KR20160076744A - 회전각 측정센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전각 측정센서에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 회전각 측정센서는, 자로 형성을 위한 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되는 자석과, 상기 하우징의 내부에 설치되며, 상기 자석의 자속 밀도를 감지하는 홀 센서와, 상기 자석과 상기 홀 센서 사이에서 위치가 이동되어 상기 홀 센서에 감지되는 상기 자석의 자속 밀도를 제어하는 자기유도 블레이드와, 상기 하우징의 일측에 구비되며, 상기 자기유도 블레이드와 연결되는 아암이 구비되고, 외력에 의해 회전되는 회전축이 포함되는 것을 특징으로 한다.
이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 자석과 홀 센서 사이에 구비된 자기유도 블레이드에 의해 홀 센서에 감지되는 자속 밀도가 조절됨으로 인하여, 홀 센서에 원하는 파형을 유도할 수 있는 장점이 있다.

Description

회전각 측정센서{ROTATION ANGLE DETECTING SENSOR}

본 발명은 회전각 측정센서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 자석과 홀 센서 사이에 구비된 자기유도 블레이드에 의해 홀 센서에 감지되는 자속 밀도가 조절됨으로 인하여, 홀 센서에 원하는 파형의 자속을 유도할 수 있는 회전각 측정센서에 관한 것이다.

일반적으로 회전 각도 센서는 연속적으로 변화하는 회전체의 물리적 변화량을 전기적 회로에서 응용하기 위해 사용하는 것으로, 차량의 엔진 스로틀 밸브의 개도량 제어나 스티어링 샤프트의 회전각제어, 전자식 가속페달의 답량 제어, 중장비와 농기계의 위치제어 및 유체 이송밸브의 개폐측정 등에 사용되고 있다.

최근, 자동차 산업에 있어서의 회전 각도 센서는 주행 다이내믹 조절, 예컨대, 전기 지원식 조향 시스템 등 주로 안전하고 편안한 차량 운행을 위해 사용되며, 이에 따라, 정밀도가 높은 동시에 견고한 회전 각도 센서에 대한 요구가 꾸준히 증가하고 있다.

상기와 같은 회전 각도 센서는 전기저항식, 암호판 엔코더식, 홀 센서식, 자기식, 자력식 등이 있으며, 최근에 사용되고 있는 회전 각도 센서는 변위각을 발생하는 회전체로서 자석을 이용하고, 이때 변위에 따른 자계의 세기를 홀(Hall) 소자를 이용하여 홀 소자에 유기되는 전압을 측정하여 회전각의 정도를 측정하는 것이 일반화되어 있다.

이러한 회전 각도 센서는 자석이 회전되면서 발생되는 미세한 위치변화에 따라, 홀 소자에서 자석의 자기력을 감지하여, 서로 다른 출력 전압을 발생시키게 되는데, 이때, 자석의 자기력이 낮으면 홀 소자가 자석의 미세한 자기력 변화를 제대로 감지하지 못하게 되므로, 자석의 자기력은 일정 크기 이상이 되어야 한다.

그러나, 자기력이 강한 자석을 사용하게 되면, 자기력의 크기에 따라, 기판이 오류를 일으킬 수 있으며, 홀 소자를 통과하는 자기장, 즉, 자속의 밀도에 대한 파형이 일정하지 않은 문제점이 있었다..

이와 관련된 선행기술로는 한국공개특허 제10-1998-0010355호(발명의 명칭:차량의 크랭크 감지 장치 및 방법, 공개일자:1998년 04월 30일)가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자석과 홀 센서 사이에 구비된 자기유도 블레이드에 의해 홀 센서에 감지되는 자속 밀도가 조절됨으로 인하여, 홀 센서에 원하는 파형의 자속을 유도할 수 있는 회전각 측정센서를 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 회전각 측정센서는, 자로 형성을 위한 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되는 자석과, 상기 하우징의 내부에 설치되며, 상기 자석의 자속 밀도를 감지하는 홀 센서와, 상기 자석과 상기 홀 센서 사이에서 위치가 이동되어 상기 홀 센서에 감지되는 상기 자석의 자속 밀도를 제어하는 자기유도 블레이드와, 상기 하우징의 일측에 구비되며, 상기 자기유도 블레이드와 연결되는 아암이 구비되고, 외력에 의해 회전되는 회전축이 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징은, 상기 아암이 상기 하우징의 길이방향의 내측으로 이동되도록 내측이 개구되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징은, 상기 자기유도 블레이드가 상기 하우징의 양측으로 출입가능하도록 양측이 개구되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자기유도 블레이드는, 상기 홀 센서에서 감지되는 상기 자석의 자속 밀도의 변화에 의해 상기 회전축의 회전각이 산출되도록 기설정된 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자기유도 블레이드는, 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 자석과 홀 센서 사이에 구비된 자기유도 블레이드에 의해 홀 센서에 감지되는 자속 밀도가 조절됨으로 인하여, 홀 센서에 원하는 파형을 유도할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서의 개략적인 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서의 자속의 흐름을 보인 정면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서의 자속의 흐름을 보인 측단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서의 개략적인 사시도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서의 개략적인 분해사시도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서의 정면도, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서의 자속의 흐름을 보인 정면도, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서의 자속의 흐름을 보인 측단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서는, 하우징(100), 자석(200), 홀 센서(300), 자기유도 블레이드(400), 회전축(500)이 포함된다.

상기 하우징(100)은 내부에 설치되는 자석의 자로 형성을 위한 것으로서, 이러한 하우징은 연자성체(軟磁性體)이다.

상기 연자성체는 외부 자계를 조금만 가해도 강하게 자화되며, 잔류 자화가 작은 자성체를 말한다.

상기와 같은 연자성체는 금속재료에 비해 포화 자화와 잔류자화가 1/3~1/4로 비교적 작으나, 전기저항이 크므로 와전류손실이 작고, 금속재료에 비해서 높은 주파수에 사용된다.

상기 하우징(100) 내측은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 개구되는데, 이러한 하우징(100)의 내측 개구(101)에는 후술할 회전축(500)의 아암(510)이 이동되는 공간이다.

또한, 상기 하우징(100)의 길이방향의 양측 단부도 개구되는데, 이러한 하우징(100)의 양측 개구(102)에는 후술할 자기유도 블레이드(400)가 이동 및 출입되는 공간이다.

즉, 상기 하우징(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 대체로 "ㄷ"자 형상의 측단면을 갖는다.

상기 자석(200)은 상술한 하우징(100)의 내부 상측 벽체에는 고정되는 부재로서, 이러한 자석(200)은 영구자석(경자성체)이다.

또한, 상기 홀 센서(300)는 상술한 하우징(100)의 내부 바닥면에 고정되는 부재로서, 이러한 홀 센서(300)는 자석(200)의 자속 밀도를 감지하는 부재로서, 상기 자석(200)과 하우징의 내부에서 마주보도록 배치되는 것이 바람직하다.

상기 자기유도 블레이드(400)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(100)의 내부에서 상술한 자석(200)과 홀 센서(300) 사이에 배치되는 부재로서, 이러한 자기유도 블레이드(400)는 예컨대, 금속재질로 제작될 수 있다.

상기와 같은 자기유도 블레이드(400)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는다.

상기와 같은 자기유도 블레이드(400)는 자석(200)과 홀 센서(300) 사이에서 자석(200)에서 발생되는 자기장이 홀 센서(300)의 표면을 지나가는 자속, 즉, 자속 밀도(磁束密度)를 조절하는 역할을 한다.

조금 더 상세하게 설명하면, 상기 자기유도 블레이드(400)는 도 1 내지 도 2에 도시된 회전축(500)의 아암(510)에 연결되는데, 아암(510)은 회전축(500)의 외주면에 수직하게 연결된다.

상기 회전축(500)이 회전되면 아암(510)의 단부에 연결된 자기유도 블레이드(400) 또한 동시에 회전되며, 상기 회전축(500)과 자기유도 블레이드(400)는 동일한 회전 중심과 회전각을 갖는다.

상기와 같은 회전축(500)의 회전에 의해 자기유도 블레이드(400)가 하우징(100)의 내부에서 이동되면, 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는 자기유도 블레이드(400)의 형상에 따라 홀 센서(300)에서 감지되는 자석(200)의 자속 밀도가 변화하게 된다.

조금 더 상세하기 설명하면, 자기유도 블레이드(400)의 폭이 넓으면, 홀 센서(300)에서 감지되는 자속의 밀도가 작고, 이와 반대로 자기유도 블레이드(400)의 폭이 좁으면, 홀 센서(300)에서 감지되는 자속의 밀도가 커지게 된다.

이에 따라, 자기유도 블레이드(400)는 홀 센서(300)에서 감지되는 자석(200)의 자속 밀도의 변화에 의해 회전축(500)의 회전각이 산출되는 형상을 갖는 것이 바람직하다.

예컨대, 자기유도 블레이드(400) 형상이 일정한 형상(예:이등변 삼각형 또는 사다리꼴)을 갖는 경우, 홀 센서(300)에서 감지되는 자속 밀도 또한 일정한 파형을 가질 수 있으므로 회전축의 회전각 산출이 용이하다.

상기 자기유도 블레이드(400) 형상이 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 대체로 일정한 형상을 갖는 경우, 홀 센서(300)에 감지되는 자속 밀도가 선형에 가까운 값을 산출할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명의 바람직한 실시예에서 기재된 바와 같이, 자기유도 블레이드(400)의 폭의 조절에 의해 자속 밀도를 조절할 수 있으나, 자기유도 블레이드(400)의 형상에 의한 자속 밀도의 조절도 가능하므로 이에 한정되지 아니한다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전각 측정센서가 적용된 실시예에 대해 설명한다.

예컨대, 본 발명이 악셀레이터 패달과 쓰로틀밸브 사이에서 크랭크에 연결된 회전축에 적용되는 것으로 예를 들어 설명하되, 변속기 위치센서, 패달센서, 차고 센서 등에도 적용이 가능하므로 이에 한정되지 아니한다.

운전자의 발에 의해 악셀레이터 패달이 눌리게 되면, 악셀레이터 패달의 로드가 전진하게 되며, 로드가 전진하면 로드의 단부에 구비된 크랭크 축에 의해 회전축(500)이 회전된다.

상기와 같이 회전되는 회전축(500)에 의해 회전축(500)에 연결된 아암(510)과, 아암의 단부에 연결된 자기유도 블레이드(400)도 동시에 회전된다.

상기 자기유도 블레이드(400)는 하우징(100)의 내부에서 자석(200)과 홀 센서(300) 사이에 배치되므로, 회전축(500)의 회전에 의해 자기유도 블레이드(400)가 홀 센서(300)에서 감지되는 자석(200)의 자속 밀도 또한 변화된다.

상기와 같이 홀 센서(300)에 감지되는 자속의 밀도의 변화는 예컨대, 차량의 ECU로 전송되어 쓰로틀밸브의 개도량을 제어한다.

여기서, 홀 센서(300)에 감지되는 자속의 밀도가 ECU로 전송되는 과정에서 별도의 변환기(converter)에 의해 파형으로 변환되어 전송되거나 ECU에 변환기가 포함될 수도 있다.

도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100-하우징 101, 102-개구
200-자석
300-홀 센서
400-자기유도 블레이드
500-회전축 510-아암

Claims (5)

1. 자로 형성을 위한 하우징과,
   상기 하우징의 내부에 설치되는 자석과,
   상기 하우징의 내부에 설치되며, 상기 자석의 자속 밀도를 감지하는 홀 센서와,
   상기 자석과 상기 홀 센서 사이에서 위치가 이동되어 상기 홀 센서에 감지되는 상기 자석의 자속 밀도를 제어하는 자기유도 블레이드와,
   상기 하우징의 일측에 구비되며, 상기 자기유도 블레이드와 연결되는 아암이 구비되고, 외력에 의해 회전되는 회전축이 포함되는 것을 특징으로 하는 회전각 측정센서.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 아암이 상기 하우징의 길이방향의 내측으로 이동되도록 내측이 개구되는 것을 특징으로 하는 회전각 측정센서.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 자기유도 블레이드가 상기 하우징의 양측으로 출입가능하도록 양측이 개구되는 것을 특징으로 하는 회전각 측정센서.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 자기유도 블레이드는,
   상기 홀 센서에서 감지되는 상기 자석의 자속 밀도의 변화에 의해 상기 회전축의 회전각이 산출되도록 기설정된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 회전각 측정센서.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 자기유도 블레이드는,
   일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 회전각 측정센서.

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