KR100324491B1

KR100324491B1 - 모터 구동 장치

Info

Publication number: KR100324491B1
Application number: KR1019970076836A
Authority: KR
Inventors: 김정훈
Original assignee: 이종수; 엘지산전 주식회사
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 2002-04-17
Also published as: KR19990056818A

Abstract

본 발명에 따라 모터 구동 장치가 제공되며, 이 모터 구동 장치는 기설정된 운전 프로필에 따른 속도와 위치 정보를 출력하는 하나의 제어기와; 상기 제어기로부터 펄스 신호를 수신하고, 동기 및 비율 운전을 위해 그 수신된 펄스 신호를 복수의 소정의 분주값에 따라 분주하여 복수의 구동 펄스 신호를 발생하는 펄스 신호 변환 장치와; 상기 펄스 신호 변환 장치로부터의 구동 펄스 신호를 모터 구동을 위해 변환 및 증폭해서 상기 복수의 모터에 공급하는 복수의 구동기를 구비하고 있다. 이때, 상기 제어기와 상기 복수의 구동기사이의 신호 전달 길이는 상기 펄스 신호 변환 장치에 의해 결정된다.

Description

모터 구동 장치

본 발명은 모터 구동 장치에 관한 것으로, 특히 하나의 펄스열 출력형 제어기를 이용하여 복수의 모터를 동기 및 비율 운전하는 모터 구동 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 정밀한 위치 및 속도 제어가 요구되는 로봇, 가동 머신, 절단기 등의 시스템에서는 주로 서보 모터와 스텝핑 모터를 사용되고 있다. 이러한 모터를 구동하는 모터 구동 장치는 구동기와 제어기로 구성되어 있다. 제어기는 기설정된 운전 프로필에 따른 속도와 위치 정보를 상기 구동기측으로 전달하고, 구동기는 이 신호를 변환 및 증폭하여 모터에 제공함으로써 모터를 구동하게 된다.

이때, 제어기와 구동기사이에서 전달되는 정보는 아날로그 신호(-10V ∼ +10V)와 디지탈 신호(즉, 펄스열) 등 2가지가 있다.

도 1에는 종래의 모터 구동 장치가 도시되어 있다. 이에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 모터 구동 장치는 제어기(10)와 구동기(20)를 가지고 있다. 제어기(10)는 속도와 위치를 결정하여 모터의 회전 속도와 회전량 정보를 출력하여 상기 구동기(20)측에 제공한다. 구동기(20)는 이 정보를 변환 및 증폭하여 실제로 모터(30)가 회전할 수 있도록 하는 전압과 전류를 상기 모터(30)에 공급한다. 도 1에서 점선(1)은 제어기(10)가 아날로그 전압 출력형 제어기인 경우이고, 실선(2)은 상기 제어기(10)가 펄스열 출력형 제어기인 경우이다.

도 2에는 복수의 모터를 동기 및 비율 운전하는 모터 구동 장치가 도시되어 있다. 이때, 상기 복수의 모터는 동시에 기동 및 정지를 행하며, 그리고 서로 일정한 속도 비율로 운전하도록 되어 있다.

N 개의 모터를 구동하는 도 2의 모터 구동 장치는 N개의 구동기, 즉 제1 내지 제N구동기(20₁-20_N)와; N개의 제어기, 즉 제1 내지 제N제어기(10₁-10_N)를 가지고 있다. 상기 제어기(10₁-10_N)로서 다축 제어가 가능한 제어기를 사용하면, 이 제어기의 제어 가능 축 수를 M, 제어 대상인 모터의 수를 N이라고 하면, 필요한 상기와 같은 제어기의 수(L)는 L = M/L(소수점 이하 반올림됨)이 된다.

특히, 동기 및 비율 운전을 하는 경우에는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, PLC(40)와 같은 제어 장치를 사용할 수도 있지만, 경우에 따라서는 제어기(10₁-10_N)와 구동기(20₁-20_N)가 떨어져 있는 경우도 있으므로 이때에는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 다축 제어 가능한 제어기(10)와 구동기(20₁-20_N)사이에 설치되어 있는 회로망(15)을 사용하거나, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 제어기와 제어기사이에 설치되어 있는 회로망(16)을 사용한다.

이와 같은 종래 기술은 기존의 제어기와 구동기사이에서의 신호 전달 방식은 거리가 수십 센티미터 내지 수 미터 이내로 제한되므로 모터와 구동기간의 설치 위치가 제한되는 단점이 있다. 또한, 복수의 모터를 동기 및 비율 제어하는 경우에는 N개의 모터 구동에 N/M개의 제어기가 필요하다. 또한, 이와 같이 복수의 모터를 동기 및 비율 제어하는 경우에는, 제어기와 구동기사이의 거리가 제한되므로, 경우에 따라서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제어기와 구동기사이에 또는 제어기와 제어기사이에 회로망을 사용하여야 한다. 아울러, 복수의 모터를 제어하기 위한 프로그램 작성 및 데이타 설정이 필요하다는 단점이 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 극복하기 위해 창안된 것이다.

본 발명은 펄스 출력 형태를 이용하는 모터 구동 장치로서, 제어기와 구동기간의 가능한 신호 전달 거리를 확장시킬 수 있는 모터 구동 장치를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 종래의 모터 구동 장치의 블록도.

도 2는 복수의 모터를 동기 및 비율 운전하는 종래의 모터 구동 장치의 블록도.

도 3은 다축 제어 가능한 제어기와 구동기사이에 설치되어 있는 회로망을 이용하는 종래 모터 구동 장치의 블록도.

도 4는 제어기와 제어기사이에 설치되어 있는 회로망을 이용하는 종래 모터 구동 장치의 블록도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 장치의 블록도.

도 6은 도 5에 도시된 펄스 변환 장치의 상세도.

도 7A 및 도 7B는 통신용 구동기 집적 회로의 2가지 방식의 펄스 출력 형태를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명에 따라 제1모터와 제2모터가 1:2의 회전 비율을 가지고 작동되는 이송 장치의 일예를 나타낸 도면.

도 9는 본 발명에 따라 분주값이 설정된 때의 사다리꼴 형태의 운전을 수행하는 경우의 시간에 대한 속도 관계를 나타낸 도면.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치의 블록도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 제어기 200₁-200_N: 구동기

300₁-300_N: 모터 400 : 신호 전송 라인

500 : 펄스 변환 장치 510 : 송신측 펄스 신호 변환기

520₁-520_N: 수신측 펄스 신호 변환기

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 모터 구동 장치는 기설정된 운전 프로필에 따른 속도와 위치 정보를 출력하는 하나의 제어기와; 상기 제어기로부터 펄스 신호를 수신하고, 동기 및 비율 운전을 위해 그 수신된 펄스 신호를 복수의 소정의 분주값에 따라 분주하여 복수의 구동 펄스 신호를 발생하는 펄스 신호 변환 장치와; 상기 펄스 신호 변환 장치로부터의 구동 펄스 신호를 모터 구동을 위해 변환 및 증폭해서 상기 복수의 모터에 공급하는 복수의 구동기를 구비하고 있다. 이때, 상기 제어기와 상기 복수의 구동기사이의 신호 전달 길이가 상기 펄스 신호 변환 장치에 의해 결정된다.

상기 펄스 신호 변환 장치는 상기 제어기의 출력측에 설치되어 있는 송신측 펄스 신호 변환기와; 신호 전송 라인과; 상기 구동기측에 설치되어, 상기 신호 전송 라인을 통해 상기 송신측 펄스 신호 변환기로부터 펄스 신호를 수신하는 수신측 펄스 신호 변환기를 구비하고 있다.

상기 송신측 펄스 신호 변환기는 펄스 입력 회로와, 통신용 구동기 집적 회로를 구비하고 있고, 상기 펄스 입력 회로는 상기 제어기로부터 출력되는 오픈 컬렉터 형태 또는 토템폴 형태의 펄스 신호를 통신용 구동기 집적 회로에 적합한 신호로 변환하고, 상기 통신용 구동기 집적 회로는 상기 펄스 입력 회로부터의 펄스 신호를 상기 신호 전송 라인을 통해 수신측 펄스 신호 변환기측으로 전달한다.

상기 수신측 펄스 신호 변환기는 상기 송신측 펄스 신호 변환기로부터 펄스 신호를 수신하는 통신용 구동기 집적 회로와, 비율 운전에 필요한 분주값을 설정하는 디지탈 스위치와, 상기 통신용 구동기 집적 회로에 의해 수신된 펄스 신호를 상기 디지탈 스위치에 의해 설정된 분주값에 따라 계수 및 분주하는 분주기와, 상기 분주기로부터의 펄스 신호를 상기 구동기에 제공하는 출력 트랜지스터를 구비하고 있다. 일실시예에서, 상기 분주기는 업/다운 카운터이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 장치가 도시되어 있다. 이 실시예에서 사용되는 제어기는 펄스열 출력형 제어기이다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 장치는 1개의 제어기(100)와, N개의 모터(300₁-300_N)를 동기 및 비율 운전을 위해 구동하는 N개의 구동기(200₁-200_N)와, 이들 제어기(100)와 구동기(200₁-200_N)사이에 설치되어 있는 펄스 변환 장치(500)로 구성되어 있다. 이 펄스 변환 장치(500)는, 도시되어 있는 바와 같이, 1개의 송신측 펄스 신호 변환기(510)와, 이 송신측 펄스 신호 변환기(510)에 접속되어 있는 N개의 수신측 펄스 신호 변환기, 즉 제1내지 제N펄스 신호 변환기(520₁-520_N)로 구성되어 있다.

도 6에는 도 5에 도시되어 있는 상기 펄스 신호 변환 장치(500)의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 이때, 설명의 명료화를 위해 하나의 수신측 펄스 신호 변환기(520₁)와 이에 대응하는 하나의 제1구동기(200₁)만이 도시되어 있다. 펄스 신호 변환 장치(500)는 앞서 언급한 바와 같이 크게 송신측 펄스 신호 변환기(510)와 수신측 펄스 변환기(520₁)로 구성되어 있다.

상기 송신측 펄스 신호 변환기(510)는 제어기(100)의 2개의 출력(A,B)에 대해 각각 제1펄스 입력 회로(511) 및 제1통신용 구동기 집적 회로(513)와, 제2펄스 입력 회로(512)와 제2통신용 구동기 집적 회로(514)를 가지고 있다. 상기 제어기(100)로부터 출력되는 펄스 신호는 이와 같이 구성되어 있는 송신측 펄스 신호 변환기(510)를 통해 수신측 펄스 신호 변환기(520₁)측으로 전송된다. 상기 제1 및 제2펄스 입력 회로(511,512)는 상기 제어기(100)의 오픈 컬렉터(Open Collector) 형태 또는 토템폴(Totempole) 형태의 펄스 출력을 상기 제1 및 제2통신용 구동기 집적 회로(513,514)에 적합한 신호로 변환한다. 이때, 가능한 신호 전달 거리는 상기 제1 및 제2통신용 구동기 집적 회로(513,514)와 후술되는 제1 및 제2통신용 구동기 집적 회로(RS232, RS422 또는 RS485)(521,522)에 의해 결정된다.

상기 수신측 펄스 신호 변환기(520₁)는 상기 송신측 펄스 신호 변환기(510)에 대응되게 설치되어 있다. 수신측 펄스 신호 변환기(520₁)는 상기 송신측 펄스 신호 변환기(510)로부터 펄스 신호를 수신하는 제1통신용 구동기 집적 회로(521)와 제2통신용 구동기 집적 회로(522)를 가지고 있다. 또한, 이들 제1 및 제2통신용 구동기 집적 회로(511,512)의 각각의 출력측에는 제1 및 제2분주기(523,524)가 설치되어 있다. 다른 실시예에서 상기 두 분주기(523,524)는 각각 업/다운 카운터이다.

상기 수신측 펄스 신호 변환기(520₁)는 또한 디지탈 스위치(525)를 가지고 있다. 이 디지탈 스위치(525)는 비율 운전에 필요한 분주값을 설정하는 역할을 한다. 상기 제1 및 제2분주기(523,524)는 제1 및 제2통신용 구동기 집적 회로(521,522)에 의해 수신된 펄스 신호를 상기 디지탈 스위치(525)에 의해 설정된 분주값에 따라 계수 및 분주하고, 결과적으로 얻어진 주파수의 펄스 신호를 출력한다.

상기 수신측 펄스 신호 변환기(520₁)는 또한 상기 제1 및 제2분주기(523,524)로부터 출력되는 펄스 신호를 모터 구동 장치의 제1구동기(200₁)에 공급하는 제1 및 제2출력 트랜지스터(TR1,TR2)를 가지고 있다.

도 6에 도시된 모터 구동 장치에 의한 모터의 동기 및 비례 운전 원리를 설명한다. 먼저, 비례 속도 제어를 위해, 제1모터는 V1의 회전 속도로, 제2모터는 V2의 회전 속도로, 모터 N은 Vn의 회전 속도로 운전해야 하는 경우에, 하기의 수학식 1에 따라 V1,V2,...Vn의 최소 공배수 Va를 구한다:

V1 × A1 = Va

V2 × A2 = Va

...

Vn × An = Va

여기서, A1,A2,...,An은 정수이다.

이때, 제1,제2,...,제N모터를 V1:V2:...:Vn으로 비율 운전하고자 하는 경우에, 상기 제1모터에 대응하는 제1펄스 신호 변환기의 분주값을 A1로, 상기 제2모터에 대응하는 제2펄스 신호 변환기의 분주값을 A2로, 상기 제N모터에 대응하는 제N펄스 신호 변환기의 분주값 An으로 설정하고, 제어기에서 Va의 속도로 운전을 행하면, 각각의 상기 모터는 하기의 수학식 2와 같이 설정된 분주값의 비율로 구동되게 된다:

Va × A1 = V1

Va × A2 = V2

...

Va × An = Vn

여기서, A1,A2,...,An은 정수이다.

다음에, 비례 위치 제어하는 경우이다. 비례 위치 제어하는 경우에 상기 수학식 1을 시간(t)으로 나누면, 하기의 수학식 3과 같은 결과가 얻어진다:

V1/t × A1 = Va/t

V2/t × A2 = Va/t

...

Vn/t × An = Va/t

여기서, A1,A2,...,An은 정수이고, t는 운전 시간이다.

이와 같이, 속도를 시간(t)으로 나누면, 그 결과는 이동 거리가 됨을 의미하며, 거리는 속도에 비례하므로 속도의 비는 이동 거리, 즉 모터의 회전량의 비와 동일함을 알 수 있다. 제1모터가 S1만큼 회전할 때 제2모터의 회전량을 S2, 제N모터의 회전량을 Sn이라고 하면, 수학식 4와 같은 관계식이 얻어진다:

V1:V2,...,Vn = S1:S2,...,Sn

즉, A1,A2,...,An에 해당하는 값이 디지탈 스위치에 의해 설명되면 원하는 비례 속도 및 비례 위치 운전이 행해질 수 있다.

상기 통신용 구동기 집적 회로들은 A와 B의 두 채널을 가지고 있어서 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있는 바와 같이 2가지 방식의 펄스 출력 형태를 만족하도록 되어 있다. 도 7a는 제1출력(A)이 제2출력(B)보다 90도 위상이 앞서거나 뒤진 조건으로 방향이 결정되는 펄스 출력 형태이고, 도 7b는 제1출력(A)에서 펄스 신호를 출력하고 제2출력(B)에서는 방향에 따라 논리 'H' 또는 'L'를 출력하는 형태이다.

도 8에는 제1모터(300₁)와 제2모터(300₂)가 1:2의 회전 비율을 가지고 작동되는 이송 장치의 일예가 도시되어 있다. 이 이송 장치는 상기 제1모터(300₁)와 제2모터(300₂)에 의해 동기 비례 운전을 하도록 되어 있다. 상기 제1모터(300₁)와 제2모터(300₂)의 분주값은 회전비를 고려하여 결정된다.

상기 제1모터(300₁)와 제2모터(300₂)의 회전 비율은 제1모터(300₁)가 1회전할 때 제2모터(300₂)는 2회전해야 하므로, 제1모터(300₁)쪽의 분주값은 2이고, 제2모터(300₂)쪽의 분주값은 1이 된다. 이들 분주값은 제1 및 제2펄스 신호 변환기(520₁,520₂)에 내장되어 있는 각각의 디지탈 스위치(도시되지 않음)에 의해 설정된다. 즉, 상기 제1모터(300₁)쪽의 제1펄스 신호 변환기(520₁)의 디지탈 스위치에 의해 상기 분주값 2가 설정되고 상기 제2모터(300₂)쪽의 제2펄스 신호 변환기(520₂)의 디지탈 스위치에 의해 상기 분주값 1이 설정된다.

이와 같이 분주값이 설정된 때의 사다리꼴 형태의 운전을 수행하는 경우의 시간에 대한 속도 관계가 도 9에 도시되어 있다.

도 9에서 'v1'은 제1모터(300₁)의 운전 속도이고, 'v2'는 제2모터(300₂)의 운전속도이다. 그리고, 'Sa'는 제1모터(300₁)의 회전량(사다리꼴 면적)이고 'Sb'는 제2모터(300₂)의 회전량(사다리꼴 면적)이다.

상기 수학식들로부터 알 수 있는 바와 같이, 펄스 신호 변환기의 디지탈 스위치에 의해 설정된 분주값은 속도와 회전량에 영향을 미치게 되며, 그 비율은 동일함을 알 수 있다. 그러므로, 도 9의 그래프와 같은 동기 및 비례 운전이 가능해진다. 도 8에서 참조 부호 600은 절단기를 나타낸다.

도 10에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치가 도시되어 있다. 이 실시예는 펄스열 출력형 제어기가 아닌 아날로그 전압 출력형 제어기를 사용하는 경우이다. 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 제어기(100)는 아날로그 전압을 제1구동기(200₁)에 공급하도록 되어 있고, 제2구동기(200₂) 내지 제N구동기(200_N)에는 제1모터(300₁)로부터의 엔코더 펄스 신호가 송신측 펄스 변환기(510)를 통해 피드백 공급되도록 되어 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 형태로 실시될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따라 제어기와 구동기사이의 신호 전달 길이는 펄스 변환 장치에 의해 결정되며, 따라서 제어기와 구동기간의 거리 제한에 의한 구동기 설치 위치 등의 제약을 피할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 하나의 제어기만이 사용되므로, 모터를 동기 및 비율 운전하는 모터 구동 장치에 필요한 제어기의 수를 대폭적으로 줄일 수 있다. 또한, 프로그램의 조작이나 별개의 회로망없이도 복수의 모터를 동기 운전할 수 있고 회전 비율 설정도 용이해진다.

Claims

복수의 모터를 동기 및 비율 운전하는 모터 구동 장치에 있어서,

기설정된 운전 프로필에 따른 속도와 위치 정보를 출력하는 하나의 제어기와;

상기 제어기로부터 펄스 신호를 수신하고, 동기 및 비율 운전을 위해 그 수신된 펄스 신호를 복수의 소정의 분주값에 따라 분주하여 복수의 구동 펄스 신호를 발생하는 펄스 신호 변환 장치와;

상기 펄스 신호 변환 장치로부터의 구동 펄스 신호를 모터 구동을 위해 변환 및 증폭해서 상기 복수의 모터에 공급하는 복수의 구동기를 구비하고 있고,

상기 제어기와 상기 복수의 구동기사이의 신호 전달 길이가 상기 펄스 신호 변환 장치에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 펄스 신호 변환 장치는 상기 제어기의 출력측에 설치되어 있는 송신측 펄스 신호 변환기와;

신호 전송 라인과;

상기 복수의 구동기측에 설치되어, 상기 신호 전송 라인을 통해 상기 송신측 펄스 신호 변환기로부터 펄스 신호를 수신하는 수신측 펄스 신호 변환기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제2항에 있어서,

상기 송신측 펄스 신호 변환기는 펄스 입력 회로와, 통신용 구동기 집적 회로를 구비하고 있고,

상기 펄스 입력 회로는 상기 제어기로부터 출력되는 오픈 컬렉터 형태 또는 토템폴 형태의 펄스 신호를 통신용 구동기 집적 회로에 적합한 신호로 변환하고,

상기 통신용 구동기 집적 회로는 상기 펄스 입력 회로부터의 펄스 신호를 상기 신호 전송 라인을 통해 수신측 펄스 신호 변환기측으로 전달하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제2항에 있어서,

상기 수신측 펄스 신호 변환기는 상기 송신측 펄스 신호 변환기로부터 펄스 신호를 수신하는 통신용 구동기 집적 회로와,

비율 운전에 필요한 분주값을 설정하는 디지탈 스위치와,

상기 통신용 구동기 집적 회로에 의해 수신된 펄스 신호를 상기 디지탈 스위치에 의해 설정된 분주값에 따라 계수 및 분주하는 분주기와,

상기 분주기로부터의 펄스 신호를 상기 구동기에 제공하는 출력 트랜지스터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 통신용 구동기 집적 회로에 의해 상기 제어기와 상기 복수의 구동기사이의 신호 전달 길이가 결정되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제4항에 있어서, 상기 분주기는 업/다운 카운터인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.