Hall sensor (홀 센서)

일반적으로 BLDC 모터(Brushless DC Motor)를 사용하는 경우 모터 내부에 

홀 센서(Hall sensor)가 있기 때문에 엔코더(Encoder)를 쓰지 않고도 모터의 회전 각을 

피드백 받을 수 있다. 

홀 센서란, 쉽게 말해 자기장을 감지하는 센서를 말한다. 

즉, 자성을 띈 물체(자석이나 전자석)가 가까이 다가오면 신호가 발생 되는데,

홀 센서로 부터 발생되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어 사용하게 된다.

 

BLDC 모터 내부의 회전자는 다음과 같이 생겼다.

출처: http://bugman123.deviantart.com/art/3-Phase-Brushless-DC-Motor-204949566

그림에서와 같이 BLDC 모터 내부 회전자에는 철심을 동선으로 감아 놓았고, 

모터 고정단에는 N극과 S극을 띄는 자석이 번갈아 붙어 있다. 

내부 회전자에 감겨져 있는 동선에 전류를 흘려보내면, 철심은 극성을 띄게 되고 

고정단에 붙어있는 자석은 같은 극성의 회전자 철심을 당기고, 다른 극성의 회전자 철심은 밀어내게 

되는데 이때 회전자는 움직임이 생기게 된다. 동선에 흘리는 전류 방향을 순간순간 바꾸어 주면, 

회전자 철심이 띄는 극성은 수시로 바뀌고, 이 때문에 모터는 회전을 하게 된다.

참고: Fleming's left hand rule (플레밍의 왼손 법칙)

아무튼, 모터 회전자도 동선에 흘리는 전류 덕택에 자성을 띄게 되므로 홀 센서는 이 회전자의 철심이

가까이 오면 반응을 하게 된다. 

8 pole 짜리 3상 BLDC 모터인 경우, 모터 내부 회전자가 1바퀴를 돌면 홀 센서가 검출하는 Pulse 수는

총 24 pulse가 된다. 그러면, 360도에 24 pulse이므로, 1 pulse당 15도를 검출 할 수 있다. 

보통 홀 센서만 사용하는 경우에는 이렇게 resolution이 좋지 못한데, 위와 같은 경우 각도명령을 17도를 

주게 되면, 모터는 이를 감지 하지 못하기 때문에 15도와 30도를 왔다갔다 하며 진동을 하게 된다. 

하지만 위의 경우에서 모터 출력단에 하모닉 드라이브를 설치하게 되면, resolution이 좋아지게 되는데

예를들어 160:1 짜리 하모닉 드라이브를 설치하면,  모터 회전자가 160바퀴를 돌아야 출력단은 1바퀴를 

돌게 되므로, 출력단에서 360도 회전이 일어나는 동안 홀 센서를 통해 3840 pulse가 생성된다.

즉, 1 pulse 당 0.093도 까지 측정 할 수 있게 된다.

예를 들어 12 pole 짜리 3상 BLDC모터에 100:1 하모닉 드라이브를 설치하였다면, 

출력단이 360도 회전하는 동안, 홀 센서는 총 3600 pulse 를 검출 하므로

1 pulse당 0.1도까지 측정 할 수 있게 되는 것이다.