KR20180080493A - 로터 위치 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로터 위치 검출 장치에 관한 것이다. 일 측면에 따른 로터 위치 검출 장치는, 로터의 회전축에 설치되는 2극 착자 마그넷(magnet); 및 상기 마그넷의 자기력 세기를 검출하는 제1 리니어 홀센서, 제2 리니어 홀센서, 제3 리니어 홀센서를 포함하며, 상기 마그넷의 단면과 수직하는 중심축 상에서 상기 마그넷으로부터 소정 간격만큼 떨어진 채 설치되는 센서 회로 기판을 포함하며, 상기 제1 리니어 홀센서, 제2 리니어 홀센서, 제3 리니어 홀센서의 출력값에 기초하여, 상기 회전축의 회전에 따라 변화되는 상기 로터의 위치를 검출한다.

Description

로터 위치 검출 장치 및 그 방법{Detecting device for sensing the rotor position and method thereof}
본 실시예는 로터 위치 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
브러시리스 모터(brushless motor)는 브러시(brush), 정류자 등의 기계적인 접촉부를 없애고 이것을 전자식 정류 기구로 구현한 모터이다. 상기 브러시리스 모터는 권선이 스테이터에만 감겨 있으며 로터에는 강한 영구자석이 설치되어 있다. 따라서, 전자식 정류 기구가 회전각도에 근거하여 스테이터 코일에 전류를 공급하면 로터가 회전된다.
상기 전자식 정류 기구는, 개별 스테이터 코일에 전류를 공급 또는 차단하는 기능을 제어한다. 즉, 전자식 정류 기구는, 로터 위치센서로부터 로터의 위치정보를 전달 받아, 이를 근거로 스테이터의 해당 코일에 정류를 공급 또는 차단할 수 있다.
따라서, 상기 브러시리스 모터의 정밀 위치 제어를 위해서는 로터의 정밀한 위치 검출을 할 수 있어야 한다. 또한, 로터 위치센서의 기능 이상을 진단할 수 있는 기술의 제공이 요구 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 브러시리스 모터의 로터 위치 검출 장치를 보인 단면도 이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 브러시리스 모터(1)는, 엔드샤프트 타입(End-Shaft Type)으로 로터 샤프트(Rotor shaft, 2)의 끝에 2극 착자 마그넷(3)을 부착하고, 홀센서(hallsensor, 4)을 이용하여 로터의 위치를 검출한다. 홀센서(4)는 센싱한 자기력을 전기적인 신호로 출력하고, 상기 출력된 신호는 하단에 도시된 파형처럼 펄스파(pulse wave)가 될 수 있다.
그러나, 이러한 펄스파 출력을 이용하면 시작점과 끝점 사이인 중간 구간에서는 자기력의 세기 변화가 없기 때문에 회전 각도 변화량을 검출 하기 어렵고, 로터의 회전 위치를 정확하게 감지할 수 없다. 또한 센서 공급 전원이 리셋(reset) 되는 경우 초기 위치의 검출을 위해서 별도의 인터페이스가 필요하며, 엔드샤트프 타입은 중공형의 로터에 적용할 수 없는 문제점이 있다.
이외에도, 센서 마그넷의 둘레면을 따라 홀 센스를 복수로 배치하는 방식이 채용되고 있으나, 다수의 센서 사용으로 인해 부품 수가 증가하고 제조 단가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 로터의 위치를 검출하고, 로터 위치 검출 센서의 기능 이상 여부를 판단할 수 있는 로터 위치 검출 장치 및 그 방법을 제공하는 것에 있다.
본 실시예에 따른 로터 위치 검출 장치는, 로터의 회전축에 설치되는 2극 착자 마그넷(magnet); 및 상기 마그넷의 자기력 세기를 검출하는 제1 리니어 홀센서, 제2 리니어 홀센서, 제3 리니어 홀센서를 포함하며, 상기 마그넷의 단면과 수직하는 중심축 상에서 상기 마그넷으로부터 소정 간격만큼 떨어진 채 설치되는 센서 회로 기판을 포함하며, 상기 제1 리니어 홀센서, 제2 리니어 홀센서, 제3 리니어 홀센서의 출력값에 기초하여, 상기 회전축의 회전에 따라 변화되는 상기 로터의 위치를 검출한다.
본 실시 예에 따른 로터 위치 검출 방법은, 제 1 리니어 홀센서의 출력값 S1, 제 2 리니어 홀센서의 출력값 S2, 제 3 리니어 홀센서의 출력값 S3가 수집되는 단계; 상기 S1, S2 및 S3를 바탕으로 제 1 로터 위치 검출값 θ1, 제 2 로터 위치 검출값 θ2가 도출되는 단계; 상기 θ1이 상기 θ2를 기준으로 사전에 정의된 오차 범위 D 이내 여부를 판별하는 단계; 상기 θ1이 상기 θ2를 기준으로 상기 D 이내에 있지 않은 경우 제 1 범위의 만족 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제 1 범위를 만족하지 않은 경우, 제 2 범위의 만족 여부를 판단하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 범위는 S1+S3-E ≤ 0 ≤ S1+S3+E 이고, 상기 E는 상기 리니어 홀센서 출력값들의 허용 진폭 오차이며, 상기 제 2 범위는 A-E ≤
Figure pat00001
≤ A+E 이고, 상기 A는 상기 제 1 내지 3 리니어 홀센서 중 어느 하나의 리니어 홀센서의 최대 출력값이다.
본 실시예를 통해 적은 수의 리니어 홀센서를 통해 로터의 위치를 검출할 수 있으므로, 소모되는 부품수가 적고 제조 단가가 저렴해지는 장점이 있다.
또한, 복수의 전원부를 통해 전원을 공급하므로, 일부 리니어 홀센서가 고장나더라도 연속적으로 로터의 위치를 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 브러시리스 모터의 로터 위치 검출 장치를 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 모터와 로터 위치 검출 장치의 구성을 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단면 원형 2극 착자 마그넷과 리니어 홀센서의 배치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 단면 원형 2극 착자 마그넷에 복수의 리니어 홀센서의 배치를 겹쳐서 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 회로 기판의 측면의 모습을 보인 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 홀센서 출력과 검출되는 센서 위치를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 마그넷이 시계 방향으로 회전할 때 센서 출력을 시간 축 상에 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 홀센서의 출력값을 이용한 로터의 위치 판단 방법을 보인 순서도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 홀센서의 이상 상태를 감지하는 과정을 보인 흐름도.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '접속'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 모터와 로터 위치 검출 장치의 구성을 보인 단면도 이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모터(100)는 코일이 권선된 고정자인 스테이터(20), 회전축(31) 및 자석(32)이 구비된 회전자인 로터(30)를 포함할 수 있다. 일 예로 상기 모터(100)는 브러쉬(brush), 정류자 등의 기계적인 접촉부를 없애고 전자식 정류 기구로 구현한 브러쉬리스 모터일 수 있다. 따라서, 상기 모터(100)에는 브러시리스 직류 모터 및 브러시리스 교류 모터를 포함될 수 있다.
상기 모터(100)의 동작에 대해 설명하면, 상기 스테이터(20)의 코일에 전류가 공급되고, 상기 코일과 상기 자석(32)의 상호 작용에 의해 회전력이 발생되어 상기 회전축(31)이 회전한다. 이 때, 상기 코일로의 전류 공급은, 후술할 로터 위치 검출 장치(10)에서 검출된 상기 로터(30)의 회전각도에 근거하여 조절될 수 있다. 다시 말하면, 상기 로터(30)의 위치 정보를 전달 받아, 상기 스테이터(20)의 해당 코일에 전류를 공급 또는 차단하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 로터 위치 검출 장치(10)는 상기 회전축(31)의 일단에 마그넷(40)을 장착하고, 리니어 홀센서(50)의 일면이 상기 마그넷(40)의 축방향 단부면을 향하도록 하여 센서 회로 기판(60)에 배치한 구성을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 마그넷(40)의 중심 영역에 상기 회전축(31)이 끼워지는 홀을 형성하여, 상기 마그넷(40)과 상기 회전축(31)을 결합시키는 것도 가능하다.
상기 센서 회로 기판(60)은, 상기 마그넷(40)으로부터 방출되는 자기력을 센싱하여 전기적인 정현파(사인파 또는 코사인파) 신호를 출력하는 리니어 홀센서, 증폭기 및변조기를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 리니어 홀센서(50)는 상기 자기력을 센싱하고, 상기 자기력의 세기에 비례하는 전압 또는 전력을 출력할 수 있다.
한편, 상기 마그넷(40)은 단면 원형 2극 착자 마그넷일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단면 원형 2극 착자 마그넷과 리니어 홀센서의 배치를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 마그넷(40)과 상기 센서 회로 기판(60)은 동일한 중심축(200)에 위치하여 서로 마주 보도록 배치된다. 즉, 상기 센서 회로 기판(60)은 상기 마그넷(40)의 단면과 수직하는 중심축 상에서 상기 마그넷(40)으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 것으로 이해될 수 있다. 이로 인해, 상기 센서 회로 기판(60)과 상기 마그넷(40)이 서로 마주하는 면은 서로 평행할 수 있다.
상기 리니어 홀센서(50)는 제 1 리니어 홀센서(100), 제 2 리니어 홀센서(110), 제 3 리니어 홀센서(120)를 포함할 수 있다. 상기 리니어 홀센서(50)는 상기 회로 기판(60)의 외면 중 상기 마그넷(40)을 마주하는 면에 구비된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 단면 원형 2극 착자 마그넷에 복수의 리니어 홀센서의 배치를 겹쳐서 도시한 도면이다.
도 3 및 4를 참조하면, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)는, 상기 중심축(200)으로부터 소정의 반경 상에 있는 상기 센서 회로 기판(60) 상의 임의의 지점에 설치될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 리니어 홀센서(110)는, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)와 상기 중심축(200)으로부터 동일한 반경을 가지며, 도 4를 기준으로 반시계 방향으로 85도 내지 95도의 각도를 이루는 상기 센서 회로 기판(60) 상의 지점에 설치될 수 있다. 상기 제 3 리니어 홀센서(120)는, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)와 상기 중심축(200)으로부터 동일한 반경을 가지며 반시계 방향으로 175도 내지 185도의 각도를 이루는 상기 센서 회로 기판(60) 상의 지점에 설치될 수 있다. 이로 인해, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)는 상기 제 2 리니어 홀센서(110)와 85도 내지 95도의 각도를 형성하게 된다.
상세히, 상기 마그넷(40)은 단면이 원형인 판 형상일 수 있다. 그리고, 상기 마그넷(40)의 직경을 R1이라 할 때, 상기 센서 회로 기판(60)의 일면 상에서 상기 리니어 홀센서(50)의 배치로 인해 형성되는 가상의 원 C의 직경은 R2일 수 있다. 즉, 복수의 상기 리니어 홀센서(50)는 상기 센서 회로 기판(60)의 중심으로부터 R2의 반경 상에 설치된다.
이 때, 상기 R2의 범위는, R1/2x0.5 ≤ R2 ≤ R1/2x1.5를 만족할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 R2는 R1/2 일 수 있다. 상기의 범위를 만족할 때, 상기 리니어 홀센서(50)는 상기 마그넷의 자계를 보다 용이하게 검출하는 것으로 이해된다.
그리고, 상기 제 2 리니어 홀센서(110)는 상기 제 1 리니어 홀센서(100)가 배치된 곳을 기준으로 반시계 방향을 따라 85도 위치 a와 100도 위치인 b 사이에 배치될 수 있다.
상기 제 3 리니어 홀센서(120)는 상기 제 1 리니어 홀센서(100)가 배치된 곳을 기준으로 반시계 방향을 따라 175도 위치 c와 185도 위치인 d 사이에 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 회로 기판의 측면의 모습을 보인 단면도 이다.
도 5를 참조하면, 본 실시 예에 따른 상기 리니어 홀센서(50)는 복수의 전원부(150, 160)를 통해 전원을 공급받을 수 있다. 상기 복수의 전원부(150, 160)는 상기 제 1 리니어 홀센서(100)와 상기 제 2 리니어 홀센서(110)로 전원을 공급하는 제 1 전원부(150)와, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)로 전원을 공급하는 제 2 전원부를 포함한다. 상기 복수의 전원부(150, 160)는 상기 센서 회로 기판(60)의 일측에 구비되어 별도의 전원 공급선을 통해 상기 리니어 홀센서(50)로 전원을 공급할 수 있다.
이와 달리, 전원부가 상기 리니어 홀센서(50)의 개수에 대응되도록 구비되어, 복수의 리니어 홀센서에 각각 연결되어 전원을 공급하도록 구성할 수 있다.
따라서, 복수의 상기 리니어 홀센서(50)는 전원 분리가 가능하므로, 어느 일 리니어 홀센서에 문제가 생기더라도 연속적으로 상기 로터(30)의 위치를 검출할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 상기 리니어 홀센서(50)를 통해 상기 로터(30)의 위치를 검출하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 홀센서 출력과 검출되는 센서 위치를 도시한 그래프 이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 로터 위치 검출 장치(10)는, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)의 출력값 S1과 상기 제 2 리니어 홀센서(110)의 출력값 S2를 바탕으로, 다음 수식에 의해 로터의 제 1 로터 위치 검출값 θ1을 도출한다.
θ1=arctan(
Figure pat00002
)
그리고, 상기 로터 위치 검출 장치(10)는, 상기 제 2 리니어 홀센서(110)의 출력값 S2와 상기 제 3 리니어 홀센서(1200)의 출력값 S3를 바탕으로, 다음 수식에 의해 로터의 제 2 로터 위치 검출값 θ2를 도출한다.
θ2=arctan(
Figure pat00003
)
상기 로터 위치 검출 장치(10)는 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치를 비교하여, 로터 위치 검출의 정합성을 판단할 수 있다. 상세히, 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치가 사전에 정해진 오차 이내이면, 로터의 위치를 정확하게 검출한 것으로 판단하고, 상기 오차를 벗어나면 로터 위치 검출의 정합성에 오류가 있다고 판단할 수 있다. 상기 로터 위치 검출 장치(10)는 상기 정합성에 오류가 있는 경우, 복수의 상기 리니어 홀센서(50) 중 어느 하나의 리니어 홀센서(100, 110, 120) 중에서 오류가 있다고 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 마그넷이 시계 방향으로 회전할 때 센서 출력을 시간 축 상에 도시한 그래프 이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 홀센서의 출력값을 이용한 로터의 위치 판단 방법을 보인 순서도 이다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 상기 로터 위치 검출 장치(10)가 로터의 위치 검출의 정합성에 오류가 있다고 판단한 경우, 기능 이상이 발생한 센서를 식별하고 이를 대체하여 로터의 위치를 검출하는 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터 위치 검출 장치(10)는 위치 검출부를 포함 할 수 있다. 위치 검출부는 복수의 상기 리니어 홀센서(100, 110, 120)의 출력값을 바탕으로, 로터의 위치를 검출할 수 있다.
먼저, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)의 출력값 S1, 상기 제 2 리니어 홀센서(110)의 출력값 S2, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 출력값 S3이 수집된다. 그리고, 이를 바탕으로, 상기 제 1 로터 위치 검출값 θ1과 상기 제 2 로터 위치 검출값 θ2를 도출할 수 있다. 그리고, 상기 도출된 θ1, θ2를 바탕으로 상기 제 1 리니어 홀센서(100), 상기 제 2 리니어 홀센서(110), 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 이상 여부 및 상기 로터의 위치를 검출할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 위치 검출부는 상기 S1을 상기 S2으로 나누어 도출된 값의 아크탄젠트(arcgtangent) 값을 θ1로 도출할 수 있다. 그리고, 상기 위치 검출부는 상기 S2를 상기 S4으로 나누어 도출된 값의 아크탄젠트 값을 θ2로 도출할 수 있다.
먼저, 상기 제 1 로터 위치 검출값인 θ1과 상기 제 2 로터 위치 검출 값인 θ2를 비교한다(S100). 상기 제 2 리니어 홀센서(110)는 상기 제 1 리니어 홀센서(100)와 85도 내지 95도 차이 나는 지점에 위치하고, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)는 상기 제 2 리니어 홀센서(110)와 85도 내지 95도 차이 나는 지점에 위치하므로, 복수의 상기 리니어 홀센서(100, 110, 120)들이 정상 작동상태일 때에는, θ1과 θ2는 동일 또는 근삿값을 갖는다. 따라서 상기 θ1과 상기 θ2는 다음의 제 (1) 식을 만족하게 된다.
(1) θ2-D ≤ θ1 ≤ θ2+D
이 때 상기 θ2를 기준으로 설정된 오차 범위인 D를 이용하여 상기 θ1의 적절한 범위를 설정할 수 있다. 여기서 상기 D는 상기 제 1 리니어 홀센서(100)와 상기 제 2 리니어 홀센서(110)의 허용 각도 오차로서 이해된다. 따라서, 상기 D는 5도(degree)일 수 있다.
상기 위치 검출부는 상기 θ1이 상기 θ2를 기준으로 상기 D 이내에 있는 경우, 상기 리니어 홀센서(50)들은 정상 작동하는 것으로 판단하고 상기 θ1을 이용하여 상기 로터의 위치를 검출할 수 있다(S105).
그러나, 상기 θ1 값이 상기 θ2 값을 기준으로 상기 D 범위 내에 위치 하지 않는다면, 상기 위치 검출부는 복수의 상기 리니어 홀센서(100, 110, 120) 중 적어도 하나의 리니어 홀센서로부터 출력된 출력값이 이상 상태임을 감지한다. 여기서, 이상 상태라 함은, 정상 작동 상태가 아닌 입, 출력 단자의 오류, 전기적인 오류, 리니어 홀센서 자체의 고장 등을 포함하는 것으로 이해된다.
먼저, 상기 제 2 리니어 홀센서(110)의 이상 여부를 판단하기 위해 상기 제 1 리니어 홀센서(100)와 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 출력 값을 비교한다(S110). 상기 제 1 리니어 홀센서(100)와 상기 제 3 리니어 홀센서(120)는 175 도 내지 185도, 즉 대략 180도의 위상 차이가 나므로, 상기 S3는 상기 S1의 반전값일 수 있다. 여기서, 반전값이라 함은 원래 값의 양 또는 음의 부호를 바꾼 값으로 이해된다. 예를 들어서 상기 반전값은 원래의 값에 -1을 곱하여 도출된 값이다.
따라서, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)의 출력값 S1과 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 출력값 S3는 다음의 제 (2) 식을 만족한다.
(2) S1+S3-E ≤ 0 ≤ S1+S3+E
여기서, 상기 E 값은 허용 진폭 오차로서, 측정된 진폭 값의 대략 1/10 값으로 설정될 수 있다.
상기 식을 만족할 경우, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)에서의 측정값 S1과 상기 제 3 리니어 홀센서(120)에서의 측정값 S3는 이상이 없는 것으로 판단 것으로 판단하고, 상기 제 2 리니어 홀센서(110)에서의 측정값 S2에 이상이 있는 것으로 판단한다(S115). 상세히, 상기 S1과 상기 S3의 비교식 (2)가 만족된다면, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)와 상기 제 3 리니어 홀센서(120)는 정상적으로 출력값을 출력하는 것이므로, 상기 제 2 리니어 홀센서(110)에서의 출력값에 이상이 있거나, 상기 제 2 리니어 홀센서(110)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
그러나, 상기 제 (2) 식이 만족하지 않는다면, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)의 출력값 S1과 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 출력값 S3 중 적어도 하나의 출력 값에 이상이 있는 것이므로, 상기 제 2 리니어 홀센서(110)의 출력값 S2와 상기 제 1 리니어 홀센서(100)의 출력값 S1 또는 상기 S2와 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 출력값 S3를 바탕으로, 상기 S1과 상기 S3 중 어느 출력 값에 이상이 있는지 여부를 감지한다(S120).
(3) A-E ≤
Figure pat00004
≤ A+E
상기 제 (3) 식에서 상기 A는 상기 리니어 홀센서(50)의 최대 출력값을 의미한다.
전술한 바와 같이, 상기 리니어 홀센서(50)에서 출력되는 출력값은 사인파또는 코사인파의 정현파 신호를 나타낸다. 그리고, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)는 상기 제 2 리니어 홀센서(110)와 85도 내지 95도 즉, 대략 90도의 차이 지점에 위치하므로, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제 2 리니어 홀센서(110)의 출력값 S2는 cos 함수의 출력값, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 출력값 S3는 sin 함수의 출력값을 나타내는 것으로 이해된다. 따라서, 상기 S2를 제곱한 값과 상기 S3를 제곱한 값을 더하여 루트(Root)를 씌운값은, 최대 전력값을 나타내므로 상기 제 (3) 식과 같은 범위를 만족할 수 있다. 여기서, 상기 최대 전력값은 상기 복수의 출력값 S1, S2, S3가 가질 수 있는 최대 값을 말한다. 또한 오차범위 E가 허용 진폭 오차임은 앞서 살펴본 바이다.
상기 제 (3) 식은 인접한 리니어 홀센서 간, 즉 90 도의 위치에 배치된 리니어 홀센서 간에 대입될 수 있다. 따라서, 상기 S2와 상기 S1 또는 상기 S2와 상기 S3 중 어느 하나의 조합을 상기 제 (3) 식에 대입할 수 있다. 상기 S2와 상기 S1의 조합일 경우 상기 제 (3) 식은
(4) A-E ≤
Figure pat00005
≤ A+E
상기 제 (4) 식과 같이 변형될 수 있다.
상기 제 (3) 식이 설정 범위를 만족할 경우, 대입되지 않은 측정값 즉, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)의 측정값 S1에 이상이 있거나, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)의 고장을 감지할 수 있다(S125). 그러나, 상기 제 (3) 식이 범위를 설정 범위를 만족하지 않을 경우, 대입한 측정값 즉, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 측정값 S3에 이상이 있거나, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 고장을 감지할 수 있다(S130).
한편, 상기 제 (4) 식이 범위를 만족할 경우, 대입되지 않은 측정값 즉, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 측정값 S3에 이상이 있거나, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)가 고장을 감지할 수 있다. 그리고, 상기 제 (4) 식이 범위를 설정 범위를 만족하지 않을 경우, 대입한 측정값 즉, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)의 측정값 S1에 이상이 있거나, 상기 제 1 리니어 홀센서(100)의 고장을 감지할 수 있다(S100).
상기와 같은 과정에 의해 복수의 리니어 홀센서 중 이상이 있는 리니어 홀센서의 감지 시, 상기 위치 검출부는, 정상 상태의 리니어 홀센서를 특정하여 상기 로터의 위치를 계속적으로 검출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 홀센서의 이상 상태를 감지하는 과정을 보인 흐름도 이다.
전술한 과정을 통해, 상기 리니어 홀센서(50)의 측정값들인 S1, S2, S3 중, 특정 측정값에 이상 여부가 감지되면, 리니어 홀센서 자체의 고장인지 전기적인 결함인지 여부를 판단하게 된다.
이하에서는, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 출력값 S3에 이상이 감지된 것을 기준으로 설명하기로 한다. 이는 설명을 위해 예시적인 것일 뿐, S1과 S2에도 동일하게 적용될 수 있다.
먼저, 출력값 S3에 이상이 감지될 시, 상기 S3를 포함하는 상기 리니어 홀센서(50)의 최대 출력값을 기 설정 최대 출력값과 비교한다(S200).
상기 제 3 리니어 홀센서(120)와 상기 제 2 리니어 홀센서(110)의 위치 관계로 인해, 상기 S2를 제곱한 값과 상기 S3를 제곱한 값을 더하여 루트(Root)를 씌운값은, 최대 전력값이 됨은 앞서 살펴본 바이다. 따라서 다음의 비교식을 도출된다.
(5)
Figure pat00006
≤ 기 설정 센서 최대 출력값
여기서, 상기 기 설정 센서 최대 출력값은, 상기 전원부(150, 160)에 의해 상기 리니어 홀센서(50)가 출력할 수 있는 설정된 최대 값을 의미한다. 따라서, 실제 출력되는 값이 설정 최대 값을 초과, 즉 상기 제 (5) 식의 범위를 만족하지 않을 경우, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)는 전원과 쇼트(Short)가 발생된 것으로 판단될 수 있다(S205).
그러나, 상기 제 (5) 식의 범위를 만족할 경우, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)의 최소 출력값을 기 설정 센서 최소 출력값과 비교한다(S210). 여기서, 상기 기 설정 센서 최소 출력값은, 상기 전원부(150, 160)에 의해 상기 리니어 홀센서(50)가 최소로 출력될 시 설정된 최소 값을 의미한다
상기 S3의 최소 값이 상기 기 설정 센서 최소 출력값 보다 작을 경우, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)는 그라운드(Ground), 즉 접지부와 쇼트(short)가 발생된 것으로 판단될 수 있다(S215).
그러나, 상기 단계 S200, S210의 범위를 모두 만족할 시, 상기 제 3 리니어 홀센서(120)는 센서 자체의 고장인 것으로 판단될 수 있다.
상기와 같은 구성의 로터 위치 검출 장치에 따르면, 적은 수의 리니어 홀센서를 통해 로터의 위치를 검출할 수 있으므로, 소모되는 부품수가 적고 제조 단가가 저렴해지는 장점이 있다.
또한, 복수의 전원부를 통해 전원을 공급하므로, 일부 리니어 홀센서가 고장나더라도 연속적으로 로터의 위치를 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 일부 리니어 홀센서의 출력값에 이상 상태가 발생되더라도 이상 여부를 빠르게 감지하여 대처할 수 있는 장점이 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 로터의 회전축에 설치되는 2극 착자 마그넷(magnet); 및
    상기 마그넷의 자기력 세기를 검출하는 제1 리니어 홀센서, 제2 리니어 홀센서, 제3 리니어 홀센서를 포함하며, 상기 마그넷의 단면과 수직하는 중심축 상에서 상기 마그넷으로부터 소정 간격만큼 떨어진 채 설치되는 센서 회로 기판을 포함하며,
    상기 제1 리니어 홀센서, 제2 리니어 홀센서, 제3 리니어 홀센서의 출력값에 기초하여, 상기 회전축의 회전에 따라 변화되는 상기 로터의 위치를 검출하는 로터 위치 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 리니어 홀센서로 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하며,
    상기 전원부는,
    상기 제 1 리니어 홀센서와 상기 제 2 리니어 홀센서로 전원을 공급하는 제 1 전원부 및 상기 제 3 리니어 홀센서로 전원을 공급하는 제 2 전원부를 포함하는 로터 위치 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 리니어 홀센서는 상기 중심축으로부터 제 1 반경 상에 있는 상기 센서 회로 기판 상의 임의 지점에 설치되며,
    상기 제 2 리니어 홀센서는 상기 제 1 리니어 홀센서와 상기 제 1 반경 상에서 반 시계 방향으로 85도 내지 95도의 각도를 이루는 상기 센서 회로 기판 상의 지점에 설치되고,
    상기 제 3 리니어 홀센서는 상기 제 2 리니어 홀센서와 상기 제 1 반경 상에서 반 시계 방향으로 175도 내지 185도의 각도를 이루는 상기 센서 회로 기판 상의 지점에 설치되는 로터 위치 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서 회로 기판의 반경을 R1이라 하고, 상기 제 1 반경을 R2라 할 때,
    상기 제 1 반경은,
    (R1/2)*0.5 ≤ R2 ≤ (R1/2)*1.5을 만족하는 로터 위치 검출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 위치 검출부는,
    상기 제 1 리니어 홀센서의 출력값 S1, 상기 제 2 리니어 홀센서의 출력값 S2 및 상기 제 3 리니어 홀센서의 출력값 S3에 기초하여, 제1 로터 위치 검출값 θ1 과 제2 로터 위치 검출값 θ2을 도출하고,
    상기 도출된 θ1, θ2를 바탕으로 상기 제1 리니어 홀센서, 상기 제2 리니어 홀센서, 상기 제3 리니어 홀센서의 이상 여부 및 상기 로터의 위치를 검출하는 로터 위치 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 θ1은 상기 S1을 상기 S2로 나누어 도출된 값의 아크탄젠트(arcgtangent) 값이며,
    상기 θ2는 상기 S2를 상기 S3으로 나누어 도출된 값의 아크탄젠트 값인 로터 위치 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 θ1이 상기 θ2를 기준으로 사전에 정의된 오차 범위 D 이내에 있는 경우 상기 모든 리니어 홀센서는 정상 동작하는 것으로 판단하고,
    상기 θ1이 상기 θ2를 기준으로 상기 D 이내에 있지 않은 경우, 상기 제 1 내지 3 리니어 홀센서의 출력값들 중 적어도 하나의 리니어 홀센서에서 출력되는 출력값은 이상 상태라고 감지하는 로터 위치 검출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 D는, 상기 센서 회로 기판 상에 설치되는 상기 제 1 내지 3 리니어 홀센서의 허용 각도 오차인 로터 위치 검출 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 θ1이 상기 θ2를 기준으로 상기 D 이내에 있는 경우 상기 θ1을 이용하여 상기 로터의 위치를 검출하는 로터 위치 검출 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 θ1이 상기 θ2를 기준으로 상기 D 이내에 있지 않은 경우 제 1 범위의 만족 여부를 판단하고,
    상기 제 1 범위는 S1+S3-E ≤ 0 ≤ S1+S3+E 이며,
    상기 E는 상기 리니어 홀센서 출력값들의 허용 진폭 오차인 로터 위치 검출 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 범위를 만족할 경우 상기 제 2 리니어 홀센서의 출력값은 이상상태로 감지하고,
    상기 제 1 범위를 만족하지 않을 경우 상기 제 1 리니어 홀센서 또는 상기 제 3 리니어 홀센서 중 적어도 하나의 리니어 홀센서에서의 출력값은 이상 상태로 감지하는 로터 위치 검출 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 범위를 만족하지 않을 경우 제 2 범위의 만족 여부를 판단하고,
    상기 제 2 범위는 A-E ≤
    Figure pat00007
    ≤ A+E 이며,
    상기 A는 상기 제 1 내지 3 리니어 홀센서 중 어느 하나의 리니어 홀센서의 최대 출력값인 로터 위치 검출 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 범위를 만족할 경우 상기 제 1 리니어 홀 센서의 출력값이 이상 상태로 감지되고,
    상기 제 2 범위를 만족하지 않을 경우 상기 제 3 리니어 홀센서의 출력값이 이상 상태로 감지되는 로터 위치 검출 장치.
  14. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 리니어 홀센서로부터 출력되는 출력값의 이상 상태가 감지될 경우,
    이상 상태가 감지된 리니어 홀센서의 최대 출력값과 기 설정된 리니어 홀센서 최대 출력값을 비교하는 로터 위치 검출 장치.
  15. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 리니어 홀센서로부터 출력되는 출력값의 이상 상태가 감지될 경우,
    이상 상태가 감지된 리니어 홀센서의 최소 출력값과 기 설정된 리니어 홀센서의 최소 출력값을 비교하는 로터 위치 검출 장치.
  16. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 리니어 홀센서 중 어느 일 리니어 홀센서의 이상 상태가 감지될 경우, 타 리니어 홀센서에서의 출력값을 바탕으로 상기 로터의 위치를 검출하는 로터 위치 검출 장치.
  17. 제 1 리니어 홀센서의 출력값 S1, 제 2 리니어 홀센서의 출력값 S2, 제 3 리니어 홀센서의 출력값 S3가 수집되는 단계;
    상기 S1, S2 및 S3를 바탕으로 제 1 로터 위치 검출값 θ1, 제 2 로터 위치 검출값 θ2가 도출되는 단계;
    상기 θ1이 상기 θ2를 기준으로 사전에 정의된 오차 범위 D 이내 여부를 판별하는 단계;
    상기 θ1이 상기 θ2를 기준으로 상기 D 이내에 있지 않은 경우 제 1 범위의 만족 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제 1 범위를 만족하지 않은 경우, 제 2 범위의 만족 여부를 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 범위는 S1+S3-E ≤ 0 ≤ S1+S3+E 이고,
    상기 E는 상기 리니어 홀센서 출력값들의 허용 진폭 오차이며,
    상기 제 2 범위는 A-E ≤
    Figure pat00008
    ≤ A+E 이고,
    상기 A는 상기 제 1 내지 3 리니어 홀센서 중 어느 하나의 리니어 홀센서의 최대 출력값인 로터 위치 검출 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 범위를 만족할 경우 상기 제 2 리니어 홀센서의 출력값은 이상상태로 감지하는 로터 위치 검출 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 범위를 만족할 경우 상기 제 1 리니어 홀 센서의 출력값이 이상 상태로 감지되고,
    상기 제 2 범위를 만족하지 않을 경우 상기 제 3 리니어 홀센서의 출력값이 이상 상태로 감지되는 로터 위치 검출 방법.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 리니어 홀센서로부터 출력되는 출력값의 이상 상태가 감지될 경우,
    이상 상태가 감지된 리니어 홀센서의 출력값과 기 설정된 리니어 홀센서의 최대 출력값 또는 최소 출력값을 비교하는 단계를 더 포함하는 로터 위치 검출 방법.
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