KR20200054392A - 톱니 구조를 갖는 엔코더 및 상기 엔코더를 구비한 장치 - Google Patents

톱니 구조를 갖는 엔코더 및 상기 엔코더를 구비한 장치 Download PDF

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KR20200054392A
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하이윈 마이크로시스템 코포레이션
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Abstract

엔코더(2)는 메인 몸체(20) 및 톱니형 엔코딩 유닛(201)을 포함한다. 상기 메인 몸체(20)는 도자성 재질로 구성된다. 상기 톱니형 엔코딩 유닛(201)은 도자성 재질로 구성되고, 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 상기 메인 몸체(20)상에 배치된 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)를 포함한다. 상기 톱니형 엔코딩 세트(22)는 제1 방향(203)으로 배치된 복수의 오목부(221)를 포함한다. 상기 톱니형 엔코딩 세트(22)의 오목부(221) 각각은 상기 제1 방향(203)을 가로지르는 제2 방향(202)으로 연장된다. 상기 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 상기 제2 방향(202)으로 배치된 복수의 오목부(231)를 포함한다. 상기 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 오목부(231) 각각은 상기 제1 방향(203)으로 연장된다.

Description

톱니 구조를 갖는 엔코더 및 상기 엔코더를 구비한 장치{ENCODER WITH TOOTHED STRUCTURE AND APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 엔코더에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 톱니 구조를 갖는 엔코더에 관한 것이다.
미국 등록 특허 8,836,324에 개시된 종래의 측정 디바이스는 톱니 구조를 갖는 형태의 강자성(ferromagnetic) 재질 부품, 및 강자성 재질 부품의 몇 가지 물리적 파라미터를 측정하기 위하여 병합하여 배치된 거대 자기 저항 센서(giant magnetoresistance sensor) 및 영구 자석으로 구성된 센서를 포함한다.
그러나, 강자성 재질 부품은 단일 형태의 톱니 구조를 갖기 때문에 그에 대한 몇 가지 물리적 파라미터만이 동시에 측정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해소하는 엔코더를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래 기술의 문제점을 해소하는 톱니형 엔코딩 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 면(aspect)에 따르면, 엔코더는 메인 몸체 및 톱니형 엔코딩 유닛을 포함한다. 상기 메인 몸체는 도자성 재질로 구성된다. 상기 톱니형 엔코딩 유닛은 도자성 재질로 구성되고, 상기 메인 몸체의 표면에 배치된 톱니형 엔코딩 세트, 및 상기 톱니형 엔코딩 세트에 인접하고 상기 톱니형 엔코딩 세트가 배치되어 있는 상기 메인 몸체의 표면에 배치된 위치 톱니형 엔코딩 세트를 포함한다. 상기 톱니형 엔코딩 세트는 제1 방향으로 배치된 복수의 오목부를 포함한다. 상기 톱니형 엔코딩 세트의 오목부 각각은 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 연장된다. 상기 위치 톱니형 엔코딩 세트는 상기 제2 방향으로 배치된 복수의 오목부를 포함한다. 상기 위치 톱니형 엔코딩 세트의 오목부 각각은 상기 제1 방향으로 연장된다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 엔코더는 환형 메인 몸체 및 톱니형 엔코딩 유닛을 포함한다. 상기 환형 메인 몸체는 도자성 재질로 구성되고, 중심축을 둘러싸며, 제1 표면 및 상기 제1 표면의 반대측인 제2 표면을 포함한다. 상기 톱니형 엔코딩 유닛은 도자성 재질로 구성되고, 상기 메인 몸체의 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 중 하나에 배치되고, 서로 이격된 복수의 오목부가 포함된 톱니형 엔코딩 세트를 포함한다. 상기 복수의 오목부 각각은 환형이고 중심축상에 중심을 갖는다.
본 발명의 또 다른 면에 따르면, 엔코더는 환형 메인 몸체 및 톱니형 엔코딩 유닛을 포함한다. 상기 환형 메인 몸체는 도자성 재질로 구성되고, 중심축을 둘러싸며, 제1 표면 및 상기 제1 표면의 반대측인 제2 표면을 포함한다. 상기 톱니형 엔코딩 유닛은 도자성 재질로 구성되고, 상기 메인 몸체의 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 중 하나에 배치된 톱니형 엔코딩 세트, 및 상기 톱니형 엔코딩 세트에 인접한 상기 중심축상에 중심을 갖고 상기 톱니형 엔코딩 세트가 배치된 상기 메인 몸체의 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 중 하나에 배치된 환형 위치 톱니형 엔코딩 세트를 포함한다. 상기 톱니형 엔코딩 세트는 서로 이격된 복수의 오목부를 포함한다. 상기 톱니형 엔코딩 세트의 상기 복수의 오목부 각각은 환형이고, 상기 중심축상에 중심을 갖는다. 상기 위치 톱니형 엔코딩 세트는 상기 중심축을 둘러싸고 서로 이격된 복수의 각진 오목부를 포함한다.
본 발명의 일 면에 따르면, 상기 톱니형 엔코딩 장치는 그의 진동 및 변위를 측정하기 위하여 선형 축에 탑재되고, 전술한 첫번째 엔코더 및 감지 유닛을 포함한다. 상기 엔코더는 상기 선형 축의 연장하는 방향으로 상기 선형 축에 탑재된다. 상기 감지 유닛은 상기 엔코더에 이격되어 배치되고, 상기 톱니형 엔코딩 세트 및 상기 톱니형 엔코딩 유닛의 위치 톱니형 엔코딩 세트에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 톱니형 엔코딩 유닛의 진동 크기를 감지하는 센서, 및 상기 톱니형 엔코딩 유닛의 자기장 세기를 감지하는 자기-아날로그 감지 부품을 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 상기 톱니형 엔코딩 장치는 회전 샤프트의 이탈을 감지하기 위하여 상기 회전 샤프트에 탑재되고, 전술한 두번째 또는 세번째 엔코더 및 감지 유닛을 포함한다. 상기 엔코더는 상기 회전 샤프트를 감싸면서 상기 회전 샤프트에 탑재된다. 상기 감지 유닛은 상기 엔코더에 이격되어 배치되고, 상기 톱니형 엔코딩 세트에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 톱니형 엔코딩 유닛의 변위를 감지하는 센서, 및 상기 톱니형 엔코딩 유닛의 자기장 세기를 감지하는 자기-아날로그 감지 부품을 포함한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 다음의 도면이 참조된 실시예에 대한 다음의 상세한 설명에서 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔코더를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엔코더를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 엔코더의 사시도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI을 절단한 제3 실시예의 부분 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 엔코더의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예의 부분 확대 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 엔코더의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예의 부분 확대 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 엔코더의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제6 실시예의 부분 확대 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 엔코더의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제7 실시예의 부분 확대 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제1 실시예 및 선형 축에 탑재된 감지 유닛의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제4 실시예 및 회전 샤프트에 탑재된 감지 유닛의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예 및 회전 샤프트에 탑재된 감지 유닛의 사시도이다.
도 18은 본 발명의 제7 실시예 및 회전 샤프트에 탑재된 감지 유닛의 사시도로서, 제6 실시예와 상이한 구성이 이용된 것을 나타낸 도면이다.
도 19는 선형 축의 진동 및 변위를 측정하는 톱니형 엔코딩 장치의 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 20은 회전 샤프트의 이탈을 측정하는 톱니형 엔코딩 장치의 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 21은 회전 샤프트의 이탈 및 각 변위를 측정하는 톱니형 엔코딩 장치의 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.
참조 부호 또는 그 말미는 선택적으로 유사한 특징을 가질 수 있는 대응하거나 유사한 요소를 나타내기 위하여 도면들 간에 반복된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔코더(2)는 메인 몸체(20) 및 메인 몸체(20)에 배치된 톱니형 엔코딩 유닛(201)을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 메인 몸체(20)는 선형이고 긴 형상이며, 연장 축(202)을 따라 연장된다. 메인 몸체(20) 및 톱니형 엔코딩 유닛(201) 각각은 도자성(magnetic permeability) 재질로 구성된다. 톱니형 엔코딩 유닛(201)은 메인 몸체(20)의 표면에 배치된 톱니형 엔코딩 세트(22), 및 톱니형 엔코딩 세트(22)에 인접한 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)를 포함하고, 톱니형 엔코딩 세트(22)가 배치된 메인 몸체(20)의 표면에 배치된다.
톱니형 엔코딩 세트(22)는 연장 축(202)을 가로지르는 측 방향(203)으로 배치되고 서로 이격된 복수의 오목부(221)를 포함한다. 톱니형 엔코딩 세트(22)의 오목부(221) 각각은 연장 축(202)을 따라 연장된다. 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 연장 축(202)을 따라 배치되고 서로 이격된 복수의 오목부(231)을 포함한다. 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 오목부(231) 각각은 측 방향(203)으로 연장된다. 본 실시예에 따르면, 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 증분형(incremental-type)으로 구성될 수 있다. 톱니형 엔코딩 세트(22)의 오목부(221)의 수 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 오목부(231)의 수는 특별히 한정되지 않으며, 실시 요구사항에 따라 달라질 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 선형의 메인 몸체(20)에 배치되고, 톱니형 엔코딩 세트(22)의 엔코딩 요소(즉, 오목부(221)) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 엔코딩 요소(즉, 오목부(231))가 2개의 서로 다른 방향으로 배열되기 때문에 엔코더(2)는 선형 축의 다양한 물리적 파라미터를 측정하는데 이용될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 엔코더(2)는 중심축(200)을 둘러싸는 환형 메인 몸체(21), 메인 몸체(21)에 배치된 톱니형 엔코딩 유닛(201), 및 메인 몸체(210)에 연결된 고정 멤버(24)를 포함한다.
메인 몸체(21)는 도자성 재질로 구성되고, 제1 표면(211), 제1 표면(211)의 반대측인 제2 표면(212), 및 중심축(200)에 인접한 내측 포위 벽(213)을 포함한다. 톱니형 엔코딩 유닛(201)은 도자성 재질로 구성되고, 메인 몸체(21)의 제1 표면(211)에 배치된 톱니형 엔코딩 세트(22)를 포함한다. 톱니형 엔코딩 세트(22)는 서로 이격된 복수의 환형 오목부(221)를 포함하는데, 복수의 환형 오목부(221) 각각은 중심축(200)상에 중심을 갖는다(즉, 오목부(221) 각각은 중심축(200)을 둘러싼다).
특히, 제2 실시예에 따르면, 메인 몸체(21)는 납작하고, 중심축(200)을 둘러싸는 디스크의 형상을 갖는다. 기하학적인 용어로서 메인 몸체(21)의 제1 및 제2 표면(211, 212) 각각의 노멀(normal)은 중심축(200)에 평행하다. 톱니형 엔코딩 유닛(201)의 오목부(221)는 메인 몸체(21)의 방사 방향으로 배열된다. 톱니형 엔코딩 세트(22)의 오목부(221)의 수 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 오목부(231)의 수는 특별히 한정되지 않으며, 실시 요구사항에 따라 달라질 수 있다.
고정 멤버(24)가 메인 몸체(21)의 내측 포위 벽(213)에 설치되어, 메인 몸체(21)는 다른 장치에 용이하게 탑재될 수 있다. 메인 몸체(21)가 장치에 탑재될 수 있도록 고정 멤버(24)는 어떠한 형태를 갖도록 제조되거나, 또는 제거될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 엔코더(2)는 제2 실시예와 유사하며, 다음과 같은 차이점을 갖는다. 특히, 메인 몸체(21)는 중심축(200)을 둘러싸는 튜브의 형태를 갖는다. 기하학적인 용어로서, 제1 및 제2 표면(211, 212) 각각의 노멀(normal)은 중심축(200)에 수직하고, 제2 표면(212)은 중심축(200)을 향하며, 제1 표면(211)에 배치된 톱니형 엔코딩 유닛(201)은 외측을 향한다. 본 실시예에 따르면, 톱니형 엔코딩 유닛(201)의 오목부(221)는 중심축(200)을 따라 배열되고, 고정 멤버(24)(도 17 참조)는 메인 몸체(21)의 제2 표면(212)에 설치된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 엔코더(2)는 제2 실시예와 유사하며, 다음과 같은 차이점을 갖는다. 톱니형 엔코딩 유닛(201)은 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)를 더 포함한다. 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 제1 표면(211)에 서로 인접하게 배치된다. 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 링의 형상을 갖고, 중심축(200)을 둘러싸고 서로 이격된 복수의 각진 오목부(231)를 포함한다.
특히, 본 실시예에 따르면, 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 오목부(231) 각각은 메인 몸체(21)의 방사 방향으로 연장되고, 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 증가하는 위치를 측정하기 위하여 증분형(incremental-type)으로 구성된다(즉, 메인 몸체(21)의 임의의 지점을 기준 지점으로 설정하고, 메인 몸체(21)의 상대적인 위치를 획득하기 위하여 기준 지점의 움직임을 측정한다). 메인 몸체(21)는 중심축(200)에 인접한 내측 포위 벽(213) 및 내측 포위 벽(213)의 반대측인 외측 포위 벽(214)을 포함한다. 본 실시예에 따르면, 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 내측 포위 벽(213)의 사이에 배치되나, 다른 실시예에 따르면 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 외측 포위 벽(214)의 사이에 배치될 수도 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 엔코더(2)는 제4 실시예와 유사하며, 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 구성에 대한 다음과 같은 차이점을 갖는다. 제5 실시예에 따르면, 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 절대형(absolute-type)으로서, 메인 몸체(21) 또는 메인 몸체(21)가 탑재하고 있는 회전 샤프트의 정확한 현재의 각 위치를 측정할 수 있다. 따라서, 제5 실시예에 따른 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 오목부(231)의 배열은 제4 실시예와 상이하다. 특히, 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 중심축(200)을 둘러싸도록 배치된 복수의 오목부(231)를 구비한다. 본 실시예에 따른 엔코더(2)가 절대형의 측정치를 제공하도록 동작하는 한도 내에서 오목부의 수 및 배열은 사용자의 선호에 따라 조절될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 엔코더(2)는 제3 실시예와 유사하며, 다음과 같은 차이점을 갖는다. 메인 몸체(21)는 중심축(200)을 둘러싸는 튜브의 형태를 갖는다. 기하학적인 용어로서, 제1 및 제2 표면(211, 212) 각각의 노멀(normal)은 중심축(200)에 수직하고, 제2 표면(212)은 중심축(200)을 향하며, 제1 표면(211)에 배치된 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 외측을 향한다. 톱니형 엔코딩 세트(22)의 오목부(221)는 각각이 환형이고 중심축(200)을 따라 배열되고, 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 오목부9231)은 각각이 중심축(200)의 방향으로 연장되고 메인 몸체(21)의 둘레 방향으로 배열된다. 본 실시예에 따르면, 고정 멤버(24)(도 17 참조)는 필요한 경우 메인 몸체(21)의 제2 표면(212)에 설치된다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 엔코더(2)는 제6 실시예와 유사하며, 제5 실시예와 유사한 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 구성에 대한 다음과 같은 차이점을 갖는다. 본 실시예에 따른 엔코더(2)가 절대형의 측정치를 제공하도록 동작하는 한도 내에서 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 오목부의 수 및 배열은 사용자의 선호에 따라 조절될 수 있다.
메인 몸체(21)에 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)를 조합함으로써 엔코더(2)는 선형 축의 직선성(linearity), 그리고 측 방향 및 수직 방향 진동을 측정하거나, 회전 샤프트의 이탈 및 각 위치를 측정할 수 있다.
전술한 실시예들이 선형 축 또는 회전 샤프트의 측정을 수행하는지 자세히 설명하기 위하여 톱니형 엔코딩 장치가 이용될 수 있다.
도 15를 참조하면, 톱니형 엔코딩 장치는 선형 축(40)의 진동 및 변위를 측정하기 위하여 선형 축(40)에 탑재되고, 선형 축(40)을 따라 동시에 움직이도록 배치된 제1 실시예의 엔코더(2), 및 엔코더(2)에 이격되고 톱니형 엔코딩 유닛(201)에 대응하는 위치에 배치되고, 톱니형 엔코딩 유닛(201)의 진동의 크기를 감지하는 센서(미도시), 및 톱니형 엔코딩 유닛(201)의 자기장 세기를 감지하는 자기-아날로그(magnetic-analog) 감지 부품(미도시)을 포함하는 감지 유닛(3)을 포함한다. 센서 및 자기-아날로그 감지 부품은 감지 유닛(3)에 집약된다.
제1 실시예에 따른 엔코더(2)가 선형이고 긴 형상을 갖기 때문에, 엔코더(2)는 선형 축의 바닥면에 탑재된다. 이 때, 감지 유닛(3)은 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)를 감지하기 위하여 톱니형 엔코딩 유닛(201)에 인접한 고정 위치에 탑재된다. 감지 유닛(3)이 톱니형 엔코딩 유닛(201)에 이격되어 배치되어 있는 한, 감지 유닛(3)의 구성은 다른 실시예와 상이할 수 있다. 또한, 감지 유닛(3)의 센서는 거대 자기 저항(giant magnetoresistance) 센서일 수 있고, 감지 유닛(3)의 자기-아날로그 감지 부품은 홀 효과(hall effect) 센서일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 16을 특히 참조하면, 톱니형 엔코딩 장치의 다른 예가 회전 샤프트(4)에 탑재된다. 톱니형 엔코딩 장치의 조립 과정에서 제2, 제4 및 제5 실시예 중 하나의 엔코더(2)가 회전 샤프트(4)에 탑재될 때(제4 실시예는 도 16에 도시됨), 엔코더(2)의 메인 몸체(21)의 내측 포위 벽(213)(도 8 참조)이 회전 샤프트(4)를 향하는 상태에서 고정 멤버(24)는 메인 몸체(21)와 회전 샤프트(4)를 연결한다. 한편, 감지 유닛(3)은 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)에 인접한 고정 위치에 탑재된다. 감지 유닛(3)이 톱니형 엔코딩 유닛(201)에 이격되어 배치되어 있는 한, 감지 유닛(3)의 배치는 다른 실시예와 상이할 수 있다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 톱니형 엔코딩 장치의 조립 처리 과정에서 제2, 제4 및 제5 실시예 중 하나의 엔코더(2)가 회전 샤프트(4)에 탑재될 때(제6 실시예는 도 17에 도시되고, 제7 실시예는 도 18에 도시됨), 엔코더(2)의 메인 몸체(21)의 제2 표면(212)(도 11 참조)이 회전 샤프트(4)를 향하는 상태에서 고정 멤버(24)는 메인 몸체(21)와 회전 샤프트(4)를 연결하여 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)는 회전 샤프트(4)의 표면(41)을 향하지 않게 된다. 전술한 조립과 마찬가지로, 본 조립에서 감지 유닛(3)은 톱니형 엔코딩 유닛(201)에 이격되어 배치된다. 또한, 도 18을 참조하면, 엔코더(2)는 고정 멤버(24) 없이 회전 샤프트(4)에 직접 탑재되어, 메인 몸체(21)의 제2 표면(212)은 회전 샤프트(4)의 외면(41)에 직접 접할 수 있다.
제1 실시예에 따른 엔코더를 이용하여 선형 축(40)의 평탄성(flatness), 직선성(linearity), 수직 방향 진동, 측 방향 진동, 변위, 속도 및 가속도를 측정하는 톱니형 엔코딩 장치의 측정 과정을 보다 세부적으로 설명하기 위하여 도 15와 함께 도 19가 제공된다.
선형 축(40)의 선형 동작 중 제1 실시예(도 1 참조)에 따른 엔코더(2)가 측정을 수행할 때 감지 유닛(3)의 자기-아날로그 감지 부품은 자속(magnetic flux)으로 톱니형 엔코딩 세트(22)의 자기장 세기를 감지한다. 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 자기-아날로그 감지 부품 간의 거리가 변할 때, 자속 또한 달라진다. 그러한 관계는 자속으로 위치 데이터를 획득하는 감지 유닛(3)의 마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit, 미도시)에 프로그램 된다. 자속으로 자기장 세기의 값이 획득된 이후에 해당 값은 선형 축(40)의 위치에 대한 정보를 획득하기 위하여 마이크로 컨트롤러 유닛에 의해 사전에 설정된 룩업 테이블(look up table)과 비교되고 처리되어 평탄성 및 수직 진동의 파라미터가 획득된다. 선형 축(40)의 평탄성 및 수직 진동을 측정하기 위하여 감지 유닛(3)의 센서는 선형 축(40)의 선형 움직임으로 인한 톱니형 엔코딩 세트(22)상에서의 자기장 변화에 따른 전압 신호를 생성한다. 그리고, 마이크로 컨트롤러 유닛은 전압 신호를 처리하여 선형 축(40)의 평탄성 및 수직 진동의 파라미터를 산출한다.
또한, 감지 유닛(3)의 센서는 선형 축(40)의 증분 위치를 획득하기 위한 선형 축(40)의 변위, 속도 및 가속도를 획득하기 위하여 선형 축(40)의 선형 움직임으로 인한 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)상에서의 자기장 변화에 따른 신호를 생성한다.
제2 및 제3 실시예 중 하나에 따른 톱니형 엔코딩 장치의 측정 과정을 보다 세부적으로 설명하기 위하여 도 16 및 도 17과 함께 도 20이 제공된다. 우선, 엔코더(2) 및 회전 샤프트(4)가 서로 같은 중심을 갖도록 동심 보정(concentricity correction)이 수행된다.
이어서, 회전 샤프트(4)의 회전 동작 중 제2 실시예에 따른 엔코더(2)를 구비한 톱니형 엔코딩 장치가 회전 샤프트(4)에 탑재된 경우, 감지 유닛(3)은 회전 샤프트(4)의 방사 방향(X, 도 16 참조)의 움직임으로 인한 톱니형 엔코딩 세트(22)상에서의 자기장 변화에 따른 전압 신호를 생성한다. 그리고, 감지 유닛(3)의 마이크로 컨트롤러 유닛은 전압 신호를 처리하여 회전 샤프트(4)의 방사 방향 이탈 또는 진동에 대한 파라미터를 산출한다. 이와는 반대로, 제3 실시예에 따른 엔코더(2)를 구비한 톱니형 엔코딩 장치가 회전 샤프트(4)에 탑재된 경우, 감지 유닛(3)은 회전 샤프트(4)의 축 방향(Y, 도 17 참조) 움직임으로 인한 톱니형 엔코딩 세트(22)상에서의 자기장 변화에 의하여 생성된 전압 신호를 감지하고, 마이크로 컨트롤러 유닛은 전압 신호를 처리하여 회전 샤프트(4)의 축 방향 이탈 또는 진동에 대한 파라미터를 산출한다.
제4, 제5, 제6 및 제7 실시예 중 하나에 따른 엔코더(2)가 구비된 톱니형 엔코딩 장치의 측정 과정을 보다 세부적으로 설명하기 위하여 도 16 및 도 18과 함께 도 21이 제공된다.
우선, 엔코더(2) 및 회전 샤프트(4)가 서로 같은 중심을 갖도록 동심 보정(concentricity correction)이 수행된다.
도 21의 흐름도의 가장 좌측을 설명하면, 회전 샤프트(4)의 회전 동작 중 제4 또는 제5 실시예(도 7, 도 9 및 도 16 참조)의 엔코더(2)가 측정을 수행할 때, 감지 유닛(3)의 자기-아날로그 감지 부품이 자속(magnetic flux)으로 톱니형 엔코딩 세트(22)의 자기장 세기를 감지한다. 자속으로 자기장 세기의 값이 획득된 이후에 해당 값은 마이크로 컨트롤러 유닛에 의해 사전에 설정된 룩업 테이블(look up table)과 비교되고 처리되어 축 방향 이탈 및 축 방향 진동의 파라미터가 획득된다. 이와 마찬가지로, 제6 및 제7 실시예(도 11 및 도 13 참조)의 엔코더(2)가 측정을 수행할 때, 방사 방향 이탈 및 방사 방향 진동의 파라미터가 획득될 수 있다.
이어서, 도 21의 흐름도의 중단을 참조하면, 회전 샤프트(4)의 회전 동작 중에 제4 또는 제5 실시예에 따른 엔코더(2)를 구비한 톱니형 엔코딩 장치가 회전 샤프트(4)에 탑재된 경우, 감지 유닛(3)은 회전 샤프트(4)의 방사 방향(X, 도 16 참조)의 움직임으로 인한 톱니형 엔코딩 세트(22)상에서의 정현파형(sinusoidal) 자기장 변화에 따른 전압 신호를 생성한다. 그리하여, 마이크로 컨트롤러 유닛은 전압 신호를 처리하여 회전 샤프트(4)의 방사 방향 이탈 및 방사 방향 진동의 파라미터를 산출한다. 이와는 반대로, 제6 및 제7 실시예에 따른 엔코더(2)를 구비한 톱니형 엔코딩 장치가 회전 샤프트(4)에 탑재된 경우, 감지 유닛(3)은 회전 샤프트(4)의 축 방향(Y, 도 17 및 도 19 참조) 움직임으로 인한 톱니형 엔코딩 세트(22)상에서의 자기장 변화에 의하여 생성된 전압 신호를 감지하고, 마이크로 컨트롤러 유닛은 전압 신호를 처리하여 회전 샤프트(4)의 축 방향 이탈 및 축 방향 진동의 파라미터를 산출한다.
본 발명에 따른 엔코더(2)의 톱니형 엔코딩 유닛(201)이 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)를 통합하고 있는 만큼 회전 샤프트(4)의 이탈을 측정할 뿐만 아니라, 엔코더(2)는 회전 샤프트(4)의 각 변위(상대적 및 절대적), 속도 및 가속도를 측정할 수 있다. 이를 위하여, 감지 유닛(3)은 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 자기장을 감지하여 컴퓨터 알고리즘을 통해 증가분 또는 절대 위치 데이터를 산출한다.
특히, 도 21의 흐름도의 가장 오른쪽을 설명하면, 회전 샤프트(4)의 회전 동작 중 톱니형 엔코딩 세트(22)에 대한 감지뿐만 아니라 감지 유닛(3)는 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)상에서의 자기장 변화에 따른 전압 신호를 생성하여 회전 샤프트(4)의 각 위치 데이터를 획득한다.
요약하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 엔코더(2)는, 톱니형 엔코딩 세트(22)의 오목부(221)가 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)의 오목부(231)의 방향과는 다른 방향으로 배열되도록, 선형 메인 몸체(20)상에 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)를 집약하여, 감지 유닛(3)과의 협력으로 엔코더(2)는 선형 축(40)의 평탄성, 직선성, 수직 방향 진동, 측 방향 진동, 변위, 속도 및 가속도를 측정할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 엔코더(2)는 복수의 환형 오목부(221)를 포함하여, 감지 유닛(3)과의 협력으로 엔코더(2)는 회전 샤프트(4)의 축 방향 및 방사 방향 이탈을 측정한다. 몇몇 실시예에서, 엔코더(2)는 환형 메인 몸체(21)상에 톱니형 엔코딩 세트(22) 및 위치 톱니형 엔코딩 세트(23)를 집약하여, 엔코딩 유닛(201)을 통하여 회전 샤프트(4)의 축 방향 및 방사 방향 이탈을 측정할 뿐만 아니라, 엔코더(2)는 위치 톱니형 엔코딩 유닛(23)으로부터 수신된 증분형(incremental-type) 또는 절대형(absolute-type) 신호를 통하여 회전 샤프트(4)의 각 위치, 속도 및 각속도를 측정할 수도 있다.
이해를 위한 이상과 같은 설명을 통하여 실시예의 전반적인 이해를 제공하기 위한 다양한 구체적인 세부사항이 제공되었다. 이러한 구체적인 세부사항 중 몇 가지가 누락되더라도 하나 또는 그 이상의 실시예가 실시될 수 있음은 본 기술분야의 당업자에게 명확해질 것이다. 본 명세서 전반에 걸쳐 서수 등으로 지시된 실시예의 참조는 어떠한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 실시 범주에 포함될 수 있음을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 또한, 상세한 설명에서는 다양한 특징들이 기재의 간소화 및 다양한 발명의 양상의 이해를 돕기 위하여 하나의 실시예, 도면 또는 설명으로 그룹화되고, 하나의 실시예에서 도출되는 하나 이상의 특징 또는 구체적인 세부사항은 본 발명의 실시 범주 내에서 적절하게 다른 실시예에서 도출되는 하나 이상의 특징 또는 구체적인 세부사항과 함께 실시될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.
본 발명이 예시적인 실시예로서 설명되었으나, 이는 본 발명이 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니며 모든 개선사항 및 유사 방식을 포함하기 위하여 확장 해석된 사상 및 범위에 포함된 다양한 방식을 포함시키기 위한 것을 의도한 것으로 이해하여야 한다.

Claims (19)

  1. 도자성 재질로 구성된 메인 몸체; 및
    도자성 재질로 구성되고, 상기 메인 몸체의 표면에 배치된 톱니형 엔코딩 세트, 및 상기 톱니형 엔코딩 세트에 인접하고 상기 톱니형 엔코딩 세트가 배치되어 있는 상기 메인 몸체의 표면에 배치된 위치 톱니형 엔코딩 세트를 포함하는 톱니형 엔코딩 유닛을 포함하되,
    상기 톱니형 엔코딩 세트는 제1 방향으로 배치된 복수의 오목부를 포함하고, 상기 톱니형 엔코딩 세트의 오목부 각각은 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 연장되고, 상기 위치 톱니형 엔코딩 세트는 상기 제2 방향으로 배치된 복수의 오목부를 포함하며, 상기 위치 톱니형 엔코딩 세트의 오목부 각각은 상기 제1 방향으로 연장되는 엔코더.
  2. 도자성 재질로 구성되고, 중심축을 둘러싸며, 제1 표면 및 상기 제1 표면의 반대측인 제2 표면을 포함하는 환형 메인 몸체; 및
    도자성 재질로 구성되고, 상기 메인 몸체의 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 중 하나에 배치되고, 서로 이격된 복수의 오목부가 포함된 톱니형 엔코딩 세트를 포함하는 톱니형 엔코딩 유닛을 포함하되,
    상기 복수의 오목부 각각은 환형이고 중심축상에 중심을 갖는 엔코더.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 표면 각각의 노멀(normal)은 상기 중심축에 평행하고,
    상기 톱니형 엔코딩 세트는 상기 제1 표면에 배치되며,
    상기 오목부는 상기 메인 몸체의 방사 방향으로 배열되는 엔코더.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 메인 몸체의 내측 포위 벽에 설치되는 고정 멤버를 더 포함하는 엔코더.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 표면 각각의 노멀(normal)은 상기 중심축에 수직하고,
    상기 제2 표면은 상기 중심축을 향하고,
    상기 톱니형 엔코딩 세트는 상기 제1 표면에 배치되며,
    상기 오목부는 상기 중심축을 따라 배열되는 엔코더.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 메인 몸체의 상기 제2 표면에 설치되는 고정 멤버를 더 포함하는 엔코더.
  7. 도자성 재질로 구성되고, 중심축을 둘러싸며, 제1 표면 및 상기 제1 표면의 반대측인 제2 표면을 포함하는 환형 메인 몸체; 및
    도자성 재질로 구성되고, 상기 메인 몸체의 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 중 하나에 배치된 톱니형 엔코딩 세트, 및 상기 톱니형 엔코딩 세트에 인접한 상기 중심축상에 중심을 갖고 상기 톱니형 엔코딩 세트가 배치된 상기 메인 몸체의 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 중 하나에 배치된 환형 위치 톱니형 엔코딩 세트를 포함하는 톱니형 엔코딩 유닛을 포함하되,
    상기 톱니형 엔코딩 세트는 서로 이격된 복수의 오목부를 포함하고, 상기 톱니형 엔코딩 세트의 상기 복수의 오목부 각각은 환형이고 상기 중심축상에 중심을 가지며, 상기 위치 톱니형 엔코딩 세트는 상기 중심축을 둘러싸고 서로 이격된 복수의 각진 오목부를 포함하는 엔코더.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 메인 몸체는 상기 중심축에 인접한 내측 포위 벽 및 상기 내측 포위 벽의 반대측인 외측 포위 벽을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 표면 각각의 노멀(normal)은 상기 중심축에 평행하고,
    상기 톱니형 엔코딩 세트 및 상기 위치 톱니형 엔코딩 세트는 상기 제1 표면에 배치되고,
    상기 톱니형 엔코딩 세트의 상기 오목부는 상기 메인 몸체의 방사 방향으로 배열되고,
    상기 위치 톱니형 엔코딩 세트의 상기 오목부 각각은 상기 메인 몸체의 방사 방향으로 연장되며,
    상기 위치 톱니형 엔코딩 세트는 상기 제1 표면, 그리고 상기 톱니형 엔코딩 세트, 및 상기 내측 및 외측 포위 벽 중 하나의 사이에 배치되는 엔코더.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 메인 몸체의 상기 내측 포위 벽에 설치되는 고정 멤버를 더 포함하는 엔코더.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 표면 각각의 노멀(normal)은 상기 중심축에 수직하고,
    상기 제2 표면은 상기 중심축을 향하고,
    상기 톱니형 엔코딩 세트 및 상기 위치 톱니형 엔코딩 세트는 상기 제1 표면에 배치되며,
    상기 톱니형 엔코딩 세트의 상기 오목부는 상기 중심축을 따라 배열되며,
    상기 위치 톱니형 엔코딩 세트의 상기 오목부 각각은 상기 중심축의 방향으로 연장되는 엔코더.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 메인 몸체의 상기 제1 표면에 설치되는 고정 멤버를 더 포함하는 엔코더.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 위치 톱니형 엔코딩 세트는 절대형(absolute-type) 및 증분형(incremental-type) 중 하나인 엔코더.
  13. 선형 축의 진동 및 변위를 측정하기 위하여 선형 축에 탑재된 톱니형 엔코딩 장치로서,
    상기 선형 축에 탑재되고, 선형 축의 연장하는 방향으로 상기 선형 축에 탑재되는 제1 항의 엔코더; 및
    상기 엔코더에 이격되어 배치되고, 상기 톱니형 엔코딩 세트 및 상기 톱니형 엔코딩 유닛의 위치 톱니형 엔코딩 세트에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 톱니형 엔코딩 유닛의 진동 크기를 감지하는 센서, 및 상기 톱니형 엔코딩 유닛의 자기장 세기를 감지하는 자기-아날로그(magnetic-analog) 감지 부품을 포함하는 감지 유닛을 포함하는 톱니형 엔코딩 장치.
  14. 회전 샤프트의 이탈을 측정하기 위하여 상기 회전 샤프트에 탑재된 톱니형 엔코딩 장치로서,
    상기 회전 샤프트를 감싸면서 상기 회전 샤프트에 탑재된 제2 항의 엔코더; 및
    상기 엔코더에 이격되어 배치되고, 상기 톱니형 엔코딩 세트에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 톱니형 엔코딩 유닛의 변위를 감지하는 센서, 및 상기 톱니형 엔코딩 유닛의 자기장 세기를 감지하는 자기-아날로그(magnetic-analog) 감지 부품을 포함하는 감지 유닛을 포함하는 톱니형 엔코딩 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 표면 각각의 노멀(normal)은 상기 중심축에 평행하고, 상기 메인 몸체의 내측 포위 벽은 상기 회전 샤프트를 향하는 톱니형 엔코딩 장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 표면 각각의 노멀(normal)은 상기 중심축에 수직하고, 상기 메인 몸체의 제2 표면은 상기 회전 샤프트를 향하는 톱니형 엔코딩 장치.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 엔코더는 상기 메인 몸체가 상기 회전 샤프트에 연결되도록 하는 고정 멤버를 더 포함하는 톱니형 엔코딩 장치.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 메인 몸체의 상기 제2 표면은 상기 회전 샤프트의 외면에 직접 접하는 톱니형 엔코딩 장치.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 센서는 거대 자기 저항 센서(giant magnetoresistance sensor)이고, 상기 자기-아날로그(magnetic-analog) 감지 부품은 홀 효과(Hall effect) 센서인 톱니형 엔코딩 장치.
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