WO2019017710A1 - 다회전 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2019017710A1
WO2019017710A1 PCT/KR2018/008172 KR2018008172W WO2019017710A1 WO 2019017710 A1 WO2019017710 A1 WO 2019017710A1 KR 2018008172 W KR2018008172 W KR 2018008172W WO 2019017710 A1 WO2019017710 A1 WO 2019017710A1
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WO
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gear
auxiliary
rotation
magnetic field
shaft
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/008172
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English (en)
French (fr)
Inventor
전재욱
박재완
콩 투옹 트란반
하 응웬쑤언
Original Assignee
성균관대학교 산학협력단
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/22—Optical devices

Definitions

  • the present invention relates to a multi-rotation detection apparatus and method, and more particularly, to an apparatus and method for detecting multi-rotation of a non-power multi-rotation absolute position magnetic encoder.
  • the non-power multi-rotation absolute encoder is mounted on the rotation axis of the motor and detects the absolute position and the number of revolutions of the motor and transmits it to the host controller (motor drive, PLC, etc.).
  • the non-powered multi-rotation absolute encoder includes a gear and encoder system and an encoder processing system.
  • the gear and encoder systems output sinusoidal signals as each gear rotates as the motor rotates.
  • the encoder processing system detects the absolute position and the number of revolutions by correcting the sinusoidal signal of the gear and encoder system.
  • the BiSS communication transmits the output data of the encoder signal processing system to the motor drive.
  • the non-powered multi-turn absolute encoder is applicable to automation equipment and robots that require precise position detection and control of the motor.
  • the basic encoder outputs an absolute angle within 360 degrees, performance is determined by how small the 360 degrees can be divided or how the position information is matched to the physical location.
  • performance is determined by how small the 360 degrees can be divided or how the position information is matched to the physical location.
  • the actual industrial environment requires information on a wide rotation range over one revolution. Accordingly, various methods for storing the number of revolutions have been proposed.
  • a typical method is to count the instantaneous values from 360 degrees to the next rotation and store them in memory. However, if the encoder uses volatile memory, the data stored in the volatile memory disappears when the encoder is powered off. If the encoder uses a battery or nonvolatile memory, there is a data integrity problem that can not reflect the changed location information as the hardware moves in the system halt state.
  • the hardware structure itself be able to express the rotation number information, and a method of combining the absolute angles of the various axes by adding auxiliary axes other than the main axis (detection axis) and changing the rotation ratio of the auxiliary axis is suggested.
  • the encoder using this method uses a magnetic sensor for each auxiliary axis to increase the detection range of the number of revolutions.
  • a detection error of a very large number of rotations is generated.
  • the present invention provides a multi-rotation detecting apparatus and method that can reduce the complexity of a system and detect an absolute error by using a small number of sensors.
  • a multi-rotation detecting apparatus comprising: a main shaft gear installed on a main shaft; A first auxiliary shaft gear, a second auxiliary shaft gear and a third auxiliary shaft gear which are gear-engaged with the main shaft gear, respectively; A main shaft magnet coupled to the main shaft gear, the first auxiliary shaft gear, the second auxiliary shaft gear and the third auxiliary shaft gear, respectively, a first auxiliary shaft magnet, a second auxiliary shaft magnet and a third auxiliary shaft magnet; A spindle magnetic sensor for sensing a spindle magnetic field signal which is a magnetic field of the spindle magnet; And a subsidiary magnetic sensor for sensing a composite magnetic field signal synthesized by the magnetic fields of the two subsidiary magnets of the first subsidiary magnet, the second subsidiary magnet and the third subsidiary magnet, wherein the main magnetic field signal and the combined magnetic field signal are used And detecting a multiple rotation of the encoder.
  • the multi-rotation detecting device includes a first sub-shaft for transmitting rotation of the first auxiliary shaft gear, the second auxiliary shaft gear and the third auxiliary shaft gear, wherein the processor detects a rotation angle and a rotation number of each of the first slave shaft, the second slave shaft and the third slave shaft based on the main shaft magnetic field signal and the composite magnetic field signal, And detects multiple rotations of the encoder based on the rotation number.
  • the auxiliary shaft magnetic sensor includes a first auxiliary shaft magnetic sensor positioned between the first auxiliary shaft and the second auxiliary shaft and sensing the first combined magnetic field signal, And a second auxiliary magnetic sensor positioned between the second auxiliary shaft and the third auxiliary shaft and sensing the second combined magnetic field signal.
  • the processor acquires a third signal based on the first synthesized magnetic field signal and the second synthesized magnetic field signal, and outputs the third signal to a first
  • the first sub-axis and the second sub-axis are applied to a data table to obtain the number of revolutions of the first sub-shaft and the number of revolutions of the third sub-shaft, and based on the number of revolutions of the first sub- .
  • the processor applies the rotation number of the first sub-axis, the rotation number of the second sub-axis, and the rotation number of the third sub-axis to a predefined second data table To detect multiple rotations of the encoder.
  • the number of revolutions of the second sub-shaft includes a first number of revolutions and a second number of revolutions
  • the processor divides the first combined magnetic field signal and the first sub- Acquires the first rotation number using the rotation number, and obtains the second rotation number using the second combined magnetic field signal and the rotation number of the third auxiliary shaft.
  • the processor detects an error of the multi-rotation based on whether or not the first rotation speed and the second rotation speed coincide with each other.
  • the number of gear teeth of each of the first auxiliary shafting gear, the second auxiliary shaft gear and the third auxiliary shaft gear is the number of first auxiliary shaft gear teeth
  • the number of teeth of the first auxiliary shafts, the number of teeth of the second auxiliary shafts, and the number of teeth of the third auxiliary shafts are respectively different from the number of teeth of the main shaft gears , The greatest common divisor of the number of the first auxiliary shafts, the number of the second auxiliary shafts, and the number of the third auxiliary shafts.
  • the first data table includes the number of rotations of the first sub-axis and the number of rotations of the third sub-axis corresponding to the angle information of the third signal
  • the second data table includes the information of the multi-rotation corresponding to the combination of the number of revolutions included in the number of revolutions of the first sub-axis, the number of revolutions of the second minor axis, and the number of revolutions of the third minor axis.
  • a multiple rotation detecting method comprising: sensing a spindle magnetic field signal, which is a magnetic field of a main shaft magnet coupled to a main shaft gear;
  • the subsidiary shaft magnetic sensor senses the composite magnetic field signal synthesized by the magnetic fields of the two subsidiary magnets of the first subsidiary magnet, the second subsidiary magnet and the third subsidiary magnet, which are respectively coupled to the first shank gear, the second shank gear and the third shank gear, ;
  • a multi-rotation detecting apparatus including a memory for storing data and a processor for controlling the memory, the multi-rotation detecting apparatus comprising: a main shaft magnetic sensor for detecting a magnetic field of a main shaft magnet coupled to a main shaft gear A first auxiliary shaft magnet coupled to the first auxiliary shaft gear, a second auxiliary shaft gear and a third auxiliary shaft gear, respectively, which are sensed by the auxiliary shaft magnetic sensor, a second auxiliary shaft magnet and a second auxiliary shaft magnet
  • the spindle gear is configured to detect a multiple rotation of the encoder by using the main magnetic field signal and the composite magnetic field signal, and the main spindle gear rotates the first auxiliary shaft gear, the second auxiliary shaft gear, And gears the auxiliary shafts respectively.
  • the technique described below has the effect of reducing the number of sensors used in the encoder by disposing a magnetic sensor between the auxiliary shafts.
  • the technique described below has the effect of detecting an absolute error based on the number of revolutions of the sub axis obtained from the composite magnetic field signal.
  • 1 is an example of an encoder system structure for detecting multiple rotations.
  • Fig. 2 is an example of the arrangement of gears, magnets and sensors located on one axis.
  • 3 is an example of an angle signal of each axis of the encoder system.
  • FIG. 4 is an example of a device block diagram of the encoder system shown in Fig.
  • 5 is an example of a classified signal generated from an angle signal.
  • FIG. 7 is another example of an encoder system structure for detecting multiple rotations.
  • FIG. 8 is an example of an apparatus block diagram of the encoder system shown in Fig.
  • 9 is an example of a graph obtained by measuring the composite magnetic field signal of the sub axis A and the sub axis B with an actual sensor, a graph obtained by simulation, and an angle signal graph of the composite magnetic field signal.
  • FIG. 10 is an example of a magnetic field change occurring at a position where two bipolar magnets are adjacent to each other.
  • 11 is an example of generating a classified signal by using an angle signal of a composite magnetic field signal.
  • FIG. 13 is an example of a process of simulating an encoder system having the structure of FIG.
  • 15 is an example of an internal block diagram of the multi-rotation detecting device.
  • 16 is an example of a flowchart of the multiple rotation detecting method.
  • each process may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in the opposite order.
  • an encoder system for detecting multiple rotations is referred to as an apparatus for convenience of explanation.
  • the process of detecting multiple rotations may be performed by a processor included in the apparatus or apparatus.
  • 1 is an example of an encoder system structure for detecting multiple rotations.
  • the apparatus includes a main shaft gear 1010 installed on the main shaft and three subordinate gears. Each of the auxiliary shafts is gear-engaged with the main shaft gear 1010 to engage with the gear.
  • the main shaft gear 1010 may be referred to as a gear M, and the main shaft may be referred to as a main shaft M.
  • the three minor axle gears can be referred to as gear A 1020, gear B 1030 and gear C 1040, respectively, and the minor axes to which gear A 1020, gear B 1030 and gear C 1040, respectively, Can be referred to as auxiliary axis A, auxiliary axis B, and auxiliary axis C.
  • the minor axis transmits the rotation of the minor axis gear.
  • the main shaft gear 1010 and the three sub shaft gears each engage with a magnet.
  • Fig. 1 shows a case where a bipolar magnet is used as an example.
  • the main shaft magnet 1050 is engaged with the main shaft gear 1010, and the sub shaft magnet also engages with the sub shaft gear, respectively. Each magnet rotates together as the combined gear rotates.
  • the apparatus includes a spindle magnetic sensor 1090 and a triaxial magnetic sensor.
  • the spindle magnetic sensor senses the magnetic field signal of the main shaft magnet 1050 coupled to the gear M1010.
  • the triaxial magnetic sensor senses magnetic field signals of each magnet coupled to gear A 1020, gear B 1030 and gear C 1040. As shown in Fig. 1, each magnetic sensor is located at the top of each gear.
  • the spindle magnetic sensor 1090 may be referred to as a sensor M.
  • Auxiliary magnetic sensor located at the top of gear A 1020 may be referred to as sensor A 1100.
  • Auxiliary magnetic sensor located at the top of gear B 1030 may be referred to as sensor B 1110.
  • Auxiliary magnetic sensor located at the top of gear C 1040 may be referred to as sensor C 1120.
  • the sensor M (1090) senses the magnetic field signal of the magnet coupled to the main shaft.
  • Sensor A 1100 senses the magnetic field signal of the magnet (auxiliary magnet A, 1060) coupled to sub-axis A.
  • Sensor B 1110 senses the magnetic field signal of the magnet (auxiliary magnet B, 1070) coupled to sub-axis B.
  • Sensor C 1120 senses the magnetic field signal of the magnet (auxiliary magnet C, 1080) coupled to sub-axis C.
  • the conditions of the number of gear teeth that can be designed in the encoder system of the present invention will be described.
  • the number of gear teeth of gear A 1020, gear B 1030 and gear C 1040 may be referred to as nGA, nGB, and nGC, respectively, can do.
  • the number of teeth of each gear of the auxiliary shaft gear must be set differently with respect to the main shaft. That is, the number of gear teeth of the three shafting shafts must be different from each other.
  • the greatest common divisor of the number of gear teeth of a three-spur gear must be one. For example, when the gear tooth number nGM of the gear M 1010 is 24, nGA may be set to 28, nGB may be set to 25, and nGC may be set to 26.
  • the period in which the absolute angles of the main shaft M and the arbitrary auxiliary shaft coincide with each other can be calculated by using the number of gear teeth satisfying the above two conditions in Equation 1 below.
  • A_M represents a period in which the absolute angles of the main shaft M and the auxiliary shaft A coincide.
  • B_M denotes a period in which the absolute angles of the main shaft M and the auxiliary shaft B coincide with each other.
  • C_M represents a period in which the absolute angles of the main shaft M and the auxiliary shaft C coincide.
  • the multi-rotation range can be calculated by using the three periods obtained in Equation (1) in Equation (2) below.
  • Range of Multi Turn corresponds to the range of multi-turns the device can acquire.
  • the multiple rotation represents the number of revolutions of the main shaft M.
  • the multiple rotation range can be obtained by multiplying all of A_M, B_M and C_M described above.
  • the apparatus can detect the number of rotations within the calculated multi-rotation range.
  • the angular combination of the main shaft M, the minor axis A, the minor axis B and the minor axis C of the apparatus is not overlapped within the multiple rotation detection range. If the greatest common divisor is 2, the angle combination is duplicated twice within the multiple rotation detection range. Since the angle combination is not duplicated within the multiple rotation detection range, the apparatus can detect multiple rotations using the multi-rotation table described later.
  • Fig. 2 is an example of the arrangement of gears, magnets and sensors located on one axis.
  • the main shaft and the minor shaft included in the apparatus are positioned as shown in FIG. 2 in the magnetic sensor 2010, the magnet 2020, and the gear 2040, respectively.
  • the sensor 2010 corresponds to a magnetic sensor
  • the magnet 2020 corresponds to a bipolar magnet.
  • d represents the distance between the magnet 2020 and the sensor 2010.
  • the rim of gear 2040 corresponds to gear teeth 2030.
  • the gear 2040, the sensor 2010, and the magnet 2020 are positioned such that the center points are all matched.
  • the device can obtain the absolute angle of each axis from the magnetic field signal by matching the center points.
  • 3 is an example of an angle signal of each axis of the encoder system.
  • M represents an angle signal of the main axis M.
  • A represents the angle signal of the sub-axis A.
  • B represents the angular signal of the minor axis B.
  • C represents the angular signal of the minor axis C.
  • the absolute angle corresponds to the angle with respect to the main axis.
  • the absolute angles of the respective axes have different ratios by the gear ratios.
  • the main shaft M and each sub shaft have positions at which the absolute angles coincide with each other. Since the gear ratios are different, the matched periods are also different. Therefore, the combination of absolute angles of each axis does not overlap within the multiple rotation detection range.
  • the apparatus pre-generates a multi-rotation table using a relative rotation number based on a combination of absolute angles of the main axis and the sub-axis.
  • a multi-rotation table corresponds to a data table composed of data.
  • the multi-rotation table includes information on the relative rotation number of each sub-shaft.
  • the multi-turn table is used to obtain multi-turn information, which is the number of revolutions of the main shaft.
  • the apparatus can acquire the number of revolutions of the main shaft by using the number of revolutions of each sub-shaft (index information to be described later) and the multi-turn table.
  • a multi-turn table is composed of a combination of relative rotation numbers. That is, the multi-rotation table stores the relative rotation number until the coincidence is obtained in the relative cycle between the minor axis and the main axis.
  • the input of the multi-rotation table corresponds to the index (IndexX) data described later.
  • the apparatus can measure the number of revolutions of the main shaft by applying the index data to the multi-turn table.
  • the index data is the same as the relative rotation number for each minor axis of the main axis M.
  • the above-mentioned relative rotational speed is based on the fact that the combination of the absolute angles of the main shaft and the sub shaft is the same in a certain period.
  • the period in which the angular combinations coincide corresponds to 7 rotations. That is, when the main shaft rotates 7 times at the position where the angle between the main shaft M and the auxiliary shaft A is 0 degrees, both the angles become 0 degrees again.
  • the process up to the seventh rotation of the main shaft is expressed as 0 to 6 rotations.
  • Spindle M starts rotation from 0 rotation after 7 rotations, which is the cycle in which the angle combination coincides.
  • the apparatus can obtain index data for each sub-axis.
  • the multi-rotation table stores multi-rotation information according to the index data combination of each sub-axis. Therefore, the apparatus can obtain the multi-rotation result by comparing the angles of the sub-axes to obtain the index data and matching it to the rotation table.
  • the combination of the relative speeds of the sub-shafts included in the multi-turn table can be changed according to the number of gear teeth of each gear.
  • the multi-rotation table includes information on the number of revolutions of each sub-shaft. Details regarding the rotation angle and the number of revolutions of each auxiliary shaft will be described later.
  • the data of the rotation table is generated in advance and stored in the memory of the apparatus.
  • FIG. 4 is an example of a device block diagram of the encoder system shown in Fig.
  • M-field detector 4010 corresponds to sensor M.
  • the A magnetic field detector 4030 corresponds to the sensor A, the B magnetic field detector corresponds to the sensor B, and the C magnetic field detector corresponds to the sensor C.
  • the magnetic field detector is composed of a magnetic sensor, an amplifier and a filter, and detects the magnetic field signal MF_X.
  • M-field detector 4010 detects a magnetic field signal (hereinafter, referred to as 'MF_M') of a magnet coupled to the main axis M.
  • a magnetic field detector 4030 detects a magnetic field signal (hereinafter, referred to as 'MF_A') of a magnet coupled to sub- B
  • magnetic field detector 4040 detects a magnetic field signal (hereinafter, referred to as 'MF_B') of a magnet coupled to sub-axis B.
  • C magnetic field detector 4050 detects a magnetic field signal (hereinafter, referred to as 'MF_C') of a magnet coupled to the sub axis C.
  • the magnetic field signal MF_X is a sinusoidal signal.
  • the apparatus includes a main axis signal generator 4020 and a minor axis signal generator 4060.
  • the signal generator can detect the phase.
  • Each signal generator receives a magnetic field signal, generates an angle signal (SigX) using the magnetic field signal, and corrects various errors.
  • SigX angle signal
  • the main axis signal generator 4020 detects the angle signal of the main axis M (hereinafter, may be referred to as 'SigM') using MF_M.
  • the slave axis signal generator 4060 receives SigM, MF_A, MF_B, and MF_C.
  • the slave axis signal generator 4060 then calculates the angle signal of the minor axis A (hereinafter may be referred to as 'SigA'), the angle signal of the minor axis B (hereinafter may be referred to as 'SigB' Signal (hereinafter, may be referred to as 'SigC').
  • the primary signal classifier 4070 classifies the signals of the respective sub-axes using angle signals of the respective axes.
  • the primary signal classifier 4070 receives SigM, SigA, SigB, and SigC, and generates a ClassifiedX signal using the signals. Where X is one of A, B and C. Based on the ClassifiedX signal, the device can determine the number of rotations of the minor axis based on the major axis M.
  • the primary signal classifier 4070 generates the Classified A, Classified B, and Classified C signals. Details of the Classified signal will be described later.
  • the secondary signal classifier 4080 receives the Classified A, Classified B, and Classified C signals, and generates indexes IndexX used in the multi-turn table.
  • the index (IndexX) represents the number of revolutions with each minor axis on the main axis M.
  • the secondary signal classifier 4080 generates a relative rotation number of the auxiliary axis A using the ClassifiedA signal, generates a relative rotation number of the auxiliary axis B using ClassifiedB, and generates a relative rotation number of the auxiliary axis C using ClassifiedC.
  • the relative speed of the sub-shaft A, the relative speed of the sub-shaft B, and the relative speed of the sub-shaft C may be referred to as Index A, Index B and Index C, respectively.
  • the apparatus can acquire the number of revolutions of the main shaft by using three indexes in the multi-rotation table 4090.
  • the number of revolutions of the main shaft may be referred to as a rotation. Details of the rotation table 4090 will be described later.
  • Fig. 4 is a block diagram of an encoder system having the structure shown in Fig. 1, wherein the magnetic field detector of the sub-axis detects only the magnetic field signal of the magnet of each sub-axis. Therefore, when a problem occurs in the magnetic field detector of any sub axis, the device obtains a wrong rotation because there is no comparison information to judge an error. For example, if an error occurs in the operation of the A magnetic field detector, the obtained IndexA includes rotation information of the wrong auxiliary axis A, and the device can not confirm whether or not the rotation rotation information includes an error. As a result, the device acquires incorrect rotation information.
  • the operation of the above-described signal generator, the operation of the signal classifier, and the rotation detection can be performed by the processor included in the apparatus.
  • 5 is an example of a classified signal generated from an angle signal.
  • SigM corresponds to the angle signal of the main axis generated from the magnetic field signal of the main axis M
  • SigA corresponds to the angle signal of the sub axis A generated from the magnetic field signal of the sub axis A.
  • the vertical axis corresponds to the angle and the highest point is 360 degrees.
  • the horizontal axis represents time. Increasing the angle from 0 ° to 360 ° means that the axis has rotated one turn.
  • the angular signal repeats from 0 to 360 degrees, and the cycle in which each axis rotates one wheel differs from axis to axis. 5, it can be seen that the rotation period of the sub-axis A is longer than the rotation period of the main axis M. In the case of Fig.
  • the signal generator generates a ClassifiedA signal from the angular signal of the minor axis A.
  • the Classified signal maintains a constant angle during one revolution of the main axis.
  • the angle of the Classified signal gradually increases with the number of revolutions of the main axis, but starts at a point close to 0 degrees again when the angle exceeds 360 degrees. All Classified signals are periodic signals.
  • the upper signal is the SigM signal disclosed in FIG. 5
  • the lower signal is the SigA signal disclosed in FIG.
  • (a) shows the rotation angle of the sub-shaft A while the main shaft M makes one rotation.
  • the ratio (gear ratio) of the number of main shaft gear teeth nGM to the number of auxiliary shaft A gears (nGA) is set to 24:28.
  • the main shaft M makes one revolution (360 degrees)
  • the auxiliary shaft A rotates by 308.57 degrees.
  • (b) shows the rotation angle of each of the sub-axles A while the main shaft M is rotating from one rotation to seven rotations.
  • the angle of the sub-axis A can be known in advance.
  • the difference in rotation angle between the main shaft M and the sub-shaft A increases by a multiple of 51.43 degrees.
  • the rotation angles of the minor axis A correspond to 257.14 degrees, 205.71 degrees, 154.28 degrees, 102.85 degrees and 51.42 degrees, respectively do.
  • the rotation angle of the minor axis decreases uniformly by 51.43 degrees at the point where the rotation angle of the main shaft is zero.
  • (c) shows obtaining the rotation angle of the sub-shaft in the movement of the axis in an arbitrary time axis.
  • the angle of rotation of the minor axis can be obtained by moving the axis to the point where the angle of the main axis M is zero on the current time axis.
  • one of the minor axis rotation angles obtained in (b) above may be obtained as 308.57 degrees, 257.14 degrees, 205.71 degrees, 154.28 degrees, 102.85 degrees and 51.42 degrees.
  • the ClassifiedA signal of the minor axis A can be expressed by the following equation (3).
  • moduleA is an angle difference, and represents an angle difference between the rotation angle of the sub-axis A generated every time the main axis M makes one revolution.
  • Index A is the number of revolutions of the sub-shaft A and indicates the number of revolutions before the rotation angle of the sub-shaft A coincides with the rotation angle of the main shaft M.
  • module A can be expressed by Equation (4) below.
  • 51.43 degrees calculated in the explanation related to (a) above corresponds to moduleA.
  • 51.43 can also be obtained through Equation (4).
  • IndexA can be calculated using moduleA.
  • the size of the classified signal can be calculated at any time using Equation (5) below.
  • MT_SigX represents the size of the ClassifiedX signal of the minor axis X.
  • SigX is the rotational angle signal of the minor axis X
  • nGM is the number of gear teeth of the main shaft gear
  • nGX is the number of gear teeth of the minor axis X gear
  • SigM is the rotational angle signal of the main shaft M.
  • X is one of A, B, and C.
  • the calculated MT_SigX value is less than 360 degrees, the obtained value corresponds to MT_SigX. If the calculated MT_SigX value is greater than 360 degrees, the final MT_SigX is obtained using Equation (6) below.
  • the magnitude of MT_SigA is 0 degree, 51.42 degrees, 102.85 degrees, 154.28 degrees, 205.71 degrees, 257.14 degrees and 308.57 degrees .
  • FIG. 7 is another example of an encoder system structure for detecting multiple rotations.
  • the apparatus includes a main shaft gear (gear M 7010) and three minor axis gears (gear A 7020, gear B 7030, and gear C 7040) installed on the main shaft.
  • the minor axis transmits the rotation of each minor axis gear as the center axis of the minor axis gear.
  • the main shaft gear 7010 is gear-engaged with the three sub shaft gears.
  • the spindle magnetic sensor detects the magnetic field signal of the main spindle magnet coupled to the main spindle M.
  • the center point of the sensor M (7050) coincides with the center point of the main shaft gear (7010).
  • the encoder system of Fig. 7 uses two auxiliary magnetic sensors. That is, the number of the auxiliary magnetic sensor is reduced by one.
  • auxiliary magnetic sensors are disposed between the auxiliary shaft A and the auxiliary shaft B and between the auxiliary shaft B and the auxiliary shaft C.
  • the distance between the auxiliary shaft magnetic sensor and the two shafts is the same.
  • a magnetic sensor disposed between sub-axis A and sub-axis B may be referred to as sensor AB 7060
  • a magnetic sensor disposed between minor axis B and minor axis C may be referred to as sensor BC 7070.
  • Sensor AB 7060 detects the combined magnetic field of the magnet coupled to gear A and the magnet coupled to gear B.
  • Sensor BC 7070 detects the combined magnetic field of the magnet coupled to gear B and the magnet coupled to gear C.
  • the magnetic field signals detected by the sensor AB 7060 and the sensor BC 7070 respectively include magnetic field signal information of the magnet coupled to the sub axis B. [ The details of the composite magnetic field will be described later.
  • FIG. 8 is an example of an apparatus block diagram of the encoder system shown in Fig.
  • the M-field detector 8010 corresponds to the sensor M.
  • the AB magnetic field detector 8020 corresponds to the sensor AB, and the BC magnetic field detector 8030 corresponds to the sensor BC.
  • M-field detector 8010 detects a magnetic field signal (hereinafter, referred to as 'MF_M') of a magnet coupled to the main axis M.
  • the AB magnetic field detector 8020 detects a composite magnetic field signal (hereinafter, referred to as 'MF_AB') of a magnet coupled to the sub axis A and the sub axis B, respectively.
  • the BC magnetic field detector 8030 detects a composite magnetic field signal (hereinafter referred to as 'MF_BC') coupled to the sub axis B and the sub axis C, respectively.
  • Each magnetic field signal is a sinusoidal signal.
  • the apparatus includes a main axis signal generator 8040 and a minor axis signal generator 8050.
  • the signal generator can detect the phase.
  • Each signal generator receives the magnetic field signal MF_X, generates an angle signal SigX using the magnetic field signal, and corrects various errors.
  • the main axis signal generator 8040 detects an angle signal of the main axis M (hereinafter, may be referred to as 'SigM') using the MF_M signal.
  • the slave axis signal generator 8050 receives SigM, MF_AB and MF_BC. Sub-axis signal generator 8050 then generates SigAB and SigBC.
  • the SigAB signal is the mean angle signal of the minor axis A and the minor axis B
  • the SigBC signal is the mean angle signal of the minor axis B and minor axis C.
  • the primary signal classifier 8060 generates Classified AB and ClassifiedBC using SigM, SigAB, and SigBC.
  • the ClassifiedAB signal includes the rotation information of the auxiliary axis A and the rotation information of the auxiliary axis B.
  • the ClassifiedBC signal includes the rotation information of the sub-axis B and the rotation information of the sub-axis C.
  • the ClassifiedAB signal and the ClassifiedBC signal both contain information about the auxiliary axis B.
  • the primary signal classifier 8060 can calculate the Classified AB signal and the ClassifiedBC signal using Equation (7) and Equation (8) below.
  • the rMAB of Equation (7) and the rMBC of Equation (8) are associated with the number of gear teeth.
  • the rMAB and rMBC can be obtained using Equation (9) and Equation (10) below, respectively.
  • rMA, rMB and rMC represent the ratio of the number of gear teeth of the main shaft gear to the minor gear.
  • the rMA, rMB, and rMC may be obtained using Equation (11) below.
  • nGM corresponds to the gear teeth number of the main shaft gear (gear M).
  • nGA, nGB and nGC correspond to the number of gear teeth of gear A, gear B and gear C, respectively, corresponding to the minor axis gears.
  • the apparatus includes a signal synthesizer 8070.
  • the device uses signal synthesizer 8070 to generate a ClassifiedAC signal from Classified AB and ClassifiedBC. That is, the apparatus can combine the Classified AB and ClassifiedBC signals to remove information about the minor axis B that is commonly included and obtain information about the AC magnetic field.
  • the ClassifiedAB signal and the ClassifiedBC signal can be interpreted in the following formulas (12) and (13).
  • the ClassifiedAB signal corresponds to the sum of the ClassifiedA signal and the ClassifiedB signal.
  • the ClassifiedBC signal corresponds to the sum of the ClassifiedB signal and the ClassifiedC signal.
  • Equation (14) and Equation (15) below express the ClassifiedA, ClassifiedB, and ClassifiedC included in the equations (12) and (13) using Equation (3).
  • the ClassifiedAB signal includes the rotation angle and rotation number information of the auxiliary axis A and the auxiliary axis B.
  • the ClassifiedBC signal includes rotation angle and rotation number information of the auxiliary axis B and the auxiliary axis C.
  • the ClassifiedAC signal can be obtained by using the ClassifiedAB signal and the ClassifiedBC signal in Equation (16) below.
  • the ClassifiedAC signal obtained through Equation (16) includes rotation angle and rotation number information of the sub axis A and the sub axis C, respectively.
  • rotation angle and rotation number information of the sub axis A and the sub axis C respectively.
  • the ClassifiedAC signal is input to the index table 8080, whereby IndexA and IndexC are obtained.
  • the index table 8080 corresponds to a sub-table.
  • the main table corresponds to a multi-rotation table.
  • the index table 8080 corresponds to a predefined table in which data is prepared in advance.
  • the index table 8080 has a ClassifiedAC signal as an input, and holds rotation information of the sub axis A and the sub axis C corresponding to the ClassifiedAC signal as data. That is, the index table 8080 is a set of rotation information (index) data of the auxiliary axis A and the auxiliary axis C according to the size of the ClassifiedAC signal.
  • the secondary signal classifier 8090 receives Classified AB, ClassifiedBC, IndexA, and IndexC. Two IndexBs can be obtained by using each module and the IndexA and IndexC acquired in Equation (16) in Equations (14) and (15).
  • the secondary signal classifier calculates IndexB1, which is the rotation number information of auxiliary axis B, using ClassifiedAB and IndexA.
  • the secondary signal classifier 8090 calculates IndexB2, which is the rotation number information of the sub-axis B, using ClassifiedBC and IndexC. That is, the secondary signal classifier 8090 acquires information about the rotation speed of the sub-axis B twice.
  • the secondary signal classifier 8090 can obtain IndexB1 and IndexB2 using Equations (12) to (15) described above.
  • IndexA, IndexB1, IndexB2, and IndexC are used as inputs to the multi-rotation table 8100.
  • the apparatus can acquire rotation that is the number of revolutions of the main shaft based on the index information which is the number of revolutions of each auxiliary shaft and the rotation table 8100.
  • the device acquires the Module information of each sub-axis, acquires the Index information based on the Module information, and acquires the rotation based on the Index information.
  • the rotation represents the rotation number of the main shaft M as multi-rotation information.
  • the apparatus can determine whether or not an error has occurred based on IndexB1 and IndexB2.
  • the encoder system of the structure shown in FIG. 7 can acquire the number of revolutions of the sub-shaft B twice by locating the auxiliary shaft magnetic sensor for sensing the sub-shaft magnetic signal between the sub-axes.
  • Both IndexB1 and IndexB2 represent the number of revolutions of the sub-axis B, which is the same sub-axis. Therefore, if there is no error in multi-rotation detection, both values should be the same. That is, when the values of IndexB1 and IndexB2 are the same, it indicates that there is no error in the detected multiple rotation. If the values of IndexB1 and IndexB2 are not the same, it indicates that an error has occurred in detection.
  • the encoder system having the structure disclosed in FIG. 7 has the effect that the multi axis rotation information can be obtained and the error occurrence can be determined by positioning the sub axis magnetic sensor between the sub axis.
  • a rotation period whose angle coincides with the main axis can be obtained by using the following equation (17).
  • T corresponds to a rotation period in which the angle with the main axis coincides.
  • A_M represents a period in which the absolute angles of the main shaft M and the auxiliary shaft A coincide.
  • C_M represents a period in which the absolute angles of the main shaft M and the auxiliary shaft C coincide.
  • A_M and C_M can be obtained using Equation 1 described above.
  • 9 is an example of a graph obtained by measuring the composite magnetic field signal of the sub axis A and the sub axis B with an actual sensor, a graph obtained by simulation, and an angle signal graph of the composite magnetic field signal.
  • FIG. 9 shows signals obtained from the synthesized magnetic field signal measured by the sensor AB positioned between the sub axis A and the sub axis B,
  • the sensor AB is located at the same distance as the auxiliary axis A and the auxiliary axis B, respectively.
  • (a) shows an example of a actually measured magnetic field signal (Real Signal).
  • (b) shows the composite magnetic field signal MF_AB of the sub axis A and the sub axis B obtained by the simulation.
  • (c) shows the mean angle signal of the minor axis A and minor axis B obtained from (b) as SigAB.
  • the equation for calculating the angle uses the figure as a unit.
  • the unit of the mathematical expression can be changed, and thus the expression of the expression can be changed.
  • FIG. 10 is an example of a magnetic field change occurring at a position where two bipolar magnets are adjacent to each other.
  • the composite magnetic field rotates at an average speed of two rotational speeds.
  • the synthetic magnetic field shown in Fig. 10 it can be confirmed that the direction of the composite magnetic field rotates in the counterclockwise direction while progressing from (1) to (6) in accordance with the passage of time.
  • the average rotation speed can be obtained by arranging the magnetic sensor in the middle of the two magnets.
  • the composite magnetic field is reduced in size as the distance between the magnetic fields becomes wider as the two magnets rotate. The decrease in the composite magnetic field size is not shown in Fig. 9 (b).
  • 11 is an example of generating a classified signal by using an angle signal of a composite magnetic field signal.
  • the device acquires the angle signal SigM of the main axis M, the angle signal SigAB of the combined magnetic field signal of the auxiliary axis A and the auxiliary axis B, and the angle signal SigBC of the combined magnetic field signal of the auxiliary axis B and the auxiliary axis C via the signal generator.
  • the device acquires ClassifiedAB and ClassifiedBC from SigM, SigAB and SigBC using a signal classifier.
  • the device acquires ClassifiedAC from ClassifiedAB and ClassifiedBC using a signal synthesizer.
  • the ClassifiedAC signal can be obtained by subtracting the ClassifiedBC signal from the ClassifiedAB signal.
  • the ClassifiedAC signal contains only information about auxiliary axis A and auxiliary axis C. For details, refer to the description related to FIG. 8 described above.
  • the left figure of FIG. 12 shows the gears being kept horizontal without shaking.
  • the figure on the right shows a broken horizontal due to the gear shaking.
  • the two sensors are arranged to face each other about a magnet coupled to the shaft.
  • error1 and error2 have the same size as the symmetric angle.
  • error1 and error2 can be offset by placing the two sensors facing each other. For example, when the minor axis B is shaken, the magnetic field of the minor axis B is measured by the two sensors, so the error can be eliminated by adding and subtracting the signal obtained from the signal classifier. Therefore, the detailed configuration of the signal classifier may be different for each encoder.
  • FIG. 13 is an example of a process of simulating an encoder system having the structure of FIG.
  • the simulation process includes a physical part, a sensor part, a parameter setting part, a main algorithm 1 part, and a main algorithm 2 part.
  • the physical part includes a rotor, a multi-pole magnet, and a gear of each sub-shaft.
  • the sensor part includes a sensor M which is a magnetic sensor of the main shaft M, and includes sensors AB and SensorBC which sense the combined magnetic field signal.
  • the parameter setting part sets the parameters required to detect multiple rotations.
  • the ClassifiedAC signal refers to the description related to FIG. 8 described above.
  • the main algorithm 2 part acquires a multi-turn index.
  • the operations performed in the main algorithm 1 and the main algorithm 2 can be performed by the processor of the apparatus.
  • IndexA, IndexC, IndexB1, and IndexB2 indicate the number of revolutions of the sub-axis A, minor axis C, and minor axis B, respectively. Since the graph results of IndexB1 and IndexB2 are the same, it can be seen that no error occurred during the rotation detection process.
  • 15 is an example of an internal block diagram of the multi-rotation detecting device.
  • the apparatus 15010 may include a memory 15020 for storing data and a processor 15030 for controlling the memory 15020.
  • the apparatus 15010 may further include a gear and a magnetic sensor.
  • the apparatus 15010 may further include other components as needed.
  • the processor 15030 can control the above-described magnetic sensor to sense the magnetic field signal.
  • the processor 15030 can control the main-axis signal generator, the sub-axis signal generator, the primary signal classifier, the signal synthesizer, and the secondary signal classifier to perform the respective operations.
  • the processor 15030 can perform the above-described operation using the data stored in the memory 15020.
  • the memory 15020 is connected to the processor 15030 and stores various information for driving the processor 15030.
  • the memory 15020 can store a magnetic field signal sensed by the magnetic sensor.
  • the memory 15020 can store output data such as signals obtained from the main axis signal generator, the sub-axis signal generator, the primary signal classifier, the signal synthesizer, and the secondary signal classifier.
  • the processor 15030 receives the spindle magnetic field signal, which is the magnetic field of the spindle magnet coupled to the spindle gear sensed by the spindle magnetic sensor, and outputs the main axis magnetic field signal to the first subordinate gear, the second subordinate gear, A second auxiliary shaft magnet, and a third auxiliary shaft magnet, wherein the main magnetic field signal and the combined magnetic field signal are used to perform a multiple rotation of the encoder Can be detected.
  • the specific operation of the processor may be performed in the manner described in the description related to Figs. 7 to 8 described above.
  • the memory 15020 may be included within the processor 15030 or may be external to the processor 15030 and coupled to the processor 15030 by known means.
  • the processor 15030 may be configured to perform operations according to various embodiments of the present invention in accordance with the description of the above-described figures. Also, a module implementing the operation of apparatus 15010 according to various embodiments of the present invention described above may be stored in memory 15020 and executed by processor 15030.
  • 16 is an example of a flowchart of the multiple rotation detecting method.
  • the spindle magnetic sensor senses a spindle magnetic field signal which is a magnetic field of a spindle magnet coupled to the spindle gear (S16010).
  • the subsidiary shaft magnetic sensor senses the composite magnetic field signal synthesized by the magnetic fields of the two subsidiary magnets of the first subsidiary magnet, the second subsidiary magnet and the third subsidiary magnet, which are respectively coupled to the first auxiliary shaft gear, the second auxiliary shaft gear and the third auxiliary shaft gear, (S16020).
  • the multi-rotation of the encoder is detected using the main magnetic field signal and the combined magnetic field signal (S16030).
  • Step S16010 of sensing the spindle magnetic field signal, step S16020 of sensing the composite magnetic field signal and step S16030 of detecting the multiple rotation of the encoder may be performed by the method disclosed in the description related to Fig. For details, refer to the description related to Fig. 8 described above.

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Abstract

다회전 검출 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 장치는 주축에 설치된 주축 기어; 상기 주축 기어와 각각 기어 결합하는 제1 부축 기어, 제2 부축 기어 및 제3 부축 기어; 상기 주축 기어, 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어와 각각 결합된 주축 자석, 제1 부축 자석, 제2 부축 자석 및 제3 부축 자석; 상기 주축 자석의 자계인 주축 자계 신호를 센싱하는 주축 마그네틱 센서; 및 상기 제1 부축 자석, 상기 제2 부축 자석 및 상기 제3 부축 자석 중 두 부축 자석의 자계가 합성된 합성 자계 신호를 센싱하는 부축 마그네틱 센서를 포함하고, 상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호를 이용하여 엔코더의 다회전을 검출하는 프로세서를 포함한다.

Description

다회전 검출 장치 및 방법
본 발명은 다회전 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무전원 다회전 절대위치 자기식 엔코더의 다회전을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무전원 다회전 절대 엔코더는 모터의 회전축에 장착되며 모터의 절대 위치 및 회전수를 검출하여 상위 제어기(모터 드라이브, PLC 등)로 전송한다. 무전원 다회전 절대 엔코더는 기어 및 엔코더 시스템과 엔코더 처리 시스템을 포함한다. 기어 및 엔코더 시스템은 모터의 회전에 따라 각 기어가 회전하면서 정현파 신호를 출력한다. 엔코더 처리 시스템은 기어 및 엔코더 시스템의 정현파 신호를 보정하여 절대위치 및 회전수를 검출한다. BiSS 통신은 엔코더 신호 처리 시스템의 출력 데이터를 모터 드라이브로 전송한다. 무전원 다회전 절대 엔코더는 모터의 정밀 위치 검출 및 제어가 요구되는 자동화 장비 및 로봇 등에 적용 가능하다.
기본적인 엔코더는 360도 내의 절대 각도를 출력하며, 360도를 얼마나 작게 나눌 수 있는지 또는 출력되는 위치 정보가 물리적 위치와 얼마나 일치하는지 등에 따라 성능이 결정된다. 실제 산업 환경은 1회전 이상의 넓은 회전 범위에 대한 정보를 요구한다. 이에 따라 회전수를 기억하는 여러 방법이 제시되었다.
대표적인 방식은 360도에서 다음 회전으로 넘어가는 순간 카운트를 하여 메모리에 저장하는 방식이다. 다만, 엔코더가 휘발성 메모리를 사용하는 경우, 엔코더의 전원이 차단되면 휘발성 메모리에 저장된 데이터는 사라진다. 엔코더가 배터리나 비휘발성 메모리를 사용하는 경우, 시스템의 정지 상태에서 하드웨어가 움직임으로써 변경된 위치 정보를 반영할 수 없는 데이터의 절대성 문제가 존재한다.
따라서 하드웨어 구조 자체가 회전수 정보를 표현할 수 있는 시스템이 요구되었고, 주축(검출축) 외에 부축을 추가하고 부축의 회전 비율을 달리하여 여러 축의 절대 각도를 조합하는 방법이 제시되었다. 그러나 이 방법을 사용하는 엔코더는 회전수 검출 범위를 증가시키기 위해 각 부축마다 마그네틱 센서를 사용한다. 또한, 각 부축의 회전 정보에 오류가 발생한 경우 매우 큰 회전수의 검출 오류가 발생된다.
본 발명은 상술한 엔코더의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적은 수의 센서를 사용하여 시스템의 복잡도를 낮추고 절대 오류를 검출할 수 있는 다회전 검출 장치 및 방법을 제공한다.
상술한 기술적 과제 해결을 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 장치는, 주축에 설치된 주축 기어; 상기 주축 기어와 각각 기어 결합하는 제1 부축 기어, 제2 부축 기어 및 제3 부축 기어; 상기 주축 기어, 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어와 각각 결합된 주축 자석, 제1 부축 자석, 제2 부축 자석 및 제3 부축 자석; 상기 주축 자석의 자계인 주축 자계 신호를 센싱하는 주축 마그네틱 센서; 및 상기 제1 부축 자석, 상기 제2 부축 자석 및 상기 제3 부축 자석 중 두 부축 자석의 자계가 합성된 합성 자계 신호를 센싱하는 부축 마그네틱 센서를 포함하고 상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호를 이용하여 엔코더의 다회전을 검출하는 프로세서를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 장치에 있어서, 상기 다회전 검출 장치는, 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어의 회전을 각각 전달하는 제1 부축, 제2 부축 및 제3 부축을 더 포함하고, 상기 프로세서가 상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호에 기초하여 상기 제1 부축, 상기 제2 부축 및 상기 제3 부축 각각의 회전 각도 및 회전수를 검출하고, 상기 회전수에 기초하여 상기 엔코더의 다회전을 검출한다.
본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 장치에 있어서, 상기 부축 마그네틱 센서는, 상기 제1 부축 및 상기 제2 부축의 사이에 위치하여 제1 합성 자계 신호를 센싱하는 제1 부축 마그네틱 센서 및 상기 제2 부축 및 상기 제3 부축의 사이에 위치하여 제2 합성 자계 신호를 센싱하는 제2 부축 마그네틱 센서를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 장치에 있어서, 상기 프로세서는 상기 제1 합성 자계 신호 및 상기 제2 합성 자계 신호에 기초하여 제3 신호를 획득하고, 상기 제3 신호를 미리 정의된 제1 데이터 테이블에 적용하여 상기 제1 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수를 획득하고, 상기 제1 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수에 기초하여 상기 제2 부축의 회전수를 획득한다.
본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 장치에 있어서, 상기 프로세서는 상기 제1 부축의 회전수, 상기 제2 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수를 미리 정의된 제2 데이터 테이블에 적용하여 상기 엔코더의 다회전을 검출한다.
본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 장치에 있어서, 상기 제2 부축의 회전수는 제1 회전수 및 제2 회전수를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제1 합성 자계 신호 및 상기 제1 부축의 회전수를 사용하여 상기 제1 회전수를 획득하고, 상기 제2 합성 자계 신호 및 상기 제3 부축의 회전수를 사용하여 상기 제2 회전수를 획득한다.
본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 장치에 있어서, 상기 프로세서는 상기 제1 회전수 및 상기 제2 회전수의 일치 여부에 기초하여 상기 다회전의 오류를 검출한다.
본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 장치에 있어서, 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어 각각의 기어 잇 수는 제1 부축 기어 잇 수, 제2 부축 기어 잇 수 및 제3 부축 기어 잇 수에 해당하고, 상기 제1 부축 기어 잇 수, 상기 제2 부축 기어 잇 수 및 상기 제3 부축 기어 잇 수는 각각 상기 주축 기어의 기어 잇 수와 상이한 기어 잇 수를 갖고, 상기 제1 부축 기어 잇 수, 상기 제2 부축 기어 잇 수 및 상기 제3 부축 기어 잇 수의 최대 공약수가 1에 해당한다.
본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 장치에 있어서, 상기 제1 데이터 테이블은 상기 제3 신호의 각도 정보에 대응하는 상기 제1 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수 정보를 포함하고, 상기 제2 데이터 테이블은 상기 제1 부축의 회전수, 상기 제2 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수에 포함된 회전수의 조합에 대응하는 상기 다회전의 정보를 포함한다.
상술한 기술적 과제 해결을 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 다회전 검출 방법은, 주축 마그네틱 센서가 주축 기어에 결합된 주축 자석의 자계인 주축 자계 신호를 센싱하는 단계; 부축 마그네틱 센서가 제1 부축 기어, 제2 부축 기어 및 제3 부축 기어에 각각 결합된 제1 부축 자석, 제2 부축 자석 및 제3 부축 자석 중 두 부축 자석의 자계가 합성된 합성 자계 신호를 센싱하는 단계; 및 상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호를 이용하여 엔코더의 다회전을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 주축 기어는 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어와 각각 기어결합한다.
상술한 기술적 과제 해결을 위하여, 데이터를 저장하는 메모리, 상기 메모리를 제어하는 프로세서를 포함하는 다회전 검출 장치에 있어서, 상기 프로세서는, 주축 마그네틱 센서가 센싱한 주축 기어에 결합된 주축 자석의 자계인 주축 자계 신호를 수신하고, 부축 마그네틱 센서가 센싱한 제1 부축 기어, 제2 부축 기어 및 제3 부축 기어에 각각 결합된 제1 부축 자석, 제2 부축 자석 및 제3 부축 자석 중 두 부축 자석의 자계가 합성된 합성 자계 신호를 수신하고, 상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호를 이용하여 엔코더의 다회전을 검출하고, 상기 주축 기어는 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어와 각각 기어결합한다.
이하 설명하는 기술은 부축 기어의 사이에 마그네틱 센서를 배치하여 엔코더에 사용되는 센서의 수를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 설명하는 기술을 합성 자계 신호를 이용하여 각 축의 회전수와 회전 각도를 검출할 수 있는 효과가 있다.
이하 설명하는 기술을 합성 자계 신호를 이용하여 엔코더의 다회전을 검출할 수 있는 효과가 있다.
이하 설명하는 기술은 합성 자계 신호로부터 획득한 부축의 회전수에 기초하여 절대 오류를 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 다회전을 검출하는 엔코더 시스템 구조의 일 예이다.
도 2는 하나의 축에 위치하는 기어, 자석 및 센서의 배치를 측면에서 바라본 모습의 일 예이다.
도 3은 엔코더 시스템의 각 축의 각도 신호의 일 예이다.
도 4는 도 1에 도시된 엔코더 시스템의 장치 블록도의 일 예이다.
도 5는 각도 신호로부터 생성된 Classified 신호의 일 예이다.
도 6은 Classified 신호를 생성하는 구체적인 과정의 일 예이다.
도 7은 다회전을 검출하는 엔코더 시스템 구조의 다른 예이다.
도 8은 도 7에 도시된 엔코더 시스템의 장치 블록도의 일 예이다.
도 9는 부축 A와 부축 B의 합성 자계 신호를 실제 센서로 측정하여 획득한 그래프, 시뮬레이션으로 획득한 그래프 및 합성 자계 신호의 각도 신호 그래프의 일 예이다.
도 10은 두 개의 쌍극 자석이 인접한 곳에서 발생되는 자계 변화의 일 예이다.
도 11은 합성 자계 신호의 각도 신호를 사용하여 Classified 신호를 생성하는 일 예이다.
도 12는 기어가 흔들리는 경우 센서에 미치는 영향의 일 예이다.
도 13은 도 7의 구조를 갖는 엔코더 시스템을 시뮬레이션한 과정의 일 예이다.
도 14는 도 13의 시뮬레이션 결과의 일 예이다.
도 15는 다회전 검출 장치의 내부 블록도의 일 예이다.
도 16은 다회전 검출 방법의 순서도의 일 예이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 사람이 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "유닛" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하에서, 설명의 편의를 위해 다회전을 검출하는 엔코더 시스템을 장치라고 지칭한다. 이하에서, 다회전을 검출하는 과정은 장치 또는 장치에 포함된 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 다회전을 검출하는 엔코더 시스템 구조의 일 예이다.
장치는 주축에 설치된 주축 기어(1010)와 세 개의 부축 기어를 포함한다. 각각의 부축 기어는 주축 기어(1010)와 기어가 맞물리는 기어결합을 한다.
이하에서, 주축 기어(1010)는 기어 M으로 지칭할 수 있고, 주축은 주축 M으로 지칭할 수 있다. 세 개의 부축 기어는 각각 기어 A(1020), 기어 B(1030) 및 기어 C(1040)로 지칭할 수 있고 기어 A(1020), 기어 B(1030) 및 기어 C(1040)가 각각 결합한 부축을 부축 A, 부축 B 및 부축 C로 지칭할 수 있다. 부축은 부축 기어의 회전을 전달한다.
주축 기어(1010) 및 세 부축 기어 각각은 자석과 결합한다. 도 1은 일 예로서 쌍극 자석을 사용하는 경우를 나타낸다. 주축 자석(1050)은 주축 기어(1010)와 결합하고, 세 부축 자석도 각각 부축 기어와 결합한다. 각 자석은 결합된 기어가 회전함에 따라 함께 회전한다.
장치는 주축 마그네틱 센서(1090)와 세 부축 마그네틱 센서를 포함한다. 주축 마그네틱 센서는 기어 M(1010)에 결합된 주축 자석(1050)의 자계 신호를 감지한다. 세 부축 마그네틱 센서는 기어 A(1020), 기어 B(1030) 및 기어 C(1040)에 결합된 각 자석의 자계 신호를 감지한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 각 마그네틱 센서는 각 기어의 상단에 위치된다.
이하에서, 주축 마그네틱 센서(1090)는 센서 M로 지칭할 수 있다. 기어 A(1020)의 상단에 위치한 부축 마그네틱 센서를 센서 A(1100)로 지칭할 수 있다. 기어 B(1030)의 상단에 위치한 부축 마그네틱 센서를 센서 B(1110)로 지칭할 수 있다. 기어 C(1040)의 상단에 위치한 부축 마그네틱 센서를 센서 C(1120)로 지칭할 수 있다.
센서 M(1090)은 주축에 결합된 자석의 자계 신호를 감지한다. 센서 A(1100)는 부축 A에 결합된 자석(부축 자석 A, 1060)의 자계 신호를 감지한다. 센서 B(1110)는 부축 B에 결합된 자석(부축 자석 B, 1070)의 자계 신호를 감지한다. 센서 C(1120)는 부축 C에 결합된 자석(부축 자석 C, 1080)의 자계 신호를 감지한다.
본 발명의 엔코더 시스템에서 설계 가능한 기어 잇 수의 조건을 설명한다. 이하에서, 기어 M(1010)의 기어 잇 수는 nGM으로 지칭할 수 있고, 기어 A(1020), 기어 B(1030) 및 기어 C(1040)의 기어 잇 수는 각각 nGA, nGB, nGC로 지칭할 수 있다.
첫번째로, 부축 기어의 각 기어 잇 수는 주축을 기준으로 상이하게 설정되어야 한다. 즉, 세 부축 기어의 기어 잇 수가 서로 상이해야 한다. 두번째로, 세 부축 기어의 기어 잇 수의 최대 공약수가 1이어야 한다. 예를 들어, 기어 M(1010)의 기어 잇 수(nGM)가 24인 경우, nGA는 28, nGB는 25 및 nGC는 26로 설정할 수 있다.
상술한 두 조건을 만족하는 기어 잇 수를 아래의 수학식 1에 사용함으로써 주축 M과 임의 부축의 절대각도가 일치하는 주기를 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000001
A_M은 주축 M와 부축 A의 절대 각도가 일치하는 주기를 나타낸다. B_M은 주축 M와 부축 B의 절대 각도가 일치하는 주기를 나타낸다. C_M은 주축 M와 부축 C의 절대 각도가 일치하는 주기를 나타낸다.
수학식 1에서 획득한 세 주기를 아래의 수학식 2에 사용함으로써 다회전 범위를 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000002
range of Multi Turn은 장치가 획득할 수 있는 다회전의 범위에 해당한다. 다회전은 주축 M의 회전수를 나타낸다. 다회전 범위는 상술한 A_M, B_M 및 C_M을 모두 곱하여 획득될 수 있다. 장치는 산출된 다회전 범위 내에서 회전수를 검출할 수 있다.
일 예로, nGM=18, nGA=24, nGB=15 및 nGC=21인 경우, 각 부축 기어의 기어 잇 수는 상이하며, 수학식 1을 사용한 결과는 A_M=4, B_M=5 및 C_M=7에 해당한다. 4, 5 및 7의 최대공약수는 1에 해당하고, 다회전 검출 범위는 140(= 4 * 5 * 7 )에 해당한다.
다른 예로, nGM=24, nGA=32, nGB=23 및 nGC=25인 경우, 각 부축 기어의 기어 잇 수는 서로 상이하며, 수학식 1을 사용한 결과는 A_M=4, B_M=23 및 C_M=25에 해당한다. 4, 23 및 25의 최대공약수는 1에 해당하고, 다회전 검출 범위는 2300(= 4 * 23 * 25 )에 해당한다.
상술한 기어 잇 수의 조건을 모두 만족하면, 그 장치의 주축 M, 부축 A, 부축 B 및 부축 C의 각도 조합은 다회전 검출 범위 안에서 중복되지 않는다. 만약, 최대 공약수가 2인 경우, 각도 조합은 다회전 검출 범위 내에서 2번씩 중복된다. 각도 조합이 다회전 검출 범위 안에서 중복되지 않기 때문에, 장치는 후술하는 다회전 테이블을 사용하여 다회전을 검출할 수 있다.
도 2는 하나의 축에 위치하는 기어, 자석 및 센서의 배치를 측면에서 바라본 모습의 일 예이다.
장치에 포함된 주축과 세 부축은 도 2에 도시된 바와 같은 모습으로 각각 자기 센서(2010), 자석(2020) 및 기어(2040)가 위치된다. 센서(2010)는 마그네틱 센서에 해당하고, 자석(2020)은 쌍극 자석에 해당한다. d는 자석(2020)과 센서(2010)와의 간격을 나타낸다. 기어(2040)의 테두리는 기어 이빨(2030)에 해당한다.
기어(2040)와 센서(2010) 및 자석(2020)은 중심점이 모두 일치되도록 위치된다. 장치는 중심점을 일치시킴으로써 자계 신호로부터 각 축의 절대 각도를 획득할 수 있다.
도 3은 엔코더 시스템의 각 축의 각도 신호의 일 예이다.
도 3에서, M은 주축 M의 각도 신호를 나타낸다. A는 부축 A의 각도 신호를 나타낸다. B는 부축 B의 각도 신호를 나타낸다. C는 부축 C의 각도 신호를 나타낸다.
절대 각도는 주축을 기준으로 하는 각도에 해당한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 축의 절대 각도는 기어 비에 의해 서로 상이한 비율을 갖는다. 주축 M과 각 부축은 절대 각도가 일치하는 위치가 각각 존재하며, 기어비가 상이하므로 일치하는 주기 또한 상이하다. 따라서 각 축의 절대 각도의 조합은 다회전 검출 범위 내에서 중복되지 않는다.
장치는 주축과 부축의 절대 각도의 조합을 기초로 하는 상대 회전수를 이용하여 다회전 테이블을 미리 생성한다. 다회전 테이블은 데이터로 구성되는 데이터 테이블에 해당한다. 다회전 테이블은 각 부축의 상대 회전수 정보를 포함한다. 다회전 테이블은 주축의 회전수인 다회전 정보를 획득하는데 사용된다. 장치는 각 부축의 회전수(후술하는 인덱스 정보) 및 다회전 테이블을 이용하여 주축의 회전수를 획득할 수 있다.
다회전 테이블은 상대 회전수의 조합으로 구성된다. 즉, 다회전 테이블은 각 부축과 주축 간 상대 주기별로 일치하기까지의 상대 회전수를 저장한다. 다회전 테이블의 입력은 후술하는 인덱스(IndexX) 데이터에 해당한다. 장치는 인덱스 데이터를 다회전 테이블에 적용함으로써 주축의 회전수를 측정할 수 있다.
인덱스 데이터는 주축 M의 각 부축에 대한 상대 회전수와 같다. 전술한 상대 회전수는 주축과 부축의 절대 각도의 조합이 일정 주기에 따라 동일한 것에 근거한다. 일 예로서, 주축 M과 부축 A의 기어 잇 수가 24, 28인 경우, 각도 조합이 일치하는 주기는 7회전에 해당한다. 즉, 주축 M과 부축 A의 각도가 0도인 위치에서 주축이 7회전을 하면 두 각도가 모두 다시 0도가 된다. 이때, 주축이 7회전 하기까지의 과정이 0회전 내지 6회전으로 표현된다. 주축 M은 각도 조합이 일치하는 주기인 7회전을 한 뒤 다시 0회전부터 회전을 시작한다.
상술한 바와 같이, 장치는 각 부축에 대한 인덱스 데이터를 얻을 수 있다. 그리고 다회전 테이블은 각 부축의 인덱스 데이터 조합에 따른 다회전 정보를 저장하고 있다. 따라서 장치는 각 부축의 각도를 비교하여 인덱스 데이터를 얻어 다회전 테이블에 매칭시킴으로써 다회전 결과를 획득할 수 있다.
다회전 테이블에 포함된 각 부축의 상대 회전수 조합은 각 기어의 기어 잇 수에 따라 변경될 수 있다. 다회전 테이블은 각 부축의 회전수 정보를 포함한다. 각 부축의 회전 각도 및 회전수에 관한 자세한 사항은 후술한다. 다회전 테이블의 데이터는 미리 생성되고, 장치의 메모리에 저장된다.
도 4는 도 1에 도시된 엔코더 시스템의 장치 블록도의 일 예이다.
도 4에서, M 자계 검출기(4010)는 센서 M에 해당한다. A 자계 검출기(4030)는 센서 A, B 자계 검출기는 센서 B, C 자계 검출기는 센서 C에 해당한다.
자계 검출기는 자기 센서, 증폭기 및 필터로 구성되고, 자계 신호(MF_X)를 검출한다. 이때 X는 M, A, B 및 C 중 하나이다. M 자계 검출기(4010)는 주축 M에 결합된 자석의 자계 신호(이하, 'MF_M'로 지칭될 수 있다)를 검출한다. A 자계 검출기(4030)는 부축 A에 결합된 자석의 자계 신호(이하, 'MF_A'로 지칭될 수 있다)를 검출한다. B 자계 검출기(4040)는 부축 B에 결합된 자석의 자계 신호(이하, 'MF_B'로 지칭될 수 있다)를 검출한다. C 자계 검출기(4050)는 부축 C에 결합된 자석의 자계 신호(이하, 'MF_C'로 지칭될 수 있다)를 검출한다. 자계 신호(MF_X)는 정현파 신호이다.
장치는 주축 신호 생성기(4020) 및 부축 신호 생성기(4060)를 포함한다. 신호 생성기는 위상을 검출할 수 있다. 각 신호 생성기는 자계 신호를 입력받고, 자계 신호를 이용하여 각도 신호(SigX) 생성하고 여러 오류를 보정한다.
주축 신호 생성기(4020)는 MF_M를 이용하여 주축 M의 각도 신호(이하, 'SigM'으로 지칭될 수 있다)를 검출한다. 부축 신호 생성기(4060)는 SigM, MF_A, MF_B 및 MF_C를 입력받는다. 그 후, 부축 신호 생성기(4060)는 부축 A의 각도 신호(이하, 'SigA'로 지칭될 수 있다), 부축 B의 각도 신호(이하, 'SigB'로 지칭될 수 있다) 및 부축 C의 각도 신호(이하, 'SigC'로 지칭될 수 있다)를 생성한다.
1차 신호 분류기(4070)는 각 축의 각도 신호를 이용하여 각 부축의 신호를 분류한다. 1차 신호 분류기(4070)는 SigM, SigA, SigB 및 SigC를 입력받고, 이를 이용하여 ClassifiedX 신호를 생성한다. 이때 X는 A, B 및 C 중 하나이다. 장치는 ClassifiedX 신호에 기초하여 주축 M을 기준으로 해당 부축이 몇 번째 회전인지 판단할 수 있다. 1차 신호 분류기(4070)는 ClassifiedA, ClassifiedB 및 ClassifiedC 신호를 생성한다. Classified 신호에 대한 자세한 사항은 후술한다.
2차 신호 분류기(4080)는 ClassifiedA, ClassifiedB 및 ClassifiedC 신호를 입력받고, 이를 이용하여 다회전 테이블에 사용되는 인덱스(IndexX)를 생성한다. 인덱스(IndexX)는 각 부축이 주축 M을 기준으로 하는 회전수를 나타낸다. 2차 신호 분류기(4080)는 ClassifiedA 신호를 이용하여 부축 A의 상대 회전수를 생성하고, ClassifiedB를 이용하여 부축 B의 상대 회전수 생성하고, ClassifiedC를 이용하여 부축 C의 상대 회전수를 생성한다. 이하에서, 부축 A의 상대 회전수, 부축 B의 상대 회전수 및 부축 C의 상대 회전수는 각각 IndexA, IndexB 및 IndexC로 지칭될 수 있다.
장치는 세 인덱스를 다회전 테이블(4090)에 사용함으로써 주축의 회전수를 획득할 수 있다. 주축의 회전수는 로테이션(Rotation)으로 지칭될 수 있다. 다회전 테이블(4090)에 대한 자세한 사항은 후술한다.
도 4는 도 1에 도시된 구조를 갖는 엔코더 시스템의 블록도로서, 부축의 자계 검출기는 각 부축의 자석의 자계 신호만을 검출한다. 따라서 임의의 부축의 자계 검출기에 문제가 발생된 경우, 장치는 오류를 판단할 비교 정보가 없기 때문에 잘못된 로테이션을 획득한다. 예를 들어, A 자계 검출기의 작동에 오류가 발생된 경우, 획득된 IndexA는 잘못된 부축 A의 회전 정보를 포함하며, 이때 장치는 다회전 정보의 오류 포함 여부를 확인할 수 없다. 결과적으로 장치는 잘못된 로테이션 정보를 획득한다.
상술한 신호 생성기의 동작, 신호 분류기의 동작 및 로테이션 검출은 장치에 포함된 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
도 5는 각도 신호로부터 생성된 Classified 신호의 일 예이다.
도 5에서, SigM은 주축 M의 자계 신호로부터 생성된 주축의 각도 신호에 해당하고, SigA는 부축 A의 자계 신호로부터 생성된 부축 A의 각도 신호에 해당한다. 세로축은 각도에 해당하고 최고점이 360도이다. 가로축은 시간을 나타낸다. 각도가 0도에서 360도까지 증가한 것은 축이 한 바퀴 회전했음을 의미한다. 각도 신호는 0도에서 360도를 반복하며, 각 축이 한 바퀴를 회전하는 주기는 축마다 상이하다. 도 5에 개시된 SigM 및 SigA를 예로 들면, 부축 A의 회전 주기가 주축 M의 회전 주기보다 긴 것을 확인할 수 있다.
신호 생성기에 의해 부축 A의 각도 신호로부터 ClassifiedA 신호가 생성된다. Classified 신호는 주축이 한 회전을 하는 동안 일정한 각도를 유지한다. Classified 신호의 각도는 주축의 회전수에 따라 점점 증가하다가 360도를 넘는 순간 다시 0도에 근접한 지점에서 시작된다. 모든 Classified 신호는 주기 신호이다.
각도 신호 및 Classified 신호에 대한 구체적인 내용은 도 4와 관련된 설명을 참조한다. Classified 신호에 관한 자세한 설명은 후술한다.
도 6은 Classified 신호를 생성하는 구체적인 과정의 일 예이다.
도 6의 (a), (b) 및 (c)에서, 상단의 신호는 도 5에 개시된 SigM 신호이고, 하단의 신호는 도 5에 개시된 SigA 신호이다.
(a)는 주축 M이 1회전을 하는 동안의 부축 A의 회전 각도를 나타낸다. 주축 기어 잇 수(nGM)와 부축 A 기어 잇 수(nGA)의 비(기어비)는 24:28로 설정된다. 주축 M이 1회전(360도)을 했을 때, 부축 A는 308.57도 만큼 회전한다. (부축 A의 회전각 = (nGM / nGA) * 360 = (24 / 28) * 360 = 308.57)
(b)는 주축 M이 1회전부터 7회전을 하는 동안, 부축 A 각각의 회전 각도를 나타낸다. 주축 M의 각도가 0인 지점에서 부축 A의 각도를 미리 알 수 있다. 상술한 (a)에서 연산한 바와 같이, 주축 M이 1회전을 하는 동안 부축 A는 308.57도 회전한다. 즉, 주축 M과 부축 A의 회전 각도는 1회전 동안 51.43도(51.43 = 360 - 308.57)의 차이가 발생한다. 주축의 회전수가 증가하면서, 주축 M과 부축 A의 회전 각도의 차이는 51.43도의 배수만큼 증가한다. 주축 M의 회전이 각각 2회전, 3회전, 4회전, 5회전, 6회전 및 7회전인 지점에서, 부축 A의 회전 각도는 각각 257.14도, 205.71도, 154.28도, 102.85도 및 51.42도에 해당한다. 부축의 회전 각도는 주축의 회전수가 증가함에 따라 주축의 회전 각도가 0인 지점에서 51.43도씩 일정하게 감소한다.
(c)는 임의의 시간 축에서 축의 이동으로 부축의 회전 각도를 획득하는 것을 나타낸다. 부축의 회전 각도는 현재의 시간 축에서 주축 M의 각도가 0이 되는 지점으로 축을 이동시킴으로써 획득할 수 있다. 예를 들어, 상술한 (b)에서 획득한 부축 회전 각도인 308.57도, 257.14도, 205.71도, 154.28도, 102.85도 및 51.42도 중 하나를 획득할 수 있다.
일 예로서, 부축 A의 ClassifiedA 신호는 아래의 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000003
moduleA는 각도 차로서, 주축 M이 1회전 할 때마다 발생되는 부축 A의 회전 각도와의 각도 차이를 나타낸다. IndexA는 부축 A의 회전수로서, 부축 A의 회전 각도가 주축 M의 회전 각도와 일치되기 전 몇 번째 회전인지를 나타낸다. 일 예로, moduleA는 아래의 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000004
일 예로서, 상술한 (a)에 관련된 설명에서 산출된 51.43도가 moduleA에 해당한다. 51.43도는 상기 수학식 4를 통해서도 동일하게 획득할 수 있다. 주축 M이 7회전을 한 경우, 주축 M과 부축 A의 회전 각도의 차이가 360도(360=51.43*7)가 됨으로써 두 축의 각도가 일치된다. moduleA를 알고 있는 경우, IndexA는 moduleA를 이용하여 산출할 수 있다.
또한, 아래의 수학식 5를 사용하여 임의의 시간에서 Classified 신호의 크기를 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000005
MT_SigX는 부축 X의 ClassifiedX 신호의 크기를 나타낸다. SigX는 부축 X의 회전 각도 신호이고, nGM은 주축 기어의 기어 잇 수, nGX는 부축 X 기어의 기어 잇 수, SigM은 주축 M의 회전 각도 신호이다. 이때 X는 A, B, C 중 하나이다.
산출된 MT_SigX 값이 360도보다 작은 경우, 획득된 값이 MT_SigX에 해당한다. 산출된 MT_SigX 값이 360도보다 큰 경우, 아래의 수학식 6을 사용하여 최종 MT_SigX가 획득된다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000006
예를 들어, SigM=270도, SigA=180도, nGM=24 및 nGX=28인 경우, MT_SigA는 411.42도에 해당한다(411.42 = 360 - 180 + ((24 / 28) * 270)). 411.42도는 360도보다 크므로 수학식 4가 적용된다. 51.42도가 최종 MT_SigX 로 획득된다(51.420 = 411.42-360).
상기 예를 적용하여 ClassifiedA 신호의 크기를 연산하면, MT_SigA의 크기는 주축이 1회전에서 7회전까지 회전하는 동안 순서대로 0도, 51.42도, 102.85도, 154.28도, 205.71도, 257.14도 및 308.57도에 해당한다.
도 7은 다회전을 검출하는 엔코더 시스템 구조의 다른 예이다.
이하에서는, 도 1에 도시된 엔코더 시스템 구조와의 차이점을 중심으로 설명한다.
장치는 주축에 설치된 주축 기어(기어 M, 7010)와 세 부축 기어(기어 A(7020), 기어 B(7030) 및 기어 C(7040))를 포함한다. 부축은 부축 기어의 중심축으로서 각 부축 기어의 회전을 전달한다. 주축 기어(7010)는 세 부축 기어와 각각 기어결합 한다. 주축 마그네틱 센서(센서 M, 7050)는 주축 M에 결합된 주축 자석의 자계 신호를 검출한다. 센서 M(7050)은 중심점이 주축 기어(7010)의 중심점과 일치된다.
도 1에 도시된 엔코더 시스템과 달리, 도 7의 엔코더 시스템은 2개의 부축 마그네틱 센서를 사용한다. 즉, 부축 마그네틱 센서의 수가 한 개 줄어든다.
두 개의 부축 마그네틱 센서는 부축 A와 부축 B의 사이 및 부축 B와 부축 C의 사이에 배치된다. 부축 마그네틱 센서와 양 부축 사이의 거리는 동일하다. 이하에서, 부축 A와 부축 B 사이에 배치되는 마그네틱 센서는 센서 AB(7060)로 지칭할 수 있고, 부축 B와 부축 C 사이에 배치되는 마그네틱 센서는 센서 BC(7070)로 지칭할 수 있다.
센서 AB(7060)는 기어 A에 결합된 자석 및 기어 B에 결합된 자석의 합성 자계를 검출한다. 센서 BC(7070)는 기어 B에 결합된 자석 및 기어 C에 결합된 자석의 합성 자계를 검출한다. 센서 AB(7060) 및 센서 BC(7070)가 각각 검출한 자계 신호는 모두 부축 B에 결합된 자석의 자계 신호 정보를 포함한다. 합성 자계에 관한 자세한 사항은 후술한다.
도 8은 도 7에 도시된 엔코더 시스템의 장치 블록도의 일 예이다.
도 8에서, M 자계 검출기(8010)는 센서 M에 해당한다. AB 자계 검출기(8020)는 센서 AB에 해당하고, BC 자계 검출기(8030)는 센서 BC에 해당한다.
M 자계 검출기(8010)는 주축 M에 결합된 자석의 자계 신호(이하, 'MF_M'로 지칭될 수 있다)를 검출한다. AB 자계 검출기(8020)는 부축 A 및 부축 B에 각각 결합된 자석의 합성 자계 신호(이하, 'MF_AB'로 지칭될 수 있다)를 검출한다. BC 자계 검출기(8030)는 부축 B 및 부축 C에 각각 결합된 합성 자계 신호(이하, 'MF_BC'로 지칭될 수 있다)를 검출한다. 각 자계 신호는 정현파 신호이다.
장치는 주축 신호 생성기(8040) 및 부축 신호 생성기(8050)를 포함한다. 신호 생성기는 위상을 검출할 수 있다. 각 신호 생성기는 자계 신호(MF_X)를 입력받고, 자계 신호를 이용하여 각도 신호(SigX) 생성하며 여러 오류를 보정한다.
주축 신호 생성기(8040)는 MF_M 신호를 이용하여 주축 M의 각도 신호(이하, 'SigM'으로 지칭될 수 있다)를 검출한다. 부축 신호 생성기(8050)는 SigM, MF_AB 및 MF_BC를 입력받는다. 그 후, 부축 신호 생성기(8050)는 SigAB 및 SigBC를 생성한다. SigAB 신호는 부축 A 및 부축 B의 평균 각도 신호이고, SigBC 신호는 부축 B 및 부축 C의 평균 각도 신호이다.
1차 신호 분류기(8060)는 SigM, SigAB 및 SigBC를 이용하여 ClassifiedAB와 ClassifiedBC를 생성한다. ClassifiedAB 신호는 부축 A의 회전 정보와 부축 B의 회전 정보를 포함한다. ClassifiedBC 신호는 부축 B의 회전 정보와 부축 C의 회전 정보를 포함한다. ClassifiedAB 신호 및 ClassifiedBC 신호는 모두 부축 B에 관한 정보를 포함한다.
일 예로, 1차 신호 분류기(8060)는 아래의 수학식 7 및 수학식 8을 사용하여 ClassifiedAB 신호 및 ClassifiedBC 신호를 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000007
Figure PCTKR2018008172-appb-M000008
수학식 7의 rMAB와 수학식 8의 rMBC는 기어 잇 수와 연관된다. rMAB와 rMBC는 각각 아래의 수학식 9 및 수학식 10을 이용하여 획득될 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000009
Figure PCTKR2018008172-appb-M000010
rMA, rMB 및 rMC는 주축 기어와 부축 기어의 기어 잇 수의 비를 나타낸다. rMA, rMB 및 rMC는 각각 아래의 수학식 11을 이용하여 획득될 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000011
nGM은 주축 기어(기어 M)의 기어 잇 수에 해당한다. nGA, nGB 및 nGC는 각각 부축 기어에 해당하는 기어 A, 기어 B 및 기어 C의 기어 잇 수에 해당한다.
장치는 신호 합성기(8070)를 포함한다. 장치는 신호 합성기(8070)를 사용하여 ClassifiedAB 및 ClassifiedBC로부터 ClassifiedAC 신호를 생성한다. 즉, 장치는 ClassifiedAB 및 ClassifiedBC 신호를 합성하여 공통적으로 포함하는 부축 B에 관한 정보를 제거하고 AC 자계에 관한 정보를 획득할 수 있다.
ClassifiedAB 신호 및 ClassifiedBC 신호는 아래의 수학식 12 및 수학식 13의 방식으로 해석될 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000012
ClassifiedAB 신호는 ClassifiedA 신호 및 ClassifiedB 신호의 합에 해당한다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000013
ClassifiedBC 신호는 ClassifiedB 신호 및 ClassifiedC 신호의 합에 해당한다.
또한, ClassifiedAB 및 ClassifiedBC는 아래의 수학식 14 및 수학식 15의 방식으로도 해석될 수 있다. 아래의 수학식 14 및 수학식 15는 상술한 수학식 12 및 수학식 13에 변수로 포함된 ClassifiedA, ClassifiedB 및 ClassifiedC를 수학식 3을 이용하여 표현한 것이다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000014
ClassifiedAB 신호는 부축 A와 부축 B의 회전 각도 및 회전수 정보를 포함한다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000015
ClassifiedBC 신호는 부축 B와 부축 C의 회전 각도 및 회전수 정보를 포함한다.
ClassifiedAC 신호는 ClassifiedAB 신호 및 ClassifiedBC 신호를 아래의 수학식 16에 사용함으로써 획득될 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000016
수학식 16을 통해 획득된 ClassifiedAC 신호는 부축 A와 부축 C 각각의 회전 각도 및 회전수 정보를 포함한다. moduleX 및 indexX에 관한 자세한 사항은 상술한 6과 관련된 설명을 참조한다.
ClassifiedAC 신호가 인덱스 테이블(8080)에 입력됨으로써, IndexA 및 IndexC가 획득된다. 인덱스 테이블(8080)은 서브 테이블에 해당한다. 메인 테이블은 다회전 테이블에 해당한다. 인덱스 테이블(8080)은 데이터가 사전에 마련되어 미리 정의된 테이블에 해당한다. 인덱스 테이블(8080)은 ClassifiedAC 신호를 입력으로 갖고, ClassifiedAC 신호에 대응하는 부축 A와 부축 C의 회전 정보를 데이터로 갖는다. 즉, 인덱스 테이블(8080)은 ClassifiedAC 신호의 크기에 따른 부축 A와 부축 C의 회전 정보(인덱스) 데이터가 집합된 데이터 세트이다.
2차 신호 분류기(8090)는 ClassifiedAB, ClassifiedBC, IndexA 및 IndexC를 입력받는다. 각 module과 수학식 16에서 획득한 IndexA 및 IndexC를 상기 수학식 14 및 수학식 15에 사용함으로써 두 개의 IndexB가 획득될 수 있다. 2차 신호 분류기는 ClassifiedAB 및 IndexA를 이용하여 부축 B의 회전수 정보인 IndexB1을 산출한다. 2차 신호 분류기(8090)는 ClassifiedBC 및 IndexC를 이용하여 부축 B의 회전수 정보인 IndexB2을 산출한다. 즉, 2차 신호 분류기(8090)는 부축 B의 회전수에 관한 정보를 두 번 획득한다. 2차 신호분류기(8090)는 상술한 수학식 12 내지 15를 사용하여 IndexB1 및 IndexB2를 획득할 수 있다.
IndexA, IndexB1, IndexB2 및 IndexC는 다회전 테이블(8100)의 입력으로 사용된다. 장치는 각 부축의 회전수인 인덱스 정보 및 다회전 테이블(8100)에 기초하여 주축의 회전수인 로테이션(Rotation)을 획득할 수 있다. 장치는 각 부축의 Module 정보를 획득하고, Module 정보에 기초하여 Index 정보를 획득하고, Index 정보에 기초하여 로테이션을 획득할 수 있다. 로테이션은 다회전 정보로서 주축 M의 회전수를 나타낸다. 다회전 테이블에 관한 자세한 사항은 상술한 도 4와 관련된 설명을 참조한다.
또한, 장치는 IndexB1 및 IndexB2 에 기초하여 오류 발생 여부를 판단할 수 있다. 도 7에 도시된 구조의 엔코더 시스템은 부축 자계 신호를 센싱하는 부축 마그네틱 센서가 부축의 사이에 위치함으로써 부축 B의 회전수를 두 번 획득할 수 있다. IndexB1과 IndexB2 모두 동일한 부축인 부축 B의 회전수를 나타내기 때문에, 다회전 검출에 오류가 없다면 두 값은 동일해야 한다. 즉, IndexB1 및 IndexB2의 값이 동일한 경우, 검출된 다회전에 오류가 없음을 나타낸다. IndexB1 및 IndexB2의 값이 동일하지 않은 경우, 검출에 오류가 발생했음을 나타낸다.
따라서, 도 7에 개시된 구조를 갖는 엔코더 시스템은 부축 마그네틱 센서가 부축의 사이에 위치함으로써 다회전 정보를 획득함과 동시에 오류 발생 여부를 판단할 수 있는 효과가 있다.
아래의 수학식 17을 사용하여 주축과 각도가 일치하는 회전주기가 획득될 수 있다.
Figure PCTKR2018008172-appb-M000017
T는 주축과 각도가 일치하는 회전 주기에 해당한다. A_M은 주축 M와 부축 A의 절대 각도가 일치하는 주기를 나타낸다. C_M은 주축 M와 부축 C의 절대 각도가 일치하는 주기를 나타낸다. A_M 및 C_M은 상술한 수학식 1을 사용하여 획득될 수 있다.
도 9는 부축 A와 부축 B의 합성 자계 신호를 실제 센서로 측정하여 획득한 그래프, 시뮬레이션으로 획득한 그래프 및 합성 자계 신호의 각도 신호 그래프의 일 예이다.
일 예로서, 도 9는 부축 A와 부축 B의 사이에 위치된 센서AB가 측정한 합성 자계 신호로부터 획득한 신호들을 나타낸다. 센서AB는 부축 A 및 부축 B와 각각 동일한 거리만큼 떨어진 곳에 위치된다.
(a)는 실제로 측정된 자계 신호(Real Signal)의 일 예를 나타낸다. (b)는 시뮬레이션으로 획득된 부축 A 및 부축 B의 합성 자계 신호(MF_AB)를 나타낸다. (c)는 SigAB로서 (b)로부터 획득된 부축 A 및 부축 B의 평균 각도 신호를 나타낸다.
상술한 수학식들 중 각도를 연산하는 수학식은 단위로 '도'를 사용한다. 수학식의 단위는 변경될 수 있고, 이에 따라 식의 표현이 변경될 수 있다.
도 10은 두 개의 쌍극 자석이 인접한 곳에서 발생되는 자계 변화의 일 예이다.
두 자석이 서로 상이한 회전비로 회전하는 경우, 합성 자계는 두 회전 속도의 평균 속도로 회전한다. 도 10에 도시된 합성 자계를 예로 들면, 합성 자계의 방향은 시간의 흐름에 따라 (1) 상태에서 (6) 상태로 진행되면서 반시계방향으로 회전하는 것을 확인할 수 있다. 이때 평균 회전 속도는 마그네틱 센서가 두 자석의 중간에 배치됨으로써 획득될 수 있다. 다만, 합성 자계는 두 자석이 회전에 따라 자계의 간격이 점점 더 벌어짐으로써 크기가 줄어든다. 합성 자계 크기의 감소는 도 10에 표현되지 않았다. 도 9의 (b)를 참조한다.
도 11은 합성 자계 신호의 각도 신호를 사용하여 Classified 신호를 생성하는 일 예이다.
장치는 신호 생성기를 통해 주축 M의 각도 신호(SigM), 부축 A와 부축 B의 합성 자계 신호의 각도 신호(SigAB) 및 부축 B와 부축 C의 합성 자계 신호의 각도 신호(SigBC)를 획득한다. 장치는 신호 분류기를 사용하여 SigM, SigAB 및 SigBC로부터 ClassifiedAB 및 ClassifiedBC를 획득한다. 장치는 신호 합성기를 사용하여 ClassifiedAB 및 ClassifiedBC로부터 ClassifiedAC를 획득한다. ClassifiedAC 신호는 ClassifiedAB 신호에서 ClassifiedBC 신호를 뺌으로써 획득될 수 있다. 일 예로서, 도 11에 도시된 그래프를 참조한다. ClassifiedAC 신호는 부축 A와 부축 C에 관한 정보만을 포함한다. 자세한 사항은 상술한 도 8과 관련된 설명을 참조한다.
도 12는 기어가 흔들리는 경우 센서에 미치는 영향의 일 예이다.
도 12의 왼쪽 그림은 기어가 흔들리지 않고 수평을 유지하는 모습을 나타낸다. 오른쪽 그림은 기어가 흔들림으로써 수평이 깨진 모습을 나타낸다. 두 센서는 축에 결합된 자석을 중심으로 서로 마주하도록 배치된다. 기어가 흔들린 경우, 좌측 센서에는 error1, 우측 센서에는 error2의 각도 오차가 발생된다. error1과 error2는 대칭되는 각으로 동일한 크기를 갖는다. error1과 error2는 두 센서가 서로 마주보도록 배치됨으로써 상쇄될 수 있다. 예를 들어, 부축 B가 흔들리는 경우, 부축 B의 자계는 두 센서에 의해 측정되므로 신호분류기에서 획득한 신호를 더하고 빼는 방법으로 오류가 제거될 수 있다. 따라서 신호분류기의 자세한 구성은 엔코더마다 상이할 수 있다.
도 13은 도 7의 구조를 갖는 엔코더 시스템을 시뮬레이션한 과정의 일 예이다.
시뮬레이션 과정은 물리 파트(Physical Part), 센서 파트, 파라미터 세팅(Parameter Setting) 파트, 메인 알고리즘1(Main Algorithm1) 파트, 메인 알고리즘2(Main Algorithm2) 파트를 포함한다.
물리 파트는 로터(Rotor), 멀티 폴 마그넷(Multi-Pole Magnet), 각 부축의 기어(Gear)를 포함한다.
센서 파트는 주축 M의 마그네틱 센서인 센서 M을 포함하고, 합성 자계 신호를 센싱하는 센서인 SensorAB 및 SensorBC를 포함한다.
파라미터 세팅 파트는 다회전을 검출하는데 필요한 파라미터를 세팅한다.
메인 알고리즘1 파트는 ClassifiedAC 신호를 획득하는 것과 연관된다. ClassifiedAC 신호는 상술한 도 8과 관련된 설명을 참조한다.
메인 알고리즘2 파트는 다회전(Multi-Turn) 인덱스를 획득한다.
메인 알고리즘1 및 메인 알고리즘2에서 수행되는 연산들은 장치의 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
도 14는 도 13의 시뮬레이션 결과의 일 예이다.
도 14에서, IndexA, IndexC, IndexB1 및 IndexB2는 부축 A, 부축 C 및 부축 B의 회전수 정보를 나타낸다. IndexB1 및 IndexB2의 그래프 결과가 동일하므로, 다회전 검출 과정에서 오류가 발생되지 않았음을 알 수 있다.
도 15는 다회전 검출 장치의 내부 블록도의 일 예이다.
장치(15010)는 데이터를 저장하는 메모리(15020) 및 메모리(15020)를 제어하는 프로세서(15030)를 포함할 수 있다. 장치(15010)는 기어 및 마그네틱 센서를 더 포함할 수 있다. 장치(15010)는 필요에 따라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다.
프로세서(15030)는 상술한 마그네틱 센서가 자계 신호를 센싱하도록 제어할 수 있다. 프로세서(15030)는 상술한 주축 신호 생성기, 부축 신호 생성기, 1차 신호 분류기, 신호 합성기 및 2차 신호 분류기가 각 연산을 수행하도록 제어할 수 있다. 프로세서(15030)는 메모리(15020)에 저장된 데이터를 사용하여 상술한 연산을 수행할 수 있다.
메모리(15020)는 프로세서(15030)와 연결되어, 프로세서(15030)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(15020)는 마그네틱 센서가 센싱한 자계 신호를 저장할 수 있다. 메모리(15020)는 주축 신호 생성기, 부축 신호 생성기, 1차 신호 분류기, 신호 합성기 및 2차 신호 분류기 각각에서 획득된 신호 등 출력된 데이터를 저장할 수 있다.
프로세서(15030)는, 주축 마그네틱 센서가 센싱한 주축 기어에 결합된 주축 자석의 자계인 주축 자계 신호를 수신하고, 부축 마그네틱 센서가 센싱한 제1 부축 기어, 제2 부축 기어 및 제3 부축 기어에 각각 결합된 제1 부축 자석, 제2 부축 자석 및 제3 부축 자석 중 두 부축 자석의 자계가 합성된 합성 자계 신호를 수신하고, 상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호를 이용하여 엔코더의 다회전을 검출할 수 있다. 프로세서의 구체적인 동작은 상술한 도 7 내지 8과 관련된 설명에 기재된 방법으로 수행될 수 있다.
메모리(15020)는 프로세서(15030)의 내부에 포함되거나 또는 프로세서(15030)의 외부에 설치되어 프로세서(15030)와 공지의 수단에 의해 연결될 수 있다.
프로세서(15030)는 상술한 도면의 설명에 따른 본 발명의 다양한 실시예에 따른 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 장치(15010)의 동작을 구현하는 모듈이 메모리(15020)에 저장되고, 프로세서(15030)에 의해 실행될 수 있다.
도 16은 다회전 검출 방법의 순서도의 일 예이다.
주축 마그네틱 센서가 주축 기어에 결합된 주축 자석의 자계인 주축 자계 신호를 센싱한다(S16010).
부축 마그네틱 센서가 제1 부축 기어, 제2 부축 기어 및 제3 부축 기어에 각각 결합된 제1 부축 자석, 제2 부축 자석 및 제3 부축 자석 중 두 부축 자석의 자계가 합성된 합성 자계 신호를 센싱한다(S16020).
상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호를 이용하여 엔코더의 다회전을 검출한다(S16030).
주축 자계 신호를 센싱하는 단계(S16010), 합성 자계 신호를 센싱하는 단계(S16020) 및 엔코더의 다회전을 검출하는 단계(S16030)는 상술한 도 8과 관련된 설명에 개시된 방법으로 수행될 수 있다. 구체적인 내용은 상술한 도 8과 관련된 설명을 참조한다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 상술한 기술에 포함된 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하다. 상술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서, 당해 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 상술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

Claims (19)

  1. 주축에 설치된 주축 기어;
    상기 주축 기어와 각각 기어 결합하는 제1 부축 기어, 제2 부축 기어 및 제3 부축 기어;
    상기 주축 기어, 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어와 각각 결합된 주축 자석, 제1 부축 자석, 제2 부축 자석 및 제3 부축 자석;
    상기 주축 자석의 자계인 주축 자계 신호를 센싱하는 주축 마그네틱 센서; 및
    상기 제1 부축 자석, 상기 제2 부축 자석 및 상기 제3 부축 자석 중 두 부축 자석의 자계가 합성된 합성 자계 신호를 센싱하는 부축 마그네틱 센서를 포함하고,
    상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호를 이용하여 엔코더의 다회전을 검출하는 프로세서를 포함하는 다회전 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다회전 검출 장치는, 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어의 회전을 각각 전달하는 제1 부축, 제2 부축 및 제3 부축을 더 포함하고,
    상기 프로세서가 상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호에 기초하여 상기 제1 부축, 상기 제2 부축 및 상기 제3 부축 각각의 회전 각도 및 회전수를 검출하고, 상기 회전수에 기초하여 상기 엔코더의 다회전을 검출하는 다회전 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부축 마그네틱 센서는, 상기 제1 부축 및 상기 제2 부축의 사이에 위치하여 제1 합성 자계 신호를 센싱하는 제1 부축 마그네틱 센서 및 상기 제2 부축 및 상기 제3 부축의 사이에 위치하여 제2 합성 자계 신호를 센싱하는 제2 부축 마그네틱 센서를 포함하는 다회전 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1 합성 자계 신호 및 상기 제2 합성 자계 신호에 기초하여 제3 신호를 획득하고, 상기 제3 신호를 미리 정의된 제1 데이터 테이블에 적용하여 상기 제1 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수를 획득하고, 상기 제1 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수에 기초하여 상기 제2 부축의 회전수를 획득하는 다회전 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1 부축의 회전수, 상기 제2 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수를 미리 정의된 제2 데이터 테이블에 적용하여 상기 엔코더의 다회전을 검출하는 다회전 검출 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 부축의 회전수는 제1 회전수 및 제2 회전수를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제1 합성 자계 신호 및 상기 제1 부축의 회전수를 사용하여 상기 제1 회전수를 획득하고, 상기 제2 합성 자계 신호 및 상기 제3 부축의 회전수를 사용하여 상기 제2 회전수를 획득하는 다회전 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1 회전수 및 상기 제2 회전수의 일치 여부에 기초하여 상기 다회전의 오류를 검출하는 다회전 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어 각각의 기어 잇 수는 제1 부축 기어 잇 수, 제2 부축 기어 잇 수 및 제3 부축 기어 잇 수에 해당하고,
    상기 제1 부축 기어 잇 수, 상기 제2 부축 기어 잇 수 및 상기 제3 부축 기어 잇 수는 각각 상기 주축 기어의 기어 잇 수와 상이한 기어 잇 수를 갖고,
    상기 제1 부축 기어 잇 수, 상기 제2 부축 기어 잇 수 및 상기 제3 부축 기어 잇 수의 최대 공약수가 1에 해당하는 다회전 검출 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 데이터 테이블은 상기 제3 신호의 각도 정보에 대응하는 상기 제1 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수 정보를 포함하고,
    상기 제2 데이터 테이블은 상기 제1 부축의 회전수, 상기 제2 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수에 포함된 회전수 정보의 조합에 대응하는 상기 다회전의 정보를 포함하는 다회전 검출 장치.
  10. 주축 마그네틱 센서가 주축 기어에 결합된 주축 자석의 자계인 주축 자계 신호를 센싱하는 단계;
    부축 마그네틱 센서가 제1 부축 기어, 제2 부축 기어 및 제3 부축 기어에 각각 결합된 제1 부축 자석, 제2 부축 자석 및 제3 부축 자석 중 두 부축 자석의 자계가 합성된 합성 자계 신호를 센싱하는 단계; 및
    상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호를 이용하여 엔코더의 다회전을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 주축 기어는 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어와 각각 기어결합하는 다회전 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 엔코더의 다회전을 검출하는 단계는,
    상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호를 이용하여 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어의 회전을 각각 전달하는 제1 부축, 제2 부축 및 제3 부축 각각의 회전 각도 및 회전수를 검출하는 단계; 및
    상기 회전수에 기초하여 상기 엔코더의 다회전을 검출하는 단계를 더 포함하는 다회전 검출 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 합성 자계 신호를 센싱하는 단계에 있어서, 상기 부축 마그네틱 센서는 제1 부축 마그네틱 센서 및 제2 부축 마그네틱 센서를 포함하고, 상기 제1 부축 마그네틱 센서가 상기 제1 부축 기어 및 상기 제2 부축 기어의 사이에 위치하여 제1 합성 자계 신호를 획득하고, 상기 제2 부축 마그네틱 센서가 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어의 사이에 위치하여 제2 합성 자계 신호를 획득하는 다회전 검출 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 엔코더의 다회전을 검출하는 단계는,
    상기 제1 합성 자계 신호 및 상기 제2 합성 자계 신호에 기초하여 제3 신호를 획득하는 단계;
    상기 제3 신호를 미리 정의된 제1 데이터 테이블에 적용하여 상기 제1 부축 기어가 결합된 제1 부축의 회전수 및 상기 제3 부축 기어가 결합된 제3 부축의 회전수를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수에 기초하여 상기 제2 부축 기어가 결합된 제2 부축의 회전수를 획득하는 단계를 더 포함하는 다회전 검출 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 엔코더의 다회전을 검출하는 단계에 있어서,
    상기 제1 부축의 회전수, 상기 제2 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수를 미리 정의된 제2 데이터 테이블에 적용하여 상기 엔코더의 다회전을 검출하는 다회전 검출 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 부축의 회전수를 획득하는 단계에 있어서, 상기 제2 부축의 회전수는 제1 회전수 및 제2 회전수를 포함하고, 상기 제1 합성 자계 신호 및 상기 제1 부축의 회전수를 사용하여 상기 제1 회전수를 획득하고, 상기 제2 합성 자계 신호 및 상기 제3 부축의 회전수를 사용하여 상기 제2 회전수를 획득하는 다회전 검출 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 회전수 및 상기 제2 회전수의 일치 여부에 기초하여 상기 회전 각도의 오류를 검출하는 단계를 더 포함하는 다회전 검출 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어 각각의 기어 잇 수는 제1 부축 기어 잇 수, 제2 부축 기어 잇 수 및 제3 부축 기어 잇 수에 해당하고,
    상기 제1 부축 기어 잇 수, 상기 제2 부축 기어 잇 수 및 상기 제3 부축 기어 잇 수는 각각 상기 주축 기어의 기어 잇 수와 상이한 기어 잇 수를 갖고,
    상기 제1 부축 기어 잇 수, 상기 제2 부축 기어 잇 수 및 상기 제3 부축 기어 잇 수의 최대 공약수가 1에 해당하는 다회전 검출 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 데이터 테이블은 상기 제3 신호의 각도 정보에 대응하는 상기 제1 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수 정보를 포함하고,
    상기 제2 데이터 테이블은 상기 제1 부축의 회전수, 상기 제2 부축의 회전수 및 상기 제3 부축의 회전수에 포함된 회전수 정보의 조합에 대응하는 상기 다회전의 정보를 포함하는 다회전 검출 장치.
  19. 데이터를 저장하는 메모리 및
    상기 메모리를 제어하는 프로세서를 포함하는 다회전 검출 장치에 있어서, 상기 프로세서는,
    주축 마그네틱 센서가 센싱한 주축 기어에 결합된 주축 자석의 자계인 주축 자계 신호를 수신하고,
    부축 마그네틱 센서가 센싱한 제1 부축 기어, 제2 부축 기어 및 제3 부축 기어에 각각 결합된 제1 부축 자석, 제2 부축 자석 및 제3 부축 자석 중 두 부축 자석의 자계가 합성된 합성 자계 신호를 수신하고,
    상기 주축 자계 신호 및 상기 합성 자계 신호를 이용하여 엔코더의 다회전을 검출하고, 상기 주축 기어는 상기 제1 부축 기어, 상기 제2 부축 기어 및 상기 제3 부축 기어와 각각 기어결합하는 다회전 검출 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112461118A (zh) * 2019-09-06 2021-03-09 测量专业股份有限公司 多转测量***

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7234580B2 (ja) * 2018-10-31 2023-03-08 セイコーエプソン株式会社 ロボットシステム、ロボット制御方法、及びエンコーダー

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110058732A (ko) * 2009-11-25 2011-06-01 인피니언 테크놀로지스 아게 각도 측정 시스템, 샤프트의 각 위치 결정 방법, 샤프트의 절대각 위치 결정 방법 및 시스템
JP2013120125A (ja) * 2011-12-07 2013-06-17 Tokai Rika Co Ltd 回転角度検出装置
KR20140099867A (ko) * 2011-11-14 2014-08-13 오리엔탈모터가부시끼가이샤 다회전 앱솔루트 회전각 검출 장치 및 앱솔루트 회전각을 검출하는 방법
US20160209241A1 (en) * 2013-10-02 2016-07-21 Nikon Corporation Encoder scale, encoder, drive apparatus, and stage apparatus
JP2016217950A (ja) * 2015-05-22 2016-12-22 株式会社安川電機 エンコーダ、コントローラ、モータ制御システム、ロボット制御システム、ロボット、データ送信方法、及び回転数比較方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110058732A (ko) * 2009-11-25 2011-06-01 인피니언 테크놀로지스 아게 각도 측정 시스템, 샤프트의 각 위치 결정 방법, 샤프트의 절대각 위치 결정 방법 및 시스템
KR20140099867A (ko) * 2011-11-14 2014-08-13 오리엔탈모터가부시끼가이샤 다회전 앱솔루트 회전각 검출 장치 및 앱솔루트 회전각을 검출하는 방법
JP2013120125A (ja) * 2011-12-07 2013-06-17 Tokai Rika Co Ltd 回転角度検出装置
US20160209241A1 (en) * 2013-10-02 2016-07-21 Nikon Corporation Encoder scale, encoder, drive apparatus, and stage apparatus
JP2016217950A (ja) * 2015-05-22 2016-12-22 株式会社安川電機 エンコーダ、コントローラ、モータ制御システム、ロボット制御システム、ロボット、データ送信方法、及び回転数比較方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112461118A (zh) * 2019-09-06 2021-03-09 测量专业股份有限公司 多转测量***
CN112461118B (zh) * 2019-09-06 2024-04-30 测量专业股份有限公司 多转测量***

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