할박 배열에 의한 외란저감 연구 및 홀 자기센서의 적용

Abstract

비접촉식 자기센서는 대상의 변위, 속도, 각도 등을 측정하는 센서로 자동차 산업을 포함하여 다양한 분야에서 사용된다. 그 중에서 다극 영구자석과 함께 사용하는 자기센서는 소형화, 경량화가 가능하고 신호처리가 용이하다. 영구자석은 신호를 발생시키기 위해 별도의 장치가 필요 없는 강력한 신호원이다. 하지만 영구자석이 발생시키는 자기장이 영향을 미치는 영역은 한정적이기 때문에 영구자석을 함께 사용하는 자기센서는 사용할 수 있는 거리가 제한적이다. 영구자석과 자기센서 사이의 거리가 너무 가까워지면 진동 또는 마찰에 영향을 받는다. 거리가 멀어지면 기계적인 외란에 영향을 받지 않지만 영구자석의 자기장을 검출할 수 없어 그 기능을 수행할 수 없어진다. 거리를 확장하기 위해서는 높은 분해능과 넓은 감지영역을 가진 자기센서를 사용해야만 한다. 높은 분해능을 가진 자기센서는 민감하게 설계되어 매우 작은 외란에도 반등하기 때문에 별도의 외란을 저감할 수 있는 데이터 후처리 기술이 필수적이다. 본 논문에서는 자기센서와 함께 사용되는 고리형태의 영구자석 배열에 할박 배열을 적용하여 일반적인 센서를 사용하면서 거리를 확장할 수 있는 방법을 제안한다. 할박 배열은 자장의 거리를 증가시키고 일정한 거리에서 Magnetic flux density를 일정하게 유지되는 특성을 가지고 있다. 본 논문에서는 할박 배열을 설계하고 기존에 사용되고 있는 극 교차 영구자석 배열과 Magnetic flux density의 크기를 ANSYS SW을 활용하여 Simulation으로 비교하였다. Simulation의 결과와 상용 홀 센서의 사양을 토대로 거리의 확장가능 범위를 선정하였다. Simulation으로 검증한 할박 배열과 일반 영구자석 배열을 제작 후 검증 실험을 통해 할박 배열의 적용 가능성을 확인하였다. 실험은 1) 정적상태, 2)각도 별 회전, 3)연속 회전 실험을 진행하였다. 그 결과는 아래와 같다.

1) 장거리에서 검출 가능한 Magnetic flux density 크기 측정 2) 영역마다 Magnetic flux density의 크기가 일정 3) 센서의 계측 가능 영역의 확장을 Simulation 및 실험으로 검증

할박 배열은 극 교차 영구자석에 비해 Magnetic flux density가 일정하게 유지되었고 크기와 유효 영역이 확장되는 것을 Simulation 및 실험을 통해서 검증하고 그 우수성을 확인하였다.