모터 센서에 대해 알아보자(홀센서, 엔코더, 레졸버)

모터의 센서는 모터의 동작이나 회전자 위치를 모니터링하고 제어하기 위해 사용되는 장치입니다. 다양한 센서가 존재하며, 각각의 센서는 특정 용도나 특성에 맞춰 설계되어 다양한 애플리케이션에 사용됩니다. 오늘은 홀센서, 엔코더, 레졸버 총 3개의 모터 센서에 대해 알아보겠습니다.

 

홀센서

홀센서는 자기장 변화를 감지하여 전기 신호를 출력해 주는 센서로, 회전 속도나 회전자의 위치를 측정합니다. 홀 효과를 기반으로 동작하며, 홀센서 내부에는 전류를 흘려주는 작은 전류 패드가 있습니다. 자기장의 방향 또는 세기에 따른 디지털 출력을 생성해 자기장의 존재와 변화를 감지합니다. 홀센서를 사용함으로써 회전 운동 감지, 속도 제어, 회전자 위치 감지, 회전 각도 측정 등 다양한 응용 분야에서 사용되고 있습니다. 양극성 자기장의 변화와 방향을 식별하는 양극성 홀센서와 자기장의 존재 또는 부재를 감지하는 단극성 홀센서, 자기장의 세기를 선형적으로 측정해 연속적인 아날로그 값을 출력해 주는 선형 홀센서가 존재합니다.

장점

저렴하며, 다양한 환경 조건에서 활용이 가능합니다.

단점

홀센서는 특정 범위 내에서만 동작하며, 자석과 매우 근접한 위치에서 동작하기 때문에 공간적 제약이 있습니다. 또한, 자기장의 변화나 외부 자기장에 민감할 수 있어 신뢰성이 좋지 않아 높은 신뢰성이 필요한 군사 분야에서의 사용에 제약 사항이 존재합니다.

 

엔코더 (Encoder)

엔코더는 회전 운동을 아날로그 또는 디지털 신호로 변환하여 정밀한 회전 각도나 위치 측정을 수행합니다. 엔코더는 일반적으로 회전하는 디스크 또는 선형 운동하는 전자 센서를 사용해 작동합니다. 회전 엔코더는 회전 디스크 위에 레이저 빛 또는 광센서를 사용해 광학 패턴을 감지하고, 이러한 패턴의 회전을 측정하여 회전 각도를 결정합니다. 선형 엔코더는 스케일 위를 움직이는 도중 빛 또는 전자 신호를 사용해 이동 거리 또는 위치를 측정합니다. 엔코더는 절대 엔코더와 상대 엔코더 두 가지로 분류할 수 있는데, 절대 엔코더는 각 위치에 대한 고유한 디지털 또는 아날로그 출력을 생성해 전원이 공급되지 않은 경우에도 현재 회전자 위치 정보를 유지할 수 있어 정밀한 위치 측정이 가능합니다. 이와 달리, 상대 엔코더는 전원이 공급되면 초기 위치를 기준으로 상대적인 이동을 측정하며, 전원이 공급되지 않는다면 초기 위치를 잃어버리게 됩니다.

장점

엔코더는 홀센서 대비 정밀한 회전자 위치 측정을 가능하게 하며, 절대 엔코더와 상대 엔코더, 선형 엔코더와 회전 엔코더 등 각 산업마다 필요 사양에 따라 엔코더의 종류를 선택하여 사용할 수 있습니다.

단점

디지털 신호를 해석하고 처리하기 위한 추가적인 전자 회로가 필요해 설치 및 유지보수가 복잡해질 수 있으며, 일부 엔코더는 전력을 소비하기 때문에, 전력 소모를 고려해서 사용해야 합니다.

 

레졸버 (Resolver)

레졸버는 전기 및 자석과 관련된 원리에 기반해 동작합니다. 회전 디스크와 고정자로 구성되며, 회전 디스크는 회전 운동에 따라 변화하는 자기장을 생성하고, 고정자 내부에 있는 코일로 이 자기장의 변화를 감지합니다. 고정자 내 코일은 회전 디스크의 자기장에 따라 변하는 전압을 생성하며, 이 전압은 각도 또는 위치 정보로 해석됩니다. 레졸버는 회전 운동을 아날로그 출력 신호로 변환하여 위치 또는 각도를 측정하며, 일반적으로 12비트 이상의 분해능을 가질 수 있습니다. 이를 통해 아주 작은 회전 변화 및 위치 변화를 측정할 수 있게 됩니다. 이러한 특성을 바탕으로 주로 항공 우주, 군사 및 자동차 산업 등 정밀한 제어 시스템이 필요한 분야에 사용됩니다.

장점

환경 조건에 강하며, 고온, 저온, 진동 및 자기장 및 전기장 변화 등 민감한 환경에서도 안정적으로 작동하며 전원이 필요하지 않아 전력 공급이 어려운 환경에서 사용하기 좋습니다.

단점

물리적으로 복잡하고 비용이 높으며 아날로그 출력을 생성하므로 디지털 인터페이스가 필요한 응용 분야에서는 추가 변환기가 필요할 수 있습니다.

 

위 세 개의 센서들은 모터에 장착되어 자동화 및 로봇 공학, 제조 분야에서 중요한 역할을 하며, 각각의 장단점과 특성을 고려해서 사용해야 합니다. 오늘은 홀센서, 엔코더, 레졸버 총 3개의 모터 센서에 대해서 알아보았습니다. 다음 시간엔 더욱 유익학 포스팅으로 찾아뵙겠습니다. 감사합니다.