KR20130057335A - Commutation signal detecting device and an encoder using the same - Google Patents

Commutation signal detecting device and an encoder using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20130057335A
KR20130057335A KR1020110123189A KR20110123189A KR20130057335A KR 20130057335 A KR20130057335 A KR 20130057335A KR 1020110123189 A KR1020110123189 A KR 1020110123189A KR 20110123189 A KR20110123189 A KR 20110123189A KR 20130057335 A KR20130057335 A KR 20130057335A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
encoder
motor
magnetic pole
angle
signal
Prior art date
Application number
KR1020110123189A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101345305B1 (en
Inventor
김진성
김주한
정연욱
Original Assignee
주식회사 트론
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 트론 filed Critical 주식회사 트론
Priority to KR1020110123189A priority Critical patent/KR101345305B1/en
Publication of KR20130057335A publication Critical patent/KR20130057335A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101345305B1 publication Critical patent/KR101345305B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination

Abstract

PURPOSE: A magnetic pole detecting element and an encoder using the same are provided to compatibly apply to a motor having various poles by providing the number of the pole of the motor to a firmware applied to the magnetic pole detecting element. CONSTITUTION: An encoder comprises an encoder element(110), a communication unit(120), and a magnetic pole detecting element(130). The encoder element generates encoder signals indicating rotation positions. The communication unit is respectively connected to the encoder element and the magnetic pole detecting element, thereby transceiving the data between the both elements. The magnetic pole detecting element connected to a pole number setting terminal(140) of a motor receives the encoder signals from the encoder element and generates magnetic pole detecting signals. The magnetic pole detecting element is utilized by being selected from a FPGA(Field-Programmable Gate Array) chip, an ASIC(Application-Specific Integrated Circuit) chip, or a microprocessor chip.

Description

자극 검출 소자 및 이를 이용한 엔코더 {Commutation signal detecting device and an encoder using the same}Stimulation detection device and encoder using the same {Commutation signal detecting device and an encoder using the same}

본 발명은 자극 검출 소자 및 이를 이용한 엔코더(encoder)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제어 시스템에서 모터 회전 위치 판단을 위해 사용되는 자극 검출 신호(통상적으로 U, V, W 신호)를 생성하는 자극 검출 소자와, 저렴하여 보편적으로 널리 사용되는 A, B, Z상 신호가 출력되는 증분형 엔코더 또는 절대 위치각을 출력하는 절대형 엔코더 회로에 상기 자극 검출 소자를 부가한 엔코더를 구현하여, 서보 시스템 제어용 센서로 활용될 수 있도록 하려는 것이다. The present invention relates to a magnetic pole detection element and an encoder using the same, and more particularly, magnetic pole detection for generating a magnetic pole detection signal (typically U, V, W signals) used for determining a motor rotation position in a control system. Implement the element and the encoder which adds the stimulus detection element to the incremental encoder which outputs A, B, Z phase signals which are widely used at low cost, and the absolute encoder circuit which outputs the absolute position angle. It is intended to be used as a sensor.

서보 제어 시스템에 있어서, 위치제어를 위해 회전하는 모터의 위치를 검출하는 장치를 엔코더(encoder)라 하고, 속도제어를 위해서는 속도센서로 속도를 측정하거나 또는 엔코더로부터 측정된 위치 정보를 이용하여 제어기 내부에서 속도를 산출하기도 한다. 이와 같이 엔코더는 로봇, 수치제어 공작기계 등을 비롯한 산업용 기기의 위치 또는 속도 제어하는 서보 시스템에 회전하는 모터의 위치를 센싱하여 제공하는 핵심 부품이다.In the servo control system, an apparatus for detecting the position of a rotating motor for position control is called an encoder, and for speed control, the speed is measured by a speed sensor or by using position information measured from an encoder. The speed is also calculated from. As such, the encoder is a core component that senses and provides the position of a rotating motor to a servo system that controls the position or speed of industrial equipment including robots, numerically controlled machine tools, and the like.

엔코더는 일반적으로 광학식, 자기식, 유도식으로 구분할 수 있지만, 본 발명과 연관된 엔코더는 방식에 관계없이 모든 엔코더에 적용이 되는 기술이라 할 수 있다. Although encoders can be generally classified into optical, magnetic and inductive methods, the encoders related to the present invention can be referred to as a technology applied to all encoders regardless of the method.

이해를 돕기 위해 광학식 엔코더의 경우 예를 들면, 기본적인 구조는 발광소자에서 나오는 빛이 회전 격자를 통과하고 수광소자에서 회전 격자를 통과한 빛의 단속을 검출한다. 회전격자는 모터의 축에 관통 설치된 유리로 된 원판에 등간격으로 슬릿이 형성되어 있어서, 모터의 회전에 따라 회전격자가 회전하면서 빛의 단속이 일어나서 결과적으로 수광소자에서는 아날로그 형태의 신호가 나타난다. For the sake of understanding, in the case of the optical encoder, for example, the basic structure detects the interruption of light passing through the rotating grating from the light emitting element and passing through the rotating grating in the light receiving element. The rotating lattice has slits formed at equal intervals on a glass plate installed on the shaft of the motor. As the rotating lattice rotates with the rotation of the motor, light interruptions occur, resulting in an analog signal in the light receiving element.

한편, 광학식 엔코더는 증분형(incremental)과 절대형(absolute)으로 분류할 수 있는데, 도 1은 일반 위치 센서용으로 제어 시스템에서 사용되는 증분형 엔코더의 구조를 표시하고 있다. On the other hand, optical encoders can be classified into incremental and absolute types. FIG. 1 shows the structure of an incremental encoder used in a control system for a general position sensor.

도시된 바와 같이 증분형 엔코더는 서로 일정한 간격으로 이격되어 발생되는 A, B 출력과 모터 1회전에 한번씩 생성되는 Z 출력을 가진다. 즉 발광소자(1)로부터 투사된 광선은 회전디스크(2)의 슬릿(3)을 통과한 뒤 고정 슬릿판(4)의 A, B, Z 에 해당하는 각각의 슬릿(6, 7, 8)을 통과하여 A, B, Z의 수광소자(5)에서 검출된다. 고정 슬릿판(4)상의 A, B의 슬릿은 90도의 위상차를 갖도록 배치되어 있으며, 파형이 정비된 전기적 신호 출력도 90도 위상차를 갖는 구형파를 나타낸다. Z상은 엔코더의 1회전을 의미하는 구형파를 출력한다.As shown, the incremental encoders have A and B outputs generated at regular intervals from each other and a Z output generated once per motor revolution. That is, the light beam projected from the light emitting element 1 passes through the slit 3 of the rotating disk 2 and then each of the slits 6, 7, 8 corresponding to A, B, Z of the fixed slit plate 4. It passes through and is detected by the light receiving elements 5 of A, B, and Z. The slits of A and B on the fixed slit plate 4 are arranged to have a phase difference of 90 degrees, and an electric signal output with a waveform maintained also represents a square wave having a phase difference of 90 degrees. The Z-phase outputs a square wave representing one revolution of the encoder.

한편, 절대형 엔코더는 증분형과 동일한 구성 및 신호 발생 방식을 갖는다. 하지만 절대형 엔코더는 회전 디스크의 슬릿이 증분형 엔코더의 경우와는 다른게 배열되는데, 2진 부호열로 슬릿이 형성되어, 회전 디스크의 바깥 둘레를 최하위 비트로 하고 중심을 향하여 필요한 비트(행) 수만큼의 슬릿이 동심원상으로 배치되어 있다. 따라서 비트 수에 따른 수광소자가 존재하며 최종적으로 회전축의 위치를 2진 또는 2진화 10진수 등의 부호로 발생한다.On the other hand, the absolute encoder has the same configuration and signal generation scheme as the incremental. In absolute encoders, however, the slit of the rotating disk is arranged differently than that of the incremental encoder. The slit is formed by a binary code string, so that the outer circumference of the rotating disk is the least significant bit and the required number of bits (rows) toward the center. Slits are arranged concentrically. Therefore, there is a light receiving element according to the number of bits, and finally the position of the rotation axis is generated by a sign such as binary or binary decimal number.

따라서 증분형 엔코더와 절대형 엔코더는 각기 다른 장단점을 가지게 되는데, 증분형 엔코더는 구조가 간단하고 가격이 싸며, 출력 신호를 전달하는 전선의 수도 적어서 신호전달이 간단하다. 하지만 증분형 엔코더의 출력펄스는 축의 회전위치의 절대치를 나타내지 않고, 축이 회전한 각도에 비례한 펄스 수가 얻어지는 것으로, 제어기는 엔코더 출력펄스를 카운터에 축적하여 회전량을 계수하고 결과적으로 이동량을 산출한다. 회전량이 연속적으로 계수되기 때문에 신호 전달 중의 잡음방지 대책을 가져야 한다. 또 전원이 끊어진 경우에는 다시 전원을 투입하여도 원래 위치의 표시는 불가능하게 된다. Therefore, incremental encoders and absolute encoders have different advantages and disadvantages. Incremental encoders are simple in structure, inexpensive, and have a small number of wires that transmit output signals. However, the output pulse of the incremental encoder does not represent the absolute value of the rotational position of the shaft, and the number of pulses proportional to the angle of rotation of the shaft is obtained.The controller accumulates the encoder output pulse on the counter to count the rotation amount and consequently calculates the movement amount. do. Since the amount of rotation is counted continuously, anti-noise measures must be taken during signal transmission. If the power is cut off, the original position cannot be displayed even if the power is turned on again.

반면에, 절대형 엔코더는 명칭 그래도 입력 축의 절대 위치를 검출할 수 있기 때문에 신호 전송 중에 발생하는 잡음 등에 의한 오차가 누적되지 않으며, 또 전원이 단절되어 재 투입되는 경우에도 증분형과 같이 원래의 위치를 잃어버리지 않고 정상적으로 올바른 현재 위치를 검출할 수 있다. 단점으로는 비트 수가 많아지면 출력 신호선의 수가 많아져서 구조상 소형화, 저가격화가 어렵다는 것을 들 수 있다.On the other hand, since the absolute encoder can detect the absolute position of the input shaft, the error due to noise generated during signal transmission does not accumulate, and even when the power is disconnected and re-input, the original position as the incremental type is used. It is possible to detect the correct current position normally without losing. The disadvantage is that as the number of bits increases, the number of output signal lines increases, making it difficult to miniaturize and lower the cost.

이러한 엔코더를 센서로 채용하여 다양한 종류의 모터를 제어하는 시스템에 있어서, 모터의 기동시에 모터 자극의 위치를 판단해야 하는 경우가 있으며, 또한 모터 회전시 불규칙이 없이 회전하기 위해 자극 위치를 검출하여 그 위치에 맞는 전류를 흘려야 하는데, 앞에서 살펴본 바와 같이 일반적인 엔코더는 자극을 검출하는 검출 기능이 없이 제공되기 때문에, 모터 제어를 위해 모터 자석의 위치를 인식할 수 있는 신호가 부가적으로 필요하게 된다.In a system for controlling various types of motors using such an encoder as a sensor, it is sometimes necessary to determine the position of the motor magnetic pole when the motor is started, and to detect the magnetic pole position in order to rotate without irregularities when the motor is rotated. As described above, since a general encoder is provided without a detection function for detecting a magnetic pole, a signal capable of recognizing the position of the motor magnet is additionally required for motor control.

이러한 엔코더의 문제점을 해결하기 위해 KR 10-0170331(삼성전자, 선행기술 1), KR 10-0153641(효성중공업, 선행기술 2), 그리고 KR 10-0293380(강석희, 선행기술 3) 등의 다양한 선행기술이 출원 등록되었다. 하지만 선행기술 1의 경우에는 증분형 엔코더 칩에 자극검출신호 (U, V, W)가 출력되는 회로를 포함시켜, 상기 출력정보를 바탕으로 위치를 검출하는 방식으로, 복잡한 부가 회로의 채용으로 그 가격이 대단히 높은 편이다. 한편, 선행기술 2의 경우에는 특정의 논리회로를 사용하여 정방향시 및 역방향시의 Z상 신호를 생성하고, 정 역 신호의 카운트 값과 엔코더 펄스의 카운트 값으로 회전자의 위치를 판별하는 방식을 채용하고 있다. 그리고 선행기술 3의 경우에는 별도의 센서도그 및 센서를 설치하고 상기 센서도그의 각 구간 길이 및 각 구간의 Z상 펄스 수와 옵셋값을 이용하여 현재의 위치를 얻는 방식이다.In order to solve the problems of the encoder, various prior arts such as KR 10-0170331 (Samsung Electronics, Prior Art 1), KR 10-0153641 (Hyosung Heavy Industries, Prior Art 2), and KR 10-0293380 (Kang Seok-hee, Prior Art 3) The technology has been filed for registration. However, in the case of the prior art 1, a circuit in which the stimulus detection signals (U, V, W) are output to the incremental encoder chip is included, and the position is detected based on the output information. The price is very high. On the other hand, in the case of the prior art 2, a specific logic circuit is used to generate a Z-phase signal in the forward and reverse directions, and to determine the position of the rotor using the count value of the reverse signal and the count value of the encoder pulse. I adopt it. In the case of the prior art 3, a separate sensor dog and a sensor are installed, and the current position is obtained by using the length of each section of the sensor dog, the number of Z phase pulses and the offset value of each section.

결과적으로 상기의 선행기술의 경우, 고가의 엔코더 칩을 사용하여 UVW신호를 얻거나, 별도의 복잡한 논리회로를 다수 채용하거나 또는 별도의 센서 및 센서도그를 사용하여 모터의 현재 위치를 얻는 방법을 구현하고 있으나, 종래에 다수 사용되는 엔코더에 비하여 상당히 고가이며 또한 다양한 논리용 하드웨어를 사용함으로써 그 구성도 복잡한 상태이다.
As a result, in the prior art, a method of obtaining a UVW signal using an expensive encoder chip, employing a large number of separate complicated logic circuits, or using a separate sensor and sensor dog to implement a method of obtaining a current position of a motor. However, it is considerably more expensive than conventionally used encoders, and its configuration is complicated by using various logic hardware.

본 발명은 기존의 저가의 엔코더를 활용하여 서보 제어용 엔코더로서의 기능을 갖추기 위한 실용적인 장치를 제공하기 위해 출원된 것이다. The present invention has been filed to provide a practical device for having a function as an encoder for servo control by utilizing an existing low cost encoder.

즉, 자극 검출용 소자를 구현하여 일반 산업용 센서로 널리 사용되는 일반적인 엔코더 회로에 상기 자극 검출용 소자를 부가하여, 서보 제어를 가능하게 하는 서보용 엔코더를 구현하는 목적을 가진 발명이다.That is, the present invention has an object of implementing an encoder for servo that enables servo control by adding an element for detecting a stimulus to a general encoder circuit widely used as a general industrial sensor by implementing an element for detecting a stimulus.

또한 본 발명은 자극 검출 소자에 이식되는 펌웨어를 이용하여 모터의 극수와 자극 검출용 신호가 상호 연동되도록 하여 다양한 종류의 모터 제어에 사용될 수 있도록 하려는 목적을 가진다. In addition, the present invention has an object to use the firmware to be implanted in the stimulus detection element to be used in various types of motor control by allowing the number of poles of the motor and the signal for stimulus detection to interwork with each other.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 모터의 회전위치를 검출하는 센서인 엔코더 소자로부터 회전위치 신호를 전달받아서 자극 검출용 신호를 생성하는 자극 검출 소자가 구비된다.In order to achieve the object of the present invention, there is provided a magnetic pole detection element for generating a magnetic pole detection signal by receiving the rotational position signal from the encoder element which is a sensor for detecting the rotational position of the motor.

또한 엔코더는, 회전 위치를 나타내는 각상의 엔코더 신호를 생성하는 엔코더 소자; 상기 엔코더 소자와 하기 자극 검출 소자에 각각 구현되어 상기 양 소자 간에 데이터를 송수신할 수 있도록 구비된 통신 수단; 및 모터 극 수 세팅 단자와 연결되어 모터 극수를 입력받고 엔코더 소자로부터 신호를 전달받아, 자극 검출 신호를 생성하는 자극 검출 소자;로 구성되는 점을 특징으로 한다. The encoder further comprises: an encoder element for generating an encoder signal for each phase indicating a rotation position; Communication means implemented in each of the encoder element and the following magnetic pole detection element, the communication means being configured to transmit and receive data between the two elements; And a stimulus detection element connected to the motor pole number setting terminal to receive the number of motor poles and receive a signal from the encoder element to generate a stimulus detection signal.

또한 상기 자극 검출 소자는 FPGA 칩, ASIC 칩, 또는 마이크로프로세서 칩 중에서 선택되어 사용되며, 상기 자극 검출 소자의 자극 검출 신호는 사용되는 모터의 극 수에 연동된다. 또한 상기 통신 수단은 직렬(serial) 통신 방식이 채용된 점을 특징으로 한다.In addition, the stimulus detection element is selected from among an FPGA chip, an ASIC chip, or a microprocessor chip, and the stimulus detection signal of the stimulus detection element is linked to the number of poles of the motor used. In addition, the communication means is characterized in that the serial communication scheme is adopted.

더 나아가서, 상기 자극 검출 소자는 극 수 세팅 단자로부터 모터의 극수를 입력받고, 통신수단을 통해 전달된 엔코더 펄스로부터 기계각을 연산하고, 상기 기계각과 상기 모터 극수로부터 전기각을 환산한 후, 상기 전기각을 이용하여 자극 검출 신호를 생성하는 수단을 포함하여 구성되는데, 기계각으로부터 환산되는 전기각은 [기계각 * 극수 / 2] mod 360 로 정의되는 점을 특징으로 한다.Further, the magnetic pole detecting element receives the number of poles of the motor from the pole number setting terminal, calculates the machine angle from the encoder pulse transmitted through the communication means, converts the electric angle from the machine angle and the number of motor poles, It comprises a means for generating a stimulus detection signal using the electric angle, characterized in that the electric angle converted from the machine angle is defined as [machine angle * number of poles / 2] mod 360.

결과적으로 상기 전기각으로부터 환산되는 자극 검출 신호는 특정의 전기각의 크기에 따라 각각 대응되는 U, V, 및 W 신호가 생성된다.As a result, the stimulus detection signals converted from the electric angles generate corresponding U, V, and W signals, respectively, according to the magnitude of the specific electric angle.

본 발명은 일반 산업용 제어 시스템에 널리 사용되는 위치센서인 저가형 엔코더에 자극 검출용 소자를 부가한 엔코더를 구현함으로써, 구조가 간단하고 저렴한 엔코더를 구현하는 효과를 가진다. The present invention implements an encoder in which a stimulus detection element is added to a low-cost encoder which is a position sensor widely used in a general industrial control system, thereby implementing an encoder having a simple structure and a low cost.

또한 본 발명은 사용하는 모터의 극 수를 자극 검출용 소자에 이식되는 펌웨어에 제공함으로써, 다양한 극 수를 갖는 모터에 호환적으로 사용할 수 있고, 다양한 종류에 적용할 수 있는 유연성 및 편리성을 극대화하는 효과도 가진다. In addition, the present invention provides the number of poles of the motor to be used in the firmware to be implanted in the element for detecting the stimulus, it can be used interchangeably with a motor having a variety of poles, maximizing flexibility and convenience that can be applied to various types It also has the effect.

도 1은 서보 제어 시스템에 사용되는 광학식 엔코더의 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 엔코더의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 자극 검출 소자에서 자극 검출 신호를 생성하는 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 자극 검출 소자에서 연산되는 기계각과 전기각의 관계를 보여주는 도면.
도 5는 전기각을 기준으로 연산되어 형성된 U, V, W 자극 검출 신호
1 is a structural diagram of an optical encoder used in a servo control system.
2 is a block diagram of an encoder according to the present invention.
3 is a flowchart for generating a stimulus detection signal in the stimulus detection device according to the present invention.
4 is a view showing the relationship between the mechanical angle and the electrical angle calculated in the magnetic pole detection element according to the present invention.
5 is a U, V, W stimulus detection signal calculated and formed based on the electrical angle

상기의 언급된 문제점은 본 발명의 개선된 엔코더에 의해 해결된다. 이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 기술하면 다음과 같다.
The above mentioned problem is solved by the improved encoder of the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 엔코더의 구성도이다.2 is a block diagram of an encoder according to the present invention.

도시된 바와 같이 모터의 회전위치를 검출하는 센서인 엔코더 소자(110)로부터 회전위치 신호를 전달 받아서 자극 검출용 신호를 생성하는 자극 검출 소자(130)가 구비되어 있다.As illustrated, a stimulus detection device 130 is provided to generate a stimulus detection signal by receiving a rotational position signal from an encoder element 110 which is a sensor for detecting a rotational position of a motor.

즉, 서보 제어 시스템에 사용되는 엔코더는 엔코더 소자(110), 통신수단(120) 및 자극 검출 소자(130)로 구성되어 진다.That is, the encoder used in the servo control system is composed of an encoder element 110, a communication means 120, and a stimulus detection element 130.

상기 엔코더 소자(110)는 각각의 A상(151), B상(152), Z상(153)의 엔코더 펄스 신호를 생성한다. 상기의 엔코더 소자(110)는 반도체 칩으로 대량 생산되어 대다수의 엔코더에서 공통적으로 사용되고 있다.The encoder element 110 generates an encoder pulse signal of each of the A phase 151, the B phase 152, and the Z phase 153. The encoder element 110 is mass produced as a semiconductor chip and is commonly used in most encoders.

한편, 상기 통신 수단(120)은 상기 엔코더 소자(110)와 하기 자극 검출 소자(130)에 각각 구현되어 상기 양 소자 간에 데이터를 송수신할 수 있도록 구비되는데, 상기 엔코더 소자(110)에서 생성된 절대 위치 값이 상기 통신 수단(120)을 통해 전송된다. 바람직하게는 상기 통신 수단(120)은 시리얼(serial) 통신 방식으로 통신하는 점을 특징으로 한다.On the other hand, the communication means 120 is implemented in each of the encoder element 110 and the following magnetic pole detection element 130 is provided to transmit and receive data between the two elements, the absolute generated by the encoder element 110 The location value is transmitted via the communication means 120. Preferably, the communication means 120 is characterized in that the communication in the serial (serial) communication method.

상기 자극 검출 소자(130)의 경우는 모터 극(pole) 수 세팅 단자(140)으로부터 데이터를 입력받을 있도록 직접 연결되고, 상기의 엔코더 소자(110)로부터 생성된 위치 정보를 통신수단(120)을 통해 전달받아, 최종적으로 자극 검출 신호 U(171), V(172), W(173)을 생성한다.The magnetic pole detection element 130 is directly connected to receive data from the number of terminals of the motor poles 140, and communicates the position information generated from the encoder element 110 with the communication means 120. The stimulus detection signals U (171), V (172), and W (173) are finally generated.

상기 자극 검출 소자(130)는 기존의 엔코더 소자(110)에 부가적으로 연결되는 하드웨어 소자로서, 자극 검출 신호를 생성하는 펌웨어(firmware)가 탑재된 FPGA 칩(chip) 또는 전용의 ASIC 칩을 사용할 수 있으며, 한편으로는 저가형의 마이크로프로세서의 내부 메모리에 자극 검출 신호 생성 알고리즘을 프로그래밍하여 사용할 수도 있다.
The stimulus detection device 130 is a hardware device additionally connected to the existing encoder device 110, and may use an FPGA chip or a dedicated ASIC chip equipped with firmware for generating a stimulus detection signal. On the other hand, a stimulus detection signal generation algorithm may be programmed and used in the internal memory of a low-cost microprocessor.

도 3은 본 발명에 따른 엔코더의 자극 검출 소자(130)에서 자극 검출 신호를 생성하는 순서도이다.3 is a flowchart of generating a stimulus detection signal in the stimulus detection element 130 of the encoder according to the present invention.

상기 자극 검출 소자가 수행하는 자극 검출 신호 생성 방법은 다음과 같이 요약될 수 있다. 즉, 극 수 세팅 단자로부터 모터의 극수를 입력받고, 통신수단을 통해 전달된 신호로부터 기계각을 연산하고, 상기 기계각과 상기 모터 극수로부터 전기각을 환산한 후, 상기 전기각을 이용하여 자극 검출 신호를 생성한다.
A method of generating a stimulus detection signal performed by the stimulus detection element can be summarized as follows. That is, the pole number of the motor is input from the pole number setting terminal, the machine angle is calculated from the signal transmitted through the communication means, the electric angle is converted from the machine angle and the number of motor poles, and the magnetic pole is detected using the electric angle. Generate a signal.

우선 전원이 투입되면 시스템 초기화가 진행되어 전역변수 또는 지역변수들이 리셋되어 탑재된 연산 수단이 구동될 준비를 한다(S210).
First, when the power is turned on, the system initialization proceeds and global variables or local variables are reset to prepare the on-board calculation means to be driven (S210).

본 발명에 따른 엔코더 장치에는 모터 극(pole) 수 세팅 단자(140)가 구비되어 있는데, 이 단자를 스캔하여 해당 레지스터의 값을 읽어 들여 엔코더가 사용되는 모터의 극 수를 인식한다(S220).
The encoder device according to the present invention includes a motor pole number setting terminal 140, and scans the terminal to read the value of the corresponding register to recognize the number of poles of the motor in which the encoder is used (S220).

다음 단계는 통신 포트(120)를 통해 입력된 엔코더 신호로부터 기계각을 인식한다(S230). 기계각은 통상 비반전 이진코드(Non Inverted Binary Code)의 형태를 가지며, 작게는 8비트에서 많게는 수십 비트까지의 정보로 표시가 가능하다.
The next step is to recognize the machine angle from the encoder signal input through the communication port 120 (S230). The machine angle is usually in the form of a non-inverted binary code, and can be represented by information from as small as 8 bits to as many as tens of bits.

도 4는 기계각과 전기각의 관계를 보여주는 도면으로, 기계각은 실제 기계상의 각도를 의미하는 것으로 1회전에 360도의 각도를 가지며, 전기각은 모터에 장착된 자석의 극 수에 따라 다르게 결정지어 진다. 4 is a view showing the relationship between the mechanical angle and the electrical angle, the mechanical angle means the actual mechanical angle having an angle of 360 degrees in one rotation, the electrical angle is determined differently depending on the number of poles of the magnet mounted on the motor Lose.

즉, 8극 모터의 경우에는 8개의 자석(4쌍의 N/S 자석)이 설치되어 있는데, 이를 선형으로 펼치면 도 4에 보인 바와 같이 모터 1회전에 N극 및 S극이 360도 각도로 4번 반복되는 전기각이 형성되고, 모터 축 1회전에 의해 360도 회전하는 기계각이 각각 정의된다.That is, in the case of an 8-pole motor, eight magnets (four pairs of N / S magnets) are installed, and when they are unfolded linearly, as shown in FIG. An electric angle that is repeated once is formed, and a mechanical angle that rotates 360 degrees by each rotation of the motor shaft is defined.

상기의 전기각과 기계각과의 관계를 수식으로 정리하면 다음과 같다.The relationship between the electrical angle and the mechanical angle is summarized as follows.

2극 모터의 경우, 전기각과 기계각은 일치한다. 따라서 전기각 = 기계각.For two-pole motors, the electrical and mechanical angles coincide. Thus electrical angle = mechanical angle.

4극 모터의 경우, 전기각 = [기계각 * 2] mod 360.For 4-pole motors, electrical angle = [machine angle * 2] mod 360.

6극 모터의 경우, 전기각 = [기계각 * 3] mod 360.For 6-pole motors, electrical angle = [machine angle * 3] mod 360.

8극 모터의 경우, 전기각 = [기계각 * 4] mod 360.For 8-pole motors, electrical angle = [machine angle * 4] mod 360.

N극 모터의 경우, 전기각 = [기계각 * N/2] mod 360 으로 정의된다.For N-pole motors, electrical angle = [machine angle * N / 2] mod 360 is defined.

따라서 상기의 모터 극 수 세팅 단자(140)에서 읽어 들인 모터 극 수와, S230단계에서 연산된 기계각을 이용하여 전기각을 계산할 수 있다(S240).
Therefore, the electric angle can be calculated using the motor pole number read from the motor pole number setting terminal 140 and the mechanical angle calculated in step S230 (S240).

최종단계는 상기에서 연산된 전기각을 이용하여 U(171), V(172), W(173) 신호를 생성한다(S250).The final step generates a U (171), V (172), W (173) signal using the electrical angle calculated above (S250).

도 5는 연산된 전기각을 기준으로 연산되어 형성된 U, V, W 자극 검출 신호를 보이고 있는데, 상기 자극 검출 신호는 전단계에서 연산된 전기각을 다음의 판별 조건으로 연산하여 생성한다.FIG. 5 shows U, V, and W stimulus detection signals that are calculated based on the calculated electric angles. The stimulus detection signals are generated by calculating the electric angles calculated in the previous step as the following determination condition.

전기각이 (0~180)이면, U상--->HighIf electric angle is (0 ~ 180), U phase ---> High

전기각이 (!(0~180))이면, U상--->LowIf electrical angle is (! (0 ~ 180)), U phase ---> Low

전기각이 (120~300)이면, V상--->HighIf electric angle is (120 ~ 300), V phase ---> High

전기각이 (!(120~300))이면, V상--->LowIf electrical angle is (! (120 ~ 300)), V phase ---> Low

전기각이 (!(60~240))이면, W상--->HighIf electric angle is (! (60 ~ 240)), W phase ---> High

전기각이 (60~240)이면, W상--->LowIf electric angle is (60 ~ 240), W phase ---> Low

따라서 U, V, W 신호는 상기 (S230) 내지(S250) 단계를 입력되는 기계각의 변화에 따라 반복함으로써 도 5에 도시된 연속적인 U, V, W 파형이 형성된다.
Accordingly, the U, V, and W signals are repeated in steps S230 to S250 according to the change in the input machine angle, thereby forming the continuous U, V, and W waveforms shown in FIG. 5.

결과적으로 상기 전기각으로부터 환산되는 자극 검출 신호는 특정의 전기각의 크기에 따라 각각 대응되는 U, V, 및 W 신호가 생성되는 점을 알 수 있으며, 상기 자극 검출 소자의 자극 검출 신호는 사용되는 모터의 극 수에 연동되어 계산되는 점을 알 수 있다.As a result, the stimulus detection signal converted from the electric angle can be seen that the corresponding U, V, and W signals are generated according to the magnitude of a specific electric angle, and the stimulus detection signal of the stimulus detection element is used. It can be seen that it is calculated in conjunction with the number of poles of the motor.

이상의 과정과 같이 종래의 엔코더에 U, V, W 신호를 생성하는 자극 검출 소자를 부가하여 기존의 저가형 엔코더를 활용하여 제어용 엔코더를 구현하는 점이 가능해 진다. As described above, it is possible to implement a control encoder by utilizing a conventional low-cost encoder by adding a stimulus detection element that generates U, V, and W signals to a conventional encoder.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 엔코더는 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.As described above, the encoder according to the present invention is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is understood that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art to which the invention pertains.

1: 발광소자 2:회전 디스크
3: 슬릿 4: 고정 슬릿판
5: 수광소자 6,7,8: 광 슬릿
110: 엔코더 소자 120: 통신 수단
130: 자극 검출 소자 140: 모터 극 수 세팅 단자
1: light emitting element 2: rotating disk
3: slit 4: fixed slit plate
5: light receiving element 6,7,8: optical slit
110: encoder element 120: communication means
130: magnetic pole detection element 140: motor pole number setting terminal

Claims (9)

센서 소자에 있어서,
모터의 회전위치를 검출하는 센서로부터 회전위치 신호를 전달 받아서 자극 검출용 신호를 생성하는 자극 검출 소자.
In the sensor element,
A magnetic pole detection element for generating a magnetic pole detection signal by receiving a rotational position signal from a sensor for detecting the rotational position of the motor.
제 1항에 있어서
상기 자극 검출용 신호는 사용되는 모터의 극 수에 연동되는 점을 특징으로 하는 자극 검출 소자.
The method of claim 1, wherein
And the magnetic pole detection signal is linked to the number of poles of the motor to be used.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 자극 검출 소자는
FPGA 칩, ASIC 칩, 또는 마이크로프로세서 칩 중에서 선택되어 사용되는 점을 특징으로 하는 자극 검출 소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
The stimulus detection element
A stimulus detection device characterized in that it is selected from among an FPGA chip, an ASIC chip, or a microprocessor chip.
제어 시스템에 사용되는 엔코더에 있어서,
회전 위치를 나타내는 각상의 엔코더 신호를 생성하는 엔코더 소자;
상기 엔코더 소자와 하기 자극 검출 소자에 각각 연결되어 상기 양 소자 간에 데이터를 송수신할 수 있도록 구비된 통신 수단; 및
모터 극 수 세팅 단자와 연결되어 모터 극수를 입력받고 상기 엔코더 소자로부터 엔코더 신호를 전달받아 자극 검출 신호를 생성하는 자극 검출 소자;
로 구성되는 점을 특징으로 하는 엔코더.
In encoders used in control systems,
An encoder element for generating an encoder signal of each phase indicative of a rotation position;
Communication means connected to each of the encoder element and the following magnetic pole detection element so as to transmit and receive data between the two elements; And
A stimulus detection element connected to a motor pole number setting terminal to receive a motor pole and receive an encoder signal from the encoder element to generate a stimulus detection signal;
An encoder characterized by consisting of.
제 4항에 있어서,
상기 자극 검출 소자는
FPGA 칩, ASIC 칩, 또는 마이크로프로세서 칩 중에서 선택되어 사용되는 점을 특징으로 하는 엔코더.
5. The method of claim 4,
The stimulus detection element
An encoder characterized by being selected from an FPGA chip, an ASIC chip, or a microprocessor chip.
제 4항에 있어서,
상기 통신 수단은 직렬(serial) 통신 방식이 채용된 점을 특징으로 하는 엔코더.
5. The method of claim 4,
And said communication means employs a serial communication scheme.
제 4항에 있어서,
상기 자극 검출 소자는,
상기 극 수 세팅 단자로부터 모터의 극수를 입력받고, 상기 통신 수단을 통해 전달된 신호로부터 기계각을 연산하고, 상기 기계각과 상기 모터 극수로부터 전기각을 환산한 후, 상기 전기각을 이용하여 자극 검출 신호를 생성하는 수단을 포함하여 구성되어 있는 점을 특징으로 하는 엔코더.
5. The method of claim 4,
The stimulus detection element,
The pole number of the motor is input from the pole number setting terminal, the machine angle is calculated from the signal transmitted through the communication means, the electric angle is converted from the machine angle and the motor pole number, and the magnetic pole is detected using the electric angle. An encoder characterized in that it comprises a means for generating a signal.
제 7항에 있어서,
상기 기계각으로부터 환산되는 상기 전기각은
전기각 = [기계각 * 극 수 / 2] mod 360
로 정의되는 점을 특징으로 하는 엔코더.
8. The method of claim 7,
The electric angle converted from the machine angle is
Electric angle = [machine angle * number of poles / 2] mod 360
An encoder characterized by a point defined as.
제 7항에 있어서,
상기 전기각으로부터 환산되는 자극 검출 신호는 특정의 전기각의 크기에 따라 각각 대응되는 U, V, 및 W 신호가 생성되는 점을 특징으로 하는 엔코더.
8. The method of claim 7,
The stimulus detection signal converted from the electrical angle is characterized in that the corresponding U, V, and W signals are generated according to the size of a specific electrical angle.
KR1020110123189A 2011-11-23 2011-11-23 Commutation signal detecting device and an encoder using the same KR101345305B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110123189A KR101345305B1 (en) 2011-11-23 2011-11-23 Commutation signal detecting device and an encoder using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110123189A KR101345305B1 (en) 2011-11-23 2011-11-23 Commutation signal detecting device and an encoder using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130057335A true KR20130057335A (en) 2013-05-31
KR101345305B1 KR101345305B1 (en) 2013-12-27

Family

ID=48665090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110123189A KR101345305B1 (en) 2011-11-23 2011-11-23 Commutation signal detecting device and an encoder using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101345305B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108334001A (en) * 2018-03-22 2018-07-27 中国科学院西安光学精密机械研究所 A kind of Heidenhain absolute type encoder acquisition system
US10288452B2 (en) 2014-12-29 2019-05-14 The Timken Company Programmable sensor

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3033278B2 (en) 1991-09-20 2000-04-17 松下電器産業株式会社 Rotary encoder
JP2004271456A (en) 2003-03-11 2004-09-30 Mitsuba Corp Encoder for servomotor, and control method for encoder for servomotor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10288452B2 (en) 2014-12-29 2019-05-14 The Timken Company Programmable sensor
CN108334001A (en) * 2018-03-22 2018-07-27 中国科学院西安光学精密机械研究所 A kind of Heidenhain absolute type encoder acquisition system

Also Published As

Publication number Publication date
KR101345305B1 (en) 2013-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3019832B1 (en) Rotary encoder post-processing apparatus and rotary encoder
KR101378731B1 (en) Methods of processing encoder signals
US8872511B2 (en) Angle of rotation detection device
US7005812B2 (en) Commutation converter for a brushless servo motor
CN103322896B (en) A kind of brshless DC motor Hall element installation site detection method and system
CN103222168B (en) A kind of servomotor and servo-control system
US7649332B2 (en) Motor controller having counter to count position error events and method of motor control using same
EP3559602B1 (en) Absolute position sensor using hall array
JP5358367B2 (en) Encoder system
JP5172833B2 (en) AC servo motor rotational position detection method and simple encoder
CN107544022B (en) Motor state detection method and device
KR101345305B1 (en) Commutation signal detecting device and an encoder using the same
CN111801883A (en) Position estimation method, position estimation device, and motor module
JP6844617B2 (en) Motor modules, motor step motion control systems, and motor controls
KR101655297B1 (en) Apparatus for correcting position of linear hole sensor and control method of thereof
JP2005513483A (en) Angular velocity sensor
KR20200033747A (en) High-resolution mode for a magnetic field sensor
JP6406114B2 (en) Brushless motor
CN205490286U (en) Servo driver
JP5690700B2 (en) Method and apparatus for detecting rotor position of brushless DC motor
CN114070161A (en) Control method of multi-zero signal orthogonal encoder
KR102477863B1 (en) Apparatus and method for controlling motor
JP2000209889A (en) Three-phase position detector
CN217643202U (en) Motor rotation speed feedback device and mobile robot
JP4419225B2 (en) Rotary encoder

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161026

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191014

Year of fee payment: 7