀센서 주위를 지날 때 변화되는 자기장 즉, 자석이 있는 부근에서는 1로 자석이 없는 부분에서는 0으로 출력함으로써 회전자의 위치를 검출하는 방식이다. 이러한 자기식엔코더에 따르면 광학식엔코더와는 달리 온도조건과 내환경성이 강하다는 장점이 있으나 분해능이 낮다는 문제점이 있다.

다음, 레졸버는 회전트랜스를 이용하여 절대위치를 검출하는 방식으로써, 광학식엔코더 및 자기식엔코더에 비하여 온도조건 및 내환경성에 강하며 분해능이 높다는 장점이 있으나, 회전자의 위치를 검출하기 위해서는 회전트랜스로부터 입력된 신호를 필터링한 후 복잡한 신호처리 과정을 거쳐야 하는 문제점이 있다.

따라서 최근에는 온도 및 내환경성이 우수하며 복잡한 신호처리가 필요치 않는 리니어홀센서를 이용한 절대위치 검출 방식이 적극 활용되고 있는바, 리니어홀센서를 이용한 회전자 절대위치 감지는 모터의 회전자 하단에 중심선을 기준으로 극이 나뉜 영구자석; 영구자석의 중심을 벗어난 위치에 영구자석면으로부터 소정 간격만큼 떨어져 90도 각도를 이룬 채 설치되며, 상기 자성체의 회전에 의해 사인파형태로 변화되는 자기장을 근사화하여 감지신호를 출력하는 2개의 리니어홀센서 및 2개의 리니어홀센서와 연결되며, 근사화된 감지신호를 입력받아 미리정해진 아크탄젠트 알고리즘에 적용하여 회전자의 절대위치를 획득하는 제어부를 포함하여 이루어진 회전자 절대위치 검출장치로 달성된다.

따라서, 제어부는 리니어홀센서로부터 근사화된 감지신호를 입력받아 아크탄젠트 알고리즘을 통하여 회전자의 절대위치를 획득하게 된다.

그러나 종래 리니어홀센서를 이용한 회전자 절대위치 검출장치에 따르면, 내 구 및 내환경성이 강하며, 복잡한 신호처리가 필요하지 않다는 장점이 있는 반면에 영구자석의 회전으로 인해 발생되는 자기장의 변화를 사인파형태로 근사화하기 위한 고가의 근사화회로가 필요한 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 회전자가 회전할 때 사인파 형태로 변화되는 자기장의 최대, 최소 및 중간값을 근거로 직선형태의 근사화된 감지신호를 출력하는 2개의 3상태 리니어홀센서를 이용하여 회전자의 절대위치를 획득하는 모터의 회전자자 절대위치 획득장치을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모터의 회전자 절대위치 획득장치는 모터의 회전자 하단에 구비되며, 중심선을 기준으로 극이 나뉜 영구자석; 상기 영구자석의 중심을 벗어난 위치에 영구자석면으로부터 소정 간격만큼 떨어져 90도 각도를 이룬 채 설치되며, 상기 자성체의 회전에 의해 사인파형태로 변화되는 자기장의 최고, 최저 및 중간 값을 근거로 직선형태의 근사화된 감지신호를 출력하는 2개의 3상태 리니어홀센서 및 상기 2개의 3상태 리니어홀센서와 연결되며, 상기 근사화된 감지신호를 입력받아 미리정해진 아크탄젠트 알고리즘에 적용하여 회전자의 절대위치를 획득하는 제어부를 포함하여 이루어진 모터의 회전자 절대위치 획득장치를 제공한다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터의 회전자 절대위치 획득장치에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 모터의 절대위치 획득장치를 개략적으로 보인 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 절대위치 획득장치(110)는 모터(100)의 회전자(120)축에 설치된 제1영구자석(111)과 제2영구자석(112) 및 2개의 영구자석(111)(112) 사이에 소정 거리만큼 이격되어 서로 90도 위상차가 발생하도록 설치된 2개의 리니어홀센서(113),(115)를 포함하여 이루어진다.

따라서 회전자(120)가 회전함에 따라 2개의 영구자석(111)(112)도 회전하며, 영구자석(111)의 회전으로 인해 변화되는 사이파 형태의 자기장은 2개의 3상태 리니어홀센서(113),(115)에 의해 선형적인 신호로 변환된다.

도 2는 본 발명에 따른 영구자석의 회전에 의해 3상태 리니어홀센서에서 출력되는 신호그래프이다.

도 2에 도시된 바와 같이 영구자석(111)(112)의 회전에 의해 3상태 리니어홀센서(113)(115)에서 출력되는 신호그래프는 영구자석(111)(112)이 0deg에서 360deg까지 회전함에 따라 사인파 형태로 변화하는 자기장의 최대, 최소 및 중간값을 연결하는 선형 감지신호 즉, 삼각파 형태를 갖게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 90도 각도로 설치된 2개의 3상태 리니어홀센서로부터 출력되는 신호그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이 90도 각도로 설치된 2개의 3상태 리니어홀센서(113)(115)로부터 출력되는 신호그래프는 서로 90위상차를 갖는 두개의 삼각파 (g1)(g2) 형태를 갖게 된다.

도 4는 본 발명에 따라 도 3의 신호를 미리 정해진 아크탄젠트 알고리즘에 적용한 결과를 도시한 그래프인바, 3상태 리니어홀센서(113)(115)로부터 출력되는 감지신호(g1)(g2)를 입력 받은 제어부(미도시)는 입력된 감지신호(g1)(g2)를 미리 정해진 아크탄젠트(arctan) 알고리즘에 적용하여 도 4와 같은 출력신호를 얻은 후 이 출력신호를 확인함으로써 회전자(120)의 절대위치를 획득하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 모터의 회전자 절대위치 획득방법의 흐름도이다.

먼저 단계 S11은 회전자(120)의 회전에 따른 영구자석(111)(112)의 회전에 의해 사인파형태로 변화되는 자기장의 최고, 최저 및 중간 값을 근거로 직선형태의 근사화된 감지신호를 출력하는 2개의 3상태 리니어홀센서(113)(115)로부터 감지신호를 입력받는 단계이며, 단계 S13은 입력된 감지신호를 미리 정해진 아크탄젠트 알고리즘에 적용하여 감지신호에 상응하는 측정각신호를 얻는 단계이다.

이후 단계 S15는 단계 S13에서 얻어진 측정각신호로부터 회전자(120)의 절대위치를 획득하는 단계이다.

한편, 본 상세한 설명에서는 영구자석이 2개인 경우를 설명하였지만 1개 이상의 영구자석이 구비되면, 본 발명의 실시가 가능할 것이다.

본 발명의 모터의 회전자 절대위치 획득장치은 전술한 실시예에 국한 되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 모터의 회전자 절대위치 획득장치에 따르면 회전자의 절대위치를 획득하기위한 회전자 회전 감지센서로 3상태 리니어홀센서를 이용함으로써, 제작비용을 절감하면서 높은 분해능과 우수한 온도조건, 내구성 및 내환경성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 모터의 회전자 하단에 구비되며, 중심선을 기준으로 극이 나뉜 영구자석;

   상기 영구자석의 중심을 벗어난 위치에 영구자석면으로부터 소정 간격만큼 떨어져 90도 각도를 이룬 채 설치되며, 상기 영구자석의 회전에 의해 사인파형태로 변화되는 자기장의 최고, 최저 및 중간 값을 근거로 직선형태의 근사화된 감지신호를 출력하는 2개의 3상태 리니어홀센서 및

   상기 2개의 3상태 리니어홀센서와 연결되며, 상기 근사화된 감지신호를 입력받아 미리정해진 아크탄젠트 알고리즘에 적용하여 회전자의 절대위치를 획득하는 제어부를 포함하여 이루어진 모터의 회전자 절대위치 획득장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 영구자석은 2개이며, 상기 2개의 3상태 리니어홀센서는 상기 2개의 영구자석 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 모터의 회전자 절대위치 획득장치.

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