KR20230160215A - 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법 - Google Patents

자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230160215A
KR20230160215A KR1020230154098A KR20230154098A KR20230160215A KR 20230160215 A KR20230160215 A KR 20230160215A KR 1020230154098 A KR1020230154098 A KR 1020230154098A KR 20230154098 A KR20230154098 A KR 20230154098A KR 20230160215 A KR20230160215 A KR 20230160215A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotating body
magnet
absolute position
hall sensor
magnetic material
Prior art date
Application number
KR1020230154098A
Other languages
English (en)
Inventor
김진홍
박준성
현병조
노용수
주동명
최준혁
Original Assignee
한국전자기술연구원
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 한국전자기술연구원 filed Critical 한국전자기술연구원
Priority to KR1020230154098A priority Critical patent/KR20230160215A/ko
Publication of KR20230160215A publication Critical patent/KR20230160215A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING 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
    • G01D5/00—Mechanical 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
    • G01D5/12—Mechanical 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
    • G01D5/14—Mechanical 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 the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical 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 the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical 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 the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING 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
    • G01D5/00—Mechanical 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
    • G01D5/12—Mechanical 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
    • G01D5/244—Mechanical 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
    • G01D5/245—Mechanical 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
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G01D5/2452—Incremental encoders incorporating two or more tracks having an (n, n+1, ...) relationship
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING 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
    • G01D5/00—Mechanical 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
    • G01D5/12—Mechanical 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
    • G01D5/244—Mechanical 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
    • G01D5/249—Mechanical 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 pulse code
    • G01D5/2497—Absolute encoders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/007—Encoders, e.g. parts with a plurality of alternating magnetic poles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING 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
    • G01D5/00—Mechanical 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
    • G01D5/12—Mechanical 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
    • G01D5/14—Mechanical 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 the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical 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 the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F16C2326/02—Wheel hubs or castors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

본 발명은 절대위치 검출이 가능하여 다양한 분야에 응용할 수 있고, 상대적으로 단순한 구조를 가지는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로, 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n개의 극쌍을 갖는 자석, 상기 자석과 인접하게 배치되되, 서로 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 회전체와 함께 회전하는 자연수 n+1개의 자성체, 상기 자석과 일정간격 이격되어 설치되되, 상기 자성체가 상기 자석 사이의 공간으로 회전하도록 설치되어, 상기 자성체가 근접했을 때, 상기 자석에 의한 신호를 출력하는 제1홀센서 및 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법{Absolute position detection device and detection method of rotating body using magnetic material}
본 발명은 회전체의 절대위치를 검출할 수 있는 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 모터 또는 자동차 휠과 같은 회전체의 절대위치를 자성체를 이용하여 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
엔코더(Encoder)는 회전운동이나 직선운동을 하는 물체의 위치와 속도의 정보를 전기적으로 출력하는 센서를 말한다. 엔코더의 종류 중 회전 운동하는 물체의 위치 또는 속도의 정보를 전기적으로 출력하는 엔코더를 로터리 엔코더라고 하며, 검출센서에 따라 광학식인 옵티컬 엔코더(Optical Encoder) 및 자기식인 마그네틱 엔코더(Magnetic Encoder)로 분류할 수 있다.
한편, 휠 베어링은 차량의 바퀴를 고정하고 마찰 손실을 최소화하여 원활한 회전을 가능하게 함과 동시에 차량의 무게를 지지하는 핵심 부품이다. 엔코더는 휠 베어링에 사용되는 ABS(Anti-lock Brake System)의 핵심 부품이며, ABS ECU에 사각파 속도 신호(Square Wave Speed Signal)을 발생시켜 타이어의 회전속도와 회전가속도 등의 신호 정보를 제공한다.
도 1은 일반적인 휠 베어링에 적용되는 마그네틱 엔코더를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마그네틱 엔코더는, 회전축에 결합되어 회전체(예를 들어 휠)와 함께 회전하는 자석(10)과, 자석(10)과 인접하게 설치되어 자석(10)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하는 회전감지수단(20)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 자석(10)은 반복되어 교차 배열되는 다수개의 N극과 S극으로 이루어지며, 회전감지수단(20)은 홀 센서를 포함하되, 자석(10)과 달리 회전하지 않으면서, 회전하는 자석(10)에 의한 자성의 변화를 감지하여 회전체의 회전방향 및 회전속도와 같은 정보를 제공한다. 종래 이와 같은 마그네틱 엔코더는 분해능을 높이기 위하여 다극의 자석을 2열로 구성하는 등의 변형된 마그네틱 엔코더 또한 소개되고 있으나, 이와 같은 방법으로는 회전체의 절대위치를 검출할 수 없어, 응용분야의 적용이 한정적인 등의 문제점이 있었다.
한국 공개특허공보 제10-2013-0094953호("차량용 휠 베어링의 내륜에 접촉되며 페라이트자성체가 표면에 형성된 엔코더, 베어링의 외륜에 접촉되는 외륜씰 및 엔코더와 외륜씰의 결합으로 이루어지는 엔코더씰 제조장치", 공개일 2013.08.27.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법의 목적은 절대위치 검출이 가능하여 다양한 분야에 응용할 수 있고, 상대적으로 단순한 구조를 가지는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치는, 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n개의 극쌍을 갖는 자석, 상기 자석과 인접하게 배치되되, 서로 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 회전체와 함께 회전하는 자연수 n+1개의 자성체, 상기 자석과 일정간격 이격되어 설치되되, 상기 자성체가 상기 자석 사이의 공간으로 회전하도록 설치되어, 상기 자성체가 근접했을 때, 상기 자석에 의한 신호를 출력하는 제1홀센서 및 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호를 연결하여, 상기 회전체의 1회전 시간을 주기로 하는 1차 고조파를 검출하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값들 중, 적어도 두 개 이상의 값을 이용해 상기 1차 고조파를 추정하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자석과 인접하게 설치되어 상기 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 제2홀센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호와 상기 2홀센서에서 출력되는 신호를 이용해 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자석과 상기 자성체는 상기 회전축 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자석과 상기 자성체는 상기 회전축을 중심으로 외주 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출방법은, 회전체와 결합되어 회전하는 자연수 n개의 극쌍을 갖는 자석 및 상기 자석과 인접하게 설치되되, 서로 일정간격 이격되어 배치되는 자연수 n+1개의 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출방법에 있어서, a) 상기 자석과 일정간격 이격되어 설치되되, 상기 자성체가 상기 자석 사이의 공간으로 회전하도록 설치된 제1홀센서에서 상기 자성체가 근접했을 때, 상기 자석에 의한 신호를 출력하는 단계 및 b) 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호를 이용해 상기 회전체의 1회전시간을 주기로 하는 1차 고조파를 검출하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 b) 단계는 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값들 중, 적어도 두 개 이상의 값을 이용해 상기 1차 고조파를 추정하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, a-1) 상기 a) 단계와 상기 b) 단계 사이에 수행되되, 상기 자석과 일정간격 이격되어 상기 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하는 제2홀센서에서 신호를 출력하는 단계를 더 포함하고, 상기 b) 단계는 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호와 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호를 이용해 상기 1차 고조파를 검출하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법에 의하면, 자석에 포함되는 자석의 극쌍의 개수와 자성체의 개수를 1개 차이가 나도록 구성해 회전체의 1회전시간을 주기로 하는 1차 고조파를 검출하여, 1차 고조파를 이용해 회전체의 절대위치를 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 1열의 자석과 자성체, 그리고 제1홀센서를 이용하여 1차 고조파를 검출해 회전체의 절대위치를 측정함으로써, 상대적으로 간단한 구조를 통해 검출장치를 구성하여 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 마그네틱 엔코더의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치의 회전 개략도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치에서 자석의 회전에 따른 자성의 변화에 따라 출력되는 신호의 그래프.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치의 개략도.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치와, 본 발명의 제3실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치의 사시도.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
[제1실시예]
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치를 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치는, 배경기술에서 설명한 바와 같이, 자동차의 휠 베어링 등에 적용될 수 있으며, 이하 설명하는 회전체는 차량의 휠을 비롯한 다양한 종류의 회전하는 장치일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치는 자석(100), 자성체(200), 제1홀센서(310) 및 제어부를 포함할 수 있다.
자석(100)은 회전체에 결합되어 회전체와 함께 회전축(C)을 중심으로 회전하되, 자연수 n개의 극쌍을 갖는다. 보다 상세히, 본 실시예에서 자석(100)은 회전축(C)을 중심으로 한 가상의 원주를 따라 N극과 S극 자석이 번갈아가면서 배치된 형태이다. 자석(100)에서 1개의 N극과 S극 자석이 서로 번갈아가면서 배치된 형태이다. 자석(100)에서 1개의 N극과 해당 N극에서 인접하게 배치된 1개의 S극 자석 한 쌍을 1개의 극쌍이라 한다. 통상의 엔코더에서는 회전체와 결합되는 자석은 24개의 극쌍, 즉 48개의 극을 가질 수 있으며, 본 발명의 자석(100) 또한 24개의 극쌍을 가질 수 있다. 그러나 본 발명의 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 자석(100)은 9개의 극쌍을 가지는 것으로 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자성체(200)는 회전축(C)을 중심으로 자석(100)의 외측에 배치된다. 본 발명에서 자성체(200)는 총 자연수 n+1개가 자석(100)의 외측에 서로 일정간격 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 본 발명에서 자성체(200)는 자석(100)에 포함되는 극쌍의 개수보다 하나 많은 개수가 사용될 수 있으며, 앞서 설명한 자석(100)은 9개의 극쌍을 가지므로, 자성체(200)는 총 10개가 자석(100)의 외측에 배치될 수 있다.
자성체(Magnetic material)는 외부에서 자계를 가하면 내부 원자들이 자기쌍극자를 이루며 정렬하는 물질이다. 본 발명에서 자성체는 인접하여 배치된 자석(100)의 자계를 확장시키는 역할을 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1홀센서(310)는 자석(100)과 일정간격 이격되어 설치된다. 제1홀센서(310)와 자석(100) 사이의 간격은 상술한 자성체(200)가 위치할 정도로 이격될 수 있으며, 회전체의 회전시 10개의 자성체(200)는 순차적으로 제1홀센서(310)와 인접했다가 멀어진다. 상술했듯, 자성체(200)는 인접한 자석(100)의 자계를 확장하는 역할을 하므로, 자성체(200)가 제1홀센서(310)와 자석(100) 사이의 공간에 위치하는 시점에서 제1홀센서(310)는 자석(100)의 자계를 감지하여 신호를 출력한다. 본 실시예에서 자성체(200)는 총 10개이므로, 회전체가 1회전하는 동안 제1홀센서(310)는 총 10개의 신호를 출력하게 된다.
도면을 참고하여 상기한 과정을 보다 상세히 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치가 회전하여, 자성체(200)가 제1홀센서(310)와 자석(100) 사이에 위치했을 때와 자성체(200)가 제1홀센서(310)와 자석(100)사이에 위치하지 않았을 때를 각각 도시한 것이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 자성체(200)가 제1홀센서(310)와 자석(100) 사이에 위치했을 경우 자석(100)에서 발생하는 자계는 자성체(200)에 의해 확장되어 제1홀센서(310)에서 자석(100)의 회전에 의한 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 자성체(200)가 제1홀센서(310)와 자석(100) 사이에 위치하지 않을 경우, 자석(100)에서 발생하는 자계는 자성체(200)에 의해 확장되지 않아, 제1홀센서(310)에서 자석(100)의 회전에 의한 자성의 변화를 감지하여, 별도의 신호를 출력하지 않는다.
도 4는 자석(100)의 회전에 따른 자성의 변화에 따라 출력될 수 있는 신호를 도시한 것이다. 만약 제1홀센서(310)가 자석(100)과 충분히 가깝게 설치되어 자성체(200) 없이도 자석(100)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지할 수 있다면, 제1홀센서(310)는 도 4에 도시된 10개의 주기를 가지는 사인파 형태의 신호를 출력할 것이다. 그러나 본 실시예에서 제1홀센서(310)는 상술한 바와 같이 자석(100)과 소정 간격 이격되기 때문에, 자성체(200)의 위치에 따라 한정적으로 자석(100)의 자성의 변화를 감지할 수 있다. 본 실시예에 포함되는 다수개의 자성체(300)들간의 간격은 서로 일정하기 때문에, 회전체의 회전속도가 일정하다면 자성체(200)가 자석(100)과 제1홀센서(310) 사이에 위치하는 시간 간격 또한 일정할 것이다. 따라서 제1홀센서(310)에서는 회전체가 1회전할 동안, 자성체(200)의 개수인 10개만큼의 신호가 입력될 것이며, 그 신호는 도시된 자석(100)에 의한 신호 중 일부분일 것이다. 도 4에는 10개만큼의 신호인 제1교점(P1)~제10교점(P2)이 검은색 원으로 표시되어 있으며, 제1교점(P1)~제10교점(P2)은 자석(100)에 의한 사인파 신호상에서 일정간격을 가지고 출력된다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치는 제어부를 더 포함할 수 있다. 제어부는 제1홀센서(310)에서 감지되는 신호를 이용해 회전체의 절대위치를 측정한다. 제어부는 신호처리를 위한 구성이므로, 마이크로프로세서와 같이 연산이 가능한 장치 또는 부품으로 구현될 수 있으며, 제1홀센서(310)에서 출력되는 신호를 수신하기 위해서 제1홀센서(310)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이하 제어부에서 제1홀센서(310)에서 출력되는 신호를 이용해 절대위치를 측정하는 방법에 관하여 설명한다. 제어부는 제1홀센서(310)에서 출력되는 신호인 제1교점(P1)~제10교점(P10)을 서로 연결하여 회전체가 1회전하는 시간을 주기로 하는 1차 고조파를 생성한다. 도 4에서 1차 고조파는 초록색으로 표시되어 있으며, 1차 고조파는 주기가 20파이인 사인파 형태가 되므로, 제어부는 측정 시점에서의 1차 고조파의 값을 이용해 회전체의 절대위치를 측정할 수 있다.
제어부는 회전체가 1회전하여 모든 자성체(200)가 자석(100)과 제1홀센서(310) 사이에 위치하지 않더라도, 적어도 두 개 이상의 제1홀센서(310)에서 출력되는 신호인 교점을 이용하여 1차 고조파를 추정할 수 있다. 이는 1차 고조파의 주기는 회전체가 1회전하는 시간과 동일하며, 자석(100)에 포함되는 극쌍의 개수와 자성체(200)의 개수는 이미 알고 있는 정보이기 때문에, 자성체(200)를 통해 제1홀센서(310)에서 감지되는 신호의 개수/시간간격을 이용해 회전속도를 측정할 수 있어 1차 고조파의 주기를 알 수 있고, 1차 고조파의 진폭은 제1홀센서(310)에서 출력되는 신호의 최대값을 넘지 않으며, 1차 고조파는 사인파 형태로 나타나기 때문이다. 따라서 연속된 서로 다른 두 개의 자성체(200)로 인한 신호를 이용하여, 1차 고조파를 추정할 수 있다. 보다 상세히, 연속되어 출력되는 제1홀센서(310)에서의 신호가 양의 값인지, 음의 값인지, 증가하는 형태인지 또는 감소하는 형태인지에 따라서 1차 고조파를 추정할 수 있다. 이러한 방식을 이용해 본 발명은 자석 중 일부분이 파손되더라도 1차 고조파를 추정하여 회전체의 절대위치를 검출할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치는, 자성체와 제1홀센서를 이용하여 1차 고조파를 검출하고, 이를 이용해 회전체의 절대위치를 검출할 수 있는 효과가 있으므로, 다양한 분야에 적용할 수 있다. 또한 자석을 2열로 구성하지 않고도 회전체의 절대위치 검출이 가능하므로, 상대적으로 단순한 구조를 통해 회전체의 절대위치 검출장치의 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
[제2실시예]
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치는, 나머지 구성은 상술한 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치와 동일하되, 제2홀센서(320)가 추가되는 점만이 다르다. 따라서 본 발명의 제2실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치를 설명할 때, 제1실시예와 차이를 보이는 제2홀센서(320)과 이에 연관된 구성만을 상세히 설명하고, 그 외의 구성은 제1실시예와 제2실시예가 서로 동일한 것으로 간주한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2홀센서(320)는 자석(100)과 인접하게 설치되어 자석(100)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력한다. 제2 홀센서(320)에서 출력되는 신호는 도 4에 도시된 빨간색 신호일 수 있으며, 제어부는 제1홀센서(310)에서 출력되는 신호와 제2홀센서(320)에서 출력되는 신호를 서로 비교하거나, 제2홀센서(320)에서 출력되는 신호를 이용해 제1홀센서(310)에서 출력되는 신호를 보정함으로써 측정하는 회전체의 절대위치의 정확도를 높이고, 검출장치 자체의 분해능을 향상시킬 수 있다.
[제3실시예]
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치와, 본 발명의 제3실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치를 각각 도시한 것이다.
도 6a에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치에서 자석(100)과 다수개의 자성체(200)는 회전축(C)을 중심으로 원주방향으로 연달아 형성되어 있지만, 도 6b에 도시된 본 발명의 제3실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치는 자석(100)과 다수개의 자성체(200)는 회전축(C) 방향으로 형성된다. 제1홀센서는 도면에 도시되어 있지 않지만, 실시예에 관계없이, 자성체(200)가 근접하면 자석(100)으로 인한 자성의 감지 및 신호출력이 가능하고, 자성체(200)가 멀어지면 자석(100)으로 인한 자성의 감지 및 신호출력이 불가능한 위치에 설치될 수 있다.
이하 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출방법은 상술한 본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치를 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출방법은, a) 단계 및 b) 단계를 포함할 수 있다.
a) 단계는 자석(100)과 일정간격 이격되어 설치되는 제1홀센서(310)에 있어서, 자성체(200)가 자석(100)과 제1홀센서(310) 사이의 공간에 위치할 때, 제1홀센서(310)에서 신호를 출력한다.
b) 단계는 제1홀센서(310)에서 출력되는 신호를 이용해 회전체의 1회전시간을 주기로 하는 1차 고조파를 검출하여 회전체의 절대위치를 측정한다. 1차 고조파는 자석(100)에 포함되는 극쌍의 개수와 자성체(200)의 개수가 1개만큼 차이가 나기 때문에 발생한다. b) 단계는 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값들 중, 적어도 두 개 이상의 값을 이용해 상기 1차 고조파를 추정할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 의한 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출방법은, a) 단계와 b) 단계 사이에 수행되는 a-1) 단계를 더 포함할 수 있다.
a-1) 단계는 자석(100)과 일정간격 이격되어 설치된 제2홀센서(320)에서 자석(100)의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력한다. b) 단계는 제1홀센서(310)에서 출력되는 신호와 제2홀센서(320)에서 출력되는 신호를 이용해 1차 고조파를 검출하여 상기 회전체의 절대위치를 측정한다. 본 발명은 a-1) 단계를 더 포함하여, 제1홀센서(310)에서 출력되는 신호를 제2홀센서(320)에서 출력되는 신호를 이용해 보정할 수 있으므로, 회전체의 절대위치를 측정하는데 있어서 측정값을 서로 보완하여, 보다 정확한 회전체의 절대위치를 측정할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 자석
200 : 자성체
310 : 제1홀센서
320 : 제2홀센서
C : 회전축
P1 ~ P10 : 제1교점 ~ 제10교점

Claims (9)

  1. 회전체에 결합되어 함께 회전하되, 자연수 n개의 극쌍을 갖는 자석;
    상기 자석과 인접하게 배치되되, 서로 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 회전체와 함께 회전하는 자연수 n+1개의 자성체;
    상기 자석과 일정간격 이격되어 설치되되, 상기 자성체가 상기 자석 사이의 공간으로 회전하도록 설치되어, 상기 자성체가 근접했을 때, 상기 자석에 의한 신호를 출력하는 제1홀센서; 및
    상기 제1홀센서에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호를 연결하여, 상기 회전체의 1회전 시간을 주기로 하는 1차 고조파를 검출하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값들 중, 적어도 두 개 이상의 값을 이용해 상기 1차 고조파를 추정하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자석과 인접하게 설치되어 상기 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하여 신호를 출력하는 제2홀센서;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호와 상기 2홀센서에서 출력되는 신호를 이용해 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자석과 상기 자성체는 상기 회전축 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자석과 상기 자성체는 상기 회전축을 중심으로 외주 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치.
  7. 회전체와 결합되어 회전하는 자연수 n개의 극쌍을 갖는 자석 및 상기 자석과 인접하게 설치되되, 서로 일정간격 이격되어 배치되는 자연수 n+1개의 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출방법에 있어서,
    a) 상기 자석과 일정간격 이격되어 설치되되, 상기 자성체가 상기 자석 사이의 공간으로 회전하도록 설치된 제1홀센서에서 상기 자성체가 근접했을 때, 상기 자석에 의한 신호를 출력하는 단계; 및
    b) 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호를 이용해 상기 회전체의 1회전시간을 주기로 하는 1차 고조파를 검출하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 b) 단계는 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호의 값들 중, 적어도 두 개 이상의 값을 이용해 상기 1차 고조파를 추정하여, 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출방법.
  9. 제7항에 있어서,
    a-1) 상기 a) 단계와 상기 b) 단계 사이에 수행되되, 상기 자석과 일정간격 이격되어 상기 자석의 회전에 따른 자성의 변화를 감지하는 제2홀센서에서 신호를 출력하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 b) 단계는 상기 제1홀센서에서 출력되는 신호와 상기 제2홀센서에서 출력되는 신호를 이용해 상기 1차 고조파를 검출하여 상기 회전체의 절대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출방법.
KR1020230154098A 2020-07-16 2023-11-09 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법 KR20230160215A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230154098A KR20230160215A (ko) 2020-07-16 2023-11-09 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200087942A KR20220009588A (ko) 2020-07-16 2020-07-16 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법
KR1020230154098A KR20230160215A (ko) 2020-07-16 2023-11-09 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200087942A Division KR20220009588A (ko) 2020-07-16 2020-07-16 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230160215A true KR20230160215A (ko) 2023-11-23

Family

ID=79292165

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200087942A KR20220009588A (ko) 2020-07-16 2020-07-16 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법
KR1020230154098A KR20230160215A (ko) 2020-07-16 2023-11-09 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200087942A KR20220009588A (ko) 2020-07-16 2020-07-16 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11639860B2 (ko)
KR (2) KR20220009588A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130094953A (ko) 2012-02-17 2013-08-27 선진기술 주식회사 차량용 휠 베어링의 내륜에 접촉되며 페라이트자성체가 표면에 형성된 엔코더, 베어링의 외륜에 접촉되는 외륜씰 및 엔코더와 외륜씰의 결합으로 이루어지는 엔코더씰 제조장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5379748B2 (ja) 2010-06-03 2013-12-25 Ｎｔｎ株式会社 磁気エンコーダ
FR2965347B1 (fr) * 2010-09-29 2015-04-03 Moving Magnet Tech Capteur de position ameliore
JP5893134B2 (ja) 2012-05-22 2016-03-23 三菱電機株式会社 磁気式回転角検出器
US10393499B2 (en) * 2016-05-04 2019-08-27 Fastech Co., Ltd. Angle determinating method using encoder signal with noise suppression, adjusting method for output signal of encoder and absolute encoder
JP6331177B1 (ja) * 2017-03-24 2018-05-30 Tdk株式会社 角度センサシステム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130094953A (ko) 2012-02-17 2013-08-27 선진기술 주식회사 차량용 휠 베어링의 내륜에 접촉되며 페라이트자성체가 표면에 형성된 엔코더, 베어링의 외륜에 접촉되는 외륜씰 및 엔코더와 외륜씰의 결합으로 이루어지는 엔코더씰 제조장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20220018685A1 (en) 2022-01-20
KR20220009588A (ko) 2022-01-25
US11639860B2 (en) 2023-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6077675B2 (ja) 回転部材の少なくとも１つの回転特性を決定するためのセンサ装置
EP3161420B1 (en) Rotation angle measuring apparatus and measuring method
CN101400971A (zh) 通过差分比较检测绝对角位置的系统、滚动轴承和旋转机械
US7265685B2 (en) Position sensor with compensated magnetic poles
JP2008045881A (ja) 回転角度位置検出装置
CN105683762B (zh) 具有带线性化磁场的磁极转子的用于转速测量的传感器系统
JP4275444B2 (ja) アブソリュートエンコーダ付軸受
JP2004077159A (ja) パルサリングおよびセンサ付き軸受ユニット
CN113167598A (zh) 用于机动车辆转向系统的具有多极磁体的角度传感器
KR20230160215A (ko) 자성체를 이용한 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법
JP4957412B2 (ja) 転がり軸受ユニットの状態量測定装置の検査方法
KR102419301B1 (ko) 회전체의 절대위치 검출장치 및 검출방법
KR20130016975A (ko) 차량 조향각 감지 장치 및 이를 이용한 조향각 산출 방법
TWI675185B (zh) 量測旋轉軸偏擺與角度位置的磁性編碼器及其裝置
JP2020153980A (ja) 回転部材の少なくとも１つの回転パラメータを決定するシステム
WO2008098594A1 (en) Multiturn absolute encoding
JP2001506755A (ja) 渦電流測定機構
JP5200898B2 (ja) 転がり軸受ユニットの状態量測定装置の検査方法及び検査装置
KR101935424B1 (ko) 휠 속도 검출 장치 및 이를 포함하는 휠 베어링 조립체
JP5151634B2 (ja) エンコーダの着磁方法
JP5045490B2 (ja) エンコーダの着磁方法及び着磁装置
KR101885299B1 (ko) 다극쌍 자기 펄스 링을 위한 고분해능 베어링 센서 및 IC Chip
JP3530682B2 (ja) 回転検出装置およびそれを備えるハブユニット
WO2016029972A1 (en) Sensor-bearing unit, mechanical system comprising such unit and method for manufacturing such unit
JP4882403B2 (ja) エンコーダ及び状態量測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal