KR20230019663A - Sensor module and sensor system using the same - Google Patents

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KR20230019663A KR1020210101462A KR20210101462A KR20230019663A KR 20230019663 A KR20230019663 A KR 20230019663A KR 1020210101462 A KR1020210101462 A KR 1020210101462A KR 20210101462 A KR20210101462 A KR 20210101462A KR 20230019663 A KR20230019663 A KR 20230019663A
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이지영
이지헌
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한국전기연구원
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Abstract

The present invention relates to a sensor module and a sensor system using the same and, more specifically, to a sensor module for measuring rotation information of a rotating device and a sensor system using the same. The sensor module comprises: a rotation coupling part (110) having a magnetic flux conversion means, and coupled to a rotatable shaft part (1) to rotate; one or more permanent magnets (120) which are distanced from the rotation coupling part (110) and of which the magnitude and direction of magnetic flux thereof change according to the rotation of the rotation coupling part (110); and at least one detection unit (130) disposed between the rotation coupling part (110) and the permanent magnets (120) to detect a change in magnetic flux due to interaction between the magnetic flux conversion means and the permanent magnets (120). Therefore, the sensor module can minimize the leakage of magnetic flux in measuring the rotation information of the rotating device.

Description

센서모듈 및 이를 이용하는 센서시스템{Sensor module and sensor system using the same}Sensor module and sensor system using the same {Sensor module and sensor system using the same}

본 발명은 센서모듈 및 이를 이용하는 센서시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전기기의 회전정보를 측정하는 센서모듈 및 이를 이용하는 센서시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor module and a sensor system using the same, and more particularly, to a sensor module for measuring rotational information of a rotating machine and a sensor system using the same.

전동기 및 발전기 등과 같은 회전기기에 있어서, 회전축의 회전량, 회전각도, 회전속도 및 회전방향 등 회전과 관련된 정보는 축 방향 비틀림 측정 기기의 상대적 위치 측정, 전동기의 토크 및 속도제어 등을 제어하기 위하여 정확하게 검출될 필요가 있다.In rotating devices such as motors and generators, information related to rotation, such as the rotation amount, rotation angle, rotation speed and direction of the rotation shaft, is used to measure the relative position of the axial torsion measuring device and to control the torque and speed of the motor. It needs to be detected accurately.

일반적으로 회전정보는 광학식 자기식 엔코더, 레졸버 등을 이용하여 검출될 수 있으나, 엔코더나 레졸버는 비용이 비교적 많이 들게 되므로, 종래에는 비용이 저렴한 영구자석(2)과 홀센서(3)를 이용하여 회전정보를 검출하는 방법도 제시되었다. In general, rotation information can be detected using an optical magnetic encoder, resolver, etc., but encoders and resolvers are relatively expensive, so conventionally, inexpensive permanent magnets 2 and hall sensors 3 are used. A method for detecting rotation information was also presented.

영구자석(2)과 홀센서(3)로 구성된 종래의 센서모듈은, 도 1에 도시된 바와 같이, 샤프트부(1)가 회전함에 따라 상기 샤프트부(1)에 결합한 상기 영구자석(2)이 회전하게 되며, 이에 영구자석(2)의 자속의 크기 및 방향이 변하게 되므로 상기 홀센서(3)가 이를 감지하여 회전정보를 검출하였다.As shown in FIG. 1, the conventional sensor module composed of a permanent magnet 2 and a Hall sensor 3 is connected to the permanent magnet 2 coupled to the shaft part 1 as the shaft part 1 rotates. As this rotates, the magnitude and direction of the magnetic flux of the permanent magnet 2 change, so the Hall sensor 3 senses this to detect rotation information.

다만, 상기와 같은 종래의 센서모듈은 영구자석(2)을 다극으로 형성하기 위한 가공 정밀도에 한계가 있어 정확한 센싱 신호 측정에 어려움이 있었으며, 상기 영구자석(2)이 상기 샤프트부(1)에 결합하기 위하여 샤프트부(1)을 감싸는 링(ring) 형상을 가지게 되므로 영구자석(2)의 부피가 커져 자속차폐 구조가 복잡하게 형성되며 자속이 누설될 수 있는 위험이 있었다.However, the conventional sensor module as described above has limitations in processing precision for forming the permanent magnet 2 in multipoles, so it is difficult to accurately measure the sensing signal, and the permanent magnet 2 is attached to the shaft part 1 Since it has a ring shape surrounding the shaft part 1 to be coupled, the volume of the permanent magnet 2 increases, the magnetic flux shielding structure is formed complicatedly, and there is a risk that magnetic flux may leak.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 회전기기의 회전정보를 측정함에 있어서 정밀한 가공이 가능하며 자속의 누설을 최소화할 수 있는 센서모듈 및 이를 이용하는 센서시스템을 개시한다.In order to solve the above problems, the present invention discloses a sensor module capable of precise processing and minimizing leakage of magnetic flux in measuring rotation information of a rotating machine, and a sensor system using the same.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 자속변환수단을 구비하며, 회전 가능한 샤프트부(1)에 결합하여 회전하는 회전결합부(110)와; 상기 회전결합부(110)에 간격을 두고 배치되며, 상기 회전결합부(110)의 회전에 따라 자속의 크기 및 방향이 변화하는 하나 이상의 영구자석(120)과; 상기 회전결합부(110) 및 상기 영구자석(120) 사이에 배치되며, 상기 자속변환수단 및 상기 영구자석(120) 사이의 상호작용에 의한 자속변화를 감지하는 하나 이상의 감지부(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서모듈을 개시한다.The present invention has been created in order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention is provided with a magnetic flux conversion means, and a rotary coupling portion 110 which rotates by being coupled to a rotatable shaft portion (1); one or more permanent magnets 120 disposed at intervals in the rotary coupling part 110 and changing the magnitude and direction of magnetic flux according to the rotation of the rotary coupling part 110; It is disposed between the rotary coupling part 110 and the permanent magnet 120, and includes one or more sensing parts 130 for detecting a change in magnetic flux due to an interaction between the magnetic flux conversion means and the permanent magnet 120. Discloses a sensor module characterized in that.

상기 자속변환수단은, 상기 회전결합부(110)에 결합된 치슬롯구조(111)을 포함할 수 있다.The magnetic flux conversion unit may include a tooth slot structure 111 coupled to the rotation coupling part 110 .

상기 치슬롯구조(111)는, 상기 회전결합부(110)의 외주면에 복수개의 치가 방사형으로 돌출형성될 수 있다.In the tooth slot structure 111, a plurality of teeth may be protruded radially from an outer circumferential surface of the rotation coupling part 110.

상기 자속변환수단은, 상기 회전결합부(110)의 적어도 일부를 구성함과 아울러, 기하학적 중심이 샤프트(1)에 대하여 편심되는 자성체부(114)와; 자성체부(114)와 결합되어 회전결합부(110)의 평면 형상인 원형을 이루는 비자성체부(113)로 이루어질 수 있다.The magnetic flux conversion means, as well as constituting at least a part of the rotation coupling portion 110, and the magnetic body portion 114, the geometric center of which is eccentric with respect to the shaft (1); It may be made of a non-magnetic body portion 113 coupled to the magnetic body portion 114 to form a circular shape, which is a planar shape of the rotation coupling portion 110.

상기 영구자석(120)은, 상기 회전결합부(110)의 외형에 대응하는 곡률반경을 갖도록 상기 회전결합부(110)에 대하여 반대방향으로 볼록하게 형성될 수 있다.The permanent magnet 120 may be formed to be convex in an opposite direction to the rotary coupling portion 110 to have a radius of curvature corresponding to the outer shape of the rotation coupling portion 110 .

상기 영구자석(120)은, N극 및 S극 중 어느 하나의 극성을 가지는 중앙자극과, 상기 중앙자극와 반대극성을 가지며 상기 회전결합부(110)의 원주방향을 따라서 상기 중앙자극의 전방 및 후방에 배치된 한 쌍의 측방자극들을 포함할 수 있다.The permanent magnet 120 has a central magnetic pole having one of N pole and S pole polarity and opposite polarity to the central magnetic pole, and the front and rear sides of the central magnetic pole along the circumferential direction of the rotary coupling part 110. It may include a pair of lateral magnetic poles disposed on.

상기 감지부(130)는, 상기 회전결합부 및 상기 중앙자극 사이에 하나로 설치될 수 있다.The sensing unit 130 may be installed as one between the rotary coupling unit and the central magnetic pole.

상기 감지부(130)는, 상기 중앙자극 및 상기 측방자극의 경계영역에 대응되어 한 쌍으로 설치될 수 있다.The sensing units 130 may be installed as a pair to correspond to the boundary regions of the central magnetic pole and the lateral magnetic poles.

상기 감지부(130)는, 서치코일 및 홀센서 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The sensing unit 130 may be at least one of a search coil and a hall sensor.

본 발명은 또한 회전기기의 샤프트부(1)의 축 비틀림을 측정하는 센서시스템에 있어서, 상기 센서시스템은, 상기와 같은 구성을 가지는 센서모듈을 이용하여 상기 샤프트부(1)의 축 비틀림 각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 센서시스템을 개시한다.The present invention is also a sensor system for measuring the axial twist of the shaft portion (1) of the rotating machine, the sensor system, using the sensor module having the above configuration to determine the axial twist angle of the shaft portion (1) Disclosed is a sensor system characterized by measuring.

본 발명은, 회전되는 샤프트에 샤프트의 외주 측에 설치된 영구자석과의 상호작용에 의하여 그 사이의 자속을 변화시키는 자속변환수단을 샤프트에 설치하여, 샤프트의 회전량을 감지함으로써 편리하고 정밀한 회전량 측정이 가능한 이점이 있다.The present invention provides a convenient and precise amount of rotation by detecting the amount of rotation of the shaft by installing a magnetic flux conversion means on the rotating shaft to change the magnetic flux therebetween by interaction with a permanent magnet installed on the outer circumference of the shaft. There are measurable advantages.

특히 본 발명은, 자속변환수단을 회전결합부에 정밀한 가공이 가능한 치슬롯구조로 구성함으로써 홀센서 또는 서치코일의 센싱신호의 정밀도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In particular, the present invention has the advantage of improving the accuracy of the sensing signal of the hall sensor or the search coil by configuring the magnetic flux converting means in a tooth slot structure capable of precisely processing the rotary coupling part.

또한 본 발명은, 자성체 및 비자성체로 구성된 원판을 샤프트에 설치하여 그 사이의 자속을 변화시킴으로써 간단한 구성에 의하여 샤프트의 회전량을 감지할 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of being able to detect the rotation amount of the shaft by a simple configuration by installing a disc made of a magnetic material and a non-magnetic material on the shaft to change the magnetic flux therebetween.

또한, 본 발명은 영구자석을 상기 회전결합부(110)의 외형에 대응하는 곡률반경을 갖도록 상기 회전결합부(110)에 대하여 반대방향으로 볼록하게 형성함으로써 측정되는 전압신호가 이상적인 정현파가 되도록 함으로써 센싱신호의 정밀도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention makes the measured voltage signal an ideal sine wave by forming a permanent magnet convex in the opposite direction to the rotary coupling portion 110 to have a radius of curvature corresponding to the outer shape of the rotation coupling portion 110. There is an advantage of improving the precision of the sensing signal.

또한, 본 발명은 부피가 작은 영구자석을 사용함으로써 자속을 보다 용이하게 차폐할 수 있어 누설 자속에 의한 주변 기계부품의 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of being able to more easily shield magnetic flux by using a permanent magnet having a small volume, thereby preventing damage to peripheral mechanical parts due to leakage magnetic flux.

도 1은, 종래 센서모듈의 모습을 보여주는 단면도이다.
도 2a는, 본 발명의 센서모듈의 모습을 보여주는 단면도이다.
도 2b는, 도 2a에서 A부분을 확대한 모습을 보여주는 확대 단면도이다.
도 3a은, 도 3a의 센서모듈의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 3b는, 도 3a에서 B부분을 확대한 모습을 보여주는 확대 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 센서모듈을 이용하여 축 비틀림을 측정하는 센서시스템의 모습을 보여주는 개념도이다.
도 5는, 도 2a 내지 도 3b에 도시된 감지부의 예들을 보여주는 도면들이다.
도 6은, 도 2a 내지 도 3b에 도시된 센서모듈에서 회전감지부의 변형례를 보여주는 평면도이다.
도 7은, 도 2a 내지 도 3b 및 도 6에 도시된 센서모듈 중 감지부에 의하여 감지된 감지결과의 변화를 보여주는 그래프이다. 1 is a cross-sectional view showing the appearance of a conventional sensor module.
Figure 2a is a cross-sectional view showing the appearance of the sensor module of the present invention.
Figure 2b is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged state of portion A in Figure 2a.
Figure 3a is a cross-sectional view showing another embodiment of the sensor module of Figure 3a.
3B is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged state of part B in FIG. 3A.
4 is a conceptual diagram showing a sensor system for measuring axial twist using the sensor module of the present invention.
FIG. 5 is diagrams showing examples of sensing units shown in FIGS. 2A to 3B .
6 is a plan view showing a modification of the rotation sensing unit in the sensor module shown in FIGS. 2A to 3B.
FIG. 7 is a graph showing a change in a sensing result detected by a sensing unit among the sensor modules shown in FIGS. 2A to 3B and 6 .

이하 본 발명에 따른 센서모듈 및 이를 이용한 센서시스템에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.Hereinafter, a sensor module and a sensor system using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.

본 발명은, 자속변환수단을 구비하며, 회전 가능한 샤프트부(1)에 결합하여 회전하는 회전결합부(110)와; 상기 회전결합부(110)에 간격을 두고 배치되며, 상기 회전결합부(110)의 회전에 따라 자속의 크기 및 방향이 변화하는 하나 이상의 영구자석(120)과; 상기 회전결합부(110) 및 상기 영구자석(120) 사이에 배치되며, 상기 자속변환수단 및 상기 영구자석(120) 사이의 상호작용에 의한 자속변화를 감지하는 하나 이상의 감지부(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서모듈을 개시한다.The present invention is provided with a magnetic flux conversion means, and a rotary coupling portion 110 which rotates by being coupled to the rotatable shaft portion (1); one or more permanent magnets 120 disposed at intervals in the rotary coupling part 110 and changing the magnitude and direction of magnetic flux according to the rotation of the rotary coupling part 110; It is disposed between the rotary coupling part 110 and the permanent magnet 120, and includes one or more sensing parts 130 for detecting a change in magnetic flux due to an interaction between the magnetic flux conversion means and the permanent magnet 120. Discloses a sensor module characterized in that.

여기서 샤프트부(1)는, 회전 가능한 구성이라면 어떠한 구성이나 가능하며, 예를 들어 전동기나 발전기 등 회전기기의 회전기기의 회전이 일어나는 중심축(회전축)일 수 있다.Here, the shaft portion 1 may be any configuration as long as it is rotatable, and may be, for example, a central axis (rotational axis) on which rotation of a rotating device such as an electric motor or a generator occurs.

여기서 회전정보는 샤프트부(1)의 회전량, 회전각도, 회전속도 및 회전방향 등 상기 샤프트부(1)의 회전과 관련하여 얻을 수 있는 모든 정보를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.Here, the rotation information may be understood as a concept including all information that can be obtained in relation to the rotation of the shaft unit 1, such as the rotation amount, rotation angle, rotation speed, and rotation direction of the shaft unit 1.

또한, 상기 영구자석(120) 및 감지부(130) 중 적어도 어느 하나는, 영구자석(120) 및 감지부(130)를 고정 및 보호하는 비자성체 재질의 하우징(5)에 고정설치될 수 있으며, 상기 하우징(5)은, 비자성체 재질의 지지부(4)에 의하여 지지될 수 있다.In addition, at least one of the permanent magnet 120 and the sensing unit 130 may be fixed to a housing 5 made of a non-magnetic material that fixes and protects the permanent magnet 120 and the sensing unit 130. , The housing 5 may be supported by a support part 4 made of a non-magnetic material.

상기 회전결합부(110)는, 자속변환수단을 구비하며, 회전 가능한 샤프트부(1)에 결합하여 회전하는 구성으로서, 특히 자속변환수단에 따라서 다양한 구성이 가능하다.The rotary coupling part 110 has a magnetic flux conversion means, and is coupled to the rotatable shaft part 1 to rotate, and in particular, various configurations are possible depending on the magnetic flux conversion means.

일 예로서, 상기 회전결합부(110)는, 예를 들어, 도 2a 및 도 3a에 도시된 바와 같이 전동기 및/또는 발전기의 회전축에 결합하도록 회전축의 외주면을 감싸는 링(ring) 형상을 가질 수 있다.As an example, the rotary coupling part 110 may have a ring shape surrounding the outer circumferential surface of the rotary shaft so as to be coupled to the rotary shaft of the motor and/or generator, as shown in FIGS. 2A and 3A, for example. there is.

그리고 상기 자속변환수단은, 회전결합부(110)의 외주면에 형성된 치슬롯구조(111)을 포함할 수 있다.And the magnetic flux conversion unit may include a tooth slot structure 111 formed on an outer circumferential surface of the rotary coupling part 110 .

구체적으로, 상기 치슬롯구조(111)는, 다양한 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어, 도 2a 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 회전결합부(110)의 외주면에 복수개의 치가 방사형으로 돌출형성된 구조를 가질 수 있다.Specifically, the tooth slot structure 111 may have various structures, for example, as shown in FIGS. 2A and 3A, a plurality of teeth radially protrude from the outer circumferential surface of the rotary coupling part 110 structure can be formed.

또한, 상기 치슬롯구조(111)의 치는, 센싱할 영역과 각도를 고려하여 다양한 너비 및 개수로 조정될 수 있다.In addition, the number of teeth of the chislot structure 111 may be adjusted to various widths and numbers in consideration of the area and angle to be sensed.

그리고, 상기 회전결합부(110)는, 후술하는 영구자석(120)의 자속의 크기 및 방향를 변화시킬 수 있는 재질이라면 어떠한 재질이나 가질 수 있으며, 예를 들어 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등을 포함하는 재질을 가질 수 있다.In addition, the rotary coupling part 110 may have any material as long as it is a material capable of changing the size and direction of the magnetic flux of the permanent magnet 120 to be described later, for example, iron (Fe), copper (Cu), It may have a material containing nickel (Ni), cobalt (Co), and the like.

한편 상기 자속변환수단은, 다른 예로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 회전결합부(110)가 기하학적 중심이 샤프트(1)에 대하여 편심되는 자성체부(114)와; 자성체부(114)와 결합되어 회전결합부(110)의 평면 형상인 원형을 이루는 비자성체부(113)를 포함할 수 있다.On the other hand, the magnetic flux conversion means, as another example, as shown in Figure 6, the magnetic body portion 114, the geometric center of which is eccentric with respect to the rotation coupling portion 110, the shaft (1); It may include a non-magnetic body portion 113 coupled to the magnetic body portion 114 to form a circular shape that is a planar shape of the rotation coupling portion 110 .

상기 자성체부(114)는, 후술하는 영구자석(120)과의 상호작용을 위하여 기하학적 중심이 샤프트(1)에 대하여 편심되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.The magnetic body part 114 has a geometric center eccentric with respect to the shaft 1 for interaction with the permanent magnet 120 to be described later, and various configurations are possible.

특히 상기 자성체부(114)는, 회전감지부(230)에 대한 상대거리의 변화에 의하여 회전감지부(230)가 샤프트(1)의 회전상태를 감지하도록 하는 구성으로서, 자성체의 재질을 가지면 어떠한 재질의 사용도 가능하다.In particular, the magnetic body unit 114 is configured to allow the rotation sensing unit 230 to sense the rotation state of the shaft 1 by a change in the relative distance to the rotation sensing unit 230, and if it has a magnetic material, any The use of materials is also possible.

그리고, 상기 자성체부(114)의 평면형상은, 기하학적 중심이 샤프트(1)과 편심된 원형을 이룰 수 있다.And, the planar shape of the magnetic body part 114 may form a circular shape in which the geometric center is eccentric with the shaft 1.

상기 비자성체부(113)는, 자성체부(114)가 샤프트(1)에 대하여 편심되어 설치되는바 회전시 진동이 발생되는 것을 방지하기 위하여 회전모멘트의 평형을 마추기 위한 구성으로서, 자성체부(114)의 구성에 따라서 회전모멘트의 평형을 맞출 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.The non-magnetic body part 113 is configured to balance the rotational moment in order to prevent the occurrence of vibration when the magnetic body part 114 is installed eccentrically with respect to the shaft 1, and the magnetic body part ( According to the configuration of 114), any configuration is possible as long as it is a configuration that can balance the rotational moment.

특히 상기 비자성체부(113)는, 자성체부(114)와 결합되어 회전결합부(110)의 평면 형상인 원형을 이룰 수 있다.In particular, the non-magnetic body portion 113 may be combined with the magnetic body portion 114 to form a circular shape that is a planar shape of the rotation coupling portion 110 .

이때 상기 비자성체부(113)는, 자성체부(114)의 자성보다 현저히 낮은 자성, 즉 비자성 재질이면 모두 가능하다.At this time, the non-magnetic body part 113 can be any material that has significantly lower magnetism than that of the magnetic body part 114, that is, a non-magnetic material.

다만, 상기 자성체부(114) 및 비자성체(211)가 하나의 원판을 형성되고, 전체 무게중심이 샤프트(1)의 중심에 맞지 않는 경우 진동발생의 원인이 될 수 있는바, 이의 보완을 위하여 비자성체(211) 및 자성체부(114)의 크기 및 세부형상은, 전체 무게 중심이 샤프트(1)의 중심점에 위치되도록 구성됨이 바람직하다.However, if the magnetic body part 114 and the non-magnetic body 211 form one disk and the entire center of gravity does not match the center of the shaft 1, it may cause vibration, to compensate for this. The sizes and detailed shapes of the non-magnetic body 211 and the magnetic body portion 114 are preferably configured so that the entire center of gravity is located at the center point of the shaft 1.

상기 영구자석(120)은, 상기 회전결합부(110)에 간격을 두고 배치되며, 상기 회전결합부(110)의 회전에 따라 자속의 크기 및 방향이 변화하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The permanent magnets 120 are disposed at intervals in the rotary coupling part 110, and the magnitude and direction of magnetic flux change according to the rotation of the rotary coupling part 110, and various configurations are possible.

구체적으로, 상기 영구자석(120)은 상기 회전결합부(110) 외주면에 형성된 복수개의 치와 소정의 간격을 두고 배치될 수 있으며, 회전결합부(110)의 회전에 의하여 영구자석(120)에서 발생하는 자속의 크기와 방향이 변할 수 있다.Specifically, the permanent magnet 120 may be disposed at a predetermined interval from a plurality of teeth formed on the outer circumferential surface of the rotary coupling part 110, and in the permanent magnet 120 by the rotation of the rotary coupling part 110. The magnitude and direction of the generated magnetic flux can change.

즉, 외주면에 복수개의 치가 형성된 회전결합부(110)가 회전함에 따라 영구자석(120)과 회전결합부(110)와의 거리가 반복하여 변하게 되며, 이에 영구자석(120)에서 발생하는 자속의 크기와 방향이 변하며, 상기 자속의 크기 및 방향의 변화는 후술하는 감지부(130)의 기전력변화를 유도할 수 있다.That is, as the rotary coupling part 110 formed with a plurality of teeth on the outer circumferential surface rotates, the distance between the permanent magnet 120 and the rotary coupling part 110 repeatedly changes, and thus the size of the magnetic flux generated from the permanent magnet 120 and the direction is changed, and the change in the magnitude and direction of the magnetic flux may induce a change in electromotive force of the sensing unit 130 to be described later.

그리고 상기 영구자석(120)은, 하나 이상의 N극 및 하나 이상의 S극이 교대로 배치될 수 있으며, 예를 들어, 하나의 N극의 양측에 각각 S극이 배치되는 구조를 가질 수 있다.In addition, the permanent magnet 120 may have one or more N poles and one or more S poles alternately disposed, and, for example, may have a structure in which S poles are disposed on both sides of one N pole.

구체적으로, 상기 영구자석(120)은, N극 또는 S극의 중앙자극, 및 상기 중앙자극과 다른 극을 가지며 상기 회전결합부(110)의 원주방향을 따라서 상기 중앙자극의 전방 및 후방에 설치된 한 쌍의 측방자석들을 포함할 수 있다.Specifically, the permanent magnet 120 has a central magnetic pole of an N pole or an S pole, and a pole different from the central magnetic pole, and is installed in front and rear of the central magnetic pole along the circumferential direction of the rotary coupling part 110. A pair of side magnets may be included.

즉, 상기 영구자석(120)은, 복수로 회전결합부(110)의 원주방향을 따라서 순차로 배치될 수 있으며, 회전결합부(110)의 중심에서 일정한 거리로 설치됨이 바람직하다.That is, the plurality of permanent magnets 120 may be sequentially disposed along the circumferential direction of the rotary coupling part 110 and are preferably installed at a constant distance from the center of the rotary coupling part 110 .

한편, 영구자석(120)은 직육면체 형상, 원통 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있으나, 상기 영구자석(120)의 형상에 따라 치슬롯구조(111)의 복수개의 치와 영구자석(120)간의 거리가 각각 일정하지 않을 수 있다.Meanwhile, the permanent magnet 120 may have various shapes such as a rectangular parallelepiped shape and a cylindrical shape, but the distance between the plurality of teeth of the tooth slot structure 111 and the permanent magnet 120 varies according to the shape of the permanent magnet 120. may not be constant.

즉, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 영구자석(120)이 직육면체 형상을 가지는 경우, 도 2b에 도시된 바와 같이, 영구자석(120)과 복수개의 치간의 거리가 일정하지 않게 되므로 변화파형에 왜곡이 일어나 출력신호가 찌그러질 수 있다. (ex, 영구자석과 복수개의 치가 이루는 각 최단거리: D2〉D1, D3〉D1)That is, as shown in FIG. 2A, when the permanent magnet 120 has a rectangular parallelepiped shape, as shown in FIG. 2B, the distance between the permanent magnet 120 and the plurality of teeth is not constant. Distortion may occur and the output signal may be distorted. (ex, each shortest distance formed by a permanent magnet and multiple teeth: D 2 〉D 1 , D 3 〉D 1 )

이 경우, 고조파(Harmonic Frequency)가 발생할 수 있으며, 전체 고조파 왜곡율(THD, Total Harmonic Distortion)이 높아져 감지부(130)의 검출신호에 노이즈가 발생하여 깨끗한 정현파를 얻을 수 없는 문제가 발생하게 된다.In this case, harmonics (Harmonic Frequency) may occur, and Total Harmonic Distortion (THD) is increased, causing noise in the detection signal of the detector 130, resulting in a problem that a clean sine wave cannot be obtained.

이와 같은 문제의 발생을 방지하기 위하여, 상기 영구자석(120)은, 영구자석(120)과 치슬롯구조(111)의 복수개의 치 사이의 거리가 일정하도록 상기 회전결합부(110)에 반대방향으로 볼록한 형상으로 형성될 수 있다.In order to prevent the occurrence of such a problem, the permanent magnet 120 is directed in the opposite direction to the rotary coupling part 110 so that the distance between the permanent magnet 120 and the plurality of teeth of the tooth slot structure 111 is constant. It can be formed in a convex shape.

예를 들어, 상기 영구자석(120)은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 회전결합부(110)의 외형에 대응하는 곡률반경을 갖도록 상기 회전결합부(110)에 대하여 반대방향으로 볼록하게 형성함으로써, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 영구자석(120)과 복수개의 치간의 거리를 일정하게 할 수 있다.(ex, 영구자석과 복수개의 치가 이루는 각 최단거리: D1=D2=D3)For example, as shown in FIG. 3A, the permanent magnet 120 is convex in the opposite direction to the rotary coupling portion 110 to have a radius of curvature corresponding to the outer shape of the rotation coupling portion 110. By forming, as shown in FIG. 3B, the distance between the permanent magnet 120 and the plurality of teeth can be made constant. (ex, the shortest distance between the permanent magnet and the plurality of teeth: D 1 =D 2 = D3 )

이로써, 감지부(130)의 출력신호에 고조파가 발생하는 것을 감소시킬 수 있으며, 감지부(130)의 검출신호 즉, 자속 파형에 노이즈가 없는 깨끗한 정현파를 얻음으로써 센싱 신호의 정밀도를 향상시킬 수 있다.As a result, it is possible to reduce the occurrence of harmonics in the output signal of the sensing unit 130, and to obtain a clean sine wave without noise in the detection signal of the sensing unit 130, that is, a magnetic flux waveform, thereby improving the precision of the sensing signal. there is.

한편, 상기 감지부(130)는, 상기 회전결합부(110) 및 상기 영구자석(120) 사이에 배치되며, 상기 자속변환수단 및 상기 영구자석(120) 사이의 상호작용에 의한 자속변화를 감지하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.Meanwhile, the sensing unit 130 is disposed between the rotary coupling unit 110 and the permanent magnet 120, and detects a change in magnetic flux due to an interaction between the magnetic flux conversion means and the permanent magnet 120. As a configuration, various configurations are possible.

구체적으로, 상기 감지부(130)는, 회전결합부(110)의 회전에 의해 발생하는 영구자석(120)의 자속의 크기 및 방향의 변화분에 따른 사인 및 코사인파를 제공함으로써 회전기기의 회전정보(회전위치, 회전방향, 회전량 등)를 검출하도록 할 수 있다.Specifically, the sensing unit 130 rotates the rotating machine by providing sine and cosine waves according to changes in the magnitude and direction of the magnetic flux of the permanent magnet 120 generated by the rotation of the rotary coupling unit 110. Information (rotation position, rotation direction, rotation amount, etc.) can be detected.

이때 상기 감지부(130)는, 상기 자속변환수단 및 상기 영구자석(120) 사이의 상호작용에 의한 자속변화를 감지하는 구성이라면 어떠한 구성이나 가능하며 예를 들어, 서치코일(search coil) 및 홀센서(hall sensor) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.At this time, the sensing unit 130 can be any configuration as long as it is a configuration for detecting a change in magnetic flux due to the interaction between the magnetic flux conversion means and the permanent magnet 120, and for example, a search coil and a hole It may be at least one of a hall sensor.

여기서 상기 서치코일 및 홀센서는, 상기 회전결합부(110)의 회전에 의해 기전력이 주기적으로 변화됨으로써 상기 회전결합부(110)의 회전위치 및 회전속도 등의 회전정보를 감지하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.Here, the search coil and the Hall sensor are configured to sense rotational information such as the rotational position and rotational speed of the rotational coupling unit 110 by periodically changing the electromotive force by the rotation of the rotation coupling unit 110. configuration is possible.

예로서, 상기 감지부(130)는, 홀센서 또는 서치코일과 같이 자속변화를 감지할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.For example, the sensing unit 130 may be any configuration capable of detecting a change in magnetic flux, such as a Hall sensor or a search coil.

그리고 상기 감지부(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 중앙에 위치된 중앙 자극(S)에 대응되어 하나로 설치되거나((a) 및 (c)), 두 자극의 경계에 대응되는 위치, 즉 중앙자극(S) 및 한 쌍의 측방자극(N)들의 경계에 2개로 설치될 수 있다.And, as shown in FIG. 5, the sensing unit 130 is installed as one corresponding to the central magnetic pole S located at the center ((a) and (c)), or a position corresponding to the boundary between the two magnetic poles. , That is, it may be installed in two at the boundary of the central magnetic pole (S) and a pair of lateral magnetic poles (N).

여기서, 상기 감지부(130)는, 한 쌍의 서치코일 또는 한 쌍의 홀센서로 구성되어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 회전결합부(110)의 회전에 따라 각각 정현적인 자속파형을 얻을 수 있다.Here, the sensing unit 130 is composed of a pair of search coils or a pair of Hall sensors, and as shown in FIG. 7, each sinusoidal magnetic flux waveform is obtained according to the rotation of the rotary coupling unit 110. You can get it.

즉, 영구자석과 축 사이에 홀센서/서치코일를 배치하면, 축의 편심 정도와 홀센서 위치 변화에 따라 신호의 선형성을 조정할 수 있다.That is, if the Hall sensor/search coil is disposed between the permanent magnet and the shaft, the linearity of the signal can be adjusted according to the degree of eccentricity of the shaft and the position change of the Hall sensor.

또한 축을 편심형상이 아닌 치슬롯 형상으로 구성하면 축 회전에 따른 신호 주파수가 증가하여 보다 정밀한 측정이 가능해진다.In addition, if the shaft is configured in a chislot shape rather than an eccentric shape, the signal frequency according to shaft rotation increases, enabling more precise measurement.

한편 상기 감지부(130)는, 복수로 설치되는 경우 하나 이상의 배치는 x-z 평면 또는 y-z 평면상에서 공간적 위상차를 가지고 배치될 수 있다.Meanwhile, when the plurality of sensing units 130 are installed, one or more arrangements may be arranged with a spatial phase difference on the x-z plane or the y-z plane.

한편 상기 감지부(130)의 구성에 있어서, 회전량의 매우 작은 비틀량의 측정의 경우 측정의 편의성을 위하여 도 7에 도시된 파형 중 선형 성분 만의 사용이 가능하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, in the configuration of the sensing unit 130, only linear components of the waveform shown in FIG. 7 may be used for measurement convenience in the case of measuring a very small twist amount of rotation amount.

그리고 상기 감지부(130)는, 상기 회전결합부(110) 및 상기 영구자석(120) 사이에서 다양하게 배치될 수 있다.Also, the sensing unit 130 may be variously disposed between the rotary coupling unit 110 and the permanent magnet 120 .

이때, 상기 감지부(130)는, 깨끗한 정현파를 얻기 위하여 상기 영구자석(120)이 상기 회전결합부(110)의 외형에 대응하는 곡률반경을 갖도록 상기 회전결합부(110)에 대하여 반대방향으로 볼록하게 형성된 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 영구자석(120)의 곡률에 대응하여 지면을 기준으로 서로 반대방향으로 경사지게 배치됨이 바람직하다.At this time, in order to obtain a clean sine wave, the sensing unit 130 rotates the permanent magnet 120 in the opposite direction to the rotary coupling part 110 so that it has a radius of curvature corresponding to the outer shape of the rotary coupling part 110. When formed convexly, as shown in FIG. 3A, it is preferable that the permanent magnets 120 be inclined in opposite directions relative to the ground corresponding to the curvature of the permanent magnets 120.

한편, 본 발명은, 회전기기의 샤프트(1)의 축 비틀림을 측정하는 센서시스템에 있어서, 상기 센서시스템은, 상술한 센서모듈(100)을 이용하여 상기 샤프트(1)의 비틀림 각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 센서시스템을 개시한다.Meanwhile, in the present invention, in the sensor system for measuring the axial twist of the shaft 1 of the rotating machine, the sensor system measures the twist angle of the shaft 1 using the sensor module 100 described above. Discloses a sensor system characterized in that.

상기 센서시스템은 상술한 센서모듈(100)을 이용하여 상기 회전축(1)의 비틀림 각도를 측정하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.The sensor system is configured to measure the twist angle of the rotating shaft 1 using the above-described sensor module 100, and various configurations are possible.

예를 들어, 상기 센서시스템은 서로 다른 회전기기의 샤프트부(1,1') 간의 축간 비틀림을 측정하는데 있어서, 한 쌍의 센서모듈(100)을 이용할 수 있다.For example, the sensor system may use a pair of sensor modules 100 to measure interaxial twist between shaft parts 1 and 1' of different rotating machines.

구체적으로, 상기 센서시스템은, 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 다른 회전기기의 샤프트부(1,1')에 한 쌍의 회전결합부(110)를 각각 결합시킬 수 있으며, 각 회전결합부(110)의 상측으로 감지부(130) 및 영구자석(120)이 배치됨으로써 서로 다른 회전기기의 샤프트부(1,1') 각각의 회전에 따른 회전정보를 얻어 각 샤프트부(1,1')의 비틀림을 측정할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 4, the sensor system may couple a pair of rotation coupling parts 110 to the shaft parts 1 and 1' of different rotating machines, respectively, and each rotation coupling unit As the sensor 130 and the permanent magnet 120 are disposed above the 110, rotation information according to the rotation of each of the shaft parts 1, 1' of different rotating machines is obtained, and each shaft part 1, 1' ) can be measured.

이때, 상기 센서시스템에는 각 샤프트부(1,1')의 중심을 서로 맞추기 위하여 커플링(6)이 설치될 수 있다.At this time, a coupling 6 may be installed in the sensor system to align the centers of the respective shaft parts 1 and 1' with each other.

여기서 상기 커플링(6)은 다양한 구성이 가능하며, 적정 토크범위, 비틀림 강도, 편심오차 흡수도, 적정 회전수 등을 고려하여 적절한 형태의 커플링(ex. 코일 스프링형)이 선정될 수 있다.Here, the coupling 6 can have various configurations, and an appropriate type of coupling (ex. coil spring type) can be selected in consideration of an appropriate torque range, torsional strength, eccentricity error absorption, and appropriate number of rotations. .

그리고 상기 센서시스템은, 상술한 바와 같이 서로 다른 회전기기의 샤프트부(1,1') 간의 축간 비틀림 측정에만 한정되는 것은 아니며, 하나의 샤프트부(1)에 한 쌍의 센서모듈(100), 즉 한 쌍의 회전결합부(110)를 설치함으로써 하나의 샤프트부(1)에 서로 다른 회전방향으로 모멘트가 걸리는 경우의 비틀림을 측정할 수 있음은 물론이다.And, as described above, the sensor system is not limited to measuring interaxial torsion between the shaft parts 1 and 1' of different rotating machines, and includes a pair of sensor modules 100 in one shaft part 1, That is, by installing a pair of rotation coupling parts 110, it is possible to measure twist when a moment is applied to one shaft part 1 in different rotational directions.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시 예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시 예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.Since the above has only been described with respect to some of the preferred embodiments that can be implemented by the present invention, as noted, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above embodiments, and the scope of the present invention described above It will be said that the technical idea and the technical idea together with the root are all included in the scope of the present invention.

100 : 센서모듈 110 : 회전결합부
120 : 영구자석 130 : 감지부100: sensor module 110: rotation coupling
120: permanent magnet 130: sensing unit

Claims (15)

자속변환수단을 구비하며, 회전 가능한 샤프트부(1)에 결합하여 회전하는 회전결합부(110)와;
상기 회전결합부(110)에 간격을 두고 배치되며, 상기 회전결합부(110)의 회전에 따라 자속의 크기 및 방향이 변화하는 하나 이상의 영구자석(120)과;
상기 회전결합부(110) 및 상기 영구자석(120) 사이에 배치되며, 상기 자속변환수단 및 상기 영구자석(120) 사이의 상호작용에 의한 자속변화를 감지하는 하나 이상의 감지부(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서모듈.A rotation coupling portion 110 having a magnetic flux conversion means and rotating by being coupled to the rotatable shaft portion 1;
one or more permanent magnets 120 disposed at intervals in the rotary coupling part 110 and changing the magnitude and direction of magnetic flux according to the rotation of the rotary coupling part 110;
It is disposed between the rotary coupling part 110 and the permanent magnet 120, and includes one or more sensing parts 130 for detecting a change in magnetic flux due to an interaction between the magnetic flux conversion means and the permanent magnet 120. A sensor module, characterized in that for. 청구항 1에 있어서,
상기 자속변환수단은, 상기 회전결합부(110)에 결합된 치슬롯구조(111)을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서모듈.The method of claim 1,
The magnetic flux conversion means, the sensor module characterized in that it comprises a tooth slot structure 111 coupled to the rotation coupling portion (110). 청구항 2에 있어서,
상기 치슬롯구조(111)는, 상기 회전결합부(110)의 외주면에 복수개의 치가 방사형으로 돌출형성된 구조인 것을 특징으로 하는 센서모듈.The method of claim 2,
The tooth slot structure 111 is a sensor module, characterized in that a structure in which a plurality of teeth protrudes radially on the outer circumferential surface of the rotation coupling part (110). 청구항 1에 있어서,
상기 자속변환수단은,
상기 회전결합부(110)의 적어도 일부를 구성함과 아울러,
기하학적 중심이 샤프트(1)에 대하여 편심되는 자성체부(114)와; 자성체부(114)와 결합되어 회전결합부(110)의 평면 형상인 원형을 이루는 비자성체부(113)로 이루어진 것을 특징으로 하는 센서모듈.The method of claim 1,
The magnetic flux conversion means,
In addition to constituting at least a part of the rotation coupling part 110,
a magnetic body portion 114 whose geometric center is eccentric with respect to the shaft 1; A sensor module, characterized in that composed of a non-magnetic body portion 113 coupled to the magnetic body portion 114 to form a circular shape, which is a planar shape of the rotation coupling portion 110. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 영구자석(120)은, 상기 회전결합부(110)의 외형에 대응하는 곡률반경을 갖도록 상기 회전결합부(110)에 대하여 반대방향으로 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 센서모듈According to any one of claims 1 to 4,
The permanent magnet 120 is a sensor module, characterized in that formed convex in the opposite direction with respect to the rotary coupling portion 110 to have a radius of curvature corresponding to the outer shape of the rotary coupling portion (110) 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 영구자석(120)은,
N극 및 S극 중 어느 하나의 극성을 가지는 중앙자극과,
상기 중앙자극와 반대극성을 가지며 상기 회전결합부(110)의 원주방향을 따라서 상기 중앙자극의 전방 및 후방에 배치된 한 쌍의 측방자극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서모듈.According to any one of claims 1 to 4,
The permanent magnet 120,
A central magnetic pole having one of N and S poles;
The sensor module characterized in that it comprises a pair of lateral magnetic poles having opposite polarity to the central magnetic pole and disposed in front and rear of the central magnetic pole along the circumferential direction of the rotation coupling part (110). 청구항 6에 있어서,
상기 감지부(130)는, 상기 회전결합부 및 상기 중앙자극 사이에 하나로 설치된 것을 특징으로 하는 센서모듈.The method of claim 6,
The sensor module, characterized in that the sensing unit 130 is installed as one between the rotary coupling unit and the central magnetic pole. 청구항 6에 있어서,
상기 감지부(130)는, 상기 중앙자극 및 상기 측방자극의 경계영역에 대응되어 한 쌍으로 설치된 것을 특징으로 하는 센서모듈.The method of claim 6,
The sensor module, characterized in that the sensor module (130) is installed as a pair to correspond to the boundary area of the central magnetic pole and the lateral magnetic pole. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 감지부(130)는, 서치코일 및 홀센서 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 센서모듈.According to any one of claims 1 to 4,
The sensor module, characterized in that the sensing unit 130 is at least one of a search coil and a hall sensor. 회전기기의 샤프트부(1)의 축 비틀림을 측정하는 센서시스템에 있어서,
상기 센서시스템은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항의 센서모듈을 이용하여 상기 샤프트부(1)의 축 비틀림 각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 센서시스템.In the sensor system for measuring the axial twist of the shaft portion 1 of the rotating machine,
The sensor system is a sensor system, characterized in that for measuring the axial twist angle of the shaft portion (1) using the sensor module of any one of claims 1 to 4. 청구항 10에 있어서,
상기 영구자석(120)은, 상기 회전결합부(110)의 외형에 대응하는 곡률반경을 갖도록 상기 회전결합부(110)에 대하여 반대방향으로 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 센서시스템.The method of claim 10,
The permanent magnet 120 is a sensor system, characterized in that formed convex in the opposite direction with respect to the rotary coupling portion 110 to have a radius of curvature corresponding to the outer shape of the rotary coupling portion (110). 청구항 10에 있어서,
상기 영구자석(120)은,
N극 및 S극 중 어느 하나의 극성을 가지는 중앙자극과,
상기 중앙자극와 반대극성을 가지며 상기 회전결합부(110)의 원주방향을 따라서 상기 중앙자극의 전방 및 후방에 배치된 한 쌍의 측방자극들을 포함하는 것을 특징으로 하는센서시스템.The method of claim 10,
The permanent magnet 120,
A central magnetic pole having one of N and S poles;
The sensor system characterized in that it comprises a pair of lateral magnetic poles having opposite polarity to the central magnetic pole and disposed in front and rear of the central magnetic pole along the circumferential direction of the rotation coupling part (110). 청구항 12에 있어서,
상기 감지부(130)는, 상기 회전결합부 및 상기 중앙자극 사이에 하나로 설치된 것을 특징으로 하는 센서시스템.The method of claim 12,
The sensor system, characterized in that the sensing unit 130 is installed as one between the rotary coupling unit and the central magnetic pole. 청구항 12에 있어서,
상기 감지부(130)는, 상기 중앙자극 및 상기 측방자극의 경계영역에 대응되어 한 쌍으로 설치된 것을 특징으로 하는 센서시스템.The method of claim 12,
The sensor system, characterized in that the sensor system (130) is installed in a pair corresponding to the boundary area of the central magnetic pole and the lateral magnetic pole. 청구항 10에 있어서,
상기 감지부(130)는, 서치코일 및 홀센서 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 센서시스템.The method of claim 10,
The sensing unit 130 is a sensor system, characterized in that at least one of a search coil and a hall sensor.
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